沪科版生物选修3第1单元 第2章 第3节 细胞融合技术.docx

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沪科版生物选修3第1单元第2章第3节细胞融合技术

第三节　细胞融合技术

1．举例说明细胞融合技术。

（重点）

2．简述单克隆抗体的制备过程。

（难点）

知识点一|细胞融合技术与作物育种

1．细胞融合技术

（1）细胞融合

①概念：

两个或两个以上的同种或异种细胞融合成一个细胞的过程。

②原理：

细胞膜的流动性。

③结果：

形成杂交细胞。

（2）细胞融合技术

用人工方法诱导细胞融合，并在一定条件下使融合细胞分化再生、形成新物种或新品种的过程。

（3）细胞融合的诱导方法

①常用方法：

聚乙二醇诱导、病毒诱导、电融合技术。

②与聚乙二醇诱导的细胞融合相比，电融合技术的优点

ⅰ.重复性强，对原生质体伤害小。

ⅱ.装置精巧，方法简单，免去了聚乙二醇诱导后的洗涤过程。

ⅲ.诱导过程可控制性强。

2．细胞融合与作物育种

（1）意义

可在亲缘关系较远的物种间实现基因转移，创造出自然界没有的新物种。

（2）实例

“白菜－甘蓝”种间杂种、“薯番茄”属间杂种。

探讨

：

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。

探讨

：

经诱导融合得到的融合细胞还需经过哪些措施才能得到杂种植株？

提示：

筛选鉴定杂种细胞后，再经植物组织培养才能获得植株。

探讨

：

科学家通过体细胞杂交培育而成的“白菜－甘蓝”为什么能表现出两种植物的遗传性状？

提示：

体细胞杂交培育而成的“白菜－甘蓝”具有两个亲本的遗传物质，因此能表现出两种植物的遗传性状。

1．植物体细胞杂交与植物组织培养

（1）植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化为一个完整植株。

其后代一般均能保持该亲本的遗传性状（花药离体培养除外）。

（2）植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为的条件下进行诱导融合。

由于植物细胞的全能性，因此融合之后的杂种细胞，可以再生出具有双亲性状的杂种植株。

因此，这种细胞融合也被称为体细胞“杂交”。

（3）两者的联系是：

首先，两种技术的原理都是利用植物细胞的全能性；另外，融合的植物细胞必须经过植物组织培养过程才能最终发育为杂种植株，这就是说，植物组织培养技术是植物体细胞杂交的基础。

2．植物体细胞杂交和动物细胞融合比较

比较项目

植物体细胞杂交

动物细胞融合

原理

细胞膜的流动性；植物细胞的全能性

细胞膜的流动性

过程

去壁以后诱导原生质体融合

使细胞分离后诱导细胞融合

诱导方法

物理法（离心、振动、电融合）、化学法（聚乙二醇）

物理法（电融合）、化学法（聚乙二醇）、生物法（灭活的病毒）

意义

克服远缘杂交不亲和的障碍

打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能

用途

获得杂种植株

制备单克隆抗体

1．下列有关植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较，正确的是（　　）

A．两者应用的原理都是高度分化的细胞具有全能性

B．两者都可用聚乙二醇（PEG）诱导细胞融合

C．两者成功的标志都是形成融合细胞核

D．两者都已用于大量生产分泌蛋白

【解析】　植物体细胞杂交的原理是细胞膜具有流动性和植物细胞具有全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜具有流动性，A错误；聚乙二醇（PEG）既可诱导动物细胞融合，也可诱导植物原生质体融合，B正确；植物原生质体融合完成的标志是再生形成新的细胞壁，动物细胞融合完成的标志是形成融合细胞核，C错误；植物体细胞杂交的目的是产生杂种植株，动物细胞融合可用于大量生产分泌蛋白，D错误。

【答案】　B

2．下图为植物体细胞杂交过程示意图。

据图回答：

（1）步骤①是______________________________________________，

最常用的方法是__________________________________________。

（2）步骤③一般常用的化学试剂是________，目的是

_________________________________________________________。

（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是________________，其中步骤④相当于________，步骤⑤相当于________。

（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使________能够在新的植物体中有所表现，其根本原因是_____________________________。

（5）若远缘杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为________倍体。

（6）从理论上讲，杂种植株的育性为________。

若运用传统有性杂交方法能否实现？

________，原因是________________________________________

_________________________________________________________。

因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于_________________________________________________________。

（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？

________。

因为_______________。

【答案】　

（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体　酶解法　

（2）聚乙二醇　诱导不同植物体细胞的原生质体融合　（3）植物组织培养　脱分化　再分化

（4）远缘杂交亲本的遗传特征　杂种植株获得了双亲的遗传物质　（5）四　（6）可育　不能　不同种生物之间存在生殖隔离　克服远缘杂交不亲和的障碍

（7）否　有性生殖的过程中进行减数分裂才遵循孟德尔的遗传规律

知识点二|细胞融合与单克隆抗体

1．抗体

B淋巴细胞产生的，其特点是具有特异性，化学本质是蛋白质。

2．单克隆抗体

源自一个B淋巴细胞的克隆所产生的抗体只会特异性地作用于一种抗原决定簇。

3．单克隆抗体的制备

（1）过程

　杂交瘤细胞

―→单克隆抗体

（2）杂交瘤细胞的特点：

既能大量增殖，又能产生特异性的抗体。

（3）单克隆抗体的优点：

理化性质单一、与抗原结合的特异性强等。

4．单克隆抗体的应用

（1）疾病诊断、防治和致病机理的研究等。

（2）用于治疗疾病：

制成“药物导弹”。

探讨

：

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）。

探讨

：

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？

提示：

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。

探讨

：

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？

提示：

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。

探讨

：

选择杂交瘤细胞的两步筛选的目的各是什么？

提示：

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。

1．单克隆抗体的制备过程

2．单克隆抗体制备过程中应注意的问题

（1）关键的操作：

①对免疫小鼠注射特定的抗原；②融合；③筛选；④培养杂交瘤细胞、制备单克隆抗体。

（2）选择灭活的病毒或聚乙二醇来诱导细胞融合，由此形成的杂交细胞有多种，若仅考虑细胞两两融合的情况，融合细胞有三种，即两个B淋巴细胞的融合细胞、两个骨髓瘤细胞的融合细胞、一个B淋巴细胞与一个骨髓瘤细胞的融合细胞（杂交瘤细胞）。

需要筛选才能获得能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。

（3）整个过程需要经过两次筛选，第一次筛选获得杂交瘤细胞，第二次筛选获得能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。

（4）培养杂交瘤细胞的方法有体内培养和体外培养。

前者的优点是培养条件简单，无需配制培养液；要在短期内获得大量单克隆抗体，可采用体外培养的方法。

1.

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．①③⑤

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所必需的，因此将其筛选出来。

【答案】　A

2．下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。

（1）________技术是制备单克隆抗体技术的基础。

（2）在图中HAT培养上，未融合的________和融合的________都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长。

动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外，还可以采用________。

（3）单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最主要的优点是__________。

（4）选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的迅速_________特点，又具备淋巴细胞的__________特点，经过选择性培养的杂交瘤细胞，还需进行_______和_______，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。

最后将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或小鼠腹腔内增殖，从_______或________中，就可以提取出大量的单克隆抗体了。

（5）淋巴细胞是由动物体________中的________细胞分化、发育而来的。

【解析】　细胞融合技术最主要的应用就是制备单克隆抗体，动物细胞融合和植物细胞融合的不同点在于动物细胞融合可以使用灭活的病毒进行诱导。

灭活是指使病毒失去感染能力，但是具有诱导细胞融合的能力。

【答案】　

（1）动物细胞培养　

（2）亲本细胞　具有同核的细胞　灭活的病毒　（3）理化性质单一、与抗原结合的特异性强　（4）在体外大量增殖　分泌专一抗体　克隆化培养　抗体检测　细胞培养液　小鼠腹水　（5）骨髓　造血干

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句归纳

1.两个或两个以上的同种或异种细胞融合成一个细胞的过程，叫做细胞融合。

2.细胞融合的方法有聚乙二醇、灭活的病毒、电融合。

3.一个B淋巴细胞只能针对一种抗原决定簇产生一种特异性的抗体。

4.融合的杂交瘤细胞既能像骨髓瘤细胞那样无限增殖，又能像B淋巴细胞那样产生和分泌特异性的抗体。

5.单克隆抗体具有理化性质单一，与抗原结合的特异性强等优点。

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、植物细胞的全能性，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、电融合技术等，其中灭活的病毒是其特有的诱导因子，而聚乙二醇、电融合技术均可用于诱导植物体细胞杂交。

【答案】　B

2．用灭活的埃博拉病毒（EV）注射小鼠制备单克隆抗体。

下列说法正确的是（　　）

A．免疫后小鼠体内的B淋巴细胞可产生单克隆抗体

B．可用果胶酶处理促进骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合

C．用选择培养基可筛选出产生特异性抗体的杂交瘤细胞

D．制备的单克隆抗体可用于埃博拉病毒感染者的诊断和治疗

【解析】　免疫后小鼠体内的B淋巴细胞，即效应B细胞，能产生抗体，但不是单克隆抗体，A错误；可用灭活的病毒处理促进骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合，B错误；经过筛选培养及抗体检测，可选育出产生特异性抗体的杂交瘤细胞，C错误；单克隆抗体可制作成诊断盒，用于准确、快速诊断埃博拉病毒的感染者，这种诊断运用了抗体－抗原杂交技术，D正确。

【答案】　D

3．“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短，耐热性强和易于储存等优点。

下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图，请据图回答：

（1）在上述过程中，除去细胞壁的方法是________。

（2）图中白菜原生质体和甘蓝原生质体能融合形成一个杂种细胞，所依据的生物学原理是____________________________________。

（3）通常情况下，白菜和甘蓝杂交是不成功的，原因是

_________________________________________________________。

（4）通过细胞工程获得的“白菜—甘蓝”植株是否可育？

为什么？

_________________________________________________________

_________________________________________________________。

（5）白菜细胞与甘蓝细胞的原生质体融合成功的标志是_________________________________________________________。

（6）愈伤组织的细胞特点是_______________________________。

【答案】　

（1）酶解法（用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁）

（2）细胞膜的流动性　（3）存在生殖隔离　（4）可育；减数分裂过程中，同源染色体能正常进行联会，能产生正常的有性生殖细胞，再经受精作用形成受精卵并最终发育成种子　（5）杂种细胞再生出细胞壁　（6）无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞

4．下图所示为细胞融合技术的一些过程：

（1）从A、B细胞到C细胞的过程中，必须用________处理。

（2）若A、B细胞为植物细胞，那么这样的细胞已经用酶降解脱掉了________，这种酶可能是________酶，由此生成的A和B细胞称为________。

（3）若A细胞为骨髓瘤细胞，B细胞为B淋巴细胞，那么D细胞称为________细胞，由D细胞连续分裂产生大量细胞的过程，称为________过程。

这种细胞既能无限增殖，又能产生________。

（4）若A为人细胞，B为鼠细胞，并分别用红、绿荧光染料标记细胞膜上的蛋白质，在形成C细胞时，细胞一半发红色荧光，一半发绿色荧光。

到D细胞阶段，两种颜色的荧光均匀分布，请解释原因。

_________________________________________________________

【解析】　此题是对植物体细胞杂交、动物细胞融合以及细胞膜的特性比较全面的考查。

植物细胞外有一层细胞壁，阻碍了植物体细胞的杂交。

因此，植物体细胞杂交的第一步是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。

要去掉细胞壁就要利用酶的专一性这一特点。

因为细胞壁主要成分为纤维素和果胶，所以要用纤维素酶、果胶酶分解植物细胞的细胞壁。

第二步就是让不同植物体细胞的原生质体融合，融合必须通过一定的技术手段进行人工诱导。

单克隆抗体制备过程需得到化学性质单一、特异性强的抗体。

科学家发现，在动物发生免疫过程中，每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，要想获得大量的单一抗体，必须用单个B淋巴细胞进行克隆，形成细胞群。

但在体外培养条件下，一个B淋巴细胞不可能无限增殖，这就需要B淋巴细胞与骨髓瘤细胞在灭活的仙台病毒或聚乙二醇的诱导下融合，再筛选出杂交瘤细胞。

杂交瘤细胞继承了双亲细胞的遗传物质，既能分泌特异性抗体，又能大量增殖。

最后考查了细胞膜的结构特点：

具有一定的流动性。

【答案】　

（1）诱导剂　

（2）细胞壁　纤维素（或果胶）　原生质体　（3）杂交瘤　克隆　特异性抗体　（4）细胞膜上的蛋白质是可以运动的（或细胞膜具有流动性）。