1、成才之路 生物路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3 细胞工程 专题二 第二节 动物细胞工程专题二 第一课时 动物细胞培养和核移植技术目 标 定 位 1预 习 导 学 2要 点 精 析 3思 维 升 华 4知 识 构 建 5课 时 作 业 7应 用 探 究 6目 标 定 位 1简述动物细胞培养的过程、条件(重点)。2举例说出动物细胞培养的作用。3简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。(重、难点)。4了解体细胞核移植技术的应用前景。预 习 导 学一、动物细胞工程技 术 手 段：_；_；_；_。二、动物细胞的培养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
2、，让这些细胞_和_。2过程：动物组织用_处理分散单个细胞_中培养_ 胰蛋白酶传代培养。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单个细胞生长增殖胰蛋白酶或胶原蛋白酶细胞悬液培养瓶细胞贴壁原代培养3条件(1)无 菌、无 毒 的 环 境：对 _ 和 所 有 _进行无菌处理。(2)营养：合成培养基中有糖、_、_、无机盐、_，通常需加入_、血浆等。(3)温度和 pHa适宜温度：_0.5；bpH：_。培养液培养用具氨基酸促生长因子微量元素血清36.57.27.4(4)气体环境：主要是21 _和22 _，O2 是23_所必需的，CO2 主要维持24 _的 pH。4应用(1)生物制品：如25 _疫
3、苗、干扰素、26 _的生产。(2)检测有毒物质，判断某种物质的毒性。(3)用于生理、病理、药理等方面的研究，如筛选抗癌药物等。O2CO2细胞代谢培养液病毒单克隆抗体三、动物细胞核移植技术和克隆动物1动物核移植：将动物的一个细胞的27 _，移入去 核 的 卵 母 细 胞 中，使 其 28 _ 并 发 育 成 一 个 29_，这个胚胎最终发育为动物个体。2种类：30 _；31 _。细胞核重组新的胚胎胚胎细胞核移植体细胞核移植 3过程4应用(1)加速家畜32 _进程，促进33 _繁育；(2)保护34 _物种；(3)生产35 _；(4)作为异种移植的36 _；(5)用于组织器官的37 _。5存在问题(
4、1)克隆动物存在38 _、39 _和生理缺陷；(2)克隆动物食品的安全性问题也有争议。遗传改良优良畜群濒危医用蛋白供体移植成活率低遗传缺陷 思维激活 1动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？2在进行核移植时，为什么一般不选用生殖细胞作为供核细胞？答案 1细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染，而离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培养的细胞就会死亡。2因为生殖细胞的遗传物质相比正常体细胞的遗传物质减半。要 点 精 析一、动物细胞培养1概念：动物细胞培养就是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
5、胞生长和增殖。2过程：动物胚胎或幼龄的器官组织剪碎用胰蛋白酶处理去掉组织间的蛋白质 单 个 细 胞加培养液细胞悬液 原代培养传代培养细胞株遗传物质改变传代培养细胞系(少数细胞会克服细胞寿命获得不死性，朝着等同于癌细胞的方向发展，但动物细胞培养不能培养成生物体)。知识贴士：细胞贴壁和接触抑制 将细胞悬浮液置于适宜环境的培养瓶中培养，悬浮中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞便会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。原代培养和传代培养 通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。贴壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分散后分瓶继续培养，让细胞继
6、续增殖。这样的培养即为传代培养。细胞株和细胞系的界定目前使用的超低温、液氮或冷冻保存的正常细胞通常在10 代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。3条件(1)无菌、无毒的环境(2)营养：细胞体外培养所需营养物质与体内基本相同。主要成分是：葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等。(3)温度和pH：细胞体外培养的适宜温度一般和动物体温相近。哺乳动物多以36.50.5为宜。多数细胞生存的适宜pH为7.27.4。(4)气体环境：细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养的pH值。4应用(1)大规模地生产生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等
7、。(2)为皮肤大面积烧伤的病人移植皮肤。(3)用于检测有毒物质。关于动物细胞培养的叙述错误的是()A用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织 B将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞 C在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成细胞悬液 D动物细胞培养只能传50代左右，所培养的细胞会衰老死亡 解析 选取胚胎或幼龄动物的器官或组织是因为它们的分裂能力较强。动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，易被胰蛋白酶催化分解，从而使细胞分离开来。当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配成细胞悬浮液。动物细胞培养
8、传至50代左右，部分细胞的遗传物质会发生改变，并且带有癌变的特点，能在培养条件下无限制地传代下去。答案 D 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 合成培养基需加血浆 温度与动物体温相近 需要O2，不需要CO2 CO2能调节培养液pH A B CD 答案 D 解析 一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件：无菌、无毒的环境，与体内培养相同的营养，适宜的温度和pH，还要有适量的CO2。二、动物体细胞核移植技术和克隆动物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，使其重组并发育成新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。用核移植
9、的方法得到的动物称为克隆动物。2种类胚胎细胞核移植：易体细胞核移植：难3原理：动物体细胞核的全能性。4过程 进入受体细胞重组胚胎胚胎移植 代孕母牛生出与供体遗传物质相同的个体 5应用 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁殖。保护濒危物种 生产医用蛋白 作为异种移植的供体 用于组织器官的移植 6存在问题(1)研究方面 克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高，死亡率高，易出现早衰等问题。(2)应用方面 生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一段距离。知识贴士：克隆是从英语clone音译而来。分为广义和狭义，广义的克隆是指所有的无性繁殖，在生物学领域中，有分子、细胞、
10、个体三个水平的不同含义。分子克隆，即DNA扩增。其含义是将某一特定的DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒或病毒等)中，并在宿主细胞自我复制得到的大量完全相同的该DNA片段群体。细胞克隆，是指一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的细胞株。其中每一个细胞的基因都是相同，如低等生物的分裂生殖，动、植物的细胞培养等。个体克隆，在个体水平上，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的群体，如胚胎分割移植，同卵双胞胎也属于克隆。狭义的克隆是指动物通过的核移植由重组细胞发育成新个体的过程。如“多利”羊的培育。世界上第一只克隆羊“多利”的培育程序如下图所示，请据图回答下列问题。(1)写出图中a、
11、b所指的细胞工程名称：a_；b_。(2)实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是：_。(3)“多利”面部的毛色是_。请根据遗传学原理说明判断根据：_。(4)继植物组织培养之后，克隆绵羊的培育成功，证明动物细胞也具有_。(5)请举一例，说明克隆羊培育成功的实际意义_。解析 该题将动物细胞工程与遗传学原理相结合，使题目的综合性、灵活性加强。解答此题需要从动物细胞工程、遗传基因的来源与表达过程去分析和寻求答案。克隆羊多利培养过程中用到的细胞工程技术是细胞核移植和胚胎移植。多利羊的性状主要是由细胞核控制，即性状和白面绵羊相似。答案(1)细胞核移植 胚胎移植(2)卵细胞体积大，易操作，
12、通过发育可直接表现出性状来(3)白色“多利”的细胞核基因全部来自白面绵羊(4)全能性(5)保存濒危物种、繁育优良品种、医学上克隆某生理器官等等 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。这种克隆技术具有多种用途，但是不能()A有选择的繁殖某一性别的家畜 B繁殖家畜中的优良个体 C用于保存物种 D改变动物的基因型 答案 D 解析 解题时首先准确判断出这只小羊羔实际上是通过无性生殖方式产生的。而无性生殖的主要特点就是子代保持母本的优良性状，很少发生变异，改变基因型。思 维 升 华 1动物细胞培养与植物组织培养的比较项目动物细胞
13、培养植物组织培养原理细胞的增殖植物细胞的全能性培养基液体培养基，成分主要是葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清固体培养基，成分主要是矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加剂结果大量产生细胞或细胞产品获得新个体或细胞产品应用获得细胞或细胞产物快速繁殖；培育无病毒植株；获得细胞产品；制造人工种子；转基因作物的培育等 知识贴士：(1)与植物组织培养基比较，动物细胞培养液的独特之处在于：液体培养基；其成分中有动物血清。(2)为了保证细胞培养时满足其营养物质和生长因子的供给，培养基中需添加一定量的血清，因为血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等及一些未知的营养物质。2动物细胞培养中不经过脱分化
14、过程 脱分化又称去分化，是指分化的细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。植物的任何一部分，甚至单个细胞都具有长成完整植株的潜能，但要发育成完整植株，必须先脱分化。脱分化的细胞具有发育成任何组织的能力，然后进行再分化，形成完整植株。植物细胞培养主要用于农林生产中的作物、苗木育种，快速繁育种苗，培育无病毒植株等，这就要求植物的组织或细胞先进行脱分化。动物细胞的培养有各种用途，一般而言，动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞的发育潜能变窄，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了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向
15、诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。3选用传代10代以内的细胞作为核移植供体细胞的原因培养的动物细胞一般当传代至1050代时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在动物体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。4克隆动物并非是对体细胞供体动物的100%的复制 克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、
16、习性的形成与其所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物也不会是核供体动物100%的复制。知 识 构 建应 用 探 究 动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题。(1)肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞_。(2)气室中充入5%CO2气体的主要作用是_。(3)培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的_，以保证抗生素对肝脏无害。(4)有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列
17、材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。材料用具：肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养液，植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂)；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液(使染色体着色)，有机物X溶液等。实验过程：在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作(“”表示已完成的步骤)。上表中还需进行的操作是_。甲乙丙丁步骤一：加入肝脏培养液步骤二：加入有机物X溶液步骤三：放置肝脏小块 培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下
18、观察_，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明_。解析(1)把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。(2)气室中充入5%CO2的作用是形成碳酸来维持培养液适宜的pH。(3)要注意选择抗生素的种类和剂量来抑制细菌生长，否则会影响肝脏细胞。(4)乙组或丁组没有处理，向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块作为对照实验，有机物X有毒性，可诱发染色体断裂，所以要观察淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。甲组添加肝脏小块淋巴细胞染色体正常，丙组没有添加出现染色体异常，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用。答案(1)吸收氧气和营养物质、排出代谢废物(2)维持培养液适宜的pH(3)种类和剂量(4)向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块 染色体形态和数量 肝脏小块对有机物X具有解毒作用