1、2.2 动物细胞工程 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 一、动物细胞工程 1.常用技术手段:_、动物细胞核移植、_、_。2.技术基础:_。动物细胞培养 动物细胞融合 生产单克隆抗体 动物细胞培养技术 二、动物细胞培养技术 1.概念:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成 _,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞 _。单个细胞 生长和增殖 2.过程:胰蛋 白酶 胰蛋白酶 胶原蛋白酶 原代 贴壁生长 接触抑制 传代 3.相关概念:(1)细胞贴壁:细胞悬液中分散的细胞贴附在_上。(2)细胞的接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互 接触时,细胞_的现象。瓶壁 停止分裂增殖 4.培养条件:培养液和培
2、养用具 抗生素 代谢产物 微量元素 血浆 血清 36.50.5 7.27.4 细胞代谢 培养液的pH 5.连线表示动物细胞培养的应用及实例:三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.概念:(1)供体:动物一个细胞的_。(2)受体:去掉_的卵母细胞。(3)结果:形成重组胚胎,最终发育成_。2.种类:_和_。细胞核 细胞核 动物个体 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 3.体细胞核移植的过程:细胞培养 M中期 去核 发育 遗传物质 4.体细胞核移植技术的应用及存在的问题:应用前景畜牧业加速家畜_进程,促进 _保护濒危 物种增加动物的_医药卫生 领域转基因克隆动物作为_,生产医用蛋白治疗人类 疾病转基因克隆
3、动物细胞、组织和器 官可以作为_的供体遗传改良 优良畜群繁育 存活数量 生物反应器 异种移植 存在 问题体细胞核移植技术的成功率_大多数克隆动物存在健康问题,表现出_ _缺陷等克隆动物食品的_问题存在争议非常低 遗传和 生理 安全性【正误小测】1.动物细胞培养的基本原理是动物细胞的全能性。()【分析】动物细胞培养只是进行细胞的生长和增殖,不能发育成完整个体,没有体现细胞的全能性。2.动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。()【分析】导入目的基因的受体细胞,需通过动物细胞 培养技术获得早期胚胎,才能进一步培育成转基因动 物。3.克隆动物的体细胞遗传物质与提供细胞核的动物完 全相同。()【分析】
4、克隆动物体细胞的细胞质来自去核的卵母细 胞,所以其细胞中的遗传物质与提供细胞核的动物不 完全相同。4.取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵母细胞 中,经孕育可以培养成新个体。()【分析】野驴的体细胞核中具有发育成野驴的全部基 因,因此通过核移植技术,可使野驴“复生”。主题1 动物细胞培养【问题探究】1.动物细胞培养的过程:(1)动物细胞培养时,为什么要将动物组织分散成单个细胞?提示:保证细胞所需要的营养供应;保证细胞内有害代谢产物的及时排出。(2)比较原代培养和传代培养:项目原代培养传代培养含义 组织细胞的 _培养细胞生长到贴满瓶壁时用胰蛋白 酶处理,然后继续培养的过程细胞 增殖 特点细胞_
5、 _ 细胞_ 生长,有_ 抑制现象大多数细胞传至_代左右 时,细胞增殖缓慢,甚至完全停止 少数细胞会发生_,朝着等 同于_的方向发展初次 分裂 旺盛 贴壁 接触 1050 突变 癌细胞 2.动物细胞培养的条件:(1)判断下列不同材料进行细胞培养时的难易程度。幼龄与老龄动物的组织细胞:_ 易于培养。分化程度低的与分化程度高的组织细胞:_ _易于培养。幼龄动物的组织细胞 分化程度 低的组织细胞(2)为什么探究动物细胞培养时,要在培养基中加入血清、血浆等天然成分?提示:血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质,如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等,人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚。(
6、3)动物细胞培养需要控制什么样的气体环境?各自起什么作用?提示:95%空气加5%CO2;空气中的O2维持细胞代谢,CO2维持培养液的pH。3.与植物组织培养的比较:(1)培养原理。植物组织培养:_。动物细胞培养:_。细胞的全能性 细胞增殖(2)动物细胞培养和植物组织培养一样可以获得完整个体吗?提示:动物细胞培养时细胞只进行生长和增殖,不能得到完整个体,但是植物组织培养可以获得完整个体。(3)动物细胞培养要经过脱分化的过程吗?为什么?提示:动物细胞培养不需要经过脱分化的过程。高度分化的动物细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力,所以,动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程。【
7、探究训练】1.(2018泰州高二检测)一般来说,动物细胞体外培养需要满足的条件是()无毒的环境 合成培养基里需添加血清、血浆等 无菌的环境 温度一般与动物体温接近 只有O2的气体环境 能调节培养液pH的CO2 A.B.C.D.【解析】选D。动物细胞培养的条件:(1)无菌、无毒的环境:消毒、灭菌,添加一定量的抗生素,定期更换培养液,以清除代谢废物;(2)营养物质:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等,使用合成培养基时,还需加入血清、血浆等天然物质;(3)温度和pH:温度通常与动物体温接近,多数细胞生活的适宜pH为7.27.4;(4)气体环境:95%空气(细胞代谢必需的)和5%的CO2(维持
8、培养液的pH)。2.下图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据图回答:(1)容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是_,然后用胰蛋白酶处理,使细胞分散开来,这样做的目的是_。(2)培养首先在C瓶中进行,瓶中的培养基成分有_等。在此瓶中培养一段时间后,有许多细胞衰老死亡,这时的培养称为_。(3)为了把C瓶中的细胞分装到D瓶中,用_等处理,然后制成_再分装。【解题指南】解答本题的关键是:(1)明确动物细胞培养的条件。(2)掌握动物细胞培养的过程。【解析】(1)在进行动物细胞培养时应尽量使细胞分散,便于与培养液充分接触,进行物质交换;使其分散需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(2)动物细胞培养过程中应
9、尽量使培养基成分与动物体内的环境基本相同,所以需要添加糖、氨基酸、无机盐、动物血清等。培养的过程分为原代培养和传代培养两个阶段,分瓶之前的培养称为原代培养。(3)当细胞数目较多时,需要用胰蛋白酶等处理,使细胞分散,从瓶壁上脱离下来,制成细胞悬液继续培养。答案:(1)剪碎 使细胞与培养液充分接触(2)糖、氨基酸、无机盐和动物血清 原代培养(3)胰蛋白酶 细胞悬液【延伸探究】若图中C瓶的细胞在适宜的条件下,培养一段时间后全部死亡,原因是什么?提示:C瓶的细胞没有发生突变获得不死性或C瓶的细胞没有突破动物细胞分裂次数的限制。【补偿训练】1.动物细胞工程常用的技术手段中,最基础的是()A.动物细胞培养
10、 B.动物细胞融合 C.单克隆抗体 D.动物细胞核移植【解题指南】解答本题的关键是理解动物细胞工程的操作最终都要经过动物细胞培养来实现。【解析】选A。动物细胞工程常用的技术手段主要有动物细胞培养、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.实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是()A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒 B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶处理 C.丙过程得到的细胞大多具有异常的二倍体核型 D.丁过程得到的部分细胞失去贴壁粘附性【解题指南】明确动物细胞培养的过程和正确分析图示是解答本题的关键。【解析】选C。甲过程
11、表示获取实验小鼠的组织,需要对实验小鼠进行消毒处理,A正确;乙过程表示用胰蛋白酶处理分散成单个皮肤细胞,B正确;丙过程表示原代培养,形成的细胞遗传物质没有发生改变,具有正常的二倍体核型,C错误;丁过程是传代培养,该过程部分细胞遗传物质发生了变化而失去贴壁粘附性,D正确。【总结提升】区分原代培养和传代培养的方法 原代培养和传代培养一般均需对细胞进行胰蛋白酶分散处理,区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。(1)第一次:用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理,分散后培养,即为原代培养。(2)第二次:细胞培养过程中出现接触抑制,用胰蛋白酶处理使其从瓶壁上脱离下来,分散到多个培养瓶中继续培养,即为
12、传代培养。主题2 动物体细胞核移植技术和克隆动物【问题探究】克隆羊多利的产生过程如图:1.将受体细胞去核的原因是_ _。保证克隆动物的遗传物 质最大程度地来自有重要利用价值的动物 2.多利的遗传物质是对母羊B的100%复制吗?并分析原因。提示:不是。克隆过程中细胞核来自供体,因此克隆动物多利的核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制,而其细胞质中的遗传物质来自母羊A。3.从多利的产生过程可以看出多利有三个亲本,探究 多利的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。与母羊A的关系:_ _。与母羊B的关系:_ _。受细胞质基因控制的性状与母羊 A相同,因细胞质中的基因来自母羊A 大多数性状与母羊B相同
13、,因核基因 型与母羊B一样 与母羊C的关系:_ _。性状与母羊C无关,因母羊C没有为 新个体提供遗传物质 4.动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖?并分析原因。提示:无性生殖。动物体细胞核移植最终得到的个体的细胞核中遗传物质完全来自一个个体,不是精卵受精得到的,因此属于无性生殖。5.克隆羊的诞生是否证明了动物细胞具有全能性?提示:否。用体细胞核移植技术得到的克隆动物,仅仅说明动物体细胞的细胞核具有全能性,而不是动物细胞具有全能性。【探究训练】1.(2018南通高二检测)如图表示核移植与克隆动物的相关图解,有关叙述不正确的是()A.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞 B.图示
14、过程说明高度分化的动物细胞仍具有发育的全能性 C.采集的卵母细胞培养到的时期表示减数第二次分裂中期 D.动物细胞培养过程中添加5%CO2的目的是维持培养液的pH【解析】选B。用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,以保持正常的核型,A项正确;图示过程只能说明高度分化的动物细胞核仍具有发育的全能性,B项错误;核移植模拟了受精作用的过程,采集的卵母细胞培养到减数第二次分裂中期才可以参与受精,C项正确;动物细胞培养过程中添加5%CO2的目的是维持培养液的pH,D项正确。2.（2018全国卷）2018年细胞期刊报道，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
15、中”和“华华”。回答下列问题：（1）“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，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）哺乳动物的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“不相同”），性染色体组合_（填“相同”或“不相同”）。【解析】（1）核移植是指将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉
16、细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个胚胎最后发育为动物个体；通过核移植方法获得的克隆猴的细胞核来自供体，因此克隆猴体细胞的染色体数目和核供体一致。（2）胚胎细胞核移植的难度小于体细胞核移植，原因是动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易。（3）哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞染色体中的常染色体相同，性染色体前者是XX，后者是XY，因此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相同，性染色体组合不相同。答案：（1）将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中 不变（2）小于 胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易（3）
17、相同 不相同【补偿训练】1.美国德克萨斯州科学家培育出世界上第一只克隆猫,这只小猫毛色花白,看上去完全不像生养它的花斑猫妈妈,也不完全像为它提供细胞核的基因猫妈妈。对该克隆猫毛色的解释合理的选项是()基因重组所造成的结果 提供卵细胞的雌猫细胞质基因表达的结果 表现型是基因型与环境共同作用的结果 生养它的花斑猫妈妈的基因表达的结果 A.B.C.D.【解题指南】解答本题的关键是:(1)明确动物细胞核移植的过程和实质。(2)理解克隆动物的特点。【解析】选B。细胞核移植没有发生基因重组,因而不是基因重组所造成的结果,错误;由于动物细胞的细胞质中的线粒体内含有少量的遗传物质DNA,所以提供卵细胞的雌猫细
18、胞质基因能表达出相应性状,正确;基因的表达受环境因素的影响,所以表现型是基因型与环境共同作用的结果,正确;生养它的花斑猫妈妈与小猫之间只有营养物质的交换,没有基因的交流,错误。因此对该克隆猫毛色的解释合理的是,选B。2.科学家培育克隆羊时,使用了三种细胞核的供体细胞,分别将这些细胞核移入去核卵母细胞的细胞质中,形成重组细胞,发育成重组胚胎,这些重组胚胎的发育情况如下:细胞核的供体细胞类型妊娠数/受体母羊数乳腺上皮细胞1/13胚胎成纤维细胞4/10早期胚胎细胞14/27据此分析不正确的是()A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞,其妊娠成功率最高 B.克隆羊的遗传物质信息与细胞核的供体细胞完全相同
19、 C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植 D.重组细胞发育与去核卵母细胞的细胞质有关【解题指南】正确分析表中数据是解答本题的关键。分析表格数据可知:早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞时,其妊娠成功率最高,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植。【解析】选B。分析表格数据可知,早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞,其妊娠成功率最高,A正确;克隆羊的培育用到了核移植技术、胚胎移植技术,克隆羊的细胞核遗传物质信息来自细胞核的供体,细胞质遗传物质信息来自去核卵母细胞,B错误;对比表格中的数据可知,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植,C正确;核移植中的受体细胞一般都是卵母细胞,可见重组细胞发育与去核卵母细胞的细胞质有关,D正确。【总结提升】核移植过程的相关分析(1)为了确保核移植形成的克隆动物的主要遗传物质来自有优良性状的动物,在供体细胞的细胞核移植到受体细胞之前,必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏掉。(2)细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。而克隆动物的形成则利用了动物细胞核的全能性。(3)细胞融合后构建重组胚胎,并移植到代孕母体内获得克隆动物,需要胚胎工程技术的支持。