高中生物苏教版选择性必修3生物技术与工程第二章第三节第4课时干细胞技术及其应用（61张）

第4课时干细胞技术及其应用学习目标素养要求1.概括干细胞的类型和特点。2.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。1.科学思维：比较全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。2.社会责任：认同干细胞技术在疾病治疗和新药研制和

开发等方面有广泛的应用价值和优势。干细胞技术及其应用内容索引网络构建课时对点练干细胞技术及其应用1.概念：干细胞是指动物(包括人)胚胎及某些器官中同时具有

和_____能力的细胞。2.特点：干细胞在形态上具有共性，通常呈

形或椭圆球形，细胞体积

，核相对较

。教材梳理预习新知

夯实基础自我更新分化圆球小大3.类型胚胎全能单能完整个体多种基底层成肌4.干细胞技术应用于疾病治疗(1)研究表明，神经系统疾病、糖尿病、心脏疾病、肾脏疾病、肝脏疾病和癌症等许多疾病，都有望借助干细胞技术得到治疗。并且自身干细胞的移植可避免产生

反应。(2)利用干细胞具有

的特性，人们在体外培养环境中给予干细胞一定的诱导条件，就可以将其

分化为特定类型的细胞。将这些特定细胞进一步培养，可以移植至机体相应的病变区域，使其代替原本失去功能的病变组织细胞，从而达到治疗相应疾病的目的。免疫排斥多分化潜能定向(3)干细胞移植技术能再造出全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官，通过采集

、骨髓或

血，利用专用的干细胞分离液，提取、纯化后得到的干细胞可应用于临床医学。(4)2001年，我国成立了

。外周血脐带中华骨髓库5.干细胞技术应用于新药研制和开发(1)胚胎干细胞可分化出任何组织类型的正常细胞，这为开发新药提供大量的

，大大减少了新药研究所需的动物

，降低了研究

，也改进了研发药品及其安全性检验的方法。(2)利用人类干细胞或用干细胞培养出来的组织、器官测试各种药物的药效、

，会比用其他动物更能反映人体的状况，这可能发展成为一种新的药物筛选模式。(3)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，并促进人对胚胎发育的基础研究，揭示人的

及影响其发育的因素。标本数量成本毒理特性发育机制(1)干细胞都来源于早期胚胎(

)(2)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同(

)(3)干细胞技术可应用于疾病治疗、新药研制和开发(

)判断正误××√核心探讨下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请据图回答下列问题：突破重难强化素养(1)图中胚胎干细胞、造血干细胞和成肌细胞，从分化潜能上来说，分别属于什么细胞？提示胚胎干细胞属于全能干细胞，造血干细胞属于多能干细胞，成肌细胞属于单能干细胞。(2)由胚胎干细胞分化形成图示各种细胞的根本原因是什么？图示细胞所含遗传物质相同吗？提示由胚胎干细胞分化形成图示各种细胞的根本原因是基因的选择性表达；图示各细胞所含的遗传物质相同。(3)胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是______________________________________________________________________________________________________________________。(4)胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足的问题？其应用有什么限制因素？提示通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决供体器官不足问题。胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了应用。性，可以被诱导分化形成新的组织细胞、器官甚至个体，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能胚胎干细胞具有全能全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞的比较核心归纳项目全能干细胞多能干细胞单能干细胞特点具有形成完整个体的分化潜能具有分化出多种细胞组织的能力只能向一种类型或密切相关的细胞类型分化实例胚胎干细胞造血干细胞成肌细胞共性都具有自我更新和分化能力；在形态上，通常都呈圆球形或椭圆球形，细胞体积小，核相对较大1.近年来发现，肿瘤组织中可能存在可以自我更新、增殖的肿瘤干细胞，这使得肿瘤一旦无法全切除便易复发。下列关于干细胞的叙述，不正确的是A.神经干细胞分化成神经细胞体现了干细胞的全能性B.按分化潜能的大小可把干细胞分为全能干细胞、多能干细胞、单能干

细胞C.各种干细胞能连续分裂，所以均具有细胞周期D.在生物体内造血干细胞增殖分化成红细胞、白细胞和血小板的过程是

不可逆的典题应用及时反馈知识落实√解析细胞的全能性是指细胞分裂和分化后，仍然具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，神经干细胞分化成神经细胞不能体现干细胞的全能性，A错误；干细胞是指动物(包括人)胚胎及某些器官中同时具有自我更新和分化能力的细胞，根据分化潜能的大小分为全能干细胞(胚胎干细胞)、多能干细胞(造血干细胞)、单能干细胞(神经干细胞)，B正确；干细胞能连续进行有丝分裂，具有细胞周期，C正确；在生物体内细胞分化是不可逆的，但在离体培养的条件下，已分化的细胞可能重新分化，D正确。2.(2021·云南高二期末)骨髓间充质干细胞在人体骨骼损伤后修复过程中具有重要作用，人体骨骼受损(如骨折)时，骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞，成骨细胞继续分裂参与形成新骨骼和修复受损骨骼。下列相关叙述错误的是A.骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞是骨髓间充质干细胞中的基因选择

性表达的结果B.与成骨细胞相比，骨髓间充质干细胞在形态结构和生理功能上存在差异C.骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞是多细胞生物体中细胞专门化趋势

的体现D.骨髓间充质干细胞与成骨细胞的遗传物质不同√解析细胞分化的实质是基因的选择性表达，骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞，是骨髓间充质干细胞中的基因选择性表达的结果，A正确；细胞分化后，在形态结构和生理功能等方面发生稳定性差异，细胞分化与成骨细胞相比，骨髓间充质干细胞在形态结构和生理功能上存在差异，B正确；细胞分化的结果使细胞功能趋向专门化，骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞是多细胞生物体中细胞专门化趋势的体现，C正确；细胞分化并不会改变细胞的遗传物质，故骨髓间充质干细胞与成骨细胞的遗传物质相同，D错误。网络构建课时对点练题组一干细胞分类1.人体骨髓中存在少量的干细胞(MSC)，如图为MSC分裂、分化示意图，下列叙述正确的是A.干细胞(MSC)属于全能干细胞B.干细胞(MSC)属于多能干细胞C.干细胞(MSC)属于单能干细胞D.干细胞(MSC)属于胚胎干细胞12345678910对点训练11121314151617√18解析全能干细胞具有形成完整个体的潜能，MSC不能形成完整的个体，A错误；多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，MSC可以分化出脂肪、成纤维、肌细胞等多种细胞或组织，B正确；123456789101112131415161718单能干细胞只能向一种类型或密切相关的细胞类型分化，C错误；胚胎干细胞具有形成完整个体的潜能，D错误。2.成人体内的小肠干细胞可以分化为吸收细胞、杯状细胞、内分泌细胞和潘氏细胞等类型的细胞，说明小肠干细胞属于①成体干细胞②胚胎干细胞③多能干细胞④全能干细胞A.①③

B.①④

C.②③

D.②④√1234567891011121314151617解析成人体内的小肠(已分化的组织)干细胞属于成体干细胞，①正确；小肠干细胞可以分化为吸收细胞、杯状细胞、内分泌细胞和潘氏细胞等类型的细胞，说明是多能干细胞，③正确。183.(2021·山东青岛市模拟)下列有关干细胞的叙述，不正确的是A.干细胞可以用来治疗21三体综合征B.早期胚胎内细胞团中的细胞属于全能干细胞C.胚胎和成体中都有干细胞的存在D.干细胞可以增生更多干细胞√1234567891011121314151617184.下列关于干细胞的描述，不正确的是A.干细胞是具有正常分化能力的细胞B.干细胞的体积较小但其核相对较大C.胚胎干细胞只能分化，不能分裂D.干细胞发生的分化一般是不可逆的√123456789101112131415161718解析动物和人体内具有自我更新和分化能力的细胞为干细胞，A正确；干细胞在形态上通常呈圆球形或椭圆球形，且其体积小但核相对较大，B正确；胚胎干细胞能分裂、分化形成各种体细胞，C错误；干细胞发生的分化一般是不可逆转的，将一直保持分化后的状态，直到死亡，D正确。1234567891011121314151617185.(2021·山东高二期末)下图表示人体骨髓内造血干细胞的增殖分化过程。下列说法正确的是A.干细胞分化过程中遗传

物质发生了改变B.干细胞分化出的红细胞仍具有细胞周期C.干细胞分化过程中，细胞器的种类、数量会发生变化D.造血干细胞的增殖分化过程能体现干细胞具有全能性√123456789101112131415161718解析细胞分化过程中遗传物质不变，A错误；红细胞不能分裂，没有细胞周期，B错误；细胞分化是基因选择性表达的结果，干细胞分化过程中细胞器的种类、数量会发生变化，使不同细胞具备不同的功能，C正确；图示干细胞分化形成多种血细胞，但没有形成完整个体，因此不能体现干细胞具有全能性，D错误。1234567891011121314151617186.(2021·浙江台州市高二期末)化学毒物、射线等能通过破坏DNA或损伤细胞等方式杀死大部分肿瘤细胞，却无法从根本上治愈肿瘤，原因是肿瘤组织中存在肿瘤干细胞，这些干细胞能分化为肿瘤细胞。研究表明，肿瘤干细胞往往处于DNA不复制的静止期。下列推测不合理的是A.肿瘤干细胞比肿瘤细胞具有更强的抗化学毒物损伤的能力B.肿瘤干细胞比肿瘤细胞具有更强的修复损伤DNA的能力C.处于非静止期的肿瘤干细胞对DNA损伤药物的抵抗性更强D.环境变化可改变肿瘤干细胞的基因表达使其分化为肿瘤细胞√123456789101112131415161718解析肿瘤干细胞往往处于静止期，此时DNA不复制，因此肿瘤干细胞比肿瘤细胞具有更强的抗化学毒物损伤的能力，A正确；肿瘤干细胞一般不会被化学毒物、射线等杀死，说明肿瘤干细胞比肿瘤细胞具有更强的修复损伤DNA的能力，B正确；处于非静止期的肿瘤干细胞，其DNA进行复制时，双链要解开，结构不稳定，对DNA损伤药物的抵抗性更弱，C错误；基因表达受环境因素的影响，环境变化可改变肿瘤干细胞的基因表达使其分化为肿瘤细胞，D正确。123456789101112131415161718题组二干细胞技术的应用7.下列关于人体造血干细胞的叙述，错误的是A.造血干细胞比胚胎干细胞的分化程度高B.造血干细胞分化产生的B细胞在胸腺中发育成熟C.造血干细胞可不断增殖和分化，捐献造血干细胞不影响人体健康D.造血干细胞移植是治疗白血病的有效手段√123456789101112131415161718解析造血干细胞可以分化成红细胞、白细胞和血小板，胚胎干细胞可以分化为任何一种组织细胞，所以造血干细胞分化程度更高，A正确；造血干细胞分化产生的T细胞在胸腺中发育成熟，B细胞在骨髓中成熟，B错误；骨髓中的造血干细胞可不断增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板，补充到血液中去，所以捐献造血干细胞不影响人体健康，C正确；造血干细胞移植可以取代白血病患者病变的造血干细胞，是治疗白血病的有效手段，D正确。1234567891011121314151617188.干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，医学家们正在尝试利用干细胞治疗一些顽疾，下列说法不正确的是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.利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生出各种组织、器官

的潜能C.同一生物个体中，神经细胞与干细胞所含有的遗传物质不同D.根据干细胞所处的发育阶段，可将其分为成体干细胞和胚胎干细胞√123456789101112131415161718解析同一个体的神经细胞和干细胞均是由受精卵通过细胞分裂和细胞分化形成的，遗传物质相同，C错误。9.美国学者已成功地利用人体皮肤细胞诱导出具备胚胎干细胞功能的干细胞，并利用皮肤干细胞治疗镰状细胞贫血获得进展。下列叙述中正确的是A.人体皮肤细胞是高度分化的细胞，遗传物质发生改变B.皮肤干细胞用于治疗镰状细胞贫血是其经诱导形成了造血干细胞C.从皮肤细胞诱导出具备胚胎干细胞功能的干细胞，是细胞再分化的过程D.与利用人体胚胎干细胞进行研究和疾病治疗相比，皮肤干细胞没有优势1234567891011121314151617√181234567891011121314151617解析人体皮肤细胞是高度分化的细胞，但遗传物质未发生改变，故A错误；从皮肤细胞诱导出具备胚胎干细胞功能的干细胞，是细胞脱分化的过程，故C错误；与利用人体胚胎干细胞进行研究和疾病治疗相比，利用皮肤干细胞不使用胚胎细胞或卵细胞，没有伦理学的问题，故具有优势，故D错误。1810.2018年我国科学家实现全球首例人类自体肺干细胞移植再生：从肺病患者的支气管中刷取干细胞，移植到肺部的病灶部位，成功实现了损伤组织的修复替代。下列分析正确的是A.上述资料表明干细胞具有全能性B.移植干细胞后发生了细胞分裂与分化C.移植后的干细胞遗传物质发生了改变D.干细胞能移植成功说明其形态结构与肺部其他细胞相同√123456789101112131415161718解析肺干细胞移植再产生新的肺部细胞，没有形成完整个体，只是由一个干细胞通过增殖分化产生多个肺部细胞的过程，不能表明干细胞的全能性，A错误；移植干细胞后通过细胞分裂产生多个细胞，成功实现了损伤组织的修复替代，通过细胞分化使产生的细胞的功能趋于专门化，B正确；移植后的干细胞通过细胞分化使细胞的形态功能发生变化，而细胞遗传物质没有改变，C错误；干细胞通过细胞分化变成肺部其他细胞，细胞分化会使细胞的形态结构和生理功能发生变化，因此干细胞与肺部其他细胞结构不相同，D错误。123456789101112131415161718选择题11～12题为单选题，13～16题为多选题。11.骨骼肌中的肌肉干细胞具有制造新肌肉组织的强大能力；而且还可以不断分裂产生更多的干细胞。但是它们的相关能力会随着年龄的增长而减弱。最新研究发现，所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋白，肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复。下列相关叙述正确的是A.肌肉干细胞制造新肌肉组织是干细胞全能性的体现B.幼嫩肌肉干细胞和衰老肌肉干细胞中的遗传信息不同C.GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂D.衰老肌肉干细胞中的酶活性均比幼嫩肌肉干细胞中的低综合强化√123456789101112131415161718解析肌肉干细胞制造新肌肉组织的过程没有形成新个体，故没有体现干细胞的全能性，A错误；同一生物体内的所有体细胞都是经过受精卵的有丝分裂和分化形成的，有丝分裂和细胞分化过程都不改变细胞的遗传物质，B错误；由题干信息说明GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂，C正确；衰老肌肉干细胞中的酶活性不一定均比幼嫩肌肉干细胞中的低，例如合成GASI蛋白的酶，D错误。12345678910111213141516171812.科学家在研究成体干细胞的分裂时提出这样的假说：成体干细胞总是将含有相对古老的DNA链(永生化链)的染色体分配给其中一个子代细胞，使其成为成体干细胞，同时将含有相对新的合成链的染色体分配给另一个子代细胞，这个细胞将分化并最终衰老凋亡(如下图所示)。下列相关推测中，不正确的是A.连续分裂的成体干细胞具有

细胞周期B.通过该方式可以减少成体干

细胞积累DNA复制过程中产

生的基因突变C.成体干细胞通过该方式分裂时，DNA进行半保留复制，染色体随机分配D.成体干细胞分化的根本原因是基因的选择性表达√123456789101112131415161718由于子代的成体干细胞总含有永生化链，因此减少了积累基因突变的概率，B正确；从图中可以看出，DNA的复制方式是半保留复制，但是染色体并不是随机分配的，成体干细胞总是将永生化链分配给其中一个子代细胞，使之成为成体干细胞，C错误；成体干细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，D正确。123456789101112131415161718解析依题意可知，因分裂前后细胞中的染色体数目不变，所以成体干细胞的分裂方式为有丝分裂，连续分裂的成体干细胞具有细胞周期，A正确；13.脐带血里存在着大量的造血干细胞，这些造血干细胞已经在80多种不同疾病的治疗上使用过。在一定体外条件下，造血干细胞可以分化成为白细胞，是治疗白血病的理想干细胞来源。下列相关叙述正确的是A.在造血干细胞增殖过程中，遗传物质先复制后均分B.造血干细胞分化为白细胞是基因选择性表达的结果C.造血干细胞是未经分化的细胞，但具有分裂的能力D.造血干细胞比白细胞在受到X射线辐射时易发生突变1234567891011121314151617√√√18解析造血干细胞已经发生分化，只是分化程度较低，仍具有分裂能力，C错误。14.将自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为“胰岛样”细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述错误的是A.“胰岛样”细胞比骨髓干细胞的分化程度高、全能性低B.骨髓干细胞与胰岛B细胞的基因组成不同，基因表达情况不同C.损伤的胰岛B细胞修复后，“胰岛样”细胞会重新转化为干细胞D.骨髓干细胞移植后分化出“胰岛样”细胞，说明骨髓干细胞属于多能

干细胞√√123456789101112131415161718解析骨髓干细胞与胰岛B细胞是由同一个受精卵发育而来的，其基因组成相同，B错误；一般而言，细胞分化过程在生物体内是不可逆的，故损伤的胰岛B细胞修复后，“胰岛样”细胞不会重新转化为干细胞，C错误。12345678910111213141516171815.科学家们在实验中将胚胎干细胞分化成大脑皮层神经细胞，并成功移植到了实验鼠大脑中，这一成果将有助于对神经性疾病的研究。下列有关叙述正确的是A.胚胎干细胞可来自早期胚胎内细胞团B.胚胎干细胞属于多能干细胞C.胚胎干细胞与神经细胞中核基因相同，蛋白质也相同D.该实验成果说明胚胎干细胞可以用于治疗人类的某些顽症12345678910√11121314151617√18解析胚胎干细胞可来自早期胚胎的内细胞团，其分化程度低，全能性高，A正确；胚胎干细胞属于全能干细胞，B错误；胚胎干细胞与神经细胞中核基因相同，蛋白质不一定相同，是基因选择性表达的结果，C错误；该实验成果说明胚胎干细胞可以用于治疗人类的某些顽症，如神经性疾病，D正确。12345678910111213141516171816.某实验室做了下图所示的实验研究，有关叙述正确的是123456789101112131415161718A.与纤维母细胞相比，过程①形成的诱导干细胞的全能性较高B.过程②是诱导干细胞中基因选择性表达的结果C.过程③得到的Z细胞还需进行克隆化培养和抗体检测及多次筛选D.图中的肝细胞、神经细胞及Y细胞具有相同的基因组成√√√解析①过程是通过诱导基因作用使纤维母细胞(高度分化)脱分化为干细胞(具有分裂和分化能力)，与纤维母细胞相比，干细胞的全能性较高，A正确；②过程是干细胞再分化为其他组织器官细胞，是基因选择性表达的结果，B正确；123456789101112131415161718③过程是细胞融合形成杂交细胞，需要用特定的选择培养基筛选出杂交细胞，需进行克隆化培养和抗体检测及多次筛选，C正确；图中的肝细胞、神经细胞均来自甲小鼠，具有相同的基因组成，Y细胞来自乙小鼠，其基因组成不同，D错误。12345678910111213141516171817.1981年Evans和Kaufman首次成功分离出小鼠胚胎干细胞(ES细胞)，医学界对其的研究虽颇有争议但也如火如荼。2008年1月17日《干细胞》杂志报道，美国加州的科学家使用了进行试管受精的年轻女性捐献的卵子去核，以及2名志愿者的皮肤成纤维细胞的细胞核，成功克隆出了5个人体胚胎，进而可以开发出有研究价值的干细胞。请回答下列问题：(1)胚胎干细胞是从动物早期胚胎的

分离出来的一种高度______的细胞系。1234567891011121314151617内细胞团未分化18解析胚胎干细胞是从动物早期胚胎的内细胞团细胞分离出的一类细胞，具有发育的全能性。(2)上述过程中主要应用的动物细胞工程技术有

、________

。1234567891011121314151617解析克隆技术用到动物体细胞核移植技术，胚胎培养用到动物细胞培养技术。18动物细胞培养移植细胞核(3)胚胎干细胞可诱导分化为皮肤干细胞，进而分化成皮肤细胞的根本原因是

。解析胚胎干细胞具有发育的全能性，可以分化为任何一种组织细胞。基因的执行情况不同(或基因选择性表达)(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，骨髓移植治疗的实质是将正常人的

移植到患者体内。1234567891011121314151617解析骨髓的造血干细胞能够增殖分化形成各种血细胞，故骨髓移植治疗的实质是将正常人的骨髓移植到患者体内。18造血干细胞(5)在培养胚胎干细胞时，培养基中通常需要加入一定量的

，培养过程中所需气体主要有

。解析动物细胞培养的培养基中通常需要加入一定量的动物血清。培养过程中所需气体主要有氧气供细胞代谢需要，二氧化碳维持培养液的pH。动物血清O2和CO2

18.对普通动物使用高糖高脂饲料饲喂4周后，静脉注射30%链脲佐菌素，可使其胰岛B细胞受损，诱导糖尿病。科学家通过干细胞移植的方法，使移植的干细胞在糖尿病动物体内分化形成胰岛B细胞，从而治疗这种类型的糖尿病。请利用以下实验材料，设计实验进行验证。实验材料：9只健康的大鼠、高糖高脂饲料、普通饲料、30%链脲佐菌素、干细胞悬液、生理盐水