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高中三年级生物

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  • 读图填空题
    下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所作的一系列研究,请据图分析回答:

    (1)过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上,并加入动物血清、抗生素等物质,维持细胞不分化的状态。在此过程中,饲养层提供干细胞增殖所需的__________,加入抗生素是为了__________,这对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义。
    (2)过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔,通过组织化学染色,用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响的因素,这项研究利用了胚胎干细胞具有__________的特点。在哺乳动物早期发育过程中,囊胚的后一个阶段是______________。
    (3)过程Ⅲ中目的基因导入胚胎干细胞最常用的方法是___________,将获得的目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体,其目的是_________。
    (4)过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤中里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。实验时,必须用X射线照射去除胸腺的小鼠,获得免疫缺陷小鼠,其目的是___________。该过程研究的意义在于解决___________________问题。
    本题信息:2011年湖南省模拟题生物读图填空题难度极难 来源:马娟
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本试题 “下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所作的一系列研究,请据图分析回答:(1)过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上,并加入动物血清、抗生...” 主要考查您对

人体的器官移植

基因工程的基本操作程序

体内受精和早期胚胎发育

胚胎工程的应用及前景

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人体的器官移植:

1、器官移植的历史回顾:幻想阶段→试验阶段→进入临床阶段→临床发展阶段
2、供体器官来源的展望:利用干细胞和组织工程技术构建人体器官,解决了器官来源不足。例组织工程皮肤和组织工程软骨已经开始临床使用。

知识拓展:

1、肾移植:在所有的器官移植中,肾移植是自成功、最稳定的。已经成功挽救了大批肾脏衰竭病人的生命。
2、肾脏是形成尿液的器官,许多的代谢废物例如尿素、肌酐等都会随尿液排出体外,否则会因血液中毒素太多而使人中毒,这就是尿毒症。要从根本上解决患者的病痛,最好是肾移植,进行肾移植时,供体肾脏植入受体的腹腔,通常和髂动脉、髂静脉相吻合。
3、移植的器官相当于抗原
4、各种移植手术的成功案例介绍
①骨髓移植:器官移植的一种,将正常骨髓由静脉输入患者体内,以取代病变骨髓的治疗方法。用以治疗造血功能异常、免疫功能缺陷、血液系统恶性肿瘤及其他一些恶性肿瘤。用此疗法均可提高疗效,改善预后,得到长生存期乃至根治。
②原理:人体内的血液成分处于一种不断的新陈代谢中,老的细胞被清除,生成新的细胞,骨髓的重要功能就是产生生成各种血细胞的干细胞,这些干细胞通过分化再生成各种血细胞如红细胞、白细胞、血小板、淋巴细胞等,简单的说骨髓的作用就是造血功能。因此,骨髓对于维持机体的生命和免疫力非常重要。
基因工程的基本操作程序:

1、目的基因的获取
(1)目的基因是指: 编码蛋白质的结构基因。
(2)获取方法:①从基因文库中获取;②人工合成(反转录法和化学合成法);③PCR技术扩增目的基因。
2、基因表达载体的构建
(1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。如图:

①启动子:是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需的蛋白质。
②终止子:也是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的尾端。
③标记基因的作用:是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。
(3)基因表达载体的构建过程:

3、将目的基因导入受体细胞
(1)转化的概念:是目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
(2)常用的转化方法:
生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 Ca2+处理法
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
(3)重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。
4、目的基因的检测和表达
(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子杂交技术。
(2)其次还要检测目的基因是否转录出mRNA,方法是用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
(3)最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原--抗体杂交。
(4)有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。

知识点拨:

1、构建基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下,便于获得所需的目的基因。
2、PCR技术:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目的基冈的一种非常有用的方法,也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。
3、基因文库中不是直接保管相应基因,基因文库中的基因保存在受体菌中。
4、在基因工程的四个操作步骤中,只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对,其余三个步骤都涉及碱基互补配对。
5、原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少,有利于目的基因的复制与表达,因此常用大肠杆菌等原核生物作为受俸细胞。
6、植物细胞的全能性较高,可经植物组织培养过程成为完整植物体,因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞;动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵。
7、转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中,从而使受体生物获得了新的遗传特性的现象,从其变化的实质看,这种变异属于可遗传变异中的基因重组。
知识拓展:

1、基因文库的构建:
(1)概念
①基因组文库:含有一种生物的全部基因。将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因组文库。
②cDNA文库:只包含了一种生物的部分基因。
(2)构建过程
基因组文库的构建 cDNA文库的构建
2、人工合成目的基因
(1)反转录法:

(2)人工合成目的基因

3、PCR技术扩增目的基因
①原理:DNA双链复制
②过程:
第一步:加热至90~95℃DNA解链;
第二步:冷却到55~60℃,引物结合到互补DNA链;
第三步:加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。

体内受精和早期胚胎发育:

1、精子和卵子的发生:

项目 精子 卵子
场所 睾丸曲细精管 卵巢
时间 初情期开始 胎儿时期性别分化以后
过程
(在卵细胞膜和透明带的间隙有两个集体是判断卵子受精的标志)
结果 4个精子 1个卵细胞;3个极体
MⅠ和MⅡ是否连续

2、受精作用
(1)受精作用的场所:输卵管。
(2)受精前的准备阶段
①精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力的生理现象。
②卵子的准备:在输卵管中发育达到减数第二次分裂的中期,才具备与精子受精的能力。
(3)受精阶段——四步曲
第一步:精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞之间的物质,透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步:精子进入卵细胞腆。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步:原核形成。雄原核形成和雌原核形成。
第四步:合子形成。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。
3、胚胎发育:
(1)过程:受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
①卵裂期:细胞进行有丝分裂,数量增加,胚胎总体积不增加;
②桑椹胚:32个细胞左右的胚胎(之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞);
③囊胚:细胞开始分化,其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织;而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘;胚胎内部逐渐出现囊胚腔(注:囊胚的扩大会导致透明带的破裂,胚胎伸展出来,这一过程叫孵化);
④原肠胚:内细胞团表层形成外胚层,下方细胞形成内胚层,由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。(细胞分化在胚胎期达到最大限度)
(2)图示:


知识点拨:

受精过程中的几个反应:
(1)顶体反应:精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质,穿越放射冠。
(2)透明带反应:顶体酶可将透明带溶出孔道,精子穿入,在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应(它是防止多精子入卵受精的第一道屏障);
(3)卵黄膜的封闭作用:精子外膜和卵黄膜融合,精子入卵后,卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程(它是防止多精子入卵受精的第二道屏障);精子尾部脱落,原有核膜破裂形成雄原核,同时卵子完成减二分裂,形成雌原核(注意:受精标志是第二极体的形成;受精完成标志是雌雄原核融合成合子)。

知识拓展:

1、成熟的精子并不具备受精能力,必须获能后才具备受精能力。
2、卵细胞形成过程中,减数第一次分裂在排卵前后完成,而减数第二次分裂在受精时完成。
胚胎工程的应用及前景:

1、胚胎移植
(1)概念:是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”,接受胚胎的个体称为“受体”。  
(2)基本程序主要包括:
①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体,有健康的体质和正常繁殖能力的受体,供体和受体是同一物种。并用激素进行同期发情处理,用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。
②配种或人工授精。
③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天,用特制的冲卵装置,把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查,此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存。
④对胚胎进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。
(3)胚胎移植的意义:大大缩短了供体本身的繁殖周期,充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。
(4)胚胎移植的生理学基础:
①动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
2、胚胎分割
(1)概念:是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
(2)材料:发育良好,形态正常的桑椹胚或囊胚。(桑椹胚至囊胚的发育过程中,细胞开始分化,但其全能性仍很高,也可用于胚胎分割)
(3)理论基础:细胞的全能性。
(4)所用仪器设备:实体显微镜和显微操作仪。
(5)操作过程:选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚,移人盛有操作液的培养皿中,然后用分割针或分割刀进行分割。
(6) 意义:加快繁殖速度。
3、胚胎干细胞
(1)哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞,来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。
(2)具有胚胎细胞的特性,在形态上表现为体积小,细胞核大,核仁明显;在功能上,具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外,在体外培养的条件下,可以增殖而不发生分化,可进行冷冻保存,也可进行遗传改造。
(3)胚胎干细胞的主要用途是:
①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律;
②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料,在培养液中加入分化诱导因子,如牛黄酸等化学物质时,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化,这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段;
③可以用于治疗人类的某些顽疾,如帕金森综合症、少年糖尿病等;
④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性,移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能;
⑤随着组织工程技术的发展,通过ES细胞体外诱导分化,定向培育出人造组织器官,用于器官移植,解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
知识点拨:

1、供体为优良品种,作为受体的雌性动物应为常见或存量大的且身体健康有良好的生育能力的品种。
2、地位:如转基因、核移植,或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎,都必须经过胚胎移植技术才能获得后代,是胚胎工程的最后一道“工序”。
3、胚胎分割要求:对囊胚阶段的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
4、来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,属于无性繁殖。
5、实质:是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。
6、优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,从而大大缩短了供体本身的繁殖周期,大大推动了畜牧业的发展。
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