【優(yōu)品】高中生物人教版選修3 專題2 2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù) 課件（系列1）

1、人教版 選修32.2.1 動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)專題 2細胞工程學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)課 程 標(biāo) 準(zhǔn)1簡述動物細胞培養(yǎng)的過程、條件(重點)。2舉例說出動物細胞培養(yǎng)的作用。3簡述通過動物體細胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。(重、難點)。4了解體細胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景。1簡述動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克隆。2討論克隆技術(shù)的社會意義。3搜集通過動物體細胞核移植進行克隆的實例。動物細胞培養(yǎng) 動物細胞核移植 動物細胞融合 生產(chǎn)單克隆抗體 單個細胞 生長 增殖 胰蛋白酶或膠原蛋白酶 細胞懸液 培養(yǎng)瓶 細胞貼壁 原代培養(yǎng) 自主學(xué)習(xí)培養(yǎng)液 培養(yǎng)用具 氨基酸 促生長因子 微量元素 血清 36.5 7.27.4 O2 CO2

2、 細胞代謝 培養(yǎng)液 病毒 單克隆抗體 細胞核 重組 新的胚胎 胚胎細胞核移植 體細胞核移植 遺傳改良 優(yōu)良畜群 瀕危 醫(yī)用蛋白 供體 移植 成活率低 遺傳缺陷 1動物細胞培養(yǎng)為什么需要無菌、無毒的環(huán)境？提示：細菌、真菌和病毒等均可造成細胞培養(yǎng)環(huán)境的污染，而離體培養(yǎng)的細胞已失去了對微生物和有毒物質(zhì)的防御能力，一旦受到污染或自身代謝物質(zhì)積累等，培養(yǎng)的細胞就會死亡。2在進行核移植時，為什么一般不選用生殖細胞作為供核細胞？提示：因為生殖細胞的遺傳物質(zhì)相比正常體細胞的遺傳物質(zhì)減半。1動物細胞培養(yǎng)過程中通常在培養(yǎng)液中通入5%的CO2刺激細胞呼吸。()分析：動物細胞培養(yǎng)過程中通入5%的CO2目的是維持培養(yǎng)液

3、pH。2培養(yǎng)動物細胞的第一代(即第一次細胞增殖)被稱為原代培養(yǎng)。()分析：動物組織被胰蛋白酶分解后的第一次在培養(yǎng)瓶中的培養(yǎng)被稱為原代培養(yǎng)，原代第一代。3動物細胞培養(yǎng)的結(jié)果說明動物體細胞沒有全能性。()分析：任何細胞都有全能性，只不過動物體細胞的全能性沒有通過培養(yǎng)體現(xiàn)出來，可以說“動物體細胞的全能性是受限的”。4可以用胃蛋白酶代替胰蛋白酶將動物組織處理為單個細胞。()分析：動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.27.4，胰蛋白酶作用的最適pH為7.28.4，所以選擇胰蛋白酶來處理動物組織。而胃蛋白酶要在酸性條件下才有活性。5克隆植物和克隆動物都只具備一個親本的遺傳特性。()分析：植物克隆即植物組織培養(yǎng)，只

4、繼承一個親本的遺傳特性；而用核移植技術(shù)得到的克隆動物，其核基因和質(zhì)基因分別來自不同的親本，所以并不是真正的“克隆”。6選擇M期的卵母細胞作為核移植的受體細胞的主要原因是該細胞大，顯微操作方便。()分析：選擇M期的卵母細胞作為受體，一方面是因為細胞大，易操作，且卵黃多、營養(yǎng)物質(zhì)豐富，為發(fā)育提供充足的營養(yǎng)，另一方面此時具備受精能力，細胞質(zhì)中含有能刺激重組細胞進行分裂、分化并形成重組胚胎的物質(zhì)。1對概念的理解(1)原理：細胞增殖(2)相關(guān)組織：一般是指動物胚胎或出生不久的幼齡動物的組織，因為這些組織的細胞比老齡動物的組織細胞易于培養(yǎng)，同時增殖能力也強。知識點一動物細胞培養(yǎng)細胞貼壁和接觸抑制將細胞懸浮

5、液置于適宜環(huán)境的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，懸浮中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。當(dāng)貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞便會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的接觸抑制。不是所有的細胞增殖過程中都存在接觸抵制。例如，癌細胞增殖時不存在接觸抵制，所以在培養(yǎng)瓶中可以形成多層細胞。原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)通常將動物組織消化后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。貼壁的細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分散后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖。這樣的培養(yǎng)即為傳代培養(yǎng)。目前使用的超低溫、液氮或冷凍保存的正常細胞通常在10代以內(nèi)，以保持細胞正常的二倍體核型。3條件(1)無菌、無毒的環(huán)境(2)營養(yǎng)：細胞體外培養(yǎng)所需營養(yǎng)物質(zhì)與體內(nèi)基本相同

6、。主要成分是：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、促生長因子、微量元素、動物血清等。(3)溫度和pH：細胞體外培養(yǎng)的適宜溫度一般和動物體溫相近。哺乳動物多以36.50.5為宜。多數(shù)細胞生存的適宜pH為7.27.4。(4)氣體環(huán)境：細胞培養(yǎng)所需氣體主要有O2和CO2，O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)的pH值。4動物細胞培養(yǎng)的特點(1)細胞貼壁生長；(2)接觸抵制。5應(yīng)用(1)大規(guī)模地生產(chǎn)生物制品，如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。(2)為皮膚大面積燒傷的病人移植皮膚。(3)用于檢測有毒物質(zhì)。典例 關(guān)于動物細胞培養(yǎng)的敘述錯誤的是()A用于培養(yǎng)的細胞大都取自胚胎或幼齡動物的器官或組織B將所取的

7、組織先用胰蛋白酶等進行處理使其分散成單個細胞C在培養(yǎng)瓶中要定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離，制成細胞懸液D動物細胞培養(yǎng)只能傳50代左右，所培養(yǎng)的細胞會衰老死亡D解析選取胚胎或幼齡動物的器官或組織是因為它們的分裂能力較強。動物組織細胞間隙中含有一定量的彈性纖維等蛋白質(zhì)，易被胰蛋白酶催化分解，從而使細胞分離開來。當(dāng)貼壁生長的細胞分裂生長到表面相互接觸時就停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離下來，配成細胞懸浮液。動物細胞培養(yǎng)傳至50代左右，部分細胞的遺傳物質(zhì)會發(fā)生改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c，能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去。變式訓(xùn)練1一般來說，動物細胞體外培養(yǎng)需要滿足以下條件()無毒的環(huán)境無

8、菌的環(huán)境合成培養(yǎng)基需加血漿溫度與動物體溫相近需要O2，不需要CO2CO2能調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pHABCD解析一般來說，動物細胞體外培養(yǎng)需要滿足以下條件：無菌、無毒的環(huán)境，與體內(nèi)培養(yǎng)相同的營養(yǎng)，適宜的溫度和pH，還要有適量的CO2。D知識點二動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物過程解讀：(1)受體。材料選擇：選擇處于減數(shù)第二次分裂中期的次級卵母細胞作為受體細胞，其原因是：a卵母細胞細胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細胞核全能性表達的物質(zhì)；b卵母細胞體積大，便于操作；c卵母細胞內(nèi)卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富。去核的原因：保證克隆動物的核基因全部來自供體細胞。(2)注入細胞核移植技術(shù)中注入去核卵母細胞中的不是供體細胞核，而是整個細胞，伴隨

9、著兩細胞融合，體現(xiàn)出細胞膜具有一定的流動性的結(jié)構(gòu)特點。核移植時，一般先用電刺激使供體和受體細胞融合，再用物理或化學(xué)方法激活受體細胞，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程。(3)涉及的生物技術(shù)：動物細胞培養(yǎng)技術(shù)、動物細胞融合技術(shù)、核移植技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。其中，核移植是核心技術(shù)。5應(yīng)用前景加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁殖。保護瀕危物種生產(chǎn)醫(yī)用蛋白作為異種移植的供體用于組織器官的移植6存在問題(1)研究方面克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術(shù)效率低，克隆動物畸形率高，死亡率高，易出現(xiàn)早衰等問題。(2)應(yīng)用方面生產(chǎn)克隆動物費用昂貴，距大規(guī)模應(yīng)用還有一段距離。知識貼士克隆是從英語clone音譯

10、而來。分為廣義和狹義，廣義的克隆是指所有的無性繁殖，在生物學(xué)領(lǐng)域中，有分子、細胞、個體三個水平的不同含義。分子克隆，即DNA擴增。其含義是將某一特定的DNA片段通過重組DNA技術(shù)插入到一個載體(如質(zhì)?；虿《镜?中，并在宿主細胞自我復(fù)制得到的大量完全相同的該DNA片段群體。細胞克隆，是指一個單一的共同祖先細胞分裂所形成的細胞株。其中每一個細胞的基因都是相同，如低等生物的分裂生殖，動、植物的細胞培養(yǎng)等。個體克隆，在個體水平上，克隆是指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的群體，如胚胎分割移植，同卵雙胞胎也屬于克隆。狹義的克隆是指動物通過的核移植由重組細胞發(fā)育成新個體的過程。如“多利”羊的培育。典例

11、 世界上第一只克隆羊“多利”的培育程序如下圖所示，請據(jù)圖回答下列問題。(1)寫出圖中a、b所指的細胞工程名稱：a_；b_。(2)實施細胞工程a時，所需的受體細胞大多采用動物卵細胞的原因是：_。(3)“多利”面部的毛色是_。請根據(jù)遺傳學(xué)原理說明判斷根據(jù)：_。(4)繼植物組織培養(yǎng)之后，克隆綿羊的培育成功，證明動物細胞也具有_。(5)請舉一例，說明克隆羊培育成功的實際意義_。細胞核移植 胚胎移植 卵細胞體積大，易操作，通過發(fā)育可直接表現(xiàn)出性狀來 白色 “多利”的細胞核基因全部來自白面綿羊 全能性 保存瀕危物種、繁育優(yōu)良品 種、醫(yī)學(xué)上克隆某生理器官等等 解析該題將動物細胞工程與遺傳學(xué)原理相結(jié)合，使題目

12、的綜合性、靈活性加強。解答此題需要從動物細胞工程、遺傳基因的來源與表達過程去分析和尋求答案。克隆羊多利培養(yǎng)過程中用到的細胞工程技術(shù)是細胞核移植和胚胎移植。多利羊的性狀主要是由細胞核控制，即性狀和白面綿羊相似。變式訓(xùn)練2一只羊的卵細胞核被另一只羊的體細胞核置換后，這個卵細胞經(jīng)過多次分裂，再植入第三只羊的子宮內(nèi)發(fā)育，結(jié)果產(chǎn)下一只羊羔。這種克隆技術(shù)具有多種用途，但是不能()A有選擇的繁殖某一性別的家畜B繁殖家畜中的優(yōu)良個體C用于保存物種 D改變動物的基因型解析解題時首先準(zhǔn)確判斷出這只小羊羔實際上是通過無性生殖方式產(chǎn)生的。而無性生殖的主要特點就是子代保持母本的優(yōu)良性狀，很少發(fā)生變異，改變基因型。D1動

13、物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的比較項目動物細胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)原理細胞的增殖植物細胞的全能性培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基，成分主要是葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清固體培養(yǎng)基，成分主要是礦質(zhì)元素、蔗糖、維生素、植物激素、有機添加劑結(jié)果大量產(chǎn)生細胞或細胞產(chǎn)品獲得新個體或細胞產(chǎn)品應(yīng)用獲得細胞或細胞產(chǎn)物快速繁殖；培育無病毒植株；獲得細胞產(chǎn)品；制造人工種子；轉(zhuǎn)基因作物的培育等(1)與植物組織培養(yǎng)基比較，動物細胞培養(yǎng)液的獨特之處在于：液體培養(yǎng)基；其成分中有動物血清。(2)為了保證細胞培養(yǎng)時滿足其營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子的供給，培養(yǎng)基中需添加一定量的血清，因為血清中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖、激素等及一些未知的營養(yǎng)物質(zhì)

14、。2動物細胞培養(yǎng)與動物體細胞核移植比較項目動物細胞培養(yǎng)動物體細胞核移植原理細胞增殖動物細胞核的全能性目的得到許多細胞或細胞產(chǎn)物獲得某種器官或優(yōu)良個體等項目動物細胞培養(yǎng)動物體細胞核移植應(yīng)用生產(chǎn)疫苗、干擾素、單克隆抗體等，還可用于檢測有毒物質(zhì)，以及臨床醫(yī)學(xué)加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育；保護瀕危物種，增加存活數(shù)量；轉(zhuǎn)基因克隆動物作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白；作為異種移植的供體；用于組織器官的移植等典例 科學(xué)家通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得了含有人生長激素基因的奶牛，如果要加速轉(zhuǎn)基因奶牛的繁殖速度，可以對此轉(zhuǎn)基因奶牛進行克隆(如下圖所示)。(1)在進行細胞培養(yǎng)之前，要對取自轉(zhuǎn)基因奶牛的組織進行分離

15、，形成單個細胞，這一過程中需要利用_酶處理，不能用纖維素酶與果膠酶的原因是_。(2)轉(zhuǎn)基因奶牛的克隆成功，說明動物細胞的_具有全能性。(3)將進行細胞培養(yǎng)的供體細胞核注入去核的卵母細胞中，去掉卵母細胞核的目的是_。(4)重組細胞在培養(yǎng)液中培養(yǎng)成的重組胚胎移入受體母牛體內(nèi)會生出與供體奶牛遺傳性狀相同的犢牛，但也有可能出現(xiàn)性狀上的某些差異，原因可能是_ _ 。(5)體細胞核移植技術(shù)得到的克隆牛從生殖方式上看屬于_(選填“有性生殖”或“無性生殖”)。胰蛋白 酶具有專一性 細胞核 使?fàn)倥５男誀钪饕晒w細胞核決定 生物的性狀受細胞核遺傳物質(zhì)和細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)共同控制；生物的性狀還 受環(huán)境因素的影響 無性

16、生殖 解析(1)對動物組織進行分離，用胰蛋白酶處理，才能形成單個細胞。因為酶具有專一性，所以不能用纖維素酶和果膠酶將動物細胞分散開。(2)克隆動物的成功證明了動物細胞的細胞核具有全能性。(3)去掉卵母細胞核后，重組細胞的遺傳物質(zhì)主要來自供體細胞核，其性狀主要由供體細胞核決定。(4)重組細胞發(fā)育而來的犢牛與供體奶牛不完全相同，因為重組細胞的遺傳物質(zhì)主要來自供體細胞核，少量來自卵母細胞的細胞質(zhì)，性狀還受環(huán)境的影響。(5)體細胞核移植沒有經(jīng)過兩性生殖細胞的結(jié)合，所以從生殖方式上看屬于無性生殖。案例 如圖是某克隆羊的培育過程模式圖，則與獲得該克隆羊接近的生殖方式和其發(fā)育成熟時所分泌的主要性激素分別是(

17、)A無性生殖；雄性激素B無性生殖；雌性激素C有性生殖；雄性激素D有性生殖；雌性激素解析克隆羊的產(chǎn)生屬于無性生殖；由于此過程是雄性羊供核，故得到的克隆羊為雄性，所分泌的性激素是雄性激素。A判斷有性生殖與無性生殖的兩種方法(1)從概念上判斷。有性生殖是指經(jīng)兩性生殖細胞結(jié)合而成的合子或有性配子直接發(fā)育成個體的生殖方式。無性生殖是指不經(jīng)過生殖細胞的結(jié)合由親本直接產(chǎn)生子代的生殖方式。(2)從培養(yǎng)細胞的種類上判斷。組織培養(yǎng)中培養(yǎng)的不是體細胞而是有性配子或合子時，才屬于有性生殖。植物體細胞雜交和動物細胞核移植都屬于無性生殖。探規(guī)尋律教材P044旁欄思考題1進行動物細胞傳代培養(yǎng)時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間

18、的物質(zhì)主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？提示：用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當(dāng)pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環(huán)境pH為7.28.4。多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.27.4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養(yǎng)時的消化。教材P044尋根問底胰蛋白酶真的不會把細胞消化掉嗎？為什么？提示：胰蛋白酶除了可以消化細胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細胞膜蛋白，對細胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。教材P046旁欄思考題2為什么對動物細胞進行培養(yǎng)時通常要添加血清？提示：

19、血清中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質(zhì)主要為白蛋白和球蛋白。氨基酸有多種，是細胞合成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有些氨基酸動物細胞本身不能合成(稱為必需氨基酸)，必須由培養(yǎng)液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子(如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、類胰島素生長因子等)；血清還含有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質(zhì)，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養(yǎng)時，要保證細胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%20%的血清。教材P046討論1多細胞動物和人體的細胞都生活在內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)你所學(xué)的內(nèi)環(huán)境的知識，思考并討論以下問題：1 體外培養(yǎng)細胞時需要提供哪些物質(zhì)？

20、提示：充足的營養(yǎng)供給、適宜的溫度、適宜的pH和氣體環(huán)境。2體外培養(yǎng)的細胞需要什么樣的環(huán)境條件？提示：無菌、無毒的環(huán)境。教材P049討論21在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？提示：為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的細胞核去掉。2用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細胞，想一想，這是為什么？提示：培養(yǎng)的動物細胞一般傳至1050代左右時，部分細胞核型可能會發(fā)生變化，其細胞遺傳物質(zhì)可能會發(fā)生突變，而10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核

21、移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎(chǔ)，通常采用傳代10代以內(nèi)的細胞。3你認為用上述體細胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復(fù)制嗎？為什么？提示：克隆動物絕大部分DNA是來自供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復(fù)制。此外，即便動物的遺傳基礎(chǔ)完全相同，但動物的一些行為、習(xí)性的形成與所處環(huán)境有很大關(guān)系，核供體動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其形成的行為、習(xí)性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是供體動物100%的復(fù)制。異想天開有了體細胞核移

22、植技術(shù)生產(chǎn)的器官，我們就可以像汽車壞了換零件一樣，換掉生病的器官，這樣一來，人類是否就可以長生不老了？提示：不可以，盡管體細胞核移植技術(shù)已經(jīng)在許多種動物中獲得成功，但其成功率仍然非常低，產(chǎn)下的活克隆動物占移植克隆胚胎的比率平均不到10%?？寺〖夹g(shù)的各個環(huán)節(jié)也有待進一步改進。此外，絕大多數(shù)克隆動物還存在健康問題，許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷。總之，體細胞核移植技術(shù)的研究仍在繼續(xù)深入，人類對克隆技術(shù)的應(yīng)用還有許多問題需要解決。期待在不遠的將來，克隆技術(shù)能更好地造福于人類。思考與探究1幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養(yǎng)？思考一下，這是什么道理？

23、提示：細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關(guān)系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養(yǎng)。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以越容易培養(yǎng)。2動物細胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？為什么？提示：脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只毎匦缘倪^程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發(fā)育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發(fā)育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物組織培養(yǎng)主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞培養(yǎng)有多種用途，一般而言，動物細胞培養(yǎng)不需要經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養(yǎng)時的脫分化過程。要想使培養(yǎng)的動物細胞定向分化，通常