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1、第二章第二章 细胞工程细胞工程第2节 动物细胞工程人教版人教版选择性必修选择性必修3 3（第三课时（第三课时）动物体细胞核移植技术与动物体细胞核移植技术与克隆动物克隆动物问题探究：“（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（c）。”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？照片中两只可爱的小猴，分别叫中中和华华，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。你知道它们是如何培育出来的吗？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
2、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?2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实。问题探究：问题探究：思考讨论：1.克隆猴用到了什么技术？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？动物体细胞核移植技术。动物细胞核具有全能性。3.胚胎细胞克隆猴与体细胞克隆猴有什么不同？为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界？动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。1.动物细胞核移植技术一、体细胞核移植的
3、过程 概念：将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体的技术。胚胎细胞核移植 分类：体细胞核移植较容易较难 原理：动物细胞核具有全能性。分化程度低，全能性易表现分化程度高，全能性难表现非人灵长类动物体细胞核移植非常困难的两个原因：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功能状态，这导致了胚胎发育率低；非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。一、体细胞核移植的过程相关概念：动物的一个细胞的细胞核去掉核的卵母细胞形成重新组合的细胞并发育成新胚胎，继而发育成动物个体。用动物细胞核移植技术得到的动物称为克隆
4、动物，是一种无性生殖。供体：供体：结果：克隆动物克隆动物动物细胞核移植的概念理解动物细胞核移植的概念理解一、体细胞核移植的过程1、选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？采集的卵母细胞应培养至 ；2、卵母细胞去核的方法？“去核”去的是什么？3、注入去核的卵母细胞的是整个供体细胞还是供体细胞的细胞核？为什么？4、诱导融合的方法？融合的结果？5、什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？6、该过程用到了哪些动物细胞工程的技术手段？自主学习：阅读P53图2-18，思考下列问题一、体细胞核移植的过程为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来供体细胞。从高产奶牛（供体）取体细胞 从卵巢中采
5、集卵母细胞体外培养到M中期(减数第二次分裂中期)动物细胞培养 显微操作去核去“核”，通常是显微操作去除纺锤体染色体复合物，也可以用紫外线、化学物质处理使DNA变性。将供体细胞注入去核卵母细胞电融合法使两细胞融合早期胚胎激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程 形成重构胚电刺激Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂将胚胎移入（受体）代孕母牛克隆牛卵母细胞体积大，易操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件一、体细胞核移植的过程相关信息：目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法，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
6、其中的DNA变性。一、体细胞核移植的过程思考讨论：有关体细胞核移植的问题1、体细胞和卵母细胞从哪里来？2、卵母细胞需要在体外培养到什么时期？3、将供体细胞的细胞核移入卵母细胞前，需要对卵母细胞进行什么操作？为什么？卵母细胞从屠宰场收集牛卵巢，从卵巢中采集卵母细胞。体细胞来自于供体高产奶牛（优良品种）身体的某部位（如耳）上取。M中期去核保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质（基因）全部来自供体细胞。4、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？这种方法操作简便，对卵母细胞损伤较小，伴随着两细胞融合，体现出细胞膜具有一定的流动性
7、的结构特点。5、融合后的细胞可以直接发育成胚胎吗？不可以，还需要利用胚胎工程中的胚胎移植等技术。一、体细胞核移植的过程思考讨论：有关体细胞核移植的问题6、克隆牛的性别与哪头牛相同？为什么？性别与供体牛相同，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。7、你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆小牛，是对体细胞供体奶牛进行了100%的复制吗？动物的发育及一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，克隆动物所生活的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同。克隆动物遗传物质细胞核的DNA来自于供体动物的细胞核线粒体中的DNA供体细胞和受体卵母细胞生活环境：不是对核供体动物进行10
8、0%的复制。一、体细胞核移植的过程思考讨论：有关体细胞核移植的问题8、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？请你预测它们应用前景的差异。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
9、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。二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题采集卵母细胞，在体外培养到M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动物细胞核移植技术课堂小结用物理或化学
10、方法激活重构胚（如电刺激、Ca2载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题应用前景畜牧生产医药卫生科研保护濒危物种加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育转基因克隆动物作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异体移植以患者作为供体培育相应细胞、组织或器官进行移植，避免免疫排斥研究克隆动物，使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程克隆遗传背景相同的动物，分析致病基因克隆特定疾病模型的动物，研究致病机制，开发相应药物增加濒危物种，增加存活数量1.体细胞核移植技术的应用前景二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题体细胞
11、核移植技术成功率非常低核移植的理论研究较为滞后绝大多数克隆动物存在健康问题，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，免疫失调等。2.体细胞核移植技术存在的问题相关资料：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。存在问题【概念检测】1
12、.假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它“复生”的方案中可行的是（）A.将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体 B.将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育岀新个体 C.将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体 D.将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中，经孕育培育出新个体练习与应用教材P55 D二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题【概念检测】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（）练习与应用教材P55 C二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题 A.该技术涉及物细胞培养、细胞核移
13、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【扩展应用】1.大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有科学家尝试采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫。请你结合本节所学内容并搜集相关资料了解这方面的研究进展。也有人不赞成进行克隆大熊猫的研究，认为保护大熊猫的最好措施就是保护现有大 熊猫及其生存环境。对此你有什么看法？练习与应用教材P55 是否赞成克隆大熊猫，学生的回答只要言之有理，就应该予以
14、支持；并且还应该让他们认识到无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究，都应该保护好大熊猫的生存环境，否则即使成功克隆了大熊猫，它们没有适宜的生存环境，也可能走向灭绝。二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题【扩展应用】2.2003年，世界上第一只用体细胞克隆的动物多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的;或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。请你搜集资料，寻找支持各方观点的研究证据。你也可以调查克隆动物存在的其他问题，并说明科学家是如何解决这些问题的。练习与应用教材P55 在学生搜集证据的过程中，要提示他们注意证据的来源及其真实性和可靠性，进一步引导学生认识到虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题