第2章

細(xì)胞工程第2節(jié)

動物細(xì)胞工程第3課時

動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物高中生物學(xué)|人教版（2019）|選擇性必修3·生物技術(shù)與工程

悟空急撤身，他砍了一個空。悟空見他兇猛，即使身外身法，拔一把毫毛，丟在口中嚼碎，望空噴去，叫一聲：“變！”即變做三二百個小猴，周圍攢簇。

原來人得仙體，出神變化無方。不知這猴王自從了道之后，身上有八萬四千毛羽，根根能變，應(yīng)物隨心。——《西游記》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(xì)胞，我們能用體細(xì)胞“變”出猴來嗎？情境導(dǎo)入情境視頻：克隆猴“中中”、“華華”誕生課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求素養(yǎng)目標(biāo)闡明動物細(xì)胞核移植一般是將體細(xì)胞核移入一個去核的卵母細(xì)胞中，并使重組細(xì)胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的過程。1.生命觀念：通過體細(xì)胞核移植的過程學(xué)習(xí)，認(rèn)同細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能觀。2.科學(xué)思維：通過體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在問題的學(xué)習(xí)。教學(xué)目標(biāo)體細(xì)胞核移植技術(shù)1體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題2目錄CONTENTS一、體細(xì)胞核移植技術(shù)1.概念將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核，移入去核的卵母細(xì)胞中，使這個重新組合的細(xì)胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的技術(shù)。胚胎細(xì)胞核移植體細(xì)胞核移植用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物2.類型細(xì)胞分化程度高，表現(xiàn)全能性十分困難細(xì)胞分化程度低，表現(xiàn)全能性容易對非人靈長類動物胚胎操作的技術(shù)尚不完善。供體細(xì)胞的細(xì)胞核在去核卵母細(xì)胞中不能完全恢復(fù)其分化前的功能狀態(tài)，這導(dǎo)致了胚胎發(fā)育率低。

2017年，我國的科學(xué)家利用體細(xì)胞核移植技術(shù)成功克隆出兩只獼猴“中中”和“華華”。為什么“中中”和“華華”的誕生會震驚全世界?非人靈長類動物的體細(xì)胞核移植非常困難，原因是什么？一、體細(xì)胞核移植技術(shù)活動任務(wù)：體細(xì)胞核移植技術(shù)的過程

核移植相當(dāng)于悟空施的“魔法”，科學(xué)家通過它成功培育了克隆猴等克隆動物。閱讀教材第52~53頁，以克隆高產(chǎn)奶牛為例，認(rèn)識體細(xì)胞核移植的流程，并思考以下問題：1.克隆牛與供體完全相同嗎？為什么？2.動物體細(xì)胞核移植屬于有性生殖還是無性生殖？3.克隆動物的誕生是否證明了動物細(xì)胞具有全能性？一、體細(xì)胞核移植技術(shù)3.過程（以克隆高產(chǎn)奶牛為例）思考卵母細(xì)胞選擇卵母細(xì)胞去核2.體細(xì)胞核移植到受體卵母細(xì)胞前，為什么必須先去掉受體卵母細(xì)胞的核？“去核”去的是什么？

為使核移植的胚胎或動物的核遺傳物質(zhì)全部來供體細(xì)胞，在供體細(xì)胞的細(xì)胞核移至受體細(xì)胞之前，必須將受體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)去掉或?qū)⑵淦茐模?/p>

“核”為紡錘體-染色體復(fù)合物。1.為什么選卵母細(xì)胞作為細(xì)胞核的受體細(xì)胞？①體積大，易操作；②細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細(xì)胞核全能型表達(dá)的物質(zhì)；③含卵黃，營養(yǎng)物質(zhì)豐富。核移植操作重構(gòu)胚的激活與移植供體細(xì)胞選擇與培養(yǎng)卵母細(xì)胞選擇與去核獲得克隆動物卵母細(xì)胞選擇與去核去除卵母細(xì)胞核的方法：顯微操作去核（最常用）；其他方法：梯度離心、紫外線短時間照射、化學(xué)物質(zhì)處理等。采集到的卵母細(xì)胞要在體外培養(yǎng)到減數(shù)分裂Ⅱ中期（MⅡ期）一、體細(xì)胞核移植技術(shù)3.過程（以克隆高產(chǎn)奶牛為例）供體高產(chǎn)奶牛從供體高產(chǎn)奶牛身體的某一部位（如耳）上取體細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)核移植操作重構(gòu)胚的激活與移植供體細(xì)胞選擇與培養(yǎng)獲得克隆動物卵母細(xì)胞選擇與去核供體細(xì)胞選擇與培養(yǎng)思考3.用于核移植的供體細(xì)胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，這是為什么？

因為當(dāng)傳代至10～50代左右時，部分細(xì)胞核型可能會發(fā)生變化，而10代以內(nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型。3.過程（以克隆高產(chǎn)奶牛為例）思考4.在進(jìn)行動物細(xì)胞核移植操作時，注入卵母細(xì)胞的是供體細(xì)胞還是其細(xì)胞核？為什么？

注入卵母細(xì)胞的是供體細(xì)胞；這種方法操作簡便，對卵母細(xì)胞損傷較小。一、體細(xì)胞核移植技術(shù)供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞融合5.激活重構(gòu)胚的方法有哪些？

用物理或化學(xué)方法(如電刺激、Ca2+載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等)激活重構(gòu)胚。核移植操作重構(gòu)胚的激活與移植供體細(xì)胞選擇與培養(yǎng)卵母細(xì)胞選擇與去核獲得克隆動物核移植操作重構(gòu)胚的激活與移植激活重構(gòu)胚使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育通過電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)入卵母細(xì)胞，形成重構(gòu)胚3.過程（以克隆高產(chǎn)奶牛為例）思考一、體細(xì)胞核移植技術(shù)核移植操作重構(gòu)胚的激活與移植供體細(xì)胞選擇與培養(yǎng)卵母細(xì)胞選擇與去核獲得克隆動物將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛獲得克隆動物7.核移植技術(shù)中選用的核供體應(yīng)為具有優(yōu)良性狀的個體,提供卵母細(xì)胞的個體和代孕受體必須是同種奶牛嗎？

不是，提供卵母細(xì)胞的個體和代孕受體只需為同一物種的健康雌性個體即可。6.重構(gòu)胚激活后是否直接進(jìn)行移植？

激活的重構(gòu)配必須完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程,形成早期胚胎才能進(jìn)行胚胎移植。一、體細(xì)胞核移植技術(shù)活動任務(wù)：體細(xì)胞核移植技術(shù)的過程1.克隆牛與供體完全相同嗎？為什么？2.動物體細(xì)胞核移植屬于有性生殖還是無性生殖？3.克隆動物的誕生是否證明了動物細(xì)胞具有全能性？

克隆動物的性狀與供體不完全相同；原因是：①克隆動物的細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自受體卵母細(xì)胞和供體細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)；②生物的性狀不僅與遺傳物質(zhì)有關(guān)，還受環(huán)境影響。

動物體細(xì)胞核移植得到的個體的細(xì)胞核遺傳物質(zhì)完全來自供體細(xì)胞核，不是經(jīng)精卵受精得到的，因此屬于無性生殖。

用體細(xì)胞核移植技術(shù)得到克隆動物，僅僅說明動物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性，而不能說明動物細(xì)胞具有全能性。[歸納]動物體細(xì)胞核移植技術(shù)的原理是細(xì)胞核的全能性，而不是動物細(xì)胞的全能性。因為動物體細(xì)胞的全能性收到限制，不能經(jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整個體。體細(xì)胞核移植技術(shù)1體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題2目錄CONTENTS二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題1.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景在畜牧生產(chǎn)方面：能加速家畜遺傳改良進(jìn)程、促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育

采用核移植技術(shù)可加速育種的進(jìn)程，在短時間內(nèi)有效地擴(kuò)大種群的數(shù)量，保持種群的性狀，避免了自然交配所帶來的優(yōu)良性狀的分離和減弱。目前美國市場上已有克隆牛出售。二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題1.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景在保護(hù)瀕危物種方面：該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量

非洲野貓生活在非洲和中東，體型比家貓略小。它也是第一批被克隆的野生動物之一。奧杜邦瀕危物種研究中心于2005年宣布，他們克隆的野貓已經(jīng)繁殖并產(chǎn)下兩窩小貓。“通過改進(jìn)克隆過程，然后鼓勵克隆動物繁殖和生下幼崽，我們可以恢復(fù)原本可能不具備生殖能力的個體的基因，我們可以拯救野生動物的基因，”領(lǐng)導(dǎo)奧杜邦中心科學(xué)團(tuán)隊的貝特西·德雷瑟博士在BBC的一篇文章中說道。胰島細(xì)胞病人取細(xì)胞器官移植去核的卵母細(xì)胞重組細(xì)胞核移植胚胎干細(xì)胞取核血細(xì)胞心肌細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞肝細(xì)胞二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題1.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域①作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白。②在治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆動物的細(xì)胞、組織或器官可以作為異種移植的供體。③以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)分化能形成相應(yīng)的細(xì)胞、組織或器官，將它們一直給患者時可以避免免疫排斥反應(yīng)?；颊呷『巳ズ寺涯讣?xì)胞重構(gòu)胚胎各種細(xì)胞組織或器官誘導(dǎo)取出體細(xì)胞核移植移植成纖維細(xì)胞取出轉(zhuǎn)入相關(guān)因子iPS細(xì)胞各種細(xì)胞組織或器官胚胎干細(xì)胞取出誘導(dǎo)移植治療性克隆iPS細(xì)胞治療細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化治療性克隆與iPS細(xì)胞治療二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題1.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景在科研領(lǐng)域①可以使人類更深入地了解胚胎發(fā)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，能為研究該疾病的致病機(jī)制和開發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題2.體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題技術(shù)層面①成功率低：從重構(gòu)胚胎的發(fā)育到克隆動物的出生，各個環(huán)節(jié)都存在較高的失敗率，這限制了該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。②體細(xì)胞重編程不完全：在體細(xì)胞核移植過程中，體細(xì)胞的細(xì)胞核需要進(jìn)行重編程，以恢復(fù)到胚胎細(xì)胞的狀態(tài)。但目前的技術(shù)還難以實現(xiàn)完全的重編程，導(dǎo)致克隆動物可能存在基因表達(dá)異常等問題。③技術(shù)復(fù)雜成本高：動物體細(xì)胞核移植技術(shù)需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員，操作過程復(fù)雜，且需要大量的卵母細(xì)胞等實驗材料，導(dǎo)致成本高昂。二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題2.體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題克隆動物存在健康問題

許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過大，異常肥胖，發(fā)育困難，臟器缺陷，免疫失調(diào)等。易出現(xiàn)早衰（多利羊猜想）。這可能與體細(xì)胞重編程不完全、基因組印記異常等因素有關(guān)。倫理和法律層面①倫理爭議：克隆動物技術(shù)引發(fā)了一系列倫理問題，如是否符合自然規(guī)律、對動物尊嚴(yán)的影響等。一些人認(rèn)為克隆動物是對自然生殖方式的干預(yù)，可能會引發(fā)道德和倫理上的混亂。②法律監(jiān)管難題：克隆動物技術(shù)的發(fā)展給法律監(jiān)管帶來了挑戰(zhàn)。例如，如何規(guī)范克隆動物的研究和應(yīng)用，如何保護(hù)克隆動物的知識產(chǎn)權(quán)，以及如何防止克隆技術(shù)被濫用等問題，都需要完善的法律法規(guī)來進(jìn)行規(guī)范。隨堂檢測1．下列為克隆羊“多莉”的培育過程示意圖。下列各項有關(guān)表述錯誤的是（

）A．克隆羊“多莉”的性狀主要與甲羊一致，因其細(xì)胞核基因來自甲羊B．此過程說明高度分化的動物細(xì)胞具有全能性C．乙羊的去核卵母細(xì)胞為重組細(xì)胞基因表達(dá)提供了細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境條件D．克隆羊“多莉”的培育過程中采用的生物技術(shù)有核移植和胚胎移植B隨堂檢測2．下列關(guān)于體細(xì)胞克隆的敘述中，錯誤的是（

）A．體細(xì)胞克隆屬于無性生殖B．供體為體細(xì)胞的細(xì)胞核C．細(xì)胞核移植是體細(xì)胞克隆的關(guān)鍵步驟D．克隆出的后代與供體的遺傳物質(zhì)和表現(xiàn)型完全一致3．在進(jìn)行核移植時，通常將整個體細(xì)胞而不是細(xì)胞核注入去核卵母細(xì)胞中，下列有關(guān)其原因的敘述，錯誤的是（

）A．體細(xì)胞太小，因而取出細(xì)胞核比較困難B．細(xì)胞質(zhì)中遺傳物質(zhì)也控制生物的部分性狀C．體細(xì)胞的核離開了原來的細(xì)胞質(zhì)將不能存活D．直接將體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞中簡化操作程序DC動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物原理