学年人教版生物选择性必修三学案223动物体细胞核移植技术和克隆动物.docx

1、学年人教版生物选择性必修三学案223动物体细胞核移植技术和克隆动物三动物体细胞核移植技术和克隆动物 必备知识素养奠基一、动物细胞核移植技术1.概念:(1)供体:动物的一个细胞的细胞核。(2)受体:去掉细胞核的卵母细胞。(3)结果:形成重新组合的细胞并发育成新胚胎,继而发育成动物个体。2.分类:种类难易程度原因胚胎细胞核移植较容易分化程度低,全能性容易表现体细胞核移植较难分化程度高,全能性难表现二、体细胞核移植的过程填一填:基于体细胞核移植的过程,完成下列问题: (1)过程A为采集卵母细胞,该细胞在体外需要培养到M期。(2)过程B为显微操作去核的过程,过程C为将供体细胞注入去核的卵母细胞。(3)

2、过程D为选取供体高产奶牛的体细胞培养。(4)过程E为通过电融合法,形成重构胚的过程。(5)过程F用物理或化学方法激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程。(6)G产生的犊牛与供体奶牛遗传物质基本相同。 体细胞核移植技术培养的克隆动物是对细胞核供体动物进行了100%的复制吗?为什么?提示:不是。因为克隆动物的遗传物质并不全部来自细胞核供体动物,细胞核DNA来自供体动物,但是细胞质中DNA来自卵母细胞,也控制生物的一些性状。 三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题1.核移植技术的应用:(1)畜牧业:加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。(2)医药卫生:通过建立转基因体细胞系,再利用体细胞核移植

3、技术培育的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。(3)治疗人类疾病:转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞,经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官,将它们移植给患者时,可以避免免疫排斥反应。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。克隆一批遗传背景相同的动物,可以通过它们之间的对比来分析致病基因。克隆特定疾病模型的动物,还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。(4)保护濒危物种:该技术有望增加濒危物种的存活数量。2.存在问题:(1)成功率仍然非常低,各个技术环节也有待进一步改进。(2)相对于技术

4、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)一些研究者指出,绝大多数克隆动物存在健康问题,许多克隆动物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。 关键能力素养形成动物体细胞核移植技术和克隆动物1.核移植操作过程解读: (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。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)受体细胞:M期的卵母细胞。选用该细胞的原因:卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表现的物

5、质。卵母细胞体积大,便于操作。卵母细胞内卵黄多,营养物质丰富。(3)注入去核的卵母细胞:细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核,而是整个细胞,伴随着两细胞融合,体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。核移植时,一般先用电融合法使供体和受体细胞融合,再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进程。(4)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。2.克隆动物的遗传特点:克隆动物的亲本有3个,即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。(1)体细胞核供体:克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体,克隆动物的性状与体细胞

6、核供体基本相同。(2)卵母细胞细胞质供体:克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞,克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。(3)代孕母体:没有为克隆动物提供遗传物质,克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。【特别提醒】动物核移植的两点警示(1)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大,所以胚胎细胞核移植更容易实现。(2)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。 (2018全国卷)2018年细胞期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴“中中”和“华华”。回答下列问题:(1)“中中”和“华华”的获得涉

7、及核移植过程,核移植是指_。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目_(填“减半”“加倍”或“不变”)。(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度_(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是_。(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目_(填“相同”或“不相同”),性染色体组合_(填“相同”或“不相同”)。【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】(1)核移植是指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

8、并发育成一个新的胚胎,这个胚胎最后发育为动物个体;通过核移植方法获得的克隆猴的细胞核来自供体,因此克隆猴体细胞的染色体数目和核供体一致。(2)胚胎细胞核移植的难度小于体细胞核移植,原因是动物胚胎细胞分化程度低,表现其全能性相对容易。(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞染色体中的常染色体相同,性染色体前者是XX,后者是XY,因此分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目相同,性染色体组合不相同。答案:(1)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不变(2)小于胚胎细胞分化程度低,表现全能性相对容易(3)相同不相同 【素养探究母

9、题追问】(1)科学思维批判性思维有同学认为克隆猴“中中”和“华华”的供体细胞核来自同一个体,它们的染色体及基因是相同的,所以它们的遗传性状一定相同。你认为这种说法科学吗?说出你的理由。提示:不科学。原因有两个:它们的细胞核来源相同,但是它们的细胞质来源不同,细胞质中也含有基因,控制的性状不相同;生物的性状除了受基因控制外,还受到环境的影响。(2)社会责任正确的伦理道德某位研究人员声称,可以使用克隆技术先克隆一个胚胎,然后从胚胎获取器官用于器官移植。你认为这一做法可行吗?为什么?提示:这种做法不可行,杀死胚胎获取器官违背人类的伦理道德。 【素养迁移】科学家培育克隆羊时,使用了3种细胞核的供体细胞

10、,分别将这些细胞核移入去核卵母细胞中,形成重组细胞,发育成重组胚胎,这些重组胚胎的发育情况如表所示。据此分析不正确的是 ()细胞核供体细胞的类型妊娠数/受体母羊数乳腺上皮细胞1/13胚胎成纤维细胞4/10早期胚胎细胞14/27A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高B.克隆羊的遗传信息与细胞核的供体细胞完全相同C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植D.重组细胞的发育与去核卵母细胞的细胞质有关【解析】选B。分析表格数据可知,早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高,A正确;克隆羊的培育用到了核移植、胚胎移植技术,克隆羊细胞核的遗传信息来自细胞核的供体,细胞质的遗传信息来自去核卵母

11、细胞,B错误;对比表格中的数据可知,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植,C正确;核移植中作为受体细胞的都是卵母细胞,可见重组细胞发育与去核卵母细胞的细胞质有关,D正确。【课堂回眸】 课堂检测素养达标 【概念诊断】1.利用体细胞核移植技术可以用来克隆动物,我国已经成功克隆了牛、羊、猪和猴等多种哺乳动物,下列有关体细胞核移植技术的描述合理的是_体细胞核移植技术属于无性繁殖。克隆动物的性状主要与提供体细胞核的个体有关,与提供卵母细胞的个体基本无关。绝大多数克隆动物存在很多健康问题,因此核移植技术没有什么应用前景。核移植技术中融合细胞常用的方法是电融合法。体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功,成功率

12、非常高。【解析】选。通过体细胞核移植技术克隆动物属于无性繁殖,正确;克隆动物的遗传物质主要来自提供体细胞核的个体,因此其性状主要与提供体细胞核的个体有关,正确;绝大多数克隆动物存在很多健康问题,但是核移植技术在医药、治疗疾病等方面有很重要的作用,错误;核移植技术中融合细胞常用的方法是电融合法,正确;体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功,但是成功率依然很低,错误。2.(2020天津等级考)在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的 ()A.卵原细胞B.初级卵母细胞C.次级卵母细胞D.卵细胞【解析】选C。本题主要考查胚胎工程。在哺乳动物的受精过程中,获能的精子与处于减数第二次分裂中期

13、的卵母细胞结合,形成受精卵。在克隆哺乳动物过程中,作为核移植受体的细胞是处于减数第二次分裂中期的卵母细胞,应为次级卵母细胞。3.韩国某生物技术公司帮助宠物爱好者“复活”死去的爱犬,他们从狗的遗体细胞中获取核DNA移植到去核的卵母细胞中,再将进一步发育成的胚胎移植到母狗体内。该“复活”技术的生物学原理是 ()A.细胞核的全能性B.细胞具有全能性C.有性生殖D.受精作用【解析】选A。根据题干信息分析可知,该项技术是核移植,依据的生物学原理是动物细胞核的全能性。4.在进行核移植时,通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中,下列有关叙述错误的是 ()A.体细胞太小因而去除细胞核较困难B.细胞质中

14、遗传物质少因而对遗传的影响很小C.直接将体细胞注入卵母细胞中简化了操作程序D.体细胞的核离开了原来的细胞质将不能存活【解析】选D。体细胞太小因而去除细胞核较困难,因此可将整个体细胞注入去核卵母细胞中,A正确;DNA主要位于细胞核中,细胞质中遗传物质少,因而对遗传的影响很小,B正确;将整个体细胞注入去核卵母细胞中,简化了操作程序,C正确;体细胞的核离开了原来的细胞质,注入去核的卵母细胞依然能存活,D错误。5.如图是某克隆羊的培育过程模式图,获得该克隆羊的生殖方式和其发育成熟后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【

15、解析】选A。克隆羊的产生属于无性生殖;由于此过程是雄性羊供核,得到的克隆羊为雄性,其分泌的性激素主要是雄性激素。 【思维跃迁】6.从母羊甲的体细胞中取出细胞核,移植入母羊乙的去核卵母细胞中,融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎,再植入另一只母羊丙的子宫内,下列有关说法正确的是 ()A.生出小羊的性状与甲羊完全相同B.一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同C.生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定,所以该过程为有性生殖D.生出小羊的性状由甲、乙、丙3个亲本的基因型与环境共同决定【解析】选B。核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖,遗传物质中甲羊的和乙羊的都有,因此认为生出的小羊性状完全与甲羊相同是不

16、正确的,应是小羊的主要性状与甲羊相同,核基因型一般与甲羊完全相同。 【拓展探究】7.我国科学家经过多年的反复实验,攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍,最终培育出了克隆猴“中中”和“华华”。如图为克隆猴的流程图,请结合图回答问题。 (1)下列关于克隆猴的技术的说法中,不正确是 ()A.从母猴体内取出的卵母细胞要培养到M期才可以进行去核操作B.可以采用物理或化学的方法激活融合后的重构胚C.克隆猴“中中”和“华华”的性别是雄性D.“中中”和“华华”的性状与甲猴相同,与乙猴和丙猴无关(2)体细胞克隆猴的另外一个难点是克隆胚胎发育差,科学家发现胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关

17、。在重构胚激活的过程中通常注入KDM4d的mRNA。由此推测,KDM4d的mRNA翻译产生的酶的作用是什么?【解析】(1)从母猴体内取出的卵母细胞要培养到M期才可以进行去核操作,A正确;重构胚需要用物理(电刺激)或化学(Ca2+载体、乙醇和蛋白酶)方法进行激活,B正确;克隆猴的性别与提供细胞核的公猴乙相同,C正确;克隆猴的遗传物质主要来自乙猴,少数来自甲猴,因此其遗传性状主要与乙猴相同,D错误。(2)胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关,因此KDM4d的mRNA翻译产生的酶的作用很可能是催化组蛋白的去甲基化。答案:(1)D(2)催化组蛋白的去甲基化(或防止组蛋白的甲基化,合理即可)。