生物人教版（2019）选择性必修3-2.2.3动物体细胞核移植技术和克隆技术（课件共38张ppt)

(共38张PPT)
温故知新
①为什么不直接选用特定的浆细胞直接去培养？
_______________________________________________________。
②相应的B细胞是从小鼠的 内提取，骨髓瘤细胞是从小鼠的 中提取。
浆细胞已经高度分化，不能在分裂
脾脏
骨髓
③杂交瘤细胞的特点是__________________________________________
④细胞融合后需经两次筛选。
第一次筛选的目的是_____________________________________；
第二次筛选的目的是______________________________________。
⑤单克隆抗体的优点：____________________________________
⑥筛选获得的杂交瘤细胞可在 条件下做大规模培养，也可以注射到小鼠的 内增殖，这样就可以从 中或小鼠的 中提取出大量的单克隆抗体
筛选得到杂交瘤细胞（多种）
筛选得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞群
特异性强，灵敏度高，并可大量制备
体外
腹腔
培养液
腹水
既能迅速大量繁殖，又能产生单一的特异性抗体。
2.23动物体细胞核移植技术和克隆动物
“(悟空)拔一把毫毛，丢在口里嚼碎，望空喷去，叫一声变！即变作三二百个小猴，周围攒簇。”
毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？
2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实，他们利用体细胞核移植技术成功克隆出两只猕猴“中中”和“华华”。最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。
1.定义
动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
动物细胞核移植技术
2.原理
动物细胞核的全能性
整个细胞随分化程度的提高，分化潜能逐渐减弱，全能性受到限制。
3.分类
①胚胎细胞核移植
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
②体细胞核移植
分化程度低，表现全能性容易
分化程度高，表现全能性困难
4.生殖方式
无性生殖
因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植
如：多莉羊
为什么非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难？
①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状态，导致胚胎发育率低。
②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
思考讨论
非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物。
我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。
问题：为什么要进行克隆猴的研究？
答：研发新药时，进行药物的筛选。
问题：用克隆鼠、兔等不能进行药物筛选吗？
答：鼠和兔等哺乳动物与人类的亲缘关系比较远，用它们筛选出来的药物对人类的效果不好甚至没有作用。
问题：用自然界的猴进行药物筛选不可以吗？为什么一定要克隆猴进行药物筛选？
答：①自然界的猴繁殖慢，②自然界的猴基因型不同，会干扰实验结果。③有时用转基因猴进行药物筛选效果更好
体细胞核移植的过程——以体细胞克隆牛为例
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛(供体)
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养
通过显微操作去核
将供体细胞注射入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚胎
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
1.选择MⅡ中期的卵母细胞的原因
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期
①卵母细胞的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.供体细胞的选择和培养
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养
一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。
高产奶牛(供体)
3.卵母细胞去核
（1）卵母细胞去核的原因是什么？
保证克隆动物的遗传物质最大限度来自优良供体。
（2）卵母细胞去核的方法
显微操作去核法
使DNA变性失活，达到去核的目的。没有刺破卵母细胞膜对卵母细胞伤害小。
梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理
通过显微操作去核
(3)“去核”去的是什么？
纺锤体-染色体复合物
4.供体核移植到去核卵母细胞
将供体细胞注射入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚胎
重构胚胎：人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。
将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：
对卵母细胞损伤较小；
保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。
5.重构胚胎的激活、胚胎移植
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚胎，使其完成细胞分裂和发育进程。
6.分娩获得克隆动物
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
新生个体的细胞质基因一部分来自去核卵母细胞，
一般分来自供体细胞。
克隆动物不是核供体动物100%复制的原因是什么？
①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质
②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境等因素的影响
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
思考讨论
采集卵母细胞，
体外培养至MⅡ期
高产奶牛（供体）
取体细胞培养
将供体细胞注入去核卵母细胞
显微操作去核
通过电融合使细胞融合，形成重构胚
用物理或化学方法（电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
胚胎植入受体（代孕）
生出遗传性状与供体基本一致的奶牛
正常排出的卵子即处于MⅡ期，此时卵母细胞已发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。
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去核或使其中的DNA变性。
将供体细胞直接注入去核卵母细胞能够（降低去核操作可能导致的破坏）提高成功率，且操作简便。
重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。
新生个体的细胞质基因一部分来自去核卵母细胞，一般分来自供体细胞。
取供体细胞
采集卵母细胞
细胞 培养
供体细胞
培 养
MⅡ期卵母细胞
去核卵母细胞
去 核
注入
细胞融合
重构胚胎
早期胚胎
激活发育
移入
受体(代孕母体)
分娩
克隆动物
总结
动物细胞培养
动物细胞核移植
胚胎移植
早期胚胎培养
早期胚胎培养
动物细胞培养
胚胎移植
动物细胞融合
重构胚
早期胚胎
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
去核的卵母细胞
供体细胞培养
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过显微操作去核
高产奶牛（供体）
从供体身体的某一部位（如耳）上取体细胞
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
动物细胞核移植
1.该过程中应用到的技术
______________
______________
______________
______________
动物细胞核移植
动物细胞培养
早期胚胎培养
胚胎移植
知识点总结
动物细胞融合
2.采集的卵母细胞应培养至
______________________
3.选择MⅡ期卵母细胞的原因
①_________________________
_________________________
②_________________________
4.卵母细胞去核的方法
_________________
5.“去核”去的是什么？
__________________________
MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）
含有促进细胞核表现全能性的物质和营养条件
细胞体积大，易于操作
显微操作（去核）法
去除的为纺锤体-染色体复合物
*去核时，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管一般一并吸出第一极体
6.去核的原因
__________________________
__________________________
7.供体细胞注入卵母细胞的优点
_________________________
8.诱导融合的方法
9.融合的结果
10.重构胚概念
__________________________
使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物
对卵母细胞损伤较小
*直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
电融合法
供体核进入卵母细胞，形成重构胚
人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力
11.激活重构胚的方法
①物理方法
_______________________
②化学方法
_______________________
12.以上方法处理重构胚的目的
_________________________
_________________________
13.该技术证明
__________________________
__________________________
电刺激
Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂
激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
证明了动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性
1.在讲体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须对卵母细胞进行去核操作？
有关体细胞核移植的问题
为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。
2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞动物进行了100%的复制吗？为什么？
①克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核，但线粒体中的DNA（细胞质中的DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞；
②环境也会影响克隆动物的性状，其环境与供体不完全相同；
③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。
3.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。
①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。
3.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。
②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一些，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。
3.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。
③体细胞核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。
应用前景
加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
快速、大量“复制”优良家 畜, 加速品种改良。传统的杂交育种存在费时、费力、成功率低的弊端, 要得到一个优良品种往往要耗费几十年时间, 且对于牛这样 的单胎动物还会遇到很大的困难。
①畜牧生产方面
乳腺生物反应器
通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。
②医药卫生方面
③治疗人类疾病方面
a.转基因克隆动物的细胞、组织和器官用于异种器官移植
b.以患者为供体培育的人核移植胚胎
干细胞，经过诱导分化能形成相应的
细胞、组织或器官，将它们移植给患
者可以避免发生免疫排斥反应。
治疗性克隆
治疗性克隆与iPS细胞治疗
病人
取核
去核卵母细胞
重构胚胎
各种细胞组织或器官
诱导
取出
体细胞
核移植
移植
成纤维细胞
取出
转入相关因子
iPS细胞
各种细胞组织或器官
胚胎干细胞
取出
诱导
移植
治疗性克隆
iPS细胞治疗
细胞发生转化
④科学研究方面
a.研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程
b.克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因
c.克隆特定疾病模型的动物，为研究该疾病的致病机理和开发相应药物提供帮助。
⑤保护濒危物种方面
通过克隆技术，增加濒危物种的存活数量。
可以快速繁育濒危野生动物, 尤其是近年来发展起来的异种核移植技术, 可使操作不受受体来源的限制, 有望解决大熊猫等珍贵野生动物的保护问题。
黑草黄弄蝶
白鳍豚
金丝猴
存在问题
(1)成功率非常低
在进行克隆羊多莉的实验中，科学家当时一共培育了277个胚胎，最后只有多利成功出生。体细胞克隆技术的低成功率，一直到现在也没有明显改善。
克隆技术各个环节有待于进一步改进，相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后。
(2)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、脏器缺陷和免疫失调等。
克隆羊多莉没过多久(6岁半)就产生了严重的疾病，由于病情来得实在太突然，难以救治，最终在2003年不得不将多利羊进行安乐死。按照普通绵羊的正常寿命为12岁来算的话，这只克隆羊还是比较年轻的，
存在问题
一、概念检测
1.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 .将野驴的基因导人家驴的受精卵中，培域植育出新个体
B .将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体
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
D
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。
C
据图分析下列叙述错误的是( )
A.该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作
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
二、拓展应用
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？
是否赞成克隆大熊猫。只要言之有理。就应该予以支持。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。
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。
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。