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第2章 细胞工程
探究一 动物细胞培养的条件
素养点拨
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营养
动物胚胎或
机械处理或用胰蛋白
酶、胶原蛋白酶处理
单个
无菌、无毒的环境
幼龄动物的
加培养液制成
细胞
细胞
悬浮液
条件
组织、器官
温度、pH和渗透压
动物
气体环境
过程
细胞
胚胎干细胞、成
导致
培养
原代培养
类型
细胞密度过大、有害
体干细胞、诱导
代谢物积累、营养物
多能干细胞
质缺乏、贴壁细胞发
干细胞
生接触抑制
分瓶
传代培养
再生医学、药物
应用
安全性与有效性
检测等领域第2节 动物细胞工程
第1课时 动物细胞培养
[基础检查]
1.动物细胞工程常用的技术中最基础的是 ( )
A.动物细胞培养 B.单克隆抗体
C.动物细胞融合 D.动物细胞核移植
2.下列关于动物细胞培养所需条件的叙述,错误的是 ( )
A.无毒、无菌的环境
B.温度与动物体温相近
C.合成培养基中通常需加入血清
D.不需要O2,需要CO2调节培养液的pH
3.用于动物细胞培养的组织和细胞大都取自胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织,其主要原因是这样的组织或细胞 ( )
A.容易产生各种变异
B.具有更高的全能性
C.取材十分方便
D.分裂增殖的能力强
4.下图表示动物细胞培养的过程,下列有关叙述正确的是 ( )
A.乙中进行动物细胞培养时应通入适量的CO2以调节pH
B.宜用胃蛋白酶将甲中的动物组织分散为单个的细胞
C.甲中用于培养的动物细胞宜取自成年动物
D.丙中细胞大量繁殖后,细胞之间相互接触能促进细胞的分裂
5.下列关于动物细胞培养过程中细胞的活动或特性的叙述,错误的是 ( )
A.细胞通常贴壁生长
B.细胞进行有丝分裂
C.贴壁细胞之间有接触抑制现象
D.细胞的遗传物质均发生改变
6.用动植物成体的体细胞进行离体培养,下列叙述正确的是 ( )
A.都需用CO2培养箱
B.都需用液体培养基
C.都要在无菌条件下进行
D.都可体现细胞的全能性
7.培养肉是利用从动物体内分离的肌肉母细胞或多能干细胞,经过动物细胞培养技术培养出的类似于动物肌肉的肉丝,同时添加了人体所需的元素,如铁、钙等,使之营养更加丰富。下列相关叙述错误的是 ( )
A.用胃蛋白酶处理肌肉组织,可以获得分裂能力强的肌肉母细胞
B.动物细胞培养过程中可能发生突变,进而能够在体外无限增殖
C.培养液中的支架提供了更多的细胞附着面积,有利于细胞贴壁生长
D.“人造牛肉”的培养有利于工厂化生产,产品是真肉
8.干细胞是生物体生命进程中出现的一类未分化细胞,它可以分裂、分化形成各种组织或细胞。下列有关叙述错误的是 ( )
A.在适宜条件下,胚胎干细胞可以分化为多种组织
B.用干细胞培育出人体心脏,其细胞核内的遗传物质发生改变
C.干细胞中含有本物种发育的全套遗传物质
D.运用胚胎干细胞可以培育动物器官或组织,开创人类疾病治疗的新方法
9.通过特定方法,科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。下列有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述,正确的是 ( )
A.类胚胎干细胞能够分化成多种细胞
B.分化的体细胞丢失了某些基因
C.二者功能有差异,但形态没有差异
D.二者基因组相同,且表达的基因相同
10.(2022·内江)干细胞移植现在已成为治疗糖尿病的一种临床技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞,以替代损伤的胰岛B细胞,达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是 ( )
A.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成不同,基因表达产物不同
B.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成相同,基因表达产物不同
C.胰腺组织微环境造成骨髓干细胞基因丢失,分化成为胰岛样细胞
D.胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化无影响,分化是由基因决定的
11.下图为动物细胞培养程序图,请据图回答下列问题。
(1)过程 中用胰蛋白酶处理后产生单个细胞,这样做的目的是 。
(2)过程④进行的细胞培养是 ,细胞适于 生长增殖。
(3)过程⑥进行的细胞培养是 , 一般传至10代后就不易传下去了,传至10~50代时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,部分细胞的细胞核型会发生改变。继续培养时,小部分细胞发生了突变,朝着等同于 的方向发展。
(4)④和⑥过程都要放在含有的气体环境中培养。
[拓展应用]
12.(2023·广州)骨髓间充质干细胞(BMSC)在某些诱导剂作用下可分化成心肌细胞,在心脏类疾病的治疗中拥有广阔的应用前景。在细胞培养的过程中,通过检测细胞中基因的表达产物可以判断细胞的分化方向。科研人员研究丹酚酸B(丹参提取物)对BMSC分化的影响,从大鼠体内分离BMSC并进行多代培养,用一定浓度的丹酚酸B处理一段时间后,与对照组相比,实验组中与分化为心肌细胞相关的关键基因的mRNA含量明显增加。下列叙述错误的是 ( )
A.在使用丹酚酸B和生理盐水处理细胞前,需对两种试剂进行灭菌处理
B.原代培养的BMSC出现接触抑制时,需要用胃蛋白酶处理并进行分瓶培养
C.BMSC与诱导多能干细胞都是具有分裂能力的细胞,且具有一定的分化潜能
D.推测丹酚酸B是通过促进相关基因的转录来促进BMSC分化为心肌细胞的
13.下图所示为利用胚胎干细胞(ES细胞)治疗糖尿病的技术流程,下列有关叙述错误的是 ( )
A.ES细胞可以用于治疗人类的某些顽症
B.ES细胞在体外培养时需加入分化诱导因子
C.利用ES细胞可防止移植后的免疫排斥问题
D.糖尿病小鼠的治疗过程体现了ES细胞的全能性
14.下图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线图,图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。下列有关叙述正确的是 ( )
A.动物细胞培养选用的培养材料大多为动物的受精卵
B.原代培养和传代培养的分界点是B点
C.细胞培养过程中,环境中的5%CO2可以刺激细胞呼吸
D.培养过程中细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
15.为了初步检测药物X和Y的抗癌活性,在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞,使其贴壁生长。实验组加入等体积相同浓度的溶于二甲基亚砜(溶剂)的药物X或Y,培养过程及结果如下图所示。下列有关叙述错误的是 ( )
A.对照组中应加入与实验组等体积的二甲基亚砜
B.可用胰蛋白酶处理使肝癌细胞脱落下来并进行计数
C.细胞培养需要在无菌、无毒且温度适宜的环境中进行
D.根据实验结果,可以初步判断这两种药物都具有抗癌作用,且药物Y的抗癌效果较好
16.新型冠状病毒灭活疫苗是使用非洲绿猴肾(Vero)细胞进行病毒培养扩增,经β-丙内酯灭活病毒,保留抗原成分以诱导机体产生免疫应答,并加氢氧化铝佐剂以提高免疫原性。请回答下列问题。
(1)非洲绿猴肾(Vero)细胞培养是疫苗研发的主要环节。在培养中,除了适宜的营养物质、温度等条件外,还需要控制的气体条件是 与5%二氧化碳的混合气体,二氧化碳的主要作用是 。在使用合成培养基时通常需加入血清,血清的作用是 。
(2)把新型冠状病毒毒株接种于 Vero 细胞培养液后在适宜条件下培养,出现细胞病变时,收获 (填“细胞培养液”或“Vero 细胞”),纯化后加入适宜浓度的β-丙内酯灭活,并加氢氧化铝佐剂以提高免疫原性。
(3)为检测某种灭活疫苗的安全性,某研究所选择了15只生理状况相同的大鼠,随机分为5组。A组每只注射 0.5 μg 疫苗;B组每只注射5 μg疫苗;C组每只注射50 μg疫苗;D组每只注射5 mg疫苗;E组进行X操作。第1次免疫后, 第7天加强免疫,第21天攻毒,第35天解剖检验。A、B、C、D组均出现抗新型冠状病毒抗体,且均未出现免疫病理反应。
①该实验的自变量是 ,因变量是 ,对E组的X操作是 。
②该实验结果证明 。
第2节 动物细胞工程
第1课时 动物细胞培养
[基础检查]
1.动物细胞工程常用的技术中最基础的是 ( )
A.动物细胞培养 B.单克隆抗体
C.动物细胞融合 D.动物细胞核移植
解析:动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
答案:A
2.下列关于动物细胞培养所需条件的叙述,错误的是 ( )
A.无毒、无菌的环境
B.温度与动物体温相近
C.合成培养基中通常需加入血清
D.不需要O2,需要CO2调节培养液的pH
解析:动物细胞培养需要无毒、无菌的环境,以防止被微生物感染;需要适宜的温度,温度要与动物体温相近;用于动物细胞培养的合成培养基需加入血清等一些天然成分;动物细胞培养需要一定的气体环境,即95%空气(其中O2为细胞代谢所必需的)和5%CO2(维持培养液的pH)的混合气体。
答案:D
3.用于动物细胞培养的组织和细胞大都取自胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织,其主要原因是这样的组织或细胞 ( )
A.容易产生各种变异
B.具有更高的全能性
C.取材十分方便
D.分裂增殖的能力强
解析:动物细胞培养时所用的材料常取自胚胎或幼龄动物的组织或器官,因为这些组织或细胞的分裂能力强。
答案:D
4.下图表示动物细胞培养的过程,下列有关叙述正确的是 ( )
A.乙中进行动物细胞培养时应通入适量的CO2以调节pH
B.宜用胃蛋白酶将甲中的动物组织分散为单个的细胞
C.甲中用于培养的动物细胞宜取自成年动物
D.丙中细胞大量繁殖后,细胞之间相互接触能促进细胞的分裂
解析:动物细胞培养过程中,需要通入一定的CO2以维持培养液的pH;将甲中的动物组织分散为单个的细胞应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶;甲中用于培养的动物细胞宜取自动物胚胎或幼龄动物的器官或组织;丙中细胞大量繁殖后,细胞之间相互接触能抑制细胞的分裂。
答案:A
5.下列关于动物细胞培养过程中细胞的活动或特性的叙述,错误的是 ( )
A.细胞通常贴壁生长
B.细胞进行有丝分裂
C.贴壁细胞之间有接触抑制现象
D.细胞的遗传物质均发生改变
解析:动物细胞培养过程中,大多数细胞需要贴附于培养瓶上生长增殖;动物细胞培养是细胞增殖的过程,细胞增殖的方式为有丝分裂;在动物细胞培养过程中,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,这种现象称为细胞的接触抑制;原代培养的细胞具有继续增殖的能力,遗传物质一般不发生改变,传代培养过程中,部分细胞的细胞核型可能会发生改变,成为不死的细胞。
答案:D
6.用动植物成体的体细胞进行离体培养,下列叙述正确的是 ( )
A.都需用CO2培养箱
B.都需用液体培养基
C.都要在无菌条件下进行
D.都可体现细胞的全能性
解析:动植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行;动物成体的体细胞离体培养用液体培养基和CO2培养箱,不能体现细胞的全能性;植物成体的体细胞离体培养一般用固体培养基,不需要用CO2培养箱,若培养成完整个体可体现细胞的全能性。
答案:C
7.培养肉是利用从动物体内分离的肌肉母细胞或多能干细胞,经过动物细胞培养技术培养出的类似于动物肌肉的肉丝,同时添加了人体所需的元素,如铁、钙等,使之营养更加丰富。下列相关叙述错误的是 ( )
A.用胃蛋白酶处理肌肉组织,可以获得分裂能力强的肌肉母细胞
B.动物细胞培养过程中可能发生突变,进而能够在体外无限增殖
C.培养液中的支架提供了更多的细胞附着面积,有利于细胞贴壁生长
D.“人造牛肉”的培养有利于工厂化生产,产品是真肉
解析:用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理肌肉组织,可以获得分裂能力强的肌肉母细胞;动物细胞的传代培养中,部分细胞遗传物质改变,具有癌细胞特点,即能够在体外无限增殖;动物细胞培养会出现贴壁生长,培养液中的支架可为细胞提供更多的附着面积;动物细胞培养有利于工厂化生产,产品是真肉。
答案:A
8.干细胞是生物体生命进程中出现的一类未分化细胞,它可以分裂、分化形成各种组织或细胞。下列有关叙述错误的是 ( )
A.在适宜条件下,胚胎干细胞可以分化为多种组织
B.用干细胞培育出人体心脏,其细胞核内的遗传物质发生改变
C.干细胞中含有本物种发育的全套遗传物质
D.运用胚胎干细胞可以培育动物器官或组织,开创人类疾病治疗的新方法
解析:在适当的条件下,胚胎干细胞可以分化为多种组织;干细胞分化形成心脏的过程是基因的选择性表达,遗传物质未改变;干细胞来自受精卵的有丝分裂,含有本物种发育的全套遗传物质;运用胚胎干细胞可以培育动物器官或组织,从而开创人类疾病治疗的新方法。
答案:B
9.通过特定方法,科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。下列有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述,正确的是 ( )
A.类胚胎干细胞能够分化成多种细胞
B.分化的体细胞丢失了某些基因
C.二者功能有差异,但形态没有差异
D.二者基因组相同,且表达的基因相同
解析:干细胞指的是体内保持分裂和分化能力的细胞,类胚胎干细胞也具有分裂和分化能力;细胞分化过程中遗传物质不变;已分化的体细胞和类胚胎干细胞二者功能有差异,形态也会有差异;由于细胞分化过程中基因的表达具有选择性,所以表达的基因不相同。
答案:A
10.(2022·内江)干细胞移植现在已成为治疗糖尿病的一种临床技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞,以替代损伤的胰岛B细胞,达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是 ( )
A.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成不同,基因表达产物不同
B.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成相同,基因表达产物不同
C.胰腺组织微环境造成骨髓干细胞基因丢失,分化成为胰岛样细胞
D.胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化无影响,分化是由基因决定的
解析:由题意可知,骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成相同,基因表达产物不同;骨髓干细胞增殖分化成为胰岛样细胞的过程中,遗传物质并没有发生改变,基因不会丢失;题干中说“自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞”,因此胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化是有影响的,在此微环境中基因发生了选择性表达。
答案:B
11.下图为动物细胞培养程序图,请据图回答下列问题。
(1)过程 中用胰蛋白酶处理后产生单个细胞,这样做的目的是 。
(2)过程④进行的细胞培养是 ,细胞适于 生长增殖。
(3)过程⑥进行的细胞培养是 , 一般传至10代后就不易传下去了,传至10~50代时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,部分细胞的细胞核型会发生改变。继续培养时,小部分细胞发生了突变,朝着等同于 的方向发展。
(4)④和⑥过程都要放在含有的气体环境中培养。
解析:(1)用胰蛋白酶处理可产生单个细胞的过程是②和⑤,其目的是解除由于接触对细胞生长和增殖的抑制。(2)悬液中分散的细胞往往很快就贴附在瓶壁上,这种现象称为细胞贴壁。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,这种现象称为细胞的接触抑制。人们通常将动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。(3)贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖,这样的过程称为传代培养;一般传至10代后就不易传下去了,传至10~50代时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,部分细胞的细胞核型会发生改变;继续培养时,少部分细胞发生了突变,朝着等同于癌细胞的方向发展。(4)动物细胞培养的④和⑥过程都要放在含有95%空气和5%CO2的CO2培养箱中培养。
答案:(1)②和⑤ 解除由于接触对细胞生长和增殖的抑制 (2)原代培养 贴壁 (3)传代培养 癌细胞 (4)95%空气和5%CO2
[拓展应用]
12.(2023·广州)骨髓间充质干细胞(BMSC)在某些诱导剂作用下可分化成心肌细胞,在心脏类疾病的治疗中拥有广阔的应用前景。在细胞培养的过程中,通过检测细胞中基因的表达产物可以判断细胞的分化方向。科研人员研究丹酚酸B(丹参提取物)对BMSC分化的影响,从大鼠体内分离BMSC并进行多代培养,用一定浓度的丹酚酸B处理一段时间后,与对照组相比,实验组中与分化为心肌细胞相关的关键基因的mRNA含量明显增加。下列叙述错误的是 ( )
A.在使用丹酚酸B和生理盐水处理细胞前,需对两种试剂进行灭菌处理
B.原代培养的BMSC出现接触抑制时,需要用胃蛋白酶处理并进行分瓶培养
C.BMSC与诱导多能干细胞都是具有分裂能力的细胞,且具有一定的分化潜能
D.推测丹酚酸B是通过促进相关基因的转录来促进BMSC分化为心肌细胞的
解析:在动物细胞工程中应注意无菌操作,在使用丹酚酸B和生理盐水处理细胞前,需对两种试剂进行灭菌处理;动物细胞培养的pH为7.2~7.4, 胃蛋白酶在此条件下会变性失活,故原代培养的BMSC出现接触抑制时,需要用胰蛋白酶等处理并进行分瓶培养;BMSC与诱导多能干细胞都是具有分裂能力的细胞,且具有一定的分化潜能,故能在某些诱导剂作用下分化成心肌细胞;基因转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,分析题意可知,用一定浓度的丹酚酸B处理一段时间后,与对照组相比,实验组中与分化为心肌细胞相关的关键基因的mRNA含量明显增加,故据此推测丹酚酸B是通过促进相关基因的转录来促进BMSC分化为心肌细胞的。
答案:B
13.下图所示为利用胚胎干细胞(ES细胞)治疗糖尿病的技术流程,下列有关叙述错误的是 ( )
A.ES细胞可以用于治疗人类的某些顽症
B.ES细胞在体外培养时需加入分化诱导因子
C.利用ES细胞可防止移植后的免疫排斥问题
D.糖尿病小鼠的治疗过程体现了ES细胞的全能性
解析:通过诱导,ES细胞可以增殖分化为特定的组织细胞,可以用于治疗人类的某些顽症;ES细胞在体外培养时需加入分化诱导因子;由于利用的ES细胞来自自身,由此培育出的细胞与患者不会发生免疫排斥反应,所以可防止移植后的免疫排斥问题;糖尿病小鼠的治疗过程没有体现ES细胞的全能性,因为ES细胞没有分化为各种细胞,也没有发育成完整的生物个体。
答案:D
14.下图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线图,图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。下列有关叙述正确的是 ( )
A.动物细胞培养选用的培养材料大多为动物的受精卵
B.原代培养和传代培养的分界点是B点
C.细胞培养过程中,环境中的5%CO2可以刺激细胞呼吸
D.培养过程中细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
解析:动物细胞培养选用的材料大多取自胚胎或幼龄动物的组织、器官;AB段细胞增殖几乎停滞,可能是发生了接触抑制,B点之后细胞开始增殖,故原代培养和传代培养的分界点是B点;细胞培养过程中,环境中的5%CO2可以维持培养液的pH;培养过程中会出现细胞接触抑制现象,因此不会形成多层细胞。
答案:B
15.为了初步检测药物X和Y的抗癌活性,在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞,使其贴壁生长。实验组加入等体积相同浓度的溶于二甲基亚砜(溶剂)的药物X或Y,培养过程及结果如下图所示。下列有关叙述错误的是 ( )
A.对照组中应加入与实验组等体积的二甲基亚砜
B.可用胰蛋白酶处理使肝癌细胞脱落下来并进行计数
C.细胞培养需要在无菌、无毒且温度适宜的环境中进行
D.根据实验结果,可以初步判断这两种药物都具有抗癌作用,且药物Y的抗癌效果较好
解析:根据单一变量原则可知,对照组中加入的溶剂是和实验组等体积的二甲基亚砜,以排除溶剂对实验结果的干扰;胰蛋白酶处理可以使肝癌细胞间的蛋白质被分解,破坏细胞间的连接,从而获得游离的肝癌细胞并计数;为了防止污染,细胞培养需要在无菌、无毒且温度适宜的环境中进行;根据实验结果可知,最终细胞的数量:对照组(7.8×106)>药物Y实验组(5.3×105)>药物X实验组(6.7×104),说明加入药物X的实验组存活的癌细胞数是最少的,即可以初步判断药物X的抗癌效果较好。
答案:D
16.新型冠状病毒灭活疫苗是使用非洲绿猴肾(Vero)细胞进行病毒培养扩增,经β-丙内酯灭活病毒,保留抗原成分以诱导机体产生免疫应答,并加氢氧化铝佐剂以提高免疫原性。请回答下列问题。
(1)非洲绿猴肾(Vero)细胞培养是疫苗研发的主要环节。在培养中,除了适宜的营养物质、温度等条件外,还需要控制的气体条件是 与5%二氧化碳的混合气体,二氧化碳的主要作用是 。在使用合成培养基时通常需加入血清,血清的作用是 。
(2)把新型冠状病毒毒株接种于 Vero 细胞培养液后在适宜条件下培养,出现细胞病变时,收获 (填“细胞培养液”或“Vero 细胞”),纯化后加入适宜浓度的β-丙内酯灭活,并加氢氧化铝佐剂以提高免疫原性。
(3)为检测某种灭活疫苗的安全性,某研究所选择了15只生理状况相同的大鼠,随机分为5组。A组每只注射 0.5 μg 疫苗;B组每只注射5 μg疫苗;C组每只注射50 μg疫苗;D组每只注射5 mg疫苗;E组进行X操作。第1次免疫后, 第7天加强免疫,第21天攻毒,第35天解剖检验。A、B、C、D组均出现抗新型冠状病毒抗体,且均未出现免疫病理反应。
①该实验的自变量是 ,因变量是 ,对E组的X操作是 。
②该实验结果证明 。
解析:(1)在动物细胞培养中,除了适宜的营养物质、温度等条件外,还需要95%的空气与5%的二氧化碳的气体条件,该气体条件不仅能满足细胞正常代谢过程中对氧气的需求,还能调节培养液的pH。由于动物细胞生活的内环境还有一些成分尚未研究清楚,所以需要加入动物血清以提供一个类似生物体内的环境,动物血清的作用是为培养细胞提供必要的营养物质和各种细胞生长增殖必需的微量物质。 (2)把新型冠状病毒毒株接种于 Vero 细胞培养液后,在适宜条件下培养,出现细胞病变时,收获细胞培养液纯化后加入适宜浓度的β-丙内酯灭活,并加用氢氧化铝佐剂以提高免疫原性。(3)分析实验目的、分组、操作及结果可知:该实验的自变量是疫苗注射的剂量,因变量为是否出现抗体及有无免疫病理反应;E组作为对照组,对E组的X操作是注射生理盐水。检验结果是A、B、C、D组均出现抗新型冠状病毒抗体,且均未出现免疫病理反应。而作为对照的E组,若出现相应的感染新型冠状病毒的病症,则该实验结果可以证明该种灭活疫苗是安全的,能有效预防新型冠状病毒感染且无免疫病理反应。
答案:(1)95%空气 维持培养液的pH 为培养细胞提供必要的营养物质和各种细胞生长增殖必需的微量物质 (2)细胞培养液 (3)①疫苗注射的剂量 是否出现抗体及有无免疫病理反应 注射生理盐水 ②该种灭活疫苗是安全的,能有效预防新型冠状病毒感染且无免疫病理反应(共17张PPT)
第2章 细胞工程
探究一 动物细胞融合技术
素养点拨
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抗原
B淋巴
使两个或多个动物细胞结
概念
过
细胞
小鼠腹腔→
合形成一个细胞的技术
单克隆
骨髓瘤
体外培养→
细胞膜的流动性
动物
原理
细胞
杂交瘤
能产生所需抗体
抗体
细胞
PEG融合法、电融合法
诱导融合
合
的杂交瘤细胞
灭活病毒诱导法等
的方法
能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗
A细胞+B细胞
诱导融合
杂交细胞
过程
动物细胞融合技术
抗体
单克隆抗体及其应用
优点
原发生特异性结合，并且可以大量制备
突破了有性杂交的局限，
意义
使远缘杂交成为可能
应用
作为诊断试剂，用于运载药物和治疗疾病第2节 动物细胞工程
第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体
[基础检查]
1.下列有关动物细胞融合技术的叙述,错误的是 ( )
A.使两个或多个动物细胞融合成一个细胞的技术
B.可以在基因型相同或不同的细胞间进行
C.动物细胞融合与植物细胞杂交流程一致
D.其原理是细胞膜具有流动性
2.下列关于动物细胞融合技术及其意义的叙述,错误的是( )
A.动物细胞融合技术是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术
B.使远缘杂交成为可能,从而获得新物种
C.杂交瘤技术是在细胞融合技术基础上发展起来的
D.灭活病毒可以诱导细胞融合与病毒表面的糖蛋白有关
3.动物细胞融合技术最重要的用途是 ( )
A.突破有性杂交的局限
B.制备单克隆抗体
C.培育新物种
D.生产杂交细胞
4.(2021·周口)下列关于动物细胞融合的说法,错误的是 ( )
A.细胞融合前要用酶解法分散成单个细胞
B.细胞融合的原理是细胞膜的流动性
C.融合后得到的杂交细胞能表现出两个亲本细胞的特点
D.融合后得到的杂交细胞具有两个细胞核
5.高危型人乳头瘤病毒(如HPV16型)的持续感染是宫颈癌发生的主要原因。为研制抗HPV16的单克隆抗体,科研人员以小鼠为实验材料设计了以下实验流程。下列叙述中错误的是 ( )
A.过程①表示注射HPV16蛋白以诱导产生特异性B淋巴细胞
B.过程②③筛选杂交瘤细胞用的培养基成分相同
C.过程④培养的杂交瘤细胞是经纯化的连续细胞株
D.过程⑤生产的单克隆抗体需要经纯化后才能使用
6.动物细胞融合和植物原生质体融合相比,在动物细胞融合中有特殊性的是 ( )
A.融合的原理 B.融合的优点
C.融合的诱导手段 D.融合的过程
7.单克隆抗体是指 ( )
A.单个骨髓瘤细胞增殖产生的抗体
B.单个抗体通过克隆化产生大量抗体
C.单个杂交瘤细胞增殖产生的抗体
D.单个B淋巴细胞增殖产生的抗体
8.下图是制备乙型肝炎病毒表面抗体的流程,下列叙述正确的是 ( )
A.细胞Ⅰ表示多种T淋巴细胞
B.原生质体融合与过程①均可用灭活病毒处理
C.两次筛选均需进行专一抗体检验
D.图中对小鼠的两次注射目的不同
9.(2023·广东)制备新型冠状病毒单克隆抗体的简要过程如下:给小鼠注射N蛋白(新型冠状病毒重要的标志蛋白) →从脾脏中获取细胞①→诱导细胞①与小鼠的细胞②融合→筛选出细胞③→克隆化培养和抗体检测,获得细胞④。上述过程的细胞①~④中,可能不具有增殖能力的是 ( )
A.细胞① B.细胞②
C.细胞③ D.细胞④
10.(2021·阜宁)下列关于单克隆抗体制备和应用的叙述,正确的是 ( )
A.用特定的抗原饲喂小鼠,再从小鼠脾中分离B淋巴细胞
B.获得的融合细胞都含有浆细胞与癌细胞的所有遗传物质
C.经选择培养基筛选出的杂交瘤细胞即可生产单克隆抗体
D.最广泛的用途是用作体外诊断试剂,具有准确、快速等优点
11.下图可表示细胞融合技术的一些过程,请据图回答下列问题。
(1)若a、b为动物细胞,从a、b细胞到c细胞的过程中,常用 (生物方法)作为诱导剂。a、b融合为c的过程体现了细胞膜的结构特点是具有 。
(2)若a、b为植物细胞,则这样的细胞已经用酶解法去除了 。这种酶可能是 ,由此生成的a和b称为 。融合成功的标志是 ,获得杂种植株还需要通过 过程。
(3)若a为骨髓瘤细胞,b为B淋巴细胞,则d称为 细胞。这种细胞既能 ,又能产生 。
[拓展应用]
12.(2023·湛江)科研人员在制备杂交瘤细胞的过程中,获得了能够产生双特异性抗体(简称“双抗”)的双杂交瘤细胞,双抗可以同时结合两种抗原。下图是抗EGFR/CD3双特异性抗体作用结果示意图,该双抗既能与肿瘤细胞表面的受体EGFR结合,也能与T细胞表面的抗原CD3结合。已知颗粒酶、穿孔素是T细胞分泌的细胞因子,能促进肿瘤细胞的凋亡。下列说法正确的是 ( )
A.将两种抗原分别注射到小鼠体内产生细胞免疫,以制备双抗
B.分离出两种T细胞并与骨髓瘤细胞结合,能获得可产生双抗的双杂交瘤细胞
C.T细胞分泌颗粒酶和穿孔素促进肿瘤细胞的凋亡,体现了免疫监视功能
D.抗EGFR/CD3双特异性抗体能同时与两种细胞结合,说明抗体不具有专一性
13.下图是单克隆抗体制备过程示意图,下列相关叙述错误的是 ( )
A.过程①注射一种灭活病毒可使小鼠体内产生B淋巴细胞
B.过程②形成的两两融合细胞只有图中的3种类型
C.过程③采用抗原—抗体反应进行特定杂交瘤细胞的筛选
D.过程④获得的全部杂交瘤细胞都只能产生同一种抗体
14.CD47是一种跨膜糖蛋白。它可与巨噬细胞表面的信号调节蛋白结合,从而抑制巨噬细胞的吞噬作用。肺癌、结肠癌等多种肿瘤细胞表面的CD47含量比正常细胞高 1.6~5倍,导致巨噬细胞对肿瘤细胞的清除效果减弱。为证明抗CD47的单克隆抗体可以解除CD47对巨噬细胞的抑制作用,科学家按照以下流程进行了实验,下列叙述错误的是 ( )
A.①注射 CD47 以诱导产生特异性的B淋巴细胞
B.从脾中取得的B细胞有多种,③中要经过克隆化培养和抗体检测才能获得产生抗CD47的单克隆抗体
C.实验组中巨噬细胞和肿瘤细胞的共培养体系需放在CO2培养箱中
D.对照组中吞噬细胞的吞噬指数显著高于实验组可验证上述推测
15.下图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述错误的是 ( )
A.可用聚乙二醇诱导细胞融合
B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长
C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产
D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
基础的。
答案:B
16.为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。请据图回答下列问题。
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是 。
(2)写出以小鼠甲的脾为材料制备单细胞悬液的主要实验步
骤: 。
(3)为了得到能产生抗病毒A抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于 , 使用该培养基进行细胞培养的结果是 。 图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是 。
(4)若要使能产生抗病毒A抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法
有 (答出2点即可)。
第2节 动物细胞工程
第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体
[基础检查]
1.下列有关动物细胞融合技术的叙述,错误的是 ( )
A.使两个或多个动物细胞融合成一个细胞的技术
B.可以在基因型相同或不同的细胞间进行
C.动物细胞融合与植物细胞杂交流程一致
D.其原理是细胞膜具有流动性
解析:动物细胞融合技术是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术;目前发现,可以将不同种类的两个或多个细胞进行融合,如将人和小鼠的细胞融合;植物细胞杂交包括去除细胞壁和原生质体融合两个过程,与动物细胞融合流程不完全相同;动物细胞融合的原理是细胞膜具有流动性。
答案:C
2.下列关于动物细胞融合技术及其意义的叙述,错误的是( )
A.动物细胞融合技术是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术
B.使远缘杂交成为可能,从而获得新物种
C.杂交瘤技术是在细胞融合技术基础上发展起来的
D.灭活病毒可以诱导细胞融合与病毒表面的糖蛋白有关
解析:动物细胞融合技术是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术;动物细胞融合使远缘杂交成为可能,但不能产生新物种;杂交瘤细胞就是将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合形成的,所以杂交瘤技术是在细胞融合技术基础上发展起来的;灭活病毒可以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,细胞发生融合。
答案:B
3.动物细胞融合技术最重要的用途是 ( )
A.突破有性杂交的局限
B.制备单克隆抗体
C.培育新物种
D.生产杂交细胞
解析:动物细胞融合技术能突破有性杂交的局限,但这是它的意义,而不是它的用途;动物细胞融合技术最重要的用途是制备单克隆抗体。
答案:B
4.(2021·周口)下列关于动物细胞融合的说法,错误的是 ( )
A.细胞融合前要用酶解法分散成单个细胞
B.细胞融合的原理是细胞膜的流动性
C.融合后得到的杂交细胞能表现出两个亲本细胞的特点
D.融合后得到的杂交细胞具有两个细胞核
解析:动物细胞融合前要用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等将组织细胞分散成单个细胞;动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性;融合后得到的杂交细胞获得了两个亲本细胞的遗传物质,能表现出两个亲本细胞的特点;融合后得到的杂交细胞是单核细胞。
答案:D
5.高危型人乳头瘤病毒(如HPV16型)的持续感染是宫颈癌发生的主要原因。为研制抗HPV16的单克隆抗体,科研人员以小鼠为实验材料设计了以下实验流程。下列叙述中错误的是 ( )
A.过程①表示注射HPV16蛋白以诱导产生特异性B淋巴细胞
B.过程②③筛选杂交瘤细胞用的培养基成分相同
C.过程④培养的杂交瘤细胞是经纯化的连续细胞株
D.过程⑤生产的单克隆抗体需要经纯化后才能使用
解析:图示为研制抗HPV16的单克隆抗体的过程,过程①表示注射HPV16蛋白以诱导产生特异性B淋巴细胞;过程②是从融合细胞中筛选得到杂交瘤细胞,过程③是筛选出能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞,因此两者所用培养基成分不同;过程④是杂交瘤细胞的体外培养,得到的是经纯化的连续细胞株;过程⑤是杂交瘤细胞的体内培养,生产的单克隆抗体需要经纯化后才能使用。
答案:B
6.动物细胞融合和植物原生质体融合相比,在动物细胞融合中有特殊性的是 ( )
A.融合的原理 B.融合的优点
C.融合的诱导手段 D.融合的过程
解析:动物细胞融合与植物原生质体融合的原理相同,均是细胞膜的流动性;融合的优点相同,均是打破了物种间的生殖隔离;诱导手段不完全相同,其中动物细胞融合特有的手段是灭活病毒诱导法;融合的过程相同,均是细胞膜先融合,细胞核后融合。
答案:C
7.单克隆抗体是指 ( )
A.单个骨髓瘤细胞增殖产生的抗体
B.单个抗体通过克隆化产生大量抗体
C.单个杂交瘤细胞增殖产生的抗体
D.单个B淋巴细胞增殖产生的抗体
解析:单克隆抗体是指由单个杂交瘤细胞增殖所产生的抗体。
答案:C
8.下图是制备乙型肝炎病毒表面抗体的流程,下列叙述正确的是 ( )
A.细胞Ⅰ表示多种T淋巴细胞
B.原生质体融合与过程①均可用灭活病毒处理
C.两次筛选均需进行专一抗体检验
D.图中对小鼠的两次注射目的不同
解析:题图中细胞Ⅰ是从小鼠脾中获取的能产生特定抗体的B淋巴细胞;原生质体融合不能用灭活病毒处理;第一次筛选的目的是得到杂交瘤细胞,不需要进行专一抗体检验;第一次注射的是抗原,第二次注射的是能产生专一抗体的杂交瘤细胞,两次注射目的不同。
答案:D
9.(2023·广东)制备新型冠状病毒单克隆抗体的简要过程如下:给小鼠注射N蛋白(新型冠状病毒重要的标志蛋白) →从脾脏中获取细胞①→诱导细胞①与小鼠的细胞②融合→筛选出细胞③→克隆化培养和抗体检测,获得细胞④。上述过程的细胞①~④中,可能不具有增殖能力的是 ( )
A.细胞① B.细胞②
C.细胞③ D.细胞④
解析:细胞①是经免疫处理后获得的B淋巴细胞,其中包括能产生抗体的浆细胞,浆细胞不具有增殖能力;细胞②是骨髓瘤细胞,在体外培养时,适宜条件下具有无限增殖能力;细胞③是杂交瘤细胞,既能无限增殖,也能产生特异性抗体;细胞④是所需的杂交瘤细胞,既能无限增殖,也能产生所需抗体。
答案:A
10.(2021·阜宁)下列关于单克隆抗体制备和应用的叙述,正确的是 ( )
A.用特定的抗原饲喂小鼠,再从小鼠脾中分离B淋巴细胞
B.获得的融合细胞都含有浆细胞与癌细胞的所有遗传物质
C.经选择培养基筛选出的杂交瘤细胞即可生产单克隆抗体
D.最广泛的用途是用作体外诊断试剂,具有准确、快速等优点
解析:先利用特定的抗原注射小鼠,再从小鼠脾中分离B淋巴细胞,抗原主要成分是蛋白质,蛋白质饲喂小鼠,水解失去活性;杂交瘤细胞具有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的所有遗传物质,获得的融合细胞包括杂交瘤细胞、B淋巴细胞自身融合型、骨髓瘤细胞自身融合型;选择培养基筛选出的杂交瘤细胞还需通过抗体检测后才能通过体外或体内培养生产单克隆抗体;单克隆抗体制备最广泛的用途是用作体外诊断试剂,具有准确、快速等优点。
答案:D
11.下图可表示细胞融合技术的一些过程,请据图回答下列问题。
(1)若a、b为动物细胞,从a、b细胞到c细胞的过程中,常用 (生物方法)作为诱导剂。a、b融合为c的过程体现了细胞膜的结构特点是具有 。
(2)若a、b为植物细胞,则这样的细胞已经用酶解法去除了 。这种酶可能是 ,由此生成的a和b称为 。融合成功的标志是 ,获得杂种植株还需要通过 过程。
(3)若a为骨髓瘤细胞,b为B淋巴细胞,则d称为 细胞。这种细胞既能 ,又能产生 。
解析:(1)在动物细胞融合过程中,灭活病毒可作为诱导剂,整个过程体现了细胞膜具有流动性。(2)在植物体细胞杂交过程中,首先需要用酶解法去除细胞壁。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,根据酶的专一性原理,可以用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁得到原生质体,再通过物理法(如离心法、电融合法等)或化学法(如PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等)诱导原生质体融合。融合成功的标志是再生出细胞壁,由细胞形成个体还需要通过植物组织培养过程。(3)骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合形成的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生专一抗体。
答案:(1)灭活病毒 流动性 (2)细胞壁 纤维素酶和果胶酶 原生质体 再生出细胞壁 植物组织培养 (3)杂交瘤 无限繁殖 专一抗体
[拓展应用]
12.(2023·湛江)科研人员在制备杂交瘤细胞的过程中,获得了能够产生双特异性抗体(简称“双抗”)的双杂交瘤细胞,双抗可以同时结合两种抗原。下图是抗EGFR/CD3双特异性抗体作用结果示意图,该双抗既能与肿瘤细胞表面的受体EGFR结合,也能与T细胞表面的抗原CD3结合。已知颗粒酶、穿孔素是T细胞分泌的细胞因子,能促进肿瘤细胞的凋亡。下列说法正确的是 ( )
A.将两种抗原分别注射到小鼠体内产生细胞免疫,以制备双抗
B.分离出两种T细胞并与骨髓瘤细胞结合,能获得可产生双抗的双杂交瘤细胞
C.T细胞分泌颗粒酶和穿孔素促进肿瘤细胞的凋亡,体现了免疫监视功能
D.抗EGFR/CD3双特异性抗体能同时与两种细胞结合,说明抗体不具有专一性
解析:将两种抗原分别注射到小鼠体内产生体液免疫,以制备双抗;分离出两种B淋巴细胞并与骨髓瘤细胞结合,能获得可产生双抗的双杂交瘤细胞;据题图可知,T细胞分泌颗粒酶和穿孔素促进肿瘤细胞的凋亡,体现了免疫监视功能;抗EGFR/CD3双特异性抗体能同时与两种细胞结合,说明抗体具有专一性。
答案:C
13.下图是单克隆抗体制备过程示意图,下列相关叙述错误的是 ( )
A.过程①注射一种灭活病毒可使小鼠体内产生B淋巴细胞
B.过程②形成的两两融合细胞只有图中的3种类型
C.过程③采用抗原—抗体反应进行特定杂交瘤细胞的筛选
D.过程④获得的全部杂交瘤细胞都只能产生同一种抗体
解析:灭活病毒可作为抗原引起小鼠体内产生免疫反应,产生特定的B淋巴细胞;分析题图可知,图中有多种B淋巴细胞参与细胞的融合,且过程②细胞融合是随机进行的,除了图中所示的细胞类型,还可能会产生自身融合的细胞;过程③采用抗原—抗体反应进行特定杂交瘤细胞的筛选;经过程③筛选获得特定的杂交瘤细胞后,再经过程④克隆获得的全部杂交瘤细胞,都只能产生同一种抗体。
答案:B
14.CD47是一种跨膜糖蛋白。它可与巨噬细胞表面的信号调节蛋白结合,从而抑制巨噬细胞的吞噬作用。肺癌、结肠癌等多种肿瘤细胞表面的CD47含量比正常细胞高 1.6~5倍,导致巨噬细胞对肿瘤细胞的清除效果减弱。为证明抗CD47的单克隆抗体可以解除CD47对巨噬细胞的抑制作用,科学家按照以下流程进行了实验,下列叙述错误的是 ( )
A.①注射 CD47 以诱导产生特异性的B淋巴细胞
B.从脾中取得的B细胞有多种,③中要经过克隆化培养和抗体检测才能获得产生抗CD47的单克隆抗体
C.实验组中巨噬细胞和肿瘤细胞的共培养体系需放在CO2培养箱中
D.对照组中吞噬细胞的吞噬指数显著高于实验组可验证上述推测
解析:CD47 是一种抗原,注射CD47 能诱导产生特异性的B淋巴细胞;从脾中取得的B细胞有多种,③中要经过克隆化培养和抗体检测才能获得产生抗CD47的单克隆抗体,抗体检测的目的就是筛选出既能产生抗CD47抗体又能大量增殖的细胞;动物细胞培养应放在CO2培养箱中;依据单一变量原则可知应设置不加单克隆抗体的巨噬细胞+肿瘤细胞共培养体系作为对照,抗CD47的单克隆抗体可以解除CD47对巨噬细胞的抑制作用,没有单克隆抗体抑制,CD47对巨噬细胞有抑制作用,对照组中吞噬细胞的吞噬指数显著低于实验组可验证上述推测。
答案:D
15.下图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述错误的是 ( )
A.可用聚乙二醇诱导细胞融合
B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长
C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产
D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
解析:诱导动物细胞融合的常用方法有聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等; 两两融合的细胞包括B淋巴细胞自身融合细胞、骨髓瘤细胞自身融合细胞和B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合产生的杂交瘤细胞,骨髓瘤细胞虽然能无限增殖,但缺乏次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶,B淋巴细胞虽然有次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶,但不能无限增殖,所以HAT筛选培养液中,只有杂交瘤细胞能生长;因每个B淋巴细胞只分泌一种抗体,因此HAT筛选培养液筛选出来的众多的杂交瘤细胞所分泌的抗体,不一定都是人类所需要的,还需要进一步把能分泌人类所需抗体的杂交瘤细胞筛选出来; 动物细胞融合是以细胞膜的流动性为基础的。
答案:B
16.为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。请据图回答下列问题。
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是 。
(2)写出以小鼠甲的脾为材料制备单细胞悬液的主要实验步
骤: 。
(3)为了得到能产生抗病毒A抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于 , 使用该培养基进行细胞培养的结果是 。 图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是 。
(4)若要使能产生抗病毒A抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法
有 (答出2点即可)。
解析:(1)实验前给小鼠甲注射病毒A,是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)取小鼠甲的脾,剪碎组织,用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液。(3)图中筛选1需要用到选择培养基,使用该培养基进行细胞培养的结果是只有杂交瘤细胞能够生存。图中筛选2是为了获得能产生抗病毒A抗体的杂交瘤细胞,该过程要用到抗原—抗体杂交,故筛选所依据的基本原理是抗原与抗体的反应具有特异性。(4)获得能产生抗病毒A抗体的杂交瘤细胞后,可以在体外培养液中进行培养,或将其注射到小鼠的腹腔中,使杂交瘤细胞大量增殖。
答案:(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞 (2)取小鼠甲的脾,剪碎组织,用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液 (3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的反应具有特异性 (4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外培养(共17张PPT)
第2章 细胞工程
探究一 体细胞核移植的过程
素养点拨
●
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海
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,
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①给5只克隆猴提供细胞核的是同一只疾病猴
情境
!
②本研究开启了克隆猴模型应用于生命科学研究
转化
的“春天”，利用此技术可克隆濒危动物等
A项：体细胞核移植技术的原理是什么
B项：5只克隆猴的细胞核基因型与核供体细胞是
问题
否相同
转化
C项：
体细胞核移植技术中，作为受体的细胞是
什么样的卵母细胞
D项：体细胞核移植技术能否用于动物的繁殖
回
①体细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全
能性
②克隆动物的细胞核基因型与细胞核供体的细胞
核基因型相同
必备
③核移植技术中，卵母细胞从卵巢中取出后，需
知识
培养至MⅡ期去核后才可作为受体
④在畜牧生产中，利用体细胞核移植技术，可以
加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育等
做出
A.V;
B.V;
D.v
判断
供体体细胞培养
畜牧业：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜
细胞
供体细胞
群繁育
注入
细胞融合
重构胚
体细胞核移
动物体细胞核
生产医用蛋白
应用
医药卫生
用于异种移植
MⅡ期、去核卵
前景
卵母细胞
研究胚胎发育及衰老的过程
去核
母细胞
激活、
发育
科学研究
克隆特定疾病模型的动物
代孕母体
胚胎移植
胚胎
的过程
植技术和
濒危物种保护：有望增加濒危物种的存活数量
存在的
成功率低
生出与供体遗传物质基本相同的个体
隆动物
问题
存在健康问题第2节 动物细胞工程
第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物
[基础检查]
1.2019年8月21日,我国首只克隆猫“大蒜”满月,标志着我国在克隆领域迈进了一大步。此克隆猫的诞生说明了 ( )
A.动物的体细胞核具有全能性
B.动物的体细胞具有不死性
C.动物的体细胞核可以单独存活
D.动物的体细胞具有全能性
2.我国科学家在实验室里克隆鱼时,将鱼的体细胞核植入雌鱼去核的卵母细胞中,这个细胞可培育为克隆鱼。根据此例,下列能正确表示动物克隆技术原理的是 ( )
A
B
C
D
3.下列关于体细胞克隆的叙述,错误的是 ( )
A.供体为体细胞的细胞核
B.受体为去核的卵母细胞
C.克隆出的后代与供体的遗传物质和表型完全一致
D.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
4.世界上首例用体细胞克隆的灵长类动物——猴在我国诞生,下图表示通过核移植等技术获得克隆猴(二倍体)的流程。下列叙述错误的是 ( )
A.过程①表示去除细胞核,一般要将卵母细胞培养至有丝分裂中期再进行
B.克隆猴与供体猴的遗传物质基本相同
C.可用显微注射法将供体细胞注入去核卵母细胞
D.可用电刺激等方法激活重构胚
5.应用体细胞核移植技术克隆高产奶牛时,下列操作步骤与目的对应错误的是 ( )
选项 操作步骤 目的
A 取高产奶牛耳部的细胞 作为核遗传物质的供体
B 去除卵母细胞的细胞核 使卵母细胞具备受精能力
C 电刺激处理重组细胞 激活重构胚
D 将胚胎移入黄牛体内 繁殖高产克隆奶牛
6.由细胞形态判断,在克隆过程中最不适合提供细胞核的是 ( )
A
B
C
D
7.核移植的受体细胞是MⅡ期卵母细胞,下列有关叙述错误的是 ( )
A.MⅡ期卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质
B.MⅡ期卵母细胞体积比较大,操作起来相对容易
C.可以把供体细胞直接注入去核的卵母细胞中
D.MⅡ期卵母细胞对克隆动物的遗传特性没有任何影响
8.科学家将黑鼠卵丘细胞(卵巢内卵细胞周围的体细胞)的核物质注入去核的棕鼠卵母细胞内,激活以后,移入白鼠的子宫,白鼠最终产下一只克隆鼠。这只克隆鼠的体色和性别是 ( )
A.黑色雌鼠 B.白色雌鼠
C.棕色雄鼠 D.灰色雌鼠
9.下列不属于体细胞核移植技术应用的是 ( )
A.保护濒危物种
B.大量生产紫杉醇
C.获得组织、器官用于异种移植
D.加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育
10.(2021·泰安)科学家培育克隆羊时,使用了三种细胞核的供体细胞,分别将这些细胞核移入去核的卵母细胞中,形成重组细胞,发育成重构胚,这些重构胚的发育情况如下表所示。据此分析错误的是 ( )
细胞核供体细胞的类型 妊娠数/受体母羊数
乳腺上皮细胞 1/13
胚胎成纤维细胞 4/10
早期胚胎细胞 14/27
A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高
B.克隆羊的遗传信息与细胞核的供体细胞完全相同
C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植
D.重组细胞的发育与去核卵母细胞的细胞质有关
11.(2021·广东)治疗性克隆是动物细胞工程的综合应用,它对解决供体器官缺乏和器官移植后的免疫排斥反应具有重要意义。其基本流程如下图所示,请回答相关问题。
(1)过程①采用的是细胞工程中的 技术。
(2)动物细胞进行分瓶传代培养前,需要用胰蛋白酶处理贴满瓶壁的细胞,因为此时细胞会出现 现象,如果不及时分瓶培养,细胞就会 。
(3)将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中构建重组细胞后进行细胞培养,而不是直接用体细胞进行细胞培养,原因是 。
(4)经核移植获得的重组细胞进行体外培养时,培养液中通常要添加 等一些天然成分,而气体环境中CO2的主要作用是 。
(5)若将图中获得的组织、器官移植给个体 (填“A”或“B”),则会发生免疫排斥反应。
[拓展应用]
12.下列属于克隆技术的是 ( )
A.将番茄体细胞的原生质体与马铃薯体细胞的原生质体融合在一起
B.体外培养基底层干细胞来培植皮肤用于植皮手术
C.将小鼠的骨髓瘤细胞与B淋巴细胞结合成杂交瘤细胞
D.将人工授精的受精卵体外培养形成胚胎
13.研究人员将猴胚胎细胞(a)中的细胞核取出,移入一雌猴的去核卵母细胞(b)中,得到重组细胞(c),经培养获得胚胎并移入另一雌猴(d)体内进一步发育,获得克隆猴(e)。下列叙述正确的是 ( )
A.e细胞内的全部基因都来自a,b不提供基因
B.c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用
C.d为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件
D.e的形成过程中没经过受精作用,其体细胞中无同源染色体
14.下图为某哺乳动物生殖过程示意图。下列相关叙述错误的是 ( )
A.动物个体①②的产生分别属于有性生殖和无性生殖
B.动物个体②的产生表明,高度分化的动物细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力
C.按照动物个体②的产生方式,后代的性别比例仍为1∶1,这对于动物的进化则是不利的
D.图中a、b、c三种细胞的产生方式,仅c为有丝分裂
15.(2023·广东)异种器官移植被认为是未来解决器官短缺问题最有效的途径之一。 2022年10月,我国科学家团队将转基因编辑猪的肝脏、肾脏、心脏、角膜、皮肤和骨骼移植到猴的身上。下图为相关技术流程图,下列分析正确的是 ( )
A.分离出猪细胞,在细胞培养过程中通入CO2的目的是为细胞生长提供碳源
B.核移植时需用到去核的卵母细胞,并用物理或化学方法激活重构胚
C.基因修饰克隆猪胚胎移植前,要对受体进行免疫检查,以防止发生免疫排斥反应
D.猴的免疫系统识别异体器官为“非己”成分而对其进行攻击,体现其免疫监视的基本功能
16.科学家利用动物细胞培养和核移植技术获得克隆动物的流程如下图所示。请回答下列问题。
(1)从供体身上取下的器官或组织进行细胞培养时,首先要用 处理一段时间使细胞分散开来,需要这样做的原因是 。
(2)细胞培养过程中需要定期更换培养液,目的是 ;
用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,原因是 。
(3)采集的卵母细胞在体外培养到 时,通过显微操作去除细胞核,选择在这一时期操作的原因是 。
(4)过程①表示激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育,具体方法
有 (答出两种),②代表的过程是 。
(5)利用动物体细胞核移植技术,我国科学家成功获得了克隆猴——“中中”和“华华”,请举例谈谈该技术在生产实践或科学研究中的应用前
景。 (至少举出两例)。
第2节 动物细胞工程
第3课时 动物体细胞核移植技术和克隆动物
[基础检查]
1.2019年8月21日,我国首只克隆猫“大蒜”满月,标志着我国在克隆领域迈进了一大步。此克隆猫的诞生说明了 ( )
A.动物的体细胞核具有全能性
B.动物的体细胞具有不死性
C.动物的体细胞核可以单独存活
D.动物的体细胞具有全能性
解析:克隆猫是经过动物体细胞核移植技术获得的,该过程未体现动物的体细胞具有全能性,只体现了动物的体细胞核具有全能性。
答案:A
2.我国科学家在实验室里克隆鱼时,将鱼的体细胞核植入雌鱼去核的卵母细胞中,这个细胞可培育为克隆鱼。根据此例,下列能正确表示动物克隆技术原理的是 ( )
A
B
C
D
解析:动物细胞核移植技术是指将动物体细胞的细胞核植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。
答案:C
3.下列关于体细胞克隆的叙述,错误的是 ( )
A.供体为体细胞的细胞核
B.受体为去核的卵母细胞
C.克隆出的后代与供体的遗传物质和表型完全一致
D.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
解析:体细胞克隆是通过体细胞核移植实现的,供体为体细胞的细胞核;受体为减数分裂Ⅱ中期的去核卵母细胞;克隆出的后代与供体的遗传物质和表型不完全一致,因为克隆动物的细胞质中的遗传物质来自受体卵母细胞,另外,生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响;细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤。
答案:C
4.世界上首例用体细胞克隆的灵长类动物——猴在我国诞生,下图表示通过核移植等技术获得克隆猴(二倍体)的流程。下列叙述错误的是 ( )
A.过程①表示去除细胞核,一般要将卵母细胞培养至有丝分裂中期再进行
B.克隆猴与供体猴的遗传物质基本相同
C.可用显微注射法将供体细胞注入去核卵母细胞
D.可用电刺激等方法激活重构胚
解析:过程①表示去除细胞核,一般要在卵母细胞培养至减数分裂Ⅱ中期时操作。
答案:A
5.应用体细胞核移植技术克隆高产奶牛时,下列操作步骤与目的对应错误的是 ( )
选项 操作步骤 目的
A 取高产奶牛耳部的细胞 作为核遗传物质的供体
B 去除卵母细胞的细胞核 使卵母细胞具备受精能力
C 电刺激处理重组细胞 激活重构胚
D 将胚胎移入黄牛体内 繁殖高产克隆奶牛
解析:取高产奶牛耳部的细胞进行培养,这部分细胞将作为核遗传物质的供体;去除卵母细胞的细胞核,作为受体细胞接受供体细胞的细胞核;通过电刺激处理重构胚,激活重构胚进行分裂和分化;将胚胎移入黄牛体内继续生长和发育,最后繁殖出高产克隆奶牛。
答案:B
6.由细胞形态判断,在克隆过程中最不适合提供细胞核的是 ( )
A
B
C
D
解析:A为精子,染色体数目减半,含有本物种细胞核中一半的遗传物质,不适合提供细胞核进行克隆。
答案:A
7.核移植的受体细胞是MⅡ期卵母细胞,下列有关叙述错误的是 ( )
A.MⅡ期卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质
B.MⅡ期卵母细胞体积比较大,操作起来相对容易
C.可以把供体细胞直接注入去核的卵母细胞中
D.MⅡ期卵母细胞对克隆动物的遗传特性没有任何影响
解析:通常用处于M Ⅱ期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,还因为它的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质;M Ⅱ期卵母细胞体积比较大,操作起来相对容易,可以把供体细胞直接注入其中;生物的性状是由细胞核和细胞质内的遗传物质共同决定的,克隆动物细胞核中的遗传物质来自供体核,细胞质中的遗传物质来自MⅡ期卵母细胞。
答案:D
8.科学家将黑鼠卵丘细胞(卵巢内卵细胞周围的体细胞)的核物质注入去核的棕鼠卵母细胞内,激活以后,移入白鼠的子宫,白鼠最终产下一只克隆鼠。这只克隆鼠的体色和性别是 ( )
A.黑色雌鼠 B.白色雌鼠
C.棕色雄鼠 D.灰色雌鼠
解析:生物的性别由细胞核中的性染色体决定,根据题干可知,提供细胞核的黑鼠为雌性,则得到的克隆鼠是黑色雌鼠。
答案:A
9.下列不属于体细胞核移植技术应用的是 ( )
A.保护濒危物种
B.大量生产紫杉醇
C.获得组织、器官用于异种移植
D.加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育
解析:在保护濒危物种方面,利用体细胞核移植技术可增加这些动物的存活数量;大量生产紫杉醇利用的技术是植物组织培养;在治疗人类疾病时,转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植;利用体细胞核移植技术可加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。
答案:B
10.(2021·泰安)科学家培育克隆羊时,使用了三种细胞核的供体细胞,分别将这些细胞核移入去核的卵母细胞中,形成重组细胞,发育成重构胚,这些重构胚的发育情况如下表所示。据此分析错误的是 ( )
细胞核供体细胞的类型 妊娠数/受体母羊数
乳腺上皮细胞 1/13
胚胎成纤维细胞 4/10
早期胚胎细胞 14/27
A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高
B.克隆羊的遗传信息与细胞核的供体细胞完全相同
C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植
D.重组细胞的发育与去核卵母细胞的细胞质有关
解析:分析表格数据可知,早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高;克隆羊的细胞核遗传信息来自细胞核的供体,细胞质的遗传信息来自卵细胞;对比表格中的数据可知,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植;供体细胞核在原细胞中不能表现出全能性,移植到去核卵母细胞中能发育为一个个体,说明去核卵母细胞的细胞质具有能使细胞核全能性表达的条件。
答案:B
11.(2021·广东)治疗性克隆是动物细胞工程的综合应用,它对解决供体器官缺乏和器官移植后的免疫排斥反应具有重要意义。其基本流程如下图所示,请回答相关问题。
(1)过程①采用的是细胞工程中的 技术。
(2)动物细胞进行分瓶传代培养前,需要用胰蛋白酶处理贴满瓶壁的细胞,因为此时细胞会出现 现象,如果不及时分瓶培养,细胞就会 。
(3)将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中构建重组细胞后进行细胞培养,而不是直接用体细胞进行细胞培养,原因是 。
(4)经核移植获得的重组细胞进行体外培养时,培养液中通常要添加 等一些天然成分,而气体环境中CO2的主要作用是 。
(5)若将图中获得的组织、器官移植给个体 (填“A”或“B”),则会发生免疫排斥反应。
解析:(1)过程①采用的是细胞工程中的核移植技术。(2)动物细胞进行分瓶传代培养前,需要用胰蛋白酶处理贴满瓶壁的细胞,因为此时细胞会出现接触抑制现象,如果不及时分瓶培养,细胞就会停止分裂增殖。(3)将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中构建重组细胞后进行细胞培养,而不是直接用体细胞进行细胞培养,原因是体细胞核在体细胞中不能表现全能性,而卵母细胞的细胞质可以给它提供表现全能性的环境。(4)体细胞进行体外培养时,培养液中通常要添加血清等一些天然成分,气体环境中CO2的主要作用是维持培养液(基)的pH。(5)若将图中获得的组织、器官移植给个体A会发生免疫排斥反应。因为B是供核的一方,克隆的组织和器官的绝大多数遗传物质和B相同,与A不同。
答案:(1)(体细胞)核移植 (2)接触抑制 停止分裂增殖 (3)体细胞核在体细胞中不能表现全能性,而卵母细胞的细胞质可以给它提供表现全能性的环境 (4)血清 维持培养液的pH (5)A
[拓展应用]
12.下列属于克隆技术的是 ( )
A.将番茄体细胞的原生质体与马铃薯体细胞的原生质体融合在一起
B.体外培养基底层干细胞来培植皮肤用于植皮手术
C.将小鼠的骨髓瘤细胞与B淋巴细胞结合成杂交瘤细胞
D.将人工授精的受精卵体外培养形成胚胎
解析:将番茄体细胞原生质体与马铃薯体细胞原生质体融合在一起,属于植物体细胞的杂交;体外培养基底层干细胞来培植皮肤用于植皮手术属于克隆技术;将小鼠的骨髓瘤细胞与B淋巴细胞结合成杂交瘤细胞属于细胞融合;将人工授精的受精卵体外培养形成胚胎,属于有性生殖。
答案:B
13.研究人员将猴胚胎细胞(a)中的细胞核取出,移入一雌猴的去核卵母细胞(b)中,得到重组细胞(c),经培养获得胚胎并移入另一雌猴(d)体内进一步发育,获得克隆猴(e)。下列叙述正确的是 ( )
A.e细胞内的全部基因都来自a,b不提供基因
B.c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用
C.d为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件
D.e的形成过程中没经过受精作用,其体细胞中无同源染色体
解析:e的细胞核基因全部来自a,细胞质基因来自b;c经一系列增殖和分化形成e的过程中,细胞核起控制作用;d为胚胎发育提供适宜的环境条件,但是没有提供遗传物质;e的形成过程中没经过受精作用,属于无性繁殖,但是其体细胞中有同源染色体。
答案:B
14.下图为某哺乳动物生殖过程示意图。下列相关叙述错误的是 ( )
A.动物个体①②的产生分别属于有性生殖和无性生殖
B.动物个体②的产生表明,高度分化的动物细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力
C.按照动物个体②的产生方式,后代的性别比例仍为1∶1,这对于动物的进化则是不利的
D.图中a、b、c三种细胞的产生方式,仅c为有丝分裂
解析:动物个体①是精子和卵细胞结合形成受精卵,然后发育成的个体,属于有性生殖;动物个体②的产生过程只是重组细胞的分裂、分化,而重组细胞是由c细胞的细胞核与b去核的卵母细胞组合形成的,属于无性生殖。动物体细胞核移植依据的原理是细胞核的全能性,动物个体②的产生表明,高度分化的动物细胞核也具有发育成完整个体的潜在能力。动物个体②的细胞核基因型与细胞核供体完全一样,其性别也和供体一样,后代的性别比例不是1∶1。产生a、b、c三种细胞的分裂方式中,a、b为减数分裂,c为有丝分裂。
答案:C
15.(2023·广东)异种器官移植被认为是未来解决器官短缺问题最有效的途径之一。 2022年10月,我国科学家团队将转基因编辑猪的肝脏、肾脏、心脏、角膜、皮肤和骨骼移植到猴的身上。下图为相关技术流程图,下列分析正确的是 ( )
A.分离出猪细胞,在细胞培养过程中通入CO2的目的是为细胞生长提供碳源
B.核移植时需用到去核的卵母细胞,并用物理或化学方法激活重构胚
C.基因修饰克隆猪胚胎移植前,要对受体进行免疫检查,以防止发生免疫排斥反应
D.猴的免疫系统识别异体器官为“非己”成分而对其进行攻击,体现其免疫监视的基本功能
解析:分离出猪细胞,在细胞培养过程中通入CO2的目的是维持培养液的pH;核移植时需用到去核的卵母细胞(其细胞质中存在激活细胞核全能性表达的物质),并用物理或化学方法激活重构胚,促进其生长和发育的进程;受体子宫对外来胚胎几乎不发生免疫排斥反应,因此胚胎移植前,不需要对受体进行免疫检查;猴的免疫系统识别异体器官为“非己”成分而对其进行攻击,体现其免疫防御的基本功能。
答案:B
16.科学家利用动物细胞培养和核移植技术获得克隆动物的流程如下图所示。请回答下列问题。
(1)从供体身上取下的器官或组织进行细胞培养时,首先要用 处理一段时间使细胞分散开来,需要这样做的原因是 。
(2)细胞培养过程中需要定期更换培养液,目的是 ;
用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,原因是 。
(3)采集的卵母细胞在体外培养到 时,通过显微操作去除细胞核,选择在这一时期操作的原因是 。
(4)过程①表示激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育,具体方法
有 (答出两种),②代表的过程是 。
(5)利用动物体细胞核移植技术,我国科学家成功获得了克隆猴——“中中”和“华华”,请举例谈谈该技术在生产实践或科学研究中的应用前
景。 (至少举出两例)。
解析:(1)在进行动物细胞培养时,要用胰蛋白酶、胶原蛋白酶对组织细胞进行分散处理,形成单个细胞,因为成块的组织中细胞与细胞靠在一起,彼此限制了生长和繁殖。(2)细胞培养过程中产生的代谢物不利于细胞的生长繁殖,因而需要定期更换培养液,清除代谢物,防止代谢物积累对细胞自身造成危害。10代以内的细胞一般能保持正常的核型,因此一般选用传代10代以内的细胞作为核移植的供体细胞。(3)采集的卵母细胞,在体外培养到减数分裂Ⅱ中期时,通过显微操作去除细胞核。选择在这一时期操作是由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体,用微型吸管可一并吸出细胞核与第一极体。(4)可用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育过程。重构胚后进行胚胎移植,移入代孕母体中。(5)细胞核移植技术在生产实践或科学研究中具有广阔的应用前景,如加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;有望增加濒危动物的存活数量;转基因克隆动物可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等。
答案:(1)胰蛋白酶、胶原蛋白酶 成块的组织中细胞与细胞靠在一起,彼此限制了生长和繁殖 (2)清除代谢物,防止代谢物积累对细胞自身造成危害 细胞传至10~50代时,部分细胞的细胞核型可能会发生变化,传代10代以内的细胞一般能保持正常的核型 (3)减数分裂Ⅱ中期(或MⅡ期) 这一时期卵母细胞核的位置靠近第一极体,用微型吸管可一并吸出细胞核与第一极体 (4)电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等 胚胎移植 (5)加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;有望增加濒危动物的存活数量;转基因克隆动物可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
