2.2.3 动物体细胞核移植技术与克隆动物课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

DNA是主要遗传物质 第二章 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与克隆动物 选必三 REN JIAO BAN GAO ZHONG SHENG WU XUAN BI SAN “（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（cù）。”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？ 中华先贤的奇思妙想： 情境导入 2017年，中国的科学家利用“动物体细胞核移植技术”将这一幕变成了现实。 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(上海)、脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类平台诞生(苏州)；12月5日第二个克隆猴“华华”诞生。自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊诞生以来，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? 情境导入 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。 1.概念： 供体细胞： 受体细胞： 结果： 2.原理： 动物细胞核的全能性 提供细胞核的细胞 接受细胞核的细胞（即去核的卵母细胞） 获得克隆动物（用核移植方法得到的动物） 卵母细胞 动物细胞 取核 去核 移入 重组细胞 发育 新胚胎 发育 克隆动物 为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？ 动物细胞核移植技术概述 01. 拓展：克隆 克隆是指由一个共同的祖先，通过无性繁殖产生一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。 1.定义： 2.三个层次： DNA（分子）、细胞、个体 思考：下列克隆分别用什么技术： 动物细胞克隆—— 动物克隆—— 植物克隆—— DNA克隆—— 动物细胞培养 核移植 植物组织培养 PCR技术 克隆就是无性繁殖 克隆（Clone）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”。在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即分子克隆、细胞克隆、个体克隆。 补充：克隆与无性繁殖 在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即分子克隆、细胞克隆、个体克隆。 克隆是一很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。 克隆是无性繁殖，具体地说，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DNA分子、细胞或个体。 细胞水平 分子水平 个体水平 DNA复制、PCR技术 植物细胞培养、动物细胞培养 植物组织培养、动物细胞核移植 细胞水平 单克隆抗体的制备涉及什么水平的克隆？ 思考 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。 1.概念： 供体细胞： 受体细胞： 结果： 2.原理： 动物细胞核的全能性 提供细胞核的细胞 接受细胞核的细胞（即去核的卵母细胞） 获得克隆动物（用核移植方法得到的动物） 卵母细胞 动物细胞 取核 去核 移入 重组细胞 发育 新胚胎 发育 克隆动物 3.生殖方式： 无性生殖 动物细胞核移植技术概述 01. 5.非人灵长类动物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，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 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 4.种类 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 分化程度低，表现全能性相对容易 分化程度高，表现全能性十分困难 动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植 难度小 难度大 动物细胞核移植技术概述 01. 我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。 动物细胞核移植技术概述 01. “多莉”是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物。这一巨大进展证明了分化了的动物细胞核具有全能性。 细胞核移植 早期胚胎 卵裂…… 胚胎移植 C母绵羊子宫 多莉羊 分娩 妊娠 Ｂ母绵羊 乳腺细胞 细胞核 卵细胞 Ａ母绵羊 细胞质 融合后的卵细胞 小羊长得像谁？ “多莉”羊的三个母亲？ 能否依据“多莉”的培育过程，进行优质奶牛的快速繁育？ 1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4t。 从1996年“多莉羊”成功诞生后，短短20年，人们已成功获得多种克隆动物。 应用体细胞核移植技术，我国已经成功地克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物。 收集牛卵巢， 采集卵母细胞 体外 培养 MⅡ期 显微操作去核 （以体细胞克隆牛为例） 体细胞核移植的过程 02. 相关信息：核移植技术中普遍使用的去核方法 目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作去核法。 还有人采用梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理等方法。这些方法时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。 使DNA变性失活，达到去核的目的。 没有刺破卵母细胞膜，对卵母细胞伤害小。 梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理 收集牛卵巢， 采集卵母细胞 高产奶牛 （供体） 体外 培养 MⅡ期 体细胞 体细胞培养 显微操作去核 将供体细胞注入去核的卵母细胞 体细胞核移植的过程 02. 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，诱导细胞融合，形成重构胚 用物理或化学方法激活重构胚 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 克隆动物 采集卵母细胞 供体细胞注入去核卵母细胞 体外培养 MⅡ期 供体 取体细胞 显微操作 去核 体细胞培养 电融合法 两细胞融合 重构胚 激活 早期胚胎 胚胎 移植 代孕个体 克隆动物 体细胞核移植的过程 02. 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 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 (1)材料的选择： ①供体：一般选优良动物的传代10代以内的细胞，保证了供体细胞正常的遗传基础。 。 ②受体：一般为减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)的次级卵母细胞。 (2)选择MⅡ期卵母细胞的原因： 体积大，便于操作 卵黄多，营养物质丰富 其细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质（主要原因） 体细胞核移植的过程 02. 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 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 (3)卵母细胞去核的方法，“去核”实质去的是什么？ 显微操作（去核）法 去除的为纺锤体-染色体复合物。 去核时，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 (4)为什么要去除卵母细胞的细胞核？ 保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞 体细胞核移植的过程 02. 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 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 (5)将整个供体细胞注入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，操作方便。 直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内 体细胞核移植的过程 02. 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 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 (6)诱导融合的方法？融合的结果？ 电融合法 供体核进入卵母细胞，形成重构胚 人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 (7)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？ 激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程 电刺激或Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂 体细胞核移植的过程 02. 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 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 (9)该过程用到哪些技术手段？ 动物细胞培养、 动物细胞核移植、 早期胚胎培养、 动物细胞融合 胚胎移植 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 动物细胞核移植技术 已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性 (10)动物体细胞核移植技术证明？ (8)新生牛的性别、基因？ 与供体相同 体细胞核移植的过程 02. 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作去核 对体细胞进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育 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 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 动物细胞核移植技术 (11)从遗传物质的角度来分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？ 供体细胞核DNA 供体细胞质DNA 受体卵母细胞的细胞质DNA 生活环境也会影响性状的表现 体细胞核移植的过程 02. 有关体细胞核移植的问题 1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？ 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动物提供的体细胞。 2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？ 不是对核供体动物进行100%的复制。 克隆动物遗传物质 细胞核的DNA 来自于供体动物的细胞核 线粒体中的DNA 供体细胞和卵母细胞 生活环境： 性状 可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异 思考讨论 3、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？ 都能生成干细胞，但过程不同 通过体细胞核移植技术可以生成带有供体细胞核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。 体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些，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。 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。 有关体细胞核移植的问题 思考讨论 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。 1.对比多莉羊和高产奶牛的克隆过程，找出操作过程的不同点？ 多莉克隆过程的受体细胞是去核卵细胞，而高产奶牛的克隆过程的受体细胞是去核次级卵母细胞； 多莉克隆过程是将供体细胞核注入受体细胞，而高产奶牛的克隆过程是将供体细胞注入受体细胞。 ——求同存异 卵母细胞当中的细胞周期蛋白含量、活性比卵细胞高，用它作受体更容易成功 2.多莉羊和高产奶牛的克隆过程,哪一种更科学且易操作？ 将供体细胞注入受体细胞，使克隆动物更像供体动物。 高产奶牛的克隆过程操作简便。 思考讨论 易错提醒： (1)诱导动物细胞融合常用的方法有：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法； 激活重构胚的常用方法有电刺激、Ca2＋载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等。 (2)克隆动物技术属于无性繁殖技术。 (3)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。 (4)核移植技术中的供体是提供细胞核的动物个体；受体是提供去核卵母细胞的动物个体，而非代孕的雌性动物个体。 (5)动物体细胞核移植过程中，涉及的技术手段不仅有核移植技术，还有动物细胞融合技术、动物细胞培养技术，以及早期胚胎培养技术和胚胎移植技术等。　　　　　　　　　　 可以加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 1.应用前景 (1)畜牧生产方面: 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 03. 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物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。 乳腺生物反应器 (2)医药卫生领域： 乳腺生物反应器 克隆动物乳汁中含有人抗胰蛋白酶 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 03. ①在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 (3)治疗人类疾病： 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 03. 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发生免疫排斥反应。 (3)治疗人类疾病： 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 03. 33 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，还能为研究该疾病的致病机理和开发相应的药物提供帮助。 该技术有望增加濒危物种的存活数量 (4)科学研究： (5)保护动物： 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 03. “多莉”只存活7年， 远低于平均寿命 2.存在的问题 (2)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，免疫失调等。易出现早衰（多利羊猜想） (3)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 胚胎移植－动物幼体产出 概率＜10％ (1)成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 03. 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,各个技术环节有待进一步改进 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 归纳总结 概述 过程 动物细胞核移植 结果 生殖方式 原理 分类 动物细胞核移植 动物细胞培养 动物细胞融合 胚胎移植 早期胚胎培养 前景和问题 畜牧生产、保护濒危物种、医药卫生、治疗人类疾病、科研 成功率低、环节有待改进、健康问题 课堂小结 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 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 练习与应用 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，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。 二、拓展应用 练习与应用 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。 注意证据的来源及其真实性和可靠性，进一步引导学生认识到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 人造耳朵有望用于器官移植 首先用高分子化学材料——聚羟基乙酸制成所需人体器官的形状，然后植入人的细胞（这只展出的老鼠身上植入的是它自己的细胞），缝合在裸鼠背上。经过细胞快速生长，人造模子会自己降解消失，器官与老鼠成为一体，最后可移植到人体上。这种全身无毛的老鼠叫裸鼠，没有免疫力，这样才不会对那只“人耳”产生排异反应。这项技术能应用于人体组织、器官的再造。这项科研技术成熟后，人身上缺少或损坏的组织器官都可以修补上。 一只在背上长出了“人耳”的活老鼠 43 　2001年一只在背上长出了“人耳”的活老鼠（见上图）在北京亮相，这是863计划组织工程研究的成果。由国家重点基础研究发展规划项目首席科学家曹谊林教授领导研究的这项技术，首先用高分子化学材料——聚羟基乙酸制成所需人体器官的形状，然后植入人的细胞（这只展出的老鼠身上植入的是它自己的细胞），缝合在裸鼠背上。经过细胞快速生长，人造模子会自己降解消失，器官与老鼠成为一体，最后可移植到人体上。这种全身无毛的老鼠叫裸鼠，没有免疫力，这样才不会对那只“人耳”产生排异反应。这项技术能应用于人体组织、器官的再造。这项科研技术成熟后，人身上缺少或损坏的组织器官都可以修补上。 孙悟空拔毛 jasmine $