2019-2020学年高中生物 第二章 克隆技术 第三节 动物的克隆学案 浙科版选修3

第三节动物的克隆1．简述动物细胞、组织培养。(重点)2.描述细胞系及细胞株的含义。3．简述动物的克隆培养法。4.掌握动物细胞核移植的概念和核移植的程序。(难点)一、动物细胞的培养和克隆形成1．动物细胞培养(1)将动物体内的一部分组织取出，经过机械消化或胰酶消化，使其分散成单个的细胞，然后，在人工控制的培养条件下，使这些细胞得以生存并保持生长、分裂乃至接触抑制和有规律的衰老、死亡等生命活动现象。(2)动物细胞培养的流程：取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入特殊培养液中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。2．动物组织培养动物组织在体外及人工条件下维持生活状态或生长特性。由于细胞的运动、变化和培养物的组织成分发生变化，长期的培养结果最终成了简单的细胞培养。综合细胞培养和组织培养的含义和规律，两者在一定程度上可以看作是同义语，因此可将它们统称为组织培养(组培)。3．细胞系与细胞株细胞系泛指可传代的细胞，细胞株是具有特殊性质的细胞系。1．动物细胞培养中，出现遗传物质改变的细胞被称为什么？提示：细胞系。4．克隆培养法(1)概念：把一个单细胞从群体中分离出来单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。(2)细胞克隆的最基本要求：必须肯定所建成的克隆来源于单个细胞。(3)提高细胞克隆形成率的措施：选择适宜的培养基、添加血清、以滋养细胞支持生长、激素刺激、使用CO2培养箱、调节pH等。二、细胞的融合技术及其应用1．细胞融合与细胞杂交(1)细胞融合①概念：是指将两个或多个动物细胞融合为一个细胞的现象。②原理：细胞膜的流动性。③诱导融合的方法a．物理方法和化学方法：电激法、聚乙二醇等。b．生物方法：灭活的病毒(如仙台病毒)。(2)细胞杂交①概念：基因型不同的细胞间的融合就是细胞杂交。②过程③应用：由于细胞杂交中染色体容易丢失，利用杂交细胞检测特定染色体丢失与特定基因产物(蛋白质)减少的对应关系可以进行基因定位。2．单克隆抗体的制备(1)过程(如图)B淋巴细胞（能产生抗体）骨髓瘤细胞（能无限增殖）――→用灭活的病毒诱导细胞融合并筛选多种杂种细胞――→细胞培养筛选能产生专一抗体的且可无限增殖的细胞群。(2)单克隆抗体的获得体外培养：从细胞培养液中提取抗体体内培养：从动物腹水中提取抗体(3)应用在疾病诊断、治疗与预防方面与常规抗体相比具有特异性强、灵敏度高的特点。单抗可作为特异探针，研究相应抗原蛋白的结构、细胞学分布及其功能。三、动物的克隆繁殖1．动物细胞全能性的表现程度(1)受精卵及其第一次卵裂所得的2个子细胞，都可发育成完整个体。(2)有的细胞只具有分化出多种组织细胞的潜能，这样的细胞叫做多能细胞。例如多能造血干细胞，可分化为红细胞、白细胞和血小板等。(3)有的只能分化为一种细胞，如单能造血干细胞。(4)有的已经分化，不再分化为其他细胞，甚至终生不再分裂，如高度分化的神经细胞。(5)低等动物细胞的全能性一般比较容易体现。2．动物难以克隆的根本原因动物细胞的细胞分化使得细胞发生了基因的差异表达，有的开放，有的关闭，细胞中合成了专一的蛋白质。基因组中基因的活动很不完全，不能像受精卵那样发挥细胞的全能性。3．动物细胞核移植的概念和程序(1)概念：所谓核移植，就是利用一个细胞的细胞核(供体核)来取代另一细胞中的细胞核，形成一个重建的“合子”。(2)程序(以克隆羊多莉为例)首先，将未受精卵细胞的细胞核吸出。然后，将供体细胞细胞核取出与去核的卵细胞融合，形成重组细胞，促使其发育为早期胚胎，到一定程度时，植入母体子宫中，发育成个体。2．克隆出来的动物个体和亲本完全一样吗？提示：不完全一样。要受核基因、质基因和外界环境的影响。动物细胞的培养1．动物细胞培养过程中的几个重要概念(1)细胞贴壁和接触抑制悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。当细胞癌变后，就失去接触抑制的特点，而无限增殖。(2)原代培养：原代培养有两种表述：①细胞悬浮液第一次在瓶中培养，没有分瓶之前的细胞培养；②第1代细胞的培养与传10代以内的细胞培养统称为原代培养。两种表述没有本质区别。(3)传代培养：传代培养同样有两种表述：①细胞悬浮液培养一段时间后，分瓶再进行的细胞培养；②传10代以后的细胞培养，统称为传代培养。(4)细胞系：原代培养物经首次传代成功即称为细胞系，因此细胞系可泛指一般可传代的细胞。其中能够连续传代的细胞叫做连续细胞系，不能连续培养的称为有限细胞系。(5)细胞株：通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞称为细胞株。细胞株一般具有恒定的染色体组型、同功酶类型、病毒敏感性和生化特性等。细胞株是具有特殊性质的细胞系，可以连续多代传代的细胞株称为连续细胞株，可传代次数有限的细胞株称为有限细胞株。2．动物细胞培养过程图解动物细胞培养的几个注意点(1)动物细胞培养的原理是细胞的增殖，其目的是获得细胞株或细胞系，其他动物细胞工程技术均建立在此基础之上。(2)原代培养的材料一般取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，因为这些器官或组织上的细胞生命力旺盛，分裂能力强。(3)原代培养中用胰酶分散细胞是因为细胞之间有很多胶原纤维，但由于细胞膜的主要成分之一也是蛋白质，因此处理时间不可太长。把组织细胞分散开制成悬浮液，有利于营养物质的吸收和代谢废物的排出。如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。下列判断错误的是()A．B点之前的培养称为原代培养，之后的培养称为传代培养B．接触抑制现象主要发生在AB段和DE段C．分瓶后的每个培养瓶中的细胞群称为一个克隆D．E点后的细胞大多数具有异倍体核型，可连续传代[解析]人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养，分瓶后的培养称为传代培养，B点之后细胞继续生长，可见B点之后进行了传代培养，A正确；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，即会发生接触抑制现象，在AB段和DE段细胞几乎生长停滞，可能发生了接触抑制，B正确；细胞克隆的最基本要求是必须保证分离出来的是一个细胞而不是多个细胞，C错误；已获无限繁殖能力能持续生存的细胞系，称连续细胞系或无限细胞系，无限细胞系大多已发生异倍化，具异倍体核型，D正确。[答案]C[思维升华](1)把动物组织块分散成单个细胞所用的胰蛋白酶能否换成胃蛋白酶？提示：不能。因为胃蛋白酶的最适pH呈酸性，环境不适合。(2)为什么细胞系或细胞株中有些细胞可无限传代？这些细胞为癌细胞吗？提示：这些细胞往往具有异倍体核型，使其能够无限传代。能够无限传代的细胞有的仍保留接触抑制现象，一般不是癌细胞。植物组织培养和动物细胞培养的比较项目原理培养基结果培养目的植物组织培养细胞的全能性固体；营养物质，激素培育成植株快速繁殖动物细胞培养细胞的增殖液体；营养物质，动物血清等培育成细胞系或细胞株获得细胞的产物或细胞下列关于动物细胞和组织培养的叙述，错误的是()A．动物细胞和组织培养是动物克隆技术的基础B．用于培养的细胞最好取自健康动物体内的组织细胞C．动物组织经过机械消化也能分散成单个细胞D．动物细胞、组织通过培养最终在体外能发育成一个新个体解析：选D。动物细胞的全能性随分化程度的提高而受到限制，分化潜能变弱。动物细胞和组织在体外不能发育为成熟的动物个体。动物细胞融合和单克隆抗体1．动物细胞融合(1)动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的现象。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。(2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电融合等。(3)动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。2．单克隆抗体及其制备过程与原理(1)单克隆抗体的概念由单个杂交瘤细胞进行无性繁殖，形成细胞群(称为克隆)，由这样的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。(2)制备单克隆抗体的基本方法(3)制备过程中要经过两次筛选第一次筛选：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，两两融合有三种情况，B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。第二次筛选：在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。(4)单克隆抗体的应用单抗作为探针，研究相应抗原蛋白的结构，细胞学分布及其功能等。关于应用动物细胞工程技术获取单克隆抗X抗体的具体操作步骤如下，其中对单克隆抗体制备的相关叙述不正确的是()①将X抗原注入小鼠体内，获得能产生抗X抗体的B淋巴细胞②从患骨髓瘤的小鼠体内获取骨髓瘤细胞③利用促细胞融合因子使两种细胞发生融合④将杂交瘤细胞注入小鼠腹腔中培养⑤筛选出能产生抗X抗体的杂交瘤细胞⑥从腹水中提取抗体A．实验顺序应当是①②③⑤④⑥B．④过程中产生多个杂交瘤细胞的过程也属于克隆C．③过程中获得的细胞均可无限增殖D．③到⑤过程中通常要经过两次筛选[解析]诱导动物细胞融合后，B淋巴细胞自身融合的细胞不能无限增殖。[答案]C[思维升华](1)融合后的细胞，在培养时通过什么方式进行繁殖？细胞中染色体数目与淋巴细胞相比有何不同？提示：有丝分裂。融合后细胞内染色体数目加倍。(2)筛选过程中对细胞克隆培养时，在特定培养基上使每个孔一个细胞的目的是什么？提示：使每个孔内不多于一个细胞，达到单克隆培养的目的(或单一细胞培养以保证抗体的纯度)。浆细胞、骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞的比较细胞类型来源特点浆细胞由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来能产生单一抗体，但不能无限增殖骨髓瘤细胞从骨髓肿瘤中提取能无限增殖，但不能产生抗体杂交瘤细胞浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成既能产生抗体，又能无限增殖将特定药物与单克隆抗体相结合制成的“生物导弹”，能够用于杀死人类某些癌细胞，其过程如图所示。下列有关叙述错误的是()A．①过程的原理和植物原生质体融合的原理基本相同B．经①形成的杂交瘤细胞都能无限增殖并产生特定抗体C．②过程需要筛选并克隆单个杂交瘤细胞D．抗体的靶向作用使③过程具有高度特异性答案：B动物体细胞核移植技术和克隆动物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细胞中，使其重组并发育成新的胚胎，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．种类胚胎细胞核移植：易体细胞核移植：难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。3．动物克隆的一般过程下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题：(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为__________________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用______________的方法。②代表的过程是____________。(2)经过多次传代后，供体细胞中____________________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)与克隆羊“多莉”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了______