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【步步高】2015届高考生物一轮总复习精品讲义 第37讲 细胞工程 新人教版


第 37 讲

细胞工程

[考纲要求] 1.植物的组织培养(Ⅱ)。2.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。3.细胞融合与 单克隆抗体(Ⅱ)。 考点一 植物细胞工程[重要程度:★★★☆☆]

一、细胞工程的概念理解 1.原理和方法:细胞生物学和分子生物学。 2.操作水平:细胞水平或细胞器水平。 3.工程目的:按照人的意愿来

改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。 4.根据操作对象的不同分类:植物细胞工程和动物细胞工程。 二、植物细胞工程 1.理论基础——细胞的全能性。 (1)概念: 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞, 都具有发育成完整生物体的潜能。 (2)物质基础:细胞中具有本物种全部遗传信息。 2.植物组织培养技术 (1)概念理解 ①培养对象:离体的植物组织、器官或细胞。 ②培养条件:无菌、人工配制的培养基、相关激素等人工控制条件。 ③培养结果:产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。 (2)操作流程 外植体 脱分化 ― ― → 愈伤组织 再分化 ― ― → 根、芽或胚状体― →试管苗

3.植物体细胞杂交技术 (1)概念:将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成 新的植物体的技术。 (2)操作流程

(3)流程分析 ①过程 a 为去除细胞壁获得具有活力的原生质体,用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

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②过程 b 是原生质体的融合,其原理是细胞膜具有一定的流动性。 ③诱导 b 融合的两种方法: 物理法包括离心、 振动、 电激等; 化学法一般用聚乙二醇(PEG) 作为诱导剂。 ④过程 c 是原生质体融合后再生出细胞壁。 ⑤过程 d 是植物组织培养技术,其原理是细胞的全能性。(4)意义:克服了远缘杂交不亲 和的障碍。 三、植物细胞工程的实际应用 微型繁殖 ? ? 1.植物繁殖的新途径?作物脱毒 常利用茎尖等分生组织 ? ?人工种子 胚状体等外包裹人工薄膜得到的种子

?单倍体育种 ? 2.作物新品种的培育? ?突变体的利用 ?

3.细胞产物的工厂化生产:如人参皂甙干粉的生产。

1.植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系 名称 原理 植物组织培养 细胞的全能性 植物体细胞杂交 细胞膜具有一定的流动性和细胞 的全能性

过程

选材

选取根尖、茎尖、形成层部位最 容易诱导脱分化

不同种的植物体细胞融合后形成 杂种细胞 除脱分化、再分化外,还要用酶

技术 操作

脱分化、再分化等

解法去除细胞壁,用一定的方法 诱导原生质体融合

关系

植物组织培养是植物体细胞杂交的基础, 植物体细胞杂交所用的技术 更复杂

2.单倍体育种和突变体的利用的不同点

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单倍体 育种 突变体 的利用

染色体 变异

单育 1 号烟草品种、中花 明显缩短育种年限 8 号、11 号水稻和京花 1 号小麦品种等 产生新基因,大幅度改良 某些性状 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐 碱的野生烟草等

基因突变

易错警示 植物细胞工程的 6 个易错点 (1)幼嫩的组织脱分化较为容易,如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化,而植物的茎 、叶和 成熟的组织则较难。 (2)植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖,用葡萄糖也可以,但后者的成本高。 (3)脱分化形成愈伤组织的过程不需要光, 再分化过程需要光, 因为愈伤组织利用有机营养成 分,而试管苗需要进行光合作用以自养。 (4)利用植物组织培养技术生产细胞产物时, 有时只需将外植体培养到愈伤组织, 从愈伤组织 中获取产物。 (5)人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供。 (6)人工种皮中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等,以利 于胚状体生长发育成幼苗。

1. (2013·江苏卷,11)某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广 种植,可应用多种技术获得大量优质苗。下列技术中不能选用的是 A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B.采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D.采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养 答案 B 解析 本题采用直选法。通过花粉粒组织培养获得的是单倍体,不能保持原植株的优良 特性,故 B 错误。 2. “白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性 强和易于储藏等优点。 下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。 以下说法正确的是 (双 选) ( ) ( )

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A.除去细胞壁形成原生质体,可运用的酶是纤维素酶和果胶酶 B.通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是 PEG 和灭活的病毒诱导 C.杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁 D.愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程 答案 AC 解析 除去细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶;诱导原生质体融合不能用灭活的病毒;杂 种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁;愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体属于 再分化过程。 考点二 动物细胞培养与体细胞克隆[重要程度:★★★☆☆]

一、动物细胞培养——动物细胞工程技术的基础 1.动物细胞的培养过程

2.培养条件 (1)无菌、无毒的环境:对培养液和所有培养用具进行无菌处理,添加抗生素,定期更换 培养液以清除代谢产物。 (2)营养:除正常的有机和无机营养外,加入血清、血浆等一些天然成分。 (3)适宜的温度和 pH:温度为 36.5±0.5_℃(哺乳动物),pH 为 7.2~7.4。 (4)气体环境:含 95%空气加 5%CO2 的混合气体,其中后者的作用是维持培养液的 pH。 3.应用:生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。

二、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过程

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2.原理:动物体细胞核具有全能性。 3.结果:产生新个体。 4.应用 (1)加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。 (2)保护濒危物种。 (3)生产医用蛋白。 (4)作为异种移植的供体。 (5)用于组织器官的移植。

探究动物细胞培养与动物体细胞核移植的不同点 动物细胞培养 原理 细胞增殖 动物体细胞核移植 动物细胞核的全能性

过程

结果

获得细胞群

获得克隆动物 ①加速家畜遗传改良进程,促

①生产生物制品 应用 ②用于基因工程 ③检测有毒物质

进良种繁育 ②保护濒危物种 ③生产医用蛋白 ④提供克隆器官、组织等

易错警示 细胞工程的 2 个总结 (1)植物组织培养和动物细胞培养过程都存在细胞的培养过程,但植物细胞可以先分裂再分 化,而动物细胞不分化只分裂。 (2)克隆动物的起点是经过核移植后形成的重组细胞, 其遗传物质主要来自供体, 因此形成的 个体性状主要同供体,但也有部分性状同受体。

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1. (2013·浙江卷,6)实验小鼠皮肤细胞培养(非克隆培养)的基本过程如图所示。下列叙述 错误的是 ( )

A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒 B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶消化 C.丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型 D.丁过程得到的细胞具有异质性 答案 C 解析 动物细胞培养需要无毒无菌的环境,甲过程指从实验小鼠身上取下皮肤组织,该 过程需要对小鼠进行消毒处理,A 项正确;乙过程表示将得到的皮肤组织分散成单个细 胞制备成细胞悬液,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理,B 项正确;丙过程表示原代 培养,此时的细胞仍能保持正常的二倍体核型,C 项错误;丁过程表示传代培养,此时 得到的细胞会克服细胞寿命的自然极限,获得不死性,这些细胞已经发生突变,正在朝 着等同于癌细胞的方向发展,D 项正确。 2. 下列哪一项属于克隆 A.将鸡的某个 DNA 片段整合到小鼠的 DNA 分子中 B.将抗药基因引入草履虫的细胞内 C.将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞 D.将某种瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系 答案 D 解析 克隆就是“复制”的意思,将某种瘤细胞培养成一个细胞系 属于克隆;A、B 选项 都属于转基因技术;C 项属于细胞融合。 3. 科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛,如果要加速转基因奶牛的繁 育,可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。请结合图示回答下列问题: ( )

(1)在进行细胞培养时,要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理,形成单个细胞, 这个过程中需要利用____________酶处理。 (2) 用 于 核 移 植 的 供 体 细 胞 , 一 般 都 选 用 传 代 10 代 以 内 的 细 胞 , 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

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(3) 在进行原代培养时,细胞增殖的方式是 ____________ ,此外,细胞增殖还表现出 ____________和接触抑制等特点。 (4) 将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中,去除卵母细胞细胞核的目的是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后, 该母牛就会生出与供体奶 牛遗传物质相同的犊牛,但也不是 100%的复制,原因最可能是_________________ ________________________________________________________________________。 (6)上述动物细胞工程中涉及的技术有________________________________________ ________________________________________________________________________。 转基因奶牛的克隆成功,说明了动物________________________________________ 具有全能性。 答案 (1)胰蛋白 有丝分裂 (2)该种细胞代谢旺盛、 分裂能力强, 且遗传物质没有发生改变 (3) (4) 使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞

贴壁生长

(5)①生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制; ②生物的性状还受环境因素的影 响 (6)核移植、动物细胞培养、胚胎移植技术 体细胞的细胞核

解析 (1)实践中常用胰蛋白酶处理动物组织细胞使其分离开来。 (2)传代 10 代以内的细 胞代谢旺盛、分裂能力强,遗传物质没有发生改变,适于作核移植的供体细胞。(3)在进 行原代培养时,细胞以有丝分裂的方式进行增殖,同时表现出贴壁生长和接触抑制的现 象。 (4)去除卵母细胞细胞核的目的是使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体 细胞。(5)生物的性状是细胞核基因和细胞质基因共同作用的结果,同时,生物的性状还 受环境因素的影响,因此,克隆动物不可能是供体奶牛 100%的复制品。(6)该克隆动物 的培育过程中涉及核移植 、动物细胞培养和胚胎移植等技术,说明了高度分化的动物体 细胞的细胞核具有全能性。 考点三 动物细胞融合与单克隆抗体的制备[重要程度:★★☆☆☆]

1.动物细胞融合 (1)原理:细胞膜的流动性。 (2)融合方法:聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。 (3)意义:突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能,也为制造单克 隆抗体开辟 了新途径。 2.单克隆抗体 (1)制备过程

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(2)优点:特异性强、灵敏度高,可大量制备。 (3)用途:作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物。

1.植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同点 植物体细胞杂交 原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 动物细胞融合 细胞膜的流动性

过程

相关 酶 融合 方法 结果 意义

纤维素酶和果胶酶 物理法:离心、电激、振动; 化学法:聚乙二醇等试剂诱导 杂种植株 克服了远缘杂交的不亲和性,获得杂 种植株

胰蛋白酶或胶原蛋白酶 除物理法和化学法外,还可以用 灭活的病毒诱导 杂交细胞 突破了有性杂交方法的局限,使 远缘杂交成为可能

2.单克隆抗体制备过程中的两次筛选 第一次筛选: 利用特定选择培养基筛选, 获得杂交瘤细胞, 即 AB 型细胞(A 为 B 淋巴细胞, B 为骨髓瘤细胞),不需要 A、B、AA、BB 型细胞。 第二次筛选:利用多孔板法和抗原—抗体杂交法筛选,获得产生特定抗体的杂交瘤细胞。 易错警示 植物体细胞杂交与动物细胞融合的 3 个易错点
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(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。

1.下列关于单克隆抗体制备过程的叙述,正确的是 A.制备过程中不需要动物细胞培养技术 B.杂交瘤细胞具有 B 淋巴细胞与癌细胞的所有特点 C.经选择培养基筛选出来的杂交瘤细胞可用于单克隆抗体的生产 D.单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂 答案 D

(

)

解析 单克隆抗体的制备是将骨髓瘤细胞与 B 淋巴细胞融合, 经过选择培养基的筛选得到 杂交瘤细胞并经专一抗体检测后,培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞即可得单克隆抗体, 杂交瘤细胞能无限繁殖但不具有癌细胞的转移能力。 2.如图为制备单克隆抗体的流程图,据图回答下列问题:

(1) 制 备 单 克 隆 抗 体 的 原 理 是 , 克 隆 ________________ 细 胞 形 成 的 细 胞 群 , 并 产 生 ________________的抗体。 (2)已知细胞合成 DNA 有 D 和 S 两条途径,其中 D 途径能被氨基嘌呤阻断,一般情况下, 细胞中有 D 或 S 途径即能分裂繁殖。 人淋巴细胞中有这两种 DNA 的合成途径, 但一般不分 裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中只有 D 途径,但能不断分裂增殖。将这两种细胞在试管中混合, 加聚乙二醇促融,获得杂种细胞。请设计一方法(不考虑机械方法),从培养液中分离出杂 种细胞,并说明原理。 方法:__________________________________________________________________。 原理:__________________________________________________________________。 (3)杂交瘤细胞具备________________________的特点。 (4)在单克隆抗体制备过程中,还应用了细胞工程中的________和________________两大 技术。
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答案 (1)B 淋巴 大量、专一 (2)在上述试管中加入氨基嘌呤后,收集能分裂增殖的细 胞 淋巴细胞不能分裂增殖,鼠骨髓瘤细胞的 D 途径被阻断,也不能分裂,而杂种细胞中

有 S 途径,可分裂增殖 (3)大量繁殖(或无限繁殖)、产生专一抗体 (4)动物细胞融合 动物细胞培养 解析 (1)经免疫的 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产 生专一抗体。 (2)杂交瘤细胞有两种合成 DNA 的途径,因此在选择性培养基上只有杂交瘤细胞能生存并 无限增殖。 (3)由题图不难看出,生产单克隆抗体,应用到了两种细胞工程技术:动物细胞融合技术 和动物细胞培养技术。 高考模拟 提能训练 高考题组 1.(2013·重庆卷,5)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉,其技术路线为“取材→ 消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述,错误的是( A.消毒的原则是既杀死材料表面的微生物,又减少消毒剂对细胞的伤害 B.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞 C.出芽是细胞再分化的结果,受基因选择性表达的调控 D.生根时,培养基通常应含 α -萘乙酸等生长素类调节剂 答案 B 解析 消毒剂的使用既要杀死材料表面微生物,又要防止伤害组织细胞,影响组织培养, A 项正确;植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的原生质体的诱导融合,带 有细胞壁的愈伤组织细胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞,B 项错误;出芽和生根都 是细胞再分化的结果,其实质是基因的选择性表达,C 项正确;α -萘乙酸为生长素类似 物,可诱导愈伤组织生根,D 项正确。 2.(2013·重庆卷,2)如图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。下列有关叙述正确的是 ( ) )

A.①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应 T 淋巴细胞 B.②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成
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C.③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性 D.④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群 答案 D 解析 ①是获得已经免疫的 B 淋巴细胞, A 项错误; 胰蛋白酶使得组织块分散为单个细胞, B 项错误;③同时具有 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特性,C 项错误;④经筛选后获得能够 分泌特异性抗体的杂交瘤细胞,D 项正确。 3.(2013·天津卷,9)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗性 基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再 利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合, 以获得抗黑腐病 杂种植株。流程如下图:

据图回答下列问题: (1)过程①所需 的酶是______________________________________________________。 (2)过程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的______________________存在, 这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3) 原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是 ____________________。原生质体经过________________再生,进而分裂和脱分化形成 愈伤组织。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和________植株的根尖,通过 ________、________、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的 形态和数目。 (5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组 DNA 进行 PCR 扩增, 得到两亲本的差异性条带, 可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株 1~4 进行 PCR 扩增的结果。 据图判断,再生植株 1~4 中一定是杂种植株的有__________。

(6)对杂种植株进行______________接种实验,可筛选出具有高抗性的杂种植株。 答案 (1)纤维素酶和果胶酶 (2)叶绿体 (3)保持原生质体完整性 细胞壁 (4)双亲

(或花椰菜和黑芥) 解离 漂洗 (5)1、2、4 (6)黑腐病菌 解析 (1)过程①是利用纤维素酶和果胶酶去除幼叶细胞和根细胞的细胞壁, 制备相应原 生质体;(2)过程②是在 PEG 的作用下两个原生质体融合在一起,形成杂种细胞,来自幼
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叶的原生质体中有叶绿体存在, 可以作为显微镜下初步筛选杂种细胞的标志; (3)原生质 体及刚形成的杂种细胞因为没有了细胞壁的束缚作用,必须浸泡在适宜浓度且无毒害作 用的等渗溶液中,以保持原生质体的完整性,原生质体经过细胞壁的再生后,才能进而 分裂和脱分化形成愈伤组织。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型, 应剪取再生植株和 双亲植株的分生组织(如根尖),通过解离、漂洗、染色和制片等过程制成装片,再在显 微镜下观察比较染色体的形态和数目。( 5)根据两亲本的差异性条带,可知再生植株 1、 2 和 4 既有花椰菜的条带,又有黑芥的条带,因此再生植株 1、2 和 4 一定为杂种植株。 (6)要筛选出高抗性的杂种植株,应进行相应的病原体接种实验,即接种黑腐病菌。 模拟题组 4.动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个 新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图,请回答下列问题:

(1)肝脏切成小薄片,这有利于肝脏细胞________________________________________。 (2)气室中充入 5%CO2 气体的主要作用是______________________________________。 (3) 培 养 液 中 添 加 抗 生 素 是 为 了 抑 制 细 菌 生 长 , 但 要 注 意 选 择 抗 生 素 的 ________________________,以保证抗生素对肝脏无害。 (4)有机物 X 有毒性,可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列材料用具,探 究肝脏小块对有机物 X 是否具有解毒作用。 材料用具:肝脏小块,外周血淋巴细胞,淋巴细胞培养液,植物凝集素(刺激淋巴细胞分 裂);显微镜,载玻片,盖玻片,玻璃皿,滴管;吉姆萨染液(使染色体着色),有机物 X 溶液等。 实验过程: ①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞,取 4 等份,备用。 ②利用甲、乙、丙、丁 4 组上图所示装置,按下表步骤操作(“√”表示已完成的步骤)。 甲 步骤一:加入肝脏培养液 步骤二:加入有机物 X 溶液 步骤三:放置肝脏小块 √ √ √ 乙 √ 丙 √ √ 丁 √

上表中还需进行的操作是_________________________________________________。 ③培养一段时间后,取 4 组装置中的等量培养液,分别添加到 4 份备用的淋巴细胞培养 液中继续培养。 ④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察______________________,
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并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常,而甲组的淋巴细胞正常,则说明 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)吸收氧气和营养物质、排出代谢废物 (2)维持培养液适宜的 pH 剂量 (4)②向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块 ④染色体形态和数量 (3)种类和

肝脏小块对有

机物 X 具有解毒作用 解析 (1)把肝脏切成小薄片,有利于肝脏细胞的呼吸代谢,即吸收氧气和营养物质、排 出代谢废物。(2)气室中充入 5%CO2 的作用是形成碳酸来维持培养液中适宜的 pH。(3)同 时也要注意选择抗生素的种类和剂量来抑制细菌生长。 (4)乙组或丁组没有处理, 向乙(或 丁)组装置中放置肝脏小块作为对照实验。有机物 X 有毒性,可诱发染色体断裂,所以要 观察淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。甲组添加肝脏小块淋巴细胞染色体正常; 丙组没有添加出现染色体异常现象,说明肝脏小块对有机物 X 具有解毒作用。

1.培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是 A.组织培养 C.显微注射 答案 A B.细胞杂交 D.核移植

(

)

解析 培育草莓脱毒苗是利用草莓的茎尖分生组织细胞几乎不带病毒的特点, 进行植物组 织培养形成无毒种苗的过程,A 项正确;植物体细胞杂交是将不同种的植物体细胞,在一 定条件下融合成杂种细胞, 并把杂种细胞培育成新的植物体的技术; 显微注射是将目的基 因导入动物细胞的方法;细胞核移植用于获得克隆动物,B、C、D 项错误。 2.下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是(双选) A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞 B.克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变 C.二倍体细胞的传代培养次数通常是有限的 D.恶性细胞系的细胞可进行传代培养 答案 CD 解析 动物细胞在培养过程中有接触抑制现象, 细胞在培养瓶中会贴壁生长, 形成一层细 胞, 相互接触后停止生长。 克隆培养法培养过程中, 仅有极少数细胞的基因型会发生改变。 二倍体细胞的传代培养一般传至 10 代后就不易传下去了。 恶性细胞系的细胞具有不死性, 可以进行传代培养。 3.利用细胞工程方法,以 SARS 病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。下列相关叙述, 正确的是 ( )
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(

)

A.用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内,产生的血清抗体为单克隆抗体 B.体外培养单个 B 淋巴细胞可以获得大量针对 SARS 病毒的单克隆抗体 C.将等量 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合,经 PEG 诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞 D.利用该单克隆抗体与 SARS 病毒核衣壳蛋白特异性结合 答案 D 解析 单克隆抗体制备是首先给实验小鼠注射抗原,提取得到已 免疫的 B 淋巴细胞,再 与骨髓瘤细胞融合,得到杂交瘤细胞,筛选并培养(体内或体外)得到单克隆抗体。单独的 B 淋巴细胞有产生抗体的能力,但没有无限增殖的本领,因此在体外培养的情况下是不可 能得到大量的单克隆抗体的; 而细胞的融合(只考虑细胞的两两融合)应该有三种类型: AA、 BB、AB,只有 AB 型的细胞才既能产生单一的抗体,又有无限增殖的能力。 4.请回答下列问题: (1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。 该技术可以保持品种的______________, 繁殖种苗的速度______。 离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养, 最终能够形成完整的植株, 说明该叶肉细胞具有该植物的全部__________。 (2) 把 试 管 苗 转 接 到 新 的 培 养 基 上 时 , 需 要 在 超 净 工 作 台 上 进 行 , 其 原 因 是 避 免 ____________的污染。 (3) 微 型 繁 殖 过 程 中 , 适 宜 浓 度 的 生 长 素 单 独 使 用 可 诱 导 试 管 苗 ________ , 而 与 ______________配比适宜时可促进芽的增殖。 若要抑制试管苗的生长, 促使愈伤组织产生 和生长,需要使用的生长调节剂是________(脱落酸、2,4?D)。 (4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后,单株鲜重和光合作用 强度的变化如图。据图分析,随着培养基中蔗糖浓度的增加,光合作用强度的变化趋势是 ________,单株鲜重的变化趋势是______________。据图判断,培养基中不含蔗糖时,试 管苗光合作用产生的有机物的量______________(能、不能)满足自身最佳生长的需要。 (5)据图推测,若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力,应________(降低, 增加)培养基中蔗糖浓度,以便提高试管苗的自养能力。

答案

(1)遗传特性



遗传信息

(2)微生物

(3)生根

细胞分裂素

2,4?D

(4)

逐渐减小 先增加后下降 不能 (5)降低 解析 (1)植物组织培养属于无性繁殖, 后代能够保持亲本的遗传特性。 植物微型繁殖技 术能够实现快速繁殖。 植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性, 即已经分化的细胞, 仍然具有发育成完整个体的潜能。 (2)植物组织培养接种和试管苗转接过程中都需要无菌

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操作, 以避免微生物(杂菌)污染。 (3)微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例 不同,可以分别诱导根、芽的形成。使用高浓度的植物生长素类似物(如 2,4-D)可以抑 制试管苗的生长,促使愈伤组织产生和生长。(4)(5)分析图中曲线可知:光合作用强度 随着培养基中蔗糖浓度的增大而下降,但单株鲜重的变化趋势是先增加后下降。培养基 中不含蔗糖时,光合作用强度最大,但由于该时期光合作用产生的有机物积累量较少, 不能满足自身最佳生长的需要。在蔗糖浓度为 1%左右时,单株鲜重达到最大,此时有机 物的量能满足自身最佳生长需要。 5.(2013·新课标全国卷Ⅱ,40)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物,甲含有效 成分 A,乙含有效成分 B。某研究小组拟培育同时含有 A 和 B 的新型药用植物。 回答下列问题: (1)为了培育该新型药用植物,可取甲和乙的叶片,先用________酶和________酶去除细 胞壁,获得具有活力的________,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步 培养形成 ________ 组织,然后经过 ________ 形成完整的杂种植株。这种培育技术称为 ________________________________________________________________________。 (2)上述杂种植株属于多倍体,多倍体是指______________________________。假设甲与 乙 有 性杂 交的 后代 是不育 的 ,而 上述 杂种 植株是 可 育的 ,造 成这 种差异 的 原因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3) 这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的 ______________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。 答案 (1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化(分化) 植物体细胞杂交技术 (2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过 程中,前者染色体联会异常,而后者染色体联会正常 (3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

解析 (1)该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。要获得有活力的原生质体 才能进行体细胞杂交, 因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁, 然后用 PEG 化学 诱导剂(物理方法:离心、振动等)诱导二者的原生质体融合。然后采用植物组织培养技术 获得杂种植株,植物组织培养的主要过程是:先脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成植 物体,利用了植物细胞的全能性。(2)如果植物甲、乙是两个物种,二者不能通过有性杂 交产生可育后代, 原因是甲、 乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会 异常,也就是存在着生殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可 育的,因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会,产生正常的配子。由于甲、 乙都是二倍体,因此,植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。(3)人工种子 生产不受气候、季节和地域等因素限制,而且可以避免后代发生性状分离等优点,因此, 植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子, 用到的核心技术是植物组织培养技术。 将

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植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种 子。 6.(2013·海南卷,31)单纯疱疹病毒Ⅰ型(HSV-1)可引起水泡性口唇炎。利用杂交瘤技术制 备出抗 HSV-1 的单克隆抗体可快速检测 HSV-1。 回答下列问题: (1)在制备抗 HSV-1 的单克隆抗体的过程中,先给小鼠注射一种纯化的 HSV-1 蛋白,一 段时间后,若小鼠血清中抗________________的抗体检测呈阳性,说明小鼠体内产生了 ________________反应, 再从小鼠的________________中获取 B 淋巴细胞。 将该 B 淋巴细 胞与小鼠的______________细胞融合, 再经过筛选、 检测, 最终可获得所需的杂交瘤细胞, 该细胞具有的特点是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2) 若 要 大 量 制 备 抗 该 蛋 白 的 单 克 隆 抗 体 , 可 将 该 杂 交 瘤 细 胞 注 射 到 小 鼠 的 ________________中使其增殖,再从________________中提取、纯化获得。 (3)通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种 HSV-1 蛋白, 其原因是该抗体具有 ____________________和________________等特性。 答案 (1)HSV—1 蛋白 体液免疫 脾脏 骨髓瘤 无限增殖且产生专一抗体 腹水 (3)纯度高 特异性强 解析 (1)单克隆抗体制备的第一步是获得免疫动物。 先给小鼠注射一种纯化的 HSV- (2)腹腔

1 蛋白,这就得到了免疫小鼠。一段时间后,若小鼠血清中抗 HSV-1 蛋白的抗体检测呈 阳性,说明小鼠体内产生了体液免疫反应,小鼠体内已经有了该抗体,而抗体的产生就是 通过体液免疫来产生的。第二步制备杂交瘤细胞。从小鼠的淋巴器官中(如脾、骨髓、扁 桃体、胸腺等)获取 B 淋巴细胞,与小鼠的骨髓瘤细胞融合,再经过筛选、检测,最终可 获得所需的杂交瘤细胞(只产生 抗 HSV-1 蛋白抗体的 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞的融合细 胞),杂交瘤细胞具有两个亲本细胞的特性(既能无限增殖,又能产生专一抗体)。(2)要想 获得大量单克隆抗体,通常有两种方法:一是将杂交瘤细胞培养在动物细胞培养液中,然 后从动物细胞培养液中分离出单克隆抗体; 二是将杂交瘤细胞注射到小鼠的腹腔中使其增 殖,然后从小鼠的腹水中提取纯化获得。(3)单克隆抗体具有:特异性强,灵敏度高的特 点(特异性强:因为它只针对一种抗原如 HSV-1 蛋白;灵敏度高:因为抗体的纯度高,浓 度大,能迅速和抗原结合,发生抗原抗体反应)。 7. 我国目前临床使用的乙肝疫苗大多为基因工程疫苗, 其有效成分是一种叫做乙肝表面抗原 的蛋白质(S 蛋白,对应的基因为 S 基因),请回答下列问题。 (1)在这项技术中,S 基因属于______________。 (2)用__________________________处理 S 基因和载体,并用______________使之结合, 这里的 DNA 片段两两结合的产物有________种, 除了 S 基因, 构建好的表达载体还应具有

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______________________________ __等结构。 (3)将表达载体导入哺乳动物细胞, 筛选得到工程细胞。 使用合成培养基培养工程细胞时, 通常需要加入________等天然成分。工程细胞在生长过程中有______________________ __________________现象,需要定期使用________酶处理,以便于分瓶继续培养,在培养 过程中,定期收集培养液,分离纯化即可得到所需产品。 (4)由于哺乳动物细胞娇嫩挑剔,培养较难,成本较高,近些年科学家们又发明了“乳腺 生物发生器”,从饲养的转基因动物分泌的乳汁中提取所需产品。在这种技术中,构建表 达载体时需要将 S 基因与____________________等调控组件重组在一起, 并将表达载体通 过__________的方式,导入哺乳动物的________(填细胞名称)。 (5)人的肠道具有独立的黏膜免疫系统,这使得口服疫苗成为可能,但有效的口服疫苗必 须要在到达肠道的过程中躲避胃酸和蛋白酶的降解, 否则就会失效。 如果要生产口服的乙 肝疫苗,理想的受体是植物细胞,理由是________________________________。可食的转 基因的植物疫苗的优点有(至少答出两点):___________________________________。 答案 (1)目的基因 (2)同种限制酶 DNA 连接酶 3 启动子、终止子、标记基因 (3) 动物血清 贴壁生长和接触抑制 胰蛋白 (4)乳腺蛋白基因的启动子 显微注射 受精 卵 (5)植物细胞有细胞壁,可以使细胞中的疫苗成分避开胃酸和蛋白酶的降解 生产简

单、成本低廉,容易大量生产制造;直接口服、使用简便,便于推广;运输方便,贮存简 单(其他合理答案也可) 解析 (1)S 基因为目的基因。 (2)用同种限制酶切割 S 基因和载体会使它们产生相同的黏 性末端,用 DNA 连接酶连接时会出现目的基因-载体、目的基因-目的基因、载体-载体 3 种两两连接产物;基因表达载体应含有目的基因、标记基因、启动子和终止子等结构。 (3)动物细胞培养液中需加入动物血清,动物细胞培养时,会出现贴壁生长和接触抑制现 象,需要用胰蛋白酶定期处理。(4)为保证目的基因表达,需将目的基因和启动子、终止 子等调控组件重组在一起,常用显微注射法把基因表达载体注射到动物受精卵中。(5)因 植物细胞有细胞壁,可以使疫苗成分避开胃酸和蛋白酶的降解;可食的 转基因植物疫苗 具备可以直接口服、使用简便、便于推广,运输方便、贮存简单等优点。 8. 矮牵牛是观赏花卉,生产上常用组织培养繁殖,下表是在不同条件下矮牵牛不同部位组 织培养的结果。请结合实验结果和有关知识回答下列问题。 外植体 浓度/mg·L 6-BA 2 叶 0.5 0.2 愈伤组织 少量 少量
-1

NAA 0.2

一周后

1 月后 丛芽 大量 不定根 无

40 天后 大量无根 试管苗 少量试管 苗

愈伤组织

17

0 0 茎尖 2

0.2 0 0.2

愈伤组织 愈伤组织 愈伤组织 外植体膨 大

无 无 大量

大量 无 无

大量不定 根 死亡 大量无根 试管苗 大量丛芽

茎段

2

0.2

愈伤组织

(1)培养基接种前需要对外植体进行________处理, 培养基进行________处理, 以防止污 染。 (2) 从表中结果可知,选择 ________ 作外植体, 6 - BA 浓度为 ________ , NAA 浓度为 ________时可以获得大量的无根试管苗。 (3)培养基中, 6-BA 属于____________类生长调节剂, NAA 属于________类生长调节剂。 无根试管苗在移栽前需要诱导生根,诱导生根的培养基中一般不加入________(填“6- BA”或“NAA”),并且需要降低培养基中________浓度,以便提高试管苗的自养能力。 答案 (1)消毒 灭菌 素 6-BA 蔗糖 (2)叶或茎尖 2 mg·L
-1

0.2 mg·L

-1

(3)细胞分裂素

生长

解析 为了防止在培养过程中杂菌的污染,需对外植体进行消毒处理,对培养基进行灭 菌处理。由表中信息知,选择叶或茎尖作外植体,6-BA 浓度为 2 mg·L ,NAA 浓度为 0.2 mg·L 时,可以获得大量无根试管苗,结合植物组织培养技术可知,6-BA 属于细 胞分裂素类生长调节剂,NAA 属于生长素类生长调节剂。诱导生根的培养基中一般不加 入 6-BA,为提高试管苗的自养能力,需降低蔗糖浓度,降低试管苗对蔗糖的依赖性。 9.2007 年诺贝尔生理学或医学奖分别授予美国人马里 奥·卡佩基、奥利弗·史密斯和英国 人马丁·埃文斯。3 位科学家的获奖原因 是其研究为“基因靶向”技术的发展奠定了基 础。 所谓“基因靶向”技术(人们大都称之为基因“敲除”技术)是指利用细胞脱氧核糖核 酸(DNA)可与外源性 DNA 同源序列发生同源重组的性质,定向改造生物某一基因的技术。 借助这一从上世纪 80 年代发展起来的技术,人们得以按照预先设计的方式对生物遗传信 息进行精细改造。 有了“基因靶向”这一高精度瞄准镜, 科学家就可以精确瞄准任何一个 基因,使其失去活性,进而研究该基因的功能。请回答下列问题: (1)“敲除”一种基因需要分两步来完成:第一步是利用化学“剪刀”,例如用某种酶切 除哺乳动物染色体中有某种功能的基因。 第二步是用修改过的基因取代原有基因。 这里的 “某种酶”应该是_____________酶。 用修改过的基因取代原有基因时还需要________酶。 (2)假如要“敲除”小鼠的胰岛素基因,请设计出实验步骤: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
-1 -1

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给出一种检验胰岛素基因是否被“敲除”的方法:____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)利用细胞工程也可获得可供老鼠移植之用的“敲除排斥基因”的老鼠, 其过程大致如 下图所示:

①促进卵细胞融合最常用的试剂是___________________________________________。 ②重组细胞培养成胚胎的过程所用的培养基, 从物理性质上看属于__________________, 培养基中至少要加入水、无机盐、葡萄糖、氨基酸、维生素、促生长因子、微量元素和 ________等物质,同时要创造适宜温度、 pH 和无菌条件,其中需要无菌环境的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)限制性核酸内切 DNA 连接 (2)用限制性核酸内切酶切除小鼠胚胎干细胞中的胰岛素基因, 用修改过的基因取代胰岛 素基因 用胰岛素基因探针检验胰岛素基因是否被“敲除” (3)①灭活的病毒或聚乙二醇 ②液体培养基 动物血清 细菌等微生物生长繁殖快, 消

耗营养物质多,同时产生有害代谢产物,毒害动物细胞 解析 (1)限制性核酸内切酶是基因“剪刀”, DNA 连接酶是基因“针线”。 (2)“敲除” 一种基因需要分两步来完成:第一步是利用限制性核酸内切酶切除哺乳动物染色体中有 某种功能的基因。第二步是用修改过的基因取代原有基因。基因探针可检验目的基因。 (3)灭活的病毒或聚乙二醇是动物细胞融合最常用的试剂。动物细胞培养基的成分有水、 无机盐、葡萄糖、氨基酸、维生素、动物血清等,需在无菌条件下进行。

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