(共76张PPT)
三 动物体细胞核移植技术和
克隆动物
必备知识·素养奠基
一、动物细胞核移植技术
1.概念:
(1)供体:动物的一个细胞的_______。
(2)受体:去掉细胞核的_________。
(3)结果:形成_______________并发育成新胚胎,继而发育成动物个体。
细胞核
卵母细胞
重新组合的细胞
2.分类:
种类
难易程度
原因
胚胎细胞核移植
_______
分化程度___,全能性容易表现
体细胞核移植
较难
分化程度___,全能性难表现
较容易
低
高
二、体细胞核移植的过程
填一填:基于体细胞核移植的过程,完成下列问题:
(1)过程A为采集_____细胞,该细胞在体外需要培养到____期。
(2)过程B为显微操作去核的过程,过程C为将供体细胞注入___________细胞。
(3)过程D为选取供体高产奶牛的_______培养。
(4)过程E为通过_______法,形成重构胚的过程。
(5)过程F用___________方法激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程。
(6)G产生的犊牛与_________遗传物质基本相同。
卵母
MⅡ
去核的卵母
体细胞
电融合
物理或化学
供体奶牛
【激疑】体细胞核移植技术培养的克隆动物是对细胞核供体动物进行了100%的复制吗?为什么?
提示:不是。因为克隆动物的遗传物质并不全部来自细胞核供体动物,细胞核DNA来自供体动物,但是细胞质中DNA来自卵母细胞,也控制生物的一些性状。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
1.核移植技术的应用:
(1)畜牧业:加速家畜遗传改良进程,促进_____________。
(2)医药卫生:通过建立转基因体细胞系,再利用体细胞核移植技术培育的转基
因克隆动物可以作为___________,生产许多珍贵的_________。
(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_________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_________反应。
优良畜群繁育
生物反应器
医用蛋白
异种移植
免疫排斥
③研究克隆动物可使人类更深入地了解_______________过程。
④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_________。
⑤克隆特定疾病模型的动物,还能为研究该疾病的_________和开发相应的药物
提供帮助。
(4)保护濒危物种:该技术有望增加濒危物种的_________。
胚胎发育及衰老
致病基因
致病机制
存活数量
2.存在问题:
(1)成功率仍然非常低,各个技术环节也有待进一步改进。
(2)相对于技术研究,核移植的_________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)一些研究者指出,绝大多数克隆动物存在_________,许多克隆动物表现出
___________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。
理论研究
健康问题
遗传和生理
关键能力·素养形成
动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.核移植操作过程解读:
(1)原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体。用体细胞核移植技术能够得到克隆动物,说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
(2)受体细胞:MⅡ期的卵母细胞。选用该细胞的原因:
①卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表现的物质。
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。
(3)注入去核的卵母细胞:
①细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核,而是整个细胞,伴随着两细胞融合,体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。?
②核移植时,一般先用电融合法使供体和受体细胞融合,再用物理或化学方法激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。
(4)涉及的生物技术:动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中,核移植是核心技术。
2.克隆动物的遗传特点:
克隆动物的亲本有3个,即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。
(1)体细胞核供体:克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体,克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。
(2)卵母细胞细胞质供体:克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞,克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。
(3)代孕母体:没有为克隆动物提供遗传物质,克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。
【特别提醒】
动物核移植的两点警示
(1)动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,因为胚胎干细胞的全能性比体细胞大,所以胚胎细胞核移植更容易实现。
(2)克隆属于无性生殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
【素养案例】
(2018·全国卷Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题:
(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指____________
__________________________。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目__________(填“减半”“加倍”或“不变”)。?
(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度__________(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是______________________________________________。?
(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目__________(填“相同”或“不相同”),性染色体组合__________(填“相同”或“不相同”)。
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】(1)核移植是指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,这个胚胎最后发育为动物个体;通过核移植方法获得的克隆猴的细胞核来自供体,因此克隆猴体细胞的染色体数目和核供体一致。
(2)胚胎细胞核移植的难度小于体细胞核移植,原因是动物胚胎细胞分化程度低,表现其全能性相对容易。
(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞染色体中的常染色体相同,性染色体前者是XX,后者是XY,因此分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目相同,性染色体组合不相同。
答案:(1)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 不变
(2)小于 胚胎细胞分化程度低,表现全能性相对容易
(3)相同 不相同
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——批判性思维
有同学认为克隆猴“中中”和“华华”的供体细胞核来自同一个体,它们的染色体及基因是相同的,所以它们的遗传性状一定相同。你认为这种说法科学吗?说出你的理由。
提示:不科学。原因有两个:①它们的细胞核来源相同,但是它们的细胞质来源不同,细胞质中也含有基因,控制的性状不相同;②生物的性状除了受基因控制外,还受到环境的影响。
(2)社会责任——正确的伦理道德
某位研究人员声称,可以使用克隆技术先克隆一个胚胎,然后从胚胎获取器官用于器官移植。你认为这一做法可行吗?为什么?
提示:这种做法不可行,杀死胚胎获取器官违背人类的伦理道德。
【素养·迁移】
科学家培育克隆羊时,使用了3种细胞核的供体细胞,分别将这些细胞核移入去核卵母细胞中,形成重组细胞,发育成重组胚胎,这些重组胚胎的发育情况如表所示。据此分析不正确的是
( )
细胞核供体细胞的类型
妊娠数/受体母羊数
乳腺上皮细胞
1/13
胚胎成纤维细胞
4/10
早期胚胎细胞
14/27
A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高
B.克隆羊的遗传信息与细胞核的供体细胞完全相同
C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植
D.重组细胞的发育与去核卵母细胞的细胞质有关
【解析】选B。分析表格数据可知,早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高,A正确;克隆羊的培育用到了核移植、胚胎移植技术,克隆羊细胞核的遗传信息来自细胞核的供体,细胞质的遗传信息来自去核卵母细胞,B错误;对比表格中的数据可知,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植,C正确;核移植中作为受体细胞的都是卵母细胞,可见重组细胞发育与去核卵母细胞的细胞质有关,D正确。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.利用体细胞核移植技术可以用来克隆动物,我国已经成功克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物,下列有关体细胞核移植技术的描述合理的是______?
①体细胞核移植技术属于无性繁殖。
②克隆动物的性状主要与提供体细胞核的个体有关,与提供卵母细胞的个体基本无关。
③绝大多数克隆动物存在很多健康问题,因此核移植技术没有什么应用前景。
④核移植技术中融合细胞常用的方法是电融合法。
⑤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。
【解析】选①②④。通过体细胞核移植技术克隆动物属于无性繁殖,①正确;克隆动物的遗传物质主要来自提供体细胞核的个体,因此其性状主要与提供体细胞核的个体有关,②正确;绝大多数克隆动物存在很多健康问题,但是核移植技术在医药、治疗疾病等方面有很重要的作用,③错误;核移植技术中融合细胞常用的方法是电融合法,④正确;体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功,但是成功率依然很低,⑤错误。
2.(2020·天津等级考)在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的
( )
A.卵原细胞
B.初级卵母细胞
C.次级卵母细胞
D.卵细胞
【解析】选C。本题主要考查胚胎工程。在哺乳动物的受精过程中,获能的精子与处于减数第二次分裂中期的卵母细胞结合,形成受精卵。在克隆哺乳动物过程中,作为核移植受体的细胞是处于减数第二次分裂中期的卵母细胞,应为次级卵母细胞。
3.韩国某生物技术公司帮助宠物爱好者“复活”死去的爱犬,他们从狗的遗体细胞中获取核DNA移植到去核的卵母细胞中,再将进一步发育成的胚胎移植到母狗体内。该“复活”技术的生物学原理是
( )
A.细胞核的全能性
B.细胞具有全能性
C.有性生殖
D.受精作用
【解析】选A。根据题干信息分析可知,该项技术是核移植,依据的生物学原理是动物细胞核的全能性。
4.在进行核移植时,通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中,下列有关叙述错误的是
( )
A.体细胞太小因而去除细胞核较困难
B.细胞质中遗传物质少因而对遗传的影响很小
C.直接将体细胞注入卵母细胞中简化了操作程序
D.体细胞的核离开了原来的细胞质将不能存活
【解析】选D。体细胞太小因而去除细胞核较困难,因此可将整个体细胞注入去核卵母细胞中,A正确;DNA主要位于细胞核中,细胞质中遗传物质少,因而对遗传的影响很小,B正确;将整个体细胞注入去核卵母细胞中,简化了操作程序,C正确;体细胞的核离开了原来的细胞质,注入去核的卵母细胞依然能存活,D错误。
5.如图是某克隆羊的培育过程模式图,获得该克隆羊的生殖方式和其发育成熟后所分泌的主要性激素分别是
( )
A.无性生殖;雄性激素
B.无性生殖;雌性激素
C.有性生殖;雄性激素
D.有性生殖;雌性激素
【解析】选A。克隆羊的产生属于无性生殖;由于此过程是雄性羊供核,得到的克隆羊为雄性,其分泌的性激素主要是雄性激素。
【思维·跃迁】
6.从母羊甲的体细胞中取出细胞核,移植入母羊乙的去核卵母细胞中,融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎,再植入另一只母羊丙的子宫内,下列有关说法正确的是
( )
A.生出小羊的性状与甲羊完全相同
B.一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同
C.生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定,所以该过程为有性生殖
D.生出小羊的性状由甲、乙、丙3个亲本的基因型与环境共同决定
【解析】选B。核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖,遗传物质中甲羊的和乙羊的都有,因此认为生出的小羊性状完全与甲羊相同是不正确的,应是小羊的主要性状与甲羊相同,核基因型一般与甲羊完全相同。
【拓展·探究】
7.我国科学家经过多年的反复实验,攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍,最终培育出了克隆猴“中中”和“华华”。如图为克隆猴的流程图,请结合图回答问题。
(1)下列关于克隆猴的技术的说法中,不正确是
( )
A.从母猴体内取出的卵母细胞要培养到MⅡ期才可以进行去核操作
B.可以采用物理或化学的方法激活融合后的重构胚
C.克隆猴“中中”和“华华”的性别是雄性
D.“中中”和“华华”的性状与甲猴相同,与乙猴和丙猴无关
(2)体细胞克隆猴的另外一个难点是克隆胚胎发育差,科学家发现胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关。在重构胚激活的过程中通常注入KDM4d的mRNA。由此推测,KDM4d的mRNA翻译产生的酶的作用是什么?
【解析】(1)从母猴体内取出的卵母细胞要培养到MⅡ期才可以进行去核操作,A正确;重构胚需要用物理(电刺激)或化学(Ca2+载体、乙醇和蛋白酶)方法进行激活,B正确;克隆猴的性别与提供细胞核的公猴乙相同,C正确;克隆猴的遗传物质主要来自乙猴,少数来自甲猴,因此其遗传性状主要与乙猴相同,D错误。(2)胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关,因此KDM4d的mRNA翻译产生的酶的作用很可能是催化组蛋白的去甲基化。
答案:(1)D (2)催化组蛋白的去甲基化(或防止组蛋白的甲基化,合理即可)。
课时素养评价
九 动物体细胞核移植技术和克隆动物
【基础达标】(20分钟·70分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
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
【解析】选D。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.将一只羊的体细胞核移植到另一只羊去核的卵母细胞中,这个卵母细胞经过多次分裂,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
【解析】选D。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母细胞,经过体外培养一段时间后,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。
3.将一黑色公绵羊的体细胞核移入一白色母绵羊去除细胞核的卵母细胞中,再将此细胞植入一黑色母绵羊的子宫内发育,生出的小绵羊即是“克隆绵羊”。那么此“克隆绵羊”为
( )
A.黑色公绵羊
B.黑色母绵羊
C.白色公绵羊
D.白色母绵羊
【解析】选A。生物的性状主要受细胞核基因控制,少数性状受细胞质基因控制,而这头“克隆绵羊”的细胞核基因来自提供细胞核的黑色公绵羊,细胞质基因来自提供细胞质的白色母绵羊,因此其性别与性状主要与提供细胞核的黑色公绵羊相同。
4.绵羊的乳腺细胞是高度分化的细胞,但用乳腺细胞的细胞核与卵母细胞的细胞质融合成一个细胞后,这个细胞核仍然保持着全能性,这主要是因为( )
A.细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质
B.卵母细胞的细胞质内含有物种发育所需要的全套遗传物质
C.卵母细胞细胞质为细胞核提供营养物质
D.细胞核与细胞质是相互依存的关系
【解析】选A。由于细胞分化,动物细胞的全能性受到限制,但是动物细胞的细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质,因此细胞核仍然具有全能性,仍然可以发育成完整的个体,故选A。
5.通过体细胞核移植技术培育克隆牛的过程中,未涉及的操作是
( )
A.用显微操作技术处理次级卵母细胞,去除细胞核
B.将精子放入适宜的培养液中培养,使其获能
C.用物理或化学方法激活重组细胞,使其完成发育进程
D.选择合适时期的胚胎进行移植,使其发育成完整个体
【解析】选B。根据以上分析可知,对于受体卵母细胞需要培养到MⅡ期,然后利用显微操作技术去除其细胞核,A正确;该技术需要的是供体细胞核和受体卵母细胞,不需要精子的参与,B错误;需要用物理或化学方法激活核移植产生的重组细胞,使其完成发育进程,C正确;选择合适时期的胚胎进行移植,使其发育成完整个体,D正确。
6.研究人员将猴胚胎细胞(a)中的细胞核取出,移植入一雌猴的去核卵母细胞(b)中,得到重组细胞(c),经培养获得胚胎并移植到另一雌猴(d)体内进一步发育,获得克隆猴(e),下列叙述正确的是
( )
A.e的细胞内的全部基因都来自a
B.c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用
C.d为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件
D.e的形成过程中没经过受精作用,其体细胞中无同源染色体
【解析】选B。根据题意可知,e的细胞内的细胞核基因来自a,细胞质基因来自b,A错误;遗传物质主要存在于细胞核,重组细胞c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用,B正确;d为胚胎发育提供适宜条件,不提供遗传物质,C错误;e的细胞核来源于猴胚胎细胞(a),胚胎细胞含有同源染色体,D错误。
7.下图为猕猴繁殖的新技术。请问该技术属于生物技术中的哪种技术手段
( )
A.发酵工程
B.有性生殖
C.单克隆抗体制备
D.克隆技术
【解析】选D。如图所示,用人工的方法将体细胞注入去核的卵母细胞培养成早期胚胎,再将胚胎移植到受体动物中,从而孕育出新的个体,这是克隆技术的应用,属于无性生殖,利用的原理是已经分化的动物体细胞核依然具有全能性。
二、非选择题(共2小题,共35分)
8.(17分)如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。请据图回答下列问题。
(1)图中①所示的结构名称是________。?
(2)图中③④所示的生物技术名称分别是____________、____________。?
(3)过程③通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外,还因为它________________。?
(4)图示方法与一般的异体核移植相比最大的优点是________,该种基因治疗所属类型为____________。?
【解析】(1)①是从供体(患者)体细胞分离出的细胞核。(2)③表示核移植技术,④表示转基因技术。(3)核移植的受体细胞一般是卵母细胞,原因是它体积大、易操作,含有供胚胎发育的营养物质,还含有促使细胞核全能性表达的物质。(4)图示培育出的细胞(胰岛B细胞)核遗传物质来自患者本人,所以移植后不发生免疫排斥反应;图中所示基因治疗应用了体外转基因技术,故所属类型为体外基因治疗。
答案:(1)细胞核 (2)核移植技术 转基因技术(或基因工程、DNA重组技术、基因拼接技术) (3)含有促使细胞核全能性表达的物质 (4)不发生免疫排斥反应 体外基因治疗
9.(18分)现有A和B两个肉牛品种,A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质;B品种牛则为B细胞核、B细胞质。
(1)如果要获得一头克隆牛,使其细胞由A细胞核和B细胞质组成,基本步骤是:从A品种牛体内取出体细胞,进行体外培养。然后再从培养细胞中取出__________
____________注入B品种牛的__________卵母细胞,经过某种刺激和培养后,可形成胚胎,该胚胎被称为______________,将该胚胎移入代孕母牛的______中,通过培育可达到目的。?
(2)克隆牛的产生说明__________________具有全能性。克隆牛的性状主要表现______________品种牛的特征。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比,杂交牛细胞核的遗传物质来自______个亲本,细胞质主要来自__________
________________性亲本,克隆牛和杂交牛的遗传物质组成________(填“相同”或“不同”)。?
【解析】(1)依据题意可知要获得由A细胞核和B细胞质组成的重组细胞,需要提取A细胞核,然后与去掉B细胞核的B细胞质进行重组,得到重组细胞,进一步培养得到重组胚胎,再进行胚胎移植,移植到代孕母牛的子宫里进行培育。
(2)克隆动物利用动物细胞细胞核的全能性,得到的新个体的性状主要由细胞核决定,与供核母牛的性状基本一致,杂交牛是由精子和卵细胞融合得到的受精卵发育来的,细胞核来自两个亲本,由于精子含有很少的细胞质,受精卵的细胞质主要来自卵细胞,所以杂交牛和克隆牛的遗传物质不同。
答案:(1)细胞核 去核 重组胚胎 子宫
(2)动物体细胞核 A 两 雌 不同
【互动探究】
(1)上题中的杂交牛和克隆牛的生殖方式分别是什么?它们的遗传物质分别来自几个亲本?
提示:①杂交牛:有性生殖,遗传物质来自两个亲本,分别继承父本和母本一半的核基因。
②克隆牛:无性生殖,遗传物质来自两个亲本,供核亲本提供全部的核基因,提供细胞质的亲本提供质基因。
(2)已知公牛基因型为AA,母牛基因型为Aa,则二者杂交后代(即杂交牛)基因型和性别分别是什么?母牛体细胞作为供体(核)细胞,则克隆牛的基因型和性别又分别是什么?
提示:①杂交牛:AA或Aa,公牛或母牛;②克隆牛:Aa,母牛。
【能力提升】(10分钟·30分)
1.(6分)英国国会表决同意允许医学界利用3个人的基因共同育子,成为全世界第一个准许“三亲育子”的国家。“三亲育子”技术是将父母细胞核基因与一位妇女捐赠者的健康线粒体结合在一起,引入的基因只占婴儿总基因的0.1%。这项技术旨在防止因线粒体基因缺陷引起的严重遗传疾病。下列相关描述正确的是
( )
A.线粒体基因缺陷引起的遗传病是母系遗传病,传女不传男
B.“三亲育子”一定会用到人工授精技术、胚胎移植技术等
C.通过“三亲育子”技术得到的“三亲婴儿”的健康线粒体基因不一定能传给其后代
D.若父亲患有线粒体基因缺陷病,需要通过“三亲育子”技术避免将有缺陷的基因传给下一代
【解析】选C。线粒体基因缺陷引起的遗传病是母系遗传病,是由母亲的卵细胞传给子代的,表现为母亲患病子女都患病,A项错误;“三亲育子”技术主要利用的是胚胎工程技术,目前在生产实践中应用较多的是体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植,B项错误;通过“三亲育子”技术得到的“三亲婴儿”如果是个女孩,其健康线粒体基因可以通过卵细胞传给其后代,如果是个男孩,其健康线粒体基因一般不能通过精子传给子代,C项正确;精子的线粒体都集中在尾部,且受精时只有精子的头部进入卵细胞,故男子的线粒体基因一般不能通过精子传给子代,若父亲患有线粒体基因缺陷病,母亲正常,子代一般不会患病,D项错误。
2.(6分)(不定项)治疗性克隆有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应。如图表示治疗性克隆的过程,下列有关叙述正确的是
( )
A.上述过程利用了动物细胞核移植、动物细胞融合等技术
B.上述过程充分说明动物细胞具有全能性
C.①过程的完成离不开胚胎干细胞的增殖和分化潜能
D.①、②过程都发生DNA复制和蛋白质合成
【解析】选C、D。图中治疗性克隆的过程利用了核移植、动物细胞培养、胚胎培养等技术,没有动物细胞融合技术,A错误;上述过程仅获得了脏器组织细胞、神经细胞等,没有得到完整个体或其他各种细胞,因而没有体现动物细胞的全能性,B错误;①过程依赖于胚胎干细胞的增殖使细胞数量增多,依赖于细胞分化得到脏器组织干细胞和神经组织干细胞,C正确;①、②过程都有细胞增殖,间期发生DNA复制和蛋白质合成,D正确。
【实验·探究】
3.(18分)回答下列问题。
(1)用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,有核的一半能分裂,无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到16～32个细胞时,科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半,结果发现这一半也开始分裂,并且像有核的那一半一样,最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了____________
________________________,从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。?
(2)进行体细胞核移植前,从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养,培养条件除营养、温度和pH适宜外,还应保证____________________________
________________________________________________________(答出3点)。?
(3)核移植前还需对受体卵母细胞进行去核操作,其目的是________________
____________________________________。?
(4)体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性,原因主要是____________________。根据这一启示,请提出一种恢复体细胞分裂分化能力的新思路:____________________________。?
【解析】(1)用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,有核的一半能分
裂,无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到16～32个细胞时,科学家将其中
一个细胞的细胞核挤到无核的一半,结果发现这一半也开始分裂,并且像有核的
那一半一样,最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了早期胚胎细
胞的细胞核具有全能性,从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。(2)进行体
细胞核移植前,从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养,培养条件除营养、
温度和pH适宜外,还应保证无菌、无毒、适宜气体环境。(3)核移植前还需
对受体卵母细胞进行去核操作,其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体。(4)由于卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质,体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性。根据这一启示,可从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质,将其导入细胞中,从而恢复体细胞分裂分化能力。
答案:(1)早期胚胎细胞的细胞核具有全能性
(2)无菌、无毒、适宜气体环境
(3)保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体
(4)卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质 从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质,将其导入细胞中 三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
必备知识·素养奠基
一、动物细胞核移植技术
1.概念:
(1)供体:动物的一个细胞的细胞核。
(2)受体:去掉细胞核的卵母细胞。
(3)结果: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。
2.分类:
种类
难易程度
原因
胚胎细胞核移植
较容易
分化程度低,全能性容易表现
体细胞核移植
较难
分化程度高,全能性难表现
二、体细胞核移植的过程
填一填:基于体细胞核移植的过程,完成下列问题:
(1)过程A为采集卵母细胞,该细胞在体外需要培养到MⅡ期。
(2)过程B为显微操作去核的过程,过程C为将供体细胞注入去核的卵母细胞。
(3)过程D为选取供体高产奶牛的体细胞培养。
(4)过程E为通过电融合法,形成重构胚的过程。
(5)过程F用物理或化学方法激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程。
(6)G产生的犊牛与供体奶牛遗传物质基本相同。
体细胞核移植技术培养的克隆动物是对细胞核供体动物进行了100%的复制吗?为什么?
提示:不是。因为克隆动物的遗传物质并不全部来自细胞核供体动物,细胞核DNA来自供体动物,但是细胞质中DNA来自卵母细胞,也控制生物的一些性状。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
1.核移植技术的应用:
(1)畜牧业:加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。
(2)医药卫生:通过建立转基因体细胞系,再利用体细胞核移植技术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。
(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。
③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。
④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。
⑤克隆特定疾病模型的动物,还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。
(4)保护濒危物种:该技术有望增加濒危物种的存活数量。
2.存在问题:
(1)成功率仍然非常低,各个技术环节也有待进一步改进。
(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)一些研究者指出,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、脏器缺陷和免疫失调等。
关键能力·素养形成
动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.核移植操作过程解读:
(1)原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体。用体细胞核移植技术能够得到克隆动物,说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
(2)受体细胞:MⅡ期的卵母细胞。选用该细胞的原因:
①卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表现的物质。
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。
(3)注入去核的卵母细胞:
①细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核,而是整个细胞,伴随着两细胞融合,体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。
②核移植时,一般先用电融合法使供体和受体细胞融合,再用物理或化学方法激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。
(4)涉及的生物技术:动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中,核移植是核心技术。
2.克隆动物的遗传特点:
克隆动物的亲本有3个,即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。
(1)体细胞核供体:克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体,克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。
(2)卵母细胞细胞质供体:克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞,克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。
(3)代孕母体:没有为克隆动物提供遗传物质,克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。
【特别提醒】
动物核移植的两点警示
(1)动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,因为胚胎干细胞的全能性比体细胞大,所以胚胎细胞核移植更容易实现。
(2)克隆属于无性生殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
(2018·全国卷Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题:
(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指__________________________。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目__________(填“减半”“加倍”或“不变”)。?
(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度__________(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是______________________________________________。?
(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目__________(填“相同”或“不相同”),性染色体组合__________(填“相同”或“不相同”)。?
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】(1)核移植是指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,这个胚胎最后发育为动物个体;通过核移植方法获得的克隆猴的细胞核来自供体,因此克隆猴体细胞的染色体数目和核供体一致。
(2)胚胎细胞核移植的难度小于体细胞核移植,原因是动物胚胎细胞分化程度低,表现其全能性相对容易。
(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞染色体中的常染色体相同,性染色体前者是XX,后者是XY,因此分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目相同,性染色体组合不相同。
答案:(1)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 不变
(2)小于 胚胎细胞分化程度低,表现全能性相对容易
(3)相同 不相同
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——批判性思维
有同学认为克隆猴“中中”和“华华”的供体细胞核来自同一个体,它们的染色体及基因是相同的,所以它们的遗传性状一定相同。你认为这种说法科学吗?说出你的理由。
提示:不科学。原因有两个:①它们的细胞核来源相同,但是它们的细胞质来源不同,细胞质中也含有基因,控制的性状不相同;②生物的性状除了受基因控制外,还受到环境的影响。
(2)社会责任——正确的伦理道德
某位研究人员声称,可以使用克隆技术先克隆一个胚胎,然后从胚胎获取器官用于器官移植。你认为这一做法可行吗?为什么?
提示:这种做法不可行,杀死胚胎获取器官违背人类的伦理道德。
【素养·迁移】
科学家培育克隆羊时,使用了3种细胞核的供体细胞,分别将这些细胞核移入去核卵母细胞中,形成重组细胞,发育成重组胚胎,这些重组胚胎的发育情况如表所示。据此分析不正确的是
( )
细胞核供体细胞的类型
妊娠数/受体母羊数
乳腺上皮细胞
1/13
胚胎成纤维细胞
4/10
早期胚胎细胞
14/27
A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高
B.克隆羊的遗传信息与细胞核的供体细胞完全相同
C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植
D.重组细胞的发育与去核卵母细胞的细胞质有关
【解析】选B。分析表格数据可知,早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高,A正确;克隆羊的培育用到了核移植、胚胎移植技术,克隆羊细胞核的遗传信息来自细胞核的供体,细胞质的遗传信息来自去核卵母细胞,B错误;对比表格中的数据可知,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植,C正确;核移植中作为受体细胞的都是卵母细胞,可见重组细胞发育与去核卵母细胞的细胞质有关,D正确。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.利用体细胞核移植技术可以用来克隆动物,我国已经成功克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物,下列有关体细胞核移植技术的描述合理的是______?
①体细胞核移植技术属于无性繁殖。
②克隆动物的性状主要与提供体细胞核的个体有关,与提供卵母细胞的个体基本无关。
③绝大多数克隆动物存在很多健康问题,因此核移植技术没有什么应用前景。
④核移植技术中融合细胞常用的方法是电融合法。
⑤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。
【解析】选①②④。通过体细胞核移植技术克隆动物属于无性繁殖,①正确;克隆动物的遗传物质主要来自提供体细胞核的个体,因此其性状主要与提供体细胞核的个体有关,②正确;绝大多数克隆动物存在很多健康问题,但是核移植技术在医药、治疗疾病等方面有很重要的作用,③错误;核移植技术中融合细胞常用的方法是电融合法,④正确;体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功,但是成功率依然很低,⑤错误。
2.(2020·天津等级考)在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的
( )
A.卵原细胞
B.初级卵母细胞
C.次级卵母细胞
D.卵细胞
【解析】选C。本题主要考查胚胎工程。在哺乳动物的受精过程中,获能的精子与处于减数第二次分裂中期的卵母细胞结合,形成受精卵。在克隆哺乳动物过程中,作为核移植受体的细胞是处于减数第二次分裂中期的卵母细胞,应为次级卵母细胞。
3.韩国某生物技术公司帮助宠物爱好者“复活”死去的爱犬,他们从狗的遗体细胞中获取核DNA移植到去核的卵母细胞中,再将进一步发育成的胚胎移植到母狗体内。该“复活”技术的生物学原理是
( )
A.细胞核的全能性
B.细胞具有全能性
C.有性生殖
D.受精作用
【解析】选A。根据题干信息分析可知,该项技术是核移植,依据的生物学原理是动物细胞核的全能性。
4.在进行核移植时,通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中,下列有关叙述错误的是
( )
A.体细胞太小因而去除细胞核较困难
B.细胞质中遗传物质少因而对遗传的影响很小
C.直接将体细胞注入卵母细胞中简化了操作程序
D.体细胞的核离开了原来的细胞质将不能存活
【解析】选D。体细胞太小因而去除细胞核较困难,因此可将整个体细胞注入去核卵母细胞中,A正确;DNA主要位于细胞核中,细胞质中遗传物质少,因而对遗传的影响很小,B正确;将整个体细胞注入去核卵母细胞中,简化了操作程序,C正确;体细胞的核离开了原来的细胞质,注入去核的卵母细胞依然能存活,D错误。
5.如图是某克隆羊的培育过程模式图,获得该克隆羊的生殖方式和其发育成熟后所分泌的主要性激素分别是
( )
A.无性生殖;雄性激素
B.无性生殖;雌性激素
C.有性生殖;雄性激素
D.有性生殖;雌性激素
【解析】选A。克隆羊的产生属于无性生殖;由于此过程是雄性羊供核,得到的克隆羊为雄性,其分泌的性激素主要是雄性激素。
【思维·跃迁】
6.从母羊甲的体细胞中取出细胞核,移植入母羊乙的去核卵母细胞中,融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎,再植入另一只母羊丙的子宫内,下列有关说法正确的是
( )
A.生出小羊的性状与甲羊完全相同
B.一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同
C.生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定,所以该过程为有性生殖
D.生出小羊的性状由甲、乙、丙3个亲本的基因型与环境共同决定
【解析】选B。核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖,遗传物质中甲羊的和乙羊的都有,因此认为生出的小羊性状完全与甲羊相同是不正确的,应是小羊的主要性状与甲羊相同,核基因型一般与甲羊完全相同。
【拓展·探究】
7.我国科学家经过多年的反复实验,攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍,最终培育出了克隆猴“中中”和“华华”。如图为克隆猴的流程图,请结合图回答问题。
(1)下列关于克隆猴的技术的说法中,不正确是
( )
A.从母猴体内取出的卵母细胞要培养到MⅡ期才可以进行去核操作
B.可以采用物理或化学的方法激活融合后的重构胚
C.克隆猴“中中”和“华华”的性别是雄性
D.“中中”和“华华”的性状与甲猴相同,与乙猴和丙猴无关
(2)体细胞克隆猴的另外一个难点是克隆胚胎发育差,科学家发现胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关。在重构胚激活的过程中通常注入KDM4d的mRNA。由此推测,KDM4d的mRNA翻译产生的酶的作用是什么?
【解析】(1)从母猴体内取出的卵母细胞要培养到MⅡ期才可以进行去核操作,A正确;重构胚需要用物理(电刺激)或化学(Ca2+载体、乙醇和蛋白酶)方法进行激活,B正确;克隆猴的性别与提供细胞核的公猴乙相同,C正确;克隆猴的遗传物质主要来自乙猴,少数来自甲猴,因此其遗传性状主要与乙猴相同,D错误。(2)胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关,因此KDM4d的mRNA翻译产生的酶的作用很可能是催化组蛋白的去甲基化。
答案:(1)D (2)催化组蛋白的去甲基化(或防止组蛋白的甲基化,合理即可)。
九 动物体细胞核移植技术和克隆动物
(20分钟·70分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
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
【解析】选D。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.将一只羊的体细胞核移植到另一只羊去核的卵母细胞中,这个卵母细胞经过多次分裂,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
【解析】选D。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母细胞,经过体外培养一段时间后,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。
3.将一黑色公绵羊的体细胞核移入一白色母绵羊去除细胞核的卵母细胞中,再将此细胞植入一黑色母绵羊的子宫内发育,生出的小绵羊即是“克隆绵羊”。那么此“克隆绵羊”为
( )
A.黑色公绵羊
B.黑色母绵羊
C.白色公绵羊
D.白色母绵羊
【解析】选A。生物的性状主要受细胞核基因控制,少数性状受细胞质基因控制,而这头“克隆绵羊”的细胞核基因来自提供细胞核的黑色公绵羊,细胞质基因来自提供细胞质的白色母绵羊,因此其性别与性状主要与提供细胞核的黑色公绵羊相同。
4.绵羊的乳腺细胞是高度分化的细胞,但用乳腺细胞的细胞核与卵母细胞的细胞质融合成一个细胞后,这个细胞核仍然保持着全能性,这主要是因为
( )
A.细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质
B.卵母细胞的细胞质内含有物种发育所需要的全套遗传物质
C.卵母细胞细胞质为细胞核提供营养物质
D.细胞核与细胞质是相互依存的关系
【解析】选A。由于细胞分化,动物细胞的全能性受到限制,但是动物细胞的细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质,因此细胞核仍然具有全能性,仍然可以发育成完整的个体,故选A。
5.通过体细胞核移植技术培育克隆牛的过程中,未涉及的操作是
( )
A.用显微操作技术处理次级卵母细胞,去除细胞核
B.将精子放入适宜的培养液中培养,使其获能
C.用物理或化学方法激活重组细胞,使其完成发育进程
D.选择合适时期的胚胎进行移植,使其发育成完整个体
【解析】选B。根据以上分析可知,对于受体卵母细胞需要培养到MⅡ期,然后利用显微操作技术去除其细胞核,A正确;该技术需要的是供体细胞核和受体卵母细胞,不需要精子的参与,B错误;需要用物理或化学方法激活核移植产生的重组细胞,使其完成发育进程,C正确;选择合适时期的胚胎进行移植,使其发育成完整个体,D正确。
6.研究人员将猴胚胎细胞(a)中的细胞核取出,移植入一雌猴的去核卵母细胞(b)中,得到重组细胞(c),经培养获得胚胎并移植到另一雌猴(d)体内进一步发育,获得克隆猴(e),下列叙述正确的是
( )
A.e的细胞内的全部基因都来自a
B.c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用
C.d为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件
D.e的形成过程中没经过受精作用,其体细胞中无同源染色体
【解析】选B。根据题意可知,e的细胞内的细胞核基因来自a,细胞质基因来自b,A错误;遗传物质主要存在于细胞核,重组细胞c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用,B正确;d为胚胎发育提供适宜条件,不提供遗传物质,C错误;e的细胞核来源于猴胚胎细胞(a),胚胎细胞含有同源染色体,D错误。
7.下图为猕猴繁殖的新技术。请问该技术属于生物技术中的哪种技术手段
( )
A.发酵工程
B.有性生殖
C.单克隆抗体制备
D.克隆技术
【解析】选D。如图所示,用人工的方法将体细胞注入去核的卵母细胞培养成早期胚胎,再将胚胎移植到受体动物中,从而孕育出新的个体,这是克隆技术的应用,属于无性生殖,利用的原理是已经分化的动物体细胞核依然具有全能性。
二、非选择题(共2小题,共35分)
8.(17分)如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。请据图回答下列问题。
(1)图中①所示的结构名称是________。?
(2)图中③④所示的生物技术名称分别是____________、____________。?
(3)过程③通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外,还因为它________________。?
(4)图示方法与一般的异体核移植相比最大的优点是________,该种基因治疗所属类型为____________。?
【解析】(1)①是从供体(患者)体细胞分离出的细胞核。(2)③表示核移植技术,④表示转基因技术。(3)核移植的受体细胞一般是卵母细胞,原因是它体积大、易操作,含有供胚胎发育的营养物质,还含有促使细胞核全能性表达的物质。(4)图示培育出的细胞(胰岛B细胞)核遗传物质来自患者本人,所以移植后不发生免疫排斥反应;图中所示基因治疗应用了体外转基因技术,故所属类型为体外基因治疗。
答案:(1)细胞核 (2)核移植技术 转基因技术(或基因工程、DNA重组技术、基因拼接技术) (3)含有促使细胞核全能性表达的物质 (4)不发生免疫排斥反应 体外基因治疗
9.(18分)现有A和B两个肉牛品种,A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质;B品种牛则为B细胞核、B细胞质。
(1)如果要获得一头克隆牛,使其细胞由A细胞核和B细胞质组成,基本步骤是:从A品种牛体内取出体细胞,进行体外培养。然后再从培养细胞中取出____________注入B品种牛的__________卵母细胞,经过某种刺激和培养后,可形成胚胎,该胚胎被称为______________,将该胚胎移入代孕母牛的______中,通过培育可达到目的。?
(2)克隆牛的产生说明__________________具有全能性。克隆牛的性状主要表现______________品种牛的特征。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比,杂交牛细胞核的遗传物质来自______个亲本,细胞质主要来自________________性亲本,克隆牛和杂交牛的遗传物质组成________(填“相同”或“不同”)。?
【解析】(1)依据题意可知要获得由A细胞核和B细胞质组成的重组细胞,需要提取A细胞核,然后与去掉B细胞核的B细胞质进行重组,得到重组细胞,进一步培养得到重组胚胎,再进行胚胎移植,移植到代孕母牛的子宫里进行培育。
(2)克隆动物利用动物细胞细胞核的全能性,得到的新个体的性状主要由细胞核决定,与供核母牛的性状基本一致,杂交牛是由精子和卵细胞融合得到的受精卵发育来的,细胞核来自两个亲本,由于精子含有很少的细胞质,受精卵的细胞质主要来自卵细胞,所以杂交牛和克隆牛的遗传物质不同。
答案:(1)细胞核 去核 重组胚胎 子宫
(2)动物体细胞核 A 两 雌 不同
【互动探究】
(1)上题中的杂交牛和克隆牛的生殖方式分别是什么?它们的遗传物质分别来自几个亲本?
提示:①杂交牛:有性生殖,遗传物质来自两个亲本,分别继承父本和母本一半的核基因。
②克隆牛:无性生殖,遗传物质来自两个亲本,供核亲本提供全部的核基因,提供细胞质的亲本提供质基因。
(2)已知公牛基因型为AA,母牛基因型为Aa,则二者杂交后代(即杂交牛)基因型和性别分别是什么?母牛体细胞作为供体(核)细胞,则克隆牛的基因型和性别又分别是什么?
提示:①杂交牛:AA或Aa,公牛或母牛;②克隆牛:Aa,母牛。
(10分钟·30分)
1.(6分)英国国会表决同意允许医学界利用3个人的基因共同育子,成为全世界第一个准许“三亲育子”的国家。“三亲育子”技术是将父母细胞核基因与一位妇女捐赠者的健康线粒体结合在一起,引入的基因只占婴儿总基因的0.1%。这项技术旨在防止因线粒体基因缺陷引起的严重遗传疾病。下列相关描述正确的是
( )
A.线粒体基因缺陷引起的遗传病是母系遗传病,传女不传男
B.“三亲育子”一定会用到人工授精技术、胚胎移植技术等
C.通过“三亲育子”技术得到的“三亲婴儿”的健康线粒体基因不一定能传给其后代
D.若父亲患有线粒体基因缺陷病,需要通过“三亲育子”技术避免将有缺陷的基因传给下一代
【解析】选C。线粒体基因缺陷引起的遗传病是母系遗传病,是由母亲的卵细胞传给子代的,表现为母亲患病子女都患病,A项错误;“三亲育子”技术主要利用的是胚胎工程技术,目前在生产实践中应用较多的是体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植,B项错误;通过“三亲育子”技术得到的“三亲婴儿”如果是个女孩,其健康线粒体基因可以通过卵细胞传给其后代,如果是个男孩,其健康线粒体基因一般不能通过精子传给子代,C项正确;精子的线粒体都集中在尾部,且受精时只有精子的头部进入卵细胞,故男子的线粒体基因一般不能通过精子传给子代,若父亲患有线粒体基因缺陷病,母亲正常,子代一般不会患病,D项错误。
2.(6分)(不定项)治疗性克隆有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应。如图表示治疗性克隆的过程,下列有关叙述正确的是
( )
A.上述过程利用了动物细胞核移植、动物细胞融合等技术
B.上述过程充分说明动物细胞具有全能性
C.①过程的完成离不开胚胎干细胞的增殖和分化潜能
D.①、②过程都发生DNA复制和蛋白质合成
【解析】选C、D。图中治疗性克隆的过程利用了核移植、动物细胞培养、胚胎培养等技术,没有动物细胞融合技术,A错误;上述过程仅获得了脏器组织细胞、神经细胞等,没有得到完整个体或其他各种细胞,因而没有体现动物细胞的全能性,B错误;①过程依赖于胚胎干细胞的增殖使细胞数量增多,依赖于细胞分化得到脏器组织干细胞和神经组织干细胞,C正确;①、②过程都有细胞增殖,间期发生DNA复制和蛋白质合成,D正确。
【实验·探究】
3.(18分)回答下列问题。
(1)用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,有核的一半能分裂,无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到16～32个细胞时,科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半,结果发现这一半也开始分裂,并且像有核的那一半一样,最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了__________________
________________________,从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。?
(2)进行体细胞核移植前,从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养,培养条件除营养、温度和pH适宜外,还应保证___________________________
________________________________________________________(答出3点)。?
(3)核移植前还需对受体卵母细胞进行去核操作,其目的是__________________
____________________________________。?
(4)体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性,原因主要是____________________。根据这一启示,请提出一种恢复体细胞分裂分化能力的新思路:____________________________。?
【解析】(1)用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,有核的一半能分裂,无核的一半不能分裂。当有核的一半分裂到16～32个细胞时,科学家将其中一个细胞的细胞核挤到无核的一半,结果发现这一半也开始分裂,并且像有核的那一半一样,最终发育成正常的胚胎。科学家通过这个实验证明了早期胚胎细胞的细胞核具有全能性,从而为核移植技术的发展奠定了理论基础。(2)进行体细胞核移植前,从具有优良性状的动物体中取体细胞进行培养,培养条件除营养、温度和pH适宜外,还应保证无菌、无毒、适宜气体环境。(3)核移植前还需对受体卵母细胞进行去核操作,其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体。(4)由于卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质,体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性。根据这一启示,可从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质,将其导入细胞中,从而恢复体细胞分裂分化能力。
答案:(1)早期胚胎细胞的细胞核具有全能性
(2)无菌、无毒、适宜气体环境
(3)保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体
(4)卵母细胞的细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质 从卵母细胞中分离出促进细胞核全能性表达的物质,将其导入细胞中
