2.2.1动物细胞培养和核移植技术教学设计
学习目标
1.了解动物细胞培养的概念和过程。
2.理解动物细胞培养的条件与应用。
3.了解克隆动物。
4.简述动物体细胞核移植技术。
5.说出克隆动物的应用前景。
教学目标
知识目标:
1、简述动物细胞培养的过程、条件及应用
2、简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程及应用前景
能力目标:
运用细胞的基础知识,分析细胞工程的理论基础
情感目标:
关注细胞工程研究的发展和应用前景
教学重点难点
重点:
1.动物细胞培养的过程及条件
2.用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程
难点:
1.动物细胞培养的过程及条件
2.用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程
教学设计思想和教材分析
在教学设计中,本着自主学习与合作学习的教育理念,采用半开放式的课堂教学,引导学生结合图像信息、多媒体课件及相关的阅读资料、思考讨论题等,在教师的指导下完成本课的探究教学,从而增大了学生学习活动的空间,使其更加主动地参与到学习中来,养成爱学、会学的学习习惯。
教学过程
一、基础知识梳理
基础知识
知识点一、动物细胞工程
1.常用的技术手段:
、动物细胞核移植,
、单克隆抗体的制备等。
2.基础:
。
知识点二、动物细胞培养
1.概念
从动物机体中取出相关的组织,将它分散成
,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。
2.过程
3.条件
(1)
的环境:对培养液和所有培养用具进行无菌处理。
(2)营养:合成培养基中要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等,通常需加入
、血浆等。
(3)温度和pH
a.适宜的温度:
0.5℃;
b.适宜的pH:7.2~7.4。
(4)气体环境:主要是O2和CO2,O2是细胞代谢所必需的,CO2主要维持
。
4.应用
(1)生产生物制品:如病毒疫苗、干扰素、
等。
(2)应用于基因工程:当
是基因工程技术中的受体细胞时,则离不开动物细胞培养。
(3)检测
,判断某种物质的毒性。
(4)用于
、病理、药理等方面的研究,如筛选抗癌药物等。
思维探究
1.为什么选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养?
提示:幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低,增殖能力很强,更易于培养。
2.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是什么成分?用胃蛋白酶行吗?
提示:用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2,当pH大于6时,胃蛋白酶就会失去活性。胰蛋白酶作用的适宜环境pH为7.2~8.4。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,胃蛋白酶在此环境中没有活性,而胰蛋白酶在此环境中活性较高,因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养时的消化。3.胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗?为什么?
胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗?为什么?
提示:胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白质外,长时间的作用也会消化细胞膜蛋白,对细胞有损伤作用,因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间。
知识点三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.理论基础:
。
2.概念:将动物的一个细胞的
,移入一个已经去掉细胞核的
中,使其
并发育成一个
,最终发育为动物个体。
3.分类:包括
和
,其中
较易成功。
4.过程
思维探究
4.什么是动物细胞核移植?
提示:动物细胞核移植是将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组并发育成一个新的胚胎,这个新的胚胎最终发育为动物个体。
5.核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因有哪些?
提示:①克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,但其核外线粒体中的DNA是来自受体卵细胞;②性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同;③克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变,产生供核动物没有的性状。
6.核移植过程中为什么选用MⅡ期(减数第二次分裂中期)卵母细胞呢?
提示:此时细胞核的位置靠近第一极体,便于用微型吸管将细胞核和第一极体一起吸出。
知识点四、克隆动物应用前景与存在的问题
1.应用
(1)在畜牧生产方面:可以加速家畜遗传改良进程,促进
。
(2)在保护濒危物种方面:可增加这些动物的存活数量。
(3)在医药卫生方面:转基因克隆动物可以作为
生产珍贵的医用蛋白。
(4)在治疗人类疾病方面:转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为
的供体。
(5)人的核移植胚胎干细胞经诱导分化,形成相应组织、器官后,可以用于
。
(6)研究胚胎发育及衰老过程、追踪研究疾病的
、
。
2.问题
(1)
低。
(2)绝大多数克隆动物还存在
。
(3)克隆动物食品的
存在争议。
二
重点难点探究
要点一 动物细胞培养中的相关概念
1.细胞贴壁:培养液中分散的动物细胞,置于适宜的条件下,会贴附在培养瓶壁上,称为细胞贴壁,或贴壁生长。
2.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。
3.原代培养:动物组织通过酶或机械方法分散成单个细胞后进行的初次培养。
4.传代培养:原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,会影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,即传代培养。
原代培养和传代培养一般均需对细胞进行胰蛋白酶细胞分散处理,区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。
(1)第一次:用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理,分散后培养,即为原代培养。
(2)第二次:细胞培养过程中出现接触抑制,用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来,分散到多个培养瓶中继续培养,即为传代培养。
[例1] 下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是( )
A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B.克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D.恶性细胞系的细胞可进行传代培养
由于细胞之间相互接触而发生接触性抑制,细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞,A错;克隆培养法中细胞都是由一个细胞经过有丝分裂而得的,所以细胞的基因型相同,多数不会发生改变,B错;二倍体细胞传代培养至10代多数会死亡,只有少数的细胞能够培养至50代以后成为细胞系,C错;恶性细胞系的细胞具有癌变的特点,能够无限增殖,可以进行传代培养,D正确。
1.进行动物细胞培养时,为什么要将动物组织分散成单个细胞?
提示:分散成单个细胞后容易培养,细胞所需要的营养物质容易供应,代谢废物也容易排出。
2.细胞株与细胞系是同一种细胞吗?
提示:不是。细胞株是指在传代培养过程中,少数能存活到40~50代的细胞,其遗传物质没有发生改变,细胞系是指传代培养过程中,由于遗传物质改变,进行无限分裂的细胞。
用于动物细胞培养的细胞,最好选用( )
A.任何个体的细胞
B.成熟个体的体细胞
C.动物的受精卵
D.胚胎或幼龄动物的器官和组织细胞
解析:失去分裂能力的、高度分化的动物细胞是不能进行培养的;胚胎或幼龄动物的器官和组织细胞分化程度低,分裂能力强,适于进行细胞培养。
要点二 动物细胞培养与植物组织培养的区别
动物血清中含有多种营养物是最理想的天然培养基,血清中有胰岛素、生长激素等多种生长因子,促进细胞的生长和增殖,所以培养动物细胞时,一般需添加血清。
[例2] [2014·盐城高二检测]现将“细胞工程”中动、植物细胞培养技术列表比较如下,你认为哪一项比较有错误( )
A.原理
B.培养基区别
C.结果
D.培养目的
本题考查的是植物组织培养和动物细胞培养相关知识的比较,动物细胞培养的目的是获得更多细胞或细胞产物,而不是获得个体,其原理只涉及细胞增殖(细胞分裂)。
动物组织要分散成单个细胞培养的原因
分散成单个细胞后容易培养,细胞所需的营养容易供应,其代谢废物容易排出;而用大块组织培养时,内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都比较困难,因此,这些细胞在体外长时间生存和生长就比较困难。同时,分散成单个细胞培养,可使在细胞水平上操作的其他技术得以实现。
根据培养的物理性质划分,植物组织培养和动物细胞培养所常用的培养基分别是( )
A.固体培养基、固体培养基
B.固体培养基、液体培养基
C.液体培养基、固体培养基
D.液体培养基、液体培养基
解析:植物组织培养一般用固体培养基,动物细胞培养一般用液体培养基。
要点三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.原理
细胞核的全能性。
2.动物细胞全能性的特点
动物细胞的全能性随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制,全能性表达很难,但动物的细胞核内仍含有该种动物的全部遗传基因,具有发育成完整个体的潜能,即动物的细胞核仍具有全能性。
3.细胞核全能性表达的条件
只靠动物的细胞核是不行的,必须提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件,还要保证细胞核全能性的表达,去核的卵母细胞是最合适的细胞,因为卵母细胞体积大、易操作,含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。
4.核移植种类
(1)胚胎细胞核移植:较易成功。
(2)体细胞核移植:较难成功。
5.克隆的条件
(1)具有包含物种完整基因组的细胞核的活细胞(如乳腺上皮细胞);
(2)能有效调控细胞核发育的细胞质物质(如去核卵细胞的细胞质);
(3)完成胚胎发育的必要的环境条件。
(1)核移植技术的供体细胞不能选择生殖细胞的细胞核,因为生殖细胞与正常体细胞相比,遗传物质是减半的。
(2)哺乳动物细胞核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。胚胎细胞核移植较易成功,体细胞核移植较难成功。
(3)克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核,但其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。所以,用教材中所述的方法克隆的动物不是对供核动物完全相同的复制。
此外,即便动物的遗传基础完全相同,但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系,核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同,其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同,从这一角度看,克隆动物不会是核供体动物100%的复制。
(5)动物细胞培养、核移植和胚胎移植、转基因技术 动物细胞(核)的全能性、基因重组
(6)在遗传物质上(不考虑发育过程中的变异),植物组织培养形成的植株与提供体细胞的植物植株完全相同,而克隆动物由于卵母细胞细胞质基因的贡献而与提供体细胞核的动物不完全相同。
一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后,该重组细胞经过多次分裂,再植入第三只羊的子宫内发育,结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途,但是不能( )
A.有选择地繁殖某一性别的家畜
B.繁殖家畜中的优良个体
C.用于保存物种
D.改变动物的基因型
解析:克隆技术的优势在于能够完全保留亲本的优良性状、实现有针对性的繁育和保存物种。基因型的改变只能通过基因突变、基因重组、染色体变异来实现。克隆本身不一定导致基因突变,更不会发生基因重组与染色体变异,因此,克隆不能改变动物的基因型。
三
课后课时讲练
1.关于培养分散的动物细胞与培养动物组织块的说法,哪个是错误的( )
A.用胰蛋白酶处理的目的是使组织分散为单个细胞,增加细胞与培养液的接触面积
B.分散成单个细胞,细胞所需的营养容易供应,其代谢废物容易排出
C.分散成单个细胞,会使在细胞水平操作的其他技术难以实现
D.用大块组织培养时,内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都较困难
2.[2013·大纲全国卷]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,小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖
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
3.某小鼠的癌细胞具有氯霉素抗性,通过细胞核移植技术,将无氯霉素抗性的小鼠体细胞核取出,注入去核的小鼠癌细胞中,然后将这一重组细胞培养在含有氯霉素的培养基中,结果发现,该重组细胞不能分裂生长。这一实验可以说明( )
A.
该重组细胞具有氯霉素抗性
B.
氯霉素抗性属于细胞核遗传
C.
该重组细胞可称为细胞株
D.
核移植过程中核基因发生了突变
学生自我评价表
评价内容
评价等级
评价目的
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良
合格
我对学习的内容是否感兴趣
学习态度
我是否能遵守课堂纪律?
自控能力
我是否能积极参与小组讨论及活动?
与他人合作能力
我有无主动承担任务?
主动参与精神
我有没有经常发现问题或提出问题?
发现问题的能力
我是否经常靠自学解决学习中遇到的困难
自学及解决问题的能力
我能否注意并吸取别的同学的学习方法和经验?
向他人学习的能力
我是否经常得到教师的关注?
学习过程中自我意识的培养
我的观点是否经常引起同学们的重视?
表述自己观点的能力
我在学习过程中是否经常感到快乐?
学习过程中的情感体验
学生课堂表现评价量表
项目
A级
B级
C级
个人评价
同学评价
教师评价
学习状态
上课认真听讲,精神状态饱满
上课能认真听讲,精神状态一般
上课经常走神
课堂反应
积极举手发言,积极参与讨论与交流
能举手发言,有参与讨论与交流
很少举手,极少参与讨论与交流
积极思考
大胆提出和别人不同的问题,大胆尝试并表达自己的想法
有提出自己的不同看法,并作出尝试
不敢提出和别人不同的问题,不敢尝试和表达自己的想法
协作程度
善于与人合作,虚心听取别人的意见
能与人合作,接受别人的意见
缺乏与人合作的精神,难以听进别人的意见
课外延拓
具有创造性思维,能用不同的方法解决问题,独立思考。
能用老师提供的方法解决问题,有一定的思考能力和创造性
思考能力差,缺乏创造性,不能独立解决问题
个人自我评价
同学的评价
老师的建议