2015-2016学年高中生物专题二细胞工程221动物细胞培养和核移植技术课时作业

12．2动物细胞工程2．2.1动物细胞培养和核移植技术目标导航1.结合图2－16及相关内容，归纳动物细胞培养的过程、条件及应用。2.结合图2－21，归纳通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程及应用前景。一、动物细胞工程(阅读P44)基础技术手段应用动物细胞培养技术动物细胞培养、体细胞核移植、细胞融合①深入探索并改造生物的遗传特性②大量培养细胞③单克隆抗体的制备等二、动物细胞培养(阅读P44－46)1．概念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。2．过程动物组织块或器官――→剪碎胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理单个细胞――→加培养液细胞悬液――→初次培养原代培养―→传代培养3．相关概念(1)细胞贴壁：悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。(2)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。(3)原代培养：指动物组织消化后的初次培养。(4)传代培养：贴满瓶壁的细胞，出现接触抑制后，需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖的培养过程。4．培养条件(1)无菌、无毒的环境：培养液中添加一定量的抗生素，并定期更换培养液，以清除代谢产物，防止对细胞自身造成危害。2(2)营养无机物：无机盐、微量元素等有机物：糖、氨基酸、促生长因子、和天然成分：血清、血浆等(3)温度和pH温度：哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜pH：多数细胞适宜pH为7.2～7.4(4)气体环境O2：细胞代谢所必需CO2：维持培养液的pH5．应用(1)生产生物制品：如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。(2)应用于基因工程：动物细胞是基因工程技术中常用的受体细胞。(3)应用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。(4)用于生理、病理、药理等方面的研究，如筛选抗癌药物等。三、动物体细胞核移植技术和克隆动物(阅读P47－50)1．概念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，最终发育为动物个体。2．分类包括胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中胚胎细胞核移植较易成功。3．过程4．应用前景(1)加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。(2)保护濒危物种。(3)转基因克隆动物可作为生物反应器，生产许多医用蛋白。(4)转基因克隆动物细胞、组织和器官可作为异种移植的供体。(5)人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织器官的移植。(6)研究胚胎发育及衰老过程，追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。5．存在问题(1)成功率非常低(低/高)。(2)绝大多数克隆动物还存在健康问题。3(3)克隆动物食品的安全性存在争议。判断正误：(1)动物细胞培养时，需要对细胞进行一次脱分化处理和两次胰蛋白酶处理。()(2)恒温条件下进行动物细胞培养，细胞周期持续时间长短不随细胞培养进程而改变。()(3)动物细胞培养技术可用于检测有毒物质、构建人造皮肤、大量生产药物蛋白。()(4)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。()(5)动物细胞核移植的原理是动物细胞核的全能性。()(6)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。()(7)动物细胞在培养的过程中一些细胞会发生遗传物质的变化。()(8)目前使用的或冷冻保存的细胞通常是10代以内的细胞，以保持正常的二倍体核型。()(9)在动物细胞的培养过程中，培养液中可以不加入血清和血浆等物质。()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)√(7)√(8)√(9)×一、动物细胞培养1．动物细胞培养过程分析(1)过程：(2)贴壁生长现象及接触抑制现象①贴壁生长：动物细胞在液体培养基中悬浮生长一段时间之后，大部分细胞会贴附在培养瓶壁上生长。②接触抑制：细胞进行有丝分裂，数目增加到表面相互接触时，停止分裂增殖，出现接触抑制现象。(3)原代培养和传代培养①原代培养：动物组织消化后的初次培养。②传代培养：原代培养过程中，贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶培养，让细胞继续增殖。2．动物细胞培养与植物组织培养的比较4比较项目植物组织培养动物细胞培养生物学原理细胞的全能性细胞增殖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、血清、血浆等培养结果新的植株或组织大量新细胞或细胞产物应用①快速繁殖②培育无病毒植株③细胞产物的工厂化生产④制作人工种子①生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等②检测有毒物质③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、再分化原代培养、传代培养细胞分裂、生长、分化特点①分裂：形成愈伤组织；②分化：形成根、芽①只分裂不分化；②贴壁生长；③接触抑制1．动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？答案细菌、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。2．根据动物细胞培养的过程，思考下列问题：(1)培养前为什么要将动物组织分散成单个细胞？(2)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶作用的对象有何不同？答案(1)分散后细胞能与培养液充分接触，更易进行物质交换。(2)第一次是将组织块分散成单个细胞，第二次是将贴满瓶壁的细胞分散成单个细胞。3．为什么进行动物细胞培养时，通常要添加血清？答案血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等物质，而且还含有多种未知的促生长因子，能促进细胞的生长、增殖和贴附。4．进行动物细胞培养为何常选用幼龄动物组织或胚胎作培养材料？动物细胞培养需要脱分化吗？5答案幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低，增殖能力很强，更易于培养。动物细胞培养不需经过脱分化过程，因高度分化的动物细胞发育潜能变弱，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。1．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，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10～50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问题导析(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，所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理细胞。(2)培养液中CO2的作用是调节培养液的pH。(3)在适宜条件下，肝肿瘤细胞可以无限增殖。(4)正常肝细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象，停止增殖。答案D一题多变判断正误：(1)动物细胞培养的原理是动物细胞的全能性。()(2)原代培养的细胞是指从贴壁生长到发生接触抑制的细胞。()(3)传代培养的细胞以有丝分裂方式增殖，在传代过程中其遗传物质保持不变。()(4)只要培养条件适宜，细胞都可在体外无限繁殖。()答案(1)×(2)×(3)×(4)×二、动物体细胞核移植技术和克隆动物1．原理克隆动物的形成利用了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。而一般不选用生殖细胞作为供核细胞是因为生殖细胞与正常细胞相比，核遗传物质已减半。(2)受体：去核的减数第二次分裂中期的卵母细胞。①选取减数第二次分裂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。6②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。3．以克隆高产奶牛为例1．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？答案(1)克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。(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。2．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。答案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。2．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①所示的结构名称是________________________________________________。(2)图中③④所示的生物技术名称分别是_______________________________________________________、__________________。(3)过程③通常用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__________________________________________________________________。7(4)过程④通常用②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___________________________________________________。问题导析(1)①是从供体(患者)体细胞分离出的细胞核。(2)③表示核移植技术，④表示转基因技术。(3)核移植的受体细胞一般是卵母细胞，原因是它体积大、易操作，含有供胚胎发育的营养物质，它还含有促进细胞核全能性表达的物质。(4)早期胚胎中的细胞分化程度低，全能性高，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)核遗传物质来自患者本人，所以移植后不发生免疫排斥反应；图中所示基因治疗是体外转基因，故所属类型为体外基因治疗。答案(1)细胞核(2)核移植技术转基因技术(或基因工程、DNA重组技术、基因拼接技术)(3)含有促进细胞核全能性表达的物质(4)早期胚胎细胞分化程度低，全能性高，可诱导分化为各种组织、器官(5)细胞移植无免疫排斥反应体外基因治疗一题多变判断正误：(1)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。()(2)克隆技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了动物细胞的全能性。()(3)克隆动物可以作为异种移植的供体，克隆技术用于组织器官的移植。()(4)克隆技术可以用于增加濒危动物数量，改善濒危物种的基因组成。()(5)图中健康胰岛B细胞基因通常应该采用显微注射技术转入动物细胞中。()(6)图中重组细胞A在培养液中培养成早期胚胎的过程中会发生基因重组。()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×81．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．胚胎细胞核移植答案A2．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A解析动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基不同，动物细胞一般用液体培养基培养