第10章 第59课时 动物细胞工程(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第59课时　动物细胞工程 高考目标定位 1.阐明动物细胞培养的条件和过程。2.阐明动物细胞核移植的原理和过程。3.阐明动物细胞融合的概念。4.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 考点一　动物细胞培养 1．动物细胞培养的概念 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 3．动物细胞培养的过程 (1)细胞贴壁：体外培养的大多数动物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，细胞通常会停止分裂增殖。 (3)原代培养：分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。 (4)传代培养：分瓶后的细胞培养。 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、脐带血和外周血 体细胞(如成纤维细胞等) 特点 能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组织和器官甚至个体 分化成特定的细胞或组织 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等；神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等 判断正误 　(1)在进行细胞培养时，通常采用培养皿或打开培养瓶盖的方式以获取新陈代谢所必需的O2(　×　) 提示　动物细胞培养时通常采用培养皿或松盖培养瓶。 (2)将动物细胞置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养(　×　) 提示　将动物细胞置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 (3)动物细胞在培养过程中都具有细胞贴壁的现象(　×　) 提示　体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖，不具有细胞贴壁的现象；另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型。 (4)培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养(　×　) 提示　人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，原代培养时细胞增殖不止一代。 (5)干细胞都能分化成多种类型的细胞(　×　) 提示　胚胎干细胞能分化产生多种类型的组织或细胞，成体干细胞一般只能分化成特定的细胞或组织。 (6)胚胎干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞(　×　) 提示　造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞。 　为研究长春新碱(VCR)对肝癌细胞凋亡的影响，科研人员进行了相关研究。 ①将等量的小鼠肝癌Hepa 1－6细胞悬液，分别接种于若干个含有等量培养液的培养瓶中； ②将培养瓶放于37 ℃、5% CO2培养箱中培养24 h，静置、去除上清液； ③分别加入等量但含不同浓度VCR的培养液，置于37 ℃、5%的CO2培养箱中继续培养； ④分别在24 h、36 h、48 h时吸取培养液，观察结果，得到不同浓度VCR作用于肝癌细胞不同时间的抑制率(%)如表所示。 浓度 24 h 36 h 48 h 0.5 mg/mL 12.5 17.2 26 1.0 mg/mL 20.5 31 42 2.0 mg/mL 31.5 38.8 47 请回答下列问题： (1)步骤③中需要设置对照组，对照组的处理方法为加入等量不含VCR的培养液(或只加等量培养液)。步骤③中每个实验组设置5个培养瓶同时进行培养，计数后统计平均值，目的是什么？ 提示　目的是减小误差，使实验结果更准确。 (2)根据表格中的结果可以得出的结论是什么？ 提示　VCR对肝癌细胞的抑制率与VCR的浓度和作用时间呈正相关。 考向一　动物细胞培养 【例1】　(2024·吉林高考)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 【答案】　D 【解析】　A、传代培养时需要营造无菌、无毒以及95%空气＋5%CO2的气体环境，而非密封，A错误； B、选取②的细胞进行传代培养比①更合理，②时细胞增长开始变得缓慢，B错误； C、对于贴壁生长的细胞进行传代培养时，先需要用胰蛋白酶等处理，使之分散为单个细胞，然后再用离心法收集，C错误； D、细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大、细胞间产生接触抑制有关，D正确。 故选D。 【例2】　(2024·浙江高考)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 【答案】　B 【解析】　A、①加消化液的目的是使细胞与瓶壁分离，A正确； B、②加培养液，多次加培养液先洗去残留的消化酶，然后终止消化液的消化作用，并对细胞加以稀释，B错误； C、③分装时需调整到合适的细胞密度，因为若密度过大细胞直接仍存在接触抑制，C正确； D、动物细胞培养需要无菌无毒环境，因此整个过程需要在无菌、无毒条件下进行，D正确。 故选B。 考点二　动物细胞融合技术与单克隆抗体 1．动物细胞融合技术 2．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、纯度低、特异性差。 (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，与特定抗原发生特异性结合(特异性强、灵敏度高)。 b．可以大量制备。 (3)单克隆抗体的应用 ①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的作用。 ②运载药物，形成抗体—药物偶联物，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。 ③用于治疗疾病。 判断正误 　(1)动物细胞融合过程中既有细胞膜的融合也有核的融合(　√　) (2)动物细胞融合的结果是形成单核的杂交细胞，植物体细胞杂交的结果是得到杂种植株(　√　) (3)动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞(　×　) 提示　两个二倍体动物细胞融合形成的杂交细胞具有四个染色体组，是四倍体细胞。 (4)将抗原注入小鼠体内，是为了获得能产生相应抗体的B淋巴细胞(　√　) (5)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杂交瘤细胞(　×　) 提示　将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞不都是杂交瘤细胞，还有B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞等，需要进行筛选。 (6)单克隆抗体诊断试剂提高了诊断的准确性、灵敏性(　√　) 　长春新碱(VCR)能够干扰肿瘤细胞的有丝分裂，也会影响正常细胞的增殖和分裂，导致药物副作用的发生。H18杂交瘤细胞产生的抗人肝癌单克隆抗体HAb18对于人体肝癌的诊断和靶向治疗具有重要的意义。回答下列问题： (1)抗人肝癌单克隆抗体HAb18的制备过程中，需要向小鼠体内注射肝癌细胞悬液，其目的是什么？ 提示　刺激机体发生免疫应答，从而得到能产生特定抗体的B淋巴细胞。 (2)单克隆抗体被广泛用作诊断试剂的原因是什么？ 提示　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。 (3)资料：①细胞合成DNA包括D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。 ②免疫的B淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但它不能分裂增殖，其本身也不能在体外长期存活。 ③鼠骨髓瘤细胞中只有D途径，没有S途径，但它能不断分裂增殖。如果它的D途径被阻断的话，它会因不能合成DNA而死亡。 抗人肝癌单克隆抗体HAb18的制备过程中，需要两次筛选，请根据上述资料提出第1次筛选的目的和具体方法。 提示　第1次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞；第1次筛选的具体方法是利用加入氨基蝶呤的选择培养基筛选。 (4)将VCR与抗人肝癌单克隆抗体HAb18通过接头连接形成抗体—药物偶联物(ADC)，可实现对肝癌细胞的特异性杀伤，ADC的作用机制如图。据图分析，ADC的抗体和药物(VCR)各具有什么作用？ 提示　ADC的抗体主要发挥靶向运输作用，携带 VCR 与肝癌细胞特异性结合；药物(VCR)发挥治疗效应，通过抑制微管蛋白聚合妨碍纺锤体的形成，从而阻断肝癌细胞分裂，诱导肝癌细胞凋亡。 考向二　动物细胞融合技术与单克隆抗体 【例3】　(2023·北京高考)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 【答案】　D 【解析】　A、单克隆抗体制备过程中需要对骨髓瘤细胞等进行培养，即需要使用动物细胞培养技术，A正确； B、该操作的目的是制备单克隆抗体用于快速检测PTH，故应用PTH刺激小鼠，使其产生相应的B细胞，B正确； C、抗原与抗体的结合具有特异性，可利用抗原－抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞，C正确； D、由于一种B细胞经分化形成浆细胞后通常只能产生一种抗体，故筛选出的单个杂交瘤细胞无法分泌多种抗体，D错误。 故选D。 【例4】　(不定项)(2024·江西高考)某病毒颗粒表面有一特征性的大分子结构蛋白S(含有多个不同的抗原决定基，每一个抗原决定基能够刺激机体产生一种抗体)。为了建立一种灵敏、高效检测S蛋白的方法，研究人员采用杂交瘤技术制备了抗－S单克隆抗体(如图)。下列说法正确的是(　　 ) A．利用胶原蛋白酶处理，可分散贴壁生长的骨髓瘤细胞 B．制备的单克隆抗体A和单克隆抗体B是相同的单克隆抗体 C．用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可传代培养，但不能冻存 D．单克隆抗体A和单克隆抗体B都能够特异性识别S蛋白 【答案】　AD 【解析】　A、胶原蛋白酶可以催化分解细胞外的胶原蛋白，因此利用胶原蛋白酶处理，可分散贴壁生长的骨髓瘤细胞，A正确； B、由于蛋白S含有多个不同的抗原决定基，每一个抗原决定基能够刺激机体产生一种抗体，单克隆抗体A和单克隆抗体B来自不同的杂交瘤细胞，因此制备的单克隆抗体A和单克隆抗体B不是相同的单克隆抗体，B错误； C、用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可传代培养，也可以冷冻保存，C错误； D、单克隆抗体A和单克隆抗体B都来自筛选出的杂交瘤细胞，因此都能够特异性识别S蛋白上的抗原决定簇，D正确。 故选AD。 考点三　动物体细胞核移植技术和克隆动物 1．动物细胞核移植技术的概念和类型 (1)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，继而发育为动物个体的技术。 (2)原理：动物细胞核具有全能性。 (3)类型：哺乳动物核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中胚胎细胞核移植较易成功。 2．体细胞核移植的过程 【提醒】　目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。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。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DNA变性。 3．体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题 前景 畜牧业 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育 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、组织或器官可以用于异种移植； ③人核移植胚胎干细胞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 科学 研究 ①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程； 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致病基因； ③克隆特定疾病模型的动物，为研究致病机制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 续表 问题 ①成功率非常低；②绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷 判断正误 　(1)通过克隆技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了动物细胞的全能性(　×　) 提示　动物体细胞核移植的原理是动物体细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。 (2)核移植中MⅡ期卵母细胞“去核”其实是去除纺锤体—染色体复合物(　√　) (3)核移植过程中供体理论上是提供细胞核，但操作过程中可以把整个细胞注入去核的卵母细胞中(　√　) (4)重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力(　√　) (5)可用Ca2+载体激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程(　√　) (6)克隆动物的性状与供核动物完全相同(　×　) 提示　克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵母细胞，与供核细胞不完全相同，且克隆动物与供核动物的生活环境可能有差异，因此二者的性状不完全相同。 　癌症早中期的患者往往通过相应的组织或者器官摘除来进行治疗，但是组织和器官摘除往往严重影响患者的正常生活和身心健康，如图是利用体细胞核移植技术生产器官的过程。分析并回答下列问题： (1)细胞A一般选用卵母细胞，为什么？ 提示　因为卵母细胞体积大，易操作；营养丰富；卵母细胞中含有激发细胞核全能性的物质。 (2)在将体细胞的核移植到细胞A之前，为什么必须先对细胞A进行去核操作？ 提示　为了使核移植的胚胎或核遗传物质全部来自患者提供的正常体细胞。 考向三　动物体细胞核移植技术和克隆动物 【例5】　下图是利用体细胞核移植来克隆高产奶牛的大致流程示意图。下列相关叙述错误的是(　　 ) A．体外培养至MⅡ期的卵母细胞要先经过获能处理才能用于后续操作 B．图中过程①常用显微操作法去除细胞中的纺锤体和染色体的复合物 C．图中过程③是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中 D．图中的重构胚中含有卵母细胞和供体细胞的细胞质 【答案】　A 【解析】　A、体外培养至MⅡ期的卵母细胞不需要进行获能处理就可进行后续操作，A错误； B、卵母细胞去核通常是用显微操作法去除细胞中的纺锤体和染色体的复合物，B正确； CD、过程③构建重构胚时是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中，因此图中的重构胚中含有卵母细胞和供体细胞的细胞质，CD正确。 故选A。 【例6】　(不定项)(2025·南通模拟)下图是“三亲婴儿”培育过程示意图，相关叙述正确的是(　　 ) A．透明带反应和卵细胞膜反应是过程①形成二倍体受精卵的保障 B．捐献者卵母细胞受精更有利于重组受精卵的分裂分化 C．雌雄原核的融合发生在受精卵第一次有丝分裂过程中 D．应用该技术可阻断血友病女性患者致病基因遗传给后代 【答案】　AB 【解析】　A、为防止多精子入卵的两道屏障时透明带反应和卵细胞膜反应，A正确； B、捐献者卵母细胞受精过程形成受精卵，营养物质为卵细胞中的卵黄，为后期重组受精卵的营养物质的供应提供前提条件，故有利于重组受精卵的分裂分化，B正确； C、雌雄原核的融合发生在受精作用时，此时不属于有丝分裂过程中，C错误； D、血友病时伴X隐性遗传病，该基因位于细胞核内的染色体上，患者的细胞核仍然保留，因此该基因能遗传给后代，D错误． 故选AB。 1．(选择性必修3 P44)动物细胞培养时，一般置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。CO2的主要作用是维持培养液的pH。 2．(选择性必修3 P44)细胞贴壁：细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象。 3．(选择性必修3 P44)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖的现象。 4．(选择性必修3 P44)细胞在培养过程中分裂受阻的原因：悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻；对于贴壁细胞来说，除上述因素外，还会因为接触抑制而停止分裂增殖。 5．(选择性必修3 P48)诱导动物细胞融合的常用方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 6．(选择性必修3 P49)杂交瘤细胞的特点是既能大量增殖，又能产生足够数量的特定抗体。 7．(选择性必修3 P50)单克隆抗体的优点是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。 8．(选择性必修3 P54)核移植技术中必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞。 9．(选择性必修3 P54)通过体细胞核移植技术培育的克隆动物，不是对体细胞供体动物进行了100%的复制，原因是克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。此外，动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。 10．(2020·全国Ⅰ，38节选)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，该处理的目的是诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。 (2)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选择培养基，使用该培养基进行细胞培养的结果是只有杂交瘤细胞能够生存。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是抗原与抗体的反应具有特异性。 学科网（北京）股份有限公司 $$