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2.2 动物细胞工程 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术,一、动物细胞工程 1.常用技术手段：_、_、动物 细胞融合、生产单克隆抗体等。 2.技术基础：_。,动物细胞培养,动物细胞核移植,动物细胞培养技术,二、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_ _，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞_。 2.培养过程：动物组织块或器官 单个细胞 _ _ 传代培养 3.相关概念： (1)细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在_上。 (2)细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到_时， _的现象。,剪碎 _处理,加培养液,初次培养,单个细,胞,生长和增殖,细胞悬液,原代培养,瓶壁,表面相互接触,细胞停止分裂增殖,胰蛋白酶,4.培养条件：,培养液和所有培养用具,微量元素,血清,血浆,36.50.5,7.27.4,细胞代谢,培养液的pH,5.连线表示动物细胞培养的应用及实例：,三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.概念： (1)供体：动物的一个细胞的_。 (2)受体：去掉细胞核的_。 (3)结果：形成重组胚胎，发育成_。 2.种类：胚胎细胞核移植和_。,细胞核,卵母细胞,动物个体,体细胞核移植,3.体细胞核移植的过程：,M期去核,细胞融合,胚胎移植,基本相同,4.体细胞核移植技术的应用前景： (1)畜牧生产方面：加速家畜_进程，促进_ _。 (2)保护濒危物种方面：增加动物的_。 (3)医药卫生领域：转基因动物作为_，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 _的供体等。,遗传改良,优良畜群,繁育,存活数量,生物反应器,异种移植,【微点拨】 1.在进行动物细胞培养过程中，为什么需用胰蛋白酶处理动物组织？ 提示：(1)因组织中细胞间基质成分为蛋白质，利用胰蛋白酶可以分解细胞间的蛋白质。 (2)细胞培养的适宜pH为7.27.4，胰蛋白酶作用的适宜pH为7.28.4。,2.细胞传代培养传至10代是不是指细胞增殖10次？ 提示：不是，细胞的传代代数和细胞增殖的代数并不是一个概念，细胞传一代后，细胞能倍增35次，故细胞传代至10代时增殖50次左右。 3.为什么进行动物细胞培养时通常需加入血清？ 提示：(1)血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中含有的一些氨基酸，动物细胞本身不能合成，必须由培养液提供。 (2)血清中还含有生长激素和多种生长因子、多种未知的促细胞生长因子，促进细胞生长、增殖和贴附。,4.体细胞核移植技术为什么要选择M期的卵母细胞作为受体细胞？ 提示：(1)细胞大，易于操作；卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。 (2)在M期的卵母细胞和受精卵的细胞质中，存在重组因子，促进重组细胞的分裂和分化，形成重组胚，而其他细胞中重组因子降解，不能形成重组胚。,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？ 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.在动物细胞培养过程中，使用胰蛋白酶的目的是( ) A.使动物组织分散为单个细胞进行培养 B.去掉细胞壁成为原生质体 C.去掉细胞膜，暴露出原生质体，便于细胞融合 D.促进蛋白质水解为多肽 【解析】选A。在动物细胞培养前，先用胰蛋白酶处理使细胞相互分散开，以增加与培养液的接触面积，便于培养。,2.动物细胞培养过程中一定可以出现的情况是( ) A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞 B.培养过程中多数细胞的基因型会发生改变 C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的 D.当细胞发生类似于癌细胞的变化时，可进行传代培养,【解析】选D。由于细胞之间相互接触而发生接触抑制现象时，细胞会停止分裂增殖，所以正常培养的细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞，A项错；克隆培养中的细胞进行有丝分裂，所以细胞的基因型一般不会发生改变，B项错；二倍体细胞传代培养至1050代左右时，多数细胞会死亡，只有少数细胞能够培养至50代以后，C项错；发生类似于癌细胞的变化时，细胞能够无限增殖，可以进行传代培养，D项正确。,3.一般来说，动物细胞体外培养需要满足的条件是( ) 无毒的环境 无菌的环境 合成培养基需加血清 温度与动物体温相近 需要O2，不需要CO2 CO2能调节培养液pH A. B. C. D.,【解析】选D。动物细胞培养是需要CO2的，它能调节培养液的pH，因此是错误的，其余几项都是正确的，即培养条件： (1)要保证无毒、无菌的环境；(2)配制成的合成培养基中要加动物血清，因为血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素及一些未知的营养物质；(3)要维持一定的气体环境(需要O2和CO2)和一定的温度、pH等。,4.关于细胞克隆的说法错误的是( ) A.克隆细胞的遗传性状均一，表现的性状相似 B.细胞克隆的最基本要求是保证克隆后的后裔细胞均来源于单个细胞 C.细胞克隆过程中存在细胞的分化 D.细胞克隆的最主要用途之一就是从普通细胞系中分离出缺乏特殊基因的突变细胞系,【解析】选C。细胞克隆是把一个单细胞单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体，由于细胞进行有丝分裂，后裔细胞的遗传性状均一，表现的性状相似；细胞克隆的主要用途就是分离出突变细胞系。在细胞克隆过程中不存在细胞的分化，只存在细胞的分裂。,5.下列关于体细胞克隆的叙述中，错误的是( ) A.供体为体细胞的细胞核 B.受体为去核卵母细胞的细胞质 C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤 D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型完全一致 【解析】选D。经体细胞核移植形成的克隆动物，遗传物质主要由供体细胞核提供，但也含有受体细胞的细胞质中的遗传物质，因此克隆动物与供体的遗传物质和表现型不完全相同。,6.乙马的卵细胞核被甲马的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂发育成重组胚胎，再植入丙马的子宫内发育，结果产下一只小马。下列叙述正确的是( ) A.直接在体外对甲马的体细胞进行诱导也能培养出胚胎来 B.小马的性状与甲马完全相同 C.此项技术可用于保护濒危物种 D.该过程可以很好地证明动物细胞的全能性,【解析】选C。克隆过程中细胞质遗传物质来自一方，而细胞核中遗传物质来自另一方，所以小马的性状与甲马不完全一致，该过程只能说明动物细胞核具有全能性，而动物细胞全能性的体现目前还没成功。,一、动物细胞培养 1.过程解读：,(1)原理：细胞增殖。 (2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。 (3)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。 保证细胞内有害代谢产物的及时排出。,2.相关概念的辨析： (1)原代培养和传代培养：,(2)细胞株与细胞系： 细胞株：能够传代到4050代的细胞，其遗传物质没有发生改变。 细胞系：当细胞株细胞传到50代以后，有部分细胞的遗传物质发生了改变，能在培养条件下无限制地传代下去，具有癌变的特点。,3.培养条件的分析： (1)添加血清、血浆的作用：血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%20%的血清或血浆。 (2)气体环境：CO2调节培养液pH，O2维持细胞有氧呼吸。,【易错提醒】 (1)动物细胞培养过程与植物组织培养过程不相同。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。,1.(2014温州高二检测)某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备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，可用胃蛋白酶处理 B.细胞培养应在CO2培养箱中进行，CO2的作用是作为细胞代谢原料 C.取甲细胞进行培养，传至10代50代就会完全停止 D.乙细胞在原代培养过程中，最终会出现停止增殖的现象,【解题关键】解答本题的关键有两点： (1)正常细胞和癌变细胞增殖特点不同，前者会出现接触抑制现象，后者无限增殖。 (2)动物细胞培养条件中各种物质的作用不同，要注意区分，如CO2和O2作用不同。,【解析】选D。A错，胃蛋白酶的最适pH大约为2，这一环境下细胞往往会受到破坏，不利于培养，所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理细胞；B错，培养液中CO2的作用是调节培养液的pH；C错，肝肿瘤细胞可以无限增殖；D对，正常肝细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象，停止增殖。,2.下列对动物细胞培养的有关叙述正确的是( ) A.动物细胞培养的目的是获得大量的分泌蛋白 B.动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞分散 C.细胞的癌变发生于原代培养过程中 D.目前使用或冷冻保存的正常细胞通常是50代以内的细胞 【解析】选B。动物细胞培养技术是动物细胞工程的基础，其目的不仅仅是获得大量的分泌蛋白；目前使用或冷冻保存的正常细胞通常是10代以内的细胞；细胞的癌变发生于传代培养过程中。,二、动物细胞培养与植物组织培养的比较 1.不同点：,2.相同点： (1)都需要人工条件下的无菌操作。 (2)都是合成培养基(但其性质和成分不同)。 (3)都需要适宜的温度、pH等条件。 (4)都进行有丝分裂，属于无性繁殖，都可称为克隆。,【易错提醒】 植物组织培养的结果与动物细胞培养的结果不相同 (1)植物组织培养可获得新个体，体现了细胞的全能性。 (2)动物细胞培养只能得到细胞，没有体现细胞的全能性。,1.(2014金华高二检测)某研究性学习小组同学在研究细胞工程时，列表比较了动物细胞培养和植物细胞工程的有关内容，其中错误的是( ),【解题关键】解答本题时注意以下两点： (1)动物细胞培养与植物细胞工程在培养基的性质和成分、培养的过程、培养的结果上是有区别的。 (2)植物细胞工程培养的结果是获得新的植株或组织，而动物细胞培养的结果没有获得完整的新个体。,【解析】选B。本题考查了植物细胞工程和动物细胞培养有关方面的比较。A项，植物细胞工程中去除细胞壁时用的是纤维素酶和果胶酶，而在动物细胞培养中采用胰蛋白酶处理组织使其分散成单个细胞。B项，植物细胞工程的原理是植物细胞的全能性和细胞增殖，动物细胞培养的原理是细胞增殖，没有体现出全能性。C项，植物细胞工程可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，利用动物细胞培养可以大规模生产病毒疫苗、干扰素等。D项，两者的培养基性质和成分是不同的。,2.对动物和植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是( ) A.都需用培养箱 B.都需用液体培养基 C.都需在无菌条件下进行 D.都可体现细胞的全能性 【解题关键】明确细胞培养的条件要求必须严格无菌培养，但根据培养的对象不同，培养的过程和结果并不完全相同。,【解析】选C。对动物和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，不能体现细胞的全能性；植物成体的体细胞离体培养一般用固体培养基，能体现细胞的全能性。,【误区警示】通过植物细胞工程可以得到细胞或新植株，若得到细胞，则其原理是细胞增殖；若得到的是植株，则其原理既有细胞的全能性也有细胞增殖。,三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.过程分析：,(1)原理：动物细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。因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。所以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。 受体：去核的减中期的卵母细胞。,2.克隆动物： (1)性状与供体不完全相同的原因。 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，还受环境影响。 (2)基因型与供体相同：核移植过程中细胞核只来自供体，因此核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制，其基因型与供体相同。,【易错提醒】 在进行核移植时，一般不选用生殖细胞作为供核细胞，因为生殖细胞与正常体细胞相比遗传物质减半。,1.(2014南宁高二检测)科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁殖速度，可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示)。,(1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织进行分离，形成单个细胞，这一过程中需要利用 酶处理，不能用纤维素酶与果胶酶的原因是 。 (2)转基因奶牛的克隆成功，说明动物细胞的 具有全能性。 (3)将进行细胞培养的供体细胞核注入去核的卵母细胞中，去掉卵母细胞核的目的是 。,(4)重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛，但也有可能出现性状上的某些差异，原因可能是 。 (5)体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于 (选填“有性生殖”或“无性生殖”)。,【解题关键】解答本题需理解以下两点： (1)明确图示体现的过程是动物细胞核移植，其理论基础是细胞核的全能性。 (2)克隆技术属于无性生殖，明确子代的性状表现除受遗传物质控制以外，还与外界环境有关。,【解析】(1)对动物组织进行分离，用胰蛋白酶处理，才能形成单个细胞。因为酶具有专一性，所以不能用纤维素酶和果胶酶将动物细胞分散开。 (2)克隆动物的成功证明了动物细胞的细胞核具有全能性。 (3)去掉卵母细胞核后，重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，其性状主要由供体细胞核决定。 (4)重组细胞发育而来的犊牛与供体奶牛不完全相同，因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，少量来自卵母细胞的细胞质，性状还受环境的影响。 (5)体细胞核移植没有经过两性生殖细胞的结合，所以从生殖方式上看属于无性生殖。,答案：(1)胰蛋白 酶具有专一性 (2)细胞核 (3)使犊牛的性状主要由供体细胞核决定 (4)生物的性状受细胞核和细胞质共同控制；生物的性状还受环境因素的影响 (5)无性生殖,2.从母羊甲的体细胞中取出细胞核，移植入母羊乙的去核卵母细胞中，融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎，再植入另一只母羊丙的子宫内，下列有关说法正确的是( ) A.生出小羊的性状与甲羊完全相同 B.一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同 C.生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定，所以该过程为有性生殖 D.生出小羊的性状由甲、乙、丙三个亲本的基因型与环境共同决定,【解题关键】解答本题注意以下两点： (1)生物体的性状主要由细胞核内的遗传物质控制。 (2)克隆动物的遗传物质主要来自提供细胞核的动物。 【解析】选B。核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖，遗传物质中甲羊的和乙羊的都有，因此认为生出的小羊性状完全同甲羊是不正确的，应是主要性状与甲羊相同，核基因型一般与甲羊完全相同，因此B项是正确的。,【互动探究】 (1)题1图中人生长激素基因通常应该采取什么方法转入动物细胞？ 提示：显微注射法。 (2)题1(4)中重组细胞在培养液中培养成重组胚胎的过程中遗传物质是否发生改变？为什么？ 提示：遗传物质没有改变，因为这个过程中进行的是有丝分裂。,【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或有性配子直接发育成个体的生殖方式。无性生殖是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、植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。,
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