人教选修3《动物细胞培养和核移植技术》学案.docx
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人教选修3《动物细胞培养和核移植技术》学案
第7课时 动物细胞培养和核移植技术
[目标导读] 1.结合教材图2－16及相关内容，归纳动物细胞培养的过程、条件及应用。
2.结合教材图2－21，归纳通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
3.简述体细胞核移植技术的应用前景。
[重难点击] 1.动物细胞培养的过程及条件。
2.动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
1．一般来说，已分化的植物细胞整体具有全能性，而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。
2．癌细胞的主要特征有无限增殖、形态结构改变、易分散转移和接触抑制丧失的特征。
3．器官移植面临的问题之一是排斥反应，这与人体内的T淋巴细胞有关。
4．克隆（英语：
Clone）在广义上是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。
在园艺学上，克隆是指通过营养生殖产生的单一植株的后代，很多植物都是通过克隆这样的无性生殖方式从单一植株获得大量的子代个体。
在生物学上，是指选择性地复制出一段DNA序列（分子克隆）、细胞（细胞克隆）或是个体（个体克隆）。
[课堂导入]
如图为克隆动物明星—“多利”，它是科学家运用动物细胞核移植技术培育的，今天我们就来学习动物细胞工程的有关内容。
探究点一 动物细胞培养
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，让这些细胞生长和增殖。
观察下图，探讨动物细胞培养的相关问题。
1．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
（1）动物细胞培养时选用什么样的动物组织块好（幼嫩的还是衰老的），为什么？
动物细胞培养的原理是什么？
答案 幼嫩的，因为幼嫩组织块容易增殖。
细胞增殖。
（2）将组织分散成单个细胞的方法是什么？
为什么要先剪碎组织？
答案 方法是从健康动物体内取出组织块，剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，这样组织就会分散成单个细胞。
先剪碎组织的目的是增大胰蛋白酶或胶原蛋白酶与细胞的接触面积。
（3）如何区分原代培养与传代培养？
答案 ①原代培养：
通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。
②传代培养：
贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞增殖，即为传代培养。
2．条件
（1）无菌、无毒的环境：
即对培养液和所有培养用具进行无菌处理。
（2）营养：
合成培养基的成分为糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清、血浆等。
与植物组织培养基比较，动物细胞培养基的独特之处：
①液体培养基；②其成分中有动物血清。
（3）温度和pH：
适宜的温度为36.5±0.5_℃；pH为7.2～7.4。
（4）气体环境：
进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，将其置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养。
其中CO2的主要作用是维持培养液的pH。
3．应用
（1）生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。
（2）为皮肤大面积烧伤病人培养供移植的皮肤。
（3）用于检测有毒物质。
（4）科学家培养各种正常或病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，为治疗和预防疾病提供理论依据。
小贴士
（1）细胞株和细胞系
①细胞株：
传代培养的细胞一般传到10代左右就不易传下去，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。
但是有极少数细胞能度过“危机”而继续传下去，这些存活的细胞一般能传到40～50代，这种传代的细胞叫做细胞株。
②细胞系：
当细胞株传至50代以后又会出现“危机”，不能再传下去。
但有部分细胞的遗传物质发生了改变，而且带有癌变的特点，获得不死性，可在培养条件下无限制地传代下去，这种传代的细胞称为细胞系。
（2）癌变的细胞无接触抑制现象，可以堆叠起来增殖。
（3）用胰蛋白酶处理组织块，可使细胞分散开，目的是使细胞与培养液充分接触。
不能使用胃蛋白酶分散细胞，因为多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，此pH下胃蛋白酶不具活性。
归纳提炼
活学活用
1．判断下面关于动物细胞培养的叙述的正误。
（1）动物细胞培养的原理是动物细胞的全能性（ ）
（2）需要对细胞进行一次脱分化处理和两次蛋白酶处理（ ）
（3）原代培养的细胞是指从贴壁生长到发生接触抑制的细胞（ ）
（4）恒温条件下，细胞周期持续时间长短不随细胞培养进程而改变（ ）
（5）传代培养的细胞因为以有丝分裂方式增殖，所以在传代过程中其遗传物质保持不变（ ）
（6）只要培养条件适宜，细胞都可在体外无限繁殖（ ）
（7）可用于检测有毒物质、构建人造皮肤、大量生产药物蛋白（ ）
（8）为了防止培养过程中发生微生物污染，应将培养箱抽成真空以消毒、灭菌（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）× （6）× （7）√ （8）×
解析 动物细胞培养的原理是细胞的增殖；动物细胞培养无需脱分化处理，只要发生接触抑制就要用胰蛋白酶处理；细胞从开始贴壁生长到发生接触抑制在原代培养和传代培养中都会发生；多次传代后，分裂速度减慢，周期因此变长，以致有部分细胞的遗传物质有可能发生改变；细胞多次传代后，大多数细胞会逐渐衰老死亡；培养箱抽成真空不利于细胞呼吸。
只有（7）正确。
探究点二 动物体细胞核移植技术和克隆动物
用动物细胞克隆动物，实际上是通过核移植来实现的。
依据克隆动物的基本流程，回答问题。
1．概念：
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，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。
2．种类
3．克隆动物的基本流程
（1）原理：
动物细胞核的全能性。
（2）供体和受体的选择
①供体：
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。
②受体：
去核的MⅡ中期的卵母细胞。
a．选取MⅡ中期的卵母细胞的原因：
一方面细胞大，易于操作；卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。
另一方面此时具备受精能力，细胞质中含有能刺激融合后重组细胞进行分裂分化并形成重组胚胎的物质。
b．去核的原因：
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。
4．克隆动物性状与供体并不完全相同的原因
（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。
5．应用
（1）加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
（2）增加濒危动物数量，保护濒危物种。
（3）生产医用蛋白。
（4）作为异种移植的供体。
（5）用于组织器官的移植。
6．存在的问题
（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，表现出生理缺陷、遗传缺陷等。
（3）克隆动物食品的安全性问题存在争议。
归纳提炼
动物细胞核移植的条件及结果
（1）核移植一般不选择生殖细胞作为供核细胞，因为生殖细胞与正常体细胞相比，遗传物质减半。
（2）核移植时，一般先用电刺激使供、受体细胞融合，再用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。
（3）核移植过程中细胞核只来自于一个个体，因此核遗传物质与供核个体的相同，属于无性繁殖，产生新个体的绝大多数性状与供核亲本一致。
体细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核，而是整个细胞，伴随着两细胞融合，体现细胞膜的结构特点：
具有一定的流动性。
（4）该技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。
活学活用
2．世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育过程如图所示，请据图回答下列问题：
（1）写出图中a、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母细胞的原因：
__________________
___________________________________________________。
（3）“多利”面部的毛是________，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，证明动物细胞的细胞核也具有__________。
答案
（1）细胞核移植 胚胎移植
（2）卵母细胞体积大、易操作；含营养物质多，通过发育可直接表现出性状来
（3）白色 “多利”的细胞核基因来自白面绵羊
（4）全能性
1．2010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，这属于转基因技术。
2．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。
3．一只羊的卵子的核被另一只羊的体细胞核替换后，这个卵子经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果生下了一只羊羔，这种克隆技术具有多种用途，但是不能（ ）
A．有选择地繁殖某一性别的家畜
B．繁殖家畜中的优秀个体
C．用于保存物种
D．改变动物的基因型
答案 D
解析 生物的各种性状是由遗传物质——DNA控制的，由细胞核内的DNA控制的遗传叫细胞核遗传，由细胞质（主要存在于线粒体、叶绿体）内的DNA控制的遗传叫细胞质遗传。
目前的克隆技术是将一个体细胞核植入一个去核的卵母细胞中，经过试管培养一段时间后，再移入另一个体的子宫内发育、分娩的技术。
通过该技术，能够保持新的优良性状，能够保持性别不变，也能够用于保存物种，但不能改变动物的基因型，这是因为基因型的改变一般是通过动物的有性生殖（减数分裂）完成的。
4．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，因此没有产奶量高的优良性状。
基础过关
知识点一 动物细胞培养
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，以增加与培养液的接触面积，便于培养。
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．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，细胞能够无限增殖，可以进行传代培养，D项正确。
4．在动物细胞培养过程中，属于原代培养的是（ ）
A．用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程
B．从机体取得细胞后立即进行培养的过程
C．出现接触抑制现象后取下的细胞的培养过程
D．哺乳动物细胞在培养基中的悬浮生长过程
答案 B
解析 原代培养是指从动物机体组织取得细胞后的立即培养，直到细胞出现接触抑制为止。
因为细胞的接触抑制，细胞停止分裂增殖，并逐渐走向衰亡，所以要想继续细胞培养，必须将细胞取下分装后才能进行，分装后的细胞培养是传代培养。
知识点二 动物体细胞核移植技术
5．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。
6．用于核移植的供体细胞一般都选用（ ）
A．受精卵
B．传代培养10代以内的细胞
C．传代培养10～50代以内的细胞
D．处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞
答案 B
7．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．通常采用减数第二次分裂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期的卵母细胞含有能促进细胞分裂的物质，因此通常采用减数第二次分裂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。
8．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。
能力提升
9．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，而植物细胞培养基则不需加入，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。
10．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。
11．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是这样的：
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。
12．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。
13．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）使细胞分散成单个细胞，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组织碎块，能使组织分散成单个细胞，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。
14．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________牛的性别相同，原因是______________________________
________________________________________________________________________。
（4）能否直接用细胞A体外培养形成胚胎，并移植到丙牛子宫并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？
__________________________
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