2024届高考生物一轮总复习第十三单元细胞工程第2讲动物细胞工程教师用书

第 2 讲　动物细胞工程　　 　1．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×)2．肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(×)3．植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同的。(√)4．将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞。(×)5．动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。(×)系统学习(一)　动物细胞培养和细胞核移植(固基点)　　　　　　主干知识·记准理清(一)动物细胞培养1．概念：从动物体中取出相关的组织，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的技术。2．动物细胞培养的条件营养①无机物：无机盐等②有机物：糖类、氨基酸、维生素、血清等无菌、无毒环境①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理②在无菌环境下进行操作③定期更换培养液，以便清除代谢物温度、pH和渗透压①温度：哺乳动物细胞多以36.5±0.5_℃为宜②pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4气体环境3.动物细胞培养的过程(1)体外培养的动物细胞的类型。①一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖；②另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长繁殖，而且还会发生接触抑制现象，从而使细胞停止分裂增殖。(2)过程。4．干细胞培养及其应用种类胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源早期胚胎骨髓、脐带血等体细胞(如成纤维细胞等)特点具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织或器官甚至个体的潜能具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力能诱导分化成类似胚胎干细胞的细胞应用分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等造血干细胞用于治疗白血病，神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等(二)动物体细胞核移植技术和克隆动物1．概念、原理及类型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。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物原理动物细胞核的全能性分类胚胎细胞核移植；体细胞核移植2.体细胞核移植的过程3．应用前景和存在的问题前景畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育生物多样性保护：保护濒危物种医药卫生①作为生物反应器生产医用蛋白；②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人核移植胚胎干细胞经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者可避免免疫排斥反应问题①克隆动物成功率非常低；②克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷————————————■链教材资料·发展科学思维■————————————1．(选择性必修3 P44“旁栏思考”)进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞，不能用胃蛋白酶的原因是胃蛋白酶作用的适宜pH为1.5左右，而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。2．(选择性必修3 P44正文发掘)细胞在培养过程中悬浮培养的细胞分裂受阻的原因有细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等。3．(选择性必修3 P46“相关信息”延伸思考)为什么说iPS细胞的应用前景要优于ES细胞？提示：因为ES细胞必须从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制其在医学上的应用。iPS细胞的诱导过程无须破坏胚胎，而且可以来自病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应，所以科学家普遍认为iPS细胞的应用前景要优于ES细胞。　　　　　　题点考法·练全练通考法(一)　动物细胞培养、干细胞的培养及应用1．(2021·浙江1月选考)下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是(　 )A．步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B．步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D．步骤④培养过程中不会发生细胞转化解析：选C　步骤①和细胞培养过程都需要在无菌环境中进行，A错误；步骤②需要胰蛋白酶处理使细胞分离，盐酸会杀死细胞，B错误；步骤④传代培养过程中，细胞的形态和功能可能会发生变化，从而使细胞发生转化，D错误。2．研究小组发现，将四个特定基因通过一定方法导入处于分化终端的体细胞(如成纤维细胞等)中，可诱导其形成具有胚胎干细胞样分化潜能的诱导性多能干细胞(iPS细胞)，再诱导可分化出人体特定细胞和组织。下列叙述错误的是(　 )A．iPS细胞的研究可解决异体组织或器官排斥难题B．体细胞与iPS细胞的功能有差异，形态没有差异C．将特定基因导入体细胞中可能会中断原有基因的表达D．iPS细胞分化为人体特定细胞的过程遗传信息基本不变解析：选B　体细胞与iPS细胞的形态功能均有差异，B错误。[易错点拨]植物组织培养与动物细胞培养的易错认识(1)植物组织培养过程中存在脱分化和再分化，而动物细胞培养过程中没有脱分化和再分化过程。(2)植物组织培养可获得新个体，体现了细胞的全能性，而动物细胞培养只能得到细胞，没有体现细胞的全能性。(3)两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂，不涉及减数分裂。　　考法(二)　考查动物体细胞核移植与克隆动物3．下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图，有关叙述正确的是(　 )A．后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定B．过程①需要提供95%空气和5%CO2的混合气体C．过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理D．过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚后移植解析：选B　后代丁细胞核的遗传物质来自甲，细胞质的绝大多数遗传物质来自乙，故丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定，A错误；动物细胞培养中需要提供95%空气(保证细胞的有氧呼吸)和5%CO2(维持培养液的pH)的混合气体，B正确；过程②常使用显微操作去核法对卵母细胞进行处理，C错误；过程③将激活后的重组细胞培养至囊胚或桑葚胚后移植，D错误。4．下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题：(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用__________的方法。②代表的过程是__________。(2)经过多次传代后，供体细胞中____________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)与克隆羊“多莉”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了________________________________________________________________________。解析：(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX(雌性)或XY(雄性)。卵母细胞在培养至减数分裂Ⅱ的中期时，常采用显微操作法去除细胞核。②过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即胚胎移植。(2)一般来说，动物细胞在传代培养到10～50代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的遗传物质作用下仍可表达。故克隆羊“多莉”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。答案：(1)XX或XY　显微操作　胚胎移植　(2)遗传物质　(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性(1)动物细胞核移植技术，体现了动物细胞核的全能性而非细胞的全能性。(2)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。(3)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：①克隆动物线粒体中的DNA来自去核卵母细胞；②性状受环境的影响；③在个体发育过程中有可能发生基因突变。　　 系统学习(二)　动物细胞融合和单克隆抗体的制备(固基点)　　　　　　主干知识·记准理清(一)动物细胞融合技术概念使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术方法PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等原理细胞膜具有一定的流动性结果形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞意义突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，为制造单克隆抗体开辟了新途径(二)单克隆抗体及其应用1．制备过程2．制备过程中两次筛选的方法及目的项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后会得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞筛选方法用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“B—B”细胞、“瘤—瘤”细胞)都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞(“B—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　　3.单克隆抗体的特点和应用特点特异性强，灵敏度高，可大量制备应用作为诊断试剂，用于疾病诊断和病原体鉴定；作为运载药物的载体；用于治疗疾病等————————————■链教材资料·发展科学思维■————————————1．(选择性必修3 P48“相关信息”发掘)灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，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。2．(选择性必修3 P49图2-16拓展分析)制备单克隆抗体时，不直接用经过免疫的B淋巴细胞来获得单克隆抗体的原因是什么？提示：用于获得杂交瘤细胞的B淋巴细胞为浆细胞，是高度分化的动物细胞，培养时很难恢复分裂能力，不能进行无限增殖，难以获得单克隆抗体。　　　　　　题点考法·练全练通考法(一)　综合考查动物细胞融合与植物体细胞杂交1．肿瘤细胞表面抗原不能诱导强的免疫应答，树突状细胞(DCs)与肿瘤细胞的融合细胞保持了DCs和肿瘤细胞的特性，能高效地将肿瘤抗原呈递给免疫系统，激发机体的免疫应答，同时还可以维持较长时期的抗肿瘤免疫。这种方法在临床应用中有着非常诱人的前景。下列有关叙述错误的是(　 )A．动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同B．融合细胞主要激活B淋巴细胞产生免疫应答C．树突状细胞可在体内起呈递肿瘤抗原的作用D．体外培养动物细胞需要在培养液中添加适量抗生素解析：选B　动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，都是膜的流动性，A正确；清除肿瘤主要依赖细胞免疫，融合细胞主要激活T淋巴细胞产生免疫应答，B错误；树突状细胞能识别抗原，但无特异性，可在体内起呈递肿瘤抗原的作用，C正确；体外培养动物细胞需要在培养液中添加适量抗生素，防止杂菌感染，D正确。2．细胞融合不仅在自然条件下常见，在现代生物技术中也被经常应用，如图为细胞融合的简略过程。下列说法正确的是(　 )A．若细胞d是杂交瘤细胞，则在选择性培养基中筛选后即可大规模培养生产单抗B．若细胞a、b分别取自优良奶牛，则采集的卵母细胞和精子可直接体外受精C．若细胞a、b分别代表白菜、甘蓝细胞，则完成融合的标志为核的融合D．细胞融合过程都涉及膜的流动性，常用聚乙二醇、电融合等进行促融处理解析：选D　单克隆抗体的制备过程中需要进行两次筛选，第一次选择性培养基筛选得到的是杂交瘤细胞，第二次单孔培养基筛选才能得到产生单一抗体的杂交瘤细胞，A错误；精子获能后才能与培养成熟的卵细胞融合，完成受精作用，B错误；植物细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁，C错误。[易错点拨] 考法(二)　考查单克隆抗体的制备和应用动物细胞融合特有的诱导方法为用灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导融合的方法与植物体细胞杂交过程中诱导原生质体融合的方法基本相同。　　3．(2022·山东高考)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(　 )A．双抗可同时与2种抗原结合B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞解析：选D　根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；由于双抗是在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成的，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。4．如图所示，核苷酸合成有两个途径，物质A可以阻断其中的全合成途径。正常细胞内含有补救合成途径所必需的转化酶和激酶，制备单克隆抗体时选用的骨髓瘤细胞中缺乏转化酶。现用加入H、A、T三种物质的“HAT培养基”来筛选特定的杂交瘤细胞。下列相关叙述正确的是(　 )A．浆细胞及其自身融合细胞因含有转化酶可在HAT培养基上大量增殖B．杂交瘤细胞因为可以进行上述两个途径所以能在HAT培养基上大量增殖C．HAT培养基上筛选出的杂交瘤细胞都能分泌针对同一种抗原的抗体D．利用杂交瘤细胞制备的单抗可作为特异性探针研究相应抗原蛋白的结构解析：选D　浆细胞及其自身融合细胞均属于高度分化的细胞，不能增殖，A错误；杂交瘤细胞只能通过补救合成途径在HAT培养基上大量增殖，B错误；HAT培养基上筛选出的杂交瘤细胞既能大量增殖，又能产生抗体，但不一定产生特异性抗体，C错误。 [课时验收评价]1．(2022·湖北高考)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。2．下列有关细胞工程的叙述，正确的是(　 )A．PEG是促细胞融合剂，可直接诱导植物细胞融合B．用原生质体制备人工种子，要防止细胞破裂C．骨髓瘤细胞经免疫处理，可直接获得单克隆抗体D．核移植克隆的动物，其线粒体DNA来自供卵母体解析：选D　PEG是促细胞融合剂，但是不能直接诱导植物细胞融合，植物细胞需要先去除细胞壁形成原生质体才能融合，A错误；制备人工种子，需要用完整植物细胞，借助植物组织培养技术来实现，B错误；能产生单克隆抗体的是杂交瘤细胞，骨髓瘤细胞不能产生单克隆抗体，C错误；核移植克隆的动物，需要供核一方和供质一方(一般用处于减数第二次分裂中期的卵母细胞的细胞质)，其线粒体DNA来自供卵母体，D正确。3．下列关于单克隆抗体制备的说法，正确的是(　 )A．将特定抗原注射到小鼠体内，可以从小鼠血清中获得单克隆抗体B．经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外培养时可分泌单克隆抗体C．诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后，发生融合的细胞均为杂交瘤细胞D．筛选出杂交瘤细胞后，需利用特定抗原再次筛选分泌单克隆抗体的细胞解析：选D　应从杂交瘤细胞的培养环境中纯化得到单克隆抗体，A、B错误；两两融合的细胞可能有三种：“B-B”细胞、“瘤-瘤”细胞，“B-瘤”细胞，C错误。4．中国科学院动物研究所进行了大熊猫的异种克隆。下图是该研究的理论流程图，相关叙述正确的是(　 )A．步骤甲和步骤乙中的供体和受体需要同期发情处理B．重组细胞发育成早期胚胎所需营养主要来源于营养液C．重组胚胎培养过程中为了避免杂菌污染，通常需要在培养液中加入抗生素D．步骤乙表示胚胎移植，移植的早期胚胎应培养至囊胚或原肠胚解析：选C　步骤乙胚胎移植中的供体和受体需要同期发情处理，步骤甲中需要对兔子进行超数排卵处理，A错误；重组细胞发育成早期胚胎所需营养主要来源于兔子的去核卵母细胞，B错误；步骤乙表示胚胎移植，移植的早期胚胎应培养至桑葚胚或囊胚，D错误。5．现代生物科技不断发展，在治疗癌症等重大疾病方面发挥着越来越重要的作用。如图是能同时识别抗原A、B的双特异性单克隆抗体的结构图解和部分制备过程。(1)抗体的结构类似Y字形，由两条重链和两条轻链组成，Y字形结构的顶端为抗原结合部位(可变)。这些肽链在核糖体合成后，经__________、__________等细胞器加工、连接形成有活性的抗体。(2)单克隆杂交瘤细胞能够迅速大量增殖，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)图中的单克隆杂交瘤细胞与脾脏细胞的融合细胞需要经过多次的检测和筛选才能得到少量的能产生双特异性单克隆抗体的单克隆杂交—杂交瘤细胞。根据题中信息，简述可能的原因：____________________________________________________________________(写出两种即可)。(4)人体内T细胞可以识别、杀伤癌细胞。以癌细胞细胞膜外表面的特异性蛋白为抗原A，T细胞细胞膜外表面的受体蛋白(能激活其免疫能力)为抗原B，科学家设计了1种双特异性单克隆抗体。这种双特异性单克隆抗体治疗癌症的效果优于抗体1、2联合使用，原因是________________________________________________________________________。解析：(1)抗体等分泌蛋白的合成与分泌过程：附着在内质网上的核糖体合成蛋白质→内质网进行粗加工→内质网“出芽”形成囊泡→高尔基体进行再加工形成成熟的蛋白质→高尔基体“出芽”形成囊泡→细胞膜，整个过程还需要线粒体提供能量。所以，抗体等这些肽链在核糖体合成后，经内质网、高尔基体等细胞器加工、连接形成有活性的抗体。(2)因为骨髓瘤细胞内原癌基因和抑癌基因发生了突变，从而具有在体外培养条件下无限增殖的能力。而单克隆杂交瘤细胞由已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合而成，骨髓瘤细胞具有无限增殖(体外大量增殖)的能力，因此单克隆杂交瘤细胞能够迅速大量增殖。(3)由于部分融合细胞丢失了与抗体合成有关的染色体或不同的多肽链组合可以形成的抗体类型较多等原因，导致图中的单克隆杂交瘤细胞与脾脏细胞的融合细胞需要经过多次的检测和筛选才能得到少量的能产生双特异性单克隆抗体的单克隆杂交—杂交瘤细胞。(4)人体内T细胞可以识别、杀伤癌细胞。以癌细胞细胞膜外表面的特异性蛋白为抗原A，T细胞细胞膜外表面的受体蛋白(能激活其免疫能力)为抗原B。双特异性单克隆抗体能将抗癌药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。因为双特异性单克隆抗体使T细胞更容易(更精准或更高概率)接触到癌细胞。所以，双特异性单克隆抗体治疗癌症的效果优于抗体1、2联合使用。答案：(1)内质网　高尔基体　(2)单克隆杂交瘤细胞由已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合而成，骨髓瘤细胞具有无限增殖(体外大量增殖)的能力　(3)部分融合细胞丢失了与抗体合成有关的染色体；不同的多肽链组合可以形成的抗体类型较多　(4)这种双特异性单克隆抗体使T细胞更容易(更精准或更高概率)接触到癌细胞(合理即可)