新课标高中生物选修三2.2动物细胞工程导学案

新课标高中生物选修三2.2动物细胞工程导学案一、学习目标1.简述动物细胞培养的过程、条件及应用。2.掌握动物体细胞核移植技术和克隆动物的概念、原理及过程。3.了解动物细胞融合与单克隆抗体的原理、过程及应用。

二、知识梳理动物细胞培养1.概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。2.过程取动物组织块：一般选用幼龄动物的组织或器官，因为其细胞分裂能力强。剪碎组织：用剪刀将组织块剪碎，使其成为较小的细胞团。胰蛋白酶处理：用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理剪碎的组织，使其分散成单个细胞。这是因为细胞间的物质主要是蛋白质，胰蛋白酶能分解这些蛋白质，从而使细胞分散开。制成细胞悬液：将处理后的细胞移入含有培养液的培养瓶中，轻轻吹打，制成细胞悬液。原代培养：将细胞悬液放入培养箱中培养，细胞贴壁生长，称为原代培养。原代培养的细胞一般传至10代左右就不容易传下去了，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。传代培养：当细胞传至1050代左右时，少数细胞克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。这时的细胞可以进行传代培养，即将细胞从原培养瓶中取出，用胰蛋白酶处理，使其分散成单个细胞，然后分装到多个培养瓶中继续培养。3.条件无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行无菌处理，通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，以便清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。温度和pH：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃±0.5℃；pH：7.27.4。气体环境：主要有O₂和CO₂，O₂是细胞代谢所必需的，CO₂的主要作用是维持培养液的pH。4.应用生产生物制品：如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。基因工程：动物细胞是基因工程中常用的受体细胞，基因工程的动物细胞培育技术是制药、诊断、治疗等生物高技术的基础。检测有毒物质：利用培养的动物细胞可以检测某种物质的毒性，其原理是：有毒物质能诱导细胞产生变异，根据变异细胞占全部培养细胞的百分数，可以判断某种物质的毒性。医学研究：用于生理、病理、药理等方面的研究，如研究细胞的生长、分化、衰老等过程。

动物体细胞核移植技术和克隆动物1.概念：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。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.过程供体细胞的采集和培养：一般选用传代10代以内的细胞，因为这些细胞能保持正常的二倍体核型。卵母细胞的采集和培养：从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到减数第二次分裂中期。核移植：用微型吸管吸出卵母细胞中的细胞核，再将供体细胞的细胞核注入去核卵母细胞中，构建重组胚胎。胚胎培养：将重组胚胎移入发育培养液中培养，使其发育到桑椹胚或囊胚阶段。胚胎移植：将胚胎移植到代孕母动物的子宫内，使其继续发育。克隆动物的形成：生出与供体遗传物质基本相同的个体。4.应用加速家畜遗传改良进程：促进优良畜群繁育，如利用克隆技术可以快速繁殖优良品种的家畜。保护濒危物种：增加这些动物的存活数量，对于一些珍稀动物的保护具有重要意义。生产医用蛋白：通过克隆转基因动物，可以在其乳汁中生产药用蛋白。作为异种移植的供体：为解决器官移植供体短缺问题提供了新途径。用于组织器官的移植：克隆动物的组织和器官可以用于移植研究。

动物细胞融合1.概念：也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的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。2.原理：细胞膜的流动性。3.诱导方法物理法：如离心、振动、电激等。化学法：用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。生物法：用灭活的病毒诱导动物细胞融合，病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。4.过程不同细胞的处理：将不同的动物细胞用胰蛋白酶处理，使其分散成单个细胞。诱导细胞融合：将处理后的细胞混合，加入诱导剂，诱导细胞融合。筛选杂交细胞：利用特定的培养基和筛选方法，筛选出杂交细胞。例如，利用HAT培养基筛选，只有杂交细胞才能在这种培养基上生长。5.应用制备单克隆抗体：动物细胞融合技术最重要的用途是制备单克隆抗体。基因定位：利用杂种细胞进行基因定位。

单克隆抗体1.概念：由单一B淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成细胞群，由这些细胞产生的化学性质单一、特异性强的抗体。2.传统抗体的生产特点：产量低、纯度低、特异性差。3.单克隆抗体的制备过程免疫动物：用特定抗原对小鼠进行免疫，使小鼠体内的B淋巴细胞增殖分化形成浆细胞。细胞融合：将免疫后的小鼠脾脏细胞（含浆细胞）与骨髓瘤细胞在聚乙二醇（PEG）或灭活的病毒诱导下发生融合，形成多种杂交细胞，如浆细胞浆细胞融合细胞、骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞融合细胞、浆细胞骨髓瘤细胞融合细胞（杂交瘤细胞）等。筛选杂交瘤细胞：利用特定的培养基（如HAT培养基）进行筛选，只有杂交瘤细胞才能生长。因为骨髓瘤细胞缺乏次黄嘌呤氨基蝶呤胸腺嘧啶核苷（HAT）合成途径中的一些酶，不能在HAT培养基上生长；而正常B淋巴细胞虽然有完整的酶系统，但在体外不能长期存活。只有杂交瘤细胞既具有骨髓瘤细胞无限增殖的特性，又具有B淋巴细胞产生特异性抗体的能力，能在HAT培养基上生长并分泌特异性抗体。克隆化培养和抗体检测：对筛选出的杂交瘤细胞进行克隆化培养，一般采用有限稀释法或单细胞分离法，使杂交瘤细胞形成单个细胞，进而增殖形成细胞群。然后用特定的抗原检测这些细胞群，筛选出能产生所需特异性抗体的细胞群。单克隆抗体的大量制备：将筛选出的能产生特异性抗体的杂交瘤细胞，在体内培养（将杂交瘤细胞接种到小鼠腹腔内，小鼠腹水内含有大量单克隆抗体）或体外培养（在培养液中培养杂交瘤细胞，收集培养液获得单克隆抗体），从而大量生产单克隆抗体。4.单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。5.应用作为诊断试剂：单克隆抗体最广泛的用途是作为诊断试剂，具有准确、高效、简易、快速的优点。例如，用单克隆抗体诊断乙肝、丙肝等病毒感染，以及检测肿瘤标志物等。用于治疗疾病和运载药物：将抗癌药物或放射性同位素与单克隆抗体结合，制成"生物导弹"，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。

三、典型例题1.例1：动物细胞培养的顺序是（）原代培养传代培养胰蛋白酶处理组织，形成分散的细胞悬液A.①②③B.①③②C.②①③D.③①②答案：D解析：动物细胞培养首先要用胰蛋白酶处理组织，使其分散成单个细胞，制成细胞悬液，然后进行原代培养，当细胞传至1050代左右时，少数细胞获得不死性，可进行传代培养。所以顺序是③①②。2.例2：在动物细胞培养过程中，下列哪种物质不是必需的（）A.葡萄糖B.核苷酸C.氨基酸D.血清答案：B解析：动物细胞培养的合成培养基成分包括糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，通常需加入血清、血浆等天然成分。核苷酸不是动物细胞培养必需的物质。3.例3：动物体细胞核移植技术的原理是（）A.细胞的全能性B.细胞膜的流动性C.细胞增殖D.细胞核的全能性答案：D解析：动物体细胞核移植技术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，最终发育为动物个体，其原理是动物细胞核的全能性。4.例4：单克隆抗体制备过程中，骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后，要用特定培养基筛选出杂交瘤细胞。在这种培养基上不能存活、增殖的细胞是（）B淋巴细胞小鼠骨髓瘤细胞B淋巴细胞自身融合细胞小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞杂交瘤细胞A.①②③④B.①③⑤C.②④D.①③答案：A解析：特定培养基的作用是筛选出杂交瘤细胞，B淋巴细胞、小鼠骨髓瘤细胞、B淋巴细胞自身融合细胞、小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞都不能在该培养基上存活、增殖，只有杂交瘤细胞能在该培养基上生长并分泌特异性抗体。

四、巩固练习（一）选择题1.动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于（）A.培养基不同B.动物细胞培养不需要在无菌条件下进行C.动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能D.动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培养成植株2.下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是（）A.培养中的人效应T细胞能产生单克隆抗体B.培养中的人B细胞能够无限增殖C.人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株D.用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞3.用于核移植的供体细胞一般都选用（）A.受精卵B.传代10代以内的细胞C.传代50代以内的细胞D.处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞4.动物细胞融合技术最重要的用途是（）A.克服远缘杂交不亲和的障碍B.制备单克隆抗体C.培育新物种D.生产杂种细胞5.单克隆抗体与血清抗体相比，优越之处在于（）A.单克隆抗体能够制成"生物导弹"B.单克隆抗体可以在体外制备C.单克隆抗体的特异性强、灵敏度高，产量也大大高于血清抗体D.单克隆抗体的制备过程简单6.动物细胞融合的原理是（）A.动物细胞的细胞膜无识别异物的能力B.动物细胞容易被病毒感染C.细胞膜具有一定的流动性D.动物细胞的细胞膜薄，易被击穿

（二）非选择题1.如图是动物细胞培养的基本过程示意图，请据图回答：（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。（3）培养首先在B瓶中进行。瓶中的培养基成分有____________________、____________________、____________________、____________________等。细胞增殖产生的新细胞会表现出____________________生长现象。（4）在C瓶中正常培养了一段时间后，发现细胞全部死亡，原因是____________________。2.以下是单克隆抗体制备过程示意图，请据图回答：（1）图中A过程是从小鼠的脾脏中取得____________________细胞，该细胞能够产生____________________。从小鼠体内提取分离该细胞之前，应给小鼠注射特定的____________________。（2）图中B过程是细胞融合，该过程需要用灭活的____________________、聚乙二醇或电激等诱导。（3）通过筛选获得的D细胞是____________________细胞，其特点是____________________。（4）在动物细胞培养过程中，培养液中通常需要加入____________________等天然成分，培养箱中的气体主要有____________________，其中CO₂的作用是____________________。

五、答案与解析（一）选择题1.答案：A解析：动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基不同，动物细胞培养用的是液体培养基，植物组织培养用的是固体培养基，这是两者的重要区别之一。动物细胞培养和植物组织培养都需要在无菌条件下进行；植物细胞也可以传代培养；植物细胞也能大量培养，如通过植物组织培养技术可以大量繁殖植物。2.答案：D解析：产生单克隆抗体的是杂交瘤细胞，不是效应T细胞，A错误；B细胞在体外培养时不能无限增殖，B错误；人的成熟红细胞没有细胞核，不能进行细胞培养，C错误；用胰蛋白酶处理肝组织可使细胞分散开，获得单个肝细胞，D正确。3.答案：B解析：用于核移植的供体细胞一般选用传代10代以内的细胞，因为这些细胞能保持正常的二倍体核型。受精卵是有性生殖细胞，不适合做核移植的供体细胞；传代50代以内的细胞部分细胞已经发生突变；处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞是核移植的受体细胞。4.答案：B解析：动物细胞融合技术最重要的用途是制备单克隆抗体。克服远缘杂交不亲和的障碍是植物体细胞杂交的意义；动物细胞融合一般不能培育新物种；生产杂种细胞不是动物细胞融合技术最重要的用途。5.答案：C解析：单克隆抗体的优越之处在于特异性强、灵敏度高，产量也大大高于血清抗体。制成"生物导弹"是单克隆抗体的应用；单克隆抗体可以在体外制备，但这不是其与血清抗体相比的优越之处；单克隆抗体的制备过程并不简单。6.答案：C解析：动物细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。动物细胞的细胞膜有识别异物的能力；动物细胞融合与是否容易被病毒感染无关；细胞膜薄不是动物细胞融合的原理。

（二）非选择题1.答案：（1）幼龄动物的器官或组织（2）剪碎；胰蛋白（3）糖；氨基酸；促生长因子；无机盐、微量元素（顺序可颠倒）；贴壁（4）细胞没有发生癌变，细胞不能无限增殖解析：（1）动物细胞培养一般取自幼龄动物的器官或组织，因为其细胞分裂能力强。（2）容器A中的动物器官或组织首先要剪碎，然