选修三同步导学222 动物细胞融合与单克隆抗体理解+掌握+应用.docx
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选修三同步导学222动物细胞融合与单克隆抗体理解+掌握+应用
2.2.2 动物细胞融合与单克隆抗体
1.动物细胞融合也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
2.动物细胞融合常用的诱导因素有聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
3.动物细胞融合的主要用途是制备单克隆抗体。
4.杂交瘤细胞是由经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合而成的,具有既能无限增殖又能产生特定抗体的能力。
5.单克隆抗体最主要的优点是特异性强、灵敏度高,并能大量制备。
6.单克隆抗体的主要用途有:
作为诊断试剂、用于治疗疾病和运载药物。
动物细胞融合
[自读教材·夯基础]
1.概念
两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,也称细胞杂交。
2.
3.意义
(1)突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能。
(2)为制备单克隆抗体开辟了新途径。
1.动物细胞融合与植物原生质体融合所用的诱导方法有何不同?
提示:
动物细胞融合可用灭活的病毒进行诱导。
2.细胞融合技术与有性杂交相比有哪些优点?
提示:
有性杂交有着十分严格的时空关系和种族界限。
动物细胞融合则不同,它通过人工的方法克服了存在于物种之间的遗传屏障,从而能够按照人们的意愿,把不同物种的不同组织类型的细胞融合在一起。
[跟随名师·解疑难]
1.细胞融合的过程分析
细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合,其中细胞膜融合是细胞融合的先导,在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流动性。
1.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
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
过程
细胞A、B
去壁
原生质体A、B
融合
融合的原生质体
↓
杂种细胞
植物组,织培养
杂种植株
细胞A、B
融合
杂交细胞
有丝分裂
多个相同杂交细胞
相关酶
纤维素酶和果胶酶
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
融合方法
物理法:
离心、电激、振动;
化学法:
聚乙二醇等试剂诱导
除物理法和化学法外还可以用灭活的病毒诱导
结果
杂种植株
杂交细胞
意义
克服了远缘杂交的不亲和性,获得杂种植株
突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能
[特别提醒]
(1)动物细胞核融合发生在杂种细胞的有丝分裂过程中。
(2)灭活的病毒只适用于动物细胞融合。
单克隆抗体的制备
[自读教材·夯基础]
1.传统抗体的制备
(1)方法
(2)缺点:
产量低、纯度低、特异性差。
2.单克隆抗体的制备过程
(1)
(2)解决思路:
将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。
(3)制备过程:
(4)单克隆抗体的特点:
特异性强、灵敏度高,并可大量制备。
(5)单克隆抗体的应用:
①作为诊断试剂,具有准确、高效、简易、快速的优点。
②用于治疗疾病和运载药物。
1.为什么要对小鼠注射抗原?
提示:
以获得能产生相应抗体的B淋巴细胞(浆细胞)。
2.根据单克隆抗体制备过程思考下列问题:
(1)制备单克隆抗体时,为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞?
(2)B淋巴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?
(3)选择杂交瘤细胞的两步筛选的目的各是什么?
提示:
(1)每一个B淋巴细胞只能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,既能产生一种特异性抗体又能快速增殖。
(2)未融合的B淋巴细胞、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)第一步筛选的目的是获得杂交瘤细胞;第二步筛选的目的是获得能产生所需单一抗体的杂交瘤细胞。
[跟随名师·解疑难]
1.血清抗体与单克隆抗体的比较
名称
产生
特点
血清抗体
由B淋巴细胞分泌
一般从血清中分离,产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体
由杂交瘤细胞分泌
特异性强、灵敏度高,能大量制备
2.制备单克隆抗体过程中两次筛选的目的不同
(1)第一次筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及B—B融合、瘤—瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰,筛选出杂交瘤细胞。
(2)第二次筛选是将产生特定抗体的B—瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来。
因为从体内取免疫过的B淋巴细胞时会取出很多种,形成的杂交瘤细胞有很多种,所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。
细胞融合
[例1] 下列对植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较,描述正确的是( )
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.两者都可以跨越种属间的生殖隔离,突破有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能
C.利用动物细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术,为试管婴儿的诞生开辟了新途径
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
[思路点拨]
[精讲精析] A项中动物细胞融合可用灭活的病毒诱导,而植物原生质体是不能的;C项中杂交瘤技术是细胞工程技术,而试管婴儿则是胚胎工程内容;D项生物性状的体现是基因型与环境共同作用的结果,“超级植物”具有两个亲本的遗传物质,但性状不一定能全部表达。
[答案] B
归纳拓展
动、植物细胞融合技术的比较
动、植物细胞融合技术基本原理相同,都是细胞膜的流动性;诱导融合的方法基本类似。
不同点是:
①植物细胞融合前需先去掉细胞壁;②动物细胞融合除物理法、化学法外,还用到生物方法,即灭活病毒;③培养基成分不同,动物细胞培养是用液体培养基,其成分中有动物血清。
另外还有培养目的和结果等方面的区别。
单克隆抗体的制备
[例2] 下图是制备分泌抗X(H1N1流感病毒)抗体的过程,根据图解回答问题:
(1)给小鼠注射抗原的目的是_______________________________________________。
(2)在单克隆抗体制备过程中之所以选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞,是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有___________________________________________________________
____________________________________________________________________的特性。
(3)由图中可看出,单克隆抗体制备过程运用了________________和________的动物细胞工程技术手段。
(4)动物细胞培养液的配方通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素等,与植物细胞培养基有所不同的是还含有________。
(5)在动物细胞融合过程中,需要将所选取的组织细胞分散开,以利于细胞融合,可用________处理离体组织细胞使之分散。
(6)图中有两次筛选过程,其中步骤④的目的是筛选出________,步骤⑤⑥的目的是筛选出________________________________________________________________________。
(7)请根据以下信息,设计一方法(不考虑机械方法),从培养液中筛选出杂交瘤细胞。
已知细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断。
人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径,但一般不分裂增殖;鼠骨髓瘤细胞中尽管只有D途径,但能不断分裂增殖,将这两种细胞在试管中混合,加入聚乙二醇促融,获得杂种细胞。
方法:
________________________________________________________________。
原理:
________________________________________________________________。
[思路点拨]
[精讲精析]
(1)根据抗原抗体特异性结合的原理,用特定抗原刺激,小鼠体内便可产生能产生特定抗体的浆细胞,即可获得相应的B淋巴细胞。
(2)杂交瘤细胞具有两种细胞的遗传物质,既能产生特定的抗体,又能无限增殖。
(3)从图中看出,单克隆抗体技术实际是应用了动物细胞融合和动物细胞培养技术。
(4)动物细胞培养液与植物组织培养基相比,除物理状态不同外,成分也不相同,动物细胞培养液中含动物血清。
(5)细胞融合时是单个细胞和单个细胞的融合,为将细胞从动物组织中离散,可用胰蛋白酶处理。
(6)在单克隆抗体制备过程中,由于从小鼠体内提取的B淋巴细胞可能有多种,以及细胞融合方式有多种,从而产生多种融合细胞以及多种杂交瘤细胞,因此需多次筛选。
从图中可看出,④是用选择培养基筛选出杂交瘤细胞,⑤⑥是筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。
(7)据题干信息可知,可在培养液中加入氨基嘌呤,使D合成途径阻断,仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞不能增殖,而B淋巴细胞一般不增殖,但人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖。
[答案]
(1)获得能产生相应抗体的B淋巴细胞
(2)既能无限增殖,又能产生特定抗体
(3)动物细胞融合 动物细胞培养
(4)动物血清
(5)胰蛋白酶
(6)杂交瘤细胞 能产生特定抗体的杂交瘤细胞
(7)方法:
培养液中加入氨基嘌呤,收集增殖的细胞
原理:
加入氨基嘌呤后,使D合成途径阻断,仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及使其彼此融合的细胞就不能增殖,但人的淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞可以利用B淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖
单克隆抗体制备过程中,骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合后,要用特定的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( )
①B淋巴细胞 ②小鼠骨髓瘤细胞 ③B淋巴细胞自身融合细胞 ④小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞 ⑤杂交瘤细胞
A.①②③④ B.①②③
C.②④D.②③
解析:
单克隆抗体的制备过程中,骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合时,发生了以下三种情况:
未发生融合的细胞(B淋巴细胞,小鼠骨髓瘤细胞);自身融合的细胞(B淋巴细胞自身融合,小鼠骨髓瘤细胞自身融合);骨髓瘤细胞与单个B淋巴细胞融合的杂交瘤细胞。
杂交瘤细胞是制备单克隆抗体必需的,因此在特定的培养基上只有杂交瘤细胞才能存活增殖。
答案:
A
[随堂基础巩固]
1.与植物体细胞杂交相比,动物细胞融合的原理及其特有的诱导因子分别是( )
A.细胞膜的流动性、离心
B.细胞膜的流动性、灭活的病毒
C.细胞的全能性、电刺激
D.细胞的全能性、灭活的病毒
解析:
植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、细胞的全能性,动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性;动物细胞融合的常用诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等,其中灭活的病毒是其特有的诱导因子,而聚乙二醇、电激均可用于诱导植物体细胞杂交。
答案:
B
2.单克隆抗体与血清抗体相比,其优越之处在于( )
A.单克隆抗体可作为某些药物的载体
B.单克隆抗体可以在体外制备
C.单克隆抗体特异性强、灵敏度高,并可大量制备
D.单克隆抗体的制备过程简单,操作方便
解析:
普通的抗体其实也可作为药物的载体,并可在体外通过细胞培养制备,但因其纯度低、特异性差,在“生物导弹”的应用上没有价值。
单克隆抗体的制备过程比普通抗体的制备过程复杂得多。
答案:
C
3.要想获得大量的单克隆抗体就必须用单个的B淋巴细胞进行无性繁殖,形成细胞群。
其原因是( )
A.在体外培养条件下B淋巴细胞可以无限增殖
B.在动物体内,每个B淋巴细胞可产生多种抗体
C.每一个B淋巴细胞都参与特异性免疫反应
D.每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体但不能大量增殖
解析:
B淋巴细胞寿命短,它能够参与特异性免疫,但不一定都参与;B淋巴细胞的免疫具特异性,即每一个B淋巴细胞只能产生一种与特定抗原结合的抗体。
答案:
D
4.“生物导弹”是指( )
A.单克隆抗体
B.杂交瘤细胞
C.产生特定抗体的B淋巴细胞
D.在单克隆抗体上连接抗癌药物
解析:
把抗癌细胞的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合,制成“生物导弹”,注入体内,借助单克隆抗体的导向作用,能将药物定向带到癌细胞所在位置,在原位杀死癌细胞。
答案:
D
5.下图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解,请据图回答下列问题:
(1)请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。
(2)在单克隆抗体制备过程中选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞,是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有________、____________的特性。
(3)由图中可以看出,在单克隆抗体制备过程中运用了________和________的动物细胞工程技术手段。
答案:
(1)BADHIGEF
C
(2)在体外大量繁殖 产生特异性抗体
(3)动物细胞融合 动物细胞培养
[课时跟踪训练]
(满分50分 时间25分钟)
一、选择题(每小题2分,共20分)
1.关于动物细胞融合的说法,不正确的是( )
A.动物细胞融合也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合后形成的具有原来两个或多个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞
C.常用的诱导动物细胞融合的因素有:
聚乙二醇、灭活的病毒、电激、紫外线照射等
D.细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能
解析:
动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,融合后的细胞具有两个或多个细胞的遗传物质;动物细胞融合时常用的诱导因素有:
聚乙二醇、灭活的病毒、电激等,紫外线照射易引起基因突变,因此该过程不能利用紫外线照射;细胞融合突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能。
答案:
C
2.科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合,得到杂交瘤细胞,经培养可产生大量的单克隆抗体。
与骨髓瘤细胞融合的细胞是( )
A.经过特定抗原免疫的B淋巴细胞
B.不经过免疫的B淋巴细胞
C.经过特定抗原免疫的T淋巴细胞
D.不经过免疫的T淋巴细胞
解析:
骨髓瘤细胞必须与经过特定抗原免疫的B淋巴细胞融合,形成杂交瘤细胞,才能大量增殖并产生能够与相应的抗原特异性结合的单克隆抗体。
答案:
A
3.关于单克隆抗体,下列叙述不正确的是( )
A.可以制成诊断盒,用于疾病的诊断
B.可以与药物结合,用于病变细胞的定向治疗
C.可以利用细胞工程技术生产
D.可以在生物体内生产,不能在体外生产
解析:
单克隆抗体可以作为诊断试剂,用于疾病的诊断,又可制成“生物导弹”用于病变细胞的定向治疗;单克隆抗体既可在生物体内生产,又可在体外生产。
答案:
D
4.太空动物细胞融合实验依据的原理和促进细胞融合的方法分别是( )
A.细胞的全能性;灭活病毒诱导融合
B.细胞的全能性;电刺激融合
C.细胞膜的流动性;灭活病毒诱导融合
D.细胞膜的流动性;电刺激融合
解析:
细胞融合的理论基础是细胞膜的流动性,在太空中进行动物细胞融合所用的融合方法是电刺激。
答案:
D
5.将基因型为Aa和基因型为Bb的动物体细胞混合,用灭活的仙台病毒处理后,不可能获得下列哪种基因型的细胞( )
A.AAaaB.AaBb
C.AabbD.BBbb
解析:
基因型为Aa和基因型为Bb的动物体细胞融合,它们之间可以自由融合,即Aa和Aa、Aa和Bb、Bb和Bb,可产生AAaa、AaBb、BBbb三种基因型的细胞。
答案:
C
6.(2011·江苏高考)关于现代生物技术应用的叙述,错误的是( )
A.蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质
B.体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体
C.植物组织培养技术可用于植物茎尖脱毒
D.动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育
解析:
动物体细胞核移植技术可用于克隆动物,但动物体细胞杂交不能用来克隆动物。
动物细胞融合可用于制备单克隆抗体,由此分析B选项是错误的。
答案:
B
7.下列是应用动物细胞工程获取单克隆抗X抗体的具体操作步骤,其中对单克隆抗体制备的相关叙述错误的是( )
①从患骨髓瘤的小鼠体内获取骨髓瘤细胞 ②将X抗原注入小鼠体内,获得能产生抗X抗体的B淋巴细胞
③将杂交瘤细胞注入小鼠腹腔内培养 ④筛选出能产生抗X抗体的杂交瘤细胞 ⑤利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞 ⑥从小鼠腹水中提取抗体 ⑦利用促细胞融合因子促使细胞融合
A.实验顺序应该是①②⑦⑤④③⑥
B.③过程产生多个杂交瘤细胞的过程称为克隆
C.⑦过程获得的细胞均可无限增殖
D.利用细胞融合生产单克隆抗体过程中通常要经过两次筛选
解析:
在细胞融合过程中,如果只考虑两两细胞的融合,有骨髓瘤细胞和骨髓瘤细胞的融合、杂交瘤细胞和杂交瘤细胞的融合、B淋巴细胞和B淋巴细胞的融合,其中B淋巴细胞和B淋巴细胞的融合不能无限增殖。
答案:
C
8.利用细胞工程方法,以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。
下列相关叙述正确的是( )
A.用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内,产生的血清抗体为单克隆抗体
B.体外培养单个效应B细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体
C.将等量效应B细胞和骨髓瘤细胞混合,经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞
D.利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者
解析:
经过抗原刺激后的淋巴B细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合,产生杂交瘤细胞,克隆化培养后的杂交瘤细胞能产生特异性强、灵敏度高的单克隆抗体。
SARS病毒感染者体内有病毒核衣壳蛋白质,用相应的单克隆抗体与之发生特异性结合的方法可加以诊断。
答案:
D
9.对于下面制备单克隆抗体过程的示意图,不正确的叙述是( )
A.①表示B淋巴细胞和骨髓瘤细胞均是从小鼠的脾脏中提取的
B.④中的筛选是通过抗原、抗体反应进行的
C.②促进细胞融合的方法可以利用聚乙二醇作介导
D.⑤可以无限增殖
解析:
单克隆抗体是利用免疫处理的B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合得到,融合方法可以有化学方法聚乙二醇诱导、生物方法灭活病毒诱导;如果要筛选可以通过检测抗原、抗体反应,若有反应说明表达了抗体;融合细胞具有双亲特点,既能无限增殖又能产生单一抗体。
B淋巴细胞也可以从血浆中提取。
答案:
A
10.下图是科学家新研发的制备单克隆抗体的过程,相关叙述错误的是( )
A.该过程涉及基因工程和动物细胞融合技术
B.经酶A处理后的Ⅰ与质粒具有相同的黏性末端
C.若供体DNA提供了prG基因(无限增殖调控基因),则该过程中的Ⅱ是已免疫的B淋巴细胞
D.通过检测和筛选得到的Ⅲ细胞既能无限增殖又能分泌特异性抗体
解析:
由图可知,该过程涉及基因工程,但未涉及动物细胞融合技术。
该过程是把控制抗体产生的基因导入骨髓瘤细胞或把无限增殖调控基因导入已免疫的B细胞进而制取单克隆抗体的。
答案:
A
二、非选择题(共30分)
11.(10分)有性生殖的生物产生后代需进行受精作用,植物体细胞杂交要进行原生质体的融合,单克隆抗体的制备需进行动物细胞融合,可见细胞的融合技术有着广泛的应用。
下图所示为细胞融合的简略过程,据图回答相关问题:
(1)若a、b分别是基因型为Hhrr、hhRr两个烟草品种的花粉,且这两对基因分别位于两对同源染色体上。
由于一对隐性纯合基因(rr或hh)的作用,在光照强度大于800lx时都不能生长。
要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为HhRr的杂种细胞,较为简便的筛选方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若a、b表示两种植物体细胞,则由d细胞形成杂种植株的原理是________________________________________________________________________,
这种育种方法的优点是________________________________________________。
(3)若a、b分别为骨髓瘤细胞和B淋巴细胞,则d细胞的特点是_______________________
_______________________________________________________________________________________________________________。
由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较,具有________________的特点。
生产上一般不能通过直接培养B淋巴细胞的方法生产单克隆抗体的主要原因是____________________
____________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:
(1)a是基因型为Hhrr的烟草的花粉,故其基因型为Hr、hr,b是基因型为hhRr的烟草的花粉,故其基因型为hR、hr,因此经细胞融合可能形成的融合细胞有:
HHrr、hhrr、hhRR、Hhrr、hhRr、HhRr,共6种。
分析这6种细胞除可知,HhRr之外均有一对隐性纯合基因(rr或hh),即在光照强度大于800lx时都不能生长,因此获取基因型为HhRr的杂种细胞,较为简便的筛选方法是给予大于800lx的光照。
(2)a、b表示两种植物体细胞,则通过细胞融合形成d细胞可借助植物体细胞杂交技术,杂交细胞能形成杂种植株是由于植物细胞具有全能性,这种育种方法的最大优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。
(3)a、b分别为骨髓瘤细胞和B淋巴细胞,则d细胞为杂交瘤细胞,其特点是既能无限繁殖,又能产生特定的抗体。
产生的抗体为单克隆抗体,同血清抗体相比,它具有特异性强、灵敏度高、可大量制备等特点。
生产上一般不能通过直接培养B淋巴细胞来制备单克隆抗体是因为B淋巴细胞高度分化,不能增殖。
答案:
(1)给予大于800lx的光照
(2)植物细胞的全能性 克服了远缘杂交不亲和的障碍
(3)既能无限增殖,又能产生特定的抗体 特异性强、灵敏度高、可大量制备 B淋巴细胞高度分化,不能增殖
12.(10分)运用动物体细胞杂交技术可实现基因定位。
研究发现:
用人的细胞与小鼠体细胞进行杂交得到的杂种细胞含有双方的染色体。
杂种细胞在持续分裂过程中仅保留鼠的染色体而人类染色体则逐渐丢失,只剩一条或几条。
如图是人的缺乏HGPRT酶突变细胞株(HGPRT-)和小鼠的缺乏TK酶细胞株(TK-)融合后并在HAT培养液中培养的过程,结果表明最终人的染色体在融合细胞中仅有3号染色体或17号染色体或两者都有。
已知只有同时具有HGPRT酶和TK酶的融合细胞才可在HAT培养液中长期存活与繁殖。
(1)体细胞杂交突破了________________________,过程①常用的生物方法是________________________。
(2)过程②中,为了防止细菌的污染,所用培养液应该添加一定量的______________,此外还要定期用______________处理细胞,使贴壁生长的细胞脱落形成细胞悬液。
(3)从培养过程看,HAT培养液不仅