第2章 细胞工程 第2节 3动物体细胞核移植技术和克隆动物(共51张PPT)

(共51张PPT)
第2章　细胞工程
第2节　动物细胞工程
三　动物体细胞核移植技术和克隆动物
课标要点 学法指导
1．阐明细胞核移植技术的概念 2．阐述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程 3．举例说出体细胞核移植技术的应用前景及存在问题 1．结合教材高产奶牛的克隆过程，掌握动物体细胞核移植技术过程，理解其概念要点(生命观念、科学思维、科学探究)
2．结合具体实例，掌握体细胞核移植技术的应用前景，理性看待体细胞核移植技术存在的问题(科学思维、社会责任)
知识导图


　　　　　细胞核移植技术的概念及过程
1．概念
将动物的一个细胞的__________移入一个去核的____________中，并使重组细胞发育成__________，继而发育成动物个体的技术。
2．分类
(1)__________________，分化程度低，表现全能性相对容易。
(2)________________，分化程度高，表现全能性难度大。
细胞核　
卵母细胞　
新胚胎　
胚胎细胞核移植　
体细胞核移植　
3．过程
(1)取供体____________→供体细胞培养。
(2)从卵巢中采集________________→在体外培养到______________ →去核。
(3)将供体细胞注入__________________→使两细胞_________ →供体核进入受体卵母细胞→形成___________。
(4)将胚胎________到代孕母体内→生出与供体遗传物质基本相同的个体。
体细胞　
卵母细胞　
MⅡ期　
去核的卵母细胞　
融合　
重构胚　
移植　
取体细胞通过细胞培养获得高产奶牛的想法是否可行？
微思考
【答案】体细胞的全能性受到限制，不能发育成完整的个体。
　　　用于核移植的受体细胞一般都选用 (　　)
A．受精卵 B．MⅠ期卵母细胞
C．MⅡ期卵母细胞 D．红细胞
【答案】C
　　　　　体细胞核移植技术的应用前景及存在问题
1．应用前景
(1)畜牧生产中：加速家畜____________进程，促进优良畜群繁育。
(2)医药卫生领域：转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的_____________。
(3)治疗疾病时：转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为__________的供体。
(4)保护濒危动物方面：增加濒危动物的______________。
(5)用于科学研究。
遗传改良　
医用蛋白　
异种移植　
存活数量　
2．存在问题
(1)体细胞核移植技术__________非常低。
(2)克隆技术的各个环节有待进一步__________。
(3)绝大多数克隆动物存在____________，许多克隆动物表现出____________、______________等。
(4)对克隆动物食品的安全性存在着争议。
成功率　
改进　
健康问题　
遗传缺陷　
生理缺陷　
细胞核移植的过程中，为什么选择卵母细胞作为受体细胞，为什么要培养到MⅡ期？
微思考
【答案】选择卵母细胞作为受体细胞的主要原因是卵母细胞的细胞质中含有供体细胞核全能性表达的营养物质，而且培养到MⅡ期时，融合后细胞的全能性更容易表达。
　　　下列有关体细胞核移植技术的说法不正确的是 (　　)
A．体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功，成功率非常高
B．克隆技术的各个环节有待于进一步改进
C．大多数克隆动物还存在一些遗传和生理缺陷类的健康问题
D．克隆动物食品的安全性问题仍然存有争议
【答案】A
【解析】目前，用体细胞核移植技术得到克隆动物的成功率还很低，A错误；克隆技术并没有完全成熟，各个环节有待于进一步改进，B正确；克隆技术并没有完全成熟，大多数克隆动物还存在一些遗传和生理缺陷类的健康问题，C正确；克隆动物和转基因动物食品的安全性问题仍然存有争议，D正确。
体细胞核移植技术过程分析
[知识归纳]
1．原理
细胞核的全能性。
2．过程
(1)选取MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞的原因：①卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。②卵母细胞体积大，便于操作。③卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。
(2)细胞融合时常常采用电融合法促进细胞融合，有利于供体细胞核进入卵母细胞中。
(3)重构胚是人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。重构胚构建完成后，用物理或化学方法激活，使其完成细胞分裂和发育进程。
(4)克隆动物的特点分析：
①遗传物质来源分析：
克隆动物的遗传物质绝大部分来自供体细胞核，一小部分来自受体卵母细胞的细胞质。
②性状来源分析：
克隆动物的性状很像提供细胞核遗传物质的供体，有点像提供细胞质遗传物质的受体，除此之外，性状的表现还受环境影响。
结合教材P53体细胞核移植的流程图，探讨以下问题：
(1)受体细胞去核的原因是什么？去核的方法有哪些？
(2)体细胞核移植技术能否选择生殖细胞的细胞核呢？
(3)克隆动物的亲本有几个？其性状与哪个亲本相同呢？
提示：(1)受体细胞去核的原因是为了保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。目前普遍使用的方法是显微操作法去核，还可采用梯度离心、紫外光短时间照射法、化学物质处理法等。(2)不能。因为生殖细胞与正常体细胞相比，遗传物质是减半的。(3)克隆动物的亲本有三个，分别是体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体、代孕母体。克隆动物的性别、绝大多数性状与供核体相同，部分性状与卵母细胞供体相同，与代孕母体没有直接关系。
【规律总结】动物体细胞核移植类试题
(1)核移植技术形成的重构胚能够发育成一个新个体，体现了动物体细胞的细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。
(2)利用核移植技术得到的克隆动物的过程属于无性生殖。
(3)动物体细胞核移植产生的新个体，其亲本有三个：体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体、代孕母体。
①核移植过程中细胞核只来源于体细胞核供体，故新个体的细胞核基因、基因型与体细胞核供体的完全相同。
②卵母细胞的细胞质中也有少量的DNA，因此新个体的性状与卵母细胞细胞质供体有一些地方相同。
③代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体的性状与代孕母体没有直接关系。
素养达成：本重难点通过学习动物体细胞核移植的过程，培养“科学思维”“科学探究”素养。
[对点精练]
1．如图表示核移植与克隆动物的相关图解，有关叙述错误的是 (　　)
A．用于核移植的供体细胞①一般选用具有优良性状的动物体细胞
B．图示过程说明高度分化的动物细胞仍具有发育的全能性
C．采集的卵母细胞培养到的②时期表示MⅡ期
D．动物细胞培养过程中添加5%CO2的目的是维持培养液的pH
【答案】B
【解析】用于核移植的供体细胞一般选用具有优良性状的动物体细胞，原因是核移植产生的克隆动物的性状几乎和提供细胞核的动物个体完全相同，A正确；供体细胞核移入去核卵母细胞中，能发育成克隆动物，这只能说明分化动物细胞的细胞核具有全能性，B错误；采集的卵母细胞培养到的②时期表示MⅡ期，才能使融合细胞更容易表达其全能性，C正确；动物细胞培养过程中需要在95%空气＋5%CO2环境中培养，其中添加5%CO2的目的就是维持培养液的pH，D正确。
2．将雄羊一个体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最终发育为动物个体。下列有关该过程的叙述，错误的是 (　　)
A．通过该过程获得动物个体的繁殖方式属于无性生殖
B．该动物个体的遗传物质与提供核的雄性羊基本相同
C．导入去核卵母细胞的主要原因是卵母细胞大容易操作
D．该过程涉及的技术有动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等
【答案】C
【解析】克隆羊的培育未经过精卵结合，属于无性生殖，A正确；克隆羊的遗传物质，细胞核部分来自雄羊，细胞质部分来自雌羊，因此其遗传物质与提供核的雄性羊基本相同，B正确；导入去核卵母细胞的主要原因是卵母细胞中含有促进细胞核中基因表达的物质，C错误；该过程涉及的技术有动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等，D正确。
易错易混1：克隆的不同层次的理解
克隆是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的遗传特性相同的DNA分子、细胞或者个体，其含义就是复制或拷贝的意思，克隆在不同层次均有体现：
(1)个体水平的克隆：利用体细胞核移植技术获得克隆动物；利用植物组织培养技术获得新植株。
(2)器官水平的克隆：利用干细胞培育出新器官。
(3)细胞水平的克隆：利用动物细胞培养技术获得大量的动物细胞。
(4)分子水平的克隆：利用DNA复制的原理获得大量的DNA。
例1　下列说法不属于克隆的是 (　　)
A．通过动物细胞培养得到相应的细胞
B．利用核移植技术培育出克隆绵羊
C．利用植物体细胞杂交技术培育出杂种植株
D．利用胡萝卜茎尖组织经植物组织培养得到脱毒苗
【答案】C
【解析】通过动物细胞培养得到相应的细胞属于细胞水平的克隆，A属于克隆；利用核移植技术培育出克隆绵羊属于个体水平的克隆，B属于克隆；利用植物体细胞杂交技术培育出杂种植株产生的不是复制品，C不属于克隆；利用植物组织培养获得脱毒苗，属于个体水平的克隆，D属于克隆。
错因分析：此题错误的原因主要是对克隆的含义理解不到位，克隆的含义就是对亲代的复制或拷贝；其次没有掌握不同层次的克隆。
易错易混2：动物细胞培养与动物体细胞核移植
项目 动物细胞培养 动物体细胞核移植
原理 细胞增殖 动物体细胞核的全能性
目的 获得细胞或细胞产物 克隆动物
项目 动物细胞培养 动物体细胞核移植
应用 人造皮肤的构建；动物分泌蛋白的规模化生产；干细胞的培养；单克隆抗体制备等 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；作为异种移植的供体；转基因克隆动物作为反应器，生产珍贵的医用蛋白；保护濒危物种，增加存活数量等
例2　下列关于动物细胞培养和核移植技术的叙述，正确的是(　　)
A．动物细胞培养可以获得许多克隆细胞，核移植技术可以获得克隆动物
B．动物细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞呼吸
C．体细胞核移植的过程中可通过基因枪法去除卵母细胞中的核
D．动物细胞培养的原理是细胞增殖，动物体细胞核移植获得克隆动物所依据的原理是动物细胞具有全能性
【答案】A
【解析】动物细胞培养技术是细胞水平上的克隆，可以获得许多的克隆动物，核移植技术是使个体水平上的克隆，可以获得克隆动物，A正确；动物细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是维持培养液中的pH，B错误；体细胞核移植的过程中可通过显微操作的方法去除卵母细胞的细胞核，C错误；动物细胞培养的原理是细胞增殖，动物体细胞核移植获得克隆动物所依据的原理是动物细胞核具有全能性，D错误。
错因分析：一是对动物细胞培养与核移植技术的结果区别理解不透，动物细胞培养是细胞水平的克隆，可以获得许多克隆细胞，核移植技术是个体水平的克隆，可以获得克隆动物；二是对动物细胞培养的条件及原因分析掌握不到位；三是对动物体细胞核移植技术的过程掌握不熟练；四是对动物细胞培养和核移植技术的应用原理区分不到位。
解题技巧：细胞核移植流程图类试题的解题方法
例3　下图为克隆猴的流程示意图。请回答下列问题：
(1)我国克隆猴利用的是猴胎儿成纤维细胞，该细胞是一已分化的体细胞，从理论上分析，它具有细胞的全能性，这是因为______________ ______________。
(2)克隆猴时需要进行“去核”操作，即去掉卵母细胞的细胞核。先在体外培养卵母细胞让其分裂，一般选择__________的细胞进行去核操作；然后进行“核移植”，即将体细胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞，此时采用的技术是__________________；得到的重组细胞再进行人工激活使其分裂形成胚胎。
(3)科学家将79枚克隆胚胎移植入21只代孕母猴中，最终只有两只母猴正常怀孕产下“中中”和“华华”，他俩的性别是否一致？_______ _____；原因是_______________________________。
(4)克隆动物有很多优点：①可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；②__________________________。
(5)灵长类生物克隆成功是克隆技术的重大突破，在该技术应用方面，应注意哪些潜在的风险？________________________。
【答案】(1)成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因
(2)MⅡ期　显微注射技术
(3)是　“中中”“华华”的细胞核中遗传物质一样，是经过有丝分裂形成的
(4)②可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病)
(5)避免进一步扩大到对灵长类或者人的体细胞克隆，引发伦理问题
审题流程：
第一步　观察流程图，了解核移植技术的实验步骤
通过观察流程图，概括出核移植的步骤包括体细胞的培养、卵母细胞的采集、将体细胞核移植到去核卵母细胞中，获得重组细胞、激活重组细胞，发育成早期胚胎、胚胎移植。
第二步　对接教材相关知识，迁移应用
流程图中表示的是体细胞核移植技术，对接教材“动物体细胞核移植技术和克隆动物”一节，把教材中体细胞核移植技术的过程、相关步骤的操作及克隆动物性状的分析等知识点进行迁移运用。
第三步　结合小题，逐个突破
(1)由于成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因，因此成纤维细胞具有全能性。
(2)去核操作一般选择MⅡ期的卵母细胞。体细胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞的方法是显微注射技术。
(3)79枚克隆胚胎为有丝分裂而来，其细胞核遗传物质一致，即“中中”“华华”的细胞核中遗传物质一样，因此“中中”和“华华”的性别一致。
(4)克隆动物的优点：①可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。②可以增加濒危物种的存活数量。③可以建立实验动物模型研究人类疾病等。
(5)克隆技术潜在的风险：避免进一步扩大到对灵长类或者人的体细胞克隆，引发伦理问题。
细胞核移植流程类试题的解题方法小结：
1．观察流程图，了解实验步骤。
2．对接教材，分析每个实验步骤的操作方法、注意事项。
3．结合小题，逐个突破。
小练·素养达成
1．下列关于体细胞克隆的叙述中，错误的是 (　　)
A．供体为体细胞的细胞核
B．受体为去核卵母细胞的细胞质
C．细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
D．克隆出的后代与供体的遗传物质和表型完全一致
【答案】D
【解析】体细胞克隆是通过体细胞核移植技术实现的，供体为体细胞的细胞核，受体为去核卵母细胞的细胞质，A、B正确；细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤，它决定这体细胞克隆的成败，C正确；克隆出的后代与供体的遗传物质和表型不完全一致，因为供体只提供了核基因，而细胞质基因来源于另一个生物，同时表型除受基因控制外，还受外界环境因素的影响，D错误。
2．克隆羊“多莉”的培育成功证明了 (　　)
A．动物细胞的再生能力 B．动物细胞的分化能力
C．动物细胞的全能性 D．动物细胞核的全能性
【答案】D
【解析】高度分化的动物细胞，从整个细胞来说，它的全能性受到限制，但它的细胞核仍保持着全能性，因为细胞核内含有保持物种遗传性状所需要的全套遗传物质。“多莉”羊就是用乳腺细胞的细胞核与去核卵细胞重组形成的一个细胞发育而成的，这证明动物细胞的细胞核具有全能性，D正确。
3．一只羊的卵细胞被另一只羊的体细胞核移植后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下了一只羊羔，这种克隆技术具有多种用途，但是不能 (　　)
A．有选择地繁殖某一性别的家畜
B．繁殖家畜中的优秀个体
C．用于保存物种
D．改变动物的基因型
【答案】D
【解析】目前的克隆技术是将动物的一个细胞的细胞核植入一个去核的卵细胞，经过试管培养一段时间后，再移入另一个体的子宫内发育、分娩的技术。通过该技术能够保持亲本的优良性状，保持性别不变，也能够用于保存物种，但不能改变动物的基因型，A、B、C正确，D错误。
4．2018年，中国科学家率先成功地应用体细胞核移植技术获得两只克隆猴——“中中”和“华华”，在国际上首次实现了非人灵长类动物的体细胞克隆。下列相关说法正确的是 (　　)
A．去核的卵母细胞与供体细胞融合成重组细胞，需要激活使其完成细胞分裂和发育过程
B．中中和华华的培育原理是供体体细胞含有本物种的全部基因
C．体细胞核移植难度大于胚胎细胞核移植的原因是体细胞分化程度低
D．中中和华华以及克隆羊多莉的培育都克服了远缘杂交不亲和的障碍
【答案】A
【解析】去核的卵母细胞与供体细胞融合成重组细胞，需要激活使其完成细胞分裂和发育过程，A正确；“中中”和“华华”和供体猕猴的细胞核遗传物质相同，但细胞质中的遗传物质来源于去核的卵母细胞，B错误；体细胞分化程度大于胚胎细胞，用体细胞核移植的技术难度大于胚胎细胞核移植，C错误；中中和华华以及克隆羊多莉的培育都是核移植，属于无性繁殖，没有克服远缘杂交不亲和的障碍，D错误。
5．“中中”和“华华”是两只在我国出生的克隆猕猴，它们也是国际上首例利用体细胞克隆技术获得的非人灵长类动物。如图表示培育“中中”和“华华”的流程。下列相关叙述正确的是 (　　)
A．图示过程中利用的技术有核移植和干细胞移植技术等
B．这两只克隆猕猴不是由同一受精卵发育而成的双胞胎
C．融合细胞的培养过程需要无菌无毒的环境和营养等条件
D．利用A猴的胚胎干细胞核移植获得克隆猕猴的难度要大些
【答案】C
【解析】据图可知：“中中”和“华华”形成过程中利用的核心技术是核移植，但没有用到干细胞移植技术，A错误；“中中”和“华华”两只猕猴是通过核移植、胚胎移植产生的，没有用到受精卵，B错误；融合细胞的培养过程需要无菌无毒的环境和营养、适宜的温度和适宜的pH、气体环境等条件，C正确；由于胚胎干细胞的分化程度低，恢复其全能性相对容易，而体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，所以利用A猴的胚胎干细胞核移植获得克隆猕猴的难度要小些，D错误。