高三生物一轮复习课件36动物细胞工程和胚胎工程

第36讲细胞工程[课标要求]1.明确植物细胞工程的理论基础是植物细胞的全能性；能够阐明植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术的基本流程。能举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。2.能阐明动物细胞培养的条件和过程，明确干细胞的应用价值；能阐明利用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和该技术的应用前景；能阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程，明确单克隆抗体的重要应用价值。3.能简述受精和胚胎早期发育基本过程；能简述体外受精、胚胎移植和胚胎分割的基本原理、操作步骤和应用价值；能运用胚胎工程的基本概念和原理，对生产和生活中的相关问题进行分析和判断。细胞工程考点二、动物细胞工程考点要求考题统计考情分析动物细胞培养2023，湖南、辽宁，选择2023，湖南，填空2022，福建、辽宁江苏、湖北，选择本专题知识难度较高，要求基础要扎实。考查学生对相关动物细胞工程的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。动物细胞融合技术与单克隆抗体2023，北京，选择2022，福建、浙江，填空2022，江苏、山东，填空动物体细胞核移植技术和克隆动物2021，江苏、浙江，选择2021，湖南，填空1.动物细胞培养(1)概念：指从动物体中取出相关的组织，将它分散成

，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞

的技术。(2)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、动物细胞融合等。其中

是动物细胞工程的基础。(3)原理：

。细胞增殖动物细胞培养单个细胞生长和增殖（4）条件：一般用

培养基。营养①无机物：无机盐等②有机物：糖类、氨基酸、维生素、_____等无菌、无毒环境①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理②在无菌环境下进行操作③定期更换_______，以便清除代谢物温度、pH和渗透压①温度：哺乳动物细胞多以_____________为宜②pH：多数动物细胞生存的适宜pH为_________气体环境血清培养液36.5±0.5℃7.2～7.495%空气和5%CO2液体血清、血浆可补充细胞生长和增殖所需的未知营养物质无菌、无毒的环境：即对培养液和所有培养用具进行

（填“灭菌”“消毒”）处理,培养过程加一定量的______杀菌,但要注意选择抗生素的

；此外还应定期更换培养液,清除代谢产物，这样做的目的是

。灭菌防止细胞代谢产物的积累对细胞自身造成危害种类和剂量抗生素（5）动物细胞培养的过程（5）动物细胞培养的过程取动物组织用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理分散成单个细胞解决悬浮生长贴壁生长(大多数）细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等接触抑制传代培养细胞悬液原代培养分瓶培养①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。②细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。③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。④传代培养：分瓶后的细胞培养。加培养液在培养皿或培养瓶内细胞分裂受阻悬浮培养的细胞:直接用离心法收集贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集②制成细胞悬液，分瓶培养①收集细胞动物细胞培养和植物组织培养的比较项目动物细胞培养植物组织培养理论基础__________________________培养前处理无菌；用机械的方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞无菌、离体细胞增殖植物细胞的全能性取材动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织植物幼嫩的部位或花药等培养基性质__________培养基成分_________________________________________________________________________________________液体固体糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等结果__________________________________________________应用人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等相同点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，都不涉及减数分裂细胞培养产生大量细胞，不形成新个体可产生新个体2.干细胞培养及其应用(1)概念：干细胞是一类具有自我更新能力及分化潜能的细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。(2)来源：

、骨髓和

等。(3)干细胞的分类及功能。早期胚胎脐带血种类胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源__________

骨髓、脐带血等；是成体组织或器官内的干细胞(如：造血干细胞、精原干细胞、神经干细胞等)体细胞(如成纤维细胞等)特点能分化成任何一种细胞、组织或器官，甚至成为_______分化成____________________能诱导分化成类似_______________的细胞应用分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等

造血干细胞用于治疗白血病，神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等早期胚胎个体特定的细胞或组织胚胎干细胞体外诱导小鼠成纤维细胞诱导多能干细胞iPS临床治疗人类疾病多种体细胞定向诱导分化如：白血病、帕金森病、阿而茨海默病等移植取成纤维细胞等iPS细胞转入相关因子细胞发生转化分化胰岛细胞神经元血细胞肠上皮细胞心肌细胞肝细胞病人iPS细胞用于治疗人类疾病示意图胚胎干细胞应用：2.干细胞培养及其应用干细胞应用面临的问题:存在着导致肿瘤发生的风险。概念使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术方法_________法、电融合法、_____________法等原理细胞膜具有_____________结果形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞意义突破了________的局限，使远缘杂交成为可能。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，为制造单克隆抗体开辟了新途径PEG融合灭活病毒诱导一定的流动性有性杂交3.动物细胞融合技术动物细胞融合技术与植物体细胞杂交技术的比较植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞融合前的处理方法诱导细胞融合的方法细胞融合成功的标志主要用途意义细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞电融合法、离心法；聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法再生出细胞壁细胞核的融合获得完整的杂种植株主要用于制造单克隆抗体打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能4.单克隆抗体的制备（1）制备原理一种B淋巴细胞（只产生一种特定抗体）能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞融合杂交瘤细胞产生足够数量的特定抗体大量增殖单克隆抗体既能迅速大量增殖，又能产生抗体动物细胞融合动物细胞培养给小鼠注射特定的抗原蛋白B淋巴细胞（免疫）骨髓瘤细胞杂交细胞杂交瘤细胞单克隆抗体能分泌所需抗体的杂交瘤细胞第一次筛选第二次筛选诱导融合选择培养基克隆化培养，专一抗体检验体外培养或小鼠腹腔内增殖特异性强灵敏度高可大量制备既能大量繁殖又能产生专一抗体(2)制备过程①为什么给小鼠注射特定的抗原？②有几种细胞融合方式（只考虑两个细胞融合）？③有几次筛选过程？目的是什么？④杂交瘤细胞和单抗的特点？用特定的抗原对小鼠进行免疫，并从该小鼠的脾中得到能产生特定抗体的B淋巴细胞。A、AA、B、BB、AB1、AB2、AB3一筛：筛选出既能迅速大量增殖，又能产生抗体的杂交瘤细胞二筛：筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞特异性强、灵敏度高、可大量制备思考：知识拓展抗体检测的方法——抗原-抗体杂交法在单克隆抗体制备过程中，两次筛选的目的和方法是不相同的。将杂交瘤细胞群稀释，约每孔1个细胞进行培养（克隆化培养）一段时间后，检测各孔上清液中细胞分泌的抗体上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔多孔细胞培养板抗体检测板分泌抗体能跟特定抗原结合的细胞即为所需杂交瘤细胞阳性孔①作为诊断试剂诊断疾病②运载药物治疗疾病③作为药物治疗疾病（3）单克隆抗体的应用5.动物细胞核移植技术（1）概念：将动物的一个细胞的细胞核，移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。（2）原理：动物细胞核的全能性（3）种类：胚胎细胞核移植：体细胞核移植：细胞分化程度低，表现全能性容易受体细胞：减数分裂Ⅱ中期（MⅡ期）的卵母细胞细胞分化程度高，表现全能性十分困难(3)生殖方式：无性生殖（4）过程——以体细胞克隆牛为例①从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期高产奶牛(供体)③从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养②通过显微操作去核④将供体细胞注射入去核的卵母细胞⑤通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚胎⑥将胚胎移入受体(代孕)母牛体内⑦出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛1.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因①卵母细胞体积大，易操作②含促使细胞核表达全能性的物质和营养条件2.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：对卵母细胞损伤较小；保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内3.“去核”去的是什么？纺锤体-染色体复合物4.克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？①线粒体中的DNA（细胞质中的DNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞②环境也会影响克隆动物的性状；③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。（4）过程——以体细胞克隆牛为例前景畜牧业：加速家畜_________进程，促进优良畜群繁育生物多样性保护：保护濒危物种医药卫生①作为____________生产医用蛋白；②_______________的细胞、组织或器官可作为异种移植的供体；③人核移植___________经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者可避免免疫排斥反应问题①克隆动物成功率_______；②克隆动物存在_____问题，表现出遗传和生理缺陷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（5）应用前景和存在的问题归纳总结细胞工程的各种技术手段及其原理总结1．(2021·浙江卷)下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是(

)A．步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B．步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D．步骤④培养过程中不会发生细胞转化C2．(2022·广东佛山)近年来，非洲猪瘟(ASF)在我国多地蔓延，给家猪养殖业造成了巨大损失。目前控制该病主要依靠快速、准确的诊断方法，尽早发现、处理，防止扩散。某研究团队通过相关生物学技术制备了非洲猪瘟病毒(ASFV)核心蛋白p54的单克隆抗体。相关实验过程如下：回答下列问题：(1)步骤①中获取目的基因的方法是______________。若ASFVp54基因序列中无限制酶切位点，为确保ASFVp54基因与pET28a载体正确连接，在步骤①中应该______________________________________________________________________________________________________________________。人工(化学)合成在ASFVp54基因编码区两侧加入pET28a载体上存在的两种限制酶识别序列(2)步骤②中最常用的转化方法是用______处理细胞。步骤④处理的目的是______________________________________________________________________________。(3)获得杂交瘤细胞后，在注入小鼠腹腔中之前还应进行_____________________。(4)利用ASFVP54单克隆抗体能快速、准确诊断ASF的原因是__________________________________________________________________________________________。Ca2＋诱导小鼠产生能够分泌抗ASFVp54抗体的B淋巴细胞克隆化培养和抗体检测ASFVp54单克隆抗体特异性强，灵敏度高3．(2022·云南大理)2018年1月25日，《细胞》杂志刊登了我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴，流程如下图所示，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。请分析回答：(1)2001年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴，获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是________________________，恢复其全能性较难。体细胞分化程度高(2)进行过程①时，细胞培养的培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有________。在进行细胞原代培养时会出现____________________和细胞接触抑制现象。(3)动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是___________，去掉卵母细胞细胞核的目的是__________________________________________________________________________________。(4)图中过程⑤用到了胚胎移植技术，其实质是早期胚胎在____________条件下空间位置的转移。血清细胞贴壁生长显微操作法保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核相同生理环境(5)研究人员在确定去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的作用时，做了两组实验，其中A组用正常培养液培养融合细胞，B组用正常培养液培养注入了Kd4d的mRNA的融合细胞，实验结果如下图所示。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是________________________________________________________________________________。注：X为融合细胞发育成的胚胎数；Y为囊胚数；Z为内细胞团数。(6)假如用胚胎分割移植的方式来克隆食蟹猴，依据的原理是________________，胚胎分割时应注意的问题是_______________________________________________。提高融合细胞发育成囊胚的成功率和囊胚中内细胞团的形成率细胞的全能性切割囊胚阶段的胚胎要将内细胞团均等分割指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。操作对象

目的技术种类操作水平主要集中在细胞水平上工程实质在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。理论基础哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律考点三、胚胎工程一、胚胎工程的理论基础1.概念指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。（1）概念：（3）过程：（2）场所：①受精前的准备阶段

②受精阶段输卵管2.受精获能原核MⅡ期卵细胞膜反应透明带反应受精阶段精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带等）精子接触卵细胞膜精子入卵后形成雄原核；卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核雌、雄原核靠近第一次卵裂即将开始释放多种酶，溶解这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。注意：受精卵的核基因是精子和卵子各占一半；受精卵的质基因几乎全部来自卵子。受精的标志:

PK受精完成的标志：观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）或观察到雌雄原核。雌雄原核融合，形成合子。受精卵桑葚胚滋养层囊胚腔内细胞团桑葚胚囊胚3.胚胎早期发育卵裂结构外胚层：内胚层：中胚层：表面的细胞层向内迁移的细胞内外两个胚层之间①细胞分裂方式是__________

②细胞数目_____③胚胎总体积____________________④每个细胞的体积______⑤胚胎总有机物_____⑥胚胎总DNA数______⑦每个细胞具有___________________有丝分裂增加不增加或略有减小减小减小增加发育的全能性桑葚胚①细胞开始出现_______③

将来发育成胎盘和胎膜②

将来发育成胎儿的各种组织。④囊胚进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的囊腔——囊胚腔。囊胚进一步扩大会导致透明带破裂破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做

。囊胚3.胚胎早期发育分化内细胞团滋养层孵化

滋养层细胞已经分化，内细胞团的细胞未分化，可以作为胚胎干细胞的来源。1.体外受精二、胚胎工程技术及其应用(1)试管动物：通过人工操作使卵子在

受精，经培养发育为

后，再进行移植产生的个体。(2)主要步骤：

和受精。(3)过程。(4)意义：提高动物

，为

提供可用的胚胎。体外早期胚胎卵母细胞的采集、精子的获取繁殖能力胚胎移植2.胚胎移植(1)概念转基因、核移植和体外受精同种的、生理状态相同遗传性状优良、生产能力强健康的体质和正常繁殖能力(2)过程同期发情超数排卵人工授精妊娠根据上图思考回答以下问题：①为什么应对供体和受体母畜进行同期发情处理？②在牛的胚胎移植过程中有两次使用激素、两次检查，其目的分别是什么？提示第一次用孕激素对受、供体进行同期发情处理，

第二次用促性腺激素处理使供体超数排卵。③胚胎移植的优势是什么？提示可以发挥雌性优良个体的繁殖能力。第一次是对收集的胚胎进行质量检查，第二次是对受体母畜是否妊娠进行检查。(1)源于选择性必修3P62“相关信息”：超数排卵是指应用外源___________，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。促性腺激素(2)源于选择性必修3P62“思考·讨论”：胚胎移植的生理学基础同种动物生理变化游离免疫排斥遗传特性3.胚胎分割(1)概念：采用机械方法将

切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得

或

的技术。(2)仪器设备：体视显微镜和

。(3)材料：发育良好、形态正常的

。若分割囊胚阶段的胚胎时，要

。(4)意义：促进

的繁殖，产生的遗传性状

的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；胚胎移植前进行

、

等，对于人工控制

、动物繁育健康后代具有重要意义。同卵双胎多胎显微操作仪桑葚胚或囊胚将内细胞团均等分割优良动物品种相同性别鉴定遗传病筛查动物性别早期胚胎延伸应用下图为哺乳动物胚胎分割和性别鉴定示意图。(1)上图①过程分割出的少量胚体细胞常用来做什么？提示常用来做DNA分析，鉴定性别。(2)上图②过程得到的两个a经过胚胎移植产生后代的生殖方式是有性生殖吗？提示不是，来自同一胚胎分割产生的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割移植可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。A．①过程需将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理B．②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方C．③过程有一段时间是在透明带内进行分裂，这种受精卵的早期分裂称为孵化D．④过程需要对受体母鼠用相关激素进行同期发情处理D2．(2022·华南师大附中模拟)下图为三亲婴儿的培育过程，请根据图回答下列问题：(1)受体应选用______________________卵母细胞，去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外，还因为它_________________________________________________________________________________________。若要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行_______处理，才能受精。(2)体外受精完成后，还需要进行早期胚胎培养，早期胚胎的培养液除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________________等物质，当培养到______________时再通过胚胎移植。如需做性别鉴定，还需从__________细胞取样做DNA分析。(3)捐献者携带的红绿色盲基因________(填“不能”或“能”)遗传给三亲婴儿，原因是________________________________________________________________。减数第二次分裂中期含有促进细胞核全能性表达的物质获能血清、血浆桑葚胚或囊胚滋养层不能捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质重温高考真题演练1.(2022·山东卷)如下图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(

)A．双抗可同时与2种抗原结合B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞D2．(2022·浙江卷)下列关于菊花组织培养的叙述，