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第二章 细胞工程
第二节 动物细胞工程
人教版（2019）选择性必修三
（三）动物体细胞核移植技术和克隆动物
学习目标
1.阐明动物细胞核移植技术的概念和原理。(生命观念)
2.以文字和图示表述体细胞核移植的过程。（科学思维）
3.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)
课前导入
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。
灰绿色
“（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
一、体细胞核移植技术
1.动物细胞核移植技术
① 概念：
将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体的技术。
胚胎细胞核移植
③ 分类：
体细胞核移植
较容易
较难
② 原理：
动物细胞核具有全能性。
分化程度低，全能性易表现
分化程度高，全能性难表现
非人灵长类动物体细胞核移植非常困难的两个原因：
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非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
一、体细胞核移植技术
相关概念：
动物的一个细胞的细胞核
去掉核的卵母细胞
形成重新组合的细胞并发育成新胚胎，继而发育成动物个体。
用动物细胞核移植技术得到的动物称为克隆动物，是一种无性生殖。
供体：
供体：
结果：
克隆动物
动物细胞核移植的概念理解
二、体细胞核移植的过程
①收集牛卵巢，采集卵母细胞
③供体细胞的选择和培养
②显微操作去核
④将供体细胞注入去核卵母细胞
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
⑦分娩获得克隆动物
高产奶牛（供体）
⑥将胚胎植入受体
取供供体体细胞进行培养
生出与供体遗传物质基本相同的犊牛
二、体细胞核移植的过程
二
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
(1)材料的选择：
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(MⅡ期)的次级卵母细胞。
(2)选择MⅡ期卵母细胞的原因：
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。
二、体细胞核移植的过程
二
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
(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。
(4)将整个供体细胞注入卵母细胞中有何优点？
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
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
二、体细胞核移植的过程
二
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
(5)诱导融合的方法？融合的结果？
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。
(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？
激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
电刺激或Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂
二、体细胞核移植的过程
二
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
(8)该过程用到哪些技术手段？
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
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
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
(9)该技术证明了什么？
(7)新生牛的性别、基因？
与供体相同
三、体细胞核移植技术的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
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：
①建立转基因体细胞系，再利用此技术培育的转基因克隆动物
可作为生物反应器生产珍贵的医用蛋白。
②治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官，
可作为异种移植的供体。
③患者的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，能形成相应的细胞、
组织或器官可用于移植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
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（不能提高生物多样性）
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
存在问题
（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。
课堂小测
1.动物细胞核移植技术中能用作受体细胞的通常有MⅡ期卵母细胞和受精卵。早期核移植技术中常用受精卵，后来基本上用MⅡ期卵母细胞取代了受精卵，主要原因是两者的( )
A.细胞大小不同 B.基因数目不同
C.染色体形态不同 D.细胞质环境不同
D
解析：动物细胞核移植中受体细胞主要提供细胞继续分裂、分化并发育成完整个体的细胞质环境，所以受精卵和MⅡ期卵母细胞作为受体的区别主要是细胞质环境不同，D符合题意。
课堂小测
2.下列关于动物体细胞核移植和克隆的叙述，错误的是( )
A.利用体细胞核移植技术可以促进优良畜群繁育
B.利用体细胞核移植培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器
C.通过体细胞核移植技术获得克隆动物技术的成功率已经非常高
D.克隆动物通常会表现出遗传和生理缺陷，以及会存在健康问题
C
解析：体细胞核移植技术在畜牧业的应用：可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育，A正确；利用体细胞核移植培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器（如乳腺生物反应器），用于生产珍贵医用蛋白等，B正确；尽管通过体细胞核移植技术已经获得了多种克隆动物，但该技术的成功率仍然非常低，各个技术环节也有待进一步改进，C错误；克隆技术并没有完全成熟，大多数克隆动物还存在一些遗传和生理缺陷类的健康问题，D正确。
课堂小测
3.通过核移植等技术获得克隆哺乳动物（二倍体）的一般流程如图所示。下列说法错误的是( )
A.从哺乳动物卵巢中采集到的卵母细胞直接进行过程①
B.过程①表示去核，去除的就是卵母细胞的纺锤体一染色体复合物
C.过程②构建的重构胚具有发育成完整个体的能力
D.可以通过乙醇、蛋白酶合成抑制剂等方法激活重构胚
A
解析：从哺乳动物卵巢中采集到的卵母细胞需要在体外培养到M工期再进行过程①，A错误；过程①表示去核，去除的是卵母细胞的纺锤体一染色体复合物，B正确；过程②构建的重构胚，使用物理（电刺激等）或者化学方法（乙醇、蛋白酶合成抑制剂、Ca2+载体等）进行激活，使其完成细胞分裂和发育进程最终形成完整个体，所以重构胚具有发育成完整个体的能力，CD正确。
感谢观看
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