高中生物 专题二 细胞工程 221 动物细胞培养和核移植技术课时作业 新人教.docx

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高中生物专题二细胞工程221动物细胞培养和核移植技术课时作业新人教

2021年高中生物专题二细胞工程2.2.1动物细胞培养和核移植技术课时作业新人教版选修3

目标导航　1.结合图2－16及相关内容，归纳动物细胞培养的过程、条件及应用。

2.结合图2－21，归纳通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程及应用前景。

一、动物细胞工程（阅读P44）

基础

技术手段

应用

动物细胞培养技术

动物细胞培养、体细胞核移植、细胞融合

①深入探索并改造生物的遗传特性

②大量培养细胞

③单克隆抗体的制备等

二、动物细胞培养（阅读P44－46）

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

动物组织块或器官

单个细胞

细胞悬液

原代培养―→传代培养

3．相关概念

（1）细胞贴壁：

悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。

（2）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

（1）无菌、无毒的环境：

培养液中添加一定量的抗生素，并定期更换培养液，以清除代谢产物，防止对细胞自身造成危害。

（2）营养

（3）温度和pH

（4）气体环境

5．应用

（1）生产生物制品：

如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。

（2）应用于基因工程：

动物细胞是基因工程技术中常用的受体细胞。

（3）应用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。

（4）用于生理、病理、药理等方面的研究，如筛选抗癌药物等。

三、动物体细胞核移植技术和克隆动物（阅读P47－50）

1．概念

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，最终发育为动物个体。

2．分类

包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中胚胎细胞核移植较易成功。

3．过程

4．应用前景

（1）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。

（3）转基因克隆动物可作为生物反应器，生产许多医用蛋白。

（4）转基因克隆动物细胞、组织和器官可作为异种移植的供体。

（5）人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织器官的移植。

（6）研究胚胎发育及衰老过程，追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。

5．存在问题

（1）成功率非常低（低/高）。

（2）绝大多数克隆动物还存在健康问题。

（3）克隆动物食品的安全性存在争议。

判断正误：

（1）动物细胞培养时，需要对细胞进行一次脱分化处理和两次胰蛋白酶处理。

（　　）

（2）恒温条件下进行动物细胞培养，细胞周期持续时间长短不随细胞培养进程而改变。

（　　）

（3）动物细胞培养技术可用于检测有毒物质、构建人造皮肤、大量生产药物蛋白。

（　　）

（4）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。

（　　）

（5）动物细胞核移植的原理是动物细胞核的全能性。

（　　）

（6）哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。

（　　）

（7）动物细胞在培养的过程中一些细胞会发生遗传物质的变化。

（　　）

（8）目前使用的或冷冻保存的细胞通常是10代以内的细胞，以保持正常的二倍体核型。

（　　）

（9）在动物细胞的培养过程中，培养液中可以不加入血清和血浆等物质。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）√　（7）√　（8）√　（9）×

一、动物细胞培养

1．动物细胞培养过程分析

（1）过程：

（2）贴壁生长现象及接触抑制现象

①贴壁生长：

动物细胞在液体培养基中悬浮生长一段时间之后，大部分细胞会贴附在培养瓶壁上生长。

②接触抑制：

细胞进行有丝分裂，数目增加到表面相互接触时，停止分裂增殖，出现接触抑制现象。

（3）原代培养和传代培养

①原代培养：

动物组织消化后的初次培养。

②传代培养：

原代培养过程中，贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶培养，让细胞继续增殖。

2．动物细胞培养与植物组织培养的比较

比较项目

植物组织培养

动物细胞培养

生物学原理

细胞的全能性

细胞增殖

培养基性质

固体

液体

培养基成分

蔗糖、氨基酸、水、矿物质、生长素、细胞分裂素、琼脂等

葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、水、血清、血浆等

培养结果

新的植株或组织

大量新细胞或细胞产物

应用

①快速繁殖

②培育无病毒植株

③细胞产物的工厂化生产

④制作人工种子

①生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等

②检测有毒物质

③生理、病理、药理研究

培养条件

无菌、适宜的温度和pH

取材

植物器官、组织或细胞

动物早期胚胎、幼龄动物的器官或组织

培养对象

植物器官、组织或细胞

分散的单个细胞

过程

脱分化、再分化

原代培养、传代培养

细胞分裂、

生长、分

化特点

①分裂：

形成愈伤组织；②分化：

形成根、芽

①只分裂不分化；②贴壁生长；③接触抑制

1．动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？

答案　细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染，而离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培养的细胞就会死亡。

2．根据动物细胞培养的过程，思考下列问题：

（1）培养前为什么要将动物组织分散成单个细胞？

（2）动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶作用的对象有何不同？

答案　

（1）分散后细胞能与培养液充分接触，更易进行物质交换。

（2）第一次是将组织块分散成单个细胞，第二次是将贴满瓶壁的细胞分散成单个细胞。

3．为什么进行动物细胞培养时，通常要添加血清？

答案　血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等物质，而且还含有多种未知的促生长因子，能促进细胞的生长、增殖和贴附。

4．进行动物细胞培养为何常选用幼龄动物组织或胚胎作培养材料？

动物细胞培养需要脱分化吗？

答案　幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低，增殖能力很强，更易于培养。

动物细胞培养不需经过脱分化过程，因高度分化的动物细胞发育潜能变弱，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。

1．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞（甲）和正常肝细胞（乙）进行动物细胞培养。

下列有关说法正确的是（　　）

A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理

B．细胞培养应在CO2培养箱中进行，CO2的作用是作为细胞代谢原料

C．取甲细胞进行培养，传至10～50代就会完全停止

D．乙细胞在原代培养过程中，最终会出现停止增殖的现象

问题导析　

（1）胃蛋白酶的最适pH大约为2，这一环境下细胞往往会受到破坏，不利于培养，所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理细胞。

（2）培养液中CO2的作用是调节培养液的pH。

（3）在适宜条件下，肝肿瘤细胞可以无限增殖。

（4）正常肝细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象，停止增殖。

答案　D

一题多变

判断正误：

（1）动物细胞培养的原理是动物细胞的全能性。

（　　）

（2）原代培养的细胞是指从贴壁生长到发生接触抑制的细胞。

（　　）

（3）传代培养的细胞以有丝分裂方式增殖，在传代过程中其遗传物质保持不变。

（　　）

（4）只要培养条件适宜，细胞都可在体外无限繁殖。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×

二、动物体细胞核移植技术和克隆动物

1．原理

克隆动物的形成利用了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。

而一般不选用生殖细胞作为供核细胞是因为生殖细胞与正常细胞相比，核遗传物质已减半。

（2）受体：

去核的减数第二次分裂中期的卵母细胞。

①选取减数第二次分裂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。

②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。

3．以克隆高产奶牛为例

1．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？

答案　

（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。

2．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。

答案　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。

2．下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。

请据图回答下列问题：

（1）图中①所示的结构名称是________________________________________________。

（2）图中③④所示的生物技术名称分别是_______________________________________________________、__________________。

（3）过程③通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外，还因为它__________________________________________________________________。

（4）过程④通常用②作为受体细胞的原因是__________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）图示方法与一般的异体核移植相比最大的优点是___________________________________________________________________________，

该种基因治疗所属类型为___________________________________________________。

问题导析　

（1）①是从供体（患者）体细胞分离出的细胞核。

（2）③表示核移植技术，④表示转基因技术。

（3）核移植的受体细胞一般是卵母细胞，原因是它体积大、易操作，含有供胚胎发育的营养物质，它还含有促进细胞核全能性表达的物质。

（4）早期胚胎中的细胞分化程度低，全能性高，可诱导分化成各种组织器官。

（5）图示培育出的细胞（胰岛B细胞）核遗传物质来自患者本人，所以移植后不发生免疫排斥反应；图中所示基因治疗是体外转基因，故所属类型为体外基因治疗。

答案　

（1）细胞核　

（2）核移植技术　转基因技术（或基因工程、DNA重组技术、基因拼接技术）　（3）含有促进细胞核全能性表达的物质　（4）早期胚胎细胞分化程度低，全能性高，可诱导分化为各种组织、器官　（5）细胞移植无免疫排斥反应　体外基因治疗

一题多变

判断正误：

（1）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。

（　　）

（2）克隆技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了动物细胞的全能性。

（　　）

（3）克隆动物可以作为异种移植的供体，克隆技术用于组织器官的移植。

（　　）

（4）克隆技术可以用于增加濒危动物数量，改善濒危物种的基因组成。

（　　）

（5）图中健康胰岛B细胞基因通常应该采用显微注射技术转入动物细胞中。

（　　）

（6）图中重组细胞A在培养液中培养成早期胚胎的过程中会发生基因重组。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）×

1．动物细胞工程常用的技术手段中，最基础的是（　　）

A．动物细胞培养

B．动物细胞融合

C．动物组织培养

D．胚胎细胞核移植

答案　A

2．动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于（　　）

A．培养基不同

B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行

C．动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能

D．动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培养成植株

答案　A

解析　动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基不同，动物细胞一般用液体培养基培养，而植物组织培养一般用固体培养基，与植物组织培养的培养基相比，动物细胞培养的培养基中还要加动物血清等；它们都是在无菌条件下进行的。

B、C、D项的叙述有误。

3．如图为某哺乳动物的生殖过程图，正确的叙述是（　　）

A．动物个体2为克隆动物，c为高度分化的体细胞

B．动物个体2的遗传性状与提供b细胞的母羊完全不同

C．产生动物个体2的生殖方式为有性生殖

D．e细胞为完成减数分裂的卵细胞

答案　A

解析　通过克隆技术培育的动物称为克隆动物，提供细胞核的是高度分化的体细胞，A项正确；B项考虑细胞质基因，应该是“有相同之处”；动物的克隆实际上是无性生殖过程，C项错误；e细胞是处于减数第二次分裂中期的卵母细胞，并没有完全完成减数分裂，D项错误。

4．科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可以对此转基因奶牛进行克隆（如图所示），请结合图示回答下列相关问题：

（1）在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分离，形成单个细胞，这个过程中需要利用________________酶处理。

（2）用于核移植的供体细胞，一般都选用传代10代以内的细胞，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________。

（3）在进行原代培养时，细胞增殖的方式是____________________________________，

此外，细胞增殖还表现出__________和接触抑制等特点。

（4）将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去除卵母细胞细胞核的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（5）将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质相同的

犊牛，但也不是100%的复制，原因最可能是______________________________________________________________。

答案　

（1）胰蛋白　

（2）该种细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变　（3）有丝分裂　贴壁生长　（4）使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞　（5）①生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；②生物的性状还受环境因素的影响

解析　

（1）实践中常用胰蛋白酶处理动物组织细胞使其分离开来。

（2）传代10代以内的细胞代谢旺盛、分裂能力强，遗传物质没有发生改变，适于作核移植的供体细胞。

（3）在进行原代培养时，细胞以有丝分裂的方式进行增殖，同时表现出贴壁生长和接触抑制的现象。

（4）去除卵母细胞细胞核的目的是使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞。

（5）生物的性状是细胞核基因和细胞质基因共同作用的结果，同时，生物的性状还受环境的影响，因此，克隆动物不可能是供体奶牛100%的复制品。

基础巩固

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．进行动物细胞培养时，最好选用的培养材料是（　　）

A．衰老退化的动物组织细胞

B．成熟动物个体的体细胞

C．动物的受精卵细胞

D．健康动物胚胎或幼龄动物个体的体细胞

答案　D

解析　健康动物胚胎或幼龄动物体的体细胞分裂能力强，而衰老退化的动物组织细胞、成熟动物个体的体细胞分裂能力差，一般不用。

3．下列哪种营养物质不是动物细胞培养所需要的（　　）

A．淀粉B．氨基酸C．无机盐D．水

答案　A

解析　动物细胞培养过程中需要从外界吸收多种营养物质，如氨基酸、葡萄糖、无机盐、维生素等。

淀粉是大分子有机物，动物细胞一般不能吸收大分子有机物。

4．动物细胞培养过程的顺序是（　　）

①原代培养　②传代培养　③用胰蛋白酶处理组织，形成分散的细胞悬液

A．①②③B．①③②C．②①③D．③①②

答案　D

解析　动物细胞培养过程的顺序为选取幼龄动物或早期胚胎组织作培养材料→用胰蛋白酶处理组织，制备细胞悬液→原代培养→传代培养。

5．用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是（　　）

A．都需用CO2培养箱

B．都须用液体培养基

C．都要在无菌条件下进行

D．都可体现细胞的全能性

答案　C

解析　动、植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行，动物成体的体细胞离体培养用液体培养基，不能体现细胞的全能性，植物成体的体细胞离体培养不一定用液体培养基，能体现细胞的全能性。

故C正确。

6．用于动物体细胞核移植的供体细胞一般都选用（　　）

A．受精卵

B．传代10代以内的细胞

C．传代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

解析　培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。

因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。

7．在克隆羊“多利”的过程中，没有运用的技术手段是（　　）

A．细胞培养B．体细胞核移植

C．胚胎移植D．基因工程

答案　D

解析　克隆羊“多利”的培育过程：

将一只母羊（A羊）卵细胞的细胞核吸出，获得去核卵细胞。

将另一只母羊（B羊）的乳腺上皮细胞注入去核卵细胞中，形成一个同时含有B羊核遗传物质和A羊细胞质的重组卵细胞。

融合后的卵细胞经过体外细胞培养形成早期胚胎，然后把这个胚胎移植到第三只羊（C羊）的子宫中，继续发育。

该过程既涉及体细胞核移植，又涉及胚胎移植，这两项技术操作都需细胞培养作为手段。

故正确答案为D。

巩固提升

8．一只羊的卵细胞被另一只羊的体细胞核移植后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下了一只羊羔，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　目前的克隆技术是将动物的一个细胞的细胞核植入一个去核的卵细胞中，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亲本的优良性状，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。

9．对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法正确的是（　　）

A．取单个肝肿瘤细胞进行培养，获得细胞群的方法不属于克隆培养法

B．细胞培养过程中不需考虑细菌的污染问题

C．该培养液也能用来培养乙肝病毒

D．在原代培养过程中，培养的细胞最终也会出现停止增殖的现象

答案　D

解析　A选项的描述属于细胞层次的克隆；培养液受细菌污染后，其中的营养成分要发生改变，不利于细胞的培养，B错误；病毒的生存离不开细胞，用培养液不能培养病毒，C错误；原代培养过程中，细胞会出现接触抑制现象，将停止增殖，D正确。

10．关于动物细胞培养的叙述，错误的是（　　）

A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织

B．将所取的组织先用胰蛋白酶等处理使其分散成单个细胞

C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成细胞悬液

D．动物细胞培养只能传至50代左右，所培养的细胞都会衰老死亡

答案　D

解析　动物细胞培养传至50代左右，若细胞的遗传物质发生改变，并且带有癌变的特点，就能在适宜培养条件下无限制地传代下去。

11．生物技术的发展速度很快，已灭绝生物的“复生”将不再是神话。

如果世界上最后一只野驴刚死亡，以下提供的“复生”野驴个体的方法中能够成功的是（　　）

A．将野驴的体细胞取出，利用细胞培养技术，可培育成新个体

B．将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育成新个体

C．取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中，经孕育培养成新个体

D．将野驴的一个基因导入家驴的受精卵中，培育成新个体

答案　C

解析　野驴的体细胞的全能性已经受到限制，不能经过培养形成新个体；将野驴的一个基因导入家驴的受精卵中，培育成的是带有野驴基因的家驴；野驴的体细胞核中具有发育成野驴的全部基因，因此通过核移植技术，可使野驴“复生”。

12．回答下列有关动物细胞培养的问题：

（1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面_______________________________________________________时，细胞会停止

分裂增殖，这种现象称为细胞的___________________________________________________。

此时，瓶壁上形成的细胞层数是____________________________________________________。

要使贴壁的

细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是________________________________________________________________________。

（2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现___________________________________________________的现象；

但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成________细胞，该种细胞的黏着性________，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量_____________________________________________________。

（3）现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不被染色，原因是_____________________________________________________________。

（4）检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂到________期的细胞用显微镜进行观察。

（5）在细胞培养过程中，通常在________条件下保存细胞。

因为在这种条件下，细胞中________的活性降低，细胞________________的速率降低。

（6）给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作________进行攻击