2025届高三生物一轮复习课件第52讲 动物细胞工程

第52讲 动物细胞工程 高中生物一轮复习 课标要求 核心素养要求 1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织， 分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让 细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动 物细胞工程的基础； 2.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入 一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育 成新胚胎，继而发育成动物个体的过程； 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，概述细胞融合技术是单 克隆抗体制备的重要技术，简述干细胞在生 物医学工程中有广泛的应用价值。 1.生命观念：结合动物体细胞核移植技术的应用，形成生物的结构决定功能的观念。 2.科学思维：比较动物体细胞融合技术与单克隆抗体技术的异同。 3.科学探究：针对人类生产或生活的某一需求，运用细胞工程知识进行简单的设计和制作。 4.社会责任：分析动物细胞工程在生产、生活中的应用，关注科技和社会的发展。 动物细胞工程 一轮复习✸选择性必修三：生物技术与工程 考点聚焦 本讲目录 考点1 动物细胞培养 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 考点3 动物体细胞核移植技术与克隆动物 考点聚焦 一.动物细胞培养 2.动物细胞培养的原理: 细胞增殖 从动物体中取出相关的组织， 将它分散成___________, 然后在适宜的培养条件下，让这些细胞_____________的技术。 1.动物细胞培养的概念: 单个细胞 生长和增殖 考点1 动物细胞培养 3.培养对象： 胚胎或幼龄动物的细胞 （原因： ） 分化程度低，增殖能力强，更易于培养 4.培养结果： 获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体。 一.动物细胞培养 5.动物细胞培养所需基本条件： 考点1 动物细胞培养 糖类、氨基酸 无机盐、维生素 … … 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基 含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质，满足细胞对未知营养成分的需求。 培养基的构成：合成培养基 + 血清等天然成分 一般用液体培养基，也称为培养液 一.动物细胞培养 考点1 动物细胞培养 糖类、氨基酸、无机盐、维生素 … ①培养液、培养用具：灭菌处理； ②无菌操作； ③适量添加抗生素 定期更换培养液，以便清除代谢物。 ①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜； ②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为 ； ③适宜的渗透压： 维持细胞正常的形态和功能。 36.5±0.5℃ 7.2-7.4 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 糖类、氨基酸、无机盐、维生素 … 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 维持培养液的pH 95%空气 + 5%CO2 的CO2 培养箱 O2：细胞代谢所必需 CO2培养箱 松盖培养瓶 培养皿 培养仪器 一.动物细胞培养 考点1 动物细胞培养 一.动物细胞培养 考点1 动物细胞培养 6.过程： 一.动物细胞培养 考点1 动物细胞培养 6.过程： 胰蛋白 胶原蛋白 单个细胞 细胞悬液 原代 悬浮 贴壁 分裂受阻或停止 传代培养 一.动物细胞培养 考点1 动物细胞培养 6.过程： （1）细胞贴壁和接触抑制 ①细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。 正常细胞 平面观 肿瘤细胞 失去接触抑制 但肿瘤细胞失去接触抑制，在培养液可以无限增殖下去。 一.动物细胞培养 考点1 动物细胞培养 6.过程： （2）将组织分散成单个细胞的原因: ①成块组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长与增殖。 ②利于与培养液充分接触，保证O2与营养供应和代谢物及时排出。 （3）常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是什么成分？ 用胃蛋白酶行吗？为使细胞分散，处理时间越久越好吗？ 多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4。 细胞间: 主要是蛋白质。 胃蛋白酶作用的适宜pH约为2； 胃蛋白酶在此环境中没有活性，所以用胃蛋白酶不行。 因为细胞膜的成分中含有蛋白质，而胰蛋白酶能够水解蛋白质 因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。 考点1 动物细胞培养 【关键点解读1】原代培养和传代培养辨析 1.含义不同: ➊动物组织消化后的初次培养称为原代培养 ➋当贴壁细胞分裂生长到贴满瓶壁时用胰蛋白酶等处理，分瓶继续培养的 过程称为传代培养 2.细胞增殖特点不同: ➊原代培养: 细胞分裂旺盛。 ➋传代培养: 正常细胞的传代培养的次数一般是有限的，一般传至10代 后就不易传下去，一般来说细胞在传至10-50代左右，增殖会逐渐缓慢， 甚至停止。但有些细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得 。 目前使用的（如用于核移植的供体细胞）或冷冻保存的正常细胞通常 选用传代 代以内的细胞，这样做的目的是 。 不死性细胞 10 保持细胞正常的二倍体核型 考点1 动物细胞培养 动物细胞培养和植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 _________ _________________ 培养前 处理 无菌；用机械的方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞 无菌、离体 细胞增殖 植物细胞的全能性 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基性质 _____ _____ 培养基成分 ___________________________________________ ______________________________________________ 液体 固体 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 考点1 动物细胞培养 动物细胞培养和植物组织培养的比较 结果 _____________________________________ _____________ 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 项目 动物细胞培养 植物组织培养 考点1 动物细胞培养 二.干细胞培养及其应用 早期胚胎 特定的细胞和组织 胚胎干细胞 考点1 动物细胞培养 二.干细胞培养及其应用 1.胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？其应用有什么限制因素？（结合教材46页） 　 通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决供体器官不足问题，另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了应用。 2.为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞？（结合教材46页） iPS细胞的诱导过程无需破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 考点1 动物细胞培养 二.干细胞培养及其应用 再生医学： 运用克隆技术获得患者“自身” 的胚胎干细胞，然后在合适的条件下，定向分化成患者所需的各种细胞类型，如胰岛细胞可用于移植和糖尿病的治疗。如图示过程。 ①胚胎干细胞的培养：将治疗性克隆技术与人胚胎干细胞的制备相结合，利用体外构建的自身组织与器官来使患者得以康复。 考点1 动物细胞培养 二.干细胞培养及其应用 3.科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，尝试说出几种获取iPS细胞的方法。（结合教材46页） 成纤维细胞 T细胞和B细胞 导入特定基因 导入特定蛋白 小分子化合物诱导 iPS细胞 治疗阿尔茨海默症 治疗心血管疾病 借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成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。 考点1 动物细胞培养 习题巩固 1.(2023·山西运城高三模拟)对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法错误的是（ ） A.在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 B.动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行，CO2的作用维持培养液的pH C.为了防止动物细胞培养过程中受污染，可向培养液中加入适量的干扰素 D.在合成培养基中，通常需加入血清等一些天然成分 C 考点1 动物细胞培养 习题巩固 2.(2022·江苏南京高三模拟)某学术期刊发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是( ) A.多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变 B.多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性 C.给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥反应 D.该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和器官 C 考点1 动物细胞培养 习题巩固 3.（2023·辽宁）大量悬浮培养产流感病毒的单克隆细胞，可用于流感疫苗的生产。下列叙述错误的是（    ） A．悬浮培养单克隆细胞可有效避免接触抑制 B．用于培养单克隆细胞的培养基通常需加血清 C．当病毒达到一定数量时会影响细胞的增殖 D．培养基pH不会影响单克隆细胞的病毒产量 D 一 动物细胞融合 动物细胞培养 AA、AB、BB 一. 动物细胞融合技术 1.概念： 使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2.结果： 形成的 具有原来两个或多个细胞的 。 3.原理： 4.诱导融合方法： 杂交细胞 遗传信息 细胞膜具有一定的流动性 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 物理法：离心法、电融合法 化学法：聚乙二醇（PEG)融合法 生物法：灭活病毒诱导法 与植物原生质体融合的方法相同 ——动物细胞融合特有 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 生物方法：灭活病毒诱导法 灭活：是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。 原理：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，使细胞相互凝集，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。 一 一. 动物细胞融合技术 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 动物细胞融合 动物细胞培养 6.意义： 突破了 的局限， 使 成为可能。 有性杂交 远缘杂交 5.动物细胞融合的过程： 细胞膜融合 细胞核融合 细胞质融合 细胞融合的实质（标志） 7.应用： 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。 一 二. 单克隆抗体 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 1、传统抗体的生产方法 向动物反复 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 产量低、纯度低、特异性差 由于动物会接触多种天然抗原，体内相应产生的特异性抗体种类可以达到百万种以上，但每一个淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。因此，要想获得大量的单一抗体，必须克隆单一的淋巴细胞，形成细胞群。 一 二. 单克隆抗体 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 2、单克隆抗体制备 （1）基本原理 动物细胞融合 杂交细胞 动物细胞培养 单克隆抗体 骨髓瘤细胞 （能无限增殖） 一种B淋巴细胞（只分泌一种特异性抗体） 杂交瘤细胞 既能迅速大量增殖，又能产生专一抗体 单克隆抗体技术手段： 动物细胞融合、动物细胞培养 细胞膜的流动性、细胞增殖 原理： 优点： 特异性强、灵敏度高、可大量制备 一 二. 单克隆抗体 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 2、单克隆抗体制备过程 一 二. 单克隆抗体 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 2、单克隆抗体制备过程 一 二. 单克隆抗体 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 2、单克隆抗体制备过程 特定抗原 多种B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 诱导 融合 多种融合细胞 选择培养基进行筛选 杂交瘤细胞 抗体检测 分泌所需抗体的杂交瘤细胞 体外培养 注射小鼠腹腔内增殖 克隆化培养 多次筛选 单克隆抗体 获取 注射 小鼠 培养骨髓瘤细胞 未融合细胞 (第一次筛选) (第二次筛选) 从血清中分离 多克隆抗体 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 【知识拓展】第一次筛选获得杂交瘤细胞。 资料：已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基喋呤阻断。 B淋巴细胞及同型融合细胞 不能无限增殖，死亡 骨髓瘤细胞及同型融合细胞 不能合成DNA，死亡 杂交瘤细胞 能无限增殖，生长 培养基中加入 氨基喋呤 B淋巴细胞 合成DNA S途径 D途径 不能分裂增殖 骨髓瘤细胞 合成DNA D途径 能无限增殖 任务：请根据以上信息，设计一种方法，从培养液中筛选出杂交瘤细胞。 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 抗体检测的方法——抗原-抗体杂交技术 在单克隆抗体制备过程中，两次筛选的目的和方法是不相同的。 将杂交瘤细胞群稀释，约每孔1个细胞进行培养（克隆化培养） 一段时间后，检测各孔上清液中细胞分泌的抗体 上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔 多孔细胞培养板 抗体检测板 分泌抗体能跟特定抗原结合的细胞即为所需杂交瘤细胞 阳性孔 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 ①作为诊断试剂 诊断疾病 ②运载药物 治疗疾病 ③作为药物治疗疾病 3.单克隆抗体的应用 单克隆抗体+接头+药物（如细胞毒素）=ADC（抗体-药物偶联物） 高效 低毒 靶向 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 习题巩固 1.(2023·河北廊坊高三模拟)抗体—药物偶联物(ADC)通过采用特定技术将具有生物活性的小分子药物连接到能特异性识别肿瘤细胞的单克隆抗体上，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC的结构及其发挥作用的机理如图所示，下列有关说法错误的是( ) A.单克隆抗体制备过程中通常将免 疫后得到的B淋巴细胞与骨髓瘤 细胞融合 B.用96孔板培养和多次筛选杂交瘤细胞后， 在体外大规模培养可获得单克隆抗体 C.ADC通过抗体与细胞膜上的受体特异性结合，以主动运输的方式进入肿瘤细胞 D.ADC在肿瘤细胞里被溶酶体裂解，释放药物，使肿瘤细胞死亡 c 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 习题巩固 1、人乳头瘤病毒(HPV)是一种DNA病毒,可诱发细胞癌变。抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV,从而及时监控宫颈癌的发生。以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程如图所示。下列错误的是( ) D A.在HAT培养基上存活的杂交瘤细胞既能无限增殖又可分泌抗体 B.单克隆抗体的特点是灵敏度高、特异性强，可以大量制备 C.可用HPV衣壳蛋白检测筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 D.单克隆抗体制备过程涉及的生物学原理有细胞增殖和细胞膜的选择透过性 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 习题巩固 3.(2020·全国Ⅰ，38)为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。 回答下列问题： (1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_____________ __________________________________。 生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞 诱导小鼠甲产 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 习题巩固 (2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：______ _______________________________________________________________ _______________________。 甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液 取小鼠 一 考点2 动物细胞融合技术与单克隆抗体 习题巩固 (3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于____________，使用该培养基进行细胞培养的结果是________________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是____________________________。 选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体特异性结合 (4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有_______________________________________________________ _______________ (答出2点即可)。 将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养 将动物一个细胞的________移入________________中，使这个______________发育成______，继而发育成_________的技术； 细胞核 去核的卵母细胞 重新组合的细胞 新胚胎 动物个体 *用核移植的方法得到的动物称为克隆动物； 一.动物细胞核移植技术 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 1.概念: 动物体细胞核的全能性 ①胚胎细胞核移植：细胞分化程度低，恢复全能性容易 ②体细胞核移植：细胞分化程度高，恢复全能性十分困难 供体提供细胞核；受体（去核卵细胞）提供细胞质 2、原理： 3、种类： 4、供体与受体： 一.动物细胞核移植技术 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因： A.卵母细胞体积大，易操作。 B.卵母细胞营养物质丰富 C.细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。 “去核”去的是什么？ 纺锤体-染色体复合物 一.动物细胞核移植技术 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 在体细胞的细胞核移植之前，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核遗传物质全部来供体细胞。 用什么方法去核？ 普遍使用的是显微操作法。 也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。 一.动物细胞核移植技术 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 为什么不是取供体细胞核进行核移植操作，而是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中？ ①操作方便； ②对卵母细胞损伤较小； ③保证供体细胞的细胞核不被破坏 激活重构胚方法？ 用物理或化学方法（电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚 一.动物细胞核移植技术 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？ ①克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核，但线粒体中的DNA（细胞质中的DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞 ②环境也会影响克隆动物的性状，其环境与供体不完全相同； ③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 该过程用到哪些技术手段？ 动物体细胞核移植、动物细胞培养、早期胚胎培养和胚胎移植 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。 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 二、体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题 前景 畜牧业 加速家畜 进程、促进优良畜群繁育 医药卫生 ①作为 生产医用蛋白； ② 的细胞、组织或器官可以用于异种移植； ③人核移植 经过诱导分化形成相应的细胞、组织或器官，可用于器官移植 遗传改良 生物反应器 转基因克隆动物 胚胎干细胞 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 二、体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题 前景 科学 研究 ①研究克隆动物可使人类更深入地了解 及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析 ；③克隆特定疾病模型的动物，为研究 和开发相应的药物提供帮助 保护濒危物种 增加濒危物种的存活数量 问题 ①成功率 ；②绝大多数克隆动物存在 问题，表现出________________ 胚胎发育 致病基因 致病机制 非常低 健康 遗传和生理缺陷 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 习题巩固 1.(2022·上杭县模拟)如图为体细胞克隆猴“中中”和“华华”的培育流程，为建立人类疾病的动物模型、研究疾病机理带来光明前景。下列叙述正确的是 (　 ) A．过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中，体现细胞膜的选择透过性 B．过程②在培养基中加入的动物血清含有激发成纤维细胞核全能性表达的物质 C．过程③进行同步发情处理，可降低代孕母猴对“中中”“华华”的免疫排斥反应 D．与模型小鼠相比，模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物 答案：D　 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 习题巩固 2.某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请，其培育过程可选用如图技术路线。 (1)探究“三亲婴儿”的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。 提示　①因基因型与母亲(卵母细胞核供体)和父亲(精子细胞核供体)的核基因有关，大多数性状由母亲和父亲共同决定。②少数性状(受质基因控制的性状)与捐献者(卵母细胞细胞质供体)相同。 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 习题巩固 (2)所谓的“三亲婴儿”中遗传学上的母亲应是哪一个？该技术主要是为了避免什么疾病？ 提示　“三亲婴儿”中遗传学上的母亲应是提供卵细胞核的个体。该技术主要是为了避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代。 考点3 动动物体细胞核移植技术与克隆动物 习题巩固 (3)据图分析，该技术涉及了哪些技术操作？ 　 该技术涉及动物细胞培养、体外受精、细胞核移植、胚胎移植等操作。 (4)动物细胞核移植技术的理论基础(原理)是什么？ 　动物细胞核的全能性。 (5)受体细胞为什么选用卵母细胞？ 　 因为卵母细胞体积大，易操作；营养物质丰富；卵母细胞中含有激发细胞核全能性的物质。 Lavf55.33.100 $$