资源简介

2.2动物细胞工程
三 动物体细胞核移植技术和克隆动物 教案
一、教学目标
1.阐明动物细胞核移植的技术的概念和原理。
2.概述体细胞核移植的过程。
3.认同体细胞核移植技术具有广阔的应用前景，客观分析该技术存在的问题。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
2.教学难点
（1）用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
三、教学设计思路
本节以《西游记》中孙悟空拔毫毛变小猴的片段引入教学，激发学生的学习兴趣，通过教师一连串的问题，在课堂中的师生交流、生生讨论，让学生把被动学习变为主动学习，培养学生正确的学习方法，在回答教师的提问过程中，锻炼了学生的思维方式和合作交流的意识，培养学生的科学素养
四、教学过程
【新课导入】
展示《西游记》中孙悟空拔毫毛变小猴的相关片段和科学家培育的克隆猴的相关资料和图片：
“（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。”这是《西游记》中的一段描述，展示了中华先贤的想象力。
讨论：毫毛来自于体细胞。在现实中，如何能用体细胞“变”出一个个体呢？
提示：核移植技术。
展示“中中”和“华华”照片：
2017年我国科学家培育世界上首例体细胞克隆猴。
照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。
你知道它们是如何培育出来的吗 在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗
其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊（Dolly）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
提出问题：
1.克隆猴用到了什么技术？
提示：核移植。
2.为什么用供体候的一个细胞核移植就可以培育出与它几乎一模一样的克隆猴？
提示：动物细胞核具有全能性。
3.胚胎细胞克隆猴与体细胞克隆猴有什么不同？ 为什么体细胞克隆猴的诞生能够轰动世界？
提示：动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。
学生分为小组互相讨论并回答问题
教师借助学生熟悉的情境导入新课，激发学生的学习兴趣，引出动物细胞核移植技术的相关概念
【新课讲授】
（一）体细胞核移植的过程
1.动物细胞核移植技术
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，最终发育为动物个体。
2.原理：动物细胞核的全能性
3.分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植
动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易。
动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难。
因此，动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植
在体细胞核移植中，非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难。
主要原因：
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操作的技术尚不完善。
展示高产奶牛的图片，让学生尝试构建克隆奶牛的相关流程，然后根据教材第54页的相关流程图提出问题。
思考与讨论：
（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？
提示答案：为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来供体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。
（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？
提示答案：
克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体（核供体）动物的细胞核，但其细胞核外的DNA，即线粒体中的DNA同时来自核供体细胞和受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆动物不是对核供体动物进行完全相同的复制。
此外，即便动物的遗传基础完全相同，但由于动物的发育及一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，克隆动物所生活的环境与核供体动物生活的环境不会完全相同，所以从这一角度看，克隆动物也不是对核供体动物进行100%的复制。
（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。
提示答案：
都能生成干细胞，但过程完全不同。
A.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。
B.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一些，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。
C.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。
（5）动物体细胞核移植技术的原理是什么？该过程用到哪些技术手段？
提示答案：动物细胞核的全能性，动物体细胞核移植、动物细胞培养和胚胎移植。
（6）用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？
提示答案：培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。
学生小组之间互相讨论教师提出的问题，教师给予肯定并及时提出问题和补充答案。
通过让学生自主构建克隆流程，让学生由被动学生改为主动探索，提高学生的学习兴趣。
知识梳理：体细胞核移植的过程
体细胞核移植的过程：
采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期→通过显微操作去核→去核的卵母细胞；
高产奶牛（供体）→从供体身体某一部位上取体细胞→供体细胞培养→将供体细胞注入去核的卵母细胞→通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞→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过程→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。
（二）体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
教师理由课件展示体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生等领域的相关资料和图片：
1.医药卫生方面：
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。
④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；
⑥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；
⑦克隆特定疾病模型的动物，能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。
2.畜牧生产：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
3.科研：
①使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程
②分析致病基因
③研究致病机制，开发药物
4.保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量
教师在与同学们讨论体细胞核移植的应用前景之后，并让同学们一起探讨体细胞核移植过程中是否存在问题？
教师让学生阅读教材第54页最后一段，了解体细胞核移植技术存在的问题，引导学生要辩证地看待技术的应用，发展学生的思维。
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。
研究仍在继续深入，许多问题需要解决。
五、板书设计
2.2.3 动物体细胞核移植技术和克隆动物

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