第2章 第2节 第2课时 动物细胞融合技术与体细胞核移植技术及应用（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

第2课时　动物细胞融合技术与体细胞核移植技术及应用 [课标要求] 1.阐明动物细胞融合技术和植物体细胞杂交技术的异同(科学思维)。　2.结合单克隆抗体制备的实验方案，理解单克隆抗体的含义、特点、制备过程(科学探究)。　3.列举单克隆抗体在临床上的应用(社会责任)。　4.结合高产奶牛的克隆过程，掌握动物细胞核移植技术及应用(科学探究、科学思维)。 知识点1　动物细胞融合技术1.概念：动物细胞融合技术就是使__两个或多个__动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后形成的杂交细胞具有__原来两个或多个细胞__的遗传信息。 2．诱导融合的原理：__细胞膜的流动性__。 3．方法：__电融合法、PEG融合法、灭活病毒诱导法__。 4．意义：突破了__有性杂交的局限__，使__远缘杂交__成为可能。 5．应用：(1)成为研究细胞__遗传__、细胞__免疫__、肿瘤和培育__生物新品种__等的重要手段。 (2)用于制造__单克隆抗体__。 【辨正误】 (1)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理及诱导方法完全相同。(　×　) 与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导方法是灭活病毒诱导法。 (2)灭活的含义是用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。(　√　) (3)动物细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。(　√　) (4)动物细胞融合的结果是形成单核的杂种细胞，植物体细胞杂交的结果是得到杂种植株。(　√　) 知识点2　单克隆抗体及其应用1.原理：一个B淋巴细胞在抗原的刺激下，只能产生一种针对这种抗原的特异性抗体。而__骨髓瘤__细胞能够迅速大量增殖，B淋巴细胞与其融合后形成的__杂交瘤__细胞既能迅速大量增殖，又能产生专一抗体。 2．制备过程 3．杂交瘤细胞的特点：既能__迅速大量增殖__，又能__产生特定的抗体__。 4．单克隆抗体的优点：准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生__特异性__结合，并且可以__大量制备__。5.单克隆抗体的应用 (1)作为__诊断试剂__，如定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)__运载__药物，如ADC(抗体—药物偶联物)。 (3)治疗疾病。 【辨正误】 (1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，得到的都是杂交瘤细胞。(　×　) (2)ADC的抗体具有靶向运输作用，药物具有治疗作用。(　√　) (3)单克隆抗体制备过程中的两次筛选目的相同。(　×　) 单克隆抗体的制备过程中，两次筛选的目的不同，第一次是用选择培养基筛选出杂交瘤细胞；第二次是用专一性抗体检测方法筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。 知识点3　动物体细胞核移植技术和克隆动物1.动物体细胞核移植技术的概念及类型 (1)概念：将动物一个细胞的__细胞核__移入__去核的卵母__细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术，称为动物细胞核移植技术。 (2)哺乳动物细胞核移植技术的分类 ①胚胎细胞核移植：动物胚胎细胞的分化程度__低__，表现__全能性__相对容易，胚胎细胞核移植较易成功。 ②体细胞核移植：动物体细胞分化程度__高__，表现__全能性__十分困难，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 2．动物体细胞核移植的过程(以克隆高产奶牛为例) 3．体细胞核移植技术的应用前景 (1)畜牧生产：加速家畜__遗传改良进程__、促进优良畜群繁育。 (2)医药卫生领域：通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的__医用蛋白__。 (3)治疗人类疾病：转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为__异种移植__的供体。 ④保护濒危物种：该技术有望增加濒危物种的存活数量。 4．体细胞核移植技术存在的问题 (1)成功率非常__低__，各个技术环节也有待进一步改进。 (2)绝大多数克隆动物存在__健康__问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、__发育困难__、脏器缺陷和__免疫失调__等。 (3)相对于技术研究，核移植的__理论研究__较为滞后，需要与发育生物学、__细胞生物学__和__分子遗传学__等学科更深层次的理论研究相结合。 【辨正误】 (1)通过核移植技术产生的克隆动物的遗传物质与供体动物完全相同。(　×　) 克隆动物的核内遗传物质全部来自供体方，但细胞质内遗传物质来自卵母细胞供应方。 (2)生产高产奶牛时，用于核移植的卵母细胞必须来自高产奶牛。(　×　) 用于核移植的卵母细胞可来自普通牛。 (3)重构胚是指人工重新构建的胚胎，它具有发育成完整个体的能力。(　√　) (4)在畜牧生产中，利用体细胞核移植技术，可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。(　√　) (5)克隆动物培育过程中涉及早期胚胎培养，不涉及动物细胞培养。(　×　) 动物细胞培养技术是克隆动物培育技术的基础。 1．(教材P54“相关信息”)目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是__显微操作__法。也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和__化学物质__处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。 2．(教材P52“相关信息”拓展)细胞核移植的受体是“去核”的卵母细胞，为什么“去核”要加上引号？ 提示　减数分裂Ⅱ中期细胞核解体，该时期无细胞核，“去核”的实质是去除卵母细胞的纺锤体—染色体复合物。 探究点1　动物细胞融合技术与单克隆抗体的制备与应用 1．某种冠状病毒可通过表面的刺突蛋白(S蛋白)与人呼吸道黏膜上皮细胞的ACE2受体结合，侵入人体，引起肺炎。单克隆抗体可阻断病毒的黏附或入侵，故抗体药物的研发已成为治疗某种冠状病毒肺炎的研究热点之一。如图为筛选、制备抗S蛋白单克隆抗体的示意图。请思考： (1)据图所示，研制抗S蛋白单克隆抗体，需先注射何种物质？其目的是什么？ (2)实验还需再提取激活的B细胞与骨髓瘤细胞融合并用特定的选择培养基筛选获得既能__________又能__________的细胞，而__________的细胞则被淘汰掉。 (3)经特定的选择培养基筛选后为何还需对A、B、C予以筛选？ 提示　(1)需要先注射刺突蛋白(或S蛋白)。目的是诱导小鼠产生能够分泌抗S蛋白抗体的B淋巴细胞。 (2)大量增殖　产生抗S蛋白抗体　未融合的亲本细胞和融合的具有同种核 (3)由于同一种抗原可能激活多种B淋巴细胞，故还需要筛选才能获得分泌单克隆抗体的细胞株。 2．图1中a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞，图2为单克隆抗体制备流程图(顺序已被打乱)。请思考： (1)若图1中a细胞来自图2，则其应为图2中[　]__________，该细胞的特点是____________，进一步推测b、d细胞的特点分别是什么？ (2)就原理和方法而言，与植物体细胞杂交技术相比较，图1中“？”处有何异同之处？ (3)图2中B注射的物质是什么？其目的是什么？ (4)在获取C细胞时，曾筛选淘汰了哪些细胞？除这次筛选外，还需另一次筛选，则另一次筛选的目的是什么？获得的细胞是图2中的哪个细胞？ (5)请用箭头把图2中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。 提示　(1)A　已免疫的B淋巴细胞　可产生单一抗体　b细胞为骨髓瘤细胞，它可迅速大量增殖；d细胞既能迅速大量增殖，又能产生特异性抗体。 (2)“？”处的原理与植物体细胞杂交相同，均遵循了细胞膜的流动性原理，方法中均可使用PEG融合法与电融合法，但动物细胞更常用的是灭活病毒诱导法，这与植物体细胞杂交有所不同。 (3)特定抗原；刺激机体发生免疫应答，从而产生已免疫的B淋巴细胞。 (4)未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“B-B”细胞、“瘤－瘤”细胞)都会被淘汰；另一次筛选的目的是筛选出能产生所需单克隆抗体的杂交瘤细胞，即图2中[G]细胞。 (5)如图所示： 1．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较 项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合(以小鼠单克隆抗体的制备为例) 原理 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖 主要促 融方法 ①物理法：电融合法、离心法等； ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等 电融合法、PEG融合法、灭活病毒诱导法等 结果 杂种植株 杂交细胞 2.单克隆抗体制备的两次筛选与两种获取场所比较 (1)辨析单克隆抗体制备过程中的两次筛选 (2)单克隆抗体两种获取场所比较 获取场所 腹腔培养 体外培养 优点 易于控制培养条件，成本较低 可大规模培养、大量生产 缺点 规模小，产量少 需要人为控制培养条件，成本相对较高 【例1】 (2024·江西)(不定项)某病毒颗粒表面有一特征性的大分子结构蛋白S(含有多个不同的抗原决定基，每一个抗原决定基能够刺激机体产生一种抗体)。为了建立一种灵敏、高效检测S蛋白的方法，研究人员采用杂交瘤技术制备了抗－S单克隆抗体(如图)。下列说法正确的是(　　) A．利用胶原蛋白酶处理，可分散贴壁生长的骨髓瘤细胞 B．制备的单克隆抗体A和单克隆抗体B是相同的单克隆抗体 C．用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可传代培养，但不能冻存 D．单克隆抗体A和单克隆抗体B都能够特异性识别S蛋白 答案　AD 解析　胶原蛋白酶可以催化分解细胞外的胶原蛋白，因此利用胶原蛋白酶处理，可分散贴壁生长的骨髓瘤细胞，A项正确；由于蛋白S含有多个不同的抗原决定基，每一个抗原决定基能够刺激机体产生一种抗体，单克隆抗体A和单克隆抗体B来自不同的杂交瘤细胞，因此制备的单克隆抗体A和单克隆抗体B不是相同的单克隆抗体，B项错误；用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可传代培养，也可以冷冻保存，C项错误；单克隆抗体A和单克隆抗体B都来自筛选出的杂交瘤细胞，因此都能够特异性识别S蛋白上的抗原决定簇，D项正确。 【例2】 (2023·北京)甲状旁腺激素(PTH)水平是人类多种疾病的重要诊断指标。研究者制备单克隆抗体用于快速检测PTH，有关制备过程的叙述不正确的是(　　) A．需要使用动物细胞培养技术 B．需要制备用PTH免疫的小鼠 C．利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞 D．筛选能分泌多种抗体的单个杂交瘤细胞 答案　D 解析　单克隆抗体制备过程中需要对骨髓瘤细胞等进行培养，即需要使用动物细胞培养技术，A项正确；该操作的目的是制备单克隆抗体用于快速检测PTH，故应用PTH刺激小鼠，使其产生相应的B细胞，B项正确；抗原与抗体的结合具有特异性，可利用抗原－抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞，C项正确；由于一种B细胞经分化形成浆细胞后通常只能产生一种抗体，故筛选出的单个杂交瘤细胞无法分泌多种抗体，D项错误。 1．杂交瘤细胞的特点 既继承了B淋巴细胞“产生特异性抗体”的特点，又继承了骨髓瘤细胞“迅速大量增殖”的遗传特性。 2．单克隆抗体的优势(与普通抗体相比) 能准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可大量制备。 探究点2　动物体细胞核移植技术和克隆动物 2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题： (1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指________________________________________________________。通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目____________(填“减半”“加倍”或“不变”)。 (2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度____________(填“大于”或“小于”)体细胞核移植，其原因是______________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (3)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目__________(填“相同”或“不同”)，性染色体组合__________(填“相同”或“不同”)。 解析　(1)动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物，与核供体相比，克隆动物细胞的染色体数目不变。(2)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，所以胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度明显小于体细胞核移植。(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞中常染色体数目相同，性染色体组合是不同的，所以分别以雌性个体和雄性个体的体细胞为供体，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目相同，性染色体组合不同。 答案　(1)将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞　不变　(2)小于　胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易　(3)相同　不同 克隆动物过程分析 (1)图示 (2)过程分析 【例3】 某科研小组一直致力于良种家畜的培育工作，日前从国外引进优质肉牛，通过克隆技术快速繁殖。请回答下列问题： (1)获得克隆动物的方式属于________生殖。研制克隆动物的生物学原理是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)利用体细胞核移植技术克隆优质肉牛的实验流程图如下，对供体细胞进行培养时，要用__________酶处理健康动物的组织，使组织分散成单个细胞。图中①②所涉及的实验技术名称是①____________，②____________。 (3)最终得到的克隆动物是否与优质肉牛遗传物质完全一样________(填“是”或“否”)，理由是__________________________________。 (4)请提出体细胞核移植技术的另一个应用前景：______________________。 解析　(1)体细胞克隆应属无性生殖，其原理是动物细胞核具有全能性。(2)进行动物细胞培养分散细胞时需使用胰蛋白酶、胶原蛋白酶，对卵母细胞应使用显微操作去核，重构胚应通过胚胎移植技术植入代孕母体子宫中。(3)由于克隆动物的细胞核遗传物质来自核供体动物优质肉牛，而细胞质遗传物质来自卵母细胞供体母牛，故克隆动物性状不完全等同于供核动物。(4)核移植技术在濒危动物保护、医药卫生等领域用途广泛。 答案　(1)无性　已分化动物体细胞的细胞核具有全能性　(2)胰蛋白酶、胶原蛋白　显微操作去核法　胚胎移植技术　(3)否　克隆动物的细胞核遗传物质来自核供体动物优质肉牛，细胞质遗传物质来自卵母细胞供体母牛　(4)保护濒危动物；转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗人类疾病时，转基因克隆动物细胞、组织、器官可以作为异种移植的供体(答出一条即可) (1)克隆动物的性状与供体不完全相同的原因：①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质；②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响。 (2)克隆动物的基因型与供体相同：核移植过程中，细胞核只来自供体，因此核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制，其基因型与供体相同。 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1．动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合成一个细胞的技术。 2．诱导动物细胞融合的常用方法有PGE融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 3．将一种产特异性抗体的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，形成的杂交瘤细胞，既能大量增殖，又能产生抗体，可用于制备单克隆抗体。 4．动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 5．体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生、保护濒危动物等许多领域有着广泛的应用前景。 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．诱导动物细胞融合的常用方法有PEG融合法、电融合法、紫外线照射法等 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 答案　C 解析　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，A项正确；动物细胞融合后，原来两个或多个动物细胞的遗传信息重新形成一个单核细胞，称为杂交细胞，例如骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合，形成杂交瘤细胞，B项正确；紫外线照射常用作人工诱变的物理诱变因子，可诱发基因突变，而不是诱导动物细胞融合的因素，C项错误；细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，克服了远缘杂交不亲和的障碍，D项正确。 2．下列关于单克隆抗体的说法，不正确的是(　　) A．单克隆抗体的制备原理是细胞膜具有选择透过性 B．单克隆抗体在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥着重要的作用 C．单克隆抗体能准确地识别各种抗原物质的细微差别，与特定的抗原发生特异性结合 D．单克隆抗体可以制成抗体—药物偶联物(ADC) 答案　A 解析　单克隆抗体的制备过程涉及动物细胞融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性，A项错误；单克隆抗体可作为诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥着重要的作用，B项正确；单克隆抗体的应用主要有两个方面，一个是作为诊断试剂，能准确地识别各种抗原物质的细微差别，与特定的抗原发生特异性反应，另一方面可以用于治疗、预防疾病和运载药物，C项正确；单克隆抗体特异性强、灵敏度高，与抗癌药物结合可以制成“抗体—药物偶联物(ADC)”，减少药物对正常组织细胞的毒害作用，D项正确。 3．下图是某克隆羊培育过程模式图，试分析获得该克隆羊的生殖方式、该克隆羊的基因型以及该克隆羊发育成熟时所分泌的性激素依次是(　　) A．无性生殖、Aa、雌激素 B．无性生殖、aa、雄激素 C．有性生殖、aa、雄激素 D．有性生殖、AA、雌激素 答案　B 解析　克隆羊利用了动物细胞核移植技术，其生殖方式为无性生殖；该克隆羊继承了B羊的全部细胞核基因和A羊的细胞质基因，因此其基因型为aa；由于B羊为雄性，因此该克隆羊为雄性，其发育成熟时所分泌的性激素是雄激素。 4．(2024·湖北)糖尿病是危害人类健康的主要疾病之一。恢复功能性胰岛B细胞总量是治疗糖尿病的重要策略。我国学者研究发现，向患有糖尿病的小鼠注射胰高血糖素受体单克隆抗体(mAb)，可以促进胰岛A细胞增殖，诱导少数胰岛A细胞向胰岛B细胞转化，促进功能性胰岛B细胞再生。根据上述实验结果，下列叙述错误的是(　　) A．mAb的制备可能涉及细胞融合技术 B．注射mAb可降低胰腺分泌胰高血糖素的量 C．mAb和胰高血糖素均能与胰高血糖素受体特异性结合 D．胰高血糖素主要通过促进肝糖原分解和非糖物质转化为糖，升高血糖水平 答案　B 解析　单克隆抗体的制备涉及细胞融合技术和动物细胞培养技术，mAb属于单克隆抗体，其制备可能涉及细胞融合技术，A项正确；单克隆抗体(mAb)，可以促进胰岛A细胞增殖；而胰岛A细胞可分泌胰高血糖素，可见注射mAb可提高胰岛A细胞分泌胰高血糖素的量，B项错误；题干信息，mAb是胰高血糖素受体单克隆抗体，可见mAb和胰高血糖素均能与胰高血糖素受体特异性结合，C项正确；胰高血糖素主要作用于肝，促进肝糖原分解成葡萄糖进入血液，促进非糖物质转变成糖，使血糖浓度回升到正常水平，D项正确。 5．(2021·湖南，节选)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题： (1)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是______________________________。 (2)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是_________________________________________________________。 (3)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的________淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路：______________________________。 解析　(1)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易；而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，故与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率低。(3)单克隆抗体的是将已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行动物细胞融合，经过一次筛选得到成功融合的杂交瘤细胞，再对杂交瘤细胞产生的抗体类型进行筛选，得到产生所需特异性抗体的杂交瘤细胞，将其注射到小鼠腹腔中或在体外培养，最终得到单克隆抗体。取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。 答案　(1)清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，同时给细胞提供足够的营养　(2)动物胚胎细胞分化程度低，表现其全能性相对容易；而动物体细胞分化程度高，表现其全能性十分困难　(3)B　若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。实验思路为：取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。 学科网（北京）股份有限公司 $$