1、2.2动物细胞工程2.2.1动物细胞培养和核移植技术学习目标：1.简述动物的细胞培养及条件。(重点)2.举例论证动物细胞培养技术的应用及意义。3.简述动物核移植的过程及意义。(重、难点)一、动物细胞工程1常用的技术手段：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。2基础：动物细胞培养技术。二、动物细胞培养1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3相关概念(1)细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。(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，细胞停止分裂增殖的现象。(3)原代培养：指动物组
2、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5应用连线表示动物细胞培养的应用及实例生产生物制品a筛选抗癌药物用于基因工程 B干扰素、单克隆抗体检测有毒物质 c培养受体细胞用于生理、病理、药理等研究 D判断物质毒性提示：bcda三、动物体细胞核移植技术和克隆动物1概念(1)供体：动物的一个细胞的细胞核。(2)受体：去掉细胞核的卵母细胞。(3)结果：形成重组胚胎，最终发育成动物个体。2种类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。3体细胞核移植的过程4体细胞核移植技术的应用前景(1)畜牧生产中：加速家畜遗
3、传改良进程，促进优良畜群繁育。(2)保护濒危物种方面：增加动物的存活数量。(3)医药卫生领域：转基因克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。(4)治疗人类疾病：转基因克隆动物细胞、组织和器官作为异种移植的供体等。5存在问题(1)体细胞核移植技术的成功率非常低。(2)克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。(3)克隆动物食品的安全性问题存在争议。1判断对错(正确的打“”，错误的打“”)(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。()(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。()(3)经细胞核移植培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状。()(4)体细胞核移植过程中采
4、用M中期卵母细胞作为受体细胞。()(5)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。()提示：(1)应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(2)由于接触抑制所以培养瓶壁上形成的应该是单层细胞。(3)经细胞核移植培育出的新个体应该含有两个亲本的遗传性状。(4)(5)动物细胞培养技术的原理是细胞增殖。2下列关于动物细胞培养的叙述，不正确的是()A传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞B细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中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B由原代培养换瓶进行传代培养时，需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理贴壁生长的细胞，A项正确；细胞的癌变
5、一般发生于50代后的细胞培养过程中，B项错误；癌细胞膜上糖蛋白减少，细胞黏着性降低，失去了接触抑制，容易分散和转移，C项正确；动物细胞培养的场所是CO2培养箱，培养箱内含有95%的空气和5%的CO2的混合气体，为动物细胞提供适宜的气体环境，D项正确。3从母羊甲的体细胞中取出细胞核，移植入母羊乙的去核卵母细胞中，融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎，再植入另一只母羊丙的子宫内。下列有关说法正确的是()A生出小羊的性状与甲羊完全相同B一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同C生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定，所以该过程为有性生殖D生出小羊的性状由甲、乙、丙3个亲本的基因型与环境共同决定B核移植获得
6、克隆动物的生殖方式是无性生殖，遗传物质中甲羊和乙羊的都有，因此认为生出的小羊性状完全同甲羊是不正确的，应是主要性状与甲羊相同，核基因型一般与甲羊完全相同，因此B项正确。动物细胞培养思考交流1为什么切取动物组织块进行细胞培养时，常选择胚胎或幼龄动物的器官或组织？提示：因为这些细胞增殖能力强，分化程度低，更容易培养。2在进行动物细胞培养过程中，为什么需用胰蛋白酶处理动物组织？提示：因组织中细胞间基质的成分为蛋白质，利用胰蛋白酶可以分解细胞间的蛋白质。3探究动物细胞培养时，为什么要在培养基中加入血清、血浆等天然成分？提示：因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
7、生长因子等。因此细胞培养时，为保证细胞能顺利生长和繁殖，一般需添加血清、血浆等天然成分。4动物细胞培养需要控制的气体环境是怎么样的？各自起什么作用？提示：95%的空气和5%的CO2混合气体；O2维持细胞代谢，CO2维持培养液的pH。归纳总结 1动物细胞培养的操作流程(1)原理：细胞增殖。(2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。(3)酶处理。用酶“两次”处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出
8、。不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4，而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。2相关概念的辨析(1)细胞贴壁和接触抑制。细胞贴壁：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。接触抑制：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。(2)原代培养和传代培养：区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶
9、壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。3培养条件的分析(1)添加血清、血浆的作用：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。细胞培养时，一般需添加10%20%的血清或血浆。(2)气体环境：CO2调节培养液pH，O2维持细胞有氧呼吸。特别提醒：(1)培养动物细胞时没有脱分化的过程，因为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。(2)不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抑制。例如，癌细胞增殖时不存在接触抑制，所以在培养瓶中可以形成多层细胞。1一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件()无毒的环境无菌的环境合成
10、培养基需加血浆温度与动物体温相近需要O2，不需要CO2CO2调节培养液pHABC DD动物细胞体外培养要求环境无菌、无毒，培养液中添加一定量的抗生素，合成培养基中需加血清、血浆等一些天然成分，适宜的温度、pH分别为36.50.5 、7.27.4。O2是细胞代谢所必需的，CO2可维持培养液的pH。2如图是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞密度统计结果。相关叙述错误的是 ()A实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞B培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染C曲线bc段产生的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物积累等D培养第6天时，新产生的细胞数等于死亡细胞数D
11、实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞，A正确；培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染，B正确；曲线bc段表示活细胞密度减少而死细胞密度增加，产生的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物积累等，C正确；培养第6天时，活细胞数等于死亡细胞数，D错误。动物体细胞核移植技术和克隆动物背景材料哺乳动物体细胞核移植简易流程图如下：思考交流1核移植技术的原理是什么？提示：动物细胞核的全能性。2哺乳动物核移植有哪两种？有何区别？提示：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。由于胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难。3供体细胞一般选用传代10代
12、以内的细胞，为什么？提示：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。4为什么核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同？提示：(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。(2)性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其性状也不可能和供核动物完全相同。(3)在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。5结合动物细胞核移植的过程，分析为什么体细胞核移植较胚胎细胞核移植更困难。提示：由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易；而动物体细胞分化程度高，恢复
13、其全能性十分困难。因此动物体细胞核移植的难度就明显高于胚胎细胞核移植的。归纳总结 1概念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。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。2动物核移植的原理动物细胞细胞核的全能性。特别提醒：动物细胞的全能性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，但动物细胞的细胞核内仍含有该种动物的全套遗传信息，具有发育成完整个体的潜能，即动物细胞的细胞核仍具有全能性。3哺乳动物细胞核移植的种类胚胎细胞核移植和体细胞核移植。特别提醒：由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全
14、能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，因此，动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。4体细胞核移植的过程(1)为了确保核移植形成的克隆动物的核遗传物质全部来自具有优良性状的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移植到受体细胞内之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或破坏掉。(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细胞核的全能性。(3)培育克隆动物所用的受体细胞是去核的卵母细胞(处于减数第二次分裂中期)。这是因为卵母细胞中含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件，且体积大，易于操作。(4)培育克隆动物的过程所利用的生物技术有细胞核移植、
15、动物细胞培养、胚胎移植等。特别提醒：(1)受体细胞为处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞，此时在透明带内包含着第一极体，在去核的同时连同第一极体一并去掉。(2)该技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了动物细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。(3)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁殖速度，可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。(1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织进行分离，形成单个细胞，这一过程中需要利用_酶处理。不能用纤维素酶与果胶酶的原因是_。(2)转基因奶牛的克隆成功，
16、说明动物的_具有全能性。(3)将进行细胞培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去掉卵母细胞细胞核的目的是_(4)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内，就会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛，但也有可能出现性状上的某些差异，原因可能是_。(5)利用体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于_(填“有性生殖”或“无性生殖”)。解析(1)对动物组织进行分离，用胰蛋白酶处理，才能形成单个细胞。因为酶具有专一性，所以植物细胞工程中的纤维素酶和果胶酶不能将动物细胞分开。(2)克隆动物的成功证明了动物细胞的细胞核具有全能性。(3)去掉卵母细胞的细胞核后，重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞的细
17、胞核，其性状主要由供体细胞的细胞核物质决定。(4)由重组细胞发育而来的犊牛与供体牛的性状不完全相同，因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，少量来自卵母细胞的细胞质，性状还受到环境的影响。(5)体细胞核移植没有经过两性生殖细胞的结合，所以从生殖方式上来看属于无性生殖。答案(1)胰蛋白酶具有专一性(2)细胞核(3)使犊牛的性状主要由供体细胞核物质决定(4)生物的性状受到细胞核和细胞质物质的共同控制；生物的性状还受环境因素的影响(5)无性生殖课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳1.动物细胞工程的常用技术有动物细胞培养、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
18、养是基础。2原代培养和传代培养均需用胰蛋白酶对细胞进行分散处理。3动物细胞要分散成单个细胞培养，培养液中通常要添加血清。4动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植的，因为动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。5动物细胞培养中的两个显著特点是贴壁生长、接触抑制。1下列关于动物细胞培养的叙述中，正确的是()A动物细胞培养的目的就是获得分泌蛋白B动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散开C动物细胞培养通常不会出现接触抑制现象D可以通过细胞培养技术获得完整的动物个体B动物细胞培养的目的主要是利用有丝分裂的原理，获得大量具有相同遗传特性的细胞；通常培养前要将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使其
19、分散开；分散的细胞在培养瓶中很快就贴附在瓶壁上生长，当生长到细胞间表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，即出现接触抑制现象；通过细胞培养技术只能获得大量的细胞或细胞产物，而不能获得完整的动物个体。2某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列有关说法正确的是()A在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理B细胞培养应在CO2培养箱中进行，CO2的作用是作为细胞代谢原料C取甲细胞进行培养，传至1050代就会完全停止D乙细胞在原代培养过程中，最终会出现停止增殖的现象D胃蛋白酶的最适pH大约为2，而细胞培养时pH一般为7
20、.27.4，所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理细胞；培养液中CO2的作用是维持培养液的pH；肝肿瘤细胞可以无限增殖；正常肝细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象，停止增殖。3下列不属于动物细胞工程应用的是()A大规模生产干扰素，用于抵抗病毒引起的感染B为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞C大规模生产食品添加剂、香料等D利用核移植技术，加快优良种畜的繁殖C生产食品添加剂、香料等多存在于植物细胞中，一般采用植物细胞工程的方法，而不能用动物细胞工程生产。4下列关于动物体细胞核移植技术和克隆动物的叙述，正确的是()A目前科学家可以用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体B动物体细胞核移植技术可有选
21、择地繁殖某一性别的家畜C用于核移植的供体细胞一般都选用传代50代以内的细胞D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100%的复制B动物体细胞的全能性受到限制，不能经过培养获得动物个体；用于核移植的供体细胞一般是10代以内的细胞；克隆动物细胞核内的遗传物质来自供体细胞，其性别与提供细胞核的动物一致，因此可有选择地克隆某一性别的家畜；克隆动物细胞质内的遗传物质主要来自受体卵母细胞，并不是对体细胞供体动物进行100%的复制。5某研究小组进行药物实验时，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
22、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，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_。(3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长_。药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更_。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要用_处理。(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的_。解析癌细胞具有无限增殖的特点，故相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。动物细胞培养需提供无菌环境，如向培养液中加入适量的抗生素可防止细菌的污染；需提供一定的营养，如向培养基中加入适量血清，以便补充合成培养基中缺乏的物质；需提供一定的气体环境，如向恒温培养箱中加入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。答案(1)多(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质维持培养液的pH(3)停止多胰蛋白酶 (4)抗生素