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1、第三節(jié)第三節(jié) 細胞融合技術細胞融合技術 課程標準 舉例說出細胞融合與單克隆抗體。 課標解讀 1簡述細胞融合的過程。 2舉例說出利用細胞融合進行作物育種。 3舉例說出單克隆抗體的制備方法、過程與應用。 是指兩個_的細胞的_融合在一起，產(chǎn)生的具有原來兩個細胞_的細胞。 是指兩個或兩個以上的_或_細胞融合成_細胞的過程。細胞融合技術細胞融合技術1雜交細胞的概念雜交細胞的概念2細胞融合的概念細胞融合的概念緊密接觸緊密接觸細胞膜細胞膜遺傳信息遺傳信息同種同種異種異種一個一個 是指用_誘導細胞融合，并在一定條件下使融合的細胞_、形成_或_的過程。 通過細胞融合現(xiàn)象可以說明細胞膜具有什么結(jié)構(gòu)特點？ 提示細胞
2、融合現(xiàn)象說明細胞膜具有一定的流動性。思維激活思維激活13細胞融合技術的概念細胞融合技術的概念人工方法人工方法分化再生分化再生新物種新物種新品種新品種 (1)原理：細胞膜的流動性和細胞增殖。 (2)過程：膜融合質(zhì)融合核融合。 (3)結(jié)果：獲得雜交細胞，即經(jīng)過細胞融合產(chǎn)生的具有原來兩個細胞遺傳信息的細胞。一般能表現(xiàn)出兩個親本細胞的遺傳特點。 (1)概念 是指用人工方法誘導細胞融合，并在一定條件下使融合細胞分化再生，形成新物種或新品種的過程。1細胞融合的理解細胞融合的理解2細胞融合技術細胞融合技術 (2)誘導細胞融合方法的比較病毒誘導病毒誘導聚乙二醇誘導聚乙二醇誘導電融合誘導電融合誘導原原理理病毒表
3、面的糖蛋白病毒表面的糖蛋白和酶能夠與細胞膜和酶能夠與細胞膜上的糖蛋白發(fā)生作上的糖蛋白發(fā)生作用，使細胞相互接用，使細胞相互接近而凝集近而凝集具有強吸水性以及具有強吸水性以及凝集蛋白質(zhì)的作凝集蛋白質(zhì)的作用，能使細胞膜表用，能使細胞膜表面的電荷發(fā)生變面的電荷發(fā)生變化，進而使細胞接化，進而使細胞接近而凝集近而凝集電壓的作用使細胞電壓的作用使細胞表面的電荷發(fā)生移表面的電荷發(fā)生移動，相鄰細胞由于動，相鄰細胞由于異性電荷的吸引而異性電荷的吸引而緊密接觸緊密接觸優(yōu)優(yōu)點點融合率較高，對各融合率較高，對各種動物細胞均適宜種動物細胞均適宜使用方便，誘導細使用方便，誘導細胞融合的頻率比較胞融合的頻率比較高高融合頻率高
4、，對細融合頻率高，對細胞的毒性小，重復胞的毒性小，重復性強，方法簡單，性強，方法簡單，容易操作容易操作缺缺點點制備過程繁瑣，會制備過程繁瑣，會對細胞的生命活動對細胞的生命活動產(chǎn)生干擾產(chǎn)生干擾有一定的毒性，對有一定的毒性，對有些細胞不適宜有些細胞不適宜 培養(yǎng)人細胞與小鼠細胞的融合細胞發(fā)現(xiàn)，細胞會隨機丟失來自人細胞的染色體，在僅含有人的1號染色體的融合細胞中，合成出人的尿苷單磷酸激酶。下列有關敘述中，不合理的是()。 A與人或小鼠細胞相比，融合細胞發(fā)生了遺傳物質(zhì)的改 變 B研究方法中需要選擇適當?shù)呐囵B(yǎng)基和細胞融合誘導技 術 C在融合細胞中，人的1號染色體DNA與小鼠DNA發(fā)生 了重組 D這種研究可
5、能發(fā)現(xiàn)人的某一特定基因與特定染色體的 關系【鞏固鞏固1】 解析染色體是遺傳物質(zhì)的載體，隨機丟失染色體，融合細胞的遺傳物質(zhì)會發(fā)生改變，A正確。誘導細胞融合和篩選雜交細胞都需要選擇相應的技術和選擇培養(yǎng)基，B正確。在融合細胞中，人的1號染色體DNA不一定與小鼠DNA發(fā)生了重組整合在一起，C錯誤。在僅含有人的1號染色體的融合細胞中，合成出人的尿苷單磷酸激酶，可確定人的尿苷單磷酸激酶基因在1號染色體上，D正確。 答案C (1)作用：在外來_物質(zhì)的刺激下，B淋巴細胞產(chǎn)生針對_物質(zhì)的_。 (2)特點：一個B淋巴細胞只能針對_產(chǎn)生_的抗體。細胞融合與單克隆抗體細胞融合與單克隆抗體1B淋巴細胞的作用及特點淋巴細
6、胞的作用及特點抗原抗原該抗原該抗原抗體抗體一種抗原決定簇一種抗原決定簇一種特異性一種特異性 源自一個B淋巴細胞的_所產(chǎn)生的抗體，只會_地作用于一種_，將這種抗體稱為單克隆抗體。 為什么把融合后的細胞放在特定培養(yǎng)基(選擇培養(yǎng)基)上培養(yǎng)？ 提示因為有的細胞未發(fā)生融合，有的發(fā)生了同種細胞的融合，通過選擇將上述細胞淘汰掉，獲得雜交瘤細胞。思維激活思維激活22單克隆抗體的概念單克隆抗體的概念克隆克隆特異性特異性抗原決定簇抗原決定簇 (1)免疫原理效應B淋巴細胞能產(chǎn)生特異性抗體。 (2)細胞融合原理利用病毒對宿主細胞的穿透性，使效應B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合。 (3)動物細胞培養(yǎng)技術對雜交瘤細胞進行體內(nèi)培
7、養(yǎng)或體外培養(yǎng)。 (1)取材：將特定抗原反復注射到小鼠的體內(nèi)，取出小鼠的脾臟，制備B細胞懸浮液，同時制備骨髓瘤細胞懸浮液。1制備單克隆抗體的原理制備單克隆抗體的原理2制備單克隆抗體的過程制備單克隆抗體的過程 (2)細胞融合：用滅活的病毒或PEG(聚乙二醇)促使兩種細胞融合。 (3)篩選雜交瘤細胞。 (4)篩選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞。 (5)生產(chǎn)單克隆抗體：可以體外培養(yǎng)或體內(nèi)培養(yǎng)雜交瘤細胞。 流程圖如下： 特別提醒融合過程中，有同種細胞間的融合和不同種細胞間的融合及不發(fā)生融合，故需要篩選。 雜交瘤細胞的特點：既能大量增殖，又能產(chǎn)生特定的抗體。 制備過程中至少有兩次篩選：第一次是篩選出雜交瘤細
8、胞，第二次是篩選出能分泌特定抗體的雜交瘤細胞。理化性質(zhì)單一、與抗原結(jié)合的特異性強、靈敏度高。理化性質(zhì)單一、與抗原結(jié)合的特異性強、靈敏度高。(1)用于疾病診斷、防治和致病機理的研究。用于疾病診斷、防治和致病機理的研究。(2)用于治療疾病，制成用于治療疾病，制成“藥物導彈藥物導彈”。3單克隆抗體的特點單克隆抗體的特點4應用應用 下列關于單克隆抗體的制備和應用的敘述中，不正確的是 ()。 AB淋巴細胞與骨髓瘤細胞的融合，一般不需要滅活的 病毒或聚乙二醇誘導 B融合后形成的雜交瘤細胞既能無限增殖，又能產(chǎn)生單 克隆抗體 C體外培養(yǎng)時，一個效應B淋巴細胞可以產(chǎn)生抗體，但 不能無限增殖 D單克隆抗體與常規(guī)抗
9、體相比，特異性強、靈敏度高， 優(yōu)越性明顯【鞏固鞏固2】解析解析誘導動物細胞融合的方法：滅活的病毒誘導融合；誘導動物細胞融合的方法：滅活的病毒誘導融合；聚乙二醇誘導融合；電刺激誘導融合。聚乙二醇誘導融合；電刺激誘導融合。答案答案A 一般情況下，由于親緣關系較遠的植物不能_或是 _，故常規(guī)的_很難獲得種間或?qū)匍g雜種。細胞融合技術在_或_上有其獨特的意義。它可以避免_過程，在親緣關系較遠的物種間實現(xiàn)_，創(chuàng)造出自然界沒有的_。細胞融合與作物育種細胞融合與作物育種1植物體細胞融合與作物育種植物體細胞融合與作物育種受精受精胚胎早期敗育胚胎早期敗育有性雜交有性雜交種質(zhì)創(chuàng)新種質(zhì)創(chuàng)新作物育種作物育種受精受精基因
10、轉(zhuǎn)移基因轉(zhuǎn)移新物種新物種 植物細胞的_阻礙了植物體細胞的融合，常用_ _除去它，如利用_、_處理植物細胞，獲得_，然后進行不同植物體細胞的_融合。 為什么用纖維素酶、果膠酶就能分解植物細胞的細胞壁？這是利用了酶的什么特性？ 提示植物細胞的細胞壁的主要成分是纖維素和果膠。這是利用了酶的專一性。思維激活思維激活32植物細胞融合植物細胞融合酶解酶解法法纖維素酶纖維素酶果膠酶果膠酶原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體細胞壁細胞壁 細胞融合原理：細胞膜的流動性。 植物組織培養(yǎng)原理：植物細胞的全能性。 植物體細胞雜交育種的過程 (1)去掉細胞壁 在溫和條件下用纖維素酶、果膠酶等分解植物細胞的細胞壁。 (2)誘
11、導融合 誘導方法：物理、化學方法。 融合成功標志：雜種細胞再生出細胞壁。1植物體細胞雜交育種的原理植物體細胞雜交育種的原理2 (3)雜種細胞的植物組織培養(yǎng) 圖解如下： 特別提醒植物體細胞雜交是從細胞融合開始，到培育成新的植物體結(jié)束。植物體細胞融合完成的標志是新細胞壁的形成。 植物體細胞雜交過程中無有性生殖細胞的結(jié)合，屬于無性生殖。 從雜種植株的染色體組成上看，染色體數(shù)目增加，屬于染色體數(shù)目的變異。 植物體細胞雜交育種的意義 克服生物遠緣雜交不親和的障礙，培育種間甚至屬間雜種植物。3 植物細胞雜交過程的實質(zhì)是 ()。 A細胞質(zhì)融合的過程 B細胞核融合的過程 C細胞膜融合的過程 D細胞原生質(zhì)體融合
12、的過程 解析原生質(zhì)體融合包括細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核的融合，所以，植物細胞雜交的過程，實際上是不同植物體細胞的原生質(zhì)體融合的過程。 答案D【鞏固鞏固3】 利用細胞工程方法，以SARS病毒核衣殼蛋白為抗原制備出單克隆抗體。下列相關敘述正確的是 ()。 A用純化的核衣殼蛋白反復注射到小鼠體內(nèi)，產(chǎn)生的血 抗體為單克隆抗體 B體外培養(yǎng)單個效應B細胞可以獲得大量針對SARS病毒 的單克隆抗體 C將等量效應B細胞和骨髓瘤細胞混合，經(jīng)PEG誘導融 合后的細胞均為雜交瘤細胞 D利用該單克隆抗體與SARS病毒核衣殼蛋白特異性結(jié) 合的方法可診斷出病毒感染者【例例1】示例示例一一單克隆抗體單克隆抗體 思維導圖： 解析
13、單克隆抗體是效應B細胞和骨髓瘤細胞誘導融合后形成的雜交瘤細胞大量增殖后產(chǎn)生的。A項方法獲得的抗體純度低，不能稱為單克隆抗體。B項中效應B細胞無法實現(xiàn)大量增殖。C項中形成的雜交細胞有三類，既有效應B細胞和骨髓瘤細胞融合在一起的，又有兩個效應B細胞融合在一起的，還有兩個骨髓瘤細胞融合在一起的。 答案D 歸納提升制備單克隆抗體的相關問題歸納： 制備單克隆抗體依賴的細胞工程技術是細胞融合。 在進行細胞融合時，并不是骨髓瘤細胞與B淋巴細胞融合，培養(yǎng)基上有沒有融合的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞，也有自身融合的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞，還有骨髓瘤細胞與B淋巴細胞融合成的雜交瘤細胞。所以實驗過程中有兩次篩選：第一次篩
14、選出雜交瘤細胞，第二次是篩選出能分泌特定抗體的雜交瘤細胞。 符合要求的雜交瘤細胞是既能產(chǎn)生特定抗體、又能無限增殖的雜交瘤細胞。篩選要用選擇性培養(yǎng)基，不符合要求的細胞會死亡。 單克隆抗體必須是通過細胞融合技術獲得的雜交瘤細胞群產(chǎn)生的化學性質(zhì)單一、特異性強的抗體。 科學家把天竺葵和香茅草進行體細胞雜交，培育出的驅(qū)蚊草含有香茅醛，能散發(fā)出一種特殊的氣味，達到驅(qū)蚊且對人體無害的效果。下列關于驅(qū)蚊草培育的敘述中，錯誤的是 ()。 A驅(qū)蚊草的培育屬于細胞工程育種，其優(yōu)點是能克服遠 緣雜交不親和的障礙 B驅(qū)蚊草培育過程要用纖維素酶、果膠酶、PEG等試劑 C培養(yǎng)過程中形成的愈傷組織，其代謝方式是自養(yǎng)需氧 型
15、D在由雜種細胞形成雜種植株的過程中，包含了有絲分 裂和細胞分化【例例2】示例二示例二植物體細胞雜交植物體細胞雜交 思維導圖： 解析本題中驅(qū)蚊草的培育屬于植物細胞工程，在獲得原生質(zhì)體時要用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，在原生質(zhì)體融合時需用化學誘導劑PEG。在由雜種細胞培養(yǎng)成雜種植株的組織培養(yǎng)過程中涉及細胞分化和有絲分裂，這種育種方法的優(yōu)點是能克服遠緣雜交不親和的障礙。愈傷組織還沒有長出綠葉，故其代謝方式為異養(yǎng)型。 答案C 歸納提升植物體細胞雜交的相關問題歸納： 植物體細胞雜交過程中，植物細胞融合所依據(jù)的生物學原理是細胞膜的流動性；植物組織培養(yǎng)的理論基礎是細胞的全能性。 體細胞融合成功以后，既能形成
16、AB型雜種細胞，還能形成AA型和BB型兩種融合細胞，但只有AB型細胞是植物體細胞雜交所形成的雜種細胞，因此在雜種細胞形成后還應有一個篩選過程。 目前常用的去除細胞壁的方法是酶解法，保證了原生質(zhì)體活性。植物體細胞融合完成的標志是新細胞壁的形成。 植物體細胞雜交過程仍以植物組織培養(yǎng)為基礎，通過植物組織培養(yǎng)完成雜種植株的培育過程。 植物體細胞雜交的最大突破是克服遠緣雜交不親和的障礙，但是目前仍有許多理論和技術問題沒有解決，距離推廣應用還有一定的距離。 技法必備 動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較探究動物細胞融合與植物細胞雜交探究動物細胞融合與植物細胞雜交技法必備技法必備植物體細胞雜交植物體細胞雜交動
17、物細胞融合動物細胞融合原理原理細胞膜的流動性、細胞膜的流動性、細胞的全能性細胞的全能性細胞膜的流動性、細胞膜的流動性、細胞增殖細胞增殖融合前融合前的處理的處理用纖維素酶、果膠用纖維素酶、果膠酶去除細胞壁酶去除細胞壁用胰蛋白酶或膠原用胰蛋白酶或膠原蛋白酶使細胞分散蛋白酶使細胞分散誘導手段誘導手段離心、電激、振離心、電激、振動、聚乙二醇等理動、聚乙二醇等理化法誘導化法誘導除理化法誘導外，除理化法誘導外，還可用滅活的病毒還可用滅活的病毒誘導誘導結(jié)果結(jié)果獲取雜種植株獲取雜種植株獲得雜種細胞，以獲得雜種細胞，以生產(chǎn)細胞產(chǎn)品生產(chǎn)細胞產(chǎn)品用途用途克服遠緣雜交不親克服遠緣雜交不親和的障礙，擴展雜和的障礙，擴展
18、雜交親本范圍，培育交親本范圍，培育新品種新品種制備單克隆抗體、制備單克隆抗體、病毒疫苗、干擾素病毒疫苗、干擾素等等 有性生殖的生物產(chǎn)生后代需進行受精作用，植物體細胞雜交要進行原生質(zhì)體融合，單克隆抗體的制備需進行動物細胞融合，可見細胞融合技術有著廣泛的應用。下列為細胞融合的簡略過程，據(jù)圖回答相關問題。能力展示能力展示 (1)若a、b表示兩種植物體細胞，則由d細胞形成雜種植株的原理是_，這種育種方法的優(yōu)點是_。 (2)若a、b分別為骨髓瘤細胞和效應B淋巴細胞，則d細胞特點是_。由d細胞產(chǎn)生的抗體與普通血清抗體相比較，具有_的特點。生產(chǎn)上，一般不能通過直接培養(yǎng)效應B細胞來生產(chǎn)單克隆抗體，其主要原因是
19、_ _。 (3)下列各圖表示單克隆抗體制備過程的各階段圖解，請用箭頭把代表各圖解的字母按單克隆抗體制備過程的順序連接起來。順序是_。 解析植物體細胞雜交形成雜種植株的基本原理是細胞的全能性，此技術打破了種間生殖隔離，實現(xiàn)了遠緣雜交。雜交瘤細胞具備了效應B細胞產(chǎn)生特異性抗體的特點和瘤細胞無限增殖的特點，使得單克隆抗體的產(chǎn)生成為現(xiàn)實。 答案(1)植物細胞的全能性克服了遠緣雜交不親和的障礙 (2)既能無限增殖，又能產(chǎn)生特定的抗體特異性強、靈敏度高、化學性質(zhì)單一 效應B細胞不能無限增殖 (3) 制備單克隆抗體所采用的細胞工程技術包括 ()。 細胞培養(yǎng)細胞融合胚胎移植細胞核移植 A B C D 解析單克
20、隆抗體的制備屬于細胞工程范疇，主要包括細胞融合和細胞培養(yǎng)兩大技術。 答案A1. 下列細胞能產(chǎn)生單克隆抗體的是 ()。 AB淋巴細胞 BT淋巴細胞 C骨髓瘤細胞 D雜交瘤細胞 解析用于大量生產(chǎn)單克隆抗體的細胞是B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合后的雜交瘤細胞。 答案D2 下圖所示為細胞融合技術的一些過程： (1)從A、B細胞到C細胞的過程中，必須用_處理。 (2)若A、B細胞為植物細胞，那么這樣的細胞已經(jīng)用酶降解脫掉了_，這種酶可能是_酶，由此生成的A和B細胞稱為_。3. (3)若A細胞為骨髓瘤細胞，B細胞為B淋巴細胞，那么D細胞稱為_細胞，由D細胞連續(xù)分裂產(chǎn)生大量細胞的過程，稱為_過程。這種細胞既能無
21、限增殖，又能產(chǎn)生_。 (4)若A為人細胞，B為鼠細胞，并分別用紅、綠熒光染料標記細胞膜上的蛋白質(zhì)，在形成C細胞時，細胞一半發(fā)紅色熒光，一半發(fā)綠色熒光。到D細胞階段，兩種顏色的熒光均勻分布，請解釋原因_ _。 解析此題對植物體細胞雜交、動物細胞融合以及細胞膜的特性進行了比較全面的考查。據(jù)課本中的知識，植物細胞外有一層細胞壁，阻礙了植物體細胞的雜交。因此，植物體細胞雜交的第一步是去掉細胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。要去掉細胞壁就要利用酶的專一性這一特點。因為細胞壁的主要成分為纖維素和果膠，所以要用纖維素酶、果膠酶分解植物細胞的細胞壁。第二步就是讓不同植物體細胞的原生質(zhì)體融合，融合必須通過一定的技術手段進行人工誘導。單克隆抗體制備過程需得到化學性質(zhì)單一、特異性強的抗體?？茖W家發(fā)現(xiàn)，在動物發(fā)生免疫過程 中，每一個B淋巴細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B淋巴細胞進行克隆，形成細胞群。但在體外培養(yǎng)條件下，一個B淋巴細胞不可能無限增殖，這就需要B淋巴細胞與骨髓瘤細胞在滅活的病毒或聚乙二醇的誘導下融合，再篩選出雜交瘤細胞。由于雜交瘤細胞繼承了雙親細胞的遺傳物質(zhì)，既能分泌特異性抗體，又能大量增殖。最后考查了細胞膜的結(jié)構(gòu)特點：具有一定的流動性。 答案(1)誘導劑(2)細胞壁纖維素酶和果膠原生質(zhì)體(3)雜交瘤克隆特異性抗體(4)細胞膜上的蛋白質(zhì)是可以運動的 課堂小結(jié)
高中生物 第一單元 生物技術與生物工程 第二章 細胞工程 1.2.3 細胞融合技術課件 中圖版選修3
