学年高中生物第二章细胞工程第8课时动物细胞培养和细胞核移植技术学案苏教版选修3.docx
《学年高中生物第二章细胞工程第8课时动物细胞培养和细胞核移植技术学案苏教版选修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中生物第二章细胞工程第8课时动物细胞培养和细胞核移植技术学案苏教版选修3.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
学年高中生物第二章细胞工程第8课时动物细胞培养和细胞核移植技术学案苏教版选修3
第8课时动物细胞培养和细胞核移植技术
[学习目标] 1.了解动物细胞与组织培养的原理、意义及应用。
2.理解动物细胞与组织培养的方法、过程。
3.了解动物体细胞核移植技术的原理和意义。
4.掌握细胞核移植与动物体细胞克隆的过程和意义。
5.了解克隆技术引发的社会伦理问题。
一、动物细胞与组织培养
下图是动物细胞与组织培养过程示意图，阅读教材，完善材料，思考下面的问题：
1．什么是动物细胞与组织培养？
答案 是指在体外模拟动物体内环境，将动物细胞或组织在温度适宜、营养充足、无菌等条件下培养，使其继续生长、增殖并维持原有结构和功能的技术。
2．动物细胞与组织培养时，通常选用什么样的组织块？
为什么？
答案 大多取自动物胚胎或出生后不久的幼龄动物的器官或组织。
因为幼龄细胞与组织比老龄细胞与组织更容易培养。
3．动物细胞与组织培养的原理是什么？
答案 细胞增殖。
4．动物细胞培养与动物组织培养的主要区别是什么？
答案 动物细胞培养过程中需要用胰蛋白酶等使组织块中的细胞分散开，而动物组织培养过程中不需要使细胞分散开。
5．总结动物细胞培养的环境条件。
答案
（1）与哺乳动物相近的适宜温度为36.5℃左右。
（2）最适pH范围为7.2～7.4。
（3）气体：
O2含量直接影响细胞代谢活动，CO2含量则影响培养环境的pH。
（4）多种营养物质：
葡萄糖、氨基酸、无机盐、微量元素和促生长因子等。
（5）无菌环境：
适量增加抗生素，以避免污染。
6．根据营养物质的来源不同，一般可将培养基分为天然培养基和合成培养基。
在动物细胞培养与组织培养中，一般选用合成培养基，并加入一定量的动物血清。
7．如何区分原代培养和传代培养？
答案
（1）原代培养是指从供体获取细胞与组织后的初次培养。
（2）将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养，称为传代培养。
8．动物细胞与组织培养是否与植物组织培养一样，最终可获得新的完整个体？
答案 动物细胞与组织培养的目的是让这些细胞生长和增殖，没有体现细胞的全能性，而植物组织培养一般会获得完整植株，体现了植物细胞的全能性。
二、动物细胞核移植和体细胞克隆
首例体细胞核移植克隆羊“多莉”的诞生，翻开了动物克隆史上崭新的一页。
克隆羊“多莉”的产生过程如下图所示。
结合教材，完善图示过程，并思考下面的问题：
1．为什么要移植动物的细胞核？
答案 已分化的动物细胞整体的全能性受到限制，只是细胞核具有全能性，因为动物细胞的细胞核内含有本物种生物生长发育所需要的全部遗传物质。
2．卵细胞去核的原因是什么？
答案 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。
3．克隆动物与供体动物完全相同吗？
克隆过程能否改变动物的性别？
为什么？
答案 不完全相同，原因是：
（1）克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。
（2）生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境的影响。
克隆动物的性别受细胞核的控制，所以与供体动物的性别相同，不能改变性别。
4．核移植技术的原理是什么？
答案 动物细胞核的全能性。
5．总结克隆的含义。
答案 克隆不仅仅是指无性繁殖，还包括遗传上完全相同的分子、细胞或来自同一祖先的生物个体的无性繁殖群体。
6．总结克隆技术在医疗卫生领域具有哪些应用前景。
答案
（1）作为生物反应器，生产医用蛋白。
（2）在治疗人类疾病时，转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为异种移植的供体用于组织器官的移植。
（3）可使人类更深入地了解胚胎发育及人体衰老的过程。
（4）用克隆动物做疾病模型，能使人们更好地追踪和研究疾病的发展过程，以便更有效地治疗疾病。
7．总结体细胞克隆技术在畜牧生产中的应用。
答案
（1）加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育。
（2）在保护濒危物种方面，有望利用体细胞克隆技术增加这些动物的存活数量。
8．研究克隆技术有何意义？
答案 克隆技术在克服动物种间杂交繁殖障碍，创造新物种等方面具有重要的科学意义和潜在的经济价值。
三、克隆动物（人）的安全性和伦理问题
社会上对克隆动物的安全性问题上引发了一些争议，阅读课本，思考下面问题：
（1）过程一、过程二分别为哪种克隆过程。
二者有何区别？
答案 过程一为生殖性克隆过程，过程二为治疗性克隆过程。
二者主要区别是：
获得的早期胚胎在治疗性克隆中用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定的组织或细胞；在生殖性克隆中获得的胚胎则通过胚胎移植送入母体的子宫内，由母体孕育出婴儿。
（2）分析克隆技术引发的争论，填空下表：
观点
理由
不赞成
①克隆人严重违反了人类伦理道德
②克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念
③克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人
④克隆技术尚不成熟
赞成
①技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法得到解决
②克隆人是一项科学研究，既然是科学就应允许研究克隆人
中国政府的态度
①禁止生殖性克隆人，原则是：
不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验；②不反对治疗性克隆
一、植物组织培养与动物细胞培养的比较
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
原理
细胞的全能性
细胞增殖
培养基性质
固体培养基
液体培养基
培养基特有成分
蔗糖、植物激素
葡萄糖、动物血清
培养结果
植物体
细胞株、细胞系
培养目的
快速繁殖、培育无病毒植株
获得细胞或细胞分泌蛋白
二、动物细胞核移植技术和体细胞克隆
美国威斯康星州的一个奶牛场有一头奶牛，年产奶量达30.8t，我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4t。
某人用该高产奶牛的耳朵细胞，采用核移植技术获得高产奶牛（如图）。
据图回答下列问题：
（1）③过程中选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）④过程所利用的技术是__________________，其原理是__________。
（3）该实验的成功说明已分化的耳朵细胞的细胞核中含有与________________一样的全套基因，这种繁殖方式属于________________。
（4）若研究发现该高产奶牛线粒体发达，故它的产奶量高，则小牛d成年后具有这一优良性状吗？
__________。
你的依据是_______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）卵母细胞体积大，易操作，营养物质丰富，且细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质
（2）动物细胞培养 细胞增殖 （3）受精卵 无性繁殖 （4）不具有 线粒体中的基因一般通过细胞质传递给后代，而小牛d的细胞质主要来自于普通奶牛a
解析
（1）在核移植中常用去核卵母细胞作为受体细胞，是因为卵母细胞内含有丰富的营养物质，体积比较大，容易操作。
（2）④过程属于动物细胞培养，其原理是细胞增殖。
（3）该实验的成功证明了动物细胞核具有全能性，因为细胞核中含有和受精卵一样的全套基因。
（4）线粒体位于细胞质中，主要来源于受体细胞，因此小牛d没有产奶量高的优良性状。
三、克隆动物（人）的安全性和伦理问题
供体器官的短缺和排斥是器官移植的重要问题，而治疗性克隆能最终解决这些问题。
下图是治疗性克隆的过程图解：
（1）正常情况下，去核的卵母细胞取自于女性卵巢排卵后在输卵管中的____________________期的卵母细胞。
（2）治疗性克隆所用的技术是__________________。
（3）已知患者又是红绿色盲的女性，图中提供卵母细胞的为完全正常的年轻女性。
移植器官后，该患者所生孩子中红绿色盲的情况是________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（4）我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究，请你谈谈为什么要反对克隆人（至少写出两条理由）。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）减数第二次分裂中（MⅡ中）
（2）核移植技术
（3）男孩红绿色盲，女孩不一定
（4）①严重违反了人类伦理道德；②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；③是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人；④克隆技术尚不成熟，可能克隆出有严重生理缺陷的孩子（至少写出两条，只要答案符合题意即可）
解析 从卵巢中刚排出来的次级卵母细胞，只有达到减数第二次分裂中期时的卵母细胞才可用于细胞重组；治疗性克隆采用的是核移植技术，移植器官并不改变患者的基因型，故红绿色盲女性的后代男孩为红绿色盲，女孩是否为红绿色盲则取决于父亲的基因型；我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。
1．动物细胞培养过程中一定可以出现的情况是（ ）
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B．培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D．当细胞发生类似于癌细胞的变化时，可进行传代培养
答案 D
解析 由于细胞之间相互接触而发生接触抑制现象，所以正常培养的细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞，A项错；克隆培养法中细胞进行有丝分裂，所以细胞的基因型一般不会发生改变，B项错；二倍体细胞传代培养至10～50代时多数的细胞会死亡，只有少数的细胞能够培养至50代以后成为细胞系，C项错；类似于癌细胞的突变使细胞能够无限增殖，可以进行传代培养，D项正确。
2．一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下哪些条件（ ）
①无毒的环境 ②无菌的环境 ③合成培养基需加血浆
④温度与动物的体温相近 ⑤需要O2，也需要CO2
⑥适宜的pH
A．①②③④⑤⑥B．①②③④
C．①②④⑤⑥D．①②③④⑥
答案 A
解析 动物细胞培养一般需要无菌、无毒的环境；一定的营养；一般保持与动物相近的体温和适宜的pH以及气体环境等。
3．2010年6月《中国养殖风》报道，“内蒙古白绒羊种羊场”诞生了目前国际上规模最大的一批转基因克隆绒山羊。
关于克隆，除个体水平外，还有分子、细胞、器官等水平的克隆。
下列不属于克隆技术的是（ ）
A．从出生不久的小鼠心脏取下的细胞在体外离体培养成细胞系
B．使某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达
C．农业生产上利用马铃薯的芽繁殖马铃薯
D．将单个B淋巴细胞进行无性繁殖
答案 B
解析 克隆实质上就是一种无性繁殖，题中A、D两项都是细胞水平的克隆；C项是指植物的营养生殖，也属于克隆的范畴；B项中，使某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，属于基因工程技术。
4．乙马的卵细胞核被甲马的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂发育成重组胚胎，再植入丙马的子宫内发育，结果产下一匹小马。
下列叙述正确的是（ ）
A．直接在体外对甲马的体细胞进行诱导也能培养出胚胎
B．小马的性状与甲马完全相同
C．此项技术可用于保护濒危物种
D．该过程可以很好地证明动物细胞的全能性
答案 C
解析 克隆过程中细胞质遗传物质来自一方，而细胞核中遗传物质来自另一方，所以小马的性状与甲马不完全一致；该过程只能说明动物细胞核具有全能性，而不能证明动物细胞的全能性。
5．下列有关克隆人的说法中，错误的是（ ）
A．克隆人是一种无性生殖方式
B．克隆人证明了人体体细胞核具有全能性
C．现在克隆人技术已经成熟
D．由于克隆人会引起严重的伦理问题，各国政府一致反对克隆人的研究
答案 C
解析 克隆人是将人体体细胞核移植到去核的卵母细胞中，然后将其在体外卵裂形成的胚胎移植到母体子宫中，使其发育成克隆人，这一生殖方式为无性生殖。
因此，克隆人证明了人体体细胞核具有全能性。
现有克隆技术尚不成熟。
人的生殖性克隆违反人类繁衍的自然法则，损害人类作为自然人的尊严，引起严重的道德、伦理、社会和法律问题。
基础再现
1．在动物细胞培养过程中，使用胰蛋白酶的目的是（ ）
A．使动物组织分散为单个细胞
B．去掉细胞壁，使其成为原生质体
C．去掉细胞膜，暴露出原生质体便于细胞融合
D．促进蛋白质水解为多肽
答案 A
解析 在进行动物细胞培养前，先用胰蛋白酶使组织块中的细胞相互分散开来，以增加与培养液的接触面积，便于培养。
2．下列关于克隆人的说法中，不正确的是（ ）
A．克隆人是对人类文明的亵渎和犯罪，应严禁一切对人类的克隆实验，克隆人的社会地位无法确定
B．由于人的体细胞分裂次数是有限的，克隆人有可能会面临早衰和多病问题
C．克隆技术还不成熟，社会伦理有严重冲突，应研究治疗性克隆而禁止生殖性克隆
D．克隆人实验可能会存在流产率高、胎儿畸形率高等问题
答案 A
解析 反对生殖性克隆，但并不反对治疗性克隆。
3．从母羊甲的体细胞中取出细胞核，注入到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，再植入到另一只母羊丙的子宫内，出生小羊的大多数性状（ ）
A．像甲B．像乙C．像丙D．难以预测
答案 A
解析 生物的性状遗传可以分为由细胞核内DNA控制的细胞核遗传（主要）和由细胞质基因控制的细胞质遗传。
经该过程出生的小羊的大多数性状像甲（细胞核遗传），少数性状像乙（细胞质遗传），一般不会出现像丙的性状。
4．中科院动物研究所与福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫细胞核植入去核后的兔子卵母细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，表明我国大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。
下列描述与克隆无关的是（ ）
A．“复制”B．无性繁殖
C．组织培养D．基因工程
答案 D
解析 克隆是一种无性繁殖方式。
子代与亲本相同，因而也可以认为是由亲本“复制”而来的。
该过程需采用组织培养技术，但与基因工程无关。
5．人脐带间充质干细胞在特定诱导条件下，可分化为脂肪、肝、神经等多种组织细胞。
下图表示培养人脐带间充质干细胞的大致过程，相关说法错误的是（ ）
A．人脐带间充质干细胞分化为脂肪、肝、神经细胞的过程一般是不可逆的
B．通过离心去上清液可以除去胰蛋白酶
C．在超净台上操作可满足细胞培养所需的无毒、无菌条件
D．出现接触抑制前，培养瓶中的细胞数量有可能呈“J”型增长
答案 C
解析 人脐带间充质干细胞分化成脂肪、肝、神经等多种组织细胞的过程一般是不可逆的，A正确；离心后由于细胞沉淀在底层，胰蛋白酶在上清液中，B正确；无菌、无毒的环境包括培养皿、培养液和培养用具的无菌处理、定期更换培养液等，在超净台上操作并不能保证完全无菌，C错误；出现接触抑制之前，种群的增长模型接近“J”型，D正确。
能力提升
6．下列关于哺乳动物体细胞核移植技术的叙述，不正确的是（ ）
A．该技术的难度明显高于胚胎细胞核移植
B．通常采用MⅡ中期的卵母细胞作为受体细胞
C．可通过显微操作法除去卵母细胞核
D．克隆动物是对提供体细胞的动物进行了完全复制
答案 D
解析 克隆动物细胞核中的遗传物质来自提供细胞核的动物，其细胞质中的遗传物质来自提供卵母细胞的动物，因而克隆动物的性状主要与提供细胞核的亲本相同，而不是对提供体细胞的动物的完全复制，故选项D错。
动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，因而哺乳动物体细胞核移植技术的难度明显高于胚胎细胞核移植；由于MⅡ中期的卵母细胞含有能促进细胞分裂的物质，因此通常采用MⅡ中期的卵母细胞作为核移植的受体细胞；通过显微操作法用微型吸管将卵母细胞核和第一极体一并吸出。
7．下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别的是（ ）
A．动物细胞培养所用的培养基的成分与植物的不同
B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
C．动物细胞培养过程中可发生基因重组，而植物组织培养不能
D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性
答案 A
解析 动物细胞培养所用的培养基的成分与植物的培养基不同，如培养动物细胞的培养基需加入血清、血浆等，而植物组织培养基则不需加入，故选项A正确；动植物细胞培养都需要在无菌、人工控制的条件下进行；动植物细胞培养过程中细胞的分裂都是有丝分裂，都不发生基因重组；植物组织培养最终能够形成完整的植物体，能体现植物细胞的全能性，动物细胞培养不能最终培养成完整的动物体，不能体现动物细胞的全能性。
8．动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。
如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果，从该图提供的信息不能获得的结论是（ ）
A．正常细胞与癌细胞的增殖速率相同
B．有无血清对正常细胞培养的影响不同
C．培养基中补充血清有助于正常细胞的培养
D．培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大
答案 A
解析 从图中可以看出，随着培养时间的延长，癌细胞的数量比正常细胞显著增多，因此正常细胞与癌细胞的增殖速率不同。
从图中还可以看出，有无血清对正常细胞培养影响很大，而对癌细胞影响不大，因此在培养基中补充血清对正常细胞的培养有利，而对癌细胞的培养，有无血清其结果都一样，都是快速增殖。
9．下列关于动物细胞培养的叙述中，正确的是（ ）
A．细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中
B．动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、生长素和动物血清等
C．动物细胞培养的目的是获得大量的细胞分泌蛋白
D．动物细胞培养前和培养过程中都要用胰蛋白酶处理
答案 D
解析 动物细胞培养的过程：
取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
由此看出D项正确。
10．不能作为组织培养、细胞培养或克隆的生物材料是（ ）
A．花粉B．幼叶
C．卵细胞D．人血中的红细胞
答案 D
解析 人血中的红细胞是成熟的红细胞，没有细胞核，不能作为组织培养、细胞培养或克隆的生物材料。
11．如图为动物细胞培养过程示意图，请据图回答下列问题：
（1）进行培养的细胞往往取自于胚胎或幼龄动物，原因是________________________________
_______________________________________________________________________________。
（2）容器A中的动物器官或组织首先要剪碎，然后用胰蛋白酶处理，其目的是______________
_______________________________________________________________________________。
（3）培养先在B瓶中进行。
瓶中的培养基成分有葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、维生素和________等。
细胞增殖产生的新细胞会表现出____________生长现象。
当细胞分裂生长到______________时，就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制，需用胰蛋白酶处理后分瓶继续培养，称为______________。
有一类不正常的动物细胞，体外培养不受接触抑制机制的制约而表现为“疯长”，这类细胞最可能是____________。
（4）细胞在C瓶中培养一段时间后，大部分细胞衰老死亡，但有极少数细胞存活并传代下去，这些细胞的遗传物质____________，它能够无限传代的原因是_________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）胚胎或幼龄动物的器官、组织中的细胞代谢旺盛，分裂能力强
（2）使器官或组织分散成单个细胞，每个细胞可以与培养液充分接触 （3）动物血清 贴壁 表面相互接触 传代培养 癌细胞 （4）发生改变 细胞遗传物质发生改变，带有癌细胞的特点，能无限增殖
解析
（1）胚胎或幼龄动物的同一器官或组织的细胞较成年和老年的分裂能力强，代谢旺盛，更适合进行细胞培养。
（2）用胰蛋白酶处理动物的器官或组织碎块，能使其分散成单个细胞，形成细胞悬液，有利于细胞的生长和增殖。
（3）进行动物细胞培养，需要在培养基中加入一定量的动物血清，内含多种营养物质和促进细胞生长和繁殖的物质；体外进行细胞培养，细胞会表现出贴壁生长现象，当它们分裂生长到表面相互接触时，细胞的分裂增殖就会停止，即所谓的接触抑制，而癌细胞不受这一机制制约，表现为“疯长”。
出现接触抑制时，需对细胞进行传代培养。
（4）传代培养到大约50代，大部分细胞不能继续传代，但一部分细胞核内遗传物质发生类似于癌变的改变，能无限增殖，成为细胞系。
12．下图是我国克隆牛的培育过程，据图回答下列问题：
（1）细胞A是______________，细胞B是____________。
（2）一个重组细胞D发育成丁牛出生，涉及的细胞增殖方式是______________。
（3）丁牛的性别和________牛相同，原因是____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（4）能否直接用细胞A体外培养形成胚胎，并移植到丙牛子宫发育成健康的小牛出生？
为什么？
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
（5）上述方法培育出克隆动物，与植物组织培养技术培育出完整植株相比，获得的后代在遗传物质方面有什么不同？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）高度分化的体细胞 卵母细胞
（2）有丝分裂 （3）甲 牛的性别由细胞内的性染色体决定，丁牛的性染色体与甲牛相同 （4）目前不能。
高度分化的动物体细胞由于基因的选择性表达而失去了进一步分裂分化的能力，但卵母细胞中却含有必要的分裂分化调节因子 （5
升级会员 