第4讲动物细胞工程

第4讲动物细胞工程考点定标1.阐明动物细胞培养是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。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2．简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。3．阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。4．概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。5．阐明动物细胞核移植技术是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。考情解码1.动物细胞培养技术2025·北京卷·T14;2024·黑吉辽卷·T14;2024·浙江1月卷·T13；2024·重庆卷·T8;2023·辽宁卷·T72.动物细胞融合技术与单克隆抗体2025·黑吉辽内蒙古卷·T19;2024·江西卷·T16;2023·辽宁卷·T7；2023·北京卷·T12;2023·湖北卷·T223.动物体细胞核移植技术2025·山东卷·T14;2024·北京卷·T11;2024·重庆卷·T10；2024·江苏卷·T17;2023·天津卷·T7考点一动物细胞培养 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(2023·海南卷，7A)营养供应充足时，传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制。()(2)(湖北卷，6C)进行动物细胞培养时，血清应经过高温处理后加入培养基。()(3)(江苏卷，14B)培养心肌细胞的时候既需要氧气也需要二氧化碳。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．动物细胞培养→原理：____________(1)地位动物细胞工程常用的技术有动物细胞培养、动物细胞核移植、______________等。其中______________是动物细胞工程的基础。(2)培养条件一般用液体培养基________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)培养过程①细胞贴壁：体外培养的大多数动物细胞往往________在培养瓶的瓶壁上。②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面____________时，细胞通常会停止____________。③原代培养：________之前的细胞培养，即动物组织经处理后的____________。④传代培养：________后的细胞培养。师说解惑区分原代培养和传代培养的关键是看用胰蛋白酶等处理的对象和是否分瓶：①分瓶前，第一次用胰蛋白酶等对动物组织进行处理后的培养是原代培养。②第二次用胰蛋白酶等处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后的细胞培养为传代培养。2．干细胞培养及其应用任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(选择性必修3P44正文拓展)动物细胞培养时，要将动物组织分散成单个细胞以保证细胞所需要的____________；保证细胞内____________的及时排出。2．(选择性必修3P44“旁栏思考题”原理探究)在对成纤维细胞进行培养时，常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，这说明细胞间的物质为____________。不能用胃蛋白酶处理成纤维细胞，原因是多数动物细胞培养的适宜pH为__________，胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.5，当pH>6时，其____________。3．(选择性必修3P44正文拓展)动物细胞培养需要控制的气体环境是95%空气和____________；O2维持细胞________________，CO2的主要作用是__________________。4．(选择性必修3P44正文拓展)动物细胞培养时细胞只进行____________，________(填“能”或“不能”)得到完整个体。5．(选择性必修3P46正文拓展)胚胎干细胞可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题的原因是通过胚胎干细胞__________________，可以培育出____________________________，从而解决供体器官不足问题；由于是________________________________________________，所以无免疫排斥反应。6．(选择性必修3P46“相关信息”)科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，包括借助载体将____________导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用________________等来诱导形成iPS细胞。iPS细胞最初是由成纤维细胞转化而来的，后来发现已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导为iPS细胞。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能1．(选择性必修3P43“从社会中来”素材应用)科学家对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。下列叙述错误的是()A.贴壁的原代细胞经胰蛋白酶处理后可分装到多个培养瓶中进行传代培养B.培养液需要定期更换的主要目的是防止培养过程中细胞被杂菌污染C.需将培养皿置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养D.培养时除需控制培养液适宜的温度和pH，还需考虑渗透压2．(选择性必修3P46“相关信息”拓展分析)诱导多能干细胞(iPS细胞)在形态、基因表达、分裂能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似，这为某些疾病的基础研究及其临床应用提供了一种新的途径。下列说法正确的是()A.iPS细胞与胚胎干细胞都必须从胚胎中获取B.iPS细胞的制备必须通过激素诱导细胞实现C.来自同一机体的造血干细胞与胚胎干细胞遗传物质相同D.可利用镰状细胞贫血患者自身体细胞培养的iPS细胞治疗该疾病2.过程评价·考向题组练经典考向1结合动物细胞培养，考查生命观念1．(2024·黑吉辽卷，14)从小鼠胚胎中分离获取胚胎成纤维细胞进行贴壁培养，在传代后的不同时间点检测细胞数目，结果如图。下列叙述正确的是()A.传代培养时，培养皿需密封，防止污染B.选取①的细胞进行传代培养比②更合理C.直接用离心法收集细胞进行传代培养D.细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大有关2．(2024·浙江1月卷，13)某动物细胞培养过程中，细胞贴壁生长至接触抑制时，需分装培养，实验操作过程如图。下列叙述错误的是()A.①加消化液的目的是使细胞与瓶壁分离B.②加培养液的目的是促进细胞增殖C.③分装时需调整到合适的细胞密度D.整个过程需要在无菌、无毒条件下进行考向2结合干细胞的培养及应用，考查生命观念3．(海南卷，7)某团队通过多代细胞培养，将小鼠胚胎干细胞的Y染色体去除，获得XO胚胎干细胞，再经过一系列处理，使之转变为有功能的卵母细胞。下列有关叙述错误的是()A.营养供应充足时，传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制B.获得XO胚胎干细胞的过程发生了染色体数目变异C.XO胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞的过程发生了细胞分化D.若某濒危哺乳动物仅存在雄性个体，可用该法获得有功能的卵母细胞用于繁育考点二动物细胞融合技术与单克隆抗体 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(浙江6月卷，15A)有的病毒经灭活处理后，可用于细胞工程中介导动物细胞的融合。()(2)(江苏，11D)将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞。()(3)我国科研团队研制出全球首个以尿液中的抗原为靶标的戊肝诊断试剂盒，该试剂盒还可用于其他类型病毒性肝炎的检测。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．动物细胞融合技术2．比较植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同点项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜的流动性、________细胞膜的流动性、________融合前处理除去________使细胞________相关酶________酶和果胶酶________酶或胶原蛋白酶诱导方法物理法：________法、离心法；化学法：______________融合法、____________融合法物理法：________法；化学法：__________融合法；生物法：________诱导法结果杂种植株杂交细胞应用培育植物新品种主要用于制备__________意义突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了________，扩展了杂交的亲本组合3.单克隆抗体的制备(1)传统抗体的获得①方法②缺点：产量低、________低、________差。(2)单克隆抗体的制备及优点①制备过程②单克隆抗体的优点a．能准确地识别抗原的细微差异。b．与特定抗原发生________结合。c．可以________制备。(3)单克隆抗体的应用①被广泛用作________试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。②运载________，形成抗体—药物偶联物，实现对肿瘤细胞的________杀伤。③用于____________。师说解惑(1)两次筛选的目的：第一次是在诱导融合之后，利用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞；第二次是对上述杂交瘤细胞进行筛选，利用96孔板培养，采用专一抗体检测的方法筛选出能产生所需特定抗体的杂交瘤细胞。(2)杂交瘤细胞的抗体检测和克隆化培养：融合后的细胞经选择培养基培养后，能存活的细胞就是杂交瘤细胞。但这些杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来选择，直至确信每个孔中增殖的细胞为单克隆细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。(3)杂交瘤细胞是如何被筛选出来的？在制备单抗的过程中，融合的细胞会有三大类：B-B、瘤-瘤和杂交瘤细胞。第一类细胞在体外培养的条件下，因为无法无限增殖，最终死亡。因此，筛选的关键是限制第二类细胞的增殖。科学家在设计实验时，已经考虑到这方面问题，所以他们选择的骨髓瘤细胞是有遗传缺陷的，即胸腺嘧啶核苷激酶缺陷(TK－)或者次黄嘌呤磷酸核苷转移酶缺陷(HGPRT－)。DNA在复制过程中，所需的核苷酸的来源有两个途径：全合成途径(也称起始合成途径)和补救合成途径(也称中间合成途径)。正常细胞内两种途径都具备。全合成途径由氨基酸和其他小分子化合物合成核苷酸，氨基嘌呤(A)可以抑制其合成。补救合成途径需要两种酶：胸腺嘧啶核苷激酶(TK)和次黄嘌呤磷酸核苷转移酶(HGPRT)，还需要次黄嘌呤(H)及胸腺嘧啶核苷(T)作为原料。正常细胞有这两种酶，而TK－或HGPRT－骨髄瘤细胞缺乏其中之一，不能通过补救合成途径合成核苷酸。加入次黄嘌呤(H)、氨基嘌呤(A)及胸腺嘧啶核苷(T)的培养基称为HAT培养基。在这种培养基上TK－和HGPRT－骨髓瘤细胞全合成途径被A阻断，又因缺乏TK或者HGPRT而不能进行补救合成途径，因此无法增殖，最终死亡。而杂交瘤细胞具备B淋巴细胞的遗传物质，培养基中又加入了H和T，可以进行补救合成。同时，又因为具有骨髓瘤细胞的遗传物质，可以无限增殖。因此，最终在HAT培养基上只有杂交瘤细胞可以增殖，其他细胞全部死亡。所以，HAT筛选培养基就可以将杂交瘤细胞筛选出来。(4)单抗制备过程为何进行两次专一抗体检测？单抗制备过程中，从免疫小鼠的脾中获得的脾细胞包含多种B淋巴细胞，它们产生的是不同的抗体。为了得到目标抗体，必然要进行检测，这就是所谓的“专一抗体检测”。这是第一次“专一抗体检测”。在筛选过程中用的是多孔细胞培养板，每个孔中的杂交瘤细胞可能不止一个，因此，阳性孔中的细胞除了含有分泌需要的特异性抗体的细胞外，还可能含有分泌其他抗体的细胞，也可能含有不分泌抗体的细胞，所以不能直接把阳性孔的细胞用以生产单克隆抗体。必须进行第二次筛选，这个步骤称为“杂交瘤细胞的克隆化”。通常用“有限稀释法”来选择。将杂交瘤细胞稀释，用多孔细胞培养板培养，使每孔细胞不超过一个，通过培养让其增殖。接下来就要进行第二次“专一抗体检测”。检测各孔上清液中细胞分泌的抗体(常用酶联免疫吸附试验法)，那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞均为单克隆细胞。任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(选择性必修3P48正文)与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的融合方法为____________诱导法。2．(选择性必修3P48“相关信息”)灭活病毒诱导细胞融合的原理是：病毒表面含有的______________________能够与____________________发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的____________________________，细胞膜打开，细胞发生融合。3．(选择性必修3P48～49图2-16拓展)B淋巴细胞、骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞各具有的特点：免疫的B淋巴细胞能产生____________，但不能______________；骨髓瘤细胞能____________，不能产生____________；杂交瘤细胞既能产生特定的____________，又能在培养条件下进行____________。4．(选择性必修3P48～49图2-16)读图回答下列问题。(1)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，原因是B淋巴细胞在体外培养条件下不能进行________，难以获得单克隆抗体。(2)选择杂交瘤细胞过程中两步筛选的目的：第一步筛选的目的是获得____________细胞。第二步筛选的目的是获得________________________________________。5．(选择性必修3P49图2-15拓展分析)用96孔板培养和筛选杂交瘤细胞，具体方法是____________________________________，筛选的原理是__________________________________，筛选的结果是得到既能产生特异性抗体，又能大量增殖的杂交瘤细胞。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能(选择性必修3P50“思考·讨论”拓展)为降低乳腺癌治疗药物的副作用，科研人员尝试在单克隆抗体技术的基础上，构建抗体—药物偶联物(ADC)，过程如图甲所示。(1)本实验中，小鼠注射的特定抗原应取自______________________。(2)步骤①可使用灭活病毒，此时灭活病毒的抗原结构____________(填“存在”或“不存在”)；步骤②的细胞必须经过步骤③________________才能筛选得到符合要求的杂交瘤细胞，杂交瘤细胞的特点是________________________________________________________________________。(3)单克隆抗体的优点是__________________________________________。单克隆抗体是ADC中的__________________(填“a”或“b”)部分。(4)研究发现，ADC在患者体内的作用如图乙所示。①单克隆抗体除了运载药物，还有__________________________________________________等作用(写出2点即可)。②ADC进入乳腺癌细胞后，细胞中的溶酶体可将其水解，释放出的药物最终作用于细胞核，可导致________________________________________________________________。③ADC能降低乳腺癌治疗药物的副作用，是因为单克隆抗体能精确地定位乳腺癌细胞，该过程依赖于______________________________原理。2.过程评价·考向题组练经典考向结合单克隆抗体的制备，考查科学思维1．(北京卷，12)甲状旁腺激素(PTH)水平是人类多种疾病的重要诊断指标。研究者制备单克隆抗体用于快速检测PTH，有关制备过程的叙述不正确的是()A．需要使用动物细胞培养技术B．需要制备用PTH免疫的小鼠C．利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞D．筛选能分泌多种抗体的单个杂交瘤细胞2．(2024·海南卷，7)海南龙血树具有药用和观赏价值，可利用植物组织培养技术产生愈伤组织，进而获得该种植株。动物细胞融合技术可将骨髓瘤细胞和产生特定抗体的B淋巴细胞融合形成杂交瘤细胞，进而制备单克隆抗体。下列有关这两种技术的叙述，正确的是()A．利用的原理均是细胞的全能性B．使用的培养基均需添加葡萄糖和血清C．培养时的温度和pH均相同D．产生的愈伤组织细胞或杂交瘤细胞均具有增殖能力考点三动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(江苏卷，4C)克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等过程。()(2)(天津卷，1B)在克隆哺乳动物过程中，通常作为核移植受体细胞的是去核的初级卵母细胞。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．动物细胞核移植技术(1)概念(2)哺乳动物核移植类型________细胞核移植和____________移植。2．体细胞核移植的过程师说解惑(1)采用去核卵母细胞作为受体细胞的原因：①体积大、易操作；②营养物质丰富；③具有激发细胞核全能性表达的物质。(2)克隆动物的性状与供体不完全相同的原因：①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质；②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响。3．体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(选择性必修3P52正文拓展)用____________技术得到克隆动物，仅仅说明动物____________________具有全能性，而不能说明____________具有全能性。2．(选择性必修3P53图2-18拓展)动物体细胞核移植得到的个体的细胞核遗传物质完全来自供体________，不是________受精得到的，因此属于________生殖。3．(选择性必修3P54“相关信息”)目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是____________。也有人采用________、__________________和__________________等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的____________。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能(选择性必修3P54“相关信息”拓展分析)我国科研工作者通过将大熊猫的细胞核植入去核后的兔子卵母细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，这表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。下列叙述错误的是()A.卵母细胞去核唯一的方法是显微操作法去核B．兔子卵母细胞的细胞质中有使大熊猫细胞核表达全能性的物质C.重构胚需要用物理或化学方法激活，使之完成细胞分裂和发育进程D．在大熊猫早期胚胎卵裂期，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加师说拓展细胞核移植为何要选择MⅡ期的卵母细胞作受体细胞？成熟促进因子(MPF)是卵母细胞细胞质中重要的胞质影响因子，MPF的活性在卵母细胞减数分裂Ⅰ中期和MⅡ期达到最高，受精或激活后，MPF迅速灭活，因此，MⅡ期卵母细胞中MPF活性高，而受精卵中MPF活性低。MPF水平的高低可影响供体核染色质的状态和复制。MⅡ期卵母细胞已成熟，而减数分裂Ⅰ中期卵母细胞尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育，因此，尽管减数分裂Ⅰ中期卵母细胞MPF活性也高，但不能用作受体卵母细胞。也有人认为如果用去核的合子作受体，可能会由于合子去核时一些早期发育必需的因子随细胞核的去除而被去掉，进而使重组细胞缺乏发育能力。因此，目前广泛采用MⅡ期卵母细胞作受体。2.过程评价·考向题组练经典考向结合动物体细胞核移植过程和克隆动物，考查生命观念1．(辽宁卷，13)如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2．(天津卷，7)多种方法获得的早期胚胎，均需移植给受体才能获得后代。下图列举了几项技术成果。下列叙述正确的是()A．经胚胎移植产生的后代，其遗传特性与受体均保持一致B．①过程需获得MⅡ期的去核卵母细胞C．②能大幅改良动物性状D．③可通过②技术实现扩大化生产，①②可通过③技术实现性状改良课堂评价过教材过真题实战演练一、过教材——判断正误并找到课本原话(一)动物细胞培养1．(选择性必修3P43正文)动物细胞杂交是动物细胞工程的基础。()2．(选择性必修3P44正文)动物细胞培养过程中需将动物细胞放于含95%氧气和5%CO2的CO2培养箱中培养。()3．(选择性必修3P44正文)体外培养的动物细胞一类能悬浮在培养液中生长增殖，另一类需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。()4．(选择性必修3P46正文)干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。()5．(选择性必修3P46正文)iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。()(二)动物细胞融合技术与单克隆抗体1．(选择性必修3P48正文)细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。()2．(选择性必修3P49正文)早期制备的抗体产量高，纯度低，特异性差。()3．(选择性必修3P49图2－16)多种B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合筛选后，还需经克隆化培养和抗体检测，才能获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。()4．(选择性必修3P50“思考·讨论”)抗体—药物偶联物(ADC)通常由抗体、接头、药物(如细胞毒素)三部分组成。()5．(选择性必修3P50正文)单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，与特定的抗原发生特异性结合，并且可以大量制备。()(三)动物体细胞核移植技术和克隆动物1．(选择性必修3P52正文)动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。()2．(选择性必修3P53图2－18)核移植所用的牛卵母细胞需在体外培养到MⅡ期。()3．(选择性必修3P53图2－18)重构胚的激活可用Ca2＋载体、蛋白酶合成抑制剂等。()4．(选择性必修3P53“相关信息”)重构胚是天然形成的胚胎，具有发育成完整个体的能力。()5．(选择性必修3P54正文)体细胞核移植技术成功率非常高，各个环节也相对完善。()二、过真题——真题真做测达标1