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

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 课堂导入 “（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？ 2017年，我国科学家通过动物细胞核移植技术首次培育了体细胞克隆猴。 课堂导入 Q 1. 克隆猴的过程中最大的困难是什么？ 体细胞得到的 如何才能激发动物细胞表达其全能性 Q 2. 植物细胞的全能性能表达出来，所以可以直接利用其体细胞培育出克隆植物。可以直接利用动物细胞培育出克隆动物吗？ 不能。因为动物细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体，所以动物通过体细胞核移植技术得到克隆动物。 一、动物细胞核移植技术 1. 概念 2. 原理 3. 生殖方式 将动物的一个细胞的细胞核，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。 体细胞或者胚胎细胞的细胞核 动物细胞核的全能性 卵母细胞 动物细胞 去核 取核 移入 重组细胞 发育 新胚胎 发育 克隆动物 无性生殖 得到的动物称为克隆动物 →保持优良性状 一、动物细胞核移植技术 4. 种类 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 细胞分化程度低，表现全能性容易 细胞分化程度高，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 为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？ ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其 前的功能状态，这导致了 , ； 胎发育率低 分化 ②对非人灵长类动物 进行操作的技术尚不完善。 胚胎 胚 一、动物细胞核移植技术 Q 3. 为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？ 克隆技术：是一个很广的概念，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，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分子、细胞或个体。 Q 4.下列克隆分别用什么技术？ 动物克隆： 植物克隆： 动物细胞克隆： DNA克隆： 动物细胞核移植技术 植物组织培养技术 动物细胞培养技术 PCR技术 二、体细胞核移植的过程 1997年，美国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。 二、体细胞核移植的过程 卵母细胞的选择 将供体细胞 注入去核卵母细胞 重构胚的激活 卵母细胞去核 高产奶牛（供体） 供体细胞的培养 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 二、体细胞核移植的过程 1. 卵母细胞的选择 (1)为什么选择卵母细胞作为核移植受体细胞？ 卵母细胞的选择 收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ 期（减Ⅱ中期） 此时为纺锤体-染色体复合物 ①卵母细胞体积大，易操作 ②含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件(如促成熟因子（MPF）其水平高低可影响供体染色体的状态和复制) ③卵黄多，营养物质丰富 (2)为何要培养到MⅡ期？ 正常排出的卵细胞即处于MⅡ期，此时卵母细胞已发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。 二、体细胞核移植的过程 2. 供体细胞的选择和培养 (1)供体： 提供细胞核的个体 (2)供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，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。 高产奶牛（供体） 取体细胞进行培养 二、体细胞核移植的过程 3. 卵母细胞去核 (1)方法： 显微操作法（主）、梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理 (2)上述方法的优点？ 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。没有刺破卵母细胞膜，对卵母细胞伤害小。 卵母细胞去核 (3)为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？ 使克隆动物的核遗传物质全部来自供体细胞 去除纺锤体-染色体复合物 将供体细胞 注入去核卵母细胞 二、体细胞核移植的过程 4. 供体细胞注入去核卵母细胞 (1)将整个供体细胞注入卵母细胞中有何优点？ ①保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便 (2)如何使两个细胞发生融合？ 电融合法 电融合法 ②传递线粒体DNA 实质：直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内 二、体细胞核移植的过程 5. 重构胚的激活 (1)重构胚： 是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。 (3)激活重构胚目的是？ 使其完成细胞分裂和发育过程 重构胚 (2)如何激活重构胚？ 用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚胎 早期胚胎 13 二、体细胞核移植的过程 6. 胚胎移植 (1)动物体细胞核移植技术证明了？ (2)从遗传物质的角度分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？ (代孕)母牛体内 生出与供体奶牛遗传 物质基本相同的犊牛 已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性 不是 ①克隆动物遗传物质来源 核遗传物质: 质遗传物质: 全部来自供体动物的细胞核 一部分来自供体细胞，另一部分来自受体卵母细胞 克隆动物 早期胚胎 14 二、体细胞核移植的过程 6. 胚胎移植 (1)动物体细胞核移植技术证明了？ (2)从遗传物质的角度分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？ 已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性 不是 ②生物性状还受环境因素的影响 ③克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 表现型 = 基因型 + 环境 (代孕)母牛体内 生出与供体奶牛遗传 物质基本相同的犊牛 克隆动物 早期胚胎 15 二、体细胞核移植的过程 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 重构胚 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 去核的卵母细胞 供体细胞 早期胚胎 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 显微 操作法 对体细胞 进行培养 电融 合法 用物理或化 学方法激活 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养 胚胎移植 1、下列对动物核移植技术的描述中，错误的是（ ） A. 哺乳动物核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植 B. 体细胞核移植的过程中可通过显微操作去除卵母细胞中的核 C. 体细胞核移植过程中通常采用处于减数分裂Ⅱ中期的卵母细胞作为受体细胞 D. 通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对供核动物进行了100%的复制 D 课堂小测 2、在体细胞克隆猴培育过程中,为调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注人了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂(TSA)处理，具体流程如图所示。下列相关叙述不正确的是（ ） A. 常用显微操作法去除由核膜包被的卵母细 胞的细胞核 B. 去核时使用的梯度离心、紫外线照射和化学 物质处理等方法都没有穿透卵母细胞透明带 C. 灭活的仙台病毒可使细胞膜上的蛋白质和脂质分子重新排布，利于融合 D. 组蛋白去甲基化和乙酰化的表观遗传修饰都有利于重构胚的分裂和发育 A 课堂小测 三、体细胞核移植技术的应用前景 1. 畜牧生产领域 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 奶牛繁育 羊群繁育 三、体细胞核移植技术的应用前景 2. 医药卫生领域 (1)生产药物 建立转基因体细胞系，再利用此技术培育的转基因克隆动物可作为生物反应器生产珍贵的医用蛋白。 乳汁中分泌 人抗胰蛋白酶的转基因羊 (2)异种移植供体 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。 20 三、体细胞核移植技术的应用前景 2. 医药卫生领域 (3)器官移植 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。 (治疗性克隆) 心脏移植 肾脏移植 21 三、体细胞核移植技术的应用前景 3. 科研领域 (1)研究克隆动物可以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制和开发相应的药物提供帮助。 裸鼠肿瘤动物模型 三、体细胞核移植技术的应用前景 4. 保护濒危物种领域 该技术有望增加濒危物种的存活数量 北方白犀牛是全球最濒危的哺乳动物之一，截至2024年，仅剩两只雌性个体(纳金和法图），且均为不孕老龄，物种已处于功能性灭绝边缘。为挽救这一物种，科学家尝试通过体细胞核移植技术（克隆）结合基因编辑进行干预。 北方白犀牛 金丝猴 白鳍豚 23 四、体细胞核移植技术存在的问题 ①成功率低 ②理论研究较为滞后 ③健康问题 克隆胚胎移植成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。 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 许多克隆动物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、免疫缺陷等。 24 3、体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景。下列关于体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题的叙述,错误的是（ ） A. 利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育 B. 从“多莉”再到“中中”“华华”，体细胞核移植技术发展到今天相当成熟，成功率较高 C. 利用体细胞核移植技术培育后代可以避免细胞核供体的线粒体遗传病基因传递给技术后代 D. 有研究者指出，绝大多数克隆动物存在健康问题，如体形过大、脏器缺陷、免疫失调等 B 课堂小测 孙悟空拔毛 jasmine $