動物細胞工程高二下學期生物人教版（2019）選擇性必修3

第2章

細胞工程2.2.3動物細胞工程學習目標什么是動物細胞核移植掌握動物體細胞核移植的基本過程了解該技術(shù)的應(yīng)用前景及存在問題應(yīng)用到的技術(shù)？原理？細胞膜具有一定的流動性多種雜交細胞及未融合的細胞小鼠骨髓瘤細胞多種B淋巴細胞給小鼠注射特定抗原誘導

融合提取第一次篩選用特定的選擇性培養(yǎng)基第二次篩選足夠數(shù)量的能產(chǎn)生所需抗體的雜交瘤細胞注射到小鼠腹腔體外培養(yǎng)大量單克隆抗體雜交瘤細胞（既能迅速大量增殖，又能產(chǎn)生抗體）（能產(chǎn)生抗體）（能無限增殖）從腹水中提取從培養(yǎng)液中提取克隆化培養(yǎng)、抗體檢測（進行多次篩選）動物細胞融合動物細胞培養(yǎng)細胞增殖單克隆抗體制備過程回顧克隆羊“多莉”的誕生過程“多莉”是世界上第一例經(jīng)體細胞核移植出生的動物。這一巨大進展證明了分化了的動物細胞核具有全能性細胞核移植早期胚胎卵裂……胚胎移植C

母綿羊子宮多莉羊分娩妊娠Ｂ母綿羊乳腺細胞細胞核卵細胞Ａ母綿羊細胞質(zhì)融合后的細胞“（悟空）拔一把毫毛，丟在口中嚼碎，望空噴去，叫一聲‘變！’，即變作三二百個小猴，周圍攢簇。”這是《西游記》中的一段描述，展示了中華先賢的想象力。毫毛來自體細胞，我們能用體細胞“變”出一群猴嗎？2017年，中國的科學家將這一幕變成了現(xiàn)實，他們利用體細胞核移植技術(shù)成功克隆出兩只獼猴“中中”和“華華”。核移植相當于孫悟空的“魔法”問題探討課本P52動物細胞核移植技術(shù)課本P521.概念：

將動物的一個細胞的_______，移入________________中，使這個重新組合的細胞發(fā)育成_______，繼而發(fā)育成__________的技術(shù)用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物思考：為何不稱為“克隆技術(shù)”而是“核移植技術(shù)”？克隆技術(shù)是一很廣的概念,凡指新形成的事、物與親本一致的現(xiàn)象均可稱為“克隆”在生物學上包含分子、細胞、個體3個層次，即分子克隆、細胞克隆、個體克隆DNA復制PCR技術(shù)動物細胞培養(yǎng)技術(shù)植物細胞培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)動物核移植技術(shù)細胞核去核的卵母細胞新胚胎動物個體動物細胞核移植技術(shù)課本P52動物細胞核的全能性2.原理:1.概念：

將動物的一個細胞的_______，移入________________中，使這個重新組合的細胞發(fā)育成_______，繼而發(fā)育成__________的技術(shù)細胞核去核的卵母細胞新胚胎動物個體思考：為何動物細胞核移植的原理不是動物細胞的全能性？動物細胞核移植的原理是細胞核的全能性，而不是動物細胞的全能性。因為動物細胞的全能性會隨著動物細胞分化程度的提高而逐漸受到限制分化潛能逐漸變?nèi)?，不能?jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整的動物個體。所以用動物細胞核移植技術(shù)能夠得到克隆動物，說明動物細胞的細胞核具有全能性。動物細胞核移植技術(shù)課本P521.概念：

將動物的一個細胞的_______，移入________________中，使這個重新組合的細胞發(fā)育成_______，繼而發(fā)育成__________的技術(shù)細胞核去核的卵母細胞新胚胎動物個體無性生殖3.生殖方式:思考：如何判斷有性生殖與無性生殖？(1)從概念上判斷:①有性生殖:經(jīng)兩性生殖細胞結(jié)合而成的合子或有性配子直接發(fā)育成個體的生殖方式②無性生殖:不經(jīng)過生殖細胞的結(jié)合而由親本直接產(chǎn)生子代的生殖方式(如扦插)(2)從培養(yǎng)細胞的種類上判斷:①組織培養(yǎng)中培養(yǎng)的不是體細胞而是有性配子或合子時,才屬于有性生殖②植物組織培養(yǎng)(除花藥離體培養(yǎng)外)、植物體細胞雜交和動物細胞核移植都屬于無性生殖動物細胞核的全能性2.原理:思考：非人靈長類動物體細胞核移植的困難原因？動物細胞核移植技術(shù)課本P524.哺乳動物細胞核移植分類：種類難易程度原因胚胎細胞核移植

分化程度

，全能性容易表現(xiàn)體細胞核移植分化程度

，全能性較難表現(xiàn)低高相對容易十分困難①供體細胞的細胞核在去核卵母細胞中不能完全恢復其

前的功能狀態(tài)，這導致了胚胎發(fā)育率低②對非人靈長類動物

進行操作的技術(shù)尚不完善胚胎分化我國科學家經(jīng)過多年努力，攻克了這些障礙，終于成功獲得了體細胞克隆猴練習2018年《細胞》期刊報道，中國科學家率先成功地應(yīng)用體細胞對非人靈長類動物進行克隆，獲得兩只克隆猴——“中中”和“華華”，回答下列問題：(1)“中中”和“華華”的獲得涉及核移植過程，核移植是指___________________________________________________________________________________________________________通過核移植方法獲得的克隆猴，與核供體相比，克隆猴體細胞的染色體數(shù)目________(填“減半”加倍”或“不變”)(2)哺乳動物的核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植，胚胎細胞核移植獲得克隆動物的難度_______(填“大于”或“小于”)體細胞核移植，其原因是_______________________________________________________________(3)在哺乳動物核移植的過程中，若分別以雌性個體和雄性個體的體細跑作為核供體，通常，所得到的兩個克隆動物體細胞的常染色體數(shù)目_______(填“相同”或“不相同”)，性染色體組合_______(填相同”或“不相同”)。的細胞核，移入去核的卵母細胞中，使其重組的細胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體將動物的一個細胞不變小于胚胎細胞分化程度低，恢復全能性相對容易相同不相同重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植提供細胞核的個體(選擇有重要利用價值的動物的體細胞)體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)課本P53(1)選擇

MⅡ期(或減數(shù)分裂Ⅱ中期)卵母細胞的原因①細胞質(zhì)含有促進細胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)②細胞體積大，易于操作重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植③卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富①含有促進細胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)和營養(yǎng)條件②細胞體積大，易于操作或體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)課本P53重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植(2)卵母細胞去核方法：目前動物細胞核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是顯微操作法，也有人采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質(zhì)處理等方法。這些方法時在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。相關(guān)信息課本P54不是。MⅡ中期次級卵母細胞的細胞核解體,去核是指：去除紡錘體-染色體復合物(3)去核去的是完整的細胞核嗎？(課本P52相關(guān)信息)*去核時，由于MⅡ期卵母細胞核的位置靠近第一極體,故用微型吸管一般會將紡錘體-染色體復合物和第一極體一并吸出體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)課本P53-54(4)去核的原因(P54思考·討論N.1)：使核移植得到的胚胎或動物核內(nèi)遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)課本P53體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)課本P53(5)注入去核的卵母細胞中的是供體細胞還是其細胞核？直接將供體細胞注入去核卵母細胞的透明帶內(nèi)，再通過電融合法誘導二者融合重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植①對卵母細胞損傷較?、诒ＷC供體細胞核不被破壞③操作也更方便(6)重構(gòu)胚概念：人工重新構(gòu)建的胚胎，具有發(fā)育成完整個體的能力(7)激活重構(gòu)胚的方法:①物理方法:電刺激②化學方法:Ca2+載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑(8)以上方法處理重構(gòu)胚的目的激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)課本P53體細胞核移植的過程(以克隆高產(chǎn)牛為例)(9)克隆動物的培養(yǎng)：

并非全在體外，還需在代孕個體子宮內(nèi)孕育課本P53重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植(10)該過程中應(yīng)用到的技術(shù)動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植克隆動物的性別？供體課本P54思考·討論有關(guān)體細胞核移植的問題全部來自

。供體動物的細胞核①核遺傳物質(zhì)？②質(zhì)遺傳物質(zhì)？一部分來自

細胞，另一部分來自

。供體卵母細胞2.你認為用上述體細胞核移植技術(shù)培育的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？(1)克隆動物絕大部分DNA來自供體動物的細胞核，但線粒體中的DNA(細胞質(zhì)中的DNA)同時來自供體細胞和受體卵母細胞(2)性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果，克隆動物所處的環(huán)境與核供體細胞生活的環(huán)境不會完全相同(3)克隆動物在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變、染色體變異等可遺傳變異*代孕母體沒有為克隆動物提供遺傳物質(zhì)，因此，克隆動物的性狀與代孕母體沒有直接關(guān)系課本P54思考·討論有關(guān)體細胞核移植的問題3.體細胞核移植技術(shù)與誘導iPS細胞相比，有什么相似或不同之處？請你預測它們應(yīng)用前景的差異。利用體細胞核移植技術(shù)和誘導iPS細胞都能生成干細胞，但它們的過程是完全不同的。通過體細胞核移植技術(shù)可以生成帶有核供體細胞遺傳物質(zhì)的胚胎干細胞；誘導iPS細胞需要在細胞中表達幾個關(guān)鍵基因，將細胞逆轉(zhuǎn)到類似胚胎干細胞的狀態(tài)。體細胞核移植技術(shù)對核供體細胞有較高要求，一般情況下體細胞的分化程度越高，它重編程為干細胞的成功率就越低；可誘導成為iPS細胞的細胞來源相對廣些，研究表明成纖維細胞、B淋巴細胞、脂肪干細胞等都可以誘導成為iPS細胞。體細胞核移植技術(shù)涉及采集卵母細胞、去核、融合等復雜的操作；誘導iPS細胞的技術(shù)流程相對簡單，可能更適合用于生產(chǎn)實踐。目前科學家還在研究由這兩種技術(shù)生成的干細胞在基因表達、DNA甲基化等方面的差異，這些研究成果也將直接影響它們今后的應(yīng)用。重構(gòu)胚早期胚胎將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi)采集牛卵巢中的卵母細胞,在體外培養(yǎng)到MⅡ期去核的(次級)卵母細胞供體細胞培養(yǎng)高產(chǎn)奶牛（供體）生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同的犢牛通過顯微操作去核從供體身體某一部位上取體細胞將供體細胞注入去核的卵母細胞通過電融合法使兩細胞融合，供體核進入卵母細胞用物理或化學方法激活重構(gòu)胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育過程動物細胞核移植動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植(1)選擇

MⅡ期(MⅡ或減數(shù)分裂Ⅱ中期)卵母細胞的原因：①細胞質(zhì)含有促進細胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)②細胞體積大，易于操作③卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富(2)卵母細胞去核方法：普遍使用顯微操作法，其中去的是紡錘體-染色體復合物(3)激活重構(gòu)胚的方法:①物理方法:電刺激②化學方法:Ca2+載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑(4)克隆出來的犢牛遺傳物質(zhì)的來源練習進行動物的克隆繁殖的基本過程如圖所示。下列敘述正確的是（）A.該過程的技術(shù)基礎(chǔ)是核移植B.甲細胞可以是胚胎細胞也可以是體細胞C.卵母細胞需要培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂后期D.動物難以克隆的根本原因是分化的體細胞其基因組成缺乏完整性所有動物細胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)都是動物細胞培養(yǎng)P43B中期根本原因是動物體細胞是高度分化的細胞，全能性受到抑制基因組是完整的體細胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景課本P54體細胞核移植在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景加速家畜遺傳改良進程、促進優(yōu)良畜群繁育(1)畜牧生產(chǎn)體細胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景課本P54體細胞核移植在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景(2)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域：①通過建立轉(zhuǎn)基因體細胞系，再利用體細胞核移植技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白②在治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆動物的細胞、組織或器官可以作為異種移植的供體③以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細胞，經(jīng)過誘導分化能形成相應(yīng)的細胞、組織或器官，將它們移植給患者時可以避免免疫排斥反應(yīng)體細胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景課本P54體細胞核移植在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景(3)在科研領(lǐng)域：①研究克隆動物可以使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程；②克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因；③克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機制和開發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。(4)在保護瀕危物種方面：該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量體細胞核移植技術(shù)存在的問題課本P541.技術(shù)上：成功率非常低，仍有待完善2.理論上：理論研究較為滯后，需要與發(fā)育生物學、細胞生物學和分子遺傳學等學科更深層次的理論研究相結(jié)合。3.實踐問題：絕大多數(shù)克隆動物存在健康問題，表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。韋爾穆特與克隆羊多利克隆羊多利真