2.2.3动物体细胞核移植技术和克隆动物（导学案）生物人教版选择性必修3

第 2章 细胞工程 第二节 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（导学案） 1．阐明动物细胞核移植的概念和原理。 2．概述体细胞核移植的过程。 3.认同体细胞核移植技术的应用前景，客观分析技术存在的问题。 一、教学重点 1. 动物体细胞核移植技术的核心原理（动物体细胞核的全能性）、完整流程及关键操作要点（供体细胞选择与培养、卵母细胞MⅡ期去核、核移植、胚胎培养及胚胎移植）。 2. 克隆动物的遗传特点（遗传物质主要来自供体细胞核）及体细胞核移植技术的应用意义。 二、教学难点 1. 理解卵母细胞作为受体细胞的原因，以及细胞质环境对细胞核全能性表达的调控作用。 2. 理性分析克隆技术的伦理争议，建立科学、正确的生物技术价值观。 一1．动物细胞核移植技术 (1)概念：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。 (2)原理：动物细胞核的全能性。 (3)哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度高，表现全能性十分困难 (4)非人灵长类动物的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。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2．体细胞核移植过程 (1)取供体细胞并进行细胞培养，采集卵母细胞并在MⅡ期去核，得到去核的卵母细胞。 (2)将供体细胞注入去核的卵母细胞，进行细胞融合形成重构胚。 (3)用物理或化学方法激活重构胚。 (4)将胚胎移入受体（代孕）动物体内。 (5)生出与供体遗传物质基本相同的克隆动物。 3．体细胞核移植技术的应用前景 (1)畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 (2)医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官后，将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 (3)科学研究 ①了解胚胎发育及衰老过程。 ②分析致病基因，研究疾病的致病机制，开发相应药物。 (4)保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危物种的存活数量。 4．体细胞核移植技术存在的问题 (1)成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 (2)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 (3)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。 一、思考•讨论→动物细胞核移植技术 【小组讨论】 1.克隆猴“中中”和“华华”的诞生震惊了全世界，非灵长类动物的体细胞核移植非常困难，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，导致胚胎发育率低。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2.为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？ 克隆是一很广的概念，凡是新形成的事物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次： 二、思考•讨论→体细胞核移植的过程 【小组讨论】 1.为什么选MⅡ期卵母细胞作为细胞核的受体细胞？ ①体积大，易操作； ②细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质； ③卵黄多，营养物质丰富。 2.卵母细胞去核的原因是什么?“去核”去的是什么？ 保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞； “核”是纺锤体-染色体复合物。 （由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管一般一并吸出第一极体） 3.视频中卵母细胞去核的方法是什么？ 方法：显微操作法（最常用） 其他方法：梯度离心、紫外线短时间照射、化学物质处理等。 4.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，这是为什么？ 因为当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。 5.将整个供体细胞注入去核卵母细胞中有何优点？ ①对卵母细胞损伤较小； ②保证供体细胞的细胞核不被破坏； ③操作方便。 6.什么是重构胚？ 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。 7.激活重构胚的方法有哪些？ 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) 8.重构胚激活后是否直接进行移植？ 激活的重构胚必须完成细胞分裂和发育进程,形成早期胚胎才能进行胚胎移植。 9.你认为用体细胞核移植技术培养的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？ 不是 10.整个过程中应用到了哪些技术？ 动物细胞培养； 动物细胞融合； 早期胚胎培养； 胚胎移植； 动物细胞核移植 11.动物体细胞核移植技术技术证明了什么？ 动物体细胞的细胞核具有全能性。 1. 下列关于动物体细胞核移植技术的叙述，正确的是（ ） A. 核移植的供体细胞只能是动物的体细胞，不能是生殖细胞 B. 该技术的核心是将供体细胞核移入去核的卵母细胞中 C. 核移植过程中无需考虑供体与受体的生理状态是否一致 D. 克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞核，与受体无关 解析：选B。 A错误，供体细胞可是体细胞（常用），也可是生殖细胞的细胞核；B正确，动物体细胞核移植的核心步骤是将供体细胞核移入去核卵母细胞，卵母细胞提供发育所需的营养和信号；C错误，核移植需保证供体与受体生理状态一致（如同期发情处理），提高成功率；D错误，克隆动物的核遗传物质来自供体细胞核，细胞质遗传物质来自去核卵母细胞（受体提供的卵母细胞）。 2. 动物体细胞核移植过程中，选择去核卵母细胞作为受体细胞的主要原因是（ ） A. 卵母细胞体积大，易操作，且能提供胚胎发育所需的营养物质和信号 B. 卵母细胞无细胞核，不会与供体细胞核发生融合 C. 卵母细胞的全能性高于体细胞，可直接发育为完整个体 D. 卵母细胞的细胞核基因与供体细胞核基因兼容性高 解析：选A。 A正确，卵母细胞体积大、易显微操作，且细胞质中含有启动细胞核全能性表达的营养物质和信号分子，是理想的受体细胞；B错误，卵母细胞是去核处理，并非本身无细胞核；C错误，卵母细胞的全能性需在供体细胞核移入后，在适宜条件下才能激发，不能直接发育为完整个体；D错误，受体卵母细胞的细胞核已被去除，不存在核基因兼容性问题。 3. 下列关于克隆动物的叙述，错误的是（ ） A. 克隆动物的诞生证明了动物体细胞的细胞核具有全能性 B. 克隆动物的形态、生理特征主要由供体细胞核决定 C. 克隆动物与供体动物的遗传物质完全相同，属于无性生殖 D. 克隆动物的培育过程需用到核移植、动物细胞培养、胚胎移植等技术 解析：选C。 A正确，体细胞核移植培育出克隆动物，直接证明动物体细胞的细胞核具有全能性；B正确，核遗传物质决定生物的主要形态和生理特征，克隆动物的核基因来自供体，因此主要特征由供体细胞核决定；C错误，克隆动物的核遗传物质来自供体，细胞质遗传物质来自卵母细胞，与供体遗传物质不完全相同，培育过程无两性生殖细胞结合，属于无性生殖；D正确，克隆动物培育的完整流程：核移植→早期胚胎培养→胚胎移植，需用到多种动物细胞工程技术。 4. 动物体细胞核移植过程中，对供体细胞和卵母细胞的处理，错误的是（ ） A. 供体细胞需培养至传代10代以内，保证细胞正常的二倍体核型 B. 供体细胞需进行饥饿处理，使其处于休眠状态，便于细胞核移植 C. 卵母细胞需培养至减数第二次分裂中期（MⅡ期），此时细胞核更易移植 D. 卵母细胞去核时，需去除细胞核和周围的细胞质，避免残留核物质影响克隆效果 解析：选D。 A正确，传代10代以内的体细胞核型稳定，可保证克隆动物的遗传稳定性；B正确，饥饿处理使供体细胞处于G0期（休眠状态），减少核移植后染色体异常的概率，提高成功率；C正确，卵母细胞培养至MⅡ期时，细胞核位置靠近细胞膜，便于去核操作，且此时细胞质能激发细胞核全能性；D错误，卵母细胞去核时，只需去除细胞核（或染色质），保留周围部分细胞质，细胞质中的物质可辅助细胞核全能性表达，无需去除全部细胞质。 5. 下列关于体细胞核移植与胚胎细胞核移植的对比，错误的是（ ） A. 两者的供体细胞核来源不同，体细胞核移植供体是体细胞，胚胎细胞核移植供体是胚胎细胞 B. 两者的受体细胞均为去核的卵母细胞，且需培养至MⅡ期 C. 体细胞核移植的成功率高于胚胎细胞核移植，因为体细胞全能性更易表达 D. 两者均属于无性生殖，克隆动物的遗传物质主要来自供体细胞核 解析：选C。 A正确，两者核心区别之一是供体细胞核来源不同，体细胞核移植用体细胞，胚胎细胞核移植用早期胚胎细胞；B正确，无论体细胞核移植还是胚胎细胞核移植，受体细胞均为培养至MⅡ期的去核卵母细胞，其细胞质能激发细胞核全能性；C错误，胚胎细胞的全能性高于体细胞，因此胚胎细胞核移植的成功率远高于体细胞核移植，体细胞的细胞核全能性更难表达；D正确，两者均无两性生殖细胞结合，属于无性生殖，克隆动物的核遗传物质来自供体，细胞质遗传物质来自卵母细胞，因此主要遗传物质来自供体细胞核。 6.在克隆羊多莉的培育过程中，若将白面绵羊的乳腺细胞核移入黑面绵羊的去核卵母细胞中，再将早期胚胎移植到代孕母羊体内。下列分析错误的是（） A. 多莉的面部毛色最可能为白色 B. 代孕母羊不会影响多莉的主要遗传性状 C. 卵母细胞提供的细胞质会影响多莉的部分性状 D. 该过程证明动物体细胞具有全能性 答案：D 解析： A 正确：毛色由核基因决定，白面绵羊供核→多莉为白色。 B 正确：代孕母羊只提供发育环境，不改变遗传物质。 C 正确：线粒体等细胞质基因来自卵母细胞，可影响部分性状。 D 错误：该实验证明动物体细胞核具有全能性，不能证明体细胞全能性。 7.下列关于体细胞核移植技术的操作与原因分析，匹配错误的是（） A. 选用传代 10 代以内的供体细胞 —— 保证遗传物质稳定 B. 卵母细胞要去核 —— 避免受体细胞自身核干扰重构胚发育 C. 对重构胚进行物理或化学激活 —— 促进细胞融合完成 D. 克隆动物常出现早衰、寿命偏短 —— 与供体细胞端粒长度有关 答案：C 解析： A 正确：10 代以内细胞遗传稳定、突变少。 B 正确：去核是为了让重构胚只保留供体核的遗传信息。 C 错误：激活目的是使重构胚启动分裂、开始发育，不是促进细胞融合。 D 正确：供体细胞已分化、端粒较短，导致克隆动物易早衰。 8.关于克隆动物、核移植与细胞全能性的理解，正确的是（） A. 体细胞核移植成功证明动物体细胞具有全能性 B. 克隆动物的端粒长度通常与供体体细胞年龄相关 C. 重构胚发育过程中不会发生基因的选择性表达 D. 核移植技术可用于快速改良动物基因，产生新物种 答案：B 解析：A 错误：证明体细胞核具有全能性，不是体细胞全能性。B 正确：供体细胞已分裂多次，端粒较短，克隆动物易出现早衰。C 错误：重构胚发育为个体，必须经过细胞分化（基因选择性表达）。D 错误：核移植属于克隆，不产生新基因、不形成新物种。 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题——治疗性克隆与iPS细胞治疗 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第 2章 细胞工程 第二节 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（导学案） 1．阐明动物细胞核移植的概念和原理。 2．概述体细胞核移植的过程。 3.认同体细胞核移植技术的应用前景，客观分析技术存在的问题。 一、教学重点 1. 动物体细胞核移植技术的核心原理（动物体细胞核的全能性）、完整流程及关键操作要点（供体细胞选择与培养、卵母细胞MⅡ期去核、核移植、胚胎培养及胚胎移植）。 2. 克隆动物的遗传特点（遗传物质主要来自供体细胞核）及体细胞核移植技术的应用意义。 二、教学难点 1. 理解卵母细胞作为受体细胞的原因，以及细胞质环境对细胞核全能性表达的调控作用。 2. 理性分析克隆技术的伦理争议，建立科学、正确的生物技术价值观。 1．动物细胞核移植技术 (1)概念：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。 (2)原理：动物细胞核的全能性。 (3)哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度高，表现全能性十分困难 (4)非人灵长类动物的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。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2．体细胞核移植过程 (1)取供体细胞并进行细胞培养，采集卵母细胞并在MⅡ期去核，得到去核的卵母细胞。 (2)将供体细胞注入去核的卵母细胞，进行细胞融合形成重构胚。 (3)用物理或化学方法激活重构胚。 (4)将胚胎移入受体（代孕）动物体内。 (5)生出与供体遗传物质基本相同的克隆动物。 3．体细胞核移植技术的应用前景 (1)畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 (2)医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官后，将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 (3)科学研究 ①了解胚胎发育及衰老过程。 ②分析致病基因，研究疾病的致病机制，开发相应药物。 (4)保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危物种的存活数量。 4．体细胞核移植技术存在的问题 (1)成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 (2)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 (3)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。 一、思考•讨论→动物细胞核移植技术 【小组讨论】 1.克隆猴“中中”和“华华”的诞生震惊了全世界，非灵长类动物的体细胞核移植非常困难，原因是什么？ 2.为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？ 二、思考•讨论→体细胞核移植的过程 【小组讨论】 1. 为什么选MⅡ期卵母细胞作为细胞核的受体细胞？ 2. 卵母细胞去核的原因是什么?“去核”去的是什么？ 3. 视频中卵母细胞去核的方法是什么？ 4.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，这是为什么？ 5.什么是重构胚？ 6.激活重构胚的方法有哪些？ 7.重构胚激活后是否直接进行移植？ 8.你认为用体细胞核移植技术培养的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.整个过程中应用到了哪些技术？ 10.动物体细胞核移植技术技术证明了什么？ 1. 下列关于动物体细胞核移植技术的叙述，正确的是（ ） A. 核移植的供体细胞只能是动物的体细胞，不能是生殖细胞 B. 该技术的核心是将供体细胞核移入去核的卵母细胞中 C. 核移植过程中无需考虑供体与受体的生理状态是否一致 D. 克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞核，与受体无关 2. 动物体细胞核移植过程中，选择去核卵母细胞作为受体细胞的主要原因是（ ） A. 卵母细胞体积大，易操作，且能提供胚胎发育所需的营养物质和信号 B. 卵母细胞无细胞核，不会与供体细胞核发生融合 C. 卵母细胞的全能性高于体细胞，可直接发育为完整个体 D. 卵母细胞的细胞核基因与供体细胞核基因兼容性高 3. 下列关于克隆动物的叙述，错误的是（ ） A. 克隆动物的诞生证明了动物体细胞的细胞核具有全能性 B. 克隆动物的形态、生理特征主要由供体细胞核决定 C. 克隆动物与供体动物的遗传物质完全相同，属于无性生殖 D. 克隆动物的培育过程需用到核移植、动物细胞培养、胚胎移植等技术 4. 动物体细胞核移植过程中，对供体细胞和卵母细胞的处理，错误的是（ ） A. 供体细胞需培养至传代10代以内，保证细胞正常的二倍体核型 B. 供体细胞需进行饥饿处理，使其处于休眠状态，便于细胞核移植 C. 卵母细胞需培养至减数第二次分裂中期（MⅡ期），此时细胞核更易移植 D. 卵母细胞去核时，需去除细胞核和周围的细胞质，避免残留核物质影响克隆效果 5. 下列关于体细胞核移植与胚胎细胞核移植的对比，错误的是（ ） A. 两者的供体细胞核来源不同，体细胞核移植供体是体细胞，胚胎细胞核移植供体是胚胎细胞 B. 两者的受体细胞均为去核的卵母细胞，且需培养至MⅡ期 C. 体细胞核移植的成功率高于胚胎细胞核移植，因为体细胞全能性更易表达 D. 两者均属于无性生殖，克隆动物的遗传物质主要来自供体细胞核 6.在克隆羊多莉的培育过程中，若将白面绵羊的乳腺细胞核移入黑面绵羊的去核卵母细胞中，再将早期胚胎移植到代孕母羊体内。下列分析错误的是（ ） A. 多莉的面部毛色最可能为白色 B. 代孕母羊不会影响多莉的主要遗传性状 C. 卵母细胞提供的细胞质会影响多莉的部分性状 D. 该过程证明动物体细胞具有全能性 答案：D 7.下列关于体细胞核移植技术的操作与原因分析，匹配错误的是（ ） A. 选用传代 10 代以内的供体细胞 —— 保证遗传物质稳定 B. 卵母细胞要去核 —— 避免受体细胞自身核干扰重构胚发育 C. 对重构胚进行物理或化学激活 —— 促进细胞融合完成 D. 克隆动物常出现早衰、寿命偏短 —— 与供体细胞端粒长度有关 8.关于克隆动物、核移植与细胞全能性的理解，正确的是（ ） A. 体细胞核移植成功证明动物体细胞具有全能性 B. 克隆动物的端粒长度通常与供体体细胞年龄相关 C. 重构胚发育过程中不会发生基因的选择性表达 D. 核移植技术可用于快速改良动物基因，产生新物种 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题——治疗性克隆与iPS细胞治疗 / 学科网（北京）股份有限公司 $