1、现代生物科技专题中的技术流程归纳与试题分析（2）后期整理：王子宇在本刊 2010 年第 1-2 期合刊中，我们对基因工程、蛋白质工程以及胚胎工程中的技术流程作了归纳，并择相关试题作了分析。本文继续就细胞工程进行相关的总结与分析。全国统一考试大纲对细胞工程（克隆技术）的内容要求包括：（1）植物组织培养；（2）动物细胞的培养与体细胞克隆；（3）细胞融合与单克隆抗体。四、细胞工程1、植物的组织培养植物体的体细胞与生殖细胞都具有全能性的特点，利用这个特点将植物体的某一组织培养成植物体的技术就叫植物组织培养。植物组织培养操作流程图例 1紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养
2、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。（1）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”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过 而获得的。这项技术的理论基础是 。（2）从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈现规律；影响紫草素产量的因素是 和 。（3）在培养过程中，要不断通入空气（无菌）并进行搅拌的目的是和 。分析：本题的背景是植物细胞的应用之一，通过组织培养技术获得紫草细胞的代谢产物紫草素。由于此应用的目标指向代谢产物，不需要得到植物体，因此利用了植物细胞培养的技术，即通过液体培养基，像微生物发
3、酵那样大量而连续培养植物细胞，从而获得大量的细胞代谢产物。在生产前，首先要培养与筛选产生紫草素产量高的紫草细胞，这可以通过利用紫草叶肉细胞脱分化而获得。在一定的容器内，细胞的生长呈现一定的规律，从图中可以看出，细胞呈 S 型增长。紫草素是由细胞产生的，因此细胞的数量直接影响紫草素的产量；从图中还可以看出，紫草素的产量并不与细胞数量的变化完全同步，由此可推测与细胞所处的生长时期相关。细胞代谢过程中需要充足的氧气，通入无菌空气的目的就是保证细胞代谢对氧气的所需；而搅拌一方面可以增加溶氧，另一方面也使得细胞能与培养液充分接触，从而促进代谢，产生更多的细胞代谢产物。答案：（1）脱分化（或脱分化形成愈伤
4、组织） 细胞的全能性 （2）S 型增长；细胞数量 细胞所处的生长期 （3）保证氧气供应充足 使细胞与培养液充分接触2动物细胞培养与体细胞克隆（1）动物细胞培养。动物细胞培养是利用动物的相关组织，将它分解成单个细胞，然后在特定培养基中培养，让这些细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养操作流程图例 2：苏丹红是一种人工色素（工业染料），它在人体内代谢生成相应的胺类。科研人员以小鼠为实验材料，用“动物细胞培养技术”对苏丹红毒性进行了检测。（1）该方法检测有毒物质毒性的指标是 。（2）请完善检测苏丹红毒性的实验。主要实验步骤：第一步，取大小相同的六只培养瓶依次编号为 l6，分别加入等量相同的培养液和小鼠细
5、胞；第二步： ；第三步： 。结果如下表：你所能得出的结论：。分析：动物细胞培养的应用之一是检测有毒物化学物质。如何检测呢？本题给出的实验结果表显示了本实验的自变量是不同浓度的苏丹红溶液，共分成了 6 组，其中第 1 组中没有苏丹红，因此是空白对照，其余各组分别添加不同浓度苏丹红溶液，进行相互对照。从自变量控制方法可以看出，本实验不仅要说明苏丹红是否有毒性，而且要说明不同浓度与毒性强弱的关系。实验结果表还显示了本实验的因变量变异细胞的比例。如何检测变异细胞呢？本题没有明确，但无论是观察染色体变异还是细胞形态结构的改变，都是必须借助显微镜的，因此观察前首先必须制作细胞临时装片。实验的结论是依据实验
6、的目的，通过分析实验的结果得出的，本题的实验结果显示，在低浓度的苏丹红溶液没有出现变异的细胞，随着苏丹红溶液浓度的增大，变异细胞所占的比例也随之增大。根据这个结果，不难得出实验的结论，但必须注意的是结论必须落点于实验的目的，也就是苏丹红的毒性。答案：（1）变异细胞占全部培养细胞的比例 （2）向 1 号瓶中加入适量的水，向 26 号瓶中加入等量不同浓度的苏丹红添加剂；培养一段时间后，取样制成临时装片，观察记录变异细胞的数目。（3）低浓度的苏丹红毒性很小，随浓度增加毒性逐渐增强。（2）体细胞克隆。动物体细胞克隆是将供体体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工组合，借助于卵细胞的发育能力，经过
7、培养发育成胚胎进而形成个体的技术。动物体细胞克隆的操作流程图例 3：英国纽卡斯尔大学约翰伯恩教授领导的研究小组 2008 年 4 月 1 日宣布，他们已从人的皮肤细胞中提取出细胞核，然后将其植入几乎被完全剔除了遗传信息的牛卵细胞中，从而培育出人兽混合胚胎(如图所示)。该胚胎发育到第三天时已含有 32 个细胞，研究人员希望它能继续生长到六天，再从胚胎中取出干细胞供医学研究使用。(1)有人担心此项研究会培育出“牛头人身”式的怪物，而生物学家认为不可能，支持生物学家的理由是 。(2)混合胚胎的基因组成有 99以上都是人类的，只有不到 l是牛的，这l的牛基因位于 。(3)通过对母牛注射 激素，可获得更
8、多的牛卵母细胞。哺乳动物的胚胎干细胞简称 Es 或 EK 细胞，是由 分离出来的一类细胞。早期胚胎的培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及 等物质。(4)如果想同时得到多头基因型相同的“重组动物”，可通过 技术得以实现。 但应选择发育到桑椹胚或囊胚时期的早期胚胎进行操作，在对囊胚期胚胎进行分割时，要注意将 分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。解析：本题以人兽混合胚胎培育为背景，结合了体细胞克隆、胚胎移植、胚胎分割移植等生物技术。将人的体细胞与牛的去核卵细胞融合，形成的重组细胞中的核遗传物质均是人的，细胞质来自于牛的卵细胞。细胞
9、中的基因绝大多数位于细胞核中，细胞质中仅有来自线粒体的少量细胞质基因（根据题中信息细胞质基因只占不到1%），因此从理论讲，即使人兽混合胚胎有可能发育成为个体，也不可能是“牛头人身”的怪物。本题中的第（3）（4）小题是关于胚胎工程的内容，这里不再作具体的分析。答案：(l)重组细胞的遗传物质主要来自人的细胞核 (2)卵细胞细胞质中的线粒体 (3)促性腺 囊胚内细胞团细胞或原始性腺 血清 (4)胚胎分割移植 内细胞团均等3、细胞融合与单抗两个或多个动物细胞融合成为一个细胞的过程叫做细胞融合。动物细胞融合最重要的用途是制备单抗，此外也是研究遗传信息转移、染色体上基因定位等有效途径。动物融合与制备单抗的
10、操作流程图例 3：英国纽卡斯尔大学约翰伯恩教授领导的研究小组 2008 年 4 月 1 日宣布，他们已从人的皮肤细胞中提取出细胞核，然后将其植入几乎被完全剔除了遗传信息的牛卵细胞中，从而培育出人兽混合胚胎(如图所示)。该胚胎发育到第三天时已含有 32 个细胞，研究人员希望它能继续生长到六天，再从胚胎中取出干细胞供医学研究使用。(1)有人担心此项研究会培育出“牛头人身”式的怪物，而生物学家认为不可能，支持生物学家的理由是 。(2)混合胚胎的基因组成有 99以上都是人类的，只有不到 l是牛的，这l的牛基因位于 。(3)通过对母牛注射 激素，可获得更多的牛卵母细胞。哺乳动物的胚胎干细胞简称 Es 或
11、 EK 细胞，是由 分离出来的一类细胞。早期胚胎的培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及 等物质。(4)如果想同时得到多头基因型相同的“重组动物”，可通过 技术得以实现。 但应选择发育到桑椹胚或囊胚时期的早期胚胎进行操作，在对囊胚期胚胎进行分割时，要注意将 分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。解析：本题以人兽混合胚胎培育为背景，结合了体细胞克隆、胚胎移植、胚胎分割移植等生物技术。将人的体细胞与牛的去核卵细胞融合，形成的重组细胞中的核遗传物质均是人的，细胞质来自于牛的卵细胞。细胞中的基因绝大多数位于细胞核中，细胞质中仅有来自线粒
12、体的少量细胞质基因（根据题中信息细胞质基因只占不到1%），因此从理论讲，即使人兽混合胚胎有可能发育成为个体，也不可能是“牛头人身”的怪物。本题中的第（3）（4）小题是关于胚胎工程的内容，这里不再作具体的分析。答案：(l)重组细胞的遗传物质主要来自人的细胞核 (2)卵细胞细胞质中的线粒体 (3)促性腺 囊胚内细胞团细胞或原始性腺 血清 (4)胚胎分割移植 内细胞团均等3、细胞融合与单抗两个或多个动物细胞融合成为一个细胞的过程叫做细胞融合。动物细胞融合最重要的用途是制备单抗，此外也是研究遗传信息转移、染色体上基因定位等有效途径。例 4：运用动物体细胞杂交技术可实现基因定位。研究发现：用人的细胞与小
13、鼠体细胞进行杂交得到的杂种细胞含有双方的染色体。杂种细胞在持续分裂过程中仅保留鼠的染色体而人类染色体则逐渐丢失，只剩一条或几条。右图是人的缺乏 HGPRT 酶突变细胞株（ HGPRT - ）和小鼠的缺乏 TK 酶细胞株（ TK 一 ）融合后并在 HAT 培养液中培养的过程，结果表明最终人的染色体在融合细胞中仅存有 3 号染色体或 17 号染色体或两者都有。已知只有同时具有 HGPRT 酶和 TK 酶的融合细胞才可在 HAT 培养液中长期存活与繁殖。( l ）体细胞杂交克服了 ，过程 常用的生物方法是( 2 ）过程 中，为了防止细菌的污染，所用培养液应该添加一定量的 ，此外还要定期用 处理细胞，
14、使贴壁生长的细胞脱落形成细胞悬液。( 3 ）从培养过程看， HAT 培养液不仅能提供养料，还起 作用。( 4 ）从图示结果看，可以确定人的 基因位于 号染色体；该方法可以对鼠基因定位吗？ 。分析：这是利用动物细胞融合进行染色体上基因定位的应用实例。题中，选择融合的人与鼠的细胞，分别是人的缺乏 HGPRT 酶突变细胞株（ HGPRT -）和小鼠的缺乏 TK 酶细胞株（ TK 一 ）。由于融合后的细胞，鼠的染色体全部保留了下来，因此融合细胞不会缺少 HGPRT 酶，是否缺乏 TK 酶，取决于人的决定 TK 酶基因的染色体是否在融合后会缺失。由于能够在 HTA 培养液中长期存在与繁殖的必须是同时含有
15、 HGPRT 酶和 TK 酶的，如果融合细胞没有保留人细胞中决定 TK 酶基因的染色体，融合细胞将无法存在与繁殖；如果融合细胞获得了人细胞中决定 TK 酶基因的染色体，则可以在培养液中存活。从题中图示信息可知，融合细胞必须含有人细胞中的 17 号染色体，这说明了人的 17 号染色体上含有 TK 酶的决定基因。在这一实验过程中，HAT 培养液不仅提供了融合细胞生存的条件，也起到了从混合细胞中筛选出同时含有 HGPRT 酶和 TK 酶的融合细胞的作用。答案：( l ）远缘杂交不亲和（或生殖隔离） 用灭活的（仙台动物） 病毒诱导融合 ( 2 ）抗生素 胰蛋白酶 ( 3 ）选择（筛选） ( 4 ) TK 酶 17 不能
