高中生物第3章动物细胞工程第1课时动物细胞培养技术与单克隆抗体技术学案北师大版.docx
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高中生物第3章动物细胞工程第1课时动物细胞培养技术与单克隆抗体技术学案北师大版
第1课时 动物细胞培养技术与单克隆抗体技术
[目标导读] 1.结合教材P53～55图文，掌握哺乳动物细胞培养条件和流程。
2.分析教材P55图3－14，理解动物细胞融合技术。
3.单克隆抗体的制备过程。
[重难点击] 1.动物细胞培养条件和流程。
2.单克隆抗体的制备过程。
1970年，有两位科学家做了人—鼠细胞融合的实验，以证明细胞膜的流动性。
思考该如何实现人—鼠细胞的融合，动物细胞融合后还有什么用途呢？
植物体细胞杂交可得到杂种植株，动物细胞融合后能像电影上一样形成杂种动物个体吗？
一、哺乳动物细胞培养技术
1.动物细胞培养条件
（1）培养基状态和成分：
液体培养基，成分主要包括葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。
特别提醒
动物细胞进行培养时通常要添加动物血清的原因有两点：
一是补充合成培养基中不足的营养物质；二是为动物细胞提供与内环境相似的生活环境。
（2）气体环境：
需要足够的氧气和一定的二氧化碳。
二氧化碳具有调节培养液pH的作用。
（3）温度和pH：
培养温度要与动物体内温度保持一致；培养基的适宜pH为7.2～7.4。
2.动物细胞培养流程
（1）取材：
取动物的胚胎或幼龄动物的组织或器官剪碎，加入适量胰蛋白酶或胶原纤维酶使细胞分散。
（2）原代培养：
经过滤、离心后将动物细胞接种到无菌的培养液中，在适宜的条件下进行静止或慢速转动培养，称为原代培养。
①贴壁生长：
悬液的细胞贴附在培养瓶的表面，开始有丝分裂，其数目以指数增长的方式增多。
②接触抑制：
当细胞铺满培养瓶的整个表面后，就形成致密的单层细胞层，此时细胞分裂停止，不再继续生长。
（3）传代培养：
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，让细胞增殖，即为传代培养。
①细胞生长到10代左右时，出现生长停滞，大部分细胞衰老死亡。
②极少部分细胞可以传到40～50代，遗传物质没有（填“有”或“没有”）发生改变。
③有些细胞（如肿瘤细胞）遗传物质发生了改变，可以无限制的传代下去。
结合动物细胞培养的过程分析下列问题：
1.为什么要取动物的胚胎或幼龄动物的组织或器官细胞进行细胞培养？
答案 这类细胞具有较强的分裂能力，容易培养。
2.培养过程中两次使用胰蛋白酶，目的有何不同？
答案 第一次是将组织分散成单个细胞，第二次是将贴满瓶壁的细胞分散成单个细胞。
3.能用胃蛋白酶代替胰蛋白酶吗？
答案 胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，多数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.动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？
答案 离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培养的细胞就会死亡。
1.下列说法正确的是（ ）
A.动物细胞培养和动物组织培养无任何联系
B.在细胞培养中，有原代培养和传代培养之分
C.原代培养比传代培养进行得晚
D.在对动物成纤维细胞培养时，需用纤维素酶将细胞分散开
答案 B
解析 动物细胞培养和动物组织培养之间相互依存；原代培养和传代培养都属于细胞培养，且传代培养较晚；纤维素酶是分解纤维素的，而动物细胞之间的连接物质的成分主要为蛋白质，应用胰蛋白酶使细胞分散开。
2.下列有关植物组织培养和动物细胞培养的比较中，叙述错误的是（ ）
A.所用的培养基的成分基本相同
B.植物组织培养的结果是培育成植株，动物细胞培养的结果是培育成很多细胞
C.植物组织培养的目的是为了快速繁殖和获得无病毒的植株，动物细胞培养的目的是为了获得细胞产物或杂交细胞
D.植物组织培养的原理是细胞的全能性，动物细胞培养的原理是细胞的增殖
答案 A
解析 动物细胞培养的培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，另外还有动物血清等。
植物组织培养所用的培养基包含植物生长和发育的全部营养成分，如矿质元素、有机营养成分、植物激素，但没有动物血清。
题后归纳
动物细胞培养与植物组织培养的比较
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
生物学原理
植物细胞的全能性
细胞增殖
培养基性质
固体
液体
培养基成分
蔗糖、氨基酸、水、矿物质、生长素、细胞分裂素、琼脂等
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、水、动物血清等
培养条件
无菌、适宜的温度和pH
取材
植物器官、组织或细胞
动物胚胎、幼龄动物的组织或器官
过程
脱分化、再分化
原代培养、传代培养
培养结果
植株或组织
细胞或细胞产物
二、动物细胞融合与单克隆抗体技术
1.细胞融合
（1）概念：
在一些融合因子的作用下，将两个或两个以上的细胞合并成为一个细胞的技术。
（2）融合方法
①物理、化学方法：
与植物体细胞杂交相同，如聚乙二醇、电流刺激等。
②生物方法：
灭活的病毒。
2.单克隆抗体
（1）定义：
由一个B淋巴细胞增殖形成的细胞群所产生的单一型抗体分子。
（2）制备过程
①取小鼠体内的B淋巴细胞和营养缺陷型的骨髓瘤细胞。
②用聚乙二醇诱导两种细胞融合。
③利用选择性培养液筛选出杂交瘤细胞。
④在新的培养液中大量繁殖。
⑤注射到小鼠体内培养或者在培养液中悬浮培养获得单克隆抗体。
（3）功能
①诊断试剂：
快捷、准确地诊断和治疗一些疾病。
②“生物导弹”：
单克隆抗体携带抗癌药物，专一地杀死肿瘤细胞。
完善单克隆抗体制备过程，思考下列问题：
1.为什么要对小鼠注射抗原？
答案 以获得能产生相应抗体的B淋巴细胞（浆细胞）。
2.制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？
答案 每一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体，但不能无限增殖；骨髓瘤细胞可大量快速增殖，却不能产生抗体。
若将这两种细胞融合在一起，既能分泌大量特异性抗体又能快速增殖。
3.B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经聚乙二醇处理后，培养液中存在哪几种细胞？
答案 未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、B－B融合细胞、瘤－瘤融合细胞、B－瘤融合细胞。
3.用动物细胞工程获得单克隆抗体，下列实验步骤错误的是（ ）
A.将抗原注入小鼠体内，获得能产生抗体的B淋巴细胞
B.用纤维素酶处理B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞
C.用聚乙二醇作诱导剂，使能产生抗体的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合
D.筛选杂交瘤细胞，并从中选出能产生所需抗体的细胞群，培养后提取单克隆抗体
答案 B
解析 单克隆抗体的制备过程是：
将一种抗原注入小鼠体内，获得能产生抗体的B淋巴细胞，然后将B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞同时培养，在聚乙二醇的诱导下，促使B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，得到杂交瘤细胞。
从中选出能产生抗体的细胞群，即可得到单克隆抗体。
因为动物细胞无细胞壁，所以在细胞融合过程中不需要使用纤维素酶处理。
4.下列对植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较，描述正确的是（ ）
A.动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导融合的方法也完全相同
B.两者都可以跨越种属间的生殖隔离，突破有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能
C.利用动物细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术，为试管婴儿的诞生开辟了新途径
D.目前科学家终于实现了两个植物物种间的体细胞杂交，得到了同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并使它们的性状全部得以体现
答案 B
解析 动物细胞融合可用灭活的病毒诱导，而植物原生质体是不能的；杂交瘤技术是细胞工程技术，而试管婴儿则是胚胎工程内容；生物性状的体现是基因型与环境共同作用的结果，“超级植物”具有两个亲本的遗传物质，但性状不一定能全部表达。
题后归纳
动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
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
↓
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
胰蛋白酶或胶原纤维酶
融合方法
物理法：
离心、电流刺激、振动；化学法：
聚乙二醇等试剂诱导
除物理法和化学法外还可以用灭活的病毒诱导
结果
杂种植株
杂交细胞
用途或意义
克服了远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种植株
培育杂交细胞或大量获得细胞产物
1.进行动物细胞培养时，最好选用的培养材料是（ ）
A.衰老退化的动物组织细胞
B.成熟动物个体的体细胞
C.动物的卵细胞
D.健康动物胚胎或幼龄动物个体的体细胞
答案 D
解析 在进行动物细胞培养时，用的是健康动物的胚胎或幼龄动物的组织或器官，这类细胞有旺盛的分裂能力。
2.下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是（ ）
A.用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的组织或器官
B.将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞
C.在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成细胞悬液
D.动物细胞培养只能传50代左右，所培养的细胞会全部衰老死亡
答案 D
3.关于单克隆抗体的生产和应用，错误的是（ ）
A.对小动物注射特定抗原以获取所需的B淋巴细胞
B.融合并筛选特定的杂交瘤细胞，原代培养发生遗传物质改变后才能进行传代培养
C.特定的单克隆抗体可制成试剂，用于检测人体是否受某种抗原的感染
D.治疗癌症的“生物导弹”原理之一是利用单克隆抗体的特异性识别癌细胞
答案 B
4.利用细胞工程方法，以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。
下列相关叙述正确的是（ ）
A.用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，产生的血清抗体为单克隆抗体
B.体外培养单个B淋巴细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体
C.将等量B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，经PEG诱导融合后的细胞不一定为杂交瘤细胞
D.利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法不能诊断出SARS病毒感染者
答案 C
5.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）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。
答案
（1）相互接触 接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶（或胶原纤维酶）
（2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少
（3）低温 酶 新陈代谢
[基础过关]
1.20世纪30年代，科学家们发现肺结核、天花、水痘和麻疹等疾病患者的病理组织中存在多核细胞，这些多核细胞最可能的来源是（ ）
A.细胞进行无丝分裂形成的
B.细胞进行有丝分裂时，染色体复制后没有分开形成两个子细胞
C.有丝分裂时，细胞核进行了分裂，而细胞质没有进行分裂
D.细胞在体内病毒的作用下发生了融合
答案 D
解析 选项C、D都可形成多核细胞，但结合题干信息，此种现象与感染病毒有关，故选项D最有可能。
2.在动物细胞培养过程中，属于原代培养的是（ ）
A.用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程
B.从机体取得细胞后立即进行培养的过程
C.出现接触抑制现象后取下的细胞的培养过程
D.哺乳动物细胞在培养基中的悬浮生长过程
答案 B
解析 原代培养是指从动物机体组织取得细胞后的立即培养，直到细胞出现接触抑制为止。
因为细胞的接触抑制，细胞停止分裂增殖，并逐渐走向衰亡，所以要想继续细胞培养，必须将细胞取下分装后才能进行，分装后的细胞培养是传代培养。
3.一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件（ ）
①无毒的环境 ②无菌的环境 ③合成培养基需加血清④温度与动物的体温相近 ⑤需要O2，也需要CO2⑥适宜的pH
A.①②③④⑤⑥B.①②③④
C.①②④⑤⑥D.①②③④⑥
答案 A
解析 动物细胞培养一般需要无菌、无毒的环境；一定的营养；一般与动物相近的体温和适宜的pH以及气体环境等。
4.科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合，得到杂交细胞，经培养可产生大量的单克隆抗体。
与骨髓瘤细胞融合的是（ ）
A.经过免疫的B淋巴细胞
B.不经过免疫的T淋巴细胞
C.经过免疫的T淋巴细胞
D.不经过免疫的B淋巴细胞
答案 A
解析 单克隆抗体的产生是利用了细胞工程中的细胞融合技术。
小鼠的骨髓瘤细胞与经过免疫的B淋巴细胞融合成杂交瘤细胞，在体外培养的条件下无限繁殖，产生特异性的单一抗体。
5.单克隆抗体在疾病的诊断、治疗和预防方面与常规抗体相比，其特点是（ ）
A.单克隆抗体特异性强、纯度低、灵敏度高、产量高
B.单克隆抗体特异性强、纯度高、灵敏度低、产量高
C.单克隆抗体特异性强、纯度高、灵敏度高、产量低
D.单克隆抗体特异性强、纯度高、灵敏度高、产量高
答案 D
解析 单克隆抗体与常规抗体相比，特异性强、灵敏度高、纯度高、产量高。
6.用单克隆抗体研制而成的“生物导弹”由两部分组成，一是“瞄准装置”，二是杀伤性“弹头”。
下列对此叙述不正确的是（ ）
A.“瞄准装置”是识别肿瘤的单克隆抗体
B.“弹头”具有选择性杀伤肿瘤细胞的功能
C.“弹头”由放射性同位素、化学药物等物质构成
D.“生物导弹”的制备利用了细胞工程技术
答案 B
解析 “生物导弹”由单克隆抗体和杀伤肿瘤细胞的药物组成，所运用的原理就是单克隆抗体特异性地识别肿瘤细胞并与之结合，从而使其携带的药物直接杀伤肿瘤细胞，所以“瞄准装置”是单克隆抗体，“弹头”是单克隆抗体携带的药物，它不具有选择性。
[能力提升]
7.动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。
如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。
从该图提供的信息不能获得的结论是（ ）
A.正常细胞与癌细胞的增殖速率相同
B.有无血清对正常细胞培养的影响不同
C.培养基中补充血清有助于正常细胞的培养
D.培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大
答案 A
8.下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是（ ）
A.要进行药物测试的实验研究，最好选择传代培养的细胞
B.克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D.恶性细胞系的细胞可进行传代培养
答案 D
解析 原代培养的细胞最接近于体内组织或细胞的生长特性，很适合用于药物测试、基因表达等实验研究。
培养过程中，仅有极少数细胞的基因型会发生改变。
二倍体细胞的传代培养一般传至10代后就不易传下去了。
恶性细胞系的细胞具有不死性，可以进行传代培养。
9.将基因型为Aa和基因型为Bb的动物体细胞混合，用灭活的仙台病毒处理后，不可能获得下列哪种基因型的细胞（ ）
A.AAaaB.AaBb
C.AabbD.BBbb
答案 C
解析 基因型为Aa和基因型为Bb的动物体细胞融合，它们之间可以自由融合，即Aa和Aa、Aa和Bb、Bb和Bb，可产生AAaa、AaBb、BBbb三种基因型的细胞。
10.下列是应用动物细胞工程获取单克隆抗X抗体的具体操作步骤，其中对单克隆抗体制备的相关叙述错误的是（ ）
①从患骨髓瘤的小鼠体内获取骨髓瘤细胞
②将X抗原注入小鼠体内，获得能产生抗X抗体的B淋巴细胞
③将杂交瘤细胞注入小鼠腹腔内培养
④筛选出能产生抗X抗体的杂交瘤细胞
⑤利用选择性培养液筛选出杂交瘤细胞
⑥从小鼠腹水中提取抗体
⑦利用促细胞融合因子促使细胞融合
A.实验顺序应该是①②⑦⑤④③⑥
B.③过程产生多个杂交瘤细胞的过程称为克隆
C.⑦过程获得的细胞均可无限增殖
D.利用细胞融合生产单克隆抗体过程中通常要经过两次筛选
答案 C
解析 在细胞融合过程中，如果只考虑两两细胞的融合，有骨髓瘤细胞和骨髓瘤细胞的融合、B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的融合、B淋巴细胞和B淋巴细胞的融合，并不是所有融合细胞都能无限增殖。
11.如图是动物细胞培养的基本过程示意图。
请据图回答下列问题：
（1）容器A中放置的是动物器官或组织，它一般取自_____________________________
________________________________________________________________________。
（2）容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是______________，然后用________酶处理，这是为了使细胞分散开，这样做的目的是___________________________________
________________________________________________________________________。
（3）培养首先在B瓶中进行，瓶中的培养基成分有______________________________等。
（4）为了把B瓶中的细胞分散到C瓶中，用____________处理，然后配制成__________________，再分装。
（5）在C瓶中正常培养一段时间后，发现细胞全部死亡。
原因是_____________________
___________________________________________________。
答案
（1）胚胎或幼龄动物
（2）剪碎 胰蛋白（或胶原纤维） 使细胞与培养液充分接触
（3）葡萄糖、氨基酸、无机盐和动物血清
（4）胰蛋白酶（或胶原纤维酶） 细胞悬液
（5）细胞一般可传到40～50代，若没有发生遗传信息改变，继续培养将出现死亡危机
12.如图表示单克隆抗体的制备过程，请据图回答下列问题：
（1）据图可知，________________技术是动物细胞工程技术的基础，而________技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。
（2）图中过程①常用的诱导因素是__________________，过程②常在________培养基中完成。
（3）A细胞为________细胞，其特点是_______________________________。
（4）合成的单克隆抗体最终可以从________和________中提取。
答案
（1）动物细胞培养 细胞融合
（2）灭活的病毒（或聚乙二醇） 选择性 （3）杂交瘤 既能迅速大量增殖，又能产生专一抗体 （4）培养液 小鼠腹水
解析
（1）动物细胞工程技术的基础是动物细胞培养技术，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）过程①中诱导细胞融合的方法很多，常用的主要有生物法（如用灭活的病毒）、化学法（如用聚乙二醇）、物理法（如电激等）。
过程②是单克隆抗体技术的筛选过程，是在特定的选择性培养基上进行的。
（3）A细胞为杂交瘤细胞，杂交瘤细胞具有既能迅速大量增殖，又能产生专一抗体的特点。
（4）杂交瘤细胞的培养一般有体外培养和体内培养两种方式，体外培养是在液体培养基中培养，培养后从培养液中提取单克隆抗体；体内培养是在小鼠腹腔中培养，培养后从小鼠腹水中提取单克隆抗体。
13.如图为细胞融合过程示意图，请据图回答下列问题：
（1）若A、B是植物细胞，将其融合形成的D细胞培养成植株，还要应用__________________技术。
（2）若A、B是动物细胞，则一般取自______________或幼龄动物的器官、组织，然后用胰蛋白酶使其分散开来。
A、B到C的过程中，常用的不同于植物细胞工程的方法是用__________________诱导细胞融合。
（3）从A、B到C的过程中，可形成______________种类型的C细胞（仅考虑两个细胞间的融合）。
若该过程用于制备单克隆抗体，应筛选出符合要求的D细胞，方法是用特定的______________培养液培养，筛选出的D细胞称为__________________。
常用的培养方法有体外培养和体内培养两种，前者是在______________培养基中培养，后者是在______________内增殖。
答案
（1）植物组织培养
（2）胚胎 灭活的病毒
（3）3 选择性 杂交瘤细胞 液体 动物的腹腔
[真题体验]
14.（2014·新课标Ⅰ，40）某研究者用抗原（A）分别免疫3只同种小鼠（X、Y和Z），每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价（能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数），结果如图所示。
若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞（染色体数目为40条），并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞（染色体数目为60条）按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。
回答下列问题：
（1）制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上，则小鼠最少需要经过____________次免疫后才能有符合要求的。
达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是____________小鼠，理由是__________________
________________________________________________________________________。
（2）细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有____________________________________________________________________，体系中出现多种类型细胞的原因是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）杂交瘤细胞中有__________个细胞核，染色体数目最多是__________条。
（4）未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是___________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）四 Y Y小鼠的血清抗体效价最高
（2）B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞 细胞融合是随机的，且融合率达不到100% （3）1 200 （4）①B淋巴细胞高度分化，不能恶性增殖；②不可能渡过原代培养和传代培养过程中的两次危机
解析
（1）据图分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价几乎都达到16000以上，小鼠Y的血清抗体效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。
（2）融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓
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