2019-2020学年高二生物人教版选修三教师用书:2.2.1 动物细胞培养和核移植技术 Word版含答案.pdf
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1、22.1 动物细胞培养和核移植技术22.1 动物细胞培养和核移植技术 一、动物细胞培养()一、动物细胞培养()阅阅读读教教材材P P4 44 44 47 7 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,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。然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。 2过程2过程 3培养条件3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;(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; 添加一定量的抗生素;定期更换培养液以清除代谢产物。添加一定量的抗
2、生素;定期更换培养液以清除代谢产物。 (3)温度和 pH (3)温度和 pHError! (4)气体环境(4)气体环境Error! 4应用(连线)4应用(连线) 二、动物体细胞核移植技术和克隆动物()二、动物体细胞核移植技术和克隆动物()阅阅读读教教材材P P4 47 75 50 0 1动物细胞核移植的概念1动物细胞核移植的概念 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母细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母细 胞中, 使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胞中, 使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。物个体。 2
3、动物细胞核移植的种类:胚胎细胞核移植和体细胞核移植。2动物细胞核移植的种类:胚胎细胞核移植和体细胞核移植。 3动物体细胞核移植的过程3动物体细胞核移植的过程 4体细胞核移植技术的应用前景4体细胞核移植技术的应用前景 (1)加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。(1)加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。 (2)增加濒危物种的存活数量。(2)增加濒危物种的存活数量。 (3)转基因克隆动物可作为生物反应器生产医用蛋白。(3)转基因克隆动物可作为生物反应器生产医用蛋白。 (4)用于组织器官的移植。(4)用于组织器官的移植。 (5)研究胚胎发育及衰老过程。(5)研究胚胎发育及衰老过程。 (6)追踪
4、研究疾病的发展过程和治疗疾病。(6)追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。 5体细胞核移植技术存在的问题5体细胞核移植技术存在的问题 (1)成功率低。(1)成功率低。 (2)绝大多数克隆动物还存在健康问题。(2)绝大多数克隆动物还存在健康问题。 (3)克隆动物食品的安全性问题存在争议。(3)克隆动物食品的安全性问题存在争议。 共研探究共研探究 动物细胞培养就是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。观察 下列流程,探讨动物细胞培养的相关问题。 动物细胞培养就是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
5、这些细胞生长和增殖。观察 下列流程,探讨动物细胞培养的相关问题。 1动物细胞培养的过程1动物细胞培养的过程 (1)细胞贴壁和接触抑制(1)细胞贴壁和接触抑制 细胞贴壁 : 细胞悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁 : 细胞悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为 细胞贴壁。 培养贴附性细胞时, 细胞要能够贴附于底物上才能生长繁 殖,这就要求培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒,易于贴附。 细胞贴壁。 培养贴附性细胞时, 细胞要能够贴附于底物上才能生长繁 殖,这就要求培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒,易于贴附。 接触抑制 : 细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相接触抑制 : 细胞
6、数目不断增多,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。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。 打破接触抑制现象的方法是将贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处 理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖。 打破接触抑制现象的方法是将贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处 理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖。 (2)原代培养与传代培养(2)原代培养与传代培养 原代培养:动物组织消化后的初次培养。原代培养:动物组织消化后的初次培养。 传代培养 : 贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,然后传代培养 : 贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,
7、然后 分瓶继续培养, 让细胞继续增殖, 这样的培养过程通常被称为传代培 养。10 代以内的细胞可保持正常的二倍体核型。细胞传至 1050 代 左右时,会出现核型异常,细胞增殖会明显减缓,甚至完全停止。当 继续传代培养时, 少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限, 获得不死 性。 分瓶继续培养, 让细胞继续增殖, 这样的培养过程通常被称为传代培 养。10 代以内的细胞可保持正常的二倍体核型。细胞传至 1050 代 左右时,会出现核型异常,细胞增殖会明显减缓,甚至完全停止。当 继续传代培养时, 少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限, 获得不死 性。 2动物细胞培养过程中的重点剖析2动物细胞培养过程中的重
8、点剖析 (1)动物细胞培养的原理是细胞增殖。(1)动物细胞培养的原理是细胞增殖。 (2)选材:选用幼嫩的动物组织块较好,因为幼嫩组织细胞的分(2)选材:选用幼嫩的动物组织块较好,因为幼嫩组织细胞的分 化程度低,增殖能力强,更容易培养。化程度低,增殖能力强,更容易培养。 (3)分散组织细胞:从健康动物体内取出组织块,先剪碎组织, 目的是增大胰蛋白酶或胶原蛋白酶与细胞的接触面积 ; 然后用胰蛋白 (3)分散组织细胞:从健康动物体内取出组织块,先剪碎组织, 目的是增大胰蛋白酶或胶原蛋白酶与细胞的接触面积 ; 然后用胰蛋白 酶或胶原蛋白酶处理一段时间,这样组织就会分散成单个细胞。酶或胶原蛋白酶处理一段
9、时间,这样组织就会分散成单个细胞。 (4)传代培养中酶的选择(4)传代培养中酶的选择 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 质主要是蛋白质。多数细胞培养的适宜 pH 为 7.27.4,胃蛋白酶在 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 质主要是蛋白质。多数细胞培养的适宜 pH 为 7.27.4,胃蛋白酶在 此环境中没有活性, 而胰蛋白酶在此环境中活性较高, 所以胃蛋白酶 不适用于细胞培养时的消化。 此环境中没有活性, 而胰蛋白酶在此环境中活性较高, 所以胃蛋白酶 不适用于细胞培养时的消化。 (5)动物细胞培养过程中“两次”使用胰蛋白酶的作用(5)动物细
10、胞培养过程中“两次”使用胰蛋白酶的作用 用胰蛋白酶处理组织,目的是把组织分散为单个细胞。用胰蛋白酶处理组织,目的是把组织分散为单个细胞。 用胰蛋白酶处理原代培养细胞, 目的是去除接触抑制, 进行传 代培养。 用胰蛋白酶处理原代培养细胞, 目的是去除接触抑制, 进行传 代培养。 3动物细胞培养的条件3动物细胞培养的条件 (1)培养动物细胞的培养基是液体培养基还是固体培养基?培养 基中为什么要加入动物血清? (1)培养动物细胞的培养基是液体培养基还是固体培养基?培养 基中为什么要加入动物血清? 提示 : 液体培养基。为了保证细胞培养时营养物质和生长因子的 供给, 培养基中需添加一定量的动物血清等天
11、然成分, 可以补充合成 培养基中缺乏的物质。 提示 : 液体培养基。为了保证细胞培养时营养物质和生长因子的 供给, 培养基中需添加一定量的动物血清等天然成分, 可以补充合成 培养基中缺乏的物质。 (2)进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,将其置于 含 95%空气加 5%CO (2)进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,将其置于 含 95%空气加 5%CO2 2的混合气体的培养箱中进行培养,O的混合气体的培养箱中进行培养,O2 2是细胞代谢是细胞代谢 所必需的,CO所必需的,CO2 2的主要作用是维持培养液的 pH。的主要作用是维持培养液的 pH。 总结升华总结升华 1动物细胞培养
12、过程解读1动物细胞培养过程解读 (1)原理:细胞增殖。(1)原理:细胞增殖。 (2)将动物细胞分散成单个细胞培养的原因(2)将动物细胞分散成单个细胞培养的原因 保证细胞所需要的营养供应。保证细胞所需要的营养供应。 保证细胞内有害代谢产物的及时排出。保证细胞内有害代谢产物的及时排出。 (3)细胞株和细胞系(3)细胞株和细胞系 细胞株:传代培养的细胞能传到 1050 代,这样的传代细胞 称为细胞株。 细胞株:传代培养的细胞能传到 1050 代,这样的传代细胞 称为细胞株。 细胞系:传代培养的细胞在传到 50 代后,有部分细胞的遗传 物质发生了改变, 获得不死性, 这种具有癌变特点的细胞称为细胞系。
13、 细胞系:传代培养的细胞在传到 50 代后,有部分细胞的遗传 物质发生了改变, 获得不死性, 这种具有癌变特点的细胞称为细胞系。 2植物组织培养和动物细胞培养的比较2植物组织培养和动物细胞培养的比较 (1)植物组织培养和动物细胞培养过程都存在细胞的培养过程, 但植物组织培养过程中细胞既分裂又分化, 而动物细胞培养过程中细 胞只分裂不分化。 (1)植物组织培养和动物细胞培养过程都存在细胞的培养过程, 但植物组织培养过程中细胞既分裂又分化, 而动物细胞培养过程中细 胞只分裂不分化。 (2)植物组织培养可获得新个体,体现了细胞的全能性,而动物 细胞培养只能得到细胞,没有体现细胞的全能性。 (2)植物
14、组织培养可获得新个体,体现了细胞的全能性,而动物 细胞培养只能得到细胞,没有体现细胞的全能性。 (3)植物组织培养中需要加入植物激素等促生长因子,而动物细 胞培养基中需要加入血清、血浆。 (3)植物组织培养中需要加入植物激素等促生长因子,而动物细 胞培养基中需要加入血清、血浆。 对点演练对点演练 1下列关于动物细胞培养的叙述正确的是( )1下列关于动物细胞培养的叙述正确的是( ) A动物细胞培养过程中往往使用液体培养基A动物细胞培养过程中往往使用液体培养基 B动物细胞培养的目的是培养动物个体B动物细胞培养的目的是培养动物个体 C在培养过程中通常要通入 5%的 COC在培养过程中通常要通入 5%
15、的 CO2 2刺激细胞呼吸刺激细胞呼吸 D动物细胞培养过程中可用胃蛋白酶将动物组织分散成单个细 胞 D动物细胞培养过程中可用胃蛋白酶将动物组织分散成单个细 胞 解析:选 A 动物细胞培养所用的培养基是液体培养基;动物细 胞培养的目的是获得细胞和细胞产物, 通过核移植技术才能获得克隆 动物;CO 解析:选 A 动物细胞培养所用的培养基是液体培养基;动物细 胞培养的目的是获得细胞和细胞产物, 通过核移植技术才能获得克隆 动物;CO2 2的作用是维持培养液的 pH;动物细胞培养过程中用胰蛋白 酶或胶原蛋白酶将动物组织分散成单个细胞。 的作用是维持培养液的 pH;动物细胞培养过程中用胰蛋白 酶或胶原蛋
16、白酶将动物组织分散成单个细胞。 共研探究共研探究 用动物细胞克隆动物, 实际上是通过核移植来实现的。 如图为动 物克隆的一般过程,填图并回答问题。 用动物细胞克隆动物, 实际上是通过核移植来实现的。 如图为动 物克隆的一般过程,填图并回答问题。 1动物体细胞核移植时选用卵母细胞作受体细胞的原因是什 么? 1动物体细胞核移植时选用卵母细胞作受体细胞的原因是什 么? 提示:去核的卵母细胞是最合适的细胞。因为卵母细胞体积大, 易操作,而且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。 提示:去核的卵母细胞是最合适的细胞。因为卵母细胞体积大, 易操作,而且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。 2 用
17、于核移植的供体细胞一般都选用传代 10 代以内的细胞, 原 因是什么? 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, 原 因是什么? 提示:培养的动物细胞一般传代至 1050 代左右时,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。 提示:培养的动物细胞一般传代至 1050 代左右时,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为什么动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植?3为什么动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植? 提示 :
18、 因为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。 提示 : 因为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。 4从图中可以看出,生出的幼体不是由受精卵发育而成的,动 物核移植技术的理论基础(原理)是动物细胞核的全能性。 用核移植的 4从图中可以看出,生出的幼体不是由受精卵发育而成的,动 物核移植技术的理论基础(原理)是动物细胞核的全能性。 用核移植的 方法得到的动物称为克隆动物,克隆动物属于无性(填“有性”或方法得到的动物称为克隆动物,克隆动物属于无性(填“有性”或 “无性”)繁殖。“无性”)繁殖。
19、5通过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%复制吗?为什么? 5通过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%复制吗?为什么? 提示:不是。因为克隆动物中,绝大部分 DNA 来自供体细胞核, 但其核外还有少量的 DNA,如线粒体中的 DNA 来自受体卵母细胞;其 次生物的性状还受环境的影响。 提示:不是。因为克隆动物中,绝大部分 DNA 来自供体细胞核, 但其核外还有少量的 DNA,如线粒体中的 DNA 来自受体卵母细胞;其 次生物的性状还受环境的影响。 总结升华总结升华 1不同层次的克隆1不同层次的克隆 (1)分子水平:如 DNA 复制。(
20、1)分子水平:如 DNA 复制。 (2)细胞水平:动物细胞培养。(2)细胞水平:动物细胞培养。 (3)个体水平:“多利”羊的诞生。(3)个体水平:“多利”羊的诞生。 2核移植2核移植 (1)原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因 为动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体。 用体细胞核移植技术能够得到克隆动物, 说明动物体细胞的细胞核具 有全能性。 (1)原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因 为动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体。 用体细胞核移植技术能够得到克隆动物, 说明动物体细胞的细胞核具 有全能性。 (2)供体和受体卵母
21、细胞的选择(2)供体和受体卵母细胞的选择 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。 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。 受体卵母细胞:M中期的卵母细胞。因为卵母细胞大,易于 操作 ; 卵黄多,营养丰富,为发育提供充足的营养。而且此时的卵母 细胞具备受精能力, 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。 受体卵母细胞:M中期的卵母细胞。因为卵母细胞大,易于 操作 ; 卵黄多,营养丰富,为发育
22、提供充足的营养。而且此时的卵母 细胞具备受精能力, 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。 3克隆动物的遗传特点3克隆动物的遗传特点 (1)克隆动物的性状与细胞核供体生物的性状基本相同,但不完(1)克隆动物的性状与细胞核供体生物的性状基本相同,但不完 全相同,因为:全相同,因为: 克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。 生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响。生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响。 (2)核移植过程中细胞核只来自一个个体,因此核遗传物质与供 体相同,属于无性繁殖,不会改变生
23、物体的基因型。 (2)核移植过程中细胞核只来自一个个体,因此核遗传物质与供 体相同,属于无性繁殖,不会改变生物体的基因型。 方法规律 判断有性生殖与无性生殖的方法方法规律 判断有性生殖与无性生殖的方法 (1)从概念上判断:有性生殖是经两性生殖细胞结合而成的合子 发育成个体的生殖方式。 无性生殖是指不经过两性生殖细胞的结合由 亲本直接产生子代的生殖方式。 (1)从概念上判断:有性生殖是经两性生殖细胞结合而成的合子 发育成个体的生殖方式。 无性生殖是指不经过两性生殖细胞的结合由 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 : 组织培养中培养的是生殖细胞时, 属于有性生殖 ; 组织培
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