2024-2025学年高中生物专题二细胞工程第二节第一课时动物细胞培养和核移植技术学案新人教版选修3

PAGE11-第一课时动物细胞培育和核移植技术学习目标课程标准1．简述动物细胞培育的过程、条件(重点)。2．举例说出动物细胞培育的作用。3．简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。(重、难点)。4．了解体细胞核移植技术的应用前景。1．简述动物的细胞培育。2．动物细胞核移植的概念、实例。3．搜集通过动物体细胞核移植进行克隆的实例。基础学问·双基夯实一、动物细胞工程技术手段：①__动物细胞培育__；②__动物细胞核移植__；③__动物细胞融合__；④__生产单克隆抗体__。二、动物细胞的培育1．概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成⑤__单个细胞__，然后，放在相宜的培育基中，让这些细胞⑥__生长__和⑦__增殖__。2．过程：动物组织用⑧__胰蛋白酶或胶原蛋白酶__处理分散→单个细胞→⑨__细胞悬液__→⑩__培育瓶__中培育→⑪__细胞贴壁__→⑫__原代培育__eq\o(→,\s\up7(胰蛋白酶))传代培育。3．条件(1)无菌、无毒的环境：对⑬__培育液__和全部⑭__培育用具__进行无菌处理。(2)养分：合成培育基中有糖、⑮__氨基酸__、⑯__促生长因子__、无机盐、⑰__微量元素__，通常需加入⑱__血清__、血浆等。(3)温度和pHa．相宜温度：⑲__36.5__±0.5℃；b．pH：⑳__7.2～7.4__。(4)气体环境：主要是eq\o\ac(○,21)__O2__和eq\o\ac(○,22)__CO2__，O2是eq\o\ac(○,23)__细胞代谢__所必需的，CO2主要维持eq\o\ac(○,24)__培育液__的pH。4．应用(1)生物制品：如eq\o\ac(○,25)__病毒__疫苗、干扰素、eq\o\ac(○,26)单克隆抗体的生产。(2)检测有毒物质，推断某种物质的毒性。(3)用于生理、病理、药理等方面的探讨，如筛选抗癌药物等。三、动物细胞核移植技术和克隆动物1．动物核移植：将动物的一个细胞的eq\o\ac(○,27)__细胞核__，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其eq\o\ac(○,28)__重组__并发育成一个eq\o\ac(○,29)__新的胚胎__，这个新的胚胎最终发育为动物个体。2．种类：eq\o\ac(○,30)__胚胎细胞核移植__；eq\o\ac(○,31)__体细胞核移植__。3．过程4．应用(1)加速家畜eq\o\ac(○,32)__遗传改良__进程，促进eq\o\ac(○,33)__优良畜群__繁育；(2)爱护eq\o\ac(○,34)__濒危__物种；(3)生产eq\o\ac(○,35)__医用蛋白__；(4)作为异种移植的eq\o\ac(○,36)__供体__；(5)用于组织器官的eq\o\ac(○,37)__移植__。5．存在问题(1)克隆动物存在eq\o\ac(○,38)__成活率低__、eq\o\ac(○,39)__遗传缺陷__和生理缺陷；(2)克隆动物食品的平安性问题也有争议。思索1．动物细胞培育为什么须要无菌、无毒的环境？提示：细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培育环境的污染，而离体培育的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防卫实力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培育的细胞就会死亡。2．在进行核移植时，为什么一般不选用生殖细胞作为供核细胞？提示：因为生殖细胞的遗传物质相比正常体细胞的遗传物质减半。┃┃活学巧练__■推断题1．动物细胞培育过程中通常在培育液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(×)分析：动物细胞培育过程中通入5%的CO2目的是维持培育液pH。2．培育动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培育。(×)分析：动物组织被胰蛋白酶分解后的第一次在培育瓶中的培育被称为原代培育，原代≠第一代。3．动物细胞培育的结果说明动物体细胞没有全能性。(×)分析：任何细胞都有全能性，只不过动物体细胞的全能性没有通过培育体现出来，可以说“动物体细胞的全能性是受限的”。4．可以用胃蛋白酶代替胰蛋白酶将动物组织处理为单个细胞。(×)分析：动物细胞培育的相宜pH为7.2～7.4，胰蛋白酶作用的最适pH为7.2～8.4，所以选择胰蛋白酶来处理动物组织。而胃蛋白酶要在酸性条件下才有活性。5．克隆植物和克隆动物都只具备一个亲本的遗传特性。(×)分析：植物克隆即植物组织培育，只继承一个亲本的遗传特性；而用核移植技术得到的克隆动物，其核基因和质基因分别来自不同的亲本，所以并不是真正的“克隆”。6．选择MⅡ期的卵母细胞作为核移植的受体细胞的主要缘由是该细胞大，显微操作便利。(×)分析：选择MⅡ期的卵母细胞作为受体，一方面是因为细胞大，易操作，且卵黄多、养分物质丰富，为发育供应足够的养分，另一方面此时具备受精实力，细胞质中含有能刺激重组细胞进行分裂、分化并形成重组胚胎的物质。课内探究·名师点津学问点动物细胞培育┃┃重难拓展__■1．对概念的理解(1)原理：细胞增殖(2)相关组织：一般是指动物胚胎或诞生不久的幼龄动物的组织，因为这些组织的细胞比老龄动物的组织细胞易于培育，同时增殖实力也强。2．过程：eq\a\vs4\al(动物胚胎或幼,龄的器官组织)eq\o(→,\s\up7(剪碎),\s\do5(用胰蛋白酶处理去掉组织间的蛋白质))单个细胞eq\o(→,\s\up7(加培育液))细胞悬液eq\o(→,\s\up7(原代培育),\s\do5(传代培育))细胞株eq\o(→,\s\up7(遗传物质变更),\s\do5(传代培育))细胞系(少数细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，朝着等同于癌细胞的方向发展，但动物细胞培育不能培育成生物体)。过程解读——酶处理①用酶“两次”处理的目的：第一次运用的目的是使组织细胞分散开；其次次运用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后接着培育。②使细胞分散开的缘由：一是能保证细胞所须要的养分供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的刚好排出。学问贴士①细胞贴壁和接触抑制将细胞悬浮液置于相宜环境的培育瓶中培育，悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞便会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。不是全部的细胞增殖过程中都存在接触抑制。例如，癌细胞增殖时不存在接触抑制，所以在培育瓶中可以形成多层细胞。②原代培育和传代培育通常将动物组织消化后的初次培育称为原代培育。贴壁的细胞须要重新用胰蛋白酶等处理，然后分散后分瓶接着培育，让细胞接着增殖。这样的培育即为传代培育。③目前运用的超低温、液氮或冷冻保存的正常细胞通常在10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。3．条件(1)无菌、无毒的环境(2)养分：细胞体外培育所需养分物质与体内基本相同。主要成分是：糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等。(3)温度和pH：细胞体外培育的相宜温度一般和动物的体温相近。哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜。多数细胞生存的相宜pH为7.2～7.4。(4)气体环境：细胞培育所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培育液的pH值。4．动物细胞培育的特点(1)细胞贴壁生长；(2)接触抑制。5．应用(1)大规模地生产生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。(2)为皮肤大面积烧伤的病人移植皮肤。(3)用于检测有毒物质。┃┃典例评析__■典例1关于动物细胞培育的叙述错误的是(D)A．用于培育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进行处理使其分散成单个细胞C．在培育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．动物细胞培育只能传50代左右，所培育的细胞会苍老死亡解析：选取胚胎或幼龄动物的器官或组织是因为它们的分裂实力较强。动物组织细胞间隙中含有肯定量的弹性纤维等蛋白质，易被胰蛋白酶催化分解，从而使细胞分别开来。当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，制成细胞悬浮液。动物细胞培育传至50代左右，部分细胞的遗传物质会发生变更，并且带有癌变的特点，能在培育条件下无限制地传代下去。┃┃变式训练__■1．一般来说，动物细胞体外培育须要满意以下条件(D)①无毒的环境②无菌的环境③合成培育基需加血浆④温度与动物体温相近⑤须要O2，不须要CO2⑥CO2能调整培育液pHA．①②③④⑤⑥ B．①②③④C．①③④⑤⑥ D．①②③④⑥解析：一般来说，动物细胞体外培育须要满意以下条件：无菌、无毒的环境，与体内培育相同的养分，相宜的温度和pH，还要有适量的CO2。学问点动物体细胞核移植技术和克隆动物┃┃重难拓展__■1．概念：动物核移植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。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。2．种类eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(胚胎细胞核移植：易,体细胞核移植：难))3．原理：动物体细胞核的全能性。4．过程过程解读：(1)受体①材料选择：选择处于减数其次次分裂中期的次级卵母细胞作为受体细胞，其缘由是：a．卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；b．卵母细胞体积大，便于操作；c．卵母细胞内卵黄多，养分物质丰富。②去核的缘由：保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。(2)注入①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，体现出细胞膜具有肯定的流淌性的结构特点。②核移植时，一般先用电刺激使供体和受体细胞融合，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)涉及的生物技术：动物细胞培育技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。5．应用前景①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁殖。②爱护濒危物种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．存在问题(1)探讨方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清晰，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高，死亡率高，易出现早衰等问题。(2)应用方面：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一段距离。学问贴士克隆是从英语clone音译而来。分为广义和狭义，广义的克隆是指全部的无性繁殖，在生物学领域中，有分子、细胞、个体三个水平的不同含义。①分子克隆，即DNA扩增。其含义是将某一特定的DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒或病毒等)中，并在宿主细胞自我复制得到的大量完全相同的该DNA片段群体。②细胞克隆，是指一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的细胞株。其中每一个细胞的基因都是相同，如低等生物的分裂生殖，动、植物的细胞培育等。③个体克隆，在个体水平上，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的群体，如胚胎分割移植，同卵双胞胎也属于克隆。狭义的克隆是指动物通过的核移植由重组细胞发育成新个体的过程。如“多利”羊的培育。┃┃典例评析__■典例2下列对动物核移植技术的描述中，错误的是(D)A．哺乳动物核移植包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植B．体细胞核移植的过程中可通过显微操作去除卵母细胞中的核C．体细胞核移植过程中通常采纳减数其次次分裂中期的卵母细胞作为受体细胞D．通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对供核动物进行了100%的复制┃┃变式训练__■2．一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能(D)A．有选择的繁殖某一性别的家畜B．繁殖家畜中的优良个体C．用于保存物种D．变更动物的基因型解析：解题时首先精确推断出这只小羊羔事实上是通过无性生殖方式产生的。而无性生殖的主要特点就是子代保持母本的优良性状，很少发生变异，变更基因型。指引迷津·拨云见日1．动物细胞培育与植物组织培育的比较项目动物细胞培育植物组织培育原理细胞的增殖植物细胞的全能性培育基液体培育基，成分主要是葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清固体培育基，成分主要是矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加剂结果大量产生细胞或细胞产品获得新个体或细胞产品应用获得细胞或细胞产物快速繁殖；培育无病毒植株；获得细胞产品；制造人工种子；转基因作物的培育等学问贴士(1)与植物组织培育基比较，动物细胞培育液的独特之处在于：①液体培育基；②其成分中有动物血清。(2)为了保证细胞培育时满意其养分物质和生长因子的供应，培育基中需添加肯定量的血清，因为血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等及一些未知的养分物质。2．动物细胞培育与动物体细胞核移植比较项目动物细胞培育动物体细胞核移植原理细胞增殖动物细胞核的全能性目的得到很多细胞或细胞产物获得某种器官或优良个体等过程取动物组织块→剪碎组织→用胰蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培育液中进行原代培育→贴满瓶壁的细胞用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，制成细胞悬液→转入培育液中进行传代培育应用生产疫苗、干扰素、单克隆抗体等，还可用于检测有毒物质，以及临床医学①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；②爱护濒危物种，增加存活数量；③转基因克隆动物作为生物反应器，生产宝贵的医用蛋白；④作为异种移植的供体；⑤用于组织器官的移植等典例3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，假如要加速转基因奶牛的繁殖速度，可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示)。(1)在进行细胞培育之前，要对取自转基因奶牛的组织进行分别，形成单个细胞，这一过程中须要利用__胰蛋白__酶处理，不能用纤维素酶与果胶酶的缘由是__酶具有专一性__。(2)转基因奶牛的克隆胜利，说明动物细胞的__细胞核__具有全能性。(3)将进行细胞培育的供体细胞核注入去核的卵母细胞中，去掉卵母细胞核的目的是__使犊牛的性状主要由供体细胞核确定__。(4)重组细胞在培育液中培育成的重组胚胎移入受体母牛体内会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛，但也有可能出现性状上的某些差异，缘由可能是__①生物的性状受细胞核遗传物质和细胞质遗传物质共同限制；②生物的性状还受环境因素的影响__。解析：(1)对动物组织进行分别，用胰蛋白酶处理，才能形成单个细胞。因为酶具有专一性，所以不能用纤维素酶和果胶酶将动物细胞分散开。(2)克隆动物的胜利证明白动物细胞的细胞核具有全能性。(3)去掉卵母细胞核后，重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，其性状主要由供体细胞核确定。(4)重组细胞发育而来的犊牛与供体奶牛不完全相同，因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，少量来自卵母细胞的细胞质，性状还受环境的影响。核心素养·技能培优案例如图是某克隆羊的培育过程模式图，则与获得该克隆羊接近的生殖方式和其发育成熟时所分泌的主要性激素分别是(A)A．无性生殖；雄性激素B．无性生殖；雌性激素C．有性生殖；雄性激素D．有性生殖；雌性激素解析：克隆羊的产生属于无性生殖；由于此过程是雄性羊供核，故得到的克隆羊为雄性，所分泌的性激素是雄性激素。探规寻律推断有性生殖与无性生殖的两种方法(1)从概念上推断。①有性生殖是指经两性生殖细胞结合而成的合子或有性配子干脆发育成个体的生殖方式。②无性生殖是指不经过生殖细胞的结合由亲本干脆产生子代的生殖方式。(2)从培育细胞的种类上推断。①组织培育中培育的不是体细胞而是有性配子或合子时，才属于有性生殖。②植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。问题释疑·探究升华教材P44旁栏思索题1进行动物细胞传代培育时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？提示：用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的相宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。胰蛋白酶作用的相宜环境pH为7.2～8.4。多数动物细胞培育的相宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶相宜用于细胞培育时的消化。教材P44寻根问底胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？提示：胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白外，长时间的作用也会消化细胞膜蛋白，对细胞有损伤作用，因此必需限制好胰蛋白酶的消化时间。教材P46旁栏思索题2为什么对动物细胞进行培育时通常要添加血清？提示：血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白质主要为白蛋白和球蛋白。氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，其中有些氨基酸动物细胞本身不能合成(称为必需氨基酸)，必需由培育液供应。血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子(如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子等)；血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，细胞培育时，要保证细胞能够顺当生长和增殖，一般需添加10%～20%的血清。教材P46探讨1多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，依据你所学的内环境的学问，思索并探讨以下问题：1.体外培育细胞时须要供应哪些物质？提示：足够的养分供应、相宜的温度、相宜的pH和气体环境。2．体外培育的细胞须要什么样的环境条件？提示：无菌、无毒的环境。教材P49探讨21．在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必需先去掉受体卵母细胞的核？提示：为使核移植的胚胎或动物的遗传物质几乎全部来自有重要利用价值的动物供应的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必需将受体细胞的细胞核去掉。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，想一想，这是为什么？提示：培育的动物细胞一般传至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变更，其细胞遗传物质可能会发生突变，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，通常采纳传代10代以内的细胞。3．你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？提示：克隆动物绝大部分DNA是来自供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不行能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是供体动物100%的复制。教材P50异想天开有了体细胞核移植技术生产的器官，我们就可以像汽车坏了换零件一样，换掉生病的器官，这样一来，人类是否就可以长生不老了？提示：不行以，尽管体细胞核移植技术已经在很多种动物中获得胜利，但其胜利率仍旧特别低，产下的活克隆动物占移植克隆胚胎的比率平均不到10%。克隆技术的各个环节也有待进一步改进。此外，绝大多数克隆动物还存在健康问题，很多克隆动物表现出遗传和生理缺陷。总之，体细胞核移植技术的探讨仍在接着深化，人类对克隆技术的应用还有很多问题须要解决。期盼在不远的将来，克隆技术能更好地造福于人类。教材P50思索与探究1．幼龄与老龄动物的组织