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1、第三节 动物细胞工程的应用() 第二章 细胞工程 学习导航 1.概述动物细胞与组织培养的原理、方法及应用。 2.在理解细胞核移植基本过程的基础上，掌握动物体细胞克隆 的过程和意义。 重难点击 1.动物细胞与组织培养的原理、方法及应用。 2.动物体细胞克隆的过程和意义。 课堂导入 方式一方式一 2003年，四川少年小林点燃鞭炮，导致面部、四肢被严重烧伤 并感染。为了挽救儿子的生命，小林的爸爸、妈妈向医生恳求“割皮救 儿”，烧伤整形科主任魏平最终同意进行这场罕见的亲体皮肤移植手术。 为了全覆盖孩子身体上被深度烧伤并发生感染的创面，医生把取自父子 俩的皮肤全部剪成指甲盖大小的皮块，儿子和爸爸的皮肤相
2、隔相嵌，估 计父亲的皮肤至少能在其儿子身上存活半年甚至更长时间，这就给儿子 自身皮肤的生长带来了生机，孩子的痊愈指日可待。 思考： 1.小林在皮肤烧伤之后，很容易得病，为什么？ 2.选取植皮时，理论上选择谁的皮肤最好？为什么？ 3.自身的健康皮肤是有限的，能不能通过其他途径获得自身的皮肤？ 方式二方式二 古代神话里孙悟空用自己的汗毛变成无数个小孙悟空的离奇故 事，表达了人类对复制自身的幻想。1978年，美国科幻小说家罗维克 (D.Rorvick)写了一本名叫克隆人(The Cloning of a man)的书，内容是 一位富商将自己体细胞核移植到一枚去核卵中，然后将其在体外卵裂成 的胚胎移植
3、到母体子宫中，经过足月的怀孕，最后生下了一个健康的男 婴，这个男婴就是一个克隆人。 现在，克隆人已经不是科幻小说里的梦想，而是呼之欲出的现实。由于 克隆人可能带来复杂的后果，一些生物技术发达的国家，现在大都对此 采取明令禁止或者严加限制的态度。 克隆人，真的如潘多拉盒子里的魔鬼一样可怕吗？我们应该怎样正确看 待克隆技术呢？ 一、动物细胞与组织培养 内容索引 当堂检测 二、动物细胞核移植与体细胞克隆 一、动物细胞与组织培养 基础梳理 1.概念概念 (1)操作环境：在 模拟 环境。 (2)操作目的：使组织或细胞 、 并维持原有的 和 。 2.培养过程培养过程 (1)取材：动物 或出生后不久的 动物
4、的器官或组织。 (2)步骤 动物细胞培养 动物组织 分散成悬浮细胞 中培养 形成 一层细胞 转移到新培养液中继续培养 动物体内体外 继续生长增殖结构功能 胚胎幼龄 胰蛋白酶 培养皿 动物组织培养 动物组织 剪碎组织块 用 冲洗 将组织块移入_ 中 贴壁培养 3.培养培养条件条件 (1)条件： 、温度适宜、 充足、pH合适等。 (2)培养基种类(根据营养物质来源划分) 天然培养基：主要取自 、动物组织提取液和鸡胚汁等。其 特点是成分复杂、 。 合成培养基：人工配制的，其成分 、便于控制实验条件，使用 时需加入 。 生理盐水 无菌 培养瓶 气体、营养物质 营养价值高 动物血清 一定的动物血清 明确
5、 4.原代培养和传代培养原代培养和传代培养 (1)原代培养 含义：从供体获取细胞与组织后的 培养。 未发生很大变化，适合用于药物测试、基因表达 等实验研究。 (2)传代培养 含义：将原代培养的细胞 后转入 培养瓶中继续培养。 初次 细胞的生物学特性 分离稀释新的 原因：在原代培养过程中，由于 的限制、 的消耗 等导致细胞的生长和增殖逐渐减缓。 特点：传代培养1050次后，细胞增殖会明显减缓，甚至完全停止。 5.应用应用 主要应用于医药领域，为疫苗、干扰素、 等生物制品的大 规模生产提供了全新的手段。 培养空间营养物质 单克隆抗体 问题探究 1.动物细胞培养的过程 (1)从细胞增殖特点上分析原代
6、培养和传代培养的细胞分裂的不同。 原代培养： 。 传代培养：_ _ _。 细胞分裂旺盛，一般表现为细胞贴壁生长和接触抑制 细胞在传至1050代左右时，细胞增殖缓慢，甚至完全停 止，此时细胞普遍表现为衰老和凋亡的特征，但也有少部分细胞的细胞 核型可能会发生变化，会朝着等同于癌细胞的方向发展 (2)进行动物细胞传代培养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？用胃蛋白酶可以吗？为什么？ 答案 答案 答案 用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。不可 以。多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4，胃蛋白酶(适宜pH为2)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
7、胰蛋白酶 适用于细胞培养时的处理。 2.动物细胞培养的条件 (1)判断下列不同材料进行细胞培养时的难易程度。 幼龄与老龄动物的组织细胞： 。 分化程度低的与分化程度高的组织细胞： 易于 培养。 幼龄动物的组织细胞易于培养 分化程度低的组织细胞 答案 答案 血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白 质、氨基酸、未知的促生长因子等，人们对细胞所需的营养物质还没有 完全搞清楚。因此细胞培养时，为保证细胞能顺利生长和繁殖，一般需 添加血清、血浆等天然成分。 (2)动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？ (3)为什么探究动物细胞培养时，要在培养基中加入血清、血浆等天然成分？ 答案 答案
8、 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。 答案 答案 答案 95%空气加5%CO2的混合气体。O2维持细胞代谢，CO2维持培养液 的pH。 (4)动物细胞培养需要控制的气体环境是怎么样的？各自起什么作用？ 答案 比较项目植物组织培养动物细胞培养 生物学原理_ 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、 等 培养结果新的植株或组织大量新细胞或细胞产物 3.动物细胞培养与植物组织培
9、养的比较 植物细胞的全能性 细胞增殖 血清 应用 快速繁殖； 培育无病毒植株； 细胞产物的工厂化生产； 制作人工种子 生产病毒疫苗、干扰素、 单克隆抗体等； 检测有毒物质； 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 代培养、 代培养 细胞分裂、 生长、分 化的特点 分裂：形成愈伤组织； 分化：形成根、芽 只分裂不分化； 贴壁生长； 接触抑制 原 传 解析 解析 由原代培养换瓶进行传代培养时，需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶 处理贴壁生长的细胞，A项正
10、确； 细胞的癌变一般发生于50代后的细胞培养过程中，B项错误； 正常进行分裂的细胞会出现接触抑制现象，C项正确； 动物细胞培养的场所是CO2培养箱，培养箱内含有95%的空气加5%的CO2 的混合气体，为动物细胞提供适宜的气体环境，D项正确。 拓展应用 1.下列关于动物细胞培养的叙述中，不正确的是 A.传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞 B.细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中 C.正常分裂的细胞在培养瓶中会出现接触抑制现象 D.动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱 解析答案 答案 答案 第一次处理的是剪碎的动物组织块，第二次处理的是原代培养时 贴壁生长的细胞。 一题多变一题多
11、变 (1)正常细胞为何表现出接触抑制？ (2)在动物细胞培养过程中两次用到胰蛋白酶，分别处理的是什么？ 答案 答案 正常细胞的细胞膜表面具有糖蛋白，细胞之间存在黏着性而表现 为接触抑制。 答案 2.某研究小组为测定药物对肝肿瘤细胞的治疗效果，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1050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 答案问题导析 问题导析问题导析 (
12、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 酶而不用 蛋白酶处理细胞。 (2)培养箱中CO2的作用是 。 (3)在适宜条件下，肝肿瘤细胞可以 。 (4)正常肝细胞在 培养过程中会出现 现象，停止增殖。 返回上页答案 胰蛋白胃 调节培养液的pH 无限增殖 原代接触抑制 二、动物细胞核移植与体细胞克隆 1.克隆克隆 指遗传上完全相同的 或来自同一祖先的生物个体的_ 群体。用体细胞核移植技术进行的克隆称为 。 2.体细胞克隆体细胞克隆 (1)操作：将供体体细胞的 注入受体 中。 (2)发育阶段：经过培养发育成 ，进而形成 。 (3)关键技术： 。 基础梳理
13、 分子、细胞无性繁殖 体细胞克隆 细胞核去核卵细胞 胚胎动物个体 细胞核移植技术 3.克隆动物克隆动物过程过程 4.克隆技术的意义克隆技术的意义 在克服动物 杂交繁殖障碍、创造 等方面具有重要的科学意义 和潜在的 。 融合的细胞 种间 体细胞 新物种 经济价值 5.应用应用 (1)畜牧生产方面：加速家畜 进程，促进 。 (2)保护濒危物种方面：增加动物的 。 (3)医药卫生领域：转基因克隆动物作为 ，生产医用蛋白。 (4)治疗人类疾病：转基因克隆动物细胞、组织和器官作为 的供 体等。 优良畜群的繁育 存活数量 遗传改良 生物反应器 异种移植 大小形态方面细胞大，易于操作 营养物质方面_ 功能特
14、性方面 _ _ 问题探究 1.受体细胞的选择和处理 (1)完善下列表格，说明选择M中期的卵母细胞作为受体细胞的原因。 卵黄多，营养丰富，为胚胎发育提供充足的营养 此时具备受精能力，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 答案 答案 不是。克隆过程中细胞核只来自供体，因此克隆羊“多莉”的核 遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制，而其细胞质中的遗传物质来 自母羊B的细胞质。 (2)将受体细胞去核的原因是什么？ 2.克隆动物的遗传物质和性状与亲本的关系 克隆羊“多莉”的产生过程如下： (1)“多莉”的遗传物质是对母羊A的100%的复制吗？并分析原因。 答案 答案 保证克隆
15、动物的遗传物质最大程度地来自有重要利用价值的动物。 答案 (2)从“多莉”的产生过程可以看出“多莉”有三个亲本，探究“多莉” 的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。 与母羊A的关系：_ _。 与母羊B的关系： 。 与母羊C的关系：。 与母羊C无关，因母羊C没有为新个体提供遗传物质 大多数性状与母羊A相同,因细胞核中的基因与母羊A 少数性状与母羊B相同，因细胞质中的基因来自母 羊B，受细胞质基因控制的性状与母羊B相同 一样 (3)动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 答案 答案 无性生殖。动物体细胞核移植最终得到个体的细胞核中遗传物质 完全来自一个个体，不是精卵受精得到的，因此
16、属于无性生殖。 答案 3.生殖性克隆与治疗性克隆 (1)图A、图B分别表示哪种克隆方式？ 答案 答案 图A表示生殖性克隆，图B表示治疗性克隆。 答案 (2)生殖性克隆与治疗性克隆最主要的区别是什么？ 答案 答案 克隆的目的不同，生殖性克隆是用于生育，产生新个体；治疗性 克隆的目的是治疗人类疾病。 答案 答案 答案 主要有：克隆人严重地违反了人类伦理道德，是克隆技术的 滥用。 克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念。 克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。 (3)克隆人可能会引发哪些伦理问题？ 答案 答案 答案 我们没有必要去追究他是出于什么目的被克隆出来的，
17、也没有必 要去争论该成果有什么科学价值，而应该把克隆人当作我们社会中的一 个普通成员，尊重他的人权、人格。要用他做实验时，必须征得他自愿 同意，绝不能伤害他的身心健康。我们应该以平常心态看待克隆人，使 克隆人获得和我们一样的生存和发展条件。 (4)克隆人如果真的来到人间，我们应该怎样正确对待他们？ 答案 (1)核移植过程的相关分析 为了确保核移植形成的克隆动物的遗传物质全部来自有优良性状的动物 提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移植到受体细胞之前，必须将受体细 胞的遗传物质去掉或将其破坏掉。 细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。而克隆动物的形成则利用 了动物细胞核的全能性。 细胞融合后构建重
18、组胚胎，并移植到代孕母体内获得克隆动物，需要胚 胎工程技术的支持。 归纳归纳 总结 总结 (2)治疗性克隆与生殖性克隆的比较 项目治疗性克隆生殖性克隆 不 同 点 目的治疗人类疾病繁殖新个体 操作水平细胞或组织水平个体水平 中国政府 的观点 不反对治疗性克隆 禁止生殖性克隆，原则是不赞成、 不允许、不支持、不接受任何生 殖性克隆人的实验 相同点 动物体细胞细胞核的全能性； 生殖方式：无性生殖； 都能产生新细胞或新组织 3.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)图中所示的结构名称是_。 (2)图中所示的生物技术名称分别是_、_ _。 (3)过程通常用
19、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_。 拓展应用 答案 核移植技术 细胞核 转基因技术(或基因 工程、DNA重组技术、基因拼接技术) 含有促进细胞核全能性表达的物质 (4)过程通常用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_。 答案 细胞移植无免疫排斥反应 早期胚胎细胞分化程度低，全能 问题导析 性高，可诱导分化为各种组织、器官 体外基因治疗 问题导析问题导析 (1)是从供体(患者)体细胞中分离出的 。 (2)表示 技术，表示 技术。 (3)核移植的受体细胞一般是 ，原因是它体积大、
20、易操 作，含有供胚胎发育的 ，它还含有促进细胞核 表达的物质。 (4)早期胚胎中的细胞分化程度 ，全能性 ，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 ，所以移植后 不会发生 反应；图中所示基因治疗是体外转基因，故所属类型为 。 返回上页答案 核移植 细胞核 转基因 M中期的卵母细胞 营养物质全能性 低高 患者本人 免疫排斥 体外基因治疗 一题多变一题多变 (1)图中的健康胰岛B细胞基因可采用_技术导入动物细胞中。 (2)图中重组细胞A在培养液中培养成早期胚胎的过程中是否发生基因 重组？_。 答案 否 显微注射 拓展提升拓展提升 判断有性生殖与无性生殖的两
21、种方法判断有性生殖与无性生殖的两种方法 (1)从概念上判断：有性生殖是指经两性生殖细胞结合而成的合子或 有性配子直接发育成个体的生殖方式；无性生殖是指不经过生殖细 胞的结合而由亲本直接产生子代的生殖方式。 (2)从培养细胞的种类上判断：组织培养中培养的不是体细胞而是有 性配子或合子时，才属于有性生殖；植物组织培养、植物体细胞杂 交和动物细胞核移植都属于无性生殖。 4.治疗性克隆有希望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应 的问题。如图表示治疗性克隆的过程，下列说法正确的是 A.上述过程利用了动物体细胞融合技术 B.上述过程实现了动物细胞的全能性 C.胚胎干细胞的不断增殖和分化潜能保证过
22、程的进行 D.图示克隆技术有悖于伦理问题，因此我国政府提出不赞成、不允许、不 支持、不接受的“四不”原则 答案问题导析 问题导析问题导析 (1)识图辨析，确认治疗性克隆主要利用了 技术， 该技术体现了 。 (2)我国政府的态度：禁止 克隆人，原则是不赞成、不允许、不支 持、不接受任何 克隆人的实验，但不反对治疗性克隆。 返回上页答案 体细胞核移植 动物体细胞核的全能性 生殖性 生殖性 (1)正常情况下，去核的卵母细胞取自于女性卵巢排卵后在输卵管中发育至 _期的卵母细胞。 (2)治疗性克隆所用的技术名称是_。 (3)已知患者是红绿色盲的女性，图中提供卵母细胞的为完全正常的年轻 女性。移植器官后，
23、该患者所生孩子中红绿色盲的情况是_ _。 答案 体细胞核移植技术(胚胎干细胞培养技术) 减数第二次分裂中 男孩是红绿色 盲，女孩不一定 一题多变一题多变 课堂小结 胰蛋白酶 胰蛋白酶 天然培养基 合成培养基 细胞核移植 当堂检测 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 23451 答案 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 23415 解析 解析 动物细
24、胞培养的培养基与植物组织培养的培养基不同，动物细胞 培养一般用液体培养基，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入动物血清等； 它们都是在无菌条件下进行的，故A项正确；B、C、D项的叙述错误。 解析 23415 3.如图为某哺乳动物的生殖过程图，下列叙述正确的是 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细胞的母体完全不同 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 答案解析 解析 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； 考虑细
25、胞质基因，应该是“有相同之处”，B项错误； 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.下列有关生物工程的说法，正确的是 A.克隆技术发展的过程是：微生物的克隆个体水平的克隆遗传工程 克隆 B.动物细胞培养时，如果缺少氨基酸供应，细胞一般会停留在细胞周期 的分裂期 C.提高细胞克隆成功率，需在培养基中加入动物血清，使用CO2培养箱 调节pH D.利用人工诱变手段可获得生产人干扰素的工程菌 2341 答案 5 解析 23415 解析 解析 克隆技术发展的过程是：微生物的克隆遗传工程的克隆个体 水平的克隆；动物细胞
26、培养时，如果缺少氨基酸供应，细胞一般会停留 在细胞周期的分裂间期，因为间期需要氨基酸合成蛋白质；动物细胞克 隆时加入动物血清可为细胞提供多种营养物质、激素及生长因子，CO2 的主要作用是维持培养液的pH；诱变育种方法的缺点是有利变异少，诱 变的方向和性质不能控制，所以不能通过诱变获得生产人干扰素的工程 菌，而通常采用的是基因工程技术。 5.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
27、理。 23415 胰蛋白 答案 解析 解析 实践中常用胰蛋白酶处理动物组织细胞使其分散开来。 解析 (2)用于核移植的供体细胞，一般选用传代10代以内的细胞，原因是 _。 23415 该种细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变 答案 解析 解析 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。 解析 (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。 23415 解析 解析 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。 解析 有丝分裂 贴壁生长 答案 (4)将进行
28、培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去除卵母细胞的细 胞核目的是_。 23415 解析 解析 去除卵母细胞的细胞核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。 解析 使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞 答案 (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 23415 生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；生物的性状还 受环境因素的影响 解析 解析 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。 解析