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第3章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
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植物细胞工程
基础巩固
1植物组织培养的理论依据是( )
A.培养基中营养物质全面
B.细胞的全能性
C.细胞的分裂
D.细胞的分化
解析:植物组织培养的原理是细胞的全能性。
答案:B
2某同学在进行植物组织培养过程中,发现只分裂而不分化出芽和根,最可能的原因是( )
A.未见阳光
B.培养时间不够
C.培养基营养物质过多
D.细胞分裂素和生长素配比不对
解析:愈伤组织产生根或芽,取决于生长素和细胞分裂素用量的比例,当生长素/细胞分裂素的比值高时,有利于根的分化,抑制芽的形成;比例适中时,愈伤组织只生长不分化;比值低时,有利于芽的分化,抑制根的形成。
答案:D
3下列关于植物组织培养的叙述,错误的是( )
A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同
解析:培养基中加入蔗糖的目的一方面可以提供营养,另一方面可以调节渗透压;在整个组织培养过程中影响再分化的关键是生长素和细胞分裂素的使用比例和使用顺序;组织培养过程中的第一个关键环节是脱分化,从而形成愈伤组织;组织培养的对象既可以是体细胞也可以是生殖细胞,因此获得的愈伤组织的基因组成不一定相同。
答案:D
4下列有关小麦种胚的组织培养的实验叙述,错误的是( )
A.利用了细胞全能性的原理
B.在特定的营养和激素条件下,小麦的种胚脱分化形成愈伤组织,继续培养就会经再分化生成幼苗,进而发育成完整的小麦植株
C.在实验过程中对培养基、所用器皿进行严格灭菌,对实验材料进行消毒处理
D.培养成幼苗后,就进行炼苗处理,在炼苗过程中在培养瓶中加入少量的水防止生霉
解析:在特定的营养和激素条件下,小麦的种胚可能脱分化形成愈伤组织,把愈伤组织转移到再分化培养基上可以再分化生成幼苗。
答案:B
5下面关于植物细胞工程的叙述,正确的是( )
①不同种植物叶肉细胞融合时,应先去掉细胞膜 ②叶肉细胞脱分化后,可形成无定形状态的薄壁细胞 ③叶肉细胞经过再分化过程,可形成愈伤组织 ④叶肉细胞离体培养时,可以表现出细胞全能性
A.①③ B.②④
C.①②④ D.①②③④
解析:①应先去掉细胞壁;③脱分化形成愈伤组织,故①③错。
答案:B
6用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草,使有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中,达到驱蚊的效果。下面有关培育过程的叙述,不正确的是( )
A.原生质体的融合常用PEG作为诱导剂
B.形成的愈伤组织其代谢类型是自养需氧型
C.由杂种细胞→杂种植株,要通过有丝分裂和细胞的分化
D.该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍
解析:植物体细胞杂交过程中,诱导原生质体融合常用的诱导剂是PEG;由杂种细胞→杂种植株,要通过有丝分裂、脱分化和再分化才能形成;植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。杂种细胞经组织培养形成的愈伤组织,自身不含叶绿素无法进行光合作用,其营养物质来自培养基,代谢类型是异养需氧型。
答案:B
7将一粒花粉粒培养成幼苗,将其茎尖用秋水仙素处理,长大后该植株正常开花结果,该植株的下列细胞与其他细胞染色体数目不相同的是( )
A.根细胞 B.叶细胞
C.茎细胞 D.子房壁细胞
解析:茎尖用秋水仙素处理后染色体数目加倍,由茎尖发育的细胞(叶、茎、子房壁细胞)染色体数目都加倍,而根染色体数目和原来相同。
答案:A
8植物体细胞杂交技术的目的中错误的是( )
A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上
B.获得杂种植株
C.克服远缘杂交不亲和的障碍
D.实现原生质体的融合
解析:植物体细胞杂交技术的目的是克服远缘杂交不亲和的障碍,获得具有两个植物体的优良性状的杂种植株。
答案:D
能力提升
9用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素,下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。下列说法错误的是( )
A.在生产前,需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”,这些“种子”是紫草叶肉细胞经过脱分化和再分化而获得的
B.从图中可以看出反应器中紫草细胞的生长呈现“S”型增长规律
C.从图中可以看出反应器中影响紫草素产量的因素是细胞数量和细胞所处的生长期
D.在培养过程中,要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是保证氧气供应充足,并使细胞与培养液充分接触
解析:在生产紫草素前,需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”,这些“种子”是紫草叶肉细胞经过脱分化形成愈伤组织,用愈伤组织进行生产。
答案:A
10要想通过体细胞杂交技术获得杂种植物,下列各套步骤中正确的是( )
A.分离原生质体→诱导原生质体融合→再生细胞壁→组织培养→杂种植株
B.分离原生质体→原生质体自然融合→再生细胞壁→组织培养→杂种植株
C.病毒诱导原生质体融合→组织培养→杂种植株
D.分离原生质体→脱分化→再分化→杂种植株
解析:体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体细胞,用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁得到原生质体,再通过物理或化学方法诱导原生质体融合,再生细胞壁成为杂种细胞,再经组织培养形成杂种植株。
答案:A
11下列应用不涉及植物组织培养技术的是( )
A.花药离体培养得到单倍体植株
B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株
C.人工种子培育
D.“番茄—马铃薯”杂种植株培育
解析:花药离体培养、人工种子培育和体细胞杂种植株的培育均需要植物组织培养作为技术手段。而秋水仙素诱导多倍体的形成与植物组织培养没有关系。
答案:B
12叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可以用下面的图解简单表示,根据图解完成下列问题。
(1)图解中“酶解”所用的酶应该包括 和 。?
(2)原生质体的结构由 、 、 三部分组成。?
(3)在培养基的成分中,除了各种营养成分外,还必须含有 、 才能诱导获得愈伤组织。?
(4)获得原生质体后,需要对其活力进行检查,下列最适合的实验是 。?
A.观察原生质体的结构是否完整
B.观察细胞质流动
C.观察细胞的有丝分裂
D.观察叶绿体数目的多少
(5)一般在培养基上培养24~48 h后,大部分原生质体已再生出细胞壁。可以通过取样,利用25%蔗糖溶液以及其他用具,通过 实验来鉴别细胞壁是否已经再生。?
解析:对植物细胞酶解的目的是除去细胞壁,植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此酶解所需的酶是纤维素酶和果胶酶。原生质体包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分。在植物组织培养的培养基中必须含有合适比例的生长素和细胞分裂素才能促使原生质体形成愈伤组织。活细胞的细胞质具有流动性,因此要对原生质体的活力进行检查,检查细胞质流动最适合。植物细胞有无细胞壁再生,可以通过质壁分离和复原的实验来验证。
答案:(1)纤维素酶 果胶酶 (2)细胞膜 细胞质 细胞核 (3)生长素 细胞分裂素 (4)B (5)植物细胞的质壁分离和复原
综合应用
13野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力,但块茎不能食用。俄罗斯、德国、芬兰专家共同做实验研究,用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交,培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答下列问题。
(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解,其中“酶解”所用的酶应该包括?
。?
(2)②过程需要用聚乙二醇(PEG),其目的是?
。?
(3)请用文字和箭头表示出④⑤技术过程的实验流程:
。?
由此过程可以看出分化的植物细胞能形成完整的植株,这是 的表现。?
(4)请说明运用植物体细胞杂交技术的意义是
。?
解析:去除细胞壁应用纤维素酶和果胶酶,诱导融合可用聚乙二醇。④~⑤表示植物组织培养。分化的植物细胞能形成完整植株,是植物细胞全能性的表现,植物体细胞杂交技术的意义是克服了远缘杂交不亲和的障碍。
答案:(1)纤维素酶和果胶酶
(2)诱导原生质体融合
(3)杂交细胞愈伤组织胚状体→幼苗 植物细胞全能性
(4)克服了远缘杂交不亲和的障碍
14人参是一种名贵中药材,其有效成分主要是人参皂甙。利用细胞培养技术生产人参皂甙的大致流程如下:
请回答下列问题。
(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基,分装后要进行 。接种前,要对人参根进行 。?
(2)用于离体培养的根切块,叫做 。?
(3)用少量 酶处理愈伤组织,获取单细胞或小细胞团,在液体培养基中进行悬浮培养,可有效提高人参皂甙合成量。?
(4)影响植物组织培养的因素包括下列中的 。?
①培养基配制;②外植体选取;③激素的运用;④灭菌和消毒;⑤温度、pH和光照。
解析:为防止杂菌污染,实验中必须对植物细胞培养基、生物材料进行灭菌或消毒。植物组织培养中离体的植物组织块称为外植体。实验室可以利用果胶酶专一地催化植物细胞壁的水解,获取单个植物细胞或小细胞团。题干中列出的各项都会对植物组织培养产生影响。
答案:(1)灭菌 消毒 (2)外植体 (3)果胶 (4)①②③④⑤
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第2节 动物细胞工程
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动物细胞工程
基础巩固
1进行动物细胞培养时,最好选用的培养材料是( )
A.衰老退化的动物组织细胞
B.成熟动物个体的体细胞
C.动物的受精卵细胞
D.健康动物的胚胎或幼龄动物个体的体细胞
解析:细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系,细胞的增殖能力与供体的年龄有关。幼龄动物细胞增殖能力强,有丝分裂旺盛,老龄动物则相反。所以,一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样,组织细胞的分化程度越低,则增殖能力越强,所以更容易培养。
答案:D
2为了使用于培养的动物组织细胞分散开以便配制成一定浓度的细胞悬浮液,对选取的动物组织进行处理,应该选用下列的( )
A.胃蛋白酶 B.胰蛋白酶
C.盐酸 D.胰脂肪酶
解析:在动物组织细胞的间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质,它们将细胞网络起来形成具有一定的弹性和韧性的组织和器官,而弹性纤维易被胰蛋白酶在弱碱性环境下催化分解,而胃蛋白酶在pH为1.8左右催化效率最高,此环境下动物细胞被破坏。
答案:B
3关于使用动、植物成体的体细胞进行离体培养,下列叙述正确的是( )
A.都需要用CO2培养箱
B.都需要用液体培养基
C.都要在无菌条件下进行
D.都可体现细胞的全能性
解析:不管是动物细胞培养还是植物组织培养,最基本的一个外界条件就是都要在无菌环境条件下进行。此外,动物细胞培养的培养基是液体培养基,其中的碳源是葡萄糖,培养液中还需要加入一定的动物血清,其气体环境是空气加一定浓度的二氧化碳,以维持培养液的pH。而植物组织培养的培养基为固体培养基,其碳源为蔗糖,在组织培养的脱分化阶段必须在黑暗条件下进行,再分化过程则需要一定的光照条件;动物细胞培养就是细胞的增殖,不能体现细胞的全能性,而植物组织培养体现了植物细胞的全能性。
答案:C
4下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是( )
A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B.克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D.恶性细胞系的细胞可进行传代培养
解析:保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞;克隆培养法在培养细胞时由于所有子代细胞来自于一个亲代细胞,所以基因型一般都相同;二倍体细胞的传代培养在培养10代左右多数会死亡,少数生存下来的细胞在50代左右会大量死亡,只有少数遗传物质改变成为癌细胞,可无限增殖进行传代培养。
答案:D
5下列与动物细胞培养有关的表述,不正确的是( )
A.培养液通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清
B.原代培养的细胞一般传至10代左右便会出现生长停止
C.动物细胞培养一般能够传到40~50代,但其遗传物质发生了改变
D.动物细胞培养可用于检测有毒物质和获得大量自身的健康细胞
解析:动物细胞培养到40~50代时的细胞叫做细胞株,其遗传物质没有发生改变。在之后的培养中,有部分细胞的遗传物质发生了改变,并带有癌变性质,有可能在培养条件下无限制地传代下去,这种传代细胞称为细胞系。
答案:C
6离体的植物组织或细胞在适当培养条件下发育成完整的植株,离体动物体细胞却没有发育成动物的成熟个体,原因是( )
A.动物细胞内没有成套的遗传物质
B.动物细胞的全能性随分化程度提高而受到限制,分化潜能变弱
C.动物细胞的细胞核太小
D.动物细胞不具备全能性
解析:动物细胞的全能性随分化而受限变弱,只能通过核移植实现克隆动物的目的。
答案:B
7某实验室做了下图所示的实验研究,下列相关叙述,正确的是( )
A.与纤维母细胞相比,过程①形成的诱导干细胞的全能性较低
B.过程②是诱导干细胞的结构和遗传物质发生稳定性差异的过程
C.每个Y细胞只产生一种抗体,故过程③不需用选择性培养基进行筛选
D.过程④产生的单抗,不需细胞膜上载体蛋白的协助就能释放到细胞外
解析:诱导干细胞全能性比纤维母细胞高,诱导分化过程中遗传物质未发生改变,只是基因的选择性表达;Y细胞有很多种,故需用选择培养基进行筛选。单抗的分泌应通过胞吐方式,不需载体协助但消耗能量。
答案:D
8科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合,得到杂交瘤细胞,经培养可产生大量的单克隆抗体,与骨髓瘤细胞融合的是( )
A.经过免疫的B淋巴细胞
B.不经过免疫的T淋巴细胞
C.经过免疫的T淋巴细胞
D.不经过免疫的B淋巴细胞
解析:单克隆抗体的产生是利用了细胞工程中的细胞融合技术。小鼠的骨髓瘤细胞与经过免疫的B淋巴细胞融合成杂交瘤细胞,在体外培养的条件下无限繁殖,产生特异性的单一抗体。
答案:A
9下列动物细胞工程技术利用了细胞膜流动性原理的是( )
①动物细胞培养 ②动物细胞融合 ③核移植
④胚胎移植
A.①④ B.②③ C.①② D.③④
解析:用灭活病毒使两个不同动物细胞的细胞膜融合,然后细胞核融合,利用细胞膜的流动性原理。将供体细胞注入去核卵细胞中,利用细胞膜的流动性原理,通过电刺激使两细胞融合。动物细胞培养利用的是细胞的增殖原理。
答案:B
能力提升
10下列关于体细胞克隆的叙述,错误的是( )
A.供体提供体细胞的细胞核
B.受体提供去核卵细胞的细胞质
C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型完全一致
解析:动物体细胞克隆是核移植技术的产物,克隆出的后代绝大部分DNA来自供体细胞核,少数DNA来自受体的线粒体,克隆后代的表现型还要受环境的影响,因此克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型并不完全相同。
答案:D
11下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是( )
A.培养中的人效应T细胞能产生单克隆抗体
B.培养中的人B细胞能够无限增殖
C.人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株
D.用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个细胞
解析:人效应T细胞不能产生抗体,B细胞能产生抗体但不能够无限增殖。人的成熟红细胞无细胞核,失去分裂能力。肝组织细胞间由一些蛋白质连着,用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个细胞。
答案:D
12回答下列有关动物细胞培养的问题。
(1)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面 时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的 。此时,瓶壁上形成的细胞层数是 。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理,可用的酶是 。?
(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现 的现象;但极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成 细胞,该种细胞的黏着性 ,细胞膜表面糖蛋白的量 。?
(3)现用某种大分子染料,对细胞进行染色时,观察到死细胞被染色,而活细胞不染色,原因是 。?
(4)检查某种毒素是否能改变细胞染色体的数目,最好选用细胞分裂到 期的细胞用显微镜进行观察。?
(5)在细胞培养过程中,通常在 条件下保存细胞。?
解析:(1)在动物细胞培养过程中,细胞会表现出接触抑制现象,此时是单层细胞。用胰蛋白酶可以使贴壁细胞从瓶壁上分离开来。(2)随着细胞传代培养代数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现衰老甚至死亡的现象,但极少数细胞可以连续增殖,有些细胞会因遗传物质改变而变成不死性细胞。(3)由于活细胞的膜具选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内,而死细胞的细胞膜丧失选择透过性,大分子染料能够进入死细胞内而着色。(4)由于细胞分裂中期染色体形态固定、数目清晰,因此最好选用细胞分裂到中期的细胞用显微镜观察染色体数目。(5)在冷冻或超低温、液氮下,细胞中酶的活性降低,细胞新陈代谢的速率降低,所以通常在此条件下保存细胞。
答案:(1)相互接触 接触抑制 单层(或一层) 胰蛋白酶 (2)衰老甚至死亡 不死性 降低 减少 (3)由于活细胞的膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内,故活细胞不能着色 (或由于死细胞的膜丧失了选择透过性,大分子染料能够进入死细胞内而着色) (4)中
(5)冷冻(或超低温、液氮)
综合应用
13
右图是细胞融合技术的一些过程,据图完成下列问题。
(1)从A和B细胞到C细胞的过程中,必须用 处理。?
(2)若A、B细胞为植物细胞,那么这样的细胞已经用酶降解脱掉了细胞壁,这种酶可能是 ,由此生成的A和B细胞称为 。由A、B到C的过程中,常用的物理方法有 。融合完成的标志是 ,形成D细胞需要应用 技术,把其培养成植株。?
(3)若A细胞为骨髓瘤细胞,B为淋巴细胞,那么D细胞称为 ,由D细胞连续分裂产生大量细胞的过程,称为 ,这种细胞既能无限繁殖,又能产生 。?
(4)若A为人细胞,B为鼠细胞,并分别用红、绿荧光染料标记细胞膜上的蛋白质,在C细胞时,细胞一半发红色荧光,一半发绿色荧光,到D细胞阶段,两种颜色的荧光均匀分布,原因是?
。?
(5)若A、B细胞为动物细胞,一般取自 ,然后用 将其分散开。由A、B到C的过程中,采用的不同于植物细胞融合的手段是 。?
解析:植物体细胞杂交前需先去掉细胞壁,细胞壁由纤维素和果胶组成,应用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。第二步就是让不同的原生质体融合,融合必须采用一定的技术手段,进行人工诱导。在完成细胞融合后,还要将杂种细胞培育成植株。动物在免疫反应的过程中,每一种B淋巴细胞能分泌一种特异性抗体,要想获得大量的特异性抗体,必须使能分泌该单一抗体的B淋巴细胞大量增殖。B淋巴细胞具有产生单一抗体的能力,但不能在体外增殖;骨髓瘤细胞是一种癌细胞,它能在体外培养条件下无限增殖,但不能产生抗体。然后将B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞同时培养,在灭活的病毒(或聚乙二醇)的诱导下,促使B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,得到杂交瘤细胞。它兼有两个亲本细胞的特性——既能大量增殖,又能产生出某种特异性的抗体。细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以运动的,即具有一定的流动性。
答案:(1)诱导剂 (2)纤维素酶和果胶酶 原生质体 离心、电刺激、振动 产生细胞壁 植物组织培养 (3)杂交瘤细胞 细胞培养 单一抗体 (4)构成细胞膜的蛋白质和磷脂分子具有一定的流动性 (5)动物胚胎或出生不久的幼龄动物的组织或器官 胰蛋白酶 用灭活的病毒诱导细胞融合
14科学家通过对鼠和人控制抗体产生的基因进行拼接,实现了对鼠源杂交瘤抗体的改造,生产出对人体的不良反应减少、效果更好的鼠—人嵌合抗体,用于癌症治疗。下图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程。请据图回答下列问题。
(1)鼠源杂交瘤抗体就是从免疫小鼠的脾脏细胞中获取B淋巴细胞,在诱导剂的作用下与 融合,形成 细胞,并通过体内培养或体外培养生产单克隆抗体。这种抗体与普通血清抗体相比较,最主要的优点在于 ,可大量制备。?
(2)与植物原生质体的融合相比,动物细胞融合在诱导融合方法方面的主要区别是还常用 诱导融合。?
(3)生产单克隆抗体一般不直接培养浆细胞,主要原因是 。?
解析:(1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,形成杂交瘤细胞,培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体,单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高。
(2)动物细胞融合可用灭活的病毒诱导。
(3)生产单克隆抗体一般不直接培养浆细胞,浆细胞是高度分化的细胞,不能无限增殖。
答案:(1)骨髓瘤细胞 杂交瘤 特异性强、灵敏度高
(2)灭活的病毒
(3)浆细胞不能无限增殖
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