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三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
本节聚焦:
什么是动物体细胞核移植技术？
动物体细胞核移植的基本过程是什么？
体细胞核移植技术的应用前景有哪些？
怎样理性看待体细胞核移植技术存在的问题？
第2.2节 动物细胞工程
阅读教材P52，回答下列问题：
问题1：克隆猴用到了什么技术？
问题2：为什么用供体猴的一个细胞核进行移植就可以培育出与它几乎一模一样的克隆猴？
问题3：动物细胞核移植技术分为？
问题4：胚胎细胞克隆猴与体细胞克隆猴有什么不同？为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界？
动物细胞核移植技术
胚胎细胞核移植和体细胞核移植
动物细胞核的全能性
胚胎细胞分化程度低，表现全能性容易；体细胞分化程度高，表现全能性困难
阅读教材P52，回答下列问题：
问题5：在动物体细胞核移植中，为什么非人灵长类动物的细胞核移植非常困难？
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状态，导致胚胎发育率低。
②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
我国科研工作者能在10秒内对卵母细胞进行细胞去核操作，在15秒之内将体细胞注入到卵母细胞。因为操作越快，卵细胞受损就越小，这一神速正是实验成功的最重要基础之一。
克隆猴“中中”“华华”成功的秘诀
我国科研工作者研制出一种抑制剂和一种酶在理想浓度的搭配下形成的“神秘”配方，可以大大提升体细胞全能性。
1.神秘的配方
2.神奇的速度
困难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状态，导致胚胎发育率低。
困难②：对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
动物细胞核移植技术
一
1.定义
动物细胞核移植技术是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。
2.原理
动物细胞核的全能性
1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4 t。
能否依据“克隆猴”的培育过程，进行优质奶牛的快速繁育？
体细胞核移植的过程
二
任务：建构克隆高产奶牛的流程：
问题1：供体细胞来自于哪里？
供体细胞培养
供体体细胞（高产奶牛）
问题2：供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，为什么？
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。
问题3：受体细胞来自于哪里？
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
问题4：选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？
卵母细胞
①卵母细胞体积大，易操作；②营养物质丰富；
③含有激发细胞核全能性表达的物质
体细胞核移植的过程
二
问题5：卵母细胞需要在体外培养到什么时期？
供体细胞培养
卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
问题6：在将供体细胞的细胞核移入卵母细胞前，需要对卵母细胞进行什么操作？为什么？
去核；保证后代的遗传物质几乎来自有重要利用价值的动物。
问题7：卵母细胞的去核方法？
”去核“去的是什么？
去核的卵母细胞
通过显微操作去核
纺锤体-染色体复合物
供体体细胞
相关信息
目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法，也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法时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。
体细胞核移植的过程
二
问题8：实际在克隆高产奶牛时，科学家并没有从供体细胞中取出细胞核，而是直接将供体细胞注入去核的卵母细胞。为什么？
供体细胞培养
供体体细胞
卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
去核的卵母细胞
通过显微操作去核
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。
将供体细胞注入去核的卵母细胞
体细胞核移植的过程
二
问题9：使用什么方法使供体细胞和卵母细胞融合？融合后的细胞称为？
供体细胞培养
供体体细胞
卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
去核的卵母细胞
通过显微操作去核
将供体细胞注入去核的卵母细胞
重构胚
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
问题10：融合后的细胞可以直接发育成胚胎吗？激活重构胚的方法？
激活方法：物理或化学方法
早期胚胎
重构胚：具有发育成完整个体的能力
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）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
体细胞核移植的过程
二
问题11：克隆出的小牛的对体细胞供体奶牛进行了100%的复制吗？
供体细胞培养
高产奶牛（供体）
从供体身体的某一部位取体细胞
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
通过显微操作去核
将供体细胞注入去核的卵母细胞
重构胚
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
早期胚胎
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质
①采集卵母细胞
②供体细胞的选择和培养
③卵母细胞去核
④将供体细胞注入去核的卵母细胞
⑤重构胚胎的激活、胚胎移植
注入
融合
⑥分娩获得克隆动物
总结：动物体细胞核移植的过程
体细胞核移植技术的应用前景
三
资料1：将导入人乳铁蛋白基因的细胞与去核卵母细胞重新组合后，培育出人乳铁蛋白转基因克隆奶牛。
①畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
体细胞核移植技术的应用前景
三
资料2：将病人的体细胞与去核卵母细胞重新组合后，诱导其发育成相应的细胞、组织或器官，再将它们移植给病人时可以避免发生免疫排斥反应。
②治疗性克隆
治疗性克隆与iPS细胞治疗
病人
取核
去核卵母细胞
重构胚胎
各种细胞组织或器官
诱导
取出
体细胞
核移植
移植
成纤维细胞
取出
转入相关因子
iPS细胞
各种细胞组织或器官
胚胎干细胞
取出
诱导
移植
治疗性克隆
iPS细胞治疗
细胞发生转化
2017年，克隆猴姐妹“中中”和“华华”的萌照登上了国际权威学术期刊《细胞》的封面后，不少闻之者不由得欢呼起来——猴子都能克隆，下一步是不是就能……看来长命百岁不是梦了！
中国科学家坚守科学伦理底线的回答铿锵有力：“不！克隆非人灵长类动物的唯一目的是服务人类健康，但科研人员不考虑对人类进行相关研究”。
自绵羊“多利”诞生之日起，围绕克隆技术的伦理争论就从未停止过。
2003 年1月，欧盟制定法案，制止克隆人；2003 年 12月，我国发布《人类胚胎干细胞研究伦理指导原则》，规定禁止生殖性克隆人研究，允许开展胚胎干细胞和治疗性克隆研究。
中国政府反对生殖性克隆 支持治疗性克隆
克隆人，会带来哪些伦理和道德问题？
体细胞核移植技术的应用前景
三
资料3：将大熊猫的体细胞与兔的去核卵母细胞重新组合后，诱导其发育成囊胚。利用体细胞核移植技术克隆大熊猫胚胎。
③保护濒危物种
黑草黄弄蝶
白鳍豚
金丝猴
④在科研领域：
A.研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；
B.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；
C.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。
裸鼠肿瘤动物模型
早衰
体细胞核移植技术的应用前景
三
体细胞核移植技术存在的问题
四
体细胞核移植技术存在的问题
四
资料1：在进行克隆羊多莉的实验中，科学家当时一共培育了277个胚胎，最后只有多利成功出生。体细胞克隆技术的低成功率，一直到现在也没有明显改善。
资料2：克隆羊多莉没过多久(6岁半)就产生了严重的疾病，由于病情来得实在太突然，难以救治，最终在2003年不得不将多利羊进行安乐死。按照普通绵羊的正常寿命为12岁来算的话，这只克隆羊还是比较年轻的，
(2)克隆动物存在健康问题
(1)成功率非常低
原有前程可奔赴，亦有岁月可回首
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。
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
克隆是指由一个共同的祖先，通过无性繁殖产生一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。
拓展：克隆
(2018·全国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“不同”)，性染色体组合________(填“相同”或“不同”)。
将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中使其重组并发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术　
不变
小于
胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　
相同
不同
一、概念检测
1.假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它“复生”的方案中可行的是( )
A .将野驴的基因导人家驴的受精卵中，培域植育出新个体
B .将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体
C .将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体
D.将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中，经孕育培育出新个体
D
2.2017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。
C
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
二、拓展应用
1.大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有科学家尝试采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫。请你结合本节所学内容并搜集相关资料了解这方面的研究进展。也有人不赞成进行克隆大熊猫的研究，认为保护大熊猫的最好措施就是保护现有大熊猫及其生存环境，对此你有什么看法？
无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究，都应该保护好大熊猫的生存环境，否则即使成功克隆了大熊猫，它们没有适宜的生存环境，也可能走向灭绝。
2.2003年，世界上第一只用体细胞克隆的动物——多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的；或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。请你搜集资料，寻找支持各方观点的研究证据。你也可以调查克隆动物存在的其他问题，并说明科学家是如何解决这些问题的。
虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。

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