2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第二章 細(xì)胞工程 第5節(jié) 克隆技術(shù)學(xué)案 中圖版選修3

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1、 第五節(jié)　克隆技術(shù) 1．簡述動(dòng)物體細(xì)胞克隆的一般過程。(重難點(diǎn)) 2．列舉克隆技術(shù)的應(yīng)用前景。(重點(diǎn)) 克 隆 的 概 念 與 克 隆 技 術(shù) 的 研 究 歷 程 1．克隆的概念 指從一個(gè)共同的祖先，通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的分子、細(xì)胞或個(gè)體。也可表示整個(gè)無性繁殖的過程。 2．克隆技術(shù)的研究歷程 時(shí)間 科學(xué)家 成果 1952年 布里格斯和金 將豹蛙囊胚期細(xì)胞的核移植到去核的豹蛙卵細(xì)胞中，成功育出豹蛙幼體。 20世紀(jì) 60年代 初 戈登等 將非洲爪蟾蝌蚪的腸上皮細(xì)胞核移植到去核的卵母細(xì)胞中，獲得了完整蝌蚪和成體非洲爪蟾。

2、 1996年 世界第一例克隆羊——“多利”誕生。 探討：“多利”羊的誕生說明了什么問題？ 提示：動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核也具有全能性。 探討：科學(xué)家將雌黑鼠乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核，移入白鼠去核的卵細(xì)胞內(nèi)，待發(fā)育成早期胚胎后植入褐鼠的子宮，該褐鼠產(chǎn)下的小鼠的體色和性別是什么？ 提示：黑、雌。 1．克隆的概念 (1)概念：克隆就是無性繁殖，具體地說，是指從一個(gè)共同的祖先，通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的分子、細(xì)胞或個(gè)體。 (2)克隆有3個(gè)不同層次的含義。 ①在分子水平上，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)，含義是將某一特定DNA片段通過重組DNA技術(shù)插入到載體

3、(如質(zhì)粒和病毒等)中，然后在宿主細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制所得到的大量完全相同的該DNA片段的“群體”。 ②在細(xì)胞水平上，克隆是指由一個(gè)單一的細(xì)胞分裂所形成的細(xì)胞群體。 ③在個(gè)體水平上，克隆是指基因型完全相同的兩個(gè)或更多的個(gè)體組成的一群個(gè)體。 a．植物個(gè)體的克隆 如由一個(gè)胡蘿卜中的體細(xì)胞發(fā)育成一群遺傳背景完全一樣的胡蘿卜群體，就是克隆。 b．動(dòng)物個(gè)體的克隆 用動(dòng)物體細(xì)胞克隆動(dòng)物，實(shí)際是通過核移植實(shí)現(xiàn)的。 2．克隆的條件 生物(特別是高等動(dòng)物)的克隆需要以下基本條件： (1)具有包含物種完整基因組的細(xì)胞核的活細(xì)胞(如乳腺上皮細(xì)胞)。 (2)能有效調(diào)控細(xì)胞核發(fā)育的細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)(如去核卵的

4、細(xì)胞質(zhì))。 (3)完成胚胎發(fā)育的必要的環(huán)境條件(如誘導(dǎo)核—質(zhì)重組細(xì)胞生長、分化的實(shí)驗(yàn)條件和懷胎母體的子宮環(huán)境)。 1．下列有關(guān)克隆的敘述，不正確的一項(xiàng)是(　　) A．生物體通過體細(xì)胞進(jìn)行的無性繁殖 B．將某腫瘤細(xì)胞體外培養(yǎng)繁殖成一個(gè)細(xì)胞系 C．扦插和嫁接實(shí)質(zhì)上也是克隆 D．將雞的某個(gè)DNA片段整合到小鼠的DNA中 【解析】　克隆實(shí)質(zhì)上就是一種無性繁殖，它包括未經(jīng)有性生殖細(xì)胞的結(jié)合而大量增殖所獲得的生物產(chǎn)品。該題選項(xiàng)中，A、B、C三項(xiàng)均屬此例。而D僅將雞的某個(gè)DNA片段整合到小鼠的DNA中，未能進(jìn)行無性增殖，故不屬于克隆。 【答案】　D 2．1952～1953年，美國科學(xué)家

5、斯提瓦用胡蘿卜根的懸浮培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行人工培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞能通過像受精卵發(fā)育成胚一樣的途徑，發(fā)育成完整植株。1997年英國的維爾穆特等人從白面母綿羊體內(nèi)取出乳腺上皮細(xì)胞靜息培養(yǎng)，然后把它的核移入黑面母綿羊去核的卵細(xì)胞中形成重組細(xì)胞，并將重組細(xì)胞培養(yǎng)成胚胎，將胚胎植入另一只母羊的子宮內(nèi)，獲得了克隆羊多利。 閱讀這段材料后，回答下列問題： (1)文中的懸浮培養(yǎng)細(xì)胞和乳腺上皮細(xì)胞均為________。 (2)斯提瓦的實(shí)驗(yàn)證明了________________。維爾穆特的實(shí)驗(yàn)證明了________________。從細(xì)胞結(jié)構(gòu)和遺傳角度分析，兩位科學(xué)家實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出，根本原因在于__________

6、_____________________________________________。 (3)斯提瓦和維爾穆特實(shí)驗(yàn)的差別在于_______________________________。 (4)維爾穆特的實(shí)驗(yàn)技術(shù)又稱為________技術(shù)。該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)意義在于：①_________________________；②________________________。 【答案】　(1)體細(xì)胞　(2)植物細(xì)胞具有全能性　動(dòng)物細(xì)胞核具有全能性　體細(xì)胞中含有本物種的全套遺傳物質(zhì)　(3)培養(yǎng)基成分不同　(4)克隆　繁殖優(yōu)良品種　生產(chǎn)供器官移植的各種器官、組織 動(dòng) 物 體 細(xì) 胞 克

7、隆 的 一 般 過 程 、 應(yīng) 用 前 景 及 存 在 的 問 題 1．動(dòng)物克隆的一般過程及應(yīng)用前景 (1)克隆的一般過程 以“多利”的培育過程為例 (2)克隆技術(shù)的應(yīng)用前景 ①快速培育具有優(yōu)良品質(zhì)的家畜，并且可以保證家畜的優(yōu)良性狀不會(huì)丟失。 ②通過生物反應(yīng)器(如乳腺、膀胱)生產(chǎn)基因工程藥物。 ③保護(hù)動(dòng)物遺傳資源和生物多樣性的有效手段之一。 ④治療性克隆。 2．克隆技術(shù)存在的問題 (1)克隆動(dòng)物的成功率很低。 (2)克隆動(dòng)物的夭折率較高，不少體細(xì)胞克隆動(dòng)物患有先天性疾病或出現(xiàn)生理缺陷。 探討：動(dòng)物體細(xì)胞核移植中供體細(xì)胞選擇多少代以內(nèi)的培養(yǎng)細(xì)胞？為什么

8、？ 提示：10代以內(nèi)，因?yàn)?0代以內(nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型。 探討：受體細(xì)胞一般選擇什么時(shí)期的去核卵母細(xì)胞？為什么？ 提示：M Ⅱ中期，因?yàn)樵摃r(shí)期的細(xì)胞具有體積大，易操作，并含有促使細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)和營養(yǎng)條件等優(yōu)點(diǎn)。 探討：通過體細(xì)胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動(dòng)物是對(duì)體細(xì)胞供體動(dòng)物進(jìn)行了100%復(fù)制嗎？為什么？ 提示：不是。絕大部分DNA來自于供體細(xì)胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細(xì)胞；其次生物的性狀還受環(huán)境的影響。 1．動(dòng)物克隆的一般過程 2．過程分析 (1)為了確保核移植形成的克隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)全部來自于有優(yōu)良性狀的動(dòng)物提

9、供的體細(xì)胞，在供體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到受體細(xì)胞內(nèi)之前，必須將受體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)去掉或?qū)⑵淦茐牡簟? (2)細(xì)胞融合的原理是細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性。而克隆動(dòng)物的形成則利用了動(dòng)物細(xì)胞核的全能性。 (3)細(xì)胞融合后構(gòu)建重組胚胎，并移植到代孕母體內(nèi)獲得克隆動(dòng)物，需要胚胎工程技術(shù)的支持。 3．結(jié)果 (1)克隆動(dòng)物的性狀與核供體生物的性狀基本相同，但不是完全相同，其原因包括： ①克隆動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自于受體卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)。 ②生物的性狀不僅與遺傳物質(zhì)有關(guān)，還受環(huán)境的影響。 (2)基因型與供體相同：核移植過程中細(xì)胞核只來自供體，因此核遺傳物質(zhì)是對(duì)供體核遺傳物質(zhì)的100%復(fù)制，其基因型與供體

10、相同。 1．在克隆多利羊的過程中，下列哪項(xiàng)技術(shù)沒有運(yùn)用到(　　) A．細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)　　　 B．細(xì)胞核移植技術(shù) C．胚胎移植技術(shù) D．基因工程技術(shù) 【解析】　多利羊的培育過程是：將一只母羊(A羊)卵細(xì)胞的細(xì)胞核吸出，得到不含核的卵細(xì)胞。然后，將實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的另一只母羊(B羊)的乳腺上皮細(xì)胞的細(xì)胞核注入到無細(xì)胞核的卵細(xì)胞中并進(jìn)行電刺激，這樣就通過核移植技術(shù)形成了一個(gè)同時(shí)含有B羊核遺傳物質(zhì)和A羊細(xì)胞質(zhì)的重組卵細(xì)胞。融合后的卵細(xì)胞經(jīng)過體外細(xì)胞培養(yǎng)形成早期胚胎。然后把這個(gè)胚胎移植到第三只羊(C羊)的子宮中，讓C羊?yàn)榕咛ヌ峁┌l(fā)育場所和營養(yǎng)物質(zhì)，這個(gè)過程利用了胚胎移植技術(shù)。胚胎就在C羊子宮內(nèi)發(fā)育

11、成熟。C羊產(chǎn)下的羊就是克隆羊多利。從以上分析可以看出，多利產(chǎn)生的過程中沒有使用基因工程技術(shù)。 【答案】　D 2．下圖是利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)治療遺傳性糖尿病的過程圖解。請據(jù)圖回答下列問題： (1)圖中①所示的結(jié)構(gòu)名稱是________。 (2)圖中③④所示的生物技術(shù)名稱分別是________、________。 (3)過程③通常用去核的卵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞的原因除了它體積大、易操作、營養(yǎng)物質(zhì)豐富外，還因?yàn)樗? _______________________________________________________________。 (4)過程④通常用②作為受體細(xì)胞的原因是

12、___________________________ _______________________________________________________________。 (5)圖示方法與一般的異體核移植相比最大的優(yōu)點(diǎn)是________，該種基因治療所屬類型為________。 【解析】　(1)①是從供體(患者)體細(xì)胞分離出的細(xì)胞核。 (2)③表示核移植技術(shù)，④表示轉(zhuǎn)基因技術(shù)。 (3)核移植的受體細(xì)胞一般是卵母細(xì)胞，原因是它體積大、易操作，含有供胚胎發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)，它還含有促進(jìn)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)。 (4)早期胚胎中的細(xì)胞分化程度低，全能性高，可誘導(dǎo)分化成各種組織器

13、官。 (5)圖示培育出的細(xì)胞(胰島B細(xì)胞)核遺傳物質(zhì)來自患者本人，所以移植后不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)；圖中所示基因治療是體外轉(zhuǎn)基因，故所屬類型為體外基因治療。 【答案】　(1)細(xì)胞核 (2)核移植技術(shù)　轉(zhuǎn)基因技術(shù)(或基因工程、DNA重組技術(shù)、基因拼接技術(shù)) (3)含有促進(jìn)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì) (4)這些細(xì)胞分化程度極低，具有全能性，可以定向地誘導(dǎo)分化為各類細(xì)胞 (5)沒有免疫排斥反應(yīng)　體外基因治療 1．下列哪項(xiàng)不屬于克隆技術(shù)的應(yīng)用(　　) A．促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育 B．保護(hù)瀕危物種 C．獲得組織器官異體移植的供體 D．培育抗蟲棉 【解析】　培育抗蟲棉利用的是基因工程技術(shù)。

14、 【答案】　D 2．不能作為組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)或克隆的生物材料的是(　　) A．花粉　　 B．幼葉 C．卵細(xì)胞 D．人血中的紅細(xì)胞 【解析】　人血中的紅細(xì)胞是成熟的紅細(xì)胞，沒有細(xì)胞核，不能作為組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)或克隆的生物材料。 【答案】　D 3．世界上第一只克隆綿羊“多利”的培育程序如下圖所示。請看圖后回答： (1)寫出圖中a、b所指的細(xì)胞工程名稱： a________；b________。 (2)實(shí)施細(xì)胞工程a時(shí)，所需的受體細(xì)胞大多采用動(dòng)物卵細(xì)胞的原因是：_________________________________________________________

15、___________ _______________________________________________________________。 (3)“多利”面部的毛色是________。請根據(jù)遺傳學(xué)原理說明判斷依據(jù)___________________________________________________________________。 (4)繼植物組織培養(yǎng)之后，克隆綿羊的培育成功，證明動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核也具有________________。 (5)請舉一例，說明克隆綿羊培育成功的實(shí)際意義：___________________ _______________

16、________________________________________________。 【解析】　在克隆羊“多利”的培育過程中，從圖解來看，顯然a屬于細(xì)胞核移植，b屬于胚胎移植。在運(yùn)用細(xì)胞核移植技術(shù)時(shí)，所選的受體細(xì)胞大多采用動(dòng)物去核的卵細(xì)胞，主要原因是：卵細(xì)胞體積大，便于操作，含營養(yǎng)物質(zhì)豐富，能夠?yàn)轶w細(xì)胞核提供表達(dá)全能性的環(huán)境。第(3)問中，涉及“多利”面部的毛色，這可以根據(jù)細(xì)胞核遺傳和細(xì)胞質(zhì)遺傳的特點(diǎn)來推斷。由于細(xì)胞核遺傳占主導(dǎo)地位，所以“多利”的面部毛色應(yīng)與提供乳腺細(xì)胞核的白面綿羊的相同，而實(shí)際上也是這樣。在第(4)問中“多利”的培育成功證明已分化的高等動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核與高等

17、植物細(xì)胞一樣也具有全能性。第(5)問是一個(gè)開放性的問題，需平時(shí)多讀點(diǎn)有關(guān)生命科學(xué)最新研究成果方面的資料。 【答案】　(1)細(xì)胞核移植　胚胎移植 (2)卵細(xì)胞體積大，易操作，含營養(yǎng)物質(zhì)豐富，能夠?yàn)轶w細(xì)胞核提供表達(dá)全能性的環(huán)境 (3)白色　“多利”的全部細(xì)胞核基因都來自白面綿羊的乳腺細(xì)胞核 (4)全能性 (5)保存瀕危物種，繁殖動(dòng)物優(yōu)良品種，醫(yī)學(xué)上克隆人體器官等 4．2006年中國首例帶有抗瘋牛病轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞的克隆牛順利降生。作為克隆牛，其培育過程如下圖所示： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：99310042】 (1)細(xì)胞A是______________，細(xì)胞B是________。 (2)一個(gè)重組細(xì)

18、胞D發(fā)育成丁牛生出，涉及的細(xì)胞增殖方式是________，丁牛體內(nèi)有眾多細(xì)胞類型，如成熟的紅細(xì)胞無核能夠運(yùn)輸氧氣，而漿細(xì)胞內(nèi)有發(fā)達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能夠分泌抗體，神經(jīng)元具有許多突起能夠產(chǎn)生并傳導(dǎo)興奮，這是__________________的結(jié)果。 (3)丁牛的性別和________牛的性別相同，原因是______________________ _______________________________________________________________。 (4)能否直接用細(xì)胞A體外培養(yǎng)形成胚胎，并將其移植到丙牛子宮內(nèi)發(fā)育成健康小牛？為什么？ _________________

19、_______________________________________________ ________________________________________________________________ (5)培育抗瘋牛病克隆牛所使用的技術(shù)手段是________________________，運(yùn)用的生物學(xué)原理有________________________________。 (6)上述方法培育出克隆動(dòng)物，與植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育出完整的植株相比，獲得的后代在遺傳物質(zhì)方面有什么不同？________________________________ ________

20、________________________________________________________ 【解析】　從“重組細(xì)胞”到動(dòng)物個(gè)體出生的過程中，細(xì)胞增殖不會(huì)有減數(shù)分裂方式，這一情況同自然狀態(tài)下受精卵發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體類似；牛的性別決定方式是XY型，由細(xì)胞核內(nèi)性染色體控制其性別；動(dòng)物克隆從目前來看，只能是“核移植”，并沒有真正做到產(chǎn)生的動(dòng)物與原來被克隆的動(dòng)物在遺傳物質(zhì)上100%的相同。 【答案】　(1)高度分化的體細(xì)胞　卵母細(xì)胞　(2)有絲分裂　基因選擇性表達(dá)　(3)甲　牛的性別由細(xì)胞內(nèi)的性染色體決定，丁牛的性染色體與甲牛相同　(4)目前不能，高度分化的動(dòng)物體細(xì)胞由于基因的選擇

21、性表達(dá)而失去了進(jìn)一步的分裂分化能力?！?5)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、核移植和胚胎移植、轉(zhuǎn)基因技術(shù)　動(dòng)物細(xì)胞(核)的全能性、基因重組　(6)在遺傳物質(zhì)上(不考慮發(fā)育過程中的變異)，植物組織培養(yǎng)形成的植株與提供體細(xì)胞的植株完全相同，克隆動(dòng)物體內(nèi)有卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的基因，所以克隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)與提供體細(xì)胞核的動(dòng)物不完全相同。 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.克隆是指從一個(gè)共同的祖先，通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的分子、細(xì)胞或個(gè)體。 2.體細(xì)胞克隆動(dòng)物的成功，證明了動(dòng)物的細(xì)胞核也具有全能性。 3.動(dòng)物體細(xì)胞克隆所涉及的生物技術(shù)有：動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、核移植、胚胎移植等。 4.利用體細(xì)胞克隆技術(shù)，可以獲取遺傳物質(zhì)相同的細(xì)胞作為供體進(jìn)行核移植，且對(duì)這些供體細(xì)胞進(jìn)行一系列復(fù)雜的遺傳操作，從而為大規(guī)模繁育動(dòng)物優(yōu)良品種和生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物提供了有效方法。 8