第2节 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 不定项）

第3课时　动物体细胞核移植技术和克隆动物 [学习目标]　1.基于对高产奶牛体细胞核移植技术过程的理解，构建核移植流程模型图。　2.了解体细胞核移植技术已取得的进展和尚未解决的问题。　3.理性看待体细胞核移植技术存在的问题。 知识点一　体细胞核移植的过程 1．动物体细胞核移植技术 (1)概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 (2)原理：动物细胞核的全能性。 (3)哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植　 相对容易 分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度高，表现全能性十分困难 (4)非人灵长类动物的体细胞核移植困难的原因 ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2．体细胞核移植的过程 [精通教材] 1．经细胞核移植培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状吗？ 提示：不是，经细胞核移植培育出的新个体含有两个亲本的遗传性状。 2．卵母细胞去核的本质是什么？ 提示：减数分裂Ⅱ中期细胞核解体，该时期无细胞核，去核的实质是去除纺锤体－染色体复合物。 任务　分析体细胞核移植过程 克隆羊多莉的产生过程如下： (1)动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 提示：无性生殖。动物体细胞核移植最终得到的个体的细胞核中遗传物质完全来自一个个体，不是精卵受精得到的，因此属于无性生殖。 (2)结合动物细胞核移植的过程，分析为什么体细胞核移植较胚胎细胞核移植更困难。 提示：由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易；而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。因此动物体细胞核移植的难度就明显高于胚胎细胞核移植。 学生用书第62页 (3)为什么核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同？ 提示：①克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA主要来自受体卵母细胞。②性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其性状也不可能和供核动物完全相同。③在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。 [核心归纳] 动物体细胞核移植 1．原理：动物细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。 2．供体：有重要利用价值的动物的体细胞。 3．受体：MⅡ期卵母细胞。 选择原因： (1)卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表现的物质。 (2)卵母细胞体积大，便于操作。 (3)卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。 4．注入去核的卵母细胞 (1)细胞核移植技术实际操作中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核，而是整个细胞，伴随着两细胞融合，体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。 (2)核移植时，一般先用电融合法使供体和受体细胞融合，再用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 应用1.(2024·安徽合肥一模)我国科学家突破重重困难，重复多次下图操作过程，获得了两只克隆猴——“中中”和“华华”，率先将体细胞核移植技术成功地应用于非人灵长类动物的克隆。下列说法正确的是(　　) A．灭活病毒处理是为了促进体细胞核膜与卵母细胞的细胞膜融合 B．重构胚的培养需要一定浓度CO2、适宜的温度和pH等条件 C．用胎猴的体细胞进行克隆的成功率显著低于成年猴的体细胞 D．克隆猴“中中”和“华华”的遗传物质和性状表现完全相同 答案：B 解析：灭活病毒处理是为了促进体细胞的细胞膜与卵母细胞的细胞膜融合，A错误；动物组织培养需要一定浓度CO2、适宜的温度和pH等条件，B正确；用胎猴的体细胞进行克隆的成功率显著高于成年猴的体细胞，C错误；遗传物质相同的个体性状表现不一定完全相同，还受环境因素的影响，D错误。 克隆动物遗传物质来源 1．核内遗传物质：全部来自供体细胞。 2．细胞质中的遗传物质：一部分来自核供体细胞，另一部分来自受体卵母细胞。　　 应用2.下列对动物核移植技术的描述错误的是(　　) A．体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核 B．用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期 C.通过体细胞核移植方法生产的克隆动物与核供体性状并不完全相同 D．非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，至今没有成功实例 答案：D 解析：体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核，A正确；用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养至减数分裂Ⅱ中期，B正确；体细胞核移植中，重组细胞的遗传物质有部分来自去核卵母细胞，因此克隆动物的性状与核供体性状不完全相同，C正确；在动物体细胞核移植中，非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，我国科学家经过多年努力，攻克了障碍，成功获得了体细胞克隆猴，D错误。 应用3.(2024·江苏淮安高二期末)首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的过程选用如下技术路线，下列叙述错误的是(　　) A．捐赠者的卵子去核实质是指去除细胞中的纺锤体—染色体复合物 学生用书第63页 B．卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给“三亲婴儿” C．该技术可以有效避免母亲线粒体DNA中的致病基因遗传给后代 D．“三亲婴儿”同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因 答案：B 解析：核移植的受体细胞处于MⅡ期，捐赠者的卵子去核实质是指去掉细胞中的纺锤体—染色体复合物，A正确；捐献者携带的红绿色盲基因位于其细胞核内，而捐献者给“三亲婴儿”提供的是卵母细胞的细胞质，故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给“三亲婴儿”，B错误；母亲为“三亲婴儿”提供的是卵母细胞的细胞核，后代的线粒体基因来自捐献者的卵母细胞，故该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，C正确；“三亲婴儿”的细胞核基因一半来自母亲，一半来自父亲，线粒体基因来自卵母细胞捐献者，所以“三亲婴儿”同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因，D正确。 “三亲婴儿”的性状表现与三个亲本的关系 1．因基因型与母亲(卵母细胞核供体)和父亲(精子细胞核供体)的核基因有关，大多数性状由母亲和父亲共同决定。 2．少数性状(受质基因控制的性状)与捐献者(卵母细胞细胞质供体)相同。 知识点二　体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1．体细胞核移植技术的应用前景 (1)畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 (2)医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织和器官可以用于异种移植。 ③人核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的细胞、组织或器官后，移植给患者可避免免疫排斥反应。 (3)了解胚胎发育及衰老过程。 (4)用克隆动物做疾病模型，使人们更好地研究疾病的致病机制和开发药物。 (5)保护濒危物种方面：保护濒危物种，有望增加濒危物种的存活数量。 2．体细胞核移植技术存在的问题 [精通教材] 1．现阶段，克隆动物技术成功率很高吗？ 提示：体细胞核移植技术的成功率非常低。 2．有人设想将虎的体细胞与牛的体细胞进行融合，以获得新物种“虎—牛”，你认为依据目前的生物技术和理论能否实现这一愿望？依据是什么？ 提示：不能，高度分化的动物细胞全能性受到限制，虎和牛体细胞杂交后得到的杂交细胞不能正常发育成完整个体。 任务　分析动物细胞核移植技术应用前景及存在的问题 1．动物细胞核移植技术在器官移植方面有何应用前景？ 提示：①转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体治疗人类疾病；②以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化，能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时，可以避免免疫排斥反应。 2．体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？查阅资料，了解这方面的前沿动态。 提示：在研究方面，克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。在应用上，生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。 应用1.如图为体细胞克隆猴“中中”和“华华”的培育流程，为建立人类疾病的动物模型、研究疾病机理带来光明前景。下列叙述正确的是(　　) 学生用书第64页 A．过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中，体现细胞膜的选择透过性 B．过程②在培养基中加入的动物血清含有激发成纤维细胞核全能性表达的物质 C．“中中”“华华”与过程③中代孕母猴性状最相似 D．与模型小鼠相比，模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物 答案：D 解析：过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中，未体现细胞膜的选择透过性，A错误；在培养细胞时需在培养基中加入一定量的动物血清的作用是模拟内环境和补充未知的缺少的营养物质，激发成纤维细胞核全能性的是卵细胞的细胞质中的物质，B错误；过程③代孕母猴只是为“中中”“华华”的发育提供场所和营养，“中中”“华华”与代孕母猴没有遗传物质的联系，C错误；猴子与人类的亲缘关系比小鼠近，与模型小鼠相比，模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物，D正确。 应用2.动物体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生等领域有广泛的应用前景。下列叙述错误的是(　　) A．利用体细胞核移植技术可以加速家畜遗传改良进程 B．转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为移植治疗的供体 C．转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白 D．动物体细胞核移植技术体现了动物细胞的全能性 答案：D 解析：动物体细胞核移植技术体现了动物体细胞核具有全能性，D错误。 细胞工程的各种技术手段及其原理总结 　　 思维导图 要语必背 1.动物细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全能性，属于无性繁殖。 2.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难。 3.动物体细胞核移植的受体细胞是已经去核的MⅡ期卵母细胞。 4.体细胞核移植技术可用于畜牧生产、医药卫生、保护濒危物种等方面。 学生用书第65页 1．(2024·云南昆明高二期末)动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植。下列叙述，错误的是(　　) A．动物细胞培养是动物细胞工程的基础 B．动物细胞培养需要将细胞分散成单个细胞才能进行 C．动物细胞融合就是将两个细胞融合成一个细胞的技术 D．哺乳动物细胞核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植 答案：C 解析：动物细胞培养是动物细胞工程的基础，A正确；在进行动物细胞培养时，首先要将动物组织剪碎，然后用胰蛋白酶处理，以使其分散成单个细胞，制备成细胞悬液，因此动物细胞培养需要将细胞分散成单个细胞才能进行，B正确；动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，C错误；哺乳动物细胞核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植，D正确。 2．(2024·江苏扬州高二期末)下列有关哺乳动物核移植技术的叙述，错误的是(　　) A．受体细胞常用处于减数分裂Ⅱ中期的卵母细胞 B．注入受体细胞的既可以是细胞核，也可以是细胞 C．用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成减数分裂过程 D．核移植技术的成功率很低，仍有很多问题需要研究 答案：C 解析：动物细胞核移植常用的受体细胞是处于减数分裂Ⅱ中期的卵母细胞，A正确；注入受体细胞的既可以是细胞核，也可以是整个供体细胞，B正确；用物理或化学方法激活移植后的细胞，使其完成细胞分裂(有丝分裂)和发育进程，C错误；目前核移植技术的成功率很低，仍有很多问题需要研究，D正确。 3．(2024·福建南平高二期末)下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图，有关叙述正确的是(　　) A．过程①需要提供95%空气和5%CO2的混合气体 B．过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理 C．为避免代孕丙牛对植入胚胎产生排斥反应，应注射免疫抑制剂 D．后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定 答案：A 解析：过程①动物细胞培养中需要提供95%空气(保证细胞的有氧呼吸)和5%CO2(维持培养液的pH)的混合气体，A正确；过程②(去核)常使用显微操作去核法对卵母细胞进行处理，B错误；受体子宫一般不会对植入胚胎产生排斥反应，因此不需要给代孕牛注射免疫抑制剂，C错误；后代丁的细胞核的遗传物质来自甲，细胞质的遗传物质来自于乙，则丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定，D错误。 4．(2024·四川遂宁高二期末)下列是体细胞核移植技术的相关叙述，正确的是(　　) A.体细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全能性 B.现在的克隆技术已经相当成熟了，可以向临床推广 C．体细胞核移植时可用取自新鲜卵巢的卵母细胞直接作为受体细胞 D．通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对供核动物进行了100%的复制 答案：A 解析：动物体细胞核移植技术体现了动物体细胞核具有全能性，A正确；尽管通过体细胞核移植技术已经获得了多种克隆动物，但该技术的成功率仍然非常低，各个技术环节也有待改进，B错误；为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将培养至MⅡ中期的受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏，C错误；克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞，用体细胞核移植方法生产的克隆动物，不是对体细胞供体动物进行100%的复制，D错误。 5．(2024·山东济宁二模)利用非对称细胞融合技术可以实现两个原生质体核、质基因的优化组合，该技术对细胞质中含有优良基因的某一原生质体进行去核或破坏染色体处理，对细胞核中含有优良基因的第二种原生质体进行细胞质失活处理，然后将两个原生质体进行融合。下列说法正确的是(不定项)(　　) A.采用梯度离心、紫外线照射等方法可以实现细胞去核 B．病毒表面的糖蛋白和酶能使细胞膜上的蛋白质和脂质重新排布 C．该种技术不能转移细胞质雄性不育基因，培育优良作物不育系 D．将融合细胞培养为植株时，通常用葡萄糖提供碳源并调节渗透压 答案：AB 解析：细胞去核的方法主要是显微操作法，采用梯度离心、紫外线照射等方法也可以实现细胞去核，A正确；病毒表面的糖蛋白和酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，细胞膜上的蛋白质和脂质重新排布，这是灭活的病毒诱导细胞融合的原理，B正确；根据非对称细胞融合技术的原理，该种技术能够转移细胞质雄性不育基因，培育优良作物不育系，C错误；将融合细胞培养为植株时，蔗糖提供碳源并调节渗透压，D错误。 学生用书第66页 6.(创新情境)科学家培育转乳糖分解酶基因奶牛的过程如图所示。请回答下列问题： (1)图中细胞培养的培养基成分需按种类和所需量严格配制，属于　　　　　　(填“天然培养基”或“合成培养基”)。在进行细胞原代培养时会出现　　　　和　　　　现象。为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的　　　　。此外还需要定期　　　　　　，防止细胞代谢产物积累过多危害动物细胞持续生长和存活。 (2)重组细胞2在培养液中培养成的重构胚需激活才能移入受体母牛体内，常用的物理激活方法是___________________________________________________________。 (3)图中受体母牛会生出与黑白花奶牛性状并不完全相同的犊牛，原因可能有 ________________________________________________________________________ _____________________________________________________(至少答出两点)。 重组细胞2能够成功发育成犊牛，说明___________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)合成培养基　贴壁生长　接触抑制　抗生素　更换培养液　(2)电刺激　(3)生物的性状受细胞核和细胞质中的遗传物质共同控制；生物的性状还受环境因素的影响；胚胎成纤维细胞的遗传物质有近一半来自配种的公牛等　动物细胞的细胞核具有全能性 解析：(1)图中细胞培养的培养基成分需按种类和所需量严格配制，属于合成培养基。在进行细胞原代培养时会出现细胞贴壁生长和细胞接触抑制现象。向培养液中加入适量的抗生素，可以防止细胞培养过程中细菌的污染。细胞培养过程中细胞代谢会产生代谢产物，为了防止细胞代谢产物积累过多危害动物细胞持续生长和存活，需要定期更换培养液。(2)重组细胞2在培养液中培养成的重构胚需激活才能移入受体母牛体内，常用的物理激活方法是电刺激。(3)生物的性状由遗传物质和环境因素共同控制，生物的遗传物质主要存在于细胞核中，少数分布在细胞质中，胚胎成纤维细胞的遗传物质有近一半来自配种的公牛等，因此图中受体母牛会生出与黑白花奶牛性状并不完全相同的犊牛。将供体细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，形成重组细胞2，重组细胞2培养成重构胚并最终发育成个体，说明动物细胞的细胞核具有全能性。 学科网（北京）股份有限公司 $$