动物细胞培养和核移植技术导学案

1、2.2动物细胞工程2.2.1动物细胞培养和核移植技术学习目标重点难点1.简述动物细胞培养的过程、条件及应用。2.简述通过动物细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。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。动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程的技术基础。一、动物细胞培养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:取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)剪碎组织用胰蛋白酶处理分散成单个细胞制成细胞悬液

2、放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处理分散成单个细胞分瓶继续传代培养。3.相关概念。(1)原代培养:将组织取出,用胰蛋白酶等处理,分散成单个细胞,然后在细胞悬浮液中初次培养的过程。(2)传代培养:把原代培养增殖的细胞定期用胰蛋白酶从瓶壁上脱离下来,分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养的过程。(3)细胞株:传代培养的细胞能传到1050代,这种传代细胞叫做细胞株。(4)细胞系:50代后,有部分细胞的遗传物质发生了改变,并且有癌变的特点,能无限地传代下去,这种传代细胞叫做细胞系。4.特点。(1)细胞贴壁:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。(2)接触抑制:细胞数目不

3、断增多,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,这种现象称为细胞的接触抑制。5.条件。(1)无菌、无毒的环境:培养液和所用培养用具进行无菌处理。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,防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)营养:合成培养基成分有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。(3)温度和pH:哺乳动物多以36.50.5 为宜;多数细胞生存的适宜pH为 7.27.4。(4)气体环境:95%空气加5%CO2的混合气体。O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。6.动物

4、细胞培养技术的应用:如病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质(根据变异细胞占全部培养细胞的比例来判断该物质的毒性)、培养医学研究的各种细胞(人工皮肤)。二、动物体细胞核移植技术和克隆动物1.动物核移植:将动物的一个细胞的细胞核,移入一个去核的卵母细胞中,使其重组并发育成一个新的胚胎,最终发育为动物个体。2.体细胞核移植的大致过程:3.体细胞核移植技术的应用。(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,增大存活数量;(3)生产珍贵的医用蛋白;(4)作为异种移植的供体;(5)用于组织器官的移植等。4.体细胞核移植技术存在的问题。体细胞核移植技术的成功率非常低。而且绝大多数克隆

5、动物存在着健康问题,表现出遗传和生理缺陷等。预习交流有一个韩国女孩,鼻梁很低,为了实现她成为漂亮女孩的美梦,她去整容医院把鼻梁垫高了。1.垫高鼻梁所用鼻软骨可能是怎样获得的?答案:利用动物细胞培养技术,用她的细胞来培养鼻软骨。2.你还能列举动物细胞培养的实例吗?答案:对烧伤病人进行自体健康皮肤移植。一、动物细胞培养1.培养过程请写出各代表什么?答案:剪碎组织块后用胰蛋白酶等处理使细胞分散;贴壁生长、接触抑制;重新用胰蛋白酶处理;部分细胞的细胞核型会改变;细胞的遗传物质发生突变,近似癌细胞,获得不死性。思考:(1)为什么选择动物胚胎或幼龄动物的器官或组织进行动物细胞培养?答案:幼龄动物细胞分化程

6、度低、分裂能力强,比老年动物的组织细胞易于培养。(2)进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是什么成分?用胃蛋白酶行吗?答案:蛋白质。不行。因为培养动物细胞的pH不适合胃蛋白酶发挥作用。(3)动物胚胎或幼龄动物的器官剪碎后用胰蛋白酶处理的目的是什么?不定期用胰蛋白酶把培养细胞从瓶壁上脱离的目的是什么?答案:动物胚胎或器官剪碎后用胰蛋白酶分解组织细胞间质中的胶原蛋白,从而使组织分散成单个细胞。细胞在培养瓶中贴壁生长,随着细胞的生长和繁殖,培养瓶中的细胞越来越多,当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止增殖,这种现象叫做接触抑制。需要定期用胰蛋白酶处理,使细胞从瓶壁上

7、脱离下来,传代培养。2.动物细胞培养和植物组织培养的比较动物细胞培养植物组织培养原理细胞的增殖植物细胞的全能性材料胚胎或幼龄动物组织离体植物器官或组织、细胞培养基状态液体固体组成成分葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物等过程原代培养,传代培养更换培养基,细胞增殖分化生长特点贴壁生长、接触抑制,细胞增殖不分化脱分化成愈伤组织、再分化成胚状体,细胞增殖分化代谢异养需氧代谢前期异养需氧,后期自养需氧接种前处理用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使组织分散成单个细胞消毒培养条件恒温、无菌、无需光照常温、无菌、光照条件培养目的(1)生产蛋白质生物制品(2)获取大量细胞

8、(3)检测有毒物质(1)快速繁育无病毒植株(2)生产药物、食品添加剂、香料、杀虫剂等(2011北京西城期末质检)下列关于动物细胞培养的叙述中,正确的是()。A. 动物细胞培养的目的就是获得细胞分泌蛋白B.动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散开C.动物细胞培养通常不会出现接触抑制现象D.可以通过细胞培养技术获得完整的动物个体解析:动物细胞的培养是为了获得更多的动物细胞,不同于植物组织培养,它无法获得完整动物个体。在培养之前对材料要用胰蛋白酶处理使细胞分散开。在培养过程中动物细胞会出现接触抑制现象。二、动物体细胞核移植技术和克隆动物1.原理:细胞核具有全能性。2.特点。(1)属于无性生殖。(2

9、)受体细胞为减中期的卵母细胞。(3)产生的新个体的亲本有三个:体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体、代孕母体。3.过程。思考:(1)为什么选用减数第二次分裂中期的次级卵母细胞作为受体细胞?答案:卵母细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质;卵母细胞体积大,便于操作;卵黄多,营养物质丰富。(2)用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,这是为什么?答案:培养的动物细胞一般当传代至1050代时,部分细胞核型可能会发生变化,其细胞遗传物质可能会发生突变,而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。(3)你认为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了100%的复制吗?为什么?答

10、案:克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核,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。即便动物的遗传基础完全相同,但动物的一些行为、习性的形成也与所处环境有很大关系。日本研究人员依靠体细胞克隆技术进行反复“拷贝”,成功培育出第四代克隆猪。这个研究小组培育的第一代克隆猪于2004年4月诞生,此后,他们又从长大的克隆猪唾液腺中提取细胞,将细胞核植入未受精的卵子中,依次培育出第二代和第三代克隆猪。研究人员发现,猪与人类身体构造相似,克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物。根据材料回答下列问题。(1)第四代克隆猪利用了动物细胞核的性。(2)在细胞核植入受体卵母细胞之前,要用显微针去

11、除卵母细胞的,再将唾液腺细胞核注入。获得的重组胚胎需要体外培养,培养时不仅要有无机盐类和有机盐类,而且还要有等营养成分及等物质。当发育到囊胚期时,将其移植到受体雌性动物体内。(3)研究显示,利用克隆技术根本无法培育出完全相同的个体,究其原因,除了发育过程中的环境因素的影响外,还可能有等原因。(4)如果希望克隆猪都能生产人体胰岛素,那么需要利用技术,把拼接到猪的核基因中。转基因是否成功都可以用检测。解析:体细胞核移植技术利用了动物细胞核的全能性;在供体细胞的细胞核移入受体细胞之前,必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂,除一些无机盐类外,还需添加维生素、激

12、素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及血清等物质。克隆技术根本无法培育出完全相同的个体,原因可能是在细胞分裂过程中发生基因突变或个体发育中受细胞质基因及环境的影响。基因探针技术的原理是DNA分子杂交,可用于疾病诊断、生物检测等。答案:(1)全能(2)细胞核维生素、激素、氨基酸、核苷酸动物血清(3)细胞分裂过程中可能发生基因突变或卵母细胞的细胞质内也有遗传物质DNA,也控制后代的性状表达(4)基因工程人的胰岛素基因基因探针1.(2011山东潍坊模拟)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.都需用CO2培养箱B.都须用液体培养基C.都要在无菌条件下进行D.都可体现细胞的全能性 解析

13、:动、植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行。动物成体的体细胞离体培养用液体培养基,不能发育成一个完整的个体,不能体现细胞的全能性;植物成体的体细胞离体培养不一定用液体培养基,可以发育成一个完整的个体,能体现细胞的全能性。答案:C2.(2011南京二模)某研究小组对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行培养,下列叙述正确的是()。A.制备肝细胞悬浮液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理B.肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸C.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干扰素D.用血球计数板计数的方法,可推断乙细胞比甲细胞增殖周期长 解析:

14、制备肝细胞悬浮液时,用胰蛋白酶处理使细胞分散开;肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2的目的是调节pH;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;肿瘤细胞、癌细胞有无限增殖的能力,即分裂旺盛,细胞周期会缩短。答案:D3.猪伪狂犬病是由伪狂犬病病毒引起的多种畜禽及野生动物发生的急性传染病,为研究该病毒并制备疫苗,需在鸡胚或其他动物细胞培养基上培养。为使用于培养的鸡胚或动物组织分散开,配制细胞悬液,需用酶处理活鸡胚或动物组织()。A.胃蛋白B.胰蛋白 C.唾液淀粉 D.胰脂肪 解析:用胰蛋白酶处理组织块,可使细胞分散开,制备细胞悬浮液;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下胃蛋白酶不具活性;连接动物细胞间的物质主要是蛋白质,酶催化具有专一性,因此不能用唾液淀粉酶、胰脂肪酶来处理。答案:B4.下列哪项不属于动物细胞工程的具体应用?()A.制备单克隆抗体 B.繁殖高产奶牛 C.培育无毒马铃薯 D.克隆动物 解析:培育无毒马铃薯是植物细胞工程的具体应用。答案:C5.一只羊的卵细胞核被另一只羊的