2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第二章 細(xì)胞工程 第3節(jié) 細(xì)胞融合技術(shù)學(xué)案 中圖版選修3

第三節(jié)　細(xì)胞融合技術(shù) 1．舉例說(shuō)出細(xì)胞融合技術(shù)。(重點(diǎn)) 2．簡(jiǎn)述單克隆抗體的制備過(guò)程。(難點(diǎn)) 細(xì) 胞 融 合 技 術(shù) 與 作 物 育 種 1．細(xì)胞融合技術(shù) (1)細(xì)胞融合 ①概念：兩個(gè)或兩個(gè)以上的同種或異種細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程。 ②原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 ③結(jié)果：形成雜交細(xì)胞。 (2)細(xì)胞融合技術(shù) 用人工方法誘導(dǎo)細(xì)胞融合，并在一定條件下使融合細(xì)胞分化再生、形成新物種或新品種的過(guò)程。 (3)細(xì)胞融合的誘導(dǎo)方法 ①常用方法：聚乙二醇誘導(dǎo)、病毒誘導(dǎo)、電融合技術(shù)。 ②與聚乙二醇誘導(dǎo)的細(xì)胞融合相比，電融合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ⅰ.重復(fù)性強(qiáng)，對(duì)原生質(zhì)體傷害小。 ⅱ.裝置精巧，方法簡(jiǎn)單，免去了聚乙二醇誘導(dǎo)后的洗滌過(guò)程。 ⅲ.誘導(dǎo)過(guò)程可控制性強(qiáng)。 2．細(xì)胞融合與作物育種 (1)意義 可在親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種間實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，創(chuàng)造出自然界沒(méi)有的新物種。 (2)實(shí)例 “白菜—甘藍(lán)”種間雜種、“薯番茄”屬間雜種。 探討：動(dòng)物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合所用的誘導(dǎo)方法有何不同？ 提示：動(dòng)物細(xì)胞融合可用滅活的病毒進(jìn)行誘導(dǎo)。 探討：經(jīng)誘導(dǎo)融合得到的融合細(xì)胞還需經(jīng)過(guò)下列哪項(xiàng)措施才能得到雜種植株？ 提示：篩選鑒定雜種細(xì)胞后，再經(jīng)植物組織培養(yǎng)才能獲得植株。 探討：科學(xué)家通過(guò)體細(xì)胞雜交培育而成的“白菜—甘藍(lán)”為什么能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀？ 提示：體細(xì)胞雜交培育而成的“白菜—甘藍(lán)”具有兩個(gè)親本的遺傳物質(zhì)，因此能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀。 1．植物體細(xì)胞雜交與植物組織培養(yǎng) (1)植物組織培養(yǎng)是利用單一親本的組織或細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)使之增殖、分化為一個(gè)完整植株。其后代一般均能保持該親本的遺傳性狀(花藥離體培養(yǎng)除外)。 (2)植物體細(xì)胞雜交的本質(zhì)是將兩種不同來(lái)源的原生質(zhì)體，在人為的條件下進(jìn)行誘導(dǎo)融合。由于植物細(xì)胞的全能性，因此融合之后的雜種細(xì)胞，可以再生出具有雙親性狀的雜種植株。因此，這種細(xì)胞融合也被稱(chēng)為體細(xì)胞“雜交”。 (3)兩者的聯(lián)系是：首先，兩種技術(shù)的原理都是利用植物細(xì)胞的全能性；另外，融合的植物細(xì)胞必須經(jīng)過(guò)植物組織培養(yǎng)過(guò)程才能最終發(fā)育為雜種植株，這就是說(shuō)，植物組織培養(yǎng)技術(shù)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)。 2．植物體細(xì)胞雜交和動(dòng)物細(xì)胞融合比較 比較項(xiàng)目 植物體細(xì)胞雜交 動(dòng)物細(xì)胞融合 原理 細(xì)胞膜的流動(dòng)性；植物細(xì)胞的全能性 細(xì)胞膜的流動(dòng)性 過(guò)程 去壁以后誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合 使細(xì)胞分離后誘導(dǎo)細(xì)胞融合 誘導(dǎo)方法 物理法(離心、振動(dòng)、電融合)、化學(xué)法(聚乙二醇) 物理法(電融合)、化學(xué)法(聚乙二醇)、生物法(滅活的病毒) 意義 克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 打破生殖隔離，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能 用途 獲得雜種植株 制備單克隆抗體 1.動(dòng)物細(xì)胞融合和植物原生質(zhì)體融合比較，在動(dòng)物細(xì)胞融合中有特殊性的是(　　) A．融合的原理 B．融合的優(yōu)點(diǎn) C．融合的誘導(dǎo)手段 D．融合的過(guò)程 【解析】　除了物理、化學(xué)法外，動(dòng)物細(xì)胞融合還可以用滅活的病毒來(lái)誘導(dǎo)。 【答案】　C 2．下圖為植物體細(xì)胞雜交過(guò)程示意圖。 據(jù)圖回答： (1)步驟①是_____________________________________________________， 最常用的方法是_________________________________________________。 (2)步驟③一般常用的化學(xué)試劑是________，目的是 _______________________________________________________________。 (3)在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過(guò)程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是________________，其中步驟④相當(dāng)于________，步驟⑤相當(dāng)于________。 (4)植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株，使________能夠在新的植物體中有所表現(xiàn)，其根本原因是________________________________________。 (5)若遠(yuǎn)緣雜交親本A和B都是二倍體，則雜種植株為_(kāi)_______倍體。 (6)從理論上講，雜種植株的育性為_(kāi)_______。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？________，原因是____________________________________________ _______________________________________________________________。 因此，這項(xiàng)研究對(duì)于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于______________。 (7)利用植物體細(xì)胞雜交的方法培育作物新品種過(guò)程中，遺傳物質(zhì)的傳遞是否遵循孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律？ ________。因?yàn)開(kāi)___________________________。 【答案】　(1)去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體　酶解法　(2)聚乙二醇　誘導(dǎo)不同植物體細(xì)胞的原生質(zhì)體融合　(3)植物組織培養(yǎng)　脫分化　再分化 (4)遠(yuǎn)緣雜交親本的遺傳特征　雜種植株獲得了雙親的遺傳物質(zhì)　(5)四　(6)可育　不能　不同種生物之間存在生殖隔離　克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 (7)否　有性生殖的過(guò)程中進(jìn)行減數(shù)分裂才遵循孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律 細(xì) 胞 融 合 與 單 克 隆 抗 體 1．抗體 B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是具有特異性，化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 2．單克隆抗體 源自一個(gè)B淋巴細(xì)胞的克隆所產(chǎn)生的抗體只會(huì)特異性地作用于一種抗原決定簇。 3．單克隆抗體的制備 (1)過(guò)程 　雜交瘤細(xì)胞 ―→單克隆抗體 (2)雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn)：既能大量增殖，又能產(chǎn)生特異性的抗體。 (3)單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn)：理化性質(zhì)單一、與抗原結(jié)合的特異性強(qiáng)等。 4．單克隆抗體的應(yīng)用 (1)疾病診斷、防治和致病機(jī)理的研究等。 (2)用于治療疾?。褐瞥伞八幬飳?dǎo)彈”。 探討：為什么要對(duì)小鼠注射抗原？ 提示：以獲得能產(chǎn)生相應(yīng)抗體的B淋巴細(xì)胞(漿細(xì)胞)。 探討：制備單克隆抗體時(shí)，為什么要選用B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合形成雜交瘤細(xì)胞？ 提示：每一個(gè)B淋巴細(xì)胞只能分泌一種特異性抗體，但不能無(wú)限增殖；骨髓瘤細(xì)胞可大量快速增殖，卻不能產(chǎn)生抗體。若將兩種細(xì)胞融合在一起，既能產(chǎn)生一種特異性抗體又能快速增殖。 探討：B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞經(jīng)聚乙二醇處理后，培養(yǎng)液中存在哪幾種細(xì)胞？ 提示：未融合的B淋巴細(xì)胞、未融合的骨髓瘤細(xì)胞、B－B融合細(xì)胞、瘤—瘤融合細(xì)胞、B—瘤融合細(xì)胞。 探討：選擇雜交瘤細(xì)胞的兩步篩選的目的各是什么？ 提示：第一步篩選的目的是獲得雜交瘤細(xì)胞；第二步篩選的目的是獲得能產(chǎn)生所需單一抗體的雜交瘤細(xì)胞。 1．單克隆抗體的制備過(guò)程 2．單克隆抗體制備過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)關(guān)鍵的操作：①對(duì)免疫小鼠注射特定的抗原；②融合；③篩選；④培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞、制備單克隆抗體。 (2)選擇滅活的病毒或聚乙二醇來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞融合，由此形成的雜交細(xì)胞有多種，若僅考慮細(xì)胞兩兩融合的情況，融合細(xì)胞有三種，即兩個(gè)B淋巴細(xì)胞的融合細(xì)胞、兩個(gè)骨髓瘤細(xì)胞的融合細(xì)胞、一個(gè)B淋巴細(xì)胞與一個(gè)骨髓瘤細(xì)胞的融合細(xì)胞(雜交瘤細(xì)胞)。需要篩選才能獲得能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞。 (3)整個(gè)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)兩次篩選，第一次篩選獲得雜交瘤細(xì)胞，第二次篩選獲得能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞。 (4)培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞的方法有體內(nèi)培養(yǎng)和體外培養(yǎng)。前者的優(yōu)點(diǎn)是培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單，無(wú)需配制培養(yǎng)液；要在短期內(nèi)獲得大量單克隆抗體，可采用體外培養(yǎng)的方法。 1.單克隆抗體制備過(guò)程中，骨髓瘤細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞融合后，要用特定的培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細(xì)胞，在這種培養(yǎng)基上不能存活增殖的細(xì)胞是(　　) ①B淋巴細(xì)胞 ②小鼠骨髓瘤細(xì)胞 ③B淋巴細(xì)胞自身融合細(xì)胞 ④小鼠骨髓瘤細(xì)胞自身融合細(xì)胞 ⑤雜交瘤細(xì)胞 A．①②③④ B．①③⑤ C．②④ D．②③ 【解析】　單克隆抗體的制備過(guò)程中，骨髓瘤細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞融合時(shí)，發(fā)生了以下三種情況：未發(fā)生融合的細(xì)胞(B淋巴細(xì)胞，小鼠骨髓瘤細(xì)胞)；自身融合的細(xì)胞(B淋巴細(xì)胞自身融合，小鼠骨髓瘤細(xì)胞自身融合)；骨髓瘤細(xì)胞與單個(gè)B淋巴細(xì)胞融合的雜交瘤細(xì)胞。雜交瘤細(xì)胞是制備單克隆抗體所必需的，因此將其篩選出來(lái)。 【答案】　A 2．下圖是單克隆抗體制備流程階段示意圖。 (1)________技術(shù)是制備單克隆抗體技術(shù)的基礎(chǔ)。 (2)在圖中HAT培養(yǎng)上，未融合的________和融合的________都會(huì)死亡，只有融合的雜種細(xì)胞才能生長(zhǎng)。動(dòng)物細(xì)胞融合除了采用植物細(xì)胞原生質(zhì)體融合常用的誘導(dǎo)劑外，還可以采用________。 (3)單克隆抗體與常規(guī)的血清抗體相比，最主要的優(yōu)點(diǎn)是__________________________________________________________________。 (4)選出的雜交瘤細(xì)胞既具備骨髓瘤細(xì)胞的迅速______________特點(diǎn)，又具備淋巴細(xì)胞的______________特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)選擇性培養(yǎng)的雜交瘤細(xì)胞，還需進(jìn)行________和________，經(jīng)多次篩選，就可獲得足夠數(shù)量的能分泌所需抗體的細(xì)胞。最后將雜交瘤細(xì)胞在體外條件下做大規(guī)模培養(yǎng)，或小鼠腹腔內(nèi)增殖，從________或________中，就可以提取出大量的單克隆抗體了。 (5)淋巴細(xì)胞是由動(dòng)物體________中的________細(xì)胞分化、發(fā)育而來(lái)的。 【解析】　細(xì)胞融合技術(shù)最主要的應(yīng)用就是制備單克隆抗體，動(dòng)物細(xì)胞融合和植物細(xì)胞融合的不同點(diǎn)在于動(dòng)物細(xì)胞融合可以使用滅活的病毒進(jìn)行誘導(dǎo)。滅活是指使病毒失去感染能力，但是具有誘導(dǎo)細(xì)胞融合的能力。 【答案】　(1)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)　(2)親本細(xì)胞　具有同核的細(xì)胞　滅活的病毒　(3)理化性質(zhì)單一、與抗原結(jié)合的特異性強(qiáng)　(4)在體外大量增殖　分泌專(zhuān)一抗體　克隆化培養(yǎng)　抗體檢測(cè)　細(xì)胞培養(yǎng)液　小鼠腹水　(5)骨髓　造血干 1．與植物體細(xì)胞雜交相比，動(dòng)物細(xì)胞融合的原理及其特有的誘導(dǎo)因子分別是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：99310031】 A．細(xì)胞膜的流動(dòng)性、離心 B．細(xì)胞膜的流動(dòng)性、滅活的病毒 C．細(xì)胞的全能性、電刺激 D．細(xì)胞的全能性、滅活的病毒 【解析】　植物體細(xì)胞雜交的原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性，動(dòng)物細(xì)胞融合的原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性；動(dòng)物細(xì)胞融合的常用誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電融合技術(shù)等，其中滅活的病毒是其特有的誘導(dǎo)因子，而聚乙二醇、電融合技術(shù)均可用于誘導(dǎo)植物體細(xì)胞雜交。 【答案】　B 2．下列關(guān)于單克隆抗體的制備和應(yīng)用的敘述中，不正確的是(　　) A．B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞的融合，一般不需要滅活的病毒或聚乙二醇誘導(dǎo) B．融合后形成的雜交瘤細(xì)胞既能無(wú)限增殖，又能產(chǎn)生單克隆抗體 C．體外培養(yǎng)時(shí)，一個(gè)B淋巴細(xì)胞可以產(chǎn)生抗體，但不能無(wú)限增殖 D．單克隆抗體與常規(guī)抗體相比，理化性質(zhì)單一、與抗原結(jié)合的特異性強(qiáng) 【解析】　B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合時(shí)可采用聚乙二醇、電融合技術(shù)或滅活的病毒促融；融合后的雜交瘤細(xì)胞既有B淋巴細(xì)胞的特點(diǎn)，又有骨髓瘤細(xì)胞的特點(diǎn)，因此雜交瘤細(xì)胞既能無(wú)限增殖，又能產(chǎn)生單克隆抗體；雜交瘤細(xì)胞產(chǎn)生的單克隆抗體與常規(guī)抗體相比，特異性強(qiáng)，靈敏度高，優(yōu)越性明顯。 【答案】　A 3．“白菜—甘藍(lán)”是用細(xì)胞工程的方法培育出來(lái)的蔬菜新品種，它具有生長(zhǎng)周期短，耐熱性強(qiáng)和易于儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)。下圖是“白菜—甘藍(lán)”的雜交過(guò)程示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答： (1)在上述過(guò)程中，除去細(xì)胞壁的方法是________。 (2)圖中白菜原生質(zhì)體和甘藍(lán)原生質(zhì)體能融合形成一個(gè)雜種細(xì)胞，所依據(jù)的生物學(xué)原理是_______________________________________________________。 (3)通常情況下，白菜和甘藍(lán)雜交是不成功的，原因是 _______________________________________________________________。 (4)通過(guò)細(xì)胞工程獲得的“白菜—甘藍(lán)”植株是否可育？為什么？________ _______________________________________________________________。 (5)白菜細(xì)胞與甘藍(lán)細(xì)胞的原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是___________________________________________________________________。 (6)愈傷組織的細(xì)胞特點(diǎn)是_________________________________________。 【答案】　(1)酶解法(用纖維素酶、果膠酶去除細(xì)胞壁) (2)細(xì)胞膜的流動(dòng)性　(3)存在生殖隔離　(4)可育；減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體能正常進(jìn)行聯(lián)會(huì)，能產(chǎn)生正常的有性生殖細(xì)胞，再經(jīng)受精作用形成受精卵并最終發(fā)育成種子　(5)雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁　(6)無(wú)規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞 4．下圖所示為細(xì)胞融合技術(shù)的一些過(guò)程： (1)從A、B細(xì)胞到C細(xì)胞的過(guò)程中，必須用________處理。 (2)若A、B細(xì)胞為植物細(xì)胞，那么這樣的細(xì)胞已經(jīng)用酶降解脫掉了________，這種酶可能是________酶，由此生成的A和B細(xì)胞稱(chēng)為_(kāi)_______。 (3)若A細(xì)胞為骨髓瘤細(xì)胞，B細(xì)胞為B淋巴細(xì)胞，那么D細(xì)胞稱(chēng)為_(kāi)_______細(xì)胞，由D細(xì)胞連續(xù)分裂產(chǎn)生大量細(xì)胞的過(guò)程，稱(chēng)為_(kāi)_______過(guò)程。這種細(xì)胞既能無(wú)限增殖，又能產(chǎn)生________。 (4)若A為人細(xì)胞，B為鼠細(xì)胞，并分別用紅、綠熒光染料標(biāo)記細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，在形成C細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光，一半發(fā)綠色熒光。到D細(xì)胞階段，兩種顏色的熒光均勻分布，請(qǐng)解釋原因。 ________________________________________________________________ 【解析】　此題是對(duì)植物體細(xì)胞雜交、動(dòng)物細(xì)胞融合以及細(xì)胞膜的特性比較全面的考查。植物細(xì)胞外有一層細(xì)胞壁，阻礙了植物體細(xì)胞的雜交。因此，植物體細(xì)胞雜交的第一步是去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。要去掉細(xì)胞壁就要利用酶的專(zhuān)一性這一特點(diǎn)。因?yàn)榧?xì)胞壁主要成分為纖維素和果膠，所以要用纖維素酶、果膠酶分解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。第二步就是讓不同植物體細(xì)胞的原生質(zhì)體融合，融合必須通過(guò)一定的技術(shù)手段進(jìn)行人工誘導(dǎo)。單克隆抗體制備過(guò)程需得到化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物發(fā)生免疫過(guò)程中，每一個(gè)B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的單一抗體，必須用單個(gè)B淋巴細(xì)胞進(jìn)行克隆，形成細(xì)胞群。但在體外培養(yǎng)條件下，一 個(gè)B淋巴細(xì)胞不可能無(wú)限增殖，這就需要B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞在滅活的仙臺(tái)病毒或聚乙二醇的誘導(dǎo)下融合，再篩選出雜交瘤細(xì)胞。雜交瘤細(xì)胞繼承了雙親細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，既能分泌特異性抗體，又能大量增殖。最后考查了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動(dòng)性。 【答案】　(1)誘導(dǎo)劑　(2)細(xì)胞壁　纖維素(或果膠)　原生質(zhì)體　(3)雜交瘤　克隆　特異性抗體　(4)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)是可以運(yùn)動(dòng)的(或細(xì)胞膜具有流動(dòng)性)。 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.兩個(gè)或兩個(gè)以上的同種或異種細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程，叫做細(xì)胞融合。 2.細(xì)胞融合的方法有聚乙二醇、滅活的病毒、電融合。 3.一個(gè)B淋巴細(xì)胞只能針對(duì)一種抗原決定簇產(chǎn)生一種特異性的抗體。 4.融合的雜交瘤細(xì)胞既能像骨髓瘤細(xì)胞那樣無(wú)限增殖，又能像B淋巴細(xì)胞那樣產(chǎn)生和分泌特異性的抗體。 5.單克隆抗體具有理化性質(zhì)單一，與抗原結(jié)合的特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 9