高中生物人教版現(xiàn)代生物科技專題專題2細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程【市一等獎(jiǎng)】

動物細(xì)胞工程學(xué)案課前預(yù)習(xí)一、預(yù)習(xí)目標(biāo)：1.通讀課文，了解課文主要內(nèi)容；2.及時(shí)記錄自己在預(yù)習(xí)過程中的疑問，以提高合作探究的針對性和實(shí)效性。二、預(yù)習(xí)內(nèi)容：動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本技術(shù)、動物細(xì)胞工程的基本應(yīng)用課內(nèi)探究教學(xué)目標(biāo)1.簡述動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程、條件及應(yīng)用。2.簡述通過動物體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的過程和應(yīng)用前景。3.舉例說出動物細(xì)胞融合與單克隆抗體的原理和應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)1.動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程及條件。2.用動物體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。3.單克隆抗體的制備和應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：1.用動物體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。2.單克隆抗體的制備過程?；A(chǔ)達(dá)標(biāo)測試2.2.1動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)1.動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的用途有()①生產(chǎn)有價(jià)值的生物制品，如病毒疫苗、干擾素等②生產(chǎn)基因工程技術(shù)中所用的受體細(xì)胞③可以用于檢測有毒物質(zhì)④培養(yǎng)的各種細(xì)胞可直接用于生理、病理、藥理等方面的研究A.①②B.①②③C.②③④D.①②③④2.一只羊的卵細(xì)胞核被另一只羊的體細(xì)胞核置換后，這個(gè)卵細(xì)胞經(jīng)過多次分裂，置于第三只羊的子宮內(nèi)發(fā)育，結(jié)果產(chǎn)下一只羊羔。這種克隆技術(shù)具有多種用途，但不能()A.選擇地繁殖某一性別的家畜B.繁殖家畜中的優(yōu)秀個(gè)體C.用于保存物種D.改變動物的基因型3.下圖表示動物細(xì)胞培養(yǎng)程序圖，請據(jù)圖回答：（1）過程②表示______________。（2）過程③和⑥用______________處理組織塊或貼壁細(xì)胞分散成單個(gè)細(xì)胞，這樣做的目的是___________________________________________。（3）④和⑥的過程都要把分散的細(xì)胞制成______________。（4）過程⑤進(jìn)行的細(xì)胞培養(yǎng)是______________，細(xì)胞適于______________生長增殖。 （5）過程⑦進(jìn)行的細(xì)胞培養(yǎng)是______________，一般傳至______________代后就不易傳下去了，傳至______________代左右時(shí)，增殖會逐漸緩慢，以至于完全停止，部分細(xì)胞的______________會發(fā)生改變。繼續(xù)培養(yǎng)時(shí)，少部分細(xì)胞發(fā)生了______________，朝著等同于______________的方向發(fā)展。（6）⑤和⑦過程都要放在___________中培養(yǎng)。2.2.2動物細(xì)胞融合與單克隆抗體1.動物細(xì)胞融合的目的中最重要的是()A.克服遠(yuǎn)緣雜交不親和B.制備單克隆抗體C.培育新物種D.生產(chǎn)雜種細(xì)胞2.只能使動物細(xì)胞融合的常用誘導(dǎo)方法是()A.PEGB.滅活的病毒C.電刺激D.離心3.如下圖為某同學(xué)根據(jù)雜交瘤技術(shù)的方法，設(shè)計(jì)的生產(chǎn)破傷風(fēng)桿菌抗體的實(shí)驗(yàn)方案，據(jù)圖回答（1）該方案能達(dá)到預(yù)期效果嗎？______________，原因是______________。（2）圖中②為______________過程，常用_____________作為誘導(dǎo)劑，該細(xì)胞繼承了______________，因此不僅能分泌______________，還有的本領(lǐng)。（3）破傷風(fēng)桿菌的抗體最終可以從______________和______________中提取。（4）該方案的目的是___________________________。參考答案2.2.1動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)（一）思考與探究1．幼齡與老齡動物的組織細(xì)胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細(xì)胞比較，哪一種更易于培養(yǎng)？思考一下，這是什么道理？提示：細(xì)胞的衰老與動物機(jī)體的衰老有著密切的關(guān)系，細(xì)胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物細(xì)胞增殖能力強(qiáng)，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細(xì)胞比老年動物的組織細(xì)胞易于培養(yǎng)。同樣，組織細(xì)胞的分化程度越低，則增殖能力越強(qiáng)，所以更容易培養(yǎng)。2．動物細(xì)胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？為什么？提示：脫分化又稱去分化，是指分化細(xì)胞失去特有的結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只?xì)胞特性的過程。植物的任何一部分，甚至單個(gè)細(xì)胞都具有長成完整植株的能力。但要發(fā)育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細(xì)胞具有發(fā)育成任何組織的能力，然后進(jìn)行再分化，形成完整植株。植物細(xì)胞培養(yǎng)主要用于農(nóng)林生產(chǎn)中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細(xì)胞先進(jìn)行脫分化。動物細(xì)胞的培養(yǎng)有各種用途，一般而言，動物細(xì)胞培養(yǎng)不需經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細(xì)胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，所以，動物細(xì)胞也就沒有類似植物組織或細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)的脫分化過程了。要想使培養(yǎng)的動物細(xì)胞定向分化，通常采用定向誘導(dǎo)動物干細(xì)胞，使其分化成所需要的組織或器官。3.1997年，美國威斯康星州的一個(gè)奶牛場有一頭名叫盧辛達(dá)（Lu。ind。）的奶牛，年產(chǎn)奶量為，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀(jì)錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3一4t。(1）能利用體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達(dá)嗎？請說明理由。提示：可以用體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達(dá)。盧辛達(dá)的產(chǎn)奶量很高，說明它有高產(chǎn)奶的遺傳基礎(chǔ)，利用盧辛達(dá)的體細(xì)胞克隆的奶牛其遺傳物質(zhì)基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產(chǎn)的遺傳基礎(chǔ)，如果精心培育和飼養(yǎng)，有可能在世界范圍內(nèi)推廣，克隆牛再與高產(chǎn)的公牛自然繁殖，可得到很多高產(chǎn)的后代，從而加快奶牛改良進(jìn)程。但同時(shí)需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數(shù)量不宜過多，尤其是在小范圍內(nèi)無限的繁殖，以避免奶牛群出現(xiàn)近親繁殖而引起種質(zhì)衰退。(2）如果將克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達(dá)的任務(wù)交給你，你將如何對它進(jìn)行克??？提示：首先從盧辛達(dá)耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易取）上剪取一小塊組織，在體外培養(yǎng)獲得該組織（如軟骨組織）的細(xì)胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細(xì)胞體外培養(yǎng)成熟。用顯微針去除卵母細(xì)胞的核，再將耳細(xì)胞注入卵母細(xì)胞，用電刺激方法使卵母細(xì)胞與體細(xì)胞融合，這時(shí)供體核就進(jìn)入了受體卵母細(xì)胞，再用電刺激或化學(xué)物質(zhì)激活注入了體細(xì)胞核的卵母細(xì)胞，使其完成減數(shù)分裂和發(fā)育過程。核移植胚胎在體外短時(shí)間培養(yǎng)后，挑選正常卵裂的肛胎植入經(jīng)同期發(fā)情處理的受體母牛體內(nèi)。4．體細(xì)胞核移植技術(shù)在研究和應(yīng)用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態(tài)。提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機(jī)制尚不清楚，克隆技術(shù)效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現(xiàn)早衰等問題。這些問題尚在研究中。在應(yīng)用上，生產(chǎn)克隆動物費(fèi)用昂貴，距大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離。（二）正文中討論題［討論1]多細(xì)胞動物和人體的細(xì)胞都生活在內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)你所學(xué)的內(nèi)環(huán)境的知識，思考并討論以下問題：1．體外培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)需要提供哪些物質(zhì)？提示：充足的營養(yǎng)供給、適宜的溫度、適宜的pH、氣體環(huán)境。2．體外培養(yǎng)的細(xì)胞需要什么樣的環(huán)境條件？提示：無菌、無毒的環(huán)境。［討論2］1.在體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到受體卵母細(xì)胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細(xì)胞的核？提示：為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價(jià)值的動物提供的體細(xì)胞，在供體細(xì)胞的細(xì)胞核移至受體細(xì)胞之前，必須將受體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)去掉或?qū)⑵淦茐摹?．用于核移植的供體細(xì)胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，想一想，這是為什么？提示：培養(yǎng)的動物細(xì)胞一般當(dāng)傳代至10~50代左右時(shí)，部分細(xì)胞核型可能會發(fā)生變化，其細(xì)胞遺傳物質(zhì)可能會發(fā)生突變，而10代以內(nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細(xì)胞核移植中，為了保證供體細(xì)胞正常的遺傳基礎(chǔ)，通常采用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞。3．你認(rèn)為用上述體細(xì)胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物，是對體細(xì)胞供體動物進(jìn)行了100％的復(fù)制嗎？為什么？提示：克隆動物絕大部分DNA來自于供體細(xì)胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細(xì)胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復(fù)制。此外，即便動物的遺傳基礎(chǔ)完全相同，但動物的一些行為、習(xí)性的形成與所處環(huán)境有很大關(guān)系，核供體動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其形成的行為、習(xí)性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100％的復(fù)制。（三）尋根問底胰蛋白酶真的不會把細(xì)胞消化掉嗎？為什么？提示：胰蛋白酶除了可以消化細(xì)胞間的蛋白外，長時(shí)間的作用也會消化細(xì)胞膜蛋白，對細(xì)胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時(shí)間。（四）旁欄思考題1．進(jìn)行動物細(xì)胞傳代培養(yǎng)時(shí)用胰蛋白酶分散細(xì)胞，說明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？提示：用胰蛋白酶分散細(xì)胞，說明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當(dāng)pH大于6時(shí)，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環(huán)境pH為7.2一8.4。多數(shù)動物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2一7.4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)的消化。2．為什么對動物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)通常要添加血清？提示：血清中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質(zhì)主要為白蛋白和球蛋白。氨基酸有多種，是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有些氨基酸動物細(xì)胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養(yǎng)液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、類胰島素生長因子等），血清還合有多種未知的促細(xì)胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質(zhì)，能促進(jìn)細(xì)胞的生長、增殖和貼附。因此，細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，要保證細(xì)胞能溯順利生長和增殖，一般需添加10%-20%的血清。2.2.2動物細(xì)胞融合與單克隆抗體思考與探究1．植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)有什么不同？提示：植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)基本相同，不同的是植物體細(xì)胞融合前需去掉細(xì)胞壁，然后再融合；動物細(xì)胞融合是兩個(gè)體細(xì)胞直接融合。2．制備單克隆抗體時(shí)，為什么要選用B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合形成雜交瘤細(xì)胞？提示：哺乳動物感染抗原后，其體內(nèi)會形成相應(yīng)的B淋巴細(xì)胞，B淋巴細(xì)胞能分泌相應(yīng)的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應(yīng)的過程中，每一種B淋巴細(xì)胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細(xì)胞大量增殖。B淋巴細(xì)胞具有產(chǎn)生單一抗體的能力，但不能在體外增殖，骨髓瘤細(xì)胞是一種癌細(xì)胞，它能在體外培養(yǎng)條件下無限增殖，但不能產(chǎn)生抗體。因此，把一種B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞融合，產(chǎn)生雜交瘤細(xì)胞，它會兼有兩個(gè)親本細(xì)胞的特性一一在體外培養(yǎng)條件下能不斷增殖，同時(shí)能產(chǎn)生出某種特異性的抗體。學(xué)案2.2.1動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)3.解析：進(jìn)行動物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，首先將組織塊剪碎，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理，使其分散成許多單個(gè)細(xì)胞，然后，用培養(yǎng)液將分散的細(xì)胞稀釋制成細(xì)胞懸液，再將細(xì)胞懸液放入培養(yǎng)瓶內(nèi)置于適宜環(huán)境中培養(yǎng)。懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。以后，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，數(shù)目不斷增多。當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。人們通常將動物組織消化后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。貼滿瓶壁的細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分別繼續(xù)培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖，這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為傳代培養(yǎng)。答案：（1）剪碎組織（2）胰蛋白酶解除由于接觸對細(xì)胞生長和繁殖的抑制（3）細(xì)胞懸液（4）原代培養(yǎng)貼壁（5）傳代培養(yǎng)1010～50細(xì)胞核型突變癌細(xì)胞（6）二氧化碳培養(yǎng)箱2.2.2動物細(xì)胞融合與單克隆抗體3.解析：本題圖所示為單克隆抗體的制備過程示意圖，小鼠感染抗原后，其體內(nèi)會形成相應(yīng)的B淋巴細(xì)胞，B淋巴細(xì)胞能分泌相應(yīng)的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應(yīng)的過程中，每一種B淋巴細(xì)胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細(xì)胞大量增殖。B淋巴細(xì)胞具有產(chǎn)生單一抗體的能力，但不能在體外增殖