（15）细胞工程（含解析）——高考生物学一轮复习大题过关练

（15）细胞工程——高考生物学一轮复习大题过关练
1.白叶枯病是水稻严重的病害之一，疣粒野生稻对其具有高度抗性。研究人员利用体细胞杂交技术，试图将疣粒野生稻的抗白叶枯病特性转移到栽培稻中。
（1）将两种水稻外植体分别接种在含______________等植物激素的MS培养基上，经______________过程形成愈伤组织后用______________酶处理获得游离的原生质体。
（2）“不对称体细胞杂交”法可以将一个亲本的部分染色体或染色体。上某些片段转移到另一个亲本体细胞内，获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构，使其发生断裂、易位、染色体消除等，细胞不再持续分裂。碘乙酰胺（IOA）使细胞质中某些酶失活，抑制细胞分裂。为了达到转移抗白叶枯病特性的目的，融合前要用X射线照射______________的原生质体，用IOA处理另一亲本的原生质体。经诱导融合后，只有异源融合后的原生质体可持续分裂形成再生细胞团，原因是______________。
（3）观察再生植株细胞中的染色体，发现数目______________，说明成功获得了不对称杂种。有些杂种植株染色体数目与栽培稻相同，性状明显偏向栽培稻，但也表现出野生稻的一些特性，推测这些杂种植株无多余染色体但具有野生稻特性的原因是______________。
（4）用致病性强的两种水稻白叶枯病菌株接种，检测72株杂种植株的抗性。结果发现共有40株表现抗性，其中17株对两个菌株都表现抗病性。综合染色体数目及抗性检测，应优先选择______________的杂种植株进行繁育。
（5）与转基因技术相比，在向目标生物转移外源基因方面，不对称体细胞杂交技术有哪些优、缺点？______________。
2.白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞的染色体数目分别为20、18。“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强、易储存等优点，如图为“白菜—甘蓝”的培育过程，请回答下列问题：
（1）为了得到原生质体，需先用______________________处理白菜和甘蓝的细胞。
（2）诱导原生质体融合的方法有多种，常用的物理方法是___________，融合完成的标志是___________。由杂种细胞得到“白菜—甘蓝”植株还需经过植物组织培养，其中需要避光培养的过程为___________。
（3）为观察“白菜—甘蓝”植株细胞中染色体的数目和形态，通常取幼苗的根尖做临时装片，用___________溶液染色。观察、计数染色体的最佳时期是___________。
（4）经花粉培育的二倍体“白菜—甘蓝”植株，体细胞的染色体数为___________。这种植株通常不育，为使其可育，可通过人工诱导产生四倍体“白菜—甘蓝”，这种变异属于___________。
（5）植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比，其优点是____________________________。
3.狼爪瓦松是一种具有观赏价值的野生花卉，其产生的黄酮类化合物可入药。狼爪瓦松野生资源有限，难以满足市场需求。因此，目前一般通过植物细胞工程进行培养，具体过程如图所示，其中的数字序号代表处理或生理过程。请回答下列相关问题：
（1）图中②③过程培养获得植株乙所利用技术的细胞学原理是____________，利用植物组织培养技术获得植株乙的优点有____________（答出一点）。图中形成植株丁的过程中，PEG的作用是_______。
（2）进行植物组织培养前要对狼爪瓦松植株甲幼嫩的叶进行消毒处理，所用的试剂为体积分数为75%的酒精和_______。②③过程需要使用的植物激素主要为_______，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。②③过程中通常需要光照的是_______（填序号）过程。
（3）黄酮类化合物是广泛分布于植物体内的细胞代谢产物。某同学认为利用细胞代谢产物的工业化生产黄酮类化合物主要是利用促进细胞生长的培养条件，来提高单个细胞中黄酮类化合物的含量，你同意该同学的观点吗？并说明相应的理由：_______。
4.紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取，其过程为获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。回答下列问题：
（1）获取的外植体首先要通过_______过程培养出愈伤组织。如表为四种不同外植体在相同培养条件下诱导形成愈伤组织的实验结果，由表中结果可知较适宜诱导愈伤组织的两种外植体分别是_______。
外植体 愈伤组织体积 诱导率/%
不带叶茎段 很大 99.5
带叶茎段 很小 90
叶片 很小 20
成熟胚 较大 80
注：诱导率（%）=（形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量）×100%
（2）据下图分析培养液中2，4-D对细胞生长和紫杉醇合成的作用分别是_______，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的培养液中2，4-D浓度应为______（填“0.5”“1.0”或“2.0”）mg·L-1。
（3）与从天然植株中提取紫杉醇相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是______答出两点）。
5.为研究多种血糖调节因子的作用，我国科学家开发出胰岛素抵抗模型鼠。为扩增模型鼠数量，科学家通过诱导优良模型鼠体细胞转化获得iPS细胞，继而利用iPS细胞培育出与模型鼠遗传特性相同的克隆鼠，具体步骤如图所示。请回答下列问题：
（1）图中黑鼠的体细胞在诱导因子的作用下转化为iPS细胞的过程与植物组织培养中的________过程类似。该过程结束后，细胞的全能性________（填“提高”或“降低”）。
（2）图中灰鼠形成的受精卵，经过一次有丝分裂后可得到双细胞胚。为获得更多的双细胞胚，可对灰鼠注射________激素，使其超数排卵。
（3）囊胚中的内细胞团将来可以发育成胎儿的________。上图中的重构胚通过①________技术进入代孕白鼠子宫内继续发育，X鼠的体色为________。上图中可以是雄鼠的有________（填图中相关鼠的名称）。
（4）为确定克隆鼠的培育是否成功，须对X鼠进行________的相关检测。
6.如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。据图回答问题：
（1）人们通常将动物组织消化后的初次培养称为_____，在图中是_____段（填字母）。
（2）在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基称为_____培养基。通常还需要在培养基中加入适量血清等一些天然成分，血清作为天然培养基的作用是_____。
（3）进行动物细胞培养时，选用液体培养基的pH为_____，若将组织块剪碎，加入胰蛋白酶，可使其分散成许多单个细胞，若改用胃蛋白酶行吗？_____，为什么？_____。
7.科研人员把猪卵母细胞进行人为孤雌激活处理，使其发育成胚胎，将胚胎移植到代孕母猪体内，获得世界上第一批成活的孤雌生殖克隆猪。这种克隆猪不同于核移植获得的克隆猪，现将两种技术进行比较。回答下列问题：
（1）图中过程⑤⑥③④是获得核移植克隆猪的技术流程，那么获得孤雌生殖克隆猪的技术流程是______（填序号）。
（2）进行细胞培养时，培养环境中所需的主要气体包括维持培养液pH的______和细胞代谢所必需的______。保持培养环境处于无菌无毒条件的操作有
（3）卵母细胞能够发育成早期胚胎进而发育成克隆猪，说明卵母细胞具有______。
（4）体细胞核移植技术中也会用到卵母细胞，需要选择处于______期的卵母细胞，去核时用微型吸管吸出______。
（5）③过程进行胚胎移植时，通常选取发育良好且形态正常的______移植到______的同种雌性动物子宫中，这样容易取得成功。
8.猪心移植人体案例成功意味着动物器官拯救人类达到新高度。科学家通过借助CRISPR/Cas9基因编辑工具改变猪的遗传物质，使其心脏和人类的心脏更加接近以避免免疫排斥现象，部分过程如图1所示。请回答下列问题：
（1）新霉素抗性基因插入到α-1，3半乳糖苷转移酶基因中，需要用到__________等工具酶，将打靶载体DNA片段导入野生ES细胞基因组中需用____________________技术。
（2）体外培养ES细胞时，为了防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，需要进行的操作是______________________________。
（3）利用突变ES细胞还可培育出转基因猪。该过程中涉及____________________（答出2种）工程技术。
（4）研究人员担心CRISPR/Cas9基因编辑会发生脱靶效应，设计两组实验，向其中一组野生ES细胞中注入____________________，另一组野生ES细胞不作处理，将两组ES细胞培养形成的早期胚胎移植入母体子宫发育一段时间后取出，分别提取两组胚胎细胞的DNA进行凝胶电泳，结果如图2所示，这说明了CRISPR/Cas9因编辑技术__________。基因编辑的脱靶效应会对被编辑个体带来什么不良影响 ______________________________。
答案以及解析
1.答案：（1）细胞分裂素和生长素；脱分化；纤维素酶和果胶
（2）疣粒野生稻；杂种细胞由于融合，补充了细胞质中失活的酶（生理互补），细胞能正常分裂
（3）均少于两亲本染色体数目之和；来自野生稻的某些基因通过染色体易位整合到栽培稻细胞中
（4）染色体数目和栽培稻相同、且对两个菌株均表现出抗性
（5）优点：可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因
缺点：只能在植物之间进行/变异不定向，需大量筛选
解析：（1）将两种水稻外植体分别接种在含细胞分裂素和生长素等植物激素的MS培养基上，经脱分化过程形成愈伤组织后用纤维素酶和果胶酶处理获得游离的原生质体。
（2）“不对称体细胞杂交”法可以将一个亲本的部分染色体或染色体。上某些片段转移到另一个亲本体细胞内，获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构，使其发生断裂、易位、染色体消除等，细胞不再持续分裂。碘乙酰胺（IOA）使细胞质中某些酶失活，抑制细胞分裂。为了达到转移抗白叶枯病特性的目的，融合前要用X射线照射疣粒野生稻的原生质体，用IOA处理另一亲本的原生质体。经诱导融合后，只有异源融合后的原生质体可持续分裂形成再生细胞团，原因是杂种细胞由于融合，补充了细胞质中失活的酶（生理互补），细胞能正常分裂。
（3）观察再生植株细胞中的染色体，发现数目均少于两亲本染色体数目之和，说明成功获得了不对称杂种。有些杂种植株染色体数目与栽培稻相同，性状明显偏向栽培稻，但也表现出野生稻的一些特性，推测这些杂种植株无多余染色体但具有野生稻特性的原因是来自野生稻的某些基因通过染色体易位整合到栽培稻细胞中。
（4）用致病性强的两种水稻白叶枯病菌株接种，检测72株杂种植株的抗性。结果发现共有40株表现抗性，其中17株对两个菌株都表现抗病性。综合染色体数目及抗性检测，应优先选择染色体数目和栽培稻相同、且对两个菌株均表现出抗性。
（5）与转基因技术相比，在向目标生物转移外源基因方面，不对称体细胞杂交技术的优点：可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因。
缺点：只能在植物之间进行/变异不定向，需大量筛选。
2.答案：（1）纤维素酶、果胶酶
（2）离心、振动、电激；再生出新的细胞壁；脱分化
（3）龙胆紫（或醋酸洋红）；有丝分裂中期
（4）19；染色体变异
（5）克服了远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种
解析：（1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，可采用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，从而得到原生质体。
（2）诱导原生质体融合的方法包括物理方法（离心、振动、电激）和化学方法（聚乙二醇），融合完成的标志是再生出新的细胞壁。将杂种细胞培育成杂种植株还需要采用植物组织培养技术，包括脱分化和再分化两个阶段，其中脱分化过程要避光。
（3）观察“白菜—甘蓝”植株细胞中染色体的数目和形态，需用龙胆紫（或醋酸洋红）溶液进行染色，有丝分裂中期的染色体形态稳定，数目清晰，是观察和计数的最佳时期。
（4）花粉是生殖细胞，经花粉培育的二倍体“白菜—甘蓝”植株，体细胞的染色体数为白菜与甘蓝花粉的染色体数目之和，即10+9=19（条）。这种植株的体细胞中没有同源染色体，会发生联会紊乱，不能形成正常配子，需要用秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍，形成异源四倍体，这种变异属于染色体变异。
（5）与传统杂交技术相比，植物体细胞杂交技术克服了远缘杂交不亲和的障碍，从而培育作物新品种。
3.答案：（1）植物细胞具有全能性；可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；保持优良品种的遗传特性；诱导原生质体融合
（2）（质量分数为10%左右的）次氯酸钠溶液（或0.1%氯化汞）；生长素和细胞分裂素；③
（3）不同意。植物细胞代谢产物含量很低，利用细胞代谢产物的工业化生产黄酮类化合物主要是通过增加细胞数量来增加黄酮类化合物的产量
解析：图中①表示外植体接种，②表示脱分化，③表示再分化，④表示诱导愈伤组织产生突变体，⑤表示去除细胞壁获得原生质体，⑥表示植物细胞培养。
（1）植物组织培养所利用的原理是植物细胞一般具有全能性。植物组织培养技术可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；植物组织培养属于无性生殖，可以保持优良品种的遗传特性。培育形成植株丁的过程中，PEG的作用是诱导原生质体融合。
（2）对外植体消毒用的是体积分数为75%的酒精和质量分数为10%的次氯酸钠溶液或0.1%的氯化汞；生长素和细胞分裂素的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。利用植物组织培养技术培养植株时，脱分化过程（②）一般不需要光照，再分化过程（③）需要光照。
（3）不同意该同学的观点。原因是黄酮类化合物属于植物的细胞代谢产物，含量很低，利用细胞代谢产物的工业化生产黄酮类化合物主要通过增加细胞数量，从而增加黄酮类化合物的产量。
4.答案：（1）脱分化； 不带叶茎段、成熟胚
（2）促进细胞生长，抑制紫杉醇合成； 1.0
（3）提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源
解析：（1）获取的外植体首先要通过脱分化过程培养出愈伤组织；由表中结果可知，不带叶茎段、成熟胚经诱导形成的愈伤组织体积较大，诱导率也相对较高，说明诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是不带叶茎段、成熟胚。
（2）据图分析可知，培养液中2，4-D能促进细胞生长，抑制紫杉醇合成。若培养液中2，4-D浓度为0.5mg·L-1，则细胞生长速率较慢，若培养液中2，4-D浓度为2.0mg·L-1，则单位质量细胞中的紫杉醇含量太低，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的2，4-D浓度应为1.0mg·L-1。
（3）若从天然植株中提取紫杉醇，会破坏红豆杉树木，若用植物组织培养技术，在短时间内就能培育大量的愈伤组织，经过细胞培养，可以获取大量的紫杉醇，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源。
5.答案：（1）脱分化；提高
（2）促性腺
（3）各种组织；胚胎移植；黑色；黑鼠和X鼠
（4）胰岛素抵抗
解析：（1）黑鼠体细胞在诱导因子的作用下转化为iPS细胞的过程与植物组织培养中的脱分化过程类似，是组织细胞恢复分裂分化能力的过程。iPS细胞与小鼠内细胞团一样，具有全能性，该过程结束后，细胞的全能性提高。
（2）超数排卵是指应用外源促性腺激素，诱导卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
（3）囊胚中的内细胞团将来可以发育成胎儿的各种组织。将重构胚移入代孕白鼠子宫内的技术为胚胎移植。克隆属于无性繁殖，iPS细胞来自黑鼠，所以X鼠的体色为黑色。图中提供胚胎的灰鼠和代孕白鼠都是雌鼠，可以是雄鼠的有黑鼠和X鼠。
（4）据图所示，最终得到了X鼠，而实验最终目的为“开发出胰岛素抵抗模型鼠”，故为确定克隆鼠的培育是否成功，须对X鼠进行胰岛素抵抗的相关检测。
6.（1）答案：原代培养；AB
解析：人们通常将动物组织处理后的初次培养称为原代培养，在图中是AB段。
（2）答案：合成；补充合成培养基中缺失的成分
解析：在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基称为合成培养基。通常还需要在培养基中加入适量血清等一些天然成分，血清作为天然培养基的作用是补充合成培养基中缺失的成分。
（3）答案：7.2~7.4；不行；胃蛋白酶发挥作用的pH为1.5~2.2，在pH为7.2~7.4的环境下，酶会变性失活，不能发挥作用
解析：进行动物细胞培养时，选用液体培养基的pH为7.2~7.4，若将组织块剪碎，加入胰蛋白酶，可使其分散成许多单个细胞，若改用胃蛋白酶则不行，因为胃蛋白酶发挥作用的pH为1.5~2.2，在pH为7.2~7.4的环境下，酶会变性失活，不能发挥作用。
7.答案：（1）①②③④
（2）CO2；O2对培养液和所有培养用具进行无菌处理、在培养液中加入一定量的抗生素以及定期更换培养液
（3）全能性
（4）减数第二次分裂中；细胞核和第一极体
（5）桑葚胚或囊胚；生理状态相同
解析：（1）孤雌生殖克隆猪仍然是二倍体生物，但缺失父本基因。由图可知，图中过程①②③④是获得孤雌生殖克隆猪的技术流程，⑤⑥③④是获得核移植克隆猪的技术流程。
（2）无毒无菌的操作环境和培养环境是保证细胞在体外成功培养的首要条件。恒温培养箱中加入的5%的CO2可以维持培养液中的pH，O2是细胞代谢所必需的；对培养液和所有培养用具进行无菌处理、在培养液中加入一定量的抗生素以及定期更换培养液等操作可以保持培养环境处于无菌无毒条件。
（3）卵母细胞能够发育成早期胚胎得到克隆猪，说明卵母细胞具有全能性。
（4）由于卵母细胞的细胞质中含有促进供体核表达全能性的物质，且卵母细胞发育到减数第二次分裂中期才算成熟，因此核移植时，选择处于减数第二次分裂中期的卵母细胞作为受体细胞。一般通过显微操作去除卵母细胞中的细胞核，由于减数第二次分裂中期卵母细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管可一并吸出细胞核和第一极体。
（5）早期胚胎移植时，通常选取发育良好且形态正常的桑葚胚或囊胚进行移植；胚胎移植必须将胚胎移植到同种的、生理状态相同的雌性动物子宫中。
8.答案：（1）限制酶、DNA连接酶；显微注射
（2）定期更换培养液；
（3）动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植
（4）基因编辑工具；没有发生脱靶效应；可能导致非目的基因发生突变
解析：（1）新霉素抗性基因插入到a-1，3半乳糖苷转移酶基因中，需要用到限制性内切核酸酶和DNA连接酶。将目的基因导入动物细胞所用的是显微注射技术。
（2）体外培养动物细胞时，应定期更换培养液，以便清除细胞代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。
（3）转基因动物细胞培养成转基因动物需要使用动物细胞培养、早期胚胎培养及胚胎移植等技术。
（4）研究人员担心CRISPR/Cas9基因编辑会发生脱靶效应而进行对照实验，实验中是否注入基因编辑工具即为自变量。实验组应注入基因编辑工具，对照组不作处理，图2所示结果表明，除目的基因片段发生改变外，其余基因均未发生改变，说明CRISPR/Cas9基因编辑技术没有发生脱靶效应。基因编辑的脱靶效应可能会导致编辑个体的非目的基因发生突变。