内容正文:
高中生物学 选择性必修3
赢在微点 轻松课堂 生物学
第2章
细胞工程
第2节 动物细胞工程
三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
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第2节 三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
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课程目标
核心素养
1.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。
2.举例说明体细胞核移植技术在医疗、科研等领域的应用价值。
科学思维 结合高产奶牛的体细胞核移植过程,阐明动物体细胞核移植技术和动物体细胞核移植的各个环节。
生命观念、科学思维 比较克隆动物与供体动物的遗传物质,简述二者性状相似的原因。
动物个体
知|识|梳|理
一、动物核移植的概念及类型
1.概念。
(1)供体:动物一个细胞的__________。
(2)受体:去掉细胞核的__________。
(3)结果:形成重新组合的细胞发育成__________,继而发育成__________。
细胞核
卵母细胞
新胚胎
2.类型。
(1)分类:哺乳动物核移植可分为__________细胞核移植和体细胞核移植。
(2)非人灵长类动物体细胞核移植困难的原因。
①供体细胞的细胞核在______________中不能完全恢复其分化前的功能状态。
②对__________动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
胚胎
去核卵母细胞
非人灵长类
二、体细胞核移植的过程
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在问题
1.体细胞核移植的应用前景。[连线]
2.体细胞核移植技术存在的问题。
(1)体细胞核移植技术的__________非常低,各个技术环节也有待进一步改进。
(2)克隆动物存在健康问题,表现出遗传和__________缺陷等。
成功率
生理
×
自|主|检|测
判断对错(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)核移植过程中细胞核只来自一个个体,因此核遗传物质与供核个体的相同,属于无性生殖。 ( )
(2)去除受体细胞的细胞核采用的是显微操作技术。 ( )
(3)通过克隆技术形成重组细胞并发育成一个新个体,体现了动物细胞的全能性。 ( )
(4)克隆动物细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。 ( )
(5)克隆技术可以用于增加濒危动物数量,改善濒危物种的基因组成。 ( )
×
√
√
√
知识点 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.细胞核移植的原理。
动物体细胞核移植的原理是细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因为动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体,所以用体细胞核移植技术能够得到克隆动物,说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
2.受体细胞去核的原因。
保证克隆动物的遗传物质最大程度地来自有重要利用价值的动物。
3.供体和受体的选择。
(1)供体:细胞具有正常的遗传基础。
(2)受体:选择MⅡ期的卵母细胞,其原因是
①卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。
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.克隆动物的遗传特点。
克隆动物的亲本有三个,即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。
(1)克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体,因此,克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。
(2)克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞,因此,克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。
(3)代孕母体没有为克隆动物提供遗传物质,因此,克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。
1.核移植技术获得的动物与供核动物性状并不完全相同的原因是什么?
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。
2.动物体细胞核移植属于哪种生殖方式?为什么?
提示:无性生殖。因为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。
【典例】 中国科学家成功培育出全球首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”。体细胞克隆猴的培育过程如图所示。
(次级)卵母细胞
细胞核全能性
体细胞克隆猴遗传背景相同,避免个体间差异对实验的干扰,
大大减少实验动物的使用数量
体细胞克隆猴制备时间缩短,基因编辑等可在
(1)据图可知,克隆猴培育过程用到了_______________、_______________和胚胎移植技术。体细胞核移植技术的难度明显高于胚胎细胞核移植技术,原因是体细胞__________程度高,很难表现出全能性。
(2)上述实验核移植的受体一般选用A猴减数第二次分裂中期的_______________,原因是细胞体积大、易操作、营养物质丰富且含有促进_______________表达的物质。
(3)克隆猴的成功为阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病以及免疫缺陷、肿瘤等疾病机理研究、干预、诊治带来前所未有的光明前景。与以往用普通猴子做实验相比,克隆猴作为实验动物模型的两大优势是①_____________________________________________________
____________________________; ②__________________________________________
_____________________。
体外培养的细胞进行
动物细胞培养
动物细胞核移植
分化
解析 (1)据图可知,克隆猴培育过程用到了动物细胞培养和胚胎移植、动物细胞核移植技术。体细胞核移植技术的难度明显高于胚胎细胞核移植技术,原因是体细胞分化程度高,全能性较低。(2)上述实验核移植的受体一般选用A猴减数第二次分裂中期的(次级)卵母细胞,原因是卵母细胞体积大、易操作、营养物质丰富且含有促进细胞核全能性表达的物质。(3)与以往用普通猴子做实验相比,克隆猴作为实验动物模型的两大优势是①体细胞克隆猴遗传背景相同,避免个体间差异对实验的干扰,大大减少实验动物的使用数量;②体细胞克隆猴制备时间缩短,基因编辑等可在体外培养的细胞进行。
【微变式】 下列对哺乳动物体细胞核移植技术的描述错误的是 ( )
A.该技术的难度明显高于胚胎细胞核移植
B.通常采用减数第二次分裂中期卵母细胞作为受体细胞
C.可通过显微操作法除去卵母细胞核
D.克隆动物是对提供体细胞的动物进行了完全复制
答案与解析
解析 克隆动物绝大部分遗传物质来自供体细胞核,但细胞质内的遗传物质来自受体卵母细胞,其次生物的性状还受环境的影响,因此,克隆动物并不是对提供体细胞的动物进行完全复制。
答案 D
网络构建 知识构建 把握核心脉络
1.(多选)下列关于体细胞克隆的叙述中,正确的是 ( )
A.体细胞克隆属于无性生殖
B.供体为体细胞的细胞核
C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表型完全一致
答案与解析
解析 体细胞克隆过程没有经过两性生殖细胞的融合,属于无性生殖,A项正确;由动物体细胞核移植的概念可知,供体是体细胞的细胞核,B项正确;用动物体细胞克隆的动物,实际是通过核移植来实现的,细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤,C项正确;克隆出的后代与供体的遗传物质和表型不完全一致,因为供体只提供了核基因,而细胞质基因来自受体卵母细胞,同时表型除了受基因控制外,还受外界环境因素的影响,D项错误。
答案 ABC
2.据报道,英国科学家从人皮肤细胞中提取出细胞核,植入剔除了细胞核的牛卵细胞中,从而培育出人兽混合胚胎。从遗传学角度来看,这种混合胚胎中有99.9%的遗传物质来自人,只有0.1%来自牛。你认为这0.1%的遗传物质最可能存在于牛卵细胞的 ( )
A.细胞核 B.核糖体
C.线粒体 D.叶绿体
答案与解析
解析 99.9%的遗传物质来自细胞核,A项错误;核糖体中不含遗传物质,B项错误;0.1%的遗传物质来自牛细胞质基质中的线粒体,C项正确;动物细胞无叶绿体,D项错误。
答案 C
3.生物技术的发展速度很快,已灭绝生物的“复生”将不再是神话。如果世界上最后一头野驴刚死亡,以下提供的“复生”野驴个体的方法中能够成功的是 ( )
A.将野驴的体细胞取出,利用细胞培养技术,可培育成新个体
B.将野驴的体细胞两两融合,再经组织培养培育成新个体
C.取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵母细胞中,经孕育培养成新个体
D.将野驴的一个基因导入家驴的受精卵中,培育成新个体
答案与解析
解析 由于动物细胞的全能性受到限制,目前动物细胞通过细胞培养或通过动物细胞融合技术还不能培养成动物个体;将野驴的一个基因导入家驴的受精卵中,培育成的是带有野驴基因的家驴;野驴的体细胞核中具有发育成野驴的全部基因,因此通过核移植技术,可使野驴“复生”。
答案 C
4.根据体细胞核移植技术的特点进行推断,体细胞核移植技术可以用来 ( )
①扩大濒危动物种群数量,有效提高生物多样性 ②提高某些良种家畜自然繁殖率 ③解决人体器官移植供体来源短缺的问题 ④为科学研究提供实验动物 ⑤构建转基因克隆动物,作为生物反应器,大规模生产珍贵医用蛋白
A.①②③④⑤ B.①②③④
C.②③④⑤ D.③④⑤
答案与解析
解析 利用体细胞核移植技术,只能增加动物的个体数量,不能提高生物多样性,①错误;核移植技术不能提高良种家畜自然繁殖率,自然繁殖力是生物的基因决定的,②错误;可以利用核移植克隆人体的组织、器官,以解决人体器官移植供体来源短缺的问题,③正确;通过体细胞核移植克隆动物,增加动物数量,可以为科学研究提供实验动物,④正确;构建转基因克隆动物,需要用到核移植技术,⑤正确。故选D。
答案 D
5.某科研小组一直致力于良种家畜的培育工作,目前从国外引进优质肉牛,通过克隆技术快速繁殖。请回答下列问题:
(1)获得克隆动物的方式属于__________(填“有性”或“无性”)生殖。研制克隆动物的生物学原理是________________________________________。
无性
已分化动物体细胞的细胞核有全能性
胚胎移植技术
否
克隆动物的细胞核遗传物质来自核供体动物优质肉牛,细胞质遗传物质来自卵母细胞供体动物
(2)利用体细胞核移植技术克隆优质肉牛的实验流程图如下,对供体细胞进行培养时,要用______________________酶处理健康动物的组织,使细胞分散成单个细胞。激活重组细胞,使其完成分裂和发育常用的化学物质有____________________________________。图中①②所涉及的实验技术名称是①____________________,②____________________。
(3)最终得到的克隆动物是否与优质肉牛遗传物质完全一样______(填“是”或“否”),理由是
______________________________________________________________________。
胰蛋白酶或胶原蛋白
钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂
显微操作去核法
解析 (1)获得克隆动物的方式属于无性生殖,该过程未经历减数分裂和受精作用;研制克隆动物的生物学原理是已分化动物体细胞的细胞核有全能性。(2)对供体细胞进行培养时,要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理健康动物的组织,使细胞分散成单个细胞;诱导重组细胞分裂常用的化学物质有钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂;图中①②所涉及的实验技术名称是①显微操作去核法,②胚胎移植技术。(3)最终得到的克隆动物与优质肉牛遗传物质不完全一样,因为克隆动物的细胞核遗传物质来自核供体动物优质肉牛,细胞质遗传物质来自卵母细胞供体动物。
$$