动物细胞培养和核移植技术
（第一课时）
一、教材分析
动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。在动物细胞培养技术之后介绍的核移植技术、动物细胞融合技术、生产单克隆抗体以及胚胎工程都要用到动物细胞培养技术。掌握好这项技术才能为其他技术奠定好基础。在动物细胞培养的教学中，可把这部分内容归纳成三个问题：（1）为什么要进行动物细胞的培养（2）什么是动物细胞的培养（3）怎样进行动物细胞的培养其中，第三个问题是本节课的重点。
二、教学目标
1．知识目标
简述动物细胞培养的过程、条件及应用。
2．过程与方法
采用问题教学法，设置环环相扣的问题，激发学生的思维，帮助他们深刻理解该内容。
3．情感态度与价值观
关注细胞工程研究的发展和应用前景。
三、教学重难点
重点：
动物细胞培养的过程及条件。
难点：
动物细胞培养的过程及条件。
四、教学准备
多媒体课件、导学案。
五、课时安排
2课时。
六、教学过程
回顾旧知，引入新课：
（多媒体展示植物组织培养图片和过程）利用植物细胞可以培育成植物体，那么，利用动物细胞能不能大量繁殖动物体，以提高繁殖率呢？这节课，我们就来学习动物细胞工程。
（一）动物细胞培养
（多媒体展示烧伤病人的图片）同学们，动物细胞不能培养成动物体，那么能不能通过培养得到大量的某种细胞呢？如果可以的话，这无疑是烧伤病人的福音。因为自体皮肤是不会产生免疫排斥的。
展示人造皮肤图片，引出动物细胞培养技术概念——从动物体中取出相关的组织，将它分散单个细胞，然后，放在适宜培养基中，让这些细胞生长和增殖。
教师简介动物细胞培养的基本流程：取出组织→单个细胞→培养基中培养→细胞增殖→大量同样的细胞。
阅读教材“动物细胞培养的过程”，小组合作探究以下几个问题：
1.幼龄与老龄动物的组织细胞比较哪一种更易于培养？为什么？
（细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反。所以，一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞较易于培养。同样，组织细胞的分化程度越低，则增殖能力越强，所以更容易培养。）
2.为什么要将组织块分散成单个细胞进行培养？怎样处理？
（成块的组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了细胞的生长和增殖；先剪碎，然后用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间。）
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分？用胃蛋白酶行吗？
（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。）
4.培养过程中出现了什么现象？
（动物细胞培养过程中有两种特殊现象：贴壁生长和接触抑制。贴壁生长即悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上生长的现象；接触抑制是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的现象。）
提问：当接触抑制现象发生后该怎么办呢？
学生阅读教材，多媒体展示教材中图2-16。小组讨论以下两个问题：
1.什么是原代培养？什么是传代培养？
（原代培养是将动物的器官或组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，分散成单个细胞，然后制成细胞悬液，放入培养瓶内，在适宜的条件下培养，这种培养叫原代培养。原代培养的细胞由于接触抑制不再分裂，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后，再分瓶培养，让细胞继续增殖，这种培养叫传代培养。可见，划分原代培养和传代培养的界线是以分瓶为界，即配制细胞悬液后转入培养液中的第一次培养为原代培养，分瓶后的培养（无论分瓶多少次）均为传代培养。）
2.传代培养的细胞会一直分裂下去吗？移植用的皮肤细胞使用的是多少代的细胞？
（少数细胞会获得不死性而无限增殖。传代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去了。一般来说，细胞在传至10～50代左右时，增殖会逐渐缓慢，以至于完全停止。这时，部分细胞的细胞核型可能发生变化，当继续传代培养时，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性。也就是说，传代培养的细胞有两次“危机”，即10代和50代时。10代以内的细胞二倍体核型是不变的、正常的；10～50代之间的部分细胞二倍体核型可能已经改变，不再正常；50代之后获得了不死性，具有了癌细胞的特点，遗传物质改变，二倍体核型发生了变化。所以，用于移植的皮肤细胞应该使用10代以内的细胞。）
让学生结合多媒体图片自主用文字和箭头描述动物细胞培养的过程，教师做好指导。然后使用多媒体展示完整的动物细胞培养流程图。
提问：多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中。动物细胞体外培养顺利进行，应营造怎样的环境？
学生阅读教材中“动物细胞培养的条件”，学生进行交流讨论，教师归纳得出：
1.无菌、无毒的环境：
强调保证无菌、无毒的“三项措施”：用具无菌处理；培养液添加抗生素；定期更换培养液。
2.营养：强调在合成培养基中还要加入血清、血浆。
3.温度和pH：温度与体内相近，以36.5±0.5℃为宜；适宜的pH为7.2~7.4。
4.气体环境：主要气体为O2和CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的作用是维持培养液的pH。
提问：该技术除了可以培养人的皮肤细胞用于自体皮肤移植，还有其他什么用途呢？
应该针对学生的回答，教师及时给予评价，并总结得出：
（1）生产生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。
（2）应用于基因工程。
（3）检测有毒物质，判断物质的毒性。
（4）用于生理、病理、药理等方面的研究。
七、课堂小结
多媒体展示列表，比较植物组织培养和动物细胞培养。
植物组织培养
动物细胞培养
原理
细胞全能性
细胞增殖
培养基性质
固体培养基
液体培养基
培养基特有成分
蔗糖、植物激素
动物血清、血浆
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
获得细胞或细胞产物
八、教学反思动物细胞培养和核移植技术
（第二课时）
一、教材分析
核移植技术又称为动物克隆技术，是在动物细胞培养技术的基础上发展起来的。教材首先从全能性的角度指出目前通过动物细胞培养技术是无法获得动物体的，从而引出核移植技术的概念。然后以高产奶牛为例详细讲述了体细胞核移植技术的操作流程，即本节的重点和难点部分，通过展示图片、动画等形式来学习。最后介绍了核移植技术的应用前景和存在问题。
二、教学目标
1．知识目标
简述动物细胞核移植技术的流程。
2．过程与方法
通过课前预习、查阅资料、课堂讨论和强化练习等活动，让学生了解动物细胞核移植技术的流程。
3．情感态度与价值观
关注细胞工程研究的发展和应用前景。
三、教学重难点
重点：了解动物体细胞核移植技术的流程。
难点：了解动物体细胞核移植技术的流程。
四、教学准备
多媒体课件。
五、课时安排
2课时。
六、教学过程
回顾旧知，引入新课：
我们知道，通过植物组织培养技术可以将植物细胞培养成完整的植物体，并且不改变其遗传特性，是一种无性繁殖技术，所以也被称为植物克隆技术。其原理是植物细胞具有全能性。照此推理，动物细胞如果也具有全能性，就应该可以通过动物细胞培养技术获得动物体，从而实现动物克隆。而当我们学习了动物细胞培养技术之后，却只能报以遗憾。那么动物细胞的全能性有什么特点，如何才能实现动物的克隆呢？下面我们一起来探讨。
（一）动物体细胞核移植技术和克隆动物
探讨一：动物细胞全能性的特点
学生阅读教材P47“动物体细胞核移植技术和克隆动物”第二段。
学生讨论交流后，教师总结得出：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，全能性的表达很难，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。
需要的特殊技术：核移植。
探讨二：核移植技术的概念及分类
让学生根据教材中核移植技术的概念，用简洁的图示描述出其大概过程：
教师讲解：被移植的细胞核可以来自于哺乳动物的胚胎细胞和体细胞，从而该技术分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植两类。通过核移植技术得到的动物称为克隆动物。
多媒体展示克隆羊“多利”的培育过程图片，学生初步认识操作流程，并深化对概念的理解。
（二）体细胞核移植的过程——高产奶牛的克隆
学生阅读教材P48，分小组讨论以下几个问题：
1.受体细胞为什么要选择卵母细胞？
（因为卵母细胞体积大，易操作，而且其细胞质中含有促使细胞核表达全能性的某种因子和营养物质。）
2.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核?
（为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，例如高产奶牛。在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体卵母细胞的遗传物质去掉或将其破坏。）
3.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？
（培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。）
4.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗?为什么？
（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，用核移植的方法克隆的动物不是与供核动物完全相同的复制品。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.动物体细胞核移植技术过程中运用的原理是什么？
（动物体细胞核的全能性。）
小组讨论后小组代表回答问题，教师做好引导与点评。然后教师梳理出以下几个步骤要点，并配合多媒体图片进行讲解：
（1）卵母细胞的采集：从屠宰场收集牛卵巢，在体外培养到减数第二次分裂中期。
（2）供体细胞的采集：从供体取体细胞进行培养。
（3）供体的细胞核移入去核卵母细胞中，其实质是将去核卵母细胞与供体细胞进行细胞融合，一般采用电激法使细胞融合，所以子代的细胞质基因来自于两个亲本。
（4）供体核进入受体卵母细胞后，还需要物质或化学方法激活受体细胞，使其完成减数分裂，因为所选用的受体细胞是处于减数第二次分裂中期的卵母细胞，减数分裂还没有完成。
（5）重组细胞在体外发育成重组胚胎，将早期胚胎移植到受体母牛体内。
（6）代孕母牛生出克隆牛。
（三）体细胞核移植技术的应用前景
教师讲解：体细胞核移植的应用有以下几个方面：
（1）畜牧业生产中，可加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。
（2）保护濒危物种。
（3）转基因克隆动物可以作为生物反应器。
（4）治疗人类疾病。
（5）组织器官移植（人的核移植胚胎干细胞）。
（6）研究克隆动物和克隆细胞。
（7）用克隆动物做疾病模型。
（四）体细胞核移植技术存在的问题
教师讲解：
（1）体细胞核移植技术的成功率非常低。
（2）克隆动物存在着健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷等。
七、课堂小结
这节课我们学习了动物细胞核移植技术的四个方面：概念、过程、应用、存在问题。重点是掌握核移植技术的基本流程。借助于该流程，就可以实现将动物细胞培育成一个完整的动物体，尽管还存在许多的问题等待解决。
八、教学反思
细胞核
去核卵母细胞
重组细胞
新的胚胎
克隆动物
