資源簡介

【備考2024】生物高考一輪復習
第37講　細胞工程
[課標要求] 1.闡明植物組織培養是在一定條件下，將離體植物器官、組織和細胞在適宜的培養條件下誘導形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過程2.概述植物體細胞雜交是將不同植物體細胞在一定條件下融合成雜種細胞，繼而培育成新植物體的技術3.舉例說明植物細胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝物生產、育種方式有效提高了生產效率4.闡明動物細胞培養是從動物體獲得相關組織，分散成單個細胞后，在適宜的培養條件下讓細胞生長和增殖的過程。動物細胞培養是動物細胞工程的基礎5.闡明動物細胞核移植一般是將體細胞核移入一個去核的卵母細胞中，并使重組細胞發育成新胚胎，繼而發育成動物個體的過程6.闡明動物細胞融合是指通過物理、化學或生物學等手段，使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程7.概述細胞融合技術是單克隆抗體制備的重要技術8.簡述胚胎形成經過了受精作用及早期胚胎發育等過程9.簡述胚胎工程包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等技術
[核心素養](教師用書獨具) 1.結合生活和生產實例，舉例說出細胞工程及相關技術的基本原理。(生命觀念)2.分析動、植物細胞工程應用實例，培養歸納與概括能力。(科學思維)3.針對人類生產或生活的某一需求，運用細胞工程知識進行簡單的設計和制作。(科學探究)4.分析細胞工程在生產 、生活中的應用，關注科技和社會發展。(社會責任)5.理解胚胎發育的過程及各時期的特點。(生命觀念)6.建立胚胎移植的基本操作流程模型。(科學思維)7.結合高產奶牛的胚胎移植，分析胚胎移植的生理學基礎和基本程序。(科學探究)
考點1　植物細胞工程及應用
1．細胞工程的概念
2．細胞的全能性
3．植物組織培養技術
(1)條件和結果
(2)培養過程：外植體愈傷組織胚狀體―→完整植株。
①脫分化：已經分化的細胞，經過脫分化，即失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程。
②再分化：愈傷組織重新分化成芽、根等器官。
4．植物體細胞雜交技術
(1)概念：將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。
(2)操作流程
①去壁：對應圖中a過程，即去除細胞壁，獲得具有活力的原生質體，用到的酶是纖維素酶和果膠酶。
②誘導融合：對應于圖中b過程，即原生質體的融合。
③培養：過程d是植物組織培養，其原理是植物細胞的全能性。
(3)意義：在打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨特的優勢。
5．植物細胞工程的應用
(1)
(2)作物新品種的培育：單倍體育種、突變體的利用。
(3)細胞產物的工廠化生產
①次生代謝物：是一類小分子有機化合物，在植物抗病、抗蟲等方面發揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。
②細胞產物的工廠化生產：人們利用植物細胞培養來獲得目標產物，這個過程就是細胞產物的工廠化生產。
③植物細胞培養：是指在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖的技術。
1．在愈傷組織形成幼苗的過程中，不會發生細胞的增殖。 (×)
提示：在愈傷組織形成幼苗的過程中，會發生細胞的增殖和分化。
2．在進行植物體細胞雜交前，必須用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，獲得原生質體。 (√)
3．用高Ca2＋—高pH融合法可人工誘導原生質體的融合。 (√)
4．鐵皮石斛富含某些糖類和生物堿，可利用快速繁殖技術生產其試管苗。 (√)
5．單倍體育種和突變體培育的原理相同。 (×)
提示：單倍體育種的原理是染色體變異，而突變體培育的原理是基因突變。
6．利用植物細胞培養生產的紫草寧是世界上首例藥用植物細胞工程產品。 (√)
1．菊花組織培養的再分化過程中，若愈傷組織在誘導生根的培養基中未形成根，但分化成了芽，其可能的原因是什么？(選擇性必修3　P37“探究·實踐”)
提示：培養基中生長素用量和細胞分裂素用量的比值偏低。
2．傳統生產紫杉醇的方法不利于對野生紅豆杉的保護，我國科學家經過多年研究，篩選出了高產紫杉醇的細胞。請簡要表述工業化生產紫杉醇的方法。(選擇性必修3　P41“文字信息”)
提示：利用植物組織培養技術把離體的紅豆杉細胞培養成愈傷組織，從中提取紫杉醇，進行加工生產。
1．單倍體植株是進行體細胞誘變和研究遺傳突變的理想材料，其原因在于_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：大多數單倍體植株的細胞中只含有一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現
2．馬鈴薯栽培種的抗病性和抗逆性較差，野生馬鈴薯種的抗病性和抗逆性較好。利用野生馬鈴薯種，通過細胞工程改進馬鈴薯栽培種種植的思路是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：將野生馬鈴薯種細胞與馬鈴薯栽培種細胞融合，經植物組織培養培養成植株
1．生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養的影響
生長素/細胞分裂素 植物細胞的發育方向
比值高 有利于根的分化、抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化、抑制根的形成
比值適中 促進愈傷組織的形成
2.植物體細胞雜交后的遺傳物質分析
(1)遺傳特性：雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質，故雜種植株具備兩種植物的遺傳特性。
(2)染色體組數
①染色體組數＝兩種植物體細胞內染色體組數之和。
②植物體細胞雜交形成的雜種植株，有幾個染色體組就稱為幾倍體。
③若一植物細胞含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，另一植物細胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則新植株應為異源四倍體，其體細胞中染色體數為(2x＋2y)條，4個染色體組，基因型為AabbccDd。
1．植物組織培養技術可與基因工程技術相結合獲得轉基因植株。將含有目的基因的細胞培養成一個完整植株的基本程序(用文字和箭頭圖表示)。
提示：含目的基因的細胞愈傷組織根、芽→植株。
2．結合誘變育種從細胞工程的角度出發，簡述一種培育抗寒香蕉品種的方法及步驟。
提示：體細胞誘變育種。利用誘變劑等方法使香蕉離體培養細胞發生基因突變，再利用植物組織培養技術發育成完整植株，然后篩選培育出抗寒品種。
考查植物組織培養過程分析
1．生物興趣小組成員以西瓜5天齡幼苗子葉(子葉尚未完全展開且顏色為淡綠色)為外植體進行相關研究，得到如圖所示實驗結果。相關敘述錯誤的是(　　)
A．實驗開始前應對幼苗子葉和MS培養基進行滅菌處理
B．與愈傷組織細胞相比，胚狀體細胞已經分化
C．暗處理時間長短對細胞脫分化率影響不大，但影響再分化率
D．結果表明西瓜子葉誘導形成胚狀體的最適暗處理時間是1～2周
A　[該實驗的外植體(幼苗子葉)需要消毒處理，而不是滅菌，滅菌會使得外植體死亡而無法培養出愈傷組織和胚狀體，A錯誤；愈傷組織是由已分化的細胞變為未分化的細胞，胚狀體是由愈傷組織分化而來，因此愈傷組織屬于未分化細胞組織，B正確；愈傷組織的形成屬于脫分化，胚狀體的變化屬于再分化，從圖中可以看出，隨著時間的變化，愈傷組織的誘導率有一個突變，但隨著時間的增加，后期變化較小，而胚狀體的誘導率隨著時間的增加，呈現先增加后逐漸減少且明顯的趨勢，C正確；由胚狀體誘導率的變化趨勢來看，在1～2周，誘導率數據較大，因此西瓜子葉誘導形成胚狀體的最適暗處理時間為1～2周，D正確。]
2．紫杉醇是從紅豆杉樹皮中提取的高效抗癌物質，細胞培養生產紫杉醇是擴大紫杉醇來源的重要途徑。如圖為三種紅豆杉細胞培養過程中細胞數量與紫杉醇產量的數據圖。
(1)以南方紅豆杉葉為原料獲得生產紫杉醇的愈傷組織需要通過細胞的________，愈傷組織細胞具有較強的________能力。這一技術的成功實現了組織培養技術在一個重要領域的應用，即__________________________________。
(2)對比分析兩個曲線圖可知：培養后期紫杉醇產量出現下降的原因可能是________________________；在培養過程中，要不斷通入無菌空氣并進行攪拌，其目的是__________________________________________________(答出三點即可)；與傳統方法獲得紫杉醇相比，利用植物組織培養技術生產紫杉醇，具有____________________________等優點(答出兩點即可)。
(3)植物生長調節劑在組織培養中具有極其重要的作用，其中赤霉素類植物生長調節劑的主要作用是_____________________________________________。
[解析]　(1)以南方紅豆杉葉為原料獲得生產紫杉醇的愈傷組織需要通過細胞的脫分化產生，愈傷組織細胞具有較強的分裂分化能力。這一技術的成功實現了細胞產物的工廠化生產。(2)對比分析兩個曲線圖可知：培養后期，培養的細胞數量減少，同時隨著培養時間的延長，某些代謝物積累等導致紫杉醇產量下降。植物細胞培養過程需要充足的氧氣，因此，在培養過程中，要不斷通入無菌空氣并進行攪拌，其目的是防止微生物污染，保證O2供應充足，使細胞與培養液充分接觸。與傳統方法獲得紫杉醇相比，利用植物組織培養技術生產紫杉醇，具有產量高、節約資源、保護環境等優點。(3)赤霉素類植物生長調節劑的主要作用是促進培養細胞的伸長。
[答案]　(1)脫分化　分裂分化　細胞產物的工廠化生產　(2)培養的細胞數量減少、某些代謝物積累等　防止微生物污染，保證氧氣供應充足，使細胞與培養液充分接觸　產量高、節約資源、保護環境　(3)促進培養細胞的伸長
考查植物體細胞雜交技術
3．(2021·臨沂高三一模)甲乙兩種遠緣植物體細胞融合會導致一方的染色體被排出，若甲細胞的染色體在融合前斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據該原理，將抗黑脛病的黑芥與不抗黑脛病的甘型油菜進行體細胞雜交獲得了抗黑脛病的甘型油菜新品種，過程如下圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．④過程用到了植物組織培養技術
B．抗黑脛病的甘型油菜染色體上整合了黑芥的染色體片段
C．②紫外線照射劑量不同會導致黑芥染色體斷裂程度不同
D．可利用聚乙二醇或滅活的病毒誘導兩種植物原生質體融合
D　[④過程用到了植物組織培養技術，該技術的原理是植物細胞的全能性，A正確；題意顯示，“若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中”，依據該原理，可推測抗黑脛病的甘型油菜染色體上整合了黑芥的染色體片段，因此獲得了抗黑脛病的性狀，B正確；②表示用紫外線照射使黑芥的染色體斷裂，使用劑量不同可能會導致黑芥染色體斷裂程度不同，C正確；過程③中常用電融合法(聚乙二醇)誘導原生質體融合，而滅活病毒誘導法只能誘導動物細胞融合，D錯誤。]
4．(2021·重慶選擇考適應性測試)某研究人員設計了下列技術路線，以期獲得甘藍和蘿卜體細胞雜交植株。請回答下列問題：
(1)制備原生質體時，常用兩種酶處理，分別是________。誘導原生質體融合常用的化學誘導劑是________。原生質體融合成功的標志是____________________。圖中X是________，除了被直接誘導出芽生根外，還可以通過形成________獲得再生植株。
(2)為誘導融合體產生不定芽，通常應在培養基中加入兩類植物激素，其中起主要作用的是____________________________________________________。
(3)若想獲得抗鹽植株，可選用融合原生質體作為人工誘變的材料，原因是
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________，
且需在含較高濃度的NaCl培養基中篩選。
[解析]　(1)植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，所以制備原生質體，需要用纖維素酶和果膠酶將細胞壁分解，誘導原生質體融合常用的化學誘導劑是PEG(聚乙二醇)。原生質體融合成功的標志是雜種細胞再次生成細胞壁；圖中X經過離體培養，可以形成試管苗，所以X是愈傷組織，除了被直接誘導出芽生根外，還可以通過形成胚狀體制成人工種子獲得再生植株。
(2)植物組織培養中常加入細胞分裂素和生長素，當生長素和細胞分裂素的比值低時，有利于芽的形成，所以起主要作用的是細胞分裂素。
(3)由于融合原生質體包含了兩個物種的全部遺傳信息，且具有全能性，所以可選用融合原生質體作為人工誘變的材料。
[答案]　(1)纖維素酶和果膠酶　PEG(聚乙二醇)　雜種細胞再次生成細胞壁　愈傷組織　人工種子　(2)細胞分裂素　(3)具有分裂、分化能力，突變頻率高，融合原生質體包含了兩個物種的全部遺傳信息，且具有全能性
考查植物細胞工程的應用
5．(2021·湖北師大附中高三模擬)研究發現甘蔗莖尖經適當溫度處理后組織培養獲得的幼苗脫毒效果更好。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．甘蔗莖尖與其他成熟組織相比病毒含量更低
B．推測②過程的溫度導致部分病毒失去活性
C．過程③、④均屬于再分化，培養基A和B的激素比例不同
D．獲得的脫毒苗與原甘蔗苗相比細胞核遺傳物質發生了改變
D　[莖尖細胞含有的病毒含量極少或者沒有病毒，A正確；經過熱水處理脫毒效果好與阻礙病毒進入有關，其作用是使組織中的病毒在圖中處理溫度下部分或全部失活，B正確；過程③、④所用的培養基中生長素和細胞分裂素的比例不同，C正確；圖中獲得脫毒苗采用的是植物組織培養技術，該技術不改變生物的細胞核遺傳物質，D錯誤。]
6．花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥對黑腐病等多種常見病害具有抗性。我國科學家將紫外線(UV)照射處理的黑芥葉肉原生質體和花椰菜根原生質體融合，獲得了抗黑腐病的雜合新植株。對雙親和部分雜合新植株的染色體計數，結果如下表所示。請回答下列問題：
植株 花椰菜 黑芥 雜合新植株A 雜合新植株B 雜合新植株C
染色體數/條 18 16 34 30 58
(1)原生質體融合的理論依據是________。誘導原生質體融合常用的化學物質是________。
(2)將花椰菜和黑芥體細胞在一定條件下融合成雜種細胞，繼而培養成新植物體的技術稱為_____________，該技術的優勢在于________________________。
(3)已知用一定劑量的UV處理黑芥原生質體可破壞其染色體。根據表中數據，嘗試推測已獲得的花椰菜黑芥雜合新植株B染色體數目少于34(雙親染色體數之和)、雜合新植株C染色體數目大于34，后者可能的原因是_____________
__________________________________________________________________。
若要分析雜合新植株的染色體變異類型，應剪取雜合新植株與________植株的根尖，制成裝片，在顯微鏡下觀察比較染色體的形態和數目。
(4)簡要寫出從雜合新植株中篩選出具有高抗性的雜合新植株的思路：
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析]　(1)根據細胞膜具有一定的流動性的特點，經過一定的處理，實現原生質體的融合。誘導原生質體融合時，常用的化學物質是聚乙二醇(或PEG)。
(2)用于融合的兩個細胞，一個是黑芥苗的葉肉細胞，一個是花椰菜的根部細胞，利用植物體細胞雜交技術可將花椰菜和黑芥體細胞在一定條件下融合成雜種細胞，繼而利用植物組織培養技術將雜種細胞培養成新植物體，該技術能克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙，這是該技術典型的優勢。
(3)由于用一定劑量的UV處理黑芥原生質體可破壞其染色體，同時在融合過程中染色體可能會丟失，再加上融合是隨機的，可能存在多個細胞融合的情形，因此會出現雜合新植株C染色體數目大于34的情況。若要分析雜合新植株的染色體變異類型，應剪取雜合新植株與雙親(花椰菜和黑芥)植株的根尖，制成裝片，在顯微鏡下觀察并比較染色體的形態和數目，從而進行合理的分析。
(4)根據表中數據可知，雜合植株可能會有多種類型，為了從雜合新植株中篩選出具有高抗性的雜合新植株，需要進行個體生物學鑒定，即將不同的雜合新植株分別進行黑腐病菌接種實驗，觀察比較它們的生長情況，生長最好的即為高抗性雜合新植株。
[答案]　(1)細胞膜具有一定的流動性　聚乙二醇(或PEG)　(2)植物體細胞雜交　克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙　(3)融合過程中染色體可能會丟失；融合是隨機的，可能存在多個細胞的融合　雙親(或花椰菜和黑芥)　(4)將不同的雜合新植株分別進行黑腐病菌接種實驗，觀察比較它們的生長情況，生長最好的即為高抗性雜合新植株
考點2　動物細胞培養
1．動物細胞培養——動物細胞工程技術的基礎
(1)原理：細胞增殖。
(2)培養條件
①營養：除糖類、氨基酸、無機鹽和維生素等細胞所需的營養物質外，通常還需加入血清等一些天然成分。
②無菌、無毒的環境：對培養液和所有培養用具進行滅菌處理以及在無菌環境下進行操作。培養液需定期更換以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。
③適宜的溫度、pH和滲透壓：哺乳動物細胞培養的溫度多以36.5±0.5 ℃為宜，多數動物細胞生存的適宜pH為7.2～7.4，此外滲透壓也是動物細胞培養過程中需要考慮的一個重要環境參數。
④氣體環境：95%空氣＋5%CO2(維持培養液的pH)。
(3)過程
①體外培養的動物細胞的類型
Ⅰ.一類細胞能夠懸浮于培養液中生長增殖；
Ⅱ.另一類則需要貼附于某些基質表面才能生長增殖，而且還會發生接觸抑制現象，從而使細胞停止分裂增殖。
②過程
2．干細胞培養及其應用
1．使用合成培養基培養動物細胞時，通常需要加入血清等天然成分。 (√)
2．培養動物細胞一般使用液體培養基。 (√)
3．動物細胞培養時，需經過脫分化形成愈傷組織。 (×)
提示：動物細胞培養時，不需經過脫分化形成愈傷組織。
4．已分化的T細胞也能被誘導為iPS細胞。 (√)
5．一般認為，成體干細胞具有發育成完整個體的能力。 (×)
提示：一般認為，成體干細胞具有組織特異性，只能分化成特定的細胞或組織。
6．神經干細胞在治療阿爾茨海默病方面具有重要的應用價值。 (√)
1．進行動物傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，可以用胃蛋白酶替代胰蛋白酶嗎？說明原因。(選擇性必修3　P44“旁欄思考”)
提示：不可以，胃蛋白酶作用的適宜pH約為1.5，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失活。胰蛋白酶作用的適宜pH為7.2～8.4。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環境中失活，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養時分散細胞。
2．若將病人的皮膚成纖維細胞誘導成iPS細胞，再使它轉化為需要的細胞，用這些細胞給病人治病，不會產生免疫排斥反應，嘗試解釋其中的原因。(選擇性必修3　P46“文字信息”)
提示：因為iPS細胞來源于病人自身的體細胞。
1．體外進行動物細胞培養時，培養液要定期更換，其目的是___________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害
2．胚胎干細胞存在于早期胚胎中，其分化的潛能是____________________
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：分化為動物體內的任何一種類型的細胞，并進一步形成機體的所有組織和器官甚至個體
項目 動物細胞培養 植物組織培養
理論基礎 細胞增殖 植物細胞的全能性
前處理 無菌；用機械的方法或胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理，使組織分散成單個細胞 無菌、離體
取材 動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織 植物幼嫩的部位或花藥等
培養基性質 液體 固體
培養基成分 糖類、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等 水、礦質元素、蔗糖、維生素、植物激素和瓊脂等
結果 細胞培養產生大量細胞，不形成新個體 可產生新個體
應用 人造皮膚的構建、動物分泌蛋白的規?；a 快速繁殖、作物脫毒、細胞產物的工廠化生產和單倍體育種等
相同點 ①都需人工條件下的無菌操作；②都需要適宜的溫度、pH等條件；③都進行有絲分裂，都不涉及減數分裂
1．利用iPS細胞治療鐮狀細胞貧血的過程是首先制備患者的iPS細胞，再將其誘導形成造血干細胞，最終輸給患者使其產生健康的血細胞。判斷該過程是否能治療鐮狀細胞貧血？并闡述理由。
提示：不能。因為患者體細胞的相應基因是突變的，制成iPS細胞仍然是突變的，分化成的細胞也是突變的，因此無法通過該方法治療。
2．為探究血清對動物細胞培養的影響，請寫出相關的實驗設計思路。
提示：將配制好的基本培養基均分成甲、乙兩組，乙組加入適量的血清，甲組加等量的生理鹽水，然后將等量的動物細胞分別放入甲、乙兩組培養基中，在相同適宜的條件下培養，觀察細胞的生長發育狀況。
考查動物細胞培養的原理、過程等
1．(不定項)(2021·臨沂高三二模)為了檢測藥物X、Y和Z的抗癌效果，在細胞培養板的每個孔中加入相同數量的肺癌細胞，使其貼壁生長。實驗組分別加入等體積相同濃度的溶于二甲基亞礬(溶劑)的藥物X、Y或Z，培養過程及結果如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
eq \a\vs4\al()　
A．細胞培養液中通常需要加入一定量的抗生素防止病毒污染
B．計數時用胃蛋白酶處理貼壁細胞，使肺癌細胞脫落下來
C．對照組中應加入等體積的二甲基亞礬溶劑排除體積和溶劑等無關因素的影響
D．根據實驗結果，藥物X的抗癌效果比Y好，藥物Z沒有抗癌作用
CD　[抗生素具有殺菌作用，為防止培養液被污染，可在培養液中加入一定量的抗生素，A錯誤 ；要使貼壁細胞從瓶壁上分離下來，需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理，B錯誤；加入等體積的二甲基亞礬溶劑作為空白對照，排除體積和溶劑等無關因素的影響，C正確；分析實驗結果，加入X的癌細胞個數是6.7×104，加入Y的癌細胞個數是5.3×105，說明藥物X的抗癌效果比Y好，加入Z的癌細胞個數是8.0×106，與空白對照相比，無抗癌作用，D正確。]
考查干細胞及其應用
2．科學家通過轉入四種基因，可使體細胞形成誘導多能干細胞(iPS細胞)，并將其注射到無法發育到成體階段的四倍體囊胚中，最終獲得克隆鼠，經鑒定證實克隆鼠是由iPS細胞發育而來并可繁殖后代，實驗流程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．可用顯微注射法或用經過修飾的病毒導入四種基因
B．克隆鼠的體色為黑色且染色體組數與黑鼠相同
C．灰鼠受精卵第一次卵裂生成的子細胞經電激誘導兩兩融合后可發育成四倍體囊胚
D．該實驗過程中使用到的技術有體外受精、早期胚胎培養和胚胎移植等技術
D　[由于受體細胞是動物體細胞，可以選擇用顯微注射法，也可以用經過修飾的病毒導入，因為病毒對于宿主細胞具有感染性，利用病毒這一特點，可以用經過修飾的病毒將目的基因導入受體細胞，A 正確；由題干信息可知，克隆鼠由iPS細胞發育而來并可繁殖后代，iPS細胞是由黑鼠提供的體細胞轉入四種基因后篩選所得，細胞核中染色體數與黑鼠相同，體色最可能為黑色，B正確；灰鼠受精卵為二倍體，第一次卵裂后生成的子細胞也含有兩個染色體組，經電激誘導細胞兩兩融合，融合后的細胞含有4個染色體組，經進一步發育獲得的囊胚為四倍體，C正確；該實驗過程中使用到的技術有基因工程、動物細胞培養、動物細胞融合、早期胚胎培養、胚胎移植等技術，該過程不涉及體外受精，D錯誤。]
3．(2021·青島高三模擬)哺乳動物的單倍體胚胎干細胞(haESCs)是指只含有一套染色體(性染色體只含X染色體)、擁有類似于正常胚胎干細胞特性的細胞類群，可分為孤雌單倍體胚胎干細胞和孤雄單倍體胚胎干細胞兩種類型，在研究隱性基因突變、表觀遺傳修飾和配子發育中具有獨特的優勢。下列說法錯誤的是(　　)
A．在體外培養條件下，haESCs可以只增殖而不發生細胞分化
B．推測僅攜帶Y染色體的早期單倍體胚胎可能難以發育到囊胚階段
C．haESCs與成體干細胞類似，可誘導分化成各種功能的細胞、組織和器官
D．haESCs中通常不含等位基因，為獲取遺傳操作的動物模型提供了新思路
C　[由題干信息知，在體外培養條件下，單倍體胚胎干細胞具有胚胎干細胞的特點，可增殖而不發生細胞分化，A正確；據題干信息“單倍體胚胎干細胞性染色體只含X染色體”推測，僅攜帶Y染色體的早期單倍體胚胎可能難以發育到囊胚階段，B正確；單倍體胚胎干細胞類似于正常胚胎干細胞，具有發育的全能性，可誘導分化成各種功能的細胞、組織和器官，而成體干細胞來源于已經分化組織中，如造血干細胞，其只能分化為所來源的組織和器官的類型的細胞，C錯誤；單倍體胚胎干細胞中不含等位基因，動物細胞核具有全能性，需要核移植技術才能培育成單倍體動物，為獲取遺傳操作的動物模型提供了新思路，D正確。]
考點3　動物細胞融合技術與單克隆抗體
1．動物細胞融合技術
(1)概念：使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的技術。
(2)方法：PEG融合法、電融合法和滅活病毒誘導法等。
(3)原理：細胞膜的流動性。
(4)結果：形成具有原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞，稱為雜交細胞。
(5)意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能；成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和培育生物新品種等的重要手段，為制造單克隆抗體開辟了新途徑。
2．單克隆抗體及其應用
(1)制備原理：一個B淋巴細胞只能分泌一種特異性抗體，B淋巴細胞在體外不能(填“能”或“不能”)無限增殖；骨髓瘤細胞能無限增殖；B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合得到的雜交瘤細胞，既能迅速大量繁殖，又能產生足夠數量的特定抗體。
(2)制備過程
1．制備肝細胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織，再用胃蛋白酶處理。 (×)
提示：制備肝細胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織，再用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理。
2．每一個B細胞只能分泌一種特異性抗體。 (√)
3．在體外培養條件下，一個B細胞是不可能無限增殖的。 (√)
4．單克隆抗體能準確地識別抗原的細微差異，與特定抗原發生特異性結合，且可大量制備。 (√)
5．動物細胞融合與植物體細胞雜交的原理都涉及細胞膜的流動性。 (√)
1．19世紀30年代，科學家發現患肺結核、天花和麻疹等疾病的病人的病理組織中存在多核細胞，這些多核細胞的來源可能是什么？(選擇性必修3　P49“旁欄思考”)
提示：患者體內的病毒直接誘導多個細胞融合而形成多核細胞。
2．制備ADC時應選擇相對分子質量較小的抗體，理由是什么？(選擇性必修3　P50“思考·討論”)
提示：相對分子質量小的抗體攜帶藥物到達細胞外間隙的深部更容易，殺傷腫瘤細胞效果更好。
1．獲得的雜交瘤細胞只能產生單一抗體的原因在于___________________
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
提示：每一個B細胞只分泌一種特異性抗體
2．制備的單克隆抗體在臨床上不能直接用于人體，還需要對抗體進行人源化，即對鼠源單克隆抗體進行改造，使其大部分氨基酸序列為人源序列所替代，該過程的意義是__________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
提示：鼠源單克隆抗體對人而言可能是異種抗原，經人源化后能保留抗體的特異性，降低其異源性
1．動物細胞融合與植物體細胞雜交
動物細胞融合 植物體細胞雜交
原理 細胞膜的流動性 細胞膜的流動性、細胞的全能性
方法步驟 分散成單個細胞后誘導融合，篩選培養 酶解法去除細胞壁后誘導原生質體融合，再生細胞壁后形成雜種細胞，經植物組織培養成雜種植株
誘導方法 物理方法、化學方法、滅活病毒誘導法 物理方法、化學方法
結果 形成雜交細胞 形成雜種植株
用途或意義 突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能。制備單克隆抗體 克服遠緣雜交不親和的障礙。培育植物新品種
2.單克隆抗體制備過程的關鍵分析
(1)對動物免疫的原因：B淋巴細胞要經過免疫過程，即接觸抗原，增殖分化為有特異性免疫功能的B淋巴細胞，才能產生相應的抗體，所以與骨髓瘤細胞融合的B淋巴細胞實際上是漿細胞。
(2)雜交瘤細胞具備雙親的遺傳物質，不僅具有漿細胞產生特異性抗體的能力，還具有骨髓瘤細胞在體外培養條件下大量增殖的能力，可以克服單純B淋巴細胞不能無限增殖的缺點，而大量生產單克隆抗體。
1．dMAb技術是一種通過DNA編碼產生單克隆抗體的技術，比傳統的單克隆抗體制備方法有更多的發展潛力。下圖是dMAb技術在埃博拉病毒感染疾病的臨床研究中的操作流程。
與傳統利用雜交瘤細胞產生單克隆抗體的技術相比，dMAb技術在抗體的制備上有何優勢？(請列舉兩點)
提示：抗體的產生在生物體內進行，不需要進行細胞體外培養；產生抗體的細胞種類不局限于免疫細胞(漿細胞)；可制備成DNA“疫苗”，便于存儲和運輸；抗體直接由DNA編碼產生，省去抗原刺激免疫細胞再細胞融合和篩選的步驟。
2．請根據以下信息，設計一方法(不考慮機械方法)，從培養液中篩選出雜交瘤細胞，并寫出其依據的原理。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。小鼠骨髓瘤細胞中盡管只有D途徑，但能不斷分裂增殖，將這兩種細胞在試管中混合，加入聚乙二醇促融，獲得雜種細胞。
提示：為了篩選出雜交瘤細胞，除去其他細胞，可向培養液中加入氨基嘌呤，收集增殖的細胞，因為加入氨基嘌呤后，使D合成途徑阻斷，僅有D合成途徑的骨髓瘤細胞及其彼此融合的細胞就不能增殖，但人的淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合后的雜種細胞可以利用淋巴細胞中的S途徑合成DNA而增殖。
考查動物細胞融合
1．細胞融合不僅在自然條件下常見，在現代生物技術中也被經常應用。下圖為細胞融合的簡略過程，下列說法正確的是(　　)
A．若細胞d是雜交瘤細胞，則在選擇性培養基中篩選后即可大規模培養生產單抗
B．若細胞a、b分別取自優良奶牛，則采集的卵母細胞和精子可直接體外受精
C．若細胞a、b分別代表白菜、甘藍細胞，則完成融合的標志為核的融合
D．細胞融合過程都涉及膜的流動性，常用聚乙二醇、電激等進行促融處理
D　[單克隆抗體的制備過程中需要進行二次篩選，第一次是用選擇性培養基篩選出雜交瘤細胞后，還需要用抗原—抗體特異性結合的原理篩選出能產生特定抗體的雜交瘤細胞，再進行大規模培養，A錯誤；采集來的卵母細胞培養到MⅡ期，精子要經過獲能處理，方可進行體外受精，B錯誤；若細胞a、b分別代表白菜、甘藍細胞，則完成融合的標志為產生新的細胞壁，C錯誤；細胞融合過程都涉及膜的流動性，常用聚乙二醇、電激等進行促融處理，D正確。]
考查單克隆抗體的制備
2．(2021·山東等級考)一個抗原往往有多個不同的抗原決定簇，一個抗原決定簇只能刺激機體產生一種抗體，由同一抗原刺激產生的不同抗體統稱為多抗。將非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72注入小鼠體內，可利用該小鼠的免疫細胞制備抗p72的單抗，也可以從該小鼠的血清中直接分離出多抗。下列說法正確的是(　　)
A．注入小鼠體內的抗原純度對單抗純度的影響比對多抗純度的影響大
B．單抗制備過程中通常將分離出的漿細胞與骨髓瘤細胞融合
C．利用該小鼠只能制備出一種抗p72的單抗
D．p72部分結構改變后會出現原單抗失效而多抗仍有效的情況
D　[單抗的制作需要篩選，而多抗不需要篩選，抗原純度越高，產生的多抗純度越高，因此抗原純度對單抗純度的影響比對多抗純度的影響小，A錯誤；單抗制備過程中通常將分離出的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合，B錯誤；非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72上有多種抗原決定簇，一個抗原決定簇只能刺激機體產生一種抗體，所以向小鼠體內注入p72后，可以刺激小鼠產生多種抗p72的單抗，C錯誤；p72部分結構改變只改變了部分抗原決定簇，因此由這部分抗原決定簇產生的抗體失效，但由于還存在由其他抗原決定簇刺激機體產生的抗體，所以多抗仍有效，D正確。故選D。]
3．(2020·全國卷Ⅰ)為研制抗病毒A的單克隆抗體，某同學以小鼠甲為實驗材料設計了以下實驗流程。
回答下列問題：
(1)上述實驗前必須給小鼠甲注射病毒A，該處理的目的是_______________
__________________________。
(2)寫出以小鼠甲的脾臟為材料制備單細胞懸液的主要實驗步驟：_______
______________________________________。
(3)為了得到能產生抗病毒A的單克隆抗體的雜交瘤細胞，需要進行篩選。圖中篩選1所采用的培養基屬于________，使用該培養基進行細胞培養的結果是________________________。圖中篩選2含多次篩選，篩選所依據的基本原理是____________________________________。
(4)若要使能產生抗病毒A的單克隆抗體的雜交瘤細胞大量增殖，可采用的方法有____________________________(答出2點即可)。
[解析]　(1)實驗前給小鼠甲注射病毒A，其目的是刺激機體發生免疫反應，從而產生能夠分泌抗病毒A抗體的B淋巴細胞。(2)制備單細胞懸液的主要實驗步驟：從健康動物體內取出組織塊，剪碎，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理一段時間，這樣組織就會分散成單個細胞，然后用培養液將分散的細胞稀釋制成單細胞懸液。(3)圖中篩選1采用特定的選擇培養基，在該培養基上，未融合的細胞和融合的具有同種核的細胞都會死亡，只有融合的雜種細胞(雜交瘤細胞)才能生存。圖中篩選2含多次篩選，利用抗原與抗體特異性結合的原理，就可獲得能分泌所需抗體的雜交瘤細胞。(4)要使能產生抗病毒A的單克隆抗體的雜交瘤細胞大量增殖，可將雜交瘤細胞在體外條件下做大規模培養，或注射到小鼠腹腔內增殖。
[答案]　(1)誘導小鼠甲產生能夠分泌抗病毒A抗體的B淋巴細胞　(2)取小鼠甲脾臟剪碎，用胰蛋白酶處理使其分散成單個細胞，加入培養液制成單細胞懸液　(3)選擇培養基　只有雜交瘤細胞能夠生存　抗原與抗體的反應具有特異性　(4)將雜交瘤細胞注射到小鼠腹腔內增殖；將雜交瘤細胞在體外培養
考點4　動物細胞核移植技術和克隆動物
1．概念、原理及類型
2．動物細胞核移植的基本過程
3．應用前景和存在的問題
前景 畜牧業 加速家畜遺傳改良進程，促進優良畜群繁育
保護瀕危物種
醫藥衛生 ①作為生物反應器生產醫用蛋白；②轉基因克隆動物的細胞、組織和器官可作為異種移植的供體；③人核移植胚胎干細胞經過誘導分化形成相應的組織、器官，可用于器官移植
問題 成功率非常低
克隆動物存在健康問題，表現出遺傳和生理缺陷
1．體細胞核移植時，去核卵母細胞的“核”是指紡錘體。 (×)
提示：去核卵母細胞的“核”是指紡錘體—染色體復合物。
2．非人靈長類動物的體細胞核移植非常困難。 (√)
3．應用體細胞核移植技術生出的犢牛與供體奶牛遺傳物質完全相同。 (×)
提示：應用體細胞核移植技術生出的犢牛與供體奶牛遺傳物質基本相同。
4．目前動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是采用化學物質處理。 (×)
提示：目前動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是顯微操作法。
5．體細胞核移植技術有望增加瀕危物種的存活數量。 (√)
1．“圖2－18”中通常用去核的卵母細胞作為受體細胞的原因是什么？(選擇性必修3　P53“體細胞核移植流程圖”)
提示：它體積大、易操作、營養物質豐富，細胞質中含有促進細胞核全能性表達的物質。
2．體細胞核移植技術與誘導iPS細胞相比，有何相似或不同之處？(選擇性必修3　P54“思考·討論”)
提示：相似之處：后代能夠表現出細胞核含有的遺傳性狀；不同之處：體細胞核移植沒有人為改變遺傳物質，而誘導iPS細胞，則人為改變了某些基因。
1．若通過核移植等技術獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同，從遺傳物質的角度分析其原因是____________________________________________
__________________________________________________________________。
提示：卵母細胞的細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產生影響
2．胚胎細胞的核移植獲得克隆動物的難度小于體細胞核移植，其原因是
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：胚胎細胞分化程度低，表現全能性相對容易
對核移植與克隆的理解
1．克隆是指遺傳組成完全相同的分子、細胞或個體，即克隆應包含三個層次的內容：
(1)分子水平：如DNA復制。
(2)細胞水平：如動物細胞培養。
(3)個體水平：如克隆動物。
2．核移植技術中選用的核供體應為具有優良性狀的個體，提供卵母細胞的受體和代孕個體只需為同一物種的健康雌性個體即可。
3．動物細胞核移植可以有兩種操作方式：一是把供體細胞導入去核的卵母細胞，這是現在常用的方法；二是將供體動物的一個細胞核直接導入去核的卵母細胞，該過程需要用電刺激的方法促進融合。
4．用物理或化學方法激活重構胚，使其完成細胞分裂和發育進程，形成早期胚胎才能進行胚胎移植。
5．體細胞核移植體現了動物細胞核的全能性，而非動物細胞的全能性。
1．科學家利用CRISPR/Cas9基因編輯系統，成功改造了獼猴基因組中與某病癥(Z癥)相關的 SHANK3基因，獲得了Z癥獼猴。由此技術獲得的Z癥獼猴，可通過體細胞核移植技術得到克隆Z癥獼猴，請寫出基本程序(用流程圖表示)。
提示：
2．2018年，中國科學家成功培育全球首個體細胞克隆猴“中中”和“華華”。克隆猴的成功為阿爾茨海默病、自閉癥等腦疾病以及免疫缺陷、腫瘤等疾病機理研究、干預、診治帶來前所未有的光明前景。與以往用普通猴子做實驗相比，克隆猴作為實驗動物模型的兩大優勢在哪里？
提示：體細胞克隆猴遺傳背景相同，避免個體間差異對實驗的干擾，大大減少實驗動物的使用數量；體細胞克隆猴制備時間縮短，基因編輯等可在體外培養的細胞進行。
考查動物體細胞核移植和克隆動物
1．(2021·聊城高三一模)中國科學院動物研究所進行了大熊貓的異種克隆，他們將大熊貓的體細胞核放入兔子的去核卵母細胞之中，并使其成功發育成囊胚，標志著異種核質相容的問題得到解決，異種克隆大熊貓邁過了第一道“坎”， 然后至關重要的是選擇一種合適的“代孕母體”。下圖是該研究的理論流程圖，相關敘述正確的是(　　)
A．步驟甲和步驟乙中的供體和受體需要同期發情處理
B．重組細胞發育成早期胚胎所需營養主要來源于營養液
C．重組胚胎培養過程中為了避免雜菌污染，通常需要在培養液中加入抗生素
D．步驟乙表示胚胎移植，移植的早期胚胎應培養至囊胚或原腸胚
C　[步驟乙胚胎移植中的供體和受體需要同期發情處理，步驟甲中需要對兔子的卵母細胞進行去核處理，A錯誤；重組細胞發育成早期胚胎所需營養主要來源于兔子的去核卵母細胞，B錯誤；重組胚胎培養過程中通常需要在培養液中加入抗生素，避免雜菌污染，C正確；步驟乙表示胚胎移植，移植的早期胚胎應培養至桑葚胚或囊胚，D錯誤。]
2．(2021·湖南選擇性考試)M基因編碼的M蛋白在動物A的肝細胞中特異性表達。現設計實驗，將外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通過核移植、胚胎培養和胚胎移植等技術獲得M基因失活的轉基因克隆動物A，流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：
(1)在構建含有片段F的重組質粒過程中，切割質粒DNA的工具酶是________________，這類酶能將特定部位的兩個核苷酸之間的________斷開。
(2)在無菌、無毒等適宜環境中進行動物A成纖維細胞的原代和傳代培養時，需要定期更換培養液，目的是______________________________________
__________________________________________________________________。
(3)與胚胎細胞核移植技術相比，體細胞核移植技術的成功率更低，原因是______________________________________________。
從早期胚胎中分離獲得的胚胎干細胞，在形態上表現為______________(答出兩點即可)，功能上具有________________。
(4)鑒定轉基因動物：以免疫小鼠的________淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行融合，篩選融合雜種細胞，制備M蛋白的單克隆抗體。簡要寫出利用此抗體確定克隆動物A中M基因是否失活的實驗思路：_______________________________
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)構建基因表達載體時，切割質粒DNA要用到限制性內切核酸酶，即限制酶，限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(2)在進行動物細胞培養的過程中，要定時更換培養液，以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。(3)動物細胞核移植分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植，其中體細胞核移植由于動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難。胚胎干細胞具有胚胎細胞的特性，在形態上表現為體積小、細胞核大、核仁明顯，在功能上，具有發育的全能性，即可以分化成為動物體內任何一種組織細胞。(4)在進行單克隆抗體制備時，首先要誘導相應的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合。在應用單克隆抗體進行檢測時，主要原理是抗原—抗體特異性結合，所以實驗思路是取該轉基因動物的肝組織細胞，提取其蛋白質，加入適量的M蛋白的單克隆抗體，觀察有無凝集現象(抗原—抗體特異性結合的現象)，若有則說明M基因不失活，否則說明M基因失活。
[答案]　(1)限制酶(或限制性內切核酸酶)　磷酸二酯鍵　(2)清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害　(3)動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難　體積小、細胞核大、核仁明顯(答出兩點即可)　發育的全能性　(4)B　取該轉基因動物的肝組織細胞，提取其蛋白質，加入適量的M蛋白的單克隆抗體，觀察有無凝集現象(或有無抗原—抗體特異性結合的現象)，若有則說明M基因不失活，若無則說明M基因失活
考點5　胚胎工程的理論基礎
1．胚胎工程的概念
胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。
2．受精
(1)概念：精子與卵子結合形成合子(即受精卵)的過程。
(2)場所：在自然條件下，哺乳動物的受精在輸卵管內完成。
(3)階段
①受精前的準備階段
②受精階段
3．胚胎早期發育
1．將精子培養在人工配制的獲能液中可使其獲能。 (√)
2．動物排出的卵子成熟程度不同，如豬、羊排出的是初級卵母細胞。 (×)
提示：馬、犬等排出的是初級卵母細胞，豬、羊排出的卵子是次級卵母細胞。
3．多數哺乳動物的第一極體不進行減數分裂Ⅱ。 (√)
4．受精時，精子入卵后，卵細胞膜會立即發生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內。 (√)
5．卵裂時，細胞的數量不斷增加，胚胎的總體積也不斷增加。 (×)
提示：卵裂時，細胞的數量不斷增加，胚胎的總體積并不增加。
6．胚胎干細胞是一類未分化的細胞，可以從早期胚胎中分離獲得。 (√)
7．聚集在囊胚一端的細胞形成內細胞團，將來發育成胎兒的各種組織。 (√)
1．通常哺乳動物射出的精子數以萬計，卻只有一個精子與卵子結合，怎樣理解這種現象？(選擇性必修3　P57“文字信息”)
提示：這是動物為繁衍后代、延續物種的一種生理保障，能篩選出高質量的精子，提高后代的質量。
2．要對移植的早期胚胎進行性別鑒定，通常取滋養層的細胞，嘗試解釋其中的原因。(選擇性必修3　P58“文字信息”)
提示：滋養層細胞與內細胞團細胞染色體組成相同，且不損傷胚胎。
1．實際胚胎工程操作中，受精的標志為_____________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
提示：觀察到兩個極體或者雌、雄原核
2．若將外源基因導入小鼠受精卵，則外源基因可能隨機插入到小鼠受精卵DNA中。這種受精卵有的可發育成轉基因小鼠，有的卻死亡。請分析因外源基因插入導致受精卵死亡的最可能的原因__________________________________
___________________________________________________________________。
提示：外源基因的插入使受精卵內生命活動必需的某些基因不能正常表達
1．受精作用
(1)剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成減數分裂Ⅰ，需要進一步成熟，直到減數分裂Ⅱ的中期才能與精子結合完成受精過程，這一過程是在輸卵管內完成的。
(2)受精的標志是在透明帶和卵細胞膜之間觀察到兩個極體，而受精過程完成的標志是雌、雄原核的融合。
2．卵裂期胚胎發育過程中物質和體積變化的規律
(1)有機物：胚胎沒有和母體建立聯系，沒有從母體獲取有機物，而胚胎一直呼吸消耗，有機物總量減少。
(2)細胞數目和體積：胚胎總體積并不增加，但細胞數目增多，每個細胞體積減小。
(3)細胞中DNA含量：伴隨細胞分裂，細胞數目增多，總DNA含量增多，但每個細胞中核DNA含量保持相對穩定。
1．若沒有阻止多精入卵的機制，可能會出現什么結果？
提示：可能出現多個精子與卵細胞結合的現象，造成受精卵含有多個染色體組，而這樣的受精卵難以正常發育。
2．科學家利用白色品系小鼠a與黑色品系小鼠b培育出了嵌合體小鼠c，流程如圖所示。
若產下的嵌合體小鼠c的大部分皮膚是白色，試推測可能的原因。
提示：來源于白色品系小鼠a的胚胎細胞比來源于黑色品系小鼠b的胚胎細胞更多地發育為皮膚細胞(大部分皮膚細胞由白色品系小鼠a的胚胎細胞分化而來)。
考查體內受精及胚胎早期發育過程分析
1．(2021·武漢模擬)“試管動物”技術繁育的個體具有健康的體質和重要的商業應用價值?！霸嚬軇游铩奔夹g繁育的基本過程：良種母畜的卵母細胞＋良種公畜的精子→受精卵→早期胚胎→代孕母畜→試管動物。下列相關敘述正確的是(　　)
A．通常選擇良種母畜處于MⅠ中期的卵母細胞更有利于進行受精作用
B．良種公畜獲能的精子與成熟的卵子可在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精
C．早期胚胎培養需要依次經歷卵裂期、桑葚胚、原腸胚和囊胚等階段
D．代孕母畜可以是同種的，也可以是不同物種的，需對其進行同期發情處理
B　[通常選擇良種母畜處于減數分裂Ⅱ中期的卵母細胞用于受精作用，A錯誤；從良種公畜提取的精子需要獲能后才能與成熟的卵子受精，在獲能溶液或者專用的受精溶液中完成，B正確；早期胚胎培養需要依次經歷卵裂期、桑葚胚、囊胚和原腸胚等階段，C錯誤；代孕母畜一般選擇同種生物的成年母畜，對其進行同期發情處理是為了保證移植胚胎所處的生理環境相同，D錯誤。]
2．大千世界，無奇不有，澳大利亞布里斯班一對現年4歲的小姐弟，被確認為全球歷來第二對半同卵雙胞胎。該對半同卵雙胞胎的受精及胚胎發育過程如下圖所示。
　
圖1　　　圖2　　　　3　　　圖4
(1)圖1表示該異常胚胎的受精過程，此時卵母細胞發育到哪一個階段？__________________________。該卵母細胞與2個精子受精，這種情況極其罕見，因為機體具有兩道防止多精入卵受精的屏障，包括________________________
___________________________________________________________________。
(2)圖2細胞中包含3個原核，為________(填原核數量和名稱)，正常情況下，這種受精卵無法正常發育。但是，該受精卵在母體內神奇的恢復了正常分裂，如圖3所示。此時受精卵形成了3極紡錘體，并最終分裂成3個合子(圖4)。其中一個合子由1個父系染色體組和1個母系染色體組組成，則另外兩個合子的染色體組為：____________________________________________________________
___________________________________________________________________。
從染色體組成角度推測這3個合子的發育結果。包含1個父系染色體組和1個母系染色體組的兩個合子正常發育、而僅包含兩個父系染色體組的合子發育失敗。最終該名母親成功誕下兩名性別不同的嬰兒，這兩名嬰兒的染色體組中，來源于母系的染色體________，來源于父系的染色體________(填“相同”“不相同”或“無法確定”)。
(3)胚胎工程的實施建立在對哺乳動物的體內受精和早期胚胎發育的規律基礎之上。胚胎工程是對________________進行的多種顯微操作和處理技術，如____________________ (答出兩項即可)等技術。
[解析]　(1)卵母細胞只有發育到減數分裂Ⅱ中期才能參與受精，分析圖1可知，著絲粒分裂，染色單體分離拉向兩極，故此時卵母細胞發育到減數分裂Ⅱ后期。機體具有兩道防止多精入卵受精的屏障，包括透明帶反應和卵細胞膜反應。
(2)據圖1可知，這個異常受精卵是由卵母細胞與2個精子受精，故圖2細胞中的3個原核包括1個雌原核和2個雄原核。由圖3分析可知，此時受精卵形成了3極紡錘體，并最終分裂成3個合子(圖4)，其中一個合子由1個父系染色體組和1個母系染色體組組成，則另外兩個合子的染色體組為1個父系染色體組和1個母系染色體組，以及兩個父系染色體組。包含1個父系染色體組和1個母系染色體組的兩個合子正常發育，最終該名母親成功誕下兩名性別不同的嬰兒，這兩名嬰兒來自同一個卵細胞，故來源于母系的染色體相同，這兩名嬰兒來自不同的精子，且性別不同，說明來源于父系的染色體不相同。
(3)胚胎工程是對生殖細胞、受精卵和早期胚胎進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養等技術。
[答案]　(1)減數分裂Ⅱ的后期　透明帶反應和卵細胞膜反應　(2)1個雌原核和2個雄原核　1個父系染色體組和1個母系染色體組，以及兩個父系染色體組　相同　不相同　(3)生殖細胞、受精卵和早期胚胎　胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養
考點6　胚胎工程技術及其應用
1．體外受精
(1)過程
卵母細胞的采集(培養至MⅡ期)
　↓
精子的獲取(要在體外進行獲能處理)
　↓
受精
(2)意義：體外受精技術是提高動物繁殖能力的有效措施，還可以為胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植
(1)概念：指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。
(2)操作程序
3．胚胎分割
(1)材料：發育良好、形態正常的桑葚胚或囊胚。
(2)實質：胚胎分割可增加動物后代的數量，其實質是無性繁殖，即克隆。
(3)分割要求：在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。
(4)意義：促進優良動物品種的繁殖，產生的遺傳性狀相同的后代是進行遺傳學研究的寶貴材料；胚胎移植前進行性別鑒定、遺傳病篩查等，對于人工控制動物性別、動物繁育健康后代具有重要意義。
1．體外受精前需對采集到的卵母細胞和精子分別在體外進行成熟培養和獲能處理。 (√)
2．移植給受體的胚胎僅通過體外受精技術獲得。 (×)
提示：移植給受體的胚胎可通過轉基因技術、核移植技術及體外受精技術等獲得。
3．胚胎移植后，經受體孕育的后代，其遺傳特性與供體保持一致。 (√)
4．在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內細胞團均等分割。
(√)
5．超數排卵是應用外源雌性激素，誘發卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。 (×)
提示：超數排卵應用的外源激素為促性腺激素。
6．實踐證明，胚胎分割次數越多，分割后胚胎成活的概率越小。 (√)
1．若一次給受體母牛移入多個體外受精的多個胚胎，產生的后代基因型相同嗎？并說明理由。(選擇性必修3　P61“牛胚胎移植示意圖”)
提示：不一定相同，因為這些胚胎可能由不同的受精卵發育而來。
2．對發育到囊胚期的牛胚胎進行二分胚分割時，要將內細胞團均等分割，原因是什么？(選擇性必修3　P63“牛胚胎性別鑒定和分割示意圖”)
提示：內細胞團一般到囊胚階段才出現，它是發育為胚胎本身的基礎細胞，其他細胞為滋養層細胞，為胚胎和胎兒發育提供營養。若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現含內細胞團多的部分發育能力強，少的部分發育受阻或不良，甚至不能發育等問題。
1．胚胎移植的實質是_____________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移
2．進行胚胎移植的優勢是_________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力
1．列表比較試管動物與克隆動物
項目 試管動物 克隆動物
技術基礎 體外受精、胚胎移植 核移植技術
生殖方式 有性生殖 無性生殖
遺傳特性 具有雙親的遺傳特性 主要與供體個體相同
意義 充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期 加速家畜遺傳改良進程、挽救瀕危物種等
相同點 二者均涉及早期胚胎培養、胚胎移植技術，其移植所選胚胎一般是桑葚胚或囊胚
2．胚胎移植的三個關鍵環節
(1)移植胚胎必須在原腸胚之前進行，但不能直接移植受精卵。
(2)
(3)胚胎移植的供體和受體必須是同種生物，同一物種的動物才有可能具有相同的生理特征。
1．比較利用胚胎分割和體細胞核移植技術得到的克隆生物的異同點。
提示：相同點：都能獲得遺傳性狀幾乎完全相同的個體。不同點：胚胎分割適用于早期胚胎細胞，這些細胞很容易實現全能性，因此取材時間有限。體細胞核移植理論上可使用任何時期、各種類型的體細胞，但全能性較難實現。
2．目前我國第三代試管嬰兒技術已獲突破，不但能解決部分不孕不育問題，還能在胚胎移植前對部分遺傳病進行篩查，從而實現優生優育。若要從分子水平對胚胎進行性別鑒定，請寫出鑒定的實驗設計思路。
提示：若要對胚胎進行性別鑒定，可以從待測囊胚中取出滋養層細胞，提取DNA；然后用位于Y染色體上的性別決定基因(SRY基因)的一段堿基作引物，以提取得到的DNA(或滋養層細胞的DNA)為模板進行PCR擴增；最后與SRY特異性探針雜交，出現陽性反應者，胚胎為男性。
考查體外受精
1．(不定項)(2021·南通高三模擬)下列關于小鼠體外受精及胚胎發育的敘述，正確的是(　　)
A．小鼠在特定條件下飼養，注射相關激素有促進超數排卵的作用
B．將成熟的卵母細胞與新采集的精子同時放在獲能液中培養利于受精
C．注射到小鼠囊胚腔中的胚胎干細胞可以參與個體器官的發育
D．分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質，發育成的個體也會有形態學差異
ACD　[小鼠在特定光控周期條件下飼養，注射相關激素(促性腺激素)有促進超數排卵的作用，A正確；處于減數分裂Ⅱ中期的卵母細胞具有受精功能，可以和在獲能液中獲能的精子受精，B錯誤；注射到囊胚腔中的胚胎干細胞可以分化形成各種組織，因此可以參與個體器官的發育，C正確；分割的胚胎細胞有相同的遺傳物質，但生物的性狀還受環境因素的影響，因此發育成的個體有形態學差異，D正確。]
考查胚胎工程技術及其應用
2．(2021·沈陽二中高三模擬)胚胎工程技術能充分發揮動物的繁殖潛力，為優良牲畜的大量繁殖提供了有效的辦法。下圖是育種工作者采用不同方法培育良種牛的過程(a～h為操作過程)，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．為獲得大量的卵母細胞，可用促性腺激素處理良種母牛
B．采集的精子必須置于ATP溶液中進行獲能處理
C．若要生產高產奶牛，可?、偬幖毎鯠NA分析鑒定性別
D．A、B牛的基因型相同，表型可存在差異
B　[為獲得大量的卵母細胞，需用促性腺激素處理良種母牛，促其超數排卵，A正確；對于牛、羊等家畜采集的精子，必須通過一定的獲能溶液如一定濃度的肝素溶液或者鈣離子載體使其獲能，B錯誤；若要生產高產奶牛，需從被測的囊胚中取出幾個滋養層細胞，提取DNA，對胚胎的性別進行鑒定C正確；A、B牛是胚胎分割的產物，其基因型相同，而表型是由基因和環境共同決定的，即表型可能存在差異，D正確。]
3．(2021·河南名校聯盟高三聯考)近期，一篇有關“公鼠懷孕”的科研論文遭到了大量非科學的討論攻擊，并被“罵”上了微博熱搜?！肮髴言小笔强蒲泄ぷ髡呃靡豁棾墒斓纳锛夹g進行的一場成功的動物實驗。實驗的具體步驟如下：首先，研究人員通過手術將閹割的近交系雄性大鼠和近交系雌性大鼠連接起來，形成了一對異性連接共生體。第二，8周后研究人員對雄性共生體進行子宮移植。第三，待恢復后，將囊胚期胚胎移植到雄性共生體的移植子宮和雌性共生體的原生子宮中。最后，胚胎在雄性共生體的移植子宮內發育成熟后剖腹取出。“公鼠懷孕”實驗的成功說明移植胚胎在染色體性別為雄性的聯體雄性共生體大鼠的移植子宮里，具有發育成熟的可能性。請回答下列有關問題：
(1)研究人員選擇近交雄性大鼠和近交雌性大鼠來構建異性連接共生體的好處是________________________________。將雄性大鼠進行閹割的目的是_________________________________________________________________。
(2)胚胎移植前需要對異性連接共生體注射________激素，使其具備接受外來胚胎的生理狀態。用于進行移植的胚胎可以從受孕初期的雌性大鼠體內分離，也可以通過________技術在體外獲得。
(3)一些觀點認為，“公鼠懷孕”背后實驗動物代價太大，實驗價值低，且有不符合倫理規范的嫌疑。關于這些質疑，研究人員在實驗時就已經采取了相應的措施來減少實驗動物的痛苦，這些措施可能是__________________________、
__________________________。
(4)雄激素不敏感綜合征是一種性連鎖遺傳病，是引起男性假兩性畸形的病因之一，在染色體核型為46＋XY的人中發病。該病的主要特點是患者血漿雄激素濃度正常，但靶組織對雄激素缺乏反應或反應不全，結果導致患者男性特征部分或完全喪失，病人呈現女性外觀。從激素作用過程來看導致該病的原因可能是______________________________________________________________。
[解析]　(1)近交異性大鼠親緣關系近，免疫排斥反應小，因此選擇近交雄性大鼠和近交雌性大鼠來構建異性連接共生體。將雄性大鼠進行閹割的目的是避免雄性激素對實驗的干擾。
(2)胚胎移植前，需要對異性連接共生體進行同期發情處理，也就是注射孕(或雌)激素，使其具備接受外來胚胎的生理狀態，便于移植。用于進行移植的胚胎可以從受孕初期的雌性大鼠體內分離，也可以通過體外受精技術在體外獲得。
(3)研究人員在實驗時就已經采取了相應的措施來減少實驗動物的痛苦，這些措施可能是減少實驗動物數量，先麻醉后手術或采用剖宮產快速分娩。
(4)該病的主要特點是患者血漿雄激素濃度正常，但靶組織對雄激素缺乏反應或反應不全，說明可能是靶細胞中雄激素受體不足或缺乏導致的。
[答案]　(1)近交異性大鼠親緣關系近，免疫排斥反應小　避免雄激素對實驗的干擾　(2)孕(或雌)　體外受精　(3)減少實驗動物數量；先麻醉后手術或采用剖宮產快速分娩　(4)靶細胞中雄激素受體不足或缺乏
1．核心概念
(1)(選擇性必修3 P34)全能性：細胞經分裂和分化后，仍然具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。
(2)(選擇性必修3 P35)脫分化：在一定的激素和營養等條件的誘導下，使已經分化的細胞失去其特有的結構和功能，轉變成未分化的細胞的過程。
(3)(選擇性必修3 P35)再分化：愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。
(4)(選擇性必修3 P44)細胞貼壁：細胞貼附在培養瓶的瓶壁上的現象。
(5)(選擇性必修3 P44)接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞通常會停止分裂增殖的現象。
(6)(選擇性必修3 P45)原代培養和傳代培養：動物組織經處理后的初次培養稱為原代培養，將分瓶后的細胞培養稱為傳代培養。
(7)(選擇性必修3 P52)動物細胞核移植技術是將動物一個細胞的細胞核移入去核的卵母細胞中，使這個重新組合的細胞發育成新胚胎，繼而發育成動物個體的技術。
(8)(選擇性必修3 P58)卵裂：胚胎發育早期，有一段時間是在透明帶內進行分裂，細胞的數量不斷增加，但胚胎的總體積并不增加，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。
(9)(選擇性必修3 P58)孵化：囊胚進一步擴大，會導致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來的過程。　
(10)(選擇性必修3 P61)胚胎移植：指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。
(11)(選擇性必修3 P62)胚胎分割：指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。
2．結論語句
(1)(選擇性必修3 P34)在生物的生長發育過程中，并不是所有的細胞都表現出全能性，這是因為在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會選擇性地表達。
(2)(選擇性必修3 P37)在進行植物體細胞雜交之前，必須先用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。
(3)(選擇性必修3 P48)細胞融合技術突破了有性雜交的局限，使遠緣雜交成為可能。
(4)(選擇性必修3 P49)雜交瘤細胞既能大量增殖，又能產生特定抗體。
(5)(選擇性必修3 P52)由于動物胚胎細胞分化程度低，表現全能性相對容易，而動物體細胞分化程度高，表現全能性十分困難，因此動物體細胞核移植的難度明顯高于胚胎細胞核移植。
(6)(選擇性必修3 P58)在實際胚胎工程操作中，以觀察到兩個極體或雌、雄原核作為受精的標志。
(7)(選擇性必修3 P62)進行胚胎移植的優勢是可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力。
(8)(選擇性必修3 P62)胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。
(9)(選擇性必修3 P62)在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內細胞團均等分割。
1．(2021·浙江1月選考)下圖為動物成纖維細胞的培養過程示意圖。下列敘述正確的是(　　)
①切取組織 ②制備細胞懸浮液 ③原代培養　　?、軅鞔囵B
A．步驟①的操作不需要在無菌環境中進行
B．步驟②中用鹽酸溶解細胞間物質使細胞分離
C．步驟③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶處理
D．步驟④培養過程中不會發生細胞轉化
C　[動物細胞培養過程需要無菌操作，故步驟①的操作需要在無菌環境中進行，A錯誤；動物細胞培養過程需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理動物組織，使其分散成單個細胞，制成細胞懸液，B錯誤；傳代培養時需要用胰蛋白酶處理貼壁生長的細胞，使之分散成單個細胞，再分瓶培養，C正確；步驟④為傳代培養過程，該過程中部分細胞可能發生細胞轉化，D錯誤。]
2．(2021·北京等級考)研究者擬通過有性雜交的方法將簇毛麥(2n＝14)的優良性狀導入普通小麥(2n＝42)中。用簇毛麥花粉給數以千計的小麥小花授粉，10天后只發現兩個雜種幼胚，將其離體培養，產生愈傷組織，進而獲得含28條染色體的大量雜種植株。以下表述錯誤的是(　　)
A．簇毛麥與小麥之間存在生殖隔離
B．培養過程中幼胚細胞經過脫分化和再分化
C．雜種植株減數分裂時染色體能正常聯會
D．雜種植株的染色體加倍后能產生可育植株
C　[簇毛麥與小麥的后代在減數分裂時染色體聯會紊亂，不可育，故二者之間存在生殖隔離，A正確；幼胚細胞經過脫分化形成愈傷組織，愈傷組織經過再分化形成胚狀體或叢芽，從而得到完整植株，B正確；雜種植株細胞內由于沒有同源染色體，故減數分裂時染色體無法正常聯會，C錯誤；雜種植株的染色體加倍后能獲得可育植株，D正確。]
3．(2020·山東等級考)兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據該原理，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞
B．過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂
C．過程③中常用滅活的病毒誘導原生質體融合
D．耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段
C　[由圖可知，①為去除植物細胞的細胞壁，獲得原生質體的過程，該過程需用纖維素酶和果膠酶處理細胞，A正確；由題干可知，兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出，若其中一個細胞的染色體在融合前發生斷裂，則形成的染色體片段在細胞融合后有的可能會存留在雜種細胞中，故為了使普通小麥獲得中間偃麥草的耐鹽性狀，需要將中間偃麥草細胞中的染色體斷裂，過程②用不同劑量的紫外線照射的目的是斷裂中間偃麥草的染色體，B正確；圖中過程③為兩種原生質體的融合，常用的融合手段為物理法和化學法，滅活的病毒通常用來融合動物細胞，C錯誤；普通小麥不具有耐鹽性狀，因此篩選出的耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段，D正確。]
4．(2020·山東等級考)經遺傳改造的小鼠胚胎干細胞注入囊胚，通過胚胎工程的相關技術可以獲得具有不同遺傳特性的實驗小鼠。下列說法錯誤的是(　　)
A．用促性腺激素處理雌鼠可以獲得更多的卵子
B．體外受精前要對小鼠的精子進行獲能處理
C．胚胎移植前要檢查胚胎質量并在囊胚或原腸胚階段移植
D．遺傳改造的小鼠胚胎干細胞可以通過轉基因等技術獲得
C　[為獲得更多卵子，需要用促性腺激素對雌性個體進行超數排卵處理，A正確；剛排出的精子不能與卵子受精，必須進行獲能處理后才具備受精能力，B正確；胚胎移植前要檢查胚胎質量，牛、羊等一般要培養到桑葚胚或囊胚階段才進行移植，小鼠等可在更早的階段移植，C錯誤；可通過轉基因等技術獲得遺傳改造的小鼠胚胎干細胞，D正確。]
5．(不定項)(2020·江蘇高考)小鼠胚胎干細胞經定向誘導可獲得多種功能細胞，制備流程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．為獲得更多的囊胚，采用激素注射促進雄鼠產生更多的精子
B．細胞a和細胞b內含有的核基因不同，所以全能性高低不同
C．用胰蛋白酶將細胞a的膜蛋白消化后可獲得分散的胚胎干細胞
D．胚胎干細胞和誘導出的各種細胞都需在CO2培養箱中進行培養
ABC　[限制獲得更多早期胚胎的最大的問題是沒有足夠的卵母細胞，所以應該通過注射促性腺激素促進雌鼠超數排卵，A錯誤；細胞a和細胞b是由同一個受精卵分裂分化形成的，所以兩細胞的核基因應該是相同的，由于基因的選擇性表達，囊胚期細胞b已經分化形成了滋養層細胞，所以全能性降低，B錯誤；用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理組織一段時間，消化了細胞間的蛋白質，從而獲得分散的胚胎干細胞，C錯誤；動物細胞培養所需氣體主要有氧氣和二氧化碳，一般將動物細胞置于含95%空氣加5%二氧化碳的混合氣體的培養箱中進行培養，D正確。]
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