資源簡介

2.2.3動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物
學習目標：1.理解核移植技術(shù)和克隆動物概念。
2．掌握用動物體細胞核移植技術(shù)克隆動物過程。
3．了解體細胞核移植技術(shù)的應用前景及存在的問題。
學科素養(yǎng)：1.科學思維：通過學習動物體細胞核移植技術(shù)克隆動物的過程，養(yǎng)成獨立思考的習慣，培養(yǎng)自學能力。
2．社會責任：了解核移植技術(shù)的應用及克隆動物存在的問題，關注社會熱點議題，并進行理性判斷。
知識點一　動物細胞核移植技術(shù)
自主梳理
1．概念
(1)供體：動物的一個細胞，其作用是提供________。
(2)受體：去掉________的卵母細胞。
(3)結(jié)果：形成重組細胞，最終發(fā)育成________。
2．種類：胚胎細胞核移植和____________。兩者中難度較高的是________________。
3．原理：動物細胞核具有________，細胞膜具有一定的________。
4．非人靈長類動物的體細胞核移植困難的原因
(1)供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其________前的功能狀態(tài)。
(2)對非人靈長類動物胚胎進行操作的技術(shù)________。
5．體細胞核移植的過程
答案：
1．(1)細胞核　(2)細胞核　(3)動物個體
2．體細胞核移植　體細胞核移植
3．全能性　流動性
4．(1)分化　(2)尚不完善
5．細胞培養(yǎng)　供體細胞　顯微操作去核　電融合　供體
[互動探究]
1．(生命觀念)動物體細胞核移植常選用去核卵(母)細胞，原因是什么？
提示：卵母細胞體積大、易操作，含有促使細胞核表達全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件。
2．(科學思維)克隆動物的遺傳物質(zhì)和性狀與親本的關系?？寺⊙蚨嗬虻漠a(chǎn)生過程如下：
(1)結(jié)合動物細胞核移植的過程，分析為什么體細胞核移植較胚胎細胞核移植更困難。
(2)從多莉的產(chǎn)生過程可以看出多莉有三個親本，探究多莉的性狀表現(xiàn)與三個親本的關系并分析原因。
(3)動物體細胞核移植屬于有性生殖還是無性生殖？并分析原因。
(4)克隆羊的誕生是否證明了動物細胞具有全能性？
(5)為什么核移植技術(shù)獲得的動物與供核動物性狀不完全相同？
(1)提示：由于動物胚胎細胞分化程度低，恢復其全能性相對容易；而動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難。因此動物體細胞核移植的難度就明顯高于胚胎細胞核移植。
(2)提示：①與母羊A的關系：大多數(shù)性狀與母羊A相同，因核基因型與母羊A一樣。
②與母羊B的關系：受質(zhì)基因控制的性狀與母羊B相同，因細胞質(zhì)中的基因來自母羊B。
③與母羊C的關系：性狀與母羊C無關，因母羊C沒有為新個體提供遺傳物質(zhì)。
(3)提示：無性生殖。動物體細胞核移植最終得到的個體的細胞核中遺傳物質(zhì)完全來自一個個體，不是精卵受精得到的，因此屬于無性生殖。
(4)提示：否。用體細胞核移植技術(shù)得到的克隆動物，僅僅說明動物體細胞的細胞核具有全能性，而不是動物細胞具有全能性。
(5)提示：①克隆動物絕大部分DNA來自供體細胞核，但其核外線粒體中的DNA來自受體卵母細胞。
②性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果。供核動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其性狀也不可能和供核動物完全相同。
③在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生供核動物沒有的性狀。
歸納提升
1．體細胞核移植
(1)細胞核移植的原理
動物體細胞核移植的原理是細胞核的全能性，而不是動物細胞的全能性。因為動物體細胞的全能性受到限制，不能經(jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整個體，所以用體細胞核移植技術(shù)能夠得到克隆動物，說明動物體細胞的細胞核具有全能性。
(2)供體和受體的選擇
①供體：一般選用傳代10代以內(nèi)的細胞，因為10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎。
②受體：選擇MⅡ期的卵母細胞，其原因是：
a．卵母細胞的細胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細胞核全能性表達的物質(zhì)。
b．卵母細胞體積大，便于操作。
c．卵母細胞內(nèi)卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富。
2．體細胞核移植的過程
3．克隆動物的遺傳特點
克隆動物的親本有三個，即體細胞核供體、卵母細胞細胞質(zhì)供體和代孕母體。
(1)克隆動物細胞核基因來自體細胞核供體，因此，克隆動物的性狀與體細胞核供體基本相同。
(2)克隆動物的細胞質(zhì)基因來自卵母細胞，因此，克隆動物的性狀與卵母細胞供體部分相同。
(3)代孕母體沒有為克隆動物提供遺傳物質(zhì)，因此，克隆動物的性狀與代孕母體沒有直接關系。
4．動物細胞核移植技術(shù)中的3個易錯點
(1)動物細胞核移植技術(shù)，體現(xiàn)了動物細胞核的全能性而非細胞的全能性。
(2)克隆屬于無性繁殖，產(chǎn)生新個體的性別、絕大多數(shù)性狀與供核親本一致。
(3)核移植技術(shù)獲得的動物與供核動物性狀不完全相同的原因：①克隆動物線粒體中的DNA來自去核卵母細胞；②性狀受環(huán)境的影響；③在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變。
珍珠項鏈
1．下列有關核移植的敘述，錯誤的是( )
A．胚胎核移植難度明顯低于體細胞核移植
B．供體細胞應選擇傳代10代以內(nèi)的細胞
C．核移植可以充分發(fā)揮優(yōu)良種畜的生殖潛力
D．經(jīng)細胞核移植培育出的新個體具有一個親本的遺傳性狀
答案：D　
解析：哺乳動物核移植包括胚胎細胞核移植和體細胞核移植，胚胎細胞移植成功率要高，因為其分化程度低，體細胞移植成功率低，因為其分化程度高，A正確；傳代10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型，10代之后，細胞發(fā)生遺傳物質(zhì)改變的概率增加，到50代后，細胞可能發(fā)生突變形成癌細胞，故核移植的供體細胞應選擇傳代10代以內(nèi)的細胞，B正確；核移植可以充分發(fā)揮優(yōu)良個體的繁殖潛力，促進優(yōu)良種群繁育，C正確；經(jīng)細胞核移植培育出的新個體具有兩個親本的遺傳物質(zhì)(核遺傳物質(zhì)來自供核生物，細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自供質(zhì)生物)，因此具有兩個親本的遺傳性狀，D錯誤。
2． 2019年8月21日，我國首只克隆貓“大蒜”滿月，標志著我國在克隆領域邁進了一大步。此克隆貓的誕生說明了(　　)
A．動物的體細胞核具有全能性
B．動物的體細胞具有不死性
C．動物的體細胞核可以單獨存活
D．動物的體細胞具有全能性
答案：A　
解析：克隆貓是經(jīng)過核移植獲得的，該過程未體現(xiàn)動物的體細胞的全能性，只體現(xiàn)了動物的體細胞的細胞核的全能性。
知識點二　體細胞核移植技術(shù)的應用前景及存在的問題
自主梳理
1．應用前景
(1)畜牧生產(chǎn)：加速家畜________進程、促進__________。
(2)醫(yī)藥衛(wèi)生領域
①轉(zhuǎn)基因克隆動物作為__________________，生產(chǎn)珍貴的
________________。
②轉(zhuǎn)基因克隆動物的細胞、組織和器官可作為________的供體。
③人的核移植胚胎干細胞經(jīng)誘導分化，形成相應的細胞、組織、器官后，可用于________的移植。
(3)了解胚胎發(fā)育及衰老過程。
(4)用克隆動物做________，使人們更好地追蹤研究疾病的發(fā)展過程和治療疾病。
(5)保護瀕危物種方面：保護________，增加瀕危動物的存活數(shù)量。
2．存在問題
(1)________非常低。
(2)理論研究較為________。
(3)克隆動物存在健康問題，表現(xiàn)出遺傳和________缺陷。
答案：
1．(1)遺傳改良　優(yōu)良畜群繁育　(2)①生物反應器　醫(yī)用蛋白?、诋惙N移植?、劢M織器官　(4)疾病模型　(5)瀕危物種
2．(1)成功率　(2)滯后　(3)生理
[互動探究]
1．(社會責任)討論克隆技術(shù)的社會意義，關注細胞核移植的發(fā)展和應用前景。
資料　1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達(Lucinda)的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8 t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場的奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4 t。
能利用體細胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達嗎？請說明理由。
提示：可以用體細胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達。盧辛達的產(chǎn)奶量很高，說明它有高產(chǎn)奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質(zhì)基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產(chǎn)的遺傳基礎，如果精心培育和飼養(yǎng)，有可能在世界范圍內(nèi)推廣，克隆牛再與高產(chǎn)的公牛自然繁殖，可得到很多高產(chǎn)的后代，從而加快奶牛改良進程。但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數(shù)量不宜過多，尤其是在小范圍內(nèi)不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現(xiàn)近親繁殖而引起種質(zhì)衰退。
2．體細胞核移植技術(shù)在畜牧生產(chǎn)上有什么樣的應用前景？
提示：體細胞核移植技術(shù)在畜牧生產(chǎn)方面可以加快家畜遺傳改良進程、促進優(yōu)良畜群的繁育。
3．體細胞核移植技術(shù)在研究和應用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態(tài)。
提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術(shù)成功率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現(xiàn)早衰等問題，這些問題尚在研究中。在應用上，生產(chǎn)克隆動物費用昂貴，距大規(guī)模應用還有一定距離。
歸納提升
1．關于動物克隆技術(shù)的易錯提醒
(1)為了確保核移植形成的克隆動物的核遺傳物質(zhì)全部來自具有優(yōu)良性狀的動物提供的細胞核，在供體細胞的細胞核移植到受體細胞內(nèi)之前，必須將受體細胞的核遺傳物質(zhì)去掉。
(2)細胞融合的原理是細胞膜具有一定的流動性，而克隆動物的形成則利用了動物細胞核的全能性。
(3)涉及的生物技術(shù)：動物細胞培養(yǎng)技術(shù)、核移植技術(shù)等。其中，核移植是核心技術(shù)。
2．體細胞核移植的應用
(1)加速家畜的遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育。
(2)轉(zhuǎn)基因克隆動物做生物反應器，生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白。
(3)克隆動物的組織、器官做移植的供體。
(4)研究克隆動物和克隆細胞可使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程。
針對訓練
1．下列關于動物克隆技術(shù)的敘述，正確的是(　　)
A．在動物細胞培養(yǎng)過程中不存在細胞的衰老
B．克隆培養(yǎng)法培養(yǎng)出的細胞系具有異質(zhì)性
C．動物組織培養(yǎng)過程中不存在細胞的分化現(xiàn)象
D．為提高克隆形成率，在培養(yǎng)基中需加入胰島素以促進糖的利用
答案：D　
解析：在動物細胞培養(yǎng)過程中，細胞會發(fā)生細胞生長、分裂、接觸抑制和有規(guī)律的衰老、死亡等，A錯誤；克隆培養(yǎng)法培養(yǎng)出來的細胞系為遺傳性狀均一、性狀相似的純系，不具有異質(zhì)性，B錯誤；動物組織細胞培養(yǎng)中可以伴隨組織分化，C錯誤；培養(yǎng)液中加入胰島素有利于促進糖的利用，加速氧化分解釋放能量，有利于提高克隆形成率，D正確。
2．生物技術(shù)的發(fā)展速度很快，已滅絕生物的“復生”將不再是神話。如果世界上最后一只野驢剛剛死亡，以下較為容易成為“復生”野驢的方法是(　　)
A．將其基因?qū)爰殷H的受精卵中，培育成新個體
B．將其體細胞兩兩融合，再經(jīng)組織培養(yǎng)培育成新個體
C．將其體細胞取出，利用組織培養(yǎng)技術(shù)，培育成新個體
D．對其體細胞進行核移植，再經(jīng)胚胎移植孕育培育出新個體
答案：D　
解析：將野驢的基因?qū)爰殷H的受精卵中，培育成的個體是轉(zhuǎn)基因家驢，不是“復生”野驢個體，A錯誤；由于動物細胞的全能性受到限制，目前動物細胞融合技術(shù)還不能產(chǎn)生生物體，B錯誤；由于動物細胞的全能性受到限制，目前動物細胞還不能培養(yǎng)成動物個體，C錯誤；將野驢的體細胞核移植到雌性家驢的去核卵細胞中，可以克隆形成野驢，D正確。
[要語必背]
1．動物體細胞核移植技術(shù)的原理是動物細胞核的全能性，屬于無性生殖。
2．動物體細胞核移植的受體細胞是已經(jīng)去核的MⅡ期卵母細胞。
3．哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植。
鞏固練習
1．核移植中常用卵細胞作為受體細胞的原因不包括(　　)
A．卵母細胞體積大，易操作
B．細胞質(zhì)較多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富
C．含有促進全能性表達的物質(zhì)
D．細胞核中遺傳物質(zhì)少
答案：D
2．將綿羊的體細胞核移植到其去核的卵母細胞內(nèi)形成重構(gòu)卵(甲)，可以培養(yǎng)成胚胎，并最終發(fā)育成完整個體，而將體細胞直接培養(yǎng)或體細胞核移植到未去核的卵母細胞內(nèi)(形成重組細胞乙)都不能形成胚胎，對這些現(xiàn)象的有關解釋不正確的是(　　)
A．體細胞核具有發(fā)育的全能性
B．特定的細胞質(zhì)是實現(xiàn)體細胞核全能性的必要條件
C．乙細胞中染色體數(shù)目的變異可能使體細胞核不能實現(xiàn)全能性
D．卵母細胞具有發(fā)育的全能性
答案：D　
解析：培養(yǎng)體細胞或乙細胞不能得到胚胎，而將綿羊的體細胞核移植到其去核的卵母細胞內(nèi)形成重構(gòu)卵，可以培養(yǎng)成胚胎，并最終發(fā)育成完整個體，說明體細胞核具有發(fā)育的全能性，且特定的細胞質(zhì)(如卵母細胞細胞質(zhì))是實現(xiàn)體細胞核全能性的必要條件，A、B正確；進一步比較重構(gòu)卵(甲)與乙細胞的發(fā)育結(jié)果，可以推斷出，乙細胞中染色體數(shù)目的變異可能使體細胞核的全能性不能實現(xiàn)，C正確；題干信息不能說明卵母細胞具有發(fā)育的全能性，D錯誤。
3．為加速我國奶牛的遺傳改良進程，研究人員利用核移植得到高產(chǎn)奶牛。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．可從供體奶牛身體的多個部位取體細胞進行培養(yǎng)
B．動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)所利用的原理是相同的
C．細胞培養(yǎng)過程中通常要在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素
D．去除卵母細胞的細胞核時可將細胞核和第一極體一并吸出
答案：B　
解析：利用核移植得到高產(chǎn)奶牛，可從供體奶牛身體的多個部位取體細胞進行培養(yǎng)，A正確；動物細胞培養(yǎng)的原理是細胞增殖，核移植的原理是動物體細胞核的全能性，B錯誤；細胞培養(yǎng)過程中通常要在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防止培養(yǎng)過程中的污染，C正確；核移植時，獲取的卵子需培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期(MⅡ中期)。核移植過程中，通過顯微操作去除卵母細胞中的細胞核，由于MⅡ期卵母細胞的細胞核的位置靠近第一極體，因此用微型吸管可將卵母細胞的細胞核和第一極體一并吸出，D正確。
4．根據(jù)體細胞核移植技術(shù)的特點進行推斷，體細胞核移植技術(shù)可以用來(　　)
①擴大瀕危動物種群數(shù)量，有效提高生物多樣性?、谔岣吣承┝挤N家畜自然繁殖率?、劢鉀Q人體器官移植供體來源短缺的問題　④為科學研究提供實驗動物?、輼?gòu)建轉(zhuǎn)基因克隆動物，作為生物反應器， 大規(guī)模生產(chǎn)珍貴醫(yī)用蛋白
A．①②③④⑤ B．①②③④
C．②③④⑤ D．③④⑤
答案：D　
解析：利用體細胞核移植技術(shù)，只能增加動物的個體數(shù)量，不能提高生物多樣性，①錯誤；核移植技術(shù)不能提高良種家畜自然繁殖率，自然繁殖力是生物的基因決定的，②錯誤；可以利用核移植克隆人體的組織、器官，以解決人體器官移植供體來源短缺的問題，③正確；通過體細胞核移植克隆動物，增加動物數(shù)量，可以為科學研究提供實驗動物，④正確；構(gòu)建轉(zhuǎn)基因克隆動物，需要用到核移植技術(shù)，⑤正確。
5．下列關于克隆的說法，錯誤的是(　　)
A．基因克隆是指某目的基因的復制過程
B．雜交瘤細胞在體外培養(yǎng)成一個細胞系屬于克隆
C．動物難以克隆的根本原因是基因組中的基因不完整
D．動物體細胞核移植技術(shù)需通過細胞核移植形成重組細胞
答案：C　
解析：克隆指無性繁殖，基因克隆是指某目的基因的復制過程，A正確；雜交瘤細胞在體外培養(yǎng)成一個細胞系屬于克隆，B正確；動物難以克隆的根本原因是：動物體細胞的分化程度高，全能性受到限制，體細胞很難發(fā)育成動物個體，C錯誤；動物體細胞核移植技術(shù)需通過細胞核移植形成重組細胞，將重組細胞植入代孕母體中發(fā)育成的新個體稱為克隆動物，D正確。
6．美國科學家已經(jīng)在實驗室中成功培育出膀胱，并順利移植到7名患者體內(nèi)。這項技術(shù)為那些急需進行器官移植的患者帶來福音。回答下列問題：
(1)科學家從患者的膀胱上取下一小塊活細胞樣本，將其中的肌肉細胞和膀胱上皮細胞分別置于不同的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。在培養(yǎng)之前，需用________處理以分散細胞，細胞在培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)過程屬于________代培養(yǎng)。與植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基相比，其培養(yǎng)基的主要不同點是含有________等。
(2)約1周后將培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細胞放在由膠原蛋白制成的“支架”上繼續(xù)培養(yǎng)，再過7周左右，原先的數(shù)萬個細胞已經(jīng)繁殖到15億個左右，布滿“支架”，膀胱上皮在內(nèi)，肌肉在外，形成“新膀胱”，細胞數(shù)目大量增加，其增殖方式是________，由這些細胞再形成肌肉和膀胱上皮的過程中要經(jīng)過________。
(3)醫(yī)生將“新膀胱”移植到患者膀胱的上面，這樣新器官會繼續(xù)生長并與老器官“重組”而取代老器官中喪失功能的部分。新器官與老器官的“重組”________(填“是”或“不是”)基因重組，“新膀胱”移植后，________(填“會”或“不會”)引起免疫排斥反應。
(4)除上述方法外，還可將患者的體細胞核移入去核的________中，利用體細胞________技術(shù)，形成相應組織、器官用于疾病的治療。
答案：(1)胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)　原　動物血清或血漿
(2)有絲分裂　細胞分化
(3)不是　不會
(4)卵母細胞　核移植

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