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第2章 細胞工程
第2節 動物細胞工程
第3課時 動物體細胞核移植技術和克隆動物
一、動物細胞核移植技術
1.概念：
將動物一個細胞的細胞核，移入去核的卵母細胞中，使這個重新組合的細胞發育成新胚胎，繼而發育成動物個體的技術。
卵母細胞
動物細胞
取核
去核
移入
重組細胞
發育
新胚胎
發育
克隆動物
用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物
2.原理：
動物細胞核的全能性
3.種類：
胚胎細胞核移植：
體細胞核移植：
細胞分化程度 ，
表現全能性 ；
細胞分化程度 ，
表現全能性 。
低
相對容易
高
十分困難
這說明什么？
整個細胞隨分化程度的提高，分化潛能逐漸減弱，全能性受到限制。
一、動物細胞核移植技術
思考1：為什么體細胞克隆猴的誕生能夠轟動世界 有什么困難嗎？
原因：①供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其分化前的 功能狀態，這導致了胚胎發育率低；
②對非人靈長類動物胚胎進行操作的技術尚不完善。
我國科學家經過多年努力，攻克了這些障礙，終于成功獲得了世界上首例體細胞克隆猴。
思考2：為什么要進行克隆猴的研究？
研發新藥時，進行藥物的篩選。
克隆鼠、兔等不能嗎？
鼠和兔等哺乳動物與人類的親緣關系比較遠，用它們篩選出來的藥物對人類的效果不好甚至沒有作用。
自然界的猴？
①自然界的猴繁殖慢，
②自然界的猴基因型不同，會干擾實驗結果。
③有時用轉基因猴進行藥物篩選效果更好
細胞核移植
早期胚胎
卵裂……
胚胎移植
C母綿羊子宮
多莉羊
分娩
妊娠
Ｂ母綿羊
乳腺細胞
細胞核
卵細胞
Ａ母綿羊
細胞質
融合后的卵細胞
從1996年“多莉羊”成功誕生后，短短20年，人們已成功應用體細胞核移植技術，克隆了牛、羊、豬和猴等多種哺乳動物。
普通奶牛產奶量年平均水平僅為3～4t，現有一頭名叫盧辛達的奶牛，年產奶量為30.8t，能否依據“多莉”的培育過程，進行優質奶牛的快速繁育？
請同學們設計出相應的體細胞核移植的過程流程圖。
二、體細胞核移植的過程
二、體細胞核移植的過程
思考：
觀看視頻，與你設計的體細胞核移植過程圖對比，有什么不同呢？你認為其中最困難的是什么？
1、選擇卵母細胞作為核移植受體細胞的原因？采集的卵母細胞應培養至什么時期？
2、卵母細胞去核的方法？“去核”去的是什么？
3、注入去核的卵母細胞的是整個供體細胞還是供體細胞的細胞核？為什么？
4、誘導融合的方法？融合的結果？
5、什么是重構胚？激活重構胚的方法？用這些方法處理重構胚的目的？
6、該過程用到了哪些動物細胞工程的技術手段？
問題匯總，大家一起思考下列問題
（以體細胞克隆牛為例）
二、體細胞核移植的過程
（1）找出圖中的供體細胞和受體細胞？
供體
受體
選擇10代以內
當傳代至10-50代左右時，部分細胞核型可能會老化或DNA損傷，存在失去分裂能力或癌變風險，而10代以內的細胞一般保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎。
供體細胞和受體提供了什么？有什么要求？
供體一般選用傳代10代以內的細胞，為什么？
供體：_______________________________；
受體：____________________。
提供一個細胞的細胞核的動物
去核的卵母細胞
二、體細胞核移植的過程
二、體細胞核移植的過程
（2）為何選用MⅡ期卵母細胞？
在體外培養到MⅡ期
去核：顯微操作法
次級卵母細胞
卵母細胞體積大，易操作
②含有激發和促使細胞核全能性表達的物質和營養條件。
③卵黃多，營養物質豐富。
去核位置？
去核時，由于MⅡ期卵母細胞核的位置靠近第一極體，用微型吸管一般一并吸出第一極體
正常排出的卵子即處于MⅡ期
實際上是去除紡錘體-染色體復合物
“去核”去的是什么？
（3）卵母細胞為什么要“去核”？
保證克隆動物的核基因全部來自供體細胞。
補充：核移植技術中普遍使用的去核方法
目前核移植技術中普遍使用的去核方法是顯微操作去核法。
還有人采用梯度離心、紫外光短時間照射、化學物質處理等方法。這些方法時在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。
使DNA變性失活，達到去核的目的。
沒有刺破卵母細胞膜，對卵母細胞傷害小。
梯度離心、紫外光短時間照射、化學物質處理
二、體細胞核移植的過程
目的？
指人工重新構建的胚胎，具有發育成完成個體的能力。
（4）注入“去核卵母細胞”的是“整個供體細胞”還是“供體細胞的細胞核”？為什么？
原因：①對卵母細胞損傷較小；
②保證供體細胞的細胞核不被破壞，操作方便。
直接將供體細胞注入去核卵母細胞的透明帶內
√
顯微
注射法
二、體細胞核移植的過程
（5）誘導融合的方法？？
融合的結果？
電融合法
供體核進入卵細胞，形成重構胚
（6）什么是重構胚？
激活重構胚的方法？
激活重構胚的目的？
物理或化學方法
使其完成細胞分裂和發育進程
（如電刺激、Ca2＋載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等）
二、體細胞核移植的過程（7）為了早期胚胎移植能成功，對受體（代孕）動物有何要求？移植到同種、生理狀態相同的其他雌性動物子宮中。（8）動物體細胞核移植技術證明了？（原理）該技術證明了：已分化的動物體細胞的細胞核具有全能性。生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛（9）從遺傳物質的角度來分析，克隆動物是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？③克隆動物在個體發育過程中有可能發生基因突變、染色體變異等可遺傳變異。②性狀是基因與環境共同作用的結果，克隆動物所處的環境與核供體細胞生活的環境不會完全相同。①克隆動物細胞核的遺傳物質來自供體動物細胞核，但細胞質中的遺傳物質同時來自供體細胞和受體卵母細胞；
重構胚
通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞
早期胚胎
用物理或化學方法激活重構胚
采集牛卵巢中的卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
去核的卵母細胞
將供體細胞顯微注入去核的卵母細胞
高產奶牛
（供體）
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
通過顯微操作去核
供體細胞培養
從供體身上取體細胞
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
使其完成細胞分裂和發育
思考：請根據以下關鍵詞，構建體細胞核移植過程思維導圖
二、體細胞核移植的過程
重構胚
通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞
早期胚胎
用物理或化學方法激活重構胚
采集牛卵巢中的卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
去核的卵母細胞
將供體細胞顯微注入去核的卵母細胞
高產奶牛
（供體）
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
通過顯微操作去核
供體細胞培養
從供體身上取體細胞
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
早期胚胎培養
動物細胞培養
胚胎移植
動物細胞核移植
使其完成細胞分裂和發育
該過程用到哪些技術手段？
動物細胞融合
二、體細胞核移植的過程
體細胞核移植過程思維導圖
2、克隆技術：
在生物學上包含分子、細胞、個體3個層次，即分子克隆、細胞克隆、個體克隆。
1、克隆動物：
用核移植的方法得到的動物
克隆是指通過無性生殖而產生的遺傳上均一的生物群，即具有完全相同的遺傳組成的一群細胞或者生物的個體。克隆其實就是復制，可以發生在不同的水平，不同的層次。
分子克隆：單克隆抗體技術、PCR技術（一般指DNA分子擴增）
細胞克隆：動物細胞培養技術、植物細胞培養技術（由一個細胞分裂所形、成的細胞群體）
個體克隆：植物組織培養技術、核移植技術（指基因型完全相同的個體或、群體）
[思考]為何不稱為“克隆技術”而是“核移植技術”？
[思考]分子克隆、細胞克隆、個體克隆分別用什么技術
二、體細胞核移植的過程
1.應用前景
體細胞核移植在畜牧業、醫藥衛生以及其他領域有著廣泛的應用前景。
加速家畜遺傳改良進程、促進優良畜群繁育
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
(1)畜牧業：
（2）醫藥衛生領域
A. 建立轉基因體細胞系，再利用此技術培育的轉基因克隆動物可作為生物反應器生產珍貴的醫用蛋白。
乳腺生物反應器
換成核移植過程相關細胞
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
B. 在治療人類疾病時，轉基因克隆動物的細胞、組織或器官可以作為異種移植的供體；
C. 以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經過誘導分化能形成相應的細胞、組織或器官，將它們一直給患者時可以避免免疫排斥反應。
（2）醫藥衛生領域
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
（3）科學研究領域
A. 研究克隆動物可使人類更深入地了解胚胎發育及衰老過程
B. 克隆一批遺傳背景相同的動物，可通過對比來分析致病基因
C.克隆特定疾病模型的動物，為研究該疾病的致病機制和開發相應的藥物提供幫助
（4）保護瀕危物種：有望增加瀕危物種的存活數量
中華眼鏡蛇
大型東烏桑巴拉葉片角變色龍
黑草黃弄蝶
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
思考：多利羊視頻說明了體細胞核移植技術存在什么問題？
2.存在的問題
(1)該技術的成功率非常低。
(3)相對于技術研究，核移植的理論研究較為滯后，需要與發育生物學、細胞生物學和分子遺傳學等學科更深層次的理論研究相結合。
(2)絕大多數克隆動物存在健康問題，表現出遺傳和生理缺陷，如體型過大、異常肥胖、發育困難、臟器缺陷和免疫失調等。
思考 ：體細胞核移植技術與誘導iPS細胞作為當下動物細胞工程研究的熱點，相比之下二者有什么相似或不同之處？請預測它們應用前景的差異。
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
體細胞核移植技術VS誘導iPS細胞
體細胞核移植技術和誘導iPS細胞都能生成干細胞，但它們的過程是完全不同的。
結果：
細胞：較高要求，細胞分化程度越高，胞成功率越低
細胞：來源廣，成纖維、脂肪干細胞等都可誘導成iPS細胞
技術：操作復雜
技術：相對簡單，更適合用于生產實踐
前景:研究生成的干細胞在基因表達、DNA甲基化等方面的差異
3.(2022·河南許昌高二期中)根據體細胞核移植技術的特點進行推斷，體細胞核移植技術可以用來( )
①有效提高瀕危動物的遺傳多樣性
②提高某些良種家畜自然繁殖率
③解決人體器官移植供體來源短缺的問題
④為科學研究提供實驗動物
⑤ 構建轉基因克隆動物，作為生物反應器，大規模生產珍貴醫用蛋白
A.①②③④⑤ B.①②③④ C.②③④⑤ D.③④⑤
趁熱打鐵
D
理論基礎
動物體細胞核的全能性
胚胎細胞核移植
原理：
類型：
體細胞核移植
采集卵母細胞，在體外培養到MⅡ期
從供體高產奶牛身上取體細胞
顯微操作去核
對體細胞進行培養
去核的卵母細胞
供體細胞
電融合法
將供體細胞注入去核的卵母細胞
重構胚
用物理或 化學方法激活重構胚，使其完成 細胞分裂和發育
早期胚胎
將胚胎移入受體（代孕）母牛體內
生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛
動物體細胞核移植技術和克隆動物
理論基礎
應用前景
畜牧業
保護瀕危物種
醫藥衛生
本節小結
1. 假設世界上最后一頭野驢剛死亡，以下使它"復生"的方案中可行的是（ ）
A. 將野驢的基因導入家驢的受精卵中，培育出新個體
B. 將野驢的體細胞取出，利用組織培養培育出新個體
C. 將野驢的體細胞兩兩融合，再經組織培養培育出新個體
D. 將野驢的體細胞核移植到家驢的去核卵母細胞中, 經孕育培育出新個體
D
一. 概念檢測
練習與應用
練習與應用
解析：用體細胞進行動物克隆，目前只能通過體細胞核移植技術實現，該技術需要將待克隆動物體細胞的細胞核移植到去核的卵母細胞中，形成重構胚，再經過動物細胞培養和胚胎移植，最終培育出新個體。
2. 2017年，某國批準了首例使用細胞核移植技術培育"三親嬰兒"的申請。其培育過程可選用如下技術路線。據圖分析下列敘述錯誤的是（ ）
C
A. 該技術涉及動物細胞培養、細胞核移植等操作
B. 該技術可避免母親的線粒體遺傳病基因傳遞給后代
C. 卵母細胞捐獻者攜帶的紅綠色盲基因能夠遺傳給"三親嬰兒"
D. "三親嬰兒"同時擁有自己父親、母親及卵母細胞捐獻者的部分基因
一. 概念檢測
練習與應用
練習與應用
解析：A、母親為“三親嬰兒”提供的是卵母細胞的細胞核，后代的線粒體基因來自捐獻者的卵母細胞，故該技術可避免母親的線粒體遺傳病基因傳遞給后代，A正確；B、由題圖可知，該技術涉及動物細胞培養、動物細胞核移植、體外受精等操作，B正確 C、捐獻者攜帶的紅綠色盲基因位于其細胞核內，而捐獻者給三親嬰兒提供的是卵母細胞的細胞質，故捐獻者攜帶的紅綠色盲基因不能遺傳給“三親嬰兒”，C錯誤；；D、“三親嬰兒”的細胞核基因一半來自母親，一半來自父親，線粒體基因來自于卵母細胞捐獻者，D正確。故選C 。
1. 大熊貓是我國的國寶。盡管我國政府采取了許多保護措施，但由于大熊貓的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的數量仍然非常少。有科學家嘗試采用體細胞核移植技術來克隆大熊貓。請你結合本節所學內容并搜集相關資料了解這方面的研究進展。也有人不贊成進行克隆大熊貓的研究，認為保護大熊貓的最好措施就是保護現有大熊貓及其生存環境, 對此你有什么看法
是否贊成克隆大熊貓，學生的回答只要言之有理，就應該予以支持，并且還應該讓他們認識到無論贊成還是反對克隆大熊貓的研究，都應該保護好大熊貓的生存環境，否則即使成功克隆了大熊貓，它們沒有適宜的生存環境，也可能走向滅絕。
二.拓展應用
練習與應用
2. 2003年，世界上第一只用體細胞克隆的動物——多莉，因患有嚴重的肺部疾病被實施了安樂死。它只活了7歲，而普通綿羊的平均壽命在12歲左右。多莉的死亡引發了關于克隆動物是否早衰的爭論。一些研究者認為，克隆動物的端粒比較短，基因表達不正常，早衰是一種必然現象。另一些研究者則認為，克隆動物的遺傳物質是正常的，目前發現的早衰跡象是在克隆過程中的一些技術問題造成的;或者克隆動物在發育過程中出現了變異，早衰只是偶然現象。請你搜集資料，尋找支持各方觀點的研究證據。你也可以調查克隆動物存在的其他問題，并說明科學家是如何解決這些問題的。
在學生搜集證據的過程中，要提示他們注意證據的來源及其真實性和可靠性，進一步引導學生認識到雖然目前對克隆動物的早衰問題存在爭論，但這樣的爭論有利于人類進一步了解生命現象，也有利于克隆技術更好地應用于醫療、農牧業等領域。
二.拓展應用
練習與應用

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