2.2.3 动物体细胞核移植技术和克隆动物-2024-2025学年高二生物同步高效教学课件（人教版2019选择性必修3）

“（悟空）拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声‘变！’，即变作三二百个小猴，周围攒簇（cù）。”这是《西游记》中的一段描述，展示了中华先贤的想象力。 视频 西游记片段 2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实，他们利用体细胞核移植技术成功克隆出两只猕猴“中中”和“华华”（如下图)。克隆猴的过程当然不会像孙悟空吹口气那么简单，最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。 毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？ 一.动物细胞核移植技术 1.概念： 将动物一个细胞的 移入 中，使这个重新组合的细胞发育成 ，继而发育成 的技术。 *用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。 2.原理： 动物细胞核的全能性 4.种类 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 细胞分化程度低，表现全能性 ； 细胞分化程度高，表现全能性 。 3.生殖方式： 无性生殖 供体 结果 细胞核 去核的卵母细胞 新胚胎 动物个体 难度小 难度大 相对容易 十分困难 受体细胞 5.非人 灵长类动物体细胞核移植的困难原因： ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其______前的功能状态，这导致了_________________； 胚胎发育率低 ②对非人灵长类动物_______进行操作的技术尚不完善。 胚胎 分化 非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物。 我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。 1.体细胞和卵母细胞从哪里来？ 2.卵母细胞需要在体外培养到什么时期？ 3.在将供体细胞的细胞核移入卵母细胞前，需要对卵母细胞 进行什么操作？为什么？ 4.融合后的细胞可以直接发育成胚胎吗？ 5.克隆出的小牛是对体细胞供体奶牛进行了100%的复制吗？ 阅读教材P53,思考并回答下列问题： 采集卵母细胞， 体外培养至MⅡ期 高产奶牛（供体） 取体细胞培养 将供体细胞注入去核卵母细胞 显微操作去核 通过电融合使细胞融合，形成重构胚 用物理或化学方法（电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程 胚胎植入受体（代孕） 生出遗传性状与供体基本相同的犊牛 MII中期卵母： ①体积大，易操作 ②卵黄多，营养物质多 ③其细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质（主要原因） 为什么去核？方法？ P54相关信息 为什么核移植操作是将整个供体细胞注入去核卵母细胞中？ 保证克隆动物的核基因全来自优良供体细胞 显微操作法去的是纺锤体-染色体复合物 一般选用10代以内的细胞，且，不选生殖细胞。因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础；生殖细胞的染色体数只有体细胞的一半。 ①操作方便； ②供体细胞核不被破坏 诱导融合的方法？结果？ 电融合法、形成重构胚 右边相关信息 Why不是100%复制 表型与三头牛有关： 细胞核基因、细胞质基因、早起发育环境 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 重构胚 早期胚胎 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞 用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 去核的卵母细胞 供体细胞培养 将供体细胞注入去核的卵母细胞 通过显微操作去核 高产奶牛（供体） 从供体身体的某一部位（如耳）上取体细胞 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 1、该过程中应用到了哪些技术？ 动物细胞核移植（核心技术） 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养 胚胎移植 动物体细胞的细胞核具有全能性 2、该技术证明了什么？ 思考讨论：体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。 利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的。通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。 体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些。 体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。 （1）在畜牧生产中： 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4 t。 二.体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题 应用前景 （2）在医药卫生领域： ①通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵医用蛋白； ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为异种移植的供体； ③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。 （3）在科研领域： ①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程； ②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因； ③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 （4）在保护濒危物种方面： 该技术有望增加濒危物种的存活数量 ①成功率非常低（＜10％），各个技术环节也有待进一步改进； ②核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合； ③绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 存在问题 1.(2023·山东潍坊期末)研究人员采用体细胞克隆技术培育克隆羊，其操作流程如图所示。下列叙述正确的是(　　) C A.X不能直接发育为个体的原因是细胞中 的遗传物质不能表达 B.重组细胞要进行分裂和发育需经振荡或 用灭活的病毒、PEG等激活 C.早期胚胎在丙体内能正常孕育是因为胚胎可与母体建立正常的生理和组织联系 D.经培育得到的丁羊，其细胞内的遗传物质与甲完全相同 动物体细胞很难表现全能性 习题检测 2.(2021·辽宁卷，13)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(　　) B A.后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定 B.过程①需要提供95%空气和5% CO2的混合气体 C.过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理 D.过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚后移植 3.(2021·江苏卷，11)下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述，错误的是(　　) A.细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质 B.早期胚胎需移植到经同期发情处理的同种雌性动物体内发育成个体 C.猴的核移植细胞通过胚胎工程已成功地培育出了克隆猴 D.将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞 D 【解析】我国利用核移植技术成功培育出克隆猴“中中”和“华华”，C正确；将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导融合后的细胞不都是杂交瘤细胞，还有B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞等，D错误。 1. 假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它"复生"的方案中可行的是（ ） A. 将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体 B. 将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体 C. 将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体 D. 将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中, 经孕育培育出新个体 D 一、概念检测 P55 2. 2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育"三亲婴儿"的申请。其培育过程可选用如下技术路线。据图分析下列叙述错误的是（ ） C A. 该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B. 该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C. 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" 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 细胞质基因 细胞核基因 1.大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有科学家尝试采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫。请你结合本节所学内容并搜集相关资料了解这方面的研究进展。也有人不赞成进行克隆大熊猫的研究，认为保护大熊猫的最好措施就是保护现有大熊猫及其生存环境, 对此你有什么看法? 提示：是否赞成克隆大熊猫，只要言之有理，无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究，都应该保护好大熊猫的生存环境，否则即使成功克隆了大熊猫，它们没有适宜的生存环境，也可能走向灭绝。 二、拓展应用 2. 2003年，世界上第一只用体细胞克隆的动物——多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的;或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。请你搜集资料，寻找支持各方观点的研究证据。你也可以调查克隆动物存在的其他问题，并说明科学家是如何解决这些问题的。 提示：在搜集证据的过程中，要注意证据的来源及其真实性和可靠性，虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。 孙悟空拔毛 jasmine 中科院克隆猴的描述 jasmine $$