2024-2025學(xué)年高中生物專題22.2.1動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)教案新人教版選修3

PAGE11-2.2動物細(xì)胞工程2.2.1動物細(xì)胞培育和核移植技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.簡述動物的細(xì)胞培育及條件。(重點(diǎn))2.舉例論證動物細(xì)胞培育技術(shù)的應(yīng)用及意義。3.簡述動物核移植的過程及意義。(重、難點(diǎn))一、動物細(xì)胞工程1．常用的技術(shù)手段：動物細(xì)胞培育、動物細(xì)胞核移植、動物細(xì)胞融合、生產(chǎn)單克隆抗體等。2．基礎(chǔ)：動物細(xì)胞培育技術(shù)。二、動物細(xì)胞培育1．概念：從動物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后，放在相宜的培育基中，讓這些細(xì)胞生長和增殖。2．過程3．相關(guān)概念(1)細(xì)胞貼壁：細(xì)胞懸液中分散的細(xì)胞貼附在瓶壁上。(2)細(xì)胞的接觸抑制：當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞停止分裂增殖的現(xiàn)象。(3)原代培育：指動物組織消化后的初次培育。(4)傳代培育：貼滿瓶壁的細(xì)胞，出現(xiàn)接觸抑制后，須要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶接著培育，讓細(xì)胞接著增殖的培育過程。4．培育條件5．應(yīng)用連線表示動物細(xì)胞培育的應(yīng)用及實(shí)例①生產(chǎn)生物制品 a．篩選抗癌藥物②用于基因工程 B．干擾素、單克隆抗體③檢測有毒物質(zhì) c．培育受體細(xì)胞④用于生理、病理、藥理等探討 D．推斷物質(zhì)毒性提示：①—b②—c③—d④—a三、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物1．概念(1)供體：動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核。(2)受體：去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞。(3)結(jié)果：形成重組胚胎，最終發(fā)育成動物個體。2．種類：胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植。3．體細(xì)胞核移植的過程4．體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景(1)畜牧生產(chǎn)中：加速家畜遺傳改良進(jìn)程，促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育。(2)愛護(hù)瀕危物種方面：增加動物的存活數(shù)量。(3)醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域：轉(zhuǎn)基因克隆動物作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)醫(yī)用蛋白。(4)治療人類疾?。恨D(zhuǎn)基因克隆動物細(xì)胞、組織和器官作為異種移植的供體等。5．存在問題(1)體細(xì)胞核移植技術(shù)的勝利率特別低。(2)克隆動物存在健康問題，表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。(3)克隆動物食品的平安性問題存在爭議。1．推斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)制備肝細(xì)胞懸液時(shí)先用剪刀剪碎肝組織，再用胃蛋白酶處理。 ()(2)培育保留接觸抑制的細(xì)胞在培育瓶壁上可形成多層細(xì)胞。 ()(3)經(jīng)細(xì)胞核移植培育出的新個體只有一個親本的遺傳性狀。 ()(4)體細(xì)胞核移植過程中采納MⅡ中期卵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞。 ()(5)動物細(xì)胞培育技術(shù)的原理是動物細(xì)胞的全能性。 ()提示：(1)×應(yīng)當(dāng)用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理。(2)×由于接觸抑制所以培育瓶壁上形成的應(yīng)當(dāng)是單層細(xì)胞。(3)×經(jīng)細(xì)胞核移植培育出的新個體應(yīng)當(dāng)含有兩個親本的遺傳性狀。(4)√(5)×動物細(xì)胞培育技術(shù)的原理是細(xì)胞增殖。2．下列關(guān)于動物細(xì)胞培育的敘述，不正確的是()A．傳代培育時(shí)須要用胰蛋白酶處理貼壁生長的細(xì)胞B．細(xì)胞的癌變發(fā)生于原代培育向傳代培育的過渡過程中C．癌細(xì)胞在培育瓶中不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D．動物細(xì)胞培育一般須要運(yùn)用CO2培育箱B[由原代培育換瓶進(jìn)行傳代培育時(shí)，須要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理貼壁生長的細(xì)胞，A項(xiàng)正確；細(xì)胞的癌變一般發(fā)生于50代后的細(xì)胞培育過程中，B項(xiàng)錯誤；癌細(xì)胞膜上糖蛋白削減，細(xì)胞黏著性降低，失去了接觸抑制，簡單分散和轉(zhuǎn)移，C項(xiàng)正確；動物細(xì)胞培育的場所是CO2培育箱，培育箱內(nèi)含有95%的空氣和5%的CO2的混合氣體，為動物細(xì)胞供應(yīng)相宜的氣體環(huán)境，D項(xiàng)正確。]3．從母羊甲的體細(xì)胞中取出細(xì)胞核，移植入母羊乙的去核卵母細(xì)胞中，融合后的細(xì)胞經(jīng)卵裂形成早期胚胎，再植入另一只母羊丙的子宮內(nèi)。下列有關(guān)說法正確的是()A．生出小羊的性狀與甲羊完全相同B．一般來說生出小羊的核基因型與甲羊完全相同C．生出小羊的遺傳物質(zhì)由甲、乙雙親共同確定，所以該過程為有性生殖D．生出小羊的性狀由甲、乙、丙3個親本的基因型與環(huán)境共同確定B[核移植獲得克隆動物的生殖方式是無性生殖，遺傳物質(zhì)中甲羊和乙羊的都有，因此認(rèn)為生出的小羊性狀完全同甲羊是不正確的，應(yīng)是主要性狀與甲羊相同，核基因型一般與甲羊完全相同，因此B項(xiàng)正確。]動物細(xì)胞培育[思索溝通]1．為什么切取動物組織塊進(jìn)行細(xì)胞培育時(shí)，常選擇胚胎或幼齡動物的器官或組織？提示：因?yàn)檫@些細(xì)胞增殖實(shí)力強(qiáng)，分化程度低，更簡單培育。2．在進(jìn)行動物細(xì)胞培育過程中，為什么需用胰蛋白酶處理動物組織？提示：因組織中細(xì)胞間基質(zhì)的成分為蛋白質(zhì)，利用胰蛋白酶可以分解細(xì)胞間的蛋白質(zhì)。3．探究動物細(xì)胞培育時(shí)，為什么要在培育基中加入血清、血漿等自然成分？提示：因血清和血漿中含有多種維持細(xì)胞正常代謝和生長的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、未知的促生長因子等。因此細(xì)胞培育時(shí)，為保證細(xì)胞能順當(dāng)生長和繁殖，一般需添加血清、血漿等自然成分。4．動物細(xì)胞培育須要限制的氣體環(huán)境是怎么樣的？各自起什么作用？提示：95%的空氣和5%的CO2混合氣體；O2維持細(xì)胞代謝，CO2維持培育液的pH。[歸納總結(jié)]1．動物細(xì)胞培育的操作流程(1)原理：細(xì)胞增殖。(2)選材：一般取自幼齡動物的器官或組織，因?yàn)檫@些組織或器官的生命力旺盛，分裂實(shí)力強(qiáng)。(3)酶處理。①用酶“兩次”處理的目的：第一次運(yùn)用的目的是使組織細(xì)胞分散開；其次次運(yùn)用的目的是使細(xì)胞從瓶壁上脫離下來，便于分散后接著培育。②使細(xì)胞分散開的緣由：一是能保證細(xì)胞所須要的養(yǎng)分供應(yīng)；二是能保證細(xì)胞內(nèi)有害代謝產(chǎn)物的剛好排出。③不能用胃蛋白酶處理：由于大多數(shù)動物細(xì)胞培育的相宜pH為7.2～7.4，而胃蛋白酶發(fā)揮作用的最適pH為2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使細(xì)胞分散開。2．相關(guān)概念的辨析(1)細(xì)胞貼壁和接觸抑制。①細(xì)胞貼壁：將細(xì)胞懸液放入培育瓶內(nèi)，置于相宜環(huán)境中培育，懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。②接觸抑制：當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。(2)原代培育和傳代培育：區(qū)分兩種“培育”的關(guān)鍵是看用胰蛋白酶處理的對象。①第一次：用胰蛋白酶對剪碎的動物組織進(jìn)行處理，使其分散成單個細(xì)胞后進(jìn)行培育，為原代培育。②其次次：細(xì)胞培育過程中出現(xiàn)接觸抑制，用胰蛋白酶使其從瓶壁上脫離下來，然后，將其分散到多個培育瓶中接著培育，為傳代培育。3．培育條件的分析(1)添加血清、血漿的作用：血清和血漿中含有多種維持細(xì)胞正常代謝和生長的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、未知的促生長因子等。細(xì)胞培育時(shí)，一般需添加10%～20%的血清或血漿。(2)氣體環(huán)境：CO2調(diào)整培育液pH，O2維持細(xì)胞有氧呼吸。特殊提示：1培育動物細(xì)胞時(shí)沒有脫分化的過程，因?yàn)楦叨确只膭游锛?xì)胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的實(shí)力。2不是全部的細(xì)胞增殖過程中都存在接觸抑制。例如，癌細(xì)胞增殖時(shí)不存在接觸抑制，所以在培育瓶中可以形成多層細(xì)胞。1．一般來說，動物細(xì)胞體外培育須要滿意以下條件()①無毒的環(huán)境②無菌的環(huán)境③合成培育基需加血漿④溫度與動物體溫相近⑤須要O2，不須要CO2⑥CO2調(diào)整培育液pHA．①②③④⑤⑥ B．①②③④C．①③④⑤⑥ D．①②③④⑥D(zhuǎn)[動物細(xì)胞體外培育要求環(huán)境無菌、無毒，培育液中添加肯定量的抗生素，合成培育基中需加血清、血漿等一些自然成分，相宜的溫度、pH分別為36.5±0.5℃、7.2～7.4。O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2可維持培育液的pH。]2．如圖是某動物細(xì)胞培育時(shí)，培育液中活細(xì)胞和死亡細(xì)胞密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果。相關(guān)敘述錯誤的是()A．試驗(yàn)中要限制胰蛋白酶溶液濃度和處理時(shí)間，以免損傷細(xì)胞B．培育液中應(yīng)適當(dāng)加入青霉素、鏈霉素，以避開雜菌污染C．曲線bc段產(chǎn)生的主要緣由是培育液中養(yǎng)分物質(zhì)不足及有害代謝產(chǎn)物積累等D．培育第6天時(shí)，新產(chǎn)生的細(xì)胞數(shù)等于死亡細(xì)胞數(shù)D[試驗(yàn)中要限制胰蛋白酶溶液濃度和處理時(shí)間，以免損傷細(xì)胞，A正確；培育液中應(yīng)適當(dāng)加入青霉素、鏈霉素，以避開雜菌污染，B正確；曲線bc段表示活細(xì)胞密度削減而死細(xì)胞密度增加，產(chǎn)生的主要緣由是培育液中養(yǎng)分物質(zhì)不足及有害代謝產(chǎn)物積累等，C正確；培育第6天時(shí)，活細(xì)胞數(shù)等于死亡細(xì)胞數(shù)，D錯誤。]動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物背景材料哺乳動物體細(xì)胞核移植簡易流程圖如下：[思索溝通]1．核移植技術(shù)的原理是什么？提示：動物細(xì)胞核的全能性。2．哺乳動物核移植有哪兩種？有何區(qū)分？提示：胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植。由于胚胎細(xì)胞分化程度低，復(fù)原全能性相對簡單，而動物體細(xì)胞分化程度高，復(fù)原全能性特別困難。3．供體細(xì)胞一般選用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，為什么？提示：因?yàn)?0代以內(nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細(xì)胞正常的遺傳基礎(chǔ)。4．為什么核移植技術(shù)獲得的動物與供核動物性狀不完全相同？提示：(1)克隆動物絕大部分DNA來自供體細(xì)胞核，但其核外線粒體中的DNA來自受體卵母細(xì)胞。(2)性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果。供核動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其性狀也不行能和供核動物完全相同。(3)在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生供核動物沒有的性狀。5．結(jié)合動物細(xì)胞核移植的過程，分析為什么體細(xì)胞核移植較胚胎細(xì)胞核移植更困難。提示：由于動物胚胎細(xì)胞分化程度低，復(fù)原其全能性相對簡單；而動物體細(xì)胞分化程度高，復(fù)原其全能性特別困難。因此動物體細(xì)胞核移植的難度就明顯高于胚胎細(xì)胞核移植的。[歸納總結(jié)]1．概念動物核移植是將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核，移入一個已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中，使其重組并發(fā)育成一個新的胚胎，這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體。用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物。2．動物核移植的原理動物細(xì)胞細(xì)胞核的全能性。特殊提示：動物細(xì)胞的全能性隨著動物細(xì)胞分化程度的提高而漸漸受到限制，分化潛能漸漸變?nèi)?，但動物?xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)仍含有該種動物的全套遺傳信息，具有發(fā)育成完整個體的潛能，即動物細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性。3．哺乳動物細(xì)胞核移植的種類胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植。特殊提示：由于動物胚胎細(xì)胞分化程度低，復(fù)原其全能性相對簡單，而動物體細(xì)胞分化程度高，復(fù)原其全能性特別困難，因此，動物體細(xì)胞核移植的難度明顯高于胚胎細(xì)胞核移植。4．體細(xì)胞核移植的過程(1)為了確保核移植形成的克隆動物的核遺傳物質(zhì)全部來自具有優(yōu)良性狀的動物供應(yīng)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，必需將受體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)去掉或破壞掉。(2)細(xì)胞融合的原理是細(xì)胞膜具有肯定的流淌性，而克隆動物的形成則利用了動物細(xì)胞細(xì)胞核的全能性。(3)培育克隆動物所用的受體細(xì)胞是去核的卵母細(xì)胞(處于減數(shù)其次次分裂中期)。這是因?yàn)槁涯讣?xì)胞中含有促使細(xì)胞核表達(dá)全能性的物質(zhì)和養(yǎng)分條件，且體積大，易于操作。(4)培育克隆動物的過程所利用的生物技術(shù)有細(xì)胞核移植、動物細(xì)胞培育、胚胎移植等。特殊提示：1受體細(xì)胞為處于減數(shù)其次次分裂中期的次級卵母細(xì)胞，此時(shí)在透亮帶內(nèi)包含著第一極體，在去核的同時(shí)連同第一極體一并去掉。2該技術(shù)形成重組細(xì)胞發(fā)育成一個新個體，體現(xiàn)了動物細(xì)胞核的全能性而非動物細(xì)胞的全能性。3克隆屬于無性繁殖，產(chǎn)生新個體的性別、絕大多數(shù)性狀與供核親本一樣。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，假如要加速轉(zhuǎn)基因奶牛的繁殖速度，可以對此轉(zhuǎn)基因奶牛進(jìn)行克隆(如圖所示)。(1)在進(jìn)行細(xì)胞培育之前，要對取自轉(zhuǎn)基因奶牛的組織進(jìn)行分別，形成單個細(xì)胞，這一過程中須要利用________酶處理。不能用纖維素酶與果膠酶的緣由是______________。(2)轉(zhuǎn)基因奶牛的克隆勝利，說明動物的________具有全能性。(3)將進(jìn)行細(xì)胞培育的供體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞中，去掉卵母細(xì)胞細(xì)胞核的目的是___________________________________(4)將重組細(xì)胞在培育液中培育成的重組胚胎移入受體母牛體內(nèi)，就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，緣由可能是__________________________________________________________________________________。(5)利用體細(xì)胞核移植技術(shù)得到的克隆牛從生殖方式上看屬于________(填“有性生殖”或“無性生殖”)。[解析](1)對動物組織進(jìn)行分別，用胰蛋白酶處理，才能形成單個細(xì)胞。因?yàn)槊妇哂袑Ｒ恍裕灾参锛?xì)胞工程中的纖維素酶和果膠酶不能將動物細(xì)胞分開。(2)克隆動物的勝利證明白動物細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。(3)去掉卵母細(xì)胞的細(xì)胞核后，重組細(xì)胞的遺傳物質(zhì)主要來自供體細(xì)胞的細(xì)胞核，其性狀主要由供體細(xì)胞的細(xì)胞核物質(zhì)確定。(4)由重組細(xì)胞發(fā)育而來的犢牛與供體牛的性狀不完全相同，因?yàn)橹亟M細(xì)胞的遺傳物質(zhì)主要來自供體細(xì)胞核，少量來自卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，性狀還受到環(huán)境的影響。(5)體細(xì)胞核移植沒有經(jīng)過兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合，所以從生殖方式上來看屬于無性生殖。[答案](1)胰蛋白酶具有專一性(2)細(xì)胞核(3)使?fàn)倥５男誀钪饕晒w細(xì)胞核物質(zhì)確定(4)①生物的性狀受到細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)的共同限制；②生物的性狀還受環(huán)境因素的影響(5)無性生殖[課堂小結(jié)]知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納1.動物細(xì)胞工程的常用技術(shù)有動物細(xì)胞培育、動物細(xì)胞核移植、動物細(xì)胞融合、生產(chǎn)單克隆抗體等，其中動物細(xì)胞培育是基礎(chǔ)。2．原代培育和傳代培育均需用胰蛋白酶對細(xì)胞進(jìn)行分散處理。3．動物細(xì)胞要分散成單個細(xì)胞培育，培育液中通常要添加血清。4．動物體細(xì)胞核移植的難度高于胚胎細(xì)胞核移植的，因?yàn)閯游矬w細(xì)胞分化程度高，復(fù)原其全能性特別困難。5．動物細(xì)胞培育中的兩個顯著特點(diǎn)是貼壁生長、接觸抑制。1．下列關(guān)于動物細(xì)胞培育的敘述中，正確的是()A．動物細(xì)胞培育的目的就是獲得分泌蛋白B．動物細(xì)胞培育前要用胰蛋白酶處理使細(xì)胞分散開C．動物細(xì)胞培育通常不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D．可以通過細(xì)胞培育技術(shù)獲得完整的動物個體B[動物細(xì)胞培育的目的主要是利用有絲分裂的原理，獲得大量具有相同遺傳特性的細(xì)胞；通常培育前要將動物組織用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理，使其分散開；分散的細(xì)胞在培育瓶中很快就貼附在瓶壁上生長，當(dāng)生長到細(xì)胞間表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會停止分裂增殖，即出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象；通過細(xì)胞培育技術(shù)只能獲得大量的細(xì)胞或細(xì)胞產(chǎn)物，而不能獲得完整的動物個體。]2．某探討小組為測定藥物對體外培育細(xì)胞的毒性，打算對某種動物的肝腫瘤細(xì)胞(甲)和正常肝細(xì)胞(乙)進(jìn)行動物細(xì)胞培育。下列有關(guān)說法正確的是()A．在利用兩種肝組織塊制備肝細(xì)胞懸液時(shí)，可用胃蛋白酶處理B．細(xì)胞培育應(yīng)在CO2培育箱中進(jìn)行，CO2的作用是作為細(xì)胞代謝原料C．取甲細(xì)胞進(jìn)行培育，傳至10～50代就會完全停止D．乙細(xì)胞在原代培育過程中，最終會出現(xiàn)停止增殖的現(xiàn)象D[胃蛋白酶的最適pH大約為2，而細(xì)胞培育時(shí)pH一般為7.2～7.4，所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶處理細(xì)胞；培育液中CO2的作用是維持培育液的pH；肝腫瘤細(xì)胞可以無限增殖；正常肝細(xì)胞在原代培育過程中會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象，停止增殖。]3．下列不屬于動物細(xì)胞工程應(yīng)用的是()A．大規(guī)模生產(chǎn)干擾素，用于反抗病毒引起的感染B．為大面積燒傷的病人供應(yīng)移植的皮膚細(xì)胞C．大規(guī)模生產(chǎn)食品添加劑、香料等D．利用核移植技術(shù)，加快優(yōu)良種畜的繁殖C[生產(chǎn)食品添加劑、香料等多存在于植物細(xì)胞中，一般采納植物細(xì)胞工程的方法，而不能用動物細(xì)胞工程生產(chǎn)。]4．下列關(guān)于動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物的敘述，正確的是()A．目前科學(xué)家可以用類似植物組織培育的方法獲得完整的動物個體B．動物體細(xì)胞核移植技術(shù)可有選擇地繁殖某一性別的家畜C．用于核移植的供體細(xì)胞一般都選用傳代50代以內(nèi)的細(xì)胞D．用體細(xì)胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物是對體細(xì)胞供體動物進(jìn)行100%的復(fù)制B[動物體細(xì)胞的全能性受到限制，不能經(jīng)過培育獲得動物個體；用于核移植的供體細(xì)胞一般是10代以內(nèi)的細(xì)胞；克隆動物細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)來自供體細(xì)胞，