2022版高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第36课动物细胞工程学案新人教版

这是一份2022版高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第36课动物细胞工程学案新人教版，共12页。学案主要包含了动物细胞培养，动物细胞融合技术与单克隆抗体，动物体细胞核移植技术和克隆动物等内容，欢迎下载使用。


一、动物细胞培养
1．地位：动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
2．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。
3．培养条件
(1)营养条件：糖类、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、微量元素等营养物质，此外通常还需血清等一些天然成分。
eq \a\vs4\al(（2）无菌、无,毒的环境)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(培养液和培养用具进行灭菌处理,在无菌环境下操作,定期更换培养液，清除代谢物))
(3)温度、pH和渗透压：哺乳动物的细胞培养温度多以36.5±0.5 ℃为宜，多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。
eq \a\vs4\al(（4）气体,环境)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(95%的空气：其中O2为细胞代谢所必需的,5%的CO2：维持培养液的pH))
4．动物细胞培养的过程
(1)过程
(2)相关概念
①细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。
②细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。
③原代培养：分瓶之前的细胞培养，即动物细胞经处理后的初次培养。
④传代培养：分瓶之后的细胞培养。
5．干细胞的培养及其应用
(1)干细胞
①概念：在一定条件下可以分化成其他类型细胞的细胞。
②分布：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
③种类
(2)干细胞在医学上的应用
①造血干细胞移植，治疗白血病及造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。
②神经干细胞，治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病。
③诱导多能干细胞(iPS细胞)。
二、动物细胞融合技术与单克隆抗体
1．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)方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
(3)结构基础：细胞膜的流动性。
(4)结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的杂交细胞。
(5)意义
①突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。
②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，为制备单克隆抗体开辟了新途径。
2．单克隆抗体及其应用
(1)单克隆抗体的制备过程
(2)单克隆抗体的优点：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，且可大量制备。
(3)单克隆抗体的应用
①作为诊断试剂：“早早孕诊断试剂盒”。
②运载药物：抗体—药物偶联物(ADC)。
③用于治疗疾病：单克隆抗体药物。
三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1．动物体细胞核移植技术的概念
(1)供体：动物一个细胞的细胞核。
(2)受体：去核的MⅡ期卵母细胞。
(3)结果：重新组合的细胞发育形成重构胚，最终发育成动物个体。
2．动物体细胞核移植技术的类型
3.体细胞核移植的过程(以克隆高产奶牛为例)
4．动物体细胞核移植技术的应用前景及存在问题
(1)应用前景eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(畜牧业,保护濒危物种,医药卫生领域,研究克隆动物))
(2)存在问题eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(①体细胞核移植技术的成功率非常低,②核移植的理论研究较为滞后,③大多数克隆动物存在健康问题))
1．动物细胞培养是动物细胞工程的基础
(1)制备肝细胞悬液时可用胃蛋白酶处理。(×)
(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。(×)
(3)在25 ℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。(×)
(4)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×)
2．在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞
(1)胚胎干细胞在体外培养条件下具有只增殖而不发生分化的特点。(√)
(2)胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点。(×)
(3)胚胎干细胞在分化诱导因子的作用下可以向不同类型的组织细胞分化。(√)
3．动物细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术
(1)植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同的。(√)
(2)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(×)
(3)杂交瘤细胞进行体内培养，是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎。(×)
(4)B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)。(√)
4．动物体细胞核移植技术可以培育克隆动物
(1)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。(×)
(2)克隆动物的性状与供体动物完全相同。(×)
(3)与“多莉”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。(√)
(4)在核移植时，通常将整个体细胞而不是细胞核注入去核卵母细胞中。(√)
动物细胞培养和动物体细胞核移植技术
1．植物组织培养与动物细胞培养的比较
2.动物细胞培养与动物体细胞核移植的不同点
3.克隆动物
(1)动物体细胞核移植技术选择MⅡ期的去核卵(母)细胞的原因：卵母细胞体积比较大，易操作；卵(母)细胞细胞质多，营养丰富；含有促进细胞核全能性表达的物质。
(2)克隆动物的遗传物质分析：克隆动物是由重组的细胞经培养而来的，该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞，细胞核基因来源于提供细胞核的亲本，其遗传物质来自2个亲本。
(3)克隆动物的性状分析：动物细胞核移植技术，体现了动物细胞核的全能性。克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因：①克隆动物细胞质基因来自去核卵(母)细胞；②性状受环境的影响；③在个体发育过程中有可能发生基因突变。
考向1| 动物细胞培养技术
1．(2020·山东菏泽模拟)2020年初，荷兰某研究所利用蛇干细胞培养出可分泌毒液的蛇毒腺微型组织，让毒素的获取途径更加安全和简单。下列叙述正确的是( )
A．培养蛇干细胞时O2的作用是维持培养液pH的稳定
B．蛇毒腺微型组织基因的表达与蛇干细胞不完全相同
C．利用蛇干细胞的大量增殖即可获得大量分泌毒液的细胞
D．培养蛇毒腺微型组织与哺乳动物细胞培养的条件完全相同
B 解析：培养蛇干细胞时，CO2的作用是维持培养液pH的稳定，A错误；蛇毒腺微型组织已经分化，具有特定的形态，其细胞内基因已选择性表达，与蛇干细胞内基因的表达不完全相同，B正确；蛇干细胞没有分化成腺细胞，不能合成大量毒素，不能增殖得到大量分泌毒液的细胞，C错误；蛇属于变温动物，一般来说，培养时需要的温度不同于哺乳动物，D错误。
考向2| 动物体细胞核移植技术
2．下列关于动物体细胞核移植技术及其应用的叙述，错误的是( )
A．利用体细胞核移植技术克隆动物依据的原理是细胞核的全能性
B．体细胞核移植主要在同种动物的同种组织之间进行
C．体细胞核移植技术获得的动物与核供体遗传性状不完全相同
D．利用体细胞核移植技术可以加速家畜遗传改良进程
B 解析：动物体细胞核移植技术体现了动物体细胞核具有全能性，A正确；细胞核移植主要在同种动物的不同组织细胞之间进行，B错误；用核移植的方法得到的动物就是克隆动物，克隆动物的细胞核基因来自提供细胞核的生物，而细胞质基因来自提供细胞质的生物，因此克隆动物的性状与提供细胞核的动物相似，而不是完全相同，C正确；利用体细胞核移植技术已展示出广阔的应用前景，克隆为器官移植创造更有利的条件，可以快速繁殖具有优良品质的家畜，D正确。
动物细胞融合技术和单克隆抗体
根据单克隆抗体制备的过程示意图回答下列问题：
(1)图中给小鼠注射特定的抗原蛋白，其目的是什么？
答案：刺激机体发生免疫应答，从而产生特定的B淋巴细胞。
(2)若仅考虑细胞的两两融合，在获取杂交瘤细胞的过程中，筛选淘汰的细胞有几种类型？为什么？
答案：有未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(B－B融合细胞、瘤－瘤融合细胞)两种类型。出现不同类型是因为细胞融合不是100%的，且是随机的。
(3)由图中可看出，单克隆抗体的制备过程中，运用了动物细胞工程中的哪种技术手段？
答案：动物细胞融合和动物细胞培养。
(4)抗体—药物偶联物(ADC)是通过一个特定的化学连接将具有生物活性的小分子药物连接到单克隆抗体上，单克隆抗体作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞中，ADC被誉为抗肿瘤药物中的“智能生物导弹”，其弹头的威力大小直接关乎疗效。
上图即为ADC分子组成，请分析其组成、作用原理及优点。
答案：ADC通常由①单克隆抗体、②接头、③药物(如细胞毒素)三部分组成。通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤，广泛用于治疗疾病和运载药物(主要用于癌症治疗，也有少量用于治疗其他疾病)。靶向递送毒性小分子的“生物导弹”具有疗效高、毒副作用小的优点。
1．植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同点
2.传统抗体与单克隆抗体的比较
考向1| 动物细胞融合技术
1．(多选)(2019·江苏卷)下图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT－)，在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA，无法生长。下列叙述正确的是( )
A．可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合
B．两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长
C．杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产
D．细胞膜的流动性是细胞融合的基础
ACD 解析：灭活的仙台病毒具有诱导细胞融合的作用，A正确；两两融合的细胞包括免疫B细胞—免疫B细胞、骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞、免疫B细胞—骨髓瘤细胞三种，只有免疫B细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞才能在HAT培养液中生长，B错误；与骨髓瘤细胞结合的免疫B细胞的种类不同，形成的杂交瘤细胞产生的单克隆抗体不同，因此获得的杂交瘤细胞需要进一步筛选才能用于生产，C正确；细胞融合的基础是细胞膜具有一定的流动性，D正确。
考向2| 单克隆抗体及其应用
2．(2020·全国卷Ⅰ)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_________________________________________________________。
(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：__________________________________________________。
(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____________________。
(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)。
解析：(1)结合题干信息分析题图可推断，给小鼠甲注射病毒A的目的是让小鼠甲产生免疫反应，以获得能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：取小鼠甲脾脏，用机械的方法，或用胰蛋白酶处理，使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液。(3)分析题图可知，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未融合的亲本细胞和融合的具有同种细胞核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生存，即由B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交瘤细胞才能生存。图中筛选2所依据的基本原理是抗原与抗体的反应具有特异性。(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，可将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖，也可以将杂交瘤细胞在体外培养。
答案：(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞 (2)取小鼠甲脾脏用机械的方法，或用胰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 (3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的反应具有特异性 (4)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
命题生长点1 动物细胞融合
(1)动物细胞融合技术最重要的用途是制备单克隆抗体。
(2)在航天飞船上进行的“太空融合”，与图中的方法三的原理相同。
(3)人工诱导动物细胞融合与诱导植物细胞融合的方法基本相同，其中诱导动物细胞融合特有的方法为灭活病毒诱导法。
解析：(1)动物细胞融合最重要的用途是制备单克隆抗体。(2)“太空融合”指的是细胞融合，与方法三的原理相同，都是利用了细胞膜的流动性。(3)诱导动物细胞融合特有的方法为灭活病毒诱导法。
命题生长点2 动物细胞核移植
(1)动物个体甲、乙的产生分别属于哪种生殖方式？
答案：动物个体甲的产生属于有性生殖；动物个体乙的产生属于无性生殖。
(2)方法二从A品种牛体内取出细胞c，进行体外培养，将培养细胞取出细胞核注入B品种牛的去核卵母细胞b中，经过刺激和培养后，可形成重构胚，该胚胎最终发育为克隆牛。该过程体现了动物细胞核具有全能性。
有性生殖和无性生殖易混辨析
有性生殖和无性生殖的根本区别在于是否进行减数分裂。
有性生殖经过减数分裂形成两性配子(过程中发生了变异)；无性生殖不进行减数分裂形成配子，如原核生物(如细菌)可进行二分裂，真核生物(如变形虫)可进行有丝分裂形式的无性生殖。例如：试管婴儿进行的是体外受精、胚胎移植， 因为其性细胞的产生经过了减数分裂，所以为有性生殖；克隆是体细胞的核移植，所以为无性生殖。
动物细胞核移植的两点注意
(1)克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。
(2)动物体细胞核移植技术(克隆)从生殖方式的角度看属于无性生殖，重组细胞相当于受精卵，需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。
课程标准要求
学业质量水平
4.2.1 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
4.2.2 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
4.2.3 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
4.2.4 概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术
4.2.5 简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值
1.以生命观念为指导，结合内环境的理化性质，理解动物细胞培养的所需条件和一般过程。(生命观念 科学思维)
2.运用理性思维方法探讨动物细胞核移植技术的类型及其差异，归纳动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。(生命观念 科学思维)
3.通过对教材中有关动物细胞融合的结构基础、诱导方法及原理的理解，掌握动物细胞融合的过程。(生命观念 科学思维)
4.对单克隆抗体制备的操作步骤和结果进行分析、推理，总结单克隆抗体制备的一般流程以及每一步的操作原理以及在医学领域上的应用。(科学思维 社会责任)
5.了解干细胞在生物医学工程中的应用价值，形成热爱生命、敬畏生命的观念，遵循正确的伦理道德。(生命观念 社会责任)
种类
胚胎干细胞
成体干细胞
特点
具有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所有组织和器官甚至个体的潜能
在成体组织或器官内，具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力
分布
分布于早期胚胎中
骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等
类型
特点
胚胎细胞核移植
动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易
体细胞核移植
动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
理论基础
植物细胞的全能性
细胞增殖
实验前处理
无菌、离体
无菌；用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开
取材
植物较幼嫩的部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
培养基
性质
固体
液体
培养基
成分
水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等
糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等
结果
最终产生新个体，体现了细胞的全能性
细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，不能体现细胞的全能性
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
比较项目
动物细胞培养
动物体细胞核移植
原理
细胞增殖
动物细胞核的全能性
过程
结果
获得细胞群
获得克隆动物
应用
①生产生物制品；
②用于基因工程；
③检测有毒物质
①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；
②保护濒危物种；
③生产医用蛋白；
④提供克隆器官、组织等
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
过程
细胞A、B
↓去壁
原生质体A、B
↓融合
融合的原生质体
↓再生壁
杂种细胞
植物组↓织培养
杂种植株
细胞A、B
↓融合
杂交细胞
↓有丝分裂
多个相同杂交细胞
相关酶
纤维素酶和果胶酶
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
诱导融
合方法
物理法：电融合法、离心法；
化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法
PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等
结果
杂种植株
杂交细胞
意义
克服了远缘杂交的不亲和性，获得杂种植株
突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能
名称
产生
特点
传统抗体
由浆细胞产生
一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体
由杂交瘤细胞产生
特异性强、灵敏度高、纯度高，能大量制备
学习探索情境
由于细胞的密度不同，在地面上受重力影响，细胞的融合非常困难，在太空进行此试验比在地面试验细胞融合率大大提高。科学家在航天飞船上进行了B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的融合、黄花烟草原生质体和“革新”一号烟草原生质体的融合两个科学实验，在电融合仪内经过160 min后，终于获得成功。
下图为在地面上进行的某哺乳动物生殖过程及相关细胞工程的示意图，其中a为精子，b为卵细胞，c、d为体细胞。