人教选修3《动物细胞培养和核移植技术》学案

第7课时动物细胞培养和核移植技术[目标导读] 1.结合教材图2－16及相关内容，归纳动物细胞培养的过程、条件及应用。

2.结合教材图2－21，归纳通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。

3.简述体细胞核移植技术的应用前景。

[重难点击] 1.动物细胞培养的过程及条件。

2.动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。

1．一般来说，已分化的植物细胞整体具有全能性，而已分化的动物细胞整体的全能性受到限制，只是细胞核具有全能性。

2．癌细胞的主要特征有无限增殖、形态结构改变、易分散转移和接触抑制丧失的特征。

3．器官移植面临的问题之一是排斥反应，这与人体内的T淋巴细胞有关。

4．克隆(英语：Clone)在广义上是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程。

在园艺学上，克隆是指通过营养生殖产生的单一植株的后代，很多植物都是通过克隆这样的无性生殖方式从单一植株获得大量的子代个体。

在生物学上，是指选择性地复制出一段DNA序列(分子克隆)、细胞(细胞克隆)或是个体(个体克隆)。

[课堂导入]如图为克隆动物明星—“多利”，它是科学家运用动物细胞核移植技术培育的，今天我们就来学习动物细胞工程的有关内容。

探究点一动物细胞培养动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。

观察下图，探讨动物细胞培养的相关问题。

1．过程取动物组织块↓ 分散组织细胞：剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间↓ 制成细胞悬液↓ 原代培养：具有贴壁生长和接触抑制的特点↓ 传代培养⎩⎪⎨⎪⎧ ①先用胰蛋白酶等处理贴满瓶壁的细胞再 分瓶继续培养②10代以内的细胞可保持正常的二倍体核型③细胞传到10～50代左右时，增殖会逐渐缓慢，以至于完全停止，但少数细胞的 细胞核型可能发生改变，克服细胞寿命 的自然极限，获得不死性(1)动物细胞培养时选用什么样的动物组织块好(幼嫩的还是衰老的)，为什么？动物细胞培养的原理是什么？ 答案 幼嫩的，因为幼嫩组织块容易增殖。

细胞增殖。

(2)将组织分散成单个细胞的方法是什么？为什么要先剪碎组织？答案 方法是从健康动物体内取出组织块，剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，这样组织就会分散成单个细胞。

先剪碎组织的目的是增大胰蛋白酶或胶原蛋白酶与细胞的接触面积。

(3)如何区分原代培养与传代培养？答案①原代培养：通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。

②传代培养：贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞增殖，即为传代培养。

2．条件(1)无菌、无毒的环境：即对培养液和所有培养用具进行无菌处理。

(2)营养：合成培养基的成分为糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清、血浆等。

与植物组织培养基比较，动物细胞培养基的独特之处：①液体培养基；②其成分中有动物血清。

(3)温度和pH：适宜的温度为36.5±0.5_℃；pH为7.2～7.4。

(4)气体环境：进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，将其置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养。

其中CO2的主要作用是维持培养液的pH。

3．应用(1)生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。

(2)为皮肤大面积烧伤病人培养供移植的皮肤。

(3)用于检测有毒物质。

(4)科学家培养各种正常或病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，为治疗和预防疾病提供理论依据。

小贴士 1 细胞株和细胞系①细胞株：传代培养的细胞一般传到10代左右就不易传下去，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。

但是有极少数细胞能度过“危机”而继续传下去，这些存活的细胞一般能传到40～50代，这种传代的细胞叫做细胞株。

②细胞系：当细胞株传至50代以后又会出现“危机”，不能再传下去。

但有部分细胞的遗传物质发生了改变，而且带有癌变的特点，获得不死性，可在培养条件下无限制地传代下去，这种传代的细胞称为细胞系。

2 癌变的细胞无接触抑制现象，可以堆叠起来增殖。

3 用胰蛋白酶处理组织块，可使细胞分散开，目的是使细胞与培养液充分接触。

不能使用胃蛋白酶分散细胞，因为多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，此pH下胃蛋白酶不具活性。

归纳提炼活学活用1．判断下面关于动物细胞培养的叙述的正误。

(1)动物细胞培养的原理是动物细胞的全能性( )(2)需要对细胞进行一次脱分化处理和两次蛋白酶处理( )(3)原代培养的细胞是指从贴壁生长到发生接触抑制的细胞( )(4)恒温条件下，细胞周期持续时间长短不随细胞培养进程而改变( )(5)传代培养的细胞因为以有丝分裂方式增殖，所以在传代过程中其遗传物质保持不变( )(6)只要培养条件适宜，细胞都可在体外无限繁殖( )(7)可用于检测有毒物质、构建人造皮肤、大量生产药物蛋白( )(8)为了防止培养过程中发生微生物污染，应将培养箱抽成真空以消毒、灭菌( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)×解析 动物细胞培养的原理是细胞的增殖；动物细胞培养无需脱分化处理，只要发生接触抑制就要用胰蛋白酶处理；细胞从开始贴壁生长到发生接触抑制在原代培养和传代培养中都会发生；多次传代后，分裂速度减慢，周期因此变长，以致有部分细胞的遗传物质有可能发生改变；细胞多次传代后，大多数细胞会逐渐衰老死亡；培养箱抽成真空不利于细胞呼吸。

只有(7)正确。

探究点二 动物体细胞核移植技术和克隆动物用动物细胞克隆动物，实际上是通过核移植来实现的。

依据克隆动物的基本流程，回答问题。

1．概念：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。

2．种类⎩⎪⎨⎪⎧胚胎细胞核移植 易 体细胞核移植 难 3．克隆动物的基本流程(1)原理：动物细胞核的全能性。

(2)供体和受体的选择①供体：一般选用传代10代以内的细胞，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。

②受体：去核的MⅡ中期的卵母细胞。

a ．选取MⅡ中期的卵母细胞的原因：一方面细胞大，易于操作；卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。

另一方面此时具备受精能力，细胞质中含有能刺激融合后重组细胞进行分裂分化并形成重组胚胎的物质。

b．去核的原因：保证克隆动物的遗传物质最大程度地来自有重要利用价值的动物。

4．克隆动物性状与供体并不完全相同的原因(1)克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。

(2)生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境的影响。

5．应用(1)加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。

(2)增加濒危动物数量，保护濒危物种。

(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．存在的问题(1)体细胞核移植技术的成功率非常低。

(2)克隆动物存在健康问题，表现出生理缺陷、遗传缺陷等。

(3)克隆动物食品的安全性问题存在争议。

归纳提炼动物细胞核移植的条件及结果(1)核移植一般不选择生殖细胞作为供核细胞，因为生殖细胞与正常体细胞相比，遗传物质减半。

(2)核移植时，一般先用电刺激使供、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)核移植过程中细胞核只来自于一个个体，因此核遗传物质与供核个体的相同，属于无性繁殖，产生新个体的绝大多数性状与供核亲本一致。

体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，体现细胞膜的结构特点：具有一定的流动性。

(4)该技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。

活学活用2．世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育过程如图所示，请据图回答下列问题：(1)写出图中a、b所指的细胞工程名称：a．____________________，b.______________。

(2)实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵母细胞的原因：__________________ ___________________________________________________。

(3)“多利”面部的毛是________，请根据遗传学原理说明判断根据：____________________ _______________________________________________。

(4)继植物组织培养之后，克隆绵羊的培育成功，证明动物细胞的细胞核也具有__________。

答案(1)细胞核移植胚胎移植(2)卵母细胞体积大、易操作；含营养物质多，通过发育可直接表现出性状来(3)白色“多利”的细胞核基因来自白面绵羊(4)全能性1．2010年6月《中国养殖风》报道，“内蒙古白绒羊种羊场”诞生了目前国际上规模最大的一批转基因克隆绒山羊。

关于克隆，除个体水平外，还有分子、细胞、器官等水平的克隆。

下列不属于克隆技术的是( )A．从出生不久的小鼠心脏取下的细胞在体外离体培养成细胞系B．使某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达C．农业生产上利用马铃薯的芽繁殖马铃薯D．将单个B淋巴细胞进行无性繁殖答案 B解析克隆实质上就是一种无性繁殖，题中A、D两项都是细胞水平的克隆，C项是指植物的营养生殖，也属于克隆的范畴。

B项中，使某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，这属于转基因技术。

2．乙马的卵细胞核被甲马的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂发育成重组胚胎，再植入丙马的子宫内发育，结果产下一匹小马。

下列叙述正确的是( )A．直接在体外对甲马的体细胞进行诱导也能培养出胚胎B．小马的性状与甲马完全相同C．此项技术可用于保护濒危物种D．该过程可以很好地证明动物细胞的全能性答案 C解析克隆过程中细胞质遗传物质来自一方，而细胞核中遗传物质来自另一方，所以小马的性状与甲马不完全一致。

该过程只能说明动物细胞核具有全能性，而不能证明动物细胞的全能性。

3．一只羊的卵子的核被另一只羊的体细胞核替换后，这个卵子经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果生下了一只羊羔，这种克隆技术具有多种用途，但是不能( ) A．有选择地繁殖某一性别的家畜B．繁殖家畜中的优秀个体C．用于保存物种D．改变动物的基因型答案 D解析生物的各种性状是由遗传物质——DNA控制的，由细胞核内的DNA控制的遗传叫细胞核遗传，由细胞质(主要存在于线粒体、叶绿体)内的DNA控制的遗传叫细胞质遗传。

目前的克隆技术是将一个体细胞核植入一个去核的卵母细胞中，经过试管培养一段时间后，再移入另一个体的子宫内发育、分娩的技术。

通过该技术，能够保持新的优良性状，能够保持性别不变，也能够用于保存物种，但不能改变动物的基因型，这是因为基因型的改变一般是通过动物的有性生殖(减数分裂)完成的。