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 2. 动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 是否可以实现 新课导入 毫毛 来自悟空的体细胞 西游记中孙悟空拔一把毫毛，望空喷去，变出一堆跟自己几乎一模一样的小猴子。 讨论： 毫毛来自于体细胞。在现实中，如何能用体细胞“变”出一个个体呢？ 新课导入 2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实 问题1:克隆猴用到了什么技术？ 问题2:为什么用供体猴的一个细胞核进行移植就可以培育出与它几乎一模一样的克隆猴？ 动物细胞核移植技术 动物细胞核的全能性 “中中”和“华华” "中中"和"华华"，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。 克隆动物 通过核移植过程形成重构胚，进而发育成的动物个体。 卵母细胞 C母猴子宫 B猴 A猴 成纤维细胞 细胞质 细胞核 早期胚胎 “中中”“华华” 分娩 发育 重组细胞 妊娠 克隆动物遗传物质主要来自于 ，还来自于 ，与 无关 克隆属于 生殖 克隆动物成功证明 。 体细胞核移植 无性 动物细胞核具有全能性 A B C 在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗? 4 克隆动物 通过核移植过程形成重构胚，进而发育成的动物个体。 卵母细胞 C母猴子宫 B猴 A猴 成纤维细胞 细胞质 细胞核 早期胚胎 “中中”“华华” 分娩 发育 重组细胞 妊娠 体细胞核移植 问题3:动物细胞核移植技术分为哪几种？ 问题4:胚胎细胞克隆猴与体细胞克隆猴哪一种更容易成功，为什么？ 胚胎细胞核移植和体细胞核移植 胚胎细胞分化程度低，表现全能性容易；体细胞分化程度高，表现全能性困难 在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗? 其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊（Dolly）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? 5 无性繁殖 是指将动物一个细胞的细胞核移植到一个去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，进而发育成动物个体的技术。 胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易。 体细胞分化程度高，恢复全能性相对较难。 VS 胚胎细胞核的移植成功率远高于成体细胞 动物细胞核移植技术 一 概 念 原 理 动物细胞核的全能性 生殖方式 分类 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊（Dolly）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? 6 问题5:在动物体细胞核移植中，为什么非人灵长类动物的细胞核移植非常困难？ 阅读教材P52第3自然段，回答下列问题： 卵母细胞 C母猴子宫 B猴 A猴 成纤维细胞 细胞质 细胞核 早期胚胎 “中中”“华华” 分娩 发育 重组细胞 妊娠 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分化前的状态，导致胚胎发育率低。 困难②：对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 我国科研工作者研制出一种抑制剂和一种酶在理想浓度的搭配下形成的“神秘”配方，可以大大提升体细胞全能性。 我国科研工作者能在10秒内对卵母细胞进行细胞去核操作，在15秒之内将体细胞注入到卵母细胞。因为操作越快，卵细胞受损就越小，这一神速正是实验成功的最重要基础之一。 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30.8 t，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3～4 t。 任务：建构克隆高产奶牛的流程：（用箭头和文字画出大致过程） 从高产奶牛中取体细胞 从卵巢中采集卵母细胞 动物细胞培养 克隆高产奶牛的流程： 问题1：供体细胞和受体细胞分别来自于哪里？ 思考·讨论： 供体：高产奶牛的体细胞 受体：卵母细胞 问题2：为什么选择卵母细胞作为核移植受体细胞？ ①卵母细胞体积大，易操作； ②营养物质丰富； ③含有激发细胞核全能性表达的物质 从高产奶牛中取体细胞 从卵巢中采集卵母细胞 动物细胞培养 克隆高产奶牛的流程： 思考·讨论： 问题4：卵母细胞需要在体外培养到什么时期？ 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。 问题3：供体细胞一般都选用培养10代以内的细胞，为什么？ MⅡ中期（减数第二次分裂中期） 克隆高产奶牛的流程： 问题5：在核移植前，需要对卵母细胞进行什么操作，为什么？ 思考·讨论： 显微操作去核 去“核”，是指去除纺锤体-染色体复合物 去核 保证核移植的胚胎或克隆动物的核遗传物质（基因）全部来自供体细胞。 问题6：常用的去核方法？ 显微操作法 从高产奶牛中取体细胞 从卵巢中采集卵母细胞 动物细胞培养 P54 相关信息： 也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和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。 克隆高产奶牛的流程： 显微操作去核 从高产奶牛中取体细胞 从卵巢中采集卵母细胞 动物细胞培养 将供体细胞注入去核卵母细胞 ① 操作简便 ②对卵母细胞损伤较小 ③保证供体细胞的细胞核不被破坏 使两细胞融合,形成重构胚 电融合法 早期胚胎 物理或化学法方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 电刺激 Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂 具有发育成完整个体的潜能 问题7：融合后的细胞可以直接发育成胚胎吗？ 不能 1、实际在克隆高产奶牛时，科学家并没有从供体细胞中取出细胞核，而是直接将供体细胞注入去核的卵母细胞，你知道这是为什么吗？ 2、融合后的细胞可以直接发育成胚胎吗？ 将胚胎移入 （受体）代孕母牛 克隆牛 克隆动物的培养并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育 早期胚胎 克隆高产奶牛的流程： 问题8：克隆牛的性别与哪头牛相同？为什么？ 思考·讨论： 因为哺乳动物的性别是由性染色体组成决定，克隆牛的染色体全都来自供体牛 与供体牛相同 问题9：克隆小牛是对体细胞供体奶牛进行了100%的复制吗？ 克隆动物遗传物质 细胞核的DNA 来自于供体体细胞的细胞核 线粒体中的DNA 供体的体细胞和受体的卵母细胞 不是 思考·讨论： 克隆牛 克隆动物的遗传物质与供体动物基本相同 问题10：克隆牛与供体奶牛有些性状不同的原因是什么？ ① 受细胞质中遗传物质控制 ② 环境影响 卵巢中采集卵母细胞，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， 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 体细胞核移植过程 二 ① 研究克隆动物可深入了解胚胎发育及衰老过程 增加濒危物种的存活数量 畜牧生产 保护物种 医药卫生 科学研究 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 以患者作为供体培育人核移植胚胎干细胞 转基因克隆动物可以作为异种移植的供体 治疗性克隆 体细胞核移植技术的应用前景 三 ② 克隆疾病模型动物。为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助 克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白 畜牧：将导入人乳铁蛋白基因的细胞与去核卵母细胞重新组合后，培育出人乳铁蛋白转基因克隆奶牛。 保护物种：将大熊猫的体细胞与兔的去核卵母细胞重新组合后，诱导其发育成囊胚。利用体细胞核移植技术克隆大熊猫胚胎。 科学研究:克隆一批遗传背景相同的动物，3可通过它们之间的而对比来分析致病基因。 讨论1：治疗性克隆主要解决什么问题？ 供体器官不足 免疫排斥问题 治疗性克隆 治疗性克隆 讨论2：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？ 移植 取成纤维细胞等 iPS细胞 转入 相关因子 细胞发生转化 分化 胰岛细胞 神经元 血细胞 肠上皮细胞 心肌细胞 肝细胞 病人 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的。 通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞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，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；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。 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。 通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞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，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；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。 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。 “多莉”只存活7年，远低于平均寿命 理论研究 较为滞后 克隆动物 健康问题 克隆动物 成功率低 体细胞核移植技术存在的问题 三 相关资料： 培育克隆羊多莉时，共获得了277个融合的细胞，早期发育成功的胚胎却只有29个，移植后成功怀孕的母羊仅有1只，成功率只有0.36%。培育体细胞克隆猴时，用了127个卵母细胞，获得109个核移植胚胎，移植给21只代孕母猴，只有6只成功怀孕，最后只诞生了2 只健康的小猴，成功率为1.57%。 多莉在2003年2月15日，因肺部感染而死亡，寿命只有7岁，而普通羊的平均寿命是12岁。 2017年，克隆猴姐妹“中中”和“华华”的萌照登上了国际权威学术期刊《细胞》的封面后，不少闻之者不由得欢呼起来——猴子都能克隆，下一步是不是就能……看来长命百岁不是梦了！ 中国科学家坚守科学伦理底线的回答铿锵有力：“不！克隆非人灵长类动物的唯一目的是服务人类健康，但科研人员不考虑对人类进行相关研究”。 自绵羊“多利”诞生之日起，围绕克隆技术的伦理争论就从未停止过。 2003 年1月，欧盟制定法案，制止克隆人；2003 年 12月，我国发布《人类胚胎干细胞研究伦理指导原则》，规定禁止生殖性克隆人研究，允许开展胚胎干细胞和治疗性克隆研究。 中国政府反对生殖性克隆 支持治疗性克隆 克隆人，会带来哪些伦理和道德问题？ 课堂总结 体细胞核移植技术 动物细胞核移植 流程 应用前景及存在的问题 应用到的技术 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 概念 原理 分类 1、如图是克隆羊的培育流程图，相关说法错误的是（ ） A．卵母细胞可以从屠宰场收集，并在体外培养到减Ⅱ中期 B．从供体羊中取上皮细胞需要用胰蛋白酶进行处理 C．在显微镜下用微型吸管将卵母细胞中的染色体-纺锤体复合物吸出 D．上皮细胞细胞核进入卵母细胞后即可自行发育成胚胎 D 随堂检测 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 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 C 随堂检测 (2018·全国Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题： (1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指______________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 。 通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目________(填“减半”“加倍”或“不变”)。 (2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度________(填“大于”或“小于”)体细胞核移植，其原因是__________________________________________________________。 (3)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体。通常，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目________(填“相同”或“不同”)，性染色体组合________(填“相同”或“不同”)。 将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中使其重组并发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术　 不变 小于 胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　 相同 不同 26 $