高中二年級(jí)生物選擇性必修3 動(dòng)物細(xì)胞工程核心知識(shí)清單

高中二年級(jí)生物選擇性必修3動(dòng)物細(xì)胞工程核心知識(shí)清單一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)——?jiǎng)游锛?xì)胞工程的基本功（一）概念與原理【基礎(chǔ)】動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是指從動(dòng)物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的技術(shù)。【基礎(chǔ)】其技術(shù)原理是細(xì)胞增殖（有絲分裂）。需要明確的是，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的目的是獲得細(xì)胞產(chǎn)物或細(xì)胞本身，而非像植物組織培養(yǎng)那樣獲得完整個(gè)體。（二）培養(yǎng)條件——模擬體內(nèi)環(huán)境【高頻考點(diǎn)】動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要嚴(yán)格模擬生物體內(nèi)的生理環(huán)境，具體條件如下：1.營(yíng)養(yǎng)條件：培養(yǎng)基成分包括糖類、氨基酸、無(wú)機(jī)鹽、維生素等。由于人們對(duì)細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)尚未完全研究清楚，因此在使用合成培養(yǎng)基時(shí)，通常需要加入血清（如胎牛血清）等天然成分，以提供細(xì)胞生長(zhǎng)必需的生長(zhǎng)因子、貼附因子等未知活性物質(zhì)。【重要】2.無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境：培養(yǎng)液及所有培養(yǎng)用具需無(wú)菌處理；在無(wú)菌操作環(huán)境下進(jìn)行；通常添加抗生素（如青霉素、鏈霉素）以防止細(xì)菌污染；定期更換培養(yǎng)液以清除代謝產(chǎn)物，防止其對(duì)細(xì)胞造成毒害。3.適宜的溫度、pH和滲透壓：哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度多為36.5℃±0.5℃；適宜的pH為7.2～7.4；需維持穩(wěn)定的滲透壓以保持細(xì)胞正常形態(tài)和功能。4.氣體環(huán)境：細(xì)胞培養(yǎng)通常置于含有95%空氣和5%CO?的混合氣體的培養(yǎng)箱中。O?是細(xì)胞代謝所必需的，CO?的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。【重要】（三）培養(yǎng)過(guò)程與關(guān)鍵操作【核心難點(diǎn)】1.取材：材料通常取自動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物的組織、器官。這是因?yàn)橛g動(dòng)物細(xì)胞分化程度低，增殖能力強(qiáng)，更易于培養(yǎng)。2.分散細(xì)胞：將組織塊剪碎，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理。這一步的關(guān)鍵在于：一是證明細(xì)胞間物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)；二是注意控制消化時(shí)間，避免過(guò)度消化損傷細(xì)胞。【易錯(cuò)點(diǎn)】不能用胃蛋白酶替代胰蛋白酶，因?yàn)槲傅鞍酌缸饔玫倪m宜pH約為2，而動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，在此環(huán)境中胃蛋白酶會(huì)失活。【重要】3.原代培養(yǎng)：將分散后的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液，置于培養(yǎng)瓶中進(jìn)行初次培養(yǎng)。此時(shí)，懸液中的分散細(xì)胞會(huì)貼附在瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。對(duì)于貼壁細(xì)胞而言，當(dāng)它們分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，往往會(huì)停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為接觸抑制。【重要】4.傳代培養(yǎng)：當(dāng)原代培養(yǎng)的細(xì)胞因密度過(guò)大、有害代謝物積累、營(yíng)養(yǎng)不足或因接觸抑制而停止分裂時(shí)，需要分瓶進(jìn)行再次培養(yǎng)，即傳代培養(yǎng)。操作時(shí)需再次用胰蛋白酶處理，將貼壁細(xì)胞從瓶壁上脫離下來(lái)，制成細(xì)胞懸液，然后分瓶接種。【重要】（四）細(xì)胞系與細(xì)胞株的概念辨析【難點(diǎn)】1.原代細(xì)胞：指從機(jī)體取材后最初培養(yǎng)的細(xì)胞，具有正常二倍體核型，一定程度上反映體內(nèi)特征。2.細(xì)胞株：通過(guò)選擇法或克隆形成法從原代培養(yǎng)物或細(xì)胞系中獲得的具有特殊性質(zhì)或標(biāo)志的培養(yǎng)細(xì)胞。通常具有有限的傳代次數(shù)和接觸抑制現(xiàn)象，核型仍然是二倍型。3.細(xì)胞系：指可長(zhǎng)期連續(xù)傳代的細(xì)胞。分為有限細(xì)胞系（可傳代有限次數(shù)）和無(wú)限細(xì)胞系（又稱連續(xù)細(xì)胞系，已發(fā)生突變或轉(zhuǎn)化，獲得無(wú)限增殖能力，核型多為異倍體）。【易錯(cuò)點(diǎn)】不要混淆“株”與“系”，株是經(jīng)過(guò)篩選具有特定性狀的群體，系是可長(zhǎng)期傳代的群體。（五）干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用【熱點(diǎn)】1.干細(xì)胞定義：一類具有自我更新能力和分化潛能的細(xì)胞。【基礎(chǔ)】2.類型：【重要】（1）胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）：來(lái)源于早期胚胎，具有發(fā)育的全能性，即能分化為成年動(dòng)物體內(nèi)任何一種類型的細(xì)胞。但其應(yīng)用涉及倫理問題。（2）成體干細(xì)胞：存在于成體組織或器官中（如骨髓中的造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞），一般認(rèn)為具有組織特異性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織，不具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力。（3）誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）：通過(guò)體外誘導(dǎo)（如導(dǎo)入特定轉(zhuǎn)錄因子）已分化的體細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞）獲得的、類似于胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞。其優(yōu)勢(shì)在于：不涉及倫理問題；理論上可利用患者自身細(xì)胞誘導(dǎo)獲得，進(jìn)行移植時(shí)可避免免疫排斥反應(yīng)。【高頻考點(diǎn)/熱點(diǎn)】二、動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)與克隆動(dòng)物（一）概念與原理【基礎(chǔ)】動(dòng)物核移植是將動(dòng)物一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核，移入一個(gè)已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中，使其重組并發(fā)育成一個(gè)新的胚胎，繼而發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體的技術(shù)。其中，利用體細(xì)胞進(jìn)行核移植的技術(shù)難度遠(yuǎn)高于利用胚胎細(xì)胞進(jìn)行核移植。其原理是動(dòng)物細(xì)胞核具有全能性。（二）關(guān)鍵技術(shù)流程（以克隆牛為例）【核心流程/高頻考點(diǎn)】1.供體細(xì)胞準(zhǔn)備：從高產(chǎn)奶牛（提供優(yōu)良性狀）身上取體細(xì)胞（如耳成纖維細(xì)胞）進(jìn)行培養(yǎng)。2.受體細(xì)胞準(zhǔn)備：從屠宰場(chǎng)收集牛卵巢，采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)成熟至減數(shù)第二次分裂中期（MⅡ期）。此時(shí)卵母細(xì)胞具有激活重組胚發(fā)育的能力。【重要】然后用顯微操作法去除卵母細(xì)胞的紡錘體染色體復(fù)合物，獲得去核卵母細(xì)胞。3.核移植：將供體細(xì)胞（或供體細(xì)胞核）注入去核卵母細(xì)胞中。方法有電融合法（使供體細(xì)胞與去核卵母細(xì)胞融合）或直接注射法。4.激活重組胚：用物理或化學(xué)方法（如電刺激、鈣離子載體等）激活重構(gòu)胚，使其啟動(dòng)細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程。5.早期培養(yǎng)與胚胎移植：將激活后的重構(gòu)胚在體外培養(yǎng)至桑椹胚或囊胚階段，再移植到同期發(fā)情的受體母牛（代孕母牛）子宮內(nèi)，使其繼續(xù)發(fā)育直至分娩。（三）應(yīng)用前景與存在問題【拓展】1.應(yīng)用：加速家畜遺傳改良進(jìn)程；保護(hù)瀕危物種；生產(chǎn)醫(yī)用蛋白（如轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物）；作為異種移植的供體；用于研究胚胎發(fā)育及細(xì)胞衰老機(jī)制等。2.存在問題：克隆動(dòng)物成功率低；多數(shù)克隆動(dòng)物存在健康問題，如發(fā)育缺陷、早衰、生理或免疫機(jī)能異常等；對(duì)克隆動(dòng)物倫理問題的爭(zhēng)議。三、動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)與單克隆抗體（一）動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)【基礎(chǔ)】1.概念：兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的技術(shù)。融合后形成的具有原來(lái)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞，稱為雜交細(xì)胞。2.誘導(dǎo)方法：與植物原生質(zhì)體融合類似，主要有聚乙二醇（PEG）融合法、電融合法、滅活病毒誘導(dǎo)法等。【重要】其中，滅活病毒誘導(dǎo)法是動(dòng)物細(xì)胞融合特有的方法（常用滅活的仙臺(tái)病毒）。【易錯(cuò)點(diǎn)】“滅活”是指用物理或化學(xué)手段使病毒或細(xì)菌失去感染能力，但并不破壞其抗原結(jié)構(gòu)（即仍具有融合能力）。【重要】3.意義：突破了有性雜交的局限，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能；是研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和培育生物新品種的重要手段；為制備單克隆抗體打下基礎(chǔ)。（二）單克隆抗體的制備——核心技術(shù)【重中之重/高頻考點(diǎn)】1.傳統(tǒng)抗體的局限：用傳統(tǒng)方法免疫動(dòng)物后，從血清中分離的抗體是多個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆產(chǎn)生的混合物（多克隆抗體），產(chǎn)量低、純度低、特異性差。2.基本原理：【核心邏輯】（1）B淋巴細(xì)胞：每個(gè)B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體，但不能無(wú)限增殖。（2）骨髓瘤細(xì)胞：能在體外大量增殖，但不能產(chǎn)生特異性抗體。（3）雜交瘤細(xì)胞：將兩者融合后獲得的雜交瘤細(xì)胞，既具有骨髓瘤細(xì)胞無(wú)限增殖的能力，又具有B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異性抗體的能力。3.制備過(guò)程全解：【必考流程】（1）免疫小鼠：向小鼠體內(nèi)注射特定抗原（如人絨毛膜促性腺激素），刺激其產(chǎn)生相應(yīng)的已免疫B淋巴細(xì)胞（漿細(xì)胞）。（2）細(xì)胞融合：從小鼠脾臟中提取已免疫的B淋巴細(xì)胞，與骨髓瘤細(xì)胞置于同一培養(yǎng)體系中，加入聚乙二醇（PEG）或滅活病毒等誘導(dǎo)融合。（3）第一次篩選（選擇培養(yǎng)）：利用特定的選擇性培養(yǎng)基（如HAT培養(yǎng)基）進(jìn)行篩選。【難點(diǎn)/易錯(cuò)點(diǎn)】在該培養(yǎng)基中：·未融合的B淋巴細(xì)胞：雖能在HAT培養(yǎng)基中存活，但因其不能在體外無(wú)限增殖，幾天后便會(huì)死亡。·未融合的骨髓瘤細(xì)胞：因其合成DNA的補(bǔ)救途徑缺陷（通常骨髓瘤細(xì)胞為次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷型，即HGPRT?），在HAT培養(yǎng)基中無(wú)法增殖而死亡。·融合的BB細(xì)胞和骨髓瘤骨髓瘤細(xì)胞：BB細(xì)胞無(wú)法增殖而死亡；骨髓瘤骨髓瘤細(xì)胞也無(wú)法在HAT培養(yǎng)基中存活。·融合的雜交瘤細(xì)胞：從B淋巴細(xì)胞獲得了HGPRT酶，從骨髓瘤細(xì)胞獲得了無(wú)限增殖能力，因此能在HAT培養(yǎng)基中存活和增殖。【重要】通過(guò)此步篩選，得到多種雜交瘤細(xì)胞（其中只有少數(shù)是產(chǎn)生所需特定抗體的）。（4）第二次篩選（克隆化培養(yǎng)與抗體檢測(cè)）：因?yàn)榈谝徊胶Y選得到的雜交瘤細(xì)胞不止一種（針對(duì)不同抗原決定簇），需要用有限稀釋法等方法進(jìn)行克隆化培養(yǎng)，并對(duì)每個(gè)孔的培養(yǎng)液進(jìn)行特異性抗體檢測(cè)（如抗原抗體雜交技術(shù)）。篩選出能產(chǎn)生所需特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。【重要】（5）大規(guī)模培養(yǎng)：將篩選出的陽(yáng)性雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)（在培養(yǎng)液中大規(guī)模培養(yǎng)）或注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖（從小鼠腹水中獲取），從而獲得大量單克隆抗體。（三）單克隆抗體的特點(diǎn)與應(yīng)用【高頻考點(diǎn)】1.優(yōu)點(diǎn)：特異性強(qiáng)、靈敏度高、可大量制備。【基礎(chǔ)】2.應(yīng)用：（1）作為診斷試劑：用于檢測(cè)各種抗原（如病原體、腫瘤標(biāo)志物、激素等），具有準(zhǔn)確、高效、簡(jiǎn)易、快速的優(yōu)點(diǎn)。例如，早早孕診斷試劑盒就是利用抗人絨毛膜促性腺激素（HCG）的單克隆抗體。（2）用于治療疾病和運(yùn)載藥物：可以制成“生物導(dǎo)彈”，即將單克隆抗體與藥物（如細(xì)胞毒素、放射性同位素）偶聯(lián)。利用單克隆抗體的特異性導(dǎo)向作用，將藥物精準(zhǔn)地帶到靶細(xì)胞（如腫瘤細(xì)胞）所在位置，在原位殺死病變細(xì)胞，而對(duì)正常細(xì)胞損傷較小。【熱點(diǎn)】四、核心概念比較與易錯(cuò)辨析（一）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的比較【綜合考查】·培養(yǎng)基性質(zhì)：動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)為液體培養(yǎng)基（合成培養(yǎng)基+血清）；植物組織培養(yǎng)為固體培養(yǎng)基（需添加瓊脂，且激素比例調(diào)控脫分化和再分化）。·原理：動(dòng)物為細(xì)胞增殖；植物為細(xì)胞全能性。·結(jié)果：動(dòng)物獲得細(xì)胞或細(xì)胞產(chǎn)物；植物獲得新個(gè)體或愈傷組織。·消化處理：動(dòng)物需用胰蛋白酶分散細(xì)胞；植物需用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體。（二）克隆動(dòng)物與試管動(dòng)物的本質(zhì)區(qū)別【難點(diǎn)】·克隆動(dòng)物（核移植）：屬于無(wú)性生殖。遺傳物質(zhì)主要來(lái)自供核個(gè)體（細(xì)胞核基因），細(xì)胞質(zhì)基因來(lái)自卵母細(xì)胞供體。性狀主要與供核個(gè)體相似。·試管動(dòng)物（體外受精）：屬于有性生殖。遺傳物質(zhì)來(lái)自父本和母本（精子和卵細(xì)胞）。性狀為雙親性狀的重新組合。（三）單克隆抗體制備中的兩次篩選目的辨析【必考點(diǎn)】·第一次篩選（HAT培養(yǎng)基篩選）：目的是篩選出雜交瘤細(xì)胞（即B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合后的細(xì)胞），淘汰未融合的細(xì)胞和同種融合的細(xì)胞。·第二次篩選（克隆化培養(yǎng)和抗體檢測(cè)）：目的是篩選出能分泌所需特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。這一步是單克隆中的“單”字核心所在。五、常見題型與解題要點(diǎn)（一）考查方式1.基礎(chǔ)選擇題：直接考查動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件（如CO?作用、血清用途）、干細(xì)胞類型特點(diǎn)、核移植受體細(xì)胞選擇原因、單克隆抗體優(yōu)點(diǎn)等。2.流程分析題：給出單克隆抗體制備或核移植流程圖，要求判斷各步驟名稱、目的、篩選方法及原理。特別注意標(biāo)記清第一次篩選和第二次篩選的對(duì)象和方法。3.實(shí)驗(yàn)探究題：以動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)為背景，探究藥物毒性、誘導(dǎo)分化條件等。需注意對(duì)照組的設(shè)置（如溶劑對(duì)照）、無(wú)關(guān)變量控制（如細(xì)胞接種密度一致）和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的規(guī)范性。4.材料信息題：結(jié)合iPS細(xì)胞研究進(jìn)展、癌癥免疫治療等前沿科技，考查知識(shí)遷移能力。答題時(shí)要緊扣原理，聯(lián)系教材中的核心概念（如全能性、免疫排斥、特異性等）。（二）解題步驟與易錯(cuò)提醒1.審題要“細(xì)”：看清題目問的是“原代培養(yǎng)”還是“傳代培養(yǎng)”；是“胚胎干細(xì)胞”還是“成體干細(xì)胞”；是“第一次篩選”還是“第二次篩選”。2.原理要“透”：深刻理解血清不能完全人工合成的原因（未知生長(zhǎng)因子）；理解胰蛋白酶兩次使用（原代和傳代）的時(shí)機(jī)；理解MⅡ期卵母細(xì)胞作為核受體細(xì)胞的原因（體積大、易操作、細(xì)胞質(zhì)中