动物体细胞核移植技术和克隆动物
许昌实验中学万沛沛
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、教学重点和难点:
用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
三、教学方法:
讲解讲述、阅读指导、讨论引导、归纳总结等。
四、课时安排:1课时
五、教学过程:
Ⅰ、课前准备:
1、搜集相关电子图片(西游记的孙悟空)和克隆动物的图片,并制作成教学课件。
2.制定学生课前预习的学案,并及时检查,了解学生情况,制定上课计划。
Ⅱ、新课讲授:
(屏幕展示课前寄语)上课前先送给同学们5个词:博学,审问,明辨,慎思,笃行,希望同学们在学习过程中能广览知识,对问题多思,多问多辩,并切实力行,用我们的努力开启“成功基因”的表达。
好,言归正传,今天我们共同探究的课题是关于克隆动物的培育过程。【导入】
投影幻灯片1——西游记插图
我们每个同学几乎都看过《西游记》,其实唐僧师徒西天取经途中,最大的一个科学发现就是——无性繁殖。他们发现女儿国的女人生孩子不需要与男人结婚,只要喝一口子母河的水,就可以如愿以偿。同时也开了男人也可以怀孕生子的科学先河。
在西游记中,人们最崇拜的一位偶像,怕是要数孙悟空了。孙悟空不但有神出鬼没的七十二变,更神奇的是:他只要从自己身上拔出一根毫毛,放在嘴边一吹,就可以变出无数个跟自己一模一样的小猴子。复制自身,这不就是克隆技术吗?所以说孙悟空是当之无愧的克隆技术的鼻祖。
这个克隆猴的古代神话如今正逐渐变成现实: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。你还知道哪些克隆动物?
提示:投影幻灯片2——(展示成果图片)
十几年来,克隆动物家族在不断壮大。在羊之后,已经出现了猴、猪、牛、猫、鼠、兔等13位成员。
大家知道,将离体的植物组织或细胞在适当的条件下培养,可获得完整植株,我们称之为植物组织培养。克隆动物能采用类似的方法吗?(学生阅读P47第三段后回答)
提示:细胞全能性的比较——高度分化的植物细胞的全能性动物细胞,因此不能用类似植物组织培养的方法直接将离体的植物组织器官或细胞培养成完整的动物个体。
【正课】
投影幻灯片3——克隆羊多利的培育过程
师:克隆羊多利使我们最熟悉的克隆动物,他是怎样培育出来的呢?
生:介绍克隆羊多利的培育过程。
由此导入课题——动物体细胞核移植技术和克隆动物。
投影幻灯片4——定义
师:什么是动物核移植和克隆动物
生:(总结)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。
师:(分析)我们可以把培育克隆动物成两大阶段:核移植和胚胎移植。
师:(讲述)用于核移植的核供体细胞既可以用分化程度较低的动物胚胎细胞,也可以用高度分化的成年动物的体细胞。胚胎细胞核移植和体细胞核移植的原理、方法基本相同,只是体细胞分化程度高,恢复其全能性比胚胎细胞困难得多。如何进行体细胞核移植呢?
(一)体细胞核移植技术过程
1997年,美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达(Lucinda)的奶牛,年产奶量为30.8 t,创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛,年平均产奶量一般为十几吨,而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3~4 t。
投影幻灯片5——高产奶牛
(1)能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗?请说明理由。
提示:可以用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达。卢辛达的产奶量很高,说明它有高产奶的遗传基础,利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛,其克隆牛具有高产的遗传基础,如果精心培育和饲养,有可能在世界范围内推广,克隆牛再与高产的公牛自然繁殖,可得到很多高产的后代,从而加快奶牛改良进程。
投影幻灯片6——克隆高产奶牛的体细胞核移植过程流程图
(2)如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你,你将如何对它进行克隆?
提示:首先从卢辛达耳朵(也可用别的组织、器官,耳朵在活体上容易取)上剪取一小块组织,在体外培养获得该组织(如软骨组织)的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢,抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核,再将耳细胞注入卵母细胞,用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合,这时供体核就进入了受体卵母细胞,再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞,使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后,挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。
投影幻灯片7——讨论:
听完了过程介绍,可能一些同学已经发现了问题。
1、多莉羊和课本高产奶牛的克隆过程,有不同之处,找出操作过程的不同点?
多莉克隆过程的受体细胞是去核卵细胞,而高产奶牛的克隆过程的受体细胞是去核卵母细胞;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。
2、上述哪一种措施更科学?并说明理由?
卵母细胞当中的细胞周期蛋白含量、活性比卵细胞高,用它作受体更容易成功;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。
投影幻灯片7(讨论题),组织学生进一步讨论分析:
3、为什么通过核移植的方法能够克隆出完整的动物个体?——原理
提示:其实是利用了动物体细胞核的全能性和卵细胞质的全能性。
4、用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞。这是为什么?
提示:培养的动物细胞一般当传代至10~50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。因此,在体细胞核移植中,为了保证供体细胞正常的遗传基础,通常采用传代10代以内的细胞。
5、在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为什么要对卵母细胞去核?卵母细胞起什么作用?(为什么选择卵母细胞作为核移植的受体细胞?)
提示:为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全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。
6、你认为应用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物,是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗?为什么?
提示:克隆动物绝大部分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。所以,用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。
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。
7、总体来看,和动物的自然繁殖相比,用体细胞核移植技术克隆动物有什么特点?
提示:自然繁殖属于有性生殖,用体细胞核移植技术克隆动物属于无性生殖,因此不会出现性状分离与自由组合,能基本保持母本的优良性状。
过渡:这项技术在生产生活中有哪些应用呢?
(二)体细胞核移植技术的应用前景
①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,并对其在构建生物反应器和器官移植两方面的应用借助课件加以适当点拨;
②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;
③如果学生一时提不出设想,那就让他们阅读P49两段正文和P50第1段,通过下列问题进行引导,再做总结。
【问题1】在畜牧生产中,怎样保持良种家畜产奶量大、生长快、瘦肉多等优良性状?濒危动物自然繁殖率低,怎样增加这些动物的存活数量?能无限制地推广你的解决办法吗?
【总结1】利用体细胞核移植技术克隆动物(生殖性克隆),可以——
A、促进优良畜群繁育
B、扩大濒危动物种群
【问题2】(投影幻灯片人乳铁蛋白)
乳铁蛋白是一种铁结合性糖蛋白,广泛存在于哺乳动物的分泌物中。研究报道,乳铁蛋白具有多种生物学功能。乳铁蛋白具有抗肿瘤活性。乳铁蛋白是人类母乳中的一种天然蛋白,不仅能提高机体免疫力,还是婴幼儿生长发育不可或缺的功能成分。据权威预测,
人乳铁蛋白全球市场在50亿美元以上。
你如何获得大量的人乳铁蛋白?
资料信息:中国科学家2008年10月宣布成功培育人乳铁蛋白转基因奶牛【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
【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?
资料信息:英国PPL公司2001年获得转基因克隆猪,可望用于异种器官移植。(这种基因敲除猪含有特异性的基因,可使人对猪器官产生排斥作用的免疫系统失活。)
投影幻灯片5(体细胞核移植技术用于人类疾病治疗)资料信息:我国科学家已于2009年2月2日宣布成功克隆人类胚胎)
【总结3】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。
补:利用体细胞核移植技术克隆动物,还可以——为科学研究提供实验动物。
过渡: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(课外读P51:动物核移植技术发展简史)。因此,它必然也会存在一些问题。历史地来看,这些问题既在过去的发展过程中难以避免,又必须在今后的发展中,也可能由你去加以解决,使之更好地造福于人类。
(三)体细胞核移植技术存在的问题
请学生课后阅读P49小知识、P50第2段后自行归纳。
【结语】
动物核移植技术的诞生、发展和应用情况表明:技术的发明创新,往往源于实践的需要,并以科学的发展作为基础,最终又会通过其实践应用来推动科学的进步,影响社会的发展以及人们思想观念的变化。
【拓展延伸】
如果你掌握了这套体细胞核移植技术,你想用它来解决什么问题?
【开阔视野】
哪些生物技术属于“克隆”?
1.动物个体的克隆(体细胞核移植和胚胎移植)
2.植物组织培养
3.营养生殖(扦插、嫁接)
4.动物细胞培养
5.PCR技术进行DNA扩增
【课后反思】
动物体细胞核移植技术和克隆动物,是动物细胞工程的重点内容,也是近几年来的热点问题,通过电视和书报,学生对它们有一定的了解,如“多利”、中国的“克隆牛”。本部分内容与必修1中的细胞分化和全能性、必修3的动物细胞培养和胚胎移植有紧密的联系,动物细胞核的全能性是它的原理,因此在高考中可能会成为热点内容。虽然学生有所了解,但这部分内容比较抽象,难理解,所以在教学过程中先以学生感兴趣的内容入手,如西游记中的孙悟空,把它比喻为克隆的鼻祖,来激发学生学习的热情。
在实际讲课中我发现存在些问题:
1、部分学生对核移植过程中为什么是通过电刺激而不是用灭活的病毒使两细胞融合不好理解。因为上节课刚讲过在动物细胞融合过程中常用灭活的病毒。
2、没有充分调动学生的学习兴趣,没有做到化抽象为具体,这节内容理论性比较强,涉及到的专业知识比较多,而且,细胞核移植的过程不能做实验,这样学生只能看看图片,听听讲解,会觉得比较枯燥,不能在脑海中形成鲜活的克隆过程,因此,我发现部分学生即使上课内容听懂了,但是最后的拓展应用中还是不能很好的发散思维,举出些实例。
如果在课件中如果有细胞核移植的过程的视频会更有利提高学生的学习兴趣,有利于学生的理解。今后的教学中,教师要进一步挖掘这方面的素材,穿插到教学课件中,活跃学生的思维,充分开发他们的潜力!
动物细胞培养和核移植技术 备课日期2014年 3 月 4 日课型新授课 教学目标 知识与技能 1\简述动物细胞养的含义。 2\说出动物细胞养的所需条件。 3\简述动物细胞培养的基本程序。 4\简述动物细胞核移植的概念。 过程与方法 情感态度 与价值观 1\通过学习基因工程的概念,使学生认识到科学研究需要的严谨,激 发为祖国而奋斗的精神。 2\通过学习基因操作的工具,使学生树立结构与功能相统一的辩证唯 物主义观念。 教学重点 1\动物细胞培养的过程及条件; 2\用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景 教学难点用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程 教学方法以探究法、谈话法、材料教学法相结合。 教学用具多媒体课件 课时安排1课时 教学内容设计与反思 板书设计:
教学内容设计与反思一、复习导入: 教师活动:投影幻灯片,引导学生思考、分析讨论。 (1)植物细胞工程常用的技术手段有哪些? 植物组织培养 植物体细胞杂交 (2)植物体细胞杂交的结果是产生了? (3)植物体细胞杂交过程中涉及的原理是? 二、讲授新课: (一)动物细胞工程 动物细胞工程常用的技术手段 动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体、动物细胞培养 动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。 (二)动物细胞培养 1.发展历史: 单20世纪初,人们不知道神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突出形 成的,还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问 题展开了激烈的争论。1907年,美国生物学家哈里森(Harrison)从蝌蚪的 脊索中分离出神经组织,把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神 经组织存活了好几周,并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验 不仅解决了神经纤维的起源问题,而且开创了动物组织培养的先河。此后, 在许多科学家的不懈努力下,动物组织培养不断改进并逐渐发展成为动物 细胞培养。 2、动物细胞培养的应用和概念: 动物细胞培养就是从动物有机体中取出相关 的组织,将它分散成个细胞,然后,放在适宜的 培养基中,让这些细胞生长和增殖. 3、动物细胞培养过程: 引导学生阅读课文44--46面相关内容。
2.2 动物细胞工程 2.2.1动物细胞培养和核移植技术(第二课时) 二、动物体细胞核移植技术和克隆动物 教学目标: 知识目标:简述通过体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用 能力目标:运用动物细胞的基础知识,分析核移植技术的理论基础,搜集有关动物细胞核移植研究进展和应用方面的资料,进行整理、分析和交流情感目标:讨论动物细胞核移植的社会意义,关注动物细胞核移植的发展和应用前景。 旧课复习: 我们已经学习了植物的组织培养,植物体细胞杂交,知道植物细胞可以培养成一棵植株,这说明植物细胞具有全能性,而动物的体细胞离开了母体,却不能培养成一只动物个体难道是动物细胞没有全能性吗?不是。而是动物细胞高度分化,全能性比较低。 导入新课: 假如生活中我们碰到这样的问题,比如:(展示幻灯片,问题的提出) 1997年,美国威斯康星洲的一个奶牛场有一头高产奶牛叫“卢新达”,年产奶量为30.8吨,而我国奶牛年平均产奶量仅为3~4吨.用什么方法能得到更多的“卢新达”呢?学生回答克隆,其实克隆的研究从1938年就开始了。(幻灯片——克隆的历史,多利之后还有许多的动物被克隆,今天,我们要先从多利讲起) 听说过克隆羊多利吧,可以请一位同学来说说来多利的诞生过程。(学生上台讲述多利的培育过程)我们一起来看看多利的培育过程,请问多利像谁呢?母羊A,因为多利的核基因全部来自母羊A。100%象吗?,不,因为还有来自母羊B的细胞质基因。这里哪个细胞是供体细胞呢,乳腺细胞,它是高度分化的体细胞。
来看课本中对克隆的定义:请大家阅读,并划线。 教师板书:1、概念 克隆的定义: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. 分类:体细胞核移植和胚胎细胞核移植(根据提供细胞核的供体不同而区分)多利羊之所以轰动全世界,并非因为它是首只克隆动物,你知道为什么它能一夜成名呢?请一位同学回答:(首先,它选用的细胞是高度分化的体细胞,其次,它是哺乳动物,意味着人可以进行体细胞核移植。所以它的诞生标志着体细胞核移植成功。胚胎时期的细胞进行细胞核移植比体细胞核移植更容易成功,这是为什么呢?原来胚胎细胞分化程度低,所以全能性较高,而体细胞分化程度高,所以全能性也就比较低了。其实我国早在20世纪70年代,就在童第周教授的带领下,克隆出了鱼,但是,多利一夜成名,中国的克隆鱼却默默无闻20年,这是为什么呢?(因为我们的闭塞,导致中国科学的进展不为世界所知。所以要与世界进行交流,同享科技进步成果)。 那么刚才那只卢新达奶牛能用胚胎细胞克隆吗?(请一位同学回答)。不行,本身自己已经过了胚胎期,如果用它的下一代的胚胎细胞,那么已经加入了另一只公牛的基因。所以用体细胞核移植技术。因此,说体细胞核移植技术比较常用于优秀动物个体的克隆。 下面我们通过我国成功克隆高产奶牛的过程来学习动物体细胞核移植的过程。请大家结合课本,看以下的幻灯片
2. 2. 动物细胞工程 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 课标要求 1、能力要求 了解动物细胞培养的过程 比较动物细胞培养与植物组织培养区别 掌握动物体细胞核移植技术的过程和意义 2、内容要求 了解动物细胞培养的过程。 重难热点归纳 1 2、动物细胞培养与植物组织培养的区别。 动物细胞培养与植物组织培养有许多相似之处,也有许多不同点。一是它们用的培养基 不同,植物组织培养用的一般是固体培养基,而动物细胞培养用的一般是液体培养基。第二 是它们的培养基的成分不同。动物细胞培养的培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐和 维生素,另外还有动物血清。植物组织培养所需要的培养基包含植物生长和发育的全部营养 成分,如矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加物,没有动物血清。第三是植物组 织培养最后一般得到新的植物个体,而动物细胞培养因为动物体细胞一般不能表达其全能 性,因此得到的是同一种的细胞。 3、把握动物体细胞移植的特点 动物体细胞移植依据的原理还是细胞的全能性,与植物组织培养一样属于无性生殖。虽 然细胞核内具有发展成为一个完整个体所需的全套基因,但动物体细胞分化程度较高,因 此很难表达全能性。卵细胞体积大,易于操作,含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条 件。将体细胞核移植入去核卵细胞内,既保证了重组细胞的完整性,又能刺激体细胞核表达 其全能性,发展成为一个新的个体。动物体细胞移植产生的新个体的亲本有三个:体细胞核 供体、卵细胞细胞质供体、代孕母体。新个体细胞核基因型与体细胞核供体完全一样,因此 新个体性状与体细胞核供体基本相同。卵细胞细胞质中也有少量的DNA ,新个体性状与卵 动物胚胎或幼物器官、组织 50代细胞 …… 细胞株 细胞系 传代培养
动物体细胞核移植技术和克隆动物 许昌实验中学万沛沛 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、教学重点和难点: 用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 三、教学方法: 讲解讲述、阅读指导、讨论引导、归纳总结等。 四、课时安排:1课时 五、教学过程: Ⅰ、课前准备: 1、搜集相关电子图片(西游记的孙悟空)和克隆动物的图片,并制作成教学课件。 2.制定学生课前预习的学案,并及时检查,了解学生情况,制定上课计划。 Ⅱ、新课讲授: (屏幕展示课前寄语)上课前先送给同学们5个词:博学,审问,明辨,慎思,笃行,希望同学们在学习过程中能广览知识,对问题多思,多问多辩,并切实力行,用我们的努力开启“成功基因”的表达。 好,言归正传,今天我们共同探究的课题是关于克隆动物的培育过程。【导入】 投影幻灯片1——西游记插图 我们每个同学几乎都看过《西游记》,其实唐僧师徒西天取经途中,最大的一个科学发现就是——无性繁殖。他们发现女儿国的女人生孩子不需要与男人结婚,只要喝一口子母河的水,就可以如愿以偿。同时也开了男人也可以怀孕生子的科学先河。 在西游记中,人们最崇拜的一位偶像,怕是要数孙悟空了。孙悟空不但有神出鬼没的七十二变,更神奇的是:他只要从自己身上拔出一根毫毛,放在嘴边一吹,就可以变出无数个跟自己一模一样的小猴子。复制自身,这不就是克隆技术吗?所以说孙悟空是当之无愧的克隆技术的鼻祖。 这个克隆猴的古代神话如今正逐渐变成现实:2000年,科学家第一次成
课时跟踪检测(七) 动物细胞培养和核移植技术 (满分:50分时间:25分钟) 一、选择题(每小题2分,共20分) 1.在动物细胞培养过程中,使用胰蛋白酶的目的是( ) A.使动物组织分散为单个细胞 B.去掉细胞壁,使其成为原生质体 C.去掉细胞膜,暴露出原生质体便于细胞融合 D.促进蛋白质水解为多肽 2.一般来说,动物细胞体外培养需要满足以下条件( ) ①无毒的环境②无菌的环境③培养液中需加血浆④温度与动物体温相近⑤需要O2,不需要CO2⑥加CO2维持培养液的pH A.①②③④⑤⑥B.①②③④ C.①③④⑤⑥ D.①②③④⑥ 3.下列有关动物细胞培养的叙述,正确的是( ) A.动物细胞培养的目的就是获得大量的分泌蛋白 B.对动物组织块和分散的细胞进行培养,效果是基本相同的 C.细胞遗传物质的改变发生于原代培养过程中 D.培养高度分化的动物体细胞一般不能发育成幼体 4.动物细胞培养过程的顺序是( ) ①原代培养②传代培养③胰蛋白酶处理组织,形成单个细胞,制成细胞悬液 A.①②③ B.①③② C.②①③ D.③①② 5.一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后,这个卵细胞经过多次分裂,再植入第三只羊的子宫内发育,结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途,但是不能( ) A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优秀个体 C.用于保存物种 D.改变动物的基因型 6.右图为哺乳动物(羊)的生殖过程,下列叙述不.正确的是( ) A.个体2为克隆动物,c为高度分化的体细胞 B.个体2的遗传性状与提供c细胞的羊不完全相同 C.产生动物个体1与动物个体2的生殖方式是不同的 D.e细胞为完成减数分裂的卵细胞 7.用动、植物成体的体细胞进行离体培养,下列叙述正确的是( )
动物体细胞核移植技术和克隆动物 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。 教学重点: 用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 教学难点: 用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 教学方法:讲解讲述、阅读指导、讨论引导、归纳总结等。 课时安排:1课时 教学过程: 【导入】 《西游记》中,孙悟空拔出身体上的毫毛,用嘴一吹,每根毫毛都能变成一个和自己一模一样的猴子来。这个克隆猴的古代神话如今正逐渐变成现实: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。你还知道哪些克隆动物?大家知道,将离体的植物组织或细胞在适当的条件下培养,可获得完整植株,我们称之为植物组织培养。克隆动物能采用类似的方法吗?(学生阅读P47第三段后回答)由此导入课题——动物体细胞核移植技术和克隆动物(红字作为板书,下同)。 【正课】 投影幻灯片1(什么是动物核移植和克隆动物),并讲述:用于核移植的核供体细胞既可以用分化程度较低的动物胚胎细胞,也可以用高度分化的成年动物的体细胞。胚胎细胞核移植和体细胞核移植的原理、方法基本相同,只是体细胞分化程度高,恢复其全能性比胚胎细胞困难得多。如何进行体细胞核移植呢? (一)体细胞核移植技术过程 投影幻灯片2(体细胞核移植技术过程),以克隆高产奶牛为例,边讲解大致过程,边板书如下:
去核、移核、融合 取体细胞体外培养传至10代 核质重组细胞构建重组胚胎 取卵母细胞体外培养至MⅡ期 胚胎移植(至代孕母体假孕子宫)生出克隆动物 “听完了过程介绍,你有没有什么问题要问?”如果有,从中提炼出有价值的若干问题加以讨论;如果一时没有,投影幻灯片3(讨论题),组织学生讨论: 1.为什么通过核移植的方法能够克隆出完整的动物个体? 2.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞。这是为什么? 3.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为什么要对卵母细胞去核?卵母细胞起什么作用?(为什么选择卵母细胞作为核移植的受体细胞?) 4.你认为应用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物,是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗?为什么? 5. 和动物的自然繁殖相比,用体细胞核移植技术克隆动物有什么特点? 过渡:如果你掌握了这套体细胞核移植技术,你想应用它来解决什么问题? (二)体细胞核移植技术的应用前景 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,并对其在构建生物反应器和器官移植两方面的应用借助课件加以适当点拨;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,那就让他们阅读P49两段正文和P50第1段,通过下列问题进行引导,再做总结。 【问题1】在畜牧生产中,怎样保持良种家畜产奶量大、生长快、瘦肉多等优良性状?濒危动物自然繁殖率低,怎样增加这些动物的存活数量?能无限制地推广你的解决办法吗? 【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 ●扩大濒危动物种群
专题二2.2.1动物细胞培养和核移植技术 一、教材分析 《动物细胞培养和核移植》是人教版高中生物选修三《现代生物科技专题》第2章第2节《动物细胞工程》第1节课的教学内容,主要学习叶绿体动物细胞培养这一基础技术和核移植技术的过程和应用。本节内容是本章的重点同时又是近几年的热点,,又是后面学习动物细胞融合和单克隆抗体的基础。 二、教学目标 1.知识目标: (1).简述动物细胞培养的过程、条件及应用。 (2).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.能力目标: (1)运用细胞的基础知识,分析细胞工程的理论基础 (2)通过小组间的交流与合作,提高学生的语言表达能力及思维的严密性。 3.情感、态度和价值观目标: (1)通过对动物细胞培养和核移植的学习体会生物科学技术的发展和进步。 (2)通过联系知识与生产实践的关系,激发学生对生物学科的兴趣热爱。 三、教学重点难点 重点:(1)动物细胞培养的过程及条件。 (2)用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 难点:用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 四、学情分析 我们的学生基础较差,有些学生必修模块的知识掌握不牢固,所以本节知识的学习有一定的难度,讲解时需要详细。并且这一节的知识离现实生活较远,需仔细分析,但学生对这一块的学习兴趣很浓厚。 五、教学方法 1.讲授法:对细胞培养和核移植的过程进行疑难讲解。 2.自学法:学生先自学基本知识。 3.学案导学:见后面的学案。 4.新授课教学基本环节:预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习 六、课前准备 1.学生的学习准备:预习实验“动物细胞培养和核移植”,初步把握过程和条件及应用2.教师的教学准备:多媒体课件制作,课前预习学案,课内探究学案,课后延伸拓展学案。 七、课时安排:1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑,使教学具有了针对性。 (二)情景导入、展示目标。 教师首先提问:利用植物细胞可以培育成植物体,那么,你利用动物细胞能不能大量繁殖动物体,以提高繁殖率呢?这节课我们来学习动物细胞工程 (三)合作探究、精讲点拨。
2.2 动物细胞工程 动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 在治疗烧伤病人时,通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对一个大面积烧伤的病人来说,自体健康皮肤非常有限,使用他人皮肤来源不足,而且会产生排异反应。那么,怎样才能获得大量的自体健康皮肤呢? 许多动物的细胞能够分泌蛋自质,如抗体等。但是,单个细胞产生的蛋白质量是很少的,怎样才能获得大量的分泌蛋白呢? 细胞工程中的动物细胞培养技术为解决这些问题找到了出路(图2-15)。 动物细胞培养 动物细胞培养(animal cell culture)就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。那么,动物细胞培养的过程是怎样的?培养时又需要提供哪些必要的条件呢? 动物细胞培养的过程 成块的组织中细胞与细胞靠在一起,彼此限制了细胞的生长和增殖,因此,进行细胞培养时(图2-16),首先将组织分散成许多单个细胞。方法是从健康动物体内取出组织块,剪碎,用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间,这样组织就会分散成单个细胞。然后,用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液,再将细胞悬液放入培养瓶内,置于适宜环境中培养。悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。培养贴附性细胞时,细胞要能够贴附于底物上才能生长增殖(图2-17),这就要求培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒,易于贴附。以后,细胞进行有丝分裂,数量不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。 贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖。这样的培养过程通常被称为传代培养。传代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去了。一般来说,细胞在传至10~50代左右时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化。当继续传代培养时,少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限,获得不死性,这些细胞已经发生了突变,正在朝着等同于癌细胞的方向发展。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内,以保持细胞正常的二倍体核型。 △寻根问底: 胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗? ?旁栏问题: 进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是什么成分?用胃蛋白酶行吗?
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。 一、核移植定义及分类
2.2 动物细胞工程 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 【目标导航】 1.结合图2-16及相关内容,归纳动物细胞培养的过程、条件及应用。 2.结合图2-21,归纳通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程及应用前景。 一、动物细胞工程(阅读P 44) 基础 技术手段 应用 动物细胞培养技 术 动物细胞培养、体细胞核移植、细胞融合 ①深入探索并改造生物的遗 传特性 ②大量培养细胞 ③单克隆抗体的制备等 44-461.概念 从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。 2.过程 动物组织块或器官――――――――――――→剪碎胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理 单个细胞――→加培养液细胞悬液――→初次培养原代培养―→传代培养 3.相关概念 (1)细胞贴壁:悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。 (2)接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞停止分裂增殖的现象。 (3)原代培养:指动物组织消化后的初次培养。 (4)传代培养:贴满瓶壁的细胞,出现接触抑制后,需要重新用胰蛋白酶等处理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖的培养过程。 4.培养条件 (1)无菌、无毒的环境:培养液中添加一定量的抗生素,并定期更换培养液,以清除代谢产物,防止对细胞自身造成危害。 (2)营养????? 无机物:无机盐、微量元素等有机物:糖、氨基酸、促生长因子、和天然成分:血清、血浆等
(3)温度和pH ? ???? 温度:哺乳动物多以36.5±0.5 ℃为宜pH :多数细胞适宜pH 为7.2~7.4 (4)气体环境????? O 2:细胞代谢所必需CO 2:维持培养液的pH 5.应用 (1)生产生物制品:如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。 (2)应用于基因工程:动物细胞是基因工程技术中常用的受体细胞。 (3)应用于检测有毒物质,判断某种物质的毒性。 (4)用于生理、病理、药理等方面的研究,如筛选抗癌药物等。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物(阅读P 47-50) 1.概念 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,最终发育为动物个体。 2.分类 包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植,其中胚胎细胞核移植较易成功。 3.过程 4.应用前景 (1)加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。 (2)保护濒危物种。 (3)转基因克隆动物可作为生物反应器,生产许多医用蛋白。 (4)转基因克隆动物细胞、组织和器官可作为异种移植的供体。 (5)人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化,形成相应的组织、器官后,可以用于组织器官的移植。 (6)研究胚胎发育及衰老过程,追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。 5.存在问题 (1)成功率非常低(低/高)。 (2)绝大多数克隆动物还存在健康问题。 (3)克隆动物食品的安全性存在争议。 判断正误:
专题2 细胞工程 2.2 动物细胞工程 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 1.下列不属于动物细胞培养必需条件的是() A.无菌、无毒的环境B.适宜的温度和pH C.O2等气体环境D.适宜的光照条件 答案:D 2.动物细胞培养过程的顺序是() ①原代培养②传代培养③用胰蛋白酶处理组织,形成分散的细胞悬液 A.①②③B.①③② C.②①③D.③①② 解析:动物细胞培养过程的程序为选取幼龄动物或早期胚胎组织作培养材料→用胰蛋白酶处理组织,制备细胞悬液→原代培养→传代培养。 答案:D 3.细胞工程包括植物细胞工程和动物细胞工程,下列属于动物细胞工程技术的是() ①动物细胞培养②动物细胞核移植③动物细胞融合 ④制备单克隆抗体 A.①②③B.②③④ C.①③④D.①②③④ 解析:动物细胞工程包括:动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合
和制备单克隆抗体等,其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。 答案:D 4.如下图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线,图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。下列判断错误的是() A.B点之前的培养称为原代培养,之后的培养称为传代培养 B.接触抑制现象主要发生在AB段和DE段 C.分瓶后的每个培养瓶中的细胞群称为一个克隆 D.E点后的细胞大多数具有异倍体核型,可连续传代 解析:人们通常将动物组织处理分散后的初次培养称为原代培养,分瓶后的培养称为传代培养,B点之后细胞继续生长,可见B点之后进行了传代培养,A 正确;当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,即会发生接触抑制现象,在AB段和DE段细胞几乎生长停滞,可能发生了接触抑制,B 正确;细胞克隆的最基本要求是必须保证分离出来的是一个细胞而不是多个细胞,C错误;已获无限繁殖能力能持续生存的细胞系,称连续细胞系或无限细胞系,无限细胞系大多已发生异倍化,具异倍体核型,D正确。 答案:C 5.如图表示动物细胞培养程序图,请据图回答下列问题。 ①取动物组织块 ↓ ②________ ③处理组织分散成单个细胞 ↓
淮阳一高高效课堂自主学习型生物导学稿 高二年级班姓名编写人段芳编号 025 审核人日期20XX年3月31日课题:动物体细胞核移植课型设置【自研·互动45分钟+展示45分钟】 一、学习目标:1、理解动物体细胞核移植的概念 2、简述动物体细胞核移植的过程 二、重难点:动物体细胞核移植的过程
完成等级分 基础题: 1.一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后,这个卵细胞经过多次分裂,再植入第三只羊的子宫内发育,结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途,但是不能() A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优秀个体 C.用于保存物种 D.改变动物的基因型 2.英国科学家应用哪一种关键技术的细胞工程技术,培育出著名的克隆绵羊——多莉() A.细胞和组织培养B.细胞融合 C.动物胚胎移植D.细胞核移植 3.下列哪项不是体细胞核移植的应用: A.加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育 B.保护濒危物种 C.获得组织器官异体移植的供体 D.大量产生紫杉醇 发展题: 4.世界上第一只克隆绵羊“多利”和我国第一只转基因牛“滔滔”的培育程序分别如下图所示,请据图回答: (1)请写出培育克隆绵羊中①②所指的细胞工程技术名称: ①;②。 (2)培育克隆绵羊实施细胞工程①时,所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是。 (3)培育转基因牛过程中的关键环节是如图的() A.①B.②C.③D.④ (4)在转基因牛的培育中,图中D与亲本A、B牛的最根本区别是___________________________________________________________。 (5)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____________________。 (6)如果要使出生的动物整合率在理论上提高到100%,那么,应在什么时候进行鉴定?_______________________________________ 四、【培辅课】(附培辅单) 疑惑告知: 效果描述: 五、【反思课】: 今日心得: 今日不足:
2.2 动物细胞工程 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 理一理 判一判 1.动物细胞培养过程中,细胞可能发生癌变而具有无限增殖的特点。(√) 2.在培养过程中通常要通入5%的CO2以刺激细胞呼吸。(×)
3.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×) 4.二倍体细胞的传代培养代数通常是无限的。(×) 5.经细胞核移植培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状。(×) 6.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10~50代以内的细胞。(×) 7.体细胞核移植过程中采用MⅡ中期卵母细胞作为受体细胞。(√) 8.选择去核的卵母细胞作为核受体进行核移植可提高克隆动物的成功率。(√) 悟一悟 1.选取幼龄动物的组织、器官作为材料的原因 动物细胞培养的原理是细胞增殖。动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官,其细胞的分化程度较低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。 2.将动物细胞分散成单个细胞培养的原因 分散成单个细胞后容易培养,细胞所需的营养容易供应,其代谢废物容易排出。同时,分散成单个细胞培养,可使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。 3.原代培养和传代培养的区别 ①原代培养:是细胞悬液第一次在瓶中培养,即在没有分瓶培养之前的细胞培养。 ②传代培养:是在细胞悬液培养一段时间后,分瓶再进行的细胞培养。 4.细胞株和细胞系的区别 ①细胞株:传代培养的细胞能传到10~50代,这样的传代细胞称为细胞株。 ②细胞系:传代培养的细胞在传到50代后,有部分细胞的遗传物质发生了改变,获得不死性,这种具有癌变特点的细胞称
为细胞系。 5.动物体细胞核移植的原理是细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因为动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体,所以用体细胞核移植技术能够得到克隆动物,说明动物体细胞的细胞核具有全能性。 6.供体和受体的选择 (1)供体:一般选用传代10代以内的细胞,因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型,保证了供体细胞正常的遗传基础。 (2)受体:选择MⅡ期的卵母细胞,其原因是: ①卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。 ②卵母细胞体积大,便于操作。 ③卵母细胞内卵黄多,营养物质丰富。 感悟体会: 练一练 1.[浙江卷]下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是( ) A.连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型 B.某些癌细胞在合适的条件下能逆转为正常细胞 C.由多个祖细胞培养成的细胞群为一个克隆 D.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状 解析:连续细胞系的细胞一般都经历了多次培养,其二倍体核型发生了改变,A错误。细胞癌变是原癌基因和抑癌基因突变引起的基因突变具有不定向的特点,如果癌细胞在合适的条件下发生基因突变,有可能使突变后的原癌基因或抑癌基因变成正常的基因,使细胞失去癌细胞的特点,B正确。一个克隆是指1个细胞经培养形成的细胞群,多个祖细胞培养成的细胞群不是一个克隆,C错误。未经克隆化培养的细胞系是由多个能无限增殖细胞增殖得到的,无限增殖的细胞遗传物质发生了改变,这种改变
人教版选修3专题2 《2.2 动物体细胞核移植技术和克隆动物》学案 班级组别姓名 一、学习目标 掌握动物体细胞核移植技术的过程和意义 二、自主学习(阅读课本47-50页) (1)动物核移植概念:将动物的一个细胞的移入一个去核的_____________细胞中,使其重组并发育成一个,这个胚胎最终成为动物个体。用核移植的方法得到的动物叫。 (2)种类 _______细胞核移植——易(因分化程度低,移植成活率高) _______细胞核移植——难(因分化程度高,移植成活率低) (3)过程 三、问题与例题 【问题1】核移植时,选择的是哪个时期的卵母细胞?为什么选用去核的卵母细胞作为受体? 【问题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?如何操作? 【问题3】用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的细胞,为什么? 【问题4】你认为用体细胞核移植方法生产的克隆动物,是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗?为什么? 【问题5】动物体细胞核移植是否体现了动物细胞的全能性?属于什么繁殖方式?
【问题6】动物体细胞核移植技术的应用前景及存在问题 【例题1】下列对动物核移植技术的描述不正确的是() A.哺乳动物核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植,动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎核移植 B.体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核 C.体细胞核移植过程中通常采用MⅡ期卵母细胞作为受体细胞 D通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制 【例题2】美国威斯康星州的一个奶牛场有一头奶牛,年产奶量达30.8 t,我国 奶牛产量年平均水平仅为3~4 t。某人用该 高产奶牛的耳朵细胞,采用核移植技术获得 高产奶牛(如图)。 (1)目前完成①的普遍方法是 ________________________________。 (2)③过程中选择去核卵母细胞作为受体细 胞的原因是___________________________ _____________________________________ ____________________________。 (3)④过程所利用的技术是_____________, 其原理是_____________________。 (4)该实验的成功说明了_______________, 已分化的耳朵细胞的细胞核中含有与 ________________一样的全套基因,这种繁 殖方式属于_______________。 (5)若研究发现该高产奶牛线粒体发达,故 它的产奶量高,则小牛d成年后具有这一优良性状吗?________。你的依据是_______________________________。 【例题3】下列有关体细胞核移植技术的说法不正确的是() A.体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功,成功率非常高 B.克隆技术的各个环节有待于进一步改进 C.大多数克隆动物还存在一些遗传和生理缺陷类的健康问题 D.克隆动物食品的安全性问题仍然存有争议
动物体细胞核移植技术 高二、十一李婧琦 1997年,美国威斯康星洲的一个奶牛场有一头高产奶牛叫“卢新达”,年产奶量为30.8吨,而我国奶牛年平均产奶量仅为3—4吨.用什么方法能得到更多的“卢新达”呢?克隆是最好的方法 一、核移植 虽高度分化的植物组织仍保持着全能性,但动物细胞与植物细胞不同,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。用动物体细胞克隆的动物,实际是通过核移植来实现的。 动物体细胞核移植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成动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。 二、核移植过程 1.细胞核的采集和卵母细胞的准备 从供体身体的某一部位上取体细胞,并通过体细胞培养技术对该体细胞进行增殖。 采集卵母细胞,体外培养到减数第二次分裂中期,通过显微操作去除卵母细胞中的核,由于减二中期细胞核的位置靠近第一极体,用微型吸管可以一并吸出细胞核和第一极体。
2.细胞促融 将供体细胞注入去核卵母细胞通过电刺激使两细胞融合,供体细胞进入受体卵母细胞内构建重组胚胎,通过物理或化学方法(如电脉冲、钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。 3.植入代孕母体 体外完成早期胚胎培养后,将胚胎移植入代孕母体内,使其继续发育为新个体。 三、核移植注意事项 1、在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为使核移植动物的遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的细胞,因此必须先去掉受体卵母细胞的核。 2、因10代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型,未发生突变,所以用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞。 3、克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,但核外还有少部分DNA(如线粒体DNA)来自受体卵母细胞,体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物并不是100%的复制。 四、体细胞核移植技术的应用前景 体细胞核移植技术可应用于:畜牧业、医药卫生方面,还可以保护濒危物种。 1.转基因克隆动物(转基因后的动物进行克隆,如转基因羊进行
第二课时动物体细胞核移植技术和克隆动物 学习目标:1、简述克隆动物的概念和原理 2、简述体细胞核移植技术和体细胞克隆及其应用前景 3、关注体细胞克隆技术的安全性和伦理性问题 学习重点和难点:动物体细胞核移植技术克隆动物的过程 教学过程: 二、动物体细胞核移植技术和克隆动物 阅读教材47页相关文字 思考:1、对动物来说,为什么不能用类似植物组织培养的方法获得完整的个体?2、根据动物细胞核仍具有全能性的特点,怎样将动物细胞的全能性表达? (一)动物体细胞核移植:是将动物的一个细胞的,移如入一个已经去掉细胞核的细胞中.使其并发育成一个新的,这个新的胚胎最终发育为动物 哺乳动物核移植分为和。 思考:1、核移植得到的动物叫什么? 2、体细胞核移植和胚胎核移植比较那个难度低一点?为什么? (二)体细胞核移植的培育过程 1、【动手设计】1、体细胞核移植过程流程图:(以P48为例) 2、回顾克隆多莉羊的生产流程: (多莉的性状和B羊完全相同说明什么问题? )(多莉体内的遗传物质全部来自B羊吗?为什么? ) 思考:1、核移植的原理是什么? 2、为什么要去掉受体卵母细胞的核?
3、用于核移植的细胞一般都选用10代以内的细胞,这是为什么? 4、核移植获得克隆动物是百分之百对供体细胞的复制吗? (三)体细胞核移植技术的应用前景: 1、在畜牧业生产中:可以加速进程,促进优良畜群繁育 2、在保护濒危物种方面:利用体细胞核移植技术增加这些动物的数量 3、在医药卫生领域:转基因克隆动物可以作为,生产许多珍贵的医用 4、在治疗人类疾病时:转基因克隆动物细胞、组织、器官可以作为异种移植的。 5、对克隆动物和细胞的研究,使人类深入了解发育及衰老过程 6、用克隆动物做疾病模型,使人们更好的追踪研究过程和疾病 (四)体细胞核移植技术存在的问题: 1、成功率比较 2、绝大多数动物还存在许多克隆动物表现出缺陷,如体型过大,异常 肥胖,发育困难,脏器缺陷,免疫失调等 3、克隆动物食品的问题也存在质疑 练一练: 1、绵羊的乳腺细胞是高度分化的细胞.但用乳腺细胞的细胞核与去核卵细胞的细胞质重组成一个细胞后,这个细胞核仍然保持着全能性,这主要是因为()A.细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质 B.卵细胞的细胞质内含有生物发育所需要的全套遗传物质 C.卵细胞的细胞质为细胞核提供营养物质 D.细胞核中的基因在卵胞质中才能表达 2.生物技术的发展速度很快,已灭绝生物的“复生”将不再是神话。如果世界上最后一只野驴刚死亡,以下较易成功“复生”野驴的方法 是() A.将野驴的体细胞取出,利用组织培养技术,经脱分化、再分化,培育成新个体 B.将野驴的体细胞两两融合,再经组织培养培育成新个体 C.取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中,经孕育培养成新个体 D.将野驴的基因导入家驴的受精卵中,培育成新个体 3.一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后,这个卵细胞经过多次分裂,再植入第三只羊的子宫内发育,结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途,但是不能()
2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 课时过关·能力提升 一、基础巩固 1.下列不属于动物细胞培养必需条件的是() A.无菌、无毒的环境 B.适宜的温度和pH C.O2等气体环境 D.适宜的光照条件 2.下列关于动物细胞培养的叙述,错误的是() A.动物细胞培养技术的原理是细胞的全能性 B.传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞 C.癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象 D.动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱 3.在动物细胞培养过程中,使用胰蛋白酶的目的是() A.使动物组织分散为单个细胞 B.去掉细胞壁,使其成为原生质体 C.去掉细胞膜,暴露出原生质体便于细胞融合 D.促进蛋白质水解为多肽 ,先用胰蛋白酶使组织块中的细胞相互分散开,以增加细胞与培养液的接触面积,便于培养。 4.下列有关核移植的说法,错误的是() A.用核移植得到的动物称为克隆动物 B.核移植的受体细胞最好是受精卵 C.核移植可以充分发挥优良种畜的繁殖潜力 D.核移植得到的克隆动物属于无性生殖 MⅡ中期的卵母细胞,相对受精卵来说,MⅡ中期的卵母细胞细胞质所含的物质更有利于细胞核全能性的表达。 5.用于动物体细胞核移植的供体细胞一般选用() A.受精卵 B.传代10代以内的细胞 C.传代10~50代以内的细胞 D.处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞
10~50代时,部分细胞的细胞核型可能会发生变化, 而传代10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此,在体细胞核移植中,为了 保证供体细胞正常的遗传基础,通常采用传代10代以内的细胞作为供体细胞。 6.在进行核移植时,通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中,下列有关其原 因的叙述,错误的是() A.体细胞太小因而去除细胞核较困难 B.细胞质中遗传物质少因而对遗传的影响很小 C.直接将体细胞注入卵母细胞中简化了操作程序 D.体细胞的核离开了原来的细胞质将不能存活 ,因此可将整个体细胞注入去核卵母细胞中,A 项正确;DNA主要位于细胞核中,细胞质中遗传物质少,因而对遗传的影响很小,B项正确;将整个体细胞注入去核卵母细胞中,简化了操作程序,C项正确;体细胞的核离开了原来 的细胞质,注入去核的卵母细胞依然能存活,D项错误。 7.下列关于动物细胞培养过程的叙述,错误的是() A.制作细胞悬液时可以使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 B.悬液中分散的细胞很快贴附在细胞壁上,细胞贴壁体现了细胞的适应性 C.细胞进行有丝分裂,数量增加到相互接触时可以使用胃蛋白酶处理后分瓶培养 D.传代10代以内的细胞一般保持细胞正常的二倍体核型 8.甲羊的去核卵细胞与乙羊体细胞的细胞核“组装”成一个新的细胞,该细胞多次分裂后 植入丙羊的子宫内发育,产下羊羔的毛色和性别分别与哪只羊保持一致(决定毛色的基因位于细胞核中)?() A.甲、丙 B.甲、甲 C.乙、乙 D.丙、甲 ,因而产下的羊羔的毛色和性别与提供细 胞核的乙羊相同。 9.某研究小组进行药物试验时,以动物肝细胞为材料,测定药物对体外培养细胞的毒性。 供培养的细胞有甲、乙两种,甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题。 (1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养,培养液及其他培养条件均相同。一段时间后,会观察到甲细胞数量比乙细胞数量。 (2)在动物细胞培养时,通常在合成培养基中加入适量血清,其原因是。 细胞培养应在含5% CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是。
核移植技术与动物克隆 动物胚胎工程技术 1.体外受精技术 概念:是指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程的技术。 体外受精技术主要包括以下几个主要方面:超数排卵、精子的采集与获能、卵子的回收及成熟培养、体外受精、受精卵的体外发育等。 体外受精的意义 ①用于研究动物生殖细胞的发生、受精和胚胎早期发育机制; ②用于动物胚胎的生产,利用优良品质资源,缩短繁殖周期,加快品种改良; ③是胚胎移植、克隆、转基因和性别控制等生命科学技术不可缺少的组成部分; ④IVF技术是人类辅助生殖的重要措施之一,首例试管婴儿成功后,此技术被广泛的应用。 2.胚胎分割技术 胚胎分割的原理:根据卵裂球具有发育成为一个个体的全能性的特点,人们就考虑用这种实验技术,生产同卵双胎或多胎,以加速优良种群的繁殖。 3.细胞融合技术 定义:细胞融合(cell fusion),是指在离体条件下用人工方法将不同种生物或同种生物不同类型的单细胞通过无性方式融合成一个杂合细胞的技术。又称体细胞杂交(somatic hybridiazation)或细胞杂交(cell hybridization)。 细胞融合的常用方法 病毒介导的细胞融合技术 促融剂:仙台病毒以及其他一些副粘液科的病毒。 缺点:操作繁琐 优点:促融效果好 化学介导的细胞融合技术 促融剂:聚乙二醇(PEG) 缺点:融合过程繁琐,对细胞有毒害作用 优点:融合成本低,勿需特殊设备;融合子产生的异核率较高;融合过程不受物
种限制 电击介导的细胞融合技术 原理:20世纪80年代建立起来的电融合技术,是将两种细胞的混合液置于低压交流电场中,使细胞聚集成串珠状,然后施加高压电脉冲,以促使细胞融合。紧密排列的细胞,在相互接触的细胞膜之间会出现无蛋白颗粒的脂质区,当受到电击时,这个区域就会被击穿,产生脂双层膜孔,导致细胞之间的细胞质连通,进而发生细胞融合。 激光细胞融合技术 优点: 1)能选择任意两个细胞之间进行融合; 2)因仅在两个细胞的接触点照射激光,故作用于细胞的应力和障碍小; 3)可进行非接触、安全且远距离的无菌操作; 4)能适时观察融合过程。 细胞融合的目的与意义 目的:把亲缘关系较远的生物体细胞融合在一起,使基因重组不再依赖有性杂交,从而扩大了遗传物质的重组范围,成为改造细胞遗传物质的有效手段。 意义: 理论上:细胞分化、基因定位、肿瘤发生机制与诊断等 实践上:药物定向释放、基因治疗、细胞治疗、组织工程治疗、疫苗生产、基因工程、抗体工程的药物筛选、开发及生产等。 4.胚胎移植技术 概念:胚胎移植(embryo transfer,ET)又称受精卵移植,俗称借腹怀胎,是指从优良雌性动物的输卵管或子宫内取出早期胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内相应部位,使之继续发育为新个体的技术。 胚胎移植的基本原则 胚胎移植前后所处的环境的同一性 供体和受体在分类学上的相同属性