2.2.3 动物体细胞核移植技术和克隆动物课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修三

2.2动物细胞工程 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 情境导入 “（悟空）拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空中喷去，叫一声‘变！’，即变做三二百个小猴，周围攒簇。” 这是《西游记》中的一段描述，展示了中华先贤的想象力。毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？ 2017年，我国科学家通过动物细胞核移植技术首次培育了体细胞克隆猴 情境导入 将动物的一个细胞的细胞核，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。 动物细胞核具有全能性 无性生殖 1 概念： 2 原理： 3 生殖方式： 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。 动物细胞核移植技术 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 细胞分化程度低，表现全能性相对容易 细胞分化程度高，表现全能性十分困难 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，这导致了胚胎发育率低； ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 4 哺乳动物核移植分类 5 非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因 动物细胞核移植技术 5 该技术为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？ 克隆技术是一个很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。 在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即分子克隆、细胞克隆、个体克隆。 [思考]下列克隆分别用什么技术 动物细胞克隆—— 动物克隆—— 植物克隆—— DNA克隆—— 动物细胞培养 核移植 植物组织培养 PCR技术 动物细胞核移植技术 收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期。 从供体高产奶牛身体的某一部位（如耳）上取体细胞，进行培养。 显微操作去核。 将供体细胞注入去核的卵母细胞。 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 供体高产奶牛 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 体细胞核移植的过程 任务：探究动物体细胞核移植相关问题 1.为什么要选择MⅡ期卵母细胞作为受体细胞？ 卵母细胞体积大，易操作；MⅡ期卵母细胞具备受精能力，细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质和营养条件。 探究—学习笔记P36 减数分裂Ⅱ中期 “去核”去的是什么？ 纺锤体-染色体复合物 （相关信息—教材P52） 2.在将体细胞的细胞核移植到卵母细胞之前，必须先对卵母细胞进行去核操作，目的是_________________________________________________ 。目前普遍使用的去核方法是 ，也可采用 等方法去核。 使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利 用价值的动物提供的体细胞 显微操作法 梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理 探究—学习笔记P36 是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。 相关信息—教材P53 3.在进行动物细胞核移植操作时，注入卵母细胞的是供体细胞还是其细胞核？为什么？ 注入卵母细胞的是供体细胞。这种方法操作简便，对卵母细胞损伤较小。 探究—学习笔记P36 4.诱导融合的方法？融合的结果？ 5.什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？ 通常用电融合法 供体核进入卵母细胞，形成重构胚 电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂 激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程 人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力 体细胞核移植的过程 收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期。 从供体高产奶牛身体的某一部位（如耳）上取体细胞，进行培养。 显微操作去核。 将供体细胞注入去核的卵母细胞。 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 供体高产奶牛 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 体细胞核移植的过程 5.动物细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 无性生殖；动物细胞核移植最终得到的个体的细胞核中的遗传物质完全来自同一个个体，不是精卵受精得到的，因此属于无性生殖。 4.克隆动物是对体细胞供体动物100%的复制吗？为什么？ 不是；克隆动物细胞核中的遗传物质来自供体动物，但细胞质中的遗传物质同时来自供体细胞和受体卵母细胞；此外，生物性状还受环境因素的影响。 探究—学习笔记P36 5.该过程中应用到的技术 动物细胞培养、动物细胞核移植早期胚胎培养、胚胎移植 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞核移植 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 体细胞核移植的过程 3.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？ 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，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些，研究表明成纤维细胞、B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为iPS细胞。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。 目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。 思考·讨论—教材P54 体题 （1）畜牧生产： 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。 1.应用前景： 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 （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，生产许多珍贵的医用蛋白； 换成核移植过程相关细胞 1.应用前景： 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体； （2）在医药卫生领域： 1.应用前景： 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 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。 （2）在医药卫生领域： 1.应用前景： 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 （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货数量。 1.应用前景： 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 2.存在的问题 ①体细胞核移植技术成功率非常低 ②核移植的理论研究较为滞后 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 存在问题 细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 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。 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。 练习与应用—教材P55 (1)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞(　　) 提示　克隆动物的细胞核遗传物质全部来自供体细胞，细胞质遗传物质来自供体细胞和去核卵母细胞。 (2)重构胚具有发育成完整个体的能力(　　) (3)激活重构胚常用的方法有电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等(　　) × √ √ 判断正误—学习笔记P36 24 1.通过体细胞核移植技术培育克隆牛的过程中，未涉及的操作是 A.从供体取出组织用动物细胞培养技术培养 B.用灭活的病毒促进体细胞核与MⅡ期的去核卵母细胞融合 C.用物理或化学方法激活重构胚，使其完成发育进程 D.选择合适时期的胚胎进行移植，使其发育成完整个体 √ 落实—学习笔记P36 2.华南虎是原产中国的老虎品种，已有近30年没有野生华南虎出现的报告，一些专家认为野生华南虎已经濒临灭绝。科学工作者尝试用普通老虎完成体细胞克隆华南虎的研究，如图是其培育过程。请据图回答下列问题： (1)克隆华南虎的遗传性状与虎_____(填字母)基本一致。 (2)A、B、C 3只虎没有提供遗传物质的是______。 (3)克隆华南虎的过程是否遵循孟德尔的遗传定律？________。为什么？______________________________________________________________________。 A 虎C 不遵循 克隆属于无性生殖，而孟德尔的遗传定律仅在有性生殖的减数分裂过程中适用 (4)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？_______。原因是_________________________________________________________ _________________________________。 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 网络构建 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? 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 练习与应用—教材P55 1.动物细胞核移植技术：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.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。 3.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。主要原因一方面是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，这导致了胚胎发育率低；另一方面是对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 要语必背 1.与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是_____________________________________________________________ 。 2.动物细胞核移植技术中，选择MⅡ期卵母细胞作为受体细胞的原因：_______________________________________________________________ 。 3.核移植技术中必须先去除受体卵母细胞的细胞核的原因是___________ 。 动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易，动物体细胞分化程 度高，表现全能性十分困难 MⅡ期卵母细胞具备受精能力，细胞质中含有激发细胞核全能性表达的 物质和营养条件 保证核移植 动物的核遗传物质全部来自供体细胞 长句表达 4.激活重构胚常用的方法有 等。 5.通过体细胞核移植技术培育的克隆动物，不是对体细胞供体动物进行100%的复制，原因是____________________________________________ 。此外，动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。 电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂 克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，其核外还 有少量的DNA，即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞 长句表达 孙悟空拔毛 jasmine Lavf58.51.100 $$