2.2动物细胞工程教学设计-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

课题 第2章 第2节 动物细胞工程（4-5个课时） 时间 教材分析 第2节《动物细胞工程》内容主要包括:动物细胞培养、动物细胞融合技术与单克隆抗体和动物体细胞核移植和克隆动物三部分内容，动物细胞培养介绍了动物细胞培养的条件、过程及干细胞培养及其应用三部分内容;接着先介绍了动物细胞融合技术的方法和原理，然后在此基础上讲述了单克隆抗体及其应用;最后以《西游记》为引子，引入核移植技术的概念，并介绍了体细胞核移植的过程及其应用前景以及存在的问题。 学情分析 教学目标 1.阐明动物细胞培养的条件和过程。 2.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 3.阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程，认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值。 4.阐明利用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和该技术的应用前景。 教学重难点 1.教学重点 (1)动物细胞培养的条件和过程。 (2)干细胞在生物医学工程中的应用。 (3)单克隆抗体的制备和应用。 (4)用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 2.教学难点 (1)单克隆抗体的制备过程。 (2)用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 教学内容及流程 学习任务 教学过程 备注 新课导入 【新课导入】 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，而且会存在免疫排斥反应。那么，怎样才能获得大量的自体健康皮肤呢？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出人的皮肤呢？ 以真实的情境导入，让学生认识动物细胞培养技术与生活的联系。 动物细胞培养 【教师讲述】 一、动物细胞培养的概念 （一）概念：动物细胞培养是指从动物体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖。 （二）动物细胞培养所需的基本条件 ·营养条件：需糖类、氨基酸、无机盐、维生素等；将细胞所需营养按种类和量严格配制的培养基为合成培养基，使用时通常加入血清等天然成分；培养用液体培养基（培养液）。 ·无菌、无毒的环境：无菌操作；定期更换培养液清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 ·适宜的温度、pH 和渗透压：哺乳动物培养温度多为 36.5±0.5℃；pH 7.2～7.4。 ·适宜的气体环境：O₂是细胞代谢必需，CO₂主要作用是维持培养液的 pH（与培养液中 NaHCO₃构成缓冲对）；通常置于 95% 空气＋5% CO₂的混合气体 CO₂培养箱中培养。 二、动物细胞培养的过程 1.取动物组织 取材：动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 原因：细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 2.制成细胞悬液 方法：用机械法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间，将组织分散成单个细胞；再用培养液制成细胞悬液，放入培养皿 / 培养瓶。 培养瓶 / 皿要求：内表面光滑、无毒、易于贴附。 分散成单个细胞的原因：①成块组织中细胞间相互限制生长和增殖；②使细胞与培养液充分接触，利于物质交换，保证营养、氧气供应和代谢物排出。 ·体外培养动物细胞的类型： ①悬浮生长细胞（少部分）：能悬浮在培养液中生长增殖。 ②贴壁生长细胞（主要类型）：需要贴附于基质（如培养瓶壁）表面才能增殖。——细胞的接触抑制：贴壁生长的细胞分裂增殖形成单层后，细胞间相互接触，分裂和生长停止，数量不再增加，此时需分瓶培养。特例：癌细胞无接触抑制现象，原因是癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少。 3.原代培养、传代培养： 原代培养：从动物体获取组织或细胞后进行的第一次培养过程；原代培养的细胞一般传至 10 代左右生长分裂停滞，极少传至 40-50 代。 传代培养：将原代培养瓶中的细胞分离稀释后，转到新培养瓶中继续培养的过程（分瓶后的细胞培养）。 ·细胞收集方法： ①悬浮生长类：直接离心法收集；②贴壁生长类：用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞后，离心法收集。 ·传代培养的细胞变化： 10~50 代：部分细胞核型可能变化，增殖缓慢甚至停止，大部分细胞衰老死亡，此阶段细胞为细胞株（遗传物质未改变，使用 / 保存的细胞通常为 10 代以内，保持正常二倍体核型）； 50 代以后：少数细胞克服寿命极限获得不死性，发生突变朝癌细胞发展，为细胞系（遗传物质一定改变，带有癌变特点）。 【比较分析】植物组织培养与动物细胞培养的比较表格 三、干细胞 （一）概念 动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞；在一定条件下可分化成其他类型细胞，细胞特点为体积较小，细胞核大，核仁明显；存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 （二）类型 1.胚胎干细胞（ES 细胞） 存在部位：早期胚胎中。 特点：具有分化为成年动物体内任何一种类型的细胞，并进一步形成机体所有组织甚至器官的潜能。 2.成体干细胞 存在部位：成体组织或器官内。 特点：具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能。 实例：骨髓 / 外周血 / 脐带血中的造血干细胞（分化为血细胞）；神经系统中的神经干细胞（分化为神经细胞）；睾丸中的精原干细胞（分化为精原细胞）。 （三）应用 干细胞与组织、器官的发育、再生和修复密切相关，可将正常干细胞移植到患者体内，修复或替换受损的器官 / 组织，治愈疾病： 造血干细胞：治疗白血病、造血系统 / 免疫系统功能障碍疾病； 神经干细胞：治疗神经组织损伤、帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病。 （四）诱导多能干细胞（iPS 细胞） 发现：2006 年，科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得类似胚胎干细胞的 iPS 细胞；2007 年成功诱导出人类的 iPS 细胞。 存在风险：iPS 细胞存在导致肿瘤发生的风险（如 导入了原癌基因，既促进细胞自我更新，又增加成瘤性），短期内无法进入临床应用。 优势：①诱导过程无需破坏胚胎；②可来源于病人自身的体细胞，移植回体内理论上可避免免疫排斥反应，应用前景优于胚胎干细胞。 让学生自主建构、完善流程，并进一步分析相关问题的过程，是他们对知识内容的理解不断深化的过程，也是思维不断发展的过程，在这个过程中学生既获得了知识，又发展了思维。 回顾选择性必修1中相关的知识内容，说出机体内环境提供了两个方面的条件:营养条件，如糖类、氨基酸、无机盐等;环境条件，如温度、pH、渗透压等。认同体外培养也需要提供这两个方面的条件，并通过教师的补充，形成对动物细胞培养条件的完整认识。 引导学生运用旧知探索新知，可促进他们对新知识的理解。 动物细胞融合与单克隆抗体 【教师讲述】 （一）动物细胞融合 1.概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术；融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。 2.原理：细胞膜具有一定的流动性（与植物原生质体融合基本原理相同，磷脂分子重新排布）。 3.诱导方法：PEG 融合法、电融合法、灭活病毒诱导法（植物原生质体融合无此方法）；植物原生质体融合还可用离心法、高钙 — 高 pH 培养法。 ·灭活病毒诱导细胞融合的原理：病毒表面的糖蛋白和酶与细胞膜上的糖蛋白作用，使细胞互相凝聚；细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 ·应用：利用细胞融合进行基因定位（如人鼠体细胞杂交后，杂种细胞随机丢失人染色体，可通过检测基因表达确定基因所在染色体）。 【比较分析】表格比较分析植物体细胞杂交与动物细胞融合 4.动物细胞融合的意义：突破有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能；种间、属间、科间甚至动植物之间的细胞融合已获成功；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，为制造单克隆抗体开辟新途径。 （二）单克隆抗体 1.传统抗体生产方法及缺陷： 方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，再从动物血清中分离所需抗体。 缺陷：产量低、纯度低，特异性差，获得的是多克隆抗体。 2.抗体基础知识点 定义：机体受抗原刺激后产生的，能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。 分布：①血清（主要）；②组织液及外分泌液（如乳汁，为新生儿提供抗体）。 产生过程：通过体液免疫由浆细胞（效应 B 淋巴细胞）分泌。 3. 关键特点：每一个 B 淋巴细胞只分泌一种特异性抗体；但体外培养下，单个 B 淋巴细胞无法无限增殖。——单克隆抗体的设想：将能分泌特异性抗体的B 淋巴细胞与能在体外无限增殖的骨髓瘤细胞融合，获得的杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生大量特异性抗体。 4. 单克隆抗体生产过程： 5. 应用：优点在于它的特异性强、灵敏度高并可大量制备。 ① 作为诊断试剂 —— 最广泛的应用 由于单克隆抗体纯度高、特异性强，能准确地识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，因此在诊断应用中具有准确、高效、简易、快速的优点。 典型应用有艾滋病 HIV 快速诊断试剂盒、抗 A / 抗 B 血型定型试剂（单克隆抗体制备）、早早孕检测试纸。 其中早早孕检测原理：受精后胎盘滋养层细胞会分泌人绒毛膜促性腺激素（HCG，糖蛋白类激素），孕妇尿液中大量存在，非妊娠妇女尿液中几乎没有；检测试纸利用抗 HCG 单克隆抗体，红色胶体金颗粒携带 HCG 一抗，可与尿液中 HCG 结合后向上移动，与检测线的 HCG 一抗结合使检测线变红，无 HCG 则检测线不变；无论是否有 HCG，一抗向上移动至对照线时，会被抗 HCG 一抗的二抗结合，红色胶体金颗粒沉淀使对照线变红，以此判断检测有效性。 ② 用于疾病检测 甲胎蛋白（AFP）是特异性较强的肿瘤标志物，以甲胎蛋白作为抗原免疫小鼠，制备抗 AFP 单克隆抗体，并将其与放射性同位素标记物连接；单克隆抗体携带标记物随血液到达全身组织，肿瘤细胞表面的AFP会与单克隆抗体特异性结合，使放射性同位素标记物在肿瘤部位不断积累，通过显影技术可定位肿瘤位置。 ③ 生物导弹（运载药物与疾病治疗） 化疗所用的细胞毒素类药物能杀伤肿瘤细胞，但无特异性，会同时损伤健康细胞；解决方法是制备抗体 — 药物偶联物 (ADC)，将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。 此外还有脂质体给药方式，可包裹脂溶性、水溶性药物，具备高效、低毒、靶向的特点。 通过问题逐步引导学生理解单克隆抗体制备的原理，了解所需要的技术，为后续学习做铺垫。 核移植 【教师讲述】 1.背景与核心原理：高度分化的植物组织仍保持着全能性，但动物细胞的全能性会随着分化程度的提高逐渐受限制，分化潜能变弱，因此无法用植物组织培养的方法获得完整动物个体，动物体细胞克隆需通过核移植（将体细胞的核移到去核的卵母细胞中）实现。 2.核心思考：动物受精卵能发育成完整个体，而体细胞不能，原因是受精卵和体细胞的细胞质不同，受精卵的细胞质来源于卵细胞的细胞质，卵细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质。 3.动物细胞核移植的具体流程： 【思考讨论】1.为什么核移植用卵母细胞（卵细胞）作为受体细胞？卵细胞体积大，操作方便；含有的营养物质多；细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质。 2.核移植前为何去掉受体卵母细胞的核？ 为使核移植动物的核遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的供体细胞。 3.供体细胞为何选用传代 10 代以内的细胞？ 10 代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型（染色体的组成、数目、形态），遗传物质未发生改变。 4.克隆动物是对体细胞供体动物的 100% 复制吗？为什么？ 不是。原因：①克隆动物绝大部分 DNA 来自供体体细胞，核外少部分 DNA（如线粒体 DNA）来自受体卵母细胞；②性状是基因与环境共同作用的结果，克隆动物所处环境与核供体细胞的生活环境不完全相同；③克隆动物个体发育过程中可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 5.多莉羊为何举世闻名？ 多莉羊是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物，此前的克隆动物均为胚胎细胞核移植的产物；多莉羊的培育成功，在理论上证明了分化了的动物细胞核也具有全能性。哺乳动物核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植；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，恢复全能性十分困难，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 6.非人灵长类动物体细胞核移植为何困难？ ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中，无法完全恢复其分化前的功能状态，导致胚胎发育率低；②对非人灵长类动物（与人类生物学特征相似）胚胎进行操作的技术尚不完善。（我国科学家攻克该障碍，获得世界首例体细胞克隆猴） 7.核移植常用的去核方法及其他方法？ 目前普遍使用的是显微操作去核法；其他方法有梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理等；这些方法可在不刺破透明带或卵母细胞质膜的情况下，去除细胞核或使卵细胞核 DNA变性，从而达到去核的目的。 【教师讲述】4.核移植技术的应用前景 （1）畜牧业领域：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育。 （2）保护濒危物种：有望增加濒危物种的存活数量，保护生物多样性。 （3）医药卫生领域 ① 建立转基因体细胞系，培育转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白（如乳汁中分泌人抗胰蛋白酶的转基因羊）； ② 患者的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的细胞、组织或器官，用于移植治疗可避免免疫排斥反应；转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为异种移植的供体； ③ 开展治疗性克隆：病人体细胞取核→与去核卵母细胞构建重构胚→获得胚胎干细胞→诱导分化为各类细胞 / 组织 / 器官→移植治疗疾病。 4.科研领域 ① 研究克隆动物，深入探索胚胎发育及细胞衰老的过程； ② 克隆遗传背景相同的动物，通过对比分析研究致病基因； ③ 克隆特定疾病模型的动物（如裸鼠肿瘤动物模型），为疾病致病机制研究和药物开发提供实验材料。 ·体细胞核移植技术存在的问题 成功率低：胚胎移植后动物幼体的产出概率＜10％； 健康问题：许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如早衰（多利羊猜想）、体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷、免疫失调等； 食品安全性问题：克隆动物作为食品的安全性问题存在较大争议，尚未形成统一结论。 介绍我国科学家的研究成果，可以增强学生的民族自豪感和自信心。对相关问题的探讨可以让学生理性地看待并合理运用生物技术，增强社会责任意识。 引导学生辩证地看待技术的应用，使他们既看到技术进步带来的积极影响，又认识到技术应用可能带来一些问题。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 2.2动物细胞工程 第1课时 动物细胞培养 一、动物细胞培养 1.概念 2.条件 (1)营养 (2)无菌、无毒的环境 (3)适宜的温度、pH和渗透压 (4)适宜的气体环境 3.过程 4.干细胞培养及其应用 第2课时 一、动物细胞融合技术 1.概念 2.原理:细胞膜的流动性 3.融合方式:物理法、化学法、生物法 4.意义 二、单克隆抗体及其应用 1.单克隆抗体的制备过程 2.单克隆抗体的应用 第3课时 一、动物细胞核移植技术的概念 将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术 二、分类及难度 胚胎细胞核移植＜体细胞核移植;非人灵长类动物体细胞核移植的难度较高 三、动物体细胞核移植的过程 1.卵母细胞的获取及培养、体细胞的获取及培养 2.去掉卵母细胞的核 3.将体细胞的核(或体细胞)移入去核卵母细胞 4.形成重构胚 5.激活重构胚 6.胚胎移植 7.分娩 四、应用前景 五、存在的问题 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 从动物细胞培养和干细胞培养及应用两个方面展开对动物细胞培养的相关知识点的教学，通过引导学生掌握获得信息的方法，而简短的工作汇报对学生的归纳总结能力、语言表达能力、临场发挥能力等都能得到一定的锻炼。阅读教材时携带问题来探究动物细胞培养的过程和干细胞的相关知识点，通过一系列起点低、坡度小、多层次、多角度且富有探究性的问题，引导学生去思考、去比较、去总结，引导学生在掌握相关知识点的同时，掌握获得知识的方法。 动物细胞融合技术与植物体细胞杂交有相似点也有不同点，充分利用比较学习法，有利于将这两个知识点的原理、过程等理得更清楚;以教材文字和图片为信息来源，引导学生分析单克隆抗体的制备过程流程图，用不断提升的问题引导学生全面掌握单克隆抗体的制备过程、各步骤的注意点、单克隆抗体的优点等相关知识点，从而达到轻松解决重点和难点知识的效果。 动物体细胞核移植的概念、分类和过程，利用一系列的问题引导学生探讨体细胞核移植过程中的细节问题，最后师生一起绘制核移植流程图，再邀请学生讲解各个步骤的要点、原因等，实现了知识点的点到面，面到点的综合，引导学生建立知识网络。在充分利用阅读教材文字和图片的基础上，小组合作分析总结体细胞核移植的应用前景及存在问题，引导学生在掌握知识点的同时，也锻炼了学生的归纳总结能力、语言表达能力。而我国对非人灵长类体细胞核移植成功信息的分析，有利于学生了解我国核移植研究的现状，激发学生的爱国热情。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $