第2章　细胞工程\n本章整合\n章末解题•释疑解惑直击高考•真题体验网络构建•素养展示\n网络构建•素养展示\n\n\n\n章末解题•释疑解惑\n1．(1)提示：植物组织培养技术。“白菜—甘蓝”子代可育，但白菜和甘蓝杂交子代不可育。因为白菜和甘蓝都是二倍体，二者的杂交子代是异源二倍体，细胞中无同源染色体，减数分裂时无法联会，无法产生正常配子，所以不可育。(2)提示：B细胞代表能产生特定抗体的B淋巴细胞。C细胞既能无限增殖，又能产生抗丙肝病毒的专一抗体。(3)提示：A细胞要培养到减数第二次分裂中期，B细胞要获能。\n2．提示：用基因工程技术，将青蒿素基因或双氢青蒿素基因导入微生物，利用微生物合成青蒿素。用植物组织培养技术，外植体脱分化形成愈伤组织，再诱导愈伤组织再分化成胚状体，获取青蒿素。将FPS酶基因作为目的基因插入农杆菌T－DNA中，用农杆菌转化法导入青蒿素细胞，整合到青蒿素染色体DNA上，再利用植物组织培养获得FPS酶基因表达能力强、青蒿素产量高的品种。用秋水仙素处理黄花蒿种子或幼苗使之成为四倍体，获取青蒿素。或采用其他合理方法。\n3．(1)提示：诱导胎猴体细胞和去核的卵母细胞融合。(2)提示：这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平；组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。(3)提示：“聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了TSA以及将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。“操作技巧”是指科学家经过大量的训练，能在10s内完成对卵母细胞的去核操作，能在15s内将体细胞注入去核的卵母细胞，这样迅速的操作大大减少了对卵母细胞的损伤。\n(4)提示：在医学研究中通常需要用到遗传背景相似或相同的实验动物，这样实验组和对照组的比较才更具有说服力。小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大量遗传背景相似的后代，而被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲缘关系太远，很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。由于猴与人的亲缘关系极近，培育大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致病机制的研究和新药的研发等具有重要意义。特别是在脑研究方面，克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。\n例如，我们可以培育一批“模型猴”，标记它们的某一类神经元，追踪其神经连接，由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培育标志着我国在非人灵长类疾病动物模型研究方面处于国际领先水平。(其他合理答案均可)\n直击高考•真题体验\n1．(2020·山东卷，14题)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是()A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得C\n解析：促性腺激素可以使雌鼠超数排卵，获得更多的卵子，A正确；精子只有获能后才能完成受精，故体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理，B正确；胚胎移植通常选择桑葚胚或囊胚阶段，C错误；转基因技术可以定向改造小鼠的基因，所以遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得，D正确。故选C。\n2．(2021·浙江1月卷)下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是()A．步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B．步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D．步骤④培养过程中不会发生细胞转化C\n解析：动物细胞培养过程需要无菌操作，故步骤①的操作需要在无菌环境中进行，A错误；动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织，分散成单个细胞，制成细胞悬液，B错误；传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，使之分散成单个细胞，再分瓶培养，C正确；步骤④为传代培养过程，该过程中部分细胞可能发生细胞转化，核型改变，D错误。\n3．(不定项)(2020·江苏卷)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞、制备流程如图所示。下列叙述错误的是()A．为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养ABC\n解析：为了获得更多的囊胚，可以采用激素促进成熟雌性个体超数排卵，然后将卵细胞从母体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，A错误；细胞a和细胞b是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的，故核基因相同，B错误；运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞，首先必须用胰蛋白酶处理内细胞团，分解细胞间的胶原蛋白等，使之分散成单个细胞，C错误；动物细胞培养时需要在5%CO2的培养箱中进行培养，以维持培养液的pH，D正确。故选ABC。\n4．(2020·全国Ⅰ卷，38题)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________________________________________________。诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞\n(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：________________________________________________________________________________。(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于___________，使用该培养基进行细胞培养的结果是_______________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是____________________________。(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有___________________________________________________________(答出2点即可)。取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液选择培养基只有杂交瘤细胞能够生存抗原与抗体的反应具有特异性将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养\n解析：本题考查动物细胞培养及单克隆抗体制备的知识。(1)给小鼠甲注射病毒A，小鼠体内发生特异性免疫，产生能分泌特异性抗体(抗病毒A抗体)的B淋巴细胞。(2)制备单细胞悬液的过程：取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理，将脾脏组织分散成单个细胞，再用培养液稀释制成细胞悬液。(3)单克隆抗体制备过程中有两次筛选，第一次是用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，第二次是用多孔培养皿培养，并进行抗体检测，原理是抗原与抗体的反应具有特异性。(4)经过第二次筛选得到的杂交瘤细胞，可以在体外条件下大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖，最后从细胞培养液或小鼠腹水中提取出大量所需的单克隆抗体。\n5．(2020·课标Ⅲ卷，38题)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。\n回答下列问题：(1)步骤①中需要使用的工具酶有_____________________________。步骤②和③所代表的操作分别是________和________。步骤④称为_________。(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的____________(答出2点即可)的限制。限制性内切核酸酶、DNA连接酶显微注射体外培养胚胎移植性别、年龄\n(3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息______(填“相同”或“不同”)，原因是______________________________________________。(4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有____________________(答出2点即可)。相同两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵体外受精、胚胎移植\n解析：本题考查基因工程及胚胎工程的相关内容。(1)题图中步骤①表示构建重组表达载体，所用工具酶为限制性内切核酸酶和DNA连接酶。步骤②中将重组表达载体导入动物细胞的操作方法是显微注射，步骤③为受精卵经体外培养发育成早期胚胎，步骤④为胚胎移植。(2)乳腺生物反应器生产的蛋白质在乳汁中，只有育龄期的雌性动物能分泌乳汁，而膀胱生物反应器生产的蛋白质在尿液中，只要动物排尿即可，故无性别、年龄限制。(3)同一动物个体的两种上皮细胞都是由受精卵分裂、分化而来的体细胞，遗传物质相同。(4)胚胎工程的主要技术包括体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。\n6．(2019·课标Ⅲ卷，38题)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有____________________________________________。全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因)\n(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是____________________________。(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是_____________________________________________________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的_____________________过程，最终可形成试管苗。(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是____________________________________________。(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于______繁殖。形成层容易诱导形成愈伤组织诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或答：再分诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用遗传特性无性化)\n解析：(1)植物细胞具有全能性，故用分化的植物细胞可以培养成完整的植株。(2)形成层细胞分化程度低、全能性高，易培养成功，所以要选取含有形成层的组织进行组织培养。(3)培养愈伤组织过程中，需要一定的营养和激素诱导等条件，步骤⑤和步骤⑥在培养过程中需要的生长素和细胞分裂素的比例不同，所以，从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基。在培养基上愈伤组织通过细胞的分化(再分化)过程，最终可形成试管苗。(4)试管苗需要照光培养，以便诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用，培养成正常的植株。(5)组培植株是在离体植物器官、组织、细胞等的基础上获得的，其理论基础是植物细胞具有全能性，一般可以保持优良品种的遗传特性。植物组织培养技术没有经过两性生殖细胞的融合，属于无性繁殖。\n7．(2021·湖南卷)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：\n(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是____________________________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的____________断开。(2)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__________________________________________________________________________________。限制性内切核酸酶(限制酶)磷酸二酯键清除代谢产物，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\n(3)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__________________________________________________________________________________________。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为________________________________________________(答出两点即可)，功能上具有______________。动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难细胞体积小，细胞核大，核仁明显(任选两点作答)发育的全能性\n(4)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)基因工程中切割DNA的工具酶是限制性内切核酸酶(限制酶)，故在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是限制性内切核酸酶(限制酶)。限制性内切核酸酶是作用于其所识别序列中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。不同的限制酶可以获得不同的末端，主要分为黏性末端和平末端。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B\n(2)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，同时为细胞提供足够的营养。(3)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，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。胚胎干细胞在形态上表现为细胞体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。(4)先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；\n诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，制备M蛋白的单克隆抗体；若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活，如果M基因已经失活，则克隆动物A中无法产生M蛋白的单克隆抗体，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。故实验思路为：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。\n8．(2020·天津卷)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见下表)进行预实验。品种B组织培养阶段细胞分裂素浓度(μmol/L)生长素浓度(μmol/L)Ⅰ诱导形成愈伤组织m1n1Ⅱ诱导形成幼芽m2n2Ⅲ诱导生根m3n3\n据表回答：(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是________________________________________。(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是____________阶段。(3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，细胞分裂素最高浓度应设为_____________μmol/L。细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织Ⅰ、Ⅱ、Ⅲm1＋1.0\n(4)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3μmol/L的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果，原因是处理幼芽时，选用低浓度生长素时的处理方法为________________________，选用高浓度生长素时的处理方法为________________________。(5)在____阶段用秋水仙素对材料进行处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。浸泡法(长时间处理)沾蘸法(短时间处理)Ⅰ\n解析：(1)在诱导愈伤组织形成时，通常采用茎尖、幼叶做外植体，因为这些部位的细胞分裂能力强、分化程度低，全能性容易表达，容易诱导产生愈伤组织。(2)Ⅰ过程愈伤组织形成是离体的植物细胞脱分化的结果，脱分化过程中细胞的结构和功能发生了明显改变，成为未分化状态；Ⅱ、Ⅲ过程形成幼芽、根的过程存在细胞的分化，分化和脱分化都存在基因的选择性表达，故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段都存在基因的选择性表达。(3)根据题意，表中数据为品种B的最佳激素配比，若要确定品种A的Ⅰ阶段最佳细胞分裂素浓度，以0.5μmol/L为梯度，可参考m1为中间值，故实验中细胞分裂素最高浓度可设为m1＋1.0μmol/L。\n(4)实验中用生长素处理插条的方法可选用浸泡法或沾蘸法，浸泡法时间长、所需浓度低，而沾蘸法处理时间短、所需浓度高；因此Ⅲ过程中分别选用浓度低于或高于n3μmol/L的生长素处理品种A的幼苗芽，选用低浓度生长素时的处理方法为浸泡法，时间长，而选用高浓度生长素时处理方法为沾蘸法，时间短，都能达到比较适宜的浓度，达到最佳生根效果。(5)秋水仙素可抑制纺锤体形成，导致染色体加倍形成多倍体，愈伤组织分裂旺盛，故在Ⅰ阶段用秋水仙素处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。