2.2.3 动物细胞工程（第3课时）（情境教学课件）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019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 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 悟空急撤身，他砍了一个空。悟空见他凶猛，即使身外身法，拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声：“变！”即变做三二百个小猴，周围攒簇。 原来人得仙体，出神变化无方。不知这猴王自从了道之后，身上有八万四千毛羽，根根能变，应物随心。 ——《西游记》 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？ 情境导入 情境视频：克隆猴“中中”、“华华”诞生 课程标准内容要求 素养目标 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。 1.生命观念：通过体细胞核移植的过程学习，认同细胞的结构与功能观。 2.科学思维：通过体细胞核移植技术的应用前景及存在问题的学习。 教学目标 课程标准内容、素养目标 体细胞核移植技术 1 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 2 目录 CONTENTS 目录页 5 一、体细胞核移植技术 1.概念 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。 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物 2.类型 细胞分化程度高，表现全能性十分困难 细胞分化程度低，表现全能性容易 对非人灵长类动物胚胎操作的技术尚不完善。 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。 2017年，我国的科学家利用体细胞核移植技术成功克隆出两只猕猴“中中”和“华华”。为什么“中中”和“华华”的诞生会震惊全世界?非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，原因是什么？ 6 一、体细胞核移植技术 活动 任务：体细胞核移植技术的过程 核移植相当于悟空施的“魔法”，科学家通过它成功培育了克隆猴等克隆动物。阅读教材第52~53页，以克隆高产奶牛为例，认识体细胞核移植的流程，并思考以下问题： 1.克隆牛与供体完全相同吗？为什么？ 2.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？ 3.克隆动物的诞生是否证明了动物细胞具有全能性？ 一、体细胞核移植技术 3.过程（以克隆高产奶牛为例） 思考 卵母细胞选择 卵母细胞去核 2.体细胞核移植到受体卵母细胞前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？“去核”去的是什么？ 为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来供体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏； “核”为纺锤体-染色体复合物。 1.为什么选卵母细胞作为细胞核的受体细胞？ ①体积大，易操作； ②细胞质内存在激发细胞核全能型表达的物质； ③含卵黄，营养物质丰富。 核移植操作 重构胚的激活与移植 供体细胞选择与培养 卵母细胞选择与去核 获得克隆动物 卵母细胞选择与去核 去除卵母细胞核的方法：显微操作去核（最常用）；其他方法：梯度离心、紫外线短时间照射、化学物质处理等。 采集到的卵母细胞要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期（MⅡ期） 一、体细胞核移植技术 3.过程（以克隆高产奶牛为例） 供体高产奶牛 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 核移植操作 重构胚的激活与移植 供体细胞选择与培养 获得克隆动物 卵母细胞选择与去核 供体细胞选择与培养 思考 3.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，这是为什么？ 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。 3.过程（以克隆高产奶牛为例） 思考 4.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。 一、体细胞核移植技术 供体细胞注入去核卵母细胞 融合 5.激活重构胚的方法有哪些？ 用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚。 核移植操作 重构胚的激活与移植 供体细胞选择与培养 卵母细胞选择与去核 获得克隆动物 核移植操作 重构胚的激活与移植 激活重构胚使其完成细胞分裂和发育 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 3.过程（以克隆高产奶牛为例） 思考 一、体细胞核移植技术 核移植操作 重构胚的激活与移植 供体细胞选择与培养 卵母细胞选择与去核 获得克隆动物 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 获得克隆动物 7.核移植技术中选用的核供体应为具有优良性状的个体,提供卵母细胞的个体和代孕受体必须是同种奶牛吗？ 不是，提供卵母细胞的个体和代孕受体只需为同一物种的健康雌性个体即可。 6.重构胚激活后是否直接进行移植？ 激活的重构配必须完成细胞分裂和发育进程,形成早期胚胎才能进行胚胎移植。 一、体细胞核移植技术 活动 任务：体细胞核移植技术的过程 1.克隆牛与供体完全相同吗？为什么？ 2.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？ 3.克隆动物的诞生是否证明了动物细胞具有全能性？ 克隆动物的性状与供体不完全相同；原因是： ①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞和供体细胞的细胞质； ②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响。 动物体细胞核移植得到的个体的细胞核遗传物质完全来自供体细胞核，不是经精卵受精得到的，因此属于无性生殖。 用体细胞核移植技术得到克隆动物，仅仅说明动物体细胞的细胞核具有全能性，而不能说明动物细胞具有全能性。 [归纳]动物体细胞核移植技术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收到限制，不能经培养直接发育成完整个体。 体细胞核移植技术 1 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 2 目录 CONTENTS 目录页 13 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.体细胞核移植技术的应用前景 在畜牧生产方面：能加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 采用核移植技术可加速育种的进程，在短时间内有效地扩大种群的数量，保持种群的性状，避免了自然交配所带来的优良性状的分离和减弱。目前美国市场上已有克隆牛出售。 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.体细胞核移植技术的应用前景 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 非洲野猫生活在非洲和中东，体型比家猫略小。它也是第一批被克隆的野生动物之一。奥杜邦濒危物种研究中心于 2005 年宣布，他们克隆的野猫已经繁殖并产下两窝小猫。“通过改进克隆过程，然后鼓励克隆动物繁殖和生下幼崽，我们可以恢复原本可能不具备生殖能力的个体的基因，我们可以拯救野生动物的基因，”领导奥杜邦中心科学团队的贝特西·德雷瑟博士在 BBC 的一篇文章中说道。 胰岛细胞 病人 取细胞 器官移植 去核的卵母细胞 重组细胞 核移植 胚胎干细胞 取核 血细胞 心肌细胞 神经细胞 肝细胞 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.体细胞核移植技术的应用前景 在医药卫生领域 ①作为生物反应器生产医用蛋白。 ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以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，将它们一直给患者时可以避免免疫排斥反应。 患者 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 iPS细胞 各种细胞组织或器官 胚胎干细胞 取出 诱导 移植 治疗性克隆 iPS细胞治疗 细胞发生转化 治疗性克隆与iPS细胞治疗 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1.体细胞核移植技术的应用前景 在科研领域 ①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，能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 2.体细胞核移植技术存在的问题 技术层面 ①成功率低：从重构胚胎的发育到克隆动物的出生，各个环节都存在较高的失败率，这限制了该技术的大规模应用。 ②体细胞重编程不完全：在体细胞核移植过程中，体细胞的细胞核需要进行重编程，以恢复到胚胎细胞的状态。但目前的技术还难以实现完全的重编程，导致克隆动物可能存在基因表达异常等问题。 ③技术复杂成本高：动物体细胞核移植技术需要专业的设备和技术人员，操作过程复杂，且需要大量的卵母细胞等实验材料，导致成本高昂。 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 2.体细胞核移植技术存在的问题 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，免疫失调等。易出现早衰（多利羊猜想）。这可能与体细胞重编程不完全、基因组印记异常等因素有关。 伦理和法律层面 ①伦理争议：克隆动物技术引发了一系列伦理问题，如是否符合自然规律、对动物尊严的影响等。一些人认为克隆动物是对自然生殖方式的干预，可能会引发道德和伦理上的混乱。 ②法律监管难题：克隆动物技术的发展给法律监管带来了挑战。例如，如何规范克隆动物的研究和应用，如何保护克隆动物的知识产权，以及如何防止克隆技术被滥用等问题，都需要完善的法律法规来进行规范。 随堂检测 1．下列为克隆羊“多莉”的培育过程示意图。 下列各项有关表述错误的是（     ） A．克隆羊“多莉”的性状主要与甲羊一致，因其细胞核基因来自甲羊 B．此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性 C．乙羊的去核卵母细胞为重组细胞基因表达提供了细胞内的环境条件 D．克隆羊“多莉”的培育过程中采用的生物技术有核移植和胚胎移植 B 随堂检测 2．下列关于体细胞克隆的叙述中，错误的是（    ） 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现型完全一致 3．在进行核移植时，通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中，下列有关其原因的叙述，错误的是（    ） A．体细胞太小，因而取出细胞核比较困难 B．细胞质中遗传物质也控制生物的部分性状 C．体细胞的核离开了原来的细胞质将不能存活 D．直接将体细胞注入去核卵母细胞中简化操作程序 D C 动物体细胞核移植技术和克隆动物 原理 生殖方式 动物体细胞核的全能性 无性生殖 类型 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 将供体细胞注入去核的卵母细胞 激活重构胚 理论基础 过程 应用前景 畜牧业 保护濒危物种 医药卫生 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 去核的卵母细胞 供体细胞 重构胚 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 课堂小结 感谢聆听！ 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 24 Lavf58.20.100 $$