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3

第2章 细胞工程 第2节 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 高中生物选择性必修3 生物技术与工程 1 阐明动物细胞核移植技术的概念和原理（生命观念） 2 说明体细胞核移植的应用及对生殖性克隆人等社会议题进行理性判断。（社会责任） 3 以文字和图示表述体细胞核移植的过程。（科学探究） 学习目标 “（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。毫毛来自体细胞，我们能用体细胞 “变”出猴来吗？ 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”。 思考：1.克隆猴的过程中最大的困难是什么？ 最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。 2.由于植物细胞具有全能性，所以可以直接利用其体细胞培育出克隆植物。 可以直接利用动物细胞培育出克隆动物吗？ 不能。因为动物细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体，所以动物通过体细胞核移植技术得到克隆动物。 情境导入 SZ-LWH 3 动物细胞核移植技术 体细胞核移植的过程 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 2 3 目 录 SZ-LWH 1.概念： 将动物的一个细胞的 ，移入 中，使这个重新组合的 细胞发育成 ，继而发育成 的技术。 细胞核 去核的卵母细胞 新胚胎 动物个体 卵母细胞 动物体细胞 去核 取核 移入 重组细胞 新胚胎 克隆动物 发育 发育 原理： 动物细胞核的全能性 生殖方式： 无性生殖 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。 2.哺乳动物核移植分类： ①胚胎细胞核移植： ②体细胞核移植： 分化程度低，全能性容易表现 分化程度高，全能性难表现 （相对容易） （十分困难） 一、动物细胞核移植技术 SZ-LWH 5 思考：1.克隆动物不是核供体动物100%复制的原因是什么？ ①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质 （或供体细胞和受体卵母细胞）。 ②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境等因素的影响。 ③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 ①供体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非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2.为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？ 一、动物细胞核移植技术 SZ-LWH 6 一般指DNA分子扩增。 由一个细胞分裂所形成的细胞群体。 指基因型完全相同的个体或群体。 分子水平： 细胞水平： 个体水平： 是无性繁殖，具体地说，是指一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。 3.克隆： 思考：下列克隆分别用什么技术？ 动物克隆—— 动物细胞克隆—— 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 一、动物细胞核移植技术 SZ-LWH 动物细胞核移植技术 体细胞核移植的过程 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 2 3 目 录 SZ-LWH 阅读P53图2-18，思考下列问题: 1.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？采集的卵母细胞应 培养至 ；卵母细胞去核的方法？“去核”去的是什么？ 2.注入去核的卵母细胞的是整个供体细胞还是供体细胞的细胞核？ 为什么？ 3.诱导融合的方法？融合的结果？ 4.什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？ 5.该过程用到哪些技术手段？ 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 9 1997年，美国的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8t，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3～4t。 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期 高产奶牛(供体) 从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养 通过显微操作去核 将供体细胞注射入去核的卵母细胞 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 激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期（减数第二次分裂） (1)为什么选择卵母细胞作为核移植受体细胞？ ①卵母细胞体积大，易操作 ②含有促使细胞核表达全能性的物质和营养 条件（如促成熟因子（MPF）其水平高低 可影响供体染色体的状态和复制） ③卵黄多，营养物质丰富。 1.卵母细胞的选择 (2)为何要培养到MⅡ期？ 此时的细胞核核膜核仁消失，为纺锤体-染色体复合物。含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 高产奶牛(供体) 从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养 供体：提供细胞核的个体； 有重要利用价值的动物的体细胞。 （3）一般选用传代10代以内的细胞， 为什么？ 因为当传代至10-50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，而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。 2.供体细胞的选择和培养 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 通过显微 去核 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期 实际是去除纺锤体-染色体复合物 ★方法：显微操作去核 去核时，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管一般一并吸出第一极体 第一极体 次级卵母细胞 （3）卵母细胞去核的原因是什么？ 保证克隆动物的遗传物质尽可能来自于有重要利用价值的动物。 3.卵母细胞去核 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 卵母细胞去核方法 （4）卵母细胞去核的方法是什么？ 显微操作去核法 也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。 优点：使DNA变性失活，达到去核的目的。没有刺破透明带或卵母细胞质膜，对卵母细胞伤害小。 ③卵母细胞去核 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 将供体细胞注射入去核的卵母细胞 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。 重构胚： 是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。 （5）将供体细胞整个注入去核卵母细 胞的原因？ ①对卵母细胞损伤较小； ②保证供体细胞的细胞核不被破坏， 操作方便。 4.供体细胞核移植到去核卵母细胞 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 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。 早期胚胎 用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+ 载体、乙醇、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进程 用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚胎，使其完成细胞分裂和发育进程。 激活重构胚方法与目的： 5.重构胚胎的激活、胚胎移植 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 胚胎移植 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 克隆牛 （6）克隆动物遗传物质来源谁？ ①细胞核遗传物质： 全部来自供体动物的细胞核 一部分来自 细胞， 另一部分来自 。 供体 受体卵母细胞 ②细胞质遗传物质： 与供体相同 无性繁殖 （7）新生牛的性别、基因与谁基 本相同？繁殖方式是什么？ 6.分娩得到克隆动物 早期胚胎 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 18 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作 去核 对体细胞 进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或化学方法激活 早期胚胎 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 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 动物细胞核移植技术 知识归纳 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？ 为了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。 2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行 了100%的复制吗？为什么？ 不是对核供体动物进行100%的复制。 ①克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核，但细胞质中的DNA（线粒体中的 DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞 ②性状是基因与环境共同作用的结果，克隆动物所处的环境与核供体细胞生活的 环境不会完全相同； ③克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异； P54 思考·讨论 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 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？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，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编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。 P54 思考·讨论 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 1.采集的卵母细胞应培养至_____________________ 2.选择MⅡ期卵母细胞的原因 ①____________________________________ ②_________________________ ③_________________________ 3.卵母细胞去核的方法_________________ 4.“去核”去的是什么？________________________ 5.去核的原因________________________________________________________ MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期） 含有促进细胞核表现全能性的物质 细胞体积大，易于操作 显微操作（去核）法 纺锤体-染色体复合物 卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富 使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物 知识小结 对卵母细胞损伤较小 实质是直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内 电融合法 供体核进入卵母细胞，形成重构胚 人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力 6.供体细胞注入卵母细胞的优点 __________________ 7.诱导融合的方法____________________ 8.融合的结果______________________________ 9.重构胚概念_________________________________________ 二、体细胞核移植的过程 SZ-LWH 动物细胞核移植技术 体细胞核移植的过程 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 2 3 目 录 SZ-LWH 1.应用前景 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 （1）在畜牧生产中 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 SZ-LWH 传统的杂交育种存在费时、费力、成功率低的弊端, 要得到一个优良品种往往要耗费几十年时间, 且对于牛这样 的单胎动物还会遇到很大的困难。 24 1.应用前景 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 （1）在畜牧生产中 （2）在医药卫生领域 ①建立转基因体细胞系，再利用此技术培育的转基因克隆动物可作为生物反应器 生产珍贵的医用蛋白。 ②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患者的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，能形成相应的细胞、组织或器官可用 于移植以避免免疫排斥反应。 (治疗性克隆) 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 SZ-LWH 传统的杂交育种存在费时、费力、成功率低的弊端, 要得到一个优良品种往往要耗费几十年时间, 且对于牛这样 的单胎动物还会遇到很大的困难。 25 病人 取核 去核卵母细胞 重构胚胎 各种细胞组织或器官 诱导 取出 体细胞 核移植 移植 成纤维细胞 取出 转入相关因子 各种细胞组织或器官 iPS细胞 取出 胚胎干细胞 诱导 移植 治疗性克隆 iPS细胞治疗 细胞发生转化 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 SZ-LWH 26 1.应用前景 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 （1）在畜牧生产中 （2）在医药卫生领域 ①生物反应器 ②异种移植的供体 ③避免免疫排斥反应 (治疗性克隆) （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。 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 SZ-LWH 传统的杂交育种存在费时、费力、成功率低的弊端, 要得到一个优良品种往往要耗费几十年时间, 且对于牛这样 的单胎动物还会遇到很大的困难。 27 1.应用前景 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 （1）在畜牧生产中 （2）在医药卫生领域 ①生物反应器 ②异种移植的供体 ③避免免疫排斥反应 (治疗性克隆) （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 黑草黄弄蝶 白鳍豚 金丝猴 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 SZ-LWH 传统的杂交育种存在费时、费力、成功率低的弊端, 要得到一个优良品种往往要耗费几十年时间, 且对于牛这样 的单胎动物还会遇到很大的困难。 28 2.体细胞核移植技术存在的问题： （1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。 （2）相对于技术研究，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，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。 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 SZ-LWH 理论基础 动物体细胞核的全能性 胚胎细胞核移植 原理： 类型： 体细胞核移植 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 激活 早期胚胎 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 动物体细胞核移植技术和克隆动物 克隆流程 应用前景 畜牧业 科研领域 医药卫生 保护濒危物种 课堂小结 SZ-LWH 一. 概念检测 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 教材P55 练习与应用 SZ-LWH 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 教材P55 练习与应用 SZ-LWH 二. 拓展应用 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? 是否赞成克隆大熊猫，学生的回答只要言之有理，就应该予以支持，并且还应该让他们认识到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。 教材P55 练习与应用 SZ-LWH 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。 在学生搜集证据的过程中，要提示他们注意证据的来源及其真实性和可靠性，进一步引导学生认识到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。 教材P55 练习与应用 SZ-LWH 孙悟空拔毛 jasmine Lavf58.33.100 $$