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高频考点12 细胞工程（4大考向+3大题型）-【考点解密】最新高考生物二轮复习考点解密与预测（浙江专用）
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这是一份高频考点12 细胞工程（4大考向+3大题型）-【考点解密】最新高考生物二轮复习考点解密与预测（浙江专用），文件包含高频考点解密12细胞工程原卷版docx、高频考点解密12细胞工程解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共37页， 欢迎下载使用。
一、对知识进行层级化的框架梳理：生物知识点比较多，我们可以引导学生以逻辑关系对知识进行层级化的“知识框架”梳理，以便让学生更牢固地掌握基础知识， 从而能够更好地把知识融会贯通。
二、回归教材，注重教材细节：新课标I卷的题“不偏”“不怪”“不坑”，不会在题目中设“语言陷阱”，大多数题考查的内容直接或改编至教材。
三、帮助学生进行“方法类知识”的梳理，深入理解生物学研究方法
四、掌握生物学实验的两大要素：自变量和对照。自变量保证了实验设计的逻辑正确，对照保证实验在特定条件下进行。
五、帮助学生总结一些答题技巧。做好以上几点，相信二轮复习后学生会有一个很大的提升。
高频考点12 细胞工程和胚胎工程
该考点知识与现实生活息息相关。高考对该考点的考查，常以生活实际、现实热点为切入点，考查考生学以致用、迁移应用的能力。设问的难度设置可分为两个层级，一是基础类设问，属于送分题目，基本上依据教材所学即可答出；二是理解类设问，这类问题难度中等偏上，需要迁移教材知识，分析试题情景，将所学与所考有效“搭桥”才能解答。建议在复习，在抓好教材基础的同时，将重点放在对理解类问题的强化上。
植物组织培养
培养基的组成：大量元素、微量元素、有机物、蔗糖及植物激素、琼脂等。添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。若生产人工种子，则培养到胚状体阶段；若提取细胞产物，则一般培养到愈伤组织阶段；若培育新个体，则应培养到试管苗阶段。
2.植物体细胞杂交的关键
原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。
优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。
①酶解法——用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
②促融剂——常用聚乙二醇。
③杂种细胞的形成标志——新细胞壁的形成。
④培养杂种植株的技术——植物组织培养。
⑤杂种植株培育成功的原理——离体的植物细胞具有全能性。
3.核移植技术（克隆动物）
动物细胞核移植技术是指将动物细胞的细胞核经移植到去核的卵母细胞中，使其重组并发育成新的胚胎，新胚胎最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物为克隆动物。
（1） 理论意义：证明①动物高度分化的细胞可恢复到类似受精卵的功能（细胞核具有全能性）；②细胞质具有调控细胞核基因表达的作用
（2） 应用价值：促进优良种畜繁育；保护繁育濒危动物；核移植胚胎干细胞用于诱导形成器官；转基因动物克隆。
（3） 存在问题：①成功率低；②大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传、生理缺陷。
4.单克隆抗体的制备
单个B淋巴细胞进行增殖获得的细胞群，产生化学性质单一，物质特异性强的抗体，制备原理：
= 1 \* GB3 ①免疫原理：一种效应B细胞只产生一种特异性抗体，但不能无限增殖。
= 2 \* GB3 ②骨髓瘤细胞可以无限增殖
= 3 \* GB3 ③细胞融合原理：膜的流动性使细胞可相互融合，效应B细胞与骨髓瘤细胞融合产生的杂交瘤细胞保持了亲代双方的特性，既能产生特异性抗体，又可无限增殖。
制备单克隆抗体的过程
单克隆抗体制备过程需经过两次筛选：
第一次筛选——筛选杂交细胞：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞混合之后有三种情况，B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。
第二次筛选——筛选能产生抗体的杂交瘤细胞
提取单克隆抗体的场所：若在体内培养杂交瘤细胞，即在小鼠或其他动物的腹腔中培养，则从腹水中提取。若在体外培养杂交瘤细胞，即在培养基中培养，则从培养液中提取。
单克隆抗体的应用：
= 1 \* GB3 ①作为诊断试剂：准确识别抗原（准确、高效、简易、快速）；
= 2 \* GB3 ②用于疾病治疗和运载药物（如治疗癌症的药物“生物导弹”）
题型01 植物细胞工程
1.利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是
( )
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
答案 A 某些次生代谢物合成过程很复杂,难以通过化学合成途径得到,而利用植物细胞培养技术可获得,A正确;可以利用植物细胞培养技术大规模培养植物细胞,来大量获取次生代谢物,B错误;次生代谢物不是植物生长所必需的,含量很低,C错误;该技术主要利用促进细胞增殖增加细胞数量,来提高次生代谢物的产量,D错误。
2.人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是( )
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
答案 C 植物细胞的细胞壁会阻碍细胞的融合,故植物细胞融合前应去除细胞壁,A正确;诱导植物细胞原生质体融合的方法有物理法、化学法,化学法包括PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等,B正确;细胞融合时既有同种细胞的融合,也有不同种细胞的融合,后者才是所需要的杂交细胞,C错误;杂交细胞具有双方的遗传物质,可能具有胡萝卜细胞生长快速的优势,D正确。
3.蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中,外植体切口处细胞被破坏,多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡,导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是( )
A.花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中
B.适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变
C.在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变
D.宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体
答案 D 花青素等多酚类化合物通常存在于植物细胞的液泡中,在不同pH条件下使花和果实呈现不同的颜色,A正确;在组织培养过程中,适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率,可以剔除易褐变的细胞,减轻多酚类物质对培养物的毒害作用,B正确;培养基中添加合适的抗氧化剂可以抑制多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,从而减少褐变,C正确;蓝莓成熟叶片中央液泡中富含多酚类化合物,易发生褐变,D错误。
4.研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n=14)的优良性状导入普通小麦(2n=42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉,10天后只发现两个杂种幼胚,将其离体培养,产生愈伤组织,进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是( )
A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离
B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化
C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会
D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株
答案 C 簇毛麦与普通小麦是两个物种,存在生殖隔离,A正确;在将杂种幼胚离体培养时,幼胚先脱分化形成愈伤组织,继而再分化出根、茎和叶,长成新植株,B正确;形成的新植株含28条染色体,其中有7条染色体来自簇毛麦,有21条染色体来自普通小麦,在减数分裂过程中,染色体不能正常联会,C错误;杂种植株的染色体加倍后,每一条染色体都有与其相同的染色体,在减数分裂过程中,染色体可以正常联会,进而产生可育后代,D正确。
5.两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
答案 C 分析题图可知,①过程是去除植物细胞的细胞壁,该过程需要使用纤维素酶和果胶酶处理细胞,A正确;结合题干信息分析,过程②的目的是使中间偃麦草原生质体中的染色体发生断裂,断裂后的染色体片段可能能保留在杂种植株中,从而可能培养出耐盐小麦,B正确;过程③是原生质体融合的过程,该过程必须借助一定的技术手段进行人工诱导,而人工诱导的方法有物理法和化学法,灭活的病毒用于动物细胞融合,C错误;结合题干信息和题图中②的处理,可推断耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段,D正确。
14.(2023新课标,35,12分)根瘤菌与豆科植物之间是互利共生关系,根瘤菌侵入豆科植物根内可引起根瘤的形成,根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。为了寻找抗逆性强的根瘤菌,某研究小组做了如下实验:从盐碱地生长的野生草本豆科植物中分离根瘤菌;选取该植物的茎尖为材料,通过组织培养获得试管苗(生根试管苗);在实验室中探究试管苗根瘤中所含根瘤菌的固氮能力。回答下列问题。
(1)从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行培养,可以获得纯培养物,此实验中的纯培养物是 。
(2)取豆科植物的茎尖作为外植体,通过植物组织培养可以获得豆科植物的试管苗。外植体经诱导形成试管苗的流程是:外植体愈伤组织试管苗。其中①表示的过程是 ,②表示的过程是 。由外植体最终获得完整的植株,这一过程说明植物细胞具有全能性。细胞的全能性是指 。
(3)研究小组用上述获得的纯培养物和试管苗为材料,研究接种到试管苗上的根瘤菌是否具有固氮能力,其做法是将生长在培养液中的试管苗分成甲、乙两组,甲组中滴加根瘤菌菌液,让试管苗长出根瘤。然后将甲、乙两组的试管苗分别转入 的培养液中培养,观察两组试管苗的生长状况,若甲组的生长状况好于乙组,则说明 。
(4)若实验获得一种具有良好固氮能力的根瘤菌,可通过发酵工程获得大量根瘤菌,用于生产根瘤菌肥。根瘤菌肥是一种微生物肥料,在农业生产中使用微生物肥料的作用是 (答出2点即可)。
答案 (1)根瘤菌 (2)脱分化 再分化 细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能 (3)不含氮 根瘤菌具有固氮能力 (4)增进土壤肥力,改良土壤结构,促进植物生长
解析 (1)根据题干信息“分离根瘤菌进行培养,可以获得纯培养物”可知,纯培养物是根瘤菌。(2)已经分化的细胞可以经过脱分化,即失去其特有的结构和功能,转变成未分化的细胞,进而形成不定形的薄壁组织团块,即愈伤组织。愈伤组织经再分化形成芽、根等器官,发育成试管苗。细胞全能性的概念见答案。(3)具有固氮能力的固氮菌可以固定空气中的氮气,为植物的生长提供氮元素,故应将甲、乙两组的试管苗分别转入不含氮的培养液中培养,若甲组生长状况更好,则说明甲组中滴加的根瘤菌具有固氮能力。(4)见答案。
题型02 动物细胞工程
1.某团队通过多代细胞培养,将小鼠胚胎干细胞的Y染色体去除,获得XO胚胎干细胞,再经过一系列处理,使之转变为有功能的卵母细胞。下列有关叙述错误的是( )
A.营养供应充足时,传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制
B.获得XO胚胎干细胞的过程发生了染色体数目变异
C.XO胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞的过程发生了细胞分化
D.若某濒危哺乳动物仅存雄性个体,可用该法获得有功能的卵母细胞用于繁育
答案 A 传代培养的胚胎干细胞增殖到贴满瓶壁时会发生接触抑制,A错误;据题干“将小鼠胚胎干细胞的Y染色体去除,获得XO胚胎干细胞”可知,该过程中发生了染色体数目变异,B正确;XO胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞过程中,细胞的形态、结构和生理功能发生了变化,即发生了细胞分化,C正确;若某濒危哺乳动物仅存雄性个体,可以通过去除胚胎干细胞的Y染色体等一系列处理获得有功能的卵母细胞,用于繁殖后代,D正确。
2.甲状旁腺激素(PTH)水平是人类多种疾病的重要诊断指标。研究者制备单克隆抗体用于快速检测PTH,有关制备过程的叙述不正确的是( )
A.需要使用动物细胞培养技术
B.需要制备用PTH免疫的小鼠
C.利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞
D.筛选能分泌多种抗体的单个杂交瘤细胞
答案 D 制备单克隆抗体时,需利用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到杂交瘤细胞,筛选获得的杂交瘤细胞既能迅速大量增殖,又能产生足够数量的特定抗体,制备过程中,需要对杂交瘤细胞、骨髓瘤细胞等动物细胞进行动物细胞培养,A正确;单克隆抗体制备过程中,给小鼠注射特定抗原(PTH),使其发生免疫反应,从而获得能产生特定抗体的B淋巴细胞,B正确;单克隆抗体制备过程中,利用抗原—抗体结合的原理进行第二次筛选,可获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞,C正确;筛选出的单个杂交瘤细胞具有特异性,通常只能分泌一种抗体,D错误。
3.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( )
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
答案 D 双抗是由两种单抗解偶联后重新偶联制成的,具有双特异性,可同时与2种抗原发生特异性结合,筛选时也需用相应的2种抗原进行检验,A、C正确;抗体可与抗原特异性结合,据此可利用双抗将蛋白类药物运送至靶细胞,B正确;同时注射2种抗原可使B细胞分化形成2种浆细胞,进而产生2种抗体,通常,1种浆细胞只能产生1种抗体,D错误。
4.某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究,结果发现其培养的原代神经元生长缓慢,其原因不可能的是( )
A.实验材料取自小鼠胚胎的脑组织
B.为了防止污染将培养瓶瓶口密封
C.血清经过高温处理后加入培养基
D.所使用的培养基呈弱酸性
答案 A 来自小鼠胚胎的脑组织神经元细胞分化程度低,生长较快;将培养瓶密封会导致神经元细胞缺氧而生长缓慢;高温会使血清含有的促进细胞生长和增殖所需要的营养物质失活,而使神经元细胞生长缓慢;人的细胞外液pH近中性,弱酸性的环境会导致神经元细胞生长缓慢,故A项不是导致培养的原代神经元生长缓慢的原因。
5.纳米氧化亚铜是一种纳米材料。为了探究纳米氧化亚铜对贴壁生长细胞活性的影响,研究者在培养基中添加一定量的纳米氧化亚铜,8小时后观察到细胞萎缩,体积变小,细胞核变大,细胞膜内侧出现纳米氧化亚铜富集现象,培养瓶中大量贴壁细胞脱落,出现细胞悬浮。根据该实验现象,能得出的正确结论是( )
A.纳米氧化亚铜改变了细胞的贴壁生长习性
B.纳米氧化亚铜对该细胞生长有抑制作用
C.纳米氧化亚铜能通过自由扩散进入细胞
D.纳米氧化亚铜不影响细胞的新陈代谢
答案 A 细胞贴壁生长会使细胞由于不断增殖产生接触抑制,而纳米氧化亚铜会使贴壁细胞脱落,出现细胞悬浮,因此纳米氧化亚铜改变了细胞的贴壁生长习性,A正确;根据题意可知纳米氧化亚铜促进了细胞的衰老,B错误;由此题干信息“细胞膜内侧出现纳米氧化亚铜富集现象”,说明纳米氧化亚铜能进入细胞,但不能由此推断是通过自由扩散进入细胞的,C错误;纳米氧化亚铜会促进细胞衰老,即影响了细胞的新陈代谢,D错误。
6.航天员叶光富和王亚平在天宫课堂上展示了培养的心肌细胞跳动的视频。下列相关叙述正确的是( )
A.培养心肌细胞的器具和试剂都要先进行高压蒸汽灭菌
B.培养心肌细胞的时候既需要氧气也需要二氧化碳
C.心肌细胞在培养容器中通过有丝分裂不断增殖
D.心肌细胞在神经细胞发出的神经冲动的支配下跳动
答案 B 动物细胞培养液中的某些成分(如血清中的蛋白质)不耐高温,A错误;O2是细胞代谢所必需的,CO2可维持培养液的pH,培养动物细胞的气体环境为95%空气和5%CO2,B正确;心肌细胞高度分化,高度分化的细胞一般不具有分裂能力,C错误;心肌细胞节律性收缩,受内脏运动神经控制,是不随意的,在神经细胞释放的神经递质的作用下跳动,D错误。
7.如图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程,在人—鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失,通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种酶活性,只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性,只有Ⅲ具有胸苷激酶活性,Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述不正确的有( )
A.加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合
B.细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人—人、人—鼠、鼠—鼠融合细胞
C.芳烃羟化酶基因位于2号染色体上,乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上
D.胸苷激酶基因位于17号染色体上,磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上
答案 B 诱导动物细胞融合的方法有灭活病毒诱导法,故加入灭活仙台病毒的作用是促进动物细胞融合,A正确;题述三种融合细胞为杂种细胞,都保留了人的部分染色体,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ细胞均为人—鼠融合细胞,B错误;根据题干和题图可知,只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性,只有Ⅲ具有胸苷激酶活性,Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性,由三种融合细胞所保留的人类染色体可知,Ⅱ中特有的染色体为2号染色体,Ⅲ中特有的染色体为17号染色体,Ⅰ、Ⅲ中共有而Ⅱ中没有的染色体为X染色体,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中共有的染色体为11号染色体,因此芳烃羟化酶基因位于2号染色体上,胸苷激酶基因位于17号染色体上,磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上,乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上,C、D正确。
8.将黑色小鼠囊胚的内细胞团部分细胞注射到白色小鼠囊胚腔中,接受注射的囊胚发育为黑白相间的小鼠(Mc)。据此分析,下列叙述错误的是( )
A.获得Mc的生物技术属于核移植
B.Mc表皮中有两种基因型的细胞
C.注射入的细胞会分化成Mc的多种组织
D.将接受注射的囊胚均分为二,可发育成两只幼鼠
答案 A 核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术。故题干所述将黑色小鼠囊胚的内细胞团部分细胞注射到白色小鼠囊胚腔中,使之发育成嵌合鼠不属于核移植,A错误。Mc为黑白相间的小鼠,其表皮中具有黑色和白色两种基因型的细胞,B正确。内细胞团细胞将发育成胎儿的各种组织,C正确;利用胚胎分割技术将接受注射的囊胚均分为二,可发育成两只幼鼠,D正确。
9.在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的( )
A.卵原细胞 B.初级卵母细胞
C.次级卵母细胞 D.卵细胞
答案 C MⅡ时期的次级卵母细胞里含有促进细胞核全能性表达的物质,故克隆哺乳动物时常选用去核的MⅡ时期的次级卵母细胞作为核移植的受体细胞,C正确。
10.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。下列叙述正确的是( )
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
答案 D 哺乳动物雄性精液中精子数量很多,不需要额外注射激素促进精子的产生,为获得更多的囊胚,应采用激素注射促进雌鼠产生更多的卵细胞,A错误。细胞a、b都是由同一个受精卵经有丝分裂而来的,遗传物质相同,两者全能性高低不同并不是由遗传物质不同导致的;细胞a为内细胞团细胞,分化程度较低,细胞全能性较高,将来发育成胎儿的各种组织,细胞b为滋养层细胞,分化程度较高,细胞全能性较低,将来发育成胎膜和胎盘,B错误。胰蛋白酶可以催化细胞之间的蛋白质分解,进而可获得分散的胚胎干细胞,C错误。胚胎干细胞和诱导出的各种细胞需置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH,D正确。
11.某病毒对动物养殖业危害十分严重。我国学者拟以该病毒外壳蛋白A为抗原来制备单克隆抗体,以期快速检测该病毒,其主要技术路线如图所示。
回答下列问题:
与小鼠骨髓瘤细胞融合前,已免疫的脾细胞(含浆细胞) (填“需要”或“不需要”)通过原代培养扩大细胞数量;添加脂溶性物质PEG可促进细胞融合,该过程中PEG对细胞膜的作用是 。
(2)在杂交瘤细胞筛选过程中,常使用特定的选择培养基(如HAT培养基),该培养基对 和 生长具有抑制作用。
(3)单克隆抗体筛选中,将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交,其目的是 。
(4)构建重组质粒需要使用DNA连接酶。下列属于DNA连接酶底物的是 。
答案 (1)不需要 改变细胞膜结构,使两个细胞接触处细胞膜的脂类分子发生疏散和重组,从而导致细胞膜相互亲和,促进融合 (2)未融合的亲本细胞 融合的具有同种核的细胞 (3)筛选能分泌抗病毒外壳蛋白A单克隆抗体的杂交瘤细胞 (4)④
解析 (1)已免疫脾细胞(含浆细胞)不需要通过原代培养扩大细胞数量;PEG可以改变细胞膜结构,使两个细胞接触处细胞膜的脂类分子发生疏散和重组,从而导致细胞膜相互亲和,促进融合。(2)诱导细胞融合后,会出现杂交瘤细胞、未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞,后两种细胞在HAT培养基中不能生长,杂交瘤细胞可以生长。(3)杂交瘤细胞有多种,需用抗体阳性检测筛选出能分泌抗病毒外壳蛋白A单克隆抗体的杂交瘤细胞。(4)DNA连接酶催化磷酸二酯键的形成,可催化一个DNA片段3'端的羟基与另一个DNA片段5'端的磷酸基团连接起来。
12.以我国科学家为主的科研团队将OSNL(即4个基因Oct4/Sx2/Nang/Lin28A的缩写)导入黑羽鸡胚成纤维细胞(CEFs),诱导其重编程为诱导多能干细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs),然后将iPGCs注射到孵化2.5天的白羽鸡胚血管中,最终获得具有黑羽鸡遗传特性的后代,实验流程如图。回答下列问题。
(1)CEFs是从孵化9天的黑羽鸡胚中分离获得的,为了获得单细胞悬液,鸡胚组织剪碎后需用 处理。动物细胞培养通常需要在合成培养基中添加 等天然成分,以满足细胞对某些细胞因子的需求。
(2)体外获取OSNL的方法有 (答出1种即可)。若要在CEFs中表达外源基因的蛋白,需构建基因表达载体,载体中除含有目的基因和标记基因外,还须有启动子和 等。启动子是 识别和结合的部位,有了它才能驱动 。
(3)iPS细胞和iPGCs细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是 。
(4)诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术的主要区别是 。
(5)该实验流程中用到的生物技术有 (答出2点即可)。
答案 (1)胰蛋白酶、胶原蛋白酶 血清 (2)基因文库法、PCR技术、人工合成法(任答1种) 终止子 RNA聚合酶 目的基因转录出mRNA,最终表达出所需要的蛋白质 (3)基因的选择性表达 (4)诱导iPS细胞的技术是将已分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs)的技术;体细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术 (5)基因工程、动物细胞培养
解析 (1)动物细胞培养时,动物组织剪碎后需要用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理一段时间,以便获得单个细胞。使用合成培养基培养动物细胞时,通常需要添加血清等天然成分,以满足细胞对某些细胞因子的需求。(2)体外获取目的基因的方法有多种,如基因文库法、PCR技术、人工合成法。基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等结构,启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了启动子才能驱动目的基因转录出mRNA,最终获得所需要的蛋白质。(3)iPGCs细胞是由iPS细胞增殖、分化而来的,两者在形态、结构和功能方面不同的根本原因是基因的选择性表达。(4)诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术存在明显的区别,主要表现在诱导iPS细胞的技术是将已分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs)的技术;而体细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术。(5)分析题意可知,该实验流程中用到的生物技术有基因工程、动物细胞培养等技术。
题型03 胚胎工程
1.科学家采用体外受精技术获得紫羚羊胚胎,并将其移植到长角羚羊体内,使后者成功妊娠并产仔,该工作有助于恢复濒危紫羚羊的种群数量。此过程不涉及的操作是( )
A.超数排卵 B.精子获能处理
C.细胞核移植 D.胚胎培养
答案 C 根据题干信息,题述过程主要涉及体外受精和胚胎移植技术,体外受精需要对精子进行获能处理,同时需要对雌性个体使用外源促性腺激素进行超数排卵处理,A、B均有涉及;在进行胚胎移植前需要对早期胚胎进行培养,培养至桑葚胚或者囊胚阶段进行胚胎移植,D有涉及;细胞核移植技术一般用于克隆动物,题述过程没有涉及,故选C。
2.下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述正确的( )
A.通常采用培养法或化学诱导法使精子获得能量后进行体外受精
B.哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养不需要额外提供营养物质
C.克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等过程
D.将小鼠桑椹(葚)胚分割成2等份获得同卵双胎的过程属于有性生殖
答案 C 在体外受精前,需要对精子进行获能处理,通常体外获能的方法有培养法和化学诱导法,但精子获能是精子获得与卵细胞受精的能力,不是获得能量,A错误;哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养需要额外提供血清等一些天然成分,B错误;克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植等过程,C正确;胚胎分割是用机械方法将早期胚胎平均分割成二分胚、四分胚甚至八分胚,经培养后植入受体,以得到同卵双生或同卵多生后代的技术,该过程属于无性生殖,D错误。
3.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
答案 C 用促性腺激素处理,可使雌鼠超数排卵,A正确;在体外受精前,要对小鼠的精子进行获能处理,B正确;胚胎移植前要检查胚胎质量,不同动物胚胎移植的时间不同,例如,牛、羊一般要培养到囊胚或桑椹胚阶段才进行移植,小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移植,C错误;通过转基因技术可以对小鼠胚胎干细胞进行遗传改造,D正确。
4.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 。在体外受精前要对精子进行获能处理,其原因是 ;精子体外获能可采用化学诱导法,诱导精子获能的药物是 (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 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 (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 。
答案 (1)低温冷冻保存(-196 ℃液氮中保存) 精子不能直接与卵子受精,必须经获能处理后才能获得受精能力 肝素、Ca2+载体 MⅡ期 (2)有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸 (3)对非繁殖期受体母羊注射雌激素使其发情;取保存的囊胚,用分割针处理获得滋养层细胞,对其进行DNA分析和性别鉴定,获得状态良好的雄性囊胚;将筛选得到的胚胎移植入受体母羊子宫内
解析 (1)精液或胚胎的保存方法为低温冷冻保存,也可将精液或胚胎置于-196 ℃的液氮中保存。刚刚排出的精子不能立即与卵子受精,必须获能后才可具备与卵子受精的能力,使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能、将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等;获能液的成分因动物种类不同而有所差异,常见的有效成分包括肝素、Ca2+载体等。动物排出的卵子成熟程度不同,但都需要到MⅡ期时才具备与精子受精的能力。(2)哺乳动物胚胎的培养液成分一般比较复杂,主要包括无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等。(3)为获得具有优良性状的公羊后代,可利用胚胎工程的方法进行操作:对非繁殖期受体母羊进行发情处理,取囊胚的滋养层细胞做DNA分析和性别鉴定,检测其质量,将筛选得到的状态良好的雄性囊胚移植入受体母羊子宫内。
【归纳总结】
1.植物细胞工程
2.动物细胞工程正确理解生物反应器
3.动物细胞融合和单克隆抗体的制备
4.胚胎工程
1.(2022浙江1月选考,7,2分)农作物秸秆的回收利用方式很多,其中之一是将秸秆碎化后作为食用菌的栽培基质。碎化秸秆中纤维所起的作用,相当于植物组织培养中固体培养基的( )
A.琼脂+蔗糖 B.蔗糖+激素
C.激素+无机盐 D.无机盐+琼脂
答案 A 碎化秸秆作为食用菌栽培基质时,其富含的纤维一方面可用于维持基质的基本形态,另一方面在食用菌菌丝生长过程中被大量降解并提供碳源,故其作用相当于植物组织培养中固体培养基的琼脂和蔗糖,故选A。
2.(2022浙江6月选考,23,2分)下列关于菊花组织培养的叙述,正确的是( )
A.用自然生长的茎进行组培(组织培养)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
答案 D 植物组织培养中对自然生长的茎进行消毒的步骤为“洗涤灵稀释液浸泡2 min→流水冲净→75%酒精消毒30 s→流水冲洗→10%次氯酸钠溶液消毒10 min或0.1%氯化汞溶液消毒5~7 min→无菌水多次冲洗”,A错误;用专用封口膜封口的目的是防止外界杂菌侵入,且保证瓶内外的气体交换,B错误;组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是其具有透气性和保水性,C错误。
3.(2020浙江7月选考,15,2分)下列关于病毒的叙述,错误的是 ( )
A.有的病毒经灭活处理后,可用于细胞工程中介导动物细胞的融合
B.适当增加机体内参与免疫的细胞数量与活性,可提高对新型冠状病毒的抵御能力
C.在某人的分泌物中检测到新型冠状病毒,推测该病毒的增殖不依赖于宿主细胞
D.用高温高压处理病毒使其失去感染能力,原因之一是病毒的蛋白质发生了热变性
答案 C 动物细胞工程中,可利用灭活的病毒诱导动物细胞融合,A正确;新型冠状病毒作为病原体,可激发机体特异性免疫,适当增加机体内参与免疫的细胞数量和活性,例如注射免疫活性物质,刺激机体免疫细胞活化,可提高机体清除病原体的能力,B正确;病毒为专一性活细胞内寄生生物,只能在宿主细胞内进行增殖,C错误;高温高压灭菌的原理之一是蛋白质在高温条件下变性,其空间结构被破坏,活性彻底丧失,使得病原体失去侵染、繁殖和致病的能力,D正确。
4.(2023浙江1月选考,12,2分)在家畜优良品种培育过程中常涉及胚胎工程的相关技术。下列叙述错误的是( )
A.经获能处理的精子才能用于体外受精
B.受精卵经体外培养可获得早期胚胎
C.胚胎分割技术提高了移植胚胎的成活率
D.胚胎移植前需对受体进行选择和处理
答案 C 胚胎分割技术可提高胚胎利用率,不能提高移植胚胎的成活率,C错误;经获能后的精子才能用于体外受精,A正确;受精卵经体外培养可获得早期胚胎,早期胚胎需移植到受体子宫内继续发育,同时受体需与供体生殖器官生理变化相同,以确保能接受移植的胚胎,故胚胎移植前需对受体进行选择,并进行同期发情处理,B、D正确。
5.(2023浙江1月选考,24,15分)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究,基本过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植株再生和鉴定,最终获得高产耐盐碱再生植株。回答下列问题:
(1)根据研究目标,在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前,应检验两种植物的原生质体是否具备 的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体,则乙植物可用幼苗的 为外植体。
(2)植物细胞壁的主要成分为 和果胶,在获取原生质体时,常采用相应的酶进行去壁处理。在原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体和乙原生质体的 失活。对处理后的原生质体在显微镜下用 计数,确定原生质体密度。两种原生质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行融合;一定时间后,加入过量的培养基进行稀释,稀释的目的是 。
(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合,在凝固前倒入培养皿,融合原生质体分散固定在平板中,并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于 。下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自杂种细胞的理由是哪几项? (A.甲、乙原生质体经处理后失活,无法正常生长、分裂 B.同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂 C.培养基含有抑制物质,只有杂种细胞才能正常生长、分裂 D.杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂)
(4)愈伤组织经 可形成胚状体或芽。胚状体能长出 ,直接发育形成再生植株。
(5)用PCR技术鉴定再生植株。已知甲植物细胞核具有特异性DNA序列a,乙植物细胞质具有特异性DNA序列b;M1、M2为序列a的特异性引物,N1、N2为序列b的特异性引物。完善实验思路:
Ⅰ.提取纯化再生植株的总DNA,作为PCR扩增的 。
Ⅱ.将DNA提取物加入PCR反应体系, 为特异性引物,扩增序列a;用同样的方法扩增序列b。
Ⅲ.得到的2个PCR扩增产物经 后,若每个PCR扩增产物在凝胶中均出现了预期的 个条带,则可初步确定再生植株来自杂种细胞。
答案 (1)再生植株 叶片 (2)纤维素 细胞质、细胞核 血细胞计数板 终止原生质体融合 (3)一个融合原生质体 ABD (4)再分化 根和芽 (5)模板 M1、M2 电泳 1
解析 (1)根据研究目标需要得到再生植株,故进行植物体细胞杂交操作前,应先检验两种植物的原生质体是否具备再生植株的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体,则乙植物可采用绿色幼苗的叶片为外植体。(2)植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶。为使获得的杂种细胞具有耐盐碱效应(甲植物的细胞核基因)和高产效应(乙植物的细胞质基因),在原生质体融合前要分别使甲原生质体的细胞质和乙原生质体的细胞核失活。融合后的原生质体密度可在显微镜下用血细胞计数板计数法测定。用适宜浓度的PEG促进融合后,需加入过量的培养基进行稀释,通过降低PEG浓度,终止原生质体融合。(3)由于甲、乙原生质体分别破坏了细胞质和细胞核,未融合的原生质体和同种融合的原生质体都不能正常生长、分裂,只有杂种细胞具有完整的核质结构,可以正常生长、分裂,因此这些愈伤组织只能来自杂种细胞。(4)愈伤组织经再分化可形成胚状体或芽。胚状体能长出根和芽,直接发育形成再生植株。(5)PCR技术鉴定再生植株时,再生植株的总DNA作为PCR扩增的模板,使用特异性引物M1和M2获得扩增序列a,使用特异性引物N1和N2获得扩增序列b,若两个扩增序列在凝胶中均只有一个条带,则可初步确定再生植株只含甲的细胞核基因和乙的细胞质基因,即来自杂种细胞。
6.[2022浙江6月选考,29(二),8分]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过程中,通常要使用抗生素,其目的一是抑制 生长,二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度 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 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 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
形态是否改变进行判断,也可通过观察分裂期染色体的 ,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 长短等有关。同时也与受体的取材有关,其中受体为 时全能性表达能力最高。
答案 (每空1分)(1)农杆菌 过低 敏感性 (2)再生 细胞核 形态特征和数量 (3)培养时间 受精卵
解析 (1)农杆菌一般不携带抗生素抗性基因,基因工程操作中,常将目的基因插入Ti质粒(经人工改造,含抗生素抗性基因)的T-DNA中,再将重组质粒转入农杆菌中,这样使用含相应抗生素的培养基培养可以抑制不含重组质粒的农杆菌的生长,从而筛选出携带重组质粒的农杆菌。当选择培养基中抗生素浓度过低时,会导致抗生素不足以抑制不含抗性基因的细胞的生长繁殖,从而出现较多的假阳性植株,因此在转基因前需要对受体进行抗生素的敏感性检测。(2)植物转基因受体获得目的基因后需培养成完整植株并可使目的基因稳定存在并遗传给下一代等,因此转基因受体需具有较强的再生能力和遗传稳定性。受体细胞的遗传物质主要分布在细胞核中,通过观察细胞核的形态是否改变,可对受体细胞的遗传稳定性进行早期检测;染色体是遗传物质的主要载体,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也可对受体细胞遗传稳定性进行早期检测。(3)植物转基因受体全能性的表达程度受多种因素的影响,如培养环境、继代次数、培养时间长短、受体的取材部位和基因型等。一般来说,选取的受体分化程度越低,全能性表达能力越高,选择受精卵作为受体时全能性表达能力最高。
7.[2021浙江1月选考,29(二),8分]三叶青为蔓生的藤本植物,以根入药。由于野生三叶青对生长环境要求非常苛刻,以及生态环境的破坏和过度的采挖,目前我国野生三叶青已十分珍稀。
(1)为保护三叶青的 多样性和保证药材的品质,科技工作者依据生态工程原理,利用 技术,实现了三叶青的林下种植。
(2)依据基因工程原理,利用发根农杆菌侵染三叶青带伤口的叶片,叶片产生酚类化合物,诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因表达形成 和限制性核酸内切酶等,进而从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段(T-DNA)。T-DNA进入叶片细胞并整合到染色体上,T-DNA上rl系列基因表达,产生相应的植物激素,促使叶片细胞持续不断地分裂形成 ,再分化形成毛状根。
(3)剪取毛状根,转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次 培养,培养基中添加抗生素的主要目的是 。最后取毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养,通过控制摇床的 和温度,调节培养基成分中的 ,获得大量毛状根,用于提取药用成分。
答案 (1)遗传 间种 (2)DNA聚合酶 愈伤组织 (3)继代 杀灭发根农杆菌 转速 营养元素以及生长调节剂的种类和浓度
解析 (1)三叶青具有遗传多样性。在林下种植三叶青,利用了间种技术。(2)利用发根农杆菌侵染三叶青带伤口的叶片,叶片产生的酚类化合物可诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因的表达,进而能从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段(T-DNA片段),因此推测vir系列基因表达形成了DNA聚合酶和限制性核酸内切酶等。T-DNA进入叶片细胞并整合到染色体上后,其上的rl系列基因表达产生相应的植物激素,促使叶片细胞先脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成毛状根。(3)将剪取的毛状根转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次继代培养,培养基中添加抗生素的主要目的是杀灭发根农杆菌。将毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养,通过控制摇床的转速和温度,调节培养基成分中的营养元素和植物生长调节剂的种类和浓度,可获得大量毛状根,用于提取药用成分。
8.[2020浙江7月选考,29(二),9分]回答与基因工程和植物克隆有关的问题:
(1)天然农杆菌的Ti质粒上存在着一段DNA片段(T-DNA),该片段可转移并整合到植物细胞染色体上。为便于转基因植物在组织培养阶段的筛选,设计重组Ti质粒时,应考虑T-DNA中要有可表达的目的基因,还需要有可表达的 。
(2)结合植物克隆技术进行转基因实验,为获得转基因植株,农杆菌侵染的宿主一般要选用具有优良性状、较高的遗传稳定性、 及易被农杆菌侵染等特点的植物材料。若植物材料对农杆菌不敏感,则可用 的转基因方法。
(3)利用带侧芽的茎段获得丛状苗的过程与利用茎段诱导产生愈伤组织再获得丛状苗的过程相比,前者总培养时间 ,且不经历 过程,因而其遗传性状稳定,是大多数植物快速繁殖的常用方法。
(4)与发芽培养基相比,配制转基因丛状苗生根培养基时,可根据实际情况适当添加 ,促进丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织并进一步分化形成 ,最终形成根。还可通过改变MS培养基促进生根,如 (A.提高蔗糖浓度 B.降低培养基浓度 C.提高大量元素浓度 D.不添加琼脂)。
答案 (1)抗性基因 (2)全能性表达充分 显微注射 (3)短 脱分化 (4)生长素 根的分生组织 B
解析 (1)利用农杆菌转化法培育转基因植物时,为便于检测Ti质粒中的T-DNA片段是否成功导入植物细胞,T-DNA中既要有可表达的目的基因,也要有可表达的抗性基因。(2)为获得转基因植株,农杆菌侵染的宿主一般要选用易被农杆菌侵染,同时性状优良、具有较高的遗传稳定性和全能性表达充分的植物材料。转基因植株培育中,还可采用显微注射的方法导入目的基因。(3)利用带侧芽的茎段获得丛状苗的过程不经历愈伤组织阶段,因此不经历脱分化的过程,其总培养时间较短。(4)与发芽培养基相比,生根培养基中可适当添加生长素,从而促进丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织并进一步分化形成根的分生组织,最终形成根。还可通过降低MS培养基的浓度促进生根,植物通过根的生长从外界获取更多养分。2021年
2022年
2023年
考情分析
1月
6月
1月
6月
1月
6月
动物细胞工程
2分
3分
2分
2分
植物细胞工程大多作为哦情境出现，涉及知识较为简单；动物细胞工程命题以单克隆抗体相关内容为主，侧重对生命观念和科学思维的考查；胚胎工程主要考查对相关内容的识记、理解和应用。
植物细胞工程
3分
2分
5分
8分
胚胎工程
2分
2分
1分
生物技术伦理
2分
分值合计
5分
5分
4分
5分
12分
3分
一、对知识进行层级化的框架梳理：生物知识点比较多，我们可以引导学生以逻辑关系对知识进行层级化的“知识框架”梳理，以便让学生更牢固地掌握基础知识， 从而能够更好地把知识融会贯通。
二、回归教材，注重教材细节：新课标I卷的题“不偏”“不怪”“不坑”，不会在题目中设“语言陷阱”，大多数题考查的内容直接或改编至教材。
三、帮助学生进行“方法类知识”的梳理，深入理解生物学研究方法
四、掌握生物学实验的两大要素：自变量和对照。自变量保证了实验设计的逻辑正确，对照保证实验在特定条件下进行。
五、帮助学生总结一些答题技巧。做好以上几点，相信二轮复习后学生会有一个很大的提升。
高频考点12 细胞工程和胚胎工程
该考点知识与现实生活息息相关。高考对该考点的考查，常以生活实际、现实热点为切入点，考查考生学以致用、迁移应用的能力。设问的难度设置可分为两个层级，一是基础类设问，属于送分题目，基本上依据教材所学即可答出；二是理解类设问，这类问题难度中等偏上，需要迁移教材知识，分析试题情景，将所学与所考有效“搭桥”才能解答。建议在复习，在抓好教材基础的同时，将重点放在对理解类问题的强化上。
植物组织培养
培养基的组成：大量元素、微量元素、有机物、蔗糖及植物激素、琼脂等。添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。若生产人工种子，则培养到胚状体阶段；若提取细胞产物，则一般培养到愈伤组织阶段；若培育新个体，则应培养到试管苗阶段。
2.植物体细胞杂交的关键
原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。
优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。
①酶解法——用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
②促融剂——常用聚乙二醇。
③杂种细胞的形成标志——新细胞壁的形成。
④培养杂种植株的技术——植物组织培养。
⑤杂种植株培育成功的原理——离体的植物细胞具有全能性。
3.核移植技术（克隆动物）
动物细胞核移植技术是指将动物细胞的细胞核经移植到去核的卵母细胞中，使其重组并发育成新的胚胎，新胚胎最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物为克隆动物。
（1） 理论意义：证明①动物高度分化的细胞可恢复到类似受精卵的功能（细胞核具有全能性）；②细胞质具有调控细胞核基因表达的作用
（2） 应用价值：促进优良种畜繁育；保护繁育濒危动物；核移植胚胎干细胞用于诱导形成器官；转基因动物克隆。
（3） 存在问题：①成功率低；②大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传、生理缺陷。
4.单克隆抗体的制备
单个B淋巴细胞进行增殖获得的细胞群，产生化学性质单一，物质特异性强的抗体，制备原理：
= 1 \* GB3 ①免疫原理：一种效应B细胞只产生一种特异性抗体，但不能无限增殖。
= 2 \* GB3 ②骨髓瘤细胞可以无限增殖
= 3 \* GB3 ③细胞融合原理：膜的流动性使细胞可相互融合，效应B细胞与骨髓瘤细胞融合产生的杂交瘤细胞保持了亲代双方的特性，既能产生特异性抗体，又可无限增殖。
制备单克隆抗体的过程
单克隆抗体制备过程需经过两次筛选：
第一次筛选——筛选杂交细胞：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞混合之后有三种情况，B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。
第二次筛选——筛选能产生抗体的杂交瘤细胞
提取单克隆抗体的场所：若在体内培养杂交瘤细胞，即在小鼠或其他动物的腹腔中培养，则从腹水中提取。若在体外培养杂交瘤细胞，即在培养基中培养，则从培养液中提取。
单克隆抗体的应用：
= 1 \* GB3 ①作为诊断试剂：准确识别抗原（准确、高效、简易、快速）；
= 2 \* GB3 ②用于疾病治疗和运载药物（如治疗癌症的药物“生物导弹”）
题型01 植物细胞工程
1.利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是
( )
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
答案 A 某些次生代谢物合成过程很复杂,难以通过化学合成途径得到,而利用植物细胞培养技术可获得,A正确;可以利用植物细胞培养技术大规模培养植物细胞,来大量获取次生代谢物,B错误;次生代谢物不是植物生长所必需的,含量很低,C错误;该技术主要利用促进细胞增殖增加细胞数量,来提高次生代谢物的产量,D错误。
2.人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是( )
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
答案 C 植物细胞的细胞壁会阻碍细胞的融合,故植物细胞融合前应去除细胞壁,A正确;诱导植物细胞原生质体融合的方法有物理法、化学法,化学法包括PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等,B正确;细胞融合时既有同种细胞的融合,也有不同种细胞的融合,后者才是所需要的杂交细胞,C错误;杂交细胞具有双方的遗传物质,可能具有胡萝卜细胞生长快速的优势,D正确。
3.蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中,外植体切口处细胞被破坏,多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡,导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是( )
A.花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中
B.适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变
C.在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变
D.宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体
答案 D 花青素等多酚类化合物通常存在于植物细胞的液泡中,在不同pH条件下使花和果实呈现不同的颜色,A正确;在组织培养过程中,适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率,可以剔除易褐变的细胞,减轻多酚类物质对培养物的毒害作用,B正确;培养基中添加合适的抗氧化剂可以抑制多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,从而减少褐变,C正确;蓝莓成熟叶片中央液泡中富含多酚类化合物,易发生褐变,D错误。
4.研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n=14)的优良性状导入普通小麦(2n=42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉,10天后只发现两个杂种幼胚,将其离体培养,产生愈伤组织,进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是( )
A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离
B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化
C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会
D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株
答案 C 簇毛麦与普通小麦是两个物种,存在生殖隔离,A正确;在将杂种幼胚离体培养时,幼胚先脱分化形成愈伤组织,继而再分化出根、茎和叶,长成新植株,B正确;形成的新植株含28条染色体,其中有7条染色体来自簇毛麦,有21条染色体来自普通小麦,在减数分裂过程中,染色体不能正常联会,C错误;杂种植株的染色体加倍后,每一条染色体都有与其相同的染色体,在减数分裂过程中,染色体可以正常联会,进而产生可育后代,D正确。
5.两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
答案 C 分析题图可知,①过程是去除植物细胞的细胞壁,该过程需要使用纤维素酶和果胶酶处理细胞,A正确;结合题干信息分析,过程②的目的是使中间偃麦草原生质体中的染色体发生断裂,断裂后的染色体片段可能能保留在杂种植株中,从而可能培养出耐盐小麦,B正确;过程③是原生质体融合的过程,该过程必须借助一定的技术手段进行人工诱导,而人工诱导的方法有物理法和化学法,灭活的病毒用于动物细胞融合,C错误;结合题干信息和题图中②的处理,可推断耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段,D正确。
14.(2023新课标,35,12分)根瘤菌与豆科植物之间是互利共生关系,根瘤菌侵入豆科植物根内可引起根瘤的形成,根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。为了寻找抗逆性强的根瘤菌,某研究小组做了如下实验:从盐碱地生长的野生草本豆科植物中分离根瘤菌;选取该植物的茎尖为材料,通过组织培养获得试管苗(生根试管苗);在实验室中探究试管苗根瘤中所含根瘤菌的固氮能力。回答下列问题。
(1)从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行培养,可以获得纯培养物,此实验中的纯培养物是 。
(2)取豆科植物的茎尖作为外植体,通过植物组织培养可以获得豆科植物的试管苗。外植体经诱导形成试管苗的流程是:外植体愈伤组织试管苗。其中①表示的过程是 ,②表示的过程是 。由外植体最终获得完整的植株,这一过程说明植物细胞具有全能性。细胞的全能性是指 。
(3)研究小组用上述获得的纯培养物和试管苗为材料,研究接种到试管苗上的根瘤菌是否具有固氮能力,其做法是将生长在培养液中的试管苗分成甲、乙两组,甲组中滴加根瘤菌菌液,让试管苗长出根瘤。然后将甲、乙两组的试管苗分别转入 的培养液中培养,观察两组试管苗的生长状况,若甲组的生长状况好于乙组,则说明 。
(4)若实验获得一种具有良好固氮能力的根瘤菌,可通过发酵工程获得大量根瘤菌,用于生产根瘤菌肥。根瘤菌肥是一种微生物肥料,在农业生产中使用微生物肥料的作用是 (答出2点即可)。
答案 (1)根瘤菌 (2)脱分化 再分化 细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能 (3)不含氮 根瘤菌具有固氮能力 (4)增进土壤肥力,改良土壤结构,促进植物生长
解析 (1)根据题干信息“分离根瘤菌进行培养,可以获得纯培养物”可知,纯培养物是根瘤菌。(2)已经分化的细胞可以经过脱分化,即失去其特有的结构和功能,转变成未分化的细胞,进而形成不定形的薄壁组织团块,即愈伤组织。愈伤组织经再分化形成芽、根等器官,发育成试管苗。细胞全能性的概念见答案。(3)具有固氮能力的固氮菌可以固定空气中的氮气,为植物的生长提供氮元素,故应将甲、乙两组的试管苗分别转入不含氮的培养液中培养,若甲组生长状况更好,则说明甲组中滴加的根瘤菌具有固氮能力。(4)见答案。
题型02 动物细胞工程
1.某团队通过多代细胞培养,将小鼠胚胎干细胞的Y染色体去除,获得XO胚胎干细胞,再经过一系列处理,使之转变为有功能的卵母细胞。下列有关叙述错误的是( )
A.营养供应充足时,传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制
B.获得XO胚胎干细胞的过程发生了染色体数目变异
C.XO胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞的过程发生了细胞分化
D.若某濒危哺乳动物仅存雄性个体,可用该法获得有功能的卵母细胞用于繁育
答案 A 传代培养的胚胎干细胞增殖到贴满瓶壁时会发生接触抑制,A错误;据题干“将小鼠胚胎干细胞的Y染色体去除,获得XO胚胎干细胞”可知,该过程中发生了染色体数目变异,B正确;XO胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞过程中,细胞的形态、结构和生理功能发生了变化,即发生了细胞分化,C正确;若某濒危哺乳动物仅存雄性个体,可以通过去除胚胎干细胞的Y染色体等一系列处理获得有功能的卵母细胞,用于繁殖后代,D正确。
2.甲状旁腺激素(PTH)水平是人类多种疾病的重要诊断指标。研究者制备单克隆抗体用于快速检测PTH,有关制备过程的叙述不正确的是( )
A.需要使用动物细胞培养技术
B.需要制备用PTH免疫的小鼠
C.利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞
D.筛选能分泌多种抗体的单个杂交瘤细胞
答案 D 制备单克隆抗体时,需利用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到杂交瘤细胞,筛选获得的杂交瘤细胞既能迅速大量增殖,又能产生足够数量的特定抗体,制备过程中,需要对杂交瘤细胞、骨髓瘤细胞等动物细胞进行动物细胞培养,A正确;单克隆抗体制备过程中,给小鼠注射特定抗原(PTH),使其发生免疫反应,从而获得能产生特定抗体的B淋巴细胞,B正确;单克隆抗体制备过程中,利用抗原—抗体结合的原理进行第二次筛选,可获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞,C正确;筛选出的单个杂交瘤细胞具有特异性,通常只能分泌一种抗体,D错误。
3.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( )
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
答案 D 双抗是由两种单抗解偶联后重新偶联制成的,具有双特异性,可同时与2种抗原发生特异性结合,筛选时也需用相应的2种抗原进行检验,A、C正确;抗体可与抗原特异性结合,据此可利用双抗将蛋白类药物运送至靶细胞,B正确;同时注射2种抗原可使B细胞分化形成2种浆细胞,进而产生2种抗体,通常,1种浆细胞只能产生1种抗体,D错误。
4.某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究,结果发现其培养的原代神经元生长缓慢,其原因不可能的是( )
A.实验材料取自小鼠胚胎的脑组织
B.为了防止污染将培养瓶瓶口密封
C.血清经过高温处理后加入培养基
D.所使用的培养基呈弱酸性
答案 A 来自小鼠胚胎的脑组织神经元细胞分化程度低,生长较快;将培养瓶密封会导致神经元细胞缺氧而生长缓慢;高温会使血清含有的促进细胞生长和增殖所需要的营养物质失活,而使神经元细胞生长缓慢;人的细胞外液pH近中性,弱酸性的环境会导致神经元细胞生长缓慢,故A项不是导致培养的原代神经元生长缓慢的原因。
5.纳米氧化亚铜是一种纳米材料。为了探究纳米氧化亚铜对贴壁生长细胞活性的影响,研究者在培养基中添加一定量的纳米氧化亚铜,8小时后观察到细胞萎缩,体积变小,细胞核变大,细胞膜内侧出现纳米氧化亚铜富集现象,培养瓶中大量贴壁细胞脱落,出现细胞悬浮。根据该实验现象,能得出的正确结论是( )
A.纳米氧化亚铜改变了细胞的贴壁生长习性
B.纳米氧化亚铜对该细胞生长有抑制作用
C.纳米氧化亚铜能通过自由扩散进入细胞
D.纳米氧化亚铜不影响细胞的新陈代谢
答案 A 细胞贴壁生长会使细胞由于不断增殖产生接触抑制,而纳米氧化亚铜会使贴壁细胞脱落,出现细胞悬浮,因此纳米氧化亚铜改变了细胞的贴壁生长习性,A正确;根据题意可知纳米氧化亚铜促进了细胞的衰老,B错误;由此题干信息“细胞膜内侧出现纳米氧化亚铜富集现象”,说明纳米氧化亚铜能进入细胞,但不能由此推断是通过自由扩散进入细胞的,C错误;纳米氧化亚铜会促进细胞衰老,即影响了细胞的新陈代谢,D错误。
6.航天员叶光富和王亚平在天宫课堂上展示了培养的心肌细胞跳动的视频。下列相关叙述正确的是( )
A.培养心肌细胞的器具和试剂都要先进行高压蒸汽灭菌
B.培养心肌细胞的时候既需要氧气也需要二氧化碳
C.心肌细胞在培养容器中通过有丝分裂不断增殖
D.心肌细胞在神经细胞发出的神经冲动的支配下跳动
答案 B 动物细胞培养液中的某些成分(如血清中的蛋白质)不耐高温,A错误;O2是细胞代谢所必需的,CO2可维持培养液的pH,培养动物细胞的气体环境为95%空气和5%CO2,B正确;心肌细胞高度分化,高度分化的细胞一般不具有分裂能力,C错误;心肌细胞节律性收缩,受内脏运动神经控制,是不随意的,在神经细胞释放的神经递质的作用下跳动,D错误。
7.如图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程,在人—鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失,通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种酶活性,只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性,只有Ⅲ具有胸苷激酶活性,Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述不正确的有( )
A.加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合
B.细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人—人、人—鼠、鼠—鼠融合细胞
C.芳烃羟化酶基因位于2号染色体上,乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上
D.胸苷激酶基因位于17号染色体上,磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上
答案 B 诱导动物细胞融合的方法有灭活病毒诱导法,故加入灭活仙台病毒的作用是促进动物细胞融合,A正确;题述三种融合细胞为杂种细胞,都保留了人的部分染色体,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ细胞均为人—鼠融合细胞,B错误;根据题干和题图可知,只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性,只有Ⅲ具有胸苷激酶活性,Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性,由三种融合细胞所保留的人类染色体可知,Ⅱ中特有的染色体为2号染色体,Ⅲ中特有的染色体为17号染色体,Ⅰ、Ⅲ中共有而Ⅱ中没有的染色体为X染色体,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中共有的染色体为11号染色体,因此芳烃羟化酶基因位于2号染色体上,胸苷激酶基因位于17号染色体上,磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上,乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上,C、D正确。
8.将黑色小鼠囊胚的内细胞团部分细胞注射到白色小鼠囊胚腔中,接受注射的囊胚发育为黑白相间的小鼠(Mc)。据此分析,下列叙述错误的是( )
A.获得Mc的生物技术属于核移植
B.Mc表皮中有两种基因型的细胞
C.注射入的细胞会分化成Mc的多种组织
D.将接受注射的囊胚均分为二,可发育成两只幼鼠
答案 A 核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术。故题干所述将黑色小鼠囊胚的内细胞团部分细胞注射到白色小鼠囊胚腔中,使之发育成嵌合鼠不属于核移植,A错误。Mc为黑白相间的小鼠,其表皮中具有黑色和白色两种基因型的细胞,B正确。内细胞团细胞将发育成胎儿的各种组织,C正确;利用胚胎分割技术将接受注射的囊胚均分为二,可发育成两只幼鼠,D正确。
9.在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的( )
A.卵原细胞 B.初级卵母细胞
C.次级卵母细胞 D.卵细胞
答案 C MⅡ时期的次级卵母细胞里含有促进细胞核全能性表达的物质,故克隆哺乳动物时常选用去核的MⅡ时期的次级卵母细胞作为核移植的受体细胞,C正确。
10.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。下列叙述正确的是( )
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
答案 D 哺乳动物雄性精液中精子数量很多,不需要额外注射激素促进精子的产生,为获得更多的囊胚,应采用激素注射促进雌鼠产生更多的卵细胞,A错误。细胞a、b都是由同一个受精卵经有丝分裂而来的,遗传物质相同,两者全能性高低不同并不是由遗传物质不同导致的;细胞a为内细胞团细胞,分化程度较低,细胞全能性较高,将来发育成胎儿的各种组织,细胞b为滋养层细胞,分化程度较高,细胞全能性较低,将来发育成胎膜和胎盘,B错误。胰蛋白酶可以催化细胞之间的蛋白质分解,进而可获得分散的胚胎干细胞,C错误。胚胎干细胞和诱导出的各种细胞需置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH,D正确。
11.某病毒对动物养殖业危害十分严重。我国学者拟以该病毒外壳蛋白A为抗原来制备单克隆抗体,以期快速检测该病毒,其主要技术路线如图所示。
回答下列问题:
与小鼠骨髓瘤细胞融合前,已免疫的脾细胞(含浆细胞) (填“需要”或“不需要”)通过原代培养扩大细胞数量;添加脂溶性物质PEG可促进细胞融合,该过程中PEG对细胞膜的作用是 。
(2)在杂交瘤细胞筛选过程中,常使用特定的选择培养基(如HAT培养基),该培养基对 和 生长具有抑制作用。
(3)单克隆抗体筛选中,将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交,其目的是 。
(4)构建重组质粒需要使用DNA连接酶。下列属于DNA连接酶底物的是 。
答案 (1)不需要 改变细胞膜结构,使两个细胞接触处细胞膜的脂类分子发生疏散和重组,从而导致细胞膜相互亲和,促进融合 (2)未融合的亲本细胞 融合的具有同种核的细胞 (3)筛选能分泌抗病毒外壳蛋白A单克隆抗体的杂交瘤细胞 (4)④
解析 (1)已免疫脾细胞(含浆细胞)不需要通过原代培养扩大细胞数量;PEG可以改变细胞膜结构,使两个细胞接触处细胞膜的脂类分子发生疏散和重组,从而导致细胞膜相互亲和,促进融合。(2)诱导细胞融合后,会出现杂交瘤细胞、未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞,后两种细胞在HAT培养基中不能生长,杂交瘤细胞可以生长。(3)杂交瘤细胞有多种,需用抗体阳性检测筛选出能分泌抗病毒外壳蛋白A单克隆抗体的杂交瘤细胞。(4)DNA连接酶催化磷酸二酯键的形成,可催化一个DNA片段3'端的羟基与另一个DNA片段5'端的磷酸基团连接起来。
12.以我国科学家为主的科研团队将OSNL(即4个基因Oct4/Sx2/Nang/Lin28A的缩写)导入黑羽鸡胚成纤维细胞(CEFs),诱导其重编程为诱导多能干细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs),然后将iPGCs注射到孵化2.5天的白羽鸡胚血管中,最终获得具有黑羽鸡遗传特性的后代,实验流程如图。回答下列问题。
(1)CEFs是从孵化9天的黑羽鸡胚中分离获得的,为了获得单细胞悬液,鸡胚组织剪碎后需用 处理。动物细胞培养通常需要在合成培养基中添加 等天然成分,以满足细胞对某些细胞因子的需求。
(2)体外获取OSNL的方法有 (答出1种即可)。若要在CEFs中表达外源基因的蛋白,需构建基因表达载体,载体中除含有目的基因和标记基因外,还须有启动子和 等。启动子是 识别和结合的部位,有了它才能驱动 。
(3)iPS细胞和iPGCs细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是 。
(4)诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术的主要区别是 。
(5)该实验流程中用到的生物技术有 (答出2点即可)。
答案 (1)胰蛋白酶、胶原蛋白酶 血清 (2)基因文库法、PCR技术、人工合成法(任答1种) 终止子 RNA聚合酶 目的基因转录出mRNA,最终表达出所需要的蛋白质 (3)基因的选择性表达 (4)诱导iPS细胞的技术是将已分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs)的技术;体细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术 (5)基因工程、动物细胞培养
解析 (1)动物细胞培养时,动物组织剪碎后需要用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理一段时间,以便获得单个细胞。使用合成培养基培养动物细胞时,通常需要添加血清等天然成分,以满足细胞对某些细胞因子的需求。(2)体外获取目的基因的方法有多种,如基因文库法、PCR技术、人工合成法。基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等结构,启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了启动子才能驱动目的基因转录出mRNA,最终获得所需要的蛋白质。(3)iPGCs细胞是由iPS细胞增殖、分化而来的,两者在形态、结构和功能方面不同的根本原因是基因的选择性表达。(4)诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术存在明显的区别,主要表现在诱导iPS细胞的技术是将已分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs)的技术;而体细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术。(5)分析题意可知,该实验流程中用到的生物技术有基因工程、动物细胞培养等技术。
题型03 胚胎工程
1.科学家采用体外受精技术获得紫羚羊胚胎,并将其移植到长角羚羊体内,使后者成功妊娠并产仔,该工作有助于恢复濒危紫羚羊的种群数量。此过程不涉及的操作是( )
A.超数排卵 B.精子获能处理
C.细胞核移植 D.胚胎培养
答案 C 根据题干信息,题述过程主要涉及体外受精和胚胎移植技术,体外受精需要对精子进行获能处理,同时需要对雌性个体使用外源促性腺激素进行超数排卵处理,A、B均有涉及;在进行胚胎移植前需要对早期胚胎进行培养,培养至桑葚胚或者囊胚阶段进行胚胎移植,D有涉及;细胞核移植技术一般用于克隆动物,题述过程没有涉及,故选C。
2.下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述正确的( )
A.通常采用培养法或化学诱导法使精子获得能量后进行体外受精
B.哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养不需要额外提供营养物质
C.克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等过程
D.将小鼠桑椹(葚)胚分割成2等份获得同卵双胎的过程属于有性生殖
答案 C 在体外受精前,需要对精子进行获能处理,通常体外获能的方法有培养法和化学诱导法,但精子获能是精子获得与卵细胞受精的能力,不是获得能量,A错误;哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养需要额外提供血清等一些天然成分,B错误;克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植等过程,C正确;胚胎分割是用机械方法将早期胚胎平均分割成二分胚、四分胚甚至八分胚,经培养后植入受体,以得到同卵双生或同卵多生后代的技术,该过程属于无性生殖,D错误。
3.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
答案 C 用促性腺激素处理,可使雌鼠超数排卵,A正确;在体外受精前,要对小鼠的精子进行获能处理,B正确;胚胎移植前要检查胚胎质量,不同动物胚胎移植的时间不同,例如,牛、羊一般要培养到囊胚或桑椹胚阶段才进行移植,小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移植,C错误;通过转基因技术可以对小鼠胚胎干细胞进行遗传改造,D正确。
4.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 。在体外受精前要对精子进行获能处理,其原因是 ;精子体外获能可采用化学诱导法,诱导精子获能的药物是 (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 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 (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 。
答案 (1)低温冷冻保存(-196 ℃液氮中保存) 精子不能直接与卵子受精,必须经获能处理后才能获得受精能力 肝素、Ca2+载体 MⅡ期 (2)有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸 (3)对非繁殖期受体母羊注射雌激素使其发情;取保存的囊胚,用分割针处理获得滋养层细胞,对其进行DNA分析和性别鉴定,获得状态良好的雄性囊胚;将筛选得到的胚胎移植入受体母羊子宫内
解析 (1)精液或胚胎的保存方法为低温冷冻保存,也可将精液或胚胎置于-196 ℃的液氮中保存。刚刚排出的精子不能立即与卵子受精,必须获能后才可具备与卵子受精的能力,使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能、将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等;获能液的成分因动物种类不同而有所差异,常见的有效成分包括肝素、Ca2+载体等。动物排出的卵子成熟程度不同,但都需要到MⅡ期时才具备与精子受精的能力。(2)哺乳动物胚胎的培养液成分一般比较复杂,主要包括无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等。(3)为获得具有优良性状的公羊后代,可利用胚胎工程的方法进行操作:对非繁殖期受体母羊进行发情处理,取囊胚的滋养层细胞做DNA分析和性别鉴定,检测其质量,将筛选得到的状态良好的雄性囊胚移植入受体母羊子宫内。
【归纳总结】
1.植物细胞工程
2.动物细胞工程正确理解生物反应器
3.动物细胞融合和单克隆抗体的制备
4.胚胎工程
1.(2022浙江1月选考,7,2分)农作物秸秆的回收利用方式很多,其中之一是将秸秆碎化后作为食用菌的栽培基质。碎化秸秆中纤维所起的作用,相当于植物组织培养中固体培养基的( )
A.琼脂+蔗糖 B.蔗糖+激素
C.激素+无机盐 D.无机盐+琼脂
答案 A 碎化秸秆作为食用菌栽培基质时,其富含的纤维一方面可用于维持基质的基本形态,另一方面在食用菌菌丝生长过程中被大量降解并提供碳源,故其作用相当于植物组织培养中固体培养基的琼脂和蔗糖,故选A。
2.(2022浙江6月选考,23,2分)下列关于菊花组织培养的叙述,正确的是( )
A.用自然生长的茎进行组培(组织培养)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
答案 D 植物组织培养中对自然生长的茎进行消毒的步骤为“洗涤灵稀释液浸泡2 min→流水冲净→75%酒精消毒30 s→流水冲洗→10%次氯酸钠溶液消毒10 min或0.1%氯化汞溶液消毒5~7 min→无菌水多次冲洗”,A错误;用专用封口膜封口的目的是防止外界杂菌侵入,且保证瓶内外的气体交换,B错误;组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是其具有透气性和保水性,C错误。
3.(2020浙江7月选考,15,2分)下列关于病毒的叙述,错误的是 ( )
A.有的病毒经灭活处理后,可用于细胞工程中介导动物细胞的融合
B.适当增加机体内参与免疫的细胞数量与活性,可提高对新型冠状病毒的抵御能力
C.在某人的分泌物中检测到新型冠状病毒,推测该病毒的增殖不依赖于宿主细胞
D.用高温高压处理病毒使其失去感染能力,原因之一是病毒的蛋白质发生了热变性
答案 C 动物细胞工程中,可利用灭活的病毒诱导动物细胞融合,A正确;新型冠状病毒作为病原体,可激发机体特异性免疫,适当增加机体内参与免疫的细胞数量和活性,例如注射免疫活性物质,刺激机体免疫细胞活化,可提高机体清除病原体的能力,B正确;病毒为专一性活细胞内寄生生物,只能在宿主细胞内进行增殖,C错误;高温高压灭菌的原理之一是蛋白质在高温条件下变性,其空间结构被破坏,活性彻底丧失,使得病原体失去侵染、繁殖和致病的能力,D正确。
4.(2023浙江1月选考,12,2分)在家畜优良品种培育过程中常涉及胚胎工程的相关技术。下列叙述错误的是( )
A.经获能处理的精子才能用于体外受精
B.受精卵经体外培养可获得早期胚胎
C.胚胎分割技术提高了移植胚胎的成活率
D.胚胎移植前需对受体进行选择和处理
答案 C 胚胎分割技术可提高胚胎利用率,不能提高移植胚胎的成活率,C错误;经获能后的精子才能用于体外受精,A正确;受精卵经体外培养可获得早期胚胎,早期胚胎需移植到受体子宫内继续发育,同时受体需与供体生殖器官生理变化相同,以确保能接受移植的胚胎,故胚胎移植前需对受体进行选择,并进行同期发情处理,B、D正确。
5.(2023浙江1月选考,24,15分)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究,基本过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植株再生和鉴定,最终获得高产耐盐碱再生植株。回答下列问题:
(1)根据研究目标,在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前,应检验两种植物的原生质体是否具备 的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体,则乙植物可用幼苗的 为外植体。
(2)植物细胞壁的主要成分为 和果胶,在获取原生质体时,常采用相应的酶进行去壁处理。在原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体和乙原生质体的 失活。对处理后的原生质体在显微镜下用 计数,确定原生质体密度。两种原生质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行融合;一定时间后,加入过量的培养基进行稀释,稀释的目的是 。
(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合,在凝固前倒入培养皿,融合原生质体分散固定在平板中,并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于 。下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自杂种细胞的理由是哪几项? (A.甲、乙原生质体经处理后失活,无法正常生长、分裂 B.同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂 C.培养基含有抑制物质,只有杂种细胞才能正常生长、分裂 D.杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂)
(4)愈伤组织经 可形成胚状体或芽。胚状体能长出 ,直接发育形成再生植株。
(5)用PCR技术鉴定再生植株。已知甲植物细胞核具有特异性DNA序列a,乙植物细胞质具有特异性DNA序列b;M1、M2为序列a的特异性引物,N1、N2为序列b的特异性引物。完善实验思路:
Ⅰ.提取纯化再生植株的总DNA,作为PCR扩增的 。
Ⅱ.将DNA提取物加入PCR反应体系, 为特异性引物,扩增序列a;用同样的方法扩增序列b。
Ⅲ.得到的2个PCR扩增产物经 后,若每个PCR扩增产物在凝胶中均出现了预期的 个条带,则可初步确定再生植株来自杂种细胞。
答案 (1)再生植株 叶片 (2)纤维素 细胞质、细胞核 血细胞计数板 终止原生质体融合 (3)一个融合原生质体 ABD (4)再分化 根和芽 (5)模板 M1、M2 电泳 1
解析 (1)根据研究目标需要得到再生植株,故进行植物体细胞杂交操作前,应先检验两种植物的原生质体是否具备再生植株的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体,则乙植物可采用绿色幼苗的叶片为外植体。(2)植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶。为使获得的杂种细胞具有耐盐碱效应(甲植物的细胞核基因)和高产效应(乙植物的细胞质基因),在原生质体融合前要分别使甲原生质体的细胞质和乙原生质体的细胞核失活。融合后的原生质体密度可在显微镜下用血细胞计数板计数法测定。用适宜浓度的PEG促进融合后,需加入过量的培养基进行稀释,通过降低PEG浓度,终止原生质体融合。(3)由于甲、乙原生质体分别破坏了细胞质和细胞核,未融合的原生质体和同种融合的原生质体都不能正常生长、分裂,只有杂种细胞具有完整的核质结构,可以正常生长、分裂,因此这些愈伤组织只能来自杂种细胞。(4)愈伤组织经再分化可形成胚状体或芽。胚状体能长出根和芽,直接发育形成再生植株。(5)PCR技术鉴定再生植株时,再生植株的总DNA作为PCR扩增的模板,使用特异性引物M1和M2获得扩增序列a,使用特异性引物N1和N2获得扩增序列b,若两个扩增序列在凝胶中均只有一个条带,则可初步确定再生植株只含甲的细胞核基因和乙的细胞质基因,即来自杂种细胞。
6.[2022浙江6月选考,29(二),8分]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过程中,通常要使用抗生素,其目的一是抑制 生长,二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度 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 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 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
形态是否改变进行判断,也可通过观察分裂期染色体的 ,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 长短等有关。同时也与受体的取材有关,其中受体为 时全能性表达能力最高。
答案 (每空1分)(1)农杆菌 过低 敏感性 (2)再生 细胞核 形态特征和数量 (3)培养时间 受精卵
解析 (1)农杆菌一般不携带抗生素抗性基因,基因工程操作中,常将目的基因插入Ti质粒(经人工改造,含抗生素抗性基因)的T-DNA中,再将重组质粒转入农杆菌中,这样使用含相应抗生素的培养基培养可以抑制不含重组质粒的农杆菌的生长,从而筛选出携带重组质粒的农杆菌。当选择培养基中抗生素浓度过低时,会导致抗生素不足以抑制不含抗性基因的细胞的生长繁殖,从而出现较多的假阳性植株,因此在转基因前需要对受体进行抗生素的敏感性检测。(2)植物转基因受体获得目的基因后需培养成完整植株并可使目的基因稳定存在并遗传给下一代等,因此转基因受体需具有较强的再生能力和遗传稳定性。受体细胞的遗传物质主要分布在细胞核中,通过观察细胞核的形态是否改变,可对受体细胞的遗传稳定性进行早期检测;染色体是遗传物质的主要载体,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也可对受体细胞遗传稳定性进行早期检测。(3)植物转基因受体全能性的表达程度受多种因素的影响,如培养环境、继代次数、培养时间长短、受体的取材部位和基因型等。一般来说,选取的受体分化程度越低,全能性表达能力越高,选择受精卵作为受体时全能性表达能力最高。
7.[2021浙江1月选考,29(二),8分]三叶青为蔓生的藤本植物,以根入药。由于野生三叶青对生长环境要求非常苛刻,以及生态环境的破坏和过度的采挖,目前我国野生三叶青已十分珍稀。
(1)为保护三叶青的 多样性和保证药材的品质,科技工作者依据生态工程原理,利用 技术,实现了三叶青的林下种植。
(2)依据基因工程原理,利用发根农杆菌侵染三叶青带伤口的叶片,叶片产生酚类化合物,诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因表达形成 和限制性核酸内切酶等,进而从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段(T-DNA)。T-DNA进入叶片细胞并整合到染色体上,T-DNA上rl系列基因表达,产生相应的植物激素,促使叶片细胞持续不断地分裂形成 ,再分化形成毛状根。
(3)剪取毛状根,转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次 培养,培养基中添加抗生素的主要目的是 。最后取毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养,通过控制摇床的 和温度,调节培养基成分中的 ,获得大量毛状根,用于提取药用成分。
答案 (1)遗传 间种 (2)DNA聚合酶 愈伤组织 (3)继代 杀灭发根农杆菌 转速 营养元素以及生长调节剂的种类和浓度
解析 (1)三叶青具有遗传多样性。在林下种植三叶青,利用了间种技术。(2)利用发根农杆菌侵染三叶青带伤口的叶片,叶片产生的酚类化合物可诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因的表达,进而能从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段(T-DNA片段),因此推测vir系列基因表达形成了DNA聚合酶和限制性核酸内切酶等。T-DNA进入叶片细胞并整合到染色体上后,其上的rl系列基因表达产生相应的植物激素,促使叶片细胞先脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成毛状根。(3)将剪取的毛状根转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次继代培养,培养基中添加抗生素的主要目的是杀灭发根农杆菌。将毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养,通过控制摇床的转速和温度,调节培养基成分中的营养元素和植物生长调节剂的种类和浓度,可获得大量毛状根,用于提取药用成分。
8.[2020浙江7月选考,29(二),9分]回答与基因工程和植物克隆有关的问题:
(1)天然农杆菌的Ti质粒上存在着一段DNA片段(T-DNA),该片段可转移并整合到植物细胞染色体上。为便于转基因植物在组织培养阶段的筛选,设计重组Ti质粒时,应考虑T-DNA中要有可表达的目的基因,还需要有可表达的 。
(2)结合植物克隆技术进行转基因实验,为获得转基因植株,农杆菌侵染的宿主一般要选用具有优良性状、较高的遗传稳定性、 及易被农杆菌侵染等特点的植物材料。若植物材料对农杆菌不敏感,则可用 的转基因方法。
(3)利用带侧芽的茎段获得丛状苗的过程与利用茎段诱导产生愈伤组织再获得丛状苗的过程相比,前者总培养时间 ,且不经历 过程,因而其遗传性状稳定,是大多数植物快速繁殖的常用方法。
(4)与发芽培养基相比,配制转基因丛状苗生根培养基时,可根据实际情况适当添加 ,促进丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织并进一步分化形成 ,最终形成根。还可通过改变MS培养基促进生根,如 (A.提高蔗糖浓度 B.降低培养基浓度 C.提高大量元素浓度 D.不添加琼脂)。
答案 (1)抗性基因 (2)全能性表达充分 显微注射 (3)短 脱分化 (4)生长素 根的分生组织 B
解析 (1)利用农杆菌转化法培育转基因植物时,为便于检测Ti质粒中的T-DNA片段是否成功导入植物细胞,T-DNA中既要有可表达的目的基因,也要有可表达的抗性基因。(2)为获得转基因植株,农杆菌侵染的宿主一般要选用易被农杆菌侵染,同时性状优良、具有较高的遗传稳定性和全能性表达充分的植物材料。转基因植株培育中,还可采用显微注射的方法导入目的基因。(3)利用带侧芽的茎段获得丛状苗的过程不经历愈伤组织阶段,因此不经历脱分化的过程,其总培养时间较短。(4)与发芽培养基相比,生根培养基中可适当添加生长素,从而促进丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织并进一步分化形成根的分生组织,最终形成根。还可通过降低MS培养基的浓度促进生根,植物通过根的生长从外界获取更多养分。2021年
2022年
2023年
考情分析
1月
6月
1月
6月
1月
6月
动物细胞工程
2分
3分
2分
2分
植物细胞工程大多作为哦情境出现，涉及知识较为简单；动物细胞工程命题以单克隆抗体相关内容为主，侧重对生命观念和科学思维的考查；胚胎工程主要考查对相关内容的识记、理解和应用。
植物细胞工程
3分
2分
5分
8分
胚胎工程
2分
2分
1分
生物技术伦理
2分
分值合计
5分
5分
4分
5分
12分
3分
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