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第2章 第2节 动物细胞工程
第3课时：动物细胞细胞核移植技术和克隆动物
学习目标
目标
01
02
03
以文字和图示表述体细胞核移植的过程。（科学探究）
阐明动物细胞核移植技术的概念和原理（生命观念）
说明体细胞核移植的应用及对生殖性克隆人等社会议题进行理性判断。（社会责任）
“（悟空）拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声‘变！’，即变作三二百个小猴，周围攒簇。”这是《西游记》中的一段描述，展示了中华先贤的想象力。
毫毛变猴（视频）
毫毛
来自悟空的体细胞
是否可以实现
2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实，他们利用体细胞核移植技术成功克隆出两只猕猴“中中”和“华华”（如下图)。克隆猴的过程当然不会像孙悟空吹口气那么简单，最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。
毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？
一、动物细胞核移植技术
克隆猴用到了什么技术
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
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
阅读教材52页相关内容，思考回答以下问题：
一、动物细胞核移植技术
1.概念：
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。
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。
2.原理：
动物细胞核的全能性
4.种类：
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度低，表现全能性容易
细胞分化程度高，表现全能性十分困难
3.生殖方式：
无性生殖
因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植
受体细胞：MⅡ中期的卵母细胞
一、动物细胞核移植技术
动物体细胞分化程度高，表现其全能性十分困难，因此动物体细胞核移植难度明显高于胚胎细胞核移植。在体细胞核移植中，非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，原因是什么？
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功能状态，这导致了胚胎发育率低；
对非人灵长类动物胚胎操作的技术尚不完善。
应用体细胞核移植技术，我国已成功地克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物。下面以克隆高产奶牛为例，来说明体细胞核移植的大致过程。
二、体细胞核移植的过程
针对克隆高产奶牛的流程，请分析、讨论以下问题，并完善流程
体细胞和卵母细胞从哪里来
卵母细胞需要在体外培养到什么时期
在将供体细胞的细胞核移人卵母细胞前，需要先对卵母细胞进行什么操作 为什么
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，你知道这是为什么吗
融合后的细胞可以直接发育成胚胎吗
以克隆高产奶牛为例
采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛(供体)
去核：显微操作
取体细胞
去核的卵母细胞
供体细胞
二、体细胞核移植的过程
3.供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：
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。
2.采集的卵母细胞，为什么要培养到MⅡ期？
正常排出的卵子即处于MⅡ期，此时卵母细胞已发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。
纺锤体-染色体复合物
1.卵细胞“去核”去的是什么？
去核的卵母细胞
供体细胞
将供体细胞注入去核的卵母细胞的透明带
①对卵母细胞损伤较小；
②保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。
电融合法
激活方法：①物理方法；②化学方法
重构胚
5.激活重构胚目的是？
用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚胎，使其完成细胞分裂和发育进程。
早期胚胎
以克隆高产奶牛为例
二、体细胞核移植的过程
4.将整个供体细胞注入卵母细胞中有何优点？
(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
早期胚胎
6.动物体细胞核移植技术证明了？（原理）
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
7.从遗传物质的角度来分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？
以克隆高产奶牛为例
二、体细胞核移植的过程
①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。
②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境等因素的影响。
核移植流程:
1、供体细胞的采集与培养
5、电刺激促融使供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎
6、用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成减数分裂进程
4、将供体细胞注入去核卵母细胞
3、显微操作去除卵母细胞中的核
2、受体卵母细胞的采集与体外培养
7、胚胎移植入代孕母牛体内
8、妊娠分娩与供体遗传物质基本相同的犊牛。
二、体细胞核移植的过程
有关体细胞核移植的问题
思考 讨论
1.体细胞核移植到受体卵母细胞前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？
为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来供体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。
结合图2—18及前面所学知识，思考并讨论以下问题：
有关体细胞核移植的问题
思考 讨论
结合图2—18及前面所学知识，思考并讨论以下问题：
2.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
不是对核供体动物进行100%的复制。
①细胞质中的DNA（线粒体中的DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞
②性状是基因与环境共同作用的结果，克隆动物所处的环境与核供体细胞生活的环境不会完全相同；
③克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异；
与供体相同
无性繁殖
动物细胞核的全能性
体细胞核移植过程用了哪些技术？
新生牛的性别、基因与谁相同？繁殖方式和原理是什么？
动物细胞培养
核移植
早期胚胎培养、胚胎移植
二、体细胞核移植的过程
有关体细胞核移植的问题
思考 讨论
3.体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。
利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生
成干细胞，但它们的过程是完全不同的。通过体
细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物
质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达
几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的
状态。体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些。体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。
有关体细胞核移植的问题
思考 讨论
培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。
4.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，这是为什么？
采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
从供体高产奶牛身上取体细胞
显微操作去核
对体细胞进行培养
去核的卵母细胞
供体细胞
电融合法
将供体细胞注入去核的卵母细胞
重构胚
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
早期胚胎培养
动物细胞培养
胚胎移植
动物细胞融合
动物细胞核移植技术
细胞核移植
动物细胞培养
细胞融合
体细胞核移植用到的技术
早期胚胎培养
胚胎移植
体细胞核移植知识归纳
激活重构 胚使其完成 细胞分裂和 发育过程
二、体细胞核移植的过程
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
请同学们阅读教材第54页最后两段，了解体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题。
克隆羊多利和它的创造者
安乐死后的克隆羊多利
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
1.在畜牧生产中
加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
（一）应用前景
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
（一）应用前景
2.在医药卫生领域：
治疗性克隆
②在治疗人类疾病时，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；
③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，将它们一直给患者时可以避免免疫排斥反应。
①作为生物反应器生产医用蛋白；
首先用高分子化学材料——聚羟基乙酸制成所需人体器官的形状，然后植入人的细胞（这只展出的老鼠身上植入的是它自己的细胞），缝合在裸鼠背上。经过细胞快速生长，人造模子会自己降解消失，器官与老鼠成为一体，最后可移植到人体上。这种全身无毛的老鼠叫裸鼠，没有免疫力，这样才不会对那只“人耳”产生排异反应。这项技术能应用于人体组织、器官的再造。这项科研技术成熟后，人身上缺少或损坏的组织器官都可以修补上。
人造耳朵有望用于器官移植
一只在背上长出了“人耳”的活老鼠
（一）应用前景
2.在医药卫生领域：
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
(3)在科研领域：
①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；
②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；
③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。
（一）应用前景
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
（一）应用前景
(4)在保护濒危物种方面：
该技术有望增加濒危物种的存活数量
中华眼镜蛇
黑草黄弄蝶
白鳍豚
三、体细胞核移植技术应用前景及存在的问题
（二）存在问题
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，免疫失调等。易出现早衰（多利羊猜想）。
胚胎移植—动物幼体产出概率＜10％
(1)成功率低
(2)克隆动物存在健康问题
(3)克隆动物食品的安全性问题存在争议
小结：体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
前景 畜牧业 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育
保护濒危物种
医药卫生 ①作为生物反应器生产医用蛋白；
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可用于异种移植；
③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化形成相应的细胞组织或器官，可用于器官移植
问题 成功率非常低
克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷
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？
【到社会中去】
本节小结
理论基础
动物体细胞核的全能性
胚胎细胞核移植
原理：
类型：
体细胞核移植
采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
从供体高产奶牛身上取体细胞
显微操作去核
对体细胞进行培养
去核的卵母细胞
供体细胞
电融合法
将供体细胞注入去核的卵母细胞
重构胚
用物理或 化学方法激活重构胚，使其完成 细胞分裂和发育
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
动物体细胞核移植技术和克隆动物
理论基础
应用前景
畜牧业
保护濒危物种
医药卫生
课后习题·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. 将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体
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
课后习题·概念检测
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。据图分析下列叙述错误的是（ ）
C
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
课后习题·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
提示：是否赞成克隆大熊猫，只要言之有理，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。
课后习题·拓展应用
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。
提示：在搜集证据的过程中，要注意证据的来源及其真实性和可靠性，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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