2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第三章 胚胎工程 第3節(jié) 胚胎工程的新進(jìn)展學(xué)案 中圖版選修3

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1、 第三節(jié)　胚胎工程的新進(jìn)展 1．說出胚胎細(xì)胞核移植的概念、特點(diǎn)和應(yīng)用。(重點(diǎn)) 2．簡(jiǎn)述嵌合體的含義和應(yīng)用。(難點(diǎn)) 3．舉例說明轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的用途。 　　 胚 胎 細(xì) 胞 核 移 植 1．概念 把早期胚胎細(xì)胞的核取出后注入到去核的卵細(xì)胞中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個(gè)體的技術(shù)。由此得到的早期胚胎稱為重組胚，發(fā)育成的動(dòng)物個(gè)體稱為核移植個(gè)體。 2．特點(diǎn) (1)因供體核來源于同一個(gè)胚胎，所以所有的核移植個(gè)體在遺傳性狀上是完全相同的。 (2)通過連續(xù)胚胎細(xì)胞核移植的方式培育出的動(dòng)物，完全保留了親代的遺傳性狀。 (3)可無限度地獲得遺傳性狀完全相同的

2、后代。 3．應(yīng)用 對(duì)擴(kuò)大優(yōu)良家畜的繁殖以及拯救瀕危野生動(dòng)物具有重大意義。 探討：結(jié)合動(dòng)物細(xì)胞核移植的過程，分析為什么體細(xì)胞核移植較胚胎細(xì)胞核移植更困難？ 提示：動(dòng)物體細(xì)胞比胚胎細(xì)胞分化程度高，分裂能力弱，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞核的全能性更困難。 探討：下圖為某哺乳動(dòng)物生殖過程示意圖(b為卵細(xì)胞)，據(jù)圖思考相關(guān)問題： (1)動(dòng)物個(gè)體①②的產(chǎn)生分別屬于什么生殖方式？ 提示：有性生殖和無性生殖。 (2)圖中a、b、c三種細(xì)胞產(chǎn)生的方式一樣嗎？ 提示：不一樣，a、b為減數(shù)分裂，c為有絲分裂。 (3)動(dòng)物個(gè)體②的產(chǎn)生表明了什么？ 提示：動(dòng)物個(gè)體②的產(chǎn)生表明高度分化的動(dòng)物細(xì)胞核也具有發(fā)

3、育成完整個(gè)體的潛在能力。 1．胚胎細(xì)胞核移植與體細(xì)胞核移植技術(shù)的比較 (1)不同點(diǎn) 來源不同，胚胎細(xì)胞核移植的細(xì)胞核來自早期胚胎細(xì)胞，而體細(xì)胞核移植的細(xì)胞核來自已分化了的體細(xì)胞。 (2)相同點(diǎn) 都是將細(xì)胞核注入到去核卵細(xì)胞中，都是利用了細(xì)胞核的全能性，都屬于克隆技術(shù)。 2．細(xì)胞核移植技術(shù)的幾個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) (1)細(xì)胞核移植技術(shù)中，注入去核卵母細(xì)胞中的也可以是整個(gè)細(xì)胞。 (2)核移植技術(shù)的供體細(xì)胞不能選擇生殖細(xì)胞的細(xì)胞核，因?yàn)樯臣?xì)胞與正常體細(xì)胞相比，遺傳物質(zhì)是減半的。 (3)哺乳動(dòng)物細(xì)胞核移植可分為胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植。胚胎細(xì)胞核移植較易成功，體細(xì)胞核移植較難成功。

4、(4)該技術(shù)形成重組細(xì)胞發(fā)育成一個(gè)新個(gè)體，體現(xiàn)了細(xì)胞核的全能性而非動(dòng)物細(xì)胞的全能性。 (5)克隆屬于無性繁殖，產(chǎn)生新個(gè)體的性別、絕大多數(shù)性狀與供核親本一致。 1．進(jìn)行哺乳動(dòng)物克隆，細(xì)胞核供體細(xì)胞不能是(　　) A．乳腺細(xì)胞　　　　　　　　 B．卵細(xì)胞 C．胃腺細(xì)胞 D．胚胎細(xì)胞 【解析】　細(xì)胞核移植的供體細(xì)胞可以是胚胎細(xì)胞或體細(xì)胞，但不能是生殖細(xì)胞。 【答案】　B 2．我國科學(xué)家2001年在山東萊陽農(nóng)學(xué)院培養(yǎng)出克隆?！翱悼怠焙汀半p雙”的過程如下圖，請(qǐng)分析回答： (1)a、b所指細(xì)胞工程的名稱分別是________和________。 (2)“康康”和“雙雙”之間能

5、否進(jìn)行器官移植？_____________________。 為什么？_______________________________________________________。 (3)實(shí)施細(xì)胞工程時(shí)，所需的受體細(xì)胞大多采用動(dòng)物卵細(xì)胞的原因是___________________________________________________________________。 【答案】　(1)核移植　胚胎移植 (2)能　它們具有幾乎完全相同的遺傳物質(zhì)，移植后不會(huì)發(fā)生免疫排斥反應(yīng) (3)卵細(xì)胞體積大，易于操作；卵細(xì)胞含有使細(xì)胞核的全能性表現(xiàn)出來的物質(zhì) 嵌 合 體 與 轉(zhuǎn) 基

6、因 動(dòng) 物 1．嵌合體 (1)含義 將不同品種甚至不同種的受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起，體外培養(yǎng)至囊胚，再通過“代孕媽媽”最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個(gè)體。 (2)應(yīng)用 ①建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物遺傳病的模型，研究治療方案和篩選藥物。 ②在家畜改良方面，由于嵌合體動(dòng)物可集不同品種動(dòng)物的基因于一體，就有可能把親代動(dòng)物的優(yōu)良遺傳性狀集中表現(xiàn)出來，從而形成具有高度雜種優(yōu)勢(shì)的雜合個(gè)體。 2．轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 (1)動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù) 科學(xué)家將大鼠的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫芫阎?，再將受精卵移植到代孕母鼠體內(nèi)發(fā)育，結(jié)果得到了帶有大鼠生長(zhǎng)激素基因的轉(zhuǎn)基因小鼠。這種鼠成年體重是正常小鼠的兩倍，被稱為“超級(jí)小

7、鼠”。 (2)動(dòng)物“生物反應(yīng)器” 將藥用蛋白的外源基因?qū)氪菩约倚蟮捏w內(nèi)，并使之在家畜的乳腺中特異性表達(dá)出相應(yīng)的產(chǎn)物。 探討：嵌合體身上具有不同遺傳性狀的原因是什么？ 提示：嵌合體可集不同品種動(dòng)物的基因于一體。 探討：分析用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物的過程，思考以下問題： ①就藥物基因而言，最理想的表達(dá)場(chǎng)所是哪里？ ②乳腺生物反應(yīng)器有哪些優(yōu)點(diǎn)？ ③討論用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器操作過程是怎樣的？ 提示：①轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺。 ②產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取。 ③a.獲取目的基因；b.構(gòu)建基因表達(dá)載體；c.顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中；d.將受精卵送入母體內(nèi)發(fā)育成

8、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 探討：分析用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體時(shí)，應(yīng)采取什么措施？ 提示：抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因。 1．嵌合體與植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的比較 (1)植物體細(xì)胞雜交，又稱植物細(xì)胞融合，是指將植物不同種、屬甚至科間的原生質(zhì)體通過人工方法誘導(dǎo)融合，然后進(jìn)行離體培養(yǎng)，使其成為雜種植物的技術(shù)。該雜種植物的細(xì)胞中含兩種植物的遺傳物質(zhì)。 (2)嵌合體是遺傳學(xué)上用以指不同遺傳性狀嵌合或混雜表現(xiàn)的個(gè)體。可以用不同種的受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起，經(jīng)體外培養(yǎng)、胚胎移植，最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個(gè)體。 2．用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物 (1)轉(zhuǎn)基因生物：科學(xué)家將藥用蛋白基因

9、與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長(zhǎng)發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 (2)乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器：優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取。操作過程：獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)→構(gòu)建基因表達(dá)載體(在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子)→顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中→形成胚胎→將胚胎移入母體動(dòng)物→發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(只有在產(chǎn)下的雌性個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá))。 1．嵌合體動(dòng)物之所以能表現(xiàn)出不同動(dòng)物的性狀，原因是(　　) A．它的每個(gè)體細(xì)胞中含有不同動(dòng)物的遺傳信息 B．它的不同體細(xì)胞中可能含有不同的遺

10、傳信息 C．它的每個(gè)體細(xì)胞中都含有相同的遺傳信息 D．它的不同體細(xì)胞中都含有相同的遺傳信息 【解析】　假若某嵌合體動(dòng)物是由兩種受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起培養(yǎng)而成的，這個(gè)動(dòng)物體就是由兩種不同遺傳信息的細(xì)胞組成的，即此動(dòng)物能表現(xiàn)出兩種動(dòng)物的遺傳特性。鑲嵌在一起的這兩種動(dòng)物細(xì)胞增殖和分化為各種組織細(xì)胞，形成了嵌合體動(dòng)物。嵌合體培育過程中存在著細(xì)胞間的嵌合，但不存在細(xì)胞融合。 【答案】　B 2．繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答： (1)將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)?/p>

11、小鼠受體細(xì)胞，常用方法是________________。 (2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入________中，原因是__________________________________________________________________。 (3)通常采用________技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的基因組。 (4)在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的________細(xì)胞中特異表達(dá)。 【解析】　在基因工程中，若受體細(xì)胞是動(dòng)物細(xì)胞，常采用顯微注射的方法導(dǎo)入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮細(xì)胞合成人的生長(zhǎng)激素，在進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，當(dāng)作受體細(xì)胞的通常是受精卵，其原因

12、是受精卵具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中得以表達(dá)。檢測(cè)目的基因是否插入到受體細(xì)胞的基因組，通常采用的是DNA分子雜交技術(shù)。 【答案】　(1)顯微注射法　(2)受精卵(或早期胚胎)　受精卵(或早期胚胎細(xì)胞)具有全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中得以表達(dá)　(3)DNA分子雜交(DNA分子探針)　(4)膀胱上皮 1．胚胎細(xì)胞核移植與胚胎移植的最大區(qū)別是(　　) A．將早期胚胎植入受體母畜體內(nèi) B．將胚胎細(xì)胞核取出后注入去核卵細(xì)胞中 C．胚胎培養(yǎng) D．可用于培育優(yōu)良家畜 【解析】　胚胎細(xì)胞核移植的主要內(nèi)容是將供體的細(xì)胞核注入去核卵細(xì)胞中，而胚胎移植是將早期胚胎植入合適的“代

13、孕媽媽”的子宮中。這兩個(gè)過程中都需要胚胎培養(yǎng)技術(shù)，都可以用于優(yōu)良家畜的繁殖。 【答案】　B 2．1982年，美國科學(xué)家運(yùn)用基因工程技術(shù)得到體型巨大的“超級(jí)小鼠”，其運(yùn)用的方法是(　　) A．把植物的生長(zhǎng)素基因和細(xì)胞分裂素基因分別注入到小白鼠的受精卵中 B．把牛的生長(zhǎng)激素基因和大象的生長(zhǎng)激素基因分別注入到小白鼠的卵細(xì)胞中 C．把人的生長(zhǎng)激素基因和牛的生長(zhǎng)激素基因分別注入到小白鼠的受精卵中 D．把人的生長(zhǎng)激素基因和牛的生長(zhǎng)激素基因分別注入到小白鼠的卵細(xì)胞中 【解析】　人的生長(zhǎng)激素基因和牛的生長(zhǎng)激素基因是在小白鼠的受精卵中得到表達(dá)的。 【答案】　C 3．長(zhǎng)期以來優(yōu)良種畜的繁殖速度始

14、終是限制畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸，近年來發(fā)展起來的細(xì)胞工程技術(shù)和胚胎工程技術(shù)為優(yōu)良種畜的快速繁殖帶來了無限生機(jī)。下面是科學(xué)家快速繁殖良種奶牛的兩種方法，請(qǐng)據(jù)圖回答： (1)在試管牛E和克隆牛G的培育過程中都必須用到的兩項(xiàng)技術(shù)是____________和____________。 (2)________作用激活次級(jí)卵母細(xì)胞完成減數(shù)第二次分裂。 (3)科學(xué)家將人的α-抗胰蛋白酶基因轉(zhuǎn)入上圖的重構(gòu)卵中，發(fā)現(xiàn)克隆牛G的乳汁中含人的α-抗胰蛋白酶，說明________________________得到表達(dá)。 (4)培育中要對(duì)母牛D注射__________激素，其目的是_____________

15、_，以便將胚胎移至母牛D的子宮內(nèi)。 【解析】　(1)在試管牛E是采用體外授精、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)形成的；克隆牛G是采用核移植、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)形成的，所以它們培育過程中都必須用到的生物技術(shù)有早期胚胎培養(yǎng)(動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng))和胚胎移植。 (2)受精作用激活次級(jí)卵母細(xì)胞完成減數(shù)第二次分裂。 (3)克隆牛G的乳汁中含人的α-抗胰蛋白酶，說明人的α-抗胰蛋白酶基因得到表達(dá)。 (4)培育中要對(duì)母牛D注射孕激素，使其同期發(fā)情，以便將胚胎移至母牛D的子宮內(nèi)。 【答案】　(1)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)　胚胎移植 (2)受精 (3)人的α-抗胰蛋白酶基因 (4)孕　使其同期發(fā)情 4．原有

16、基因通過DNA重組技術(shù)得以改造的動(dòng)物稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。現(xiàn)在這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，人類控制蛋白質(zhì)合成的基因可以替代羊染色體上的相似基因，下圖表示這一技術(shù)的基本過程。請(qǐng)回答： (1)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊染色體內(nèi)，原因是____________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (2)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是________。將

17、人體蛋白質(zhì)基因“插入”羊體細(xì)胞染色體中的酶是________。 (3)舉出兩例說明轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用：________________________________ ________________________。 【解析】　(1)人體蛋白質(zhì)基因要能夠“插入”到羊染色體內(nèi)，要求人的DNA分子和羊染色體的DNA分子必須具有相同的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。(2)基因的“剪刀”是限制性內(nèi)切酶，基因的“針線”是DNA連接酶。(3)實(shí)際的例子還有：培育抗蟲棉、基因治療、在動(dòng)物的乳腺細(xì)胞中培育人類需要的激素、抗體、酶等。 【答案】　(1)人和羊DNA分子的空間結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成相同　(2)限制性內(nèi)切酶　D

18、NA連接酶　(3)①培育抗蟲棉；②提供器官移植的來源(其他合理答案亦可) 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.胚胎細(xì)胞核移植是指借助顯微操作技術(shù)，把早期胚胎的核取出，將其注入到預(yù)先去核的卵細(xì)胞中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個(gè)體。 2.胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)對(duì)擴(kuò)大優(yōu)良家畜的繁殖，以及拯救瀕危野生動(dòng)物具有重大意義。 3.嵌合體是指利用胚胎工程的方法，將不同種的受精卵或早期胚胎鑲嵌在一起，體外培養(yǎng)至囊胚，再將其移植到一個(gè)“代孕媽媽”體內(nèi)，最終培育出具有不同遺傳性狀的完整個(gè)體。 4.由于早期胚胎細(xì)胞具有發(fā)育的全能性，利用這一特性，使之為人類服務(wù)。人們可以結(jié)合基因工程、細(xì)胞工程等手段，對(duì)哺乳動(dòng)物的胚胎進(jìn)行某種人為的工程技術(shù)操作，定向改造動(dòng)物的性狀。 7