2027届高三生物一轮复习课件第3讲第2部分：动物细胞工程

第2讲　动物细胞工程 动物细胞工程主要包含哪些技术？ 动物细胞培养技术、动物细胞融合技术（单克隆抗体的生产）、动物体细胞核移植技术 ① ② ③ ④ ①营养：除糖类、氨基酸、无机盐和维生素等细胞所需的营养物质外，通常还需加入___ 等一些天然成分。一般用 培养基培养动物细胞 ②无菌、无毒的环境：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培养液需___ _____以便清除代谢物，并提供营养物质。 ③适宜的温度、pH和渗透压 ④气体环境： 。 一、动物细胞培养—动物细胞工程的基础 1、原理： 。 细胞增殖 2、培养条件 （动物）血清 定期更换 ①温度：36.5±0.5℃为宜； ②适宜pH：7.2-7.4； ③渗透压：维持细胞正常的形态和功能。 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。 维持培养液的pH 液体 含有蛋白质、葡萄糖、激素等物质，还含有多种未知的促生长因子，能促进细胞的生长、增殖。 2 取动物胚胎或幼龄动物组织 剪碎 胰蛋白酶（不能用胃蛋白酶） 处理时间不宜过长 分散成单个细胞 细胞悬液 加培养液（可添加抗生素） 培养瓶中，放入CO2培养箱进行原代培养 （①悬浮细胞 ②贴壁细胞—接触抑制） 转入 进行传代培养 分瓶： 悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需用胰蛋白酶处理分散成单个细胞后，再用离心法收集 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的现象（癌细胞失去接触抑制） 分化程度低，增殖能力强 3、培养过程 ①细胞密度过大 ②有害代谢产物积累 ③营养物质缺乏 .用胰蛋白酶处理组织时，处理时间不宜过长，为什么？细胞膜含有蛋白质，长时间处理会损伤细胞，要控制好时间。 3 例1.(2024·北京高考)我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞,形成了类似囊胚的结构(类囊胚),为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系(如图)。相关叙述错误的是 (　 ) A.实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能 B.实验过程中使用的培养基含有糖类 C.类囊胚的获得利用了核移植技术 D.可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育 C 解析:选C　体外诱导食蟹猴胚胎干细胞,形成了类似囊胚的结构(类囊胚),证实了食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能,A正确;实验过程中使用的培养基需含有糖类,糖类可为细胞培养提供能源物质,B正确;类囊胚的获得利用了动物细胞培养技术,并没有进行核移植,C错误;可借助胚胎移植技术将类囊胚移植到相应的雌性受体中继续胚胎发育,从而研究类囊胚的后续发育,D正确。 4 例2.(黑吉辽卷)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 D (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。 解析:进行动物细胞培养时,需要含有95%空气和5%CO2的混合气体环境,培养皿不能密封,A错误;原代培养的细胞出现接触抑制现象后,就需要分瓶进行传代培养,①的细胞处于指数增长初期,细胞还未出现接触抑制现象,因此选取②的细胞进行传代培养比①更合理,B错误;由于成纤维细胞贴壁生长,进行传代培养时,需用胰蛋白酶处理后再用离心法收集细胞进行传代培养,C错误;细胞密度过大时,产生的代谢废物较多,营养物质消耗较快,可能导致细胞增长进入平台期,D正确。 5 ① ② ③ ④ 动物细胞核移植 重构胚 早期胚胎 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞 用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 去核的卵母细胞 供体细胞培养 将供体细胞注入去核的卵母细胞 通过显微操作去核 高产奶牛（供体） 从供体身体的某一部位（如耳）上取体细胞 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 二、动物细胞核移植技术 1.类型： ； “胚胎细胞核移植“体细胞核移植” 2.原理： ； 动物细胞核的全能性 3.过程： 克隆动物的亲本有几个？其性状与哪个亲本最相似呢？ 三个。供体、受体、代孕母体。克隆动物的性别、绝大多数性状与核供体相同。 动物细胞核移植的过程用到了哪些技术？ 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养 胚胎移植 动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难　 例1．中国科学院动物研究所进行了大熊猫的异种克隆，他们将大熊猫的体细胞核放入兔子的去核卵母细胞之中，并使其成功发育成囊胚，标志着异种核质相容的问题得到解决，异种克隆大熊猫迈过了第一道“坎”， 然后至关重要的是选择一种合适的“代孕母体”。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 C 兔子的卵母细胞进行去核处理 胚胎移植 （供体和受体需要同期发情处理） 兔子的去核卵母细胞 桑葚胚或囊胚 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的卵母细胞进行去核处理，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；重组胚胎培养过程中通常需要在培养液中加入抗生素，避免杂菌污染，C正确；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。] 8 例2．(湖南选择性考试)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题： (1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是___________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的 断开。 (2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是 。 (3)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是________________________________________________。 (4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的________淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验 取该转基因动物的肝组织细胞，提取其蛋白质，加入适量的M蛋白的单克隆抗体，观察有无抗原—抗体特异性结合的现象，若有则说明M基因不失活，若无则说明M基因失活。 限制酶 磷酸二酯键 清除代谢物，并提供营养物质 动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难　 B 思路：___。 [解析]　(1)构建基因表达载体时，切割质粒DNA要用到限制性内切核酸酶，即限制酶，限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 (2)在进行动物细胞培养的过程中，要定时更换培养液，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 (3)动物细胞核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中体细胞核移植由于动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。胚胎干细胞具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显，在功能上，具有发育的全能性，即可以分化成为动物体内任何一种组织细胞。 (4)在进行单克隆抗体制备时，首先要诱导相应的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。在应用单克隆抗体进行检测时，主要原理是抗原—抗体特异性结合，所以实验思路是取该转基因动物的肝组织细胞，提取其蛋白质，加入适量的M蛋白的单克隆抗体，观察有无凝集现象(抗原—抗体特异性结合的现象)，若有则说明M基因不失活，否则说明M基因失活。 9 ① ② ③ ④ ③ 10 1、“动物细胞融合”和“植物体细胞杂交”的比较 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 融合前处理 诱导融合的方法 用途 成功的标志 结果 细胞膜的流动性 分散（胰蛋白酶等处理） 物理（电融合法）、化学（ PEG ） 灭活的病毒 制备单克隆抗体 细胞核的融合 三、“动物细胞融合”与“单克隆抗体” 获得杂种植株 细胞膜的流动性 植物细胞的全能性 去壁（纤维素酶等处理） 物理（电融合法、离心法）化学（ PEG ） 杂种细胞再生出细胞壁 杂种植株 杂交细胞 11 例1．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。下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、电激等进行促融处理 D “动物细胞融合”“植物体细胞杂交”“有性生殖过程的精卵融合” D　[单克隆抗体的制备过程中需要进行二次筛选，第一次是用选择性培养基筛选出杂交瘤细胞后，还需要用抗原—抗体特异性结合的原理筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞，再进行大规模培养，A错误；采集来的卵母细胞培养到MⅡ期，精子要经过获能处理，方可进行体外受精，B错误；若细胞a、b分别代表白菜、甘蓝细胞，则完成融合的标志为产生新的细胞壁，C错误；细胞融合过程都涉及膜的流动性，常用聚乙二醇、电激等进行促融处理，D正确。] 12 单克隆抗体 筛选二：克隆化培养，抗体检测（多次） 多种细胞 杂交瘤细胞 体外或体内培养 筛选一：（HAT）选择培养基 骨髓瘤细胞 诱导融合 产生单一抗体 的杂交瘤细胞 杂交瘤细胞群 提取 B淋巴细胞（多种） 动物细胞融合技术 动物细胞培养技术 既能迅速大量增殖 又能产生抗体 特异性强 灵敏度高 可大量制备 注射 抗原 既能迅速大量增殖 又能产生专一抗体 原理 细胞膜的流动性 原理 细胞增殖 不出现接触抑制 2、 “单克隆抗体”的制备 刺激小鼠产生能分泌特定的抗体的B淋巴细胞（多种） 刺激小鼠产生能分泌特定的抗体的B淋巴细胞（多种） 13 例2．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须的转化酶和激酶，制备单克隆抗体时选用的骨髓瘤细胞中缺乏转化酶和激酶。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 D 用“HAT培养基”筛选的原理 B细胞瘤细胞 B细胞 解析：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。B细胞 14 例4．(全国新课标Ⅰ卷，部分)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。 (1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是______________________。 (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____________，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________________ ___。 (3)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培养 诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞　 选择培养基　 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的特异性结合　 “单克隆抗体”制备的流程 【解析】(1)实验前给小鼠甲注射病毒A，是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)取小鼠的脾脏，剪碎组织，用胰蛋白酶处理获得单个细胞，加入培养液可以制成单细胞悬液。(3)图中筛选1需要用到选择培养基，只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，该过程要用到抗原—抗体杂交，故筛选所依据的原理是抗原－抗体反应具有特异性。(4)获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后，可以在体外培养液中进行培养，或在小鼠的腹腔中进行培养，使杂交瘤细胞大量增殖。 15 ① ② ③ ④ 四、干细胞培养及其应用 ①类型： 胚胎干细胞 ES细胞 成体干细胞 ①分布： ②特点： ①分布： ②分类： (原始性腺)； 可诱导分化成为成年动物体内任何一种类型的细胞， 进一步形成机体的所有 的潜能； 成体组织或器官内（如骨髓、脐带血）； 1、多能干细胞:骨髓、外周血、脐带血中的 ； 2、专能干细胞:神经干细胞；睾丸中的 ； 具有 ，只能分化成特定的细胞或组织； ②应用 ①造血干细胞：治疗白血病，造血系统、免疫系统疾病; ②神经干细胞：治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如阿尔茨海默病等） 诱导多能干细胞 体外诱导某些细胞（如成纤维细胞），获得类似胚胎干细胞 借助载体将 导入细胞中，直接将 导入细胞或者用 等来诱导形成iPS细胞 ②诱导因子： ①来源： 组织和器官甚至个体 早期胚胎 造血干细胞 精原干细胞 组织特异性 特定基因 特定蛋白 小分子化合物 ③特点： iPS细胞,类似胚胎干细胞 ； 17 对点练习．科学家通过转入4 种基因，可使体细胞形成诱导多能干细胞(iPS细胞)，并将其注射到无法发育到成体阶段的四倍体囊胚中，最终获得克隆鼠，经鉴定证实克隆鼠是由iPS细胞发育而来并可繁殖后代，实验流程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．可用显微注射法或用经过修饰的病毒导入四种基因 B．克隆鼠的体色为黑色且染色体组数与黑鼠相同 C．灰鼠受精卵第一次卵裂生成的子细胞经电激诱导两两融合后可发育成四倍体囊胚 D．该实验过程中使用到的技术有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术 D D　[由于受体细胞是动物体细胞，可以选择用显微注射法，也可以用经过修饰的病毒导入，因为病毒对于宿主细胞具有感染性，利用病毒这一特点，可以用经过修饰的病毒将目的基因导入受体细胞，A 正确；由题干信息可知，克隆鼠由iPS细胞发育而来并可繁殖后代，iPS细胞是由黑鼠提供的体细胞转入四种基因后筛选所得，细胞核中染色体数与黑鼠相同，体色最可能为黑色，B正确；灰鼠受精卵为二倍体，第一次卵裂后生成的子细胞也含有两个染色体组，经电激诱导细胞两两融合，融合后的细胞含有4个染色体组，经进一步发育获得的囊胚为四倍体，C正确；该实验过程中使用到的技术有基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养、胚胎移植等技术，该过程不涉及体外受精，D错误。] 18 $