学年高中生物 第二章 克隆技术 第3节 动物的克隆教案 浙科版选修3doc.docx

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2019-2020学年高中生物第二章克隆技术第3节动物的克隆教案浙科版选修3

课　标　解　读

重　点　难　点

1.结合教材图26，简述动物细胞培养与体细胞克隆。

2.通过实例分析，了解动物组织培养技术的发展历程。

3.分析比较细胞系及细胞株的含义。

4.结合克隆概念，简述动物的克隆培养法。

1.动物细胞组织培养、细胞核移植和动物的克隆繁殖。

（重难点）

2.细胞株系、细胞核移植和动物的克隆繁殖。

（重点）

动物细胞培养和克隆的形成

幼龄动物组织

细胞悬浮液―→原代培养―→传代培养。

2．细胞株与细胞系

（1）细胞系：

原代培养细胞首次传代时就成为细胞系。

分为有限细胞系和连续细胞系两类。

（2）细胞株：

从原代培养物中或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞称细胞株。

也分为有限细胞株与连续细胞株。

3．克隆培养法

把一个细胞培养为一个新的细胞群体的技术叫克隆培养法。

这样培养获得的细胞群叫纯系。

4.

1．把动物组织块分散成单个细胞所用的胰蛋白酶能否换成胃蛋白酶？

【提示】　不能。

因为胃蛋白酶的最适pH呈酸性，环境不适合。

2．为什么细胞系或细胞株中有些细胞可无限传代？

这些细胞为癌细胞吗？

【提示】　这些细胞往往有异倍体核型，使其能够无限传代。

能够无限传代的细胞有的仍保留接触抑制现象，一般不是癌细胞。

动物的细胞融合技术及其应用

1.单克隆抗体的制备过程（如图）

多种杂种细胞

能产生专一抗体的且可无限增殖的细胞群。

2．

3．应用

在疾病诊断、治疗与预防方面与常规抗体相比具有特异性强、灵敏度高的特点。

单抗可作为特异探针，研究相应抗原蛋白的结构、细胞学分布及其功能。

3．单克隆抗体生产中两次筛选的目的有何不同？

【提示】　第一次筛选为了选出杂交瘤细胞，第二次筛选是从杂交瘤细胞中选出能产生单一抗体的杂交瘤细胞。

动物的克隆繁殖

1.过程

2．动物克隆成功证明了

（1）高度分化细胞经一定技术处理，也可回复到类似受精卵时期的功能。

（2）在胚胎和个体发育中，细胞质具有调控细胞核（包括异源细胞核）发育的作用。

3．克隆的意义

（1）为遗传病的治疗、优良品种的培育等提供了重要途径。

（2）对物种的进化、濒危动物的保存及对转基因动物的扩群有重要意义。

（3）丰富了人们的物质生活。

（4）缩短育种年限，提高生产效率。

1．细胞株是具有特殊性质（如病毒敏感性、生化特性）的细胞系。

（√）

2．有限细胞系易于克隆。

（×）

【提示】　有限细胞系不易克隆。

相反，无限细胞系易于克隆。

3．动物细胞杂交可利用物理、化学方法进行介导。

（√）

4．制备单克隆抗体时使用的免疫细胞为T淋巴细胞。

（×）

【提示】　应为B淋巴细胞。

5．“多莉”的性状与提供乳腺上皮细胞的6岁母羊完全相同。

（×）

【提示】　“多莉”的性状酷似6岁母羊。

6．低等动物的全能性一般较易体现。

（√）

动物细胞培养的相关分析

【问题导思】

①动物细胞培养的具体过程如何？

动物细胞培养与植物组织培养主要有什么区别？

②什么是原代培养？

什么是传代培养？

分别有什么特点？

③细胞株和细胞系有何区别与联系？

1．过程

―→

―→原代培养―→接触抑制

传代培养

（1）胰酶的作用：

消化细胞间的蛋白（主要为纤维蛋白、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、弹性纤维等），使组织分散成单个细胞。

（2）原代培养与传代培养：

从机体上获取的组织，通过酶或机械方法分散成单个细胞进行培养，在首次传代前的培养称为原代培养。

原代培养的细胞生长、繁殖一定的时间后，由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭，会影响细胞的生长，因此需要进行分瓶扩大培养，即传代培养。

（3）细胞株与细胞系

①含义：

条件合适时，能连续传代的细胞称为细胞系。

通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞称为细胞株，细胞系细胞的遗传物质若发生了改变，具有癌细胞的特点。

细胞株一般具有恒定的染色体组型、同工酶类型、病毒敏感性和生化特性等。

②图示：

（3）细胞贴壁和接触抑制

悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。

细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。

当细胞癌变后，就失去接触抑制的特点，而无限增殖。

动物细胞培养的结果

1．连续细胞系：

能连续培养下去的细胞系。

是发生转化了的细胞系，大多数具有异倍体核型。

有的是恶性细胞系，具有异体致瘤性；有的连续细胞系获得了不死性，但保留接触抑制现象，不致癌。

2．有限细胞系：

不能连续培养下去的细胞系。

二倍体细胞一般为有限细胞系。

3．连续细胞株：

可连续多次传代的细胞株。

4．有限细胞株：

可传代次数有限的细胞株。

2．应注意的问题

（1）动物细胞培养时可以分散成单个细胞，也可以用细胞群（团）、组织块培养。

分散成单个细胞后培养，细胞易获得所需的营养物质，其代谢废物容易排出；同时，分散成单个细胞培养，可使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。

（2）为了保证细胞培养时满足其营养物质和生长因子的供给，培养基中添加一定量的血清，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）由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶发挥活性的最适pH为2.0左右，因此不能使用胃蛋白酶使细胞分散开。

3．动物细胞培养技术的应用

（1）生产病毒疫苗、单克隆抗体、干扰素等。

（2）利用动物细胞培养技术中的细胞贴壁生长和接触抑制的特点，可用烧伤病人自己的健康皮肤细胞培养出大量的自身薄层皮肤细胞，以供植皮所需。

（3）培养的动物细胞用于检测有毒物质，判断物质的毒性。

区分原代培养和传代培养

原代培养和传代培养一般均需对细胞进行胰蛋白酶分散处理，区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。

1．第一次：

用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，分散后培养，即为原代培养。

2．第二次：

细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，分散到多个培养瓶中继续培养，即为传代培养。

　某研究小组进行药物试验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。

供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞、乙细胞为正常肝细胞。

请回答下列有关动物细胞培养的问题。

（1）将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。

一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量________。

（2）在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是_______________________________________________________。

细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是___________________。

（3）在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长________。

药物试验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更________。

若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要________处理。

（4）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________。

【审题导析】　由题干可获取的信息有：

（1）试验材料是肝细胞。

（2）肝细胞有两种，一种是肝肿瘤细胞，一种是正常的肝细胞。

解答本题时需明确动物细胞培养的过程、条件及应用，再结合每小题作答。

【精讲精析】　癌细胞具有无限增殖的特点，故相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。

动物细胞培养需提供无菌环境，如向培养液中加入适量的抗生素可防止细菌的污染；需提供一定的营养，如向培养基中加入适量血清，以便补充合成培养基中缺乏的物质；需提供一定的气体环境，如向恒温培养箱中加入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。

【答案】　

（1）多　

（2）血清可以补充合成培养基中缺乏的物质　维持培养液的pH　（3）停止　多　胰蛋白酶（4）抗生素

　下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是（　　）

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．克隆培养法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．恶性细胞系的细胞可进行传代培养

【审题导析】　解答此题的关键必须明确二倍体核型的体细胞为有限细胞系，而异倍体核型细胞如恶性细胞系的细胞属连续细胞系。

【精讲精析】　有接触抑制的细胞只能形成单层细胞；克隆培养法培养的细胞可以是细胞株（遗传物质并未改变）；二倍体细胞形成的是有限细胞系，传代次数有限；恶性细胞系为无限细胞系可以传代培养。

【答案】　D

动物体细胞核移植技术和克隆动物

【问题导思】

①动物体细胞核移植技术的原理和过程是怎样的？

②克隆动物的应用前景是怎样的？

③体细胞核移植技术属于百分之百的克隆吗？

1．动物核移植的概念

将一种动物的细胞核移植到去核的卵母细胞中，并发育成新个体的方式。

2．核移植过程

3．图例：

4．核移植特点

主要是指不同种的细胞的拆合，新个体主要具备供核亲本的遗传特性。

5．动物体细胞核移植技术的应用

（1）畜牧生产方面：

培育良种动物。

（2）保护濒危物种。

（3）医药卫生方面：

生产医用蛋白、器官和组织等。

6．动物体细胞核移植技术存在的问题

（1）成功率低。

（2）克隆技术的各个环节有待进一步改进。

（3）克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷。

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。

所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是对供核动物的完全相同的复制。

此外，即便动物的遗传物质完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。

　“治疗性克隆”将是人胚胎干细胞（简称ES细胞）造福于人类的一种非常重要的途径。

应用人胚胎干细胞进行“治疗性克隆”研究的技术途径包括以下几个步骤：

首先取病人的体细胞核，移植到去核的成熟受体卵母细胞中；在早期胚胎形成后，从中分离获得ES细胞；对ES细胞进行基因修饰和定向分化研究，将定向分化后的细胞移植给病人。

进行核移植的目的并不是用于克隆人，而是希望通过对ES细胞进行分离培养、定向分化等处理后，进一步获得再造的人体组织或器官。

请根据材料回答下列问题。

（1）人类“治疗性克隆”属于动物细胞工程的________________技术。

（2）科学家为何要将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中，而不直接用体细胞进行细胞培养？

_______________________________________________

______________________________________________________________。

（3）“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的细胞核仍然具有________。

相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如有的是胰岛细胞，有的是血细胞，有的是心肌细胞，究其本质原因是基因____________的结果。

（4）克隆的器官在给自身移植方面的主要优点是_____________________。

【思维导图】　解答此题的思维流程如下：

【精讲精析】　

（1）依据“治疗性克隆”的步骤分析，可知此技术属于动物细胞工程的细胞核移植技术。

（2）动物体细胞全能性随着分化程度的提高而受到限制，而卵母细胞的细胞质中含有促使其全能性表达的物质。

（3）“治疗性克隆”可利用基因选择性表达这一特点分化出各种组织或器官，同时此技术体现了动物细胞核具有全能性。

（4）自身移植的最大优点是没有免疫排斥反应。

【答案】　

（1）动物细胞核移植

（2）体细胞核在体细胞中不能表达全能性，而卵母细胞的细胞质可以为其提供表达全能性的环境

（3）全能性　选择性表达

（4）没有免疫排斥反应

动物细胞融合和单克隆抗体

【问题导思】

①动物细胞融合的原理、意义和应用分别是什么？

②单克隆抗体制备应用什么生物技术？

③杂交瘤技术制备单克隆抗体的最大优点是什么？

1．动物细胞融合

（1）动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。

融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。

（2）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电融合等。

（3）动物细胞融合的意义：

克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。

2．单克隆抗体及其制备过程与原理

（1）单克隆抗体的概念

由单个杂交瘤细胞进行无性繁殖，形成细胞群（称为克隆），由这样的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。

（2）制备单克隆抗体的基本方法

（3）制备过程中要经过两次筛选

第一次筛选：

B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，两两融合有三种情况，B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。

而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。

第二次筛选：

在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。

（4）单克隆抗体的应用

单抗作为探针，研究相应抗原蛋白的结构，细胞学分布及其功能等。

1．血清抗体与单克隆抗体的区别

（1）血清抗体：

产量低、种类多、纯度差、特异性差、反应不够灵敏。

（2）单克隆抗体：

化学性质单一、特异性强、反应灵敏。

2．体细胞杂交与有性杂交的不同

体细胞杂交为无性杂交，杂交后细胞染色体数目可能加倍或增加，如杂交瘤细胞染色体为效应B细胞与骨髓瘤细胞染色体数目之和。

而有性杂交前后染色体数目不变。

　下图表示单克隆抗体的制备过程，请回答下列问题。

（1）图中小鼠需经过________才能用于单克隆抗体生产。

（2）细胞A具有产生________的功能。

细胞B的突出特点是______________。

诱导A、B细胞融合的诱导剂通常是______________或聚乙二醇。

（3）若细胞A的基因型为HH，细胞B的基因型为SS，生产的目标应是基因型为________的细胞。

在两两融合后的众多细胞中，基因的组合类型还可能有________________。

是否有可能出现三个或四个细胞融合在一起的现象？

________。

可通过特定的________培养基将所需的融合细胞筛选出来。

（4）培养液的配方通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素，与植物细胞培养基有所不同的是，还含有________。

细胞在培养瓶中贴壁生长，随着细胞的增多，需要定期地用________处理使细胞从瓶壁上脱离下来，以便于分装到更多的培养瓶中继续培养。

（5）单克隆抗体与常规抗体相比，具有________________________等特点。

单克隆抗体与抗癌药物结合制成“生物导弹”，可明显减少用药剂量和毒副作用，原因是_______________________________________________________。

【思维导图】　解答此题的思维流程如下：

　　　　↓

　　　　↓

　　　　↓

　　　　↓

【精讲精析】　B淋巴细胞能够产生特异性抗体，但不能在体外大量增殖，骨髓瘤细胞能够无限增殖但不能产生抗体，如果将二者融合成杂交瘤细胞，则不仅能够在体外大量增殖，也能产生与相应的免疫抗原特异性结合的抗体。

通过特定的选择性培养基将所需的杂交瘤细胞筛选出来，进行克隆化培养，便可大量制备单克隆抗体。

单抗具有特异性强、灵敏度高的优点，通过其良好的导航功能，可携带抗癌药物准确作用于癌细胞，不仅减少了用药剂量，而且也可最大限度地降低药物的毒副作用。

【答案】　

（1）特定抗原免疫

（2）抗体　能够无限增殖　灭活的（仙台）病毒

（3）HHSS　HHHH、SSSS　是　选择

（4）动物血清　胰蛋白酶

（5）特异性强，灵敏度高，并可大量生产　经过癌细胞抗原免疫产生的单克隆抗体能够与癌细胞特异性结合

　如图是制备分泌抗X（H1N1流感病毒）抗体的过程，根据图解回答问题：

（1）给小鼠注射抗原的目的是________________________________。

（2）在单克隆抗体制备过程中之所以选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞，是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有

________________________________________________________________

________________________________________________________的特性。

（3）由图中可看出，单克隆抗体制备过程运用了________________和________________的动物细胞工程技术手段。

（4）在动物细胞融合过程中，需要将所选取的组织细胞离散开，以利于细胞融合，可用________________处理离体组织细胞使之分散。

（5）请根据以下信息，设计一方法（不考虑机械方法），从培养液中筛选出杂交瘤细胞。

已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。

人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。

鼠骨髓瘤细胞中尽管只有D途径，但能不断分裂增殖，将这两种细胞在试管中混合，加入聚乙二醇促融，获得杂种细胞。

方法：

__________________________________________________________

______________________________________________________________。

原理：

__________________________________________________________

_____________________________________________________________

______________________________________________________________。

【审题导析】　解答此题应从以下两点入手考虑：

（1）由图示的③“融合”，④“培养杂交瘤细胞”可知制备单抗过程涉及的生物技术有动物细胞培养和动物细胞融合等。

（2）由于氨基嘌呤对D途径的阻断，使杂交瘤细胞沿S途径进行而得以筛选。

【精讲精析】　

（1）根据抗原抗体特异性结合的原理，为获得特定抗体，用特定抗原刺激，小鼠体内便可产生能产生特定抗体的浆细胞，即可获得相应的B淋巴细胞。

（2）杂交瘤细胞具有两种细胞的遗传物质，既能产生特定抗体，又能无限增殖。

（3）从图中看出，单克隆抗体技术实际是应用了动物细胞融合和动物细胞培养技术。

（4）细胞融合时是单个细胞和单个细胞的融合，为将细胞从动物组织中离散，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。

（5）据题干信息可知，可在培养液中加氨基嘌呤，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞不能增殖，而B淋巴细胞一般不增殖，但B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖。

【答案】　

（1）获得能产生相应抗体的B淋巴细胞

（2）既能无限增殖，又能产生特定抗体

（3）动物细胞融合动物细胞培养

（4）胰蛋白酶或胶原蛋白酶

（5）方法：

培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖的细胞

原理：

加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人的淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞可以利用B淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖

本课知识小结

网络构建

结论语句

1．动物细胞培养包括原代培养和传代培养两个过程，培养的结果是获得细胞株和细胞系。

2．克隆培养法是指把一个细胞培养为一个群体，培养条件有添加血清、激素、无菌、无毒、CO2气体环境等。

3．单克隆抗体制备应用动物细胞融合和动物细胞克隆等生物技术，杂交瘤细胞的特点是既能产生特异性抗体，又能无限增殖。

4．细胞核移植是指利用一个细胞的细胞核来取代另一个细胞的细胞核、形成一个重建的“合子”。

5．动物体细胞克隆的成功证明了高度分化的体细胞的细胞核可回复到类似受精卵时期的功能，细胞质具有调控细胞核发育的作用。

1．下列关于细胞株与细胞系的叙述，不正确的是（　　）

A．在传代培养时，必须用胰蛋白酶处理附壁生长的细胞，使之成为单细胞

B．传代培养的原因是培养瓶中的细胞密度过大或代谢消耗引起营养枯竭

C．连续细胞系是指发生了转化的细胞系，失去了接触抑制的现象

D．细胞株一般具有恒定的染色体组型，同工酶类型、病毒敏感性和生化特性等。

【解析】　细胞系可泛指一般可能传代的细胞。

其中能够连续传代的细胞叫做连续细胞系或无限细胞系，不能连续培养的称为有限细胞系。

连续细胞系有的仍保留接触抑制的现象，不是癌细胞。

【答案】　C

2．英国纽卡斯尔的生物学家卡里姆调制出一种化学物质和维生素构成的“鸡尾酒”，在这种“鸡尾酒”的培养环境里，人体干细胞能转变为成熟的精子，整个培养过程是在含有CO2的培养箱中进行的。

下列有关“鸡尾酒”的成分和培养过程的叙述不正确的是（　　）

A．产生的精细胞是高度分化的细胞

B．该培养过程在含有CO2的培养箱中进行的主要目的是满足细胞对CO2的需求

C．该“鸡尾酒”的化学成分中应有氨基酸、葡萄糖等营养成分和激素等生命活动调节的物质

D．该实验不能证明动物细胞具有全能性

【解析】　精细胞不再具有分裂能力，属于高度分化的细胞；该过程在含有CO2的培养箱中进行是为了维持培养液pH的相对稳定；该“鸡尾酒”中含有动物细胞培养所需要的各种化学成分；细胞具有全能性是指细胞可以发育成一个完整的个体，此实验并没有证明细胞具有全能性。

【答案】　B

3．下列动物细胞培养过程中属于原代培养的是（　　）

A．用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程

B．从机体取得细胞后立即进行培养的过程

C．出现接触抑制现象后取下的细胞的培养过程

D．哺乳动物细胞在培养基中的悬浮生长过程

【解析】　原代培养是最初的细胞培养，即还没分瓶培养前的细胞培养。

【答案】　B

4．某同学在学习“细胞工程”时，列表比较了动物、植物细胞工程的有关内容，你认为错误的是（　　）

比较内容

植物细胞工程

动物细胞工程

A

理论基础

细胞的全能性

细胞增殖

B

融合方法

物理方法、化学方法、生物方法

化学方法、生物方法

C

典型应用

人工种子、种间杂种植物

单克隆抗体的制备

D

培养基区别

蔗糖是离体组织赖以生长的成分

动物血清不可缺少

【解析】　植物细胞工程常用的融合方法有物理方法、化学方法；动物细胞工程常用的融合方法有物理方法、化学方法、生物方法（灭活的病毒）。

【答案】　B

5．如图表示单克隆抗体的制备过程，下列叙述不正确的是（　　）

A．图中有一处明显错误

B．②中培养基应加入选择性抑制骨髓瘤细胞DNA复制的物质

C．④中的筛选是为了获得能产生多种抗体的杂交瘤细胞

D．⑤可以称为一个细胞系

【解析】　题图中的错误是提取B淋巴细胞的小鼠没有经过免疫；②中需选择出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞，因为骨髓瘤细胞能无