2.2 课时3 动物细胞工程 课件(共24张PPT) 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 2.2 课时3 动物细胞工程 课件(共24张PPT) 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-01-16 22:02:21 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
动物细胞工程
第三课时
第2节
人教版 选择性必修3
1.能阐明动物细胞核移植技术的定义。
2.能阐述动物体细胞核移植的基本过程。
3.能说出体细胞核移植技术的应用前景及面临的问题。
2024/1/15
“（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。”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？
2017年，我国科学家通过动物细胞核移植技术首次培育了体细胞克隆猴。
为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？
克隆（Clone）技术：
在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即分子克隆、细胞克隆、个体克隆。
是一个很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。
单克隆抗体技术、
PCR技术
动物细胞培养技术
植物细胞培养技术
植物组织培养技术
核移植技术
2024/1/15
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。
动物体细胞核移植技术
动物细胞核的全能性。
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
新胚胎
克隆动物
发育
发育
2.原理：
动物细胞核的全能性
3.生殖方式：
无性生殖
1.概念：
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
1.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。
4.哺乳动物核移植分类：
种类 难易程度 原因
相对容易
十分困难
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
分化程度低，全能性容易表现
分化程度高，全能性难表现
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。
2024/1/15
卵母细胞
C母猴子宫
B母猴
A母猴
成纤维细胞
细胞质
细胞核
早期胚胎
“中中”“华华”
分娩
发育
重组细胞
妊娠
（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功能状态，这导致了胚胎发育率低。
（2）对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
注意：克隆动物属于无性繁殖，遗传物质主要来自于A，一小部分来自于B，与C无关。证明了动物细胞核具有全能性，卵母细胞的细胞质有助于体细胞核的全能性表达。
5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因：
2024/1/15
体细胞核移植的过程
卵母细胞选择
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卵母细胞体积大，易操作
②卵黄多，营养物质丰富。
1.为何选用卵母细胞？
2.为何要培养到MⅡ期？
含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件
正常排出的卵子即处于MⅡ期
供体细胞的选择和培养
高产奶牛(供体)
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。
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。
卵母细胞去核
通过显微操作去核
实际上是去除纺锤体-染色体复合物
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
梯度离心
紫外光短时间照射
化学物质处理
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。
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。
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。
直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
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。
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。
重构胚
早期胚胎
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
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
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
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
2024/1/15
（1）选择卵母细胞的要求：采集的卵母细胞应培养至MⅡ中期（减数分裂Ⅱ中期）。
（2）选择MⅡ中期卵母细胞的原因：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。
（3）卵母细胞去核：方法为显微操作（去核）法。通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
1.相关要点
（4）将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：保证供核不被破坏，操作也更方便。
（5）诱导细胞融合的方法：电融合法，形成重构胚。
（6）激活重构胚的方法：物理（电刺激）或化学（Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）方法。
（7）克隆动物的培养并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育。
2024/1/15
2.有关体细胞核移植的问题
1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？
2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
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。
克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体 (核供体)动物的细胞核，但其细胞核外的DNA即线粒体中的DNA同时来自核供体细胞和受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但由于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，所以从这一角度看，克隆动物也不是对核供体动物进行100%的复制。
2024/1/15
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。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。
1.应用前景：
（1）畜牧生产：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
（2）医药卫生：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。
（3）治疗人类疾病：
①转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体；
②以患者作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，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。
（4）科研：
①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；
②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；
③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（5）保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量。
2024/1/15
2.存在的问题：
（1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。
（2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。
（3）绝大多数克隆动物存在健康问题，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。
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( )
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
C
2024/1/15
动物细胞工程
第三课时
第2节
人教版 选择性必修3
1.能阐明动物细胞核移植技术的定义。
2.能阐述动物体细胞核移植的基本过程。
3.能说出体细胞核移植技术的应用前景及面临的问题。
2024/1/15
“（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。”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？
2017年，我国科学家通过动物细胞核移植技术首次培育了体细胞克隆猴。
为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？
克隆（Clone）技术：
在生物学上包含分子、细胞、个体3个层次，即分子克隆、细胞克隆、个体克隆。
是一个很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。
单克隆抗体技术、
PCR技术
动物细胞培养技术
植物细胞培养技术
植物组织培养技术
核移植技术
2024/1/15
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。
动物体细胞核移植技术
动物细胞核的全能性。
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
新胚胎
克隆动物
发育
发育
2.原理：
动物细胞核的全能性
3.生殖方式：
无性生殖
1.概念：
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
1.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。
4.哺乳动物核移植分类：
种类 难易程度 原因
相对容易
十分困难
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
分化程度低，全能性容易表现
分化程度高，全能性难表现
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。
2024/1/15
卵母细胞
C母猴子宫
B母猴
A母猴
成纤维细胞
细胞质
细胞核
早期胚胎
“中中”“华华”
分娩
发育
重组细胞
妊娠
（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功能状态，这导致了胚胎发育率低。
（2）对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
注意：克隆动物属于无性繁殖，遗传物质主要来自于A，一小部分来自于B，与C无关。证明了动物细胞核具有全能性，卵母细胞的细胞质有助于体细胞核的全能性表达。
5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因：
2024/1/15
体细胞核移植的过程
卵母细胞选择
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卵母细胞体积大，易操作
②卵黄多，营养物质丰富。
1.为何选用卵母细胞？
2.为何要培养到MⅡ期？
含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件
正常排出的卵子即处于MⅡ期
供体细胞的选择和培养
高产奶牛(供体)
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。
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。
卵母细胞去核
通过显微操作去核
实际上是去除纺锤体-染色体复合物
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
梯度离心
紫外光短时间照射
化学物质处理
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。
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。
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。
直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
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。
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。
重构胚
早期胚胎
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
高产奶牛（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
从供体身体某一部位上取体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
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
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
2024/1/15
（1）选择卵母细胞的要求：采集的卵母细胞应培养至MⅡ中期（减数分裂Ⅱ中期）。
（2）选择MⅡ中期卵母细胞的原因：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。
（3）卵母细胞去核：方法为显微操作（去核）法。通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
1.相关要点
（4）将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：保证供核不被破坏，操作也更方便。
（5）诱导细胞融合的方法：电融合法，形成重构胚。
（6）激活重构胚的方法：物理（电刺激）或化学（Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）方法。
（7）克隆动物的培养并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育。
2024/1/15
2.有关体细胞核移植的问题
1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？
2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
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。
克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体 (核供体)动物的细胞核，但其细胞核外的DNA即线粒体中的DNA同时来自核供体细胞和受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但由于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，所以从这一角度看，克隆动物也不是对核供体动物进行100%的复制。
2024/1/15
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。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。
1.应用前景：
（1）畜牧生产：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
（2）医药卫生：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。
（3）治疗人类疾病：
①转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体；
②以患者作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，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。
（4）科研：
①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；
②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；
③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（5）保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量。
2024/1/15
2.存在的问题：
（1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。
（2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。
（3）绝大多数克隆动物存在健康问题，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。
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( )
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
C
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