2019-2020年高三生物总复习 第49讲 动物细胞工程教案.doc

2019-2020年高三生物总复习 第49讲 动物细胞工程教案【考纲要求】 细胞工程 考纲要求具体内容(4)动物细胞培养(5)动物体细胞核移植技术和克隆动物(6)动物细胞融合(7)单克隆抗体 I 实验内容(2)动物细胞培养技术(3)单克隆抗体的制备过程实验与探究能力【考点分析】知识点试卷类型题型动物细胞工程xx天津理综非选择题xx宁夏理综非选择题xx天津理综选择题xx宁夏理综非选择题xx上海生物选择题xx浙江生物选择题xx山东理综非选择题xx四川生物非选择题xx江苏生物非选择题【考点预测】从近几年高考试题看，植物细胞工程主要围绕植物细胞的全能性、植物体细胞杂交及植物组织培养的流程、条件进行考查；动物细胞工程主要集中在动物细胞培养、单克隆抗体技术、细胞核移植在克隆动物、治疗性克隆方面的应用。今年高考命题中，动物克隆、单克隆抗体的制备、植物体细胞杂交将是高考的热点，在复习中应重点掌握。 本专题内容侧重考查克隆技术方面的应用。从近几年新课标改革地区生物试题看注重考查植物细胞的全能性、植物组织培养、动物细胞培养、单克隆抗体等知识点。考查知识点分布主要集中在植物组织培养、植物体细胞杂交、动物细胞培养、动物细胞融合、细胞核移植、单克隆抗体制备等，以非选择题为主。总体上来说本单元的考查难度较高，且作为选做题出现。在复习的过程中，要多加强理解和与现代科技的应用等。【知识梳理】1. 动物细胞培养2. 动物体细胞核移植技术3. 克隆技术4. 动物细胞融合5. 单克隆抗体的制备【重点解析】考点一 动物细胞培养 1动物细胞培养液的成分 与体内培养的营养物质基本一样，有氨基酸、糖、促生长因子、无机盐、微量元素等。 2动物细胞培养的条件 (1)无菌、无毒的环境对培养液和所有培养用具进行无菌处理；在细胞培养液中添加一定量的抗生素，以防止培养过程中的污染；定期更换培养液，以便清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害。 (2)营养物质液体、合成培养基，通常需加入血清、血浆等一些天然成分。 (3)温度和pH。 (4)气体环境主要有0。和CO：。CO。的主要作用是维持培养液的pH。 3动物细胞培养的过程 (2)细胞贴壁和接触抑制 将细胞悬浮液置于适宜环境条件的培养瓶中培养，悬浮中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。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，这种现象称为细胞的接触抑制。 (3)原代培养和传代培养 通常将动物组织被胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理以后的细胞的初次培养，称为原代培养。贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，这种培养即为传代培养。 (4)目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常在10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。 5动物细胞培养技术的应用 可用于生产蛋白质生物制品，检测有毒物质，为烧伤病人植皮，用于科学研究等。考点二 动物体细胞核移植和动物克隆 1动物核移植的概念 动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎。这个新的胚胎最终发育为动物个体。核移植移形成的动物称克隆动物。 2特点 主要是指不同种的细胞的拆合，新个体具备双亲的遗传特性。、4克隆 主要指同种细胞的拆合过程。 5动物体细胞核移植技术的应用 在畜牧生产方面培育良种动物，保护濒危特种，生产医用蛋白、器官和器官移植等。考点三 动物细胞融合和单克隆抗体1动物细胞融合 (1)概念和原理：又称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞过程，其原理是细胞膜的流动性。 (2)动物细胞融合的诱导方法 诱导方法和诱导原生质体融合的方法基本相同，如物理法、化学法；但还有一特殊方法是灭活的病毒。 (3)优点：动物细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。2单克隆抗体 (1)概念：由单个B淋巴细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。 (2)单克隆抗体的优点(特点)：化学性质单一，特异性强，灵敏度高。 3、单克隆抗体的制备过程： C提取单克隆抗体：从培养液或小鼠腹水中提取 (4)几个相关问题分析 对动物免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的效应B细胞，才能产生相应的抗体，所以，与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是效应B淋巴细胞。 对杂瘤细胞的选择：经过免疫的效应B细胞和骨髓瘤细胞杂交获得三种细胞：BB细胞、B瘤细胞、瘤瘤细胞，然后用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞，杂交瘤细胞发挥其繁殖快，产生特异性抗体的优点。 杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有B淋巴细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力。从而可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，能大量产生单克隆抗体。 杂交瘤细胞的抗体检测及克隆化培养 (5)单克隆抗体的应用 诊断疾病：诊断病毒引起的疾病和用癌细胞抗原制备的单克隆抗体定位诊断；药物导向治疗：运用药物与单克隆抗体连接在一起制成“生物导弹”；分离和纯化抗原分子。 注意：应抓住三个一，即一种诱导细胞融合的新方法灭活的病毒；一种新细胞杂交瘤细胞；一种优势单克隆抗体的特异性强、灵敏度高的抗体。某研究小组进行药物例1试验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题： (1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量 。 (2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是 。细胞培养应在含5C02的恒温培养箱中进行，5C02的作用是 (3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长 。药物试验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更 。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需用 消化处理。 (4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的 。 (5)已知癌基因x过量表达与肝肿瘤的发生密切相关，要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响，可将甲细胞分为A、B两组，A组细胞培养液中加入 ，B组细胞培养液中加入无菌生理盐水，经培养后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检测x基因在A、B两组细胞中的 或 合成水平的差异，确定Y的药效。解析：主要考查了动物细胞培养及其应用等知识点。(1)甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。肿瘤细胞为无限增殖的细胞，细胞周期短。在相同条件下，培养相同的时间，甲细胞的数量多于乙细胞。(2)动物细胞培养液中必须加入动物血清，血清中含有生长因子、促进细胞贴壁的因子、激素等这些合成培养基中缺乏的物质。大多数细胞培养液所需pH在7274，而多数培养液靠NaHC03与C02体系进行缓冲所以CO：的作用是调节pH。(3)甲为肿瘤细胞能无限增殖，传代的次数要比乙细胞多，乙细胞(正常肝细胞)在培养瓶中贴壁生长，当铺满瓶壁时，生长停止。为得到更多的肝细胞，需要定期用胰蚕白酶使细胞脱离瓶壁，进行传代培养。答案：(1)多 (2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 维持培养液pH (3)停止多胰蛋白酶 (4)抗生素 (5)Y mRNA蛋白质例2通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势，培育高产、耐盐的杂种植株。请完善下列实验流程并回答问题：(1)A是 酶，B是 ，C是具有 性状的幼芽。(2)若目的植株丢失1条染色体，不能产生正常配子而高度不育，则可用 (试剂)处理幼芽，以获得可育的植株。植物甲、乙是两种濒危药用植物(二倍体)。请按要求回答问题：(1)以植物甲、乙的茎尖和叶片为材料，通过组织培养获得了再生植株，解决了自然繁殖率低的问题。这表明植物细胞具有 。由叶片等材料形成的愈伤组织的形态结构特点是 。(2)图和图分别是植物甲、乙的萌发花粉粒和未受精胚珠的示意图。在分离珠被细胞的原生质体时，通常使用纤维素酶和果胶酶破除细胞壁，其原理是利用了酶的 。如果将图中的1个精子与图中的l个 细胞或2个 融合，可培育出三倍体植株。用适当浓度的秋水仙素处理该三倍体植株的幼苗，可能获得药用成分较高的六倍体植株。秋水仙素的作用机理是 。解析：I植物体细胞杂交的第一个步骤就是用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞去除细胞壁，得到原生质体，然后再诱导原生质体融合，诱导再生细胞壁，得到杂种细胞，然后进行植物组织培养，经过脱分化得到愈伤组织，再经过再分化得到幼苗，最后发育成杂种植株。若植株丢失一条染色体，则减数分裂时联会紊乱无法形成正常的生殖细胞，即表现为不育，若用秋水仙素处理幼苗可以得到染色体加倍的植株，使其可育。植物组织培养所依据的原理为植物细胞的全能性。愈伤组织的形态结构特点是：排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞。原生质体是植物细胞去除细胞壁以后的有活性的部分，所以获得原生质体的过程利用了酶的专一性，纤维索酶和果胶酶只会破坏植物细胞壁，对内部结构不会有破坏作用。二倍体植物的精子、卵细胞和极核中只有一个染色体组，珠被为体细胞，含有两个染色体组。秋水仙素的作用机理是抑制细胞有丝分裂过程中纺锤丝的形成。答案：I(1)纤维素酶和果胶 融合的原生质体耐盐(2)秋水仙素(1)全能性 排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞(2)专一性 珠被 极核 抑制细胞有丝分裂过程中纺锤丝的形成例3回答下列有关动物细胞培养的问题： (1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面 时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的 。此时，瓶壁上形成的细胞层数是 。要 使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是 。 (2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现 的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成 细胞，该 种细胞的黏着性 ，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量 。 (3)现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是 (4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到 期的细胞用显微镜进行观察。 (5)在细胞培养过程中，通常在 条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中 的活性降低，细胞 的速率降低。 (6)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作 进行攻击。 解析：在动物细胞培养过程中，细胞会表现出接触抑制现象，此时是单层细胞。用胰蛋白酶可以使贴壁细胞从瓶壁上分离下来。随着细胞传代培养代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡的现象，但极少数细胞可以连续增殖，有些细胞会因遗传物质改变而变成不死性细胞。活细胞的膜具选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，而死细胞的细胞膜丧失选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色。由于中期染色体形态固定、数目清晰，因此最好选用细胞分裂到中期的细胞用显微镜观察染色体数目。由于在冷冻超低温液氮下，细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低，故通常在此条件下保存细胞。机体把移植的皮肤组织当作抗原攻击，就会发生排斥现象。 答案：(1)相互接触接触抑制单层(或一层)胰蛋白酶 (2)衰老甚至死亡不死性降低减少 (3)由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入 活细胞内，故活细胞不能着色(或由于死细胞的膜丧失了选 择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色) (4)中 (5)冷冻(或超低温、液氮)酶新陈代谢(6)抗原【实战训练】（09浙江卷）1用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是A都需用培养箱 B都须用液体培养基C都要在无菌条件下进行 D都可体现细胞的全能性答案：C解析：动、植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行，动物成体的体细胞离体培养用液体培养基，不能体现细胞的全能性，植物成体的体细胞离体培养不一定用液体培养基，能体现细胞的全能性。故C正确。（09山东卷）2.（8分）（生物一现代生物科技专题） 人类在预防与诊疗传染性疾病过程中，经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原，且疾苗生产和抗体制备的流程之一如下图：提取病毒RNADNAA基因A基因表达载体受体细胞A蛋白小鼠皮下小鼠骨髓瘤细胞效应B淋巴细胞X抗A蛋白的单克隆抗体请回答：（1）过程代表的是 。（2）过程构建A基因表过载体时，必须使用 和 两种工具酶。（3）过程采用的实验技术是 ，获得的X是 。（4）对健康人进行该传染病免疫预防时，可选用图中基因工程生产的 所制备的疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可以疑似患者体内分离病毒，与已知病毒进行 比较；或用图中的 进行特异性结合检测。答案：（1）逆转录 （2）限制性核酸内切酶（限制酶、限制性内切酶） DNA连接酶（两空可以互换） （3）细胞融合 杂交瘤细胞 （4） A蛋白 核酸（基因）序列 抗A蛋白的单克隆抗体解析：本题以图展示了疫苗的生产和单克隆抗体的制备的过程，考察了中心法则、基因工程、动物细胞工程等现代生物科技。（1）中心法则中，对于少数的以RNA为遗传物质的病毒，其遗传信息的传递过程需要补充的过程有RNA的逆转录和RNA的复制的过程，图中过程正代表的是逆转录的过程（2）基因工程的步骤是：目的基因的提取构建基因表达载体导入受体细胞目的基因的检测和表达，其中构建基因表达载体中需要限制酶来切割以获取目的基因，同时需要相同的限制酶切割运载体以获取与目的基因相同的黏性末端，再通过 DNA连接酶连接目的基因和运载体。（3）过程是将瘤细胞与B淋巴细胞融合的过程，获得的叫杂交瘤细胞，其具备了瘤细胞的无限增殖的特性和B淋巴细胞的产生抗体的特性，从而制备单克隆抗体。（4）本题考察了免疫预防的操作过程，以及欲确诊疑似患者而采取的方法。本题中提示该RNA病毒表面的A蛋白为主要的抗原，故而可选用通过基因工程生产的A蛋白制备疫苗；确诊时为判断该病毒是否为题目中的RNA病毒，可以进行核酸序列的比对，也可以利用单克隆抗体具备特异性，利用抗A蛋白的特异性单克隆抗体通过能否特异性结合判断病毒表面是否有A蛋白的存在进一步进行检测是否为目的RNA病毒。（09四川卷）3.（22分）回答下列、两个小题。.将小鼠胚胎干细胞定向诱导分化成一种特定的细胞（命名为M细胞），再将M细胞移植到糖尿病模型小鼠（胰岛细胞被特定药物破坏的小鼠）体内，然后小鼠的血糖浓度，结果如图所示（虚线表示正常小鼠的血糖浓度值）。请回答相关问题：（1）实验用的胚胎干细胞取自小鼠的早期囊胚，取出胚胎后一般用酶将其分散成单个细胞。（2）根据实验结果可以判定M细胞已具有细胞的功能。说明判定的理由。（3）用胰岛素基因片段做探针，对小鼠胚胎干细胞和M细胞进行检测。请在下表的空格中填上检测结果（用“+”表示能检测到，用“-”表示不能检测到）。用探针检测细胞的DNA用探针检测细胞的RNA胚胎干细胞M细胞胚胎干细胞M细胞上述实验结果表明，胚胎干细胞通过定向分化为M细胞。（4）若将M细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中，重组细胞能否分化为其他类型细胞？，请说明理由。答案：.（12分）（1）胰蛋白酶 （2）胰岛B 胰岛B细胞分泌的胰岛素是唯一降血糖的激素 （3）基因的选择性表达（胰岛素基因的表达） （4)能 细胞核含有该物种所特有的全套遗传物质（细胞核的全能性） 解析：本题考查的知识点如下：1.糖尿病的机制2.细胞的全能性和基因表达的相关知识1糖尿病的机制 由于胰岛B细胞受损导致无法合成胰岛素来降血糖，血糖浓度过高随尿排出，导致糖尿病的产生。本题中通过曲线反应了未移植M细胞和移植M细胞下血糖浓度的变化，可见移植M细胞血糖浓度降低，显然M细胞发挥了胰岛B细胞的功能2细胞的全能性和基因表达的相关知识第（4）小问中考查了动物细胞核具有全能性的原因，即细胞核含有该物种所特有的全套遗传物质；第（3）问中通过表格的形式要求学生补充实验的结果，首先学生要明确这里的M细胞是通过小鼠的胚胎干细胞经过细胞增殖、分化而产生的，由于是通过有丝分裂增殖，所以M细胞和胚胎干细胞的DNA是一样的，然而细胞分化的实质为基因的选择性表达，追究到原因就是相同的DNA转录形成了不同的RNA，进一步合成了不同的蛋白质，所以M细胞和胚胎干细胞中的RNA是不一样的，从而在进行DNA探针杂交试验时出现了如表格中显示的杂交结果。（09江苏卷）4（8分）动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题。（1）肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞 。（2）气室中充入5C02：气体的主要作用是 。（3）培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的 ，以保证抗生素对肝脏无害。（4）有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。材料用具： 肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养液，植物凝集素（刺激淋巴细胞分裂）；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液（使染色体着色），有机物X溶液等。实验过程：在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作（“”表示已完成的步骤）。甲乙丙丁步骤一：加人肝脏培养液步骤二：加入有机物X溶液步骤三：放置肝脏小块上表中还需进行的操作是 。 培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察 ，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明 。答案：（1）吸收氧气和营养物质、排出代谢废物（2）维持培养液适宜的pH （3）种类和剂量（4）向乙（或丁）组装置中放置肝脏小块 染色体形态和数量 肝脏小块对有机物X具有解毒作用解析：本题考查动物细胞培养的相关知识。（1）把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的呼吸代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物（2）气室中充入5C02的作用是形成碳酸来维持培养液适宜的pH，（3）同时也要注意选择抗生素的种类和数量来抑制细菌生长（4）乙组或丁组没有处理向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块作为对照实验，有机物X有毒性，可诱发染色体断裂所以要观察淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。甲组添加肝脏小块淋巴细胞染色体正常，丙组没有添加出现染色体异常，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用，所以甲组正常。【名师点拨】一、 植物组织培养和动物组织培养 植物组织培养 动物细胞融合 相同点都需无菌条件，培养基含有有机物和无机物等营养物质都是细胞有丝分裂的过程原理植物细胞的全能性细胞增殖目的快速繁殖、培育无病毒植株等获得细胞或细胞的代谢产物不同点培养基固体培养基，除营养物质外，还有生长素和细胞分裂素等植物激素液体培养基，除营养物质外，还一般含有血清、血浆等结果培育出植物个体培育成细胞株或细胞系过程细胞有分化，无癌变细胞无分化，有可能癌变二、 植物体细胞杂交植物细胞杂交(番茄马铃薯植株)动物细胞融合(单克隆抗体制备)第1步原生质体的制备(酶解法)正常小鼠的处理(注射灭活抗原)第2步原生质体的融合(物化法)动物细胞融合(物化生法)过程第3步杂种细胞的筛选和培养杂交瘤细胞的筛选和培养第4步杂种植株鉴定提纯单克隆抗体(特异性强、灵敏度高)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酶解法除去细胞壁：纤维素酶、果胶酶注射特定抗原法免疫处理正常小鼠促融因子物理法：电刺激、离心、振动化学法：聚乙二醇物化法：与植物相同生物法：灭活的仙台毒意义和用途(1)克服有性远缘杂交不亲和性障碍(2)培育作物新品种有助于疾病的诊断、治疗、预防