高中生物人教版現(xiàn)代生物科技專題專題2細胞工程動物細胞工程 專題

2．2動物細胞工程2．動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)1．簡述動物的細胞培養(yǎng)及條件。(重點)2．舉例論證動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的應用及意義。3．簡述動物核移植的過程及意義。(重、難點)動物細胞培養(yǎng)(一)動物細胞工程1．常用的技術(shù)手段：動物細胞培養(yǎng)、動物細胞核移植、動物細胞融合、生產(chǎn)單克隆抗體等。2．基礎(chǔ)：動物細胞培養(yǎng)技術(shù)。(二)動物細胞培養(yǎng)1．概念：從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。2．過程取動物組織塊分散組織細胞：剪碎，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理一段時間制成細胞懸液原代培養(yǎng)：具有貼壁生長和接觸抑制的特點傳代培養(yǎng)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(①先用胰蛋白酶等處理貼滿瓶壁的細胞，,再分瓶繼續(xù)培養(yǎng),②10～50代左右時，細胞增殖緩慢，甚至停止,③部分細胞核型發(fā)生變化，少部分細胞獲,得不死性，能無限增殖)))3．相關(guān)概念(1)細胞貼壁：細胞懸液中分散的細胞貼附在瓶壁上。(2)細胞的接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞停止分裂增殖的現(xiàn)象。(3)原代培養(yǎng)：指動物組織消化后的初次培養(yǎng)。(4)傳代培養(yǎng)：貼滿瓶壁的細胞，出現(xiàn)接觸抑制后，需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖的培養(yǎng)過程。4．培養(yǎng)條件eq\a\vs4\al(1無菌、無,毒的環(huán)境)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行無菌處理,在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素,定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物))(2)營養(yǎng)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(無機物：無機鹽、微量元素等,有機物：糖、氨基酸、促生長因子、血清、血漿等))(3)溫度和pHeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(溫度：±℃,pH：～)(4)氣體環(huán)境eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：維持細胞代謝,CO2：維持培養(yǎng)液的pH))5．應用連線表示動物細胞培養(yǎng)的應用及實例①生產(chǎn)生物制品 a．篩選抗癌藥物②用于基因工程 b．干擾素、單克隆抗體③檢測有毒物質(zhì) c．培養(yǎng)受體細胞eq\a\vs4\al(④用于生理、病理、,藥理等研究) d．判斷物質(zhì)毒性提示：①—b②—c③—d④—aeq\a\vs4\al([合作探討])探討eq\a\vs4\al(1)：為什么切取動物組織塊進行細胞培養(yǎng)時，常選擇胚胎或幼齡動物的器官或組織？提示：因為這些細胞增殖能力強，分化程度低，更容易培養(yǎng)。探討eq\a\vs4\al(2)：在進行動物細胞培養(yǎng)過程中，為什么需用胰蛋白酶處理動物組織？提示：因組織中細胞間基質(zhì)成分為蛋白質(zhì)，利用胰蛋白酶可以分解細胞間的蛋白質(zhì)。探討eq\a\vs4\al(3)：探究動物細胞培養(yǎng)時，為什么要在培養(yǎng)基中加入血清、血漿等天然成分？提示：因血清和血漿中含有多種維持細胞正常代謝和生長的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、未知的促生長因子等。因此細胞培養(yǎng)時，為保證細胞能順利生長和繁殖，一般需添加血清、血漿等天然成分。探討eq\a\vs4\al(4)：動物細胞培養(yǎng)需要控制的氣體環(huán)境是怎么樣的？各自起什么作用？提示：95%的空氣和5%的CO2混合氣體；O2維持細胞代謝，CO2維持培養(yǎng)液的pH。eq\a\vs4\al([思維升華])1．動物細胞培養(yǎng)的操作流程2．過程解讀(1)動物細胞培養(yǎng)需要滿足的條件①充足的營養(yǎng)供給——微量元素、無機鹽、糖類、氨基酸、促生長因子、血清等。②適宜的溫度：哺乳動物多以±0.5℃③適宜的pH：多數(shù)細胞生存的適宜pH為～。④氣體環(huán)境eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：有氧呼吸、細胞代謝,CO2：維持培養(yǎng)液的pH))eq\a\vs4\al(⑤無菌、無,毒的環(huán)境)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具殺菌消毒,培養(yǎng)過程加抗生素殺菌,定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物))(2)原理：細胞增殖。(3)要把動物細胞分散成單個細胞培養(yǎng)的原因分散成單個細胞后容易培養(yǎng)，細胞所需的營養(yǎng)容易供應，其代謝廢物容易排出。而用大塊組織培養(yǎng)時，內(nèi)部細胞的營養(yǎng)供應和代謝廢物的排出都較困難，因此，這些細胞在體外長時間的生存和生長就較困難。同時，分散成單個細胞培養(yǎng)，可使得在細胞水平操作的其他技術(shù)得以實現(xiàn)。(4)選取幼齡動物的組織、器官作為材料的原因動物細胞培養(yǎng)時，一般選取幼齡動物的組織、器官，其細胞的分化程度較低，增殖能力強，有絲分裂旺盛，容易培養(yǎng)。(5)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)的辨析原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)可有兩種表述：a.細胞懸液第一次在瓶中培養(yǎng)，沒有分瓶培養(yǎng)之前的細胞培養(yǎng)；b.第1代細胞的培養(yǎng)與傳10代以內(nèi)的細胞培養(yǎng)統(tǒng)稱為原代培養(yǎng)。兩種表述沒有本質(zhì)區(qū)別。同樣有兩種表述：a.細胞懸液培養(yǎng)一段時間后，分瓶再進行的細胞培養(yǎng)；b.傳10代以后的細胞培養(yǎng)，統(tǒng)稱為傳代培養(yǎng)。(6)細胞貼壁(貼壁生長)和接觸抑制①細胞貼壁：培養(yǎng)液中分散的動物細胞，置于適宜的條件下，能夠分裂，這些細胞貼附在培養(yǎng)瓶壁上，稱為細胞貼壁，或貼壁生長。②接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖的現(xiàn)象。(7)胰蛋白酶在培養(yǎng)過程中的作用及與原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)的聯(lián)系原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)一般均需對細胞進行胰蛋白酶細胞分散處理，區(qū)分兩種“培養(yǎng)”的關(guān)鍵是看用胰蛋白酶處理的對象。①第一次：用胰蛋白酶對剪碎的動物組織進行處理，使其分散成單個細胞后進行培養(yǎng)，即為原代培養(yǎng)。②第二次：細胞培養(yǎng)過程中出現(xiàn)接觸抑制，用胰蛋白酶使其從瓶壁上脫離下來，然后，將其分散到多個培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，即為傳代培養(yǎng)。1．一般來說，動物細胞體外培養(yǎng)需要滿足以下條件()【導學號：72240023】①無毒的環(huán)境②無菌的環(huán)境③合成培養(yǎng)基需加血漿④溫度與動物體溫相近⑤需要O2，不需要CO2⑥CO2調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pHA．①②③④⑤⑥ B．①②③④C．①③④⑤⑥ D．①②③④⑥【解析】動物細胞體外培養(yǎng)要求環(huán)境無菌、無毒，培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，合成培養(yǎng)基中需加血清、血漿等一些天然成分，適宜的溫度、pH分別為±℃、～。O2是細胞代謝所必需的，CO2可維持培養(yǎng)液的pH?！敬鸢浮緿2．某研究小組進行藥物試驗時，以動物肝細胞為材料，測定藥物對體外培養(yǎng)細胞的毒性。供培養(yǎng)的細胞有甲、乙兩種，甲細胞為肝腫瘤細胞，乙細胞為正常肝細胞。請回答下列有關(guān)動物細胞培養(yǎng)的問題。(1)將數(shù)量相等的甲細胞和乙細胞分別置于培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，培養(yǎng)液及其他培養(yǎng)條件均相同。一段時間后，觀察到甲細胞數(shù)量比乙細胞數(shù)量________。(2)在動物細胞培養(yǎng)時，通常在合成培養(yǎng)基中加入適量血清，其原因是____________________________________________________________________________。細胞培養(yǎng)應在含5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中進行，CO2的作用是__________________________________________________________________。(3)在兩種細胞生長過程中，當乙細胞鋪滿瓶壁時，其生長________。藥物試驗需要大量細胞，兩種細胞頻繁傳代，甲細胞比乙細胞可以傳代的次數(shù)更________。若用動物的肝臟組織塊制備肝細胞懸液，需要_______________處理。(4)為了防止細胞培養(yǎng)過程中細菌的污染，可向培養(yǎng)液中加入適量的______?！窘馕觥堪┘毎哂袩o限增殖的特點，故相同培養(yǎng)條件下，肝腫瘤細胞數(shù)量多于正常肝細胞數(shù)量。動物細胞培養(yǎng)需提供無菌環(huán)境，如向培養(yǎng)液中加入適量的抗生素可防止細菌的污染；需提供一定的營養(yǎng)，如向培養(yǎng)基中加入適量血清，以便補充合成培養(yǎng)基中缺乏的物質(zhì)；需提供一定的氣體環(huán)境，如向恒溫培養(yǎng)箱中加入5%的CO2，目的是維持培養(yǎng)液的pH。【答案】(1)多(2)血清可以補充合成培養(yǎng)基中缺乏的物質(zhì)維持培養(yǎng)液的pH(3)停止多胰蛋白酶(4)抗生素動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物1．概念(1)供體：動物的一個細胞的細胞核。(2)受體：去掉細胞核的卵母細胞。(3)結(jié)果：形成重組胚胎，最終發(fā)育成動物個體。2．種類：胚胎細胞核移植和體細胞核移植。3．體細胞核移植的過程4．體細胞核移植技術(shù)的應用前景(1)畜牧生產(chǎn)中：加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育。(2)保護瀕危物種方面：增加動物的存活數(shù)量。(3)醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域：轉(zhuǎn)基因克隆動物作為生物反應器，生產(chǎn)醫(yī)用蛋白。(4)治療人類疾?。恨D(zhuǎn)基因克隆動物細胞、組織和器官作為異種移植的供體等。5．存在問題(1)體細胞核移植技術(shù)的成功率非常低。(2)克隆動物存在健康問題，表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。(3)克隆動物食品的安全性問題存在爭議。eq\a\vs4\al([合作探討])探討eq\a\vs4\al(1)：為什么核移植技術(shù)獲得的動物與供核動物性狀不完全相同？提示：(1)克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。(2)性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果。供核動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其性狀也不可能和供核動物完全相同。(3)在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生供核動物沒有的性狀。探討eq\a\vs4\al(2)：結(jié)合動物細胞核移植的過程，分析為什么體細胞核移植較胚胎細胞核移植更困難。提示：由于動物胚胎細胞分化程度低，恢復其全能性相對容易；而動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難。因此動物體細胞核移植的難度就明顯高于胚胎細胞核移植。eq\a\vs4\al([思維升華])1．動物體細胞核移植技術(shù)的原理：動物細胞核的全能性。2．動物體細胞核移植技術(shù)的過程3．體細胞核移植技術(shù)的條件及原因(1)卵母細胞的選擇時期及原因選擇處于減數(shù)第二次分裂中期的次級卵母細胞作為受體細胞，其原因是：①卵母細胞細胞質(zhì)內(nèi)存在激發(fā)細胞核全能性表達的物質(zhì)；②卵母細胞體積大，便于操作；③卵母細胞內(nèi)卵黃多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富。(2)供體細胞：取供體動物的體細胞培養(yǎng)，一般選用傳代10代以內(nèi)的細胞，因為10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎(chǔ)。(3)動物體細胞不能經(jīng)培養(yǎng)直接發(fā)育成完整個體的原因是動物體細胞的全能性受到限制。用體細胞核移植技術(shù)能夠得到克隆動物，說明動物體細胞的細胞核具有全能性。(4)該過程用到的技術(shù)手段：動物細胞培養(yǎng)、動物細胞融合、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。4．核移植產(chǎn)生的克隆動物與提供細胞核的親本不同的原因(1)克隆動物細胞質(zhì)基因來源于另一個親本。所以與植物組織培養(yǎng)不同(只來自于一個親本)，克隆動物的遺傳物質(zhì)來自2個親本。(2)在發(fā)育過程中可能發(fā)生基因突變、染色體變異導致性狀改變。(3)外界環(huán)境條件的影響引起不可遺傳的變異。1．下列對哺乳動物體細胞核移植技術(shù)的描述不正確的是()A．該技術(shù)的難度明顯高于胚胎細胞核移植B．通常采用減數(shù)第二次分裂期卵母細胞作為受體細胞C．可通過顯微操作法除去卵母細胞核D．克隆動物是對提供體細胞核的動物進行了完全復制【解析】克隆動物的性狀與核供體生物的性狀基本相同，但不是完全相同?！敬鸢浮緿2．“治療性克隆”是將人胚胎干細胞(簡稱ES細胞)造福人類的一種非常重要的途徑。應用人胚胎干細胞進行“治療性克隆”研究的技術(shù)途徑包括以下幾個步驟：首先取病人的體細胞核，移植到去核的成熟受體卵母細胞中；在早期胚胎形成后，從中分離獲得ES細胞；對ES細胞進行基因修飾和定向分化研究，將定向分化后的細胞移植給病人。進行核移植的目的并不是用于克隆人，而是希望通過對ES細胞進行分離培養(yǎng)、定向分化等處理后，進一步獲得再造的人體組織或器官。請根據(jù)材料回答下列問題。(1)人類“治療性克隆”屬于動物細胞工程的________________技術(shù)。(2)科學家為何要將患者的體細胞核植入去核的卵母細胞中，而不直接用體細胞進行細胞培養(yǎng)？_________________________________________________________________________________________________________________。(3)相同的胚胎干細胞，“克隆”的結(jié)果各種各樣，如有的是胰島細胞，有的是血細胞，有的是心肌細胞，究其本質(zhì)原因是基因____________的結(jié)果。(4)克隆的器官在給自身移植方面的主要優(yōu)點是______________________?！窘馕觥?1)依據(jù)“治療性克隆”的步驟分析，可知此技術(shù)屬于動物細胞工程的細胞核移植技術(shù)。(2)動物體細胞全能性隨著分化程度的提高而受到限制，而卵母細胞的細胞質(zhì)中含有促使其全能性表達的物質(zhì)。(3)“治療性克隆”可利用基因選擇性表達這一特點分化出各種組織或器官。(4)自身移植的最大優(yōu)點是沒有免疫排斥反應。【答案】(1)動物細胞核移植(2)體細胞核在體細胞中不能表達全能性，而卵母細胞的細胞質(zhì)可以為其提供表達全能性的環(huán)境(3)選擇性表達(4)沒有免疫排斥反應1．下列關(guān)于動物細胞培養(yǎng)的敘述，不正確的是()A．傳代培養(yǎng)時需要用胰蛋白酶處理貼壁生長的細胞B．細胞的癌變發(fā)生于原代培養(yǎng)向傳代培養(yǎng)的過渡過程中C．癌細胞在培養(yǎng)瓶中不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D．動物細胞培養(yǎng)一般需要使用CO2培養(yǎng)箱【解析】由原代培養(yǎng)換瓶進行傳代培養(yǎng)時，需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理貼壁生長的細胞，A項正確；細胞的癌變一般發(fā)生于50代后的細胞培養(yǎng)過程中，B項錯誤；癌細胞膜上糖蛋白減少，細胞黏著性降低，失去了接觸抑制，容易分散和轉(zhuǎn)移，C項正確；動物細胞培養(yǎng)的場所是CO2培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱內(nèi)含有95%的空氣和5%的CO2的混合氣體，為動物細胞提供適宜的氣體環(huán)境，D項正確?！敬鸢浮緽2．關(guān)于動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的敘述，正確的是()A．動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)所用培養(yǎng)基成分不同，但能源物質(zhì)相同，都是葡萄糖B．植物組織培養(yǎng)無需添加抗生素，動物細胞培養(yǎng)過程中必須添加抗生素C．通過煙草葉片離體培養(yǎng)能產(chǎn)生新個體，可獲得單倍體煙草植株D．動物細胞培養(yǎng)可用于檢測有毒物質(zhì)，莖尖培養(yǎng)可獲得植物脫毒苗【解析】動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中的能源物質(zhì)不同，前者是葡萄糖，后者是蔗糖，A項錯誤；兩種培養(yǎng)方式都需要無菌條件，培養(yǎng)基中都需要加入抗生素防止微生物生長，B項錯誤；煙草的葉片細胞是體細胞而非生殖細胞，經(jīng)離體組織培養(yǎng)得到的不會是單倍體植株，C項錯誤；動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的應用之一是用于檢測有毒物質(zhì)以判斷某種物質(zhì)的毒性，新生的莖尖細胞極少受到病毒感染，經(jīng)組織培養(yǎng)可以得到脫毒苗，D項正確。【答案】D3．從母羊甲的體細胞中取出細胞核，移植入母羊乙的去核卵母細胞中，融合后的細胞經(jīng)卵裂形成早期胚胎，再植入另一只母羊丙的子宮內(nèi)，下列有關(guān)說法正確的是()A．生出小羊的性狀與甲羊完全相同B．一般來說生出小羊的核基因型與甲羊完全相同C．生出小羊的遺傳物質(zhì)由甲、乙雙親共同決定，所以該過程為有性生殖D．生出小羊的性狀由甲、乙、丙3個親本的基因型與環(huán)境共同決定【解析】核移植獲得克隆動物的生殖方式是無性生殖，遺傳物質(zhì)中甲羊的和乙羊的都有，因此認為生出的小羊性狀完全同甲羊是不正確的，應是主要性狀與甲羊相同，核基因型一般與甲羊完全相同，因此B項正確。【答案】B4．科學家通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得了含有人生長激素基因的奶牛，如果要加速轉(zhuǎn)基因奶牛的繁殖速度，可以對此轉(zhuǎn)基因奶牛進行克隆(如下圖所示)。(1)在進行細胞培養(yǎng)之前，要對取自轉(zhuǎn)基因奶牛的組織進行分離，形成單個細胞，這一過程中需要利用________酶處理，不能用纖維素酶與果膠酶的原因是________________。(2)轉(zhuǎn)基因奶牛的克隆成功，說明動物細胞的________具有全能性。(3)將進行細胞培養(yǎng)的供體細胞核注入去核的卵母細胞中，去掉卵母細胞核的目的是_________________________________________________________________________________________________