第2章 第2节 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修3 生物技术与工程 创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第3课时　动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.阐明动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。2.阐明动物体细胞核移植技术的应用前景。 1．动物细胞核移植技术概念：是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。该个体不经过有性生殖过程，其遗传物质与细胞核供体基本相同，叫作克隆动物。 2．理论基础：动物细胞核的全能性。 3．生殖方式：无性生殖。 4．分类及比较 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难 5.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。 6．动物体细胞核移植的过程(以高产奶牛为例) (1)该过程中应用到的技术 动物细胞核移植技术、动物细胞培养技术、胚胎移植技术。 (2)激活重构胚的方法：电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等。 (3)激活重构胚的目的 使其完成细胞分裂和发育进程。 (4)实验结论 证明了动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。 易漏边角 1．减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)卵母细胞中的“核”其实是纺锤体—染色体复合物。文中所说的“去核”是去除该复合物。 2．重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 3．目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。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。这些方法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。 7．动物体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 应用前景 畜牧生产 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 医药卫生 转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白 治疗人类疾病： ①转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 ②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发生免疫排斥反应 科研 ①研究克隆动物可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 保护濒危物种 有望增加濒危物种的存活数量 存在的问题 ①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。 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 课堂小结 1．(目标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．从供体取出细胞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，使其完成细胞分裂和发育进程 D．选择合适时期的胚胎进行移植，使其发育成完整个体 答案　B 解析　将体细胞核与MⅡ期的去核卵母细胞融合使用的是电融合法，没有用灭活的病毒促融，B符合题意。 2．(目标1)下图是利用体细胞核移植技术获得克隆奶牛的流程图。下列叙述错误的是(　　) A．过程①实际上除去的是卵母细胞中的纺锤体—染色体复合物 B．过程②需要对供体细胞进行离体培养 C．过程④可用电刺激技术处理 D．克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%复制 答案　D 3．(目标1)核移植的受体细胞是MⅡ期卵母细胞，下列有关说法错误的是(　　) A．MⅡ期卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质 B．MⅡ期卵母细胞体积比较大，操作起来相对容易 C．可以把供体细胞直接注入去核的卵母细胞中 D．MⅡ期卵母细胞对克隆动物的遗传特性没有任何影响 答案　D 解析　MⅡ期卵母细胞的细胞质中的线粒体含有少量的遗传物质，也会对克隆动物的遗传特性产生影响，D错误。 4．(目标2)下列叙述中，不属于动物体细胞核移植技术的应用前景的是(　　) A．加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 B．增加濒危物种的数量 C．可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性 D．利用自身细胞核移植培育相应的组织器官 答案　C 解析　“用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性”是动物细胞培养技术的应用之一，不是动物体细胞核移植技术的应用，C符合题意。 5．(不定项)(目标1、2)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，我国科学家攻克了这一障碍，成功获得了体细胞克隆猴。下列关于体细胞克隆猴相关技术及意义的叙述，正确的是(　　) A．体细胞核移植难度大于胚胎细胞核移植的原因是细胞分化程度高 B．非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，其原因之一是重构胚的细胞核不能完全恢复其分化前的功能状态 C．体细胞克隆猴为探索建立更接近人类的医学动物模型提供了新途径 D．重组细胞融合后可加入化学药物将其激活 答案　ABCD 题型一　动物体细胞核移植过程分析 例1　治疗性克隆为建立人类疾病的动物模型、研究疾病机理带来光明前景。如图表示治疗性克隆的过程，下列说法不正确的是(　　) A．上述过程利用了动物细胞核移植、动物细胞培养等技术 B．细胞A常用处于减数分裂Ⅱ中期的次级卵母细胞 C．过程②在培养基中加入的动物血清含有激发细胞全能性表达的物质 D．该技术有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应 解题分析　细胞A常用处于减数分裂Ⅱ中期的次级卵母细胞，原因是该细胞体积大，容易操作；细胞质多，营养丰富；含有激发细胞全能性表达的物质，B正确，C错误；由于胚胎干细胞的形成来源于病人自身提供的体细胞形成的囊胚，形成的器官移植给病人可以避免免疫排斥反应，故该技术有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应，D正确。 答案　C 例2　现代社会压力使人类的作息时间很难严格遵循于体内的生物钟。越来越多的人面临着生物钟紊乱的困扰，导致失眠、睡眠中断、日间过度嗜睡，与人交流出现障碍等问题。2019年我国科研团队获得了5只昼夜节律基因BMAL1敲除的克隆猴，推动了生物钟紊乱相关问题的研究。下图是体细胞克隆猴的技术流程图，据图分析回答： (1)科学家首先需将A猴卵母细胞培养至________期，将B猴体细胞注入去核A猴卵母细胞形成重构胚，接着用物理或化学方法激活重构胚，其中激活的目的是________________________________，最后将胚胎移植到代孕母猴体内，最终产出克隆猴。 (2)体外培养重构胚时，需提供适宜的营养及环境等条件，其中培养液通常需要加入的天然成分是________。为判断是否是真正的克隆猴，研究团队仔细检测了这些克隆猴的基因型，发现细胞核基因型与________相同，由此证明5只小猴是真正的克隆猴。 (3)为验证上述5只基因敲除猴是否存在昼夜节律紊乱问题，科学家给实验猴佩戴了检测设备，以随时监测到它们的昼夜活动情况。通过行为学分析检测其是否明显表现出类似精神分裂症的症状。对照组的设置应为____________________________________。 答案　(1)MⅡ(或减数分裂Ⅱ中)　使其完成细胞分裂和发育进程 (2)血清　B猴 (3)佩戴了检测设备的与克隆猴生理状态相同的正常个体(或不存在BMAL1基因缺失个体) 题后归纳 1．在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，必须先对卵母细胞进行去核操作是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．选取MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞的原因是：①卵母细胞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。 3．若将整个供体细胞注入去核卵母细胞，克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体(核供体)动物的细胞核，但其细胞核外的DNA，即线粒体中的DNA同时来自核供体细胞和受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但由于动物的发育及一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，而克隆动物所生活的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同，所以从这一角度看，克隆动物也不是对核供体动物进行100%的复制。 题型二　克隆概念的考查 例3　(不定项)下列属于克隆的是(　　) A．利用杂交瘤细胞产生抗体 B．利用核移植技术培育出克隆绵羊 C．利用植物体细胞杂交技术培育出杂种植株 D．利用胡萝卜茎尖组织经植物组织培养得到脱毒苗 解题分析　利用杂交瘤细胞产生单克隆抗体属于分子水平的克隆，A符合题意；利用核移植技术培育出克隆绵羊属于个体水平的克隆，B符合题意；利用植物体细胞杂交技术培育出杂种植株产生的不是复制品，不属于克隆，C不符合题意；利用植物组织培养获得脱毒苗属于个体水平的克隆，D符合题意。 答案　ABD 题后归纳 对克隆的理解 (1)概念：是指从一个共同的祖先，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。 (2)克隆的不同层次 ①分子水平：如PCR技术扩增DNA、DNA的复制。 ②细胞水平：如动物细胞培养、细胞分裂。 ③器官水平：利用干细胞培养一个新器官。 ④个体水平：如“多莉”羊的诞生、扦插枝条形成植物体、植物组织培养形成植物体。 课后课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★ ★★ 对点 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植应用 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 动物体细胞核移植 [单项选择题] 1．科学家利用小鼠的成纤维细胞成功培育了克隆鼠，培育过程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．细胞A为培育到MⅡ期的卵母细胞 B．克隆鼠的遗传物质主要来自鼠成纤维细胞 C．利用胚胎干细胞作为核供体更难培育克隆鼠 D．在培养瓶中培养成纤维细胞时会出现细胞贴壁和接触抑制现象 答案　C 解析　胚胎干细胞分化程度低，表现全能性相对容易，因此其进行核移植更容易成功。 2．进行动物的克隆繁殖的基本过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．该过程的技术基础是核移植 B．甲细胞可以是胚胎细胞也可以是体细胞，乙是重构胚 C．选择卵母细胞作为受体细胞的原因主要是卵母细胞体积大，便于操作 D．动物难以克隆的根本原因是分化的体细胞其基因组成缺乏完整性 答案　B 解析　该过程的技术基础是动物细胞培养，A错误；选择卵母细胞作为受体细胞的原因主要是卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质，C错误；动物难以克隆的根本原因是动物体细胞是高度分化的细胞，全能性受到抑制，D错误。 3．如图是某克隆羊培育过程模式图，通过分析获得该克隆羊的生殖方式、该克隆羊的基因型以及该克隆羊的性别依次是(　　) A．无性生殖、Aa、雌性 B．无性生殖、aa、雄性 C．有性生殖、aa、雄性 D．有性生殖、AA、雌性 答案　B 解析　克隆羊的培育是利用了细胞核移植技术，其生殖方式为无性生殖；该克隆羊继承了B羊全部的细胞核基因和A羊的细胞质基因，因此其基因型为aa；由于B羊为雄性，因此该克隆羊亦为雄性，故选B。 4．某研究人员将患有线粒体疾病妇女的受精卵中的细胞核移植到健康妇女捐献的去核的卵母细胞中，最终产下了健康的婴儿。下列叙述不正确的是(　　) A．此项技术涉及动物细胞培养、动物细胞核移植等操作 B．此项技术与克隆羊“多莉”用到的供体细胞都是体细胞 C．健康妇女捐献的卵母细胞的细胞质具有调控移入细胞核发育的作用 D．婴儿出生后具有患病妇女及其丈夫以及捐献健康卵母细胞的妇女三方的遗传特征 答案　B 解析　此项技术用的是受精卵的细胞核，而克隆羊“多莉”用的是高度分化的体细胞的细胞核，B错误；该婴儿细胞的核基因由形成受精卵的夫妇提供，细胞质基因由提供去核的卵母细胞的妇女提供，D正确。 5．科学家培育克隆羊时，使用了三种细胞核的供体细胞，分别将这些细胞核移入去核卵母细胞的细胞质中，形成重构胚，发育成重组胚胎，这些重组胚胎的发育情况如下表所示。据此分析正确的是(　　) 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 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．重构胚的发育与去核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．培养动物细胞的培养液中含维生素、激素等多种能源物质 答案　C 解析　细胞核移植主要在同种动物细胞的普通细胞与去核的卵母细胞之间进行，不是同种组织的细胞之间，A错误；去核的卵母细胞的细胞质才能让细胞核表达出全能性，使重构胚正常发育，B错误；早期胚胎细胞分化程度低，作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高，从表中数据也可看出早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高，C正确；培养动物细胞的培养液中需含维生素、激素等物质，但它们不是能源物质，D错误。 6．研究人员采用体细胞克隆技术培育克隆羊，其操作流程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．X不能直接发育为个体的原因是细胞中的遗传物质不能表达 B．重组细胞要进行分裂和发育需经振荡或用灭活的病毒、PEG等激活 C．可采用梯度离心、显微操作法等方法去核 D．经培育得到的丁羊，其细胞内的遗传物质与甲完全相同 答案　C 解析　X不能直接发育为个体的原因是动物体细胞表现全能性十分困难，A错误；重组细胞要进行分裂和发育需用物理或化学方法(如电刺激、Ca2＋载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等)激活，B错误；经培育得到的丁羊，其细胞核遗传物质来自甲，而细胞质中存在乙细胞质中的遗传物质，因此其细胞内的遗传物质与甲不完全相同，D错误。 7．核移植技术在畜牧业、医药卫生等领域有广泛的应用前景。同时也存在一些问题。下列叙述正确的是(　　) A．核移植技术可以丰富生物多样性，促进进化 B．相对于理论研究，核移植的技术研究较为滞后 C．目前克隆动物的成功率有一定保障，但绝大多数克隆动物存在健康问题 D．克隆遗传背景相同的动物，可用于分析致病基因，并研究开发相应的治疗药物 答案　D 解析　克隆技术属于无性生殖，不能增加生物种类，因此不能丰富生物多样性，A错误；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，B错误；目前体细胞核移植技术的成功率很低，C错误。 8．体细胞核移植又称体细胞克隆，是动物细胞工程技术的常用手段。用核移植方法得到的动物为克隆动物。如图表示利用该技术培育克隆蛙的基本过程。下列叙述错误的是(　　) A．克隆蛙与核供体蛙的遗传物质有所差异 B．可以通过电融合法使两细胞融合，形成重构胚 C．克隆蛙的培育过程与克隆中的完全相同 D．若将肠上皮细胞换成胚胎细胞，则克隆蛙的成功率会大大提高 答案　C 解析　克隆蛙的核遗传物质与供体蛙的核遗传物质相同，但克隆蛙的质基因由去核卵母细胞和供体蛙提供，故克隆蛙与核供体蛙的遗传物质有所差异，A正确；在形成重组细胞时，可以通过电融合法使两细胞融合，B正确；克隆蛙的培育过程不需要将胚胎移入受体体内，C错误；胚胎细胞的全能性更高，若将肠上皮细胞换成胚胎细胞，则克隆蛙的成功率会大大提高，D正确。 [不定项选择题] 9．我国首例完全自主培育的克隆猫“大蒜”于2019年7月21日经代孕猫自然分娩顺利出生，它是从本体猫“大蒜”的大腿部采集了一块皮下组织，提取体细胞的细胞核与去核的卵母细胞融合，构建重构胚，激活后的胚胎再植入代孕猫的子宫内，直至分娩。下列相关叙述不正确的是(　　) A．用显微注射法去除卵母细胞的细胞核 B．可用Ca2＋载体激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 C．重组细胞需在无毒、无菌的环境中培养，在使用的合成培养基中常添加血清 D．克隆猫“大蒜”的培育说明动物细胞有全能性，克隆猫与供体猫的性状完全相同 答案　AD 解析　去除卵母细胞的细胞核普遍采用显微操作去核，而不是显微注射法，A错误；重组细胞需在无毒、无菌的环境中培养，由于人们对细胞所需营养物质还没有完全研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需添加血清等一些天然物质，C正确；克隆猫“大蒜”的培育说明动物细胞核有全能性，由于受体卵母细胞的细胞质遗传物质和环境的影响，克隆猫与供体猫的性状不完全相同，D错误。 10．研究人员将猴胚胎细胞(a)中的细胞核取出，移植入一雌猴的去核卵母细胞(b)中，得到重组细胞(c)，经培养获得胚胎并移植到另一雌猴(d)体内进一步发育，获得克隆猴(e)。下列叙述不正确的是(　　) A．e的细胞内的全部基因都来自a，b不提供基因 B．c经一系列增殖和分化形成e的过程中，细胞核起控制作用 C．d为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件 D．e的形成过程中没经过受精作用，其体细胞中无同源染色体 答案　ACD 解析　e的细胞核基因来自于a，细胞质基因来自于b，A错误；d为胚胎发育提供适宜的营养、环境等条件，但是没有提供遗传物质，C错误；e的形成过程中没经过受精作用，属于无性繁殖，但是其体细胞中有同源染色体，D错误。 11．利用动物体细胞核移植技术可培育高产奶牛，流程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．犊牛W有母牛X细胞中的线粒体DNA B．犊牛W的遗传性状与母牛Y相似度更高 C．重构胚具有发育成完整个体的能力 D．细胞培养时需添加氨基酸等营养物质 答案　ABCD 解析　母牛X提供细胞质，因此犊牛W有母牛X细胞中的线粒体DNA，A正确；母牛Y提供细胞核，细胞核是遗传信息库，因此犊牛W的遗传性状与母牛Y相似度更高，B正确；细胞培养时需添加氨基酸、糖等营养物质供给细胞正常生命活动需要，D正确。 [非选择题] 12．现有A和B两个肉牛品种，A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质，B品种牛则为B细胞核、B细胞质。 (1)如果要获得一头克隆牛，使其细胞由A细胞核和B细胞质组成，基本步骤是：从A品种牛体内取出体细胞，进行体外培养，然后再从培养细胞中取出________注入B品种牛的________卵母细胞，形成________，经过某种刺激和培养后，将该胚胎移入代孕母牛的子宫中，通过培育可达到目的。 (2)上述过程中运用的动物细胞工程技术有：____________________________________。 (3)克隆牛的产生说明________________具有全能性。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比，杂交牛细胞核的遗传物质来自________个亲本，细胞质大部分来自________性亲本，克隆牛和杂交牛的遗传物质组成________(填“相同”或“不同”)。 (4)请举一例，说明克隆牛培育成功的实际意义：______________。 答案　(1)细胞核　去核　重构胚 (2)动物体细胞核移植和动物细胞培养 (3)动物体细胞核　两　雌　不同 (4)繁育优良品种 13．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，下图是其培育过程，请据图回答下列问题： (1)克隆华南虎的遗传性状与________(填字母)虎基本一致。 (2)A、B、C 3只虎哪一只没有提供遗传物质？________。 (3)克隆华南虎的过程是否遵循孟德尔的遗传定律？为什么？________________________________________________________________________________________。 (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____________________________________________________________________________________。 答案　(1)A　(2)C虎 (3)不遵循。克隆属于无性生殖，而孟德尔的遗传定律仅发生在有性生殖的减数分裂过程中 (4)不能　高度分化的动物细胞全能性受到限制，虎和牛体细胞融合后得到的融合细胞不能正常发育成完整个体 13 学科网（北京）股份有限公司 $$