2019-2020学年高中生物 第二章 细胞工程 第三节 动物细胞工程的应用学案 苏教版选修3

1第三节动物细胞工程的应用学习导航明目标、知重点难点简述动物细胞的培养过程。(重、难点)举例说出细胞融合和单克隆抗体的制备。(重、难点)关注克隆技术的伦理问题。(重点)一、阅读教材P61～62第五段分析动物细胞与组织培养1．动物细胞工程(1)技术：一般包括动物细胞与组织培养、细胞核移植、体细胞克隆、细胞融合、单克隆抗体制备等。(2)基础：动物细胞与组织培养。2．动物细胞培养与组织培养的相同点(1)条件：将动物细胞或组织在无菌、温度适宜和营养充足的条件下培养。(2)目的：使其继续生长、增殖并维持原有结构和功能。(3)培养材料：大多取自动物胚胎或出生后不久的幼龄动物的器官或组织，如肾、肺、肌肉等。3．动物细胞培养与动物组织培养方法的主要区别：动物细胞培养过程中需要用胰蛋白酶等使组织块中的细胞离散。动物组织培养过程中不需要使组织离散开。4．培养过程(1)原代培养：是指从供体获取组织或细胞后的初次培养。(2)传代培养：是指将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养。(3)一般情况下，传代培养10～50次后，细胞增殖会明显减缓，甚至完全停止。二、阅读P62最后一段～P65分析动物细胞核移植与体细胞克隆1．动物体细胞克隆(1)概念：将供体体细胞的细胞核注入受体去核卵细胞中，经过培养后发育成胚胎，进而形成动物个体的技术。2(2)关键技术：细胞核移植技术。2．细胞核移植：是一种利用显微操作技术等将某种动物的细胞核移入同种或异种动物的去除细胞核的卵细胞中，使其重组并发育为一个新的胚胎，最终发育为一个动物个体的技术。三、阅读P65最后二段～P66分析动物细胞融合和单克隆抗体1．动物细胞融合(1)概念：指在一定条件下将两个或多个动物细胞融合为一个细胞的过程。(2)最重要的用途：制备单克隆抗体。2．单克隆抗体制备的基本原理单个的效应B淋巴细胞只能产生一种抗体，骨髓瘤细胞具有无限增殖的能力，若将小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞相融合，首先形成杂交细胞，随后该细胞通过多次增殖形成一群这样的细胞，这些细胞就可产生大量的单克隆抗体。判一判(1)动物体细胞克隆的细胞核遗传物质来源唯一。(√)(2)核移植的供体和受体一定是同一物种。(×)(3)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性。(×)(4)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。(√)连一连动物细胞与组织培养[学生用书P32]动物细胞培养和组织培养都是在无菌、温度适宜和营养充足的条件下的培养技术。结合教材P61～62第五段内容完善动物细胞培养的过程，理解动物细胞培养。3(1)根据图示总结动物细胞培养的一般过程取动物组织块→剪碎→用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞→继续传代培养。(2)动物细胞培养需要满足以下条件①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。②营养a．天然培养基：主要取自动物血清、动物组织提取液和鸡胚汁等，具有营养价值高、成分复杂的特点。b．合成培养基成分：葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入动物血清等天然成分。③培养条件a．温度：适宜温度，哺乳动物多是36.5__℃左右。b．pH：7.2～7.4。c．气体环境：95%空气＋5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。动物细胞培养与植物组织培养的比较植物组织培养动物细胞培养不同点原理细胞的全能性细胞的增殖目的快速繁殖，培育无病毒植株等获得细胞或细胞的代谢产物培养基固体，除营养物质液体，除营养物质外，一般4外，还有植物激素还有血清、血浆等结果培育成植物个体培育成细胞株或细胞系过程细胞有分化，无癌变细胞无分化，有可能癌变相同点①都需无菌条件，培养基中含有有机物和无机物等营养物质；②都是细胞有丝分裂过程突破1动物细胞培养与植物组织培养的比较1．用动植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是()A．都需要用含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱B．都需要用液体培养基C．都要在无菌条件下进行D．都可体现细胞的全能性解析：选C。不管是动物细胞培养还是植物组织培养，最基本的一个条件就是无菌环境。此外，动物细胞培养的培养基是液体培养基，其中的碳源是葡萄糖，培养液中还需要加入一定的动物血清或血浆，其气体环境是95%空气＋5%CO2，以维持培养液的pH；而植物组织培养的培养基为固体培养基，其碳源为蔗糖，组织培养的脱分化阶段必须在黑暗条件下进行，而再分化过程需要一定的光照条件；动物细胞培养就是细胞的增殖，不能体现细胞的全能性，而植物组织培养完成了由一个细胞到完整植株的全过程，体现了植物细胞的全能性。突破2动物细胞培养2．下图为科学家在实验室中培养“人造牛肉”的简要过程。相关叙述正确的是()A．用胃蛋白酶处理牛肌肉组织，获得分裂能力强的肌肉母细胞B．生物反应器内应控制适宜的温度，并冲入纯氧保证细胞呼吸C．培养液中的支架提供了更多的细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长D．“人造牛肉”的培养有利于牛肉的工厂化生产，但环境污染严重5解析：选C。胰蛋白酶处理动物组织，可以使组织分散成单个细胞，利于动物细胞培养，A错误；动物细胞培养的气体环境：95%空气(细胞代谢必需的)和5%CO2，B错误；动物细胞培养过程中悬液中的细胞会很快贴附在瓶壁上，所以细胞贴附瓶壁的培养瓶或培养皿的内表面光滑，无毒，易于贴附，如果想得到大量的产物，可以增大细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长，C正确；理论上来说，仅来自1只动物的干细胞，可制成的肉品数量，比宰杀1头牛还多100万倍，可有利于牛肉的工厂化生产，同时也可减少对土地、饮用水和饲料的需求，且温室气体等其他环境污染物也会减少，D错误。动物细胞组织培养的难易程度(1)幼体组织或细胞比老龄组织或细胞更容易培养。(2)分化程度低的组织或细胞比分化程度高的组织或细胞更容易培养。(3)肿瘤组织或细胞比正常组织或细胞更容易培养。动物细胞核移植与体细胞克隆[学生用书P33]克隆羊“多莉”的问世，很快在全世界引发了一场治疗性克隆和生殖性克隆的大讨论。结合教材P62最后一段～P65内容完成以下探究。探究1完善克隆羊“多莉”产生的过程，理解细胞核移植(1)据图总结体细胞核移植的大致过程①从供体动物身体某一部位取体细胞，并进行供体细胞培养。②采集卵母细胞，在体外培养到减数第二次分裂中期，用微型吸管吸出次级卵母细胞的细胞核和第一极体(减数第二次分裂中期，次级卵母细胞的细胞核和第一极体比较靠近，方便一起吸出)。③将供体细胞注入去核卵母细胞(将供体细胞直接注入是细胞核移植的新技术，对细胞核伤害小，易操作)。6④细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎。⑤胚胎移植、妊娠、分娩。(2)选用去核卵(母)细胞的原因：卵细胞细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质；卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞细胞质多，营养丰富。(3)“多莉”面部的毛色是白色，理论依据是全部细胞核基因来自白面母羊。(4)克隆技术的意义：在克服动物种间杂交繁殖障碍、创造新物种等方面具有重要的科学意义和潜在的经济价值。探究2观察克隆人和克隆器官的技术路线，区分治疗性克隆和生殖性克隆供体――→提供体细胞核受体――→提供去核卵细胞克隆细胞――→促使细胞分裂人工胚胎―→植入代孕母亲子宫―→婴儿―→克隆人（过程一）发育成早期胚胎―→胚胎干细胞培养―→诱导形成特定的组织或器官―→进行自体移植（过程二）(1)过程一为生殖性克隆过程，过程二为治疗性克隆过程。(2)二者主要区别是：获得的早期胚胎在治疗性克隆中用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定的组织或器官；在生殖性克隆中获得的胚胎则通过胚胎移植送入母体的子宫内，由母体孕育出婴儿。1．核移植种类胚胎细胞核移植体细胞核移植细胞核全能性表达的条件：不能只靠动物的细胞核，必须提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件，才能保证细胞核全能性的表达，去核的卵母细胞是最合适的细胞原理：细胞核的全能性2．克隆(1)本质：无性繁殖系。(2)分类①分子水平：如DNA(基因)克隆；②细胞水平：动植物细胞培养中的细胞群体；7③个体水平：如细菌的菌落，植物组织培养得到的植物幼苗，通过动物细胞核移植获得的克隆动物。克隆羊“多莉”的成功，体现了动物细胞的全能性，对吗？提示：不对。体现了动物细胞细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。突破1动物细胞核移植技术1．如图是利用核移植技术培育克隆牛的过程示意图。下列有关叙述错误的是()A．供体乳腺细胞不经过核质分离也可以整个细胞注入去核的卵母细胞中B．重构卵形成后需要用蛋白酶制剂激活其分裂能力C．当重构卵进行细胞分裂和分化形成早期胚胎时，就可以移植了D．克隆牛D的性状大部分和良种母牛B相同，如性别解析：选B。核移植的操作有两种形式，一种是利用微型吸管吸取细胞核，然后显微注射到去核的卵母细胞中，另一种是直接显微注入细胞，也能获得重构卵。重构卵的激活需要电脉冲、钙离子载体以及蛋白酶合成抑制剂等，不是蛋白酶制剂。移植的胚胎必须是早期胚胎。克隆牛D的核基因全部来自良种母牛B，因此性状大部分和良种母牛B相同。辨析动物体细胞核移植产生新个体的三个亲本产生新个体的三个亲本：体细胞核供体、卵细胞细胞质供体、代孕母体。新个体细胞核基因型与体细胞核供体完全一样，因此新个体性状与体细胞核供体基本相同。卵细胞细胞质中也有少量DNA，即线粒体DNA，新个体性状与卵细胞供体也有一些地方相同。代孕母体没有为新个体提供遗传物质，性状之间没有联系。突破2体细胞克隆2．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斥反应。如图表示治疗性克隆的过程，下列说法正确的是()8A．图示过程利用了动物细胞培养和动物体细胞融合技术B．图示过程实现了动物细胞的全能性，其优点是用上述方式获得的各种脏器组织细胞、神经细胞等进行移植降低了免疫排斥反应C．①过程的细胞学基础是细胞的增殖和分化D．①②过程需要进行DNA复制和蛋白质合成，同时还需要在培养液中不断补充细胞所需要的ATP解析：选C。根据治疗性克隆的过程可知，上述过程利用了核移植技术和动物细胞的培养，故A错误；动物细胞目前还没有证明具有全能性的实验，但动物细胞核具有全能性，故B错误；胚胎干细胞的不断增殖和分化形成脏器组织干细胞和神经组织干细胞等，故C正确；①②属于细胞的增殖和分化，有丝分裂的间期完成DNA的复制和蛋白质的合成，细胞分化的实质是基因的选择性表达，形成特定的蛋白质，动物细胞培养液中不需要加入ATP，D错误。动物细胞融合与单克隆抗体[学生用书P35]细胞融合是研究细胞间遗传信息的转移、染色体上的基因定位等的有效途径，其主要应用是制备单克隆抗体。结合教材P65最后二段～P66内容完成以下探究。探究1观察下图，理解动物细胞融合(1)细胞融合完成的标志是细胞核融合成一个核。(2)诱导方法：动物细胞融合特有的诱导方式为灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导9融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体融合方法相同。(3)融合结果：在诱导剂的作用下进行细胞的诱导融合，在只考虑两个细胞相互融合的情况下，形成的杂种细胞有三种：AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要用选择培养基进行筛选。探究2完善下面单克隆抗体的制备过程，理解单克隆抗体(1)制备单克隆抗体过程中有两次筛选①第一次筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及B淋巴细胞与B淋巴细胞融合细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合细胞通过选择培养基淘汰，筛选出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞。②第二次筛选是将产生特定抗体的杂交瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来。因为从体内取出的已免疫的B淋巴细胞有很多种，形成的杂交瘤细胞有很多种，所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。(2)杂交瘤细胞的特点：无限增殖，产生特异性抗体。(3)单克隆抗体的优点：纯度高，特异性强，