第2章 第3节 第1课时 动物细胞核移植技术、细胞培养技术及其应用-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（苏教版）

第三节　动物细胞工程及其应用 第1课时 动物细胞核移植技术、细胞培养技术及其应用 学习目标 1.说明动物细胞核移植技术及表现全能性的难易程度。　 2.阐述利用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用。　　 3.阐述动物细胞培养的条件和过程。　　　 4.简述动物细胞培养的应用。 知识点(一) 动物细胞核移植技术及其应用 [教材知识梳理] 　　(一)动物细胞核移植技术 1.概念分析 供体 一个动物细胞的细胞核 受体 去除细胞核的成熟卵母细胞 结果 形成重组细胞并发育成一个新的胚胎,最终发育为动物新个体 　　2.种类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度低,全能性容易表现 体细胞核移植 十分困难 分化程度高,全能性难表现 　　3.原理:动物细胞核具有全能性。 4.技术本质:动物细胞核移植技术也是一种克隆技术。克隆不仅仅是指无性繁殖,还包括遗传上完全相同的分子、细胞或来自同一祖先的生物个体的无性繁殖群体。 (二)动物细胞核移植技术的应用 1.应用范围:促进畜牧业的发展、培育优良畜种、生产实验动物和转基因动物、拯救濒危动物、保护动物资源。 2.动物体细胞核移植的实例——克隆羊多莉 (1)基本过程 (2)意义:克隆羊多莉是人类首次采用成年动物的体细胞获得的后代,这证明哺乳动物体细胞核在卵母细胞细胞质的支持下具有全能性。 [核心要点点拨] 　　1.图示法理解动物体细胞核移植 2.受体选择成熟卵母细胞的原因 (1)卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质。 (2)卵母细胞体积大,便于操作。 (3)卵母细胞内卵黄多,营养物质丰富 　　3.克隆动物遗传物质来源 (1)核内遗传物质:全部来自供体细胞。 (2)细胞质中的遗传物质:①体细胞核移植时,全部来自受体卵母细胞;②体细胞移植时,一部分来自核供体细胞,另一部分来自受体卵母细胞。 　　[典例]　(2025·连云港期末)体细胞克隆猴培育过程中,组蛋白甲基化不利于胚胎的发育率和妊娠率。为提高胚胎发育率,科研人员将Kdm4d的mRNA注入了重构胚。具体培育流程如图所示,下列有关叙述正确的是 (　　) A.从母猴卵巢中采集的卵母细胞可以直接作为核移植的受体 B.使用免疫抑制剂处理代孕母猴才能保证移入的胚胎能在子宫中发育 C.克隆小猴发育后的性状与胎猴相同 D.Kdm4d的mRNA翻译产生的蛋白质可能会催化组蛋白的去甲基化 [解析]　从母猴卵巢中采集的卵母细胞需要培养到MⅡ期,才能作为核移植的受体细胞,A错误;代孕母猴对移入子宫的外来胚胎一般不发生免疫排斥反应,因此不需要注射免疫抑制剂,B错误;克隆动物的性状主要与供核生物体一致,但同时受提供卵母细胞的细胞质基因以及发育环境的影响,C错误;由题意可知,Kdm4d的RNA翻译产生的蛋白质可能会催化组蛋白的去甲基化,D正确。 [答案]　D [层级训练评价] (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 (√) (2)在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的卵原细胞。 (×) (3)克隆动物的制备体现了动物细胞的全能性。 (×) (4)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞。 (×) (5)核移植技术中重组细胞具有发育成完整个体的能力。 (√) (二)落实知能 2.从公羊甲的体细胞中取出细胞核,注入母羊乙去核的卵母细胞中,重组的细胞经卵裂形成早期胚胎,再移入另一只母羊丙的子宫中,生出的小羊,其性别和性状是 (　　) A.公羊、像甲 B.公羊、像乙 C.母羊、像丙 D.母羊、像甲 解析:选A　由于生物的遗传物质主要存在于细胞核中,细胞核控制着生物的发育和遗传,根据题干信息可知,从公羊甲的体细胞中取出细胞核,注入到母羊乙去掉核的卵母细胞中,重组的细胞经卵裂形成早期胚胎,再植入到另一只母羊丙的子宫内,最终克隆的小羊的性别应与甲相同,即为公羊;其性状应该是最像提供细胞核的公羊甲。 3.下图为克隆羊“多莉”的培育过程示意图: 重组细胞早期胚胎克隆羊“多莉” 下列相关表述错误的是 (　　) A.克隆羊“多莉”的主要性状与甲羊一致,因为其细胞核基因来自甲羊 B.克隆羊“多莉”的培育过程中采用的生物技术有细胞核移植和动物细胞培养等 C.乙羊的去核卵母细胞为重组细胞的基因表达提供了细胞内的环境条件 D.此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性 解析:选D　生物的性状主要由细胞核中的遗传物质控制,由于细胞核基因完全来自甲羊,克隆羊的主要性状与甲羊基本一致,A正确;克隆羊“多莉”的培育过程中用到了胚胎移植技术、细胞核移植技术和动物细胞培养等技术,B正确;卵母细胞的细胞质中含有促进核基因表达的物质,能调控细胞核基因的表达,C正确;此实验只能说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性,D错误。 (三)迁移应用 4.中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题: (1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植技术是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞核的染色体数目　　　(填“减半”“加倍”或“不变”)。  (2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度　　　(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目　　　　(填“相同”或“不同”),性染色体组合　　　　(填“相同”或“不同”)。  解析:(1)动物核移植技术是把一个动物细胞的细胞核移植到一个已经去除细胞核的成熟卵母细胞中,并使重组细胞发育为一个新的胚胎,继而发育为动物新个体的技术。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物,与核供体相比,其体细胞核的染色体数目不变。 (2)由于动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,而动物体细胞分化程度高,恢复其全能性十分困难,所以,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度明显低于体细胞核移植。 (3)哺乳动物雌性和雄性个体的体细胞中常染色体数目相同,所以分别以雌性和雄性个体的体细胞为供体,克隆动物体细胞的常染色体数目相同,但其性染色体组合不同。 答案:(1)把一个动物细胞的细胞核移植到一个已经去除细胞核的成熟卵母细胞中,并使重组细胞发育为一个新的胚胎,继而发育为动物新个体的技术　不变　(2)小于　胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易　(3)相同　不同 知识点(二)　动物细胞培养技术及其应用 [教材知识梳理] 　　(一)动物细胞培养技术 1.概念:是指从动物体内获得相关组织,分散成单个细胞后,模拟体内环境,在温度适宜、营养充足、无菌等条件下培养,使其继续生长、增殖的技术。 2.条件 环境条件 包括温度、pH、合适的气体(如氧和二氧化碳)和营养物质等 营养物质 葡萄糖、氨基酸、无机盐、微量元素、维生素和促生长因子等 无菌、无毒 的环境 ①培养基和培养器具无菌处理 ②无菌环境下进行操作;添加适量的抗生素 ③定期更换培养液,清除代谢产物 [微提醒] 　　动物细胞培养时加血清的原因是动物血清含有许多维持动物细胞生长增殖和保持动物细胞生物学性状不可缺少的物质。 　　3.过程 　　(二)动物细胞培养技术的应用 　　1.原代培养与传代培养 原代培养 概念 指从供体获取细胞或组织后进行的初次培养 特征 刚刚离体的动物组织或细胞的生物学特性未发生很大变化,这一阶段培养的细胞与体内细胞的生长特性相近 应用 适合用于药物测试和基因表达等实验研究 传代培养 概念 将原代培养的细胞继续转接到新的培养基上继续培养,这一过程称为传代培养 原因 当细胞数量增加到一定程度后,由于培养空间的限制、营养物质的消耗及有害代谢产物的积累等,细胞的生长和增殖便会逐渐减缓 特点 一般情况下,传代培养10~50次后,细胞增殖速度便会逐渐减缓,甚至完全停止,有些细胞可能还会发生癌变 2.动物细胞培养技术的应用 (1)为细胞或细胞器加工改造提供了大量的动物细胞原材料。 (2)生物医药产品的工业化生产:重组蛋白、抗体、病毒疫苗等。 (3)基础研究和临床实践:基因治疗、细胞治疗、组织工程、药物筛选和毒性检测等。 [核心要点点拨] 　　(一)图示法理解动物细胞培养过程 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.酶处理 (1)用酶两次处理的目的:第一次使用的目的是使组织细胞分散开;第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来,便于分散后继续培养。 (2)使细胞分散开的原因:一是能保证细胞所需要的营养供应;二是能保证细胞内有害代谢产物及时排出。 (3)不能用胃蛋白酶处理:由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.1~7.3,而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右,因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。 4.细胞贴壁和接触抑制 细胞 贴壁 将细胞悬液放入培养瓶内,置于适宜环境中培养,悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁 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 　　(二)植物组织培养与动物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞全能性 细胞增殖 培养基 类型 固体或半固体培养基 液体培养基 成分 矿质元素、蔗糖、维生素、氨基酸、植物激素等 无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、促生长因子、动物血清等 取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 结果 新的植株 新的细胞 相同点 ①都需要人工条件下的无菌操作、无菌培养;②都需要配制合成培养基;③都需要适宜的温度、pH等条件 　　[典例]　(2025·连云港阶段测)下图为动物细胞培养的基本过程示意图,请回答下列问题: (1)容器A中放入的一般是健康幼龄动物的器官或组织,原因是其细胞　　　　　　、易于培养。  (2)将B瓶中的细胞悬液转入C瓶进行的初次培养称为　　　　　　。动物细胞培养需要提供O2和CO2等气体环境,O2是　　　　　　所必需的,CO2的作用主要是　　　　　　。当细胞的生长和增殖减缓时,就需要对细胞进行分瓶,分瓶后的细胞培养称为　　　　　　　。  (3)右图表示血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。 ①据图可知,有无添加血清对培养　　　细胞的影响较大。  ②在探究物质X对正常细胞增殖的影响时,必须采用有血清培养,据图分析原因是　　　　　　　　　　。  [解析]　(1)容器A 中放入的一般是幼龄动物的器官或组织,原因是其细胞分裂能力强,易于培养。 (2)将B瓶中的细胞悬液转入C瓶进行的初次培养称为原代培养。动物细胞培养需要提供O2和CO2等气体环境,动物细胞利用O2分解有机物,释放能量用于生命活动,O2是动物细胞代谢所必需的,CO2的作用主要是维持培养液的pH。当细胞的生长和增殖减缓时,需进行传代培养。 (3)①分析曲线图可知,培养时间相同时,是否添加血清对于癌细胞的增殖影响不大,癌细胞数相差不大,而对于正常细胞增殖影响很大,细胞数目相差较大。②分析题图可知,正常细胞无血清会大量减少,加入血清是为了排除无血清对细胞数目的影响。 [答案]　(1)分裂能力强　(2)原代培养　细胞代谢　维持培养液的pH　传代培养　(3)①正常　②正常细胞无血清数目会大量减少,排除无血清对细胞数目的影响 [层级训练评价] (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)动物细胞培养要定期更换培养液,其目的是便于清除代谢产物,防止代谢产物积累对细胞自身造成伤害。 (√) (2)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。 (×) (3)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。 (×) (4)培养的正常细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。 (×) (5)动物细胞培养时,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。 (√) (二)落实知能 2.(2025·广东高考)将人眼睑成纤维细胞传代培养后,再培养形成支架,在该支架上接种人口腔黏膜上皮细胞,培养一段时间后分离获得上皮细胞片层,可用于人工角膜的研究。上述过程不涉及 (　　) A.制备细胞悬液 B.置于5%CO2等适宜条件下培养 C.离心收集细胞 D.用胰蛋白酶消化支架后分离片层 解析:选D　动物细胞培养时,为增大细胞与培养液的接触面积,需要制备细胞悬液,A不符合题意;应将动物细胞置于5%CO2等适宜条件下培养,其中5%的CO2可维持培养液的pH,B不符合题意;在成纤维细胞传代培养过程中需要通过离心收集细胞,C不符合题意;不能用胰蛋白酶消化支架,以避免将上皮细胞片层分离成单独细胞,D符合题意。 3.(2025·常州月考)小鼠的某种上皮细胞与某种淋巴细胞体外培养时,细胞周期基本相同,但上皮细胞在培养时,呈现扁平不规则多角形,且黏附在培养瓶内壁上,而该淋巴细胞则常常悬浮在培养液中。下列有关叙述错误的是 (　　) A.使用合成培养基培养动物细胞时通常需添加一定量的动物血清 B.培养基内加入适量的抗生素以防止培养过程中杂菌的污染 C.相同次数分瓶培养所获得的两者细胞数目完全相同 D.培养上皮细胞更易观察判断细胞是否具有接触抑制现象　 解析:选C　相同次数分瓶培养所获得的两者细胞数目不一定相同,C错误。 4.下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述,错误的是 (　　) A.动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同 B.动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶 C.烟草叶片离体培养能产生新个体,小鼠细胞离体培养能增殖 D.动物细胞培养可用于检测有毒物质,茎尖培养可用于植物脱除病毒 解析:选B　动物细胞培养用液体培养基,而植物组织培养用固体培养基,A正确;动物细胞培养过程中要加入胰蛋白酶,而植物组织培养过程中不用,B错误;植物细胞具有全能性,所以烟草叶片离体培养能形成新个体,而小鼠细胞离体培养能增殖,C正确;植物组织培养中常用根尖、茎尖等培养无病毒植物个体,而动物细胞培养的一个重要应用是检测有毒物质,D正确。 (三)迁移应用 5.某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究,结果发现其培养的原代神经元生长缓慢,其原因不可能的是 (　　) A.实验材料取自小鼠胚胎的脑组织 B.为了防止污染将培养瓶瓶口密封 C.血清经过高温处理后加入培养基 D.所使用的培养基呈弱酸性 解析:选A　小鼠胚胎脑组织中含有丰富的原代神经元,细胞增殖能力强,不会造成生长缓慢,A符合题意;培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧,影响细胞有氧呼吸,造成供能不足,可能使细胞生长缓慢,B不符合题意;血清经过高温处理后,其中活性成分变性,失去原有功能,无法满足细胞生长所需,可能使细胞生长缓慢,C不符合题意;小鼠内环境为弱碱性,所使用的培养基呈弱酸性,可能造成细胞生长缓慢,D不符合题意。 6.下图是目前世界上开发某病毒疫苗的几种途径。请回答下列问题: (1)实验室获得大量病毒的过程要先培养动物细胞,而不是直接用基础培养基培养病毒的原因是　　　　　。培养动物细胞时必须提供一定量的CO2气体,作用是　　　　。多数动物细胞生存的适宜pH为　　　　。  (2)途径Ⅰ与途径Ⅱ生产的疫苗安全性更高的是途径　　　。  (3)途径Ⅳ生产的DNA疫苗直接注入人体,其在人体细胞中可以表达出能够激活人体特异性免疫反应的　。  (4)若进行哺乳动物细胞培养,下列操作有误的是　　　　。[多选]  A.体外培养时,必须保证无菌、无毒的环境 B.应给培养的细胞提供充足的营养 C.哺乳动物细胞培养的温度多为30~35 ℃ D.渗透压也是培养中要考虑的重要环境参数 E.在进行培养时,首先要将细胞制成细胞悬液 F.培养前需对培养液进行干热灭菌以防止杂菌污染　 解析:(1)由于病毒在活细胞内才能生活,所以实验室获得大量病毒的过程要先培养其宿主细胞,即动物细胞,而不是直接用基础培养基培养病毒。培养动物细胞的培养基除了必需的各种有机和无机营养外,还需添加一些动物血清等天然成分,培养时必须提供一定量的CO2气体,以维持培养液的pH。多数动物细胞生存的适宜pH为7.1~7.3。 (2)途径Ⅱ不含病毒核酸,不会增殖,相对途径Ⅰ而言安全性更高。 (3)途径Ⅳ只注入了病毒的核酸,其在人体内表达出病毒的蛋白质,即能激活人体特异性免疫反应的抗原。 (4)体外培养时,必须保证无菌、无毒的环境,防止杂菌污染,A正确;动物细胞为异养细胞,需要从培养液获得营养物质,因此应给培养的细胞提供充足的营养,B正确;哺乳动物细胞培养时最适温度控制在37 ℃左右,C错误;渗透压也是培养中要考虑的重要环境参数,若渗透压高于细胞内渗透压,细胞会失水,若渗透压低于细胞内渗透压,细胞会吸水甚至使细胞涨破,D正确;在进行培养时,首先要将细胞制成细胞悬液,以利于细胞增殖,E正确;干热灭菌适用于保持干燥、耐高温的玻璃器皿等,培养液不能用干热灭菌法灭菌,F错误。 答案:(1)病毒在活细胞内才能生活　维持培养液的pH　7.1~7.3　(2)Ⅱ　(3)抗原　(4)CF /课堂小结与随堂训练/ 一、知识体系构建 二、关键语句必背 1.动物细胞核移植技术也是一种称克隆技术,是指把一个动物细胞的细胞核移植到一个已经去除细胞核的成熟卵母细胞中,并使重组细胞发育为一个新的胚胎,继而发育为动物新个体的技术。 2.动物细胞培养技术是指从动物体内获得相关组织,分散成单个细胞后,模拟体内环境,在温度适宜、营养充足、无菌等条件下培养,使其继续生长、增殖的技术。 3.动物细胞培养需要严格的环境条件,包括温度、pH、合适的气体(如氧和二氧化碳)和营养物质等。 三、素养好题训练 1.科学家首次利用基因编辑方法,并通过体细胞克隆技术,获得5只生物节律核心基因BMAL1敲除的克隆猴,这5只小猴的生物节律紊乱。下列说法错误的是 (　　) A.体细胞克隆猴的成功培育对于医学研究具有重要意义 B.该过程运用了细胞核移植技术,接受供体细胞核的是发育到MⅠ期的初级卵母细胞 C.培育生物节律紊乱的小猴过程中,需要对重构胚进行培养并进行胚胎移植 D.培育生物节律紊乱的小猴过程中,可以用蛋白酶合成抑制剂激活重构胚 解析:选B　接受供体细胞核的是发育到MⅡ期的次级卵母细胞,B错误。 2.(2025·湖北高考)利用犬肾细胞MDCK扩增流感病毒,生产流感疫苗,具有标准化、产量高等优点。但MDCK细胞贴壁生长的特性不利于生产规模的扩大,严重制约疫苗的生产效率。研究人员通过筛选,成功获得一种无成瘤性的(多代培养不会癌变)、可悬浮培养的MDCK细胞——XF06。下列叙述错误的是 (　　) A.XF06悬浮培养可提高细胞密度,进而提升生产效率 B.细胞贴壁生长特性的改变是由于流感病毒感染 C.可采用离心技术从感染病毒的细胞裂解液中分离出流感病毒 D.采用无成瘤性细胞生产疫苗,是为了避免疫苗中有致瘤DNA的污染 解析:选B　根据题意,与贴壁生长的细胞培养相比,XF06悬浮培养能更充分利用空间,提高细胞密度,从而提升生产流感疫苗的效率,A正确;细胞贴壁生长特性的改变可能是遗传物质发生改变导致的,不是流感病毒感染导致的,B错误;细胞裂解液中,流感病毒和其他细胞裂解物的密度、质量等性质不同,可采用离心技术从感染病毒的细胞裂解液中分离出流感病毒,C正确;根据题意可知,无成瘤性MDCK细胞经多代培养不会发生癌变,采用无成瘤性细胞生产疫苗,能避免疫苗中有致瘤DNA的污染,D正确。 3.吴茱萸是一种中药,其主要成分为吴茱萸碱(EVO)。为研究EVO对人胃癌细胞增殖的影响,科研人员做了以下实验。请回答问题: (1)癌细胞具有　　　　的能力,能在体外不断传代培养。将胃癌细胞加入到含有少量血清的动物细胞培养液中进行动物细胞培养,动物细胞培养利用的原理是　　　　。  (2)将胃癌细胞制成细胞悬液进行实验,本实验需要设置对照组和实验组,每组中都需要先加入　　　　,同时对照组还需要加入　　　　　。  (3)实验结果表明吴茱萸碱抑制胃癌细胞增殖,作用效果与　　　　　　　　　　有关。  解析:(1)癌细胞是不受机体控制的恶性增殖的细胞,即癌细胞具有无限增殖的能力,能在体外不断传代培养。将胃癌细胞加入到含有少量血清的动物细胞培养液中进行动物细胞培养,动物细胞培养是利用细胞增殖的原理。 (2)将胃癌细胞制成细胞悬液进行实验,本实验需要设置对照组和实验组,每组中都需要先加入等量的细胞悬液,遵循等量原则,同时对照组还需要加入与EVO溶液等量的生理盐水,实验组依次加入相应浓度的EVO溶液,然后检测癌细胞的数量变化,进而求得细胞增殖活性相对值。 (3)根据图中的实验结果可以看出,使用吴茱萸碱后细胞增殖活性相对值下降,说明吴茱萸碱抑制胃癌细胞增殖,作用效果与EVO的浓度和处理时间有关。 答案:(1)无限增殖　细胞增殖　(2)等量的细胞悬液　(适量的)生理盐水　(3)EVO的浓度和处理时间 学科网（北京）股份有限公司 $