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第二章 动物细胞工程
第2节 动物体细胞核移植和克隆动物
（第三课时）
目录 /CONTENTS
01
动物体细胞核移植技术和克隆动物
02
体细胞核移植技术的过程
03
体细胞核移植技术的应用前景和问题
04
习题检测
学习目标：
1.概述动物细胞核移植技术的含义及类型。
2.简述动物体细胞核移植的基本过程。
3.说出体细胞核移植技术的应用前景。
单克隆抗体制备的过程
应用到的技术：
原理：
细胞膜的流动性、细胞增殖
诱导 融合
小鼠骨髓瘤细胞
多种B淋巴细胞
给小鼠注射特定抗原
杂交瘤细胞
第一次筛选
用特定的选择培养基
第二次筛选
足够数量的能产生所需抗体的杂交瘤细胞
体外培养
注射到小鼠腹腔
大量单克隆抗体
克隆化培养、抗体检测
（既能迅速大量增殖，又能产生抗体）
（能产生抗体）
（能无限增殖）
从腹水中提取
从培养液中提取
（可进行多次）
动物细胞融合技术
动物细胞培养技术
未融合的细胞、融合的具有同种核的细胞、多种杂交细胞
指由单个杂交瘤细胞克隆后产生的仅针对某一特定抗原的抗体
单克隆抗体的优点：灵敏度高（能准确识别抗原的细微之处）、特异性强、可大量制备
新课导入
拔一把毫毛，吹出猴万个
提问：毫毛来自体细胞，我们能不能用体细胞“变”出人来吗？
目录
01
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物
提问：我们能否利用类似植物组织培养获得完整植物体的方法培养动物细胞，使其发育成一个完整的个体？
不能，高度分化的植物细胞仍保持着全能性，而动物细胞的全能性会随细胞分化程度的提高逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱。因此，目前还不能用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体。
实现方法：动物体细胞核移植技术
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.动物细胞核移植技术概念
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。
移入
动物细胞
取核
卵母细胞
去核
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
用核移植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
3. 生殖方式：无性生殖
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物
4. 哺乳动物核移植的类型及特点
5. 非人灵长类动物体细胞核移植非常困难的两个原因
种类 难易程度 原因
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
较容易
较难
分化程度低，全能性易表现
分化程度高，全能性难表现
(1)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；
(2)非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了体细胞克隆猴。
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。包括猴类、猿类等
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，以克隆高产奶牛为例，说明体细胞核移植的过程。
二、体细胞核移植技术的过程
目录
02
二、体细胞核移植技术的过程
6. 动物细胞核移植过程:
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛(供体)
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养
通过显微操作去核
将供体细胞注射入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。
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
激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程
二、体细胞核移植技术的过程
6. 动物细胞核移植过程:
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期
高产奶牛(供体)
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养
通过显微操作去核
将供体细胞注射入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。
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
激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程
二、体细胞核移植技术的过程
6. 动物细胞核移植过程:
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期（减数第二次分裂）
（1）为什么选择卵母细胞作为核移植受体细胞？
①卵母细胞体积大，易操作
②含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件
（如促成熟因子（MPF）其水平高低可影响供体染色体的状态和复制）
③卵黄多，营养物质丰富。
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。
二、体细胞核移植技术的过程
①卵母细胞的选择
6. 动物细胞核移植过程:
高产奶牛(供体)
从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养
① 供体：提供细胞核的个体；
有重要利用价值的动物的体细胞。
（2）一般选用传代10代以内的细胞，为什么？
因为当传代至10-50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，而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。
二、体细胞核移植技术的过程
②供体细胞的选择和培养
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物
6. 动物细胞核移植过程:
通过显微操作去核
从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期
实际上是去除纺锤体-染色体复合物
★方法：显微操作去核
去核时，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管一般一并吸出第一极体
第一极体
次级卵母细胞
（3）卵母细胞去核的原因是什么？
保证克隆动物的遗传物质尽可能来自于有重要利用价值的动物。
③卵母细胞去核
6. 动物细胞核移植过程:
卵母细胞去核方法
（3）卵母细胞去核的方法是什么？
显微操作去核法
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。
优点：使DNA变性失活，达到去核的目的。没有刺破透明带或卵母细胞质膜，对卵母细胞伤害小。
二、体细胞核移植技术的过程
③卵母细胞去核
6. 动物细胞核移植过程:
将供体细胞注射入去核的卵母细胞
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。
① 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。
（4）将供体细胞整个注入去核卵母细胞的原因？
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。
二、体细胞核移植技术的过程
④供体细胞核移植到去核卵母细胞
6. 动物细胞核移植过程:
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚。
早期胚胎
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，使其完成细胞分裂和发育进程
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。
① 激活重构胚方法与目的：
二、体细胞核移植技术的过程
⑤重构胚胎的激活、胚胎移植
6. 动物细胞核移植过程:
早期胚胎
胚胎移植
（第3节讲）
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
克隆牛
思考：克隆动物遗传物质来源：
①细胞核遗传物质：
全部来自 。
供体动物的细胞核
一部分来自 细胞，
另一部分来自 。
供体
受体卵母细胞
②细胞质遗传物质：
与供体相同
无性繁殖
新生牛的性别、基因与谁基本相同？繁殖方式是什么？
二、体细胞核移植技术的过程
⑥分娩得到克隆动物
6. 动物细胞核移植过程:
早期胚胎
胚胎移植
（第3节讲）
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
克隆牛
（5）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。
（6）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？
①卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆猴的性状有影响。
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。
③克隆动物在个体发育发生了基因突变。
二、体细胞核移植技术的过程
⑥分娩得到克隆动物
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
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
二、体细胞核移植技术的过程
习题检测
图为克隆猴——“中中”和“华华”过程流程图，请回答下列有关问题：
(1)动物细胞培养一般分为___________和传代培养两个阶段过程。在前一阶段，贴壁的细胞会出现___________现象，所以要进行传代培养。
(2)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是___________。
(3)①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至___________时期再进行，目前使用的去核方法是___________。
(4)在猕猴体细胞核移植实验中，若最终获得的克隆猴与供体猴性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因：___________。
(5)上述过程中涉及的动物细胞工程技术有___________。克隆猴的成功，说明了动物_____________________具有全能性。
原代培养
接触抑制
动物体细胞分化程度高，表达全能性十分困难
减数第二次分裂中期
显微操作
卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆猴的性状有影响
动物细胞培养、动物细胞核移植、（早期）胚胎移植
体细胞的细胞核
目录
03
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
1.应用前景：
（1）畜牧生产：
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和问题
1.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；
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
1.应用前景：
（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；
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
1.应用前景：
（2）在医药卫生领域：
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，将它们移植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和问题
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
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
1.应用前景：
（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和问题
2.体细胞核移植技术存在的问题：
（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。
大型东乌桑巴拉叶片角变色龙
黑草黄弄蝶
金丝猴
白鳍豚
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
2.体细胞核移植技术存在的问题：
（1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。
（2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。
（3）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。
三、体细胞核移植技术的应用前景和问题
(1)诱导动物细胞融合常用的方法有：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法； 激活重构胚的常用方法有电刺激、Ca2＋载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等。　　　　　　
(2)克隆动物技术属于无性繁殖技术。
(3)动物体细胞核移植的原理是细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。
(4)核移植技术中的供体是提供细胞核的动物个体；受体是代孕的雌性动物个体，而非提供去核卵母细胞的动物个体。　　　　　　　　
(5)动物体细胞核移植过程中，涉及的技术手段不仅有核移植技术，还有动物细胞融合技术、动物细胞培养技术，以及早期胚胎培养技术和胚胎移植技术等。　　　　　　　　　　
一、动物体细胞核移植技术和克隆动物
一般指DNA分子扩增，如PCR技术，还包括单克隆抗体技术。
由一个细胞分裂所形成的细胞群体，如动物细胞培养技术、植物细胞培养技术。
分子水平：
细胞水平：
个体水平：
在生物学上，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分子、细胞或个体。
克隆技术：是一个很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。
指基因型完全相同的个体或群体，如植物组织培养技术、核移植技术。
本章小结
概述
过程
动物细胞核移植
结果
生殖方式
原理
分类
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
胚胎移植
早期胚胎培养
前景和问题
畜牧生产、保护濒危物种、医药卫生、治疗人类疾病、科研
成功率低、环节有待改进、健康问题
习题检测
1．克隆动物的制备体现了动物细胞的全能性（ ）
克隆动物的遗传物质全部来自于供体细胞（ ）
减数分裂II中期的卵母细胞的“核”，其实就是纺锤体—染色体复合物（ ）
重构胚具有发育成完整个体的能力（ ）
×
√
×
√
习题检测
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
习题检测
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（ ）
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
习题检测
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
是否赞成克隆大熊猫，学生的回答只要言之有理，就应该予以支持，并且还应该让他们认识到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。
习题检测
二. 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。
在学生搜集证据的过程中，要提示他们注意证据的来源及其真实性和可靠性，进一步引导学生认识到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。
真题检测
(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
真题检测
(2021·江苏·高考真题) 1. 下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述，错误的是（ ）
A．细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质
B．早期胚胎需移植到经同期发情处理的同种雌性动物体内发育成个体
C．猴的核移植细胞通过胚胎工程已成功地培育出了克隆猴
D．将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞
D
真题检测
(2021·浙江·高考真题) 2 . 将蝌蚪肠细胞的细胞核移植到去核的蛙卵中，形成重建的“合子”。有些“合子”发育成正常的蝌蚪，而单独培养肠细胞却不能发育成蝌蚪。下列叙述错误的是（　　）
A．肠细胞不能表达全能性是受某些物质的限制
B．“合子”第一次分裂后形成的细胞已失去全能性
C．“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着细胞分化
D．细胞核具有全能性是由于其含有该物种的全套基因
B

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