专题二细胞工程

1、专题二 细胞工程第1节  植物细胞工程植物组织培养及应用例1 （2007年广东生物，41）香蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。由香蕉束顶病毒（BBTV，单链环状DNA病毒）引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种植水平，具有重要意义。请根据上述材料，回答下列问题：（1）简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。（2）脱毒香蕉苗的获得，可采用 的方法，此方法的依据是 和 。（3）建立可靠的BBTV检

2、测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量，请问可用哪些方法检测病毒的存在？（列举两种方法）（4）如何利用afp基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？（列举两点）（5）从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据。另外，抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期，请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程。答案 （1）选取香蕉外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织，然后通过调整植物激素比例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗（或通过诱导形成大量胚状体，制成人工种子，适宜条件下萌发长成幼苗）（2）茎尖（分生组织）组织培养 茎

3、尖不带病毒（或病毒在植物体内分布不均匀） 植物细胞的全能性（3）BBTV病毒基因的检测（DNA分子杂交技术）；BBTV病毒蛋白的检测（获得抗血清，利用抗原抗体的杂交反应，判断病毒是否存在）。（4）将afp基因插入土壤农杆菌的质粒中，构建基因表达载体，通过农杆菌的转化导入香蕉受体细胞，成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株。生态安全问题包括：外源基因扩散到其他物种（外源基因漂移）；转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；转基因植株扩散对生物多样性的影响；转基因植物残体或分泌物对环境的影响（5）体细胞杂交育种，其依据是将不同品种的香蕉体细胞利用细胞融合技术融合成杂种细胞后培育出抗寒香蕉品种（或体细

4、胞诱变育种，其依据是利用诱变剂等方法使香蕉离体培养的细胞发生基因突变，然后筛选培育出抗寒品种）。蛋白质工程方法的步骤为:果胶裂解酶蛋白的功能分析;果胶裂解酶蛋白的结构预测和设计；果胶裂解酶基因的改造植物体细胞杂交例2 据图回答下列问题：（1）过程是用 处理细胞的细胞壁，后经过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成 种细胞团（只考虑两个细胞融合的情况）。是 的过程，与此过程密切相关的细胞器是 。（2）在过程培养中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入 。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证

5、。（3）若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育（假设能成功），得到的后代应含 条染色体，还必须用 来处理幼苗，才能得到可育的番茄马铃薯植株，此时体细胞中含有 条染色体。（4）若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为 倍体。答案 （1）纤维素酶和果胶酶 3 细胞壁再生 高尔基体（2）植物激素 无菌（3） 秋水仙素 A+B（4）六1.玉米是雌雄同株异花的单子叶植物，是生产和科研的好材料。现有两个玉米品种，其基因型分别为yyRr和Yyrr。科学家将它们的花粉除去细胞壁后进行原生质体融合，再把这些融合细胞进行组织培养，培育出了玉米新品种。 （1）上述

6、育种方法采用了 技术，其生物学原理是 。这项研究的意义是 。（2）在组织培养的培养基中除了必要的营养物质外，还必须添加 。培养过程中，融合细胞首先通过细胞分裂形成 ，这个过程叫 。（3）在植物组织培养一段时间后，发现不同细胞所含蛋白质种类和数量有明显差异，其原因是 。（4）两个品种的花粉进行原生质体融合后，可产生 种基因型的融合细胞（仅考虑两两融合），这些融合细胞再经过组织培养可以得到 种不同于亲本表现型的玉米新品种。答案 （1）植物体细胞杂交 生物膜的流动性和细胞的全能性 克服了远缘杂交不亲和的障碍 （2）植物激素（细胞分裂素和生长素） 愈伤组织 脱分化（去分化） （3）基因的选择性表达 （

7、4）6 22.（2008年海南生物，25）某二倍体植物是杂合子，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：（1）图中表示的是该花粉培养过程中的 过程，表示的是 过程，X代表的是 ，表示的是 过程，表示的是诱导 过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中 的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有 。（3）对植株甲进行 ，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通过 的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是

8、植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种。花药培养在育种上的特殊意义是 ，从而开辟育种新途径。答案 （1）脱分化 再分化 胚状体 分化（或发育） 生根（2）激素 单倍体 细胞的全能性（3）染色体加倍 无性繁殖 乙（或经过染色体加倍的） 一 多 缩短育种周期3.通过植物组织培养技术，可以快速繁殖、培育无病毒的植物。培养过程如下：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织胚状体植物 体（1）紫草细胞中提取的紫草素是制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料。若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素，不再需要经过 过程，且哪项条件是不需要

9、的 。A.消毒灭菌 B.适宜温度 C.充足光照 D.适宜养料和激素（2）用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。图中的相当于种子结构中的 ，主要作用是 。（3）为了有利于幼苗茁状成长，提高农作物产量，请设计两种对人工种子处理的方法。 。答案 （1）再分化 C （2）胚乳 提供胚状体发育所需的营养 （3）在人工胚乳中添加固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等（答对2项即可）4.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程

10、，请据图回答：（1）取玉米幼苗的茎尖进行 ，如图AC，发育成植株D，取D的花药进行离体培养成幼苗，属于 ，如图EF，经秋水仙素处理后发育成植株G；从生殖方式上分析，AD属于 生殖；从细胞分裂方式上分析，EF过程中进行了 分裂。（2）取茎尖进行培养的原因是 。（3）AC的过程要严格控制 。（4）用AD过程获得的植株D，称为 。若用D进行繁殖，种植的植株就 或 感染病毒。（5）用EG途径育种的优点是 。（6）若想培育出一种新的玉米品种，可以采用 育种方式；若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用 育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用 技术。答案 （1）组织培养 单倍体育种

11、 无性 有丝（2）分生区附近病毒极少，甚至无病毒（3）无菌 （4）脱毒苗 不会 极少（5）直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限（6）诱变 基因工程 植物体细胞杂交5.（热点预测）番茄为自花传粉植物，在20世纪初，科学家用植物体细胞杂交技术，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了番茄马铃薯杂种植株（如图），但目前还没有实现这美妙的设想地上结番茄果实、地下结马铃薯块茎的植物。据图回答下列问题：（1）过程叫做 技术。与过程密切相关的具有单层膜的细胞器为 。（2）分别用红、绿荧光染料标记a、b细胞膜上的蛋白质，正在融合的原生质体一半发红色荧光，一半发绿色荧光。杂种细胞上a、

12、b两种颜色的荧光均匀分布，这表明细胞膜具有 性。（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是 ，依据的原理是 ，其中过程相当于 ，过程相当于 ，其细胞分裂方式为 。（4）若利用此技术生产治疗烫伤、割伤的药物紫草素，培养将进行到 （填字母编号）。（5）人工“种子”与自然种子相比，具有的特殊优点是 。A.储运方便 B.培植简易 C.成活率高 D.保持亲本优良性状（6）若运用传统的有性杂交能否得到上述杂种植株？ ，理由是 。这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。（7）在“番茄马铃薯”培育过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律？为什么？ 。（8）如果过程的a、b细胞都

13、是番茄细胞，那么更简单的得到番茄多倍体植株的方法是 。答案 （1）原生质体融合 高尔基体 （2）一定的流动（3）植物组织培养 植物细胞的全能性 脱分化 再分化 有丝分裂 （4）e （5）D （6）不能 不同种或属的植物之间存在生殖隔离 克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围 （7）不遵循。因为在生物进行有性生殖过程中，才遵循孟德尔遗传规律，而植物体细胞杂交育种过程不属于有性生殖 （8）用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗6.（2009年绵阳模拟） “白菜甘蓝”是科学家用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短，耐热性强和易储存等优点。下图是“白菜甘蓝”培育过程示

14、意图，请完成下列有关问题：（1）由杂种细胞D培育成“白菜甘蓝”植株，采用的技术手段是 。该过程说明植物细胞具有 。（2）要制备“白菜甘蓝”的人工种子，要在d步骤选取具有生根发芽能力的 （结构），包裹上人造种皮制得。（3）在a过程中诱导原生质体融合最常用的诱导剂是 ，融合依据的原理是 。（4）要获得上图中白菜和甘蓝的原生质体，首先需要分别除去白菜和甘蓝细胞的细胞壁。现提供以下材料和用具：紫色洋葱磷片叶、适宜浓度的蔗糖溶液、纤维素酶和果胶酶、蒸馏水、镊子、显微镜、载玻片等。请你从中选择合适的材料，完成下面检验是否已除去细胞壁实验的方法步骤，并预测和解释实验结果。主要实验步骤：选取适宜浓度的蔗糖溶液

15、，加入适量纤维素酶和果胶酶配制成细胞壁分解液。其中选取适宜浓度的蔗糖溶液而不用蒸馏水的理由是：适宜浓度的蔗糖溶液 。检验细胞壁分解液除去细胞壁。第一步：用镊子撕取一小块紫色洋葱鳞片叶放在载玻片中央，滴加适量细胞壁分解液，制成临时装片，得到实验组装片。第二步： 。第三步： 。结果预测和解释： 。答案 （1）植物组织培养 全能性 （2）胚状体（3）聚乙二醇（PEG） 细胞膜的流动性（4）可防止原生质体过度吸水涨破（保持原生质体正常的形态）第二步：用适宜浓度的蔗糖溶液代替细胞壁分解液，其他操作同第一步，得到对照组装片第三步：在显微镜下观察比较实验组和对照组装片洋葱细胞的形态结果预测和解释：实验组装片

16、的洋葱细胞呈分散的紫色球形，表明细胞壁已被分解；对照组装片的洋葱细胞呈相互连接的紫色多边形，表明细胞壁未被分解7.制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，这层膜和这些营养物质分别具有种皮和胚乳的功能（如图所示）。在制造过程中还可以加入某些农药、菌肥等。据此材料回答下列问题：（1）胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是 和 。在这一过程中被培养的细胞始终受 的调节。（2）从保证人造种子正常生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有 特点。在人工种子萌发过程中胚状体细胞吸收营养液中的物质用于 等。（3）

17、在人工种子中被包入的菌肥通常是 。答案 （1）脱分化 再分化 植物激素 （2）半透性（透水、透气性）和能被微生物降解 代谢生长 （3）固氮菌第2节 动物细胞工程动物细胞培养与细胞融合例1 近年来，我国死于狂犬病的人数有上升之势。狂犬病病毒的核酸是RNA，机体感染病毒后产生的特异性lgG抗体，能消除狂犬病病毒，这是接触狂犬病病毒后及时注射疫苗和特异抗体的重要依据。我国利用地鼠的肾细胞培养狂犬病疫苗，已取得良好效果。请根据上述材料，回答下列问题：（1）狂犬病病毒的毒力可发生变异。从自然感染动物体内分离的病毒株称为野毒株，其致病力强。将野毒株在家兔脑内连续传50代后，变成固定毒株。固定毒株对人及动物

18、致病力弱，不引起狂犬病。巴斯德首先利用固定毒株制成减毒活疫苗，预防狂犬病。制成减毒活疫苗需要用 培养。（2）特异性抗体获取的方法可用单克隆抗体制备法。在制备单克隆抗体的过程中，应用的动物细胞工程的技术是 。（3）下图是单克隆抗体制备过程示意图，请据图回答：图中A过程从小鼠的脾脏中取得的“小鼠细胞”是 细胞，该细胞能够产生 。从小鼠体内提取分离该细胞之前，应给小鼠注射特定的物质是 。图中B过程是细胞融合，该过程需要用灭活的 、聚乙二醇或电激等诱导。特异性抗体获取的方法也可以采用向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。与这种方法制备的抗体相比，单克隆抗体具有 等优

19、点。（4）动物细胞体外培养需要满足的环境条件有 。（5）单克隆抗体技术还有哪些用途？ 。答案 （1）活细胞 （3）动物细胞融合技术 （3）B淋巴（或浆） 抗体 抗原（或狂犬病病毒） 病毒（或仙台病毒） 特异性强、灵敏度高，并可以大量制备 （4）无菌、无毒、温度和pH、气体、营养物质 （5）作为诊断试剂、运载药物（或“生物导弹”）等单克隆抗体的制备例2 科学家从某些能无限增殖细胞的细胞质中分离出了无限增殖调控基因（prG），该基因能激发许多动物细胞的分裂，这为单克隆抗体的制备提供了更为广阔的背景。请回答以下相关的问题：（1）利用细胞融合技术制备单克隆抗体，促进动物细胞融合常用的诱导因素是 。（2

20、）有人提出，可以直接通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，其思路如下图所示：请回答：酶A是指 ，酶B是指 。对已导入重组质粒的 进行“检测”的目的是 ； 指代的细胞具有的特点是 。（3）也有人提出用细胞核移植技术构建重组细胞来生产单克隆抗体，试用相关的图示及文字表示该过程：答案 （1）灭活的病毒 （2）限制性核酸内切酶 DNA连接酶 检测目的基因在受体细胞中是否进行了表达（或检测受体细胞是否显示出目的基因控制的性状） 既能无限增殖又能产生专一抗体（3）1.（2008年宁夏理综，38）回答下列有关动物细胞培养的问题：（1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面 时，细胞会停止分

21、裂增殖，这种现象称为细胞的 。此时，瓶壁上形成的细胞层数是 。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是 。（2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现 的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成 细胞，该种细胞的黏着性 ，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量 。（3）现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是 。（4）检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到 期的细胞用显微镜进行观察。（5）在细胞培养过程中，通常在 条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中 的活性降低，细胞 的速率降

22、低。（6）给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作 进行攻击。答案 （1）相互接触 接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶（2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少（3）由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色（或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色）（4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮） 酶 新陈代谢（6）抗原2.我国科学家2001年在山东莱阳农学院培育出克隆牛“康康”和“双双”的过程如图所示，请分析回答：（1）所指细胞工程的名称分别是  和 。（2）“康康”和“双双”之间能否进行器

23、官移植？为什么？ 。（3）实施细胞工程时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是 。（4）“康康”和“双双”的培育成功说明了什么问题？ 。答案 （1）细胞核移植 胚胎移植（2）能。因为它们具有几乎完全相同的遗传物质，移植后不会发生免疫排斥（3）卵细胞体积大，易操作；卵细胞中含有能使细胞核的全能性表达的物质（4）动物细胞的细胞核也具有全能性3.下面两幅图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图，请据图回答下列问题：（1）图甲和图乙所示的过程中，都必须用到的动物细胞工程技术手段是 。（2）图甲中过程常在 诱导下完成，过程与体外培养相比，其优点是 。（3）单克隆抗体能定向攻击癌细胞，主要是利

24、用其 。（4）若不考虑环境因素影响，克隆羊的性状全部像白面绵羊吗？ 。原因是 。（5）图乙过程的技术具有多种用途，但是不能 （ ）A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优良个体C.用于保存物种 D.改变动物的核基因（6）在目前现有技术条件下，还不能将从动物体内分离出来的成熟的体细胞直接培养成一个新个体，而是必须将体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中才能发育成新个体，你认为原因最可能是 （ ）A.卵细胞大，便于操作 B.卵细胞含有的营养物质多C.卵细胞的细胞质可使体细胞核全能性得到表达 D.重组细胞才具有全能性答案 （1）动物细胞培养 （2）聚乙二醇（或灭活的病毒，物理方法如离心、振动，

25、电刺激也可） 不需特定的培养基，不需严格的外界环境条件 （3）导向作用 （4）不是 卵细胞细胞质的遗传物质也能控制某些性状（5）D （6）C4.请填写有关细胞工程的内容：（1）生物体的每一个细胞都包含有该物种的 ，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有 。（2）植物组织培养技术的应用范围是很广的，除了快速繁殖、培育无病毒植物、通过大规模的植物组织培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等外，还可应用于 等（至少答出一项）。（3）动物细胞培养一般分为 和 两个阶段，培养时除需要适宜的温度、营养、无菌、无毒等环境条件以外，还要向培养液中通入氧气和二氧化碳。通入氧气的原因是 。通入二氧化碳

26、的原因是 。 （4）在动物细胞培养过程中，先后两次用胰蛋白酶，配制成细胞悬浮液，其作用分别是 。（5）植物体细胞杂交的重要意义在于 ，与诱导植物原生质体融合方法相比，动物细胞融合还常用 作为诱导剂。答案 （1）全套遗传物质 全能性 （2）制成人工种子、转基因植物的培育及植物体细胞杂交 （3）原代培养 传代培养保证细胞能够进行有氧呼吸（细胞代谢必需） 维持培养液的pH（保证各种酶的正常活性） （4）使组织分散成单个细胞；使细胞从瓶壁上脱离下来 （5）克服了远缘杂交不亲和的障碍 灭活的（仙台）病毒5.如图为细胞融合的简略过程，请据图回答：（1）若A、B是植物细胞，在细胞融合之前已用 处理，除去了

27、； A、B到C的过程中，常用的物理方法是 ，融合完成的标志是 。（2）若A、B是植物细胞，则形成的D细胞还要应用 技术把D培养成植株。（3）若A、B是动物细胞，一般取自 ，然后用 使其分散开来；从A、B到C的过程中，常用的但不用于植物细胞培养的手段是 ，所形成的D称为 。（4）若该过程是制备单克隆抗体，A为小鼠B淋巴细胞，在获得此细胞之前，小鼠已被注射了 。由D细胞连续分裂产生大量细胞的过程称为 。这种细胞既能无限繁殖，又能分泌 。图中B为 。（5）若该过程仍是制备单克隆抗体，在A、B到C的过程中，所形成的C有 种（只考虑两个细胞的相互融合），用来培养的D细胞应该是 。从中选择出它的方法是 培

28、养。获得D后，常用的培养方法 和 。答案 （1）纤维素酶和果胶酶 细胞壁 电刺激、振动、离心 产生新的细胞壁（2）植物组织培养（3）动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 胰蛋白酶 用灭活的病毒诱导杂种细胞融合 杂种细胞（4）抗原 克隆（细胞培养） 特异性抗体（单克隆抗体） 骨髓瘤细胞（5）3 杂交瘤细胞 用特定的选择培养基 培养基中培养 小鼠腹腔内增殖6.（2007年海南高考）某研究小组进行药物试验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题：（1）将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于

29、培养瓶中培养，培养液及其它培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量 。（2）在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是 。细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是 。（3）在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长 。药物试验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更 。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需用 消化处理。（4）为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的 。（5）已知癌基因X过量表达与肝肿瘤的发生密切相关，要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响，可将甲细胞分为A、B两组，A组细胞培养液中加入 ，B组细胞培养液中加入无菌生理盐水，经培养后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的 或 合成水平的差异，确定Y的药效。答案 （1）多（2）血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 维持培养液pH （3）停止 多 胰蛋白酶（4）抗生素 （5）药物Y mRNA 蛋白质7.下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图，据图回答下列问题：（1） 技术是进行单克隆抗体制备的基础。（2）根据培养基的用途分类，图中HAT培养基属于 培养基。（3）单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是 。（4）动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外，还可以采用 。（5