第2章 第2节 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步辅导与测试(人教版)

第2章 细胞工程 第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物 【学习目标】 课程内容标准 核心素养对接 1.概述动物细胞核移植技术的含义及类型。 1.科学思维 —归纳动物细胞核移植的原理、操作过程。 2.简述动物体细胞核移植的基本过程。 2.社会责任一一基于实例分析，认同动物细胞核移植的应用前 3.说出体细胞核移植技术的应用前景。 景及存在的问题。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 知识梳理 (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 (一)动物细胞核移植技术 畜牧生 1.概念：将动物一个细胞的 移入去核的卵 产方面 加速家畜 进程，促进优良畜群繁育 母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成 ①转基因克隆动物作为 ,生产珍贵的医 ,继而发育成动物个体的技术。 用蛋白： 2.概念解读 医药 ②转基因克隆动物的细胞、组织和器官可用于 卫生 供体 动物的一个细胞的 领域 ③人核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的 细胞、组织、器官后，移植给患者可避免发生 受体 去掉细胞核的卵母细胞 反应 结果 形成重组胚胎，最终发育成动物个体 ①了解胚胎发育及衰老过程： ②用克隆动物做 ,使人们更好地研究疾 3分类：包括 移植和 移植，其中 其他 病的致病机制和开发药物： 领域 移植较易成功。 ③保护濒危物种方面：保护 ,增加濒危 4.非人灵长类动物的体细胞核移植困难的原因 动物的存活数量 (1)供体细胞的细胞核在去核卵细胞中不能完全2.存在问题 恢复其分化前的功能状态。 (1)体细胞核移植技术的 非常低。 (2)对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不 (2)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗 完善。 传和 缺陷等。 二)体细胞核移植的过程 自查自纠 从屠宰场收集牛卵巢， (1)克隆动物的性状与供体动物完全相同() 采集卵母细胞，体外 (2)哺乳动物的核移植分为生殖细胞核移植和体 供体牛 培养 细胞核移植 () 馨取体细胞 (3)采集的卵母细胞在体外培养至MI中期后， 期卵母细胞 进行显微操作去核 去校 () (4)通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵 供体细雨路养 去核卵母细胞 母细胞，形成重构胚 (5)动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞 注入 去核卵母细胞 核移植 () (6)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞 合法使两细胞 () 融合，供体核进入 胚胎 受体卵母细胞，形 移植 代孕母生 克隆牛 (7)目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核 成重构胚 方法是显微操作 ( 49 生物学选择性必修3 教材边角 (3)图中分别代表体细胞培养和形成重构胚的过 程是 (填字母)。 教材P53“图2一18”拓展 教材P4“相关信息习 1.观察体细胞核移植流程图，回答下列问题。 2.目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方 高产奶牛 法是 法。也有人采用梯度离心、紫外线 (供体) 短时间照射和 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。 教材P52“相关信息”拓展 D 生出与供体奶将胚胎移入 :3.细胞核移植的受体是“去核”的卵母细胞，为什么 牛遗传物质基 受体（代孕） “去核”要加上引号？ 本相同的犊牛 母牛体内 (1)图中A采集到的细胞应在体外培养到 期。 (2)图中C和D代表的操作过程分别是 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 提能点（一） 动物体细胞核移植技术和克隆动物 情景导引 核心归纳 克隆羊多莉的产生过程如下： 1.供体和受体的选择 岩器器器赞 多莉 一般选用原代培养的细胞，保证了供体细胞正常的 供体 (1)结合动物细胞核移植的过程，分析为什么体 遗传基础 细胞核移植较胚胎细胞核移植更困难。 选择MⅡ期的卵母细胞，其原因是： ①卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表 受体 达的物质： ②卵母细胞体积大，便于操作： ③卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富 (2)为什么核移植技术获得的动物与供核动物性2.克隆动物的遗传特点 状不完全相同？ 克隆动物的亲本有三个，即体细胞核供体、卵母 细胞细胞质供体和代孕母体。 (1)克隆动物的细胞核基因来自体细胞核供体， 因此克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。 (2)克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞，因此 克隆动物的性状与卵母细胞细胞质供体部分 (3)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。 相同。 (3)代孕母体没有为克隆动物提供遗传物质，因 此克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。 [典例]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，下列有关叙述正确的是 ( 50 第2章细胞工程 ①供体细胞培养 A.此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性 甲牛→c88 ⊙注射 激活 融令 ）并培养重组移植代孕 : B.甲细胞可以是胚胎细胞也可以是体细胞，乙细 z○( ③胚胎 丙牛 重组细胞 胞是重构胚 出生后代丁牛 A.后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同： C.子代动物与提供甲细胞的动物性状完全相同 决定 D.动物难以进行体细胞克隆的原因之一是分化 B.过程①需要提供95%空气和5%C02的混合： 后的体细胞的细胞核的基因组成缺乏完整性 气体 :2.如图表示核移植与克隆动物的相关图解，下列有 C.过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行： 关叙述错误的是 ( 处理 供体细胞①→细胞培养→供体细胞核 D.过程③将激活后的重组细胞立即移植到受体： 注入 电激融合重组③代孕克隆 采集培养至@费去核·去核的/分梨，发育胚胎一母体一广动物 奶牛中 卵母细胞 卵母细胞 A.用于核移植的供体细胞①一般选用原代培养 跟踪训练 的细胞 1.动物克隆繁殖的基本过程如图所示。下列叙述 B.图示过程说明高度分化的动物细胞仍具有发 正确的是 ) : 育的全能性 卵母细胞→细胞质 早 C.采集的卵母细胞培养到的②时期表示MⅡ期 同种 胚 动物 子代 : D.动物细胞培养过程中添加5%CO2的目的是 胞 代孕 动物 甲细胞 细胞核 维持培养液的pH 提能点（二） 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 情景导引 B.过程②在培养基中加入的动物血清含有激发 成纤维细胞核全能性表达的物质 1.克隆动物的诞生是否证明了动物细胞具有全 C.“中中”“华华”的诞生证明了动物细胞具有全 能性？ 能性 D.与模型小鼠相比，模型猴更适合于研究人类疾 病的发病机理、研发诊治药物 跟踪训练 2.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么： 诱导山羊乳腺细胞核与去核卵母细胞融合，融合 问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态 细胞可被诱导成为完整个体。有科学研究发现， 向已分化的细胞中转入4种转录因子基因，能使 其细胞重新成为具有分裂分化能力的诱导多能 干细胞(iPS)。进一步分析PS,发现其染色体上 甲基化位置和程度发生改变。下列说法错误 [典例]如图为体细胞克隆猴“中中”和“华华”的： 的是 ( ) 培育流程，为建立人类疾病的动物模型、研究疾： A.卵母细胞细胞质和4种转录因子可能诱导了 病机理带来光明前景。下列叙述正确的是 细胞基因表达情况改变 ( B.细胞分化过程不改变细胞的基因组成，但染色 体外培养成纤维细胞 体甲基化情况不同 →注 ○融含②●®，0 中中 C.以上过程所得的融合细胞和PS有无限增殖 细胞①去核心而 卵 华华 与分裂的能力 A.过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞 D.以上研究可为等待器官移植的患者解决器官 中，体现细胞膜的选择透过性 来源和免疫排斥的问题 51 生物学选择性必修3 能力提升·核心素养 提升技能素养提高 科学探究一核移植的是供体细胞还是细胞核 :2.重构胚激活的终极目标是要使处于MⅡ期的卵 最初，在进行动物细胞核移植操作时，是用玻 母细胞恢复分裂周期。由于持续高水平的成熟 璃微型吸管将供体细胞的细胞核吸出，再注入去 促进因子(MPF)和细胞静止因子(CSF)的存在， 核卵母细胞内，这也是“核移植”这一名词的含义。 导致MⅡ期的卵母细胞不能进人末期。研究表 后来，研究者通过实验不断摸索发展出了另外一 明，任何能够让胞质中Ca2+水平升高的机制都 种方法，即直接将供体细胞注入去核卵母细胞的 可以激活重构胚。下列相关分析错误的是 透明带内，然后用病毒介导或电脉冲等方式使两 个细胞融合，因为这种方法操作简便，对卵母细胞 A.自然受精过程中，精子人卵可能促进了Ca+ 损伤较小，所以后来较为常用。 内流，升高了胞质中Ca2+水平 既然注入的是整个供体细胞，那么供体细胞 B.在核移植过程中通过电融合法可使供体细胞 线粒体中的遗传物质是否能表达出相应性状？理 与去核卵母细胞融合，形成重构胚 论上推测，供体和受体两种来源的线粒体有三种 C.蛋白酶合成抑制剂能抑制MPF和CSF的合 可能的命运：供体来源的线粒体被降解，只剩下受 成，故可通过蛋白酶合成抑制剂处理重构胚使 体来源的线粒体；两种来源的线粒体同时存在，核 其保持休眠 移植个体的线粒体呈异质性；受体来源的线粒体 D.通过核移植产生重构胚发育形成的个体不利 被选择性降解，供体来源的线粒体占主导。 于物种多样性的形成，但在畜牧业、医疗卫生 据研究发现，线粒体呈异质性的情况主要存 领域有广泛应用 在于核移植个体胚胎发育早期，大部分核移植个 课堂小结 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，它只保留了小部分供体来源的线粒体。但是， 原理：动物体细胞核具有全能性 物 在不同物种中，关于两种来源的线粒体的命运还 体细 没发现完全一致的规律。 细 胞核 重 重 胚 代 思维 胞 过程 孕 导图 去核卵 胚 胚 移 母 隆动 应用体验 移植技 母细胞 1.将蝌蚪肠细胞的细胞核移植到去核的蛙卵中，形 应用：畜牧业、医药卫生等领域 成重建的“合子”。有些“合子”发育成正常的蝌： 蚪，而单独培养肠细胞却不能发育成蝌蚪。下列 叙述错误的是 ( ) 1.动物细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全能 性，属于无性繁殖。 A.肠细胞不能表达全能性是受某些物质的限制 2.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞 B.“合子”第一次分裂后形成的细胞已失去全： 晨读 核移植。 能性 必背3.动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植，动物 C.“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着细胞 体细胞分化程度高，表现其全能性十分困难。 分化 4.动物体细胞核移植的受体细胞是已经去核的MⅡ期 D.细胞核具有全能性是由于其含有该物种的全 卵母细胞。 套基因 随堂巩固·评价演练 循纲忆知素养培育 1.科学家利用猪的动脉血管以及能够模拟胚胎环： A.“克隆”技术 境的新型生物反应器，成功地在实验室内培育出： B.去核卵母细胞 新的动脉血管。这种培养新血管的技术可能不： C.激发血管细胞的“全能性” 需要 ( D.激发血管细胞发育成血管的潜能 52 第2章细胞工程 2.下列有关核移植的说法错误的是 以对此转基因奶牛进行克隆（如图所示）。请结 A.通过核移植得到的细胞称为重构胚 合图示回答下列相关问题： B.哺乳动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞 ooo 核移植 细胞培养 C.核移植得到克隆动物的过程属于无性生殖 含有人生长 去核 激素基因的 D.动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化： 奶牛体细胞 重组重构胚 犊牛 采集卵母细胞 细胞 程度无关 (1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛 3.科学家通过向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9的： 的组织细胞进行分散处理，形成单个细胞，这个 方法得到的基因敲除猴，此供体猴生来就缺少控： 过程中需要利用 酶处理。 制动物节律的核心基因一BMAL1基因，因此 (2)在进行原代培养时，细胞增殖的方式是 它从小就患有睡眠障碍症。科学家从供体猴体 内提取一些细胞，然后以这些细胞为核供体培养： (3)将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞 出了五只BMAL1基因敲除克隆猴。以下说法： 错误的是 中，去除卵母细胞的细胞核的目的是 ) A.克隆猴患有睡眠障碍，说明己分化细胞的细胞： (4)将重组细胞在培养液中培养成的重构胚移入 核不具全能性 受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛遗传物 B.将供体猴的体细胞核导入去核卵母细胞中可 质基本相同的犊牛，但也不是100%的复制，原因 采用显微注射技术 最可能是 C.核供体猴与基因敲除克隆猴的培育过程中繁： 殖方式不同 (5)上述过程中涉及的动物细胞工程技术有 D.受环境因素的影响，五只克隆猴的表型可能出 转基因奶牛克隆成功，说明了动 现差异 物 具有全能性。 4.科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素 温馨提示 请做课时分层检测（九） 基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可 第3节 胚胎工程 第1课时 胚胎工程的理论基础 【学习目标】 课程内容标准 核心素养对接 1.生命观念— 从精子和卵细胞的结构理解受精作用过程。 1.简述受精和胚胎早期发育的基本过程。 2.科学思维 2.说明胚胎的形成经过了受精及早期发育等过程。 构建模型分析早期胚胎发育中相关物质和结构 的变化 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 知识梳理 在体外条件下，对动物 和 条件 实质 进行模拟操作 (一)胚胎工程的概念 操作对象 生殖细胞、受精卵或 (二)受精 技术手段 体外受精、胚胎移植和胚胎分割 1.概念：精子与卵子结合形成 (即受精卵) 的过程。 将获得的胚胎移植到 体内，产生后代， 目的 满足人类的各种需求 2.场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在 内完成。 53第3课时动物体细胞核移植技术和克隆动物 :提升·核心素养 必备知识·自主梳理 :应用体验 知识梳理 :1.B[肠细胞属于分化的细胞，细胞分化会表达某些调节蛋白，抑制 (一)1.细胞核新胚胎2.细胞核3.胚胎细胞核体细胞核胚： 细胞全能性表达，A正确：“合子”第一次分裂后形成的细胞具有全 胎细胞核 能性，一般而言，“合子”分裂产生的2一8个细胞均具有全能性，B错 (二)MⅡ供体细胞电融 误：“合子”发育成个体过程中，形成特定的器官，伴随着细胞分化 (三)1，遗传改良生物反应器异种移植免疫排斥疾病模型 C正确：细胞核具有全能性的原因是细胞核具有该物种发育的全套 濒危物种2.(1)成功率(2)生理 遗传信息，D正确。] 自查自纠 ,2.C[由题可知，能使钙高子水平升高的机制都可以激活重构胚，而 (1)×(2)×(3)×(4)/ (5)/(6)×(7)/ 重构胚是促进卵母细胞分裂的，精子的进入也是促进卵母细胞分裂 教材边角 的，故精子的进入可能促进C2+内流，提高Ca+水平，A正确；因为 1.(1)MⅡ(2)通过显微操作去核、将供体细胞注入去核的卵母细胞 体细胞直接注入进去后细胞质并没有与卵母细胞融合，而是被质膜 (3)B、E2.显微操作化学物质 分割开来，并不能使体细胞核表现出全能性，所以需要电刺激使其 3.提示减数分裂Ⅱ中期细胞核解体，该时期无细胞核，“去核”的实 质膜融合，B正确：蛋白酶合成抑制剂会抑制MPF和CSF的合成， 质是去除卵母细胞的纺锤体一染色体复合物。 而MP℉与CSF的作用是使MⅡ时期的卵母细胞不能进入末期， 关键能力·合作探究 使用蛋白酶合成抑制剂会促进卵母细胞完成分裂，C错误：通过核 提能点（一） 移植产生的重组细胞是利用细胞工程进行的，细胞工程不利于物种 情景导引 的多样性发展，但对于高牧业来说，可以更好地培育优质品种， (])提示由于动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易：而 D正确。] 动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难。因此动物体细胞核！随堂·评价演练 移植的难度就明显高于胚胎细胞核移植。 1,C[因为高度分化的动物细胞不具有全能性，因此要使动脉血管细 (2)提示①克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外线： 胞恢复分生能力，必须使用“克隆”技术：“克隆”时要将体细胞的细 粒体中的DNA主要来自受体卵母细胞。②性状是基因与环境共同 胞核转移到去核卵母细胞中：此技术要激发的是血管细胞发育成血 作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会 管的潜能，而不是“全能性”，也就是说要激发特定方向的分化，而不 完全相同，其性状也不可能和供核动物完全相同。③在个体发有过 是多方向的分化。] 程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。 ·2.D[动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化程度有关，如分化 (3)提示无性生殖。动物体细胞核移植最终得到的个体的细胞核： 程度低，表现全能性相对容易。] 中造传物质完全来自一个个体，不是精卵受特得到的，因此属于无！3.A[克隆猴患有睡眠障碍是由于核供体中BMAL1基因被敲除， 性生殖。 克隆猴的成功培育可以说明已分化的动物细胞的细胞核具有全能 核心归纳 性，A错误；克隆动物培育过程中需将供体猴的体细胞核导入去核 典例解析后代丁的细胞核的遗传物质来自甲，细胞质的遗传物质： 卵母细胞中，一般采用显微注射技术，B正确：根据题千信息，核供 来自乙牛，则丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定，A错误； 体猴是通过受精卵培育而成，腐于有性生殖，克隆猴属于无性生殖， 动物细胞培养中需要提供95%空气（保证细胞的有氧呼吸）和5% 因此繁殖方式不同，C正确：生物的表型由基因型和环境因素共同 C()2(雏持培养液的H)的混合气体，B正确：过程②常使用显微操 、 决定，五只克隆猴的基因型相同，但是表型可能出现差异，D正确。] 作去核法对卵母细胞进行处理，C错误：过程③将激活后的重组细！4，解析。(1)常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织细胞使其分散 胞培养至一定阶段（囊胚或桑葚胚）后移植，D错误。 开来。(4)生物的性状是由细胞核基因和细胞质基因共同作用的结 答案B 果，同时，生物的性状还受环境的影响，因此，克隆动物不可能是供 跟踪训练 体奶牛100%的复制品。(5)该克隆动物的培育过程中涉及动物细 1,B[此过程说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，A错 胞核移植、动物细胞培养等技术。转基因奶牛克隆成功，说明了高 误：细胞核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，所以甲细胞 度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。 可以是胚胎细胞也可以是体细胞，乙细胞是重构胚，B正确；子代动 答案(1)胰蛋白（或胶原蛋白）(2)有丝分裂 物的细胞核遗传物质来自甲细胞，而细胞质遗传物质来自卵母细 (3)使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞 胞，且子代动物的表型还受环境因素的影响，因此子代动物与提供 (4)生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制：生物的性状 甲细胞的动物性状不完全相同，C错误：动物的体细胞均由受精卵 还受环境因素的影响(5)动物细胞核移植、动物细胞培养体细 发育而来，因此体细胞的细胞核中的基因组成是完整的，D错误。] 胞的细胞核 2.B[用于核移植的供体细胞一般选用原代培养的细胞，保证供体细 第3节胚胎工程 胞正常的造传基础，A正确：供体细胞核移入去核卵母细胞中，能发 第1课时胚胎工程的理论基础 育成克隆动物，这说明分化的动物细胞的细胞核具有发育的全能 性，B错误：采集的卵母细胞培养到②MⅡ期，C正确：动物细胞培养 :必备知识·自主梳理 过程中添加5%C()2的日的是维持培养液的pH,D正确。] 知识梳理 提能点（二） :(一)早期胚胎细胞雌性动物自然受精早期胚胎发育 情景导引 :(二)1.合子2.输卵管3.获能MⅡ期透明带卵细胞膜原 1,提示用体细胞核移植技术得到克隆动物，仅仅说明动物体细胞的 核核膜雄原核减数分裂Ⅱ雌原核 细胞核具有全能性，而不能说明动物细胞具有全能性。 ·(三)1.输卵管有丝分裂不断增加并不增加2.胚胎形态 桑 2.提示在研究方面，克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克： 葚胚囊胚内细胞团滋养层3.透明带无法继续发育 隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。！自查自纠 这些问题尚在研究中。在应用上，生产克隆动物费用昂贵，距大规： (1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×(7)×(8) 模应用还有一定距离。 ↓教材边角 典例解析过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中，未体现；1，①精子穿越卵细胞膜外的一些结构②精子入卵③形成雌、雄原 细胞膜的选择透过性，A错误：在培养细胞时需在培养基中加入一 核④形成合子 定量的动物血清的作用是模拟内环境和补充未知的缺少的营养物2.透明带内细胞团囊胚腔滋养层 质，激发成纤维细胞核的全能性的是卵母细胞的细胞质中的物质，关键能力·合作探究 B错误：“中中”“华华”的诞生仅说明动物细胞的细胞核具有全能！提能点（一） 性，C错误：猴子与人类的亲缘关系比小鼠近，与模型小鼠相比，模情景导引 型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物，D正确。 (1)透明带反应卵细胞膜反应(2)精子获能输卵管减数第 答案D 二次分裂(3)观察到两个极体或雌、雄原核 跟踪训练 (4)提示细胞核中的遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞：细 C[无限增殖是癌细胞的特，点，融合后的细胞不涉及癌细胞， 胞质中的遗传物质儿乎全部来自卵细胞。 C错误。] (5)提示体现了细胞膜具有进行细胞间的信息交流的功能。 181