2022届高考生物（人教版）一轮总复习练习：选修3 第2讲 细胞工程 Word版含答案

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第2讲 细胞工程
1．(2021·湖北高考模拟)下图是利用现代生物技术改良草莓品系的过程，请回答下列有关问题：
(1)图中涉及的现代生物技术有转基因技术、植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术。
(2)请简述I过程的基本方法：先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；然后借助一定的技术手段(物理或化学方法)诱导原生质体融合。A培育至具有凤梨风味的绿草莓幼苗的过程，能(填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性。
(3)研究人员根据已知的胰岛素基因序列，可采用化学合成方法获得胰岛素基因。
(4)转基因技术和细胞工程在改良动植物类型过程中都有广泛应用，但是，胚胎工程只是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术。
[解析] (1)图中涉及的现代生物技术有转基因技术、植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术。(2)图中I过程的基本方法是先用酶解法去除获得具有活力的原生质体、然后诱导原生质体融合。图中A培育至具有凤梨风味的绿草莓幼苗的过程，采用了植物组织培养技术，体现了植物细胞的全能性。(3)由于已知胰岛素基因序列，所以研究人员可根据已知的胰岛素基因序列，采用化学合成的方法获得胰岛素基因。(4)胚胎工程只是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术，有胚胎移植和胚胎分割移植等。
2．(2020·陕西高考模拟)类风湿性关节炎(RA)是一种自身免疫病，致残性强。研究表明，该病的病理改变与肿瘤坏死因子－a(TNF－a)密切相关，而一种人鼠嵌合的抗TNF－a单克隆抗体能有效治疗RA。下图为该单克隆抗体制备过程示意图。
(1)动物细胞培养技术是单克隆抗体技术的基础，该过程中需要的气体条件是95%空气和5%CO2。
(2)图中的抗原A是肿瘤坏死因子－a(TNF－a)，常用的促融剂是聚乙二醇(PEG)。图中“( )和抗体检测”，括号内应填克隆化培养。
(3)细胞融合完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞。体系中出现多种类型细胞的原因是细胞融合是随机的，且融合率达不到100%。
(4)单克隆抗体主要的用途有：作为诊断试剂、用于治疗疾病、用于运载药物(至少答出两点)。
[解析] (1) 动物细胞培养技术是动物细胞工程的基础，是单克隆抗体技术的基础。该过程中需要的气体条件是95%空气和5%CO2，以保证细胞代谢所必需的氧气和培养液的pH。(2) 要制备抗TNF－a单克隆抗体需要给小鼠注射肿瘤坏死因子－a(TNF－a)。常用物理或化学方法促融，最常用的化学促融剂是聚乙二醇(PEG)。在抗体检测之前需要进行克隆化培养，以增加杂交瘤细胞数量。(3) 细胞融合是随机的，且融合率达不到100%，所以细胞融合完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞。(4)单克隆抗体最广泛的用途是作为诊断试剂；也可用于治疗疾病、用于运载药物，主要是用于癌症治疗，也有少量是用于其他治疗的。
3．(2020·山东省泰安市生物模拟)埃博拉病毒(EBO)呈纤维状，EBO衣壳外有包膜，包膜上有5种蛋白棘突(VP系列蛋白和GP蛋白)，其中GP蛋白最为关键，能被宿主细胞强烈识别。请回答下列问题：
(1)要获得编码GP蛋白抗原的基因疫苗，首先要提取出病原体的RNA，并利用RNA经逆转录合成DNA，构建cDNA文库。cDNA文库中的基因可以_(选填“可以”“不可以”“部分”)进行物种间的基因交流。
(2)为了从牛分泌的乳汁中提取GP蛋白，需将GP蛋白基因通过显微注射法(方法)导入牛受精卵中。在基因导入牛受体细胞前，基因的首段必须含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的(乳腺蛋白基因的)启动子，驱动转录过程。转基因牛是否培育成功，可以通过抗原－抗体杂交_技术从分子水平上进行检测。
(3)以GP蛋白作为疫苗比利用毒性减弱的埃博拉病毒作疫苗更安全，其原因是GP蛋白自身没有感染能力，但保留了抗原特性_。
(4)科研人员利用经EBO免疫后小鼠的B淋巴细胞与小鼠的骨髓瘤细胞进行融合以形成杂交瘤细胞，培养后可以获得纯净的单一品种抗体，其特点是特异性强、灵敏度高、并可能大量制备，可以用此抗体与药物制成“生物导弹”抗击EBO。
[解析] 以RNA为模板合成DNA的过程为逆转录过程，该过程需要逆转录酶的催化；cDNA文件中的基因可以进行物种间的基因交流。 (2)将目的基因导入动物受体细胞一般采用显微注射法。为了从牛分泌的乳汁中生产GP蛋白，在基因导入牛受体细胞前，基因的首段必须含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的(乳腺蛋白基因的)启动子，才能驱动转录过程。 (3)以GP蛋白作为疫苗比基因疫苗更安全，其原因是GP蛋白自身没有感染能力，但保留有抗原性。 (4)科研人员利用经EBO免疫后小鼠的B淋巴(效应B或浆)细胞与鼠的骨髓瘤细胞进行杂交，筛选后进一步培养的是杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既能产生单一抗体，又能在体外快速增殖。可以用杂交瘤细胞产生的抗体与药物制成“生物导弹”，抗击埃博拉病毒。
4．(2021·河北省衡水市高三大联考)单倍体细胞中含有本物种配子染色体数的个体，培育单倍体植株利用了植物组织培养技术，我国在水稻等作物的单位体育种方面处于领先地位。回答下列与水稻单倍体育种相关的问题：
(1)单倍体育种过程中要进行植物组织培养，该过程利用的外植体一般为花药。接种前，要对外植体进行消毒处理。处理时，既要使所用药剂的浓度和处理时间能达到预期效果，还必须考虑到对外植体(材料)生活力的影响。
(2)脱分化阶段和再分化阶段使用的培养基在激素的种类和配比等方面会存在差异。培养过程中，如有二倍体小幼苗出现，猜测可能是花药壁细胞长成的。
(3)单倍体植株的培育过程能(填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性，将单倍体幼苗移栽至大田后并未得到稳定遗传的农作物优良品种，原因是单倍体水稻植株中只含有一个染色体组，高度不育。
(4)单倍体细胞中的DNA也可以参与基因库的构建，参与构建的基因文库属于基因组文库。
[解析] (1)单倍体育种采用的方法为花药离体培养，组织培养过程需要在严格无菌条件下进行，外植体也要进行消毒，在消毒时，不仅要考虑消毒效果，还要考虑到外植体的耐受能力。(2)脱分化培养基和分化培养基的激素种类及配比有所区别，因此组织培养到一定阶段要更换培养基。花粉粒而长成的水稻植株含有一个染色体组，但花药壁细胞含有两个染色体组，因此，如有二倍体小幼苗长出，最可能是花药壁细胞长成的。(3)花粉粒发育成了单倍体植株，因此体现了植物细胞的全能性。水稻的单倍体中只含有一个染色体组，高度不育，不能正常结实，因此得不到稳定遗传的水稻优良品种，需要用秋水仙素处理单倍体幼苗，获得纯合的可育的二倍体。(4)单倍体细胞中的DNA用限制酶切割后，导入受体菌的群体中储存，可以参与基因组文库的构建。
5．(2021·山东章丘四中高三)下图是制备抗埃博拉病毒VP40蛋白的单克隆抗体的过程
(1)过程①中选用EcRⅠ和XhⅠ两种限制酶切割的优点是防止自身环化，此外还要用到DNA连接酶。
(2)过程②中首先需要用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于感受态，VP40基因进入大肠杆菌后维持稳定并表达的过程称为转化。
(3)与植物原生质体融合相比，过程④特有的方法是用灭活的病毒处理。通常在选择培养基中需加入抗生素，目的是防止培养过程中的污染。选择培养基上存活的杂交瘤细胞产生的抗体不是(填“是”或“不是”)单克隆抗体。
(4)图示过程应用的生物技术有基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合。
[解析] (1)过程①中选用EcRⅠ和XhⅠ两种限制酶切割可以使目的基因的两端获得不同的黏性末端，所以这样处理的优点是防止目的基因自身环化，此外目的基因与运载体结合还需DNA连接酶。(2)过程②是将目的基因导入受体细胞，此过程首先需要用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于感受态，VP40基因进入大肠杆菌后维持稳定并表达的过程称为转化。(3)植物原生质体融合常用物理方法和化学方法，动物细胞融合特有的方法是用灭活的病毒处理，通常在选择培养基中需加入抗生素，目的是防止培养过程中的污染。选择培养基上存活的杂交瘤细胞，还需要进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选才可以获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，所以选择培养基上存活的杂交瘤细胞产生的抗体不是单克隆抗体。(4)图示过程应用的生物技术有：基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合。
6．(2020·江苏省南京师范大学附属中学模拟)白细胞介素4(IL－4)是具有多种免疫学调节功能的细胞因子，临床及研究中需要大量高纯度的IL－4，以及其高效检测试剂。下图是利用单克隆抗体技术制备抗IL－4特异性抗体的过程。回答相关问题。
(1)在免疫系统组成中，IL－4属于免疫活性物质。研究人员从外周血中提取到IL－4蛋白分子的mRNA。将其反转录成cDNA，其中无(填“有”或“无”)启动子和终止子，并构建特定表达载体，利用工程菌获得用于临床及研究需要的高纯度的IL－4蛋白。
(2)图中所示的a培养瓶中培养的是骨髓瘤细胞，其与M细胞融合产生双核或多核细胞。再经有丝分裂才能形成两个新的单核杂交细胞。
(3)b培养瓶所示过程中，常用灭活的病毒诱导细胞融合，再用特定的方法对其中细胞进行筛选。c中培养的细胞应具有既能无限增殖，又能产生特定的抗体特点。经d培养的细胞，其培养液中除了加基本的营养物以外，还需要加抗生素、动物血清等，其中加动物血清的目的是补充配制的培养基中缺乏的营养成分及一些激素。
(4)从d或小鼠体内抽取的抗IL－4抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可以大量制备。
[解析] (1)对于真核基因而言，转录形成mRNA中遗传信息来自于基因中的外显子中的遗传信息，所以将mRNA反转录形成的是 cDNA，不含启动子和终止子。(2)图中a瓶中是骨髓瘤细胞，M是免疫过的B淋巴细胞，两者融合产生双核或多核细胞，再经有丝分裂，进一步形成两个新的单核杂交细胞。(3)b培养瓶中诱导细胞融合常用灭活的病毒；c过程为对杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测，得到的杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特定的抗体。体外培养杂交瘤细胞时，培养液中需要加入动物血清，以补充配制的培养基中缺乏的营养成分及一些激素。(4)从d或小鼠体内抽取的抗IL－4抗体为单克隆抗体，具有特异性强、灵敏度高、可以大量制备的特点。
7．(2021·福建三明一中第一次月考)三七富含三七皂苷、三七多糖、三七素、黄酮等有效成分，具有止血、活血化瘀、消肿定痛、滋补强壮、抗疲劳、耐缺氧、抗衰老、降血脂、降血糖、提高机体免疫功能等众多作用。为了获取上述有效成分，某制药公司利用植物组织培养技术，从培养的愈伤组织中提取这些有效成分。请回答下列问题：
(1)培养时，通常选择新生营养芽作为外植体，这是因为细胞分化程度低，容易诱导形成愈伤组织。外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为脱分化，此过程需要使用的生长调节剂是2，4－D(填“脱落酸”或“2，4－D”)。
(2)多倍体的愈伤组织细胞产生的有效成分量常高于二倍体。为了获得更多的有效成分，科研人员利用秋水仙素或低温处理二倍体愈伤组织细胞，使其细胞中的染色体数目加倍。欲确定愈伤组织细胞中的染色体数目，通常需制成装片，进行显微镜观察，此过程中需要对染色体染色，常用的染色剂是醋酸洋红液(或龙胆紫溶液)。
(3)为获得多倍体的愈伤组织细胞，也可以先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。再用化学诱导剂诱导细胞两两融合，形成的融合细胞进一步培养形成愈伤组织。若要得到多倍体植株，可在上述的基础上，再经再分化形成。
[解析] (1)新生营养芽细胞的分化程度低，容易诱导形成愈伤组织，进行植物组织培养时，选择新生营养芽作为外植体容易获得成功。外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为脱分化。2，4－D为生长素类似物，而生长素能够促进细胞伸长生长，脱落酸的主要作用之一是抑制细胞分裂，所以脱分化过程需要使用的生长调节剂是2，4－D。(2)秋水仙素或低温可抑制纺锤体的形成，进而使其细胞中的染色体数目加倍。染色体可被醋酸洋红液或龙胆紫溶液等碱性染料染成深色，因此欲用显微镜观察确定愈伤组织细胞中的染色体数目，常用醋酸洋红液或龙胆紫溶液对染色体染色。(3)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。愈伤组织细胞经过再分化可发育成植物体。
8．(2021·山西省太原市山西大学附属中学高三)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。人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖。将这两种细胞在培养皿中混合，加促融剂促进细胞融合，获得杂种细胞，并生产单克隆抗体。请回答下列有关问题：
(1)生产单克隆抗体时，一般不直接利用B淋巴细胞，主要原因是B淋巴细胞不能无限增殖。
(2)①过程中，常用的与植物细胞融合相同的诱导剂是聚乙二醇。
(3)②过程为细胞培养，培养液中还需通入气体物质，其中通入CO2的目的是维持培养液的pH。
(4)④表示杂交瘤细胞的扩大培养，其既可在体外培养，也可注射到小鼠内培养，体内培养与体外培养相比，其优点是腹腔无需再提供营养物质以及无菌环境，操作简便。
(5)为了从培养液中分离出杂交瘤细胞，需要③过程向培养液中加入氨基嘌呤，理由是杂交瘤细胞可利用淋巴细胞中的S途径合成DNA，从而才能在该培养液中增殖。
[解析] (1)生产单克隆抗体时，一般不直接利用B淋巴细胞，主要原因是B淋巴细胞属于高度分化的细胞，不能无限增殖。(2)植物细胞常采用电刺激、聚乙二醇等手段进行融合，而动物细胞采用电刺激、聚乙二醇、仙台病毒等手段进行融合。因此，①过程中常用的与植物细胞融合相同的诱导剂是聚乙二醇。(3)②过程为细胞培养，培养液中还需通入气体物质，其中通入氧气维持细胞呼吸，通入CO2维持培养液的pH。(4)杂交瘤细胞既可在体外培养，也可注射到小鼠腹腔内培养。体内培养与体外培养相比，其优点是无需再提供营养物质以及无菌环境，操作简便。(5)人淋巴细胞、鼠骨髓瘤细胞在培养皿中混合，加聚乙二醇促进细胞融合，培养液中的细胞有以下5种：人淋巴细胞、鼠骨髓瘤细胞、人淋巴细胞与人淋巴细胞融合细胞、鼠骨髓瘤细胞与鼠骨髓瘤细胞融合细胞以及杂交瘤细胞。其中，人淋巴细胞、人淋巴细胞与人淋巴细胞融合细胞不能无限繁殖，不久会衰老、死亡。向培养液中加入氨基嘌呤，氨基嘌呤可阻断D途径，只有D途径的鼠骨髓瘤细胞、鼠骨髓瘤细胞与鼠骨髓瘤细胞融合细胞无法增殖，而杂交瘤细胞可利用S途径合成DNA，继续繁殖，从而分离出杂交瘤细胞。