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动物细胞培养和核移植技术导学案


2.2.1 动物细胞培养和核移植技术导学案
【学习目标】 1.简述动物细胞培养的过程、条件及应用。 2.简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。 【重点和难点】 1. 学习重点 (1)动物细胞培养的过程及条件。 (2)用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 2.学习难点 (1)原代培养和传代培养的区别。 (2) 用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 【自

主学习】 动物细胞工程常用的技术: 其中 一、动物细胞培养 (一)概念:从动物体取出相关组织,将它分散成 些细胞 (二)过程 1.取材:用于培养的动物细胞一般取至动物胚胎或幼龄动物的组织或器官,先剪碎。 2.配制成细胞悬液:用 酶或 酶处理一段时间,将组织分散成许 。 ,再放在适宜培养基中,让这 、 、 、 。

是最基础的技术。

多单个细胞。经过滤、离心后用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液。 3.动物细胞生长的特点: 4.原代培养: 5. 传代培养: (三)动物细胞培养的条件 1. 2.营养:需要 细胞所需的营养物质种类和数量严格配制成的培养基称为 3.温度和 PH:温度 4.气体环境:主要有 和 ;PH 。
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。 。 。

的环境,通常还要添加一定量的

,以防止培养过程中的污染。 ;按 培养基。 。

(四)动物细胞培养技术的应用 1. 大规模培养生产有重要价值的生物制品: 如 2.与基因工程相结合:动物细胞是基因工程中常用的 3.培养的动物细胞可以用于检测 物质,判断 、 、 、 细胞 。 等方面的研究。 、 。

4.科研方面:培养正常或各种病变细胞,用于

如用于筛选抗癌药物等,为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据。 二、动物体细胞核移植技术和克隆动物 (一)动物核移植、克隆动物的概念 1. 动物核移植 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 将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. 克隆动物 用 移植的方法得到的动物称为克隆动物。 和 。 细胞中,

3. 哺乳动物核移植的类型:可分为 (二)体细胞核移植的过程 从供体取

,进行细胞培养,然后将供体细胞注入 和

;用物理 ;将得到的胚

或化学方法激活受体细胞,使其完成 胎移入

体内,生出与供体遗传物质基本相同的犊牛。

(三)体细胞核移植技术的应用前景 1.在畜牧业生产中,可以加速家畜 2.在保护濒危物种方面,可利用 3.在医药卫生领域:转基因克隆动物可以作为 进程,促进 物种; ,生产 ; 的供体; 繁育;

4.在治疗人类疾病时:转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为 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 的移植。 (四)体细胞核移植技术存在的问题 1.成功率 2.克隆动物存在 过在, ,存活的个体 ,许多克隆动物表现出 、发育困难、脏器缺陷、免疫失调等。 。 。

,如体型

3.克隆食品的安全性问题也存在

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【合作探究】 1.为什么动物细胞培养时用动物胚胎或幼龄动物的组织?

2.原代培养和传代培养?

3.动物细胞培养要经过脱分化过程吗?为什么?

4.为什么核移植时一般都选择传代 10 代以内的细胞?

5.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?

6.卵母细胞为什么要培养到减数第二次分裂中期?

7.用体细胞核移植方法生产的克隆动物,是对体细胞供体动物进行 100%的复制吗?

重难点点拨 1.动 物细胞培养的过程
动 物 胚 胎 或 幼 龄 动 胰蛋白酶、剪碎 单个细胞 动物血清、葡萄糖、氨 细 胞 悬 浮 基酸、无机盐、维生素 物器官、组织 液 细胞株 10 代细胞 原代培养 细胞系 50 代细胞 传代培养

??

2.动物细胞培养与植物组织培养的区别。

动物细胞培养与植物组织培养有许多相似之处,也有许多不同点。 一是它们用的培养基不同,植物组织培养用的一般是固体培养基,而动物细胞培养用的 一般是液体培养基。
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第二是它们的培养基的成分不同。动物细胞培养的培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、 无机盐和维生素,另外还有动物血清。植物组织培养所需要的培养基包含植物生长和发育的 全部营养成分,如矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加物,没有动物血清。 第三是植物组织培养最后一般得到新的植物个体,而动物细胞培养因为动物体细胞一般 不能表达其全能性,因此得到的是同一种的细胞。 3.把握动物体细胞移植的特点 动物体细胞移植依据的原理还是细胞的全能性,与植物组织培养一样属于无性生殖。虽然 细胞核内具有发展成为一个完整个体所需的全套基因,但动物体细胞分化程度较高,因此很 难表达全能性。卵细胞体积大,易于操作,含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。 将体细胞核移植入去核卵细胞内,既保证了重组细胞的完整性,又能刺激体细胞核表达其全 能性,发展成为一个新的个体。动物体细胞移植产生的新个体的亲本有三个: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的 DNA,新个体性状与卵细胞细胞质 供体有一些地方相同。代孕 母体没有为新个体提供遗传物质,新个体性状与代孕母体基本没 有联系。 【归纳总结】 植物组织培养和动物细胞培养的比较 比较项目 培养基的 物理性质 培 养 基 的 成 分 结 果 植物组织培养 动物细胞培养









其 他 条 件

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【课堂巩固】 1. 下列关于动物细胞培养的有关叙述中正确的是 A.细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中 B.动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、生长素和动物血清等 C.动物细胞培养的目的是获得大量的细胞分泌蛋白 D.动物细胞培养前和培养过程中都要用胰蛋白酶处理 2. 下列关于动物细胞培养的叙述,说法正确的选项有几个 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传代培养的细胞不会发生接触抑制 ④恒温条件下,核型始终不改变 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为防止培养过程中微生物污染,应将培养箱抽成真空并消毒灭菌 A.1 B.2 C.3 D.4

3. 为使培养的动物组织细胞分散开,以便配制成一定浓度的细胞悬浮液,选取的动物组织应 先用下列哪种物质处理 A. 胃蛋白酶 C. 盐酸 4.用于核移植的供体细胞一般都选用 A. 受精卵 C.传代 10~50 代以内的细胞 B. 处于减数分裂第二次分裂中期的次级卵母细胞 D. 传代 10 代以内的细胞 B. 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 D. 胰脂肪酶

5.培育克隆牛的过程中,如果供体细胞来自同一头牛,培育出的这些个体在性状上也不完全 相同,分析其原因,下列说法不正确的是 A.性状变异可由环境条件引起 C.受体细胞的细胞质基因不同 B.基因可能会发生突变 D.细胞核基因发生了重组

6.科学家将雌黑鼠乳腺细胞的细胞核移入白鼠去核的卵细胞内,待发育成早期胚胎后移植入 褐鼠的子宫,该褐鼠产下小鼠的体色和性别是 A.黑、雌 B.褐、雌 C.白、雄 D.黑、雄
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基础试题训练 一、选择题 1.一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后,这个卵细胞经过多次分裂,再植入第三 只羊的子宫内发育,结果产下一只羊羔。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 C.用于保存物种 B.繁殖家畜中的优秀个体 D.改变动物的基因型 )

2.动物细胞体外培养时,通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。右图是血清对正常细 胞和癌细胞培养影响的实验结果。从该图提供的信息获得的结论中不正确是 ( )

A.正常细胞与癌细胞的增殖速率相同 B.有无血清对正常细胞培养的影响不同 C.培养基中补充血清有助于正常细胞的培养 D.培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大 3. 下表为植物组织培养与动物细胞培养的有关内容比较, 你认为错误的是 项 目 植物组织培养 细胞的全能性 固体培养基 新的植株或组织 生长素是离体组织赖以生长的成分 B.1 处 C.2 处 动物细胞培养 细胞增殖 液体培养基 新的细胞或个体 动物血清不可缺少 D.3 处 ( ) ( )

理论基础 培养基 结 果

培养基区别 A.0 处

4.有关全能性的叙述,不正确的是 A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此全能性最高 B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达[来源:高$考`试(题﹤库ɡ:Κ _S╝T≦Κ ] C.卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性很高

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D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 5.正常人体内的造血干细胞能分裂产生各种血细胞,在体外某些因素的诱导下,却可以分化 为神经细胞和肝细胞,其根本原因是这些造血干细胞 A.有旺盛的分裂能力 C.还没有分化 ( )

B.能合成神经细胞或肝细胞需要的蛋白质 D.具有与受精卵相同的全套遗传基因 ( )

6.如果用动物细胞核移植技术克隆动物,不能作为供核细胞的是 A.乳腺细胞 二、非选择题 B.卵细胞 C.胃腺细胞 D.胚胎细胞

7.1952~1953 年,美国科学家斯提瓦用胡萝卜根的悬浮培养细胞进行人工培养,发现单个细 胞能像受精卵发育成胚一样的途径,发育成完整植 株。1997 年英国维尔穆特等人从白面母 绵羊体内取出乳腺上皮细胞静息培养,然后把它的核移入黑面母绵羊去核的卵细胞中形成 重组细胞,并将重组细胞培养成胚胎,将胚胎植入另一母羊的子宫内后获得了克隆羊多利。 阅读这段材料后,回答下列问题: (1)文中的悬浮培养细胞和乳腺上皮细胞均为____________。 (2)斯提瓦的实验证明了____________。维尔穆特的实验证明了_____________。从细胞结 构和遗传角度分析,两位科学家实验结论的得出,根本原因在于____________ (3)斯提瓦和维尔穆特实验的差别在于 (4)维尔穆特的实验技术又称为_____________________技术。该技术的经济意义在于: ① ;② 。 。 。

8.中国科学院动物研究所陈大元研究员带领的科研小组,首先选择了兔子卵细胞作为受体 卵。他们采用了两种核移植方法,即电融合法和核直接注射法,把大熊猫的体细胞核移入 兔的去核卵细胞质中。经过精心的实验,他们已得到了大熊猫的重构胚。实验结果显示, 大熊猫的 3 种体细胞移植到兔去核卵母细胞中均可以卵裂,并进行早期发育,3 种供体细胞 核移植的融合率在 55%~59%之间;融合后的重构卵进行培养后,囊胚率以乳腺细胞最高, 而骨骼肌细胞的最低;重构囊胚细胞的染色体数目为 42 条,与供体(大熊猫)细胞染色体 数目相同,与受体动物家兔的染色体数(44 条)不同。经 DNA 指纹分析,也证明了重构囊 胚细胞的遗传特性为大熊猫的遗传特性。实验还证明,卵细胞质使体细胞核脱分化不具有 特异性。大熊猫异种重构胚能否在寄母子宫着床乃至进行全程发育还是道难题,现正在深 入实验。根据以上材料,回答下列问题:[来源:Z,xx,k.Com] (1)下面叙述除哪项外都是动物克隆技术的益处?_____________。
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A.探索异种克隆技术,拯救濒危物种 B.克隆技术与转基因技术结合,使异种器官移植成为可能 C.克隆技术的重要性在于复制出一个动物或一批生物[来源:高[考∴试﹤题∴库ɡ$Κ .SЯ T ╔D.克隆技术的研究将帮助人类认识衰老过程 (2) “脱分化”是指 (3)细胞分化为囊胚,囊胚由许多细胞构成,其细胞增殖方式为 。 。

(4)科技预测:请预测大熊猫异种重构胚如果着床成功并顺利产生发育,其表现性状可能是 _____________。 A.大熊猫的特点 C.兼有大熊猫与兔子的特点 B.兔子的特点 D.不具生殖能力

9.CCTV 一 2 于 2005 年 4 月 7 日报道,卫生部 4 月 6 日发布了《苏丹红危险性报告评估》 , 报道中提到苏丹红一号是一种人工色素(工业染料),它在人体内代谢生成相应的胺类。科研 人员欲采用一定的技术手段探究苏丹红是否对人体有危害。请回答: (1) 根据所学的动物细胞工程知识, 你认为采取下列哪种技术手段最合适 A.动物细胞融合 B.动物细胞培养 C.胚胎移植 D.核移植 ( )

(2)根据上述选择,请你设计一个实验来探究“苏丹红一号”是否对人体有危害。 [1]该实验的原理是:

[2]实验方法步骤: ①材料准备:从医院妇产科获取所需要的原材料组织,浓度为 O.09%“苏丹红一号”试剂, 高倍显微镜,培养瓶若干,配制好的培养液,剪刀,培养箱,所需要的酶。 ②制备检测细胞: a. 配制细胞悬浮液: 。 b.将悬浮液分装到两个以上的培养瓶中,置于培养箱中培养一段时间。 ③检测过程:

。 ④实验结果观察、分析得出结论。(略)
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参考答案: 【合作探究】 1.为什么动物细胞培养时用动物胚胎或幼龄动物的组织? 因为动物胚胎或幼龄动物的组织细胞比衰老的体细胞的分化程度低分裂能力强。成体的 细胞分化程度高,分裂能力差。分化程度小的组织细胞,潜在的分裂增生能力大。 2.如何界定原代培养和传代培养? 由新鲜组织制成的细胞培养物称原代细胞。原代培养即第一次培养,是指将培养物放置在 体外生长环境中持续培养,中途不分割培养物的培养过程。培养物一经接种到培养器皿(瓶) 中就不在分割,任其生长繁殖;原代培养中的“代”并非细胞的“代”数,因为培养过程中 细胞经多次分裂已经产生多代子细胞;原代培养过程中不分割培养物不等于不更换培养液, 也不等于不更换培养器皿。 传代培养:当原代培养成功以后,随着培养时间的延长和细胞不断分裂,一则细胞之间 相互接触而发生接触性抑制,生长速度减慢甚至停止;另一方面也会因营养物不足和代谢物 积累而不利于生长或发生中毒。此时就需要将培养物分割成小的部分,重新接种到另外的培 养器皿(瓶)内,再进行培养。这个过程就称为传代(passage)或者再培养(subculture) 。 3.动物细胞培养要经过脱分化过程吗?为什么? 脱分化又称去分化,是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。 植物的任何一部分,甚至单个细胞都具有长成完整植株的能力。但要发育成完整植株,必须 先脱分化,脱分化的细胞具有发育成任何组织的能力,然后进行再分化,形成完整植株。植 物细胞培养主要用于农林生产中的作物、苗木育种,快速繁育种苗、培育无病毒植株等,这 就要求植物的组织或细胞先进行脱分化。动物细胞的培养有各种用途,一般而言,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窄,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。要想使培养的 动物细胞定向分化,通常采用定向诱导动物干细胞,使其分化成所需要的组织或器官。 4.为什么核移植时一般都选择传代 10 代以内的细胞? 10 代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此,在体细胞核移植中,为保证供体细 胞正常的遗传基础,通常采用传代 10 代以内的细胞。 5.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? 作为核受体细胞时要去核,主要是为了使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重 要价值的动物。
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6.卵母细胞为什么要培养到减数第二次分裂中期? 因为卵母细胞培养到减数第二次分裂中期时才具备受精能力, 且 MⅡ期的卵母细胞中含有 促进供体核表达全能性的物质,即成熟促进因子(MPF),而且活性很高,虽然 MⅠ期卵母细胞 也有活性较高的 MPF,但 MⅠ期卵母细胞的细胞核、细胞质尚未成熟,其细胞质不能支持胚胎 的全程发育,所以不能作为受体卵母细胞。早期核移植技术中常用受精卵作为受体细胞,但 作为卵母细胞细胞质中重要的胞质影响因子 MPF,其活性卵母细胞减数分裂的 MⅠ期和 MⅡ期 达到最高,受精或激活后,MPF 迅速失活,所以不再用受精卵作为受体细胞。 体细胞核移植技术最初是用玻璃微型吸管将供体细胞的细胞核吸出,再注人去核卵母细 胞内,后来发展出了另外一种方法,即直接将供体细胞注人去核卵母细胞透明质内,然后用 病毒介导或者电脉冲等方式使两个细胞融合。这种方法操作简便,对卵母细胞损伤较小,现 在较为常用,多莉羊的产生就是用的这种方法。因为供体细胞的细胞核拥有完整的遗传信息, 对后代的性状表达起决定性的作用,线粒体 DNA 编码的基因很少,表达的蛋白主要存在于线 粒体中,与线粒体自身氧化磷酸化产生能量的功能相关,与后代的性状表达并没有很大的关 系。但是核移植后的细胞质中同时存在供体细胞和受体细胞的线粒体,到底这些线粒体是共 存,还是一种消失一种保留,这个还处于研究阶段。 7.用体细胞核移植方法生产的克隆动物,是对体细胞供体动物进行 100%的复制吗? 克隆动物绝大部分 DNA 来自供体细胞核,但其核外还有少量的 DNA,即线粒体中的 DNA 是来 自于受体卵母细胞。所以不是 100%的复制。

【课堂巩固】 1.D 2.A 3.B 4.D 5.D 6.A

基础试题训练 一、选择题 1.D 2.A 3.D 4.C 二、非选择题 7.(1)体细胞 (2)植物细胞具有全能性 部遗传信息 (3)动物细胞全能性的实现还需借助卵细胞,而植物体细胞直接就可以培育出新个体
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5.D 6.B

动物细胞细胞核也有全能性

细胞核中具有个体发育所需的全

(4)克隆 8.(1)C

利用克隆技术繁殖珍稀物种,克隆组织、器官,降低手术费用

(2)高度分化的组织器官或细胞重新恢复分裂能力的过程 (3)有丝分裂 (4)C 9. (1)B (2)[1]原理:许多致畸、致癌物质加入动物细胞培养液后,培养细胞会发生染色体结构 和数目的变异。根据变异细胞占观察培养细胞的百分数,可以判断某种物质的毒性。 [2] ②a.将上述组织用剪刀剪碎,再用胰蛋白酶使其分散成单个细胞,然后利用培 养液配制成一定浓度的细胞悬浮液。来源:高$考`试(题﹤库ɡ:Κ _S╝T≦Κ ]x k b1 . co m [2]③检测:取两只培养瓶,标号为 1、2,分别往其中加入等量配制好的培养液,再往 1 中滴加几滴 0.09%“苏丹红一号”试剂,摇匀。 将上述某一个培养状况较好的培养瓶的细胞培养液分成两份,分别加入 1、2 培养瓶中, 进行培养; 一段时间后,分别从 1、2 培养瓶中取样作多次镜检,计算出变异细胞占观察培养细胞的 百分数

知识网络体系

动物细胞培养

动物细胞培养的应用和概念 细胞培养的过程 细胞培养的条件 细胞培养技术的应用

动物细胞工程 核移植技术和克隆动物的概念 动物体细胞核移植技术的过程 动物体细胞核移植技术的应用前景 动物体细胞核移植技术存在的问题

动物体细胞核移植技术 和克隆动物

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