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第3课时
动物体细胞核移植技术和克隆动物
第2节
动物细胞工程
第2章细胞工程
SW-PWF
2017年11月27日，世界上首个体细胞克隆猴“中中”在
中国科学院神经科学研究所(上海)、脑科学与智能技术
卓越创新中心的非人灵长类平台诞生(苏州);12月5日
第二个克隆猴“华华”诞生。自1996年首个体细胞克隆 动物多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪 等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界 呢
中华先贤的奇思妙想：
“(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(cù)。”
这是《西游记》中的一段描述，展示了中华先贤的想象力。 毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗
2017年，中国的科学家利用“动物体细胞核移植技术”将这一幕变成了现实。
动物细胞核移植技术概述
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
胚胎细胞核移植：细胞分化程度 低，
3 .种类：
表现全能性相对容易； 体细胞核移植： 细胞分化程度 高，
新胚胎 发育 克隆动物
重组细胞
发育
●
动物细胞 ● 取核 卵母细胞
O
去核
动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植
表现全能性
十分困难
移入
极体 98 4 .生殖方式： 无性生殖
极体
减数第二次分裂中期
提供一个细胞的细胞核的动物称为_ 供体；
去核的卵母细胞称为受体。
新胚胎 发育 克隆动物
重组细胞
发育
●
动物细胞 ● 取核
卵母细胞
○
去核
动物细胞核移植技术概述
移入
动物细胞核移植技术概述
4. 在体细胞核移植中，非人灵长类动物体细胞核移植困难的原因
(1) 供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其 分化前的功能
状态，这导致了胚胎发育率低 ；
(2)对非人灵长类动物胚胎_ 进行操作的技术尚不完善。
我国科学家经过多年努力，攻克了这些
障碍，终于成功获得了世界上首例体细 胞克隆猴。
细胞核
融合后的卵细胞
卵裂.
早期胚胎 胚胎移植
“多莉”是世界上第一例经体细胞核
移植出生的动物。这一巨大进展证明 了分化了的动物细胞核具有全能性。
C母绵羊子宫
妊娠 分娩
多莉羊
细胞质
细胞核移植
“多莉”羊的三个母亲
B 母绵羊
乳腺细胞
小羊长得像谁
A 母绵羊
卵细胞 0
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30.8t, 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。
能否依据“多莉”的培育过程，进行优质奶牛的快速繁育
从1996年“多莉羊”成功诞生后，短短20年，人们已成功获得多种克隆动物。
应用体细胞核移植技术，我国已经成功地克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物。
⑤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收集牛卵巢， ②显微操作去核
采集卵母细胞
⑦分娩获得克隆动物
生出与供体遗传物质 基本相同的犊牛
体细胞核移植的过程 (以体细胞克隆牛为例)
④将供体细胞注
入去核卵母细胞
③供体细胞的选择和培养
取供供体体细 胞进行培养
⑥将胚胎植入受体
高产奶牛(供体)
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
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卵母细胞卵黄多，营养物质丰富。
①供体： 一般选优良动物的传代10代
以内的细胞。
②受体： 一般为减数分裂Ⅱ中期(MIⅡ
期)的次级卵母细胞。
采集卵母细胞，在 体外培养到MⅡ期 显微操作去核 去核的卵母细胞
从供体高产奶牛 身上取体细胞
对体细胞进行培养
供体细胞
体细胞核移植的过程 (以体细胞克隆牛为例)
(2)选择MⅡ 期卵母细胞的原因：
将供体细胞注入 去核的卵母细胞
(1)材料的选择：
电融合法
(3)卵母细胞去核的方法，“去核”去 的是什么
显微操作(去核)法
去除的为纺锤体-染色体复合物。
△ 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
(4)将整个供体细胞注入卵母细胞中有 何优点
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。
直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
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
采集卵母细胞，在 体外培养到MⅡ期 显微操作去核 去核的卵母细胞
从供体高产奶牛 身上取体细胞
对体细胞进行培养
供体细胞
体细胞核移植的过程 (以体细胞克隆牛为例)
将供体细胞注入 去核的卵母细胞
二
电融合法
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
人工重新构建的胚胎，具有发育 成完整个体的能力。
电刺激或Ca +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
采集卵母细胞，在 体外培养到MⅡ期 显微操作去核 去核的卵母细胞
从供体高产奶牛 身上取体细胞
对体细胞进行培养
供体细胞
(6)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
体细胞核移植的过程 (以体细胞克隆牛为例)
供体核进入卵母细胞，形成重构胚
(5)诱导融合的方法 融合的结果
将供体细胞注入 去核的卵母细胞
二
电融合法
电融合法
采集卵母细胞，在 体外培养到MⅡ 期 显微操作去核 去核的卵母细胞
从供体高产奶牛 身上取体细胞
对体细胞进行培养
供体细胞
动物细胞培养、
动物细胞核移植、
早期胚胎培养、
动物细胞融合
胚胎移植
已分化的动物体细胞的细胞核具
有全能性
早期胚胎
将胚胎移入受体
(代孕)母牛体内
体细胞核移植的过程 (以体细胞克隆牛为例)
(8)该过程用到哪些技术手段
化学方法激活重构胚， 细胞分裂和发育
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
(7)新生牛的性别、基因
(9)物细胞核移植说明
动物细胞培养 动物细胞融合
与供体相同
将供体细胞注入 去核的卵母细胞
动物细胞核移植技术
用物理或 使其完成
早期胚胎培养
胚胎移植
电融合法
重构胚
目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微
操作去核法。
还有人采用梯度离心、紫外光短时间照射、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。
梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理
使DNA变性失活，达到去核的目的。
没有刺破卵母细胞膜，对卵母细胞伤害小。
相 关 信 息 补充：核移植技术中普遍使用的去核方法
思考讨 论 有关体细胞核移植的问题
1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去
核操作
为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。
2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，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克隆动物绝大部分D NA 来自供体动物的细胞核，但细胞质中的D NA ( 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；
细胞发生
转化
iPS细胞 O
诱导
各种细胞组织或器官
取出
转入相关
因子
核移植
重构胚胎 取出
取出
O
取核
O
胚胎干细胞
诱导
治疗性克隆与iPS 细胞治疗
各种细胞组织或器官
去核卵母细胞
治疗性克隆
iPS细胞治疗
成纤维细胞
体细胞
病人
移植
移植
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。
思考·讨论 有关体细胞核移植的问题
补充：克隆与无性繁殖
克隆是一很广的概念，凡指新形成的事、物与亲本一致的现象均可称为“克隆”。
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。
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——动物细胞培养
动物克隆——核移植
植物克隆——植物组织培养
DNA克隆——PCR技术
(2)医药卫生领域：培育的转基因克隆动物可作为生物反应器，生产医用蛋白。
(3)治疗人类疾病：a.转基因克隆动物细胞、组织、器官可作为异种移植的供体；
b. 以患者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，将它们移植给患者可以避免发生免疫排斥反应。
(4 )科学研究：a. 研究克隆动物可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，为研究该疾病的致病机理和开发相应药物提供帮助。
(5)保护动物：有望增加濒危物种的存活数量
1.应用前景
(1)畜牧生产方面：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
乳腺生物反应器
克隆动物乳汁中含 有人抗胰蛋白酶
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)
“多莉”只存活7年，远低于平均寿命
三 体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
2.存在的问题
(3)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
(2)克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷
(1)成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进
胚胎移植一动物幼体产出 概率<10%
结果
原理
生殖方式
分类
动物细胞核移植
动物细胞培养
动物细胞融合
早期胚胎培养
胚胎移植
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
动物细胞核移植
前景和问题
课堂总结
概述
过 程
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( p )
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
练习与应用
受精卵
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
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 )
0 去核
捐献者卵
母细胞
取核
母亲卵
母细胞
练习与应用
体外
培养
MⅡ期
卵母细胞
体外受精
“三亲婴儿”
核移植
精子
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，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。
练习与应用
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。
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。
练习与应用
晚年时期的多莉(标本)
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
一求同存异
1.对比多莉羊和高产奶牛的克隆过程，找出操作过程的不同点
多莉克隆过程的受体细胞是去核卵细胞，而高产奶牛的克隆过程的受体细胞是
去核次级卵母细 胞；
多莉克隆过程是将供体细胞核注入受体细胞，而高产奶牛的克隆过程是将供
体细胞注入受体细胞。
2.多莉羊和高产奶牛的克隆过程，哪一种更科学且易操作
卵母细胞当中的细胞周期蛋白含量、活性比卵细胞高，用它作受体更容易成功
将供体细胞注入受体细胞，使克隆动物更像供体动物。
高产奶牛的克隆过程操作简便。
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