2019年春高中生物专题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案(含解析)新人教版选修3.doc
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1、1动物细胞培养和核移植技术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)一、动物细胞工程(阅读教材 P44)常用的技术手段:动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗1.体等。技术基础:动物细胞培养技术。2.二、动物细胞培养(阅读教材 P44P 47)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1.养基中,让这些细胞生长和增殖。.培养过程2.相关概念3(1)细胞贴壁:细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。(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,细胞停止分裂增殖的现
2、象。(3)原代培养:指动物组织消化后的初次培养。(4)传代培养:贴壁的细胞,出现接触抑制后,需要重新用胰蛋白酶来处理,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:对培养液和所有培养用具进行无菌处理。(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 、 天 然 成 分血 清 、 血 浆 等 )(3)温度和 pH温 度 : 36.50.5 pH: 7.2 7.4 )(4)气体环境 O2: 是 细 胞 代 谢 所 必 需 的CO2: 维 持 培 养 液 的 pH ).应用52(1)生产生物制品:
3、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,离不开动物细胞培养。(3)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(阅读教材 P47P 50)1动物核移植概念(1)供体:动物一个细胞的细胞核。(2)受体:去掉细胞核的卵母细胞。(3)结果:形成重组胚胎,发育成动物个体。2两种类型 胚 胎 细 胞 核 移 植体 细 胞 核 移 植 )3体细胞核移植的过程4体细胞核移植的应用前景(1)畜牧生产方面:加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。(2)保护濒危物种方面:增加动
4、物的存活数量。(3)医药卫生领域:转基因克隆动物作为生物反应器,生产医用蛋白。(4)治疗人类疾病:转基因克隆动物细胞、组织和器官作为异种移植的供体等。5体细胞核移植技术存在的问题(1)成功率非常低。(2)绝大多数克隆动物存在健康问题。(3)对克隆动物食品的安全性问题存在争议。连一连3判一判(1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性。()(2)从动物机体取出相关组织,可以用胃蛋白酶将它分散成单个细胞。()(3)(2018东北师大附中高二期末)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。()(4)(2018盐城高二检测)在动物细胞的培养过程中,使用的合成培养基中可以不加入血清和血浆等物质。(
5、)(5)动物体细胞核移植的受体细胞是卵细胞。()(6)体细胞核移植技术产生的个体组织与供体的性状完全相同。()动物细胞的培养结合下面动物细胞培养过程,探究以下问题:(1)以上过程的原理为细胞增殖。(2)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 7.27.4,此 pH 下胃蛋白酶不具有活性。(3)划分原代培养和传代培养是以分瓶为界,即配制细胞悬液后转入培养液中的第一次培养为原代培养,分瓶后的培养(无论分瓶多少次)均为传代培养。4(4)动物细胞培养时,通常需加入血清、血浆,其中含有多种维持细胞正常代谢和生长的
6、物质,如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。植物组织培养与动物细胞培养的比较项目 植物组织培养 动物细胞培养原理 植物细胞的全能性 细胞增殖培养基固体或半固体培养基,包括矿质元素、蔗糖、维生素、琼脂、植物激素等液体培养基,包括无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、动物血清等细胞来源 离体植物器官、组织或细胞 胚胎或幼龄动物组织、器官过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养结果 获得新个体或细胞产品 大量产生细胞或细胞产物区别用途快速繁殖名贵花卉和果树;培养无病毒植株、转基因植物;大规模生产细胞产品,如药物、食品添加剂、香料、色素等生产蛋白质制品,如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等;检测有毒物质;研究生
7、理、药理、病理相同点都需要人工条件下的无菌、无毒操作,无菌培养;都进行有丝分裂1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( )AB 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DE 点后的少数细胞获得不死性,向等同于癌细胞的方向发展解析:选 C。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
8、增殖,即会发生接触抑制现象,在 AB 段和5DE 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;E 点后细胞已获无限繁殖能力且持续生存,具有了癌细胞的性质,D 正确。(1)培养动物细胞时没有脱分化的过程,因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。2(2018湖南宁乡高二期末)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
9、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%CO 2,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一个完整植株的全过程,体现了植物细胞的全能性。动物体细胞核移植技术和克隆动物结合克隆羊“多
10、利”的产生过程,探究以下问题:(1)以上过程的原理是动物细胞核具有全能性。(2)由于控制毛色的基因位于细胞核中,因此“多利”的面部毛色应与核供体相同,即为白色。(3)若甲、乙两只绵羊分别为雄性、雌性个体,则克隆羊“多利”的性别为雄性。6(1)在进行核移植时,为何一般不选用生殖细胞作为供核细胞?提示:因为生殖细胞与正常体细胞相比遗传物质减半。(2)在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为什么必须先去掉受体卵母细胞的核?提示:为使核移植产生的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞,在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前,必须将受体细胞的细胞核去掉或将其破坏。1核移植时供体和受体
11、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:减中期的卵母细胞。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。2克隆动物的特点(1)克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同,但不是完全相同,原因是:克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞;生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境影响。(2)核基因是供体核基因的 100%的复制。(3)克隆动物是一种无性繁殖方式。3克隆的层次(1)分子水平:如 DNA 复制
12、;(2)细胞水平:动物细胞培养;(3)个体水平:克隆羊“多利”的诞生。交汇点 1 细胞结构细胞核(1)分布:真核细胞具有_包被的细胞核;原核细胞没有核膜包被的细胞核。(2)结构:包括_、核仁、_、核孔等。(3)功能:细胞核是遗传的信息库,是细胞_的控制中心。交汇点 2 细胞质中的遗传物质动物细胞质中的遗传物质存在于_中。答案:交汇点 17(1)核膜 (2)核膜 染色质 (3)代谢和遗传交汇点 2线粒体 1(2018山东莱芜高二期中)下列对动物核移植技术的描述,不正确的是( )A动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞的B体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核C细胞核移植的供体
13、细胞一般选用传代 10 代以内的细胞D通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对供体 100%的复制解析:选 D。早期胚胎细胞作细胞核的供体细胞时妊娠成功率最高,体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植的;在核移植前一般要先用显微操作法去除卵母细胞的细胞核,获得卵母细胞的细胞质;核移植时作供核一方的一般是传代 10 代以内的细胞,原因是此种细胞能保持正常的二倍体核型,遗传物质不发生改变;通过细胞核移植方法获得的重组细胞,细胞核遗传物质来自供体核,细胞质遗传物质来自受体的细胞质,所以用核移植的方法得到的动物不是对供体动物 100%的复制。2.如图为哺乳动物(羊)的生殖过程,下列叙述不正确的是( )A个体
14、 2 为克隆动物,c 为高度分化的体细胞B个体 2 的遗传性状与提供 c 细胞的羊不完全相同C产生动物个体 1 与动物个体 2 的生殖方式是不同的De 细胞为完成减数分裂的卵细胞解析:选 D。在核移植过程中,去核受体细胞一般选用处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞,而不是完成减数分裂的卵细胞。判断有性生殖与无性生殖的两种方法(1)从概念上判断:有性生殖是指经两性生殖细胞结合而成的合子或有性配子直接发育成个体的生殖方式;无性生殖是指不经过生殖细胞的结合而由亲本直接产生子代的生殖方式。(2)从培养细胞的种类上判断:组织培养中培养的不是体细胞而是有性配子或合子时,才属于有性生殖;植物组织培养、植物体
15、细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。8核心知识小结要点回眸答题必备动物细胞培养的原理是细胞增殖。细胞在培养过程中会出现细胞贴壁(生长)和细胞接触抑制现象。动物细胞的培养分为原代培养和传代培养。动物细胞培养的条件包括:无菌、无毒的环境,适宜的营养、温度和 pH 及气体环境。动物细胞核移植的原理是动物细胞核的全能性。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。在动物细胞培养中 CO2的作用是维持培养液的 pH。随堂检测1(2018北京海淀区高二检测)动物细胞培养的特点是( )细胞贴壁 有丝分裂 分散生长 接触抑制 减数分裂 传代培养一般传至 10 代就不易传下去A BC D解析:选 A
16、。培养瓶内悬液中分散的细胞只有贴附在光滑无毒的瓶壁上才会生长增殖,称为细胞贴壁,在悬液中不会分散生长,对、错;动物体细胞增殖的方式是有丝分裂,没有减数分裂,对、错;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,这叫接触抑制,对;传代培养的细胞一般传到 10 代以后就不易传下去了,对。2(2018淮安高二检测)实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是( ) 实 验小 鼠 甲 皮 肤组 织 乙 皮 肤细 胞 丙 培 养细 胞 1 丁 培 养细 胞 2A甲过程需要对实验小鼠进行消毒B乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶处理C丙过程得到的细胞大多具有异常二倍体核型9D丁过程得到的部分
17、细胞可能失去贴壁黏附性解析:选 C。甲过程表示获取实验小鼠的组织细胞,需要对实验小鼠进行消毒处理,选项 A 正确;乙表示用胰蛋白酶处理皮肤组织,使其分散成单个皮肤细胞,选项 B 正确;丙过程表示原代培养,形成的细胞株遗传物质没有发生改变,具有正常的二倍体核型,选项 C 错误;丁是传代培养过程,该过程部分细胞遗传物质可能发生了变化而失去贴壁黏附性,选项 D 正确。3(2018福建八县一中高二期末)某研究小组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,也可用胃蛋白酶处理B细胞培养应在含 5%CO2和 95%O2的混
18、合气体的恒温培养箱中进行C为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的抗生素D在相同适宜条件下培养等量的甲、乙细胞,一段时间后,乙细胞数量比甲多解析:选 C。动物细胞培养的适宜 pH 为 7.27.4,而在这样的环境中胃蛋白酶会变性失活,因此在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时,不可用胃蛋白酶处理,应用胰蛋白酶处理,A 错误;细胞培养应在含 5%CO2和 95%空气的混合气体的恒温培养箱中进行,B 错误;为了防止培养过程中杂菌的污染,可向培养液中加入适量的抗生素,C 正确;甲(肝肿瘤细胞)失去接触抑制,而乙(正常肝细胞)具有接触抑制,因此一段时间后,甲细胞数量比乙多,D 错误。4(2
19、018淮安高二检测)如图所示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,下列相关叙述错误的是( )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 段变化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培养至第 6 天时,新产生的细胞数等于死亡细胞数解析:选 D。实验中要控制胰蛋白酶溶液的浓度和处理时间,以免损伤细胞,A 正确;培养液中应适当加入青霉素、链霉素等一定量的抗生素,以避免杂菌污染,B 正确;曲线bc 段表示活细胞密度减少,而此时间段内死细胞密度增加,产生这种变化的主要原因是培养液中营养物质不足及
20、有害代谢产物积累等,C 正确;培养至第 6 天时,活细胞数等于死10细胞数,D 错误。5下列为克隆羊“多利”的培育过程示意图。下列各项有关表述错误的是( )A克隆羊“多利”的主要性状与甲羊一致,因其细胞核基因来自甲羊B克隆羊“多利”的培育过程中采用的生物技术有核移植和胚胎移植C乙羊的去核卵母细胞为重组细胞基因表达提供了细胞内的环境条件D此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性解析:选 D。生物的性状主要由细胞核中的基因控制,此过程中培育成的早期胚胎需要移植到第三只羊的子宫内完成发育过程,此实验只能说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性,而不能证明动物细胞的全能性。6(2018泰安高二检测)某生
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