資源簡介

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第二章 細胞工程
第二節 動物細胞工程
人教版（2019）選擇性必修三
（三）動物體細胞核移植技術和克隆動物
學習目標
1.闡明動物細胞核移植技術的概念和原理。(生命觀念)
2.以文字和圖示表述體細胞核移植的過程。（科學思維）
3.說明體細胞核移植的應用及對生殖性克隆人等社會議題進行理性判斷。(社會責任)
課前導入
2017年，中國的科學家利用“動物體細胞核移植技術”將這一幕變成了現實。
灰綠色
“（悟空）拔一把毫毛，丟在口中嚼碎，望空噴去，叫一聲‘變！’，即變作三二百個小猴，周圍攢簇（cù）。”這是《西游記》中的一段描述，展示了中華先賢的想象力。毫毛來自體細胞，我們能用體細胞“變”出猴來嗎？
2017年11月27日，世界上首個體細胞克隆猴“中中”在中國科學院神經科學研究所(上海)、腦科學與智能技術卓越創新中心的非人靈長類平臺誕生(蘇州)；12月5日第二個克隆猴“華華”誕生。自1996年首個體細胞克隆動物多莉羊誕生以來，人類已經成功克隆了馬、牛和豬等大型家畜，但為什么體細胞克隆猴的誕生能轟動世界呢
一、體細胞核移植技術
1.動物細胞核移植技術
① 概念：
將動物的一個細胞的細胞核，移入一個已經去掉細胞核的卵母細胞中，使其重組并發育成一個新的胚胎，這個新的胚胎最終發育為動物個體的技術。
胚胎細胞核移植
③ 分類：
體細胞核移植
較容易
較難
② 原理：
動物細胞核具有全能性。
分化程度低，全能性易表現
分化程度高，全能性難表現
非人靈長類動物體細胞核移植非常困難的兩個原因：
①供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其分化前的功能狀態，這導致了胚胎發育率低；
②非人靈長類動物胚胎進行操作的技術尚不完善。
一、體細胞核移植技術
相關概念：
動物的一個細胞的細胞核
去掉核的卵母細胞
形成重新組合的細胞并發育成新胚胎，繼而發育成動物個體。
用動物細胞核移植技術得到的動物稱為克隆動物，是一種無性生殖。
供體：
供體：
結果：
克隆動物
動物細胞核移植的概念理解
二、體細胞核移植的過程
①收集牛卵巢，采集卵母細胞
③供體細胞的選擇和培養
②顯微操作去核
④將供體細胞注入去核卵母細胞
⑤通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構胚
⑦分娩獲得克隆動物
高產奶牛（供體）
⑥將胚胎植入受體
取供供體體細胞進行培養
生出與供體遺傳物質基本相同的犢牛
二、體細胞核移植的過程
二
采集卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
從供體高產奶牛身上取體細胞
顯微操作去核
對體細胞進行培養
去核的卵母細胞
供體細胞
電融合法
將供體細胞注入去核的卵母細胞
重構胚
用物理或 化學方法激活重構胚，使其完成 細胞分裂和發育
早期胚胎
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
(1)材料的選擇：
①供體：一般選優良動物的傳代10代以內的細胞。
②受體：一般為減數分裂Ⅱ中期(MⅡ期)的次級卵母細胞。
(2)選擇MⅡ期卵母細胞的原因：
①其細胞質中含有激發細胞核全能性表達的物質；
②卵母細胞體積大，易操作；
③卵母細胞卵黃多，營養物質豐富。
二、體細胞核移植的過程
二
采集卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
從供體高產奶牛身上取體細胞
顯微操作去核
對體細胞進行培養
去核的卵母細胞
供體細胞
電融合法
將供體細胞注入去核的卵母細胞
重構胚
用物理或 化學方法激活重構胚，使其完成 細胞分裂和發育
早期胚胎
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
(3)卵母細胞去核的方法，“去核”去的是什么？
顯微操作（去核）法
去除的為紡錘體-染色體復合物。
(4)將整個供體細胞注入卵母細胞中有何優點？
去核時，由于MⅡ期卵母細胞核的位置靠近第一極體，用微型吸管一般一并吸出第一極體
①對卵母細胞損傷較小；
②保證供體細胞的細胞核不被破壞，操作方便。
直接將供體細胞注入去核卵母細胞的透明帶內
二、體細胞核移植的過程
二
采集卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
從供體高產奶牛身上取體細胞
顯微操作去核
對體細胞進行培養
去核的卵母細胞
供體細胞
電融合法
將供體細胞注入去核的卵母細胞
重構胚
用物理或 化學方法激活重構胚，使其完成 細胞分裂和發育
早期胚胎
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
(5)誘導融合的方法？融合的結果？
電融合法
供體核進入卵母細胞，形成重構胚
人工重新構建的胚胎，具有發育成完整個體的能力。
(6)什么是重構胚？激活重構胚的方法？用這些方法處理重構胚的目的？
激活重構胚，使其完成細胞分裂和發育過程
電刺激或Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑
二、體細胞核移植的過程
二
采集卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
從供體高產奶牛身上取體細胞
顯微操作去核
對體細胞進行培養
去核的卵母細胞
供體細胞
電融合法
將供體細胞注入去核的卵母細胞
重構胚
用物理或 化學方法激活重構胚，使其完成 細胞分裂和發育
早期胚胎
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
(8)該過程用到哪些技術手段？
動物細胞培養、
動物細胞核移植、早期胚胎培養、
動物細胞融合
胚胎移植
早期胚胎培養
動物細胞培養
胚胎移植
動物細胞融合
動物細胞核移植技術
已分化的動物體細胞的細胞核具有全能性
(9)該技術證明了什么？
(7)新生牛的性別、基因？
與供體相同
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
（1）在畜牧生產中
加速家畜遺傳改良進程、促進優良畜群繁育
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
（2）在醫藥衛生領域：
①建立轉基因體細胞系，再利用此技術培育的轉基因克隆動物
可作為生物反應器生產珍貴的醫用蛋白。
②治療人類疾病時，轉基因克隆動物的細胞、組織或器官，
可作為異種移植的供體。
③患者的核移植胚胎干細胞經過誘導分化，能形成相應的細胞、
組織或器官可用于移植以避免免疫排斥反應。
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
病人
取核
去核卵母細胞
重構胚胎
各種細胞組織或器官
誘導
取出
體細胞
核移植
移植
成纖維細胞
取出
轉入相關因子
iPS細胞
各種細胞組織或器官
胚胎干細胞
取出
誘導
移植
治療性克隆
iPS細胞治療
細胞發生轉化
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
（3）在科研領域：
①研究克隆動物可以使人類更深入地了解胚胎發育及衰老過程；
②克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因；
③克隆特定疾病模型的動物，還能為
研究該疾病的致病機制和開發相應的藥物提供幫助。
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
（4）在保護瀕危物種方面：
該技術有望增加瀕危物種的存活數量（不能提高生物多樣性）
黑草黃弄蝶
白鰭豚
金絲猴
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
存在問題
（1）該技術的成功率非常低，各個技術環節有待進一步改進。
（2）相對于技術研究，核移植的理論研究較為滯后，需要與發育生物學、細胞生物學和分子遺傳學等學科更深層次的理論研究相結合。
（3）絕大多數克隆動物存在健康問題，表現出遺傳和生理缺陷，如體型過大、異常肥胖、發育困難、臟器缺陷和免疫失調等。
課堂小測
1.動物細胞核移植技術中能用作受體細胞的通常有MⅡ期卵母細胞和受精卵。早期核移植技術中常用受精卵，后來基本上用MⅡ期卵母細胞取代了受精卵，主要原因是兩者的( )
A.細胞大小不同 B.基因數目不同
C.染色體形態不同 D.細胞質環境不同
D
解析：動物細胞核移植中受體細胞主要提供細胞繼續分裂、分化并發育成完整個體的細胞質環境，所以受精卵和MⅡ期卵母細胞作為受體的區別主要是細胞質環境不同，D符合題意。
課堂小測
2.下列關于動物體細胞核移植和克隆的敘述，錯誤的是( )
A.利用體細胞核移植技術可以促進優良畜群繁育
B.利用體細胞核移植培育的轉基因克隆動物可以作為生物反應器
C.通過體細胞核移植技術獲得克隆動物技術的成功率已經非常高
D.克隆動物通常會表現出遺傳和生理缺陷，以及會存在健康問題
C
解析：體細胞核移植技術在畜牧業的應用：可以加速家畜遺傳改良進程，促進優良畜群繁育，A正確；利用體細胞核移植培育的轉基因克隆動物可以作為生物反應器（如乳腺生物反應器），用于生產珍貴醫用蛋白等，B正確；盡管通過體細胞核移植技術已經獲得了多種克隆動物，但該技術的成功率仍然非常低，各個技術環節也有待進一步改進，C錯誤；克隆技術并沒有完全成熟，大多數克隆動物還存在一些遺傳和生理缺陷類的健康問題，D正確。
課堂小測
3.通過核移植等技術獲得克隆哺乳動物（二倍體）的一般流程如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A.從哺乳動物卵巢中采集到的卵母細胞直接進行過程①
B.過程①表示去核，去除的就是卵母細胞的紡錘體一染色體復合物
C.過程②構建的重構胚具有發育成完整個體的能力
D.可以通過乙醇、蛋白酶合成抑制劑等方法激活重構胚
A
解析：從哺乳動物卵巢中采集到的卵母細胞需要在體外培養到M工期再進行過程①，A錯誤；過程①表示去核，去除的是卵母細胞的紡錘體一染色體復合物，B正確；過程②構建的重構胚，使用物理（電刺激等）或者化學方法（乙醇、蛋白酶合成抑制劑、Ca2+載體等）進行激活，使其完成細胞分裂和發育進程最終形成完整個體，所以重構胚具有發育成完整個體的能力，CD正確。
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