浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 通过细胞核移植克隆动物导学案

这是一份浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 通过细胞核移植克隆动物导学案，共10页。

一、将体细胞核移入一个去核卵细胞后形成的重组细胞可发育成动物个体
1．动物细胞核移植的研究历程
2.动物细胞核移植(nuclear transplantatin)是指将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使其发育成动物个体的过程。利用该技术培育出的动物称为克隆动物。
二、通过细胞核移植克隆出的动物与供核体具有相同遗传物质
1．蛙的体细胞核移植实验
2.哺乳动物核移植技术的难度
(1)卵细胞体积小。
(2)核移植需要借助精密的显微操作仪和高效率的细胞融合法。
(3)核移植得到的胚胎需要在体内发育。
3．小鼠的胚胎细胞核移植
(1)步骤：第一步，将小鼠囊胚细胞的细胞核移植到去核受精卵中，将重组细胞培养到囊胚；第二步，将早期胚胎植入同步孕鼠子宫中。
(2)结果：诞生了由重组细胞克隆而来的鼠仔，而且发育为能生育的成年小鼠。
(3)贡献：掀起了动物克隆的又一次浪潮。
4．哺乳动物的成熟体细胞核移植实验
(1)绵羊“多莉”的克隆过程
(2)实验结论
①高度分化的细胞经过一定技术处理，也可回复到类似受精卵时期的功能，表现出全能性。
②在胚胎和个体发育中，细胞质具有调控细胞核发育的作用。
(3)又一次掀起动物克隆的浪潮。
5．克隆技术的目的及应用
(1)克隆技术诞生之初，研究的主要目的是探讨胚胎细胞分化问题，例如，童第周等开展的鱼类核移植等研究，主要是想搞清楚细胞核与细胞质的关系问题。
(2)进入21世纪，核移植技术除了研究生物学的基本问题外，还在药物生产、优良种畜的培育和繁殖、拯救濒危动物、治疗性克隆等方面，具有令人期待的实际应用价值。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。(√)
2．德国胚胎学家斯佩曼将两栖类动物豹蛙囊胚细胞的核移植到去核的卵中，使重组细胞发育成能摄食的蝌蚪。(×)
提示：进行该实验的是美国的布里格斯和金。
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。
(×)
提示：经细胞核移植培育出的新个体应该含有两个亲本的遗传性状。
4．哺乳动物的核移植需要借助精密的显微操作仪和高效率的细胞融合法。(√)
5．克隆技术进入21世纪，研究的主要目的是探讨胚胎细胞分化问题。(×)
提示：克隆技术诞生之初，研究的主要目的是探讨胚胎细胞分化问题。
动物体细胞核移植和克隆动物
1.肠上皮细胞核移植形成蝌蚪
2．小鼠核移植实验
3．绵羊“多莉”克隆过程

(1)理论基础：各种特化细胞的细胞核基因组仍然完整，理论上具有发育的全能性。
(2)证明
①高度分化的细胞经过一定技术处理，也可回复到类似受精卵时期的功能，表现出全能性。
②在胚胎和个体发育中，细胞质具有调控细胞核发育的作用。
4．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。
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。
2．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。
1．科学家培育克隆羊时，使用了三种供体细胞的细胞核，分别将这些细胞核移入去核卵母细胞中，形成重组细胞，发育成重构胚，这些重构胚的发育情况如表。
下列相关分析不正确的是( )
A．早期胚胎细胞作为供体细胞时，妊娠成功率最高
B．克隆羊的遗传信息与供体细胞完全相同
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
B [分析表格数据可知，早期胚胎细胞作为供体细胞时，妊娠成功率最高，A正确；克隆羊的绝大部分DNA来自供体细胞核，但去核卵母细胞的细胞质中也有少量DNA，故克隆羊的遗传信息并非与供体细胞完全相同，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；重组细胞的发育与去核卵母细胞的细胞质有关，D正确。]
2．某研究人员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母细胞中，最终产下了健康的婴儿。下列叙述不正确的是( )
A．此项技术的基础是动物的细胞培养
B．健康婴儿与克隆羊“多莉”的培育均用到了核移植技术
C．健康妇女捐献的卵母细胞的细胞质具有调控移入的细胞核发育的作用
D．婴儿出生后的遗传特征与捐献健康卵母细胞的妇女无关
D [此项技术的基础是动物的细胞培养，A正确；健康婴儿与克隆羊“多莉”的培育均用到了核移植技术，B正确；卵母细胞的细胞质具有调控移入的细胞核发育的作用，C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母细胞的妇女提供，D错误。]
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。
本案例考查学生的演绎与推理的科学思维能力和对实验结果的交流讨论的能力。
(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MⅡ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
提示：D [从母猴体内取出的卵母细胞要培养到MⅡ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)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。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？(科学思维、科学探究)
提示：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。
[课堂小结]
1．进行哺乳动物克隆时，细胞核供体细胞不能是( )
A．乳腺细胞 B．卵细胞
C．胃腺细胞 D．胚胎细胞
B [卵细胞是由减数分裂形成的，其染色体数目是体细胞的一半，不能用作哺乳动物克隆时的细胞核供体细胞。]
2．在克隆多莉羊的过程中，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
D [多莉羊的培育过程中首先运用了细胞核移植技术获得重组细胞，然后通过细胞的体外培养形成早期胚胎，最后把这个胚胎移植到代孕母羊子宫中完成后续的胚胎生长发育。在整个过程中没有使用基因工程技术。]
3．(2020·河北张家口期中)下列有关核移植的说法错误的是( )
A．通过核移植得到的细胞称为重组细胞
B．哺乳动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植
C．核移植得到克隆动物的过程属于无性生殖
D．动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化程度无关
D [动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化程度有关，如分化程度低，表现全能性相对容易。]
4．通过动物体细胞核移植培育出的克隆牛，在性状上与供体不完全相同，原因不包括( )
A．环境条件影响克隆牛的性状
B．克隆牛基因可能发生了突变
C．两者细胞质基因不同
D．两者细胞核基因一般不同
D [生物的性状是由基因与环境共同决定的，环境不同可导致克隆牛性状与供体不完全相同，A正确；在克隆牛的培育过程中基因发生突变，可能会使克隆牛性状与供体不完全相同，B正确；受体细胞的细胞质基因不同，也可能是克隆牛性状与供体不完全相同的原因，C正确；培育克隆牛的细胞核来自供体，因此克隆牛与供体的细胞核遗传物质一般相同，D错误。]
5．2018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“不同”)，性染色体组合________(填“相同”或“不同”)。
[解析] (1)动物核移植是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，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物，与核供体相比，其细胞的染色体数目不变。(2)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，所以，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度明显低于体细胞核移植。(3)哺乳动物雌性和雄性个体的体细胞中常染色体数目相同，所以分别以雌性和雄性个体的体细胞为供体，克隆动物体细胞的常染色体数目相同，但其性染色体组合不同。
[答案] (1)将动物的一个细胞核，移入一个已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，恢复全能性相对容易 (3)相同 不同课标内容要求
核心素养对接
阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。
1.科学思维——以文字和图示表述体细胞核移植的过程。
2.社会责任——说明体细胞核移植的应用及对生殖性克隆人等社会议题进行理性判断。
时间
科学家
设想或实验
结论
意义
1938年
斯佩曼
提出将胚胎细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中构建新胚胎的设想
1952年
布里格斯和金
将两栖类动物豹蛙囊胚细胞的核移植到去核的卵中，使重组细胞发育成能摄食的蝌蚪
早期的胚胎细胞核具有发育的全能性
开启了克隆技术的第一次浪潮
1962年
童第周
以金鱼和鳑鲏鱼为材料，进行细胞核移植实验，成功获得了幼鱼
囊胚细胞没有分化，细胞核仍然具有发育的全能性
首次将核移植技术应用于鱼类
时间
科学家
实验
结论
对比
1958年
戈登和同事
从蛙的肠上皮细胞中提取出细胞核并移植到去核卵中，其中4%的核移植卵发育成了蝌蚪
动物成熟体细胞的细胞核仍然具有脱分化和使其后代细胞再分化实现全能性的能力
胚胎细胞核的移植成功率远高于成体细胞
1978年
童第周等
将黑斑蛙成体红细胞的细胞核移植到去核未受精的卵中，使重组细胞发育成了正常的蝌蚪
供体细胞类型
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
14/27
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1.动物细胞核移植是指将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使其发育成动物个体的过程。利用该技术培育出的动物称为克隆动物。
2.各种特化细胞的细胞核基因组仍然完整，理论上具有发育的全能性。
3.动物胚胎细胞核的移植成功率远高于成体细胞。
4.相对鱼类和蛙，哺乳动物的卵细胞体积小(人的卵细胞直径约100 μm)，核移植需要借助精密的显微操作仪和高效率的细胞融合法。同时，哺乳动物核移植得到的胚胎需要在体内发育，这些问题都增加了哺乳动物核移植技术的难度。
5.羊成熟体细胞的成功克隆进一步证明了：(1)高度分化的细胞经过一定技术处理，也可回复到类似受精卵时期的功能，表现出全能性；(2)在胚胎和个体发育中，细胞质具有调控细胞核发育的作用。