北师大版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第2章 细胞工程第二节 动物细胞工程三 动物细胞核移植技术教案配套课件ppt

这是一份北师大版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第2章 细胞工程第二节 动物细胞工程三 动物细胞核移植技术教案配套课件ppt，共39页。PPT课件主要包含了内容索引，自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，图Z2-2-11，图Z2-2-12，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
一、动物细胞核移植技术1.动物细胞核移植的概念(1)概念:动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。(2)类型①胚胎细胞核移植:动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易。②体细胞核移植:动物体细胞分化程度高,其全能性表达困难。
2.体细胞核移植的过程
3.体细胞核移植技术的应用
二、干细胞的研究与应用1.干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞(1)干细胞:具有增殖和分化潜能的细胞,具有自我复制更新能力,在一定条件下,它可以分化成多种功能的细胞。(2)干细胞的类型①根据发育阶段,干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。②根据分化潜能的大小,干细胞可分为三种类型。包括全能干细胞,如胚胎干细胞;多能干细胞,如骨髓多能造血干细胞;专能干细胞(也称单能干细胞或定向干细胞),如上皮组织的基底层干细胞。
(3)胚胎干细胞的特点①形态上表现为体积小,细胞核所占比例大,核仁明显。②功能上具有发育的全能性,能分裂并分化出动物所有的组织、器官,包括生殖细胞。③在体外培养的条件下,胚胎干细胞可以增殖而不发生细胞分化成为永久性细胞系。
2.干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值(1)胚胎干细胞是研究细胞分化的理想材料①培养胚胎干细胞的关键是培养体系,它能促进干细胞的生长,同时抑制干细胞的分化。
②胚胎干细胞的培养和诱导分化过程在培养皿底部制备一层饲养层细胞(也可用添加了抑制因子的培养液代替)↓把干细胞接种在饲养层上面↓培养胚胎干细胞,直至形成的内细胞团突出饲养层↓用酶消化获得单个细胞,置于新鲜培养液中培养↓在培养液中加入分化诱导因子,诱导胚胎干细胞向不同类型的组织细胞分化③胚胎干细胞的培养和诱导分化过程,为揭示细胞分化和细胞凋亡的机制提供了有效手段。
(2)胚胎干细胞可用于治疗人类的某些疾病把患者的体细胞核移植到去核卵母细胞中形成重组细胞,体外培养获得囊胚,从囊胚内细胞团分离得到胚胎干细胞。获得的胚胎干细胞可以定向分化为所需要的特定细胞类型,用这些细胞治疗由于细胞坏死、退化或功能异常而引起的疾病。这些细胞还可以进一步培育出移植用的细胞、组织和器官,用于解决临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。(3)干细胞应用面临的挑战①胚胎干细胞的获取涉及伦理问题。②在应用干细胞治疗时会出现干细胞致癌性和免疫排斥反应等。
【预习检测】 1.判断正误。(1)动物细胞核移植技术的理论基础是动物细胞细胞核的全能性。(　　)(2)体细胞克隆技术可以加速遗传改良进程,促进优良种畜的繁育,属于基因重组。(　　)　(3)胚胎干细胞和成体干细胞都具有分化成完整个体的潜能。(　　)(4)干细胞是指动物(包括人)胚胎中具有多向分化潜能的细胞。(　　)(5)在体外培养的条件下,胚胎干细胞可以增殖而不发生细胞分化。(　　)
2.一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。这种克隆技术不能用于(　　)。A.有选择地繁殖某一性别的家畜B.繁殖家畜中的优良个体C.保存物种D.改变动物的基因型答案:D
3.假设世界上最后一头野驴刚死亡,下列提供的“复生”野驴个体的方法中,能够成功的是(　　)。A.将野驴的体细胞取出,利用动物细胞培养技术,可培育出新个体B.将野驴的体细胞两两融合,再经组织培养培育出新个体C.取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵母细胞中,经孕育培育出新个体D.将野驴的DNA取出培育出新个体答案:C
解析:野驴的体细胞早已经高度分化,细胞分化具有不可逆性,无法通过动物细胞培养技术和动物细胞融合技术培育出新个体。野驴的体细胞核中含有发育成个体所需的全部遗传物质,所以可以利用动物体细胞核移植技术,将体细胞核移植到母家驴的去核卵母细胞中,孕育培育出新的个体,新的个体绝大部分性状与野驴相似,极少部分性状可能受到母家驴细胞质的影响,可以等同于野驴“复生”。仅仅将野驴的DNA取出,目前无法培育出新个体,不能“复生”野驴。
4.从理论上讲,任何涉及丧失正常细胞的疾病,都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异细胞或组织来治疗。下列说法错误的是(　　)。A.用神经细胞治疗帕金森病B.用胰岛细胞治疗糖尿病C.用心肌细胞修复坏死的心肌D.用甲状腺细胞治疗侏儒症答案:D
【问题引领】1.选用去核卵母细胞作受体的原因是什么?供体细胞能用生殖细胞吗?提示:卵母细胞比较大,容易操作,且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。一般不选择生殖细胞作为供体细胞,因为生殖细胞与正常体细胞相比遗传物质减半。2.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为什么必须先去掉卵母细胞的细胞核?提示:为使通过核移植获得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,在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前,必须将受体细胞的核遗传物质去掉。
3.克隆动物的性状与供核个体的性状完全相同吗?请说明理由。提示:克隆动物的性状与供核个体的性状基本相同,而不是完全相同。原因是克隆动物的细胞质遗传物质来自去核卵母细胞;生物的性状还受环境的影响;生长发育过程中还可能发生变异。
【归纳提升】1.核移植过程分析(1)原理:动物细胞细胞核的全能性,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。(2)供体和受体的选择①供体:取供体动物某部位的体细胞,进行体外细胞培养,但传代培养的代数不宜多,以免在培养过程中遗传物质发生改变,原来的优良性状不能保持。②受体:去核的减数第二次分裂时期的卵母细胞。在减数第二次分裂时期的卵母细胞的细胞质中,存在促进重组细胞分裂和分化的物质,容易形成早期胚胎,而其他时期的细胞不易形成早期胚胎。(3)重组细胞需要经电刺激等方法获得。
2.克隆动物分析(1)性状与供体不完全相同的原因①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。②生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境影响。③在个体发育过程中有可能发生基因突变。(2)基因型与供体相同:核移植过程中细胞核只来自供体,因此核遗传物质是对供体细胞遗传物质的100%复制,其基因型与供体相同。
【典型例题】2017年,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题。(1)“中中”和“华华”的获得涉及动物细胞核移植过程,动物细胞核移植是指　　　　　　　　。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目　　　　 (填 “减半”“加倍”或“不变”)。 (2)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度　　　　　　(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目_________　　　　　(填“相同”或“不同”),性染色体组合　　　　　　(填“相同”或“不同”)。 
答案:(1)将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程　不变(2)小于　动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易(3)相同　不同解析:(1)动物细胞核移植是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。在这个过程中,细胞只进行有丝分裂,细胞中染色体数目不变。(2)动物胚胎细胞比动物体细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,故胚胎细胞核移植比体细胞核移植的难度小。(3)通过核移植获得克隆动物的过程中,细胞中染色体数目不变。雌、雄动物的常染色体数目相同,而性染色体组合不同。
【变式训练】 下列关于动物体细胞克隆的叙述,错误的是(　　)。　A.供体为提供细胞核的体细胞B.受体为去核卵母细胞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型完全一致答案:D解析:克隆出的后代的细胞核遗传物质来自供体的细胞核,细胞质遗传物质来自受体的细胞质。克隆后代的表型还受环境因素的影响。因此,克隆出的后代与供体的遗传物质和表型并不完全相同。
【问题引领】1.胚胎干细胞与肌肉中的成肌细胞有什么不同?提示:胚胎干细胞是具有发育成完整个体潜能的细胞,属于全能干细胞;肌肉中的成肌细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型细胞分化,属于专能干细胞。
2.iPS细胞在治疗人类疾病方面有哪些优势和不足?提示:优势:iPS细胞称为诱导多能干细胞,可不断自我更新并具有发育多潜能性,类似于胚胎干细胞,但诱导过程无需破坏胚胎,解决了胚胎干细胞面临的伦理问题。不足:长期体外培养的iPS细胞有可能发展为肿瘤细胞,在应用干细胞治疗时会出现干细胞致癌性和免疫排斥反应等。
【归纳提升】1.胚胎干细胞与多能干细胞的联系胚胎干细胞能分化出各种类型的细胞,包括多能干细胞,也就是说,多能干细胞最终来自胚胎干细胞,由胚胎干细胞逐步分化形成。图Z2-2-10为分化的示意图:
图Z2-2-10在体内,胚胎干细胞随着发育的进行,能自行分化成其他各种干细胞;在体外培养条件下,胚胎干细胞必须经过诱导才能分化出其他类型的细胞。
2.iPS细胞与胚胎干细胞iPS细胞称为诱导多能干细胞,从分化潜能上看,属于多能干细胞,而胚胎干细胞属于全能干细胞。从来源上看,胚胎干细胞只能来源于早期胚胎,iPS细胞却可以由多种细胞经诱导形成,如成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞等都能诱导为iPS细胞。从自身特点上看,胚胎干细胞的应用涉及伦理问题,限制了它在临床上的应用,而iPS细胞可以来源于患者自身的体细胞,将它移植回患者体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。另外,胚胎干细胞往往没有经过人为改造,iPS细胞可以导入相应的基因或其他因子,往往经过人为改造。
【典型例题】科学家通过导入四种基因可诱导体细胞形成诱导多能干细胞(iPS细胞),iPS细胞具有与胚胎干细胞类似的功能。图Z2-2-11是设想用iPS细胞技术治疗镰状细胞贫血的流程,请据图回答下列问题。
(1)胚胎干细胞来源于　　　　　,具有　　　性,经诱导能发育成个体。 (2)iPS细胞培育过程中运用到的生物技术有过程①的　　　　　　　　、过程②的转基因等。 (3)经过程③④后,改造得到的A是　　　　　,再植入患者体内,使患者能够产生正常红细胞,达到治疗镰状细胞贫血的目的。 (4)iPS细胞的诱导成功具有的医学价值是   　。 
答案:(1)早期胚胎　全能(2)动物细胞培养(3)造血干细胞(4)治疗人类疾病,培育人造组织、器官,解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题
解析:(1)胚胎干细胞来源于早期胚胎,具有发育的全能性,经诱导有发育成完整个体的潜能。(2)过程①是从患者体内取出体细胞进行动物细胞培养,而过程②是把四种基因导入体细胞,涉及转基因技术。(3)镰状细胞贫血患者体内无法形成正常的红细胞,说明其造血干细胞出现功能障碍,所以A细胞是造血干细胞。(4)iPS细胞的诱导成功具有的医学价值是治疗人类疾病,培育人造组织、器官,解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题等。
【变式训练】 1.科学家利用逆转录病毒将Oct4等4 个关键基因导入已分化的体细胞中并表达,可使这个细胞成为类似干细胞的诱导多能干细胞(iPS 细胞)。图Z2-2-12为相关实验示意图。下列相关叙述错误的是(　　)。
A.由iPS 细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化B.利用患者的iPS 细胞对其自身受损器官进行修复,与传统器官移植相比成功率更高C.目前iPS 细胞在实际应用中还存在许多问题,例如有研究发现 iPS 细胞的增殖难以控制,即iPS 细胞具有衰老细胞的特征D.培养iPS 细胞的培养液中应添加动物血清答案:C
解析:由iPS 细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化,图中过程①②③表示细胞分化,其实质是基因的选择性表达。用该技术得到的新生器官替换供体病变器官,属于自体移植,不发生免疫排斥反应,这可以大大提高器官移植成功率。iPS细胞拥有与胚胎干细胞相似的分化潜力,说明iPS细胞分化程度低,不易衰老。iPS 细胞是体细胞经过体外培养形成的,培养动物细胞的培养液中应添加动物血清。
2.某研究小组准备对某种动物的胚胎干细胞进行动物细胞培养。下列有关叙述正确的是(　　)。A.胚胎干细胞在不加饲养层的培养基中培养会出现细胞分化B.可从新生儿的血液中获取胚胎干细胞C.胚胎干细胞在原代培养过程中不会出现接触抑制现象D.胚胎干细胞经培养能分裂分化成新个体答案:A解析:胚胎干细胞在加饲养层的培养基中培养能保持只分裂不分化的状态,但在不加饲养层的培养基中培养会出现细胞分化,A项正确。胚胎干细胞来自早期胚胎,不能来自新生儿,B项错误。胚胎干细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象,C项错误。胚胎干细胞具有发育的全能性,能分裂并分化出动物所有的组织和器官,但通常不能形成新个体,D项错误。