生物人教版 (2019)动物体细胞核移植技术和克隆动物教学设计

这是一份生物人教版 (2019)动物体细胞核移植技术和克隆动物教学设计，共10页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。
一、教学目标
1.阐明动物细胞核移植技术的概念和原理。
2.概述体细胞核移植的过程。
3.认同体细胞核移植技术具有广阔的应用前景，客观分析该技术存在的问题。
二、教学重难点
1.教学重点
用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
2.教学难点
用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
三、教学过程
【本节聚焦】
1.什么是动物细胞核移植技术？
2.动物体细胞核移植的基本过程是什么？
3.体细胞核移植技术的应用前景有哪些?
4.怎样理性看待体细胞核移植技术存在的问题？
【导入】
“（悟空）拔一把毫毛，丢在口中嚼碎，望空喷去，叫一声‘变！’，即变作三二百个小猴，周围攒簇（cù）。”这是《西游记》中的一段描述，展示了中华先贤的想象力。
视频展示：西游记片段
毫毛来自体细胞，我们能用体细胞“变”出猴来吗？
2017年，中国的科学家将这一幕变成了现实，他们利用体细胞核移植技术成功克隆出两只猕猴“中中”和“华华”（如下图)。克隆猴的过程当然不会像孙悟空吹口气那么简单，最大的困难是如何才能激发动物细胞表达其全能性。（附视频）
【一、动物细胞核移植技术】
1.概念：将动物一个细胞的细胞核，移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。
2.原理：动物细胞核的全能性
3.生殖方式：无性生殖
4.种类：胚胎细胞核移植：细胞分化程度低，表现全能性容易
体细胞核移植：细胞分化程度高，表现全能性十分困难
因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。
5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因
非人灵长类动物：具有许多与人类相似的生物学特征的灵长类动物。
①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率低；
②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
我国科学家经过多年努力，攻克了这些障碍，终于成功获得了世界上首例体细胞克隆猴。
【二、体细胞核移植的过程】
展示体细胞核移植流程图
1.采集卵母细胞，体外培养至MⅡ期（正常排出的卵子即处于MⅡ期，此时卵母细胞已发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。）
2.通过显微操作去核：也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法去核或使其中的DNA变性。（播放显微操作视频）
3.将供体细胞注入去核卵母细胞（播放视频）：将供体细胞直接注入去核卵母细胞能够（降低去核操作可能导致的破坏）提高成功率，且操作简便。
4.通过电融合使细胞融合，形成重构胚：重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完成个体的能力。
5.胚胎植入受体（代孕）
6.生出遗传性状与供体基本一致的奶牛：新生个体的细胞质基因一部分来自去核卵母细胞，一般分来自供体细胞。
1.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？
提示：①卵母细胞体积大，易操作；②含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。
2.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：
提示：对卵母细胞损伤较小；保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。
3.“去核”去的是什么？
提示：纺锤体-染色体复合物
去核时，由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管一般一并吸出第一极体。
{相关信息}目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法，也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法时在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
{思考讨论}有关体细胞核移植的问题
结合图示及前面所学知识，思考并讨论下列问题。
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？
提示：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。
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%的复制吗？为什么？
提示：不是对核供体动物进行100%的复制。①克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核，但线粒体中的DNA（细胞质中的DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞②环境也会影响克隆动物的性状，其环境与供体不完全相同；③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。
3.体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。
提示：利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的。通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广些。体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。
【三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题】
应用前景：体细胞核移植在畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛的应用前景。
（1）在畜牧生产中：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
（2）在医药卫生领域：
①通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的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；
②在治疗人类疾病时，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；
③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，将它们一直给患者时可以避免免疫排斥反应。
（3）在科研领域：
①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；
②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因；
③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。
（4）在保护濒危物种方面：该技术有望增加濒危物种的存货数量。
【归纳总结】
存在的问题：
①成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进；
②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；
③一些研究者指出，绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克隆动物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。
【小结】
总结动物体细胞核移植技术的原理、操作流程、应用前景及其存在的问题。
【绘制思维导图】
【练习与应用】
一、概念检测
1. 假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它"复生"的方案中可行的是（ D ）
A. 将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体
B. 将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体
C. 将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体
D. 将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中, 经孕育培育出新个体
2. 2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育"三亲婴儿"的申请。其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（ C ）
A. 该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作
B. 该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
C. 卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给"三亲婴儿"
D. "三亲婴儿"同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因
二、拓展应用
1.大熊猫是我国的国宝。尽管我国政府采取了许多保护措施，但由于大熊猫的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的数量仍然非常少。有科学家尝试采用体细胞核移植技术来克隆大熊猫。请你结合本节所学内容并搜集相关资料了解这方面的研究进展。也有人不赞成进行克隆大熊猫的研究，认为保护大熊猫的最好措施就是保护现有大熊猫及其生存环境, 对此你有什么看法?
提示：是否赞成克隆大熊猫，只要言之有理，无论赞成还是反对克隆大熊猫的研究，都应该保护好大熊猫的生存环境，否则即使成功克隆了大熊猫，它们没有适宜的生存环境，也可能走向灭绝。
2. 2003年，世界上第一只用体细胞克隆的动物——多莉，因患有严重的肺部疾病被实施了安乐死。它只活了7岁，而普通绵羊的平均寿命在12岁左右。多莉的死亡引发了关于克隆动物是否早衰的争论。一些研究者认为，克隆动物的端粒比较短，基因表达不正常，早衰是一种必然现象。另一些研究者则认为，克隆动物的遗传物质是正常的，目前发现的早衰迹象是在克隆过程中的一些技术问题造成的;或者克隆动物在发育过程中出现了变异，早衰只是偶然现象。请你搜集资料，寻找支持各方观点的研究证据。你也可以调查克隆动物存在的其他问题，并说明科学家是如何解决这些问题的。
提示：在搜集证据的过程中，要注意证据的来源及其真实性和可靠性，虽然目前对克隆动物的早衰问题存在争论，但这样的争论有利于人类进一步了解生命现象，也有利于克隆技术更好地应用于医疗、农牧业等领域。
【评析】
本案例教学重点突出，通过让学生自主建构、完善流程等活动，较好地达成了教学目标，本案例还有如下特点。
1.注重引导学生运用生命观念
学生在之前的学习中已经形成了-些生命观念。在本案例中，教师在介绍体细胞核移植技术的原理时，引导学生回顾了细胞核的功能，让他们认识到由于细胞核几乎含有生物体所有的遗传信息，所以只将供体税一个体细胞的细胞核进行移植就可以培有出与它几乎一模样的克隆猴，这体现了结构:写功能观、信息观的运用。运用生命观念阐释生物科学原理、探讨生命活动规律，是学生发展生命观念素养更高层次的要求，在教学中教师积极、有效的引导十分重要，本案例在这个方面的考虑值得借鉴。
2.积极渗透爱国主义教育
培养学生的国家认同感是爱国主义教育的核心内容之一。 本案例中教师利用 了我国古典名著《西游记》中孙悟空拔毫毛变小猴的片段引人教学，让学生感受到了中华传统文化之美，增强了对中华传统文化的认同感，从而有助于他们树立文化自信;介绍了我国科学家取得的世界瞩目的 科研成果一成功培 育体细胞克隆猴，让学生看到了我国的科技创新实力，从而帮助他们增强科技自信。
3.促进思维的多元发展
高中阶段是学生思维发展的重要时期。本案例中教师积极探索，建立了多角度的思维培养体系。教师通过让学生建构、完善流程来提高他们分析、综合、判断、推理的能力;通过指出体细胞核移植技术存在的问题，引导学生分析保护大熊猫的不同措施，让学生看到技术发展的两面性。从而发展他们的辩证思维:最后，还安排了让学生调查体细胞核移植技术在生产实践中实际应用情况的活动，使学生认识到工程实践活动受到多种因素的影响和制约，从而发展他们的工称思维。