- 细胞工程
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2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白(GFP)方面作出突出贡献的科学家。绿色荧光蛋白(GFP)会发出绿色荧光,可借助荧光跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况,帮助推断蛋白质的功能。下图表示培育绿色荧光小鼠的基本流程,请根据上述材料回答下列问题:
(1)上述流程中,作为目的基因的是__________。
(2)在培育绿色荧光小鼠的过程中,基因表达载体的构建是核心。一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、__________基因等部分。
(3)过程①用到的工具酶有___________,过程②采用的方法是______________,过程③利用的生物技术是___________。
(4)为迅速增加绿色荧光小鼠的数量,可采用试管动物技术。在这项技术中,首先要做的是体外受精和早期胚胎的培养。哺乳动物的体外受精主要包括__________、精子的获取和受精等几个主要步骤。
(5)为提高胚胎的利用率,可采用________技术,应该选择发育良好、形态正常的____________或囊胚进行分割。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将____________进行均等分割。
正确答案
(1)GFP基因
(2)标记
(3)(同种)限制酶和DNA连接酶 显微注射技术 动物细胞培养(或早期胚胎培养或受精卵培养)
(4)卵母细胞的采集
(5)胚胎分割 桑椹胚 内细胞团
克隆羊“多利”的问世,很快在全世界引发了一场大讨论,其中关于“治疗性克隆”的问题也成为人们关注的焦点。图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程,请据图回答下列问题。
(1)过程A表示___________,是目前实现体细胞克隆的关键技术,该技术的主要操作是应用患者的体细胞作为核供体,由[ ]___________细胞提供细胞质,进行人工重组。
(2)经过程B得到的结构中,___________(填标号)是未分化的细胞,因而这些细胞被认为是胚胎干细胞。在体外培养条件下,胚胎干细胞具有增殖能力并保持__________状态。
(3)“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞核具有___________。相同的胚胎干细胞,“克隆”的结果各种各样,如有的是神经细胞,有的是血细胞,有的是肌肉细胞,究其本质原因是________的结果。
(4)对于“治疗性克隆”仍然存在许多争论,有一男子患有白血病,后经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复,你认为这种做法符合伦理道德吗?_________。为什么?__________。
正确答案
(1)细胞核移植 ①(次级)卵(母)
(2)④ 未分化
(3)全能性 基因选择性表达
(4)符合 因为脐带血不是来自于胚胎,其中的造血干细胞属于成体干细胞(或脐带血是身外之物,属于废物利用,符合伦理道德)
让羊产牛奶,科学家对此作了相关的构想,过程如下图所示,请据图完成有关问题。
(1)图中涉及的现代生物技术有___________________(至少写三种)。
(2)小羊a、小羊b、小羊c的性状表现_____(填“相同”或“不同”),你的理由是_________;小羊a与羊N呢?_____________,理由是_________。
(3)若研究发现羊N细胞中线粒体发达,故而它的产奶率高,则小羊a会有这一优良性状吗?_______,你的依据是____________。
(4)有人设想将羊体细胞与牛体细胞进行融合,以获得新物种“羊一牛”,你认为依据目前的生物技术和理论能否实现这一构思?_____________,你的理由是___________________。
正确答案
(1)基因工程、核移植、胚胎移植、胚胎分割、动物细胞培养(任选三项)
(2)相同 这些个体都是由同一个重组细胞发育形成的 不完全相同 小羊a细胞质中的遗传物质来自羊O,生物体部分性状属于细胞质遗传。同时生物的性状还受环境的影响
(3)不会 线粒体中的基因一般通过细胞质传递给后代,小羊a的细胞质主要来自于羊O
(4)不能 因为高度分化的动物体细胞的全能性受到限制,由羊体细胞和牛体细胞融合得到的杂交细胞不能正常发育成完整个体,即使得到一个个体也不能成为一个新物种,因为它不能正常生殖(具有开放性,答案合理即可)
我国研究人员先将水母的绿色荧光蛋白基因转移到猪胚胎成纤维细胞中,再将这种转基因体细胞的核移植,最终获得了绿色荧光蛋白转基因“克隆猪”。
(1)基因的运载体一般选用病毒或______,后者是一类______状DNA。要将目的基因与载体DNA连接在一起,通常用______的限制性核酸内切酶分别切割目的基因与载体DNA,其作用是______。
(2)利用PCR技术可以快速扩增从水母中获取的荧光蛋白基因。根据已知的核苷酸序列合成引物,当引物与DNA母链通过______结合后,TaqDNA聚合酶就能从引物的3′羟基末端开始延伸DNA互补链。与普通DNA相比,TaqDNA聚合酶最大特点是耐______。
(3)“克隆猪”的产生过程是:将转基因的一个体细胞的核,移入一个______细胞中,使其重组并发育成一个动物个体。“克隆猪”的基因来源于______。
(4)科研人员通过以上过程获得了所需的胚胎,可在胚胎发育的______阶段采用______技术在体外获得更多的胚胎。
正确答案
(1)质粒 环 相同 在目的基因和载体DNA的两端形成相同的粘性末端
(2)碱基互补配对 高温
(3)去核的卵母(或去核的卵) 转基因体细胞的细胞核(基因)和去核卵母细胞的细胞质(基因)
(4)早期(或桑椹胚、囊胚) 胚胎分割
阅读下列材料,回答问题:
2001年7月,中山大学附属第二医院黄绍良教授领导的实验小组,利用试管婴儿父母捐赠的受精卵,开始了人的胚胎干细胞建系。黄绍良教授和助手何志旭博士把受精卵放在培养液中,7天后,部分受精卵发育成囊胚,得到囊胚透明带,用一个很细的器械插进囊胚,共得到5个内细胞团,分散接种到小鼠胚胎做成的纤维细胞饲养层上,饲养层的表面看起来像麻袋一样凹凸不平。在饲养层上培养5天后,有3个内细胞团存活,它们开始克隆性生长,克隆细胞团像蘑菇一样,呈椭圆形。何博士不断地取出克隆细胞,再放在新的饲养层上,一代一代地接着往下培养。他们将3个细胞系分别命名CHE1、CHE2、CHE3。截至目前,CHE3已传了近40代,CHE1传了36代,CHE2传了32代,细胞克隆性增长很活跃,并连续传代7个月。
怎么确定这三组克隆细胞系就是具有分化成任何类型组织能力的胚胎干细胞呢?研究者对这些胚胎克隆细胞进行了功能鉴定。他们用注射器分别将三组细胞注射进有免疫缺陷的小老鼠的皮下,10天后,老鼠注射部位的皮肤开始隆起,长出黄豆大小的包块,包块软软的,越长越大。又过了32天,切开包块发现,里面是一个个畸胎瘤,约有一般的土豆大。里面全是人的软骨、神经管、横纹肌和骨骼等,它们毫无规则地生长在一起……
(1)材料中提到的“试管婴儿”属于__________生殖。
(2)3个细胞系CHE1、CHE2、CHE3的遗传特性__________(填“相同”或“不同”),理由是________。
(3)材料中提到在对胚胎克隆细胞进行功能鉴定时,利用有免疫缺陷的小老鼠作为实验对象,你认为如何才能获得这种老鼠?_________。采用免疫缺陷老鼠而不用正常老鼠做该实验的目的是_____________。
(4)利用人胚胎干细胞构建人的皮肤等组织、器官的技术属于___________工程。
(5)在人体等高等动物胚的发育过程中,不能作为胚胎干细胞来源的是哪个时期的细胞____。
A.卵裂期 B.囊胚期 C.桑椹胚 D.原肠胚后期
(6)利用胚胎干细胞诱导产生的胰岛组织细胞与原胚胎干细胞相比,细胞核中DNA和细胞中的RNA种类____。
A.二者均相同 B.DNA相同,RNA不同 C.DNA不同,RNA相同 D.二者均不同
(7)根据分化潜能,干细胞可分为全能干细胞(可发育成完整的个体)、多能干细胞(可发育成多种组织和器官)和专能干细胞。则这些细胞在个体发育中的分化顺序是_________。
A.全能—专能—多能 B.全能—多能—专能 C.多能—全能—专能 D.专能—全能—多能
(8)科学家在早期胚胎中发现了干细胞,它能在体外形成不同的组织或器官。这些干细胞能在一定条件下通过________和________形成不同的组织或器官。除了胚胎外,在脐血、骨髓、脑组织中也发现了干细胞,通过进一步的研究,有希望用于患者的组织修复或进行器官移植。但在进行器官移植时,如果患者细胞表面的蛋白质类物质与移植器官的不相同,则会引起排斥反应。所以最好选用___________(填“患者本人”、“父母”、“子女”或“配偶”)的干细胞培育的器官。
正确答案
(1)有性(卵式)
(2)相同 它们是由同一个受精卵分裂(克隆)而来的
(3)用X射线处理,去除小鼠的胸腺 防止在注入克隆细胞后,小鼠产生免疫(排斥)反应
(4)动物细胞
(5)D
(6)B
(7)B
(8)细胞分裂 细胞分化 患者本人
将小鼠胚胎干细胞定向诱导分化成一种特定的细胞(命名为M细胞),再将M细胞移植到糖尿病模型小鼠(胰岛细胞被特定药物破坏的小鼠)体内,然后小鼠的血糖浓度变化如下图所示(虚线表示正常小鼠的血糖浓度值)。请回答相关问题:
(1)实验用的胚胎干细胞取自小鼠的早期囊胚,取出胚胎后一般用_________酶将其分散成单个细胞。
(2)根据实验结果可以判定M细胞已具有__________细胞的功能。说明判定的理由___________。
(3)用胰岛素基因片段做探针,对小鼠胚胎干细胞和M细胞进行检测。请在下表的空格中填上检测结果(用“+”表示能检测到,用“-”表示不能检测到)。下表用探针检溯细胞的DNA用探针检测细胞的RNA胚胎干细胞M细胞胚胎干细胞M细胞
上述实验结果表明,胚胎干细胞通过_________________定向分化为M细胞。
(4)若将M细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中,重组细胞能否分化为其他类型细胞?________,请说明理由_______________________________。
正确答案
(1)胰蛋白
(2)胰岛B 胰岛B细胞分泌的胰岛素是唯一降低血糖的激素
基因的选择性表达(胰岛素基因的表达)
(4)能 细胞核含有该物种所特有的全套遗传物质(细胞核的全能性)
克隆羊的成功轰动世界,它不仅奠定了疾病克隆性治疗的基础又解决了器官移植中供体不足的问题,同时也给人类带来了一些过去尚未遇到的问题,下图为人类对克隆羊技术的拓展图和应用。请据图回答问题。
(1)图中所涉及的现代生物技术有__________、__________和___________等。
(2)动物早期胚胎需移植到同种且______与供体相同的动物体内。为了获得更多的早期胚胎,常用_____激素对供体进行处理,获得更多的___________,经人工受精后通过________方法可得到早期胚胎。
(3)图中两个婴儿长大后,外貌、性格和其他特征与原型男人相同,这说明__________具有全能性。
(4)使用培养基进行胚胎干细胞培养时,必须要加入的天然成分是___________________,除了保证被培养细胞处于无菌、无毒及充足氧气的环境中,还需要保证细胞生活所需的____________和___________;早期胚胎发育在___________阶段以前的细胞是全能细胞。
(5)图中从“内细胞团到胚胎干细胞”的培养过程中,必须用_____________处理内细胞团,使之分散成单个细胞。干细胞形成组织、器官时必须要经过__________和____________。
正确答案
(1)核移植 胚胎移植 细胞培养(另外写早期胚胎培养、胚胎分割也对)
(2)生理状态 促性腺 卵母细胞 冲卵
(3)动物体细胞核
(4)动物血清或血浆 温度 pH 桑椹胚
(5)胰蛋白酶 细胞的分裂 分化
(选做题)现有A和B两个肉牛品种,A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质,B品种牛则为B细胞核、B细胞质。
(1)如果要获得一头克隆牛,使其细胞由A细胞核和B细胞质组成,基本步骤是,从A品种牛体内取出体细胞,进行体外培养。然后再从培养细胞中取出_______注入B品种牛的_________卵母细胞,经过某处刺激和培养后,可形成胚胎,该胚胎被称为________,将该胚胎移入代孕母牛的________中,通过培育可达到目的。
(2)一般来说,要想大量获得这种克隆牛比较难,原因之一是卵母细胞的数量_______,为解决这一问题,可以用_______激素处理B品种母牛。
(3)克隆牛的产生说明_________具有全能性。克隆牛的性状主要表现_______品种牛的特征。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比,杂交牛细胞核的遗传物质来自__________个亲本,细胞质来自__________性亲本,克隆牛和杂交牛的遗传物质组成__________(相同,不同)。
正确答案
(1)细胞核 去核 重组胚胎 子宫
(2)不足 促性腺
(3)动物体细胞核 A 两 雌 不同
下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答:
(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至________期的内细胞团或胎儿的________中分离得到的一类细胞。
(2)图中分化程度最低的干细胞是________。在体外培养条件下,培养液中加入_______因子,可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。
(3)在机体内,皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因___________的结果。
(4)某患者不能产生正常的白细胞,通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将图中的____细胞移植到患者体内。
(5)若要克隆某种哺乳动物,从理论上分析,上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的__________,其原因是_______________。
(6)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制,使用该药物可使肝肿瘤细胞停留在细胞周期的______期。
(7)在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段,用___________细胞与骨髓瘤细胞融合,经多次筛选最终得到能分泌____________的杂交瘤细胞。
正确答案
(1)囊胚 原始性腺细胞
(2)胚胎干细胞 分化诱导
(3)选择性表达
(4)造血干
(5)红细胞 细胞中无细胞核
(6)间
(7)B淋巴 特异性抗体
阅读下列材料,回答问题。
克隆牛“蓓蓓”是我国成功繁殖的首例和第二例胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和“双双”的后代。我国研究人员首先对“康康”和“双双”进行了超数排卵处理,之后,从“双双”体内采集到13枚符合国际胚胎移植标准的可用胚胎(这是国际上首次对体细胞克隆牛进行超数排卵处理实验并获得可用胚胎)。研究人员将这些标准胚胎经过玻璃化超快速冷冻处理后,移植到中国黑白花奶牛“梨花”的子宫内,结果获得妊娠。采用超数排卵技术和玻璃化超快速冷冻技术的“蓓蓓”的降生证明,体细胞克隆牛“康康”和“双双”与正常繁殖的母牛一样,对外来激素具有较好的应答能力;体细胞克隆牛经超数排卵获得的胚胎移植后,具有正常发育成胎儿的能力;“蓓蓓”的降生,证明我国体细胞克隆技术已达到世界前列。
(1)由材料可知,获得“蓓蓓”的生育方式是________________。
(2)根据材料简介,尝试完成产生“蓓蓓”的程序简图:
程序中:①是_____________;②是_____________;③是______________。
(3)根据材料列举你知道的“蓓蓓”出生中用到的生物技术。
(4)本材料中所介绍的生物知识具有哪些积极的社会意义?
正确答案
(1)有性生殖
(2)①.促性腺激素 ②.冲卵 ③.胚胎的玻璃化超快速冷冻技术
(3)超数排卵技术、“冲卵”技术、胚胎的玻璃化超快速冷冻技术、胚胎移植技术。
(4)①.加速育种工作和品种改良;②.大量节省购买种畜的费用;③.实现一胎多产;④.充分发挥雌性优秀个体的繁殖能力;⑤.证明“克隆”的动物一样具有正常生育的能力,故可以为繁殖优秀个体开辟新途径。
控制哺乳动物的性别对于畜牧生产有着十分重要的意义。目前,分离精子技术是有效的性别控制方法。例如:牛的X精子的DNA含量比Y精子的高出4%左右,利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来,再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛(如下图所示)。根据以上信息回答下列相关问题:
(1)试管动物技术通常是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精,并通过培养发育为_________________后,再经____________产生后代的技术。
(2)图中过程①通常采用体外受精技术。在这个过程中获能的精子与卵子相遇时,首先发生____________反应释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质。
(3)胚胎移植时,受体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)为了确保得到所需性别的试管牛,往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定,请举出两种对早期胚胎进行性别鉴定的方法(只需写出名称或简要原理):__________。
正确答案
(1)早期胚胎 胚胎移植
(2)顶体
(3)同期发情 免疫排斥
(4)DNA分子杂交(利用基因探针鉴定)、分析胚胎细胞的染色体组型均可
一对表现型正常的夫妇,生了一个镰刀型细胞贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时,发现妻子的双侧输卵管完全堵塞,不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断,过程如下图。
请回答:
(1)过程①是指在体外进行的______处理,从而使精子与卵子结合形成受精卵;过程②称为______。
(2)在对胎儿进行镰刀型细胞贫血症的产前基因诊断时,要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③____进行PCR扩增,然后用MstⅡ对扩增产物进行切割,产生多个片段的酶切产物。据此判断,MstⅡ是一种____酶。
(3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同,形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱如④,据此判断该胎儿为_________(正常/患者/携带者)。
正确答案
(1)精子获能 胚胎移植
(2)DNA 限制性核酸内切
(3)正常
2n/4n嵌合体胚胎是指用四倍体(4n)胚胎与二倍体胚胎(2n)或胚胎干细胞(ES细胞)进行聚合,形成由二倍体和四倍体细胞组成的嵌合体。2n/4n嵌合体胚胎的构建常用方法如下图,请据图分析回答:
(1)受精卵是胚胎发育的开端,图中的卵细胞成熟后,才具备与精子受精的能力,而精子需经过______过程才能和卵细胞结合。
(2)2N的ES细胞来自胚胎发育过程的_______期,本实验中从功能上说明了该细胞__________。
(3)2n/4n嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有:_________。
(4) ES细胞经嵌合体方法培育的动物与核移植方法培育的动物相比,遗传物质来源的区别主要是:__________________________。
正确答案
(1)获能
(2)囊胚 具有发育的全能性
(3)动物细胞的培养、动物细胞融合和胚胎移植
(4)用ES细胞经嵌合体方法克隆的动物是完全的复制体,而用核移植方法克隆的动物只是核型一致,但胞质类型却不一定相同
《时代》杂志评出的2007年十大科学发现中指出,美国及日本两个研究团队的报告中证实皮肤细胞经过“基因直接重组”后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。请回答下面有关胚胎工程的若干问题:
(1)在胚胎发育中,根据胚胎形态的变化,可将早期发育的胚胎分为______、______、______三个阶段。
(2)胚胎工程中的胚胎移植实际上是生产胚胎的______和孕育胚胎的______共同繁殖后代的过程。胚胎移植能否成功,与供受体的生理状况有关:______,为胚胎的收集提供了可能;______,为胚胎在受体内的存活提供了可能;供体胚胎可与受体子宫建立正常的______,但移入受体的供体胚胎的遗传特性不受任何影响。
(3)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。美日科学家的研究过程是利用病毒分别将四个基因送入皮肤细胞,促使普通的皮肤细胞产生变化,最后成为带有_________性质的细胞,称为诱导式多能性干细胞(iPS)。在基因工程中,这四个基因称为____________,所利用的病毒称为________。与借助胚胎提取胚胎干细胞比较,这样获得的干细胞的研究,其最大突破就是在不破坏胚胎的前提下提取可以复制成器官或组织的细胞,不仅避开了长期以来有关生物技术的_______方面的争议,也使其来源更加广泛而方便。
正确答案
(1)桑椹胚 囊胚 原肠胚
(2)供体 受体 早期胚胎形成后一定时间内处于游离状态 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 生理和组织联系
(3)早期胚胎或原始性腺 胚胎干细胞 目的基因 载体 伦理(道德)问题
(附加题)东方网消息,中山大学中山眼科中心主任葛坚领导的研究小组将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚里,再将囊胚移入代孕鼠体内发育而形成猴鼠嵌合体—猴鼠,用于角膜等器官的移植研究。请回答下列问题:
(1)把皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚之前首先要对于细胞进行扩大培养,一般将皮肤干细胞置于γ射线灭活的鼠胎儿成纤维细胞的饲养层上,加入动物血清、抗生素等物质,并放在CO2的环境中培养,以维持细胞不分化的状态。在此过程中,饲养层提供干细胞增殖所需的营养物质,加入抗生素是为了_________,在CO2的环境中培养的目的是____________。
(2)胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞,其原因是_________。根据胚胎干细胞的这种功能特性,当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时,利用胚胎干细胞的治疗思路是_________。
(3)囊胚期胚胎细胞开始出现分化,有些细胞个体较小,将来只能发育成胎膜和胎盘,这类细胞称为_____。因此,应将猴的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的__________部位,以伴随其发育成某种组织。
(4)将囊胚移入代孕鼠体内属于________技术,此技术对代孕受体的要求是________。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是__________,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用____________技术。
正确答案
(1)防止杂菌污染 调节溶液的pH
(2)胚胎干细胞具有发育的全能性 通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补
(3)滋养层细胞 内细胞团
(4)胚胎移植 同种、生理状态相同的其他雌性动物 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 胚胎分割
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