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2019-2020年高中生物 221動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)難點剖析 新人教版選修3 知識巧學 一、動物細胞培養(yǎng) 動物細胞培養(yǎng)就是從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和繁殖。 1.動物細胞培養(yǎng)的過程 進行動物細胞培養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)瓶內(nèi)置于適宜環(huán)境中培養(yǎng)。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(shù)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(xiàn)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(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。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(xù)培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖，這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為傳代培養(yǎng)。 記憶要訣 動物細胞培養(yǎng)的流程：取動物組織塊→剪碎組織→用胰蛋白酶處理分散成單個細胞→制成細胞懸液→轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液中進行原代培養(yǎng)→貼滿瓶壁的細胞用胰蛋白酶處理分散成單個細胞，制成細胞懸液→轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液中進行傳代培養(yǎng)→放入二氧化碳培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。 2.動物細胞培養(yǎng)的條件 （1）無毒無菌的環(huán)境：培養(yǎng)液應進行無菌處理。 （2）營養(yǎng)：合成培養(yǎng)基成分包括糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素，通常需加入血清、血漿等。 （3）適宜溫度：一般與動物體溫相近。 （4）pH：7.2～7.4。 （5）氣體環(huán)境：空氣95%，二氧化碳5%。 誤區(qū)警示 用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。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(huán)境pH為7.2～8.4。多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養(yǎng)時的消化。 3.動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的應用 動物細胞培養(yǎng)技術(shù)有很多用途。許多有重要價值的生物制品，如：病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等，都可以借助動物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)來生產(chǎn)。 疑點突破 細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關(guān)系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，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(yǎng)。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(yǎng)。 二、動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物 動物核移植是將動物的一個細胞的細胞核，移入一個已經(jīng)去掉細胞核的卵母細胞中，使其重組并發(fā)育成一個新的胚胎，這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體。用核移植的方法得到的動物稱為克隆動物。哺乳動物核移植：可以分為胚胎細胞核移植（比較容易）和體細胞核移植（比較難）。 1.體細胞核移植的大致過程 供體體細胞→細胞培養(yǎng)→體細胞 　　　 ↓注入 卵巢卵母細胞→減Ⅱ中期去核→無核卵母細胞→重組細胞→重組胚胎→代孕母?！雠c供體遺傳性狀相同的個體 疑點突破 動物細胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？ 動物細胞培養(yǎng)一般不需經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)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(yǎng)時的脫分化過程了。要想使培養(yǎng)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。 2.體細胞核移植技術(shù)的應用前景 （1）加速家畜遺傳改良進程，促進良畜種群繁育； （2）保護瀕危物種； （3）生產(chǎn)醫(yī)用蛋白； （4）作為異種移植的供體； （5）用于組織器官的移植等。 辨析比較 比較項目 原　理 培養(yǎng)基 結(jié)　果 培養(yǎng)目的 植物組織培養(yǎng) 細胞的全能性 固體；營養(yǎng)物質(zhì)、激素 培育成植株 快速繁殖培育無病毒植株 動物細胞培養(yǎng) 細胞的增殖 液體；營養(yǎng)物質(zhì)、動物血清等 培育成細胞系或細胞株 獲得細胞的產(chǎn)物或細胞等 3.體細胞核移植技術(shù)存在的問題 克隆動物存在著健康問題、遺傳缺陷、生理缺陷等。 難點剖析 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(chǔ)完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環(huán)境有很大關(guān)系，核供體動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)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百分之百的復制。 問題探究 問題1　為什么動物細胞要分散成單個細胞培養(yǎng)？ 探究:分散成單個細胞、細胞群（團）后容易培養(yǎng)，細胞所需的營養(yǎng)容易供應，其代謝廢物容易排出；而用大塊組織培養(yǎng)時，內(nèi)部細胞的營養(yǎng)供應和代謝廢物的排出都較困難，因此，這些細胞在體外長時間的生存和生長就較困難。同時，分散成單個細胞培養(yǎng)，可使得在細胞水平操作的其他技術(shù)得以實現(xiàn)。 問題2體細胞核移植技術(shù)為什么要選擇減Ⅱ中期的卵母細胞作受體細胞？ 探究:細胞核移植技術(shù)中能用作受體細胞的通常有減Ⅱ中期卵母細胞和受精卵（合子）。早期核移植技術(shù)中常用受精卵，后來基本上用減Ⅱ中期卵母細胞取代了受精卵，主要因為兩者的細胞質(zhì)環(huán)境不同。有人認為重組需要的因子存在于減Ⅱ中卵母細胞的胞質(zhì)中，而在受精卵形成時這些因子已被降解或用光，因此，受精卵去核可引起胞質(zhì)中重組因子缺乏。成熟促進因子（MPF）是卵母細胞細胞質(zhì)中重要的胞質(zhì)影響因子，MPF的活性在卵母細胞減數(shù)分裂的減Ⅰ期和減Ⅱ期達到最高，受精或激活后，MPF迅速滅活，因此，減Ⅱ期卵母細胞中MPF活性高，而受精卵中MPF活性低。MPF水平的高低可影響供體核染色質(zhì)的狀態(tài)和復制。減Ⅱ期卵母細胞細胞核、細胞質(zhì)已成熟，而減Ⅰ卵母細胞細胞核、細胞質(zhì)尚未成熟，其細胞質(zhì)不能支持胚胎的全程發(fā)育，因此，盡管減Ⅰ期卵母細胞MPF活性也高，但不能用作受體卵母細胞。也有人認為用去核合子作受體時，可能由于合子去核時一些早期發(fā)育必需的因子隨細胞核的去除而被去掉了，而使去核受精卵缺乏發(fā)育能力。因此，目前廣泛采用減Ⅱ期卵母細胞作受體。 典題熱題 例1 動物細胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)是(　　) A.動物細胞融合 B.胚胎移植 C.動物細胞培養(yǎng) D.核移植 解析：解答此題應從如下兩個方面分析：①根據(jù)教材可知，動物細胞工程包括動物細胞融合技術(shù)、胚胎移植技術(shù)、核移植技術(shù)、單克隆抗體制備等。②題中所給四個選項都為動物細胞工程的內(nèi)容，這四個選項中動物細胞培養(yǎng)技術(shù)是其他三個動物細胞工程的基礎(chǔ)。因為細胞融合技術(shù)、胚胎移植技術(shù)、核移植都是要借助細胞培養(yǎng)完成的。 答案：C 例2 下列關(guān)于動物細胞培養(yǎng)的敘述，不正確的是(　　) A.培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基 B.培養(yǎng)結(jié)果只能獲得大量細胞及生物制品，而不能獲得生物體 C.需要氧來滿足細胞代謝的需要，不需要二氧化碳 D.通過細胞培養(yǎng)可以檢測有毒物質(zhì)，判斷某物質(zhì)的毒性 解析：著重考查動物細胞培養(yǎng)過程、條件及應用。動物細胞一般用液體培養(yǎng)基來培養(yǎng)，需要無菌環(huán)境、基本營養(yǎng)物質(zhì)、適宜的溫度和pH、一定量的O下標2和CO下標2等。通過動物細胞培養(yǎng)可以生產(chǎn)生物制品，可以培養(yǎng)皮膚移植的材料，還可以檢測有毒物質(zhì)，用于生理、病理、藥理等方面的研究。由于動物細胞分化程度高，雖然細胞核內(nèi)具有該物種的全套遺傳物質(zhì)，但單個細胞不具備形成完整個體的其他條件，所以目前還不能通過動物細胞的培養(yǎng)獲得新個體。 答案：C 拓展延伸 動物細胞培養(yǎng)條件：（1）無毒無菌的環(huán)境：培養(yǎng)液應進行無菌處理。 （2）營養(yǎng)：合成培養(yǎng)基的成分包括糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素，通常需加入血清、血漿等。 （3）溫度：適宜溫度，一般與動物體溫相近。 （4）pH：7.2～7.4。 （5）氣體環(huán)境：空氣95%，二氧化碳5%。 例3 關(guān)于動物細胞培養(yǎng)的敘述錯誤的是(　　) A.用于培養(yǎng)的細胞大都取自胚胎或幼齡動物的器官或組織 B.將所取的組織先用胰蛋白酶等進行處理使其分散成單個細胞 C.在培養(yǎng)瓶中要定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離，制成懸浮液 D.動物細胞培養(yǎng)只能傳50代左右，所培養(yǎng)的細胞會衰老死亡 解析：選取胚胎或幼齡動物的器官、組織是因為它們的分裂能力較強。動物組織間隙中含有一定量的彈性纖維等蛋白質(zhì)，易被胰蛋白酶分解，從而使細胞分散，使細胞分離出來，當貼壁生長的細胞分裂生長到表面相互接觸時就停止分裂增殖，出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象，需定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離下來，配成細胞懸液。動物細胞培育傳至50代左右，部分細胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c，能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去。 答案：D