第2章 细胞工程\n第2节 动物细胞工程\n三 动物体细胞核移植技术和克隆动物\n学霸记忆•素养积累训练巩固•课堂达标新知预习•双基夯实课内探究•名师点睛指点迷津•拨云见日\n新知预习•双基夯实\n一、动物细胞核移植技术1．概念(1)供体：动物一个细胞的________。(2)受体：去掉细胞核的__________。(3)结果：形成__________并发育成新胚胎，最终发育成__________。2．种类：胚胎细胞核移植和______________。两者中难度较高的是______________。3．原理：动物细胞核具有_______、细胞膜具有一定的________。细胞核卵母细胞重组细胞动物个体体细胞核移植体细胞核移植全能性流动性\n二、体细胞核移植的过程\n三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题1．应用前景(1)畜牧生产方面：加速家畜__________进程，促进优良畜群繁育。(2)医药卫生领域①转基因克隆动物作为____________，生产珍贵的__________。②转基因克隆动物的细胞、组织和器官可作为__________的供体。③人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的细胞、组织、器官后，可用于__________的移植。遗传改良生物反应器医用蛋白异种移植组织器官\n(3)了解胚胎发育及衰老过程。(4)用克隆动物做__________，使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。(5)保护濒危物种方面：保护__________，增加濒危动物的存活数量。疾病模型濒危物种\n2．存在问题(1)体细胞核移植技术的________非常低。(2)克隆动物存在健康问题，表现出遗传和______缺陷等。成功率生理\n1．动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。()2．体细胞核移植过程中采用MⅡ期卵母细胞作为受体细胞。()3．经细胞核移植培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状。()4．克隆特定疾病模型的动物可用于疾病的研究和药物开发。()5．克隆动物技术成功率很高。()活学巧练√√×√×\n思考：1．通过体细胞核移植产生的克隆动物是有性生殖还是无性生殖？提示：通过体细胞核移植产生的克隆动物没有经过生殖细胞的结合，属于无性生殖。\n2．为什么核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同？提示：①克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。②性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其性状也不可能和供核动物完全相同。③在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。\n3．选用处于MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞的原因提示：(1)卵母细胞体积大，易于操作。(2)卵母细胞细胞质内促使细胞核体现全能性的物质含量最高。(3)卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。\n学霸记忆•素养积累\n1．动物细胞核移植的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。3．体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。4．在体细胞核移植中，从卵巢中采集的卵母细胞，要培养到MⅡ期。5．克隆动物与核供体动物的遗传物质基本相同。\n课内探究•名师点睛\n知识点动物体细胞核移植技术\n1．原理：动物细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。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，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。\n3．受体(1)材料选择：选择处于减数分裂Ⅱ中期的次级卵母细胞作为受体细胞。其原因是：①卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；②卵母细胞体积大，便于操作；③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。\n下列关于体细胞克隆的叙述，错误的是()A．供体提供细胞核B．受体为去核卵母细胞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现型完全一致典例1典例剖析D\n解析：供体提供细胞核，A项正确；受体是去掉细胞核的卵母细胞，B项正确；体细胞克隆的关键步骤是细胞核移植，C项正确；克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型不完全一致，因为供体只提供了核基因，而细胞质基因来自受体，同时表现型除了受基因控制外，还受外界环境因素的影响，D项错误。\n1．下列关于体细胞核移植技术应用的叙述，不正确的是()A．克隆动物组织、器官可作为异种移植的供体B．研究克隆动物和动物细胞有利于了解胚胎发育过程C．有望用体细胞核移植技术增加濒危物种的存活数量D．用克隆动物做疾病模型可用于治疗人类的各种疾病变式训练D\n解析：克隆动物组织、器官可作为异种移植的供体，解决人体器官移植供体来源短缺的问题，A项正确；研究克隆动物和动物细胞有利于了解胚胎发育过程，B项正确；体细胞核移植技术有望增加濒危物种的存活数量，C项正确；用克隆动物做疾病模型能为研究的疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助，但不能用于治疗人类的各种疾病，D项错误。\n知识点细胞工程的各种技术手段及其原理总结技术名称目的原理植物组织培养获得植株植物细胞的全能性植物体细胞杂交获得杂种植株细胞膜的流动性和植物细胞的全能性动物细胞培养获得大量细胞或细胞产物细胞增殖动物体细胞核移植获得克隆动物动物体细胞细胞核的全能性动物细胞融合获得杂交细胞细胞膜的流动性单克隆抗体的制备获得单克隆抗体细胞膜的流动性和细胞增殖\n下列细胞工程的技术手段与应用原理相符的是()A．动物体细胞核移植技术——细胞的全能性B．动物细胞培养——细胞的全能性C．单克隆抗体的制备——细胞膜的流动性、细胞增殖D．植物体细胞杂交——细胞膜的流动性典例2典例剖析C\n解析：动物体细胞核移植技术应用的原理是动物体细胞细胞核的全能性，因为高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，只有细胞核能体现全能性；动物细胞培养的目的是获得大量细胞或细胞产物，所以应用的原理是细胞增殖；植物体细胞杂交应用的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。\n2．在下列生物工程成果中，所用技术手段与其他各项不同的是()A．克隆羊“多莉”的产生B．抗虫棉的培育C．番茄—马铃薯的培育D．单克隆抗体的制备解析：克隆羊“多莉”、番茄—马铃薯、单克隆抗体的产生过程都属于细胞工程的范畴，抗虫棉的培育运用了转基因技术，属于基因工程的范畴。变式训练B\n指点迷津•拨云见日\n动物体细胞核移植的特点1．动物体细胞核移植依据的原理是动物细胞核的全能性，属于无性生殖。虽然细胞核内具有发育成为一个完整个体所需的全套基因，但动物体细胞分化程度较高，因此很难体现细胞的全能性。卵母细胞体积大，易于操作，含有促使细胞核体现全能性的物质和营养条件。将体细胞核移入去核卵母细胞内，既保证了重组细胞的完整性，又能刺激体细胞核体现其全能性。\n2．动物体细胞核移植产生的新个体，其亲本有三个：体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体、代孕母体。新个体细胞核基因与体细胞核供体的完全一样，因此新个体的性状与体细胞核供体的基本相同。卵母细胞细胞质中也有少量的DNA，因此新个体的性状与卵母细胞细胞质供体有一些地方相同。代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体的性状与代孕母体基本没有关系。\n某大学研究人员成功实现一项生殖医学技术，将患有线粒体疾病妇女的受精卵中的细胞核移植到健康妇女捐献的去核卵子中，最终产下了健康的婴儿。下列叙述错误的是()A．此项技术的基础是动物的细胞和组织培养B．此项技术的原理与克隆羊“多莉”完全相同C．健康妇女捐献的卵子的细胞质具有调控移入细胞核发育的作用D．婴儿出生后具有患病夫妇以及捐献健康卵子的妇女三方的遗传特征典例3典例剖析B\n解析：动物克隆技术的基础是动物细胞和组织培养，A项正确。此项技术用的是受精卵的细胞核，而克隆羊用的是高度分化的乳腺细胞的细胞核，所用细胞的分化程度不同，B项错误。细胞质影响细胞核全能性的表达，C项正确。该婴儿细胞的核基因由形成受精卵的夫妇提供，质基因由提供去核卵子的妇女提供，D项正确。\n解疑答惑思考·讨论⇨P541．提示：为使核移植后得到的胚胎或动物的主要遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体卵母细胞之前，必须将受体卵母细胞的核去掉。\n2．提示：克隆动物的绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法生产的克隆动物不是对体细胞供体动物进行了100%的复制。此外，即便动物的遗传物质完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，体细胞供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和体细胞供体动物的完全相同。\n3．提示：利用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。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。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。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。\n到社会中去⇨P55提示：经济价值可考虑畜牧业、医药卫生以及其他领域等；推广限制因素可考虑技术研究和理论研究水平、健康问题，如遗传和生理缺陷等。\n练习与应用⇨P55一、概念检测1．D提示：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．C提示：该过程涉及动物细胞培养、动物细胞核移植、早期胚胎培养、胚胎移植技术等，A项正确。“三亲婴儿”的核基因全部来自自己的母亲和父亲，线粒体基因来自卵母细胞捐献者，D项正确。红绿色盲基因属于核基因，卵母细胞捐献者的红绿色盲基因不能遗传给“三亲婴儿”，C项错误。母亲的线粒体基因不能遗传给后代，B项正确。\n二、拓展应用1、2开放性问题，答案略。\n训练巩固•课堂达标\n1．一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，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．繁殖家畜中的优良个体C．用于保存物种D．改变动物的基因型D\n解析：克隆技术已展示出广阔的应用前景，概括起来大致有以下四个方面：(1)培育优良畜种和生产实验动物；(2)生产转基因动物；(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法；(4)复制濒危的动物物种，保存和传播动物物种资源。克隆羊不是由母羊的卵细胞和公羊的精细胞受精的产物，而是“换核卵”一步一步发展的结果，因此“克隆羊”是复制品，与供核母羊基因组成完全相同。因此不能改变动物的基因组成。\n2．下列有关体细胞核移植过程的叙述，错误的是()A．在体外将从卵巢采集到的卵母细胞培养到减数第一次分裂中期B．供体细胞不一定要来自珍稀动物C．通过显微操作技术去除卵母细胞的细胞核和第一极体D．使用电脉冲等方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程A\n解析：核移植时需要将卵母细胞培养到减数第二次分裂中期，故A错误。供体细胞不一定要来自珍稀动物，故B正确。由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，在核移植之前，需要通过显微操作技术去除卵母细胞的细胞核和第一极体，故C正确。本实验中需要用物理或化学方法(如电刺激、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重组胚，使其完成细胞分裂和发育进程，故D正确。\n3．下列叙述中，不属于动物体细胞核移植技术的应用前景的是()A．加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育B．增加濒危物种的数量C．可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性D．利用自身细胞核移植培育相应的组织器官解析：“可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性”是动物细胞培养技术的应用之一，不是动物体细胞核移植技术的应用，C符合题意。C\n4．(不定项)下列有关体细胞核移植技术的说法中，正确的是()A．体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功，成功率非常高B．克隆技术的各个环节有待于进一步改进C．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．克隆动物食品的安全性问题仍然存在争议解析：由于体细胞核移植技术是一项新的技术，成功率并不高，有许多问题仍待解决，A项错误。BCD\n5．科学家利用动物细胞培养和核移植技术获得克隆动物的流程如下图。请回答下列问题：(1)从供体身上取下的器官或组织进行细胞培养时，首先要用______________________等处理一段时间使细胞分散开来，需要这样做的原因是_____________________________________________________________。胰蛋白酶、胶原蛋白酶成块的组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了细胞的生长和增殖\n(2)细胞培养过程中需要定期更换培养液，目的是_____________________________________________________________。(3)采集的卵母细胞在体外培养到____________________时，通过显微操作除去卵母细胞的核。(4)过程①表示激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育，具体方法有____________________________________________。(写出2种)补充营养，清除代谢产物，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害减数第二次分裂中期电刺激、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂\n(5)利用动物体细胞核移植技术，我国科学家成功获得了克隆猴——“中中”和“华华”，请举例谈谈该技术在生产实践或科学研究中的应用前景。(至少举出两例)。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；增加濒危动物的存活数量；转基因克隆动物可作为生物反应器生产医用蛋白；转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为异体器官移植的供体。\n解析：(1)在进行动物细胞培养时，要对组织细胞进行分散处理，形成单个细胞，需要使用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，因为成块的组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了细胞的生长和增殖。(2)在细胞培养过程中需要定期更换培养液，可以补充营养物质，清除代谢产物，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)采集卵母细胞，在体外培养到减数第二次分裂中期，通过显微操作去除卵母细胞中的核。(4)可用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育过程，具体的方法包括：电刺激、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等。\n(5)细胞核移植技术在生产实践或科学研究中具有广阔的应用前最，比如加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；增加濒危动物的存活数量；转基因克隆动物可作为生物反应器生产医用蛋白；转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为异体器官移植的供体等。
