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(共56张PPT)
第41讲　动物细胞工程
素养目标
考点一 动物细胞培养
夯实基础 精研教材
1.动物细胞培养的地位
动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、
　　　　　　　　　等。
动物细胞融合
2.动物细胞培养的条件
血清
培养液
36.5±0.5
7.2~7.4　
维持培养液的pH
3.动物细胞培养
(1)生长特点
①细胞贴壁:将细胞悬液放入培养瓶内,置于适宜环境中培养,悬液中分散的细胞很快就　　　　　　　　　上,称为细胞贴壁。
②接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面　　　　　　时,细胞
　　　　　　　　的现象称为细胞的接触抑制。
贴附在瓶壁　
相互接触
停止分裂增殖
(2)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
4.动物细胞培养与植物组织培养的比较
5.干细胞的培养及其应用
(1)概念:干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞,与组织、器官的发育、再生和修复密切相关。
(2)三种干细胞比较
骨髓
任何一种类型
成体
神经干细胞
特定的细胞或
组织
胚胎干细胞
教材深挖
1.(选择性必修3 P44正文)“在使用合成培养基时,通常需要加入血清等一些天然成分。”血清中含有哪些促进细胞代谢和生长的物质
2.(选择性必修3 P44旁栏思考)进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞,这说明细胞间的物质主要是什么 不能用胃蛋白酶的原因是什么
蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等
蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH为1.5左右,而动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,胃蛋白酶在此环境中没有活性
4.(选择性必修3 P46相关信息延伸思考)科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞: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。
3.(选择性必修3 P45正文)动物细胞培养过程中,用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理组织块,使组织分散成单个细胞的目的是什么
使细胞与培养液充分接触,保证细胞所需氧气和营养的供应;保证细胞内代谢物及时排出
易错排查
1.用胰蛋白酶将囊胚内细胞团的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞。
(　　)
2.胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养。(　　)
3.动物细胞的传代培养次数通常是无限的。(　　)
4.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应。 (　　)
5.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化。(　　)
6.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力,可用于治疗白血病。(　　)
7.动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。(　　)
×
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√
考法练透 素养提升
考法一　动物细胞培养
1.(2022·湖北卷)某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究,结果发现其培养的原代神经元生长缓慢,其原因不可能是(　　)
A.实验材料取自小鼠胚胎的脑组织
B.为了防止污染将培养瓶瓶口密封
C.血清经过高温处理后加入培养基
D.所使用的培养基呈弱酸性
A
解析 小鼠胚胎脑组织中含有丰富的原代神经元,细胞增殖能力强,不会导致细胞生长缓慢,A项符合题意;培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧,影响细胞的有氧呼吸,造成供能不足,可能导致细胞生长缓慢,B项不符合题意;血清经过高温处理后,其中活性成分变性,失去原有功能,细胞的生存环境严重恶化,可能导致细胞生长缓慢,C项不符合题意;小鼠的内环境为弱碱性,若所使用的培养基呈弱酸性,会导致细胞的生存环境恶劣,可能导致细胞生长缓慢,D项不符合题意。
考法二　干细胞的培养及应用
2.(2025·重庆开学模拟)科学家将多种转录因子基因转入已分化的体细胞,实现了细胞的重编程,成功培育出了一种与胚胎干细胞相似的细胞——诱导多能干细胞(iPS)。随后,他们逐步减少导入的基因数量,最终确定仅使用四种转录因子基因:c-Myc、Oct3/4、Sox2和Klf4就能够将成纤维细胞转化为iPS细胞,根据信息,下列说法错误的是(　　)
A.将患者细胞转化为iPS细胞,再培养成视网膜细胞并移植到其体内,可以避免免疫排斥
B.在研究过程中,科学家采用了减法原理来控制变量
C.培养基中必须添加血清,因为它含有生长因子、氨基酸、生长素等多种成分
D.在体外培养iPS细胞时,定期更换培养液可以清除细胞代谢物
答案 C　
解析 由于iPS细胞培养成的视网膜细胞根本上来源于患者,细胞表面分子标签一致,可以避免免疫排斥,A项正确;在研究过程中“逐步减少导入的基因数量”,可以判断采用了减法原理来控制变量,B项正确;人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚,在使用合成培养基时,培养基除了添加葡萄糖、氨基酸等必要的营养成分外,通常需加入血清等一些天然成分,生长素为植物激素,C项错误;在进行动物细胞培养时,定期更换培养液可以清除细胞代谢物,D项正确。
考点二 动物细胞融合技术与单克隆抗体
夯实基础 精研教材
1.动物细胞融合技术
PEG融合
电融合
一定的流动性
有性杂交
2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
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、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖
融合前处理 除去细胞壁 使细胞分散开
相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶和胶原蛋白酶
比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
诱导 方法 物理法:电融合法、离心法等; 化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等 聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等
结果 杂种植株 杂交细胞
应用 培育植物新品种等 主要用于制备单克隆抗体
意义 突破远缘杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合 3.单克隆抗体
(1)原理:一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体,B淋巴细胞在体外
　　　　无限增殖;骨髓瘤细胞能　　　　　　;B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到　　　　细胞,既能无限增殖,又能产生特异性抗体。
不能
无限增殖
杂交瘤
(2)制备过程
B淋巴细胞
选择培养基
杂交瘤细胞　
图解说明
图解说明
(3)优点
①能准确地识别　　　　的细微差异。
②与特定　　　　发生特异性结合。
③可以大量制备。
(4)应用
①作为诊断试剂,可与特定抗原发生特异性结合,并且可大量制备。
②用于治疗疾病和　　　　　　　　,形成抗体—药物偶联物(ADC),实现对肿瘤细胞的　　　　　杀伤。
抗原
抗原
运载药物
选择性
易错排查
1.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.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产。(　　)
3.融合细胞c将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因。(　　)
4.产生抗人白细胞介素-8抗体的杂交瘤细胞的筛选必须通过分子检测。
(　　)
5.细胞融合时使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成。(　　)
6.杂交瘤细胞经筛选培养能获得分泌特异性抗体的细胞群。(　　)
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√
×
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×
√
考法练透 素养提升
考法一　动物细胞融合
1.(2025·广东揭阳模拟)某一生物工程技术过程中出现细胞融合的操作,下列叙述正确的是(　　)
A.若为植物体细胞杂交技术,则用聚乙二醇处理两种植物细胞后会直接出现膜融合
B.若为单克隆抗体的制备技术,融合得到的细胞分别经过特定选择培养基筛选、克隆化培养和抗体检测就可得到大量的单克隆抗体
C.若为体外受精技术,细胞融合时可在显微镜下观察到雌、雄原核或两个极体
D.若为动物体细胞核移植技术,融合得到的细胞可直接移植到受体母牛子宫内获得克隆牛
C
解析 若植物体细胞杂交,首先用酶解法去壁,一般使用纤维素酶和果胶酶处理,再进行细胞融合,A项错误;若为单克隆抗体的制备技术,融合得到的细胞分别经过特定选择培养基筛选、克隆化培养和抗体检测,然后将杂交瘤细胞大量培养,可得到大量的单克隆抗体,B项错误;若为体外受精技术,细胞融合时可在显微镜下观察到雌、雄原核或透明带和卵细胞膜之间的两个极体,C项正确;若为动物体细胞核移植技术,融合得到的细胞需培养到桑葚胚或囊胚,然后移植到受体母牛子宫内获得克隆牛,D项错误。
考法二　单克隆抗体及应用
2.(2025·河北唐山开学模拟)在某药物研发过程中,需制备抗细胞膜蛋白N的抗体,流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.取脾组织之前应用蛋白N对健康小鼠进行免疫
B.将培养B淋巴细胞的培养瓶置于培养箱并通入无菌氧气
C.将杂交瘤细胞转入96孔板时,每个孔中尽量只接种一个细胞
D.将药物与抗蛋白N的单克隆抗体结合,可实现特异性治疗
B
解析 取脾组织之前应用蛋白N对健康小鼠进行免疫,其目的是获得能产生相应抗体的B淋巴细胞,A项正确;将培养B淋巴细胞的培养瓶置于二氧化碳培养箱中进行培养,其中存在氧气,不需要专门通入无菌氧气,B项错误;将杂交瘤细胞转入96孔板时,每个孔中尽量只接种一个细胞,这样可以保证每个孔板中只有一种细胞,便于筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞,C项正确;将药物与抗蛋白N的单克隆抗体结合,可实现特异性治疗,该过程中药物起到治疗作用,单克隆抗体能将药物带到病灶部位,D项正确。
3.(2024·江西临川模拟)抗体药物偶联物(ADC)是采用特定技术将具有生物活性的小分子药物连接到单克隆抗体上,实现对肿瘤细胞精准的选择性杀伤。ADC的结构及其发挥作用的机理如下图,有关叙述错误的是(　　)
A.ADC实现精准杀伤肿瘤细胞的基础是抗体与抗原特异性结合
B.该肿瘤细胞死亡是在ADC诱导下细胞自动死亡的过程
C.将特定抗原注射到小鼠体内,可以从小鼠血清中获得单克隆抗体
D.对特定抗原筛选出的杂交瘤细胞进行克隆化培养可获得单克隆抗体
C
解析 由于单克隆抗体的特异性强,能特异性识别抗原,因此可以把抗肿瘤细胞的单克隆抗体与药物等相结合,借助单克隆抗体的定位导向作用将药物定向带到肿瘤细胞,故ADC实现精准杀伤肿瘤细胞的基础是抗体与抗原特异性结合,A项正确;ADC进入细胞后,溶酶体使其裂解,释放药物,导致细胞凋亡,肿瘤细胞凋亡是细胞自动死亡的过程,B项正确;将特定抗原注射到小鼠体内,可以从小鼠血清中获得抗体,获得的抗体可能有多种,不是单克隆抗体,C项错误;对特定抗原筛选出的杂交瘤细胞进行克隆化培养可获得单克隆抗体,该种细胞的特点是既能迅速大量增殖,又能产生所需抗体,D项正确。
考点三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
夯实基础 精研教材
1.动物体细胞核移植和克隆动物 属于无性繁殖
(1)原理
　　　　　　　,即动物细胞核中具有该种动物全套的遗传信息。
(2)类型
(3)涉及技术
动物细胞培养技术、　 　　　　　　、核移植技术、　　　　　　等。其中,核移植是核心技术。
细胞核的全能性
动物胚胎细胞分化程度低
动物细胞融合技术　
胚胎移植技术
(4)过程
10代以内的
2.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
遗传改良
生物反应器
转基因克隆动物
胚胎干细胞　
非常低
健康　
遗传和生理缺陷
3.细胞工程的各种技术手段及其原理总结
教材深挖
1.(选择性必修3 P52相关信息)减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)卵母细胞中的“核”其实是　　　　 　　　 　　。文中所说的“去核”是去除该复合物。
2.(选择性必修3 P54思考·讨论)
(1)体细胞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 　。
(2)通过体细胞核移植方法生产的克隆动物,不是对体细胞供体动物进行了100%的复制,原因是____________________________________________
　 。
纺锤体—染色体复合物
保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞
少部分DNA(如线粒体DNA)来自受体卵母细胞
克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,但核外还有
3.(选择性必修3 P54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　　　　　。也有人采用梯度离心、　　　　　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　　　　 　　。
显微操作法
紫外线
DNA变性
易错排查
1.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次级卵母细胞。(　　)
2.体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(　　)
√
×
思维探究 考教衔接
(根据2018·全国Ⅲ卷、2016·全国Ⅱ卷、2014·福建卷、2015·安徽卷、2013·山东卷情境设计)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。
回答下列问题。
(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指
　 。
在核移植之前,必须先去掉受体卵母细胞的核,目的是_________________
　　　　　　;去核时常采用　　　 　法,受体应选用　　　　期的卵母细胞。
(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度　　　　(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
将动物一个细胞的细胞核,移入一个已去核的卵母细胞
保证核遗传物质
来自供体细胞
显微操作去核
MⅡ
小于
胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易

(3)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　　　　。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目　　　　(填“减半”“加倍”或“不变”)。在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目　　　　(填“相同”或“不相同”),性染色体组合　　　　(填“相同”或“不相同”)。
(4)与克隆羊“多莉”培养成功一样,两只克隆猴——“中中”和“华华”的成功获得也证明了 　。
XX或XY
不变
相同
不相同
已经分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
考法练透 素养提升
1.(2025·河南开学模拟)水牛克隆技术在农业领域中的应用主要是针对水牛的繁殖、育种及经济价值方面。其基本流程包括体细胞的采集、受体卵母细胞的获得和去核、体细胞核的移植、细胞融合和激活、重构胚的培养与发育、胚胎移植等步骤。下列相关叙述正确的是(　　)
A.克隆动物与试管动物的生殖方式均为无性繁殖
B.卵母细胞的去核方法有梯度离心、Ca2+载体等
C.进行胚胎移植前需对受体母牛进行同期发情处理
D.该过程涉及多项技术,如体外受精、核移植技术等
C
解析 克隆动物的生殖方式为无性繁殖,试管动物的生殖方式为有性生殖,A项错误;卵母细胞的去核方法有显微操作法、梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等,Ca2+载体是激活重构胚的方法,B项错误;胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,胚胎移植时,受体母牛需要和供体处于相同的生理状态,C项正确;水牛克隆过程涉及的技术有核移植、细胞融合和激活、早期胚胎培养、胚胎移植等,没有体外受精,D项错误。
2.我国研究人员经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴,流程如图所示,①~⑥表示过程,该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。下列说法错误的是(　　)
A.过程①用含血清的液体培养基,置于95%空气和5% CO2培养箱中培养
B.过程②表示的卵母细胞去核,实际去除的是纺锤体—染色体复合物
C.可用Ca2+载体或乙醇激活重构胚,使其完成分裂和发育进程
D.代孕母猴分娩的食蟹猴性状表现与提供卵母细胞的雌性食蟹猴无关
D
解析 过程①用含血清的液体培养基,置于95%空气和5%CO2培养箱中培养,这是常见的动物细胞培养条件,A项正确;过程②表示的卵母细胞去核,实际去除的是纺锤体—染色体复合物,这是核移植技术中去核的关键操作,B项正确;可用Ca2+载体或乙醇激活重构胚,使其完成分裂和发育进程,这是激活重构胚的常见方法,C项正确;由雌性食蟹猴提供的卵母细胞中含有细胞质基因,也会遗传给食蟹猴,因此食蟹猴性状表现和提供卵母细胞的雌性食蟹猴有关,D项错误。
聚焦表达 回扣落实
1.(原因分析类)动物体细胞进行体外培养时,　　　(填“需要”或“不需要”)脱分化过程,原因是______________________________________________
　　　　　 　　。
2.(选择性必修3 P44正文)细胞在培养过程中悬浮培养的细胞会因
　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　等因素而分裂受阻。
不需要
高度分化的动物细胞分化的潜能变窄,失去发育成
完整个体的能力
细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏
3.(选择性必修3 P45图2-12)用胰蛋白酶处理动物组织,对细胞的“消化”有两种情况:
(1)短时间内细胞　　　(填“会”或“不会”)被“消化”,原因是
　 　　　　　　　　　　　　　　。
(2)长时间后细胞　　　　(填“会”或“不会”)被“消化”,原因是
　　　　　　 　　　　　　　　 　。
4.(选择性必修3 P48相关信息)灭活病毒诱导细胞融合的原理是
　　　　　　　　　　　　　　。
不会
细胞表面具有糖蛋白,对细胞具有一定的保护作用
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
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,使细胞互相凝聚,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

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