2014版高中生物《复习方略》中图版配套课件：选修三 第一单元 第二章 第三、四、五节细胞融合技术干细胞工程 克隆技术.ppt

1、第三、四、五节 细胞融合技术干细胞工程 克隆技术考纲要求三年考情1.动物体细胞克隆 2.细胞融合与单克隆抗体 3.胚胎干细胞的移植 2012山东,2012天津,2012安徽,2012福建,2011江苏,2011安徽,2010山东,2010江苏,2010福建考点 一动物细胞融合与单克隆抗体1.植物体细胞杂交与动物细胞融合的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、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞增殖融合前处理先除去细胞壁先使细胞分散开使用的酶纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合诱导手段物理法:离心、电激、振动化学法:聚乙二醇等试剂诱导除物理法和化学法外,也可

2、用灭活的病毒诱导结果杂种植株杂交细胞应用培育植物新品种主要用于制备单克隆抗体意义突破远源杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合相同点原生质体融合原理相同,原生质体融合的方法相似2.单克隆抗体的制备(1)取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原蛋白,否则不能获得单克隆抗体。(2)细胞融合后需经二次筛选:第一次:在特定的选择性培养基上,未融合的亲本细胞(B淋巴细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡,只有融合的杂交细胞(杂交瘤细胞)才能生长。这种杂交细胞的特点是既能迅速大量繁殖,又能产生单一的特异性抗体。第二次:经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能

3、分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞),需经克隆化培养和抗体检测,经筛选后才可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。【高考警示】(1)植物体细胞杂交与动物细胞融合中酶的作用对象不同,纤维素酶和果胶酶作用于细胞壁,而胰蛋白酶等作用于细胞间的蛋白质。(2)灭活的病毒保持了其抗原性,但毒性消失。(3)植物杂交细胞在激素诱导下能表达出全能性,但动物杂交细胞的全能性不能表达。考点 二干细胞1.种类类别来源或举例特 点全能干细胞受精卵能发育成完整个体多能干细胞骨髓的造血干细胞能分化出动物的多种组织细胞专能干细胞神经干细胞分化出特定的组织2.比较三种造血干细胞移植的优点和缺点优 点缺 点骨髓移植是经典的移植方

4、法,效果可靠寻找配型相同的骨髓难,捐献者和患者都要遭受很大的痛苦外周血干细胞移植方法比较简单,对供者安全,影响小,几乎无不适反应外周血干细胞数量采集困难,不能满足移植所需数量;收集的外周血干细胞可能混杂有肿瘤细胞;费用较高优 点缺 点脐带血干细胞移植脐带血资源丰富、采集简单;异体间排斥反应小,再生能力强;纯度高;配型相合的要求相对较低,可扩大供者范围;成功率高目前不适用于高体重成人,另外,血小板恢复较慢考点 三克隆技术1.克隆羊“多利”的培育过程2.克隆动物(1)性状不完全与供体相同的原因:克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响。(2)基

5、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。(3)克隆技术是一种无性繁殖技术。【高考警示】(1)克隆动物的遗传物质的来源:克隆动物具备两个生物的遗传特性。核遗传物质来源于供核细胞,细胞质遗传物质来源于提供细胞质的细胞。(2)在进行核移植时,受体细胞去核的原因:保证克隆动物的遗传物质最大程度地来自有重要利用价值的动物(供核动物)。热点 一 动物细胞融合与单克隆抗体【典例1】科学家已分离出H1N1病毒(一种RNA病毒)。某制药厂根据下面流程图生产预防和治疗甲流的抗体,请据下图回答有关问题:(1)若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞

6、是取自感染病毒的人体内的细胞,促进d过程的常用诱导剂是_。(2)假设仅考虑某两个细胞的融合,则可形成种类型的C细胞,因此需用培养基筛选出(填特点)的D细胞用于培养。D细胞的名称是。(3)理论上,注射了该抗体的人群不能长期对甲流免疫,试分析原因:。(4)不同种动物的体细胞融合,相比诱变育种和杂交育种方法,具有等突出的特点。(5)请说明单克隆抗体的主要作用:。【解析】(1)由于本题的目的是制备用于预防和治疗甲流的单克隆抗体,所以B细胞只能是取自感染H1N1病毒的动物或人体内的B淋巴细胞,经诱导剂聚乙二醇(PEG)或灭活的病毒等诱导融合,得到的杂交瘤细胞才能用于生产预防和治疗甲流的单克隆抗体。(2)

7、仅考虑两个细胞的融合,则可形成A细胞A细胞、B细胞B细胞、A细胞B细胞3种类型的C细胞,为了从中筛选出A细胞B细胞,必须用特定的选择培养基进行筛选,筛选出的D细胞(杂交瘤细胞)既能无限增殖又能产生特异性抗体。(3)因为单链RNA容易发生变异,一旦变异后体内的记忆细胞和抗体就不能对其发挥作用。(4)不同种动物的体细胞融合,相比诱变育种和杂交育种方法,具有目的性强,克服远源杂交不亲和性(能有效地打破物种的生殖隔离界限)等突出特点。(5)单克隆抗体可用于诊断疾病、药物导向治疗等方面。答案:(1)B淋巴聚乙二醇(PEG)(灭活的病毒)(2)3 既能无限增殖又能产生特异性抗体杂交瘤细胞(杂交细胞)(3)

8、引起甲流的病毒不断发生变异(意思相同即可)(4)目的性强,克服远源杂交不亲和性(能有效地打破物种的生殖隔离界限)(意思相同即可)(5)作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物(意思相同即可)【互动探究】(1)若图中AB细胞是植物细胞,则融合前需要进行什么处理?提示:利用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁。因为细胞融合利用了细胞膜具有流动性的原理,细胞壁是细胞融合的障碍。(2)体外培养和体内培养最后如何才能提取到单克隆抗体?提示:体外培养时从细胞培养液中提取,体内培养则从小鼠腹水中提取。热点 二干细胞工程【典例2】下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答:(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至期的内细

9、胞团或胎儿的中分离得到的一类细胞。(2)图中分化程度最低的干细胞是。在体外培养条件下,培养液中加入因子,可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。(3)在机体内,皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因的结果。(4)某患者不能产生正常的白细胞,通过骨髓移植可以达到治疗的目的,骨髓移植的实质是将上图中的细胞移植到患者体内。(5)若要克隆某种哺乳动物,从理论上分析,上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的,其原因是。(6)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制,使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的期。(7)在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段,用细胞与骨髓瘤细胞融合

10、,经多次筛选最终得到能分泌_的杂交瘤细胞。【解析】(1)胚胎干细胞一般取自囊胚的内细胞团细胞或胎儿原始性腺细胞。在动物个体发育过程中,随着生物发育程度加大,各组织细胞分化程度越来越高,受精卵、桑椹胚细胞、胚胎干细胞没有分化。(2)胚胎干细胞具有全能性,在含有分化诱导因子的培养液中可能被诱导分化成各种组织细胞。(3)在个体发育过程中,不同类型的干细胞分化形成不同的组织细胞,其实质是细胞中基因的选择性表达。(4)根据图示可知,骨髓移植的目的是向患者体内注射造血干细胞,造血干细胞在体内可以分裂、分化形成白细胞等血细胞。(5)哺乳动物成熟红细胞中没有细胞核,因此不能提供克隆所需的细胞核。(6)细胞分裂

11、过程中DNA复制发生在有丝分裂或减数第一次分裂的间期。(7)单克隆抗体制备过程中首先应将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合,再经筛选获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。答案:(1)囊胚 原始性腺(2)胚胎干细胞 分化诱导(3)选择性表达(4)造血干(5)红细胞 细胞中无细胞核(6)间(7)B淋巴 特异性抗体【变式训练】胚胎干细胞的研究是目前生物学和医学界的一大热点,根据下列材料信息分别回答相关问题。材料一 哺乳动物的胚胎干细胞(embryonic stem cell)简称ES或EK细胞。ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一,在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。材料二 在动

12、物实验方面,用ES细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈了糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症。也许在不久的将来,当我们的身体某一类细胞功能出现异常或退化时,就可以通过诱导ES细胞定向分化来及时进行修补。材料三 ES细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。ES细胞在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态。在培养液中加入分化诱导因子,如牛黄酸等化学物质时,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化,这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。同时胚胎干细胞还可用于对哺乳动物个体生长和发育规律的研究。(1)胚胎干细胞是从中分离出来的一类细胞。(2)ES细胞具有胚胎细

13、胞的特性,在形态上,表现为_;在功能上,具有发育的性,即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(3)随着组织工程技术的发展,通过ES细胞体外诱导分化,还可以培养出人造组织器官,解决目前临床上存在的_问题。(4)由于ES细胞可分化为胚胎的内胚层、中任何一类细胞,于是可以将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的,通过组织化学染色,了解ES细胞的分化特点,这就为研究胚胎发育过程中的细胞分化及组织和器官形成的规律,进而研究动物体器官形成的等提供了可能。【解析】(1)胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。(2)胚胎干细胞具有胚胎细胞的特性,在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显,在功能

14、上具有发育的全能性,可分化为成年动物体内的任何一种组织细胞。(3)胚胎干细胞通过体外诱导分化,可培养出人造组织器官,以解决临床上存在的供体器官不足和器官移植后的免疫排斥等问题。(4)早期胚胎可分化出外胚层、中胚层、内胚层细胞,不同胚层的细胞将分化发育为个体的不同组织和器官。因此,通过对早期胚层的细胞进行遗传标记,可研究胚胎发育过程中的细胞分化和组织器官的形成规律。答案:(1)早期胚胎或原始性腺(2)体积小、细胞核大、核仁明显 全能(3)供体器官不足和器官移植后免疫排斥(4)中胚层、外胚层 囊胚腔 时间、发育过程、影响因素热点 三克隆技术及应用【典例3】科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基

15、因的奶牛,如果要加速转基因奶牛的繁殖速度,可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示)。(1)在进行细胞培养之前,要对取自转基因奶牛的组织进行分离,形成单个细胞,这一过程中需要利用酶处理,不能用纤维素酶与果胶酶的原因是。(2)转基因奶牛的克隆成功,说明动物细胞的具有全能性。(3)将进行细胞培养的供体细胞核注入去核的卵母细胞中,去掉卵母细胞核的目的是。(4)重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内,就会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛,但也有可能出现性状上的某些差异,原因可能是。(5)体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于(选填“有性生殖”或“无性生殖”)。【解析】(1)对动物组织

16、进行分离,用胰蛋白酶处理,才能形成单个细胞。因为酶具有专一性,所以植物细胞工程中的工具酶不能将动物细胞分开。(2)克隆动物的成功证明了动物细胞的细胞核具有全能性。(3)去掉卵母细胞核后,重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核,其性状主要由供体细胞核决定。(4)重组细胞发育而来的犊牛与供体牛不完全相同,因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核,少量来自卵母细胞的细胞质,性状还受环境的影响。(5)体细胞核移植没有经过两性生殖细胞的结合,所以从生殖方式上来看属于无性生殖。答案:(1)胰蛋白 酶具有专一性(2)细胞核(3)使犊牛的性状主要由供体细胞核决定(4)生物的性状受细胞核和细胞质共同控制;生物的性

17、状还受环境因素的影响(5)无性生殖【互动探究】(1)图中人生长激素基因通常应该采取什么方法转入动物细胞?提示:显微注射法。(2)上题(4)中重组细胞在培养液中培养成重组胚胎的过程中遗传物质是否发生改变?为什么?提示:遗传物质没有改变,因为这个过程中进行的是有丝分裂。1.(2013南京模拟)下图为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄-马铃薯”植株的过程,请回答下列问题。(1)过程使用了酶,以去除细胞壁,此处使用的溶液浓度较大,以保证植物细胞会发生,保护原生质体不被破坏;在动物细胞培养技术中,使细胞分离开来的酶是。(2)过程在化学药剂的作用下会发生细胞融合;动物细胞融合的方法与植物细胞

18、不同的是。(3)过程属于脱分化,过程属于再分化,细胞发生分化的根本原因是。(4)过程的细胞工程技术是,其培养时选用的材料通常是分生组织,原因是。(5)植物体细胞杂交的研究在方面取得了巨大突破。【解析】(1)过程使用含有纤维素酶和果胶酶的高浓度溶液处理植物细胞,使植物细胞发生质壁分离,从而保护原生质体不被破坏,同时酶解细胞壁,分离得到原生质体。在动物细胞培养技术中,使细胞分离开来的酶是胰蛋白酶。(2)过程是诱导原生质体融合,常用的化学药剂是聚乙二醇,而用灭活的病毒促进细胞融合是动物细胞融合常用的方式。(3)图中过程属于脱分化,过程属于再分化,细胞分化的结果是形成了不同的组织和器官,根本原因是基因

19、的选择性表达。(4)过程为植物组织培养过程。植物组织培养时,由于分生组织细胞分裂旺盛、全能性高,因此常作为组织培养的材料。(5)植物体细胞杂交可以克服不同生物远源杂交不亲和的障碍,实现不同物种间的基因交流。答案:(1)纤维素酶和果胶 质壁分离 胰蛋白酶(2)聚乙二醇 可以使用灭活的病毒(3)基因的选择性表达(4)植物组织培养 全能性高,易培养形成愈伤组织(5)克服不同生物远源杂交不亲和的障碍2.(2013铜川模拟)下图为单克隆抗体制备流程示意图。(1)单克隆抗体制备技术的基础是。(2)细胞融合是随机的过程,在HAT培养基中培养,目的是_。在细胞培养过程中,培养液中需要添加无机盐,但要注意无机盐

20、的,以保证生命活动的正常进行。(3)为选育出能产生高特异性抗体的细胞,要将从HAT培养基上筛选出的细胞稀释到710个细胞/mL,每孔滴入0.1 mL细胞稀释液,其目的是。(4)若用15N标记的氨基酸培养能产生单克隆抗体的细胞,放射性物质在细胞结构中出现的先后顺序是。【解析】(1)单克隆抗体利用了细胞融合和动物细胞培养的技术。(2)HAT是选择培养基,该培养基是为了将杂交瘤细胞筛选出来。(3)从HAT培养基上筛选出的细胞稀释到710个细胞/mL,每孔滴入0.1 mL细胞稀释液,其目的是将产生特定抗体的杂交瘤细胞筛选出来,使得到的抗体纯度更高。(4)单克隆抗体的合成、加工和分泌经过了核糖体、内质网

21、、高尔基体和细胞膜。答案:(1)动物细胞培养(2)筛选杂交瘤细胞 种类和数量(浓度)(3)使每个孔内不多于一个细胞,达到单克隆培养的目的(或单一细胞培养以保证抗体的纯度)(4)核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜3.下图表示将人成纤维细胞与小鼠细胞进行融合,获得部分杂种细胞的过程(注:杂种细胞中人类的染色体会随机丢失,各种杂种细胞保留人类染色体的种类和数量是不同的)。请回答下列问题:(1)图中诱导动物细胞融合常用的诱导因素有(至少写出两种),再用特定的培养基进行筛选,得到杂种细胞。(2)培养杂种细胞时,根据细胞所需营养物质的种类和数量严格配制培养基,此外经常会在培养基中加入。培养过程中细胞需置于含

22、CO2的混合气体的培养箱中培养,CO2的主要作用是维持培养液的。(3)若只考虑人的成纤维细胞与鼠细胞两两融合形成的杂种细胞,假如每种杂种细胞只保留了人的1条染色体,从染色体组成的角度考虑,杂种细胞可能有种。【解析】(1)诱导动物细胞融合的方法包括物理方法(如电激)、化学方法(如聚乙二醇)、生物方法(如灭活的病毒)。通过选择培养基将杂种细胞筛选出来。(2)动物细胞培养液一般包括糖类、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、动物血清、动物血浆。(3)人体细胞中含有24种染色体,分别是22种常染色体和2种性染色体(即X染色体和Y染色体)。答案:(1)PEG、灭活的病毒、电激(写出两种即可)选择性(2)

23、动物血清、血浆 pH(3)244.不同类型的细胞表达不同的基因组合。那么不同类型的动物细胞都具有全套基因吗?科学家进行了如图所示的克隆研究。代表有关过程,ah代表有关结构或个体。(1)a细胞的名称是。过程取出的细胞f是,该细胞经过过程分化成何种h细胞取决于培养基中加入的。(2)对b的操作方法通常是。若g是能产生人生长激素的羊,则培育g时,应将人的生长激素基因导入,为了尽快获得大量的生长激素,但让g进行有性生殖会丢失目的基因,你将通过技术来实现。(3)如果图中的细胞均是人体细胞,则获得的h细胞或器官可用于供体本人组织器官的移植,其优点是。(4)上述过程中用到的生物技术有(列举两项)。【解析】本题

24、主要考查体细胞核移植技术的过程和应用前景。(1)图中a细胞是去核卵母细胞。过程取出的细胞f是胚胎干细胞(内细胞团),胚胎干细胞具有分化的全能性,但经过过程分化成何种h细胞取决于培养基中加入的不同的分化诱导因子。(2)将供体细胞核注入去核的卵母细胞,通常进行显微操作。若g是能产生人生长激素的羊,则培育g时,应将人的生长激素基因导入移植的供体细胞(核)中。为了克服有性生殖会丢失目的基因的缺点,可通过核移植技术来实现,即将g羊的体细胞核或胚胎细胞核移入去核的卵母细胞,经过图示过程,再形成转入人生长激素基因的克隆羊。(3)如果图中的细胞均是人体细胞,则获得的h细胞或器官可用于病人组织器官的移植,由于是

25、自身细胞克隆培养形成的器官,不会发生免疫排斥反应。(4)上述过程中用到的生物技术有动物细胞培养、核移植、胚胎移植、干细胞的诱导分化等。答案:(1)(去核)卵母细胞 胚胎干细胞不同的分化诱导因子(2)显微注射法 移植的供体细胞(核)克隆(或核移植)(3)不会发生免疫排斥反应(4)动物细胞培养、核移植、胚胎移植、干细胞的诱导分化等(列举两项即可)5.(2013咸阳模拟)科学家从某些能无限增殖细胞的细胞质中分离出无限增殖的调控基因(prC),该基因能激发许多动物细胞分裂,这为单克隆抗体的制备提供了更为广阔的前景。请回答以下问题。(1)利用细胞融合技术制备单克隆抗体,促进动物细胞融合常用的诱导剂是。(

26、2)利用细胞融合技术制备单克隆抗体时有两次筛选,第一次筛选的目的是,第二次筛选的目的是_。(3)有人提出,可以直接通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体,其思路如下图所示。请回答下列问题。酶A是指,酶B是指。对已导入重组质粒的进行“检测”的目的是;题目中所指的细胞是,所指的细胞具有的特点是。(4)也有人提出用细胞核移植技术构建重组细胞来生产单克隆抗体,试用相关的图示及文字在下图中表示该过程:【解析】(1)诱导动物细胞融合的方法有三种,其中用灭活的病毒是常用方法。(2)在单克隆抗体制备过程中,融合的细胞共有3种类型,第一次筛选的目的是选出杂交瘤细胞,但是杂交瘤细胞不一定产生所需抗体,所以还必

27、须进行第二次筛选。(3)基因工程中用到的酶是限制性内切酶和DNA连接酶,将重组质粒成功导入后,进行检测的目的是看目的基因是否表达。题目中所指的细胞是效应T淋巴细胞,因为只有效应T淋巴细胞才会产生抗体,所指的细胞是导入目的基因的效应T淋巴细胞,由于目的基因控制细胞无限增殖,所以可用转基因技术来生产单克隆抗体。(4)由题干可知，从无限增殖细胞的细胞质中分离出无限增殖的调控基因(prC)，所以采用核移植技术，应将无限增殖细胞的细胞核除去，留下细胞质，让其与效应T淋巴细胞的细胞核融合，则可产生单克隆抗体。答案:(1)灭活的病毒(2)筛选出杂交瘤细胞 筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞(3)限制性内切酶 DNA连接酶检测目的基因在受体细胞中是否进行了表达(或检测受体细胞是否显示出目的基因控制的性状)效应T淋巴细胞 既能无限增殖又能产生特定抗体(4)如图: