高中生物 第一單元 生物技術與生物工程 第三章 胚胎工程 1.3.3 胚胎工程的新進展課件 中圖版選修3

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1、第三節(jié)第三節(jié) 胚胎工程的新進展胚胎工程的新進展 課程標準 舉例說出胚胎工程的應用。 課標解讀 1了解胚胎細胞核移植的過程和意義。 2了解嵌合體的培育過程及意義。 3舉例說出轉基因動物的應用。 借助_技術，把早期胚胎細胞的_取出，將其注入到預先_中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成 _ _，這項技術稱為胚胎細胞核 移植。由此得到的早期胚胎稱為_，發(fā)育成的動物 個體稱為_。胚胎細胞核移植胚胎細胞核移植1概念概念顯微操作顯微操作核核去核的卵細胞去核的卵細胞成熟個體成熟個體重組胚重組胚核移植個體核移植個體甚至甚至早期胚胎早期胚胎 因供體核來源于_，所以所有的核移植個體在遺傳性狀上是_。通過連續(xù)_的方式培育出的動

2、物，完全保留了_的遺傳性，并可 _地獲得遺傳性狀_的后代。 該技術對于擴大_的繁殖以及拯救瀕危_具有重要意義。 動物細胞核移植的成功可以說明什么？ 提示動物細胞核具有全能性。2特點特點同一個胚胎同一個胚胎完全相同的完全相同的胚胎細胞核移植胚胎細胞核移植親代親代無限度無限度完全相同完全相同3意義意義優(yōu)良家畜優(yōu)良家畜野生動物野生動物思維激活思維激活1 (1)概念 胚胎細胞核移植是指借助顯微操作技術，把早期胚胎細胞的核取出，注入到預先去核的成熟卵母細胞或是去核的受精卵中，使之在體內(nèi)或體外發(fā)育成早期胚胎甚至成熟個體的技術。 (2)意義 擴大了優(yōu)良家畜的繁殖，并能保持親本優(yōu)良性狀。 用于拯救瀕危野生動物

3、。1胚胎核移植及其意義胚胎核移植及其意義 2胚胎細胞核移植的過程 特別提醒克隆動物的生殖方式：無性繁殖，基因型與提供細胞核的親本完全相同。 理論依據(jù)：動物細胞核的全能性。 培養(yǎng)過程常用的技術手段：細胞核移植、胚胎移植、動物細胞培養(yǎng)等。胚胎細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將胚胎細胞核取出后注入去核卵細胞中 C胚胎培養(yǎng) D可用于培育優(yōu)良家畜 答案B【鞏固鞏固1】 嵌合體是指利用 _的方法，將不同品種甚至不同 種的_或_鑲嵌在一起，體外培養(yǎng)至_， 再將其_到一個“代孕媽媽”體內(nèi)，最終培育出具有 _遺傳性狀的完整個體。 (1)研究_過程中的一系列現(xiàn)象和問題，如

4、早期胚胎的_、_的機理、性別是怎樣決定的，在胚胎發(fā)育過程中基因的_和_等。嵌合體嵌合體1概念概念胚胎工程胚胎工程受精卵受精卵早期胚胎早期胚胎囊胚囊胚不同不同移植移植2應用應用動物胚胎發(fā)育動物胚胎發(fā)育全能性全能性細胞分化細胞分化表達表達調(diào)控調(diào)控 (2)建立實驗動物_，研究_和_ _； (3)在家畜改良方面，由于嵌合體動物_的基因于一體，有可能把親代動物的_集中地表現(xiàn)出來，形成具有高度_的雜合個體，這樣不僅能成倍縮短家畜_，而且也為創(chuàng)造_的家畜品種提供了新的技術手段。遺傳病的模型遺傳病的模型治療方案治療方案篩選篩選藥物藥物可集不同品種動物可集不同品種動物優(yōu)良遺傳性狀優(yōu)良遺傳性狀雜種優(yōu)勢雜種優(yōu)勢改良

5、時間改良時間新型新型 “基因敲除”與嵌合體豬 (1)豬器官的特點 豬的內(nèi)臟器官在大小、結構和功能上與人體器官相近，是人體器官移植的最佳材料。但由于豬細胞表面有一些蛋白質(zhì)會導致人體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生強烈反應，因而豬器官還不能直接用于人體器官移植。1嵌合體形成的過程嵌合體形成的過程2 (2)“基因敲除”后的嵌合體豬 科學家利用胚胎干細胞具有無限增殖和發(fā)育全能性的特點，采用“基因敲除”技術，將豬胚胎干細胞中主要組織相容性抗原基因去除，再將這些干細胞注入到正常豬的囊胚中，經(jīng)胚胎移植培育出嵌合體豬。經(jīng)選育可獲得不含主要組織相容性抗原基因的豬，這些豬可為人類提供移植所需的器官。動物嵌合體技術的產(chǎn)物是 ()。 A

6、重組胚B核移植個體 C嵌合體動物 D雜合子動物 解析動物嵌合體技術可生產(chǎn)出嵌合體動物，用于科學研究或生產(chǎn)實踐。 答案C【鞏固鞏固2】 (1)“超級小鼠”的培育 20世紀80年代，科學家首次將大鼠的_導入小鼠_中，再將后者_到代孕母鼠體內(nèi)發(fā)育，獲得帶有大鼠_的轉基因小鼠。這些小鼠由于表達出了大鼠的_，因而生長較快，成年鼠的體重是正常小鼠的_倍。 (2)動物轉基因技術的應用 a科學家將抗_、抗_、_等的基因轉入經(jīng)濟轉基因動物轉基因動物1動物轉基因技術動物轉基因技術生長激素基因生長激素基因受精卵受精卵移植移植生長激素基因生長激素基因生長激素生長激素兩兩低溫低溫疾病疾病熒光素熒光素 或?qū)嶒瀯游矬w內(nèi)，以

7、改善動物的_或用于_。 b利用_和_生產(chǎn)供人類移植的器官。 (1)概念：將藥用蛋白的_導入_家畜的體內(nèi)，并使之在家畜的_中特異性_出相應的產(chǎn)物。 (2)意義：利用動物“生物反應器”生產(chǎn)_具有許多優(yōu)點，給制藥行業(yè)帶來美好前景。 培育轉基因動物常用的轉化方法和受體細胞分別是什么？ 提示顯微注射法、受精卵。思維激活思維激活2品質(zhì)品質(zhì)科學研究科學研究基因敲除法基因敲除法轉基因動物轉基因動物2動物動物“生物反應器生物反應器”外源基因外源基因雌性雌性乳腺乳腺表達表達藥用蛋白藥用蛋白 (1)概念：通過基因工程的方法，將外源基因?qū)雱游锏氖芫鸦蛟缙谂咛ブ?，并使這些基因有效和穩(wěn)定地整合在動物染色體基因組中，且

8、能表達相應產(chǎn)物。這些動物被稱為轉基因動物。 (2)應用 用于提高動物生長速度 a原理：外源生長激素基因的表達可以使轉基因動物生長得更快，因此將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)以提高動物生長速度。 b成果：如轉基因綿羊，其生長速率比一般的綿羊提高1轉基因動物及其應用轉基因動物及其應用 30%，體型增大50%；轉基因鯉魚9個月后比一般鯉魚重1.5 kg等。 用于改良畜產(chǎn)品的品質(zhì) 例如，有些人對牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀，科學家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低，但其他營養(yǎng)成分不受影響。 用轉基因動物作器官移植的供體 科學家

9、正試圖利用基因工程方法對豬的器官進行改造，采用的方法是將器官供體基因組導入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。 利用動物“生物反應器”生產(chǎn)藥用蛋白 (1)原理：將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉基因動物。轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為動物“生物反應器”。 (2)成果：目前，科學家已在牛和山羊等動物乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和抗胰蛋白酶

10、等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。 (3)優(yōu)點：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低，易提取。2上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥用蛋白含量提高30多倍?！稗D基因動物”是指 ()。 A提供基因的動物 B基因組中增加外源基因的動物 C能產(chǎn)生白蛋白的動物 D能表達基因信息的動物【鞏固鞏固3】 解析轉基因生物是指利用基因工程技術導入外源基因培育出的能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。轉基因動物是指基因組中增加了外源基因的動物。題中的轉基因牛攜帶有外源白蛋白基因。 答案B 核移植并不是一個新的概念，早在1938年德國發(fā)育生物學家Spe

11、mann就首先將核移植技術用于研究細胞分化。20世紀50年代Briggs等率先在兩棲類動物中開展這項技術，隨后Gurdon及其同事報道蟾蜍核移植獲得成功。在隨后的一系列哺乳動物核移植研究中，采用胚胎細胞核作為核供體進行核移植，在小鼠、兔、豬、綿羊以及牛等動物中獲得成功。這些早期研究使人們形成了一種定性思維，即認為核移植胚胎的發(fā)育潛能會隨著供體核年齡的增【例例1】示例示例一一胚胎細胞核移植胚胎細胞核移植 加而降低，而且隨著細胞的進一步分化，細胞核可能會更難在被去核的未分化受體細胞內(nèi)發(fā)生核重排。比如來自蝌蚪的體細胞進行可以獲得成年動物，而采用成體青蛙的體細胞進行就得不到。這種認為體細胞核移植不可能

12、成功或者非常困難的觀點一直持續(xù)了幾十年。然而1997年wilmut等將成體動物的乳腺上皮細胞注入去核的卵子中獲得克隆羊Dolly的成功推翻了人們的這些看法。自此以后體細胞克隆動物相繼在牛、小鼠、山羊、豬等動物中取得成功。 根據(jù)以上材料，回答下列問題。 (1)動物細胞核移植技術分為_核移植和_核移植兩類，其中_核移植較難，原因是_。 (2)克隆動物屬于_(無性或有性)生殖，其性別決定于_，因此，克隆羊Dolly的性別是_性。 (3)如果動物的克隆技術發(fā)展成熟并運用于人類自身，將對人類產(chǎn)生什么影響？_ _。 思維導圖： 答案(1)動物胚胎細胞動物體細胞動物體細胞體細胞分化程度大，全能性的發(fā)揮受到限

13、制 (2)無性提供細胞核的供體雌 (3)正面影響：用人類自身體細胞克隆生產(chǎn)用于器官修補移植的材料；負面影響：克隆人會引起人類社會倫理混亂 歸納提升核移植技術問題歸納 (1)過程：一個細胞的細胞核與去核后的卵細胞質(zhì)形成一個重組細胞，經(jīng)誘導發(fā)育成一個重組胚胎，再經(jīng)胚胎移植，在受體內(nèi)發(fā)育成一個新個體。 (2)實質(zhì)：無性繁殖。 (3)分類：依據(jù)供核細胞分為體細胞核移植和胚胎細胞核移植。 (4)主要技術手段：核移植技術、早期胚胎培養(yǎng)技術、胚胎移植技術、動物細胞培養(yǎng)技術等。 繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后，膀胱生物反應器的研究也取得一定進展。最后，科學家培育出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的

14、生長激素并分泌到尿液中。請回答下面的問題。 (1)將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細胞，常用的技術是_。 (2)進行基因轉移時，通常要將外源基因轉入_中，原因是_。 (3)通常采用_技術檢測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器時，應使外源基因在小鼠的_細胞中特異性表達。【例例2】示例二示例二動物動物“生物反應器生物反應器” 思維導圖： 解析(1)將目的基因(人生長激素基因)導入動物細胞(小鼠受體細胞)的常用技術是顯微注射技術。(2)在哺乳動物細胞中，受精卵或早期胚胎細胞的全能性更容易表達，因此，在動物細胞工程中常將受精卵或早期胚胎細胞作為受體細胞。(3)檢測轉基因生物的染

15、色體上是否插入了目的基因的技術是DNA分子雜交技術。(4)由題中信息可知，人生長激素基因在小鼠的膀胱上皮細胞內(nèi)進行了特異性表達。 答案(1)顯微注射技術 (2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎細胞)具有全能性，可使外源基因在相應組織表達 (3)DNA分子雜交 (4)膀胱上皮 歸納提升乳腺生物反應器 乳腺生物反應器生產(chǎn)的操作流程是：獲取目的基因(如血清白蛋白基因)構建基因表達載體(將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起)通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中將受精卵培育成早期胚胎將早期胚胎送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉基因動物。 轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌的乳

16、汁來生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。要想讓目的基因在特定的細胞內(nèi)表達，就需要讓在該組織細胞內(nèi)特異性表達的基因的調(diào)控組件與目的基因重組在一起。生物反應器的培育中一般會用到基因工程技術、動物細胞培養(yǎng)、胚胎的早期培養(yǎng)技術、胚胎移植技術。 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系一般稱為“工程菌”，如含有人胰島素基因的大腸桿菌菌株，含有抗蟲基因的土壤農(nóng)桿菌菌株都是“工程菌”。 用基因工程方法制造的“工程菌”，可以高效率地生產(chǎn)各種高質(zhì)量、低成本藥品，如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等?；蚬こ趟幤肥侵扑幑I(yè)上的重大突破。下面就胰島素和干擾素的情況作些介紹：探究基因工程藥

17、品的產(chǎn)生探究基因工程藥品的產(chǎn)生技法必備技法必備 胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上給病人注射用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取4 g5 g胰島素。用這種辦法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠遠不能滿足社會的需要。1979年，科學家將動物體內(nèi)能夠產(chǎn)生胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌內(nèi)表達成功。1982年，美國一家公司用基因工程的方法生產(chǎn)的胰島素，開始投放市場，其售價比用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的胰島素的售價降低了30%50%。 干擾素是病毒侵入細胞后產(chǎn)生的一種糖蛋白，是一種抗病毒的特效藥。另外，干擾素對治療乳腺癌、骨髓癌、 淋巴癌等癌癥和某些白血病也

18、有一定的療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法是從人體血液中的白細胞內(nèi)提取出來的。19801982年，科學家用基因工程的方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素。從1987年開始，用基因工程方法生產(chǎn)的干擾素進入工業(yè)化生產(chǎn)，并且大量投放市場。 糖尿病是一種常見病，且發(fā)病率有逐年增加的趨勢，以致西方發(fā)達國家把它列為第三號“殺手”。治療該病的胰島素過去主要從動物(如豬、牛)中獲得，自20世紀70年代遺傳工程(又稱基因工程)發(fā)展起來以后，人們開始采用這種高新技術生產(chǎn)胰島素，其操作的基本過程如下圖所示。能力展示能力展示 (1)圖中基因工程的基本過程可概括為“四步曲”，即_。 (2)圖中的質(zhì)粒存在于細菌細胞內(nèi)，在基因

19、工程中通常被用作_，從其分子結構可確定它是一種_。 (3)根據(jù)堿基互補配對的規(guī)律，在_酶的作用下，把圖中甲與乙拼接起來(即重組)，若a段與d段的堿基序列分別是AATTC和CTTAA，則b段與c段分別是_。 (4)細菌進行分裂后，其中被拼接起來的質(zhì)粒也由一個變成兩個，兩個變成四個質(zhì)粒的這種增加方式在遺傳學上稱為_。目的基因通過活動(即表達)后，能使細菌產(chǎn)生治療糖尿病的激素，這是因為基因具有控制_合成的功能，該過程包括_。 解析人的胰島素的大量生產(chǎn)，首先利用基因工程把人的胰島素基因拼接到大腸桿菌的質(zhì)粒上，培育成“工程菌”，然后利用發(fā)酵工程讓“工程菌”大量繁殖，通過發(fā)酵生產(chǎn)人的胰島素。 答案(1)目

20、的基因的獲得、重組載體的構建、重組載體的導入和篩選、目的基因的表達和鑒定 (2)載體環(huán)狀DNA (3)DNA連接TTAAG、GAATT (4)DNA擴增蛋白質(zhì)轉錄和翻譯 1982年美國科學家將人的生長激素基因轉移到了小鼠體內(nèi)，得到了“超級小鼠”，此轉基因技術的受體細胞是 ()。 A卵細胞 B去核卵細胞 C受精卵細胞 D乳腺上皮細胞 解析由于目前還不能體現(xiàn)動物體細胞的全能性，所以應該用受精卵細胞，才能在個體及其后代形成可遺傳變異。 答案C1. 良種家畜的繁殖必須要求保持親本的優(yōu)良性狀。下列哪項技術最能保持親本的優(yōu)良性狀 ()。 A人工授精 B體外受精 C轉基因技術 D胚胎細胞核移植 解析保持親本

21、的優(yōu)良性狀應用無性繁殖技術。 答案D2 人的血清白蛋白在臨床上需求量很大，通常從人血中提取。由于艾滋病病毒(HIV)等人類傳染性病原體造成的威脅與日俱增，使人們對血液制品顧慮重重。如果應用基因工程和克隆技術，將人的血清白蛋白基因轉入乳牛細胞中，那么，利用牛的乳汁生產(chǎn)血清白蛋白就成為可能。大致過程如下：a.將人體血清白蛋白基因?qū)氪菩阅膛Ｅ咛ゼ毎?，形成重組細胞；b.取出重組細胞的細胞核，注入去核牛卵細胞中，形成重組細胞；c.將胚胎移植到母牛的子宮內(nèi)，最終發(fā)育成轉基因小牛。 請回答下列問題。3 (1)重組細胞實現(xiàn)了_ 的重組，而重組細胞則實現(xiàn)了_ 的重組。 (2)若將早期胚胎分割成若干個胚胎細胞，

22、讓其分別發(fā)育成一頭小牛，這些小牛的基因型是否相同？說明理由。 _ _。 (3)為什么實際過程中第一步要選擇“雌性奶牛胚胎”？ _ _。 (4)及(2)中分別利用的胚胎工程技術是_和_，胚胎工程的終端環(huán)節(jié)是_。 (5)上述過程實現(xiàn)了_工程和_工程的綜合運用。 (6)若發(fā)育成的轉基因小牛分泌的乳汁中含有人的血清白蛋白，則說明_。 解析本題考查基因工程與胚胎工程綜合運用的問題。胚胎工程是目前在良種繁殖、拯救瀕危動物，以及生產(chǎn)試管動物和嬰兒諸多領域應用十分廣泛的一項技術，諸多技術最終都要通過胚胎移植得以實現(xiàn)。 答案(1)人體血清白蛋白基因與奶牛胚胎細胞中DNA 去核卵細胞的細胞質(zhì)與重組細胞的細胞核(2)相同。因為它們都是由重組細胞經(jīng)過有絲分裂(卵裂)產(chǎn)生的 (3)目的基因表達的產(chǎn)物是人血清白蛋白，利用雌性奶?？赏ㄟ^產(chǎn)奶把這種“表達物質(zhì)”分泌出來(4)核移植胚胎分割移植胚胎移植(5)基因胚胎(6)人體血清白蛋白基因在奶牛的乳腺中得以表達 課堂小結