北师大版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程一 动物细胞培养技术集体备课ppt课件

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一、动物细胞培养技术1.动物细胞培养的概念:从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的条件下使细胞生长和增殖的过程,称为动物细胞培养。2.动物细胞培养的条件(1)液体培养基中的营养成分主要包括无机盐、葡萄糖、氨基酸、维生素和动物血清。(2)为防止培养过程中微生物的污染,可在培养液中加入适宜种类、适量的抗生素。(3)用于培养的动物细胞一般取自动物的胚胎或幼龄动物的组织、器官。
3.动物细胞培养的过程将动物组织剪切成小块→胰蛋白酶消化→过滤→滤液离心后弃去上清液→沉淀加营养液并混匀→原代培养 传代培养4.动物细胞培养的特点(1)贴壁生长。(2)接触抑制。(3)分裂次数有限性。
5.动物细胞培养技术的应用(1)用于生理、病理、药理等方面的研究。(2)生产有重要药用价值的生物制品。(3)培养的动物细胞既可以作为基因工程的受体细胞,又可以检测有毒物质及其毒性。(4)用培养的人体细胞构建组织、器官,用于临床器官移植。
二、动物细胞融合技术1.利用促融手段使两个或多个动物细胞融合成一个细胞(1)动物细胞融合的概念: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称为动物细胞融合,也称细胞杂交。(2)原理:质膜具有一定的流动性。(3)诱导因素:如电刺激、PEG、灭活病毒等。
(4)意义①动物细胞融合技术突破了有性杂交中生殖隔离的局限,使远缘杂交成为可能。②动物细胞融合技术是研究细胞学、遗传学、免疫学、病毒学以及癌症、膜蛋白等领域的重要手段。③制备单克隆抗体。
2.利用细胞融合技术生产单克隆抗体(1)多克隆抗体①概念:由同一抗原诱导产生的针对多个抗原决定簇的抗体称为多克隆抗体。②缺陷:特异性不强,灵敏度不高。
(2)单克隆抗体①概念:只含有针对一个抗原决定簇的抗体称为单克隆抗体。②单克隆抗体制备过程
③单克隆抗体的应用a.优点:纯度高,特异性更强,能准确识别抗原物质并与之特异性结合,在诊断上具有准确、高效、简易、快速的特点。b.应用:用于人类疾病及动植物病害的诊断和病原体的鉴定;将抗癌细胞的单克隆抗体与药物结合,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,既可以杀死癌细胞,又不损伤正常细胞。
【预习检测】 1.判断正误。(1)制备肝细胞悬液时,先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。(　　)(2)动物细胞培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖。(　　)(3)动物细胞培养过程中应定期更换培养液,以便清除代谢产物,保证无毒环境。(　　)(4)动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清。(　　)
(5)植物原生质体融合和动物细胞融合的基本原理是相同的。(　　)(6)动物细胞融合技术可用于培育克隆动物和制备单克隆抗体。(　　)(7)动物细胞融合技术突破了有性杂交中生殖隔离的局限,使远缘杂交成为可能。(　　)(8)将B细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合,培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞。(　　)
2.在动物细胞培养过程中,只属于原代培养过程的是(　　)。A.用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程B.从机体取得细胞并处理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继续培养的过程D.哺乳动物细胞在培养基中悬浮生长的过程答案:B
3.下列关于动物细胞培养的叙述,错误的是(　　)。　A.动物细胞培养是动物细胞工程的基础B.用于培养的细胞最好是取自健康动物体内的组织细胞C.将所取的组织先用胰蛋白酶或胶原酶处理,使其分散成单个细胞,再制成细胞悬液培养D.贴壁生长的细胞由于接触抑制,会出现停止分裂的现象,悬浮生长的细胞不会出现停止生长的现象答案:D
4.图Z2-2-1是单克隆抗体制备过程示意图,其中1过程注射的物质和甲细胞的名称分别为(　　)。
A.抗体、T细胞B.抗原、T细胞C.抗体、B细胞D.抗原、B细胞答案:D解析: 1过程注射的是抗原,使小鼠产生经过免疫的B细胞(甲细胞)。
5.动物细胞融合的原理,以及与植物体细胞杂交相比,其特有的诱导因素分别是(　　)。A.质膜的流动性、离心B.质膜的流动性、灭活病毒C.细胞的全能性、电刺激D.细胞的全能性、灭活病毒答案:B解析:动物细胞融合的原理是质膜具有一定的流动性;动物细胞融合常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活病毒、电刺激等,其中灭活病毒是其特有的诱导因素,而聚乙二醇、电刺激也可用于诱导植物体细胞杂交。
6.要想获得大量的单克隆抗体,就必须用单个的B细胞进行无性繁殖,形成细胞群。其原因是(　　)。A.在体外培养条件下B细胞可以无限增殖B.在动物体内,每个B细胞可产生多种抗体C.每一个B细胞都参与特异性免疫反应D.每一个B细胞只分泌一种特异性抗体答案:D
【问题引领】1.为什么要将动物组织分散成单个细胞进行培养?提示:(1)保证细胞所需要的营养供应。(2)保证细胞内有害代谢产物的及时排出。2.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是什么成分?用胃蛋白酶可以吗?提示:用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是蛋白质。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。而胰蛋白酶在此环境中活性较高,因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养时把动物组织分散成单个细胞。
【归纳提升】1.植物组织培养与动物细胞培养的比较
2.动物细胞培养的特点(1)贴壁生长。细胞悬液中分散的细胞很快就会贴附到瓶壁上,这就要求培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒,易于贴附。(2)接触抑制。当细胞单层分裂生长到表面相互接触时,细胞就停止分裂增殖,不再继续生长。(3)分裂次数有限性。动物细胞生长到10代左右出现生长停滞,大部分细胞衰老死亡。动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同:第一次是使动物组织分散成单个细胞,第二次是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。
3.原代培养与传代培养(1)原代培养:将细胞悬液放入动物细胞培养瓶内,置于二氧化碳恒温培养箱中,控制适宜的二氧化碳浓度和温度进行培养,这个过程称为原代培养。(2)传代培养:原代培养的细胞分装到几个新培养瓶中继续培养称为传代培养。
4.两个原因(1)动物组织要分散成单个细胞培养的原因:分散成单个细胞后容易培养,细胞所需的营养容易供应,其代谢产物容易排出;而用大块组织培养时,内部细胞的营养供应和代谢产物的排出都较困难。同时,分散成单个细胞培养,可使在细胞水平进行操作的其他技术得以实现。(2)选取动物的胚胎或幼龄动物的组织、器官作为材料的原因:用于培养的动物细胞一般取自动物的胚胎或幼龄动物的组织、器官,因其细胞的分化程度低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。
【典型例题】图Z2-2-2为动物细胞培养的基本过程示意图。请据图回答下列问题。
图Z2-2-2 (1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织,原因是其细胞　　　　　　　　,易于培养。培养时先要剪碎,然后用　　　　　　分散细胞,制成B瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为　　　　。 
(2)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。图Z2-2-3是动物血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。据图可知,培养　　　　细胞一定要添加动物血清。 
答案:(1)增殖能力强　胰蛋白酶(或胶原酶)　原代培养 (2)正常解析:(1)动物细胞培养的过程:将动物组织剪切成小块→胰蛋白酶消化→过滤→滤液离心后弃去上清液→沉淀加营养液并混匀制成细胞悬液→原代培养→传代培养。(2)由题图可知,培养癌细胞时,有无动物血清影响不大,而培养正常细胞时,有动物血清时的细胞数远大于无动物血清时的细胞数,故培养正常细胞必须要添加动物血清。
【变式训练】 1.某研究小组准备对某种动物的肝细胞进行动物细胞培养,下列有关说法正确的是(　　)。A.培养液通常含有蔗糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清B.细胞培养应在二氧化碳恒温培养箱中进行,二氧化碳的作用是刺激细胞的呼吸C.取单个肝细胞进行培养获得细胞群的方法利用了细胞全能性原理D.动物细胞培养可实现干扰素、单克隆抗体、疫苗等生物制品的规模化生产答案:D
解析:动物细胞培养时所用的培养基为液体培养基,通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。动物细胞培养应在二氧化碳恒温培养箱中进行,二氧化碳的作用是维持培养液的pH。取单个肝细胞进行培养获得细胞群的方法利用了细胞增殖的原理。
2.下列关于动物细胞培养的叙述,错误的是(　　)。　A.用于培养的动物细胞大多取自动物的胚胎或幼龄动物的组织、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.在动物细胞培养过程中,要定期用胰蛋白酶处理,使细胞从瓶壁上脱离下来,制成细胞悬液D.在动物细胞培养过程中,贴壁生长的细胞可形成多层细胞答案:D解析:动物细胞培养具有接触抑制的特点,当细胞单层分裂生长到表面相互接触时,细胞就停止分裂增殖,不再继续生长。
【问题引领】1.植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术有什么不同?提示:(1)利用灭活的病毒诱导是动物细胞融合常用的方法,植物体细胞杂交不用此方法。(2)在植物体细胞杂交过程中,首先要去除细胞壁,制备原生质体,而动物细胞无细胞壁,可直接诱导融合。(3)通过植物体细胞杂交技术可获得新植株,通过动物细胞融合技术只能得到杂合细胞或细胞产物。
2.细胞融合的实质是什么?动物细胞融合完成的标志是什么?提示:细胞融合的实质是细胞核融合。动物细胞融合完成的标志是两个或多个细胞核融合为一个细胞核。3.培养液中存在A、B两种细胞,经诱导融合处理后,培养液中可能存在的融合细胞类型有哪些(只考虑两个细胞融合的情况)?哪种类型才是真正有意义的杂合细胞?提示:A-A融合细胞、B-B融合细胞、A-B融合细胞。其中A-B融合细胞才是真正有意义的杂合细胞。4.诱导动物细胞融合和诱导植物原生质体融合都可使用的方法有哪些?提示:物理法(电刺激等)和化学法(PEG等)。
【归纳提升】1.灭活病毒促融合原理灭活病毒促融合原理是病毒表面含有的一些蛋白质和酶,能与质膜表面的糖蛋白特异性结合并发挥作用,使细胞相互凝聚,质膜上的磷脂分子和蛋白质分子重新排布,细胞发生融合。具体过程见图Z2-2-4。
2.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
【典型例题】图Z2-2-5为动物细胞融合过程示意图,下列相关叙述错误的是(　　)。
A.图中C为灭活的病毒,此外还可用物理或化学方法诱导融合B.图中①过程发生了质膜的融合,体现了质膜的选择透过性C.图中②过程表示通过有丝分裂过程产生杂合细胞
D.动物细胞融合技术可用于生产单克隆抗体答案:B解析:①过程发生了质膜的融合,体现了质膜具有一定的流动性。
【变式训练】 1.(不定项选择题)图Z2-2-6为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是(　　)。
A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现C.c细胞的形成与a、b细胞质膜的流动性都有关D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因答案:BC
解析:植物细胞融合前需先用酶解法去除细胞壁,A项错误。细胞间的融合需在相应的诱导因素的作用下才能完成,B项正确。细胞融合依赖于质膜的流动性,C项正确。c细胞中具有a、b细胞的全部基因,但这些基因不一定能全部表达,D项错误。
2.下列对植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较,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.两者都可以突破有性杂交中生殖隔离的局限,使远缘杂交成为可能C.利用植物体细胞杂交技术发展起来的杂交瘤技术,为制造单克隆抗体开辟了新途径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病毒诱导,而植物原生质体融合不可以。利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术,为制造单克隆抗体开辟了新途径。“超级植物”具有两个亲本的遗传物质,但它们的性状不一定能全部表达。
【问题引领】1.制备单克隆抗体时,为什么要选用B细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞?提示:每个B细胞只能合成并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。若将两种细胞融合在一起,则既能产生特异性抗体,又能快速增殖。2.B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?提示:未融合的B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.选择杂交瘤细胞的两次筛选的目的各是什么?提示:第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞,第二次筛选的目的是获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞。4.新型冠状病毒导致的全球疫情影响了人类的生产生活,如果你是一名研究员,从单克隆抗体的角度进行药物研发,给实验动物注射的抗原是什么?提示:减毒或灭活的新型冠状病毒。
【归纳提升】1.多克隆抗体与单克隆抗体的比较
2.单克隆抗体制备过程的几个问题分析(1)对动物进行免疫的原因:B细胞要经过免疫过程,即接触抗原,增殖分化为有特异性免疫功能的B细胞,才能产生相应的抗体,所以,与骨髓瘤细胞融合的B细胞实际上是浆细胞。(2)单克隆抗体制备过程中的两次筛选第一次筛选:B细胞和骨髓瘤细胞经诱导剂作用后,会出现多种细胞,如B-B细胞、瘤-瘤细胞、B-瘤细胞、B细胞、骨髓瘤细胞等,因而要用选择培养基筛选出杂交瘤细胞(即B-瘤细胞)。用特定的培养基筛选,未融合的亲本细胞、融合的具有同种核的细胞停止生长或只能存活几天,只有B细胞和骨髓瘤细胞融合的细胞才可以大量生长、繁殖。
第二次筛选:B细胞有多种,与骨髓瘤细胞融合后产生多种杂交瘤细胞,因而需要对杂交瘤细胞做进一步的筛选。通常用“有限稀释法”,将杂交瘤细胞稀释,用多孔培养板培养,使每孔中的细胞不超过一个,培养增殖后,检测各孔上清液中细胞分泌的抗体,以确定是不是所需要的杂交瘤细胞,然后再扩大培养。(3)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质,不仅具有浆细胞产生特异性抗体的能力,还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力,从而可以克服单纯B细胞不能无限增殖的缺点,大量生产单克隆抗体。
【典型例题】人绒毛膜促性腺激素(HCG)是受孕后体内分泌的一种糖蛋白激素,利用HCG的单克隆抗体早孕试纸可快速检测是否妊娠。图Z2-2-7是HCG的单克隆抗体的制备流程示意图,请分析回答下列问题。
(1)制备单克隆抗体过程中要用到　　　　　技术和　　　　　技术。 (2)制备单克隆抗体过程中,给小鼠注射的HCG相当于　　　　,使小鼠产生分泌相应　　　　　　的B细胞,此过程属于特异性免疫中的　　　　　　免疫。 (3)融合细胞经HAT培养基培养的目的是　　　　　　　　　　;克隆化培养并进行专一性抗体检测的目的是　　　　　　　　　　　　　　。最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是　　　　　　　　　　。 答案:(1)动物细胞培养　动物细胞融合(两者顺序可互换)　(2)抗原　抗体　体液　(3)获得杂交瘤细胞　获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞　既能快速、无限增殖,又能分泌大量特异性抗体
【变式训练】 1.图Z2-2-8是单克隆抗体制备流程示意图,据图判断,下列叙述正确的是(　　)。
A.制备单克隆抗体的原理包括细胞增殖、质膜的流动性、细胞的全能性等B.根据培养基的物理性质分类,图中HAT培养基属于选择培养基C.在制备单克隆抗体的过程中有2次筛选,第1次是筛选杂交瘤细胞,第2次是筛选能够产生特定抗体的杂交瘤细胞D.小鼠骨髓瘤细胞的染色体数是40条,B细胞的染色体数是46条,融合后形成的杂交瘤细胞中DNA分子数为86个答案:C
解析:制备单克隆抗体不涉及细胞的全能性,A项错误。HAT培养基为选择培养基,是根据功能分类的,而不是物理性质,B项错误。动物细胞两两融合,可能出现3种不同的情况,需要通过筛选获取杂交瘤细胞,这些杂交瘤细胞产生的抗体并不单一,需要经过第2次筛选,以获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞,C项正确。融合后的杂交瘤细胞的细胞质中含有少量的DNA,因此杂交瘤细胞中的DNA分子数应大于86个,D项错误。
2.单克隆抗体在疾病的诊断和治疗中发挥着越来越重要的作用。科学家米尔斯坦和科勒设计了一个用已免疫的B细胞制备单克隆抗体的实验,图Z2-2-9为其实验流程图。下列有关叙述错误的是(　　)。
A.a是骨髓瘤细胞,②表示在选择培养基上进行培养B.制备单克隆抗体时,选择B细胞的原因是它能分泌多种特异性抗体C.③过程如在体外培养,则需要无菌、无毒,营养充足,温度、pH 适宜等环境条件D.诱导动、植物细胞融合常用的一种化学诱导剂是聚乙二醇
答案:B解析:每一种B细胞经特定抗原刺激只能产生一种特异性抗体。