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专题2细胞工程2.2动物细胞工程2.2.1动物细胞培养和核移植技术学习目标：1.简述动物的细胞培养及条件。(重点)2.举例论证动物细胞培养技术的应用及意义。3.简述动物核移植的过程及意义。(重、难点)自主探新知预习一、动物细胞工程1．常用的技术手段：、动物细胞核移植、____________、生产单克隆抗体等。2．基础：技术。动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合二、动物细胞培养1．概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞和。增殖单个细胞生长2．过程3．相关概念(1)细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞。(2)细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，__________________的现象。(3)原代培养：指动物组织消化后的。(4)传代培养：贴满瓶壁的细胞，出现接触抑制后，需要重新用__________等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖的培养过程。胰蛋白酶贴附在瓶壁上细胞停止分裂增殖初次培养4．培养条件5．应用连线表示动物细胞培养的应用及实例①生产生物制品a．筛选抗癌药物②用于基因工程B．干扰素、单克隆抗体③检测有毒物质c．培养受体细胞④用于生理、病理、药理等研究D．判断物质毒性提示：①—b②—c③—d④—a三、动物体细胞核移植技术和克隆动物1．概念(1)供体：动物的一个细胞的。(2)受体：去掉的卵母细胞。(3)结果：形成重组胚胎，最终发育成。2．种类：和。细胞核细胞核动物个体胚胎细胞核移植体细胞核移植3．体细胞核移植的过程4．体细胞核移植技术的应用前景(1)畜牧生产中：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。异种移植遗传改良优良畜群繁育存活数量生物反应器5．存在问题(1)体细胞核移植技术的非常低。(2)克隆动物存在健康问题，表现出遗传和缺陷等。(3)克隆动物食品的问题存在争议。安全性成功率生理1．判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。()(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。()(3)经细胞核移植培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状。()(4)体细胞核移植过程中采用MⅡ中期卵母细胞作为受体细胞。()(5)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。()提示：(1)×应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(2)×由于接触抑制所以培养瓶壁上形成的应该是单层细胞。(3)×经细胞核移植培育出的新个体应该含有两个亲本的遗传性状。(4)√(5)×动物细胞培养技术的原理是细胞增殖。2．下列关于动物细胞培养的叙述，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．癌细胞在培养瓶中不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B[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；癌细胞膜上糖蛋白减少，细胞黏着性降低，失去了接触抑制，容易分散和转移，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%的空气和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。]3．从母羊甲的体细胞中取出细胞核，移植入母羊乙的去核卵母细胞中，融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎，再植入另一只母羊丙的子宫内。下列有关说法正确的是()A．生出小羊的性状与甲羊完全相同B．一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同C．生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定，所以该过程为有性生殖D．生出小羊的性状由甲、乙、丙3个亲本的基因型与环境共同决定B[核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖，遗传物质中甲羊和乙羊的都有，因此认为生出的小羊性状完全同甲羊是不正确的，应是主要性状与甲羊相同，核基因型一般与甲羊完全相同，因此B项正确。]合作攻重难探究动物细胞培养[思考交流]1．为什么切取动物组织块进行细胞培养时，常选择胚胎或幼龄动物的器官或组织？提示：因为这些细胞增殖能力强，分化程度低，更容易培养。2．在进行动物细胞培养过程中，为什么需用胰蛋白酶处理动物组织？提示：因组织中细胞间基质的成分为蛋白质，利用胰蛋白酶可以分解细胞间的蛋白质。3．探究动物细胞培养时，为什么要在培养基中加入血清、血浆等天然成分？提示：因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。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。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？提示：95%的空气和5%的CO2混合气体；O2维持细胞代谢，CO2维持培养液的pH。[归纳总结]1．动物细胞培养的操作流程(1)原理：细胞增殖。(2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。(3)酶处理。①用酶“两次”处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。②使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出。③不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。2．相关概念的辨析(1)细胞贴壁和接触抑制。①细胞贴壁：将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜环境中培养，悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。(2)原代培养和传代培养：区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。①第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。②第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。3．培养条件的分析(1)添加血清、血浆的作用：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。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。(2)气体环境：CO2调节培养液pH，O2维持细胞有氧呼吸。特别提醒：1培养动物细胞时没有脱分化的过程，因为高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力。2不是所有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，所以在培养瓶中可以形成多层细胞。1．一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件()①无毒的环境②无菌的环境③合成培养基需加血浆④温度与动物体温相近⑤需要O2，不需要CO2⑥CO2调节培养液pHA．①②③④⑤⑥B．①②③④C．①③④⑤⑥D．①②③④⑥D[动物细胞体外培养要求环境无菌、无毒，培养液中添加一定量的抗生素，合成培养基中需加血清、血浆等一些天然成分，适宜的温度、pH分别为36.5±0.5℃、7.2～7.4。O2是细胞代谢所必需的，CO2可维持培养液的pH。]2．如图是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞密度统计结果。相关叙述错误的是()A．实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞B．培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染C．曲线bc段产生的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物积累等D．培养第6天时，新产生的细胞数等于死亡细胞数D[实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞，A正确；培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染，B正确；曲线bc段表示活细胞密度减少而死细胞密度增加，产生的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物积累等，C正确；培养第6天时，活细胞数等于死亡细胞数，D错误。]动物体细胞核移植技术和克隆动物背景材料哺乳动物体细胞核移植简易流程图如下：[思考交流]1．核移植技术的原理是什么？提示：动物细胞核的全能性。2．哺乳动物核移植有哪两种？有何区别？提示：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。由于胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难。3．供体细胞一般选用传代10代以内的细胞，为什么？提示：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。4．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？提示：(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。(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。5．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。提示：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的。[归纳总结]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．动物核移植的原理动物细胞细胞核的全能性。特别提醒：动物细胞的全能性随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱，但动物细胞的细胞核内仍含有该种动物的全套遗传信息，具有发育成完整个体的潜能，即动物细胞的细胞核仍具有全能性。3．哺乳动物细胞核移植的种类胚胎细胞核移植和体细胞核移植。特别提醒：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明显高于胚胎细胞核移植。4．体细胞核移植的过程(1)为了确保核移植形成的克隆动物的核遗传物质全部来自具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内之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或破坏掉。(2)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细胞核的全能性。(3)培育克隆动物所用的受体细胞是去核的卵母细胞(处于减数第二次分裂中期)。这是因为卵母细胞中含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件，且体积大，易于操作。(4)培育克隆动物的过程所利用的生物技术有细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等。特别提醒：1受体细胞为处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞，此时在透明带内包含着第一极体，在去核的同时连同第一极体一并去掉。2该技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了动物细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。3克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。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殖速度，可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。(1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织进行分离，形成单个细胞，这一过程中需要利用________酶处理。不能用纤维素酶与果胶酶的原因是______________。(2)转基因奶牛的克隆成功，说明动物的________具有全能性。(3)将进行细胞培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去掉卵母细胞细胞核的目的是___________________________________(4)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内，就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，原因可能是__________________________________________________________________________________。(5)利用体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于________(填“有性生殖”