新教材2023年高中生物第2章细胞工程本章整合学案新人教版选择性必修3

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本章整合网络构建·素养展示章末解题·释疑解惑复习与提高⇨P661．(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。2．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，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。3．(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。(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。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)直击高考·真题体验1．(2022·浙江6月，23)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　D　)A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株解析：用自然生长的茎段进行组织培养，可取一茎段在70%乙醇中浸泡10min，再放入5%次氯酸钠溶液中浸泡5min，然后用另一5%次氯酸钠溶液浸泡5min，最后在超净台中用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入但不能阻止瓶内外的气体交换，B错误；蛭石不能为组培苗提供营养物质，C错误；不带叶片的菊花幼茎切段可以脱分化后再分化出根、叶等器官，最终形成完整的菊花植株，为器官发生途径，D正确。2．(2022·山东卷，15)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(　D　)A．双抗可同时与2种抗原结合B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞解析：根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；由于双抗是在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成的，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。3．(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(　C　)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椹胚或囊胚阶段，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。4．(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(　C　)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。5．(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(　ABC　)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。6．(2022·浙江6月，29节选)回答与植物转基因和植物克隆有关的问题：(1)在用农杆菌侵染的方法进行植物转基因操作过程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制__农杆菌__生长，二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度__过低__时，通常会出现较多假阳性植株，因此在转基因前需要对受体进行抗生素的__敏感性__检测。(2)为提高培育转基因植株的成功率，植物转基因受体需具有较强的__再生__能力和遗传稳定性。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞内__细胞核__形态是否改变进行判断，也可通过观察分裂期染色体的__形态特征和数量__，分析染色体组型是否改变进行判断。(3)植物转基因受体全能性表达程度的高低主要与受体的基因型、培养环境、继代次数和__培养时间__长短等有关。同时也与受体的取材有关，其中受体为__受精卵__时全能性表达能力最高。解析：(1)野生的农杆菌没有抗性基因，用于转化植物细胞的农杆菌一般在其T－DNA中插入一种抗生素抗性基因。抗生素的作用是抑制细菌生长，农杆菌属于细菌，在其侵染植物过程中，可以用另一种抗生素抑制农杆菌的生长，从而达到在后续实验中消除转化植物细胞中农杆菌的作用。具有T－DNA中抗性基因的细胞能在含有相应抗生素的培养基上存活。当培养基中抗生素浓度过低时，很多没有抗性的细胞也存活下来，因此出现假阳性，故在转基因前要对受体进行抗生素的敏感性检测。(2)转基因植株要经过植物组织培育，要提高培育转基因植株的成功率，应该选再生能力和遗传稳定性较强的受体，这种受体全能性较高，能保持生物的性状。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞核形态是否改变进行判断，也可以直接在光学显微镜下观察分裂期染色体的形态特征和数量，分析染色体组型是否改变。(3)植物转基因受体全能性表达程度高低除了与受体基因型、培养环境、继代次数有关外，还与培养时间长短和受体的取材有关，受精卵是没分化的细胞，分裂和分化能力都很强，故受体为受精卵时全能性表达能力最高。7．(2022·全国甲卷，38)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是__冷冻保存__。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是__刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精__；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是__肝素或钙离子载体A23187__(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__MⅡ中期__时才具备与精子受精的能力。(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有__维生素、氨基酸、核苷酸__(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是__对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代__。解析：(1)精液可以冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精，故在体外受精前要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法，化学诱导法是将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期(MⅡ中期)才能具备与精子受精的能力。(2)进行早期胚胎培养的培养液中，除了无机盐、激素、血清外，还含有维生素、氨基酸、核苷酸等。(3)要利用保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料，获得具有该公羊优良性状的后代，主要是利用胚胎移植技术，即对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代。8．(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__。(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：__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__。(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__选择培养基__，使用该培养基进行细胞培养的结果是__只有杂交瘤细胞能够生存__。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是__抗原与抗体的反应具有特异性__。(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__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__(答出2点即可)。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单细胞悬液。(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。9．(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。回答下列问题：(1)步骤①中需要使用的工具酶有__限制性内切核酸酶、DNA连接酶__。步骤②和③所代表的操作分别是__显微注射__和__体外培养__。步骤④称为__胚胎移植__。(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__性别、年龄__ (答出2点即可)的限制。(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__相同__(填“相同”或“不同”)，原因是__两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵__。(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__体外受精、胚胎移植__ (答出2点即可)。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表示基因表达载体的构建，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。10．(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：(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__限制性内切核酸酶(限制酶)__，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的__磷酸二酯键__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__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__。(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__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__。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为__细胞体积小，细胞核大，核仁明显(任选两点作答)__(答出两点即可)，功能上具有__发育的全能性__。(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的__B__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__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__。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。(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；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。11．(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。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__细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织__。(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是__Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ__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>2.0μmol/L)，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__m1＋1.0__μmol/L。(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__浸泡法(长时间处理)__，选用高浓度生长素时的处理方法为__沾蘸法(短时间处理)__。(5)在__Ⅰ__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。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。(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。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