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第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程（第四课时）
动物体细胞核移植技术和克隆动物
诱导融合
利用：选择培养基
原理：抗原-抗体杂交
体外培养 或
小鼠腹腔内增殖
多种 ；
骨髓瘤细胞
未融合细胞和多种杂交细胞
多种 ；
单克隆抗体
能 的
杂交瘤细胞
第一次筛选
第二次筛选
注射 ；
课前提问
特定的抗原
B淋巴细胞
杂交瘤细胞
分泌所需抗体
目录
CONTENTS
体细胞核移植的过程
1/
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
2/
01
体细胞核移植的过程
动物细胞核移植技术的概念。
为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？
2
3
4
1
合作探究一：请同学们自主阅读教材P52，小组合作思考讨论完成问题。
一、动物体细胞核移植技术
哺乳动物核移植的类型及特点，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的原理？生殖方式？
一、动物体细胞核移植技术
1.概念：
将动物的一个细胞的细胞核，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。
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
新胚胎
克隆动物
发育
发育
2.原理：
3.生殖方式：
动物细胞核的全能性
无性生殖
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物
一、动物体细胞核移植技术
1.概念：
将动物的一个细胞的细胞核，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。
卵母细胞
动物细胞
去核
取核
移入
重组细胞
新胚胎
克隆动物
发育
发育
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
受体细胞：
减数第二次分裂中期（MⅡ期）的卵母细胞
供体
一个细胞的细胞核
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
相对容易
因为分化程度低，全能性容易表现
因为分化程度高，全能性较难表现
相对困难
一、动物体细胞核移植技术
5.特点：
问题2:为什么非人灵长类动物体细胞核移植非常困难？
原因一：供体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。
原因二：非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物
　实战训练　
1．下列有关核移植的说法错误的是（ ）
A．通过核移植得到的细胞称为重构胚
B．哺乳动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植
C．核移植得到克隆动物的过程属于无性生殖
D．动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化程度无关
[思考]为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？
是一很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。
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。
[思考]下列克隆分别用什么技术
动物细胞克隆——
动物克隆——
植物克隆——
DNA克隆——
动物细胞培养
核移植
植物组织培养
PCR技术
克隆技术
一、动物体细胞核移植技术
情境材料二：从社会中来
1997年，美国的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8t，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3～4t。
问题3:能否依据“多莉”的培育过程，进行优质奶牛的快速繁育？
合作探究二：联系克隆高产奶牛的流程，请分析、讨论以下问题析，并完善流程。
一、动物体细胞核移植技术
1.请用箭头和文字画出体细胞核移植的过程。
2.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？采集的卵母细胞应培养至 ；卵母细胞为什么要“去核”？卵母细胞去核的方法？
3.注入去核的卵母细胞的是整个供体细胞还是供体细胞的细胞核？为什么？
4.诱导融合的方法？融合的结果？
5.什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？
6.该过程用到了哪些动物细胞工程的技术手段？
一、动物体细胞核移植技术
二、体细胞核移植的过程
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
问题4:为何选用MⅡ卵母细胞
①其细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质；
②卵母细胞体积大，易操作；
③卵母细胞营养物质丰富。
问题5:卵母细胞为什么要“去核”？
保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞。
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。
相关信息
3）“去核”去的是什么？
纺锤体-染色体复合物
二、体细胞核移植的过程
卵母细胞去核的方法？
“去核”去的是什么？（P52相关信息）
注入“去核卵母细胞”的是“整个供体细胞”还是“供体细胞的细胞核”？
为什么？
根据教材P53图，回答下列问题：
直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
√
显微操作法
显微
注射法
一、动物体细胞核移植技术
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
二、体细胞核移植的过程
以克隆高产奶牛为例
问题6:将整个供体细胞注入卵母细胞中有何优点？
问题7:什么是重构胚？
早期胚胎
重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。
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
电融合法
激活方法：①物理方法；②化学方法
重构胚
二、体细胞核移植的过程
以克隆高产奶牛为例
问题8:激活重构胚方法？
问题9: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
激活重构胚胎，使其完成细胞分裂和发育进程。
(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
二、体细胞核移植的过程
以克隆高产奶牛为例
问题10: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。
问题11:该过程用到的技术？
动物细胞培养、动物细胞核移植、
早期胚胎培养、胚胎移植、细胞融合
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
二、体细胞核移植的过程
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
体细胞核移植知识小结
1.采集的卵母细胞应培养至_____________________
2.选择MⅡ期卵母细胞的原因
①____________________________________
②_________________________
③_________________________
3.卵母细胞去核的方法_________________
4.“去核”去的是什么？________________________
5.去核的原因________________________________________________________
MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）
含有促进细胞核表现全能性的物质
细胞体积大，易于操作
显微操作（去核）法
纺锤体-染色体复合物
卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富
使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物
二、体细胞核移植的过程
体细胞核移植知识小结
6.供体细胞注入卵母细胞的优点 _____________________________
7.诱导融合的方法____________________
8.融合的结果______________________________
9.重构胚概念_________________________________________
对卵母细胞损伤较小
注意：实质是直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
电融合法
供体核进入卵母细胞，形成重构胚
人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力
二、体细胞核移植的过程
体细胞核移植知识小结
10.激活重构胚的方法
①物理方法_______________________
②化学方法___________________________________
11.以上方法处理重构胚的目的
_____________________________________________________
12.实验结论
__________________________________________________
电刺激
Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂
激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
证明了动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性
问题9:体细胞核移植方法生产的克隆动物，并不是对体细胞供体动物进行了100%的复制，为什么？
二、体细胞核移植的过程
问题9:体细胞核移植方法生产的克隆动物，并不是对体细胞供体动物进行了100%的复制，为什么？
动物的发育及一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，克隆动物所生活的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同。
克隆动物遗传物质
细胞核的DNA
来自于供体动物的细胞核
线粒体中的DNA
供体细胞和受体卵母细胞
生活环境：
不是对核供体动物进行100%的复制。
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？
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。
①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。②体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些，研究表明成纤维细胞、B淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为iPS细胞。
③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。
目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。
有关体细胞核移植的问题 P54
思考·讨论
克隆是无性繁殖，具体地说，是指一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞 或 个体
01
02
03
分子水平
细胞水平
个体水平
一般指DNA分子扩增
由一个细胞分裂所形成的细胞群体
指基因型完全相同的个体或群体
再谈克隆
问题10:你知道体细胞核移植技术的应用实例吗？请举例。
02
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
体细胞核移植在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景。
（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
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（一）应用前景
（2）在医药卫生领域：
①通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；
乳腺生物反应器
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（2）在医药卫生领域：
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。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
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
2.在医药卫生领域：
三、体细胞核移植技术的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。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（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
黑草黄弄蝶
白鳍豚
金丝猴
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育
1
畜牧业
器官移植，利用生物反应器进行药物生产
2
医疗卫生
研究生物的发育、衰老、疾病致病机理等
3
科学研究
该技术有望增加濒危物种的存货数量
4
其它领域
（一）应用前景
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
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（多莉羊猜想）。
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
二、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（二）存在的问题
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
　练习与应用
　
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，利用组织培养培育岀新个体
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
　练习与应用
　
一、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（ ）
A. 该技术涉及物细胞培养、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
下节课前提问
显微操作去核
细胞培养
电融合法
物理或化学方法激活
生出与 遗传物质 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
的卵母细胞
供体细胞
采集 细胞，在体外培养到 期
从供体身上
取 细胞
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
卵母
MⅡ
体
去核
重构胚
供体奶牛
早期胚胎
注入
显微注射法
基本相同
　实战训练　
3．动物克隆繁殖的基本过程如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性
B．甲细胞可以是胚胎细胞也可以是体细胞，乙细胞是重构胚
C．子代动物与提供甲细胞的动物性状完全相同
D．动物难以进行体细胞克隆的原因之一是分化后的体细胞的细胞核的基因组成缺乏完整性
　实战训练　
4．治疗性克隆有望解决供体器官短缺和免疫排斥等问题。下图表示治疗性克隆的过程，下列说法错误的是（　　）
A．细胞A常采用去核卵母细胞作为移植的受体细胞
B．动物细胞的培养需提供95%空气和5%CO2的混合气体
C．胚胎干细胞分化为多种体细胞是基因选择性表达的结果
D．该治疗性过程应用了核移植、动物细胞培养和胚胎移植等技术
　实战训练　
5．科研人员以患病动物个体为供体培育的核移植胚胎干细胞，经诱导分化培养形成相应的细胞、组织或器官，然后移植给患病个体，从而降低免疫排斥。下列相关说法错误的是（ ）
A．上述过程涉及核移植、动物细胞培养等技术
B．使用合成培养基培养细胞需要加入血清等物质
C．不同细胞的HLA不同是引起免疫排斥反应的原因
D．可利用上述过程的原理治疗人体镰状细胞贫血
　实战训练　
6．应用体细胞核移植，我国科学家已经成功克隆了高产荷斯坦奶牛，其技术过程是：将一个 供体细胞的细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使该重组细胞发育为新胚胎，进而发育 成动物个体。下列相关叙述，正确的是（ ）
A．供体细胞是二倍体，且应处于分裂间期
B．克隆得到的高产荷斯坦奶牛与供体动物完全相同
C．供体细胞必须处于分裂期，从而使重组细胞快速分裂
D．采集得的卵母细胞，须体外培养到减数分裂Ⅰ中期，才进行去核

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