1、第3课 动物细胞工程 考点一 动物细胞培养和核移植技术 核心知识回顾 1.动物细胞培养动物细胞工程技术的基础：(1)原理：_。细胞增殖(2)过程：胰蛋白酶 细胞悬液 原代培养 细胞贴壁、接触抑制 胰蛋白酶 保持正常核型 获得不死性(3)培养条件。无菌、无毒的环境：对_和所有培养用具进行 无菌处理；添加_；定期更换培养液以清除_ _。营养：除正常的有机和无机营养外，还需加入_ _等一些天然成分。培养液 抗生素 代 谢产物 血 清、血浆 温度和pH：适宜温度为_(哺乳动物)，pH为_。气体环境：95%空气加_(维持培养液的pH)。(4)应用：生物制品的生产、检测_、医学研 究。2.动物体细胞核移植
2、技术和克隆动物：(1)原理：_。36.50.5 7.27.4 5%CO2 有毒物质 动物体细胞核具有全能性(2)动物体细胞核移植技术的过程：细胞培养 重组细胞 去核 供体(3)结果：获得与供体_基本相同的个体。(4)应用。加速家畜_进程，促进优良畜群繁育。保护_。生产医用蛋白。作为异种移植的供体。用于组织器官的移植。遗传物质 遗传改良 濒危物种(5)存在问题：_、克隆动物存在健康问题、动物食品的安全性问题等。成功率低【教材易漏边角知识】选修3 P44“寻根问底”胰蛋白酶处理动物组织，对细胞的消化有两种情况：(1)短时间内_(填“会”或“不会”)被消化，原 因是_ _。不会 细胞表面具有糖蛋白，
3、对细胞具有一定的保护作 用(2)长时间后细胞_(填“会”或“不会”)被消化，原因是_ _ _。会 细胞表面糖蛋白的保护作用是有限的；细胞 膜的主要成分包括磷脂和蛋白质，蛋白质可被胰蛋 白酶水解【思维诊断】(1)在25的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培 养。(北京高考)()分析：哺乳动物和人类神经细胞的培养的适宜环境温 度是3637。(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。()分析：培养液中通入5%的CO2，目的是维持培养液的 pH。(3)动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋 白酶。()分析：动物细胞培养要用到胰蛋白酶，植物组织培养 过程中不需要胰蛋白酶。
4、(4)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毒。()分析：通过培养过程中细胞形态、结构或染色体的变化可检测有毒物质，茎尖几乎不含病毒，可用于培养脱毒苗。(5)克隆动物的性状与供体动物完全相同。()分析：克隆动物的遗传物质来自两个个体，性状与供 体动物基本相同。(6)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。()分析：动物细胞核移植的受体细胞是处于减数第二次 分裂中期的卵母细胞。(7)动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。()分析：目的基因转入受精卵后需要培养为早期胚胎才 能进行胚胎移植。(8)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层 细胞。()分析：培养保留接触抑制的细胞在培养
5、瓶壁上只能形 成单层细胞。高考角度全练 角度1 动物细胞培养技术 1.(2017济南模拟)回答下列有关动物细胞培养的问 题：(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细 胞表面_时，细胞会停止分裂增殖，这种现象 称为细胞的_。此时，瓶壁上形成的细胞是 _层的。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是_。(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现_现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成_细胞，该种细胞的黏着性_，细胞膜表面糖蛋白的量_。(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不被染色，原因是_
6、_。(4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂_期的细胞在显微镜下进行观察。(5)在细胞培养过程中，通常在_条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中_的活性降低，细胞_的速率降低。(6)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作_ _进行攻击。【解题指南】解答本题需要明确两点：(1)动物细胞培养过程及各阶段的细胞特点。(2)细胞结构、代谢及增殖的相关知识。【解析】(1)在动物细胞培养过程中，细胞会表现出接触抑制现象，此时瓶壁上是单层细胞。用胰蛋白酶可以使贴壁细胞从瓶壁上分离下来。(2)随着细胞传代培养代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，
7、进而出现衰老甚至死亡的现象，但有些细胞会因遗传物质改变而获得不死性，等同于癌细胞，细胞表面糖蛋白减少，细胞之间的黏着性降低。(3)由于活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，而死细胞的细胞膜丧失选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而使其着色。(4)由于中期染色体形态固定、数目清晰，因此检测有毒物质是否能改变细胞染色体数目，最好选用分裂中期的细胞在显微镜下进行观察。(5)由于在冷冻、超低温或液氮环境下，细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低，因此通常在此条件下保存细胞。(6)皮肤移植后，机体把移植的皮肤组织当作抗原进行攻击，发生排斥现象。答案：(1)相互接触 接触抑制 单
8、(或一)胰蛋白酶(2)衰老甚至死亡 不死性 降低 减少(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内(或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而使其着色)(4)中(5)冷冻(或超低温、液氮)酶 新陈代谢(6)抗原【延伸探究】(1)要使贴壁细胞从瓶壁上分离下来，能否使用胃蛋白酶？为什么？提示：不能。胃蛋白酶适于在较强的酸性条件下发挥作用，而较强的酸性条件会对细胞造成伤害。(2)细胞培养过程中的极少数细胞遗传物质发生改变后，失去正常培养细胞的哪些特点？提示：失去贴壁生长、接触抑制的特点。【易错提醒】动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同 第一次用胰蛋白酶处理是
9、使剪碎的组织分散成单个细胞；第二次用胰蛋白酶处理是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。角度2 核移植技术 2.(2016全国卷)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：世纪金榜导学号77982231(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。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(利)”培育成功一样，
10、其他克隆动物的成功获得也证明了_。【解题指南】(1)关键词：核移植、性染色体的组成、遗传物质的角度。(2)解题思路：以流程图为依据，逐一分析各环节的要求、目的。【解析】(1)流程图中没有说明该哺乳动物的供体是雄性还是雌性，故性染色体组成有XX或XY两种可能。过程表示去核过程，通常做法是将培养至M期的卵母细胞利用显微操作法去除细胞核。重组细胞在体外培养至囊胚或桑椹胚时，需通过胚胎移植转入代孕母体内继续发育。(2)传代培养的细胞一般传至10代后就不易培养下去了，在传到1050代左右时，细胞增殖就会逐渐缓慢，以至于完全停止，这时部分细胞的核型(遗传物质)会发生变化。故选择细胞时一般选用10代以内的细
11、胞，以保证正常的二倍体核型(遗传物质)。(3)动物性状的表现是细胞核基因和细胞质基因共同作用的结果，克隆动物的细胞核基因全部来自供体，而细胞质基因则来自卵母细胞，所以克隆动物与供体动物的性状会有所差异。(4)克隆动物的成功培育说明了动物高度分化的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)动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性 3.(2017潍坊模拟)下面是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解，请据图回答下列问题：(1)图中所示的结构
12、分别是_、_。(2)图中所示的生物工程技术分别是_、_，此外图示过程还应用的工程技术有_ _(只需写一种)。(3)过程通常用去核卵母细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作外，还因为_ _。(4)过程通常用作受体细胞的原因是这些细胞没有分化，具有_，可以定向诱导分化成各类细胞、组织和器官。(5)过程的完成需要用到的基因操作工具有_ _。(6)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是_ _。【解析】(1)图中依次为细胞核、内细胞团、核移植技术、转基因技术。(2)图中涉及的技术包括核移植技术、早期胚胎培养(动物细胞培养)、转基因技术、胚胎干细胞移植等。(3)用去核卵母细胞作受体细胞的原因除了它体积
13、大、易操作外，还因为其营养物质丰富且含有促进细胞核全能性表达的物质。(4)囊胚的内细胞团细胞和受精卵一样具有全能性，常用作基因工程的受体细胞。(5)基因工程需要用到的工具包括限制酶、DNA连接酶和载体。(6)图示方法是用患者的体细胞进行克隆，然后导入健康基因，与异体移植相比，一般不会发生免疫排斥反应。答案：(1)细胞核 内细胞团(2)核移植技术 转基因技术 细胞培养(早期胚胎培养、胚胎干细胞移植、显微操作技术等)(3)营养物质丰富且含有促进细胞核全能性表达的物质(4)全能性(5)限制酶、DNA连接酶和载体(6)一般不会发生免疫排斥反应【知识总结】选M期的卵母细胞作为受体细胞的原因(1)体积较大
14、，易操作。(2)卵黄多，营养丰富，能为重组细胞分裂、分化提供充足的营养。(3)能激发重组细胞分裂、分化。【加固训练】动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图，请回答下列问题。(1)肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞_ _。(2)培养液中的葡萄糖和氨基酸的主要作用分别是_ _、_。(3)气室中充入O2的主要作用是_。(4)培养液中添加抗生素，能否抑制病毒的侵染？_。(5)有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。材料用具：肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养
15、液，植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂)；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液(使染色体着色)，有机物X溶液等。实验过程：在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作(“”表示已完成的步骤)。上表中还需进行的操作是_。组别甲乙丙丁步骤一：加入肝脏培养液步骤二：加入有机物X溶液步骤三：放置肝脏小块培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察_，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明_ _。【解析】本题考查
16、动物细胞培养的相关知识。(1)把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的呼吸代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。(2)培养液中葡萄糖的主要作用是作为细胞的能源物质，氨基酸的主要作用是参与细胞中蛋白质的合成。(3)气室中充入O2的主要作用是满足细胞有氧呼吸的需要。(4)抗生素能抑制细菌生长，但不能抑制病毒侵染。(5)向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块作为对照实验；有机物X有毒性，可诱发染色体断裂，所以要观察淋巴细胞的染色体形态和数量是否发生变化。甲组添加肝脏小块，淋巴细胞染色体正常，丙组没有添加肝脏小块，出现染色体异常，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用。答案：(1)吸收氧气和营养物质、排出代谢废物
17、(2)作为细胞的能源物质 参与细胞中蛋白质的合成(3)满足细胞有氧呼吸的需要(4)不能(5)向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块 染色体形态和数量 肝脏小块对有机物X具有解毒作用 考点二 动物细胞融合与单克隆抗体 核心知识回顾 1.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、细胞的全能性细胞膜的流动 性、_融合前 处理除去细胞壁使细胞分散开细胞增殖 项目植物体细胞杂交动物细胞融合相关酶纤维素酶和果胶酶 _ _ 诱导方法物理法：离心、电 激、振动化学法：聚乙二醇等试剂诱 导 物理法：离心、电 激、振动 化学法：聚乙二醇 等试剂诱导生物法_ 胰蛋白酶 或胶原蛋
18、白酶 用灭活的病毒诱导项目植物体细胞杂交动物细胞融合结果杂种植株_应用培育植物新品种主要用于制备 单克隆抗体意义突破_，打破了生 殖隔离，扩展了杂交的亲本组合相同点 原生质体融合原理相同，原生质体融合的方法相似杂交细胞 远缘杂交不亲和的障碍 2.单克隆抗体：(1)制备过程：抗原 杂交 体内 单克隆抗体(2)杂交瘤细胞的特点：既能_，又能产生_ _。(3)优点：特异性强、_，并可能大量制备。(4)用途：作为_；用于治疗疾病和_ _。无限增殖 单 一抗体 灵敏度高 诊断试剂 运载药 物【特别提醒】单克隆抗体制备的关键环节(1)取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原，否则不能获得单克隆抗体。(2)细胞
19、融合后需经两次筛选。第一次：在特定的选择培养基上，未融合的亲本细胞(B淋巴细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。第二次：经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，经筛选后才可获得足够数量的、能分泌所需抗体的细胞。高考角度全练 1.(2014全国卷)某研究者用抗原(A)分别免疫3只 同种小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫1周 后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应 的血清最大
20、稀释倍数)，结果如图所示。若要制备杂交 瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40 条)，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色 体数目60条)按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。回答下列问题：世纪金榜导学号77982232(1)制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血 清抗体效价需达到16 000以上，则小鼠最少需要经过 _次免疫后才能有符合要求的。达到要求后 的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细 胞的是_小鼠，理由是_。(2)细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的 细胞和杂交瘤细胞外
21、，可能还有_ _，体系中出现多种类型细胞的原因是_ _。(3)杂交瘤细胞中有_个细胞核，染色体数目最多是_条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是_。【解题指南】(1)题干关键词：“效价”“杂交瘤细胞”“传代培养”。(2)隐含信息：柱形图中效价越高，能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数越大，说明免疫后小鼠的B淋巴细胞产生抗体的能力越强。(3)关键知识：制备单克隆抗体的技术流程和动物细胞体外培养的过程。【解析】本题考查制备单克隆抗体的相关知识。(1)据图中数据分析，第四次注射后Y、Z小鼠的血清抗 体效价均达到16 000以上，免疫后小鼠Y的血清抗体效 价最高，最适用于制备
22、单克隆抗体。(2)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞混合在一起时，可能发生B 淋巴细胞之间的融合、骨髓瘤细胞之间的融合及B淋巴 细胞与骨髓瘤细胞的融合，故体系中会出现多种类型 的细胞。(3)杂交瘤细胞形成后，小鼠的B淋巴细胞核与骨髓瘤细胞核会融合形成1个细胞核，1个细胞核中染色体数目最多可达100条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后，仍然不是能恶性增殖的细胞，分裂次数是有限的。答案：(1)4 Y Y小鼠的抗体效价最高(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞 细胞融合是随机的，没有特异性且融合率达不到100%(3)1 100(4)不能无限增殖 2.(2017武汉模拟)下图是某
23、实验室做的通过动物纤维母细胞等获得单克隆抗体的实验研究。据图回答相关问题：(1)X、Y、Z细胞的名称分别是_、_、_。(2)过程类似于植物组织培养技术中的_过程。与纤维母细胞相比，诱导干细胞的全能性较_ _。(3)过程中需用到的化学诱导剂是_。(4)处需要筛选，其目的是_ _。(5)用含32P标记的脱氧核苷酸的培养基培养Z细胞，细胞质中能测到32P的细胞器是_。【解析】(1)X、Y、Z细胞的名称分别是骨髓瘤细胞、抗原刺激过的B淋巴细胞(或浆细胞)、杂交瘤细胞。(2)过程是将甲小鼠的纤维母细胞诱导成诱导干细 胞，相当于植物组织培养技术中的脱分化过程。与纤 维母细胞相比，诱导干细胞的全能性较高。(
24、3)诱导动 物细胞融合，需用到的化学诱导剂是聚乙二醇。(4)将 Z细胞进行选择培养，才能筛选出能产生特异性抗体的 杂交瘤细胞。(5)脱氧核苷酸是DNA的基本组成单位，动物细胞的线粒体中含有少量DNA。答案：(1)骨髓瘤细胞 抗原刺激过的B淋巴细胞(或浆细胞)杂交瘤细胞(2)脱分化 高(3)聚乙二醇(4)筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞(5)线粒体【加固训练】1.(2017广州模拟)单克隆抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可大量制备，已被广泛应用于疾病的诊断和治疗。用H7N9病毒制备单克隆抗体的流程如下图所示：(1)过程常用的方法是_。(2)向小鼠体内注射抗原蛋白，使小鼠产生_ _免疫。从小鼠体
25、内分离的细胞是_。(3)体外培养细胞，首先应保证其处于_ 的环境中，其次需要提供充足的营养和适宜的温度。(4)对于转基因成功的细胞还要进行克隆化培养和 _检测。【解析】(1)将重组DNA导入动物细胞，常用显微注 射法。(2)向小鼠体内注射抗原蛋白，使小鼠产生相应 的浆细胞，这是体液免疫。从小鼠体内分离的细胞 是B淋巴细胞(浆细胞或已免疫的B淋巴细胞)。(3)体外 培养细胞，首先应保证其处于无菌、无毒的环境 中，其次需要提供充足的营养和适宜的温度。(4)对于 转基因成功的细胞还要进行克隆化培养和(专一)抗 体检测。答案：(1)显微注射法(2)体液(只答特异性不可)B淋巴细胞(浆细胞或已免疫的B淋
26、巴细胞)(3)无菌、无毒(缺一不可)(4)(专一)抗体 2.人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。下面是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图，请分析回答问题：(1)制备单克隆抗体过程中要用到_和_ 技术。(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于 _，使小鼠产生分泌相应_的B淋巴细 胞，此过程属于特异性免疫中的_免疫。(3)在细胞内DNA的合成一般有两条途径，主要途径是 在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而 氨基嘌呤可以阻断此途径。另一辅助途 径是在次黄 嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶的催化作用
27、 合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。利用DNA合成途径不同的特点配制的HAT培养基含有 多种成分，其中添加的_具有筛选杂交瘤细胞 的作用。最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是_ _。(4)此过程生产的单克隆抗体可以与_特异性结合，从而诊断早孕。【解析】(1)制备单克隆抗体过程中要用到动物细胞培 养和动物细胞融合技术。(2)给小鼠注射HCG，使小鼠 进行体液免疫，产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞。(3)骨髓瘤细胞的DNA合成只有一条途径，在培养基中 加入氨基嘌呤，阻断了骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合 体的增殖。杂交瘤细胞有两条合成DNA的途径，因此在 选择培养基上杂交瘤细胞能生存并无限增殖。B淋巴细 胞和骨髓瘤细胞融合后的杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生单一抗体。(4)此单克隆抗体是人绒毛膜促性腺激素(HCG)作抗原刺激产生的，故可以与人绒毛膜促性腺激素(HCG)特异性结合。答案：(1)动物细胞培养 动物细胞融合(2)抗原 抗体 体液(3)氨基嘌呤 能无限增殖并分泌特异性抗体(4)人绒毛膜促性腺激素(或HCG)