高中生物胚胎工程第2节胚胎工程实验技术第2课时胚胎分割技术和胚胎干细胞核移植技术同步备课教学案.docx

高中生物胚胎工程第2节胚胎工程实验技术第2课时胚胎分割技术和胚胎干细胞核移植技术同步备课教学案.docx

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高中生物胚胎工程第2节胚胎工程实验技术第2课时胚胎分割技术和胚胎干细胞核移植技术同步备课教学案

第2课时　胚胎分割技术和胚胎干细胞核移植技术

[目标导读]　1.分析教材P37～39内容，阐明胚胎分割的程序和应用。

2.结合教材P41图2－24和P42图2－25，理解胚胎干细胞核移植和胚胎干细胞的应用。

[重难点击]　1.胚胎分割。

2.胚胎干细胞及应用。

2008年9月9日17时，世界首例胚胎分割—性别鉴定试管水牛小公犊“明明”在广西水牛研究所顺利诞生，这意味着中国水牛性别人为控制又找到了一条具有实用价值的新途径。

下面我们学习有关胚胎分割技术及胚胎干细胞核移植技术。

一、胚胎分割技术

1．概念

把一个胚胎的细胞分成两组或多组，经过短暂培养使其修复、发育后，再一同或分别移植到不同的代孕母中妊娠并产生多胎的技术，这种技术又称做人工同卵多胎技术，可以成倍增加胚胎数量，是一种快速繁殖种畜法。

2．胚胎分割的程序

（1）切割器具的准备：

体视显微镜、倒置显微镜、显微操作仪、胚胎固定管、切割针（玻璃针、微刀）。

（2）胚胎的预处理：

一般用链霉蛋白酶进行短时间处理，使透明带软化并变薄或去除透明带。

（3）胚胎的分割

①2～6个细胞期的胚胎：

可以用链霉蛋白酶消化除去外层透明带或用微针切开透明带，用微管吸取单个或部分卵裂球，放入另一空透明带中。

②桑椹期的胚胎：

通常采用直接切割法使其切割成半胚或四分胚，放入空透明带中，或直接移植给受体。

（4）分割胚的培养

①体内培养：

将半胚放入空透明带中，或用琼脂包埋移入中间受体（绵羊、家兔等动物）的输卵管内，结扎以防胚胎丢失。

琼脂包埋的作用是固定胚胎、便于回收，但不影响胚胎的发育。

②体外培养：

直接在体外培养到桑椹胚或囊胚阶段。

（5）分割胚的移植：

按照胚胎移植的无菌操作程序，将发育良好的胚胎移植到受体后，受体受孕产仔。

3．胚胎分割技术的应用

（1）应用

①畜牧业生产上：

通过胚胎分割来扩大优良家畜数量。

②生物研究上：

用来培育遗传特性相同的动物群，为生物学、医学、药学和畜牧学的研究提供实验动物。

③用于胚胎的性别鉴定。

（2）存在的问题

①早期胚胎细胞的分化和定位的发育机理有待深入研究。

②对不同阶段胚胎细胞的分化时间和发育潜力了解很少。

胚胎分割技术不仅可以对卵裂球和桑椹胚进行，也可以对囊胚进行切割，下图是对囊胚进行胚胎分割和性别鉴定的示意图，请分析：

1．性别鉴定时要对胚胎的滋养层进行切割取样，这样不会影响胚胎的组织发育，为什么？

答案　滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘，不影响胎儿的组织发育。

2．要获得二分胚，在对囊胚分割时，应注意什么问题？

为什么？

答案　在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。

若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。

3．胚胎分割是不是分割的份数越多，效率越高？

答案　分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。

1．胚胎分割技术是一种现代生物技术，下列关于这一技术的叙述中正确的是（　　）

①胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份　②胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎　③胚胎分割技术属于无性繁殖，因此属于克隆　④胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎

A．①②B．②③

C．①③④D．①②③④

答案　B

解析　胚胎分割是把一个胚胎的细胞分成两组或多组，经过短暂培养使其修复、发育后，再一同或分别移植到不同的代孕母中妊娠并产生多胎的技术，但不能任意分割成多份，因为分割过多可造成不能发育成新个体；由于胚胎分割获得后代的过程是无性繁殖，属于克隆。

2．下列关于胚胎分割技术的叙述，错误的是（　　）

A．胚胎分割操作在动物的子宫内进行

B．用分割针或分割刀对早期胚胎进行分割

C．分割后必须移植到受体子宫内进一步完成胚胎发育

D．对囊胚进行分割时要注意将内细胞团均等分割

答案　A

解析　胚胎分割时要将胚胎移入盛有操作液的培养皿中进行，注意胚胎分割是体外操作。

知识归纳

（1）来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此，胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。

（2）进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，将其移入盛有操作液的培养皿中，然后，用分割针或分割刀进行分割。

（3）对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。

若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。

胚胎分割的份数越多，移植的成功率就越低。

二、胚胎干细胞技术

1．胚胎干细胞概述

（1）来源：

早期胚胎内的内细胞团。

（2）结构特点：

胞体小、泡状、核大。

（3）功能特点：

高度未分化细胞；具有发育的全能性和二倍体核型。

2．胚胎干细胞核移植

（1）饲养层细胞培养体系的建立

在培养皿底部制备一层由胚胎成纤维细胞组成的饲养层，该类细胞可以分泌一些能够抑制细胞分化的物质，可以促进干细胞的生长，同时抑制干细胞的分化。

（2）胚胎干细胞的获得

①小鼠的胚胎干细胞：

一般选取自桑椹胚、囊胚和延迟着床的囊胚。

②人和猪的胚胎干细胞：

可从囊胚和原始生殖细胞中获得。

③抑制胚胎干细胞分化的方法：

不断更换培养液或冷冻。

（3）胚胎干细胞的核移植

①将胚胎干细胞核移植到去核的卵母细胞中。

②核移植后形成的重建细胞进行体外胚胎培养，获得克隆胚胎。

③把克隆胚胎移植到代孕母子宫内，分娩产生克隆动物。

3．胚胎干细胞的应用

（1）培育克隆动物很好的核供体。

（2）培育基因敲除动物，为人提供异种器官移植的器官来源。

（3）培育移植用的细胞、组织和器官。

（4）进行治疗性克隆研究。

下图是干细胞核移植的过程示意图，请分析：

1．A细胞是什么细胞？

选择其作为受体细胞的理由有哪些？

答案　A是卵细胞。

理由是卵细胞体积大、易操作，细胞质中含有刺激细胞核分化的物质。

2．B细胞取自囊胚的哪个部位？

有什么特点？

答案　取自囊胚的内细胞团，具有发育的全能性。

3．C过程是什么过程？

同时要对代孕母做何种处理？

答案　C为胚胎移植的过程，代孕母要做同期发情处理。

4．小鼠N和M的性别相同吗？

全部的性状都相同吗？

答案　性别相同；绝大部分性状相同，少数性状受到卵细胞质的影响可能不同。

3．如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。

请回答下列问题：

（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育到________期的内细胞团或从胎儿的______________中分离得到的一类细胞。

（2）图中分化程度最低的干细胞是________________。

在体外培养条件下，培养液中加入____________因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。

（3）在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因____________的结果。

（4）某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。

骨髓移植的实质是将上图中的________细胞移植到患者体内。

（5）若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能作为供体的细胞是成熟的________，其原因是____________________。

答案　

（1）囊胚　原始生殖细胞　

（2）胚胎干细胞　分化诱导　（3）选择性表达　（4）造血干　（5）红细胞　细胞中无细胞核

1．关于胚胎分割移植，以下说法正确的是（　　）

A．胚胎分割移植可产生基因型完全相同的新个体

B．胚胎分割次数越多，产生的新个体也越多

C．胚胎分割移植属于有性生殖

D．胚胎分割若在囊胚期，不仅内细胞团要均等分割，滋养层也要均等分割，否则不易成功

答案　A

解析　胚胎分割的基本过程是：

将发育良好的胚胎移入含有培养液的培养皿中，在显微镜下用切割针或切割刀把胚胎分割开，或者采用酶处理等方法将卵裂球中的细胞分散开，分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚阶段，再移植到受体内，着床发育产仔。

由于分割的胚胎是由一个受精卵经过有丝分裂形成的，所以核中的遗传物质相同。

2．不属于胚胎干细胞的用途的是（　　）

A．阐明细胞分化中各调节因子的作用机制

B．在试管中改良创造动物新品种

C．生产有价值的药物

D．培育超级小老鼠

答案　D

3．胚胎干细胞是一类保持旺盛分裂能力，将来可以分化成不同组织细胞的细胞群，在高等动物胚胎发育过程中，不能作为胚胎干细胞来源的是哪些时期的细胞（　　）

①受精卵　②卵裂期　③囊胚期　④原肠胚期　⑤原肠胚晚期

A．①⑤B．③④⑤

C．①③⑤D．④⑤

答案　D

解析　胚胎干细胞也称为全能干细胞，可来源于早期囊胚及囊胚之前的卵裂期细胞，而原肠胚时期细胞已经发生了分化，故不能作为胚胎干细胞的来源。

4．通过特定方法，科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。

有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述，正确的是（　　）

A．类胚胎干细胞能够分化成多种细胞

B．分化的体细胞丢失了某些基因

C．二者功能有差异，但形态没有差异

D．二者基因组相同，且表达的基因相同

答案　A

解析　细胞分化的过程中，没有基因的丢失而是基因的选择性表达，B、D项错误；细胞分化是细胞形态功能上的变化，C项错误。

5．供体器官的短缺和排斥反应是制约器官移植的两个重要问题。

而治疗性克隆能最终解决这些问题。

如图是治疗性克隆的过程图解。

（1）正常情况下，去核的卵细胞取自于女性卵巢排卵后在输卵管中处于________________期的卵母细胞。

（2）重组细胞发育的过程中，细胞开始分化发生在______期。

（3）图示中由内细胞团到血液组织干细胞、神经组织干细胞以及各种血细胞、神经细胞的形成过程是__________，其实质是________________。

（4）治疗性克隆所用到的技术名称是____________，要想获得基因型完全相同的两个胚胎，可采用____________技术。

（5）已知患者是红绿色盲的女性，图中提供卵细胞的为完全正常的年轻女性。

移植器官后，该患者所生育子女红绿色盲的发生情况是____________________。

答案　

（1）减数分裂Ⅱ中　

（2）囊胚　（3）细胞分化　基因的选择性表达　（4）核移植技术　胚胎分割　（5）男孩红绿色盲，女孩不一定

课时作业

[基础过关]

1．对胚胎分割技术的有关叙述，正确的是（　　）

A．凡是利用胚胎工程产生新个体都要用到胚胎分割技术

B．分割的胚胎直接移植给受体或在体外培养到桑椹胚或囊胚阶段再移植给受体

C．目前人类的同卵双胞胎多数是通过胚胎分割技术而产生的

D．胚胎分割次数越多，产生的新个体也越多

答案　B

解析　胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”，但不一定都要经过胚胎分割；目前人类的同卵双胞胎并非人为地经过胚胎分割技术产生的；胚胎分割技术只是在多种动物中取得成功，而且仍存在一些问题；实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，所以分割次数不宜过多。

2．下列关于胚胎工程的叙述，正确的是（　　）

A．经激素处理卵巢，使其超数排卵可获得成熟的卵细胞

B．精子在精巢中发育成熟，在附睾中获能

C．胚胎移植的最适宜时期是发育到8细胞以上的胚胎，如早期囊胚

D．分割后的胚胎或细胞必须在体外培养到囊胚阶段才能移植到受体内

答案　C

解析　雌性动物排出的卵细胞并不是成熟的，有些动物排出的是初级卵母细胞，有些动物排出的是次级卵母细胞，不具备受精能力；精子的获能是在雌性动物生殖道内进行的；胚胎移植的最适宜时期是发育到8细胞以上的胚胎，而分割的胚胎或细胞也可直接移植给受体。

3．表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是（　　）

A．试管动物培养B．胚胎移植

C．胚胎分割移植D．受精卵移植

答案　C

解析　若干头母牛生出基因型完全相同的小牛，这是因为这些小牛的遗传物质来自同一受精卵细胞，根据我们所学的知识可知，这是通过胚胎分割移植产生的。

胚胎分割移植技术应用在奶牛厂等养殖业，有两个明显的优势：

一是提高了产仔率（特别是牛、马等大型动物，正常情况下一胎只能生一仔，通过该技术可以产生若干后代）；二是容易控制后代的性别，使产生的后代大都是雌性的，满足生产需要。

4．胚胎干细胞是指（　　）

A．胚胎中的细胞

B．来自人或动物的早期胚胎或某些器官中，具有自我更新和多方向分化潜能的原始细胞

C．不具有全能性的细胞

D．分化程度最高的细胞

答案　B

解析　胚胎干细胞来源于人或动物的早期胚胎或原始生殖细胞中，是具有自我更新和多方向分化潜能的原始细胞。

5．下列关于胚胎干细胞的叙述，不正确的是（　　）

A．形态上表现为体积小，细胞核明显

B．体外培养可以增殖而不分化

C．可以用来培育人造组织器官

D．可以取自于原肠胚以后的细胞

答案　D

解析　原肠胚的后期细胞已经发生了分化，胚胎干细胞一般取自于原始生殖细胞或早期胚胎。

6．现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血，在以后他生长发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病，就可以通过血液中的干细胞来为其治病，关于这个实例说法正确的是（　　）

A．用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，不需要长期使用免疫抑制药物

B．用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病

C．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要激发细胞的全能性

D．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，应该要长期给他使用免疫抑制药物

答案　A

[能力提升]

7．关于胚胎分割技术的说法，错误的是（　　）

A．被分割的胚胎应该是发育良好的桑椹胚或囊胚

B．可以对胚胎进行任意数目的等分，移植后均可正常发育

C．来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质

D．胚胎分割是进行动物克隆的方法之一

答案　B

解析　分割胚胎一般是2等分、4等分或8等分，目前成功率最高的为2等分。

8．下列关于胚胎分割技术的叙述，错误的是（　　）

A．胚胎分割技术可以看作是一种无性生殖方法

B．胚胎分割技术要用到胚胎移植技术

C．进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚

D．如对囊胚期的胚胎进行分割，应注意将内细胞团均等分割

答案　C

9．下面是胚胎干细胞分离途径示意图。

下列相关说法正确的是（　　）

A．图中A所示细胞将来能够发育成胎膜和胎盘

B．胚胎干细胞的体积和细胞核都较小

C．胚胎干细胞可以增殖而不发生分化

D．利用胚胎干细胞培育的人造器官正在大规模应用

答案　C

解析　图中A是内细胞团细胞，将来能够发育成除胎膜和胎盘外的其他组织和器官。

胚胎干细胞的体积较小，细胞核较大。

在体外培养情况下，胚胎干细胞可以只增殖而不发生分化。

利用胚胎干细胞可以诱导形成器官，但目前并没有大规模应用。

10．下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。

下列叙述正确的是（　　）

A．胚胎移植可以定向改造动物的遗传性状，③需移植到发情的母牛子宫内发育

B．A细胞不一定是受精卵细胞

C．①②两个胚胎具有不同的遗传物质

D．图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段

答案　B

解析　胚胎移植不能定向改造动物的遗传性状。

①②两个胚胎具有相同的遗传物质。

原肠胚不能用于胚胎分割，因此图中a过程不包括原肠胚。

11．如图是牛胚胎分割示意图，请据图回答下列问题：

（1）成熟的精子必须经历________过程才能与次级卵母细胞结合，然后次级卵母细胞再继续完成____________分裂。

（2）胚胎分割应选择发育到________或________期的胚胎进行操作。

（3）囊胚内有一团个体较大的细胞，逐渐发育成________，最终发育成动物体的____________。

（4）通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有什么特点？

_____________________。

答案　

（1）获能　减数第二次　

（2）桑椹胚　囊胚

（3）胚盘　组织器官　（4）具有相同的遗传物质，绝大部分性状是相同的

解析　受精之前成熟的精子必须经过获能过程，受精后的次级卵母细胞继续完成减数第二次分裂过程。

由于原肠胚后细胞的全能性已受到很大限制，若选择卵裂期胚胎，胚胎又太小，不易操作，所以应选择桑椹胚或囊胚进行胚胎分割。

囊胚植入子宫内膜后继续发育，囊胚内有一团细胞，逐渐发育形成胚盘。

胚盘细胞发育成三个胚层，动物体的组织器官都是从三个胚层发育分化而来的。

12．如图表示利用胚胎工程培育优质奶牛的基本流程，请据图回答下列问题：

（1）桑椹胚是胚胎细胞数目为________个左右的胚胎，这个阶段的每一个细胞都具有发育成完整个体的潜力，属于________。

补充填写胚胎发育的几个重要阶段：

受精卵→桑椹胚→________→________。

优质奶牛的培育过程需要进行胚胎移植，移植后的胚胎能在受体子宫中存活，其生理基础是_______________________________________________。

（2）在优质奶牛的培育过程中，为了能够快速繁殖，常用体外授精技术，其过程为：

该过程中卵母细胞可以直接在体外授精吗？

_________（填“能”或“不能”），在进行体外授精前要对精子进行________处理。

（3）若要同时获得多头与此优质奶牛相同的小牛，可进行胚胎分割。

应选择发育到______________时期的胚胎进行操作，进行分割时，应注意将____________分割，通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同的__________。

（4）胚胎干细胞（简称ES细胞或EK细胞）是由________胚胎或者原始生殖细胞中分离出来的一类细胞，具有很强的________能力和多向________的潜能。

ES细胞将会给人类移植医学带来一场革命，原因是ES细胞可以被诱导分化形成新的________________，还可以培育出新的____________。

答案　

（1）16～32　全能细胞　囊胚　原肠胚　受体子宫对移入的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应　

（2）不能　获能　（3）桑椹胚或囊胚　内细胞团均等　遗传物质　（4）早期　增殖　分化　组织细胞　组织器官

解析　

（1）桑椹胚的胚胎细胞数为16～32个左右，每个细胞都具有全能性，属于全能细胞。

早期胚胎发育的阶段为受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

受体子宫对移入的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这是外来胚胎成活的生理基础。

（2）只有进行到减数分裂Ⅱ中期的卵子才具有受精能力。

受精前，精子要进行获能处理。

（3）胚胎分割移植应选取发育到桑椹胚或囊胚期的胚胎，在分割时应将内细胞团均等分割。

（4）胚胎干细胞是从早期胚胎或原始生殖细胞中分离出来的一类细胞，具有很强的增殖能力和分化潜能。

13．根据下列有关胚胎工程的示意图，分析回答下列问题：

（1）为使A羊超数排卵，向其注射________激素，选择________________期的卵母细胞进行体外受精。

（2）将早期胚胎注入D羊子宫内的技术叫________________，D羊被称为________（填“供体”或“受体”）；为使D羊的生理状况更适合完成该技术操作，要对D羊进行____________处理以提高成功率。

（3）从早期胚胎分离出的ES细胞可诱导分化出不同的组织细胞，这是因为在功能上ES细胞具有________________________；早期胚胎培养时，培养液中除营养成分外，还需加入________。

答案　

（1）促性腺　减数分裂Ⅱ中　

（2）胚胎移植　受体　同期发情　（3）发育的全能性　血清

解析　

（1）要使雌性母羊超数排卵应注射促性腺激素，进行体外授精应选择减数分裂Ⅱ中期的卵母细胞。

（2）将胚胎注入代孕母体内常用的方法是胚胎移植，D羊是代孕羊，是受体，为了使D羊的生理状况更适合完成胚胎移植，应对D羊进行同期发情处理。

（3）ES细胞具有发育的全能性，早期胚胎培养时，培养液中还需要加入血清等物质。

[真题体验]

14．（2015·山东，36改编）治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。

流程如下：

（1）过程①采用的是细胞工程中的____________技术，过程②采用的是胚胎工程中的____________技术。

（2）胚胎干细胞可以来自于囊胚中的________。

在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。

若将图中获得的组织器官移植给个体________（填“A”或“B”），则不会发生免疫排斥反应。

答案　

（1）（体细胞）核移植　（早期）胚胎培养　

（2）内细胞团　B

解析　

（1）由流程图可知，个体A提供去核卵母细胞，个体B提供体细胞核，二者通过①得到重组细胞，重组细胞经②得到囊胚，故①是核移植，②是早期胚胎培养。

（2）胚胎干细胞是从早期胚胎或者原始生殖细胞中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性。

囊胚中的内细胞团为胚胎干细胞。

图中获得的组织器官，其细胞的细胞核来自个体B，将所得组织器官移植给个体B，不会发生免疫排斥反应。