2024年高考生物一轮复习(新人教版) 第10单元 第4课时 动物细胞工程.docx
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1、第4课时动物细胞工程课标要求1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。3.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。4.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。考点一动物细胞培养1动物细胞培养的概念:从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长
2、和增殖的技术。2动物细胞培养的条件3动物细胞培养的过程概念辨析细胞贴壁和接触抑制细胞贴壁是指体外培养的细胞贴附在瓶壁生长的现象;接触抑制是指当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖的现象。4干细胞培养及其应用种类胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源早期胚胎骨髓、脐带血和外周血体细胞(如成纤维细胞等)特点能分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞,并进一步形成机体的组织和器官甚至个体分化成特定的细胞或组织能诱导分化成类似胚胎干细胞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小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病
3、、心血管疾病等1胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题?其应用有什么限制因素?提示通过胚胎干细胞体外诱导分化,可以培育出人造组织器官,从而解决供体器官不足问题,另一方面,由于是自身细胞经诱导分化形成的,所以无免疫排斥反应。胚胎干细胞必须从胚胎中获取,这涉及伦理问题,因而限制了应用。2为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞?提示iPS细胞的诱导过程无需破坏胚胎,而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞,将它移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。3科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞,尝试说出几种获取iPS细胞的方法。提示借助载体将特定基因导入细胞中
4、,直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。iPS细胞最初是由成纤维细胞转化而来的,后来发现已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导为iPS细胞。1(2023山西运城高三模拟)对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养,下列说法错误的是()A在利用肝组织块制备细胞悬液时,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理B动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行,CO2的作用维持培养液的pHC为了防止动物细胞培养过程中受污染,可向培养液中加入适量的干扰素D在合成培养基中,通常需加入血清等一些天然成分答案C解析在利用肝组织块制备细胞悬液时,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,以分解组织细胞间的蛋白质,得到
5、单个细胞,A正确;为防止动物细胞培养过程中杂菌的污染,可向培养液中加入适量的抗生素,C错误;使用合成培养基培养动物细胞时,通常要加入血清等一些天然成分,以利于动物细胞生长,D正确。2(2022江苏南京高三模拟)某学术期刊发表论文称,利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养45个月后,形成了多层皮肤组织,包含毛囊、皮脂腺和神经元回路,是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是()A多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中,遗传物质通常会发生改变B多能干细胞培养形成多层皮肤组织,说明动物的体细胞具有全能性C给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥反应D该项研究结果表明多能干细胞
6、可以分化成为人体内所需的各种组织和器官答案C解析多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中,遗传物质并未发生改变,只是基因的选择性表达,A错误;多能干细胞培养形成多层皮肤组织,未分化成各种细胞或发育成完整个体,不能体现动物体细胞的全能性,B错误;研究结果表明,多能干细胞能形成多层皮肤组织,包含毛囊、皮脂腺和神经元回路,但不能说明其能分化成各种组织和器官,D错误。归纳总结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细胞增殖植物细胞的全能性培养前处理无菌;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
7、位或花药等培养基性质液体固体培养基成分糖类、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产生大量细胞,不形成新个体可产生新个体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都需人工条件下的无菌操作;都需要适宜的温度、pH等条件;都进行有丝分裂,都不涉及减数分裂考点二动物细胞融合技术与单克隆抗体1动物细胞融合技术源于选择性必修3 P48“相关信息”:灭活病毒诱导细胞融合的原理是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,使细胞互相凝聚,细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开
8、,细胞发生融合。2单克隆抗体的制备(1)传统抗体的获得方法缺点:产量低、纯度低、特异性差。(2)单克隆抗体的制备及优点制备过程单克隆抗体的优点a能准确地识别抗原的细微差异,与特定抗原发生特异性结合(特异性强、灵敏度高)。b可以大量制备。(3)单克隆抗体的应用被广泛用作诊断试剂,在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。运载药物,形成抗体药物偶联物,实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。用于治疗疾病。1植物体细胞杂交技术,可以跨越植物种属间生殖隔离的屏障,培育出新的作物类型。科学家经过长期的探索,也实现了用不同种动物的体细胞进行杂交。参考图示,回答下列问题:(1)动物细胞融合的结构基础是什么?提示细胞
9、膜的流动性。(2)动物细胞完成融合的标志是什么?提示动物细胞融合时,先是细胞膜发生融合,然后是细胞核的融合。当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞,则标志着动物细胞融合的完成。(3)动物与人细胞之间诱导融合,产生的融合细胞有多少种(只考虑两两融合)?提示3种。2单克隆抗体的制备中需要给小鼠注射特定的抗原蛋白,其目的是什么?提示刺激机体发生免疫应答,从而产生特定的B淋巴细胞。3单克隆抗体被广泛用作诊断试剂的原因是什么?提示单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异,与特定抗原发生特异性结合,并且可以大量制备。3(2023河北廊坊高三模拟)抗体药物偶联物(ADC)通过采用特定技术将具有生物活性的小分子
10、药物连接到能特异性识别肿瘤细胞的单克隆抗体上,实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC的结构及其发挥作用的机理如图所示,下列有关说法错误的是()A单克隆抗体制备过程中通常将免疫后得到的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合B用96孔板培养和多次筛选杂交瘤细胞后,在体外大规模培养可获得单克隆抗体CADC通过抗体与细胞膜上的受体特异性结合,以主动运输的方式进入肿瘤细胞DADC在肿瘤细胞里被溶酶体裂解,释放药物,使肿瘤细胞死亡答案C解析利用动物细胞融合技术将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞,杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生特异性抗体,A正确;单克隆抗体制备过程中至少经过两次筛选,一次是用特定的选择培养基进行筛选
11、,获得杂交瘤细胞,杂交瘤细胞还需进行克隆化培养和抗体检测,即用96孔板培养和多次筛选杂交瘤细胞后,可获得既能无限增殖,又能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞,B正确;ADC通过胞吞的方式进入肿瘤细胞,溶酶体使其裂解,释放药物,实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤,C错误,D正确。4人乳头瘤病毒(HPV)是一种DNA病毒,可诱发细胞癌变。抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV,从而及时监控宫颈癌的发生。以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程如图所示。下列叙述不正确的是()A在HAT培养基上存活的杂交瘤细胞既能无限增殖又可以分泌抗体B单克隆抗体的特点是灵敏度高、特异性强,可以大量制备C可用HPV衣壳蛋白检
12、测筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞D单克隆抗体制备过程涉及的生物学原理有细胞增殖和细胞膜的选择透过性答案D解析单克隆抗体的制备过程主要运用的细胞工程技术包括动物细胞培养和动物细胞融合,原理依次是细胞增殖、细胞膜的流动性,D错误。归纳总结比较植物体细胞杂交和动物细胞融合项目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、细胞增殖融合前处理除去细胞壁使细胞分散开相关酶纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶或胶原蛋白酶诱导方法物理法:电融合法、离心法;化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2高pH融合法物理法:电融合法;化学法:聚乙二醇(PEG)融合法;生物法:灭活病毒诱导法结果杂种
13、植株杂交细胞应用培育植物新品种主要用于制备单克隆抗体意义突破远缘杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合相同点动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同,诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法相似考点三动物体细胞核移植技术和克隆动物1动物细胞核移植技术的概念和类型(1)概念将动物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,继而发育为动物个体的技术。(2)原理:动物体细胞核具有全能性。(3)类型:哺乳动物核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,其中胚胎细胞核移植较易成功。2体细胞核移植的过程3体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题前景畜牧业加
14、速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育医药卫生作为生物反应器生产医用蛋白;转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植;人核移植胚胎干细胞经过诱导分化形成相应的细胞、组织或器官,可用于器官移植科学研究研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程;克隆一批遗传背景相同的动物,可以通过它们之间的对比来分析致病基因;克隆特定疾病模型的动物,为研究致病机制和开发相应的药物提供帮助保护濒危物种增加濒危物种的存活数量问题成功率非常低;绝大多数克隆动物存在健康问题,表现出遗传和生理缺陷(1)源于选择性必修3 P52“相关信息”:减数分裂中期(M期)卵母细胞中的“核”其实是纺锤体染色体复合物。文中所说
15、的“去核”是去除该复合物。(2)源于选择性必修3 P54“相关信息”:目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请,其培育过程可选用如下技术路线。(1)探究“三亲婴儿”的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。提示因基因型与母亲(卵母细胞核供体)和父亲(精子细胞核供体)的核基因有关,大多数性状由母亲和父亲共同决定。少数性状(受质基因控制的性状)与捐献者(卵母细胞细胞质供体)相同。(2)所谓的“三亲婴儿”中遗传
16、学上的母亲应是哪一个?该技术主要是为了避免什么疾病?提示“三亲婴儿”中遗传学上的母亲应是提供卵细胞核的个体。该技术主要是为了避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代。(3)据图分析,该技术涉及了哪些技术操作?提示该技术涉及动物细胞培养、体外受精、细胞核移植、胚胎移植等操作。(4)动物细胞核移植技术的理论基础(原理)是什么?提示动物细胞核的全能性。(5)受体细胞为什么选用卵母细胞?提示因为卵母细胞体积大,易操作;去核时易于同时吸走第一极体;卵母细胞中含有激发细胞核全能性的物质。5某杂志报道,我国科学家以一只雌性猕猴胎儿成纤维细胞为核供体成功克隆两只猕猴,成为全球首例体细胞克隆灵长类动物。下列相关叙述
17、错误的是()A这项技术证明高度分化的动物体细胞具有全能性B研究中需要使用成熟卵母细胞作为核移植的受体C培育出的两只雌性猕猴的基因组成几乎完全相同D克隆猕猴的成功为大量培育灵长类遗传病模型动物提供了可能答案A解析因为克隆的两只猕猴是以一只雌性猕猴胎儿成纤维细胞为核供体发育而来的,该过程经过了细胞核移植,只能说明分化的动物体细胞的细胞核具有全能性,A错误。6“中中”和“华华”是两只在我国出生的克隆猕猴,它们也是国际上首例利用体细胞克隆技术获得的非人灵长类动物。如图表示培育“中中”和“华华”的流程。下列相关叙述正确的是()A图示过程中利用的技术有核移植和干细胞移植技术等B这两只克隆猕猴是由同一受精卵
18、发育而成的双胞胎C融合细胞的培养过程需要无菌、无毒的环境和营养等条件D利用A猴的胚胎干细胞核移植获得克隆猕猴的难度要更大答案C解析图示过程包括核移植、动物细胞培养、胚胎移植等技术,没有干细胞移植技术,A错误;这两只克隆猕猴是通过体细胞核移植、胚胎移植产生的,没有用到受精卵,B错误。归纳总结细胞工程的各种技术手段及其原理总结1(2021江苏,11)下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述,错误的是()A细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质B早期胚胎需移植到经同期发情处理的同种雌性动物体内发育成个体C猴的核移植细胞通过胚胎工程已成功地培育出了克隆猴D将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合,
19、经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞答案D解析我国利用核移植技术成功培养出克隆猴“中中”和“华华”,C正确;将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合,经诱导后融合的细胞不都是杂交瘤细胞,还有B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞等,D错误。2(2022江苏,19改编)下图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程,在人鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失,通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞、中人的4种酶活性,只有具有芳烃羟化酶活性,只有具有胸苷激酶活性,、都有磷酸甘油酸激酶活性,、均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述不正确的有()A加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合B细胞、分别为人人、人鼠、鼠鼠融合
20、细胞C芳烃羟化酶基因位于2号染色体上,乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上D胸苷激酶基因位于17号染色体上,磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上答案B解析动物细胞融合过程中,可以利用灭活的仙台病毒或聚乙二醇作诱导剂促进细胞融合,A正确;细胞中保留了人的X、11、17号染色体,故不会是鼠鼠融合细胞,B错误;根据题意和题图分析可知,芳烃羟化酶基因位于2号染色体上,乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上,胸苷激酶基因位于17号染色体上,磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上,C、D正确。3(2020江苏,28)新型冠状病毒可通过表面的刺突蛋白(S蛋白)与人呼吸道黏膜上皮细胞的ACE2受体结合,侵入人体,引起感染。图1为
21、病毒侵入后,人体内发生的部分免疫反应示意图。单克隆抗体可阻断病毒的黏附或入侵,故抗体药物的研发已成为治疗新冠感染的研究热点之一。图2为筛选、制备抗S蛋白单克隆抗体的示意图。请据图回答下列问题:(1)图1中人体内抗原呈递细胞吞噬病毒,并将病毒的抗原暴露在细胞表面,被_细胞表面的受体识别后激活该细胞。(2)B细胞识别入侵的病毒后,在细胞因子作用下,经过细胞的_,形成_细胞。(3)为判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者,采集鼻咽拭子主要用于病原学检查,检测病毒的_;采集血液样本主要用于血清学检查,检测_。(4)据图2所示,研制抗S蛋白单克隆抗体,需先注射_免疫小鼠以激活小鼠的免疫细胞,再提取激活的B
22、淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,用HAT培养基筛选获得_细胞。因为同一种抗原可能激活_细胞,还需继续筛选才能获得分泌单克隆抗体的细胞株。答案(1)T(2)增殖、分化浆细胞和记忆(3)核酸抗新型冠状病毒抗体(4)刺突蛋白(或S蛋白)杂交瘤多种B淋巴解析(1)病毒可作为引起免疫反应的抗原,其侵入人体后,首先会被抗原呈递细胞吞噬处理,将其特有的抗原暴露,从而被T细胞表面的受体识别并激活T细胞。(2)B细胞识别入侵的病毒后,在细胞因子的作用下,会增殖、分化形成浆细胞和记忆细胞。(3)判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者时,若采集鼻咽拭子进行病原学检查,则检测的是病毒的核酸;若病人感染了该病毒,则血清中会存在
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