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高中生物2020届高考生物一轮复习专题26细胞工程含胚胎工程生物技术安全性与伦理问题课件
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这是一份高中生物2020届高考生物一轮复习专题26细胞工程含胚胎工程生物技术安全性与伦理问题课件，共60页。
专题26 细胞工程（含胚胎工程、生物技术安全性与伦理问题）
生物 (天津市选考专用)
A组 自主命题·天津卷题组
1.(2015天津理综,6,6分)2015年2月3日,英国议会下院通过一项历史性法案,允许以医学手段培 育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。 据图分析,下列叙述错误的是 ( )A.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代B.捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿C.三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核D.三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
答案 C 分析图示可知:母亲只提供细胞核,因而可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后 代,A正确;红绿色盲基因属于核基因,而捐献者提供的是去核卵母细胞,其红绿色盲基因不能遗 传给三亲婴儿,B正确;三亲婴儿的染色体一半来自母亲提供的卵细胞细胞核,一半来自父亲提 供的精子,C错误;体外受精形成的受精卵需培养形成早期胚胎,而后经胚胎移植进入受体子宫 内,D正确。
素养解读 本题以三亲婴儿的培育过程为信息载体,考查学生理解及应用能力,体现了对生命 观念、科学思维、社会责任的考查。
2.(2015天津理综,7,15分)DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本,利 用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。
据表回答:(1)选育的融合藻应具有A藻 与B藻 的优点。(2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻,其目的是获得 。(3)通过以下三步筛选融合藻,步骤 可淘汰B藻,步骤 可淘汰生长速率较慢的 藻落,再通过步骤 获取生产所需的融合藻。步骤a:观察藻落的大小步骤b:用不含有机碳源(碳源——生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养步骤c:测定DHA含量(4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组实验,结果如图。
①甲组条件下,融合藻产生[H]的细胞器是 ;丙组条件下产生ATP的细胞器是 。②与甲、丙两组相比,乙组融合藻生长速率较快,原因是在该培养条件下 。甲、乙两组DHA产量均较高,但实际生产中往往采用甲组的培养条件,其原因是 。
答案 (1)产生DHA、自养特性 快速生长 (2)原生质体 (3)b a c (4)①线粒体、叶绿 体 线粒体 ②融合藻既能光能自养又能异养 融合藻利用光能和简单的无机物即能生长, 不需添加葡萄糖,可降低成本,也可防止杂菌生长
解析 (1)根据题干信息,“利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻”及表中信息可推断融合 藻应既具有A藻的“自养”和产“DHA”的特点,又具有B藻快速生长的优点。(2)诱导融合 前需利用纤维素酶去掉两种藻的细胞壁,从而获得原生质体。(3)由于B藻是异养生物,只能利 用有机碳源,故通过步骤b可以淘汰B藻。由于A藻生长慢、藻落小而B藻生长快、藻落大,因 此,可以依据藻落大小淘汰生长速率较慢的藻落。最后能在不含有机碳源的培养基生长并且 DHA含量较高的藻落即为生产所需的融合藻。(4)①分析坐标图可知,甲组的融合藻既能进行 光合作用又能进行呼吸作用,因此,产生[H]的细胞器有叶绿体和线粒体。丙组融合藻在黑暗 中产生ATP的细胞器是线粒体。②乙组融合藻既能利用光能又能利用葡萄糖,属于既能光能 自养又能异养的生物,因此乙组培养条件下融合藻较甲、丙两组生长快。实际生产中采用甲 组的培养条件而不采用乙组培养条件的原因是:甲组融合藻在不添加葡萄糖的情况下就能利 用光能和简单的无机物生长,因此降低了成本,也可防止杂菌生长。
素养解读 本题主要考查细胞融合技术及细胞代谢的特点,考察学生对实验结果和现象的分 析能力,体现了对生命观念、科学探究、科学思维的考查。
3.(2013天津理综,9,15分)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗 性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再 利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂 种植株。流程如下图。 据图回答下列问题:(1)过程①所需的酶是 。(2)过程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的 存在,这一特征可作为初步筛 选杂种细胞的标志。
(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是 。原生质体经过 再生,进而分裂和脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和 植株的根尖,通过 、 、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数 目。(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增,得到两亲本的差异性条带,可用 于杂种植株的鉴定。如图是用该引物对双亲及再生植株1~4进行PCR扩增的结果。据图判断, 再生植株1~4中一定是杂种植株的有 。
(6)对杂种植株进行 接种实验,可筛选出具有高抗性的杂种植株。
答案 (1)纤维素酶和果胶酶(2)叶绿体(3)保持原生质体完整性 细胞壁(4)双亲(或花椰菜和黑芥) 解离 漂洗(5)1、2、4(6)黑腐病菌
解析 本题考查植物细胞工程,染色体变异的实验鉴定以及高抗性的杂种植株的筛选等相关 知识。(1)去除细胞壁获得原生质体需要用纤维素酶和果胶酶处理。(2)叶肉细胞含有叶绿体, 因此通过PEG诱导融合的杂种细胞应含有叶绿体,以此作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原 生质体失去了细胞壁的保护作用,因此原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇,使原生 质体处于等渗溶液中,以维持原生质体正常形态。原生质体经过细胞壁再生,进而分裂和脱分 化形成愈伤组织。(4)要判断染色体变异的类型,应剪取再生植株、花椰菜和黑芥植株的根尖, 通过解离、漂洗、染色、制片等过程制成装片,然后进行显微观察比较染色体的形态和数 目。(5)根据两亲本的差异性条带,可知再生植株1、2和4既有花椰菜的条带,又有黑芥的条带, 因此再生植株1、2和4一定为杂种植株。(6)要筛选出高抗性的杂种植株,应进行相应的病原 体接种实验,即接种黑腐病菌。
素养解读 本题主要考查植物细胞工程及染色体变异,意在培养学生所用所学知识解决问题 的能力,体现了对生命观念、科学探究、科学思维的考查。
B组 统一命题、省(区、市)卷题组
考点1 植物细胞工程
1.(2019江苏单科,20,2分)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力,某研究小组的实 验过程如下图。下列叙述正确的是 ( ) A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
答案 D 本题通过植物组织培养的相关知识,考查考生实验探究和获取信息的能力;借助植 物组织培养的过程图示,体现了对科学探究素养中的实验方案探讨要素的考查。过程①将植物细胞的细胞壁去除后获得原生质体,若将其悬浮在30%蔗糖溶液中,原生质体会 因溶液浓度过高而失水皱缩,A错误;过程②需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化,若提高生长素的比例,则会促进根的分化,而使芽的分化受到抑制,B错误;秋水仙素具有诱导细胞染色体数目加倍的作用,没有诱导细胞壁再生的作用,C错误;细胞的全能性依赖于细胞内遗传物质的完整性,原生质体虽无细胞壁但其遗传物质是完整的,因此原生质体保持细胞的全能性,D正确。
易错辨析 在植物组织培养过程中,生长素和细胞分裂素是关键激素。当同时使用这两种植 物激素时,两者的比例会影响植物细胞分化发育的方向。一般来说,当生长素用量与细胞分裂 素用量比值高时,有利于根的分化而对芽的形成有抑制作用;当生长素用量与细胞分裂素用量 比值低时,有利于芽的分化而对根的形成有抑制作用;当生长素用量与细胞分裂素用量比值适 中时,则能促进愈伤组织的形成。
2.(2018江苏单科,8,2分)花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体植物花药育种过 程的示意图,下列叙述正确的是(多选) ( ) A.为了防止微生物污染,过程①所用的花药需在70%乙醇中浸泡30 minB.过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化C.过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体D.过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
答案 C 本题主要考查花药离体培养的相关知识。为了防止微生物污染,过程①所用的花 蕾需在70%乙醇中浸泡30 s,A错误;过程②的培养基中,生长素与细胞分裂素的比值适中,且生 长素含量高于细胞分裂素时,有利于根的分化,B错误;进行过程③的愈伤组织经过了秋水仙素 的处理,故其分化后的植株中可筛选获得纯合的二倍体,C正确;经炼苗后的幼苗是能进行光合 作用且能独立进行代谢的植株,故幼苗的生长基质中不用添加蔗糖和多种植物激素,D错误。
规律总结 激素杠杆生长素与细胞分裂素的协同调控作用在植物组织培养中非常重要,人们常把它们称为“激素 杠杆”。例如,当生长素与细胞分裂素的比例适中,且生长素含量高于细胞分裂素时,主要诱导 植物组织脱分化和根原基的形成;而当细胞分裂素的效应高于生长素时,则主要诱导植物组织 再分化和芽原基的形成。
3.(2016江苏单科,9,2分)下列有关细胞工程的叙述,正确的是 ( )A.PEG是促细胞融合剂,可直接诱导植物细胞融合B.用原生质体制备人工种子,要防止细胞破裂C.骨髓瘤细胞经免疫处理,可直接获得单克隆抗体D.核移植克隆的动物,其线粒体DNA来自供卵母体
答案 D 植物细胞融合前需先用酶解法去掉细胞壁,形成原生质体,再用PEG促进原生质体 融合,A错误;人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过 人工薄膜包装得到的种子,不用原生质体为材料,B错误;骨髓瘤细胞需与经免疫过的B淋巴细 胞融合,再经筛选培养才能获得单克隆抗体,C错误;动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核 取出,移入已经去掉细胞核的卵母细胞中,核移植克隆动物的线粒体DNA来自供卵母体。
解题关键 解答本题的关键是熟知细胞工程的相关知识。①植物细胞融合时需要先去掉细 胞壁;②原生质体与植物细胞的区别在于有无细胞壁;③能产生抗体的细胞是浆细胞,而不是骨 髓瘤细胞。
4.(2019课标全国Ⅱ,38,15分)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应 用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的 特点有 (答出2点即可)。(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到 人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用 是 。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有 植物激素、 和 等几类物质。 (3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的 进
行组织培养。(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培 养成一个完整植株的基本程序是 (用流程图表示)。
答案 (1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元 素 糖 (3)茎尖 (4)含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株
解析 本题借助植物细胞工程实际应用的相关知识,考查综合运用能力。试题通过对比获得 植物新个体的不同途径,体现了对科学探究素养中的结果分析要素的考查。(1)植物微型繁殖可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效、快速、大量繁殖。(2)人工种皮 具备透气性,可以保证胚状体进行有氧呼吸时对氧的需求;人工胚乳应该含有植物激素、矿质 元素和糖等物质,保证胚状体的正常生长。(3)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,可以切取 茎尖进行组织培养,获得脱毒苗。(4)获得转基因植株,首先要通过细胞的脱分化过程,培养出 愈伤组织,对愈伤组织继续培养,诱导分化形成小植株。
知能拓展 人工种皮中应该具有哪些有效成分?针对植物种类、土壤等条件,在人工种皮中可加入适量的养分、无机盐、农药、抗生素、有 益菌等,为了促进胚状体、不定芽等的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节 剂。
5.(2019课标全国Ⅲ,38,15分)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 。(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。
答案 (1)全能性(或答:形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)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:再分化)(4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性 无性
解析 本题借助胡萝卜根组织块的组织培养的相关知识,考查考生理论联系实际,综合运用所 学知识解决生物学问题的能力;试题通过对组织培养流程的分析考查了科学思维素养。(1)植物细胞具有全能性,利用已分化的植物细胞通过植物组织培养可以培养成完整植株。(2) 形成层细胞分化程度低,全能性较高,更容易诱导形成愈伤组织,进而获得完整植株。(3)愈伤 组织的形成和试管苗的分化需要不同的生长素与细胞分裂素比例,因此诱导愈伤组织的形成 阶段到分化阶段需要不同的培养基。愈伤组织通过再分化过程,最终可形成试管苗。(4)叶绿 素的形成需要光,试管苗的发育也需要光,因此试管苗的诱导阶段需要光照。(5)通过植物组织 培养获得植株,属于无性繁殖的一种,可以保持原品种的遗传特性。
知识拓展 组织培养得到植株的两种常见途径①愈伤组织形成后经诱导发芽形成丛状苗,再生根形成植株;②愈伤组织形成后经液体悬浮培 养得到单个细胞,诱导形成胚状体再形成植株。
6.(2017海南单科,31,15分)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利 用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题:(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管 苗,其原理是 。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到 。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是 (填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用 量的不同造成的,这两种激素是 。A中的愈伤组织是叶肉细胞经 形成的。
(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种 花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时, (填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到 的花粉粒作为外植体,原因是 。
答案 (1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株 (2)葡 萄糖、果糖 具有完整的细胞核 (3)细胞分裂素、生长素 脱分化 (4)不能 对杂合体的 植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同。用花粉粒进行 组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株
解析 (1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖水解后可得到葡萄糖、果 糖。用细胞作为材料进行培养获得幼苗,细胞必须具有完整细胞核,才具有发育为完整个体的 一整套完整遗传信息。(3)影响植物组织培养的两种激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织 是细胞经脱分化形成的。(4)花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,花粉粒经组织培养得到 的花卉的基因型不同于原植株,导致不能保留亲本性状。
考点2 动物细胞工程
1.(2019江苏单科,23,3分)如图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸 核糖转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述正确的 是(多选) ( )A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
答案 ACD 本题通过动物细胞融合的知识,考查考生获取信息和实验探究的能力;试题借助 基础判断的形式,体现了对科学探究素养中的实验方案探讨要素的考查。灭活的仙台病毒具有诱导细胞融合的作用,A正确;两两融合的细胞包括免疫B细胞—免疫B细 胞、骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞、免疫B细胞—骨髓瘤细胞三种,只有免疫B细胞与骨髓瘤细胞 的融合细胞能在HAT培养液中生长,B错误;与骨髓瘤细胞结合的免疫B细胞的种类不同,形成 的杂交瘤细胞产生的单克隆抗体不同,因此需要进一步筛选才能用于生产,C正确;细胞融合的 基础是细胞膜具有一定的流动性,D正确。
思路梳理 认真读题和看图→回忆单克隆抗体制备的过程→结合选项选出答案。
2.(2018江苏单科,22,3分)如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是(多选) ( ) A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现C.c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
答案 BC 植物细胞壁会阻碍细胞融合,故植物细胞融合前需先用酶解法除去细胞壁,A错 误;细胞间的融合需在相应的诱导处理下才能完成(如离心、聚乙二醇等,动物细胞还可用灭 活病毒诱导融合),B正确;细胞融合过程出现了膜的变形,故细胞融合过程与细胞膜流动性有 关,C正确;c细胞中具有a、b细胞的全部基因,但这些基因不一定能全部表达,D错误。
3.(2018课标全国Ⅲ,38,15分)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对 非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题:(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指 。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴 体细胞的染色体数目 (填“减半”“加倍”或“不变”)。(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动 物的难度 (填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是 。(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所 得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目 (填“相同”或“不同”),性染色体组 合 (填“相同”或“不同”)。
答案 (1)将动物的一个细胞核,移入一个已去掉细胞核的卵母细胞 不变 (2)小于 胚胎细 胞分化程度低,恢复全能性相对容易 (3)相同 不同
解析 (1)核移植是指将动物的一个细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组 并发育成一个新的胚胎,并最终发育为动物个体。克隆猴体细胞的染色体数等于重组细胞中 的染色体数,等于供核细胞中的染色体数。(2)哺乳动物胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对 容易,而哺乳动物体细胞分化程度高,恢复全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植获得克隆 猴的难度也就明显高于胚胎细胞核移植。(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞中常染 色体数目相同,雌性性染色体组合为XX,雄性性染色体组合为XY,因此题中所得的两个克隆动 物体细胞常染色体数目相同,性染色体组合不同。
易混易错 体细胞核移植和胚胎细胞核移植的区别胚胎细胞核移植是将早期胚胎细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中构建重组细胞;而体细胞 核移植是将体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中构建重组细胞。
4.(2016课标全国Ⅱ,40,15分)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流 程。 回答下列问题:(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为 。过程①表示去 除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方法。 ②代表的过程是 。(2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 。(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 。
答案 (15分)(1)XX或XY 显微操作 胚胎移植(2)遗传物质(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
解析 (1)因供体的性别不确定,故其细胞核内的性染色体组成为XX或XY;一般将卵母细胞培 养到MⅡ中期,用显微操作法将其细胞核去除;②代表的过程是胚胎移植。(2)传代培养10代以 内的细胞可以保持正常的二倍体核型,超过10代以后,供体细胞中遗传物质的稳定性会降低。 (3)克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵母细胞的细胞质,细胞质中的遗传物质对克隆动物的 性状会产生影响。(4)克隆动物的成功可以证明动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。
知识拓展 克隆动物与试管动物的区别
考点3 胚胎工程
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
考点1 植物细胞工程
1.(2019安徽安庆五校期初摸底,31)如图是植物组织培养的简略示意图:A B C D(1)A表示离体的植物器官、组织或细胞,它能被培养成D的根本原因是 。(2)在A脱分化形成B的过程中,除需要提供营养外,还需要 的诱导。B表示 组 织。构成B的是具有分生(分裂)能力的薄壁细胞。(3)要制造人工种子,应该选用 (填编号)作材料。(4)从A到B的整个过程,细胞进行分裂的方式是 。
答案 (1)植物细胞具有全能性 (2)激素 愈伤 (3)C (4)有丝分裂
解析 (1)图中的A表示外植体(离体的植物器官、组织或细胞),B表示愈伤组织,C可表示胚状 体(或不定芽、顶芽和腋芽等),D表示完整植株。外植体经植物组织培养形成完整的植株,其 根本原因是植物细胞具有全能性。(2)外植体通过脱分化形成愈伤组织过程中,除需要提供营 养外,还需要激素的诱导。 (3)人工种子是指以通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶 芽和腋芽等为材料,通过人工薄膜包装得到的种子。(4)植物组织培养属于无性生殖范畴,因此 从A到B的整个过程,细胞是通过有丝分裂的方式进行增殖的。
题后悟道 植物组织培养的过程外植体(离体的植物器官、组织、细胞) 愈伤组织 胚状体或丛芽等 完整植株
2.(2019福建三明一中第一次月考,53)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、消肿止痛、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,其主要原因是 。 外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为 ,此过程需要使用的生长调节剂是 (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 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 。(3)为获得多倍体的愈伤组织细胞,也可以先用 酶去除细胞壁,获得具有活 力的 。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 形成。
答案 (1)细胞分化程度低,容易诱导形成愈伤组织 脱分化 2,4-D (2)秋水仙素或低温 醋酸洋红液(或“龙胆紫溶液”) (3)纤维素酶和果胶 原生质体 再分化
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,所以进行植物组织培养时, 通常选择新生营养芽作为外植体。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,能够促进愈伤组织形成。(2)生产上常用秋水仙素或低温诱导染色体数目加 倍而获得多倍体。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,观察计数染色 体数目时,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,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。
考点2 动物细胞工程
1.(2019江西师大附中期末,37)美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱,并顺利移植到7名 患者体内。这种技术为那些急需器官移植的患者带来福音。回答下列问题:(1)科学家从患者的膀胱上取下一小块活细胞样本,将其中的肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置 于不同的培养皿中培养。在培养之前,需用 处理以分散细胞,分散的细胞 在培养皿中的培养过程属于 培养,此时细胞保持了 。(2)约一周后将培养皿中培养的细胞放在由胶原质制成的“支架”上继续培养,再过7周左右, 原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右,布满“支架”,膀胱上皮在内肌肉在外,形成“新膀 胱”。在无菌无毒、一定的营养以及适宜的 条件下,细胞数 目大量增加;由这些细胞再形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过 。(3)医生将“新膀胱”移植到患者膀胱的上面,这样新器官会继续生长并与老器官“重组”取 代老器官中丧失功能的部分。“新膀胱”移植后, (填“会”或“不会”)引起免疫 排斥反应。
答案 (1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 原代 正常的二倍体核型(2)温度和pH、气体环境 细胞分化(3)不会
解析 (1)在动物细胞培养之前,需用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理以分散细胞,使细胞变成单 层,细胞在培养皿中的培养过程属于原代培养。原代培养的细胞为10代以内的细胞,保持了正 常的二倍体核型。(2)动物细胞培养的条件需要培养基中具备无菌无毒、一定的营养以及适 宜的温度和pH、气体环境等条件。由这些细胞在形成具有一定结构和功能的肌肉和膀胱上 皮的过程中要经过细胞分化。(3)“新膀胱”是由患者自身细胞分裂、分化形成的,移植后,不 会引起免疫排斥反应。
2.(2019湖南长望浏宁一模,38)2018年1月中国科学家宣布,克隆猕猴“中中”和“华华”诞生, 并已经分别健康生活了数周。这是世界上第一次采用和克隆羊多利相同技术手段获得的灵 长类动物,将推动中国发展出基于非人灵长类疾病动物模型的医药研发,加速新药研发进程。 请回答:(1)克隆猕猴“中中”和“华华”采用的核心技术是 和胚胎移植。(2)由于猕猴是单胎动物,卵细胞的数量也限制了这项技术的成功。为了获得代孕猕猴和多个 卵母细胞,需要对雌性猕猴进行的共同处理是 。(3)克隆猕猴采用的供体细胞是猕猴胎儿成纤维细胞,而不是成年个体成纤维细胞的原因是猕 猴胎儿成纤维细胞分裂次数少,传代在10代以内,能保持正常的 。当卵母细胞培 养至 期时,可以用微型吸管同时吸出卵母细胞中的 。(4)为了选择雌性胚胎进行移植,需要对体外培养的胚胎进行性别鉴定,采用的方法是取囊胚期 胚胎的 (滋养层细胞/内细胞团细胞)做DNA分析性别鉴定。(5)在培养“中中”和“华华”的供体细胞时,观察到成纤维细胞由扁平梭形变成球形时,表明 细胞正在发生 。
答案 (1)体细胞核移植(2)同期发情处理(3)二倍体核型 MⅡ中(减数第二次分裂中) 细胞核和第一极体(4)滋养层细胞(5)癌变
解析 (1)体细胞核移植得到的动物又称为克隆动物,如中中和华华,培育的过程中用到了体细 胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(2)体细胞核移植后经过早期胚胎培养获得的 早期胚胎需要经过胚胎移植到代孕母体中,供体和代孕母体需要经过同期发情处理,使它们处 于相同的生理状态,便于进行胚胎移植。(3)动物细胞培养的代数增多,会导致遗传物质发生改 变,故常选择传代10代以内的细胞,可以保证正常的二倍体核型。体细胞核移植时需要选择处 于减数第二次分裂中期的卵母细胞,可以用微型吸管同时吸出卵母细胞中的细胞核和第一极 体,获得去核的卵母细胞。(4)内细胞团细胞将会发育成胎儿的各种组织,滋养层会发育成胎膜 和胎盘,进行性别鉴定应该选择滋养层的细胞。(5)若细胞发生癌变,其形态会发生改变,如成 纤维细胞由扁平梭形变成球形。
考点3 胚胎工程
1.(2019天津部分区县一模,3)2018年中国科学院神经科学研究所宣布,该院科学家攻克了无法 克隆灵长类动物这一世界难题,成功以体细胞克隆出了两只猕猴——“中中”和“华华”,流 程如图。对于该过程的分析错误的是 ( ) A.过程①表示胚胎移植B.克隆猴的性状与核供体性状不完全相同C.克隆猴的成功说明动物体细胞的细胞核具有全能性D.与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目减半
答案 D 过程①是早期胚胎移植技术,A正确;克隆猴的核遗传物质来自供体细胞,细胞质中 的少量DNA来自去核卵母细胞,因此克隆猴的性状与核供体不完全相同,B正确;克隆猴应用了 核移植技术,体现了动物体细胞核具有全能性,C正确;克隆猴体细胞的染色体数与供体相同,D 错误。
2.(2019天津南开二模,6)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重 要意义,简要流程如图。下列有关叙述正确的是 ( ) A.过程①、②分别应用了核移植技术和胚胎移植技术B.细胞培养中需提供CO2,其作用是调节细胞外液的渗透压C.胚胎干细胞可来源于囊胚中的内细胞团,具有发育的全能性D.将图中获得的组织器官移植给个体A,不会发生免疫排斥反应
答案 C 本题主要考查治疗性克隆的操作过程、基因工程的原理及技术、动物细胞与组织 培养过程、胚胎干细胞的研究与应用。过程①采用的是细胞工程中的核移植技术,过程②采 用的是胚胎工程中的(早期)胚胎培养技术,A错误;体细胞进行外体培养时,所需气体主要有O2 和CO2,后者的作用是维持培养液(基)的pH,B错误;胚胎干细胞可以来自囊胚中的内细胞团,C 正确;若将图中获得的组织器官移植给个体B则不会发生免疫排斥反应,因为B是供核的一方, 克隆的组织和器官的绝大多数遗传物质和个体B相同,D错误。
3.(2019河北唐山期末,38)2018年11月一对基因编辑先天免疫艾滋病的双胞胎婴儿在中国诞 生。其基因编辑免疫艾滋病的原理:CCR5基因是HIV入侵机体细胞的主要辅助受体之一,通过 基因敲除技术让CCR5基因失效,从而产生对艾滋病的免疫作用。该成果有望让那些感染艾滋 病毒的夫妇有机会生一个能免于感染艾滋病病毒的孩子。请回答:(1)CCR5基因在 (“T细胞”“B细胞”“T细胞和B细胞”)中能表达。(2)医学专家首先要卵子捐献者注射 ,以获得足够数量的卵子。在体外受精前,需要对 精子进行 处理。(3)基因敲除是把Cas9蛋白和特定的引导序列通过 技术导入到还处于单细胞的受精 卵里,使CCR5基因失效。(4)早期胚胎发育的过程大致为:受精卵→ →囊胚→原肠胚,囊胚中的 细胞将 发育成胎膜和胎盘。(5)中国政府对设计试管婴儿的态度是 。
答案 (1)T细胞(2)促性腺激素 获能(3)显微注射(4)桑椹胚 滋养层(5)禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆(或四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任 何生殖性克隆人的实验。)
解析 (1)病毒的入侵具有特异性,HIV入侵T细胞,CCR5基因所表达的蛋白是HIV入侵机体细 胞的主要辅助受体之一,因此CCR5基因在T细胞中能表达。(2)对雌性个体注射促性腺激素,可 以起到超数排卵的作用,以获得足够数量的卵子(卵母细胞)。在体外受精前,需要对精子进行 获能处理。(3)基因敲除是把Cas9蛋白和特定的引导序列通过显微注射技术导入到还处于单 细胞的受精卵里,使CCR5基因失效。(4)早期胚胎发育的过程大致为:受精卵→桑椹胚→囊胚 →原肠胚,囊胚中的滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘。(5)中国政府对设计试管婴儿的态度是 禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆。(或四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任 何生殖性克隆人的实验。)
知识拓展 试管动物试管动物是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为早期 胚胎后,再经移植后产生后代的技术。试管动物技术包括体外受精、早期胚胎的培养和胚胎 移植等技术。这项技术成功于20世纪50年代,在最近20年发展迅速,现已日趋成熟而成为一项 重要而常规的动物繁殖生物技术。
4.(2019江西南昌二中模拟,38)回答下列胚胎工程的相关问题:(1)1890年,英国剑桥大学的生物学家将纯种的安哥拉兔的两个4细胞胚胎移入一只纯种的比 利时兔的输卵管内,成功地得到两只纯种的安哥拉子兔。这个实验首次证实了 的可能性。(2)哺乳动物卵子发生过程中,减数第二次分裂是在 过程中完成的,哺乳动 物卵子和精子在发生上的重要区别是 。在实施体外 受精时,获能的精子与培养成熟的卵子,通常都可以在 中完成受精 作用,在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查 。(3)胚胎移植需收集胚胎,收集胚胎时冲卵的生理学基础是 。胚胎分割时用分割针取样的滋养层的用途是 。(4)ES细胞是研究细胞分化的理想材料,ES细胞在饲养层细胞上,或在 的 培养液中,能够维持不分化的状态。
答案 (1)同种动物的胚胎在异体动物体内发育(2)精子和卵子结合 卵泡的形成和在卵巢内储备,是在出生前完成的 获能溶液或专用的受 精溶液 受精状况和受精卵的发育能力(3)早期胚胎形成后处于游离状态,未与母体子宫建立联系 做DNA分析性别鉴定(4)添加抑制因子
解析 (1)将纯种的安哥拉兔胚胎移入一只纯种的比利时兔的输卵管内,成功地得到了两只纯 种的安哥拉子兔。由于安哥拉兔和比利时兔为两个不同的品种,故这个实验可证实同种动物 的胚胎在异体动物体内发育的可能性。(2)哺乳动物卵子发生过程中,减数第一次分裂是在雌 性动物排卵前后完成的,其结果产生一个次级卵母细胞和第一极体,进入输卵管,准备与精子受 精。减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的,哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内储 备,是在出生前(即胎儿时期)完成的,这是卵子和精子在发生上的重要区别。在实施体外受精 时,获能的精子与培养成熟的卵子,一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受 精作用,在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发 育能力。(3)哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而 是处于游离状态,这就为胚胎的收集提供了可能。胚胎分割后,可取滋养层细胞做DNA分析性 别鉴定。(4)ES细胞在饲养层细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态, 而在培养液中加入分化诱导因子,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化。
知识拓展 胚胎干细胞胚胎干细胞简称ES或EK细胞,来源于早期胚胎或原始性腺。胚胎干细胞具有胚胎细胞的特 性,在形态上表现为体积小,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。
B组 2017—2019年高考模拟·专题综合题组时间:40分钟 分值:90分非选择题(共90分)
1.(2019河北唐山一模,38)(10分)传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种,随着科 学技术的进步,人们开始采用“组织培养繁殖兰花”。(1)植物组织培养是在 和人工控制条件下,将 的植物组织、器官、细胞,培养在 人工配制的 上,诱导其产生 、丛芽,最终形成完整植株的过程。(2)兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体,是因为细胞中含有 ,具有 发育成完整个体的潜能,这种潜能叫 。(3)有人想到利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的好办法,但操 作后得到的“韭菜—兰花”,并没有预想中的“繁殖容易,香气浓郁”,可能的原因是 ;培育该杂种植物的过程中,遗传物质的传递 (遵循/不 遵循)孟德尔遗传规律。
答案 (1)无菌 离体 培养基 愈伤组织(2)本物种的全部遗传信息 细胞的全能性(3)两个物种之间的基因相互影响,导致某些基因无法正常表达 不遵循
解析 本题通过植物组织培养技术的原理与技术的分析,考查考生的科学思维素养。(1)植物 组织培养就是在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制 的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。(2)兰 花叶肉细胞中含有本物种的全部遗传信息,具有发育成完整个体的潜能,即具有细胞全能性,所 以兰花叶肉细胞能够培养为新个体。(3)植物体细胞杂交技术获得的“韭菜—兰花”并没有 预想中的“繁殖容易,香气浓郁”,可能是因为两个物种之间的基因相互影响,导致某些基因无 法正常表达;孟德尔遗传规律发生在减数分裂过程中,植物体细胞杂交技术过程中只进行有丝 分裂,没有发生减数分裂。
2.(2019天津河西二模,7)(8分)长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉,其所含的长春碱具有良 好的抗肿瘤作用,基因tms的编码产物能促进生长素的合成,科研人员利用基因tms构建重组Ti 质粒,对愈伤组织进行遗传改造,解决了长春碱供不应求的问题。操作流程如图所示,请回答下 列问题: 重组Ti质粒(1)过程①的培养条件是 (至少答出三点),需要添加的植物激素有 。(2)重组Ti质粒上应存在启动子和终止子,启动子的功能 。(3)长春碱杀死癌细胞的同时对正常细胞也有毒害作用,为降低长春碱对正常细胞的毒性,可以 利用 技术制成“生物导弹”对癌细胞进行靶向治疗。
答案 (1)适宜恒温、避光、无菌(其他答案合理即可) 植物生长素、细胞分裂素(2)是RNA聚合酶识别和结合的部位,启动转录过程(3)单克隆抗体
解析 (1)过程①属于脱分化过程,需要避光培养,适宜温度、无菌、营养物质等;脱分化和再 分化过程均需要适宜浓度和比例的植物生长素和细胞分裂素。(2)启动子是RNA聚合酶识别 和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA。(3)单克隆抗体特异性强,可以识别特定的 抗原,故可以制成“生物导弹”,把长春碱定向运输到癌细胞部位杀死癌细胞,降低其对正常细 胞的毒害作用。
3.(2019河南南阳一中模拟,38)(15分)科学家培育转乳糖分解酶基因奶牛的过程如图所示。请 回答下列问题: (1)图中细胞培养的培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有 。在进行细胞原代培养时会出现 和细胞接触抑制现象。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 。(2)图中将乳糖分解酶基因导入胚胎成纤维细胞中,最常用的方法是 。(3)图中的核移植操作需要将进行细胞培养获得的供体细胞的细胞核注入去核的卵母细胞中, 去掉卵母细胞细胞核的目的是 ,而所用的供体 细胞一般都选用传代10代以内的细胞,原因是 。
(4)重组细胞2在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内会生出与图中的黑白花奶牛性 状并不完全相同的犊牛,原因可能有 (至少答出两点)。(5)转乳糖分解酶基因奶牛的培育成功,说明了动物的 具有全能性。
答案 (1)血清 细胞贴壁生长 抗生素(2)显微注射法(3)保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核 传代10代以内的细胞能保持 正常的二倍体核型(4)生物的性状受细胞核和细胞质中的遗传物质共同控制、生物的性状还受环境因素的影 响、胚胎成纤维细胞的遗传物质有近一半来自配种的公牛等(5)细胞核
解析 本题通过植物组织培养技术的原理与技术的分析,考查考生的科学思维素养。(1)在动 物细胞培养的合成培养基中,通常需加入动物的血清等天然成分,为动物细胞提供多种可促进 细胞生长和增殖的物质。在进行细胞原代培养时会出现细胞贴壁生长和细胞接触抑制现 象。向培养液中加入适量的抗生素,可以防止细胞培养过程中细菌的污染。(2)将目的基因导 入动物细胞常用显微注射法。(3)核移植过程中,去掉卵母细胞细胞核的目的是保证克隆动物 的核遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核。原代培养10代以内的细胞能保持正常的二 倍体核型,因此所用的供体细胞一般都选用原代培养10代以内的细胞。(4)生物的性状由遗传 物质和环境因素共同控制,生物的遗传物质主要存在于细胞核中,少数存在于细胞质中。胚胎 成纤维细胞的遗传物质有近一半来自配种的公牛等,因此重组细胞2在培养液中培养成的重组 胚胎移入受体母牛体内会生出与图中的黑白花奶牛性状并不完全相同的犊牛。(5)将供体细 胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,形成重组细胞2。重组细胞2培养成重组胚胎并最终发育 成个体,说明动物的细胞核具有全能性。
4.(2019天津九校联考,8)(12分)如图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所做的一系列研究,请根据 分析回答: (1)过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上,并加入动物血清、 抗生素等物质,维持细胞不分化的状态。在此过程中,饲养层提供胚胎干细胞增殖所需的 ,加入抗生素是为了 ,这对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意 义。(2)过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔,通过组织化学染色,用于研究动 物体器官形成的时间、发育过程以及影响的因素,这项研究利用了胚胎干细胞具有
的特点。(3)过程Ⅲ中将目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体,所需要的工具酶有 。(4)过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官,实验 时,必须用X射线照射去除胸腺的小鼠,获得免疫缺陷小鼠,其目的是阻碍 细胞的成熟, 使机体不发生 免疫。
答案 (1)营养物质 防止杂菌污染(2)发育全能性(3)限制酶和DNA连接酶(4)T 细胞
解析 (1)胚胎干细胞可以从早期胚胎或原始性腺中获得,胚胎干细胞培养时所用的饲养层可 以供给细胞增殖所需的营养物质,加入抗生素是为了防止杂菌污染。(2)胚胎干细胞具有发育 的全能性,通过组织化学染色,可用于研究动物体器官形成的时间、发育过程及影响因素。(3) 基因工程中构建基因表达载体需要的工具酶有限制酶和DNA连接酶。(4)去除小鼠的胸腺,小 鼠体内T细胞不能成熟,不会发生细胞免疫,使移植组织细胞不会被免疫排斥。
5.(2019广东中山一中二模,38)(15分)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细 胞(iPS),继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠,流程如图。请回答下列问题: (1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为 ,培养的细胞在贴壁生长至铺 满培养皿底时停止分裂,这种现象称为 。(2)图中2细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为 ,也可从灰鼠体内 取出卵子,通过 后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过 技术移入白鼠子宫内继续发育,此技术对代孕受体的要求是 。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是
,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用 技术。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的 分离培养获得,iPS与ES细胞同样具有发育 全能性,有望在对人类iPS细胞进行定向诱导分化后用于疾病的细胞治疗。
答案 (1)原代培养 (细胞的)接触抑制(2)冲卵(或冲胚) 体外受精(或核移植)(3)胚胎移植 同种、生理状态相同的其他雌性动物 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜 力 胚胎分割(4)内细胞团细胞
解析 本题通过胚胎工程的过程分析,考查考生的科学思维素养。(1)从黑鼠体内获得体细胞 后,对其进行的初次培养称为原代培养,分瓶后的培养称为传代培养。培养的细胞在铺满培养 皿底时由于相互接触而停止分裂,这种现象称为细胞的接触抑制。(2)用人工方法从灰鼠输卵 管内获得2细胞胚胎,该过程称为冲卵;从灰鼠体内取出卵子,通过体外受精(或核移植)后经早 期胚胎培养也可获得早期胚胎。(3)重组囊胚可通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发 育。胚胎移植时要求代孕受体是同种、生理状态相同的其他雌性动物。在畜牧生产中采用 胚胎移植技术可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,在短时间内得到大量优良后代。采用 胚胎分割技术可进一步提高胚胎的利用率。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可从早期胚胎或原始性 腺中获得,囊胚的内细胞团属于胚胎干细胞。
易错警示 排卵和冲卵区别:排卵是指卵子从卵泡中排出,冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚 胎冲洗出来。
6.(2019江西上饶中学开学检测,28)(15分)如图表示两种制备单克隆抗体的实验方案。已知调 控细胞增殖的基因在骨髓瘤细胞的细胞质中,回答相关问题: 图1
图2
(1)体外培养动物细胞的条件有无菌无毒、营养条件、 和 。(2)若图1中A是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞是取自 动物体内的 B细胞,促进d过程的常用诱导剂是 。(3)利用图1制备单克隆抗体的方法中制备的原理是细胞膜流动性和 。(4)图2以细胞核移植技术制备单克隆抗体,a为去核的 细胞,e是从d中分离出的胚 胎干细胞,V过程类似于植物组织培养中的 过程。(5)单克隆抗体作为诊断试剂的优点是 。
答案 (1)温度和pH 气体环境(2)注射过特定抗原蛋白 聚乙二醇(PEG)或灭活的病毒(3)细胞增殖(4)骨髓瘤 再分化(5)准确、高效、简易、快速
解析 (1)动物细胞体外培养的条件除无菌无毒、营养条件外,还需要适宜的温度和pH,需要 一定的气体环境(5%二氧化碳,95%的空气)。(2)若图1中A是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞是从注 射过特定抗原蛋白的动物中取出的B细胞,经过特定抗原的刺激,对应的B细胞就能产生对应 的特异性抗体,促进d动物细胞融合过程的常用诱导剂是聚乙二醇(PEG)或灭活的病毒。(3)图 1表示通过细胞融合获得了杂交瘤细胞,要获得更多的抗体需要将杂交瘤细胞进行培养增殖。 这种方法制备单克隆抗体需经过细胞融合获得杂交瘤细胞和杂交瘤细胞的培养两个阶段,两 个阶段的原理分别是细胞膜流动性和细胞增殖。(4)骨髓瘤细胞具有无限增殖能力,且调控细 胞增殖的基因在其细胞的细胞质中,而图2是借助核移植技术制备单克隆抗体,所以a为去核的 骨髓瘤细胞。e是从d所示的早期胚胎中分离出的胚胎干细胞,通过V过程的培养得到的特定 细胞f能分泌抗体,因此V过程类似于植物组织培养中的再分化过程。(5)由于单克隆抗体具有 灵敏度高、特异性强、可大量制备的特点,所以单克隆抗体作为诊断试剂的优点是准确、高 效、简易、快速。
知识拓展 动物细胞融合与植物体细胞杂交的不同:植物体细胞杂交技术要首先去掉细胞壁, 而动物细胞不需要;植物体细胞杂交中诱导融合的方法有物理和化学方法,而动物细胞诱导融 合有物理法、化学法和生物方法;植物体细胞杂交技术的终点是获得杂种植株,而动物细胞融 合能形成细胞系。
7.(2019江西新余四中第一次月考,30)(15分)2016年10月19日美国新希望生殖医学中心正式宣 布,世界首个核移植“三父母”男婴已于2016年4月诞生。为中东一位线粒体携带有亚急性坏 死脑病基因的母亲带来了希望。培养过程如下图,据图回答: (1)获得重组卵母细胞A也会用到体细胞核移植技术,完成①过程需要用微型吸管吸出 ,完成④过程的B细胞需要选择 (时期)的卵母细 胞。(2)卵母细胞的获取过程中,需要对女性进行超数排卵处理,超数排卵的方法是给女性注射 激素,超数排卵技术带来的危害之一是 。(3)为了提高已有胚胎的利用率,可采用 技术。若选用囊胚期的胚胎,操作过程中要特别注意的问题是 。
(4)根据 (填标号)判断,此种繁殖方式是 生殖。细胞A的培养过程③所需气体 主要有O2和CO2,CO2的主要作用是 。(5)设计试管婴儿技术与解决不孕问题而进行的试管婴儿技术的主要区别是前者需要在植入 前对胚胎进行 。
答案 (1)细胞核和第一极体 减数第二次分裂中期(或MⅡ中期)(2)促性腺 对孕妇的身体不利、卵巢早衰、影响孕妇内分泌、影响胎儿的健康发育等(任写 一点即可)(3)胚胎分割 将内细胞团均等分割(4)④ 有性 维持培养液的pH(5)遗传学诊断(或“基因检测”或“基因诊断”)
解析 (1)图中①表示将捐献者的卵母细胞的核物质去除、②表示核移植技术、③表示卵母 细胞的体外培养、④表示体外受精、⑤表示早期胚胎培养、⑥表示胚胎移植;A表示重组卵 母细胞,B表示培养到减数第二次分裂中期的卵母细胞。将捐献者的卵母细胞的核物质去除, 该过程需要用微型吸管吸出细胞核和第一极体。获能的精子需要与培养到减数第二次分裂 中期的卵母细胞完成受精作用。(2)给女性注射促性腺激素,促进超数排卵,但是会对孕妇的身 体不利、导致卵巢早衰、影响孕妇内分泌、影响胎儿的健康发育等。(3)利用胚胎分割技术 可以提高已有胚胎的利用率;对囊胚期的细胞进行胚胎分割时需要注意将内细胞团均等分 割。(4)图中④表示体外受精,这种繁殖方式为有性生殖。细胞培养需要的气体主要有O2和CO2,其中CO2的主要作用是维持培养液的pH。(5)与解决不孕问题而进行的试管婴儿技术相比,设 计试管婴儿技术需要在植入前对胚胎进行遗传学诊断(或基因检测或基因诊断)。
C组 2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(2019 5·3原创卷二,38)根据培育良种奶牛的过程,回答下列问题:(1)利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有 用 来合成引物。若要从转基因牛的乳汁中提取血清白蛋白,则需将 基因与乳腺 蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,通过 法将目的基因导入牛 的 中,该转基因牛进入泌乳期后,可以从其乳汁中获取血清白蛋白,因而把该转基 因中称为 。(2)人工授精时,卵子要发育到 期才能与精子结合,受精的标志是 。(3)胚胎分割可以看作动物 繁殖的方法之一,为了提高胚胎的利用率,在对囊胚阶段的 胚胎进行胚胎分割时要对内细胞团进行均等分割,目的是 。
答案 (1)一段已知目的基因的核苷酸序列 血清白蛋白 显微注射 受精卵 乳腺生物反 应器(或乳房生物反应器)(2)减数第二次分裂中 在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极体(3)无性 保证分割后胚胎的恢复和进一步发育
解析 (1)利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以 便根据这一序列设计并合成引物。要获取的目的基因为血清白蛋白基因,通过显微注射法将 目的基因导入牛的受精卵中。该转基因牛进入泌乳期后,可以从其乳汁中获取血清白蛋白,因 而把该转基因中称为乳腺生物反应器(或乳房生物反应器)。(2)人工授精时,卵子要发育到减 数第二次分裂中期才能与精子结合,受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极 体。(3)来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖的 方法之一。对囊胚阶段的胚胎进行胚胎分割时,要对其内细胞团进行均等分割,目的是保证分 割后胚胎的恢复和进一步发育。
2.(2019 5·3原创卷二,38)下列是人们利用基因编辑技术的一些事例:事例1 这几年生物科学领域发展异常迅速的技术有基因编辑技术——CRISPR。CRISPR的 最大优势在于前所未有的精准度,它能够敲除基因组中的任何基因,而在基因组的特定位置插 入基因,可以为作物导入优良性状。事例2 2018年11月26日,来自中国深圳的科学家贺建奎在第二届人类基因组编辑国际峰会召 开前一天宣布,一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿于11月在中国健康诞生。这对双胞胎的 一个基因经过修改,使她们出生后即能天然抵抗艾滋病。这是世界首例免疫艾滋病的基因编 辑婴儿。事例3 镉在人体内富集可引起慢性中毒,导致“痛痛病”,我国科学家袁隆平及其研究团队, 通过敲除水稻细胞中的吸镉基因,成功培育出几乎不含镉的水稻新品种。据此回答下列问题:(1)CRISPR的实现需要使用 酶敲除(切割)基因,使用 酶连接特定位置插入的基因。(2)基因编辑婴儿的产生需要将编辑的基因导入 细胞,先进行 ,
然后再通过 技术将其移入受体子宫。(3)已敲除吸镉基因的编辑基因一般通过 导入水稻细胞中以得到水稻新品 种。(4)基因编辑婴儿和克隆人一样引发了伦理问题,请简述中国政府对克隆人的态度: (答出2点即可)。
答案 (1)限制性核酸内切 DNA连接(2)受精卵 早期胚胎培养 胚胎移植(3)基因枪法(4)禁止生殖性克隆人;不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验;不反对治 疗性克隆(答出任意2点)
解析 本题通过基因编辑技术,考查基因工程、细胞工程、胚胎工程及生物伦理问题。(1)CRISPR的实现需要使用限制性核酸内切酶敲除(切割)基因,使用DNA连接酶连接特定位置插 入的基因。(2)基因编辑婴儿的产生需要将编辑的基因导入受精卵细胞中,先进行早期胚胎培 养,然后再通过胚胎移植技术将其移入受体子宫。(3)水稻为单子叶植物,已敲除吸镉基因的编 辑基因,一般通过基因枪法导入水稻细胞中以得到水稻新品种。(4)中国政府对克隆人的态度 是禁止生殖性克隆人。一再重申四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克 隆人的实验。但是,中国不反对治疗性克隆。
专题26 细胞工程（含胚胎工程、生物技术安全性与伦理问题）
生物 (天津市选考专用)
A组 自主命题·天津卷题组
1.(2015天津理综,6,6分)2015年2月3日,英国议会下院通过一项历史性法案,允许以医学手段培 育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。 据图分析,下列叙述错误的是 ( )A.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代B.捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿C.三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核D.三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
答案 C 分析图示可知:母亲只提供细胞核,因而可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后 代,A正确;红绿色盲基因属于核基因,而捐献者提供的是去核卵母细胞,其红绿色盲基因不能遗 传给三亲婴儿,B正确;三亲婴儿的染色体一半来自母亲提供的卵细胞细胞核,一半来自父亲提 供的精子,C错误;体外受精形成的受精卵需培养形成早期胚胎,而后经胚胎移植进入受体子宫 内,D正确。
素养解读 本题以三亲婴儿的培育过程为信息载体,考查学生理解及应用能力,体现了对生命 观念、科学思维、社会责任的考查。
2.(2015天津理综,7,15分)DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本,利 用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。
据表回答:(1)选育的融合藻应具有A藻 与B藻 的优点。(2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻,其目的是获得 。(3)通过以下三步筛选融合藻,步骤 可淘汰B藻,步骤 可淘汰生长速率较慢的 藻落,再通过步骤 获取生产所需的融合藻。步骤a:观察藻落的大小步骤b:用不含有机碳源(碳源——生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养步骤c:测定DHA含量(4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组实验,结果如图。
①甲组条件下,融合藻产生[H]的细胞器是 ;丙组条件下产生ATP的细胞器是 。②与甲、丙两组相比,乙组融合藻生长速率较快,原因是在该培养条件下 。甲、乙两组DHA产量均较高,但实际生产中往往采用甲组的培养条件,其原因是 。
答案 (1)产生DHA、自养特性 快速生长 (2)原生质体 (3)b a c (4)①线粒体、叶绿 体 线粒体 ②融合藻既能光能自养又能异养 融合藻利用光能和简单的无机物即能生长, 不需添加葡萄糖,可降低成本,也可防止杂菌生长
解析 (1)根据题干信息,“利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻”及表中信息可推断融合 藻应既具有A藻的“自养”和产“DHA”的特点,又具有B藻快速生长的优点。(2)诱导融合 前需利用纤维素酶去掉两种藻的细胞壁,从而获得原生质体。(3)由于B藻是异养生物,只能利 用有机碳源,故通过步骤b可以淘汰B藻。由于A藻生长慢、藻落小而B藻生长快、藻落大,因 此,可以依据藻落大小淘汰生长速率较慢的藻落。最后能在不含有机碳源的培养基生长并且 DHA含量较高的藻落即为生产所需的融合藻。(4)①分析坐标图可知,甲组的融合藻既能进行 光合作用又能进行呼吸作用,因此,产生[H]的细胞器有叶绿体和线粒体。丙组融合藻在黑暗 中产生ATP的细胞器是线粒体。②乙组融合藻既能利用光能又能利用葡萄糖,属于既能光能 自养又能异养的生物,因此乙组培养条件下融合藻较甲、丙两组生长快。实际生产中采用甲 组的培养条件而不采用乙组培养条件的原因是:甲组融合藻在不添加葡萄糖的情况下就能利 用光能和简单的无机物生长,因此降低了成本,也可防止杂菌生长。
素养解读 本题主要考查细胞融合技术及细胞代谢的特点,考察学生对实验结果和现象的分 析能力,体现了对生命观念、科学探究、科学思维的考查。
3.(2013天津理综,9,15分)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗 性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再 利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂 种植株。流程如下图。 据图回答下列问题:(1)过程①所需的酶是 。(2)过程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的 存在,这一特征可作为初步筛 选杂种细胞的标志。
(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是 。原生质体经过 再生,进而分裂和脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和 植株的根尖,通过 、 、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数 目。(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增,得到两亲本的差异性条带,可用 于杂种植株的鉴定。如图是用该引物对双亲及再生植株1~4进行PCR扩增的结果。据图判断, 再生植株1~4中一定是杂种植株的有 。
(6)对杂种植株进行 接种实验,可筛选出具有高抗性的杂种植株。
答案 (1)纤维素酶和果胶酶(2)叶绿体(3)保持原生质体完整性 细胞壁(4)双亲(或花椰菜和黑芥) 解离 漂洗(5)1、2、4(6)黑腐病菌
解析 本题考查植物细胞工程,染色体变异的实验鉴定以及高抗性的杂种植株的筛选等相关 知识。(1)去除细胞壁获得原生质体需要用纤维素酶和果胶酶处理。(2)叶肉细胞含有叶绿体, 因此通过PEG诱导融合的杂种细胞应含有叶绿体,以此作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原 生质体失去了细胞壁的保护作用,因此原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇,使原生 质体处于等渗溶液中,以维持原生质体正常形态。原生质体经过细胞壁再生,进而分裂和脱分 化形成愈伤组织。(4)要判断染色体变异的类型,应剪取再生植株、花椰菜和黑芥植株的根尖, 通过解离、漂洗、染色、制片等过程制成装片,然后进行显微观察比较染色体的形态和数 目。(5)根据两亲本的差异性条带,可知再生植株1、2和4既有花椰菜的条带,又有黑芥的条带, 因此再生植株1、2和4一定为杂种植株。(6)要筛选出高抗性的杂种植株,应进行相应的病原 体接种实验,即接种黑腐病菌。
素养解读 本题主要考查植物细胞工程及染色体变异,意在培养学生所用所学知识解决问题 的能力,体现了对生命观念、科学探究、科学思维的考查。
B组 统一命题、省(区、市)卷题组
考点1 植物细胞工程
1.(2019江苏单科,20,2分)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力,某研究小组的实 验过程如下图。下列叙述正确的是 ( ) A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
答案 D 本题通过植物组织培养的相关知识,考查考生实验探究和获取信息的能力;借助植 物组织培养的过程图示,体现了对科学探究素养中的实验方案探讨要素的考查。过程①将植物细胞的细胞壁去除后获得原生质体,若将其悬浮在30%蔗糖溶液中,原生质体会 因溶液浓度过高而失水皱缩,A错误;过程②需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化,若提高生长素的比例,则会促进根的分化,而使芽的分化受到抑制,B错误;秋水仙素具有诱导细胞染色体数目加倍的作用,没有诱导细胞壁再生的作用,C错误;细胞的全能性依赖于细胞内遗传物质的完整性,原生质体虽无细胞壁但其遗传物质是完整的,因此原生质体保持细胞的全能性,D正确。
易错辨析 在植物组织培养过程中,生长素和细胞分裂素是关键激素。当同时使用这两种植 物激素时,两者的比例会影响植物细胞分化发育的方向。一般来说,当生长素用量与细胞分裂 素用量比值高时,有利于根的分化而对芽的形成有抑制作用;当生长素用量与细胞分裂素用量 比值低时,有利于芽的分化而对根的形成有抑制作用;当生长素用量与细胞分裂素用量比值适 中时,则能促进愈伤组织的形成。
2.(2018江苏单科,8,2分)花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体植物花药育种过 程的示意图,下列叙述正确的是(多选) ( ) A.为了防止微生物污染,过程①所用的花药需在70%乙醇中浸泡30 minB.过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化C.过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体D.过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
答案 C 本题主要考查花药离体培养的相关知识。为了防止微生物污染,过程①所用的花 蕾需在70%乙醇中浸泡30 s,A错误;过程②的培养基中,生长素与细胞分裂素的比值适中,且生 长素含量高于细胞分裂素时,有利于根的分化,B错误;进行过程③的愈伤组织经过了秋水仙素 的处理,故其分化后的植株中可筛选获得纯合的二倍体,C正确;经炼苗后的幼苗是能进行光合 作用且能独立进行代谢的植株,故幼苗的生长基质中不用添加蔗糖和多种植物激素,D错误。
规律总结 激素杠杆生长素与细胞分裂素的协同调控作用在植物组织培养中非常重要,人们常把它们称为“激素 杠杆”。例如,当生长素与细胞分裂素的比例适中,且生长素含量高于细胞分裂素时,主要诱导 植物组织脱分化和根原基的形成;而当细胞分裂素的效应高于生长素时,则主要诱导植物组织 再分化和芽原基的形成。
3.(2016江苏单科,9,2分)下列有关细胞工程的叙述,正确的是 ( )A.PEG是促细胞融合剂,可直接诱导植物细胞融合B.用原生质体制备人工种子,要防止细胞破裂C.骨髓瘤细胞经免疫处理,可直接获得单克隆抗体D.核移植克隆的动物,其线粒体DNA来自供卵母体
答案 D 植物细胞融合前需先用酶解法去掉细胞壁,形成原生质体,再用PEG促进原生质体 融合,A错误;人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过 人工薄膜包装得到的种子,不用原生质体为材料,B错误;骨髓瘤细胞需与经免疫过的B淋巴细 胞融合,再经筛选培养才能获得单克隆抗体,C错误;动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核 取出,移入已经去掉细胞核的卵母细胞中,核移植克隆动物的线粒体DNA来自供卵母体。
解题关键 解答本题的关键是熟知细胞工程的相关知识。①植物细胞融合时需要先去掉细 胞壁;②原生质体与植物细胞的区别在于有无细胞壁;③能产生抗体的细胞是浆细胞,而不是骨 髓瘤细胞。
4.(2019课标全国Ⅱ,38,15分)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应 用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的 特点有 (答出2点即可)。(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到 人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用 是 。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有 植物激素、 和 等几类物质。 (3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的 进
行组织培养。(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培 养成一个完整植株的基本程序是 (用流程图表示)。
答案 (1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元 素 糖 (3)茎尖 (4)含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株
解析 本题借助植物细胞工程实际应用的相关知识,考查综合运用能力。试题通过对比获得 植物新个体的不同途径,体现了对科学探究素养中的结果分析要素的考查。(1)植物微型繁殖可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效、快速、大量繁殖。(2)人工种皮 具备透气性,可以保证胚状体进行有氧呼吸时对氧的需求;人工胚乳应该含有植物激素、矿质 元素和糖等物质,保证胚状体的正常生长。(3)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,可以切取 茎尖进行组织培养,获得脱毒苗。(4)获得转基因植株,首先要通过细胞的脱分化过程,培养出 愈伤组织,对愈伤组织继续培养,诱导分化形成小植株。
知能拓展 人工种皮中应该具有哪些有效成分?针对植物种类、土壤等条件,在人工种皮中可加入适量的养分、无机盐、农药、抗生素、有 益菌等,为了促进胚状体、不定芽等的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节 剂。
5.(2019课标全国Ⅲ,38,15分)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 。(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。
答案 (1)全能性(或答:形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)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:再分化)(4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性 无性
解析 本题借助胡萝卜根组织块的组织培养的相关知识,考查考生理论联系实际,综合运用所 学知识解决生物学问题的能力;试题通过对组织培养流程的分析考查了科学思维素养。(1)植物细胞具有全能性,利用已分化的植物细胞通过植物组织培养可以培养成完整植株。(2) 形成层细胞分化程度低,全能性较高,更容易诱导形成愈伤组织,进而获得完整植株。(3)愈伤 组织的形成和试管苗的分化需要不同的生长素与细胞分裂素比例,因此诱导愈伤组织的形成 阶段到分化阶段需要不同的培养基。愈伤组织通过再分化过程,最终可形成试管苗。(4)叶绿 素的形成需要光,试管苗的发育也需要光,因此试管苗的诱导阶段需要光照。(5)通过植物组织 培养获得植株,属于无性繁殖的一种,可以保持原品种的遗传特性。
知识拓展 组织培养得到植株的两种常见途径①愈伤组织形成后经诱导发芽形成丛状苗,再生根形成植株;②愈伤组织形成后经液体悬浮培 养得到单个细胞,诱导形成胚状体再形成植株。
6.(2017海南单科,31,15分)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利 用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题:(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管 苗,其原理是 。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到 。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是 (填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用 量的不同造成的,这两种激素是 。A中的愈伤组织是叶肉细胞经 形成的。
(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种 花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时, (填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到 的花粉粒作为外植体,原因是 。
答案 (1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株 (2)葡 萄糖、果糖 具有完整的细胞核 (3)细胞分裂素、生长素 脱分化 (4)不能 对杂合体的 植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同。用花粉粒进行 组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株
解析 (1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖水解后可得到葡萄糖、果 糖。用细胞作为材料进行培养获得幼苗,细胞必须具有完整细胞核,才具有发育为完整个体的 一整套完整遗传信息。(3)影响植物组织培养的两种激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织 是细胞经脱分化形成的。(4)花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,花粉粒经组织培养得到 的花卉的基因型不同于原植株,导致不能保留亲本性状。
考点2 动物细胞工程
1.(2019江苏单科,23,3分)如图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸 核糖转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述正确的 是(多选) ( )A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
答案 ACD 本题通过动物细胞融合的知识,考查考生获取信息和实验探究的能力;试题借助 基础判断的形式,体现了对科学探究素养中的实验方案探讨要素的考查。灭活的仙台病毒具有诱导细胞融合的作用,A正确;两两融合的细胞包括免疫B细胞—免疫B细 胞、骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞、免疫B细胞—骨髓瘤细胞三种,只有免疫B细胞与骨髓瘤细胞 的融合细胞能在HAT培养液中生长,B错误;与骨髓瘤细胞结合的免疫B细胞的种类不同,形成 的杂交瘤细胞产生的单克隆抗体不同,因此需要进一步筛选才能用于生产,C正确;细胞融合的 基础是细胞膜具有一定的流动性,D正确。
思路梳理 认真读题和看图→回忆单克隆抗体制备的过程→结合选项选出答案。
2.(2018江苏单科,22,3分)如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是(多选) ( ) A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现C.c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
答案 BC 植物细胞壁会阻碍细胞融合,故植物细胞融合前需先用酶解法除去细胞壁,A错 误;细胞间的融合需在相应的诱导处理下才能完成(如离心、聚乙二醇等,动物细胞还可用灭 活病毒诱导融合),B正确;细胞融合过程出现了膜的变形,故细胞融合过程与细胞膜流动性有 关,C正确;c细胞中具有a、b细胞的全部基因,但这些基因不一定能全部表达,D错误。
3.(2018课标全国Ⅲ,38,15分)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对 非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题:(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指 。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴 体细胞的染色体数目 (填“减半”“加倍”或“不变”)。(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动 物的难度 (填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是 。(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所 得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目 (填“相同”或“不同”),性染色体组 合 (填“相同”或“不同”)。
答案 (1)将动物的一个细胞核,移入一个已去掉细胞核的卵母细胞 不变 (2)小于 胚胎细 胞分化程度低,恢复全能性相对容易 (3)相同 不同
解析 (1)核移植是指将动物的一个细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组 并发育成一个新的胚胎,并最终发育为动物个体。克隆猴体细胞的染色体数等于重组细胞中 的染色体数,等于供核细胞中的染色体数。(2)哺乳动物胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对 容易,而哺乳动物体细胞分化程度高,恢复全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植获得克隆 猴的难度也就明显高于胚胎细胞核移植。(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞中常染 色体数目相同,雌性性染色体组合为XX,雄性性染色体组合为XY,因此题中所得的两个克隆动 物体细胞常染色体数目相同,性染色体组合不同。
易混易错 体细胞核移植和胚胎细胞核移植的区别胚胎细胞核移植是将早期胚胎细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中构建重组细胞;而体细胞 核移植是将体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中构建重组细胞。
4.(2016课标全国Ⅱ,40,15分)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流 程。 回答下列问题:(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为 。过程①表示去 除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方法。 ②代表的过程是 。(2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 。(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 。
答案 (15分)(1)XX或XY 显微操作 胚胎移植(2)遗传物质(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
解析 (1)因供体的性别不确定,故其细胞核内的性染色体组成为XX或XY;一般将卵母细胞培 养到MⅡ中期,用显微操作法将其细胞核去除;②代表的过程是胚胎移植。(2)传代培养10代以 内的细胞可以保持正常的二倍体核型,超过10代以后,供体细胞中遗传物质的稳定性会降低。 (3)克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵母细胞的细胞质,细胞质中的遗传物质对克隆动物的 性状会产生影响。(4)克隆动物的成功可以证明动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。
知识拓展 克隆动物与试管动物的区别
考点3 胚胎工程
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
考点1 植物细胞工程
1.(2019安徽安庆五校期初摸底,31)如图是植物组织培养的简略示意图:A B C D(1)A表示离体的植物器官、组织或细胞,它能被培养成D的根本原因是 。(2)在A脱分化形成B的过程中,除需要提供营养外,还需要 的诱导。B表示 组 织。构成B的是具有分生(分裂)能力的薄壁细胞。(3)要制造人工种子,应该选用 (填编号)作材料。(4)从A到B的整个过程,细胞进行分裂的方式是 。
答案 (1)植物细胞具有全能性 (2)激素 愈伤 (3)C (4)有丝分裂
解析 (1)图中的A表示外植体(离体的植物器官、组织或细胞),B表示愈伤组织,C可表示胚状 体(或不定芽、顶芽和腋芽等),D表示完整植株。外植体经植物组织培养形成完整的植株,其 根本原因是植物细胞具有全能性。(2)外植体通过脱分化形成愈伤组织过程中,除需要提供营 养外,还需要激素的诱导。 (3)人工种子是指以通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶 芽和腋芽等为材料,通过人工薄膜包装得到的种子。(4)植物组织培养属于无性生殖范畴,因此 从A到B的整个过程,细胞是通过有丝分裂的方式进行增殖的。
题后悟道 植物组织培养的过程外植体(离体的植物器官、组织、细胞) 愈伤组织 胚状体或丛芽等 完整植株
2.(2019福建三明一中第一次月考,53)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、消肿止痛、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,其主要原因是 。 外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为 ,此过程需要使用的生长调节剂是 (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 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 。(3)为获得多倍体的愈伤组织细胞,也可以先用 酶去除细胞壁,获得具有活 力的 。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 形成。
答案 (1)细胞分化程度低,容易诱导形成愈伤组织 脱分化 2,4-D (2)秋水仙素或低温 醋酸洋红液(或“龙胆紫溶液”) (3)纤维素酶和果胶 原生质体 再分化
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,所以进行植物组织培养时, 通常选择新生营养芽作为外植体。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,能够促进愈伤组织形成。(2)生产上常用秋水仙素或低温诱导染色体数目加 倍而获得多倍体。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,观察计数染色 体数目时,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,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。
考点2 动物细胞工程
1.(2019江西师大附中期末,37)美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱,并顺利移植到7名 患者体内。这种技术为那些急需器官移植的患者带来福音。回答下列问题:(1)科学家从患者的膀胱上取下一小块活细胞样本,将其中的肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置 于不同的培养皿中培养。在培养之前,需用 处理以分散细胞,分散的细胞 在培养皿中的培养过程属于 培养,此时细胞保持了 。(2)约一周后将培养皿中培养的细胞放在由胶原质制成的“支架”上继续培养,再过7周左右, 原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右,布满“支架”,膀胱上皮在内肌肉在外,形成“新膀 胱”。在无菌无毒、一定的营养以及适宜的 条件下,细胞数 目大量增加;由这些细胞再形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过 。(3)医生将“新膀胱”移植到患者膀胱的上面,这样新器官会继续生长并与老器官“重组”取 代老器官中丧失功能的部分。“新膀胱”移植后, (填“会”或“不会”)引起免疫 排斥反应。
答案 (1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 原代 正常的二倍体核型(2)温度和pH、气体环境 细胞分化(3)不会
解析 (1)在动物细胞培养之前,需用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理以分散细胞,使细胞变成单 层,细胞在培养皿中的培养过程属于原代培养。原代培养的细胞为10代以内的细胞,保持了正 常的二倍体核型。(2)动物细胞培养的条件需要培养基中具备无菌无毒、一定的营养以及适 宜的温度和pH、气体环境等条件。由这些细胞在形成具有一定结构和功能的肌肉和膀胱上 皮的过程中要经过细胞分化。(3)“新膀胱”是由患者自身细胞分裂、分化形成的,移植后,不 会引起免疫排斥反应。
2.(2019湖南长望浏宁一模,38)2018年1月中国科学家宣布,克隆猕猴“中中”和“华华”诞生, 并已经分别健康生活了数周。这是世界上第一次采用和克隆羊多利相同技术手段获得的灵 长类动物,将推动中国发展出基于非人灵长类疾病动物模型的医药研发,加速新药研发进程。 请回答:(1)克隆猕猴“中中”和“华华”采用的核心技术是 和胚胎移植。(2)由于猕猴是单胎动物,卵细胞的数量也限制了这项技术的成功。为了获得代孕猕猴和多个 卵母细胞,需要对雌性猕猴进行的共同处理是 。(3)克隆猕猴采用的供体细胞是猕猴胎儿成纤维细胞,而不是成年个体成纤维细胞的原因是猕 猴胎儿成纤维细胞分裂次数少,传代在10代以内,能保持正常的 。当卵母细胞培 养至 期时,可以用微型吸管同时吸出卵母细胞中的 。(4)为了选择雌性胚胎进行移植,需要对体外培养的胚胎进行性别鉴定,采用的方法是取囊胚期 胚胎的 (滋养层细胞/内细胞团细胞)做DNA分析性别鉴定。(5)在培养“中中”和“华华”的供体细胞时,观察到成纤维细胞由扁平梭形变成球形时,表明 细胞正在发生 。
答案 (1)体细胞核移植(2)同期发情处理(3)二倍体核型 MⅡ中(减数第二次分裂中) 细胞核和第一极体(4)滋养层细胞(5)癌变
解析 (1)体细胞核移植得到的动物又称为克隆动物,如中中和华华,培育的过程中用到了体细 胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(2)体细胞核移植后经过早期胚胎培养获得的 早期胚胎需要经过胚胎移植到代孕母体中,供体和代孕母体需要经过同期发情处理,使它们处 于相同的生理状态,便于进行胚胎移植。(3)动物细胞培养的代数增多,会导致遗传物质发生改 变,故常选择传代10代以内的细胞,可以保证正常的二倍体核型。体细胞核移植时需要选择处 于减数第二次分裂中期的卵母细胞,可以用微型吸管同时吸出卵母细胞中的细胞核和第一极 体,获得去核的卵母细胞。(4)内细胞团细胞将会发育成胎儿的各种组织,滋养层会发育成胎膜 和胎盘,进行性别鉴定应该选择滋养层的细胞。(5)若细胞发生癌变,其形态会发生改变,如成 纤维细胞由扁平梭形变成球形。
考点3 胚胎工程
1.(2019天津部分区县一模,3)2018年中国科学院神经科学研究所宣布,该院科学家攻克了无法 克隆灵长类动物这一世界难题,成功以体细胞克隆出了两只猕猴——“中中”和“华华”,流 程如图。对于该过程的分析错误的是 ( ) A.过程①表示胚胎移植B.克隆猴的性状与核供体性状不完全相同C.克隆猴的成功说明动物体细胞的细胞核具有全能性D.与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目减半
答案 D 过程①是早期胚胎移植技术,A正确;克隆猴的核遗传物质来自供体细胞,细胞质中 的少量DNA来自去核卵母细胞,因此克隆猴的性状与核供体不完全相同,B正确;克隆猴应用了 核移植技术,体现了动物体细胞核具有全能性,C正确;克隆猴体细胞的染色体数与供体相同,D 错误。
2.(2019天津南开二模,6)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重 要意义,简要流程如图。下列有关叙述正确的是 ( ) A.过程①、②分别应用了核移植技术和胚胎移植技术B.细胞培养中需提供CO2,其作用是调节细胞外液的渗透压C.胚胎干细胞可来源于囊胚中的内细胞团,具有发育的全能性D.将图中获得的组织器官移植给个体A,不会发生免疫排斥反应
答案 C 本题主要考查治疗性克隆的操作过程、基因工程的原理及技术、动物细胞与组织 培养过程、胚胎干细胞的研究与应用。过程①采用的是细胞工程中的核移植技术,过程②采 用的是胚胎工程中的(早期)胚胎培养技术,A错误;体细胞进行外体培养时,所需气体主要有O2 和CO2,后者的作用是维持培养液(基)的pH,B错误;胚胎干细胞可以来自囊胚中的内细胞团,C 正确;若将图中获得的组织器官移植给个体B则不会发生免疫排斥反应,因为B是供核的一方, 克隆的组织和器官的绝大多数遗传物质和个体B相同,D错误。
3.(2019河北唐山期末,38)2018年11月一对基因编辑先天免疫艾滋病的双胞胎婴儿在中国诞 生。其基因编辑免疫艾滋病的原理:CCR5基因是HIV入侵机体细胞的主要辅助受体之一,通过 基因敲除技术让CCR5基因失效,从而产生对艾滋病的免疫作用。该成果有望让那些感染艾滋 病毒的夫妇有机会生一个能免于感染艾滋病病毒的孩子。请回答:(1)CCR5基因在 (“T细胞”“B细胞”“T细胞和B细胞”)中能表达。(2)医学专家首先要卵子捐献者注射 ,以获得足够数量的卵子。在体外受精前,需要对 精子进行 处理。(3)基因敲除是把Cas9蛋白和特定的引导序列通过 技术导入到还处于单细胞的受精 卵里,使CCR5基因失效。(4)早期胚胎发育的过程大致为:受精卵→ →囊胚→原肠胚,囊胚中的 细胞将 发育成胎膜和胎盘。(5)中国政府对设计试管婴儿的态度是 。
答案 (1)T细胞(2)促性腺激素 获能(3)显微注射(4)桑椹胚 滋养层(5)禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆(或四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任 何生殖性克隆人的实验。)
解析 (1)病毒的入侵具有特异性,HIV入侵T细胞,CCR5基因所表达的蛋白是HIV入侵机体细 胞的主要辅助受体之一,因此CCR5基因在T细胞中能表达。(2)对雌性个体注射促性腺激素,可 以起到超数排卵的作用,以获得足够数量的卵子(卵母细胞)。在体外受精前,需要对精子进行 获能处理。(3)基因敲除是把Cas9蛋白和特定的引导序列通过显微注射技术导入到还处于单 细胞的受精卵里,使CCR5基因失效。(4)早期胚胎发育的过程大致为:受精卵→桑椹胚→囊胚 →原肠胚,囊胚中的滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘。(5)中国政府对设计试管婴儿的态度是 禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆。(或四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任 何生殖性克隆人的实验。)
知识拓展 试管动物试管动物是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为早期 胚胎后,再经移植后产生后代的技术。试管动物技术包括体外受精、早期胚胎的培养和胚胎 移植等技术。这项技术成功于20世纪50年代,在最近20年发展迅速,现已日趋成熟而成为一项 重要而常规的动物繁殖生物技术。
4.(2019江西南昌二中模拟,38)回答下列胚胎工程的相关问题:(1)1890年,英国剑桥大学的生物学家将纯种的安哥拉兔的两个4细胞胚胎移入一只纯种的比 利时兔的输卵管内,成功地得到两只纯种的安哥拉子兔。这个实验首次证实了 的可能性。(2)哺乳动物卵子发生过程中,减数第二次分裂是在 过程中完成的,哺乳动 物卵子和精子在发生上的重要区别是 。在实施体外 受精时,获能的精子与培养成熟的卵子,通常都可以在 中完成受精 作用,在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查 。(3)胚胎移植需收集胚胎,收集胚胎时冲卵的生理学基础是 。胚胎分割时用分割针取样的滋养层的用途是 。(4)ES细胞是研究细胞分化的理想材料,ES细胞在饲养层细胞上,或在 的 培养液中,能够维持不分化的状态。
答案 (1)同种动物的胚胎在异体动物体内发育(2)精子和卵子结合 卵泡的形成和在卵巢内储备,是在出生前完成的 获能溶液或专用的受 精溶液 受精状况和受精卵的发育能力(3)早期胚胎形成后处于游离状态,未与母体子宫建立联系 做DNA分析性别鉴定(4)添加抑制因子
解析 (1)将纯种的安哥拉兔胚胎移入一只纯种的比利时兔的输卵管内,成功地得到了两只纯 种的安哥拉子兔。由于安哥拉兔和比利时兔为两个不同的品种,故这个实验可证实同种动物 的胚胎在异体动物体内发育的可能性。(2)哺乳动物卵子发生过程中,减数第一次分裂是在雌 性动物排卵前后完成的,其结果产生一个次级卵母细胞和第一极体,进入输卵管,准备与精子受 精。减数第二次分裂是在精子和卵子结合过程中完成的,哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内储 备,是在出生前(即胎儿时期)完成的,这是卵子和精子在发生上的重要区别。在实施体外受精 时,获能的精子与培养成熟的卵子,一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受 精作用,在体外受精后,应将受精卵移入发育培养液中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发 育能力。(3)哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而 是处于游离状态,这就为胚胎的收集提供了可能。胚胎分割后,可取滋养层细胞做DNA分析性 别鉴定。(4)ES细胞在饲养层细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态, 而在培养液中加入分化诱导因子,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化。
知识拓展 胚胎干细胞胚胎干细胞简称ES或EK细胞,来源于早期胚胎或原始性腺。胚胎干细胞具有胚胎细胞的特 性,在形态上表现为体积小,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。
B组 2017—2019年高考模拟·专题综合题组时间:40分钟 分值:90分非选择题(共90分)
1.(2019河北唐山一模,38)(10分)传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种,随着科 学技术的进步,人们开始采用“组织培养繁殖兰花”。(1)植物组织培养是在 和人工控制条件下,将 的植物组织、器官、细胞,培养在 人工配制的 上,诱导其产生 、丛芽,最终形成完整植株的过程。(2)兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体,是因为细胞中含有 ,具有 发育成完整个体的潜能,这种潜能叫 。(3)有人想到利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的好办法,但操 作后得到的“韭菜—兰花”,并没有预想中的“繁殖容易,香气浓郁”,可能的原因是 ;培育该杂种植物的过程中,遗传物质的传递 (遵循/不 遵循)孟德尔遗传规律。
答案 (1)无菌 离体 培养基 愈伤组织(2)本物种的全部遗传信息 细胞的全能性(3)两个物种之间的基因相互影响,导致某些基因无法正常表达 不遵循
解析 本题通过植物组织培养技术的原理与技术的分析,考查考生的科学思维素养。(1)植物 组织培养就是在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制 的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。(2)兰 花叶肉细胞中含有本物种的全部遗传信息,具有发育成完整个体的潜能,即具有细胞全能性,所 以兰花叶肉细胞能够培养为新个体。(3)植物体细胞杂交技术获得的“韭菜—兰花”并没有 预想中的“繁殖容易,香气浓郁”,可能是因为两个物种之间的基因相互影响,导致某些基因无 法正常表达;孟德尔遗传规律发生在减数分裂过程中,植物体细胞杂交技术过程中只进行有丝 分裂,没有发生减数分裂。
2.(2019天津河西二模,7)(8分)长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉,其所含的长春碱具有良 好的抗肿瘤作用,基因tms的编码产物能促进生长素的合成,科研人员利用基因tms构建重组Ti 质粒,对愈伤组织进行遗传改造,解决了长春碱供不应求的问题。操作流程如图所示,请回答下 列问题: 重组Ti质粒(1)过程①的培养条件是 (至少答出三点),需要添加的植物激素有 。(2)重组Ti质粒上应存在启动子和终止子,启动子的功能 。(3)长春碱杀死癌细胞的同时对正常细胞也有毒害作用,为降低长春碱对正常细胞的毒性,可以 利用 技术制成“生物导弹”对癌细胞进行靶向治疗。
答案 (1)适宜恒温、避光、无菌(其他答案合理即可) 植物生长素、细胞分裂素(2)是RNA聚合酶识别和结合的部位,启动转录过程(3)单克隆抗体
解析 (1)过程①属于脱分化过程,需要避光培养,适宜温度、无菌、营养物质等;脱分化和再 分化过程均需要适宜浓度和比例的植物生长素和细胞分裂素。(2)启动子是RNA聚合酶识别 和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA。(3)单克隆抗体特异性强,可以识别特定的 抗原,故可以制成“生物导弹”,把长春碱定向运输到癌细胞部位杀死癌细胞,降低其对正常细 胞的毒害作用。
3.(2019河南南阳一中模拟,38)(15分)科学家培育转乳糖分解酶基因奶牛的过程如图所示。请 回答下列问题: (1)图中细胞培养的培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有 。在进行细胞原代培养时会出现 和细胞接触抑制现象。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 。(2)图中将乳糖分解酶基因导入胚胎成纤维细胞中,最常用的方法是 。(3)图中的核移植操作需要将进行细胞培养获得的供体细胞的细胞核注入去核的卵母细胞中, 去掉卵母细胞细胞核的目的是 ,而所用的供体 细胞一般都选用传代10代以内的细胞,原因是 。
(4)重组细胞2在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内会生出与图中的黑白花奶牛性 状并不完全相同的犊牛,原因可能有 (至少答出两点)。(5)转乳糖分解酶基因奶牛的培育成功,说明了动物的 具有全能性。
答案 (1)血清 细胞贴壁生长 抗生素(2)显微注射法(3)保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核 传代10代以内的细胞能保持 正常的二倍体核型(4)生物的性状受细胞核和细胞质中的遗传物质共同控制、生物的性状还受环境因素的影 响、胚胎成纤维细胞的遗传物质有近一半来自配种的公牛等(5)细胞核
解析 本题通过植物组织培养技术的原理与技术的分析,考查考生的科学思维素养。(1)在动 物细胞培养的合成培养基中,通常需加入动物的血清等天然成分,为动物细胞提供多种可促进 细胞生长和增殖的物质。在进行细胞原代培养时会出现细胞贴壁生长和细胞接触抑制现 象。向培养液中加入适量的抗生素,可以防止细胞培养过程中细菌的污染。(2)将目的基因导 入动物细胞常用显微注射法。(3)核移植过程中,去掉卵母细胞细胞核的目的是保证克隆动物 的核遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核。原代培养10代以内的细胞能保持正常的二 倍体核型,因此所用的供体细胞一般都选用原代培养10代以内的细胞。(4)生物的性状由遗传 物质和环境因素共同控制,生物的遗传物质主要存在于细胞核中,少数存在于细胞质中。胚胎 成纤维细胞的遗传物质有近一半来自配种的公牛等,因此重组细胞2在培养液中培养成的重组 胚胎移入受体母牛体内会生出与图中的黑白花奶牛性状并不完全相同的犊牛。(5)将供体细 胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,形成重组细胞2。重组细胞2培养成重组胚胎并最终发育 成个体,说明动物的细胞核具有全能性。
4.(2019天津九校联考,8)(12分)如图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所做的一系列研究,请根据 分析回答: (1)过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上,并加入动物血清、 抗生素等物质,维持细胞不分化的状态。在此过程中,饲养层提供胚胎干细胞增殖所需的 ,加入抗生素是为了 ,这对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意 义。(2)过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔,通过组织化学染色,用于研究动 物体器官形成的时间、发育过程以及影响的因素,这项研究利用了胚胎干细胞具有
的特点。(3)过程Ⅲ中将目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体,所需要的工具酶有 。(4)过程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官,实验 时,必须用X射线照射去除胸腺的小鼠,获得免疫缺陷小鼠,其目的是阻碍 细胞的成熟, 使机体不发生 免疫。
答案 (1)营养物质 防止杂菌污染(2)发育全能性(3)限制酶和DNA连接酶(4)T 细胞
解析 (1)胚胎干细胞可以从早期胚胎或原始性腺中获得,胚胎干细胞培养时所用的饲养层可 以供给细胞增殖所需的营养物质,加入抗生素是为了防止杂菌污染。(2)胚胎干细胞具有发育 的全能性,通过组织化学染色,可用于研究动物体器官形成的时间、发育过程及影响因素。(3) 基因工程中构建基因表达载体需要的工具酶有限制酶和DNA连接酶。(4)去除小鼠的胸腺,小 鼠体内T细胞不能成熟,不会发生细胞免疫,使移植组织细胞不会被免疫排斥。
5.(2019广东中山一中二模,38)(15分)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细 胞(iPS),继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠,流程如图。请回答下列问题: (1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为 ,培养的细胞在贴壁生长至铺 满培养皿底时停止分裂,这种现象称为 。(2)图中2细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为 ,也可从灰鼠体内 取出卵子,通过 后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过 技术移入白鼠子宫内继续发育,此技术对代孕受体的要求是 。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是
,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用 技术。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的 分离培养获得,iPS与ES细胞同样具有发育 全能性,有望在对人类iPS细胞进行定向诱导分化后用于疾病的细胞治疗。
答案 (1)原代培养 (细胞的)接触抑制(2)冲卵(或冲胚) 体外受精(或核移植)(3)胚胎移植 同种、生理状态相同的其他雌性动物 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜 力 胚胎分割(4)内细胞团细胞
解析 本题通过胚胎工程的过程分析,考查考生的科学思维素养。(1)从黑鼠体内获得体细胞 后,对其进行的初次培养称为原代培养,分瓶后的培养称为传代培养。培养的细胞在铺满培养 皿底时由于相互接触而停止分裂,这种现象称为细胞的接触抑制。(2)用人工方法从灰鼠输卵 管内获得2细胞胚胎,该过程称为冲卵;从灰鼠体内取出卵子,通过体外受精(或核移植)后经早 期胚胎培养也可获得早期胚胎。(3)重组囊胚可通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发 育。胚胎移植时要求代孕受体是同种、生理状态相同的其他雌性动物。在畜牧生产中采用 胚胎移植技术可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,在短时间内得到大量优良后代。采用 胚胎分割技术可进一步提高胚胎的利用率。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可从早期胚胎或原始性 腺中获得,囊胚的内细胞团属于胚胎干细胞。
易错警示 排卵和冲卵区别:排卵是指卵子从卵泡中排出,冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚 胎冲洗出来。
6.(2019江西上饶中学开学检测,28)(15分)如图表示两种制备单克隆抗体的实验方案。已知调 控细胞增殖的基因在骨髓瘤细胞的细胞质中,回答相关问题: 图1
图2
(1)体外培养动物细胞的条件有无菌无毒、营养条件、 和 。(2)若图1中A是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞是取自 动物体内的 B细胞,促进d过程的常用诱导剂是 。(3)利用图1制备单克隆抗体的方法中制备的原理是细胞膜流动性和 。(4)图2以细胞核移植技术制备单克隆抗体,a为去核的 细胞,e是从d中分离出的胚 胎干细胞,V过程类似于植物组织培养中的 过程。(5)单克隆抗体作为诊断试剂的优点是 。
答案 (1)温度和pH 气体环境(2)注射过特定抗原蛋白 聚乙二醇(PEG)或灭活的病毒(3)细胞增殖(4)骨髓瘤 再分化(5)准确、高效、简易、快速
解析 (1)动物细胞体外培养的条件除无菌无毒、营养条件外,还需要适宜的温度和pH,需要 一定的气体环境(5%二氧化碳,95%的空气)。(2)若图1中A是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞是从注 射过特定抗原蛋白的动物中取出的B细胞,经过特定抗原的刺激,对应的B细胞就能产生对应 的特异性抗体,促进d动物细胞融合过程的常用诱导剂是聚乙二醇(PEG)或灭活的病毒。(3)图 1表示通过细胞融合获得了杂交瘤细胞,要获得更多的抗体需要将杂交瘤细胞进行培养增殖。 这种方法制备单克隆抗体需经过细胞融合获得杂交瘤细胞和杂交瘤细胞的培养两个阶段,两 个阶段的原理分别是细胞膜流动性和细胞增殖。(4)骨髓瘤细胞具有无限增殖能力,且调控细 胞增殖的基因在其细胞的细胞质中,而图2是借助核移植技术制备单克隆抗体,所以a为去核的 骨髓瘤细胞。e是从d所示的早期胚胎中分离出的胚胎干细胞,通过V过程的培养得到的特定 细胞f能分泌抗体,因此V过程类似于植物组织培养中的再分化过程。(5)由于单克隆抗体具有 灵敏度高、特异性强、可大量制备的特点,所以单克隆抗体作为诊断试剂的优点是准确、高 效、简易、快速。
知识拓展 动物细胞融合与植物体细胞杂交的不同:植物体细胞杂交技术要首先去掉细胞壁, 而动物细胞不需要;植物体细胞杂交中诱导融合的方法有物理和化学方法,而动物细胞诱导融 合有物理法、化学法和生物方法;植物体细胞杂交技术的终点是获得杂种植株,而动物细胞融 合能形成细胞系。
7.(2019江西新余四中第一次月考,30)(15分)2016年10月19日美国新希望生殖医学中心正式宣 布,世界首个核移植“三父母”男婴已于2016年4月诞生。为中东一位线粒体携带有亚急性坏 死脑病基因的母亲带来了希望。培养过程如下图,据图回答: (1)获得重组卵母细胞A也会用到体细胞核移植技术,完成①过程需要用微型吸管吸出 ,完成④过程的B细胞需要选择 (时期)的卵母细 胞。(2)卵母细胞的获取过程中,需要对女性进行超数排卵处理,超数排卵的方法是给女性注射 激素,超数排卵技术带来的危害之一是 。(3)为了提高已有胚胎的利用率,可采用 技术。若选用囊胚期的胚胎,操作过程中要特别注意的问题是 。
(4)根据 (填标号)判断,此种繁殖方式是 生殖。细胞A的培养过程③所需气体 主要有O2和CO2,CO2的主要作用是 。(5)设计试管婴儿技术与解决不孕问题而进行的试管婴儿技术的主要区别是前者需要在植入 前对胚胎进行 。
答案 (1)细胞核和第一极体 减数第二次分裂中期(或MⅡ中期)(2)促性腺 对孕妇的身体不利、卵巢早衰、影响孕妇内分泌、影响胎儿的健康发育等(任写 一点即可)(3)胚胎分割 将内细胞团均等分割(4)④ 有性 维持培养液的pH(5)遗传学诊断(或“基因检测”或“基因诊断”)
解析 (1)图中①表示将捐献者的卵母细胞的核物质去除、②表示核移植技术、③表示卵母 细胞的体外培养、④表示体外受精、⑤表示早期胚胎培养、⑥表示胚胎移植;A表示重组卵 母细胞,B表示培养到减数第二次分裂中期的卵母细胞。将捐献者的卵母细胞的核物质去除, 该过程需要用微型吸管吸出细胞核和第一极体。获能的精子需要与培养到减数第二次分裂 中期的卵母细胞完成受精作用。(2)给女性注射促性腺激素,促进超数排卵,但是会对孕妇的身 体不利、导致卵巢早衰、影响孕妇内分泌、影响胎儿的健康发育等。(3)利用胚胎分割技术 可以提高已有胚胎的利用率;对囊胚期的细胞进行胚胎分割时需要注意将内细胞团均等分 割。(4)图中④表示体外受精,这种繁殖方式为有性生殖。细胞培养需要的气体主要有O2和CO2,其中CO2的主要作用是维持培养液的pH。(5)与解决不孕问题而进行的试管婴儿技术相比,设 计试管婴儿技术需要在植入前对胚胎进行遗传学诊断(或基因检测或基因诊断)。
C组 2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(2019 5·3原创卷二,38)根据培育良种奶牛的过程,回答下列问题:(1)利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有 用 来合成引物。若要从转基因牛的乳汁中提取血清白蛋白,则需将 基因与乳腺 蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,通过 法将目的基因导入牛 的 中,该转基因牛进入泌乳期后,可以从其乳汁中获取血清白蛋白,因而把该转基 因中称为 。(2)人工授精时,卵子要发育到 期才能与精子结合,受精的标志是 。(3)胚胎分割可以看作动物 繁殖的方法之一,为了提高胚胎的利用率,在对囊胚阶段的 胚胎进行胚胎分割时要对内细胞团进行均等分割,目的是 。
答案 (1)一段已知目的基因的核苷酸序列 血清白蛋白 显微注射 受精卵 乳腺生物反 应器(或乳房生物反应器)(2)减数第二次分裂中 在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极体(3)无性 保证分割后胚胎的恢复和进一步发育
解析 (1)利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以 便根据这一序列设计并合成引物。要获取的目的基因为血清白蛋白基因,通过显微注射法将 目的基因导入牛的受精卵中。该转基因牛进入泌乳期后,可以从其乳汁中获取血清白蛋白,因 而把该转基因中称为乳腺生物反应器(或乳房生物反应器)。(2)人工授精时,卵子要发育到减 数第二次分裂中期才能与精子结合,受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极 体。(3)来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖的 方法之一。对囊胚阶段的胚胎进行胚胎分割时,要对其内细胞团进行均等分割,目的是保证分 割后胚胎的恢复和进一步发育。
2.(2019 5·3原创卷二,38)下列是人们利用基因编辑技术的一些事例:事例1 这几年生物科学领域发展异常迅速的技术有基因编辑技术——CRISPR。CRISPR的 最大优势在于前所未有的精准度,它能够敲除基因组中的任何基因,而在基因组的特定位置插 入基因,可以为作物导入优良性状。事例2 2018年11月26日,来自中国深圳的科学家贺建奎在第二届人类基因组编辑国际峰会召 开前一天宣布,一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿于11月在中国健康诞生。这对双胞胎的 一个基因经过修改,使她们出生后即能天然抵抗艾滋病。这是世界首例免疫艾滋病的基因编 辑婴儿。事例3 镉在人体内富集可引起慢性中毒,导致“痛痛病”,我国科学家袁隆平及其研究团队, 通过敲除水稻细胞中的吸镉基因,成功培育出几乎不含镉的水稻新品种。据此回答下列问题:(1)CRISPR的实现需要使用 酶敲除(切割)基因,使用 酶连接特定位置插入的基因。(2)基因编辑婴儿的产生需要将编辑的基因导入 细胞,先进行 ,
然后再通过 技术将其移入受体子宫。(3)已敲除吸镉基因的编辑基因一般通过 导入水稻细胞中以得到水稻新品 种。(4)基因编辑婴儿和克隆人一样引发了伦理问题,请简述中国政府对克隆人的态度: (答出2点即可)。
答案 (1)限制性核酸内切 DNA连接(2)受精卵 早期胚胎培养 胚胎移植(3)基因枪法(4)禁止生殖性克隆人;不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验;不反对治 疗性克隆(答出任意2点)
解析 本题通过基因编辑技术,考查基因工程、细胞工程、胚胎工程及生物伦理问题。(1)CRISPR的实现需要使用限制性核酸内切酶敲除(切割)基因,使用DNA连接酶连接特定位置插 入的基因。(2)基因编辑婴儿的产生需要将编辑的基因导入受精卵细胞中,先进行早期胚胎培 养,然后再通过胚胎移植技术将其移入受体子宫。(3)水稻为单子叶植物,已敲除吸镉基因的编 辑基因,一般通过基因枪法导入水稻细胞中以得到水稻新品种。(4)中国政府对克隆人的态度 是禁止生殖性克隆人。一再重申四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克 隆人的实验。但是,中国不反对治疗性克隆。
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