【生物】2021届一轮复习人教版选修3第2讲细胞工程作业

【生物】2021届一轮复习人教版选修3第2讲细胞工程作业

练案[36]选修三　现代生物科技专题 第2讲　细胞工程 ‎1．(2019·湖北高考模拟)下图是利用现代生物技术改良草莓品系的过程，请回答下列有关问题：‎ ‎(1)图中涉及的现代生物技术有转基因技术、植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术。‎ ‎(2)请简述I过程的基本方法：先利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；然后借助一定的技术手段(物理或化学方法)诱导原生质体融合。A培育至具有凤梨风味的绿草莓幼苗的过程，能(填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性。‎ ‎ (3)研究人员根据已知的胰岛素基因序列，可采用化学合成方法获得胰岛素基因。‎ ‎ (4)转基因技术和细胞工程在改良动植物类型过程中都有广泛应用，但是，胚胎工程只是指对动物的自然受精(或配子)或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术。‎ ‎[解析]　(1)图中涉及的现代生物技术有转基因技术、植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术。(2)图中I过程的基本方法是转基因技术，图中A培育至具有凤梨风味的绿草莓幼苗的过程，采用了植物组织培养技术，体现了植物细胞的全能性。(3)由于已知胰岛素基因序列，所以研究人员可根据已知的胰岛素基因序列，采用化学合成的方法获得胰岛素基因。(4)胚胎工程只是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术，有胚胎移植和胚胎分割移植等。‎ ‎2．(2020·河北省衡水市高三大联考)单倍体细胞中含有本物种配子染色体数的个体，培育单倍体植株利用了植物组织培养技术，我国在水稻等作物的单位体育种方面处于领先地位。回答下列与水稻单倍体育种相关的问题：‎ ‎(1)单倍体育种过程中要进行植物组织培养，该过程利用的外植体一般为花药。接种前，要对外植体进行消毒处理。处理时，既要使所用药剂的浓度和处理时间能达到预期效果，还必须考虑到对外植体(材料)生活力的影响。‎ ‎(2)脱分化阶段和再分化阶段使用的培养基在激素的种类和配比等方面会存在差异。培养过程中，如有二倍体小幼苗出现，猜测可能是花药壁细胞长成的。‎ ‎(3)单倍体植株的培育过程能(填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性，将单倍体幼苗移栽至大田后并未得到稳定遗传的农作物优良品种，原因是单倍体水稻植株中只含有一个染色体组，高度不育。‎ ‎(4)单倍体细胞中的DNA也可以参与基因库的构建，参与构建的基因库属于基因组文库。‎ ‎[解析]　‎ ‎(1)单倍体育种采用的一般方法为花药离体培养，组织培养过程需要在严格无菌条件下进行，外植体也要进行消毒，在消毒时，不仅要考虑消毒效果，还要考虑到外植体的耐受能力。(2)脱分化培养基和分化培养基的激素种类及配比有所区别，因此组织培养得到一定阶段要更换培养基。花粉粒而长成的水稻植株含有一个染色体组，但花药壁细胞含有两个染色体组，因此，如有二倍体小幼苗长出，最可能是花药壁细胞长成的。(3)花粉粒发育成了单倍体植株，因此体现了植物细胞的全能性。水稻的单倍体中只含有一个染色体组，高度不育，不能正常结实，因此得不到稳定遗传的水稻优良品种，需要用秋水仙素处理单倍体幼苗，获得纯合的可育的二倍体。(4)单倍体细胞中的DNA用限制酶切割后，导入受体菌的群体中储存，可以参与基因组文库的构建。‎ ‎3．(2020·陕西高考模拟)类风湿性关节炎(RA)是一种自身免疫病，致残性强。研究表明，该病的病理改变与肿瘤坏死因子－a(TNF－a)密切相关，而一种人鼠嵌合的抗TNF－a单克隆抗体能有效治疗RA。下图为该单克隆抗体制备过程示意图。‎ ‎(1)动物细胞培养技术是单克隆抗体技术的基础，该过程中需要的气体条件是95%空气和5%CO2。‎ ‎(2)图中的抗原A是肿瘤坏死因子－a(TNF－a)，常用的促融剂是聚乙二醇(PEG)。图中“( )和抗体检测”，括号内应填克隆化培养。‎ ‎(3)细胞融合完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞。体系中出现多种类型细胞的原因是细胞融合是随机的，且融合率达不到100%。‎ ‎(4)单克隆抗体主要的用途有：作为诊断试剂、用于治疗疾病、用于运载药物(至少答出两点)。‎ ‎[解析]　(1) 动物细胞培养技术是动物细胞工程的基础，是单克隆抗体技术的基础。该过程中需要的气体条件是95%空气和5%CO2，以保证细胞代谢所必需的氧气和培养液的pH。(2) 要制备抗TNF－a单克隆抗体需要给小鼠注射肿瘤坏死因子－a(TNF－a)。常用物理或化学方法促融，最常用的化学促融剂是聚乙二醇(PEG)。在抗体检测之前需要进行克隆化培养，以增加杂交瘤细胞数量。(3) 细胞融合是随机的，且融合率达不到100%，所以细胞融合完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞。(4)单克隆抗体最广泛的用途是作为诊断试剂；也可用于治疗疾病、用于运载药物，主要是用于癌症治疗，也有少量是用于其他治疗的。‎ ‎4．‎ ‎(2020·山东省泰安市生物模拟)埃博拉病毒(EBO)呈纤维状，EBO衣壳外有包膜，包膜上有5种蛋白棘突(VP系列蛋白和GP蛋白)，其中GP蛋白最为关键，能被宿主细胞强烈识别。请回答下列问题：‎ ‎(1)要获得编码GP蛋白抗原的基因疫苗，首先要提取出病原体的RNA，并利用RNA经逆转录合成DNA，构建cDNA文库。cDNA文库中的基因可以_(选填“可以”“不可以”“部分”)进行物种间的基因交流。‎ ‎(2)为了从牛分泌的乳汁中提取GP蛋白，需将GP蛋白基因通过显微注射法(方法)导入牛受精卵中。在基因导入牛受体细胞前，基因的首段必须含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的(乳腺蛋白基因的)启动子，驱动转录过程。转基因牛是否培育成功，可以通过抗原－抗体杂交_技术从分子水平上进行检测。‎ ‎(3)以GP蛋白作为疫苗比利用毒性减弱的埃博拉病毒作疫苗更安全，其原因是GP蛋白自身没有感染能力，但保留了抗原特性_。‎ ‎(4)科研人员利用经EBO免疫后小鼠的B淋巴细胞与小鼠的骨髓瘤细胞进行融合以形成杂交瘤细胞，培养后可以获得纯净的单一品种抗体，其特点是特异性强、灵敏度高、并可能大量制备，可以用此抗体与药物制成“生物导弹”抗击EBO。‎ ‎[解析]　以RNA为模板合成DNA的过程为逆转录过程，该过程需要逆转录酶的催化；cDNA文件中的基因可以进行物种间的基因交流。 (2)将目的基因导入动物受体细胞一般采用显微注射法。为了从牛分泌的乳汁中生产GP蛋白，在基因导入牛受体细胞前，基因的首段必须含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的(乳腺蛋白基因的)启动子，才能驱动转录过程。 (3)以GP蛋白作为疫苗比基因疫苗更安全，其原因是GP蛋白自身没有感染能力，但保留有抗原性。 (4)科研人员利用经EBO免疫后小鼠的B淋巴(效应B或浆)细胞与鼠的骨髓瘤细胞进行杂交，筛选后进一步培养的是杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既能产生单一抗体，又能在体外快速增殖。可以用杂交瘤细胞产生的抗体与药物制成“生物导弹”，抗击埃博拉病毒。 ‎ ‎5．(2019·山东章丘四中高三)下图是制备抗埃博拉病毒VP40蛋白的单克隆抗体的过程 ‎(1)过程①中选用EcoRⅠ和XhoⅠ两种限制酶切割的优点是防止自身环化，此外还要用到DNA连接酶。‎ ‎(2)过程②中首先需要用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于感受态，VP40基因进入大肠杆菌后维持稳定并表达的过程称为转化。‎ ‎(3)与植物原生质体融合相比，过程④特有的方法是用灭活的病毒 处理。通常在选择培养基中需加入抗生素，目的是防止培养过程中的污染。选择培养基上存活的杂交瘤细胞产生的抗体不是(填“是”或“不是”)单克隆抗体。‎ ‎(4)图示过程应用的生物技术有基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合。‎ ‎[解析]　(1)过程①中选用EcoRⅠ和XhoⅠ两种限制酶切割可以使目的基因的两端获得不同的黏性末端，所以这样处理的优点是防止目的基因自身环化，此外目的基因与运载体结合还需DNA连接酶。(2)过程②是将目的基因导入受体细胞，此过程首先需要用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于感受态，VP40基因进入大肠杆菌后维持稳定并表达的过程称为转化。(3)与植物原生质体融合相比原理基本相同，植物原生质体融合常用物理方法和化学方法，动物细胞融合特有的方法是用灭活的病毒处理，通常在选择培养基中需加入抗生素，目的是防止培养过程中的污染。选择培养基上存活的杂交瘤细胞，还需要进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选才可以获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，所以选择培养基上存活的杂交瘤细胞产生的抗体不是单克隆抗体。(4)图示过程应用的生物技术有：基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合。‎ ‎6．(2019·河北武邑中学上学期高三期末)近年来，生物工程运用分子生物学的最新成就，发展出一系列的技术，可以为人类健康、生产、生活等服务。运用所学知识回答下列问题。‎ ‎(1)科学家为了建立生产“干扰素”的乳房生物反应器，利用基因工程技术，构建含有启动子、终止子、目的基因、复制原点和 标记基因等元件的基因表达载体，其中启动子的作用是乳腺细胞中RNA聚合酶识别和结合的位点，启动基因的转录，最后通过显微注射法，导入羊的受精卵中，最终发育成能生产干扰素的转基因羊。‎ ‎(2)在单克隆抗体制备过程中，诱导B淋巴(或浆细胞)细胞与骨髓瘤细胞融合获得杂交瘤细胞，此过程需要两次筛选，笫二次筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞，单克隆抗体的优点有特异性强、灵敏度高_、可以大量制备。‎ ‎ 　　[解析]　(1)基因表达载体要包含启动子、终止子、目的基因、复制原点和标记基因等元件，启动子的作用是乳腺细胞中RNA聚合酶识别和结合的位点，启动基因的转录，使用显微注射法导入羊的受精卵。(2)在单克隆抗体制备过程中，诱导B细胞与骨髓瘤细胞融合获得杂交瘤细胞，可以使用的化学试剂是聚乙二醇(或PEG)，此过程需要两次筛选，笫二次筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞，单克隆抗体的优点有特异性强、灵敏度高 、可以大量制备。‎ ‎7．(2019·安徽省江南十校高三二模)人体移植器官短缺是一个世界性难题。为此，人们开始寻求可替代的异种器官移植，“转基因克隆猪”应运而生，具体操作是将去核的卵细胞和经过遗传修饰的体细胞融合，融合细胞经5天培养后再植人代孕母亲的体内，经过110多天的孕育，“转基因克隆小猪”就可以出生。‎ ‎(1)实现异种器官移植的最大难度是免疫排斥。为解决此问题所进行的遗传修饰是设法除去供体基因组中的抗原决定基因，或导入调节因子 来抑制该基因的表达，从而使受体免疫系统无法识别移植器官。‎ ‎(2)培育“转基因克隆小猪”的卵巢是从屠宰场收集的，将里面的卵母细胞回收并经过40小时的成熟培养，此时卵母细胞发育至减数第二次分裂中期，然后用微型吸管一并吸出细胞核和(第一)极体完成去核，再用吸管吸取经过遗传修饰的体细胞注入猪的卵母细胞，运用早期胚胎培养技术培养至桑椹胚或囊胚阶段进行胚胎移植。‎ ‎(3)在自然繁殖时猪的受精卵分裂至4～6个细胞后进入子宫，而“转基因克隆猪”培养至桑椹胚或囊胚阶段才移植至子宫，目的是：可以提高移植后胚胎的发育率和妊娠率(或可以提高移植的成功率)。该培育过程是体细胞核移植，其难度远远大于胚胎细胞核移植，原因是：体细胞分化程度高，恢复其全能性困难。‎ ‎[解析]　(1)胚胎工程中实现器官移植时，最大难题是免疫排斥反应；科学家试图用基因工程方法对动物器官进行改造：向器官供体基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去该抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪；(2)从屠宰场收集的卵巢中获得的卵子由于没有经过输卵管中进一步发育的过程，因此需要体外经过40小时的成熟培养，发育到减数第二次分裂的中期才能用于核移植；而去核时需将细胞核第一极体一并去除，再用吸管吸取经过遗传修饰的体细胞注入猪的卵母细胞，运用早期培养培养技术培养至桑椹胚或囊胚阶段进行胚胎移植；(3)在自然繁殖时猪的受精卵分裂至4～6个细胞后进入子宫，而“转基因克隆猪”培养因是在体外条件下，故为提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，需要培养至桑椹胚或囊胚阶段才移植至子宫；该培育过程是体细胞核移植，因体细胞分化程度高，恢复其全能性困难，故其难度远远大于胚胎细胞核移植。‎ ‎8．(2020·江苏省南京师范大学附属中学模拟)白细胞介素4(IL－4)是具有多种免疫学调节功能的细胞因子，临床及研究中需要大量高纯度的IL－4，以及其高效检测试剂。下图是利用单克隆抗体技术制备抗IL－4特异性抗体的过程。回答相关问题。‎ ‎(1)在免疫系统组成中，IL－4属于免疫活性物质。研究人员从外周血中提取到IL－4蛋白分子的mRNA。将其反转录成cDNA，其中无(填“有”或“无”)启动子和终止子，并构建特定表达载体，利用工程菌获得用于临床及研究需要的高纯度的IL－4蛋白。‎ ‎(2)图中所示的a培养瓶中培养的是骨髓瘤细胞，其与M细胞融合产生双核或多核细胞。再经有丝分裂才能形成两个新的单核杂交细胞。‎ ‎(3)b培养瓶所示过程中，常用灭活的病毒诱导细胞融合，再用特定的方法对其中细胞进行筛选。c中培养的细胞应具有既能无限增殖，又能产生特定的抗体特点。经d培养的细胞，其培养液中除了加基本的营养物以外，还需要加抗生素、动物血清等，其中加动物血清的目的是补充配制的培养基中缺乏的营养成分及一些激素。‎ ‎(4)从d或小鼠体内抽取的抗IL－4抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可以大量制备。‎ ‎[解析]　(1)对于真核基因而言，转录形成mRNA中遗传信息来自于基因中的外显子中的遗传信息，所以将mRNA反转录形成的是 cDNA，不含启动子和终止子。(2)根据以上分析已知，图中a瓶中是骨髓瘤细胞，M是免疫过的B淋巴细胞，两者融合产生双核或多核细胞，再经有丝分裂，进一步形成两个新的单核杂交细胞。(3)b培养瓶中诱导细胞融合常用灭活的病毒；c过程为对杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测，得到的杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特定的抗体。体外培养杂交瘤细胞时，培养液中需要加入动物血清，以补充配制的培养基中缺乏的营养成分及一些激素。(4)从d或小鼠体内抽取的抗IL－4抗体为单克隆抗体，具有特异性强、灵敏度高、可以大量制备的特点。‎ ‎9．(2020·漳州月考)下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解。请据图回答：‎ ‎(1)图中①、②所示的结构分别是细胞核、内细胞团细胞。‎ ‎(2)图中③、④所示的生物工程技术分别是(体细胞)核移植技术、基因工程(转基因技术或重组DNA技术)。‎ ‎(3)过程③通常用去核卵细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作，含有营养物质丰富外，还因为它含有促进(或激活)细胞核全能性表达的物质。‎ ‎(4)过程④通常采用的方法是显微注射技术。‎ ‎(5)过程④的完成需要用到的非酶基因、工程操作工具为载体。‎ ‎(6)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是不发生免疫排斥反应。‎