新高中生物第2章细胞工程22动物细胞工程221动物细胞培养和核移植技术学案新人教版选修3.docx

新高中生物第2章细胞工程22动物细胞工程221动物细胞培养和核移植技术学案新人教版选修3.docx

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新高中生物第2章细胞工程22动物细胞工程221动物细胞培养和核移植技术学案新人教版选修3

新高中生物第2章细胞工程2-2动物细胞工程2-2-1动物细胞培养和核移植技术学案新人教版选修3

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）

　　动物细胞培养

（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

取动物组织块

分散组织细胞：

剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一

段时间

制成细胞悬液

原代培养：

具有贴壁生长和接触抑制的特点

传代培养

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

（2）营养

（3）温度和pH

（4）气体环境

5．应用

连线表示动物细胞培养的应用及实例

①生产生物制品　　　　　a．筛选抗癌药物

②用于基因工程b．干扰素、单克隆抗体

③检测有毒物质c．培养受体细胞

d．判断物质毒性

提示：

①—b　②—c　③—d　④—a

探讨

：

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。

探讨

：

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成分为蛋白质，利用胰蛋白酶可以分解细胞间的蛋白质。

探讨

：

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。

探讨

：

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。

1．动物细胞培养的操作流程

2．过程解读

（1）动物细胞培养需要满足的条件

①充足的营养供给——微量元素、无机盐、糖类、氨基酸、促生长因子、血清等。

②适宜的温度：

哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜。

③适宜的pH：

多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。

④气体环境

（2）原理：

细胞增殖。

（3）要把动物细胞分散成单个细胞培养的原因

分散成单个细胞后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。

而用大块组织培养时，内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都较困难，因此，这些细胞在体外长时间的生存和生长就较困难。

同时，分散成单个细胞培养，可使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。

（4）选取幼龄动物的组织、器官作为材料的原因

动物细胞培养时，一般选取幼龄动物的组织、器官，其细胞的分化程度较低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。

（5）原代培养和传代培养的辨析

原代培养

传代培养

可有两种表述：

a.细胞悬液第一次在瓶中培养，没有分瓶培养之前的细胞培养；b.第1代细胞的培养与传10代以内的细胞培养统称为原代培养。

两种表述没有本质区别。

同样有两种表述：

a.细胞悬液培养一段时间后，分瓶再进行的细胞培养；b.传10代以后的细胞培养，统称为传代培养。

（6）细胞贴壁（贴壁生长）和接触抑制

①细胞贴壁：

培养液中分散的动物细胞，置于适宜的条件下，能够分裂，这些细胞贴附在培养瓶壁上，称为细胞贴壁，或贴壁生长。

②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的现象。

（7）胰蛋白酶在培养过程中的作用及与原代培养和传代培养的联系

原代培养和传代培养一般均需对细胞进行胰蛋白酶细胞分散处理，区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。

①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，即为原代培养。

②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壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，即为传代培养。

1．一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件（　　）

【导学号：

72240023】

①无毒的环境　②无菌的环境　③合成培养基需加血浆　④温度与动物体温相近　⑤需要O2，不需要CO2

⑥CO2调节培养液pH

A．①②③④⑤⑥　　　　　B．①②③④

C．①③④⑤⑥D．①②③④⑥

【解析】　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36.5±0.5℃、7.2～7.4。

O2是细胞代谢所必需的，CO2可维持培养液的pH。

【答案】　D

2．某研究小组进行药物试验时，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________。

药物试验需要大量细胞，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_______________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

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。

探讨

：

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来自于供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。

（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。

探讨

：

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。

1．动物体细胞核移植技术的原理：

动物细胞核的全能性。

2．动物体细胞核移植技术的过程

3．体细胞核移植技术的条件及原因

（1）卵母细胞的选择时期及原因

选择处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞作为受体细胞，其原因是：

①卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；

②卵母细胞体积大，便于操作；

③卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。

（2）供体细胞：

取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，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。

（3）动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因是动物体细胞的全能性受到限制。

用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。

（4）该过程用到的技术手段：

动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。

4．核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不同的原因

（1）克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本。

所以与植物组织培养不同（只来自于一个亲本），克隆动物的遗传物质来自2个亲本。

（2）在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。

（3）外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。

1．下列对哺乳动物体细胞核移植技术的描述不正确的是（　　）

A．该技术的难度明显高于胚胎细胞核移植

B．通常采用减数第二次分裂期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核的动物进行了完全复制

【解析】　克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，但不是完全相同。

【答案】　D

2．“治疗性克隆”是将人胚胎干细胞（简称ES细胞）造福人类的一种非常重要的途径。

应用人胚胎干细胞进行

“治疗性克隆”研究的技术途径包括以下几个步骤：

首先取病人的体细胞核，移植到去核的成熟受体卵母细胞中；在早期胚胎形成后，从中分离获得ES细胞；对ES细胞进行基因修饰和定向分化研究，将定向分化后的细胞移植给病人。

进行核移植的目的并不是用于克隆人，而是希望通过对ES细胞进行分离培养、定向分化等处理后，进一步获得再造的人体组织或器官。

请根据材料回答下列问题。

（1）人类“治疗性克隆”属于动物细胞工程的________________技术。

（2）科学家为何要将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中，而不直接用体细胞进行细胞培养？

__________________________________________________

_______________________________________________________________。

（3）相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如有的是胰岛细胞，有的是血细胞，有的是心肌细胞，究其本质原因是基因____________的结果。

（4）克隆的器官在给自身移植方面的主要优点是______________________。

【解析】　

（1）依据“治疗性克隆”的步骤分析，可知此技术属于动物细胞工程的细胞核移植技术。

（2）动物体细胞全能性随着分化程度的提高而受到限制，而卵