2.2.1动物细胞培养和核移植技术课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。那么，怎样才能获得大量的自体健康皮肤？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？ 可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩増。目前,科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养,以获得适合临床上使用的人造皮肤。 专题2.2 动物细胞工程 动物细胞工程的发展历程 1907年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法； 1958年，格登用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体； 同一时期，我国科学家童第周等开展了鱼类细胞核移植工作； 1975年，米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术； 2006年，山中伸弥等获得了诱导多能干细胞-iPS细胞； 我国科学家用这种细胞培育出了小鼠； 2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。 学习目标 专题2.2 动物细胞工程 1.构建动物细胞培养的流程图，区分原代培养和传代培养； 2.理解动物细胞培养的条件，尤其是添加动物血清的目的、CO2的作用等； 3.结合高产奶牛的克隆过程，掌握动物体细胞核移植技术。 2.2.1动物细胞培养和核移植技术 一、动物细胞培养 1.概念 从动物机体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，然后,放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。 2.原理 细胞增殖 一、动物细胞培养 请阅读P44-46，思考以下问题： 1.什么是动物细胞培养？其原理是什么？ 2.进行培养时，如何将组织分散成单个细胞？依据是什么？ 3.悬浮培养的细胞生长有什么特性？培养时细胞能一直增殖么？ 4.什么是原代培养和传代培养？区别是什么？ 5.动物细胞培养一般需要哪些条件？ 6.抗生素、血清或血浆、O2和CO2作用是什么？ 3.过程 胚胎或幼龄动物器官组织 取出组织 剪碎 机械方法、或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 单个细胞 细胞悬液 转入培养瓶内培养 （细胞贴壁长成单层细胞。有接触抑制现象） 原代培养 加入培养液 分解组织间质中的蛋白质 增殖能力强，分裂旺盛，分化程度低，容易培养 取细胞，用胰蛋白酶分瓶培养 10—50代细胞(细胞株) 无限传代（细胞系） 传代培养 遗传物质未变 遗传物质改变 原代培养 传代培养 ①原代培养：人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。 ②传代培养：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，让细胞继续增殖的过程。 强调：细胞生长的特点 细胞贴壁： 悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。 要求：培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒、易于贴附。 细胞的接触抑制： 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。 强调：细胞株、细胞系 细胞株：能够传代到40～50代的细胞叫做细胞株，细胞株细胞的遗传物质没有改变。 细胞系：细胞株细胞传到50代以后会出现细胞生长停滞状态，部分细胞遗传物质发生改变，能在培养条件下无限制地传代下去，获得不死性，这类细胞叫做细胞系。类似于癌细胞,失去接触抑制特性。 ▲细胞株和细胞系的区别： 细胞系的遗传物质改变，具有癌细胞的特点，失去接触抑制，容易传代培养。 使用的或保存的细胞：10代以内的细胞具有正常的二倍体核型 考考你 1、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？ 因为这些组织或器官的分裂能力旺盛，易于培养。 2、为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？ 成块组织使细胞靠在一起限制了细胞的生长和增殖，且细胞不能与培养液充分接触，不利于培养。 3、胰蛋白酶的作用是什么呢？由此可说明细胞间的物质是什么成份？ 催化蛋白质水解。细胞间的物质主要是蛋白质(胶原蛋白等)。 考考你 4、细胞膜的主要成份是什么？ 蛋白质和磷脂 5、胰蛋白酶能破坏细胞膜吗？在动物细胞培养使用胰蛋白酶上有什么注意事项？ 能。 注意时间的控制 6、能够用胃蛋白酶代替胰蛋白酶吗？为什么？ 不能，因为两者的最适PH不同，而正常组织细胞的生存环境与胰蛋白酶的最适PH较接近。 考考你 7、动物细胞培养瓶内表面为何要光滑、无毒？ 易于培养细胞贴壁，进行生长增殖 8、培养瓶中的细胞培养到什么时候就不再分裂、增殖？ 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞分裂就会停止分裂增殖，这种现象叫接触抑制。 9、如此时细胞数量并未达到人们的需求，应该怎样办？ 将贴满细胞壁的细胞用胰蛋白酶处理，分瓶培养，继续增殖，即传代培养。 一、动物细胞培养 4.条件 一、动物细胞培养 5.应用 蛋白质生物制品的生产 如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体 健康细胞培养 培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性 细胞的生理、药理、病理研究 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 细胞的全能性 细胞增殖 培养基类型 固体培养基 液体培养基 培养基特有成分 蔗糖、植物激素 葡萄糖、动物血清等 培养结果 植物体 细胞株、细胞系 培养目的 快速繁殖、培育无病毒植株等 获得细胞等 相同点 （1）两技术过程中都进行有丝分裂，不涉及减数分裂； （2）均需无菌操作、无菌培养、需要适宜的温度、pH等 植物组织培养与动物细胞培养比较 1、在动物细胞培养过程中遗传物质发生改变的细胞是 （　 ） A．细胞系 B．细胞株 C．原代细胞 D．传代细胞 牛刀小试 2、动物细胞工程技术的基础是 （ 　） A.动物细胞融合 B.单克隆抗体　 C.胚胎移植 D.动物细胞培养 3.某研究小组对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行培养，下列叙述正确的是(　　) A.制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶进行处理 B.肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸 C.为了防止培养过程中杂菌的污染，可向培养液中加入适量的干扰素 D.用血球计数板计数的方法，可推断乙细胞比甲细胞增殖周期长 牛刀小试 1、某植物非常具有观赏价值，你采取什么方法来繁殖后代，使它们继承该植物的全部优良性状？ 问题讨论： ２、1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达的奶牛，年产奶量为30.8t，创造了世界奶牛产量的最高记录。目前世界各国高产牛奶场的奶牛，平均每年产量为十几吨，而我国平均水平仅有3－4吨。你能想办法繁殖卢辛达的后代，使年产奶量为30.8t吗？ 二、核移植技术和克隆动物 请阅读P47-50，思考以下问题： 1.什么是核移植？其原理是什么？ 2.什么是克隆动物？克隆羊多莉的性状与那些羊相似，全部相似么？ 3.核移植的种类有哪些？其难度相同么？ 4.核移植的过程是怎样的？ 5.采集的卵母细胞需要怎么处理？ 6.如何激活受体细胞？为什么需要激活受体细胞？ 二、核移植技术和克隆动物 1.概念 动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已经去核的卵母细胞中，使其重组并发育成新的胚胎,这个新胚胎最终发育为动物个体。 这种方法得到的动物称为克隆动物。 2.原理 动物细胞核具有全能性 3.种类 胚胎细胞 核移植 胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易 体细胞核移植 动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难 克隆（clone） 克隆就是无性繁殖，是指一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞或个体。 a.分子水平上： b.细胞水平上： c.个体水平上： 拓展：克隆 一般指DNA克隆。 指一个单一的细胞分裂所形成的细胞群体。 指基因型完全相同的两个或一个群体。 二、核移植技术和克隆动物 4.过程 克隆羊 母绵羊A 乳腺细胞 （体细胞） 提取细胞核 母绵羊B 未受精的卵细胞 去核卵细胞 新的卵细胞发育成早期胚胎 胚胎移植 母绵羊C “多莉” ◆注意：克隆动物性状与供体动物完全一样吗？ 体细胞核移植 4.过程 供体：优质高产奶牛 受体：普通奶牛 （卵母细胞的采集与培养） ◆取供体细胞传代培养10代以内的细胞.为什么？ ◆用的是去核的减数第二次分裂中期细胞（MⅡ中期），为什么？ 1.体积大，易操作。 2.含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。 ◆激活方法： ◆激活目的： 妊娠、分娩 有人说它三个母亲，对吗？ 动物细胞培养 去核 动物细胞核移植 归纳： 早期胚胎培养 胚胎移植 整个过程用了哪些技术？ 新生牛的性别、基因？ 繁殖方式？ 原理？ 考考你 动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养、胚胎移植等 与供体相同 无性繁殖 动物细胞核的全能性 考考你 比较多莉羊和课本高产奶牛的克隆过程，找出操作过程的不同点？ 多莉克隆过程是将供体细胞核注入受体细胞， 而高产奶牛的克隆过程是将供体细胞注入受体细胞。 讨论分析上述哪一种措施更科学？并说明理由？ 将供体细胞注入受体细胞，使克隆动物更像供体动物，操作也方便。 二、核移植技术和克隆动物 5.应用前景 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 保护濒危物种，增加存活数量 克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白 可以作为异种移植的供体，可以用于组织器官的移植 有利于人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程 能使人们更好的追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病 家畜品种改良 5.应用前景 2006年12月26日，东北农业大学生命科学学院，绿色荧光蛋白转基因的克隆猪。 5.应用前景 保护濒危动物 种间克隆白肢野牛 种间克隆摩弗伦野羊 5.应用前景 二、核移植技术和克隆动物 6.存在问题 成功率仍然很低 绝大多数克隆动物存在着健康问题，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷、免疫失调等 克隆动物的食品安全性问题还存在争议 威尔穆特统计过的各种体细胞克隆动物的克隆效率： 多莉--------这批羊的体细胞克隆成功率为0.36%， 牛的体细胞克隆成功率为0.9%—5.0% 山羊的体细胞克隆成功率为0.45—4.3% 绵羊的体细胞克隆成功率为0.8% —3.1% 猪的体细胞克隆成功率为0.1%— 0.9% 兔子的体细胞克隆成功率为0.3% 小鼠的体细胞克隆成功率为0.3%—5.8% 思维导图 1、一般说来，动物细胞体外培养需要满足以下条件（ ） ①无毒的环境 ②无菌的环境 ③培养基需要加入血清 ④温度与动物体温相似 ⑤需要O2，不需要CO2 ⑥CO2能调节培养液pH A、①②③④⑤⑥ B、 ①②③④ C、①③④⑤⑥ D、 ①②③④⑥ 牛刀小试 2、动物细胞培养的特点 （ ） ①细胞贴壁 ②有丝分裂 ③细胞分化 ④接触抑制 ⑤减数分裂 ⑥原代培养一般传1－10代 A、①②④⑥ B、②③④⑤ C、①③④⑥ D、③④⑤⑥ 牛刀小试 3、右图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据此回答： （1）容器A中放置的是动物器官或组织。 它一般取自______________________。 （2）容器A中的动物器官或组织首先要进 行的处理是 ，然后用 酶处理， 这是为了使细胞分散开来，这样做的目的是 。 牛刀小试 动物胚胎或幼龄动物 剪碎 胰蛋白 使细胞与培养液充分接触，便于培养 （3）培养首先在B瓶中进行，瓶中的培养基成分有________ 等。在此瓶中培养一段时间后，有许多细胞衰老死亡，这是培养到第 代，到这时的培养称为 。 （4）为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中，用 处理，然后配置成 ，再分装。 牛刀小试 动物血清 10 原代培养 胰蛋白酶 细胞悬浮液 2000年，美国科学家成功地克隆出首例灵长类动物——一只恒河短尾猴“泰特拉”。与其它动物克隆不同的是，“泰特拉”未用细胞核移植技术，而是采用胚胎分解的方法，将受精卵培育卵裂至8个细胞时将其分离，每2个细胞分为一部分，共分为4部分，并分别植入4个“代理母亲”子宫中，结果有一个“代理母亲”成功a生下了“泰特拉”，这意味着克隆人类已没有技术障碍。 课外读 课外读 经过多年积累和不断尝试，中科院神经科学研究 所研究团队改进了猴体细胞核移植的显微操作技术， 并通过表观遗传学修饰，促进体细胞重编程，显著提 高猴体细胞胚胎囊胚质量和怀孕率，成功突破了非人 灵长类体细胞克隆这个世界难题。 专家介绍，“中中”和“华华”的出世，意味着可以 在短期一年内产生遗传基因完全一致的大批猴群，标 志着我国将率先在国际上开启以猕猴作为实验动物模 型的新时代。 “拔一根毫毛，吹出猴万个”，西游记中的孙悟空“拔毛 变猴”如今已经成为现实!虽然提供“中中””和“华华”体细胞的猕猴没有完全发育就已夭折，但它的克隆体如今却正在健康的成长，这就是科学的神奇之处。 既然克隆猴已经出来了，那么是否意味着克隆人离我们已经不远了呢?中科院院士、中科院神经科学研究所所长蒲慕明却并不这么认为。蒲慕明介绍，体细胞克隆猴技术的突破，应该说克隆人的技术障碍已经去除，但是做克隆猴的目的完全是为了建立动物模式来帮助理解人的大脑，治疗人的各种疾病，不仅没有必要进行克隆人的研究，而社会的伦理道德也不允许克隆人。 $$