动物体细胞核移植技术和克隆动物

动物体细胞核移植技术和克隆动物一、教学目标：1简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。2培养理解分析、信息获取、归纳总结和交流合作能力。3体验科学发现、技术发明和社会发展之间的关系。二、重点难点：用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。三、教学过程：【导入新课】师：同学们,你们好,我姓邢,今天这节课由我来为大家讲授。好，下面我们正式上课。【PPT 孙悟空克隆猴】提起孙悟空，大家都不陌生，它能腾云驾雾，七十二变，还能在紧要关头拔一把毫毛,用嘴一吹,变成无数和自己一模一样的猴子来斗怪捉妖。当然，这是神话，但现如今，这个古代神话正逐渐变成现实：2000 年，科学家第一次成功地用猴的胚胎细胞克隆出了猴。2007 年，又成功地用一只成年猴的体细胞克隆出了猴胚胎，离发育成猴只有一步之遥。之前我们已经学习过植物组织培养，知道依赖于植物细胞的全能性，可以将离体的植物组织或细胞在适当的条件下培养获得完整植株。我的问题来了：克隆动物能采用类似的方法吗？生：（学生阅读 P47 第三段后回答）不能，因为动物细胞的全能性会随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱。师：很好。研究发现，虽然高度分化的动物体细胞丧失了全能性，但动物细胞核还是具有全能性的。借由这个原理，我们可以通过核移植技术来克隆动物。这节课我们就来学习体细胞核移植技术和克隆动物【板书核移植和克隆动物】【PPT 标题】【中心授课】师：正式讲课之前，我们先来回忆下克隆的概念：所谓克隆，通常是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的过程，克隆可以在分子、细胞、个体，3 个不同水平上进行。提起克隆，我们首先想到的就是克隆羊多利。多利的诞生，让克隆，这个以前只在科学研究领域出现的术语变得广为人知，其实在多利诞生之前，科学家已经通过核移植技术克隆出了不少动物，像豹蛙、鲤鲫移核鱼、小鼠等等。为什么单单多利羊闻名全世界呢？这个问题我先不回答，卖个关子，大家继续往下听。、核移植定义及分类师：克隆多利的时候，科学家们用到了核移植技术。那么究竟什么是核移植呢？【板书一、核移植定义及分类】大家看课本，我找个同学念一下定义。生：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。用核移植方法得到的动物称为克隆动物。【同学边说边写板书】师：核移植分为两种：一种是胚胎细胞核移植，另一种是体细胞核移植。问题又来了：哪一种核移植难度更高呢?【板书分类】生：体细胞核移植，因为体细胞分化程度高，恢复其全能性困难。【板书体细胞核移植困难由于体细胞分化程度高】师：非常好。克隆羊多利就是首个利用体细胞核移植得到的哺乳动物。他在技术上的突破之处在于供核细胞不是胚胎细胞，而是已分化的体细胞。这说明已经分化的动物体细胞核，仍然具有全能性。讲到这里，大家应该已经明白为什么单单多利羊轰动全世界了吧。二、体细胞核移植的过程师：刚才我们说体细胞核移植技术难度高，那么体细胞核移植的具体步骤是怎样的呢？下面大家用仔细看一下课本第 48 页体细胞核移植过程的图解，一边看，一边思考大屏幕上的几个问题：【PPT 展示问题】【板书二、体细胞核移植过程】【同学看，我写板书】1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？2.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？3.为什么用于核移植的供体细胞一般都选用传 10 代以内的细胞？4.通过什么手段激活受体细胞？5.通过体细胞核移植方法生产的克隆小牛是对供体牛 100%的复制么？看完了吧？下面大家分组讨论下这几个问题，一会儿我请各个小组派代表回答。【PPT 展示答案】【适当引导】生：1.MII 中期的卵母细胞2.为了使核移植的胚胎或动物的遗传物质绝大部分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细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。3培养的动物细胞一般当传代至 1050 代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而 10 代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，而且细胞分化程度低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。4.诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。5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。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核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、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物 100%的复制。师：看来同学们的自学能力都很强啊，大屏幕上是克隆羊多利的培育过程，黑板上是高产奶牛的克隆过程，咱们来个找茬游戏，对比一下这两个克隆的操作过程有哪些不同。生：（1）多莉克隆过程中受体细胞是去核卵细胞，高产奶牛克隆过程中受体细胞是去核卵母细胞。（2）多莉克隆过程是将供体细胞核注入受体细胞，而高产奶牛的克隆过程是将供体细胞注入受体细胞。师：目前的核移植技术，大都采用的是克隆奶牛的办法，首先，因为 MII 卵母细胞细胞质中含有的物质更易支持胚胎的全程发育，用它作受体更容易成功。其次，将供体细胞注入受体细胞，使克隆动物更像供体动物，操作也方便。三、细胞核移植技术的应用前景师：通过刚才的学习，我们已经对体细胞核移植技术有了大体的了解。现在，假设同学们是科学家，大家已经掌握了这套体细胞核移植技术，我们能应用它来解决什么问题？【板书】【如果学生提出了一些应用体细胞核移植技术的合理设想，就据此进行小结【副板书】，之后课件快速略过；如果有学生提出克隆人引起课堂纷争，那就告诉他们以后会有专题涉及，本节暂不讨论；如果学生一时提不出设想，通过下列问题进行引导，再做总结。】同学有好设想的情况 A：大家的想法都非常好，跟科学家们也是这样想的：他们利用体细胞核移植技术克隆出优良家畜，和濒危物种，由此促进优良畜群繁育，保护濒危物种；将体细胞核移植和转基因技术相结合，培育转基因克隆动物，用来制备生物反应器，生产珍贵的营养和药物蛋白；希望利用体细胞核移植技术克隆人类胚胎，分离胚胎干细胞，经过定向诱导分化，形成人体相应的细胞、组织和器官，提供器官移植供体。此外，研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入的了解胚胎发育及衰老过程，为科学研究提供实验动物。没有好的设想 B：光这样空想比较难，大家看屏幕上给出的问题和材料，咱们一起总结一下：【问题 1】在畜牧生产中，怎样保持良种家畜的优良性状？濒危动物自然繁殖率低，怎样增加这些动物的存活数量？解决的办法可以采用核移植，所以，【总结 1】利用体细胞核移植技术克隆动物（生殖性克隆），可以促进优良畜群繁育【PPt】保护濒危物种【PPt】我们再来看下【问题 2】，人乳铁蛋白是人类母乳中的一种天然蛋白，是婴幼儿生长发育不可或缺的功能成分。目前，市场上国内外婴幼儿配方奶粉大多添加从牛奶中纯化的乳铁蛋白，但是生物活性远低于人乳铁蛋白。由于人乳铁蛋白主要存在于人类母乳中，难以用普通技术大规模生产。如何获得大量的人乳铁蛋白？【总结 2】体细胞核移植与转基因技术相结合，培育转基因克隆动物，还可以用来制备生物反应器，生产珍贵的营养和药物蛋白【板书】问题 3】能利用体细胞核移植技术来解决器官移植的供体来源短缺的问题吗？【总结 3】胚胎干细胞具有全能性，可以分化形成多种组织，从而替代人体坏损组织。通过核移植技术得到的胚胎干细胞不仅可以避免使用人类胚胎的伦理问题，还能使用病人的细胞核获得组织配型相似胚胎干细胞，避免了移植细胞和组织的免疫排斥。利用体细胞核移植技术克隆人类胚胎（治疗性克隆），分离胚胎干细胞，经过定向诱导分化，形成人体相应的细胞、组织和器官，可望提供器官移植供体【板书】【补充】利用体细胞核移植技术克隆动物，还可以了解胚胎发育及衰老，为科学研究提供实验动物【板书】四、体细胞核移植技术存在的问题师：动物体细胞核移植技术的应用前景让人充满期待和惊叹。但核移植技术的发展，至今也不过五六十年的历史。因此，它必然也会存在一些问题：科学家当时一共培育了 277 个胚胎，最后只有多利成功出生【PPt】，这说明了，克隆的成功率是很低的。在多利六岁多的时候，兽医检查发现多利患有进行性肺病，而绵羊通常的寿命是 11 到 12年。多利正值中年，就换上了年老的绵羊才普遍患有的肺病【PPt】，这说明克隆动物存在遗传缺陷和生理缺陷如早衰。此外，克隆食品的安全性也存在争议，克隆人也是大家一致担心并关注的问题，【PPt】这个我们会在后面的学习中作为专题探讨。【课堂小结】本节课最后，我们一起来回顾一下。动物克隆所依据的原理是动物细胞核的全能性，核移植技术分为两种：胚胎细胞核移植和体细胞核移植，后者由于分化程度较高恢复其全能性比较困难，进行体细胞核移植的难度也就明显增高。之后，我们通过克隆高产奶牛，说明了体细胞核移植的大致过程。最后我们一起讨论了体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题。好，今天的课就讲到这里，下课！