2020_2021學(xué)年新教材高中生物第2章細(xì)胞工程2.3動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克爐物學(xué)案新人教版選擇性必修3

1、動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物 必備知識(shí)素養(yǎng)奠基一、動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)1.概念:(1)供體:動(dòng)物的一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核。(2)受體:去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞。(3)結(jié)果:形成重新組合的細(xì)胞并發(fā)育成新胚胎,繼而發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體。2.分類(lèi):種類(lèi)難易程度原因胚胎細(xì)胞核移植較容易分化程度低,全能性容易表現(xiàn)體細(xì)胞核移植較難分化程度高,全能性難表現(xiàn)二、體細(xì)胞核移植的過(guò)程填一填:基于體細(xì)胞核移植的過(guò)程,完成下列問(wèn)題: (1)過(guò)程A為采集卵母細(xì)胞,該細(xì)胞在體外需要培養(yǎng)到M期。(2)過(guò)程B為顯微操作去核的過(guò)程,過(guò)程C為將供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞。(3)過(guò)程D為選取供體高產(chǎn)奶牛的體細(xì)胞培養(yǎng)。(4)過(guò)程E為通過(guò)電融合法,形

2、成重構(gòu)胚的過(guò)程。(5)過(guò)程F用物理或化學(xué)方法激活重構(gòu)胚,使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程。(6)G產(chǎn)生的犢牛與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本相同。 體細(xì)胞核移植技術(shù)培養(yǎng)的克隆動(dòng)物是對(duì)細(xì)胞核供體動(dòng)物進(jìn)行了100%的復(fù)制嗎?為什么?提示:不是。因?yàn)榭寺?dòng)物的遺傳物質(zhì)并不全部來(lái)自細(xì)胞核供體動(dòng)物,細(xì)胞核DNA來(lái)自供體動(dòng)物,但是細(xì)胞質(zhì)中DNA來(lái)自卵母細(xì)胞,也控制生物的一些性狀。 三、體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問(wèn)題1.核移植技術(shù)的應(yīng)用:(1)畜牧業(yè):加速家畜遺傳改良進(jìn)程,促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育。(2)醫(yī)藥衛(wèi)生:通過(guò)建立轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系,再利用體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物可以作為生物反應(yīng)器,生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白。

3、(3)治療人類(lèi)疾病:轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織或器官可以作為異種移植的供體。以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細(xì)胞,經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)分化能形成相應(yīng)的細(xì)胞、組織或器官,將它們移植給患者時(shí),可以避免免疫排斥反應(yīng)。研究克隆動(dòng)物可使人類(lèi)更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過(guò)程?？寺∫慌z傳背景相同的動(dòng)物,可以通過(guò)它們之間的對(duì)比來(lái)分析致病基因。克隆特定疾病模型的動(dòng)物,還能為研究該疾病的致病機(jī)制和開(kāi)發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。(4)保護(hù)瀕危物種:該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量。2.存在問(wèn)題:(1)成功率仍然非常低,各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)也有待進(jìn)一步改進(jìn)。(2)相對(duì)于技術(shù)研究,核移植的理論研究較為滯后,需要與發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子遺

4、傳學(xué)等學(xué)科更深層次的理論研究相結(jié)合。(3)一些研究者指出,絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在健康問(wèn)題,許多克隆動(dòng)物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷,如體型過(guò)大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。 關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物1.核移植操作過(guò)程解讀: (1)原理:動(dòng)物細(xì)胞核的全能性,而不是動(dòng)物細(xì)胞的全能性。因動(dòng)物體細(xì)胞的全能性受到限制,不能經(jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整個(gè)體。用體細(xì)胞核移植技術(shù)能夠得到克隆動(dòng)物,說(shuō)明動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。(2)受體細(xì)胞:M期的卵母細(xì)胞。選用該細(xì)胞的原因:卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細(xì)胞核全能性表現(xiàn)的物質(zhì)。卵母細(xì)胞體積大,便于操作。卵母細(xì)胞內(nèi)卵黃多,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。(3)

5、注入去核的卵母細(xì)胞:細(xì)胞核移植技術(shù)中注入去核卵母細(xì)胞中的不是供體細(xì)胞核,而是整個(gè)細(xì)胞,伴隨著兩細(xì)胞融合,體現(xiàn)出細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。核移植時(shí),一般先用電融合法使供體和受體細(xì)胞融合,再用物理或化學(xué)方法激活受體細(xì)胞,使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程。(4)涉及的生物技術(shù):動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)、核移植技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。其中,核移植是核心技術(shù)。2.克隆動(dòng)物的遺傳特點(diǎn):克隆動(dòng)物的親本有3個(gè),即體細(xì)胞核供體、卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)供體和代孕母體。(1)體細(xì)胞核供體:克隆動(dòng)物細(xì)胞核基因來(lái)自體細(xì)胞核供體,克隆動(dòng)物的性狀與體細(xì)胞核供體基本相同。(2)卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)供體:克隆動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)基因來(lái)自卵

6、母細(xì)胞,克隆動(dòng)物的性狀與卵母細(xì)胞供體部分相同。(3)代孕母體:沒(méi)有為克隆動(dòng)物提供遺傳物質(zhì),克隆動(dòng)物的性狀與代孕母體沒(méi)有直接關(guān)系?！咎貏e提醒】動(dòng)物核移植的兩點(diǎn)警示(1)動(dòng)物核移植技術(shù)可以分為胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植,因?yàn)榕咛ジ杉?xì)胞的全能性比體細(xì)胞大,所以胚胎細(xì)胞核移植更容易實(shí)現(xiàn)。(2)克隆屬于無(wú)性生殖,產(chǎn)生新個(gè)體的性別、絕大多數(shù)性狀與供核親本一致。 (2018全國(guó)卷)2018年細(xì)胞期刊報(bào)道,中國(guó)科學(xué)家率先成功地應(yīng)用體細(xì)胞對(duì)非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物進(jìn)行克隆,獲得兩只克隆猴“中中”和“華華”。回答下列問(wèn)題:(1)“中中”和“華華”的獲得涉及核移植過(guò)程,核移植是指_。通過(guò)核移植方法獲得的克隆猴,與核供體相比

7、,克隆猴體細(xì)胞的染色體數(shù)目_(填“減半”“加倍”或“不變”)。(2)哺乳動(dòng)物的核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植,胚胎細(xì)胞核移植獲得克隆動(dòng)物的難度_(填“大于”或“小于”)體細(xì)胞核移植,其原因是_。(3)在哺乳動(dòng)物核移植的過(guò)程中,若分別以雌性個(gè)體和雄性個(gè)體的體細(xì)胞作為核供體,通常,所得到的兩個(gè)克隆動(dòng)物體細(xì)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”)。【解題導(dǎo)引】解答本題思維流程如下: 【解析】(1)核移植是指將動(dòng)物的一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核,移入一個(gè)已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中,使其重組并發(fā)育成一個(gè)新的胚胎,這個(gè)胚胎最后發(fā)育為動(dòng)物個(gè)體;通過(guò)核移植方法獲得

8、的克隆猴的細(xì)胞核來(lái)自供體,因此克隆猴體細(xì)胞的染色體數(shù)目和核供體一致。(2)胚胎細(xì)胞核移植的難度小于體細(xì)胞核移植,原因是動(dòng)物胚胎細(xì)胞分化程度低,表現(xiàn)其全能性相對(duì)容易。(3)哺乳動(dòng)物雌性個(gè)體和雄性個(gè)體的體細(xì)胞染色體中的常染色體相同,性染色體前者是XX,后者是XY,因此分別以雌性個(gè)體和雄性個(gè)體的體細(xì)胞作為核供體,通常所得到的兩個(gè)克隆動(dòng)物體細(xì)胞的常染色體數(shù)目相同,性染色體組合不相同。答案:(1)將動(dòng)物的一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核,移入一個(gè)已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中不變(2)小于胚胎細(xì)胞分化程度低,表現(xiàn)全能性相對(duì)容易(3)相同不相同 【素養(yǎng)探究母題追問(wèn)】(1)科學(xué)思維批判性思維有同學(xué)認(rèn)為克隆猴“中中”和“華華”的

9、供體細(xì)胞核來(lái)自同一個(gè)體,它們的染色體及基因是相同的,所以它們的遺傳性狀一定相同。你認(rèn)為這種說(shuō)法科學(xué)嗎?說(shuō)出你的理由。提示:不科學(xué)。原因有兩個(gè):它們的細(xì)胞核來(lái)源相同,但是它們的細(xì)胞質(zhì)來(lái)源不同,細(xì)胞質(zhì)中也含有基因,控制的性狀不相同;生物的性狀除了受基因控制外,還受到環(huán)境的影響。(2)社會(huì)責(zé)任正確的倫理道德某位研究人員聲稱(chēng),可以使用克隆技術(shù)先克隆一個(gè)胚胎,然后從胚胎獲取器官用于器官移植。你認(rèn)為這一做法可行嗎?為什么?提示:這種做法不可行,殺死胚胎獲取器官違背人類(lèi)的倫理道德。 【素養(yǎng)遷移】科學(xué)家培育克隆羊時(shí),使用了3種細(xì)胞核的供體細(xì)胞,分別將這些細(xì)胞核移入去核卵母細(xì)胞中,形成重組細(xì)胞,發(fā)育成重組胚胎,

10、這些重組胚胎的發(fā)育情況如表所示。據(jù)此分析不正確的是()細(xì)胞核供體細(xì)胞的類(lèi)型妊娠數(shù)/受體母羊數(shù)乳腺上皮細(xì)胞1/13胚胎成纖維細(xì)胞4/10早期胚胎細(xì)胞14/27A.早期胚胎細(xì)胞作為細(xì)胞核的供體細(xì)胞妊娠成功率最高B.克隆羊的遺傳信息與細(xì)胞核的供體細(xì)胞完全相同C.體細(xì)胞核移植難度高于胚胎細(xì)胞核移植D.重組細(xì)胞的發(fā)育與去核卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)有關(guān)【解析】選B。分析表格數(shù)據(jù)可知,早期胚胎細(xì)胞作為細(xì)胞核的供體細(xì)胞妊娠成功率最高,A正確;克隆羊的培育用到了核移植、胚胎移植技術(shù),克隆羊細(xì)胞核的遺傳信息來(lái)自細(xì)胞核的供體,細(xì)胞質(zhì)的遺傳信息來(lái)自去核卵母細(xì)胞,B錯(cuò)誤;對(duì)比表格中的數(shù)據(jù)可知,體細(xì)胞核移植難度高于胚胎細(xì)胞核移植

11、,C正確;核移植中作為受體細(xì)胞的都是卵母細(xì)胞,可見(jiàn)重組細(xì)胞發(fā)育與去核卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)有關(guān),D正確?！菊n堂回眸】 課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo) 【概念診斷】1.利用體細(xì)胞核移植技術(shù)可以用來(lái)克隆動(dòng)物,我國(guó)已經(jīng)成功克隆了牛、羊、豬和猴等多種哺乳動(dòng)物,下列有關(guān)體細(xì)胞核移植技術(shù)的描述合理的是_體細(xì)胞核移植技術(shù)屬于無(wú)性繁殖?？寺?dòng)物的性狀主要與提供體細(xì)胞核的個(gè)體有關(guān),與提供卵母細(xì)胞的個(gè)體基本無(wú)關(guān)。絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在很多健康問(wèn)題,因此核移植技術(shù)沒(méi)有什么應(yīng)用前景。核移植技術(shù)中融合細(xì)胞常用的方法是電融合法。體細(xì)胞核移植技術(shù)在多種動(dòng)物中獲得了成功,成功率非常高。【解析】選。通過(guò)體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動(dòng)物屬于無(wú)性繁殖,正確;克

12、隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)主要來(lái)自提供體細(xì)胞核的個(gè)體,因此其性狀主要與提供體細(xì)胞核的個(gè)體有關(guān),正確;絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在很多健康問(wèn)題,但是核移植技術(shù)在醫(yī)藥、治療疾病等方面有很重要的作用,錯(cuò)誤;核移植技術(shù)中融合細(xì)胞常用的方法是電融合法,正確;體細(xì)胞核移植技術(shù)在多種動(dòng)物中獲得了成功,但是成功率依然很低,錯(cuò)誤。2.(2020天津等級(jí)考)在克隆哺乳動(dòng)物過(guò)程中,通常作為核移植受體細(xì)胞的是去核的()A.卵原細(xì)胞B.初級(jí)卵母細(xì)胞C.次級(jí)卵母細(xì)胞D.卵細(xì)胞【解析】選C。本題主要考查胚胎工程。在哺乳動(dòng)物的受精過(guò)程中,獲能的精子與處于減數(shù)第二次分裂中期的卵母細(xì)胞結(jié)合,形成受精卵。在克隆哺乳動(dòng)物過(guò)程中,作為核移植受體的細(xì)胞是

13、處于減數(shù)第二次分裂中期的卵母細(xì)胞,應(yīng)為次級(jí)卵母細(xì)胞。3.韓國(guó)某生物技術(shù)公司幫助寵物愛(ài)好者“復(fù)活”死去的愛(ài)犬,他們從狗的遺體細(xì)胞中獲取核DNA移植到去核的卵母細(xì)胞中,再將進(jìn)一步發(fā)育成的胚胎移植到母狗體內(nèi)。該“復(fù)活”技術(shù)的生物學(xué)原理是()A.細(xì)胞核的全能性B.細(xì)胞具有全能性C.有性生殖D.受精作用【解析】選A。根據(jù)題干信息分析可知,該項(xiàng)技術(shù)是核移植,依據(jù)的生物學(xué)原理是動(dòng)物細(xì)胞核的全能性。4.在進(jìn)行核移植時(shí),通常將整個(gè)體細(xì)胞而不是細(xì)胞核注入去核卵母細(xì)胞中,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.體細(xì)胞太小因而去除細(xì)胞核較困難B.細(xì)胞質(zhì)中遺傳物質(zhì)少因而對(duì)遺傳的影響很小C.直接將體細(xì)胞注入卵母細(xì)胞中簡(jiǎn)化了操作程序D

14、.體細(xì)胞的核離開(kāi)了原來(lái)的細(xì)胞質(zhì)將不能存活【解析】選D。體細(xì)胞太小因而去除細(xì)胞核較困難,因此可將整個(gè)體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞中,A正確;DNA主要位于細(xì)胞核中,細(xì)胞質(zhì)中遺傳物質(zhì)少,因而對(duì)遺傳的影響很小,B正確;將整個(gè)體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞中,簡(jiǎn)化了操作程序,C正確;體細(xì)胞的核離開(kāi)了原來(lái)的細(xì)胞質(zhì),注入去核的卵母細(xì)胞依然能存活,D錯(cuò)誤。5.如圖是某克隆羊的培育過(guò)程模式圖,獲得該克隆羊的生殖方式和其發(fā)育成熟后所分泌的主要性激素分別是() A.無(wú)性生殖;雄性激素B.無(wú)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【解析】選A?？寺⊙虻漠a(chǎn)生屬于無(wú)性生殖;由于此過(guò)程是雄性羊供核,得到的克隆羊?yàn)樾?/p>

15、性,其分泌的性激素主要是雄性激素。 【思維躍遷】6.從母羊甲的體細(xì)胞中取出細(xì)胞核,移植入母羊乙的去核卵母細(xì)胞中,融合后的細(xì)胞經(jīng)卵裂形成早期胚胎,再植入另一只母羊丙的子宮內(nèi),下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.生出小羊的性狀與甲羊完全相同B.一般來(lái)說(shuō)生出小羊的核基因型與甲羊完全相同C.生出小羊的遺傳物質(zhì)由甲、乙雙親共同決定,所以該過(guò)程為有性生殖D.生出小羊的性狀由甲、乙、丙3個(gè)親本的基因型與環(huán)境共同決定【解析】選B。核移植獲得克隆動(dòng)物的生殖方式是無(wú)性生殖,遺傳物質(zhì)中甲羊的和乙羊的都有,因此認(rèn)為生出的小羊性狀完全與甲羊相同是不正確的,應(yīng)是小羊的主要性狀與甲羊相同,核基因型一般與甲羊完全相同。 【拓展探究】

16、7.我國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)多年的反復(fù)實(shí)驗(yàn),攻克了多年來(lái)導(dǎo)致體細(xì)胞克隆猴失敗的障礙,最終培育出了克隆猴“中中”和“華華”。如圖為克隆猴的流程圖,請(qǐng)結(jié)合圖回答問(wèn)題。 (1)下列關(guān)于克隆猴的技術(shù)的說(shuō)法中,不正確是()A.從母猴體內(nèi)取出的卵母細(xì)胞要培養(yǎng)到M期才可以進(jìn)行去核操作B.可以采用物理或化學(xué)的方法激活融合后的重構(gòu)胚C.克隆猴“中中”和“華華”的性別是雄性D.“中中”和“華華”的性狀與甲猴相同,與乙猴和丙猴無(wú)關(guān)(2)體細(xì)胞克隆猴的另外一個(gè)難點(diǎn)是克隆胚胎發(fā)育差,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胚胎發(fā)育障礙與克隆胚胎基因組上大量組蛋白的甲基化密切相關(guān)。在重構(gòu)胚激活的過(guò)程中通常注入KDM4d的mRNA。由此推測(cè),KDM4d的mRNA翻譯產(chǎn)生的酶的作用是什么?【解析