2.3.1 动物细胞核移植技术及其应用 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二生物学选择性必修3 生物技术与工程（苏教版）

第1课时 动物细胞核移植技术及其应用 第二章　第三节　动物细胞工程及其应用 学习目标 1.阐明动物细胞核移植的概念和原理。 2.概述体细胞核移植的过程。 3.认同体细胞核移植技术的应用前景，客观分析技术存在的问题。 教材梳理 1.积极思维——克隆羊多莉的培育 (1)培育过程 重组 细胞 细胞核 (2)结论：哺乳动物 在卵母细胞 的支持下，也和植物细胞一样具有 。 2.动物细胞核移植技术 (1)动物细胞工程的技术：包括动物细胞核移植技术、 、动物细胞融合、 技术。 (2)动物细胞核移植技术 ①概念：指把一个动物细胞的 移植到一个已经去除细胞核的成熟___________中，并使重组细胞发育为一个新的胚胎，继而发育为动物________的技术。 体细胞核 细胞质 全能性 动物细胞培养 干细胞应用 细胞核 卵母细胞 新个体 ②分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 __________ 分化程度 ，全能性容易表现 体细胞核移植 十分困难 分化程度 ，全能性难以表现 相对容易 低 高 (3)克隆：不仅是指无性繁殖，还包括遗传上 的分子、细胞或来自同一祖先的生物个体的 群体。 (4)体细胞克隆 ①概念：用体细胞核移植技术进行的克隆。 ②过程：利用 的方法，将供体的 注入受体的_______ ________中，重组细胞经过培养后生长发育成胚胎。 完全相同 无性繁殖 显微操作 体细胞核 去核卵 母细胞 3.动物细胞核移植技术的应用 (1)在畜牧业生产中，利用体细胞核移植技术可以加速 的进程，促进 。 (2)在保护濒危物种方面，利用体细胞核移植技术 动物数量的工作也已经初见成效。 家畜遗传改良 优良畜群的繁育 增加 (1)克隆动物的制备体现了动物细胞的全能性(　　) (2)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞(　　) (3)克隆就是指的无性繁殖(　　) (4)核移植技术中重组细胞具有发育成完整个体的能力(　　) × × × √ 判断正误 7 任务：动物细胞核移植技术的分析 1.通过分析动物细胞核移植获得的体细胞克隆哺乳动物，如克隆羊多莉、长尾猕猴等，尝试回答下列问题： (1)动物细胞核移植技术为什么要选择成熟的卵母细胞作为受体细胞？ 核心探讨 提示　卵母细胞的细胞核大，易于操作；细胞质营养物质丰富，含有促进细胞核全能性表达的物质。 (2)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？ 提示　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。 (3)克隆动物是对体细胞供体动物100%的复制吗？为什么？ 提示　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。 2.资料：培育克隆羊多莉时，共获得了277个融合的细胞，早期发育成功的胚胎数却只有29个，移植后成功怀孕的母羊仅有1只；培育体细胞克隆猴时，用了127个卵母细胞，获得109个核移植胚胎，移植给21只代孕母猴，只有6只成功怀孕，最后只诞生了2只健康的小猴。多莉在2003年2月15日，因肺部感染而死亡，寿命只有7岁，而普通羊的平均寿命是12岁。 通过以上内容你能总结出哪些核移植技术存在的不足？ 提示　(1)成功率低； (2)克隆动物存在健康问题。 1.如图是克隆猴的培育过程。下列有关叙述错误的是 A.a细胞是卵母细胞 B.克隆猴的性状主要与乙相同 C.重组细胞具有全能性 D.过程①常用显微操作技术 √ 典题应用 由题图可知，a是卵母细胞，含有丰富的营养物质，A正确； 甲猴提供了细胞核，克隆猴的遗传物质绝大部分来自甲，性状与甲基本相同，B错误； 重组细胞因为可以发育成克隆猴，因此具有全能性，C正确； 过程①是把细胞核移入去核卵母细胞中，常用显微操作技术，D正确。 2.(2023·盐城高二期末)我国科学家从生活在哈尔滨极地公园的一头16岁母狼身上提取了皮肤细胞的细胞核，将之注射到去核卵母细胞的卵周隙。体细胞核与去核的卵母细胞重新构建成新的胚胎，随后胚胎被移植到代孕比格犬的子宫中，培育出全球首例“克隆北极狼”。下列有关说法正确的是 A.该实验表明已分化的动物体细胞具有全能性 B.克隆成功的原因是体细胞核中具有该物种的全套基因 C.北极狼的受精卵是未分化细胞，所以不具有全能性 D.与植物细胞相比，动物细胞的全能性更容易体现 √ 题述体细胞克隆利用的是核移植技术，克隆成功的原因是体细胞核中具有该物种的全套基因，核移植成功说明动物细胞的细胞核具有全能性，A错误，B正确； 受精卵具有较高的全能性，C错误； 与动物细胞相比，植物细胞的全能性更容易体现，D错误。 网络构建 课时对点练 16 题组一　动物细胞核移植技术 1.将甲绵羊体细胞的细胞核植入乙绵羊的去核卵母细胞中，体外培养至早期胚胎，再植入丙绵羊的子宫内继续发育，出生的小绵羊即为“克隆绵羊”。此克隆绵羊 A.基因型与甲相同，性别一定与甲不同 B.基因型与乙相同，性别一定与乙相同 C.基因型与丙相同，性别一定与丙不同 D.基因型与甲相同，性别一定与甲相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 克隆羊的诞生过程：甲绵羊体细胞的细胞核＋乙绵羊的去核卵母细胞→重组细胞→重组胚胎→胚胎移植→丙绵羊(代孕母体)的子宫→克隆羊。克隆羊的遗传物质几乎都来自供核个体(甲绵羊)，所以其基因型、性别应都与甲绵羊相同，这也体现了动物体细胞核具有全能性，D符合题意。 16 2.(2023·徐州高二月考)在核移植时，通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中，下列说法错误的是 A.体细胞太小，提取细胞核较困难 B.细胞质中遗传物质少，对遗传的影响很小 C.直接将体细胞注入去核卵母细胞简化了操作程序 D.体细胞的核离开了原来的细胞质将不能存活 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 体细胞太小，提取细胞核较困难，因此可将整个体细胞注入去核卵母细胞中，A正确； DNA主要分布在细胞核中，细胞质中的遗传物质少，因而对遗传的影响很小，B正确； 将整个体细胞注入去核卵母细胞中，简化了提取细胞核的操作程序，C正确； 体细胞的核离开了原来的细胞质，注入去核的卵母细胞中依然能存活，D错误。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 3.下列对动物核移植技术的叙述，错误的是 A.胚胎细胞核移植的难度明显高于体细胞核移植 B.体细胞核移植的过程中可通过显微操作的方法去除卵母细胞中的核 C.用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养到减数第二次分裂中期 D.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 √ 动物细胞核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，由于胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植，A错误。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 4.(2023·南京高二检测)绵羊的乳腺细胞是高度分化的细胞，但用乳腺细胞的细胞核与卵母细胞的细胞质融合成一个细胞后，这个细胞核仍然保持着全能性，这是因为 A.细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质 B.卵母细胞的细胞质内含有物种发育所需要的全套遗传物质 C.卵母细胞的细胞质为细胞核提供营养物质 D.细胞核与细胞质是相互依存的关系 √ 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 由于细胞分化，动物细胞的全能性受到限制，但是动物细胞的细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质，因此细胞核仍然具有全能性，仍然可以发育成完整的个体，A符合题意。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 5.如果用动物的细胞进行克隆实验，应该选择的细胞核不能来源于 A.乳腺细胞 B.卵细胞 C.胃腺细胞 D.囊胚时期的胚胎细胞 √ 因为卵细胞中染色体数目只有正常体细胞染色体数目的一半，所以不能作为供核细胞。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 6.中科院动物所和福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫的细胞核植入去核后的兔子卵母细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫胚胎，表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走到世界前列。下列有关克隆大熊猫胚胎的叙述中，不正确的是 A.胚胎细胞核的移植成功率高于体细胞核的移植 B.兔子卵母细胞的细胞质的作用之一是激发大熊猫细胞核的全能性 C.重组细胞最初分裂时，DNA复制后不再进行转录 D.大熊猫的克隆成功证明细胞质具有调控细胞核发育的作用 √ 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 胚胎细胞分化程度低，分裂能力强，胚胎细胞核移植的成功率高于体细胞核的移植，A正确； 卵母细胞的细胞质中含有促使细胞核的全能性表达的物质，B正确； 重组细胞最初分裂时，DNA复制完成后，可以进行转录形成RNA，C错误。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 7.“三亲婴儿”技术是指取出患病母亲卵母细胞的核，导入女性捐赠者的去核卵母细胞中，再将重构卵母细胞和父亲的精子结合。下列有关“三亲婴儿”的叙述，不正确的是 A.该技术可以有效降低生下线粒体遗传疾病婴儿的概率 B.女性捐赠者提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律 C.“三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”相比，核DNA增加 D.该技术对DNA的修改能够遗传，涉及伦理争议 √ 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 由题干信息可知，卵母细胞的细胞质主要来自捐赠者，可避免母亲的线粒体遗传基因传递给后代，A正确； 捐赠者只是提供了卵母细胞的细胞质，所以其提供的遗传物质不遵循孟德尔遗传规律，B正确； “三亲婴儿”与正常的“双亲婴儿”的核DNA一样多，均是来自母亲和父亲提供的细胞核，C错误； “三亲婴儿”的遗传物质来自一个父亲、两个母亲，存在伦理争议，D正确。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 15 题组二　动物细胞核移植技术的应用 8.体细胞克隆技术的发明，在生物科学发展史上具有重要意义。但是，它也同其他事物一样，既有积极的一面，也有消极的一面。下面哪项不符合克隆技术积极的一面 A.有利于生物界基因库的保护 B.有利于一些濒临绝迹的动物的保护 C.丰富生物的多样性，促使生物进化 D.有利于生态系统的稳定 √ 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.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。下列有关叙述不正确的是 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器官移植治疗的供体 C.在保护濒危物种方面，利用体细胞核移植技术可增加动物数量 D.动物体细胞核移植技术体现了动物体细胞的全能性 √ 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。 16 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 10.科学家培育克隆羊时，使用了同一个体的三种细胞核的供体细胞，分别将这些细胞核移入去核成熟卵母细胞的细胞质中，形成重组细胞，发育成重组胚胎，这些重组胚胎的发育情况如表。据此分析，下列有关说法正确的是 A.细胞核移植主要在同种 动物、同种组织的细胞 之间进行 B.重组细胞的发育与去核成熟卵母细胞的细胞质无关 C.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高 D.成功率不同是因为这三种细胞核所含有的基因不同 √ 16 细胞核供体细胞类型 妊娠数/受体母羊数 乳腺上皮细胞 1/13 胚胎成纤维细胞 4/10 早期胚胎细胞 14/27 细胞核移植主要在同种动物的胚胎细胞或体细胞与去核成熟卵母细胞之间进行，不是同种组织，A错误； 去核成熟卵母细胞的细胞质能让重组细胞的发育表达出全能性，B错误； 早期胚胎细胞分化程度低，结合表格数据可知，其作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高，C正确； 同一个体的不同细胞的细胞核所含有的基因相同，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 16 细胞核供体细胞类型 妊娠数/受体母羊数 乳腺上皮细胞 1/13 胚胎成纤维细胞 4/10 早期胚胎细胞 14/27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 11.(多选)如图为某哺乳动物生殖过程示意图(b为卵母细胞，c为体细胞)，下列相关叙述中不正确的是 A.动物个体1、2的产生分别属于有性繁殖和无性繁殖 B.动物个体2的产生表明，高度分化的动物细胞也具有 发育成完整个体的潜在能力 C.按照动物个体2的产生方式，后代性别比例仍然是1∶1，但对于动物的 进化则是不利的 D.产生图a、b、c三种细胞的方式仅c为有丝分裂 √ 16 √ 动物个体1是由受精卵发育而来的，属于有性繁殖；动物个体2是通过细胞核移植技术产生的，属于无性繁殖，A正确； 动物个体2是通过细胞核移植技术产生的，表明 高度分化的动物细胞的细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力，B错误； 按照动物个体2的产生方式，后代的性别由供体的细胞核决定，C错误； a、b细胞是通过减数分裂产生的，c细胞是通过有丝分裂产生的，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 12.(多选)(2022·南京高二期中)如图表示克隆过程中核移植成功率与供体细胞分化程度的关系。下列叙述正确的是 A.细胞核移植实验成功的事实说明高度分化 的动物细胞的细胞核仍具有全能性 B.图中动物细胞核移植过程中最好选受精卵 作为受体细胞 C.实验结果表明图中动物细胞核移植的成功率具有与供核细胞分化程度 呈负相关的特点 D.哺乳动物的重组细胞都需要经培养后生长发育成胚胎进而发育成新个体 √ 16 √ √ 题图中动物细胞核移植过程中最好选减 数第二次分裂中期的卵母细胞作为受体 细胞，因为该细胞的细胞质中含有激发 细胞核全能性表达的物质，B错误； 题图中实验结果显示随着供核细胞分化 程度的升高，核移植的成功率逐渐下降，说明动物细胞核移植的成功率具有与供核细胞分化程度呈负相关的特点，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 13.(多选)DNA甲基化指生物体在DNA甲基转移酶的作用下，将甲基基团加到DNA模板链的胞嘧啶上的过程，多数情况下可抑制基因的表达。中国科学家首次成功培育出体细胞克隆猴“中中”和“华华”，体细胞克隆技术的难点在于将体细胞的细胞核转移到去核的卵母细胞后，由于DNA甲基化修饰，某些生长因子基因无法正常表达，从而使重组细胞无法正常发育。下列相关叙述正确的是 A.克隆猴体细胞的细胞核中的染色体数目与受精卵的细胞核中的相同 B.与DNA未甲基化相比，DNA甲基化后，基因表达情况可能不同，导致性状 有所差异 C.DNA甲基化使某些生长因子基因无法正常表达的根本原因是基因突变 D.克隆猴的诞生说明已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性 16 √ √ √ DNA甲基化指生物体在DNA甲基转移酶的作用下，将甲基基团加到DNA模板链的胞嘧啶上的过程，此过程中DNA的碱基序列并未发生改变，因此不是基因突变导致的，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 14.(多选)下列有关克隆的叙述，不正确的是 A.植物组织培养的过程属于克隆技术范畴 B.克隆动物的诞生涉及多种细胞工程技术，绝大多数克隆动物还存在健 康问题 C.克隆生物和供体不完全相同是因为细胞内遗传物质的改变引起的 D.克隆过程中发生了细胞的增殖和分化，未发生细胞的衰老 √ 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 15.(2023·徐州高二检测)我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食 16 蟹猴(流程如图所示，①～⑥表示过程)，该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。请据图分析回答下列问题： (1)实现食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是_________________，恢复其全能性较难。 体细胞分化程度高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 由于体细胞分化程度较高，全能性难以恢复，因此实现食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (2)过程③中利用_____________，将成纤维细胞注入________________中。 过程③表示核移植，一般用显微操作技术将成纤维细胞注入去核的处于减数第二次分裂中期的卵母细胞中。 16 显微操作技术 去核的卵母细胞 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (3)向融合细胞注射Kd4d的mRNA，可提高胚胎的形成率，其作用主要是通过基因表达的______过程实现的。 mRNA是翻译形成蛋白质的模板，因此向融合细胞注射Kd4d的mRNA，可以通过翻译形成相关的蛋白质，进而提高胚胎的形成率。 16 翻译 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (4)若获得的体细胞核移植的食蟹猴与供体食蟹猴性状不完全相同，从遗传物质的角度分析，其原因是___________________________ _____________________________。 16 卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 16 16.2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。身患线粒体遗传疾病的女性将因此获得更多生育选择和机会。“三亲婴儿”的培育过程可选用如图技术路线。回答下列问题： (1)人体中，线粒体存在于除_______________外的人体细胞中；可采用__________法从细胞中分离出线粒体。 成熟的红细胞 差速离心 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 人成熟的红细胞无细胞核和细胞器；用差速离心法可分离细胞的各种细胞器。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (2)图中细胞M是处于____________________(写出具体分裂时期)的卵母细胞。 (3)广义上的线粒体病的发病机制非常复杂，可呈现常染色体显性遗传、隐性遗传或伴性遗传，也可呈现母系遗传等特点。由此分析，引起线粒体病的基因突变可发生于________________的DNA。 16 减数第二次分裂中期 细胞核、线粒体 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 分析题意可知，常染色体显性遗传、隐性遗传或伴性遗传是细胞核中染色体上基因突变引起的，母系遗传特点是线粒体中的基因决定的，由此分析，引起线粒体病的基因突变可发生于细胞核、线粒体的DNA。 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 (4)临床上，当一位患者的基因变异不能被确定时，完整的生化检查(代谢产物分析、酶测定、肌肉活检)可以辅助诊断。其中，乳酸和丙酮酸水平在一定程度上反映了线粒体功能。进行最小运动量测试，患者运动后10分钟血乳酸和丙酮酸仍不能恢复正常，且乳酸∶丙酮酸的值会_____(填“高于”或“低于”)健康人。 16 高于 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 15 乳酸是无氧呼吸的产物，患者运动后10分钟血乳酸和丙酮酸仍不能恢复正常，显然乳酸∶丙酮酸的值会高于健康人。 16 $$