第十单元 现代生物科技专题（4）动物细胞工程（讲义）—— 新高考生物一轮复习.doc

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1、第十单元 现代生物科技专题（4）动物细胞工程考点1 动物细胞培养一、动物细胞工程1.常用的技术手段：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等。2.技术基础：动物细胞培养技术。二、动物细胞培养1.概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。2.培养过程3.相关概念（1）细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。（2）细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。（3）原代培养：指动物组织消化后的初次培养。（4）传代培养：贴壁的细胞，出现接触抑制后，需要重新用胰蛋白酶来处理，然后分瓶继续培

2、养，让细胞继续增殖的培养过程。（5）细胞株：传代培养的细胞能传到1050代，这样的传代细胞称为细胞株。（6）细胞系：传代培养的细胞在传到50代后，有部分细胞的遗传物质发生了改变，获得不死性，这种具有癌变特点的细胞称为细胞系。4.培养条件（1）无菌、无毒的环境：培养液和所有的培养用具要进行无菌处理；通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染；应定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。（2）营养：主要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。在使用含有上述成分的合成培养基时，通常需加入血清、血浆等天然成分。（3）温度和pH：哺乳动物多以36.50.5 为宜，多数

3、细胞生存的适宜pH为7.27.4。（4）气体环境：95%空气5%CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。5.应用（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：动物细胞是基因工程技术中常用的受体细胞，离不开动物细胞培养。（3）检测有毒物质，判断某种物质的毒性。（4）用于生理、病理、药理等方面的研究，如筛选抗癌药物等。【技法提升】一、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区别原理植物细胞的全能性细胞增殖培养基固体或半固体培养基，包括矿质元素、蔗糖、维生素、琼脂、植物激素等液体培养基，包括无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、

4、动物血清等细胞来源离体植物器官、组织或细胞胚胎或幼龄动物组织、器官过程脱分化、再分化原代培养、传代培养结果获得新个体或细胞产品大量产生细胞或细胞产物用途快速繁殖名贵花卉和果树；培养无病毒植株、转基因植物；大规模生产细胞产品，如药物、食品添加剂、香料、色素等生产蛋白质制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；检测有毒物质；研究生理、药理、病理相同点都需要人工条件下的无菌、无毒操作，无菌培养；都进行有丝分裂【例题练习】1.下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是（ ）A.通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养B.在原代培养过程中，细胞在培养液中悬浮生长和增殖C.接触抑制的细胞经分散后继续培养，细胞将

5、继续增殖D.动物细胞培养时要求培养瓶或培养皿内表面光滑答案：B解析：通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养，A正确；在原代培养过程中，细胞具有贴壁生长的特性，故细胞在培养液中贴壁生长和增殖，B错误；接触抑制的细胞经分散后继续培养，细胞将继续分裂增殖，C正确；为利于细胞贴壁生长，动物细胞培养时要求培养瓶或培养皿内表面光滑，D正确。（多选题）2.某研究小组为测定某种药物对体外培养细胞的毒性，准备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，可用胰蛋白酶等处理肝组织块B.恒温培养箱中的CO2浓度需维持在5%左右，其主要作用是促进细胞呼吸C.细

6、胞培养过程中，渗透压对细胞的影响较小，可以不考虑D.本实验应设置对照实验，以检测该药物对甲、乙的毒性大小答案：AD解析：动物细胞培养过程中，制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶等对组织进行处理，A正确；动物细胞培养的过程中，浓度为5%左右的CO2的作用是维持培养液的pH，B错误；渗透压是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数，C错误；为了检测该药物对甲、乙的毒性大小，应设置培养液中不加该药物的对照实验，D正确。考点2 动物体细胞核移植技术和克隆动物一、动物核移植概念（1）供体：动物一个细胞的细胞核。（2）受体：去掉细胞核的卵母细胞。（3）结果：形成重组胚胎，发育成动物个体。2.类型：胚胎细胞核移

7、植体、细胞核移植。三、体细胞核移植的过程四、克隆动物的特点（1）克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，但不是完全相同，原因是：克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞；生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响。（2）核基因是供体核基因的100%的复制。（3）克隆动物是一种无性繁殖方式。五、克隆的层次（1）分子水平：如DNA复制；（2）细胞水平：动物细胞培养；（3）个体水平：克隆羊“多利”的诞生。六、体细胞核移植的应用前景（1）畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。（2）保护濒危物种方面：增加动物的存活数量。（3）医药卫生领域：转基因克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。

8、（4）治疗人类疾病：转基因克隆动物细胞、组织和器官作为异种移植的供体等。七、体细胞核移植技术存在的问题（1）成功率非常低。（2）绝大多数克隆动物存在健康问题。（3）对克隆动物食品的安全性问题存在争议。【技法提升】体细胞核移植技术的条件及原因1.卵母细胞的选择时期及原因选择处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞作为受体细胞，其原因是：（1）卵母细胞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。2.供体细胞：取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础

9、。3.动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因是动物体细胞的全能性受到限制。用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。4.该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。【例题练习】1.2018年细胞期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴“中中”和“华华”。有关叙述不正确的是（ ）A. “中中”和“华华”的获得涉及核移植和胚胎培养的过程B. 克隆猴体细胞中的遗传物质与核供体的遗传物质完全相同C. 以雌性和雄性个体细胞作为核供体，得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目相同D. 以雌性和雄性个体细胞作为

10、核供体，得到的两个克隆动物体细胞的性染色体组合不同答案：B解析：动物克隆过程涉及到核移植技术、早期胚胎培养技术以及胚胎移植技术，A正确；克隆猴的核遗传物质由核供体细胞提供，但细胞质中的遗传物质由去核卵母细胞提供，故克隆猴体细胞中的遗传物质与核供体的遗传物质大部分相同，B错误；哺乳动物雌雄个体的体细胞中，细胞核内常染色体的数目是相同的，性染色体组合是不同的，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，则得到的克隆动物的体细胞中常染色体的数目相同，C正确；哺乳动物雌雄个体的体细胞中，细胞核内常染色体的数目是相同的，性染色体组合是不同的，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，则得到的两个克

11、隆动物体细胞的性染色体组合不同，D正确。（多选题）2.核移植技术在畜牧业、医药卫生等领域有广泛的应用前景。下列叙述正确的是（ ）A.利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良进程B.转基因克隆动物的组织和器官可以作为移植治疗的供体C.转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白D.动物细胞核移植技术体现了动物细胞的全能性答案：ABC解析：利用体细胞克隆技术可加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育，A正确；转基因克隆动物的组织和器官可以作为移植治疗的供体，B正确；转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白，C正确；动物体细胞核移植技术体现了动物体细胞核的全能性，D错误。考点3 动物

12、细胞融合一、概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。二、原理：细胞膜的流动性。三、诱导融合的三种方法（1）物理法：例如电激等。（2）化学法：例如聚乙二醇。（3）生物法：例如灭活的病毒。四、过程五、形成单核杂交细胞，具有原来两个或多个细胞的遗传信息，可表现出两个或多个亲本的特点。六、意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。七、动物细胞融合技术的应用（1）成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段。（2）用于制备单克隆抗体。【技法提升】一、植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜的流动性和植物细胞

13、的全能性细胞膜的流动性步骤酶解法去掉细胞壁后，诱导原生质体融合，形成杂种体细胞，再经过植物组织培养形成杂种植株分散成单个细胞后诱导细胞融合诱导方法物理方法、化学方法物理方法、化学方法、灭活病毒结果形成杂种植株形成杂种细胞二、对动物细胞融合的理解1.动物细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合。其中细胞膜融合是细胞融合的先导，细胞核融合是细胞融合的实质。2.融合处理后的细胞不可以直接用于培养，还需要筛选。因为诱导融合的手段只是促使细胞间的融合，不能保证所有的细胞都发生融合，形成的融合细胞也有多种，因此需要进行筛选。3.细胞融合技术与有性杂交不同。有性杂交有着十分严格的时空关系和物种界

14、限；动物细胞融合则不同，它通过人工的方法克服了存在于物种之间的遗传屏障，从而能够按照人们的意愿，把不同物种的不同组织类型的细胞融合在一起。【例题练习】1.将人细胞与小鼠细胞融合，培养出的杂种细胞可能会随机丢失来自人细胞的染色体。在丢失人的1号染色体的融合细胞中，不能合成人的尿苷单磷酸激酶。下列有关叙述中不合理的是（ ）A. 与人和小鼠细胞相比，融合细胞发生了遗传物质的改变B. 研究方法中需要选择适当的培养基和细胞融合诱导技术C. 融合细胞经过培养，能实现细胞的全能性D. 尿苷单磷酸激酶的基因很可能在1号染色体上答案：C解析：与人和小鼠细胞相比，融合细胞含有两个细胞的遗传物质，说明发生了遗传物质

15、的改变，A正确；适当的培养基用来选择融合细胞，常用PEG、灭活病毒和电激来诱导细胞融合，B正确；融合细胞经过培养，可能会产生新的细胞，但不能产生个体，所以不可能实现细胞的全能性，C错误；在丢失人的1号染色体的融合细胞中，不能合成人的尿苷单磷酸激酶，说明尿苷单磷酸激酶的基因很可能在1号染色体上，D正确。（多选题）2.体细胞融合（杂交）和转基因技术为生物新品种培育提供了新的途径，地上长番茄地下结马铃薯的“番茄马铃薯”、晒太阳就可以生长的“绿色奶牛”都成为了人们想象的对象。但技术的发展是逐渐成熟的，基于目前的技术条件，下列相关描述正确的是（ ）A.动物体细胞融合后可以在体外培育成一个完整的个体B.诱

16、导植物原生质体融合的方法都可用于动物细胞融合C.转基因技术可以按照人们的需求培育作物新品种D.动物体细胞可以直接与植物体细胞相融合答案：BC解析：植物体细胞融合后可以在体外培育成一个完整的个体，动物细胞一般不能也不需要培育成一个完整的个体，A错误； 植物原生质体的融合的两种方法物理方法化学方法都可用于动物细胞融合，B正确；转基因技术可以按照人们的需求转入所需基因，从而培育作物新品种，C正确；动物体细胞可以与去掉细胞壁的植物体细胞（原生质体）相融合，不能直接与植物体细胞相融合，D错误。考点4 单克隆抗体一、传统抗体的制备 1.向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体；从动物血清中分离所需抗体。

17、2.缺点：产量低、纯度低、特异性差。二、单克隆抗体的制备1.存在问题：B淋巴细胞能产生特异性抗体但不能无限增殖；骨髓瘤细胞能无限增殖，但不能产生抗体。2.解决思路：将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。3.制备过程（1）第一步：向免疫小鼠体内注射特定的抗原蛋白，然后从小鼠体内获得已免疫的B淋巴细胞；该细胞能产生单一抗体。（2）第二步：用电激法、聚乙二醇法、灭活的病毒法等，诱导两种细胞发生融合，这时得到的融合细胞除了杂交瘤细胞，还有B淋巴细胞相互融合的细胞和骨髓瘤细胞相互融合的细胞。（3）第三步：用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。然后再从杂交瘤细胞群中选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这时的

18、杂交瘤细胞既能分泌抗体又能大量增殖。（4）第四步：克隆化培养杂交瘤细胞。（5）第五步：将杂交瘤细胞在体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠的腹水中提取单克隆抗体。4.单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。5.单克隆抗体制备过程中的筛选及原因（1）第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，筛选出杂交瘤细胞，淘汰未融合细胞和同种细胞融合而成的细胞。（2）第二次筛选需先在多孔培养板上培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的，所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。6.单

19、克隆抗体的应用（1）作为诊断试剂：能准确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，具有准确、高效、简易、快速的优点。（2）用于治疗疾病和运载药物单独使用：直接用于癌症或其他疾病的治疗（作为药物本身）。综合使用：与放射性同位素、细胞毒素或化学药物结合制成“生物导弹”，主要用于治疗癌症，也可用于治疗其他疾病。【技法提升】一、植物体细胞杂交和单克隆抗体制备的比较比较项目植物体细胞杂交（番茄马铃薯植株）单克隆抗体制备第1步原生质体的制备（酶解法）正常小鼠的处理（注射灭活抗原）第2步原生质体的融合（物、化法）动物细胞融合（物、化、生法）第3步杂种细胞的筛选和培养杂交瘤细胞的筛选和培养第4步

20、杂种植株鉴定提纯单克隆抗体（特异性强、灵敏度高）融合前处理酶解法除去细胞壁：纤维素酶、果胶酶注射特定抗原，免疫处理正常小鼠意义和用途克服有性远缘杂交不亲和的障碍；培育作物新品种制备单克隆抗体；有助于疾病的诊断、治疗、预防二、浆细胞、骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞的比较细胞类型来源特点浆细胞由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来能产生单一抗体，但不能无限增殖骨髓瘤细胞从骨髓肿瘤中提取能无限增殖，但不能产生抗体杂交瘤细胞浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成既能产生抗体，又能无限增殖三、制备单克隆抗体过程中的两次筛选项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞从小鼠体内提取的B淋巴细

21、胞有很多种，形成的杂交瘤细胞也有很多种筛选方法用特定的选择性培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群筛选目的得到杂交瘤细胞得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞【例题练习】1.如图是某同学绘制的单克隆抗体制备过程及原理图，其中抗原决定簇是指抗原表面或内部能决定抗原性的基团，骨髓瘤细胞是一种营养缺陷型细胞。有关叙述错误的是（ ）A.动物免疫的原理是一种抗原诱导形成一种浆细胞B.选用营养缺陷型骨髓瘤细胞有利于筛选杂交瘤细胞C.细胞融合也可能发生

22、在不同类型淋巴细胞之间D.a融合杂交瘤细胞克隆化培养的原理是细胞增殖 答案：A解析：据图可知，一种抗原上可有多种抗原决定簇，不同的抗原决定簇可诱导产生不同的浆细胞；骨髓瘤细胞可以无限增殖，选用营养缺陷型骨髓瘤细胞可利用其特点筛选杂交瘤细胞；细胞融合的类型有淋巴细胞淋巴细胞型、淋巴细胞骨髓瘤型及骨髓瘤骨髓瘤型等多种类型；a融合杂交瘤细胞克隆化培养的原理是细胞增殖。（多选题）2.单克隆抗体在疾病诊断以及生命科学研究中具有广泛的应用。下列相关叙述正确的是（ ）A.制备单克隆抗体运用了动物细胞培养技术和动物细胞融合技术B.在疾病诊断的应用上，具有准确、高效、简易、快速的优点C.可制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在位置D.利用同位素标记的单克隆抗体，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病答案：ABCD解析：制备单克隆抗体运用了动物细胞培养技术和动物细胞融合技术，单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备，因此被广泛用作诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要作用。