生物學(xué)案：課堂探究胚胎工程的應(yīng)用及前景

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂探究探究點(diǎn)一胚胎移植·問(wèn)題導(dǎo)引·汗血寶馬原產(chǎn)地為土庫(kù)曼斯坦，體型飽滿優(yōu)美、頭細(xì)頸高、四肢修長(zhǎng)、皮薄毛細(xì)，步伐輕靈優(yōu)雅、體形纖細(xì)優(yōu)美，再襯以彎曲高昂的頸部,勾畫(huà)出它完美的身形曲線?，F(xiàn)將汗血寶馬的胚胎移植入我國(guó)母馬的體內(nèi).思考:（1）列舉用于移植的胚胎的幾個(gè)來(lái)源。(2）汗血寶馬胚胎的植入對(duì)象是國(guó)產(chǎn)母馬,國(guó)產(chǎn)母馬與其所孕育的汗血寶馬胚胎有沒(méi)有遺傳聯(lián)系?國(guó)產(chǎn)母馬在孕育汗血寶馬的過(guò)程中，起何作用?（3）簡(jiǎn)述胚胎移植的基本程序。提示:（1）體內(nèi)受精得到的早期胚胎、體外受精得到的胚胎、體細(xì)胞核移植技術(shù)得到的胚胎、胚胎分割得到的胚胎。(2）國(guó)產(chǎn)母馬與其所孕育的汗血寶馬胚胎沒(méi)有任何遺傳聯(lián)系,國(guó)產(chǎn)母馬在孕育汗血寶馬的過(guò)程中起了代孕媽媽的作用,為所孕育的汗血寶馬胚胎提供順利發(fā)育的環(huán)境.(3）選擇供、受體→配種或進(jìn)行人工授精→收集胚胎→檢查、培養(yǎng)和保存胚胎→胚胎移植→對(duì)移植后的胚胎檢查。·名師精講·1．胚胎移植中的“生物”：胚胎、供體、受體(1）胚胎來(lái)源：雌性動(dòng)物的早期胚胎或者通過(guò)體外受精及其他方式得到的胚胎。(2)供體：在胚胎移植中提供胚胎的個(gè)體。（3）受體：在胚胎移植中接受胚胎的個(gè)體.特別提醒2．胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)生理學(xué)基礎(chǔ)意義哺乳動(dòng)物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠,在一段時(shí)間內(nèi),同種動(dòng)物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環(huán)境，這是胚胎移植成功的關(guān)鍵哺乳動(dòng)物的早期胚胎形成后，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)與母體子宮建立組織上的聯(lián)系，而是處于游離狀態(tài)為胚胎的收集提供了可能受體對(duì)移入子宮的外來(lái)胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)為胚胎在受體內(nèi)的存活提供了可能供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，但移入受體的供體胚胎的遺傳特性，在孕育過(guò)程中不受任何影響受體只為胚胎提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和發(fā)育的場(chǎng)所，不會(huì)影響胚胎的遺傳特性3．與胚胎移植操作有關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題(1)供體公牛、母牛和受體母牛的選擇：應(yīng)選擇遺傳特性和生產(chǎn)能力優(yōu)秀的個(gè)體作為供體，選擇具有健康體質(zhì)和正常繁殖能力的個(gè)體作為受體。（2）受精卵的獲得既可通過(guò)體內(nèi)受精，也可通過(guò)人工授精。（3）沖卵后，對(duì)胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查，胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段.收集到的胚胎可直接向受體移植，也可放入－196℃的液氮中保存。(4)該過(guò)程中兩次使用激素：第一次用孕激素對(duì)供、受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理;第二次用促性腺激素使供體母牛超數(shù)排卵.（5）該過(guò)程中的兩次檢查：第一次對(duì)收集的胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查；第二次對(duì)受體母牛是否妊娠進(jìn)行檢查。（6）產(chǎn)下的犢牛性狀取決于所用公牛和供體母牛，性別取決于公牛提供何種類型的精子，二者與受體母牛沒(méi)有關(guān)系。特別提醒①?zèng)_卵是將供體母畜子宮內(nèi)的胚胎沖出來(lái)，而不是把卵子沖出來(lái)。②胚胎移植的實(shí)質(zhì)是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。③供體接受兩次激素處理（同期發(fā)情處理和超數(shù)排卵處理)，而受體只接受一次激素處理（同期發(fā)情處理）。4．胚胎移植和胚胎工程其他技術(shù)的關(guān)系：胚胎移植是胚胎工程其他技術(shù)的最后一道“工序”胚胎移植實(shí)際上是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過(guò)程。在胚胎工程中通過(guò)任何一項(xiàng)技術(shù),如轉(zhuǎn)基因、核移植,或體外受精等技術(shù)獲得的胚胎，都必須移植給受體才能獲得后代。因此，胚胎移植是胚胎工程及其他技術(shù)的最后一道“工序”.【例題1】保證胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境一致的方法是(）A．用激素對(duì)供、受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理B．用激素對(duì)供體母牛進(jìn)行超數(shù)排卵處理C．用激素對(duì)受體母牛進(jìn)行超數(shù)排卵處理D．用電刺激法對(duì)供、受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理解析：胚胎移植必須在同一種生物之間進(jìn)行,而且供體和受體生理狀態(tài)完全相同，其處理方法是用激素處理供體和受體生物,促使供體和受體生理狀態(tài)完全相同.答案：A典型方法明確同期發(fā)情處理、超數(shù)排卵處理的對(duì)象、手段和目的是解答此類題型的關(guān)鍵。變式訓(xùn)練1供、受體母牛選擇好后，要用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理的原因是（）A．防止受體牛不愿意接受胚胎B．只有受體與供體的生理狀態(tài)相同，被移植的胚胎才能繼續(xù)正常發(fā)育C．同期發(fā)情處理后,有利于供體母牛超數(shù)排卵D．同期發(fā)情處理后,卵子和精子受精結(jié)合能力強(qiáng)解析：對(duì)供體和受體同時(shí)用激素同期發(fā)情處理是為了保證供體和受體具有相同的生理狀態(tài),以確保胚胎移植后能正常發(fā)育。答案：B探究點(diǎn)二胚胎分割和胚胎干細(xì)胞·問(wèn)題導(dǎo)引·牛胚胎分割技術(shù)是在牛胚胎移植技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。其方法是通過(guò)顯微外科操作，把一個(gè)牛早期胚胎分割成兩個(gè)或多個(gè)，然后進(jìn)行胚胎移植，最終可以產(chǎn)生同卵雙胎或多胎。思考：（1)用于分割的牛胚胎應(yīng)處于哪一發(fā)育階段？為什么?（2）胚胎分割屬于有性生殖還是無(wú)性生殖？(3)胚胎分割有何意義？通過(guò)胚胎分割得到的同卵雙仔畜提示：(1)處于桑椹胚或囊胚，因?yàn)樵摃r(shí)期的細(xì)胞有全能性（囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)有全能性），分割后的每份胚胎能發(fā)育成完整的個(gè)體。(2）無(wú)性生殖。(3）胚胎分割技術(shù)可以提高胚胎的利用率，成倍地增加胚胎數(shù)和產(chǎn)犢數(shù)，從而迅速擴(kuò)大良種奶牛群，加速奶牛業(yè)的發(fā)展?！っ麕熅v·1．胚胎分割(1）實(shí)質(zhì):胚胎分割可以看做動(dòng)物無(wú)性繁殖或克隆的方法之一，因?yàn)閬?lái)自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)。（2）使用的主要儀器設(shè)備：實(shí)體顯微鏡和顯微操作儀。（3）選用胚胎：應(yīng)選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。（4）具體操作。以二分胚胎的分割和移植為主，用分割針或分割刀片將胚胎切開(kāi),吸出其中的半個(gè)胚胎，注入預(yù)先準(zhǔn)備好的空透明帶中，或直接將裸半胚移植入受體。在對(duì)囊胚階段的胚胎進(jìn)行分割時(shí)，要注意將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割.2．胚胎干細(xì)胞（1）概念和來(lái)源：哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞簡(jiǎn)稱ES或EK細(xì)胞，是由早期胚胎或原始性腺中分離出來(lái)的一類具有發(fā)育全能性的細(xì)胞。(2)分離途徑。（3）特點(diǎn)。①形態(tài)：體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯。②功能：具有發(fā)育的全能性，即可以分化為成年動(dòng)物體內(nèi)的任何一種組織細(xì)胞。③在體外培養(yǎng)的條件下，ES細(xì)胞可以增殖而不發(fā)生分化。對(duì)它可以進(jìn)行冷凍保存，也可進(jìn)行遺傳改造.(4）ES細(xì)胞的主要用途。①ES細(xì)胞通過(guò)誘導(dǎo)分化可產(chǎn)生新的組織細(xì)胞，用于治療人類的組織損傷和某些頑癥。②通過(guò)ES細(xì)胞的體外誘導(dǎo)分化，定向培育人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和移植后免疫排斥的問(wèn)題.③ES細(xì)胞是研究體外細(xì)胞分化的理想材料。④ES細(xì)胞可用于研究哺乳動(dòng)物個(gè)體發(fā)生和發(fā)育的規(guī)律。（5）干細(xì)胞的分類及特點(diǎn).類別專能干細(xì)胞多能干細(xì)胞全能干細(xì)胞特點(diǎn)只能分化成某一種類型或功能密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞能分化成多種細(xì)胞或組織，但不能發(fā)育成完整個(gè)體能形成機(jī)體的各種組織和器官，最終發(fā)育成完整個(gè)體舉例神經(jīng)干細(xì)胞造血干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞【例題2】鐮刀型細(xì)胞貧血癥是一種遺傳病，病人不能產(chǎn)生正常的血細(xì)胞。在缺氧的條件下，病人紅細(xì)胞變形為鐮刀狀，失去運(yùn)輸氧氣的能力.現(xiàn)在要用造血干細(xì)胞移植技術(shù)來(lái)治療此病人,你認(rèn)為最佳的醫(yī)治方案是（）A．將符合要求的造血干細(xì)胞移入病人的造血系統(tǒng)B．將符合要求的造血干細(xì)胞直接植入病人的循環(huán)系統(tǒng)C．將符合要求的造血干細(xì)胞植入病人血液D．將符合要求的紅細(xì)胞植入病人的血液和造血系統(tǒng)解析：造血干細(xì)胞是一種多能干細(xì)胞，在一定條件下可以增殖和分化為多種組織細(xì)胞。鐮刀型細(xì)胞貧血癥是病人的造血系統(tǒng)，不能產(chǎn)生正常的紅細(xì)胞，因此通過(guò)造血干細(xì)胞移植技術(shù)，將符合要求的造血干細(xì)胞植入病人的造血系統(tǒng)，就可以源源不斷地產(chǎn)生正常的紅細(xì)胞，并釋放進(jìn)入血液來(lái)替代衰老死亡的紅細(xì)胞,使病人的血液恢復(fù)正常的