2020_2021学年新教材高中生物第2章细胞工程2.2动物细胞融合技术与单克鹿体学案新人教版选择性必修3

1、动物细胞融合技术与单克隆抗体 必备知识素养奠基一、动物细胞融合技术1.概念:使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。2.原理:细胞膜的流动性。3.诱导融合常用的方法:(1)物理:电融合法。(2)化学:PEG融合法。(3)生物:灭活病毒诱导法。4.判一判:基于细胞融合的技术及其应用,判断下列说法的正误:(1)在动物细胞融合过程中,既有细胞膜的融合,也有细胞核的融合过程。()(2)细胞融合突破物种间的生殖隔离,实现了远缘杂交。()(3)目前细胞融合只能在动物和动物之间、植物和植物之间进行,不能实现动物和植物的细胞融合。()提示:至今,动物和植物之间的细胞融合也获得了成功。(4)动物细胞融合为研

2、究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤等提供重要的手段。()(5)二倍体动物细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。()提示:杂交细胞具有4个染色体组,应该是四倍体细胞。 诱导动物细胞融合与植物体细胞杂交融合的方法有什么不同?提示:动物细胞融合能用灭活的病毒进行诱导,植物体细胞杂交融合不能采用此方法。 二、单克隆抗体及其应用1.制备原理:(1)B淋巴细胞的特点:一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体,B淋巴细胞在体外不能(填“能”或“不能”)无限增殖。(2)骨髓瘤细胞的特点:能无限增殖。(3)杂交瘤细胞的特点:既能大量增殖,又能产生特异性抗体。2.制备过程:填一填:基于单克隆抗体制备的过程,完成下列问题。 (1

3、)A操作注射特定的抗原,目的是可以从小鼠的脾中得到产生特定抗体的B淋巴细胞。(2)杂交瘤细胞技术选择融合的两种细胞:细胞多种B淋巴细胞,细胞骨髓瘤细胞。(3)过程B和C为诱导细胞融合的过程,获得的细胞是多种(填“一种”或“多种”)。(4)细胞到细胞的过程使用特定的选择培养基进行筛选,只有细胞杂交瘤细胞才能生长,其他细胞不能生长。(5)细胞来源于细胞(填数字序号),细胞为抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞,其分泌的抗体能与特定的抗原结合。(6)培养杂交瘤细胞的方法是注射到小鼠腹腔和D体外培养,从培养液或小鼠腹水中可提取单克隆抗体。3.应用:(1)诊断试剂。如:利用同位素或荧光标记的单克隆抗体,定位诊断肿

4、瘤、心血管畸形。(2)治疗疾病。 关键能力素养形成知识点一动物细胞融合1.动物细胞融合过程解读:(1)操作过程:细胞膜融合细胞质融合细胞核融合(实质)。(2)筛选意义:诱导融合的手段只是促使细胞间的融合,不能保证所有的细胞都发生融合,形成的融合细胞也有多种。(3)融合细胞特点:具有两个细胞的遗传信息,通过动物细胞的培养,杂交细胞表现出两个亲本的特点。2.植物体细胞杂交与动物细胞融合:项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜的流动性细胞全能性细胞的增殖融合过程酶解法除去细胞壁注射特定的抗原原生质体融合动物细胞融合杂种细胞的筛选杂交瘤细胞的筛选培养获得杂种植株提取提纯单克隆抗体融合方法物理法:电融

5、合法、离心法化学法:PEG、高Ca2+高pH融合法物理法:电融合法化学法:PEG融合法生物法:灭活病毒诱导法实例番茄马铃薯植株单克隆抗体用途培育作物新品种疾病的诊断和治疗 如图是两种生物细胞融合技术的示意图,关于该图的有关叙述,完全正确的一组是() a过程必须除去细胞膜;b过程需要通过细胞识别若X是抗体,则甲、乙细胞是肿瘤细胞和经抗原刺激产生的B淋巴细胞若X是苹果梨幼苗,则c过程是细胞分裂、分化细胞融合技术的缺点是不能克服远缘不亲和性A.B.C.D.【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】选C。动物细胞融合不需要去除细胞膜,两个细胞的细胞膜融合可以不需要识别,错误;若X是抗体,则甲、乙细胞

6、是肿瘤细胞和经抗原刺激产生的B淋巴细胞,二者融合后的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生专一抗体,正确;若X是苹果梨幼苗,则甲、乙细胞是苹果细胞和梨细胞,c过程是细胞分裂、分化,正确;细胞融合技术打破了生殖隔离,克服了远缘杂交不亲和的障碍,错误。 【素养探究母题追问】(1)科学思维演绎与推理若该图为植物体细胞杂交,细胞甲有2个染色体组,细胞乙有4个染色体组,那么X个体含有几个染色体组?提示:X个体含有6个染色体组。(2)科学思维批判性思维某同学为了保证融合不会出现其他情况,只选用一个甲细胞和一个乙细胞进行融合,你认为他的做法是否合理?说出你的理由。提示:不合理。因为细胞融合成功率较低,只选用两个细

7、胞可能无法获得融合的细胞。 【素养迁移】下列关于动物细胞融合的说法,错误的是()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.动物细胞融合需要用纤维素酶处理C.动物细胞融合时需人工诱导D.常用的诱导动物细胞融合的因素有:聚乙二醇、灭活的病毒等【解析】选B。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。动物细胞无细胞壁,所以诱导融合前不需要用纤维素酶处理。动物细胞融合需要人工诱导融合,诱导因素包括聚乙二醇、灭活的病毒等。【补偿训练】如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是() A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合B.a细胞和b细胞之间的

8、融合需要促融处理后才能实现C.c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性无关D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因【解析】选B。本题考查细胞工程相关知识。a、b如果为植物细胞,则需要去细胞壁,但不需要去分化,A项错误;两细胞融合需要用物理或化学等方法使其融合,其融合过程体现了细胞膜具有一定的流动性,B项正确,C项错误;融合后的杂种细胞中的基因仍是选择性表达,不会表达全部的基因,D项错误。知识点二单克隆抗体1.制备流程: 【特别提醒】如果仅考虑两个细胞融合,那么单克隆抗体制备的过程中获得3种融合细胞,即骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。2.两次筛

9、选:项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞3.三种细胞的比较:细胞类型来源特点已免疫的B淋巴细胞由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来能产生单一抗体,但不能无限增殖骨髓瘤细胞从骨髓肿瘤中提取能无限增殖,但不能产生抗体杂交瘤细胞浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成既能产生抗体,又能无限增殖 甘草酸是中药甘草中的主要活性成分,为了快速检测甘草酸,科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体,其基本操作过程如图所示,相关叙述正确的是() A.过程注射相应抗原后应立即从小鼠

10、脾脏中提取细胞甲B.过程诱导细胞融合,利用了细胞膜的选择透过性C.过程的筛选方法相同,细胞丙、丁遗传物质相同D.过程无论在体内还是体外进行,细胞丁都可大量增殖【解题导引】明确两次筛选的目的和方法不同: 【解析】选D。过程注射相应抗原后,需要机体进行免疫,产生具有免疫能力的B淋巴细胞后,才可以从小鼠脾脏中提取细胞甲,选项A错误;过程诱导细胞融合,利用了细胞膜的流动性,选项B错误;过程用选择培养基获得杂交瘤细胞,过程用抗体检测和克隆培养得到能产生特定抗体的杂交瘤细胞,选项C错误;杂种细胞既能够增殖又能产生抗体,过程无论在体内还是体外进行,细胞丁都可大量增殖,选项D正确。 【素养探究母题追问】(1)

11、社会责任关注社会热点问题新型冠状病毒导致的全球疫情,如果你是一个研究员,请从单克隆抗体的角度进行药物研发,过程注射的抗原是什么?提示:减毒或灭活的新型冠状病毒。(2)科学思维演绎与推理已知小鼠的体细胞含2N=40条染色体,那么融合的杂交瘤细胞中染色体和染色体组数分别是多少?提示:80条染色体,4个染色体组。 【素养迁移】将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合,可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体,其依据是()A.B淋巴细胞可产生抗体,但不能无限增殖;骨髓瘤细胞不产生抗体,但能无限增殖B.B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都能进行体外培养C.B淋巴细胞既能无限增殖,也可以产生抗体D.骨髓瘤细胞只有与B淋巴细胞融

12、合,才能产生抗体【解析】选A。用杂交瘤细胞生产单克隆抗体,依据的原理是B淋巴细胞可产生抗体,但不能无限增殖;骨髓瘤细胞不产生抗体,但能无限增殖。【课堂回眸】 课堂检测素养达标 【概念诊断】1.动物细胞融合技术突破了有性杂交的局限,为制备单克隆抗体开辟了新途径,下列有关动物细胞融合技术的描述合理的是_。细胞融合技术与传统的有性杂交相比,其优越性在于能定向地改造生物的性状。动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞的全能性。制备单克隆抗体时,要选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞。单克隆抗体能够与抗原发生特异性结合,因此单克隆抗体仅用于疾病的治疗。单克隆抗体制备的过程中需要进行两次目的

13、不同的筛选。【解析】选。细胞融合技术可以设计不同的细胞融合,但是生物的性状不一定按照人们的设计表现出来,错误;动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体没有体现细胞的全能性,错误;制备单克隆抗体时先注射抗原,获得能够分泌抗体的B淋巴细胞,然后与骨髓瘤细胞融合,正确;单克隆抗体不仅用于疾病的治疗还可用于疾病的诊断,错误;单克隆抗体制备的过程中需要进行两次筛选,第一次的目的是获得杂交瘤细胞,第二次的目的是获得产生特定抗体的杂交瘤细胞,正确。2.下列关于动物细胞融合与植物体细胞杂交技术的说法正确的是()A.基本原理相同B.诱导细胞融合的方法相同C.细胞融合前的处理过程相同D.融合后都需要进行筛选【解析】选D。植物

14、体细胞杂交的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性,而动物细胞融合利用的是细胞膜的流动性;动物细胞融合常用灭活的病毒诱导,而植物体细胞杂交不能;动物细胞融合前需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散开,植物体细胞杂交常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁;诱导融合后会形成多种融合细胞,还有未融合细胞,因此要进行筛选。3.运用细胞工程技术获得单克隆抗体时,下列操作不必要的是()A.对小动物注射抗原B.融合并筛选杂交瘤细胞C.培养杂交瘤细胞D.将胰蛋白酶注入小鼠腹腔【解析】选D。胰蛋白酶在动物细胞培养时用到,是加入培养基中用于分离细胞的。4.据媒体报道,自然子刊杂志发表了一篇最新论文,介绍了一种能够阻断新冠病

15、毒感染的全人源单克隆抗体。下列叙述错误的是() A.人B细胞在超免疫缺陷鼠体内受到抗原刺激会增殖分化产生抗体B.人抗体基因克隆前需要进行多次筛选和检测C.产生的重组抗体,需要细胞膜上载体蛋白的协助才能释放到细胞外D.全人源单克隆抗体能有效降低人体的免疫排斥反应【解析】选C。根据图示,人B细胞在超免疫缺陷鼠体内受到抗原刺激会增殖分化产生抗体,A正确;人抗体基因克隆前需要进行多次筛选和检测,B正确;抗体属于分泌蛋白,是通过胞吐作用释放到细胞外,不需要载体蛋白,C错误;全人源单克隆抗体能有效降低人体的免疫排斥反应,D正确。【思维跃迁】5.如图为细胞融合的简略过程,请据图回答: (1)植物细胞工程常用

16、的技术手段有_;动物细胞工程的各技术手段的基础是_。(2)若图中甲、乙是植物细胞,在细胞融合之前应用_处理,除去_;甲细胞、乙细胞到丙细胞的过程中,常用的化学方法是_;融合完成的标志是_。(3)与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导因素是_。(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应将_和_进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用_进行,第二次筛选需对细胞进行反复的_培养和_检测,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。(5)生产少量单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内繁殖,该方法的优点是_。【解析】(1)植物细胞工程常用的技术手

17、段有植物组织培养、植物体细胞杂交。动物细胞工程的各技术手段的基础是动物细胞培养。(2)植物体细胞杂交前,先采用酶解法去除细胞壁,即采用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁;诱导细胞融合常用的化学方法是PEG融合法;原生质体融合完成的标志是再生出新的细胞壁。(3)诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激等)、化学法(聚乙二醇),诱导动物细胞融合的方法有物理法(离心、振动、电激等)、化学法(PEG融合法)和生物法(灭活的病毒)。因此,与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导因素是灭活的病毒。(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应将经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合,融合后需经多次筛选,以

18、得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用选择培养基进行,第二次筛选需对细胞进行反复的克隆化培养和抗体检验,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。(5)生产少量单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内繁殖,该方法的优点是节约培养基(成本),易于控制培养条件等。答案:(1)植物组织培养、植物体细胞杂交动物细胞培养(2)纤维素酶、果胶酶细胞壁PEG融合法再生出新的细胞壁(3)灭活的病毒(4)经免疫的B淋巴细胞骨髓瘤细胞选择培养基克隆化抗体(5)节约培养基(成本),易于控制培养条件等 【拓展探究】6.(2020全国卷)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。 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)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤:_。