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

该高中生物学课件聚焦动物体细胞核移植技术和克隆动物，通过多利羊、克隆猴等实例导入，引导学生思考体细胞全能性，衔接细胞分化与细胞核全能性知识，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于结合我国克隆猴、克隆牛等科技成果，通过对比核移植类型、分析克隆性状差异等思考讨论培养科学思维，知识小结系统梳理技术流程与原理强化生命观念，助力学生理性看待生物技术，也为教师提供丰富情境与实践素材。

三 动物体细胞核移植技术和克隆动物 目录 CONTENTS 01 动物体细胞核移植技术和克隆动物 02 体细胞核移植的过程 03 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 学习目标 专题内容 01 学习目标 1. 通过阅读资料、梳理流程，构建细胞全能性与细胞分化程度关联的认知，理解细胞核的全能性本质。 2. 通过分析体细胞核移植流程图，归纳克隆动物的培育步骤，辨析克隆动物与供体动物的遗传差异。 3. 通过对比体细胞核移植与诱导iPS细胞技术，概括两者的异同点，预测各自的应用前景。 4. 通过分析克隆技术的应用与问题，树立理性看待生物技术、关注生物伦理与技术造福人类的意识。 课堂导入 专题内容 01 课堂导入 早在1996年，世界上第一只体细胞克隆动物多利羊诞生，打破了人们对体细胞全能性的固有认知，引发全球对克隆技术的关注。体细胞分化程度高，为何能培育出完整个体？非人灵长类动物克隆曾因诸多难题进展缓慢，我国科学家如何攻克障碍获得体细胞克隆猴？克隆动物与体细胞供体的遗传物质完全一致吗？ 动物体细胞核移植技术和克隆动物 专题内容 01 情境展示 《西游记》中孙悟空以毫毛变出小猴的情节体现了古人对生物复制的想象。随着生物技术发展，科学家通过核移植技术实现了体细胞克隆动物培育，我国已成功获得体细胞克隆猴与克隆牛。 思考讨论 问题1 胚胎细胞核移植与体细胞核移植的难度存在差异的核心原因是什么？ 提示： 结合细胞分化程度与全能性的关联进行分析。 参考答案： 核心原因是供体细胞的分化程度不同。胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易；体细胞分化程度高，表现全能性十分困难，因此体细胞核移植难度明显高于胚胎细胞核移植。 问题2 非人灵长类动物体细胞核移植面临的主要障碍有哪些？ 提示： 从细胞核功能恢复与胚胎操作技术两个维度梳理。 参考答案： 一是供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复分化前的功能状态，导致胚胎发育率低；二是针对非人灵长类动物胚胎的操作技术尚不完善。 问题3 体细胞克隆动物培育的核心技术流程是什么？ 提示： 依据核移植技术的定义推导核心环节。 参考答案： 核心流程为将动物一个体细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使重组细胞发育为新胚胎，继而培育为动物个体。 问题4 结合克隆动物实例分析，体细胞核移植技术突破的关键是什么？ 提示： 参考我国体细胞克隆猴的培育历程，从细胞核功能恢复与操作技术层面总结。 参考答案： 关键在于攻克供体细胞核功能不完全恢复的难题，同时完善胚胎操作相关技术，使重组细胞能正常发育为胚胎并最终形成个体。 图2-17 我国自主培育的体细胞克隆牛 知识小结 （一）核移植技术与克隆动物的定义 动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使重组细胞发育为新胚胎并形成动物个体的技术，通过该技术培育的动物为克隆动物。 问题4 （二）哺乳动物核移植的类型及难度差异 1. 类型分为胚胎细胞核移植与体细胞核移植。 2. 难度差异：体细胞核移植难度远高于胚胎细胞核移植。原因是胚胎细胞分化程度低，全能性易体现；体细胞分化程度高，全能性难体现。非人灵长类动物体细胞核移植难度更高，源于供体细胞核功能恢复不完全与胚胎操作技术不完善。 （三）我国体细胞核移植技术的突破 我国科学家攻克非人灵长类动物体细胞核移植的障碍，成功获得体细胞克隆猴，同时培育出体细胞克隆牛等克隆动物。 体细胞核移植的过程 专题内容 01 情境展示 我国已成功利用体细胞核移植技术克隆出牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物，以克隆高产奶牛为例，该技术需经过卵母细胞采集与去核、供体细胞培养、细胞融合与激活、胚胎移植等多个环节，最终获得与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛。 思考讨论 问题1 若未对卵母细胞进行去核操作，直接移植体细胞核，会对重构胚的发育产生怎样的影响？ 提示： 结合细胞核的遗传功能，分析卵母细胞原有细胞核与供体细胞核的共存对胚胎遗传物质及发育的作用。 参考答案： 卵母细胞的细胞核含有自身的遗传物质，若不去核，重构胚会同时拥有供体细胞核和卵母细胞的细胞核，遗传物质翻倍，破坏胚胎正常的遗传组成，导致重构胚无法正常发育为完整个体。 问题2 克隆动物的性状与体细胞供体动物存在差异，除了核外遗传物质的影响，还有哪些可能的原因？ 提示： 联系胚胎发育过程中环境对性状的作用，以及细胞分化过程中基因表达的调控机制进行分析。 参考答案： 克隆动物的发育环境（代孕母牛的子宫环境）与供体动物的发育环境不同，会影响部分性状的表现；此外，体细胞在分化过程中可能发生表观遗传修饰，这些修饰会影响基因表达，导致克隆动物与供体动物出现性状差异。 对比体细胞核移植技术与诱导iPS细胞技术，从细胞来源与发育潜能的角度分析两者的不同。 图2-18 体细胞核移植流程图 提示： 结合体细胞核移植中重构胚的形成过程，以及iPS细胞的诱导原理，分析两种技术的细胞来源和发育潜能特点。 参考答案： 细胞来源：体细胞核移植技术需结合体细胞的核与去核卵母细胞的细胞质；诱导iPS细胞技术由已分化的体细胞直接诱导获得。发育潜能：重构胚具有发育为完整个体的全能性；iPS细胞具有分化为多种组织细胞的多能性，在自然状态下无法发育为完整个体。 问题3 问题4 基于两种技术的特点，推测体细胞核移植技术在哪些领域的应用前景更具优势？ 提示： 结合克隆动物的培育结果，分析体细胞核移植技术在复制特定个体方面的作用。 参考答案： 体细胞核移植技术在快速繁育具有优良性状的家畜、拯救濒危野生动物、培育能生产特定药物的转基因克隆动物等领域更具优势，该技术可以直接复制出与供体遗传物质基本一致的个体，快速保留优良或珍稀的遗传资源。 知识小结 （一）体细胞核移植技术的核心流程 1. 受体细胞准备：采集卵母细胞并培养至 期，通过显微操作去核。 2. 供体细胞处理：从供体动物获取体细胞并进行体外培养。 3. 重构胚构建：将供体细胞注入去核卵母细胞，通过电融合法形成重构胚。 4. 重构胚激活与移植：用物理或化学方法激活重构胚，使其启动发育进程，再将胚胎移入代孕动物体内，最终获得克隆个体。 （二）体细胞核移植技术的关键原理 1. 卵母细胞细胞质含有能调控体细胞细胞核重编程的物质，可使高度分化的体细胞核恢复全能性，支持重构胚发育为完整个体。 2. 克隆动物的遗传物质主要来自供体体细胞的细胞核，因此与供体动物遗传物质基本相同，但受卵母细胞细胞质遗传物质、发育环境等影响，并非完全复制。 （三）体细胞核移植技术与诱导iPS细胞技术的比较 1. 相似点：均可将已分化的体细胞逆转为具有多能性或全能性的细胞，实现细胞发育潜能的逆转。 2. 不同点：体细胞核移植技术依赖卵母细胞细胞质的重编程作用，最终可获得完整个体；诱导iPS细胞技术通过诱导因子实现体细胞重编程，获得的细胞仅具有多能性，无法直接发育为完整个体。 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 专题内容 01 情境展示 科研团队利用体细胞核移植技术成功克隆出濒危的普氏野马，为濒危物种保护提供了新的思路。同时，某药企尝试通过该技术培育转基因克隆动物作为生物反应器生产医用蛋白，但多次实验后成功率不足5%。部分克隆动物出生后出现体形过大、免疫失调等健康问题。 思考讨论 问题1 结合体细胞核移植技术的应用场景，分析该技术在不同领域发挥作用的核心原理是什么？ 提示： 从体细胞核的全能性角度，关联各应用场景的需求进行推导。 参考答案： 核心原理是已分化的动物体细胞核具有全能性，在一定条件下能被卵母细胞的细胞质激活，发育成完整的动物个体。畜牧领域利用该原理快速复制优良个体；医药领域通过该原理使转基因体细胞的遗传信息在克隆动物中表达；濒危物种保护利用该原理保留濒危物种的遗传信息并培育新个体。 问题2 体细胞核移植技术成功率低可能与哪些技术环节的不足有关？ 提示： 结合去核方法、核质融合、胚胎培养等技术环节，以及提供的相关去核方法信息分析。 参考答案： 可能的技术环节不足包括，去核过程中卵母细胞细胞质受损，如显微操作法对细胞质的机械损伤，或梯度离心、紫外线照射等方法导致细胞质成分改变；核质融合的效率低，体细胞核与卵母细胞细胞质的互作未达到最佳状态；胚胎培养过程中，体外环境无法完全模拟体内环境，导致胚胎发育阻滞。 问题3 以患者为供体培育的人核移植胚胎干细胞，为何能避免移植后的免疫排斥反应？ 提示： 从免疫排斥反应的本质，即细胞表面抗原的识别差异角度分析。 参考答案： 免疫排斥反应源于受体免疫系统识别出移植细胞、组织或器官表面的异源抗原。以患者为供体培育的人核移植胚胎干细胞，其遗传物质与患者完全一致，细胞表面的抗原特征与患者自身细胞相同，不会被受体免疫系统识别为异源物质，因此可避免免疫排斥反应。 问题4 克隆动物普遍存在健康问题，可能反映了体细胞核移植技术中存在哪些尚未解决的理论问题？ 提示： 从细胞核的重编程、基因表达调控角度，结合发育生物学相关理论分析。 参考答案： 可能反映的理论问题包括，体细胞核在卵母细胞细胞质中的重编程不彻底，部分体细胞的记忆基因未被完全沉默，导致胚胎发育过程中基因表达异常；核质互作的分子机制未明确，卵母细胞细胞质对体细胞核的调控未达到正常受精卵的水平；克隆胚胎发育过程中表观遗传修饰的异常，如DNA甲基化、组蛋白乙酰化等模式紊乱，引发遗传和生理缺陷。 知识小结 （一）体细胞核移植技术的应用前景 1. 畜牧生产：加快家畜遗传改良进程，促进优良品种繁育。 2. 医药卫生：培育转基因克隆动物作为生物反应器生产医用蛋白；利用转基因克隆动物的细胞、组织或器官进行异种移植；培育人核移植胚胎干细胞，诱导分化后用于患者的细胞、组织或器官移植，避免免疫排斥反应；通过克隆动物研究胚胎发育及衰老过程，分析致病基因，建立疾病模型以研究致病机制和开发药物。 3. 濒危物种保护：增加濒危物种的存活数量。 （二）体细胞核移植技术存在的问题 1. 技术层面：成功率极低，各技术环节有待改进，目前常用的显微操作去核法及梯度离心、紫外线照射、化学物质处理等去核方法仍存在优化空间。 2. 理论层面：核移植的理论研究滞后，需与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科的深层次理论研究结合。 3. 克隆动物健康层面：绝大多数克隆动物存在遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 课堂练习 专题内容 01 【题文】如图是利用现代生物工程技术获得胰岛样细胞治疗小鼠遗传性糖尿病(基因缺陷导致B细胞不能正常合成胰岛素)的过程图解。下列叙述正确的是（　　） A．可用显微操作法将分离到的①注入卵母细胞中以获得重组细胞 B．受体细胞诱导分化成胰岛样细胞发生了基因突变和基因重组 C．移植胰岛样细胞前需对该患病小鼠注射免疫抑制剂以减少免疫排斥 D．该过程涉及动物细胞培养、动物体细胞核移植、胚胎移植等技术 【答案】A 课堂练习 课堂练习 【题文】孕酮具有促进子宫内膜增生，为受精卵着床做准备的作用。某奶牛场发现一头高产奶量母牛生产两胎后重复配种均未成功妊娠，该牛可正常排卵但孕酮量低于正常母牛。为获得该母牛的后代，下列说法正确的是（　　） A．利用人工授精可提高该牛的妊娠率 B．注射促性腺激素可提高该牛的妊娠率 C．收集该牛产生的早期胚胎并移植到其他健康受体牛，可提高成功率 D．用其他健康牛获取供体细胞、该牛获取去核卵母细胞构建重构胚，可提高成功率 【答案】C 【题文】下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图，有关叙述正确的是（　　） A．后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定 B．过程①需要提供95%空气和5%O2的混合气体 C．过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理 D．过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚后移植 【答案】B 课堂练习 课堂总结 专题内容 01 动物体细胞核移植技术和克隆动物 核心概念：将动物体细胞的核移入去核卵母细胞，发育为新个体；分胚胎核移植（易）、体细胞核移植（难，非人灵长类尤甚） 克隆高产奶牛过程：卵母细胞培养至MII期并去核→取供体体细胞培养→注入卵母细胞→电融合成重构胚→激活→移入代孕母牛→产出克隆牛 应用与问题：可用于良种繁育、生物制药、异种移植、濒危物种保护；但成功率低，克隆动物多有健康缺陷 感谢聆听 Thank You $