教育资料第3章 第2节 第1课时学习专用.docx
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教育资料第3章第2节第1课时学习专用
第2节 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
[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
智慧树《管理学》答案B.有无血清对正常细胞培养的影响不同
政治经济学04任务答案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
昙花教学实录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
教师名言答案 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。
景山学校通州校区施工情况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( )
校本课程教材A.AAaaB.AaBb
C.AabbD.BBbb
答案 C
未来两年大学生活的计划解析 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( )
方城县育才学校电话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
数字语文资源网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
摆渡自己的阅读及答案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.(2019·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