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第2节 动物细胞工程
第2章　细胞工程
三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
课程内容标准 核心素养对接
阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。 1.通过对体细胞核移植过程的学习，认同细胞的结构与功能观。（生命观念）
2.通过对体细胞核移植技术的应用前景及存在问题的讨论，树立批判性思维。（科学思维）
一、体细胞核移植
1.概念
（1）供体：动物的一个细胞的 。
（2）受体：去掉 的卵母细胞。
（3）结果：形成重组细胞，发育成胚胎，最终发育成 。
2.种类： 和 。
细胞核
细胞核
动物个体
胚胎细胞核移植
体细胞核移植
3.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细胞中不能完全恢复其 前的功能状态。
（2）对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术 。
分化
尚不完善
二、体细胞核移植的过程
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在问题
1.应用前景
（1）畜牧生产中：加速家畜 进程，促进 。
（2）医药卫生领域：转基因克隆动物作为 ，生产医用蛋白。
（3）治疗人类疾病：转基因克隆动物细胞、组织和器官可以用于
。
遗传改良
优良畜群繁育
生物反应器
异种
移植
（4）使人类更深入地了解 过程。
（5）增加濒危动物的 。
2.存在问题
（1）体细胞核移植技术的 非常低。
（2）核移植的理论研究相对 。
（3）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和 缺陷等。
胚胎发育及衰老
存活数量
成功率
滞后
生理
1.判正误（对的画“√”，错的画“×”）
（1）动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。 （ ）
（2）克隆动物的性状与供体动物完全相同。 （ ）
（3）体细胞核移植过程中采用MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞。 （ ）
（4）选择卵母细胞作为核移植的受体细胞的主要原因是该细胞大，显微操作方便。 （ ）
×
×
√
×
2.微思考
（1）哺乳动物核移植有哪两种？有何区别？
提示　胚胎细胞核移植和体细胞核移植。胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难。
（2）植物组织培养和动物体细胞核移植技术的原理分别是什么？
提示　植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，动物体细胞核移植的原理是动物细胞核的全能性。
任务驱动一　动物体细胞核移植的过程
克隆羊多莉的产生过程如图：
1.多莉的遗传物质是对母羊B的100%复制吗？请分析原因。
提示　不是。克隆过程中细胞核来自供体，因此克隆动物多莉的核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制，而其细胞质中的遗传物质来自母羊A。
2.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？请分析原因。
提示　无性生殖。动物体细胞核移植最终得到的个体细胞核中的遗传物质完全来自一个个体，不是精卵结合得到的，因此属于无性生殖。
3.克隆羊的诞生是否证明了动物细胞具有全能性？
提示　否。用体细胞核移植技术得到克隆动物，仅仅说明动物体细胞的细胞核具有全能性，而不是动物细胞具有全能性。
动物体细胞核移植的过程
（1）原理：动物细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。因动物体细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体。所以用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
（2）供体：一般选用传代10代以内的细胞，因为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。
（3）受体
①材料选择：选择处于减数第二次分裂的次级卵母细胞作为受体细胞，其原因：
a.卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；
b.卵母细胞体积大，便于操作；
c.卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。
②去核的原因：保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。
［易错提醒］（1）为了确保核移植形成的克隆动物的核遗传物质全部来自具有优良性状的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移植到受体细胞内之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或破坏掉。
（2）细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性，而克隆动物的形成则利用了动物细胞细胞核的全能性。
（3）涉及的生物技术：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。
（4）动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，因为胚胎干细胞的全能性比体细胞强，所以胚胎细胞核移植更容易实现。
（5）克隆属于无性生殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
下图为克隆羊多莉的培育过程示意图。
下列有关表述错误的是 （　　）
A.克隆羊多莉的主要性状与甲羊一致，因其细胞核基因来自甲羊
B.克隆羊多莉的培育过程中采用的生物技术有核移植和动物细胞培养
C.乙羊的去核卵母细胞为重组细胞基因表达提供了细胞内的环境条件
D.此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性
D
解析
生物的性状主要是由细胞核中的基因控制的，A正确；获得重组细胞需要进行核移植，而重组细胞发育成早期胚胎的过程需要进行动物细胞培养，B正确；由于卵母细胞的细胞质中含有调控细胞核表达全能性的物质和营养条件，所以其为重组细胞基因表达提供了细胞内的环境条件，C正确；此实验只能说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，而不能说明动物细胞具有全能性，D错误。
［举一反三］
1.（生命观念）克隆羊多莉培养应用的生物学原理是什么？
提示　动物细胞核具有全能性，细胞膜具有一定的流动性。
2.（科学思维）克隆羊产生过程中共有几只羊参与？作用各是什么？
提示　3只。第一只羊提供去核的卵细胞，第二只羊提供细胞核，第三只羊作为代孕母体，为早期胚胎提供发育的场所。
1.下列关于体细胞克隆的叙述，错误的是 （　　）
A.供体为体细胞的细胞核
B.受体为去核卵母细胞的细胞质
C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表型完全一致
D
解析
克隆出的后代与供体的遗传物质和表型不完全一致，因为供体只提供了核基因，而细胞质基因来源于另一个生物，同时表型除受基因控制外，还受外界环境因素的影响，D错误。
2.下列对哺乳动物体细胞核移植技术的描述，不正确的是 （　　）
A.该技术的难度明显低于胚胎细胞核移植
B.通常采用减数第二次分裂中期的卵母细胞作为受体细胞
C.可通过显微操作法除去卵母细胞核
D.克隆动物不是对提供体细胞的动物进行完全的复制
A
解析
体细胞的全能性低于胚胎细胞，所以哺乳动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植，A错误；减数第二次分裂中期的卵母细胞已经成熟，通常采用减数第二次分裂中期的卵母细胞作为受体细胞，B正确；去除卵母细胞核时，可采用显微操作法，C正确；克隆动物的核基因完全来自供体动物，而细胞质基因来自受体细胞，因此克隆动物不是对提供体细胞的动物进行完全的复制，D正确。
任务驱动二　体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
下图为我国成功培育出的克隆猴——“中中”和“华华”。请据图思考并回答问题：
1.“中中”和“华华”的产生是有性生殖还是无性生殖？
提示　“中中”和“华华”是动物体细胞核移植的产物，是无性生殖。
2.核移植技术还可以有哪些方面的应用？
提示　动物核移植技术还可以用于濒危动物的繁殖，促进优良畜群繁育，培育转基因克隆动物用作生物反应器，生产珍贵的医用蛋白等。
1.体细胞核移植技术的应用前景
应用领域 具体实例
畜牧生产 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育
医药卫
生领域 与基因工程结合培育转基因动物作生物反应器，生产医用蛋白，用于器官移植等
理论研究 了解胚胎发育及衰老过程
保护濒
危物种 增加濒危物种的存活数量
2.存在问题
（1）体细胞核移植技术的成功率非常低。
（2）研究相对落后。
（3）克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。
一只羊的卵细胞被另一只羊的体细胞核移植后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下了一只羊羔，这种克隆技术具有多种用途，但是不能 （　　）
A.有选择地繁殖某一性别的家畜
B.繁殖家畜中的优秀个体
C.用于保存物种
D.改变动物的基因型
D
解析
目前的克隆技术是将动物的一个细胞的细胞核植入一个去核的卵细胞，经过试管培养一段时间后，再移入另一个体的子宫内发育、分娩的技术。通过该技术能够保持亲本的优良性状，保持性别不变，也能够用于保存物种，但不能改变动物的基因型。
［举一反三］
1.（科学思维）怎样利用体细胞核移植技术研究疾病的致病机理？
提示　利用体细胞核移植技术克隆特定疾病模型的动物，能为研究该疾病的致病机理和开发相应的药物提供帮助。
2.（科学思维）核移植技术能否选择生殖细胞的细胞核？
提示　不能。因为生殖细胞与正常体细胞相比，遗传物质是减半的。
1.下列叙述中，不属于动物体细胞核移植技术应用前景的是 （　　 ）
A.加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育
B.可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性
C.转基因克隆动物做为生物反应器，生产医用蛋白
D.用克隆动物做疾病模型，便于更好地追踪疾病发展过程
B
解析
利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育，A正确；检测有毒物质，判断某种物质的毒性属于动物细胞培养技术的应用，不是动物体细胞核移植技术的应用，B错误；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，C正确；利用克隆动物作疾病模型，有利于人们追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病，D正确。
2.生物技术的发展速度很快，已灭绝生物的“复生”将不再是神话。如果世界上最后一头野驴刚死亡，以下较易成功“复生”野驴的方法是 （　　）
A.将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育成新个体
B.将野驴的体细胞两两融合，再用组织培养技术经脱分化、再分化培育成新个体
C.取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中，经孕育培育成新个体
D.将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育成新个体
C
解析
用体细胞进行动物克隆，目前只能通过核移植技术实现，该技术要将体细胞核转移到去核卵细胞中，形成重组细胞，再经动物细胞培养和胚胎移植，最终培育成新个体。
知识网络构建
关键知识积累
1.动物体细胞核移植技术是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。
2.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，后者难度高于前者。
3.体细胞核移植技术可用于畜牧业、医药卫生、保护濒危物种等方面。
1.下列关于哺乳动物体细胞核移植技术和克隆动物的叙述，正确的是 （　　）
A.与胚胎细胞相比，动物体细胞分化程度低，表现全能性相对容易
B.目前科学家可以用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体
C.利用动物体细胞核移植技术可有选择地繁殖某一性别的家畜
D.用体细胞核移植技术培育的克隆动物，对供体动物进行了100%的复制
C
解析
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，这是由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，A错误；由于细胞的分化，动物细胞的全能性受到限制，所以不能用类似于植物组织培养的方法获得完整的动物个体，B错误；用核移植技术获得的克隆动物，细胞核来自供体，因此动物体细胞核移植技术可有选择地繁殖某一性别的家畜，C正确；重组细胞中核是供体细胞的，但细胞质是受体细胞的，即重组细胞中遗传物质绝大多数来自供体，D错误。
2.下图是某克隆羊的培育过程模式图，则该克隆羊的生殖方式和其发育成熟时所分泌的主要性激素分别是 （　　）
A.无性生殖；雄性激素
B.无性生殖；雌性激素
C.有性生殖；雄性激素
D.有性生殖；雌性激素
A
解析
克隆羊的产生属于无性生殖；由于此过程是雄性羊供核，故得到的克隆羊为雄性，所分泌的性激素是雄性激素。
3.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”能发育成正常的蝌蚪，而单独培养的肠细胞却不能发育成蝌蚪。下列叙述错误的是 （　　）
A.“合子”发育成正常的蝌蚪，说明肠细胞的细胞核具有全能性
B.“合子”细胞通过有丝分裂进行增殖，但不发生细胞分化
C.“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着基因的选择性表达
D.细胞核含有该物种的全套基因，但单独培养肠细胞其全能性会受到抑制
B
解析
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”，“合子”发育成正常的蝌蚪，说明肠细胞的细胞核具有全能性，A正确；“合子”细胞通过有丝分裂进行增殖，通过细胞分化形成不同的组织和器官，B错误；“合子”发育成正常蝌蚪的过程中细胞种类增多，因此伴随着细胞分化，细胞分化的实质是基因的选择性表达，因此“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着基因的选择性表达，C正确；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
解析
“合子”发育成正常的蝌蚪，说明细胞核具有全能性，原因是细胞核含有该物种的全套基因，而单独培养肠细胞却不能发育成蝌蚪，可能是肠细胞的全能性会受到细胞质的抑制，D正确。
4.乙马的卵细胞核被甲马的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂发育成重组胚胎，再植入丙马的子宫内发育，结果产下一匹小马。下列叙述正确的是 （　　）
A.直接在体外对甲马的体细胞进行诱导也能培养出胚胎
B.小马的性状与甲马完全相同
C.此项技术可用于保护濒危物种
D.该过程可以很好地证明动物细胞具有全能性
C
解析
克隆过程中细胞质中的遗传物质来自一方，而细胞核中的遗传物质来自另一方，所以小马的性状与甲马不完全一致。该过程只能说明动物细胞核具有全能性，而不能证明动物细胞具有全能性。
5.美国威斯康星州的一个奶牛场有一头奶牛，年产奶量达30.8 t，我国奶牛产奶量年平均水平仅为3~4 t。某人用该高产奶牛的耳朵细胞，采用核移植技术获得高产奶牛（如下图）。
（1）目前完成①的方法有　　　　　　　　　、　　　 　　　　　、
　　　　　　　、化学物质处理等。
（2）③过程中选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是
。
（3）④过程利用的技术是　　　　　　　。其原理是　　　　　　。
（4）该实验的成功说明已分化的耳朵细胞的细胞核中含有与　　　　　　一样的全套基因，这种繁殖方式属于　　　　　　　。
答案　（1）显微操作去核　梯度离心　紫外光短时间照射　（2）卵母细胞体积大、易操作，营养物质丰富，且细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质　（3）动物细胞培养　细胞增殖　（4）受精卵　无性繁殖
解析
进行动物体细胞核移植需用去核的卵母细胞作受体细胞，构建的重组细胞需经历动物细胞培养，并经诱导形成早期胚胎。重组细胞能够培育为动物体，表明动物细胞核具有全能性，克隆动物属无性繁殖。

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