2018-2019学年高中生物第3章细胞工程第2节动物细胞工程第2课时体细胞克隆技术和动物细胞工程的应用学案北师大版选修3 .docx

第2课时体细胞克隆技术和动物细胞工程的应用目标导读 1.结合教材P58图316，阐述动物体细胞克隆技术。2.阅读教材P5960内容，了解快速繁殖优良品种和克隆转基因动物。3.结合教材P6061图文，熟悉拯救濒临灭绝的动物和培育人造器官。重难点击 1.动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。2.动物细胞工程的应用。古代神话里孙悟空用自己的汗毛变成无数个小孙悟空的离奇故事，表达了人类对复制自身的幻想。1978年，美国科幻小说家罗维克(D.Rorvick)写了一本名叫克隆人(The Cloning of a man)的书，内容是一位富商将自己体细胞核移植到一枚去核卵中，然后将其在体外卵裂成的胚胎移植到母体子宫中，经过足月的怀孕，最后生下了一个健康的男婴，这个男婴就是一个克隆人。现在，克隆人已经不是科幻小说里的梦想，而是呼之欲出的现实。由于克隆人可能带来复杂的后果，一些生物技术发达的国家，现在大都对此采取明令禁止或者严加限制的态度。克隆人，真的如潘多拉盒子里的魔鬼一样可怕吗？我们应该怎样正确看待克隆技术呢？一、动物体细胞克隆技术1.概念将动物的一个体细胞的细胞核取出，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。2.原理已分化的动物细胞的细胞核仍具有一定的全能性，一定条件下能发育成一个完整的个体。3.过程4.优点体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生，以及其他领域有着广泛的应用前景。5.缺点动物体细胞克隆实验的成功率很低，克隆过程中还有许多技术有待进一步发展和完善。克隆动物存在健康问题，表现出生理缺陷、遗传缺陷等。克隆羊多莉的产生过程如下，据图分析：1.能否直接用A羊的一个乳腺细胞来培养新的个体？原因是什么？答案不能。动物细胞的全能性随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制，全能性表达很难。2.为什么要选择卵细胞作为受体细胞？答案卵细胞体积大、易操作；卵细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质。3.在体细胞的细胞核移植到受体卵细胞之前，为什么必须先去掉受体卵细胞的细胞核？答案保证由体细胞的细胞核主导发育成新的个体，排除卵细胞核中遗传物质的影响。4.多莉的遗传物质是对母羊A的100%的复制吗？并分析原因。答案不是。克隆过程中细胞核来自供体母羊A，而其细胞质中的遗传物质来自母羊B的细胞质。5.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？答案无性生殖。1.下列关于体细胞克隆的叙述中，错误的是()A.供体为体细胞的细胞核B.受体为去核卵细胞的细胞质C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型完全一致答案D解析一方面克隆后代的遗传物质中只有核遗传物质与供体的遗传物质相同，细胞质中的遗传物质来自于提供卵细胞的个体，另一方面表现型与环境有关。2.山东曹县的五里墩被人们称为克隆村。前几年，该村的一头代孕母牛竟一次生下了五头花色几乎完全一样的克隆牛。下面与此相关的叙述正确的是()A.供体细胞来自一头花公牛B.供体细胞来自一头黑色母牛C.代孕母牛一定是一头花牛D.供体细胞来自一头花公牛或母牛答案D解析因为这五头克隆牛的花色完全一样，可知它们的供体细胞是来自同一头花牛，由于不知道这五头克隆牛的性别，故可知它们的供体细胞可能来自一头花公牛或母牛。题后归纳动物细胞核移植的条件及结果(1)核移植一般选择去核的卵细胞，因为卵细胞体积大，易操作，含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。一般不选择生殖细胞作为供核细胞，因为生殖细胞与正常体细胞相比，遗传物质减半。(2)核移植时，一般先用电刺激使供、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。(3)核移植过程中细胞核只来自于一个个体，因此核遗传物质与供核个体的相同，属于无性繁殖，不会改变生物体的基因型。(4)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，因为：克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵细胞。生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境的影响。二、动物细胞工程的应用1.利用克隆技术快速繁殖优良品种(1)无性繁殖的克隆技术可以完整地保持种畜的优良性状。(2)体细胞克隆可以在短时间内得到大量的具有相同优良遗传基因的克隆动物。(3)可以控制性别，定向培育人们需要的牲畜。2.克隆转基因动物(1)转基因的克隆动物：在进行移植细胞核之前，把外源基因整合到细胞核的染色体上，在克隆的同时进行转基因操作而获得的动物。(2)实例：携带有胰蛋白酶抑制剂基因的克隆山羊的羊奶中含有胰蛋白酶的抑制剂，患者喝了这种羊奶可以治疗哮喘病和肺气肿。3.利用克隆技术拯救濒临灭绝的动物(1)1999年，中国科学家们利用大熊猫的体细胞与兔的卵母细胞融合，得到了发育的胚胎。(2)2002年初，美国与印度科学家联合将被冷冻保留下的印度野牛表皮细胞的细胞核移植到普通奶牛的无核卵细胞中，并在奶牛的子宫内使融合细胞进行生长发育，成功克隆出了一头印度野牛。4.培育人造器官(1)思路：利用体细胞克隆技术对病人自身的细胞进行培养获得胚胎干细胞，进一步获得各种组织，利用这些再造组织“修复”和“再造”病人受伤的器官。(2)优点：再造的器官或组织移植后不会产生任何排异反应。归纳提炼不同层次的克隆克隆水平概念分子水平(DNA克隆)是将某一特定DNA片段通过重组DNA技术插入到运载体(如质粒和病毒)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”细胞水平是指由一个单一的细胞分裂所形成的细胞群体。比如，使一个单一细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞群体即为一个细胞克隆个体水平是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个整体植物个体的克隆如由一个胡萝卜中的两个以上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。克隆过程实际上是一个无性繁殖过程动物个体的克隆动物体细胞克隆是将供体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工组合，借助于卵细胞的发育能力，经过培养发育成胚胎进而形成个体的技术。体细胞克隆的关键是细胞核移植技术1.“人造耳朵”利用了什么技术？等耳朵生长完整后能直接移植给病人吗？答案利用了细胞培养技术；能直接移植给病人。2.总结体细胞克隆技术在畜牧业中的应用。答案(1)加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育。(2)在保护濒危物种方面，有望利用体细胞克隆技术增加这些动物存活数量。3.如图为某哺乳动物的生殖过程图，下列叙述正确的是()A.动物个体2为克隆动物，c为高度分化的体细胞B.动物个体2的遗传性状与提供b细胞的母体完全不同C.产生动物个体2的生殖方式为有性生殖D.e细胞为完成减数分裂的卵细胞答案A解析通过克隆技术培育的动物称为克隆动物，提供细胞核的是高度分化的体细胞，A项正确；考虑细胞质基因，应该是“有相同之处”，B项错误；动物的克隆实际上是无性生殖过程，C项错误；e细胞是处于减数第二次分裂中期的卵母细胞，并没有完全完成减数分裂，D项错误。4.下列有关拯救濒危动物的叙述中，错误的是()A.动物克隆是抢救和保护珍稀动物和濒危动物的有力措施B.克隆印度野牛利用了核移植技术和胚胎移植技术C.克隆大熊猫利用了细胞融合技术和胚胎移植技术D.濒危动物的消失将会影响生态系统的平衡答案C解析克隆印度野牛利用了核移植技术，即把野牛的表皮细胞核移植到去核的普通奶牛的无核卵细胞中，形成重组胚胎，然后进行移植培养。也说明克隆技术可以使灭绝的动物再重新复活。克隆大熊猫目前只得到发育的胚胎。1.“多莉”羊是()A.体细胞克隆成功的产物B.性细胞克隆成功的产物C.转基因动物成功的产物D.动物组织培养成功的产物答案A2.把成年三倍体鲫鱼的肾脏细胞核移植到二倍体鲫鱼的去核卵母细胞内，培养并获得的克隆鱼是()A.是二倍体B.是有性生殖的产物C.高度不育D.性状与三倍体鲫鱼完全相同答案C解析克隆鱼的核遗传物质都来自三倍体鲫鱼，因此克隆鱼属于三倍体；克隆鱼的产生主要采用了核移植和胚胎移植技术，属于无性生殖的产物；该克隆鱼是三倍体，在减数分裂染色体联会时会发生紊乱，不能产生正常的生殖细胞，所以高度不育；该克隆鱼的细胞核遗传物质来自三倍体鲫鱼，而细胞质遗传物质来自二倍体鲫鱼，因此其性状与三倍体鲫鱼相似，但不完全相同。3.乙马的卵细胞核被甲马的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入丙马的子宫内发育，结果产下一只马羔。下列叙述正确的是()A.直接在体外对甲马的体细胞进行诱导也能培养出胚胎来B.马羔的性状完全与甲马相同C.此项技术可用于保护濒危物种D.该过程可以很好地证明动物细胞的全能性答案C4.下列有关克隆动物及其用途的叙述中，错误的是()A.克隆马解决了优质雄性赛马繁育后代的问题B.携带胰蛋白酶抑制剂基因的克隆山羊的羊乳中含有胰蛋白酶C.克隆动物都需要胚胎移植技术的支持D.利用病人细胞克隆出的组织移植后不会发生免疫排斥答案B解析羊乳中含有胰蛋白酶的抑制剂。5.现有A和B两个肉牛品种，A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质，B品种牛的可表示为B细胞核、B细胞质。请回答下列问题：(1)如果要获得一头克隆牛，使其细胞由A细胞核和B细胞质组成，基本步骤是：从A品种牛体内取出体细胞，进行体外培养，然后再从培养细胞中取出_注入B品种牛的_卵细胞中，经过某种刺激和培养后，可形成胚胎，该胚胎被称为_，将该胚胎移入代孕母牛的_中，通过培育可达到目的。(2)上述过程中运用了克隆技术中的哪些技术？_。(3)克隆牛的产生说明_具有全能性。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比，杂交牛细胞核的遗传物质来自_个亲本，细胞质主要来自_性亲本，克隆牛和杂交牛的遗传物质组成_(填“相同”或“不同”)。(4)请举一例，说明克隆牛培育成功的实际意义。_。答案(1)细胞核去核重组胚胎子宫(2)动物细胞核移植和动物细胞培养(3)动物体细胞核两雌不同(4)保护濒危物种，繁育优良品种，医学上克隆器官等解析动物的克隆所用的方法是细胞核移植，也就是把动物体细胞的细胞核移入去核的卵细胞中，然后经过某些刺激和培养后形成重组胚胎，再移入代孕动物的子宫中继续发育，从而获得克隆个体。克隆动物的成功说明了动物体细胞核具有全能性，克隆动物的遗传特性与提供细胞核的个体基本一致。在体细胞克隆动物中不仅用到了细胞核移植技术，还用到了动物细胞培养技术。基础过关1.如果用动物的细胞进行克隆实验，应该选择的细胞核不能来源于()A.乳腺细胞B.卵细胞C.胃腺细胞D.囊胚时期的胚胎细胞答案B解析因为卵细胞中染色体数目只有正常体细胞染色体数目的一半。2.在克隆羊培育过程中，将雄羊的体细胞核移入雌羊的去核卵细胞中。产生该克隆羊的方式及该克隆羊发育成熟后所分泌的性激素依次是()A.无性生殖、雄激素B.无性生殖、雌激素C.有性生殖、雄激素D.有性生殖、雌激素答案A解析克隆羊的产生属于无性生殖。由于是雄羊供核，故此克隆羊的性别为雄羊，所分泌的性激素是雄激素。3.美国得克萨斯州科学家培育出世界上第一只克隆猫，这只小猫毛色花白，看上去完全不像生养它的花斑猫妈妈，也不完全像为它提供细胞核的基因猫妈妈。对该克隆猫毛色的解释合理的是()发生了基因突变提供卵细胞的雌猫细胞质基因进行了表达表现型是基因型与环境共同作用的结果代孕花斑猫妈妈的基因进行了表达A. B.C. D.答案B4.中科院动物研究所与福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫细胞核植入去核后的家兔卵细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，表明我国大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。下列描述与克隆无关的是()A.“复制” B.无性繁殖C.组织培养 D.基因工程答案D解析克隆是指遗传上完全相同的分子、细胞或来自同一祖先的生物个体的无性繁殖群体。基因工程是把外源基因导入到受体细胞内，与克隆无关。5.下列不属于动物细胞工程应用的是()A.大规模生产干扰素，用于抵抗病毒引起的感染B.为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞C.大规模生产食品添加剂、香料等D.保护濒危物种，增加这些动物的存活率答案C解析大规模生产食品添加剂、香料等是通过组织培养技术来大量生产的。6.美国杜克大学医疗中心的一个研究小组利用成年猪的动脉血管细胞和模拟胚胎环境的新型生物反应器，成功地在实验室里培育出新的动脉血管。这种血管的外形和功能都与真的血管一样，这一研究成果是生物组织培养工程领域的重大进展。下列关于以上技术的叙述中，不正确的是()A.属于“克隆”B.可能要利用去核卵细胞C.关键是激发血管细胞的“全能性”D.关键是激发血管细胞发育成血管的潜能答案C解析该技术属于动物细胞克隆，离体后提供适宜的培养环境，激发体细胞发育成各种组织、器官的潜能。 能力提升7.下面有关动物细胞和组织培养的叙述中，错误的是()A.克隆牛的培育过程离不开组织培养B.动物细胞培养是培育“多莉”的关键性技术C.动物细胞传代培养1050次后，细胞分裂能力明显变慢D.原代培养过程中的细胞很适于药物测试答案B解析“多莉”的培育过程是典型的动物体细胞克隆，该过程虽然离不开动物细胞培养，但动物细胞培养并非其关键性技术，其关键性技术是细胞核移植，故B项是错误的。8.下图是某克隆羊的培育过程模式图，则与获得该克隆羊接近的生殖方式和其发育成熟时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；雌性激素答案A解析克隆羊的产生属于无性生殖；由于此过程是雄性羊供核，故得到的克隆羊为雄性，所分泌的性激素是雄性激素。9.哈佛大学的科学家研究发现，从怀孕妇女胎盘的羊水中发现的干细胞在实验室培养后生成了多种人体器官组织，如骨骼、血管、肌肉、神经以及肝脏等。以下有关说法不正确的是()A.这个实验证明了干细胞具有一定程度的分化全能性B.从羊水中提取的干细胞与由其生成的肌肉细胞的染色体组成不一样C.这些骨骼、血管、肌肉、神经等的形成是细胞分裂与分化的结果D.这些干细胞可以生成种类更多、价值更高的人体细胞，将有更多的医学用途答案B解析干细胞在实验室培养后生成了多种人体器官组织，说明干细胞具有全能性。干细胞通过有丝分裂使细胞数目增多，通过细胞分化产生不同的组织，但在这些过程中细胞中的染色体组成保持不变。10.在细胞工程中，选择合适的生物材料是成功的关键。下列选择不合理的是()A.选择高度分化的动物体细胞进行培养有利于获得大量细胞B.选择胚胎细胞作为核供体进行核移植可提高克隆动物的成功率C.选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒苗D.选择植物的愈伤组织进行诱变处理可获得优质的突变体答案A解析高度分化的动物体细胞已经没有分裂能力，因此对其培养得不到大量细胞。11.世界上第一只克隆绵羊“多莉”的培育过程如图所示，请据图回答下列问题：(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：_。(3)“多莉”面部的毛是_，请根据遗传学原理说明判断根据：_。(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。_。答案(1)细胞核移植胚胎移植(2)卵细胞体积大、易操作；含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件(3)白色“多莉”的细胞核基因来自于白面绵羊(4)全能性(5)保护濒危物种，繁育优良品种，医学上克隆器官等12.2007年日本研究人员依靠体细胞克隆技术进行反复“拷贝”，成功培育出第四代克隆猪。这个研究小组培育的第一代克隆猪于2004年4月诞生，此后，他们又从长大的克隆猪唾液腺中提取细胞，将其细胞核植入未受精的卵子，依次培育出第二代和第三代克隆猪。研究人员说，猪与人类身体构造相似，克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物。根据材料回答下列问题：(1)克隆猪的培育利用了动物细胞核的_性。(2)在细胞核植入受体卵细胞之前，要用显微针去除卵细胞的_，再将唾液腺细胞核注入其中。在体细胞核移植技术中往往以卵细胞作为受体，这是因为_。核移植成功后，用物理或化学方法激活受体细胞，目的是_。(3)上述体细胞核移植方法生产的第四代克隆猪，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？_，理由是_。(4)请举一例说明“克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物”：_。(5)在第四代克隆猪培育的过程中，要进行动物细胞的体外培养过程，培养时需要满足的条件有_。答案(1)全能(2)细胞核卵细胞含有丰富的营养物质、体积大，易操作使其进行分裂和发育(3)不是卵细胞的细胞质内也有遗传物质DNA，也控制后代的性状表达，且生物性状受基因和环境共同作用(4)克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗疾病时，克隆动物的细胞、组织、器官可以作为异体移植的供体等(答案合理即可)(5)适宜的温度、pH及气体环境条件以及无菌、无毒的环境解析动物细胞核移植技术的原理是动物细胞核的全能性，通过核移植产生的克隆动物，其遗传物质与供核动物并不完全相同，因为卵细胞的细胞质内也有遗传物质DNA，也控制后代的性状表达。动物细胞培养具有许多重要用途，如克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗疾病时，克隆动物的细胞、组织、器官可以作为异体移植的供体等。13.美国科学家已经在实验室中成功培育出人的膀胱，并成功移植到7名患者体内。该培育过程是：从患者的膀胱上取下普通邮票一半大小的活细胞样本，将样本中的胶原质剥下，将肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置于不同的培养皿中培养，约一周后将这些细胞放在一些海绵形状的可生物降解的由胶原质制成的“支架”上继续培养；再过7周左右，原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右，布满“支架”，膀胱上皮在内，肌肉在外。医生将“新膀胱”移植到患者膀胱的上面。这样新器官会继续生长并与老器官“重组”取代老器官中丧失功能的部分。培育过程如图所示：根据以上资料回答下列问题：(1)a过程属于克隆技术中的_。在培养基中的培养相当于_培养。(2)b过程由数万个细胞繁殖到15亿个细胞是_的结果，由这些细胞再分别形成肌肉和膀胱上皮的过程要经过_。(3)用接受移植者的体内细胞培育出“新膀胱”不会发生排异现象，请举一与之相似的实例：_。答案(1)动物细胞培养原代(2)细胞分裂细胞分化(3)如用取自烧伤病人皮肤的健康细胞进行培养，获得大量自身的皮肤细胞，移植后也不会发生排异现象解析从题干所给信息可知：a过程属于克隆技术中的动物细胞培养过程，是将剥离的小块膀胱上皮细胞放在培养基中培养，属于原代培养。细胞克隆中细胞增殖都是通过有丝分裂完成的，克隆后的后裔细胞又形成肌肉和膀胱上皮，说明细胞又经过了细胞分化。 真题体验14.(2015天津，6改编)2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。据图分析，下列叙述错误的是()A.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代B.捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿C.三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核D.三亲婴儿的培育要用到动物细胞培养技术答案C解析三亲婴儿细胞质基因主要来自捐献者卵细胞，可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，故A正确；三亲婴儿细胞核基因(染色体)来自母亲和父亲，捐献者携带的红绿色盲基因(细胞核基因)不遗传给该婴儿，故B正确，C错误；三亲婴儿的培育还需要动物细胞培养技术，故D正确。