- 细胞工程
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2006年年初，美国33名诺贝尔奖获得者联名上书国会，要求政府支持对胚胎干细胞的研究．胚胎干细胞是从哺乳动物或人的早期胚胎中分离出来的一类细胞，具有发育的全能性，它可进一步分化发育成各种组织干细胞，进而分化成各种不同的组织细胞．因此在临床上具有极大的应用价值．下图示干细胞的培养过程：
请分析回答：
（1）图中哪一阶段的细胞是胚胎干细胞？______．胚胎干细胞在形态和功能上有什么特征？______．
（2）胚胎干细胞具有发育全能性的原因是什么？______．
（3）自然条件下，造血干细胞不能分化出皮肤、神经等其他组织细胞的原因是：______．
（4）由于胚胎干细胞具有巨大的临床应用前景，一些国家已开始或准备放宽对胚胎干细胞研究的限制，随着人胚胎干细胞研究的不断深入以及逐渐被社会所认可，人胚胎干细胞以及“治疗性克隆”的研究必将获得稳步发展．
①人类“治疗性克隆”属于生物工程的______技术；
②科学家为何要将患者的体细胞核植入去核的卵细胞中进行培养？______．
③若将上述技术用于克隆人，则需要进行______的过程，目前世界上绝大多数国家反对进行克隆人，我国政府的态度是______．
正确答案
解析
解：（1）由于胚胎干细胞来源于早期胚胎或原始性腺，因此图中④⑤阶段的细胞是胚胎干细胞，该细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上具有发育的全能性，是具有自我更新和分化潜能的细胞．
（2）胚胎干细胞中含有全部的遗传信息，能够全部有序表达，因此该细胞具有发育全能性．
（3）由于造血干细胞初步分化，基因的选择性表达，因此自然条件下，造血干细胞不能分化出皮肤、神经等其他组织细胞．
（4）①人类“治疗性克隆”属于生物工程的细胞工程技术；
②由于卵细胞的细胞质可以为其提供表达全能性的环境，而体细胞的细胞质的全能性受到限制，因此科学家将患者的体细胞核植入去核的卵细胞中进行培养．
③若将上述技术用于克隆人，则需要进行胚胎移植的过程，目前世界上绝大多数国家反对进行克隆人，我国政府的态度是禁止生殖性克隆，不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验，但不反对治疗性克隆．
故答案为：
（1）④⑤在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上具有发育的全能性，是具有自我更新和分化潜能的细胞
（2）细胞中含有全部的遗传信息，能够全部有序表达．
（3）细胞初步分化，基因的选择性表达
（4）①细胞工程
②卵细胞的细胞质可以为其提供表达全能性的环境．
③胚胎移植 禁止生殖性克隆，不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验，但不反对治疗性克隆
下列关于干细胞的叙述中，正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、胚胎干细胞在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显，A错误；
B、干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果，B正确；
C、异体造血干细胞移植成功后，患者的血型可能会改变，C错误；
D、肝脏干细胞分化形成肝脏细胞的过程并没有体现细胞的全能性，D错误．
故选：B．
下列对胚胎工程中的干细胞的相关叙述，错误的是（ ）
正确答案
解析
解：AC、胚胎干细胞来源于早期胚胎或原始性腺，AC正确；
BD、胚胎干细胞具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞，如在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，B错误，D正确．
故选：B．
如图1是“万能细胞”的诞生过程，图中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干细胞中能高度表达并决定其“全能性”的四个基因，将改造后的“万能细胞”植入小鼠身体上，植入的细胞长成了“肿瘤”，“肿瘤”中出现了神经、骨骼、肌肉等多种类型的细胞．请据图回答下列问题：
（1）胚胎干细胞又称ES细胞，是从______中分离出来的一类细胞，如果胚胎发育到了囊胚期，这时的______细胞就是ES细胞．另外，还可取自胎儿的______．
（2）胚胎干细胞在功能上具有发育的______．
（3）图中逆转录病毒的作用是______，过程③利用了逆转录病毒的______特性．
（4）“万能细胞”经体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，这样培育的特殊细胞或器官移回病人体内与异体器官移植相比，最大的优点是______．
（5）请说出一种胚胎干细胞的应用：______．
（6）如图2为矿区废弃地生态工程建设，由于水分状况很差，特别是土壤极其贫瘠，导致植被难以恢复，因此应首先通过机械方法______；然后在此基础上植树种草，进一步建立畜牧养殖业．
（7）该生态工程所遵循的主要原理是______．
正确答案
解析
解：（1）胚胎干细胞又称ES细胞，是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，如囊胚期的内细胞团细胞．另外，还可取自胎儿的组织细胞．
（2）胚胎干细胞体积较小，细胞核大，核仁明显，在功能上具有发育的全能性．
（3）图中逆转录病毒的作用是作为（基因工程的）载体，过程③是将目的基因导入受体细胞，该过程利用逆转录病毒的感染（宿主细胞）的特性．
（4）“万能细胞”经体外诱导分化培育的特殊细胞或器官移回病人体内，属于自体移植，这与异体器官移植相比，最大的优点是不会产生免疫排斥反应．
（5）胚胎干细胞用于研究细胞分化和细胞凋亡的机理或用于器官移植．
（6）如图2为矿区废弃地生态工程建设，由于水分状况很差，特别是土壤极其贫瘠，导致植被难以恢复，因此应首先通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后在此基础上植树种草，进一步建立畜牧养殖业．
（7）该生态工程建设时，要考虑生物适应性问题即协调与平衡原理，还要考虑生态效益与经济效益等相结合，即整体性原理．
故答案为：
（1）早期胚胎（或原始性腺） 内细胞团 组织细胞
（2）全能性
（3）作为基因工程的载体 感染（宿主细胞）
（4）不会产生免疫排斥反应
（5）用于研究细胞分化和细胞凋亡的机理（或）用于器官移植
（6）平整压实土地，人工制造表土
（7）整体性原理、协调与平衡原理
科学家将人体皮肤细胞成功改造成“iPS”细胞，此细胞可以和人胚胎干细胞相媲美．“iPS”细胞最终能被培育成人体的多种组织或器官．这说明“iPS”细胞（ ）
正确答案
解析
解：A、“iPS”细胞能增殖，但不能无限增殖，故A错误；
B、“iPS”细胞能被培育成人体的多种组织或器官，说明其具有分化能力，故B错误；
C、“iPS”细胞最终能被培育成人体的多种组织或器官，但不能形成新个体，故C错误；
D、“iPS”细胞能进行连续的有丝分裂，因此其具有细胞周期，故D正确．
故选：D．
如图表示利用胚胎干细胞（ES细胞）所做的一系列研究，有关叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、过程I是动物细胞培养技术，需要加入糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素和动物血清等，A正确；
B、根据题意和图示分析可知：过程Ⅱ中ES细胞正常发育成图中胎儿，从而体现了细胞的全能性，B正确；
C、过程Ⅲ可以直接将褐毛基因片段通过显微注射法导入ES细胞中，但不会表达，C错误；
D、免疫缺陷的小鼠不会对移植细胞产生免疫反应而导致无法培养，D正确．
故选ABD．
下列有关胚胎工程的说法中，正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、不考虑基因突变和染色体畸变的情况下，试管苗属于无性繁殖，能保持母本的全部性状，试管牛属于有性生殖，遗传特性来源于父本和母本，A错误；
B、在体外培养胚胎干细胞时在培养体系中加入饲养层，能保持不分化的状态，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸、丁酰环腺苷酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向分化，能培育出供移植的组织器官，B错误；
C、胚胎干细胞的分化程度低，全能性高，能形成克隆动物，采用基因工程等技术可得到具有新性状的克隆动物，C正确；
D、在桑椹胚或囊胚将胚胎均分为两份，则可发育为两个基因型相同的个体，D错误．
故选：C．
长期以来优良种畜的繁殖速度始终是限制畜牧养殖业发展的瓶颈，近年来发展起来的细胞工程技术和胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机．下面是科学家通过这两种方法快速繁殖良种奶牛的过程，请据图回答：
（1）良种公牛获得的精子在体外受精前需要放入______溶液中进行获能处理，从良种母牛卵巢中获得的卵母细胞需培养至______方可受精．
（2）在试管牛E和克隆牛G的培育过程中均用到的现代生物工程技术有______和______．
（3）早期胚胎培养到______时期再移植入母牛子宫内，受体母牛D应处于适合的生理状况，此时可利用激素对受体进行______处理；此外，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生______反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能．
（4）通过试管动物技术培养发育为早期胚胎后，再经______产生多个基因型相同的后代．对胚胎进行分割时，要特别注意将______均等分割，否则会影响分割后的胚胎恢复和进一步发育．
（5）简称ES或EK细胞，是由______中分离出来的一类细胞．
体外培养时，可以______而不发生______．在培养基中加入______，可诱导其分化成各种组织细胞．
正确答案
获能
减数第二次分裂中期
早期胚胎培养
胚胎移植
桑椹胚或囊胚
同期发情
免疫排斥
胚胎分割移植
肉细胞团
早期胚胎或原始性腺
只增殖
分化
分化诱导因子
解析
解：（1）在体外受精时，精子首先要进行获能处理，卵细胞则要培养到减数第二次分裂中期才能与精子结合．故答案为：
（2）试管牛E和克隆牛G的培育过程中都必须用到动物细胞培养和胚胎移植技术．
（3）胚胎移植时，采用桑椹胚或囊胚，另外需用促性腺激素对受体进行同期发情处理，受体母牛D处于与同体相同的生理状况；受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能．
（4）来自同一个胚胎的后代具有相同的基因型，因此经胚胎分割移植能产生多个基因型相同的后代．对囊胚期的胚胎进行分割时，要特别注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后的胚胎恢复和进一步发育．
（5）胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞．体外培养时，可以只增殖而不发生分化．在培养基中加入分化诱导因子，可诱导其分化成各种组织细胞．
故答案为：
（1）获能 减数第二次分裂中期
（2）早期动物细胞培养 胚胎移植
（2）桑椹胚或囊胚 同期发情 免疫排斥
（4）胚胎分割移植 内细胞团
（5）早期胚胎或原始性腺 只增殖 分化 分化诱导因子
胚胎干细胞（ES细胞）的研究是当前生物技术领域研究的热点之一，尤其是在生产转基因动物方面具有极大的科研及应用价值．如图表示利用胚胎干细胞所作的一系列研究，请据图分析回答：
（1）过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的滋养层上，并加入______、抗生素等物质，维持细胞不分化的状态．在此过程中，滋养层提供干细胞增殖所需的营养物质，加入抗生素是为了______，这对于研究细胞分化和细胞凋亡的机理具有重要意义．
（2）过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响的因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有______的特点．在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是______．
（3）过程Ⅲ中目的基因导入胚胎干细胞最常用的方法是______，将目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体，其目的是______．
（4）通过检测目的基因是否表达出蛋白质产品，可以确定该小鼠体内是否成功发生了基因的同源重组．这种检测方法是______．
正确答案
解析
解：（1）过程Ⅰ将胚胎干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的滋养层上，并加入动物血清、抗生素等物质，维持细胞不分化的状态．加入抗生素是为了防止杂菌污染．
（2）过程Ⅱ将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔，通过组织化学染色，用于研究动物体器官形成的时间、发育过程以及影响的因素，这项研究利用了胚胎干细胞具有发育的全能性．在哺乳动物早期发育过程中，囊胚的后一个阶段是原肠胚．
（3）过程Ⅲ中目的基因导入胚胎干细胞最常用的方法是显微注射法．将目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时，使目的基因能够发挥作用．
（4）通过检测目的基因是否表达出蛋白质产品，可以确定该小鼠体内是否成功发生了基因的同源重组．这种检测方法是抗原一抗体杂交．
故答案为：
（1）动物血清 防止杂菌污染
（2）发育的全能性 原肠胚
（3）显微注射法 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时，使目的基因能够发挥作用
（4）抗原一抗体杂交
美国学者已成功地利用人体皮肤细胞诱导出具备胚胎干细胞功能的干细胞，并利用皮肤干细胞治疗镰刀型细胞贫血症获得进展．下列叙述中正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、人体皮肤细胞是高度分化的细胞，但遗传物质发生不变，A错误；
B、从皮肤细胞诱导出具备胚胎干细胞功能的干细胞，是细胞脱分化的过程，B错误；
C、皮肤干细胞用于治疗镰刀型细胞贫血症是其经诱导形成了造血干细胞，C正确；
D、与利用人体胚胎干细胞进行研究和疾病治疗相比，利用皮肤干细胞不使用胚胎细胞或卵细胞，没有伦理学的问题，故具有优势，D错误．
故选：C．
2007年，科学家将一些转录因子（能结合在基因上游特异核苷酸序列的蛋白质）转入人类皮肤细胞中，使其重新编程而得到了类似胚胎干细胞的一种细胞类型，称“人工诱导干细胞”，简称iPS．关于这种用人类皮肤细胞诱导得到的iPS不正确的叙述是（ ）
正确答案
解析
解：A、iPS是人类皮肤细胞在转录因子作用下形成的，遗传信息和皮肤细胞的遗传信息相同，故A错误；
B、iPS类似胚胎干细胞，具有旺盛的分裂能力，具有细胞周期，故B正确；
C、转录因子是能结合在基因上游特异核苷酸序列的蛋白质，其诱导过程可能与某些基因有关，故C正确；
D、胚胎干细胞具有发育的全能性，可以诱导分化形成各类组织细胞，故D正确．
故选A．
某实验室做了如图所示的实验研究，下列相关叙述中正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、动物体所有的细胞都含有与癌症有关的基因（原癌基因和抑癌基因），A正确；
B、与纤维母细胞相比，经过程a形成的诱导干细胞的全能性较高，B错误；
C、过程b表示细胞分化，该过程中细胞的形态、结构和功能发生稳定性差异，但遗传物质不变，C错误；
D、神经细胞已经高度分化，不再分裂，不具有细胞周期，D错误．
故选：A．
科学家们在实验中将胚胎干细胞分化成大脑皮层神经细胞，并成功移植到了实验鼠大脑中，这一成果将有助于对神经性疾病的研究．下列有关叙述不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来，A正确；
B、胚胎干细胞分化成大脑皮层神经细胞不能说明其具有全能性，全能性是以细胞发育成完整生物体为标志，B错误；
C、胚胎干细胞形成神经细胞是基因选择性表达的结果，故两者中核基因相同，蛋白质不一定相同，C正确；
D、该实验成果说明胚胎干细胞可以用于治疗人类的某些顽症，D正确．
故选：B．
下列有关干细胞及干细胞应用中，错误的是（ ）
正确答案
解析
解：A、胚胎干细胞具有分裂和分化能力，故具有自我更新和多向分化的潜能，A正确；
B、囊胚腔内的内细胞团细胞是未分化的细胞，可进一步分裂、分化，形成组织和器官，再逐步发育成个体，说明内细胞团细胞为胚胎干细胞，具有全能性，B正确；
C、胚胎干细胞可用于治疗人类的某些顽症，如帕金森综合症、老年痴呆症等疾病，C正确；
D、用异体骨髓移植法治疗白血病的缺点之一是发生排斥反应，康复者的血型可能改变，D错误．
故选：D．
正确答案
解析
解：A、病毒必须寄生在活细胞中进行增殖，故不能通过培养基培养大量的所需的逆转录病毒，A错误；
B、逆转录病毒较T2噬菌体更容易变异，从分子水平看，是由于逆转录病毒的遗传物质是RNA，单链结构，容易发生基因突变，B错误；
C、图中过程③利用了病毒的侵染特性；目的基因在受体细胞中能否正常表达与基因结构中启动子和终止子部分有重要的关联，C正确；
D、该过程只是基因治疗，没有使细胞发育成个体，故没有体现了细胞核的全能性，D错误．
故选：C．
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