1、第二章 细胞工程第第3 3节节动物细胞工程及其应用动物细胞工程及其应用生物（苏教版）高中生物 选择性必修3动物细胞培养动物细胞融合动物细胞核移植动物细胞工程常用技术干细胞应用技术动物细胞动物细胞工程的基工程的基础础动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程18901890年，年，希普将希普将安哥拉兔的胚安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是得到了两只安哥拉兔，这是世世界上胚胎移植成功的首例界上胚胎移植成功的首例19071907年，年，哈里森哈里森用一滴用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，的神经元，首创了动物首创了动物组织体外培养法
2、组织体外培养法19511951年，年，张明觉张明觉等发等发现了哺乳动物现了哺乳动物精子的精子的获能现象获能现象19581958年，年，格登格登用非洲爪蟾进用非洲爪蟾进行行体细胞核移植实验体细胞核移植实验，成功，成功培育出性成熟个体，同一时培育出性成熟个体，同一时期，我国科学家期，我国科学家童第周童第周等开等开展了展了鱼类细胞核移植鱼类细胞核移植工作工作19591959年，年，试管试管家兔诞生家兔诞生，之，之后，多种试管后，多种试管动物相继出生动物相继出生19751975年，年，米尔米尔斯坦和科勒斯坦和科勒等等创立了创立了单克隆单克隆抗体技术抗体技术19781978年，年，小鼠的桑小鼠的桑椹胚被
3、成功分割椹胚被成功分割，次年，科学家次年，科学家分割分割绵羊胚胎绵羊胚胎获得了同获得了同卵羔羊卵羔羊19811981年，年，埃文埃文斯斯等成功等成功分离分离和培养了小鼠和培养了小鼠的胚胎干细胞的胚胎干细胞19961996年，年，世界上第世界上第一只体细胞克隆羊一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生多莉在英国诞生，随后多种克隆动物随后多种克隆动物相继问世相继问世20062006年，年，山中山中伸弥伸弥等获得了等获得了诱导多能干细诱导多能干细胞胞，我国科学我国科学家用这种细胞家用这种细胞培育出了小鼠培育出了小鼠20142014年，世界年，世界上上第一个第一个用单用单细胞基因组测细胞基因组测序序进行进行遗传
4、病遗传病筛查的试管婴筛查的试管婴儿儿在我国诞生在我国诞生20172017年，年，我国科学我国科学家家首次首次培培育了育了体细体细胞克隆猴胞克隆猴学习目标素养要求1.阐明动物细胞核移植的概念和原理阐明动物细胞核移植的概念和原理。2.概述体细胞核移植的过程概述体细胞核移植的过程。3.认同体细胞核移植技术的应用前景，客观分析技术认同体细胞核移植技术的应用前景，客观分析技术存存 在在的问题。的问题。1.科学思维：构建核移植过程的模型科学思维：构建核移植过程的模型。2.社会责任：辩证分析核移植技术的应用前景和存在问题。社会责任：辩证分析核移植技术的应用前景和存在问题。一、动物细胞核移植技术及其应用原理：
5、动物细胞核具有全能性动物细胞核具有全能性补充：克隆克隆与无性繁殖与无性繁殖 克隆不仅仅是克隆不仅仅是无性繁殖无性繁殖，还包括遗传上完全相同的分子、细，还包括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体。胞或来自同一祖先的生物个体的无性繁殖体。分子水平：分子水平：一般指一般指DNADNA分子扩增。分子扩增。细胞水平：细胞水平：由一个细胞分裂所形成的细胞群体。由一个细胞分裂所形成的细胞群体。个体水平：个体水平：指基因型完全相同的个体或群体。指基因型完全相同的个体或群体。细胞核移植的过程重组细胞早期胚胎早期胚胎将将胚胎移入受体胚胎移入受体（代孕）母牛体内（代孕）母牛体内采集苏格兰黑
6、面母羊的卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MM期去核的卵母细胞乳腺细胞培养取出取出芬兰白面母羊母羊的乳腺细胞。的乳腺细胞。生出生出与芬兰白面母羊羊遗传物质与芬兰白面母羊羊遗传物质基本相同基本相同的克隆羊多莉的克隆羊多莉通过通过显微显微操作去核操作去核将乳腺细胞注入去核的卵母细胞将乳腺细胞注入去核的卵母细胞用电脉冲方法促进无核卵用电脉冲方法促进无核卵母细胞和乳腺细胞融合母细胞和乳腺细胞融合用用物理或化学方法物理或化学方法激活重组细胞激活重组细胞，使其完成细胞分裂和发育过程使其完成细胞分裂和发育过程动物动物细胞细胞培养培养动物动物细胞细胞核移核移植植早期胚早期胚胎培养胎培养胚胎移植胚胎移植（1 1）卵
7、母细胞的细胞质中含有）卵母细胞的细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质激发细胞核全能性表达的物质和营养条和营养条件；件；（2 2）细胞体积大，易操作。）细胞体积大，易操作。供体细胞注入卵母细胞的优点：保证保证供核不被破坏，对卵母细胞损伤较小，供核不被破坏，对卵母细胞损伤较小，操作也更方便。操作也更方便。（直接将供体细胞注（直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内）入去核卵母细胞的透明带内）用电脉冲方法促进无核卵用电脉冲方法促进无核卵母细胞和乳腺细胞融合母细胞和乳腺细胞融合重构胚：人工重新构建的胚胎，重构胚：人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。具有发育成完整个体的能力。方法：通常是通常
8、是显微操作法，也可以用紫也可以用紫外线、化学物质处理使外线、化学物质处理使DNADNA变性。变性。去除的是去除的是纺锤体-染色体复合物。（去核时，由于去核时，由于MM期卵母细胞核的位期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管置靠近第一极体，用微型吸管一般一般一并一并吸出第一极体吸出第一极体）去核原因：使核移植得到的胚胎或动物使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物。的动物。减数第二次分裂中期克隆动物的培养并非克隆动物的培养并非全在体外，还需在代全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育孕个体子宫内孕育供体（提供细胞核）：一般是一般是具有优良形状
9、或某些濒危物种。具有优良形状或某些濒危物种。受体细胞（接受细胞核）：可可以是受精卵也可以是卵母细胞，以是受精卵也可以是卵母细胞，而卵母细胞更好操作。而卵母细胞更好操作。胚胎移植胚胎移植一般选用一般选用10代以内的细的细胞。因为胞。因为1010代以内的细胞代以内的细胞一般能保持正常的二倍体一般能保持正常的二倍体核型，能保证供体细胞正核型，能保证供体细胞正常的遗传基础常的遗传基础。2023-7-201.1.卵母细胞去核：方法为显微操作（去核）法。通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNADNA
10、变性。2.2.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：保证供核不被破坏，操作也更方便。3.3.诱导细胞融合的方法：电脉冲方法，形成重构细胞。4.4.激活重构细胞的方法：物理（电刺激）或化学（CaCa2+2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）方法。5.5.克隆动物的培养并非全在体外，还需在代孕个体子宫内孕育。相关要点2023-7-20思考讨论有关体细胞核移植的问题1.1.在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？2.2.你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%100%的复制吗？为什么？为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要
11、利用价为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞值的动物提供的体细胞。克隆动物的性状与体细胞供体生物的性状基本相同，而不是完全克隆动物的性状与体细胞供体生物的性状基本相同，而不是完全相同，原因是克隆动物的一部分遗传物质（相同，原因是克隆动物的一部分遗传物质（DNADNA）来自卵母细胞细胞质）来自卵母细胞细胞质中的线粒体，另外，个体性状的表现还受环境等因素的影响；克隆动中的线粒体，另外，个体性状的表现还受环境等因素的影响；克隆动物在个体发育过程中可能发生基因突变等物在个体发育过程中可能发生基因突变等。2023-7-20思考讨论有关体细胞核移植的问题3.3.培养的
12、细胞一般选用几代之内的细胞？为什么？4.4.能否选择生殖细胞作为供体细胞？一般选用一般选用1010代以内的细胞，因为代以内的细胞，因为1010代以内的细胞一般能保持正常代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，能保证供体细胞正常的遗传基础的二倍体核型，能保证供体细胞正常的遗传基础。一般不选择生殖细胞作为供体细胞，因为与正常细胞相比，生殖一般不选择生殖细胞作为供体细胞，因为与正常细胞相比，生殖细胞的核遗传物质减半细胞的核遗传物质减半。知识海洋体细胞核移植技术的应用前景保护濒危物种，增加存活数量克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育以患者作为供体培育人核移植胚胎干
13、细胞转基因克隆动物可以作为异种移植的供体治疗性克隆治疗性克隆治疗性克隆 首先用高分子化学材料聚羟基乙酸制成所需人体器官的形状，然后植入人的细胞（这只展出的老鼠身上植入的是它自己的细胞），缝合在裸鼠背上。经过细胞快速生长，人造模子会自己降解消失，器官与老鼠成为一体，最后可移植到人体上。这种全身无毛的老鼠叫裸鼠，没有免疫力，这样才不会对那只“人耳”产生排异反应。这项技术能应用于人体组织、器官的再造。这项科研技术成熟后，人身上缺少或损坏的组织器官都可以修补上。人造耳朵有望用于器官移植 一只在背上长出了“人耳”的活老鼠野牛 诺亚2023-7-20三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题1.应用前景：
14、（1）畜牧生产：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。（2 2）医药卫生：转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。（3 3）治疗人类疾病：转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体；以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。（4 4）科研：研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们2023-7-20之间的对比来分析致病基因；克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。（5）保护濒危动物：有望增加濒危物种的存活数量。2.2.存在的问题：（1 1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。（2 2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。（3 3）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。
