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第2節(jié) 動(dòng)物細(xì)胞工程
第3課時(shí)　動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)與克隆動(dòng)物
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.闡明動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)的概念和原理。(生命觀念)
2.以文字和圖示表述體細(xì)胞核移植的過程。(科學(xué)思維)
3.說明體細(xì)胞核移植的應(yīng)用及能對(duì)生殖性克隆人等社會(huì)議題進(jìn)行理性判斷。(社會(huì)責(zé)任)
【自主預(yù)習(xí)】
一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)
1.概念:將動(dòng)物一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核移入　去核的卵母細(xì)胞　中,使這個(gè)重新組合的細(xì)胞發(fā)育成新胚胎,繼而發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體的技術(shù)。
2.分類
種類 難易程度 原因
胚胎細(xì)胞 核移植 　較容易　 胚胎細(xì)胞分化程度　低　,表現(xiàn)全能性相對(duì)容易
體細(xì)胞 核移植 較難 體細(xì)胞分化程度　高　,表現(xiàn)全能性十分困難
3.體細(xì)胞核移植的過程
(1)過程A為采集　卵母　細(xì)胞,該細(xì)胞在體外需要培養(yǎng)到　MⅡ　期。
(2)過程B為　顯微操作去核　,過程C為將供體細(xì)胞注入　去核的卵母　細(xì)胞。
(3)過程D為選取供體(高產(chǎn)奶牛)的　體細(xì)胞　,進(jìn)行培養(yǎng)。
(4)過程E為通過　電融合法　使兩細(xì)胞融合,形成重構(gòu)胚。
(5)過程F為用　物理或化學(xué)　方法激活重構(gòu)胚,使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程。
(6)產(chǎn)生的犢牛G與　供體奶牛　遺傳物質(zhì)基本相同。
二、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題
1.主要應(yīng)用
(1)在畜牧生產(chǎn)中,可以加速家畜遺傳改良進(jìn)程、促進(jìn)　優(yōu)良畜群繁育　。
(2)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域,培育的轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物可以作為　生物反應(yīng)器　,生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白;轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織或器官可以用于異種移植等。
(3)研究克隆動(dòng)物可使人類更深入地了解　胚胎發(fā)育及衰老　過程;分析致病基因;克隆特定疾病模型的動(dòng)物,可幫助研究該疾病的致病機(jī)制和開發(fā)相應(yīng)的藥物。
(4)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　。
2.存在問題
(1)　成功率　非常低。
(2)絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在健康問題,表現(xiàn)出　遺傳和生理缺陷　。
【合作探究】
任務(wù)　動(dòng)物體細(xì)胞核移植
活動(dòng)1　探究動(dòng)物體細(xì)胞核移植的過程
1.動(dòng)物體細(xì)胞核移植時(shí)選用卵母細(xì)胞作受體細(xì)胞的原因是什么
提示　去核的卵母細(xì)胞是最合適的細(xì)胞,原因是卵母細(xì)胞體積大,易操作,而且細(xì)胞質(zhì)中含有促使細(xì)胞核表達(dá)全能性的物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)條件。
2.在將體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到受體卵母細(xì)胞之前,為什么必須先去掉受體卵母細(xì)胞的核
提示　為使核移植的胚胎或動(dòng)物的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自有重要利用價(jià)值的動(dòng)物提供的體細(xì)胞。
3.從卵巢中獲得的卵子是否可以直接作為核的受體 若不可以,需要如何處理 為什么要這樣處理
提示　從卵巢中獲得的卵子不可以直接作為核的受體。需將卵子培養(yǎng)到MⅡ期。MⅡ期的卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中合成了與分裂、分化有關(guān)的物質(zhì),這些物質(zhì)能刺激融合后的重組細(xì)胞進(jìn)行分裂、分化,形成重構(gòu)胚。
4.為什么動(dòng)物體細(xì)胞核移植的難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植
提示　因?yàn)榕咛ゼ?xì)胞分化程度低,恢復(fù)其全能性相對(duì)容易,而動(dòng)物體細(xì)胞分化程度高,恢復(fù)其全能性十分困難。
5.通過體細(xì)胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動(dòng)物對(duì)體細(xì)胞供體動(dòng)物進(jìn)行了100%復(fù)制嗎 為什么
提示　不是。因?yàn)榭寺?dòng)物中,絕大部分DNA來自供體細(xì)胞核,但其核外還有少量的DNA,如線粒體中的DNA,其主要來自受體卵母細(xì)胞;其次生物的性狀還受環(huán)境的影響。
例1　(2022·黃岡期中)下圖是利用體細(xì)胞核移植技術(shù)獲得克隆奶牛的流程圖。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)。
A.過程①除去的是卵母細(xì)胞中的紡錘體—染色體復(fù)合物
B.過程②需要對(duì)供體細(xì)胞進(jìn)行離體培養(yǎng)
C.過程③可用電刺激技術(shù)處理
D.過程⑤要求代孕母牛具有較多的優(yōu)良性狀
【答案】　D
【解析】　過程①可用顯微操作去核法除去卵母細(xì)胞中的紡錘體—染色體復(fù)合物,從而確保卵母細(xì)胞為重組細(xì)胞提供的只是細(xì)胞質(zhì)的部分,A正確;過程⑤是胚胎移植,代孕母牛具有健康的體質(zhì)和正常的繁殖能力即可,并不要求代孕母牛具有較多的優(yōu)良性狀,因?yàn)樵搨€(gè)體的性狀并不影響子代的性狀,D錯(cuò)誤。
易錯(cuò)辨析
1.受體細(xì)胞為處于MⅡ期的次級(jí)卵母細(xì)胞,此時(shí)在透明帶內(nèi)包含著第一極體,在去核的同時(shí)連同第一極體一并去掉。
2.動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)(克隆)從生殖方式的角度看屬于無性生殖,需要?jiǎng)游锛?xì)胞培養(yǎng)和胚胎工程技術(shù)的支持。該技術(shù)形成的重組細(xì)胞發(fā)育成一個(gè)新個(gè)體,體現(xiàn)了動(dòng)物細(xì)胞核的全能性而非動(dòng)物細(xì)胞的全能性。
3.克隆動(dòng)物的遺傳特點(diǎn)
克隆動(dòng)物的親本有三個(gè),即體細(xì)胞核供體、卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)供體和代孕母體。
(1)克隆動(dòng)物的細(xì)胞核基因來自體細(xì)胞核供體,因此,克隆動(dòng)物的性狀與體細(xì)胞核供體基本相同。
(2)克隆動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)基因來自卵母細(xì)胞,因此,克隆動(dòng)物的性狀與卵母細(xì)胞供體部分相同。
(3)代孕母體沒有為克隆動(dòng)物提供遺傳物質(zhì),因此,克隆動(dòng)物的性狀與代孕母體沒有直接關(guān)系。
對(duì)點(diǎn)練1　(2022·內(nèi)江月考)科學(xué)家利用核移植技術(shù)克隆出了多種動(dòng)物。下列關(guān)于動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)的敘述,正確的是(　　)。
A.胚胎細(xì)胞核移植的難度明顯大于成熟體細(xì)胞的核移植
B.在核移植過程中,可通過顯微操作去除卵母細(xì)胞中的“核”
C.核移植時(shí),提供細(xì)胞核和去核卵母細(xì)胞的動(dòng)物都應(yīng)為雌性
D.通過核移植方法培育的克隆動(dòng)物遺傳物質(zhì)全部來自供體細(xì)胞核
【答案】　B
【解析】　由于動(dòng)物胚胎細(xì)胞分化程度低,表現(xiàn)全能性相對(duì)容易,而動(dòng)物體細(xì)胞分化程度高,表現(xiàn)全能性十分困難,因此動(dòng)物體細(xì)胞核移植的難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植,A錯(cuò)誤;核移植時(shí),提供細(xì)胞核的動(dòng)物性別不限,C錯(cuò)誤;通過核移植方法培育的克隆動(dòng)物,其細(xì)胞核的遺傳物質(zhì)全部來自供體細(xì)胞核,但細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)主要來自去核卵母細(xì)胞,D錯(cuò)誤。
活動(dòng)2　了解動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題
　　下圖為我國(guó)科學(xué)家培育克隆猴“中中”和“華華”的流程圖。請(qǐng)回答相關(guān)問題:
1.“中中”和“華華”的產(chǎn)生是有性生殖還是無性生殖
提示　“中中”和“華華”是動(dòng)物體細(xì)胞核移植的產(chǎn)物,它們的產(chǎn)生屬于無性生殖。
2.核移植技術(shù)能否選擇生殖細(xì)胞的細(xì)胞核
提示　不能。生殖細(xì)胞與正常體細(xì)胞相比,遺傳物質(zhì)是減半的。
3.動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)在畜牧業(yè)生產(chǎn)上有哪些應(yīng)用
提示　加速家畜遺傳改良進(jìn)程,促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育。
4.動(dòng)物細(xì)胞核移植在醫(yī)學(xué)上有哪些應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)分別是什么
提示　①可培育轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物作為生物反應(yīng)器,優(yōu)點(diǎn)是可以生產(chǎn)珍貴的、用轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)不了的醫(yī)用蛋白;②轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織或器官可用于異種移植,優(yōu)點(diǎn)是供體充足;③以患者自身的細(xì)胞核為供體培育的人核移植胚胎干細(xì)胞,經(jīng)誘導(dǎo)分化成相應(yīng)的細(xì)胞、組織或器官,可將它們移植給患者,優(yōu)點(diǎn)是避免發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。
5.體細(xì)胞核移植存在哪些問題
提示　體細(xì)胞核移植成功率非常低,絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在健康問題。
例2　下列敘述中,不屬于動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)應(yīng)用前景的是(　　)。
A.加速家畜遺傳改良進(jìn)程,促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育
B.可以用于檢測(cè)有毒物質(zhì),判斷某種物質(zhì)的毒性
C.以患者為供體培育人核移植胚胎干細(xì)胞,誘導(dǎo)其分化形成相應(yīng)的組織、器官,可以避免發(fā)生免疫排斥反應(yīng)
D.用克隆動(dòng)物作疾病模型,便于更好地追蹤疾病發(fā)展過程
【答案】　B
【解析】　利用體細(xì)胞核移植技術(shù),可以加速家畜遺傳改良進(jìn)程、促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育,A不符合題意;檢測(cè)有毒物質(zhì)、判斷某種物質(zhì)的毒性屬于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,不是動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用,B符合題意;以患者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,將它們移植給患者時(shí)可以避免發(fā)生免疫排斥反應(yīng),C不符合題意;利用克隆動(dòng)物作疾病模型,有利于人們追蹤疾病的發(fā)展過程和治療疾病,D不符合題意。
易錯(cuò)辨析　　克隆概念的深入理解
克隆具體地說,是指從一個(gè)共同的祖先,通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的遺傳特性相同的DNA分子、細(xì)胞或個(gè)體。如果克隆當(dāng)動(dòng)詞用,就表示整個(gè)無性繁殖的過程。在生物學(xué)中克隆有以下3個(gè)不同層次的含義。
(1)分子水平:如DNA復(fù)制。
(2)細(xì)胞水平:如動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)。
(3)個(gè)體水平:如克隆動(dòng)物。
對(duì)點(diǎn)練2　下圖表示核移植與克隆動(dòng)物的相關(guān)圖解,下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)。
A.圖示過程說明高度分化的動(dòng)物細(xì)胞核仍具有全能性
B.用于核移植的供體細(xì)胞一般選自優(yōu)良個(gè)體
C.采集的卵母細(xì)胞培養(yǎng)到的②時(shí)期表示減數(shù)分裂Ⅱ后期
D.選用去核卵母細(xì)胞的主要原因是其細(xì)胞質(zhì)有利于體細(xì)胞核全能性的表達(dá)
【答案】　C
【解析】　克隆動(dòng)物的成功說明動(dòng)物體細(xì)胞核具有全能性,A正確;用于核移植的供體細(xì)胞一般選自優(yōu)良個(gè)體,B正確;采集的卵母細(xì)胞通常培養(yǎng)到減數(shù)分裂Ⅱ中期,C錯(cuò)誤;去核卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含有利于細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì),D正確。
素能提升　運(yùn)用核移植技術(shù)的基本原理,對(duì)有關(guān)議題進(jìn)行科學(xué)分析和判斷,提升科學(xué)思維和探究能力
　　科學(xué)家培育克隆羊時(shí),使用了3種細(xì)胞核供體細(xì)胞,分別將這些細(xì)胞核移入去核卵母細(xì)胞中,形成重組細(xì)胞,發(fā)育成重構(gòu)胚,這些重構(gòu)胚的發(fā)育情況如表所示。
細(xì)胞核供體細(xì)胞的類型 妊娠數(shù)/受體母羊數(shù)
乳腺上皮細(xì)胞 1/13
胚胎成纖維細(xì)胞 4/10
早期胚胎細(xì)胞 14/27
根據(jù)以上材料,分析并回答下列問題:
(1)據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果,你能得出的結(jié)論是 。
(2)培育克隆羊時(shí),獲得重構(gòu)胚所用到的生物技術(shù)有 　。
(3)目前核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是　　　　　　　。
(4)克隆動(dòng)物的成功培育為阿爾茨海默病、孤獨(dú)癥等腦疾病以及免疫缺陷、腫瘤等疾病的機(jī)理研究、干預(yù)、診治帶來前所未有的光明前景。與以往用普通猴子做實(shí)驗(yàn)相比,克隆猴作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的優(yōu)勢(shì)有哪些 。
【答案】　(1)動(dòng)物體細(xì)胞核移植的難度高于胚胎細(xì)胞核移植(或早期胚胎細(xì)胞作為核移植的供體細(xì)胞,妊娠成功率最高)　(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)　(3)顯微操作去核法　(4)體細(xì)胞克隆猴遺傳背景相同,可避免個(gè)體間差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾,大大減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用數(shù)量;體細(xì)胞克隆猴制備時(shí)間縮短,基因編輯等可在體外培養(yǎng)的細(xì)胞中進(jìn)行
【解析】　(1)由表中數(shù)據(jù)可知,動(dòng)物體細(xì)胞核移植的難度高于胚胎細(xì)胞核移植;早期胚胎細(xì)胞作為核移植的供體細(xì)胞,妊娠成功率最高。(2)克隆羊培育過程中,獲得重構(gòu)胚用到了動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)。(3)目前核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是顯微操作去核法,即在顯微鏡下進(jìn)行去除紡錘體—染色體復(fù)合物的操作。(4)與用普通猴子做實(shí)驗(yàn)相比,克隆猴作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的優(yōu)勢(shì)是體細(xì)胞克隆猴遺傳背景相同,可避免個(gè)體間差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾,大大減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用數(shù)量;體細(xì)胞克隆猴制備時(shí)間縮短,基因編輯等可在體外培養(yǎng)的細(xì)胞中進(jìn)行。
【隨堂檢測(cè)】
課堂小結(jié) 課堂小測(cè)
1.動(dòng)物體細(xì)胞核移植的難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植。 (√) 2.體細(xì)胞核移植過程中采用MⅡ期卵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞。 (√) 3.選擇卵母細(xì)胞作為核移植的受體細(xì)胞的主要原因是該細(xì)胞大,顯微操作方便。 (×) 4.動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是梯度離心法。 (×) 5.經(jīng)細(xì)胞核移植培育出的新個(gè)體只有一個(gè)親本的遺傳性狀。 (×) 6.克隆特定疾病模型的動(dòng)物可用于疾病的研究和藥物開發(fā)。 (√) 7.克隆動(dòng)物技術(shù)成功率很高。 (×) 8.克隆動(dòng)物的性狀與供體動(dòng)物完全相同。 (×)
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