中图版生物选修3讲义第1单元第2章第5节 克隆技术.docx

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中图版生物选修3讲义第1单元第2章第5节克隆技术

第五节　克隆技术

1．简述动物体细胞克隆的一般过程。

（重难点）

2．列举克隆技术的应用前景。

（重点）

克隆的概念与克隆技术的

研究历程

1．克隆的概念

指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的分子、细胞或个体。

也可表示整个无性繁殖的过程。

2．克隆技术的研究历程

时间

科学家

成果

1952年

布里格斯和金

将豹蛙囊胚期细胞的核移植到去核的豹蛙卵细胞中，成功育出豹蛙幼体。

20世纪

60年代

初

戈登等

将非洲爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞核移植到去核的卵母细胞中，获得了完整蝌蚪和成体非洲爪蟾。

1996年

世界第一例克隆羊——“多利”诞生。

探讨：

“多利”羊的诞生说明了什么问题？

提示：

动物细胞的细胞核也具有全能性。

探讨：

科学家将雌黑鼠乳腺细胞的细胞核，移入白鼠去核的卵细胞内，待发育成早期胚胎后植入褐鼠的子宫，该褐鼠产下的小鼠的体色和性别是什么？

提示：

黑、雌。

1．克隆的概念

（1）概念：

克隆就是无性繁殖，具体地说，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的分子、细胞或个体。

（2）克隆有3个不同层次的含义。

①在分子水平上，克隆一般指DNA克隆（也叫分子克隆），含义是将某一特定DNA片段通过重组DNA技术插入到载体（如质粒和病毒等）中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片段的“群体”。

②在细胞水平上，克隆是指由一个单一的细胞分裂所形成的细胞群体。

③在个体水平上，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一群个体。

a．植物个体的克隆

如由一个胡萝卜中的体细胞发育成一群遗传背景完全一样的胡萝卜群体，就是克隆。

b．动物个体的克隆

用动物体细胞克隆动物，实际是通过核移植实现的。

2．克隆的条件

生物（特别是高等动物）的克隆需要以下基本条件：

（1）具有包含物种完整基因组的细胞核的活细胞（如乳腺上皮细胞）。

（2）能有效调控细胞核发育的细胞质物质（如去核卵的细胞质）。

（3）完成胚胎发育的必要的环境条件（如诱导核—质重组细胞生长、分化的实验条件和怀胎母体的子宫环境）。

1．下列有关克隆的叙述，不正确的一项是（　　）

A．生物体通过体细胞进行的无性繁殖

B．将某肿瘤细胞体外培养繁殖成一个细胞系

C．扦插和嫁接实质上也是克隆

D．将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA中

【解析】　克隆实质上就是一种无性繁殖，它包括未经有性生殖细胞的结合而大量增殖所获得的生物产品。

该题选项中，A、B、C三项均属此例。

而D仅将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA中，未能进行无性增殖，故不属于克隆。

【答案】　D

2．1952～1953年，美国科学家斯提瓦用胡萝卜根的悬浮培养细胞进行人工培养，发现单个细胞能通过像受精卵发育成胚一样的途径，发育成完整植株。

1997年英国的维尔穆特等人从白面母绵羊体内取出乳腺上皮细胞静息培养，然后把它的核移入黑面母绵羊去核的卵细胞中形成重组细胞，并将重组细胞培养成胚胎，将胚胎植入另一只母羊的子宫内，获得了克隆羊多利。

阅读这段材料后，回答下列问题：

（1）文中的悬浮培养细胞和乳腺上皮细胞均为________。

（2）斯提瓦的实验证明了________________。

维尔穆特的实验证明了________________。

从细胞结构和遗传角度分析，两位科学家实验结论的得出，根本原因在于_______________________________________________________。

（3）斯提瓦和维尔穆特实验的差别在于_______________________________。

（4）维尔穆特的实验技术又称为________技术。

该技术的经济意义在于：

①_________________________；②________________________。

【答案】　

（1）体细胞　

（2）植物细胞具有全能性　动物细胞核具有全能性　体细胞中含有本物种的全套遗传物质　（3）培养基成分不同　（4）克隆　繁殖优良品种　生产供器官移植的各种器官、组织

动物体细胞克隆的一般过程、

应用前景及存在的问题

1．动物克隆的一般过程及应用前景

（1）克隆的一般过程

以“多利”的培育过程为例

（2）克隆技术的应用前景

①快速培育具有优良品质的家畜，并且可以保证家畜的优良性状不会丢失。

②通过生物反应器（如乳腺、膀胱）生产基因工程药物。

③保护动物遗传资源和生物多样性的有效手段之一。

④治疗性克隆。

2．克隆技术存在的问题

（1）克隆动物的成功率很低。

（2）克隆动物的夭折率较高，不少体细胞克隆动物患有先天性疾病或出现生理缺陷。

探讨：

动物体细胞核移植中供体细胞选择多少代以内的培养细胞？

为什么？

提示：

10代以内，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。

探讨：

受体细胞一般选择什么时期的去核卵母细胞？

为什么？

提示：

MⅡ中期，因为该时期的细胞具有体积大，易操作，并含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件等优点。

探讨：

通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%复制吗？

为什么？

提示：

不是。

绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞；其次生物的性状还受环境的影响。

1．动物克隆的一般过程

2．过程分析

（1）为了确保核移植形成的克隆动物的遗传物质全部来自于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将其破坏掉。

（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核的全能性。

（3）细胞融合后构建重组胚胎，并移植到代孕母体内获得克隆动物，需要胚胎工程技术的支持。

3．结果

（1）克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，但不是完全相同，其原因包括：

①克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞的细胞质。

②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境的影响。

（2）基因型与供体相同：

核移植过程中细胞核只来自供体，因此核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制，其基因型与供体相同。

1．在克隆多利羊的过程中，下列哪项技术没有运用到（　　）

A．细胞培养技术　　　B．细胞核移植技术

C．胚胎移植技术D．基因工程技术

【解析】　多利羊的培育过程是：

将一只母羊（A羊）卵细胞的细胞核吸出，得到不含核的卵细胞。

然后，将实验室中培养的另一只母羊（B羊）的乳腺上皮细胞的细胞核注入到无细胞核的卵细胞中并进行电刺激，这样就通过核移植技术形成了一个同时含有B羊核遗传物质和A羊细胞质的重组卵细胞。

融合后的卵细胞经过体外细胞培养形成早期胚胎。

然后把这个胚胎移植到第三只羊（C羊）的子宫中，让C羊为胚胎提供发育场所和营养物质，这个过程利用了胚胎移植技术。

胚胎就在C羊子宫内发育成熟。

C羊产下的羊就是克隆羊多利。

从以上分析可以看出，多利产生的过程中没有使用基因工程技术。

【答案】　D

2．下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。

请据图回答下列问题：

【导学号：

99310041】

（1）图中①所示的结构名称是________。

（2）图中③④所示的生物技术名称分别是________、________。

（3）过程③通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外，还因为它

_______________________________________________________________。

（4）过程④通常用②作为受体细胞的原因是___________________________

_______________________________________________________________。

（5）图示方法与一般的异体核移植相比最大的优点是________，该种基因治疗所属类型为________。

【解析】　

（1）①是从供体（患者）体细胞分离出的细胞核。

（2）③表示核移植技术，④表示转基因技术。

（3）核移植的受体细胞一般是卵母细胞，原因是它体积大、易操作，含有供胚胎发育的营养物质，它还含有促进细胞核全能性表达的物质。

（4）早期胚胎中的细胞分化程度低，全能性高，可诱导分化成各种组织器官。

（5）图示培育出的细胞（胰岛B细胞）核遗传物质来自患者本人，所以移植后不发生免疫排斥反应；图中所示基因治疗是体外转基因，故所属类型为体外基因治疗。

【答案】　

（1）细胞核

（2）核移植技术　转基因技术（或基因工程、DNA重组技术、基因拼接技术）

（3）含有促进细胞核全能性表达的物质

（4）这些细胞分化程度极低，具有全能性，可以定向地诱导分化为各类细胞

（5）没有免疫排斥反应　体外基因治疗

1．下列哪项不属于克隆技术的应用（　　）

A．促进优良畜群繁育

B．保护濒危物种

C．获得组织器官异体移植的供体

D．培育抗虫棉

【解析】　培育抗虫棉利用的是基因工程技术。

【答案】　D

2．不能作为组织培养、细胞培养或克隆的生物材料的是（　　）

A．花粉　　B．幼叶

C．卵细胞D．人血中的红细胞

【解析】　人血中的红细胞是成熟的红细胞，没有细胞核，不能作为组织培养、细胞培养或克隆的生物材料。

【答案】　D

3．世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如下图所示。

请看图后回答：

（1）写出图中a、b所指的细胞工程名称：

a________；b________。

（2）实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是：

____________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（3）“多利”面部的毛色是________。

请根据遗传学原理说明判断依据___________________________________________________________________。

（4）继植物组织培养之后，克隆绵羊的培育成功，证明动物细胞的细胞核也具有________________。

（5）请举一例，说明克隆绵羊培育成功的实际意义：

___________________

_______________________________________________________________。

【解析】　在克隆羊“多利”的培育过程中，从图解来看，显然a属于细胞核移植，b属于胚胎移植。

在运用细胞核移植技术时，所选的受体细胞大多采用动物去核的卵细胞，主要原因是：

卵细胞体积大，便于操作，含营养物质丰富，能够为体细胞核提供表达全能性的环境。

第（3）问中，涉及“多利”面部的毛色，这可以根据细胞核遗传和细胞质遗传的特点来推断。

由于细胞核遗传占主导地位，所以“多利”的面部毛色应与提供乳腺细胞核的白面绵羊的相同，而实际上也是这样。

在第（4）问中“多利”的培育成功证明已分化的高等动物细胞的细胞核与高等植物细胞一样也具有全能性。

第（5）问是一个开放性的问题，需平时多读点有关生命科学最新研究成果方面的资料。

【答案】　

（1）细胞核移植　胚胎移植

（2）卵细胞体积大，易操作，含营养物质丰富，能够为体细胞核提供表达全能性的环境

（3）白色　“多利”的全部细胞核基因都来自白面绵羊的乳腺细胞核

（4）全能性

（5）保存濒危物种，繁殖动物优良品种，医学上克隆人体器官等

4．2006年中国首例带有抗疯牛病转基因体细胞的克隆牛顺利降生。

作为克隆牛，其培育过程如下图所示：

【导学号：

99310042】

（1）细胞A是______________，细胞B是________。

（2）一个重组细胞D发育成丁牛生出，涉及的细胞增殖方式是________，丁牛体内有众多细胞类型，如成熟的红细胞无核能够运输氧气，而浆细胞内有发达的内质网能够分泌抗体，神经元具有许多突起能够产生并传导兴奋，这是__________________的结果。

（3）丁牛的性别和________牛的性别相同，原因是______________________

_______________________________________________________________。

（4）能否直接用细胞A体外培养形成胚胎，并将其移植到丙牛子宫内发育成健康小牛？

为什么？

________________________________________________________________

________________________________________________________________

（5）培育抗疯牛病克隆牛所使用的技术手段是________________________，运用的生物学原理有________________________________。

（6）上述方法培育出克隆动物，与植物组织培养技术培育出完整的植株相比，获得的后代在遗传物质方面有什么不同？

________________________________

________________________________________________________________

【解析】　从“重组细胞”到动物个体出生的过程中，细胞增殖不会有减数分裂方式，这一情况同自然状态下受精卵发育成动物个体类似；牛的性别决定方式是XY型，由细胞核内性染色体控制其性别；动物克隆从目前来看，只能是“核移植”，并没有真正做到产生的动物与原来被克隆的动物在遗传物质上100%的相同。

【答案】　

（1）高度分化的体细胞　卵母细胞　

（2）有丝分裂　基因选择性表达　（3）甲　牛的性别由细胞内的性染色体决定，丁牛的性染色体与甲牛相同　（4）目前不能，高度分化的动物体细胞由于基因的选择性表达而失去了进一步的分裂分化能力。

　（5）动物细胞培养、核移植和胚胎移植、转基因技术　动物细胞（核）的全能性、基因重组　（6）在遗传物质上（不考虑发育过程中的变异），植物组织培养形成的植株与提供体细胞的植株完全相同，克隆动物体内有卵母细胞细胞质的基因，所以克隆动物的遗传物质与提供体细胞核的动物不完全相同。

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.克隆是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的分子、细胞或个体。

2.体细胞克隆动物的成功，证明了动物的细胞核也具有全能性。

3.动物体细胞克隆所涉及的生物技术有：

动物细胞培养、细胞融合、核移植、胚胎移植等。

4.利用体细胞克隆技术，可以获取遗传物质相同的细胞作为供体进行核移植，且对这些供体细胞进行一系列复杂的遗传操作，从而为大规模繁育动物优良品种和生产转基因动物提供了有效方法。