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 第三课时　动物体细胞核移植技术和克隆动物 对小说中的生物学现象进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 “悟空拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空中喷去，叫一声‘变！’即变作三二百个小猴，周围攒簇。”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？ 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技术。 1.概述动物细胞核移植技术的含义及类型。（生命观念） 2.简述动物体细胞核移植的基本过程。（科学思维） 3.说出体细胞核移植技术的应用前景，理性看待体细胞核移植技术存在的问题。 （社会责任） 一、体细胞核移植的过程 1．概念 (1)供体：动物的一个细胞的 。 (2)受体：去核的 。 (3)结果：形成 的细胞并发育成新胚胎，继而发育成 。 2．种类：胚胎细胞核移植和 。 3．原理：动物 具有全能性、细胞膜具有一定的 。 细胞核 卵母细胞 重新组合 动物个体 体细胞核移植 细胞核 流动性 4．过程 取供体细胞 供体细胞 卵巢卵母细胞 去核卵母细胞 细胞 培养 MII期 去核 重构胚 完成 和 过程 代孕动物 细胞 融合 胚胎 移植 细胞分裂 发育 思考：是直接把供体细胞的细胞核还是整个细胞注入受体细胞呢?为什么？ 最初是“细胞核”，也是“核移植”这一名词的含义和来源；后来直接将 供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内，再用病毒介导或电脉冲等方法使 其融合。对卵母细胞损伤较小，保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。 思考：在整核移植个过程中采用了哪些技术？ 动物细胞培养 动物体细胞核移植 胚胎移植 动物细胞融合 1.动物体细胞核移植常选用去核卵(母)细胞，原因是什么？ 卵母细胞体积大、易操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。 2.结合动物细胞核移植的过程，分析为什么体细胞核移植较胚胎细胞核移植更困难。 由于动物胚胎细胞分化程度低，表现全 能性相对容易；而动物体细胞分化程度 高，表现全能性十分困难。因此动物体 细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 对动物体细胞核移植过程进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 ？ 3.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？为什么？ 无性生殖。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。 4.克隆动物的诞生是否证明了动物细胞具有全能性？为什么？ 否。用体细胞核移植技术得到的克隆动物，仅仅说明动物体细胞的细胞核具有全能性，而不是动物细胞具有全能性。 对动物体细胞核移植过程进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因是什么？ （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，我国科学家经过多年努力， 攻克这些障碍，终于成功获得了体细胞 克隆猴。 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．供体和受体的选择： (1)供体：一般选用原代培养的细胞，保证了供体细胞正常的遗传基础。 (2)受体：选择MⅡ期的卵母细胞，其原因有三个： 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。 【归纳提升】 3．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)克隆动物的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细胞质供体部分相同。 (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。 对克隆动物的遗传特点进行归纳概括，体现了科学思维的核心素养。 【例1】（2024·贵州适应性测试）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。下列叙述错误的是（ ） 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X相似度更高 C.重构胚的形成可采用电融合的方法 D.细胞培养时需添加氨基酸等营养物质 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错误；可以采用电融合法促使两个细胞融合形成重构胚，C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。 B 二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1．应用前景 (1)在畜牧生产方面：利用体细胞核移植技术，可以加速家畜 进 程、促进 。 (2)在医药卫生方面 ①通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为 ，生产许多珍贵的医用蛋白。 ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的 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 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 反应。 (3)在保护濒危物种方面：该技术有望增加濒危物种的 。 (4)在科研方面：研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及 过程。 遗传改良 生物反应器 细胞、组织或器官 免疫排斥 优良畜群繁育 诱导分化 存活数量 衰老 2．存在的问题 (1)成功率仍然非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 (2)核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、 和 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，许多克隆动物表现出 和 缺陷。 分子遗传学 细胞生物学 遗传 生理 1.能利用体细胞核移植技术克隆某高产奶牛吗？请说明理由。 可以用体细胞核移植技术克隆某高产奶牛。高产奶牛产奶量很高，说明它有高产的遗传基础，利用体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础。 2．体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？ 在研究方面，克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。在应用上，生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。 ？ 对克隆动物的遗传特点进行归纳概括，体现了科学思维的核心素养。 【例2】（2024·红河高二检测）体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生、拯救濒危动 物等方面有着广泛的应用前景。下列关于动物细胞核移植技术应用的叙述，错误的是 （ ） A.哺乳动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植的 B.克隆动物与供核动物的遗传性状完全相同，原因是遗传物质主要分布在细胞核中 C.利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物，可作为生物反应器生产医用蛋白 D.将患者细胞核移植到胚胎干细胞，诱导重组干细胞发育形成的器官可避免免疫排斥反 应 B 由于胚胎细胞的分裂能力比体细胞强，哺乳动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植的，A正确；克隆动物与供核动物的遗传性状不完全相同，原因是供核动物的细胞质中的遗传物质也会影响克隆动物的性状，B错误；利用体细胞核移植技术培育的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，C正确；以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞诱导形成的组织、器官等，可避免免疫排斥反应，D正确。 概念 动物细胞核移植技术 过程 应用 种类 原理 供体 受体 结果 在医药方面 在保护濒危物种方面 在科研方面 过程 在畜牧方面 1．从同一头牛中取多个供体细胞培养出多头克隆牛，这些牛在性状上却并不完全相同。下列有关原因叙述错误的是 (　　) A．基因可能发生变异 B．核基因发生基因重组 C．受体细胞的细胞质基因不同 D．性状变异可由环境条件引起 B 题述克隆牛在性状上不完全相同的原因是基因可能发生变异，受体细胞的细胞质基因不同，性状变异可由环境条件引起，A、C、D正确；克隆属于无性生殖，该过程中核基因不会发生基因重组，B错误。 2．下列有关动物体细胞核移植技术和克隆动物的叙述，错误的是(　　) A．目前，科学家不能用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体 B．体细胞的细胞核移植到受体细胞之前，要先去掉受体卵母细胞的核 C．用于核移植的供体细胞一般都选用传代50代以内的细胞 D．用体细胞核移植方法生产的克隆动物对体细胞供体动物并不是100%的复制 C 动物细胞的全能性会随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱，所以目前还不能用类似于植物组织培养的方法获得完整的动物个体，A正确；在核移植前一般要先除去受体卵母细胞的细胞核，获得卵细胞的细胞质，B正确；10代以内的细胞保持正常的二倍体核型，遗传物质没有发生改变，因此常用10代以内的细胞作为核移植的供体细胞，C错误；重组细胞中细胞核来自供体细胞，细胞质来自受体细胞，由于细胞质中也含有少量DNA分子，故重组细胞中遗传物质绝大多数来自供体，因此不是对体细胞供体动物进行100%的复制，D正确。 3．（多选）（2024·齐齐哈尔高二检测）中国科学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早期胚胎，这表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。下列有关叙述中正确的是（　 　） A.卵母细胞去核的方法是显微操作法，还可以用紫外线短时间照射等方法 B.兔子卵母细胞质中有使大熊猫细胞核表达全能性的物质 C.重构胚需要用紫外线短时间照射处理等方法，使之完成细胞分裂和发育进程 D.在大熊猫早期胚胎移植时，应选择有健康体质和正常繁殖能力的受体 ABD 对卵母细胞进行去核时，除了显微操作外还可以采用梯度离心、紫外线短时间照射、化学物质处理等方法处理，去核的卵母细胞与供体细胞通过电融合法融合，供体核进入受体卵母细胞，构建成重组胚胎，融合后的重组胚胎，需要用物理或化学的方法进行激活，使其完成细胞分裂和发育进程，A正确、C错误；兔子卵母细胞质中有使大熊猫细胞核表达全能性的物质，故可用去核后的兔子卵母细胞作为受体细胞，B正确；在大熊猫早期胚胎移植时，应选择有健康体质和正常繁殖能力的受体，以保证胚胎能够正常发育，D正确。 4.下列有关体细胞核移植过程的叙述，正确的是(　　) A．在体外将从卵巢采集到的卵母细胞培养到减数第一次分裂中期 B．供体细胞一定要来自珍稀动物 C．通过显微操作技术只需要去除卵母细胞的细胞核 D．使用电刺激等方法激活重组细胞使其完成细胞分裂和发育 D 由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管可一并吸出细胞核与第一极体，因此需要将卵母细胞培养到减数第二次分裂中期，故A错误；供体细胞不一定要来自珍稀动物，故B错误；在核移植之前，需要通过显微操作技术去除卵母细胞的细胞核和第一极体，故C错误。本实验中需要用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+ 载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚，使其完成细胞的分裂和发育进程，故D正确。 5.（2024·辽宁重点高中联考）1996年克隆羊“多莉”诞生以后，马、牛、兔、猫、狗、骆驼等哺乳类动物的体细胞克隆相继成功，但与人类相近的灵长类动物（如猴）的体细胞克隆一直未被攻克。2017年底两只体细胞克隆猴“中中”和“华华”先后在中国科学院神经科学研究所诞生，成功培育全球首个体细胞克隆猴。 （1）用动物体细胞克隆动物，实际上是通过核移植技术来实现的，该技术分为______细胞核移植和体细胞核移植，其中难度更大的是体细胞核移植，原因是动物体细胞______程度高，表现________十分困难。 （2）体细胞克隆猴的诞生还需要动物细胞培养、早期胚胎培养技术和__________技术的支持。 （1）动物体细胞核移植过程：动物核移植是指将动物的一个细胞的细胞核移入一个去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎。该技术分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植和体细胞核移植相比，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，故其中体细胞核移植难度更大。（2）体细胞克隆猴的诞生还需要动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植技术的支持。 胚胎 分化 全能性 胚胎移植 从屠宰场收集牛______，采集卵母细胞。在体外培养到①____________________期，通常通过_____________去核（此时的“核”是________—染色体复合物），将供体细胞注入去核的卵母细胞，通过电融合法使两细胞融合，形成②_________________，并用物理或化学方法使其激活，完成_________和_________。生出与供体奶牛的遗传物质基本相同的克隆动物。 （3）下图是克隆高产奶牛的过程： （3）根据图示可知，采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到减数第二次分裂中期→通过显微操作去核（此时的“核”是纺锤体—染色体复合物）→去核的卵母细胞；高奶牛(供体)→从供体身体某一部位上取体细胞→供体细胞培养→将供体细胞注入去核的卵母细胞→通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞→得到重构胚（重组胚胎）→用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程→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。 显微操作（法） 卵巢 减数分裂Ⅱ中（MII） 重构胚（重组胚胎） 纺锤体 发育进程 细胞分裂 Lavf58.20.100 　 　 $$