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第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物
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。
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
发育
克隆动物
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
3.种类：
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度 ，
表现全能性 ；
细胞分化程度 ，
表现全能性 。
低
相对容易
高
十分困难
这说明什么？
整个细胞随分化程度的提高，分化潜能逐渐减弱，全能性受到限制。
一、动物细胞核移植技术
思考1：为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界 有什么困难吗？
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。
思考2：为什么要进行克隆猴的研究？
研发新药时，进行药物的筛选。
克隆鼠、兔等不能吗？
鼠和兔等哺乳动物与人类的亲缘关系比较远，用它们筛选出来的药物对人类的效果不好甚至没有作用。
自然界的猴？
①自然界的猴繁殖慢，
②自然界的猴基因型不同，会干扰实验结果。
③有时用转基因猴进行药物筛选效果更好
细胞核移植
早期胚胎
卵裂……
胚胎移植
C母绵羊子宫
多莉羊
分娩
妊娠
Ｂ母绵羊
乳腺细胞
细胞核
卵细胞
Ａ母绵羊
细胞质
融合后的卵细胞
从1996年“多莉羊”成功诞生后，短短20年，人们已成功应用体细胞核移植技术，克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物。
普通奶牛产奶量年平均水平仅为3～4t，现有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8t，能否依据“多莉”的培育过程，进行优质奶牛的快速繁育？
请同学们设计出相应的体细胞核移植的过程流程图。
二、体细胞核移植的过程
二、体细胞核移植的过程
思考：
观看视频，与你设计的体细胞核移植过程图对比，有什么不同呢？你认为其中最困难的是什么？
1、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什么时期？
2、卵母细胞去核的方法？“去核”去的是什么？
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？
问题汇总，大家一起思考下列问题
（以体细胞克隆牛为例）
二、体细胞核移植的过程
（1）找出图中的供体细胞和受体细胞？
供体
受体
选择10代以内
当传代至10-50代左右时，部分细胞核型可能会老化或DNA损伤，存在失去分裂能力或癌变风险，而10代以内的细胞一般保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。
供体细胞和受体提供了什么？有什么要求？
供体一般选用传代10代以内的细胞，为什么？
供体：_______________________________；
受体：____________________。
提供一个细胞的细胞核的动物
去核的卵母细胞
二、体细胞核移植的过程
二、体细胞核移植的过程
（2）为何选用MⅡ期卵母细胞？
在体外培养到MⅡ期
去核：显微操作法
次级卵母细胞
卵母细胞体积大，易操作
②含有激发和促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。
③卵黄多，营养物质丰富。
去核位置？
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
正常排出的卵子即处于MⅡ期
实际上是去除纺锤体-染色体复合物
“去核”去的是什么？
（3）卵母细胞为什么要“去核”？
保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。
补充：核移植技术中普遍使用的去核方法
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。
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。
梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理
二、体细胞核移植的过程
目的？
指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。
（4）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？
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。
直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内
√
显微
注射法
二、体细胞核移植的过程
（5）诱导融合的方法？？
融合的结果？
电融合法
供体核进入卵细胞，形成重构胚
（6）什么是重构胚？
激活重构胚的方法？
激活重构胚的目的？
物理或化学方法
使其完成细胞分裂和发育进程
（如电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）
二、体细胞核移植的过程（7）为了早期胚胎移植能成功，对受体（代孕）动物有何要求？移植到同种、生理状态相同的其他雌性动物子宫中。（8）动物体细胞核移植技术证明了？（原理）该技术证明了：已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛（9）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？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。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。①克隆动物细胞核的遗传物质来自供体动物细胞核，但细胞质中的遗传物质同时来自供体细胞和受体卵母细胞；
重构胚
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
早期胚胎
用物理或化学方法激活重构胚
采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
去核的卵母细胞
将供体细胞显微注入去核的卵母细胞
高产奶牛
（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
供体细胞培养
从供体身上取体细胞
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
使其完成细胞分裂和发育
思考：请根据以下关键词，构建体细胞核移植过程思维导图
二、体细胞核移植的过程
重构胚
通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞
早期胚胎
用物理或化学方法激活重构胚
采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期
去核的卵母细胞
将供体细胞显微注入去核的卵母细胞
高产奶牛
（供体）
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
通过显微操作去核
供体细胞培养
从供体身上取体细胞
将胚胎移入受体（代孕）母牛体内
早期胚胎培养
动物细胞培养
胚胎移植
动物细胞核移植
使其完成细胞分裂和发育
该过程用到哪些技术手段？
动物细胞融合
二、体细胞核移植的过程
体细胞核移植过程思维导图
2、克隆技术：
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。
1、克隆动物：
用核移植的方法得到的动物
克隆是指通过无性生殖而产生的遗传上均一的生物群，即具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。克隆其实就是复制，可以发生在不同的水平，不同的层次。
分子克隆：单克隆抗体技术、PCR技术（一般指DNA分子扩增）
细胞克隆：动物细胞培养技术、植物细胞培养技术（由一个细胞分裂所形、成的细胞群体）
个体克隆：植物组织培养技术、核移植技术（指基因型完全相同的个体或、群体）
[思考]为何不称为“克隆技术”而是“核移植技术”？
[思考]分子克隆、细胞克隆、个体克隆分别用什么技术
二、体细胞核移植的过程
1.应用前景
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。
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
(1)畜牧业：
（2）医药卫生领域
A. 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。
乳腺生物反应器
换成核移植过程相关细胞
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
B. 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；
C. 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。
（2）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
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
（3）科学研究领域
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，可通过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制和开发相应的药物提供帮助
（4）保护濒危物种：有望增加濒危物种的存活数量
中华眼镜蛇
大型东乌桑巴拉叶片角变色龙
黑草黄弄蝶
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
思考：多利羊视频说明了体细胞核移植技术存在什么问题？
2.存在的问题
(1)该技术的成功率非常低。
(3)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。
(2)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。
思考 ：体细胞核移植技术与诱导iPS细胞作为当下动物细胞工程研究的热点，相比之下二者有什么相似或不同之处？请预测它们应用前景的差异。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
体细胞核移植技术VS诱导iPS细胞
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。
结果：
细胞：较高要求，细胞分化程度越高，胞成功率越低
细胞：来源广，成纤维、脂肪干细胞等都可诱导成iPS细胞
技术：操作复杂
技术：相对简单，更适合用于生产实践
前景:研究生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面的差异
3.(2022·河南许昌高二期中)根据体细胞核移植技术的特点进行推断，体细胞核移植技术可以用来( )
①有效提高濒危动物的遗传多样性
②提高某些良种家畜自然繁殖率
③解决人体器官移植供体来源短缺的问题
④为科学研究提供实验动物
⑤ 构建转基因克隆动物，作为生物反应器，大规模生产珍贵医用蛋白
A.①②③④⑤ B.①②③④ C.②③④⑤ D.③④⑤
趁热打铁
D
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
本节小结
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
一. 概念检测
练习与应用
练习与应用
解析：用体细胞进行动物克隆，目前只能通过体细胞核移植技术实现，该技术需要将待克隆动物体细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中，形成重构胚，再经过动物细胞培养和胚胎移植，最终培育出新个体。
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
一. 概念检测
练习与应用
练习与应用
解析：A、母亲为“三亲婴儿”提供的是卵母细胞的细胞核，后代的线粒体基因来自捐献者的卵母细胞，故该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，A正确；B、由题图可知，该技术涉及动物细胞培养、动物细胞核移植、体外受精等操作，B正确 C、捐献者携带的红绿色盲基因位于其细胞核内，而捐献者给三亲婴儿提供的是卵母细胞的细胞质，故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给“三亲婴儿”，C错误；；D、“三亲婴儿”的细胞核基因一半来自母亲，一半来自父亲，线粒体基因来自于卵母细胞捐献者，D正确。故选C 。
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。
二.拓展应用
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。
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。
二.拓展应用
练习与应用

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