32 胚胎干细胞的研究及其应用 教案苏教版选修3Word文档下载推荐.docx

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⇐步骤5：

采取板演形式由两位同学完成【随堂双基练习】的1～5T并由其他学生进行点评。

⇐步骤4：

通过多媒体课件展示胚胎干细胞的应用及面临的难题与挑战，让学生举出胚胎干细胞应用的实例。

课标解读

重点难点

1.简述干细胞的特点及其研究进展。

2.举例说明胚胎干细胞的应用及其应用前景。

1.干细胞的特点、作用和种类。

（重点）

2.胚胎干细胞的应用。

（重难点）

胚胎干细胞及其研究进展

1.干细胞

（1）含义：

动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。

（2）作用：

是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。

（3）分类：

专能干细胞、多能干细胞和全能干细胞。

①专能干细胞：

只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，如上皮组织基底层的干细胞。

②多能干细胞：

具有分化成多种细胞或组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，如造血干细胞。

它主要存在于骨髓、脐血、外周血中。

存在于胎儿、儿童和成人组织中的多能干细胞又统称为成体干细胞。

③全能干细胞：

可以分化为全身200多种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官，如胚胎干细胞。

（4）研究进展

①干细胞研究开始于胚胎干细胞。

②在干细胞研究中，成果比较显著的是美国和日本两个国家。

2．胚胎干细胞

指在人胚胎发育早期的囊胚中未分化的细胞。

（2）特点：

具有增殖能力并保持未分化状态，在一定条件下可分化为各种组织和器官。

1．干细胞的增殖方式和分化的实质分别是什么？

【提示】干细胞的增殖方式为有丝分裂，分化实质是细胞内基因的选择性表达。

胚胎干细胞的应用

1.如果科学家最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖，将会给胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响。

2．对人胚胎干细胞的研究，可以帮助人们理解复杂的人体发育过程，进而揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。

3．为新药的药理、药效、毒理等细胞水平的研究提供了材料，大大减少了新药研究所需动物的数量，降低了成本。

4．给人类带来全新的医疗手段。

5．在改良并创造动物新品种方面，结合基因工程等技术培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种等。

胚胎干细胞研究面临的挑战

1.用于治疗性克隆

治疗性克隆的过程：

受精卵置于培养基中→受精卵分裂→形成胚胎→取出胚胎干细胞→诱导生成各种细胞→用于治疗性克隆。

2．脐血为什么能用来移植而治疗某些疾病？

【提示】因为脐血中含有大量的造血干细胞。

2．面临的挑战

（1）安全性问题。

（2）培养条件的优化。

（3）对胚胎干细胞向不同组织细胞“定向分化”的条件还不清楚。

（4）创造一种“万能供者”细胞，需要破坏或改变细胞中的许多基因，其可行性仍不清楚。

1．干细胞分化为各种功能细胞的原因是细胞内基因发生了重组。

（×

）

【提示】细胞分化的原因是基因的选择性表达。

2．各类干细胞都能分化成多种细胞、组织。

【提示】专能干细胞只能分化成特定的细胞和组织。

3．胚胎干细胞可从囊胚的内细胞团获取。

（√）

4．胚胎干细胞是“万能供者”细胞，可分化成各种组织、器官供移植利用。

【提示】理论上讲，胚胎干细胞可以分化成各种组织细胞，可形成各种器官。

但是，目前对胚胎干细胞向不同组织细胞“定向分化”的特定条件还不是十分清楚，这限制了当前胚胎干细胞的临床应用。

胚胎干细胞及其应用

【问题导思】

①干细胞主要有哪些种类？

各有何特点？

②干细胞主要有哪些方面的应用？

1．干细胞的概念

干细胞是动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的种子细胞。

2．干细胞作用

具有重建、修复病损或衰老组织、器官的功能。

3．干细胞分类

名称

全能干细胞

多能干细胞

专能干细胞

特点

具有形成机体的任何组织或器官，直至形成完整个体的潜能

具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体

只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞

举例

受精卵、胚胎干细胞

造血干细胞

神经干细胞

应用

用于病人的器官移植等

造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段

通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症

造血干细胞可来源于骨髓、外周血、脐带和胎盘。

4．胚胎干细胞

（1）概念：

在人胚胎发育早期的囊胚中未分化的，可进一步分裂、分化，形成组织和器官，再逐步发育成个体的具有全能性的细胞。

（2）来源：

早期囊胚的内细胞团细胞。

（3）特点：

①形态上：

体积小，细胞核大，核仁明显。

②功能上：

具有增殖能力并保持未分化状态、在一定的条件下可以向各种组织和器官分化、易于进行基因改造操作。

5．获得干细胞的主要途径

（1）从体外培养的胚胎中获得。

（2）从早期流产的胎儿中获得。

（3）从克隆的胚胎中获得。

（4）从成体中获得。

6．胚胎发育过程中干细胞的发育分化过程

受精卵→全能干细胞→多能干细胞→专能干细胞。

1．干细胞与癌细胞不同。

干细胞的遗传物质没有发生改变。

2．干细胞不仅能增殖，而且增殖的细胞还能正常分化。

而癌细胞只能增殖，不能分化。

7．胚胎干细胞研究的应用

（1）提供体外细胞分化的研究材料，从而揭示人和动物发育机制。

（2）开发新药物和医疗手段，治疗人类某些顽症。

（3）培育人造组织器官，用于器官移植。

（4）结合基因工程，利用胚胎干细胞改良并创造动物新品种。

如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。

（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育至__________期的内细胞团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、神经细胞中不能选用作为供体细胞的是成熟的______，其原因是_________________________________。

【审题导析】解答本题应明确以下几点：

（1）胚胎干细胞的分类。

（2）胚胎干细胞的特点及应用。

（3）细胞分化的实质为基因的选择性表达。

【精讲精析】

（1）胚胎干细胞是由早期胚胎中分离出来的一类细胞，囊胚阶段细胞开始分化为内细胞团和滋养层细胞。

（2）图中分化程度最低的干细胞是胚胎干细胞，全能性最高，在体外培养条件下，该种干细胞可诱导分化形成不同类型的组织细胞，培养液中加入分化诱导因子。

（3）细胞分化是细胞中基因选择性表达的结果。

（4）骨髓是人体的造血组织，存在造血干细胞，骨髓移植的实质是将图中的造血干细胞移植到患者体内。

（5）克隆某种哺乳动物需要供体提供细胞核，而成熟的红细胞没有细胞核，所以不能作为供体。

【答案】

（1）囊胚

（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

本课知识小结

网络构建

结论语句

1．干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。

2．干细胞的功能是重建、修复病损或衰老的组织、器官。

3．各类干细胞的发育分化过程是：

4．从囊胚的内细胞团可分离获得胚胎干细胞。

5．胚胎干细胞可诱导分化形成多种功能细胞、组织和器官，用于移植。

1．骨髓造血干细胞只能分化为血细胞，不能形成其他组织细胞，则它是（）

A．全能干细胞B．多能干细胞

C．专能干细胞D．胚胎干细胞

【解析】骨髓造血干细胞虽然只能分化为血细胞，但血细胞种数多，它们与血浆构成一种组织，所以它是多能干细胞。

D项中的胚胎干细胞是全能干细胞。

【答案】B

2．（2012·

天津高考）下列有关干细胞的叙述，错误的是（）

A．自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应

B．胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化

C．组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程

D．造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治白血病

【解析】通过联想干细胞及其生命历程的基础知识解答本题。

自体干细胞及其增殖分化产生的组织细胞对自身没有抗原性，自体移植时不会发生免疫排斥反应，A项正确；

干细胞的增殖分化及细胞的凋亡都是组织的细胞更新过程，C项正确；

骨髓造血干细胞具有分化成多种血细胞的能力，因此骨髓造血干细胞移植是目前治疗白血病的最有效方法，D项正确；

胚胎干细胞是全能干细胞，理论上可以分化为所有类型的体细胞，在培养基中满足适宜的条件可以将其定向诱导分化成多种组织和器官，B项错误。

3．人工获得非特异性免疫胚胎干细胞的方法是将细胞核移植到去核的卵细胞内，经过一定的处理使其发育到某一时期，从而获得胚胎干细胞，“某一时期”最可能是（）

A．受精卵B．幼体

C．囊胚D．原肠胚

【解析】胚胎干细胞是在人胚胎发育早期的囊胚（受精后约5～6d）中未分化的细胞。

早期囊胚约含有140个细胞，外表是一层扁平细胞，称为滋养层。

滋养层细胞可继续发育成胚胎的支持组织如胎盘等。

囊胚中心的腔称为囊胚腔，腔内一侧的细胞群，称为内细胞团。

内细胞团细胞是未分化的细胞，可进一步分裂、分化，形成组织和器官，再逐步发育成个体。

因而这些细胞被认为具有全能性，称为胚胎干细胞。

【答案】C

4．（2013·

江苏界首中学期中）ES细胞（胚胎干细胞）的应用价值不包括（）

A．可用于治疗人类的肝衰竭、少年糖尿病等

B．可以培育出人造组织、器官

C．可作为研究体外细胞分化的理想材料

D．可以治疗人类的阑尾炎、过敏反应等

【解析】ES细胞在功能上具有发育的全能性，可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞，可以治疗人类由于细胞坏死、退化或功能异常引起的疾病，如肝衰竭、少年糖尿病等。

阑尾炎、过敏反应是由外界刺激引起的疾病。

【答案】D

5．研究和利用胚胎干细胞（ES细胞）是当前生物工程领域的核心问题之一。

请回答下列有关问题：

（1）胚胎干细胞是从动物________或原始性腺中分离出来的一类细胞，在形态上表现为____________________。

（2）获得干细胞后，通常将之保存在________条件下，干细胞定向分化成特定细胞的根本原因是细胞内__________________。

（3）有学者认为，癌细胞是一类异常的干细胞，这是因为二者都具有________能力。

【解析】

（1）胚胎干细胞是从动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，胚胎干细胞体积小、细胞核大、核仁明显。

（2）胚胎干细胞是在超低温冷冻条件下保

存。

干细胞分化成为各种特定功能细胞的原因是基因的选择性表达。

（3）癌细胞和干细胞都具有连续分裂的能力。

【答案】

（1）早期胚胎体积小、细胞核大、核仁明显

（2）超低温液氮（冷冻）基因的选择性表达

（3）细胞分裂

一、选择题

1．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

【解析】此题考查胚胎干细胞的相关知识。

胚胎干细胞可以分化成多种细胞，其细胞形态和功能都与其他体细胞不同，结构与功能是相适应的。

但是遗传物质都是一样的，之所以形态结构不同是因为基因选择性表达的结果。

在分化过程中，基因不会丢失。

【答案】A

2．按照细胞分化潜能由大到小排列顺序，正确的是（）

A．全能干细胞→专能干细胞→多能干细胞

B．多能干细胞→胚胎干细胞→专能干细胞

C．胚胎干细胞→骨髓造血干细胞→专能干细胞

D．胚胎干细胞→多能干细胞→造血干细胞

【解析】全能干细胞（如胚胎干细胞）的分化潜能最大，多能干细胞（如骨髓造血干细胞）次之，专能干细胞最小。

3．关于胚胎干细胞应用的叙述，错误的是（）

A．可以用于治疗由于细胞坏死、退化或功能异常引起的疾病

B．在体外诱导分化可培育出人造组织器官

C．是研究体外细胞分化的理想材料

D．不能用于治疗糖尿病、肝衰竭等疾病

【解析】胚胎干细胞分化程度低，具有发育成完整个体的潜能，可用于体外诱导分化，可培育出各种组织、器官，治疗细胞坏死、功能异常等引起的疾病。

4．关于胚胎干细胞的叙述，不正确的是（）

A．细胞体积较小，细胞核明显

B．体外培养可以增殖而不分化

C．目前已经在体外诱导分化出不同器官

D．可以从哺乳动物的囊胚内细胞团中分离获取

【解析】从理论上讲，胚胎干细胞可在体外诱导分化出不同的器官，但到目前为止，还没有培养出任何真正的器官。

5．（2013·

扬州高二检测）下列关于胚胎干细胞的叙述中，错误的是（）

A．一般都取自动物早期胚胎或某些器官

B．胚胎干细胞是一种原始细胞

C．胚胎干细胞具有自我更新和多向分化潜能

D．汤姆森建立小鼠胚胎干细胞系，开创了该研究领域之先河

【解析】干细胞是动物胚胎及其器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。

1981年，美国科学家埃文斯等建立了小鼠胚胎干细胞系，开创了胚胎干细胞研究的先河。

6．下列不属于胚胎干细胞用途的是（）

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．培育超级小鼠

【解析】干细胞研究在生物学基础研究中具有极其重要的作用。

例如，细胞分化是发育生物学的核心内容之一，利用干细胞就可以将复杂问题简单化，有利于阐明细胞分化中各调节因子的作用机制。

通过胚胎干细胞，我们可以在试管中改良并创造动物新品种，再结合基因工程等技术培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种，生产有价值的药物等。

超级小鼠是基因工程的产物。

7．胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，可以进一步分裂、分化成各种组织干细胞，再进一步分化成各种不同的组织。

下列叙述不正确的是（）

A．各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果

B．胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期

C．造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的

D．肝脏干细胞分化成肝脏细胞的过程表现了细胞的全能性

【解析】细胞的全能性是指高度分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能，动物细胞不具有全能性。

动物细胞分化过程是不可逆的，是基因选择性表达的结果。

高度分化的不再分裂的神经细胞不具有细胞周期。

8．下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解，符合的一项是（）

A．人类胚胎干细胞即人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团

B．人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚腔内侧的内细胞团

C．人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞

D．人类胚胎干细胞不仅指人类囊胚中未分化的细胞，也指成人身上的成年干细胞

【解析】人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期——囊胚中未分化的细胞。

囊胚外表是一层扁平细胞，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等；

中心的腔称为囊胚腔，腔内侧有内细胞群。

内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化，内胚层分化形成肝、肺和肠等，中胚层分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚层分化形成皮肤、眼睛和神经系统等。

由于内细胞群能发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。

9．（多选）老年痴呆症患者的脑血管中有一种特殊的β淀粉样蛋白体，它的逐渐积累可能导致神经元损伤和免疫功能下降，某些基因的突变会导致β淀粉样蛋白体的产生和积累。

下列技术可用于老年痴呆症治疗的是（）

A．胚胎移植技术B．胚胎干细胞技术

C．单克隆抗体技术D．基因治疗技术

【解析】采用胚胎干细胞技术可以产生新的神经元细胞；

单克隆抗体技术能定向改善免疫能力；

基因治疗技术可以从基因水平对老年痴呆进行治疗；

而胚胎移植技术则不能治疗老年痴呆。

【答案】BCD

10．（多选）干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种组织、器官的潜能，医学家们正在尝试利用干细胞治疗一些顽疾，用骨髓移植法有效治疗白血病是成功的例证。

下列说法正确的是（）

A．利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生各种组织、器官的功能

B．骨髓分为红骨髓和黄骨髓，其中，只有红骨髓具有造血功能

C．用骨髓移植法治疗白血病的优点之一是不发生排斥反应

D．异体骨髓移植成功后，康复者的血型有可能发生改变

【解析】骨髓移植中的供体骨髓相对于受体为抗原，因而需要选择配型相合或相近的供体，以减弱或消除移植免疫，保证成活。

【答案】ABD

二、非选择题

11．细胞在分化过程中往往由于高度分化而完全失去再分裂的能力，最终衰老死亡。

但机体在生长发育过程中保留了一部分未分化的原始细胞，一旦需要，这些原始细胞能够按照发育途径通过分裂而产生分化细胞，以保证局部组织损伤的修复。

（1）个体发育过程中最原始的细胞是________________________________________________________________________。

（2）如果治疗性克隆研究获得成功，病人将可以轻易地获得与自己完全匹配的移植器官，不会产生________反应。

假设有一个人患有糖尿病、进行性老年痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，如果从他自己身上一定部位提取一些干细胞，通过技术，在体外培养发育成____________，并在体外诱导它们形成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，再将这些细胞移植至发病部位，则能够修复病人的组织或器官，从而使病人摆脱病魔的煎熬。

（3）在胚胎干细胞用于治疗性克隆过程中，要把胚胎干细胞放在一定的条件下通过________和________形成不同的组织和器官，然后才能进行移植。

（4）据报道，有些国家已经通过了生殖性克隆的有关法律，你对此持什么样的观点？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

【解析】我们身体的每一个细胞都是由胚胎干细胞分裂、分化形成的。

治疗性克隆的优点是不会发生免疫排斥反应，胚胎干细胞是个体发育过程的原始细胞，要获得相应的组织和器官需把胚胎干细胞放在一定环境下进行离体培养和诱导分化。

我国明确规定禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。

生殖性克隆对人类来讲是对于生命和尊严的极不尊重。

【答案】

（1）胚胎干细胞

（2）免疫排斥早期胚胎

（3）离体培养诱导分化（4）我们应当反对生殖性克隆，它对于人类社会的基本伦理道德来讲提出了极大挑战

12．（2013·

伊犁高二测试）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。

下图是治疗性克隆的过程图解。

（1）治疗性克隆的结果说明高度分化的体细胞的核仍然具有__________。

相同的胚胎干细胞克隆的结果各种各样，如有的是胰岛细胞，有的是血细胞，有的是心肌细胞，究其本质原因是基因__________的结果。

（2）重组的新细胞经过发育，要想获得基因型完全相同的两个胚胎，可采用__________技术。

（3）科学家为何要将患者体细胞的核植入去核的卵子，而不直接用体细胞进行细胞培养？

（4）按上述方法克隆器官在器官移植方面的主要优点是________________________________________________________________________

（5）我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究。

请你谈谈为什么要反对生殖性克隆。

（至少写出两条理由）

【答案】

（1）全能性选择性表达

（2）胚胎分割

（3）卵子体积大，含养分多，并含有控制细胞核基因程序性表达的物质，而体细胞是高度分化的细胞，体外培养不能表达出全能性（答出含有与核基因表达有关的物质即可）

（4）解决了临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题

（5）①严重违反了人类伦理道德。

②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念。

③是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人。

④克隆技术尚不成熟，很可能孕育出有严重生理缺陷的孩子。

13．2002年初，美国33名诺贝尔奖获得者联名上