動物細胞工程學案課前預習一、預習目標：1.通讀課文，了解課文主要內容；2.及時記錄自己在預習過程中的疑問，以提高合作探究的針對性和實效性。二、預習內容：動物細胞培養的基本技術、動物細胞工程的基本應用課內探究教學目標1.簡述動物細胞培養的過程、條件及應用。2.簡述通過動物體細胞核移植技術克隆動物的過程和應用前景。3.舉例說出動物細胞融合與單克隆抗體的原理和應用。教學重點1.動物細胞培養的過程及條件。2.用動物體細胞核移植技術克隆動物的過程。3.單克隆抗體的制備和應用。教學難點：1.用動物體細胞核移植技術克隆動物的過程。2.單克隆抗體的制備過程。基礎達標測試2.2.1動物細胞培養和核移植技術1.動物細胞培養技術的用途有()①生產有價值的生物制品，如病毒疫苗、干擾素等②生產基因工程技術中所用的受體細胞③可以用于檢測有毒物質④培養的各種細胞可直接用于生理、病理、藥理等方面的研究A.①②B.①②③C.②③④D.①②③④2.一只羊的卵細胞核被另一只羊的體細胞核置換后，這個卵細胞經過多次分裂，置于第三只羊的子宮內發育，結果產下一只羊羔。這種克隆技術具有多種用途，但不能()A.選擇地繁殖某一性別的家畜B.繁殖家畜中的優秀個體C.用于保存物種D.改變動物的基因型3.下圖表示動物細胞培養程序圖，請據圖回答：（1）過程②表示______________。（2）過程③和⑥用______________處理組織塊或貼壁細胞分散成單個細胞，這樣做的目的是___________________________________________。（3）④和⑥的過程都要把分散的細胞制成______________。（4）過程⑤進行的細胞培養是______________，細胞適于______________生長增殖。 （5）過程⑦進行的細胞培養是______________，一般傳至______________代后就不易傳下去了，傳至______________代左右時，增殖會逐漸緩慢，以至于完全停止，部分細胞的______________會發生改變。繼續培養時，少部分細胞發生了______________，朝著等同于______________的方向發展。（6）⑤和⑦過程都要放在___________中培養。2.2.2動物細胞融合與單克隆抗體1.動物細胞融合的目的中最重要的是()A.克服遠緣雜交不親和B.制備單克隆抗體C.培育新物種D.生產雜種細胞2.只能使動物細胞融合的常用誘導方法是()A.PEGB.滅活的病毒C.電刺激D.離心3.如下圖為某同學根據雜交瘤技術的方法，設計的生產破傷風桿菌抗體的實驗方案，據圖回答（1）該方案能達到預期效果嗎？______________，原因是______________。（2）圖中②為______________過程，常用_____________作為誘導劑，該細胞繼承了______________，因此不僅能分泌______________，還有的本領。（3）破傷風桿菌的抗體最終可以從______________和______________中提取。（4）該方案的目的是___________________________。參考答案2.2.1動物細胞培養和核移植技術（一）思考與探究1．幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養？思考一下，這是什么道理？提示：細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養。2．動物細胞培養要經過脫分化的過程嗎？為什么？提示：脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結構和功能變為具有未分化細胞特性的過程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物細胞培養主要用于農林生產中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養有各種用途，一般而言，動物細胞培養不需經過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發育潛能變窄，失去了發育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養時的脫分化過程了。要想使培養的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lu。ind。）的奶牛，年產奶量為，創造了世界奶牛產奶量最高新紀錄。目前世界各國高產奶牛場奶牛，年平均產奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產奶量年平均水平僅為3一4t。(1）能利用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達嗎？請說明理由。提示：可以用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達。盧辛達的產奶量很高，說明它有高產奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產的遺傳基礎，如果精心培育和飼養，有可能在世界范圍內推廣，克隆牛再與高產的公牛自然繁殖，可得到很多高產的后代，從而加快奶牛改良進程。但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數量不宜過多，尤其是在小范圍內無限的繁殖，以避免奶牛群出現近親繁殖而引起種質衰退。(2）如果將克隆高產奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克隆？提示：首先從盧辛達耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易取）上剪取一小塊組織，在體外培養獲得該組織（如軟骨組織）的細胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細胞體外培養成熟。用顯微針去除卵母細胞的核，再將耳細胞注入卵母細胞，用電刺激方法使卵母細胞與體細胞融合，這時供體核就進入了受體卵母細胞，再用電刺激或化學物質激活注入了體細胞核的卵母細胞，使其完成減數分裂和發育過程。核移植胚胎在體外短時間培養后，挑選正常卵裂的肛胎植入經同期發情處理的受體母牛體內。4．體細胞核移植技術在研究和應用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態。提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現早衰等問題。這些問題尚在研究中。在應用上，生產克隆動物費用昂貴，距大規模應用還有一定距離。（二）正文中討論題［討論1]多細胞動物和人體的細胞都生活在內環境中，根據你所學的內環境的知識，思考并討論以下問題：1．體外培養細胞時需要提供哪些物質？提示：充足的營養供給、適宜的溫度、適宜的pH、氣體環境。2．體外培養的細胞需要什么樣的環境條件？提示：無菌、無毒的環境。［討論2］1.在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？提示：為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的遺傳物質去掉或將其破壞。2．用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內的細胞，想一想，這是為什么？提示：培養的動物細胞一般當傳代至10~50代左右時，部分細胞核型可能會發生變化，其細胞遺傳物質可能會發生突變，而10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎，通常采用傳代10代以內的細胞。3．你認為用上述體細胞核移植方法生產的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100％的復制嗎？為什么？提示：克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復制。此外，即便動物的遺傳基礎完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環境有很大關系，核供體動物生活的環境與克隆動物所生活的環境不會完全相同，其形成的行為、習性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100％的復制。（三）尋根問底胰蛋白酶真的不會把細胞消化掉嗎？為什么？提示：胰蛋白酶除了可以消化細胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細胞膜蛋白，對細胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。（四）旁欄思考題1．進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？提示：用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是蛋白質。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環境pH為7.2一8.4。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2一7.4，胃蛋白酶在此環境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養時的消化。2．為什么對動物細胞進行培養時通常要添加血清？提示：血清中含有蛋白質、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質主要為白蛋白和球蛋白。氨基酸有多種，是細胞合成蛋白質的基本成分，其中有些氨基酸動物細胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、類胰島素生長因子等），血清還合有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養時，要保證細胞能溯順利生長和增殖，一般需添加10%-20%的血清。2.2.2動物細胞融合與單克隆抗體思考與探究1．植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術有什么不同？提示：植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術基本相同，不同的是植物體細胞融合前需去掉細胞壁，然后再融合；動物細胞融合是兩個體細胞直接融合。2．制備單克隆抗體時，為什么要選用B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合形成雜交瘤細胞？提示：哺乳動物感染抗原后，其體內會形成相應的B淋巴細胞，B淋巴細胞能分泌相應的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應的過程中，每一種B淋巴細胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細胞大量增殖。B淋巴細胞具有產生單一抗體的能力，但不能在體外增殖，骨髓瘤細胞是一種癌細胞，它能在體外培養條件下無限增殖，但不能產生抗體。因此，把一種B淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行細胞融合，產生雜交瘤細胞，它會兼有兩個親本細胞的特性一一在體外培養條件下能不斷增殖，同時能產生出某種特異性的抗體。學案2.2.1動物細胞培養和核移植技術3.解析：進行動物細胞培養時，首先將組織塊剪碎，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理，使其分散成許多單個細胞，然后，用培養液將分散的細胞稀釋制成細胞懸液，再將細胞懸液放入培養瓶內置于適宜環境中培養。懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。以后，細胞進行有絲分裂，數目不斷增多。當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制。人們通常將動物組織消化后的初次培養稱為原代培養。貼滿瓶壁的細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分別繼續培養，讓細胞繼續增殖，這樣的培養過程通常被稱為傳代培養。答案：（1）剪碎組織（2）胰蛋白酶解除由于接觸對細胞生長和繁殖的抑制（3）細胞懸液（4）原代培養貼壁（5）傳代培養1010～50細胞核型突變癌細胞（6）二氧化碳培養箱2.2.2動物細胞融合與單克隆抗體3.解析：本題圖所示為單克隆抗體的制備過程示意圖，小鼠感染抗原后，其體內會形成相應的B淋巴細胞，B淋巴細胞能分泌相應的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應的過程中，每一種B淋巴細胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細胞大量增殖。B淋巴細胞具有產生單一抗體的能力，但不能在體外增殖