選擇性必修三《生物技術與工程》第2章細胞工程

第2節動物細胞工程（動物體細胞核移植技術和克隆動物）“（悟空）拔一把毫毛，丟在口中嚼碎，望空噴去，叫一聲‘變！’，即變作三二百個小猴，周圍攢簇（cù）。”這是《西游記》中的一段描述，展示了中華先賢的想象力。毫毛來自體細胞，我們能用體細胞“變”出一群猴嗎？2017年，中國的科學家將這一幕變成了現實，他們利用體細胞核移植技術成功克隆出兩只獼猴“中中”和“華華”。核移植相當于孫悟空的“魔法”情景引入一、動物體細胞核移植技術合作探究一：請同學們自主閱讀教材P52，小組合作思考討論完成問題。

1.動物細胞核移植技術的概念？2.動物細胞核移植技術的原理？生殖方式？3.哺乳動物核移植的類型及特點。4.為什么非人靈長類動物體細胞核移植非常困難？1、概念：將動物一個細胞的

移入

中，使這個

發育成_______，繼而發育成

的技術。細胞核去核的卵母細胞重新組合的細胞新胚胎動物個體注意：用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物，是一種無性生殖。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動物體細胞核移植的難度明顯_____胚胎細胞核移植高于2、動物體細胞核移植原理：動物細胞核的全能性一、動物體細胞核移植技術4、在體細胞核移植中，非人靈長類動物體細胞核移植困難的原因：(1)供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其_____前的功能狀態，這導致了

；(2)對非人靈長類動物_____進行操作的技術尚不完善。胚胎發育率低胚胎分化

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。一、動物體細胞核移植技術一接下來以克隆高產奶牛為例，來說明體細胞核移植的大致過程。1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達的奶牛，年產奶量為30.8t，創造了世界奶牛產奶量最高新紀錄。目前世界各國高產奶牛場奶牛，年平均產奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產奶量年平均水平僅為3～4t。

從1996年“多莉羊”成功誕生后，短短20年，人們已成功獲得多種克隆動物。應用體細胞核移植技術，我國已經成功地克隆了牛、羊、豬和猴等多種哺乳動物。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哪個時期？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？

二、動物體細胞核移植的過程合作探究二：請同學們自主閱讀教材P53，小組合作思考討論完成問題。

從屠宰場收集牛卵巢，采集卵母細胞(研究人員正在使用設備從牛的卵巢采集卵母細胞)，在體外培養到MⅡ期高產奶牛(供體)從供體高產奶牛身體的某一部位(如耳)上取體細胞，進行細胞培養通過顯微操作去核將供體細胞注射入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構胚。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激活重構胚使其完成細胞分裂和發育進程二、動物體細胞核移植的過程從屠宰場收集牛卵巢，采集卵母細胞(研究人員正在使用設備從牛的卵巢采集卵母細胞)，在體外培養到MⅡ期（減數第二次分裂）(1)為什么選擇MⅡ期的卵母細胞作為核移植受體細胞？①卵母細胞體積大，易操作②含有促使細胞核表達全能性的物質和營養條件③卵黃多，營養物質豐富。1.卵母細胞的選擇二、動物體細胞核移植的過程高產奶牛(供體)從供體高產奶牛身體的某一部位(如耳)上取體細胞，進行細胞培養供體：提供細胞核的個體；有重要利用價值的動物的體細胞。（2）一般選用傳代10代以內的細胞，為什么？因為當傳代至10-50代左右時，部分細胞核型可能會發生變化，而10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎。2.供體細胞的選擇和培養二、動物體細胞核移植的過程卵母細胞去核方法（3）卵母細胞去核的方法是什么？顯微操作去核法也有人采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質處理等方法。優點：使DNA變性失活，達到去核的目的。沒有刺破透明帶或卵母細胞質膜，對卵母細胞傷害小。3.卵母細胞去核二、動物體細胞核移植的過程顯微操作去核從屠宰場收集牛卵巢，采集卵母細胞(研究人員正在使用設備從牛的卵巢采集卵母細胞)，在體外培養到MⅡ期實際是去除紡錘體-染色體復合物★方法：顯微操作去核去核時，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第一極體次級卵母細胞（4）卵母細胞去核的原因是什么？為使克隆動物的核遺傳物質全部來自供體的細胞

3.卵母細胞去核二、動物體細胞核移植的過程將供體細胞注射入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構胚。重構胚：是指人工重新構建的胚胎，具有發育成完成個體的能力。（5）將供體細胞整個注入去核卵母細胞的原因？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。4.供體細胞核移植到去核卵母細胞二、動物體細胞核移植的過程通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞，形成重構胚。早期胚胎用物理或化學方法（如電刺激、Ca2+

載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等）激活重構胚，使其完成細胞分裂和發育進程5.重構胚胎的激活、胚胎移植二、動物體細胞核移植的過程胚胎移植將胚胎移入受體（代孕）母牛體內生出與供體奶牛遺傳物質基本相同的犢牛克隆牛（6）克隆動物遺傳物質來源誰？①細胞核遺傳物質：全部來自供體動物的細胞核一部分來自

細胞，另一部分來自

。供體受體卵母細胞②細胞質遺傳物質：與供體相同無性繁殖（7）新生牛的性別、基因與誰基本相同？繁殖方式是什么？6.分娩得到克隆動物早期胚胎二、動物體細胞核移植的過程采集卵母細胞，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早期胚胎培養動物細胞培養胚胎移植動物細胞融合動物細胞核移植技術激活重構胚使其完成

細胞分裂和發育過程二、動物體細胞核移植的過程（9）體細胞核移植用到的

技術？已分化的動物體細胞的細胞核具有全能性。（8）動物體細胞核移植技術

證明了？（原理）動物細胞核移植動物細胞培養動物細胞融合早期胚胎培養胚胎移植1.在將體細胞的核移植到卵母細胞之前，為什么必須先對卵母細胞進行去核操作？為了使核移植的胚胎或動物的核遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞。2.你認為用上述體細胞核移植技術培育的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？不是對核供體動物進行100%的復制。①克隆動物絕大部分DNA來自供體動物的細胞核，但細胞質中的DNA（線粒體中的DNA）同時來自供體細胞和受體卵母細胞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；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；P54思考·討論二、動物體細胞核移植的過程3.體細胞核移植技術與誘導iPS細胞相比，有什么相似或不同之處？請你預測它們應用前景的差異。利用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。通過體細胞核移植技術可以生成帶有核供體細胞遺傳物質的胚胎干細胞；誘導iPS細胞需要在細胞中表達幾個關鍵基因，將細胞逆轉到類似胚胎干細胞的狀態。體細胞核移植技術對核供體細胞有較高要求，一般情況下體細胞的分化程度越高，它重編為干細胞的成功率就越低；可誘導成為iPS細胞的細胞來源相對廣些，研究表明成纖維細胞、B淋巴細胞、脂肪干細胞等都可以誘導成為iPS細胞。體細胞核移植技術涉及采集卵母細胞、去核、融合等復雜的操作；誘導iPS細胞的技術流程相對簡單，可能更適合用于生產實踐。目前科學家還在研究由這兩種技術生成的干細胞在基因表達、DNA甲基化等方面的差異，這些研究成果也將直接影響它們今后的應用。P54思考·討論二、動物體細胞核移植的過程病人取核去核卵母細胞重構胚胎各種細胞組織或器官誘導取出體細胞核移植移植成纖維細胞取出轉入相關因子iPS細胞各種細胞組織或器官胚胎干細胞取出誘導移植治療性克隆iPS細胞治療細胞發生轉化P54二、動物體細胞核移植的過程P54思考·討論1.采集的卵母細胞應培養至_____________________2.選擇MⅡ期卵母細胞的原因①____________________________________②_________________________

③_________________________3.卵母細胞去核的方法_________________4.“去核”去的是什么？________________________5.去核的原因________________________________________________________MⅡ期（減數分裂Ⅱ中期）含有促進細胞核表現全能性的物質細胞體積大，易于操作顯微操作（去核）法紡錘體-染色體復合物卵母細胞內卵黃多，營養物質豐富使核移植得到的胚胎或動物核內遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物知識小結對卵母細胞損傷較小實質是直接將供體細胞注入去核卵母細胞的透明帶內電融合法供體核進入卵母細胞，形成重構胚人工重新構建的胚胎，具有發育成完整個體的能力6.供體細胞注入卵母細胞的優點__________________7.誘導融合的方法____________________8.融合的結果______________________________9.重構胚概念_________________________________________二、動物體細胞核移植的過程克隆技術：克隆包含分子、細胞、個體3個層次，即分子克隆、細胞克隆、個體克隆。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。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、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）為何不稱為“克隆技術”而是“核移植技術”？二、動物體細胞核移植的過程(1)克隆動物的遺傳物質全部來自供體細胞()(2)重構胚具有發育成完整個體的能力()(3)激活重構胚常用的方法有電刺激、Ca2＋載體、乙醇、

蛋白酶合成抑制劑等()×細胞核遺傳物質來自供體細胞，細胞質遺傳物質來自供體細胞和去核卵母細胞。√√針對訓練1.如圖是某克隆羊培育過程模式圖，試分析獲得該克隆羊的生殖方式、該克隆羊的基因型以及該克隆羊發育成熟時所分泌的性激素依次是A.無性生殖、Aa、雌激素B.無性生殖、aa、雄激素C.有性生殖、aa、雄激素D.有性生殖、AA、雌激素√針對訓練2.圖為科研人員培育克隆猴“中中”的流程圖。下列有關敘述正確的是A.e的性狀表現不受來源于b中的基因控制B.圖中涉及的技術有動物細胞培養、核移植、胚胎移植等C.d為胚胎發育提供遺傳物質和其他適宜條件D.e的誕生體現了a細胞的全能性提供質基因遺傳物質由a提供未體現√針對訓練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、促進優良畜群繁育在畜牧生產中（1）三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題①通過建立轉基因體細胞系，再利用體細胞核移植技術培育的轉基因克隆動物可以作為生物反應器，生產許多珍貴的醫用蛋白；乳腺生物反應器換成核移植過程相關細胞在醫藥衛生領域（2）三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題②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；③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。在醫藥衛生領域（2）三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題①研究克隆動物可以使人類更深入地了解胚胎發育及衰老過程；②克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因；③克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機制和開發相應的藥物提供幫助。在科研領域（3）三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題在保護瀕危物種方面（4）黑草黃弄蝶白鰭豚金絲猴該技術有望增加瀕危物種的存活數量。三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題2.存在的問題韋爾穆特與克隆羊多莉克隆羊多莉真身標本（1）成功率低：克隆胚胎移植成功率非常低，各個技術環節有待進一步改進。許多克隆動物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、免疫缺陷等。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；（3）健康問題：（2）理論研究較為滯后：“多莉”存活不足7年，遠低于平均壽命三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題小結：體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題前景畜牧業加速家畜遺傳改良進程，促進優良畜群繁育保護瀕危物種醫藥衛生①作為生物反應器生產醫用蛋白；②轉基因克隆動物的細胞、組織或器官可用于異種移植；③人核移植胚胎干細胞，經過誘導分化形成相應的細胞組織或器官，可用于器官移植問題成功率非常低克隆動物存在健康問題，表現出遺傳和生理缺陷三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題1.如圖是克隆猴的培育過程。下列有關敘述錯誤的是(

)

A．a細胞是卵母細胞B．克隆猴的性狀主要與乙相同C．重組細胞具有全能性D．①過程常用顯微操作技術克隆猴的遺傳物質絕大部分來自甲，性狀主要與甲相同B

針對訓練2．下圖是利用體細胞核移植技術克隆優質奶牛的簡易流程圖，有關敘述正確的是(

)B

A．后代丁的遺傳性狀由甲和丙的遺傳物質共同決定B．過程①需要提供95%空氣和5%CO2的混合氣體C．過程②常使用顯微操作去核法對受精卵進行處理D．體細胞核移植技術說明動物體細胞具有全能性甲和乙卵母細胞細胞核B

針對訓練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將供體細胞注入去核的卵母細胞重構胚激活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克隆流程應用前景畜牧業科研領域醫藥衛生保護瀕危物種課堂小結一.概念檢測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教材P55練習與應用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（）CA.該技術