2.2.3动物体细胞核移植技术和克隆动物教学设计-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 三 动物体细胞核移植技术和克隆动物 教学分析 · 教学目标 1.通过分析体细胞核移植的原理和关键步骤，探究细胞全能性在克隆技术中的体现，理解生命现象的遗传机制。（生命观念） 2.通过资料分析和问题探讨，分析体细胞核移植技术的关键步骤和应用前景，提升批判性思维和逻辑推理能力。（科学思维） 3.通过克隆羊和克隆猴的案例分析，培养学生的科学思维和探究能力。（科学探究） 4.了解克隆技术的应用前景及伦理问题，增强学生对生物技术合理应用的社会责任感。（社会责任） · 教学重难点 重点：用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 难点：用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 · 教学方法 采用多媒体直观教学法，结合案例讲述与问题启发，组织学生小组讨论动物体细胞核移植技术的生物学原理及应用价值。 · 课时安排 1课时 · 教学准备 多媒体、白板、学案、PPT等。 教学设计 导入新课 “（悟空）拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，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？在2017年，我国科学家成功克隆出世界首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”。让我们一起探究这一科学突破背后的原理。 图片展示我国克隆猴“中中”和“华华”。 (设计意图：通过《西游记》中孙悟空拔毫毛变小猴的情节导入，将传统文化与现代生物技术相结合，激发学生对生物技术的兴趣。展示前沿科学成果，介绍我国科学家在体细胞克隆猴领域的突破，让学生感受到科学的魅力和祖国科技的进步。) 讲授新课 任务一、体细胞核移植的过程 【师】展示克隆猴“中中”和“华华”的培育流程图，提出相应的思考题。 资料1：2017年11月27日，世界上首例体细胞克隆猴在我国诞生，这是我国科学家历经五年取得的重大突破。这两只克隆猴名字叫“中中”“华华”，寓意为“中华”。克隆猴的诞生标志着我国的克隆技术走在了世界前列，下图表示克隆猴的培育流程。 （1）为什么要选择M Ⅱ期卵母细胞作为受体细胞？ （2）在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么要先对卵母细胞进行去核操作？ （3）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？ （4）克隆动物是对体细胞供体动物100%的复制吗？为什么？ （5）动物细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 【生】结合体细胞核移植的过程，回答相应的问题，掌握该技术的关键步骤。 （1）M Ⅱ期卵母细胞具备受精能力，细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质和营养条件。 （2）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供体动物的细胞核 （3）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。 （4）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。 （5）无性生殖；动物细胞核移植最终得到的个体的细胞核中的遗传物质完全来自同一个个体，而不是由精子与卵细胞受精得到的，因此属于无性生殖。 【师】归纳总结，提出相应的问题，由学生回答，老师总结点拨。 1.动物体细胞核移植的原理是什么？ 2.构建体细胞核移植技术的流程图。 【生】1.动物体细胞核移植的原理：动物细胞核具有全能性、细胞膜具有一定的流动性。 2.体细胞核移植技术的基本流程： 评价设计：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。完成相应的迁移拓展的内容并结合“三亲婴儿”的培育流程，谈一下对“三亲婴儿”的看法。 根据学生拓展训练的作答情况及交流展示的情况，通过学生互评、教师点评的方式检测学生对知识的掌握情况和素养能力。 评价标准：迁移拓展作答准确并分析各个选项50分。 交流展示： 科学原理理解（30分）：准确描述细胞核移植技术的步骤（10分）；解释线粒体替换的目的和机制（10分）；说明“三亲婴儿”如何避免遗传疾病（10分）。 伦理问题分析（30分）：讨论“三亲婴儿”涉及的伦理争议（10分）；分析技术可能带来的社会不平等（10分）；探讨对传统家庭观念的挑战（10分）。 社会影响评估（20分）：评估技术对医学进步的推动作用（10分），分析公众对“三亲婴儿”的接受度（10分）。 逻辑与表达（20分）： 论述逻辑清晰，结构合理（10分）；语言表达准确，无语法错误（10分）。 (设计意图：通过问题引导和归纳总结的方式，帮助学生深入理解该技术的原理、操作过程及其生物学意义。学案中的问题设计旨在启发学生的主动思考，引导他们从细胞核的功能、卵母细胞的特点、遗传物质的来源等角度分析核移植的关键步骤和原理，培养学生科学思维、分析问题和解决问题的能力。交流展示环节的设计旨在通过“三亲婴儿”的培育流程，引导学生从科学、伦理和社会角度全面探讨该技术的意义和争议，培养学生科学理性思维和对新兴技术的伦理判断能力。) 【师】过渡：体细胞核移植技术的原理和过程已经为我们所熟知，然而，它不仅仅是一项基础的实验技术，更在多个领域展现出广阔的应用前景，但与此同时，也面临着一些亟待解决的问题。以下是关于体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题的探讨。 任务二：体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 【师】资料1：将病人的体细胞与去核卵母细胞重新组合后，诱导其发育成相应的细胞、组织或器官，再将其移植给病人时可以避免发生免疫排斥反应。 资料2：2003年，世界上第一只用体细胞克隆的哺乳动物——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会发生早衰的争论。 思考：结合教材第54页的内容和资料，列表总结体细胞核移植技术的应用前景及存在问题。 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 存在问题 【生】结合教材内容和资料，了解体细胞核移植技术的应用前景和存在问题，完成表格总结内容。 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 保护濒危动物 有望增加濒危物种的存活数量 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 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，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助 存在问题 2 体细胞核移植技术的成功率非常低； 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克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷等 评价设计： 结合克隆羊多莉的例子和我国克隆猴成功的例子，发表一下对克隆技术的看法。 克隆羊多莉的诞生是克隆技术的重大突破，它证明了成年动物的体细胞核仍具有全能性，为后续研究奠定了基础。我国克隆猴的诞生则进一步推动了灵长类动物克隆技术的发展，为人类疾病模型的研究提供了重要工具。从科学角度看，克隆技术在医学领域具有巨大潜力，例如器官移植、疾病治疗和濒危物种保护。克隆技术也引发了伦理争议，例如克隆人可能带来的身份认同问题和社会伦理挑战。此外，克隆技术的滥用可能导致生物安全和社会公平问题。总体而言，克隆技术是一把双刃剑。我们应在推动科学研究的同时，加强伦理和法律监管，确保技术的合理应用，造福人类社会。 优秀（90-100分） 良好（80-89分） 中等（60-79分） 不及格（60分以下） 全面理解克隆技术的科学原理，深入分析克隆羊多莉和克隆猴案例的意义，对伦理和社会影响有独到见解，论述逻辑清晰，表达流 理解克隆技术的基本原理，较好分析两个案例的意义，对伦理和社会影响有一定见解，论述逻辑较为清晰，表达较为流畅 基本理解克隆技术的原理，能够分析案例的主要意义，对伦理和社会影响有初步认识，论述逻辑基本清晰，表达基本流畅 对克隆技术的理解不足，案例分析不完整，对伦理和社会影响缺乏认识，论述逻辑混乱，表达不清晰 【师】归纳总结：克隆的深入理解。 克隆具体地说，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的遗传特性相同的DNA分子、细胞、器官或个体。在生物学中克隆有4个不同层次的含义。 ①分子水平：如DNA复制。 ②细胞水平：如动物细胞培养。 ③器官水平：如利用细胞培育出新器官。 3 个体水平：如克隆动物。 (设计意图：通过资料分析和教材知识的结合，引导学生全面了解体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题，同时培养学生信息提取、分析归纳的能力和批判性思维。通过列表总结的方式，帮助学生清晰地梳理知识要点，提升逻辑思维能力。同时，借助克隆羊多莉和克隆猴的成功案例，引发学生对克隆技术的深入思考，引导他们认识到科技进步的双刃剑特性，培养科学精神和伦理意识。) 评价反馈 完成学案中的当堂训练。 课堂小结 【课堂小结】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写出利用体细胞核移植技术克隆大熊猫的过程。 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? 大熊猫体细胞核移植的流程： 是否赞成克隆大熊猫，学生的回答只要言之有理，就应该予以支持，并且还应该让他们认识到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。 布置作业 完成学案中的核心素养专练。 教学反思 在学习动物体细胞核移植技术时，选择克隆羊“多莉”或者我国科学家培育的体细胞克隆猴的培育过程作为情境。选择学生熟悉的实例，一方面能拉近与学生的距离，另一方面学生可能会熟悉某些技术环节，这样能在一定程度上降低学习的难度。本节课通过问题驱动、案例分析和小组讨论等多种教学方法，有效地实现了知识传授和能力培养的目标。学生在课堂上的积极参与和对问题的深入思考，展现了良好的学习状态和科学素养。然而，在讨论伦理问题时，部分学生的思维较为片面，建议后续课程增加真实案例分析，关注学生对抽象概念的理解、伦理问题的深度分析以及信息处理能力的提升，以进一步优化教学效果，帮助学生更好地掌握生物技术的前沿知识和科学思维方法。 板书设计 三　动物体细胞核移植技术和克隆动物 备课资源 一、动物细胞核移植 1.为什么选择M Ⅱ期卵母细胞作为受体细胞? 动物细胞核移植技术中能用作受体细胞的通常有M Ⅱ期卵母细胞和受精卵。早期核移植技术中常用受精卵，后来基本上用M Ⅱ期卵母细胞取代了受精卵，主要是因为两者的细胞质环境不同。有人认为，激活重构胚需要的因子存在于M Ⅱ期卵母细胞的细胞质中，而在受精卵中原核形成时这些因子已被降解或用光，因此它的细胞质中缺乏这些因子。也有人认为，对受精卵进行去核操作可能会使一些早期发育的必需因子随原核一起被去除了，导致去核受精卵缺乏诱导发育的能力。 促成熟因子（MPF）是卵母细胞细胞质中一种重要的蛋白因子，MPF水平的高低可影响供体核染色质的状态和复制。MPF的活性在卵母细胞减数分裂的M Ⅰ 期和M Ⅱ 期达到最高，受精后，MPF迅速灭活。M Ⅱ 期卵母细胞的细胞核、细胞质已成熟，而M Ⅰ 期卵母细胞的细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育，因此尽管M Ⅰ 期卵母细胞中MPF活性也高，但它不能用作受体细胞。 2.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? 最初，在进行动物细胞核移植操作时，是用玻璃微型吸管将供体细胞的细胞核吸出，再注入去核卵母细胞内，这也是“核移植”这一名词的含义。后来，研究者通过实验不断摸索发展出了另外一种方法，即直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内，然后用电融合法等方式使两个细胞融合，因为这种方法操作简便，对卵母细胞损伤较小，所以后来较为常用。 既然注入的是整个供体细胞，那么供体细胞线粒体中的遗传物质是否能表达出相应性状? 理论上推测，供体和受体两种来源的线粒体有三种可能的命运：供体来源的线粒体被降解，只剩下受体来源的线粒体；两种来源的线粒体同时存在，核移植个体的线粒体呈异质性；受体来源的线粒体被选择性降解，供体来源的线粒体占主导。 据研究发现，线粒体呈异质性的情况主要存在于核移植个体胚胎发育早期，大部分核移植个体后代中主要留存的是受体来源的线粒体，如多莉羊的线粒体中的DNA主要来自受体卵母细胞，它只保留了少部分供体来源的线粒体。 3.核移植技术的发展简史 早在1938年就有人提出核移植技术，但将它作为研究细胞分化的一种方法，且仅用于两栖动物。早期的实验结果显示，受精卵最初几次分裂产生的细胞具有全能性；当胚胎进一步分化时，细胞丧失了全能性，这时如果去掉胚胎的部分细胞，胚胎就不能发育为一个完整的个体。 1952年，美国学者布里格斯（R.Briggs）和金（J.King）将豹纹蛙囊胚细胞的核移植到去核卵中，得到了能够发育的胚胎。他们改进了核移植技术后，在正常分裂的卵中有80%可以发育成幼蛙。这些研究结果表明，细胞的全能性虽然随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，但细胞核仍含有保持该物种遗传特性的全部基因，即高度分化细胞的细胞核仍具有全能性。 20世纪70年代，我国科学家运用核移植技术，将鲤鱼囊胚细胞的细胞核移植到已去核的鲫鱼未受精卵中，培养出了鲤鲫移核鱼，这样的鱼兼有鲫鱼和鲤鱼的特点，并且具有正常的生殖能力。经有关部门鉴定，鲤鲫移核鱼的肌肉蛋白质含量比鲤鱼高3.78%，脂肪含量比鲤鱼低5.58%，生长速率比鲤鱼快22%。 20世纪80年代，哺乳动物的核移植研究有了很大的进展。1981年，瑞士学者伊尔曼斯（K.Illmensee）和霍普（P.Hoppe）将小鼠胚胎细胞的细胞核注入去核的受精卵中，获得了胚胎细胞核移植的小鼠。之后，人们用体内或体外成熟的卵母细胞代替了受精卵作为受体细胞，得到了多种胚胎细胞核移植的动物，如绵羊、牛、小鼠、兔等。但体细胞核移植技术一直未能成功，直到1996年英国学者韦尔穆特（I.Wilmut）等利用成年绵羊乳腺细胞得到体细胞核移植后代绵羊多莉，体细胞核移植技术才获得了突破性的进展。多莉的诞生说明成年动物的体细胞核移植技术获得了成功。在以后的几年中，多种体细胞克隆动物，如小鼠、牛、山羊，以及多种转基因克隆动物也相继问世。经过我国科学家多年的努力，2017年体细胞克隆猴“中中”和“华华”诞生。 =第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$