2.2.3动物细胞工程 （第3课时 核移植）课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

思考:毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出一群猴吗？ 2017年11月27日，世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中国科学院神经科学研究所诞生；12月5日第二个克隆猴“华华”诞生。其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊（Dolly）诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢？ 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 本节聚焦 1、什么是动物细胞核移植技术？ 2、动物体细胞核移植的基本过程是什么？ 3、体细胞核移植技术的应用前景有哪些？ 4、怎样理性看待体细胞核移植技术存在的问题？ 阅读课本P52-P54，自主完成以下问题： 1.什么是动物细胞核移植技术？原理是什么？ 2.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 3.哺乳动物核移植的类型及特点？ 4.为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？ 5.请用箭头和文字画出体细胞核移植的过程。 6.体细胞核移植技术的应用有哪些？ 7.体细胞核移植技术目前存在的问题有哪些？ 自主预习【思】 1.概念： 动物细胞核移植技术是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。 2.原理： 动物细胞核的全能性 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。 一、动物细胞核移植技术 什么是动物细胞核移植技术？原理是什么？ 卵母细胞 动物细胞 去核 取核 移入 重组细胞 发育 新胚胎 发育 克隆动物 受体细胞：减数分裂Ⅱ中期（MⅡ期）的卵母细胞,核其实是纺锤体-染色体复合物，去核是去该复合物。 4.种类： 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 细胞分化程度低，表现全能性容易 细胞分化程度高，表现全能性十分困难 一、动物细胞核移植技术 哺乳动物核移植的类型及特点？ 为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？ 3.生殖方式： 无性生殖，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，没有经过两性生殖细胞的结合。 动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因： 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操作的技术尚不完善。 非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物。 思考:为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？ 克隆技术是一很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。在生物学上，克隆是无性繁殖，是指一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的分子、细胞或个体(3个层次)。 一般指DNA分子扩增，如PCR技术，还包括单克隆抗体技术。 由一个细胞分裂所形成的细胞群体，如动物细胞培养技术、植物细胞培养技术。 分子水平： 细胞水平： 个体水平： 指基因型完全相同的个体或群体，如植物组织培养技术、核移植技术。 采集卵母细胞，体外培养至MⅡ期。 显微操作去核 高产奶牛(供体) 取体细胞，进行细胞培养。 将供体细胞注入去核卵母细胞。 通过电融合法使细胞融合，形成重构胚。 胚胎移入受体（代孕） 用物理或化学方法（电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程。 出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛。 二、体细胞核移植的过程 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 重构胚 早期胚胎 两细胞融合 激活重构胚（物理/化学） 采集牛卵母细胞，体外培养到MⅡ期 去核的卵母细胞 供体细胞培养 核移植 高产奶牛（供体） 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 显微操作去核 取体细胞 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 动物体细胞核移植 二、体细胞核移植的过程 据课本图2--18体细胞核移植流程图，完成以下内容： 探究一：体细胞核移植的过程 1.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？采集的卵母细胞应培养至什么时期？     2.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为何必须先对卵母细胞进 行去核操作？“ 去核”去的是什么？去核的方法是什么？     3.供体细胞选择10代以内的细胞，原因？     4.注入去核的卵母细胞的是整个供体细胞还是供体细胞的细胞核？此操作的原因？         合作探究【议】 原因：①卵母细胞体积大，易操作；②其细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质和营养条件（如促成熟因子（MPF）其水平高低可影响供体染色体的状态和复制） ③卵黄多营养物质丰富。应培养至MⅡ期 原因：保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞。 10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，遗传物质未发生变化，保证了供体细胞正常的遗传基础。 整个供体细胞；优点:操作简单，对供体细胞核损伤较小；保证供体细胞的细胞核不被破坏。 去核方法：显微操作法。也可采用梯度离心、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。 “去核”的实质是：去除纺锤体-染色体复合物，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，取核时用微型吸管一并吸出第一极体。 6.什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？     7.克隆牛的性别与那头牛相同？原因？     8.克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？     9.该过程用到哪些技术手段？   10.该实验可以证明？   目的：激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程。 该技术证明了：已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。 动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植、早期胚胎培养、胚胎移植 5.诱导动物细胞融合的方法？细胞融合的结果？ 电融合法；形成重构胚。 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。 激活方法：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）激活。 性别与核供体牛相同，因为哺乳动物的性别是由性染色体决定的，克隆牛的染色体全都来自供体牛。 合作探究【议】 不是。①克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核，但线粒体中的DNA（细胞质中的DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞； ②环境也会影响克隆动物的性状，其环境与供体不完全相同； ③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 病人 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 11.体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。 目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。 利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但过程是完全不同的。 ①通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS 细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。 ②体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广一些，研究表明成纤维细胞、 B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为iPS细胞。 ③体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS 细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。 合作探究【议】 （1）在畜牧生产中，加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 三、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通过建立转基因体细胞系，再利用此技术培育的转基因克隆动物，可作为生物反应器生产珍贵的医用蛋白。 乳腺生物反应器 （2）医药卫生领域 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1. 应用前景 ②治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官，可作为异种移植。 猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。 在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 （2）医药卫生领域 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1. 应用前景 ③以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经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免疫排斥反应。 （2）医药卫生领域 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1. 应用前景 （3）在保护濒危动物领域：该技术有望增加濒危物种的存活数量。 黑草黄弄蝶 白鳍豚 金丝猴 ①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。 （3）在科研领域 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，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 1. 应用前景 生物节律紊乱模型体细胞克隆猴 2019年1月23日，中国科学家正式宣布世界首批由体细胞克隆而来的疾病模型猴的诞生。 克隆猴的来源是一只节律基因BMAL1被敲除的猕猴，以它为体细胞来源克隆出了5只遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴。 （1）该技术的成功率非常低，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，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。 （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，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 2. 存在的问题 胚胎移植 → 动物幼体产出概率＜10％ 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 “多莉”只存活7年，远低于平均寿命 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题小结 应 用 前 景 畜牧生产 保护濒危动物 医药卫生 治疗人类疾病 科研 存在的问题 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。 有望增加濒危物种的存活数量 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。 ①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； 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免疫排斥反应。 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，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。 ①成功率非常低 ②各个技术环节有待进一步改进 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。 1．1978年，被誉为“中国克隆之父”的童第周院士将黑斑蛙的体细胞核移植到去核未受精的卵中，使重组细胞发育成正常的蝌蚪。下列叙述正确的是(　　) A．黑斑蛙的成熟红细胞不能作为该实验的细胞核供体 B．去核未受精的卵中不存在控制细胞代谢的遗传物质 C．重组细胞的细胞核是该细胞代谢和遗传的控制中心 D．重组细胞发育成蝌蚪体现了动物细胞的全能性 C 2、下列有关细胞核移植中的供体细胞的说法，正确的是(　　) A．只能是分化程度低、全能性高的细胞 B．一般选择传代培养10～50代的细胞 C．供体细胞要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期 D．供体细胞的细胞核应具有发育成完整个体的潜能 D 3、下列关于动物细胞核移植技术的叙述，错误的是(　　) A.动物体细胞核移植时，常用显微操作技术将供体细胞注入去核的卵母细胞 B.在动物体细胞核移植过程中，可用离心的方法激活受体细胞，使其分裂、发育 C.在保护濒危物种方面，有望利用体细胞核移植技术增加这些动物的存活数量 D.现阶段，体细胞核移植技术成功率非常低，而且绝大多数动物存在健康问题 B 课后练习（检） 4．下图是首例体细胞克隆猴“中中”的培育示意图，下列叙述不正确的是(　　) A．上图中的卵子(b)需要培养到MⅡ时期，再通过显微操作去除细胞核 B．重组细胞(c)可通过物理或化学方法完成核激活，使其完成分裂和发育 C．不考虑突变，中中(e)的各种性状与提供细胞(a)的个体完全相同 D．此项技术可以克隆出特定疾病模型的动物，为进一步研究提供实验材料 C 5．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卵母细胞中，最终产下了健康的婴儿。下列叙述错误的是(　　) A．此项技术的基础是动物细胞培养 B．此项技术的原理与克隆羊“多莉”完全相同 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 B 课后练习（检） 6.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，经过某种刺激和培养后，可形成胚胎，该胚胎被称为                   ，将该胚胎移入代孕母牛的          中，通过培育可达到目的。 (2)一般来说，要想大量获得这种克隆牛比较难，原因之一是卵母细胞的数量             ，为解决这一问题，可以用                 激素处理B品种母牛。 (3)克隆牛的产生说明                               具有全能性。克隆牛的性状主要表现       品种牛的特征。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）。 7．2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题： (1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指 。通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目 (填“减半”“加倍”或“不变”)。 (2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度 (填“大于”或“小于”)体细胞核移植，其原因是                                     。 (3)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目 (填“相同”或“不同”)，性染色体组合 (填“相同”或“不同”)。 细胞核 去核 重组胚胎 子宫 不足 促性腺 动物体细胞核 A 两 雌 不同 将动物一个细胞的细胞核移入去核卵母细胞中 不变 小于 胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易 相同 不同 课后练习（检） 8．下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题： (1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为                    。过程①表示                 ，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用                  的方法。②代表的过程是               。 (2)经过多次传代后，供体细胞中                的稳定性会降低，因此，选材时必须关注传代次数。 (3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是                                                                                  。 (4)与克隆羊“多莉”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了                                                                           。 XX或XY 去除细胞核 显微操作 胚胎移植 遗传物质 卵母细胞的细胞质中遗传物质会对克隆动物产生影响 动物已分化体细胞的细胞核具有全能性 课后练习（检） 9．治疗性克隆是动物细胞工程的综合应用，它对解决供体器官缺乏和器官移植后的免疫排斥反应具有重要意义。其基本流程如下图所示，请回答相关问题： (1)过程①采用的是细胞工程中的____________技术。 (2)动物细胞进行分瓶传代培养前，需要用________处理贴满瓶壁的细胞，以便细胞继续分裂增殖。杂交瘤细胞在体外培养时，会出现上述现象吗？理由是 。在培养中，为避免毒害，常采取的措施是_______________。 (3)将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中构建重组细胞后进行细胞培养，而不是直接用体细胞进行细胞培养，原因是 。 (4)若将图中获得的组织器官移植给个体____（填A或B），则会发生免疫排斥反应。 (5)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体。通常，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目______，性染色体组合______.(填“相同”或“不同”)。 体细胞核移植 胰蛋白酶 不会，杂交瘤细胞能无限增殖 定期更换培养液 体细胞核在体细胞中不能表现全能性，而卵母细胞 A 相同 不同 含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件 课后练习（检） 1. 假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它"复生"的方案中可行的是（ ） A. 将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体 B. 将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体 C. 将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体 D. 将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中, 经孕育培育出新个体 D 一、概念检测 练习与应用（P55） 2. 2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育"三亲婴儿"的申请。其培育过程可选用如下技术路线。据图分析下列叙述错误的是（ ） C A. 该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B. 该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C. 卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给"三亲婴儿" D. "三亲婴儿"同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因 1. 大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有科学家尝试采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫。请你结合本节所学内容并搜集相关资料了解这方面的研究进展。也有人不赞成进行克隆大熊猫的研究，认为保护大熊猫的最好措施就是保护现有大熊猫及其生存环境, 对此你有什么看法？ 是否赞成克隆大熊猫，只要言之有理，无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究，都应该保护好大熊猫的生存环境，否则即使成功克隆了大熊猫，它们没有适宜的生存环境，也可能走向灭绝。 二、拓展应用 2. 2003年，世界上第一只用体细胞克隆的动物——多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的;或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。请你搜集资料，寻找支持各方观点的研究证据。你也可以调查克隆动物存在的其他问题，并说明科学家是如何解决这些问题的。 在搜集证据的过程中，要注意证据的来源及其真实性和可靠性，虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。 练习与应用（P55） 孙悟空拔毛 jasmine Lavf58.33.100 Lavf58.28.100 Lavf58.28.100 Lavf58.28.100 $$