資源簡介

選修三　現代生物科技專題
第2講　細胞工程
1．(2021·湖北高考模擬)下圖是利用現代生物技術改良草莓品系的過程，請回答下列有關問題：
(1)圖中涉及的現代生物技術有轉基因技術、植物體細胞雜交技術、植物組織培養技術。
(2)請簡述I過程的基本方法：先利用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，獲得具有活力的原生質體；然后借助一定的技術手段(物理或化學方法)誘導原生質體融合。A培育至具有鳳梨風味的綠草莓幼苗的過程，能(填“能”或“不能”)體現植物細胞的全能性。
(3)研究人員根據已知的胰島素基因序列，可采用化學合成方法獲得胰島素基因。
(4)轉基因技術和細胞工程在改良動植物類型過程中都有廣泛應用，但是，胚胎工程只是指對動物的配子或早期胚胎所進行的多種顯微操作和處理技術。
[解析]　(1)圖中涉及的現代生物技術有轉基因技術、植物體細胞雜交技術、植物組織培養技術。(2)圖中I過程的基本方法是先用酶解法去除獲得具有活力的原生質體、然后誘導原生質體融合。圖中A培育至具有鳳梨風味的綠草莓幼苗的過程，采用了植物組織培養技術，體現了植物細胞的全能性。(3)由于已知胰島素基因序列，所以研究人員可根據已知的胰島素基因序列，采用化學合成的方法獲得胰島素基因。(4)胚胎工程只是指對動物的配子或早期胚胎所進行的多種顯微操作和處理技術，有胚胎移植和胚胎分割移植等。
2．(2020·陜西高考模擬)類風濕性關節炎(RA)是一種自身免疫病，致殘性強。研究表明，該病的病理改變與腫瘤壞死因子－a(TNF－a)密切相關，而一種人鼠嵌合的抗TNF－a單克隆抗體能有效治療RA。下圖為該單克隆抗體制備過程示意圖。
(1)動物細胞培養技術是單克隆抗體技術的基礎，該過程中需要的氣體條件是95%空氣和5%CO2。
(2)圖中的抗原A是腫瘤壞死因子－a(TNF－a)，常用的促融劑是聚乙二醇(PEG)。圖中“(
)和抗體檢測”，括號內應填克隆化培養。
(3)細胞融合完成后，融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外，可能還有骨髓瘤細胞自身融合細胞、淋巴細胞自身融合細胞。體系中出現多種類型細胞的原因是細胞融合是隨機的，且融合率達不到100%。
(4)單克隆抗體主要的用途有：作為診斷試劑、用于治療疾病、用于運載藥物(至少答出兩點)。
[解析]　(1)
動物細胞培養技術是動物細胞工程的基礎，是單克隆抗體技術的基礎。該過程中需要的氣體條件是95%空氣和5%CO2，以保證細胞代謝所必需的氧氣和培養液的pH。(2)
要制備抗TNF－a單克隆抗體需要給小鼠注射腫瘤壞死因子－a(TNF－a)。常用物理或化學方法促融，最常用的化學促融劑是聚乙二醇(PEG)。在抗體檢測之前需要進行克隆化培養，以增加雜交瘤細胞數量。(3)
細胞融合是隨機的，且融合率達不到100%，所以細胞融合完成后，融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外，可能還有骨髓瘤細胞自身融合細胞、淋巴細胞自身融合細胞。(4)單克隆抗體最廣泛的用途是作為診斷試劑；也可用于治療疾病、用于運載藥物，主要是用于癌癥治療，也有少量是用于其他治療的。
3．(2020·山東省泰安市生物模擬)埃博拉病毒(EBO)呈纖維狀，EBO衣殼外有包膜，包膜上有5種蛋白棘突(VP系列蛋白和GP蛋白)，其中GP蛋白最為關鍵，能被宿主細胞強烈識別。請回答下列問題：
(1)要獲得編碼GP蛋白抗原的基因疫苗，首先要提取出病原體的RNA，并利用RNA經逆轉錄合成DNA，構建cDNA文庫。cDNA文庫中的基因可以_(選填“可以”“不可以”“部分”)進行物種間的基因交流。
(2)為了從牛分泌的乳汁中提取GP蛋白，需將GP蛋白基因通過顯微注射法(方法)導入牛受精卵中。在基因導入牛受體細胞前，基因的首段必須含有使其僅能在牛的乳腺細胞中特異性表達的(乳腺蛋白基因的)啟動子，驅動轉錄過程。轉基因牛是否培育成功，可以通過抗原－抗體雜交_技術從分子水平上進行檢測。
(3)以GP蛋白作為疫苗比利用毒性減弱的埃博拉病毒作疫苗更安全，其原因是GP蛋白自身沒有感染能力，但保留了抗原特性_。
(4)科研人員利用經EBO免疫后小鼠的B淋巴細胞與小鼠的骨髓瘤細胞進行融合以形成雜交瘤細胞，培養后可以獲得純凈的單一品種抗體，其特點是特異性強、靈敏度高、并可能大量制備，可以用此抗體與藥物制成“生物導彈”抗擊EBO。
[解析]　以RNA為模板合成DNA的過程為逆轉錄過程，該過程需要逆轉錄酶的催化；cDNA文件中的基因可以進行物種間的基因交流。
(2)將目的基因導入動物受體細胞一般采用顯微注射法。為了從牛分泌的乳汁中生產GP蛋白，在基因導入牛受體細胞前，基因的首段必須含有使其僅能在牛的乳腺細胞中特異性表達的(乳腺蛋白基因的)啟動子，才能驅動轉錄過程。
(3)以GP蛋白作為疫苗比基因疫苗更安全，其原因是GP蛋白自身沒有感染能力，但保留有抗原性。
(4)科研人員利用經EBO免疫后小鼠的B淋巴(效應B或漿)細胞與鼠的骨髓瘤細胞進行雜交，篩選后進一步培養的是雜交瘤細胞，雜交瘤細胞既能產生單一抗體，又能在體外快速增殖。可以用雜交瘤細胞產生的抗體與藥物制成“生物導彈”，抗擊埃博拉病毒。
4．(2021·河北省衡水市高三大聯考)單倍體細胞中含有本物種配子染色體數的個體，培育單倍體植株利用了植物組織培養技術，我國在水稻等作物的單位體育種方面處于領先地位?；卮鹣铝信c水稻單倍體育種相關的問題：
(1)單倍體育種過程中要進行植物組織培養，該過程利用的外植體一般為花藥。接種前，要對外植體進行消毒處理。處理時，既要使所用藥劑的濃度和處理時間能達到預期效果，還必須考慮到對外植體(材料)生活力的影響。
(2)脫分化階段和再分化階段使用的培養基在激素的種類和配比等方面會存在差異。培養過程中，如有二倍體小幼苗出現，猜測可能是花藥壁細胞長成的。
(3)單倍體植株的培育過程能(填“能”或“不能”)體現植物細胞的全能性，將單倍體幼苗移栽至大田后并未得到穩定遺傳的農作物優良品種，原因是單倍體水稻植株中只含有一個染色體組，高度不育。
(4)單倍體細胞中的DNA也可以參與基因庫的構建，參與構建的基因文庫屬于基因組文庫。
[解析]　(1)單倍體育種采用的方法為花藥離體培養，組織培養過程需要在嚴格無菌條件下進行，外植體也要進行消毒，在消毒時，不僅要考慮消毒效果，還要考慮到外植體的耐受能力。(2)脫分化培養基和分化培養基的激素種類及配比有所區別，因此組織培養到一定階段要更換培養基。花粉粒而長成的水稻植株含有一個染色體組，但花藥壁細胞含有兩個染色體組，因此，如有二倍體小幼苗長出，最可能是花藥壁細胞長成的。(3)花粉粒發育成了單倍體植株，因此體現了植物細胞的全能性。水稻的單倍體中只含有一個染色體組，高度不育，不能正常結實，因此得不到穩定遺傳的水稻優良品種，需要用秋水仙素處理單倍體幼苗，獲得純合的可育的二倍體。(4)單倍體細胞中的DNA用限制酶切割后，導入受體菌的群體中儲存，可以參與基因組文庫的構建。
5．(2021·山東章丘四中高三)下圖是制備抗埃博拉病毒VP40蛋白的單克隆抗體的過程
(1)過程①中選用EcoRⅠ和XhoⅠ兩種限制酶切割的優點是防止自身環化，此外還要用到DNA連接酶。
(2)過程②中首先需要用Ca2＋處理大腸桿菌，使其處于感受態，VP40基因進入大腸桿菌后維持穩定并表達的過程稱為轉化。
(3)與植物原生質體融合相比，過程④特有的方法是用滅活的病毒處理。通常在選擇培養基中需加入抗生素，目的是防止培養過程中的污染。選擇培養基上存活的雜交瘤細胞產生的抗體不是(填“是”或“不是”)單克隆抗體。
(4)圖示過程應用的生物技術有基因工程、動物細胞培養、動物細胞融合。
[解析]　(1)過程①中選用EcoRⅠ和XhoⅠ兩種限制酶切割可以使目的基因的兩端獲得不同的黏性末端，所以這樣處理的優點是防止目的基因自身環化，此外目的基因與運載體結合還需DNA連接酶。(2)過程②是將目的基因導入受體細胞，此過程首先需要用Ca2＋處理大腸桿菌，使其處于感受態，VP40基因進入大腸桿菌后維持穩定并表達的過程稱為轉化。(3)植物原生質體融合常用物理方法和化學方法，動物細胞融合特有的方法是用滅活的病毒處理，通常在選擇培養基中需加入抗生素，目的是防止培養過程中的污染。選擇培養基上存活的雜交瘤細胞，還需要進行克隆化培養和抗體檢測，經過多次篩選才可以獲得能產生特定抗體的雜交瘤細胞，所以選擇培養基上存活的雜交瘤細胞產生的抗體不是單克隆抗體。(4)圖示過程應用的生物技術有：基因工程、動物細胞培養、動物細胞融合。
6．(2020·江蘇省南京師范大學附屬中學模擬)白細胞介素4(IL－4)是具有多種免疫學調節功能的細胞因子，臨床及研究中需要大量高純度的IL－4，以及其高效檢測試劑。下圖是利用單克隆抗體技術制備抗IL－4特異性抗體的過程?；卮鹣嚓P問題。
(1)在免疫系統組成中，IL－4屬于免疫活性物質。研究人員從外周血中提取到IL－4蛋白分子的mRNA。將其反轉錄成cDNA，其中無(填“有”或“無”)啟動子和終止子，并構建特定表達載體，利用工程菌獲得用于臨床及研究需要的高純度的IL－4蛋白。
(2)圖中所示的a培養瓶中培養的是骨髓瘤細胞，其與M細胞融合產生雙核或多核細胞。再經有絲分裂才能形成兩個新的單核雜交細胞。
(3)b培養瓶所示過程中，常用滅活的病毒誘導細胞融合，再用特定的方法對其中細胞進行篩選。c中培養的細胞應具有既能無限增殖，又能產生特定的抗體特點。經d培養的細胞，其培養液中除了加基本的營養物以外，還需要加抗生素、動物血清等，其中加動物血清的目的是補充配制的培養基中缺乏的營養成分及一些激素。
(4)從d或小鼠體內抽取的抗IL－4抗體的特點是特異性強、靈敏度高、可以大量制備。
[解析]　(1)對于真核基因而言，轉錄形成mRNA中遺傳信息來自于基因中的外顯子中的遺傳信息，所以將mRNA反轉錄形成的是
cDNA，不含啟動子和終止子。(2)圖中a瓶中是骨髓瘤細胞，M是免疫過的B淋巴細胞，兩者融合產生雙核或多核細胞，再經有絲分裂，進一步形成兩個新的單核雜交細胞。(3)b培養瓶中誘導細胞融合常用滅活的病毒；c過程為對雜交瘤細胞進行克隆化培養和抗體檢測，得到的雜交瘤細胞既能無限增殖，又能產生特定的抗體。體外培養雜交瘤細胞時，培養液中需要加入動物血清，以補充配制的培養基中缺乏的營養成分及一些激素。(4)從d或小鼠體內抽取的抗IL－4抗體為單克隆抗體，具有特異性強、靈敏度高、可以大量制備的特點。
7．(2021·福建三明一中第一次月考)三七富含三七皂苷、三七多糖、三七素、黃酮等有效成分，具有止血、活血化瘀、消腫定痛、滋補強壯、抗疲勞、耐缺氧、抗衰老、降血脂、降血糖、提高機體免疫功能等眾多作用。為了獲取上述有效成分，某制藥公司利用植物組織培養技術，從培養的愈傷組織中提取這些有效成分。請回答下列問題：
(1)培養時，通常選擇新生營養芽作為外植體，這是因為細胞分化程度低，容易誘導形成愈傷組織。外植體經誘導后形成愈傷組織的過程稱為脫分化，此過程需要使用的生長調節劑是2，4－D(填“脫落酸”或“2，4－D”)。
(2)多倍體的愈傷組織細胞產生的有效成分量常高于二倍體。為了獲得更多的有效成分，科研人員利用秋水仙素或低溫處理二倍體愈傷組織細胞，使其細胞中的染色體數目加倍。欲確定愈傷組織細胞中的染色體數目，通常需制成裝片，進行顯微鏡觀察，此過程中需要對染色體染色，常用的染色劑是醋酸洋紅液(或龍膽紫溶液)。
(3)為獲得多倍體的愈傷組織細胞，也可以先用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，獲得具有活力的原生質體。再用化學誘導劑誘導細胞兩兩融合，形成的融合細胞進一步培養形成愈傷組織。若要得到多倍體植株，可在上述的基礎上，再經再分化形成。
[解析]　(1)新生營養芽細胞的分化程度低，容易誘導形成愈傷組織，進行植物組織培養時，選擇新生營養芽作為外植體容易獲得成功。外植體經誘導后形成愈傷組織的過程稱為脫分化。2，4－D為生長素類似物，而生長素能夠促進細胞伸長生長，脫落酸的主要作用之一是抑制細胞分裂，所以脫分化過程需要使用的生長調節劑是2，4－D。(2)秋水仙素或低溫可抑制紡錘體的形成，進而使其細胞中的染色體數目加倍。染色體可被醋酸洋紅液或龍膽紫溶液等堿性染料染成深色，因此欲用顯微鏡觀察確定愈傷組織細胞中的染色體數目，常用醋酸洋紅液或龍膽紫溶液對染色體染色。(3)植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，因此可用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，獲得具有活力的原生質體。愈傷組織細胞經過再分化可發育成植物體。
8．(2021·山西省太原市山西大學附屬中學高三)已知細胞合成DNA有D和S兩條途徑，其中D途徑能被氨基嘌呤阻斷。人淋巴細胞中有這兩種DNA的合成途徑，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤細胞中盡管沒有S途徑，但能不斷分裂增殖。將這兩種細胞在培養皿中混合，加促融劑促進細胞融合，獲得雜種細胞，并生產單克隆抗體。請回答下列有關問題：
(1)生產單克隆抗體時，一般不直接利用B淋巴細胞，主要原因是B淋巴細胞不能無限增殖。
(2)①過程中，常用的與植物細胞融合相同的誘導劑是聚乙二醇。
(3)②過程為細胞培養，培養液中還需通入氣體物質，其中通入CO2的目的是維持培養液的pH。
(4)④表示雜交瘤細胞的擴大培養，其既可在體外培養，也可注射到小鼠內培養，體內培養與體外培養相比，其優點是腹腔無需再提供營養物質以及無菌環境，操作簡便。
(5)為了從培養液中分離出雜交瘤細胞，需要③過程向培養液中加入氨基嘌呤，理由是雜交瘤細胞可利用淋巴細胞中的S途徑合成DNA，從而才能在該培養液中增殖。
[解析]　(1)生產單克隆抗體時，一般不直接利用B淋巴細胞，主要原因是B淋巴細胞屬于高度分化的細胞，不能無限增殖。(2)植物細胞常采用電刺激、聚乙二醇等手段進行融合，而動物細胞采用電刺激、聚乙二醇、仙臺病毒等手段進行融合。因此，①過程中常用的與植物細胞融合相同的誘導劑是聚乙二醇。(3)②過程為細胞培養，培養液中還需通入氣體物質，其中通入氧氣維持細胞呼吸，通入CO2維持培養液的pH。(4)雜交瘤細胞既可在體外培養，也可注射到小鼠腹腔內培養。體內培養與體外培養相比，其優點是無需再提供營養物質以及無菌環境，操作簡便。(5)人淋巴細胞、鼠骨髓瘤細胞在培養皿中混合，加聚乙二醇促進細胞融合，培養液中的細胞有以下5種：人淋巴細胞、鼠骨髓瘤細胞、人淋巴細胞與人淋巴細胞融合細胞、鼠骨髓瘤細胞與鼠骨髓瘤細胞融合細胞以及雜交瘤細胞。其中，人淋巴細胞、人淋巴細胞與人淋巴細胞融合細胞不能無限繁殖，不久會衰老、死亡。向培養液中加入氨基嘌呤，氨基嘌呤可阻斷D途徑，只有D途徑的鼠骨髓瘤細胞、鼠骨髓瘤細胞與鼠骨髓瘤細胞融合細胞無法增殖，而雜交瘤細胞可利用S途徑合成DNA，繼續繁殖，從而分離出雜交瘤細胞。

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