一、動物細胞核移植技術的概念1.概念:動物細胞核移植技術是將動物的一個細胞的細胞核移入去核的卵母細胞中,使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎,繼而發(fā)育成動物個體的技術。2.類型(1)胚胎細胞核移植:胚胎細胞分化程度低,表現(xiàn)全能性相對容易。(2)體細胞核移植:動物體細胞分化程度高,表現(xiàn)全能性較困難。
二、體細胞核移植的過程
三、體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題1.應用前景
2.存在問題(1)成功率非常低,各個技術環(huán)節(jié)也有待進一步改進。(2)核移植的理論研究較為滯后,需要與發(fā)育生物學、細胞生物學和分子遺傳學等學科更深層次的理論研究相結合。(3)絕大多數(shù)克隆動物存在健康問題,許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷,如體型過大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷、免疫失調等。
【預習檢測】 1.判斷正誤。(1)目前,動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是顯微操作法。(　　)(2)用于核移植的供核細胞和受體細胞一般選用受精卵和MⅡ時期的卵母細胞。(　　)(3)核移植過程中,只要將供體細胞注入去核的卵母細胞就形成重構胚。(　　)
(4)重構胚具有發(fā)育成完整個體的潛能。(　　)(5)核移植技術的理論基礎是動物細胞細胞核的全能性。(　　)(6)體細胞核移植技術可以加速家畜遺傳改良進程,促進優(yōu)良畜群繁育,屬于基因重組。(　　)(7)相對于技術研究,核移植的理論研究還較為滯后。(　　)
2.一只羊的卵細胞核被另一只羊的體細胞核置換后,這個細胞經(jīng)過多次分裂,再植入第三只羊的子宮內發(fā)育,結果產(chǎn)下一只羊羔。這種克隆技術不能用于(　　)A.有選擇地繁殖某一性別的家畜B.繁殖家畜中的優(yōu)良個體C.保存物種D.改變動物的基因型答案:D解析:克隆技術屬于無性生殖,不改變基因型。
3.如果世界上最后一只野驢剛死亡,以下提供的“復生”野驢個體的方法中,能夠成功的是(　　)A.將野驢的體細胞取出,利用細胞培養(yǎng)技術,可培育成新個體B.將野驢的體細胞兩兩融合,再經(jīng)組織培養(yǎng)培育成新個體C.取出野驢的體細胞核移植到母家驢的去核卵細胞中,經(jīng)孕育培養(yǎng)成新個體D.將野驢的DNA取出培育成新個體答案:C
解析:野驢的體細胞核中含有發(fā)育成個體所需的全部遺傳物質,所以可以利用動物體細胞核移植技術,將體細胞核移植到母家驢的去核卵母細胞中,孕育培養(yǎng)成新的個體,新的個體絕大部分性狀與野驢相似,極少部分性狀可能受到母家驢細胞質的影響,可以等同于野驢復生。野驢的體細胞早已經(jīng)高度分化,細胞分化具有不可逆性,無法通過動物細胞培養(yǎng)技術和動物細胞融合技術培育成新個體。僅僅將野驢的DNA取出,目前無法培育成的新個體,不能“復生”野驢。
4.如果用動物的細胞進行克隆實驗,應該選擇的細胞核不能是(　　)A.乳腺細胞的　　　　B.卵細胞的C.胃腺細胞的D.早期胚胎細胞的答案:B解析:使用動物細胞進行克隆實驗時,應選擇體細胞的細胞核或胚胎細胞的細胞核,不能選擇卵細胞的細胞核。因為卵細胞是通過減數(shù)分裂形成的,卵細胞細胞核中的染色體數(shù)目是體細胞的一半。如果用卵細胞的細胞核進行核移植,將不能形成胚胎。
5.下列關于動物體細胞核移植技術和克隆動物的敘述,正確的是(　　)A.目前,科學家可以用類似植物組織培養(yǎng)的方法獲得完整的動物個體B.動物體細胞核移植技術可有選擇地繁殖某一性別的家畜C.用于核移植的供體細胞一般直接取自供體動物不經(jīng)體外培養(yǎng)的細胞D.用體細胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物是對體細胞供體動物進行100%的復制答案:B
解析:由于細胞發(fā)生了分化,動物細胞的全能性受到限制,所以不能用類似于植物組織培養(yǎng)的方法獲得完整的動物個體。動物的性別由性染色體決定,用核移植技術獲得的克隆動物,細胞核來自供體,因此動物體細胞核移植技術可有選擇地繁殖某一性別的家畜。用于核移植的供體細胞取自供體動物,然后在體外進行培養(yǎng),再挑選合格的細胞作核移植的供體細胞。通過體細胞核移植方法獲得的重組細胞的細胞核是供體細胞的,但細胞質是受體細胞的,所以重組細胞中的遺傳物質絕大多數(shù)來自供體,不是對體細胞供體動物進行了100%的復制。
知識點　動物體細胞核移植的過程和克隆動物
1.選用去核卵母細胞作受體的原因是什么?供體細胞能用生殖細胞嗎?提示:卵母細胞比較大,容易操作,且含有促使細胞核表達全能性的物質和營養(yǎng)條件。一般不選擇生殖細胞作為供核細胞,因為生殖細胞與正常體細胞相比遺傳物質減半。2.在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前,為什么必須先去掉受體卵母細胞的細胞核?提示:為使通過核移植獲得的胚胎或動物的核遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞,在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前,必須將受體細胞的遺傳物質去掉。
3.克隆動物與供核動物的性狀完全相同嗎?為什么?提示:①克隆動物的絕大部分DNA來自供體細胞核,但其核外線粒體中的DNA來自受體卵母細胞。②性狀是基因與環(huán)境共同作用的結果。供核動物生活的環(huán)境與克隆動物生活的環(huán)境不會完全相同,克隆動物的性狀也不可能與供核動物完全相同。③克隆動物在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變,產(chǎn)生供核動物沒有的性狀。
1.核移植過程分析(1)原理:動物細胞核的全能性,而不是動物細胞的全能性。因為動物體細胞的全能性受到限制,不能經(jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整個體。所以用體細胞核移植技術能夠得到克隆動物,說明動物體細胞的細胞核具有全能性。(2)供體和受體的選擇①供體:取供體動物某部位的體細胞,進行體外細胞培養(yǎng),但傳代培養(yǎng)的代數(shù)不宜多,以免在培養(yǎng)過程中遺傳物質發(fā)生改變,原來的優(yōu)良性狀不能保持。②受體:去核的MⅡ期的卵母細胞。在MⅡ期的卵母細胞的細胞質中,存在促進重組細胞分裂和分化的物質,容易形成重構胚,而其他時期的細胞不易形成重構胚。
(3)重組細胞的形成需要誘導融合,重構胚形成后需要用物理或化學方法(如電刺激、Ca2+載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等)激活,以完成細胞分裂和發(fā)育進程。
2.克隆動物分析(1)性狀與供體不完全相同的原因①克隆動物的細胞質遺傳物質來自受體卵母細胞的細胞質。②生物的性狀不僅與遺傳物質有關,還受環(huán)境影響。③在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變。(2)基因型與供體相同:核移植過程中細胞核只來自供體,因此核遺傳物質是對供體細胞遺傳物質的100%復制,其基因型與供體相同。
我國科學家率先成功地應用體細胞對非人靈長類動物進行克隆,獲得兩只克隆猴——“中中”和“華華”。回答下列問題。(1)“中中”和“華華”的獲得涉及核移植過程,核移植是指? 　。通過核移植方法獲得的克隆猴,與核供體相比,克隆猴體細胞的染色體數(shù)目　　　　　(填“減半”“加倍”或“不變”)。?(2)哺乳動物的核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植,胚胎細胞核移植獲得克隆動物的難度　　　　　(填“大于”或“小于”)體細胞核移植,其原因是　?　　　　　　　　　　。?(3)在哺乳動物核移植的過程中,若分別以雌性個體和雄性個體的體細胞作為核供體,通常,所得到的兩個克隆動物體細胞的常染色體數(shù)目　　(填“相同”或“不同”),性染色體組合　　　　　(填“相同”或“不同”)。?
答案:(1)將動物一個細胞的細胞核移入去核的卵母細胞中,使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎,繼而發(fā)育成動物個體的技術　不變(2)小于　胚胎細胞分化程度低,恢復全能性相對容易(3)相同　不同
解析:本題以克隆動物為背景考查動物細胞工程的操作及應用。(1)克隆動物過程中涉及的動物細胞工程技術有核移植技術、胚胎移植技術等,其中核移植技術是將動物一個細胞的細胞核移入去核的卵母細胞中,使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎,繼而發(fā)育成動物個體的技術。在整個過程中,細胞只進行有絲分裂,細胞中染色體數(shù)目不變。(2)胚胎細胞比體細胞分化程度低,故胚胎細胞核移植比體細胞核移植的難度小。(3)通過核移植獲得克隆動物的過程中,細胞中染色體的數(shù)目不變。雌性、雄性個體的常染色體數(shù)目相同,而性染色體組合不同。
【變式訓練】 1.下列關于動物體細胞克隆的敘述,錯誤的是(　　)A.供體為提供細胞核的體細胞B.受體為去核卵母細胞C.細胞核移植是體細胞克隆的關鍵步驟D.克隆出的后代與供體的遺傳物質和表型完全一致答案:D解析:克隆出的后代的細胞核遺傳物質來自供體的細胞核,細胞質遺傳物質來自受體的細胞質?？寺『蟠谋硇瓦€受環(huán)境因素的影響。因此,克隆出的后代與供體的遺傳物質和表型并不完全相同。
2.2018年,兩只克隆猴“中中”和“華華”在我國誕生,突破了現(xiàn)有技術無法克隆靈長類動物的世界難題,將為阿爾茨海默病、自閉癥等的治療帶來前所未有的光明前景。下圖為流程圖,請據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是(　　)A.欲獲得單個雌猴體細胞,可用酶處理動物組織塊,最常用的酶是胰蛋白酶B.過程①表示去除細胞核,該過程一般要在卵母細胞培養(yǎng)至減數(shù)第二次分裂中期時進行,目前使用的去核方法是顯微操作法C.獲得的A細胞叫作重組細胞,它可以自然形成早期胚胎D.由于受環(huán)境等因素的影響,“中中”和“華華”的表型不完全相同答案:C
解析:A表示通過核移植獲得的重組細胞,由重組細胞形成的重構胚需要用物理或化學方法激活,不能自然發(fā)育成早期胚胎。

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第2節(jié) 基因工程的基本操作程序

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修3

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