第2章-細胞工程-(答案版)

第2章細胞工程第1節(jié)植物細胞工程01植物細胞工程的基本技術(shù)1.P36從社會中來：其芽葺葺,其葉青青,猶綠衣郎,挺節(jié)獨立,可敬可幕。迨夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰風(fēng)自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎!豈非有國香乎!”這是我國歷史上第一部蘭譜一-《金漳蘭譜》(宋.趙時庚)中對蘭花的一段描述。從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養(yǎng)蘭花。但是，蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低;傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢?提示:利用植物組織培養(yǎng)技

術(shù)可以大量、快速地培育蘭花。蘭花是觀賞植物中最常見的一類依靠植物組織培養(yǎng)繁育種苗的植物，其組培苗的數(shù)量約占觀賞植物組培苗總量的40%.2.P36探究·實踐：菊花的組織培養(yǎng)(1)接種3-4d后，檢查外植體的生長情況，統(tǒng)計有多少外植體被污染，有多少能正常生長，并分析它們被污染的原因。根了嗎?用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合某些微生物的生長，如一些細菌、真菌等的生長。培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會導(dǎo)致實驗前功盡棄，因此，要進行嚴(yán)格的無菌操作。導(dǎo)致外植體被污染的原因可能有：培養(yǎng)基、接種工具滅菌不徹底；外植體消毒不徹底；操作過程不符合無菌操作要求等。(2)你培養(yǎng)出愈傷組織了嗎?如果培養(yǎng)出來了，從剛接種的外植體到長出愈傷組織經(jīng)歷了多少天?這些愈傷組織進一步分化出芽和提示：觀察實驗結(jié)果，看看是否培養(yǎng)出了愈傷組織，記錄多長時間長出了愈傷組織。從剛接種的外植體到長出愈傷組織一般需要2周左右的時間。統(tǒng)計更換培養(yǎng)基后愈傷組織進一步分化成芽和根的比例和時間。(3)觀察外植體的分化情況，填好結(jié)果記錄表，并及時分析結(jié)果。提示：做好統(tǒng)計和對照，填好結(jié)果記錄表，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。從實驗的第一步開始就要做好實驗記錄，可以分組配制不同的培養(yǎng)基，如誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基、誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基等，還可以進行不同配方的比較。你培育的幼苗移栽到露地后，能夠正常生長嗎?提示：生根苗移栽技術(shù)的關(guān)鍵是既要充分清洗根系表面的培養(yǎng)基，又不能傷及根系。一般使用無土栽培的辦法。培養(yǎng)基質(zhì)要提前消毒，可以向培養(yǎng)基質(zhì)噴灑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀，并用塑料薄膜覆蓋12h。掀開塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的組培苗要在溫室過渡幾天，待其長壯后再移植到大田或盆中。可以在課后統(tǒng)計移栽的成活率，看看移栽是否合格。3.P38練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.下圖是利用甲、乙兩種植物的各自優(yōu)勢，通過植物細胞工程技術(shù)培育高產(chǎn)、耐鹽的雜種植株的實驗流程圖?！毕铝杏嘘P(guān)敘述，

錯誤的是(A)A.進行a處理時能用胰蛋白酶B.b是誘導(dǎo)融合后得到的雜種細胞

C.c是培養(yǎng)后得到的具有耐鹽性狀的幼芽D.進行d選擇時要將植株種在高鹽環(huán)境中2.科學(xué)家在制備原生質(zhì)體時，有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據(jù)此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分?提示：纖維素酶和果膠酶。二、拓展應(yīng)用“番茄一馬鈴薯"雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣，地上結(jié)番茄，地下長馬鈴薯，這是為什么?1978年，梅爾徹斯(G．Melchers)等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的體細胞雜種植株。他們將培育的二倍體馬鈴薯和番茄的葉片細胞原生質(zhì)體進行融合，產(chǎn)生了雜種植株一“番茄-馬鈴薯”，它同時具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是并沒有產(chǎn)生可結(jié)實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止，“番茄-馬鈴薯”一類的體細胞雜交植物還不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，但是其研究價值不可忽視?！胺?馬鈴薯”沒有像人們預(yù)想的那樣地上結(jié)番茄、地下長馬鈴薯，主要原因是：生物體內(nèi)基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以“番茄-馬鈴薯”雜種植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達相互干擾，它們不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達，雜種植株自然就不能地上結(jié)番茄、地下長馬鈴薯了。近年來，有報道稱利用嫁接技術(shù)培育出了地上結(jié)番茄、地下長馬鈴薯的植株。02植物細胞工程的應(yīng)用4.P38到社會中去：市場上有一種叫作“手指植物”的工藝品受到很多人的歡迎。這些“手指植物”通常培育在裝有彩色固體培養(yǎng)基的小玻璃瓶中，只要保證充足的光照和適宜的溫度，不需要額外補充水分或營養(yǎng)物質(zhì)，它們就能在玻璃瓶中生長三四個月之久。學(xué)習(xí)了本節(jié)課之后，你也可以嘗試制作“手指植物”。如果有商店正在出售這種植物，你還可以做個市場調(diào)查，了解它們的銷售情況和經(jīng)濟效益，分析它們?yōu)槭裁词軞g迎，并寫出調(diào)查報告。提示：手指植物的制作方法用到了植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在制作過程中，一定要注意做好滅菌和消毒工作，為了防止污染可在培養(yǎng)基中加入一定量的抑菌劑。另外，還可以根據(jù)個人喜好，在培養(yǎng)基中加入適量的色素或者熒光劑，使“手指植物”更具有觀賞價值。5.P42練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.判斷下列表述是否正確。

(1)用花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株和用秋水仙素處理萌發(fā)幼苗得到多倍體植株，都需要用到植物培養(yǎng)技術(shù)。()

(2)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進細胞生長的培養(yǎng)條件,提高了單個細胞中次生代謝物的含量。()

(1)√(2)×

2.生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是(D)A.人工誘導(dǎo)基因突變B.選擇優(yōu)良品種進行雜交C.進行遠緣植物體細胞雜交D.取莖尖分生組織進行組織培養(yǎng)

二、拓展應(yīng)用

1.紫色非甜玉米(基因型為AASuSu)和白色甜玉米(基因型為asusu)雜交(Su和su代表-

-對等位基因),得到的F

(AaSusu)再進行自交，R,會有紫色甜玉米的表型產(chǎn)生。如果運用常規(guī)育種方法，應(yīng)該如何篩選出純合的紫色甜玉米?如果利用花藥培養(yǎng)的技術(shù)，又應(yīng)該怎樣做呢?請你設(shè)計相關(guān)實驗的思路。提示：F2中的紫色甜玉米的基因型可能為Aasusu或Aasusu。如果運用常規(guī)育種方法，將F2中的紫色甜玉米與白色甜玉米(aasusu)進行測交，可以選擇出基因型為AASUSU的純種紫色甜玉米。但這種方法比較煩瑣，耗時也較長，需要至少三年的選種和育種時間。其實在F1產(chǎn)生的花粉中就可能有Asu的組合，如果利用花藥培養(yǎng)的技術(shù)獲得單倍體植株，再經(jīng)過誘導(dǎo)染色體加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的純合體。這種方法可以大大縮短育種周期。2.甜葉菊是一種菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的熱量卻很低，所以它逐漸成為一些用糖行業(yè)歡迎的新糖源。甜葉菊的種子小，發(fā)芽率低，種子繁殖遺傳性狀不穩(wěn)定;而扦插植株的根系弱,且需要原始材料多，這些都會限制甜葉菊的生產(chǎn)。假如你是某甜葉菊生產(chǎn)公司的項目負(fù)責(zé)人，該公司當(dāng)前運行狀況良好，但一直未能解決種子發(fā)芽率低的問題。為了提高公司的甜葉菊繁育效率，你應(yīng)該如何作出決策，并請說出理由。提示：積極探索其他的繁育途徑。例如，研究如何利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育甜葉菊，研究內(nèi)容涉及植物組織培養(yǎng)材料的選擇，培養(yǎng)基配方的優(yōu)化，提高試管苗移栽成活率的方法等，最終目的是建立一套利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育甜葉菊的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系，實現(xiàn)甜葉菊種苗的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。第2節(jié)動物細胞工程01動物細胞培養(yǎng)1.P43從社會中來：在治療大面積燒傷時，通常采用的方法是取燒傷病人的健康皮膚進行自體移植。但對這樣的病人來說，自體健康皮膚非常有限，使用他人皮膚來源又不足，而且會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。那么，怎樣才能獲得大量的自體健康皮膚?能不能用自體皮膚的單個細胞培養(yǎng)出可供移植的皮膚?提示：可以從病人身上取少量正常、健康的皮膚在體外進行培養(yǎng)、擴増。目前，科學(xué)家還在研究對皮膚干細胞進行培養(yǎng),以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。（P43）2.P44從旁欄思考題：進行動物細胞培養(yǎng)時常用胰蛋白酶分散細胞，這說明細胞間的物質(zhì)主要是什么成分?用胃蛋白酶行嗎?提示：用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當(dāng)pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7．2~7．4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，所以用胃蛋白酶不行。3.P45思考·討論：有關(guān)動物細胞培養(yǎng)的問題（1）幼齡與老齡動物的細胞比較，分化程度低的與分化程度高的細胞比較，哪些細胞更易于培養(yǎng)?為什么?提示：細胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物的細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物的細胞則相反。所以，一般來說，幼齡動物的細胞比老齡動物的細胞易于培養(yǎng)。同樣，分化程度越低的細胞，増殖能力越強，所以更容易培養(yǎng)。（2）動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)有什么相同和不同之處?提示：可以從培養(yǎng)的原理，所需的營養(yǎng)條件、環(huán)境條件以及培養(yǎng)的過程等方面進行分析比較。4.P47練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.判斷下列有關(guān)動物細胞培養(yǎng)的表述是否正確。(1)培養(yǎng)環(huán)境中需要O2,不需要CO2。(

)(2)培養(yǎng)時細胞要經(jīng)過脫分化形成愈傷組織。()

(3)培養(yǎng)液中通常含有糖類、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清。()(4)培養(yǎng)瓶中的細胞需定期用胰蛋白酶處理，分瓶后才能繼續(xù)增殖。

(1)×(2)×(3)√(4)×

2.下列有關(guān)f細胞的敘述，錯誤的是(A)A.干細胞是從胚胎中分離提取的細胞B.造血干細胞可以分化為各種血細胞

C.不同類型的干細胞，它們的分化潛能是有差別的D.由iPS細胞產(chǎn)生的特定細胞，可以在新藥的測試中發(fā)揮重要作用

二、拓展應(yīng)用

現(xiàn)在關(guān)于iPS細胞的研究正在不斷深入。請你從以下兩個方面來查閱資料進行思考。

(1)由于誘導(dǎo)iPS細胞、促使其分化都需要時間，因此用某人特異的iPS細胞進行醫(yī)療只限于時間比較充裕的情形。從實際事故、疾病發(fā)生的不可預(yù)測性方面考慮，如果要將這些細胞用于緊急情況，應(yīng)該提前采取什么措施?

提示：像建立骨髓庫一樣，有研究團隊正在嘗試建立HA(HumanLeukocyteAntigen，人類白細胞抗原)多態(tài)性豐富的iPS細胞庫，可以為需要的人找到HLA匹配度較高的iPS細胞，這樣不僅可以節(jié)省時間、成本，還能減輕異體干細胞移植后發(fā)生的免疫排斥反應(yīng)。

(2)如果誘導(dǎo)iPS細胞定向分化為生殖細胞的技術(shù)發(fā)展成熟，該技術(shù)可能會有哪些應(yīng)用?又可能帶來哪些問題?提示：該技術(shù)可能被用于治療不孕癥；獲得足夠量的生殖細胞來進行瀕危物種的克隆研究；獲得生殖細胞進行轉(zhuǎn)基因操作，再經(jīng)過受精、胚胎發(fā)育等過程來獲得轉(zhuǎn)基因動物。該技術(shù)可能帶來一系列的倫理問題。例如，如果用同一個人的iPS細胞分別誘導(dǎo)形成精子和卵子，兩者受精可能培育出“單親”嬰兒；有的人還可能有目的地選擇iPS細胞，從而“設(shè)計”嬰兒。02動物細胞融合技術(shù)與單克隆抗體5.P49旁欄思考題：19世紀(jì)30年代，科學(xué)家曾在患肺結(jié)核、天花和庥疹等疾病的病人的病理組織中觀察到多核細胞。如何解釋這一現(xiàn)象?提示：病人體內(nèi)的病毒等誘導(dǎo)多個體細胞融合形成了多核細胞。6.P50思考·討論：單克隆抗體的應(yīng)用（1）ADC的抗體和藥物各具有什么作用?

提示：抗體主要發(fā)揮靶向運輸作用，即通過特異性結(jié)合靶細胞表面的抗原，將連接的藥物輸送到靶細胞；藥物發(fā)揮治療效應(yīng)，如殺傷靶細胞。

（2）除了細胞毒素，還有哪些物質(zhì)理論上可以作為ADC偶聯(lián)的藥物?

提示：可以用放射性同位素標(biāo)記單克隆抗體進行靶向放療。一些作用于細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的藥物可以通過阻斷腫瘤細胞的信號通路來抑制其生長，理論上也可以將這些藥物與單克隆抗體結(jié)合進行治療。

（3）單克隆抗體診斷試劑盒和ADC在臨床應(yīng)用上各具有什么優(yōu)勢?

提示：單克隆抗體診斷試劑盒中的單克隆抗體只與特定的抗原反應(yīng)，因此檢測的特異性和靈敏度大大提高；生產(chǎn)單克隆抗體的雜交瘤細胞可以傳代培養(yǎng)、冷凍保存和復(fù)蘇利用，有利于控制產(chǎn)品的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)診斷試劑盒。ADC能夠協(xié)同發(fā)揮抗體特異性識別的靶向作用和細胞毒素對腫瘤細胞的殺傷作用，因此它在臨床上具有靶點清楚、毒副作用小等優(yōu)點。

（4）單克隆抗體在臨床上還有哪些應(yīng)用?你可以課后搜集資料，然后以“單克隆抗體在臨床上的應(yīng)用”為主題，出一期黑板報或制作電子板報宣傳相關(guān)知識。提示：單克隆抗體在臨床上的應(yīng)用涉及治療、診斷等方面。單克隆抗體藥物已被廣泛用于腫瘤、自身免疫病等疾病的治療，如利妥昔單抗被用于治療復(fù)發(fā)難治的低分化B細胞淋巴瘤；曲妥珠單抗被用于治療乳腺癌等。在臨床診斷方面，單克隆抗體被廣泛用于一些感染性疾病的檢測、腫瘤的診斷、激素和細胞因子的測定等。以單克隆抗體在診斷腫瘤方面的應(yīng)用為例，用放射性同位素或熒光標(biāo)記抗腫瘤表面抗原的單克隆抗體，可以用這些抗體來對體內(nèi)的腫瘤進行定位輔助診斷并確定腫瘤的復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移等。6.P51練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.下列關(guān)于動物細胞融合與植物體細胞雜交比較的敘述，錯誤的是(C)

A.它們的原理都涉及細胞膜的流動性B.都可以用電融合法或PEG融合法誘導(dǎo)融合C.融合前都需用纖維素酶或果膠酶處理細胞D.前者主要為了獲得細胞產(chǎn)品，后者主要為了獲得雜種植株

2.科學(xué)家以SARS病毒的核衣殼蛋白為抗原，制備出了單克隆抗體。下列相關(guān)敘述，正確的是(A)

A.利用該單克隆抗體可以診斷是否感染SARS病毒B.體外培養(yǎng)單個B淋巴細胞可以獲得針對SARS病毒的單克隆抗體

C.將等量B淋巴細胞和骨髓瘤細胞混合，.經(jīng)誘導(dǎo)后融合的細胞即為雜交瘤細胞

D.將純化的核衣殼蛋白反復(fù)注射到小鼠體內(nèi)，從小鼠血清中分離出的抗體為單克隆抗體

二、拓展應(yīng)用

假如你掌握了動物細胞融合技術(shù)，你想用這種技術(shù)來解決什么問題?解決這一問題的大致思路是怎樣的?這樣做會有什么風(fēng)險?請查閱相關(guān)資料，完善自己的思路，并形成文字報告，與同學(xué)交流。提示：可以利用動物細胞融合技術(shù)培育多倍體胚胎，研究其發(fā)育機制，甚至可能培育出新的物種。但是，日前相關(guān)技術(shù)還不成熟，存在融合率低、胚胎死亡率高等問題，并且還可能帶來些倫理方面的問題。（P51）03動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物1.P54思考·討論：有關(guān)體細胞核移植的問題（1）在將體細胞的核移植到卵母細胞之前，為什么必須先對卵母細胞進行去核操作?

提示：為了使核移植的胚胎或動物的核遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞。（2）你認(rèn)為用上述體細胞核移植技術(shù)培育的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復(fù)制嗎?為什么?

提示：克隆動物絕大部分DNA來自體細胞供體(核供體)動物的細胞核，但其細胞核外的DNA，即線粒體中的DNA同時來自核供體細胞和受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆動物不是對核供體動物進行完全相同的復(fù)制。此外，即便動物的遺傳基礎(chǔ)完全相同，但由于動物的發(fā)育及一些行為、習(xí)性的形成與所處環(huán)境有很大關(guān)系，克隆動物所生活的環(huán)境與核供體動物生活的環(huán)境不會完全相同。所以從這一角度看，克隆動物也不是對核供體動物進行100%的復(fù)制

（3）體細胞核移植技術(shù)與誘導(dǎo)iPS細胞相比，有什么相似或不同之處?請你預(yù)測它們應(yīng)用前景的差異。提示：利用體細胞核移植技術(shù)和誘導(dǎo)iPS細胞都能生成干細胞，但它們的過程是完全不同的。通過體細胞核移植技術(shù)可以生成帶有核供體細胞遺傳物質(zhì)的胚胎干細胞；誘導(dǎo)iPS細胞需要在細胞中表達幾個關(guān)鍵基因，將細胞逆轉(zhuǎn)到類似胚胎干細胞的狀態(tài)。體細胞核移植技術(shù)對核供體細胞有較高要求，一般情況下體細胞的分化程度越高，它重編程為干細胞的成功率就越低；可誘導(dǎo)成為iPS細胞的細胞來源相對廣一些。研究表明，成纖維細胞、B淋巴細胞、脂肪干細胞等都可以誘導(dǎo)成為iPS細胞。體細胞核移植技術(shù)涉及采集卵母細胞、去核、融合等復(fù)雜的操作；誘導(dǎo)iPS細胞的技術(shù)流程相對簡單，可能更適合用于生產(chǎn)實踐。日前科學(xué)家還在研究由這兩種技術(shù)生成的干細胞在基因表達、DNA甲基化等方面的差異，這些研究成果也將直接影響它們今后的應(yīng)用。2.P55到社會中去：提示：根據(jù)査閱資料了解的信息，分析回答問題。（P55）3.P55練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.假設(shè)世界上最后一頭野驢剛死亡，以下使它“復(fù)生”的方案中可行的是(D)

A.將野驢的基因?qū)爰殷H的受精卵中，培育出新個體B.將野驢的體細胞取出，利用組織培養(yǎng)培育出新個體

C.將野驢的體細胞兩兩融合，再經(jīng)組織培養(yǎng)培育出新個體

D.將野驢的體細胞核移植到家驢的去核卵母細胞中，經(jīng)孕育培育出新個體

2.2017年，某國批準(zhǔn)了首例使用細胞核移植技術(shù)培育“三親嬰兒”的申請。其培育過程可選用如下技術(shù)路線。據(jù)圖分析下列敘述，錯誤的是(C)

A.該技術(shù)涉及動物細胞培養(yǎng)、細胞核移植等操作

B.該技術(shù)可避免母親的線粒體遺傳病基因傳遞給后代

C.捐獻者攜帶的紅綠色育基因能夠遺傳給“三親嬰兒”

D.“三親嬰兒”同時擁有自己父親、母親及卵母細胞捐獻者的部分基因二、拓展應(yīng)用1.大熊貓是我國的國寶。盡管我國政府采取了許多保護措施，但由于大熊貓的繁殖能力低，幼仔成活率也低，它的數(shù)量仍然非常少。有科學(xué)家嘗試采用體細胞核移植技術(shù)來克隆大熊貓。請你結(jié)合本節(jié)所學(xué)內(nèi)容并搜集相關(guān)資料了解這方面的研究進展。也有人不贊成進行克隆大熊貓的研究，認(rèn)為保護大熊貓的最好措施就是保護現(xiàn)有大熊貓及其生存環(huán)境，對此你有什么看法?提示：是否贊成克隆大熊貓，學(xué)生的回答只要言之有理，就應(yīng)該予以支持，并且還應(yīng)該讓他們認(rèn)識到無論贊成還是反對克隆大熊貓的研究，都應(yīng)該保護好大熊貓的生存環(huán)境，否則即使成功克隆了大熊貓，它們沒有適宜的生存環(huán)境，也可能走向滅絕。（P55）2.2003年，世界上第一只用體細胞克隆的動物--多利，因患有嚴(yán)重的肺部疾病被實施了安樂死。它只活了7歲，而普通綿羊的平均壽命在12歲左右。多利的死亡引發(fā)了關(guān)于克隆動物是否早衰的爭論。一些研究者認(rèn)為，克隆動物的端粒比較短，基因表達不正常，早衰是-種必然現(xiàn)象。另一些研究者則認(rèn)為，克隆動物的遺傳物質(zhì)是正常的，日前發(fā)現(xiàn)的早衰跡象是在克隆過程中的一些技術(shù)問題造成的;或者克隆動物在發(fā)育過程中出現(xiàn)了變異，早衰只是偶然現(xiàn)象。請你搜集資料，尋找支持各方觀點的研究證據(jù)。你也可以調(diào)查克隆動物存在的其他問題，并說明科學(xué)家是如何解決這些問題的。提示：在學(xué)生搜集證據(jù)的過程中，要提示他們注意證據(jù)的來源及其真實性和可靠性，進一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到雖然目前對克隆動物的早衰問題存在爭論，但這樣的爭論有利于人類進一步了解生命現(xiàn)象，也有利于克隆技術(shù)更好地應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域。第3節(jié)胚胎工程01胚胎工程的理論基礎(chǔ)1.P56從社會中來：我國對奶類的總需求量很大，但與奶業(yè)發(fā)達的國家相比，我國奶牛的單產(chǎn)水平還存在一定差距。奶牛品種是影響產(chǎn)奶量的主要因素之一，而引進一頭成年奶牛往往需要數(shù)萬元，高昂的價格使得靠大量引進優(yōu)良品種來提高產(chǎn)量不太可行。能不能讓引進的良種奶牛快速、大量繁殖呢?遺憾的是，牛的生育率很低，一頭母牛一胎一般只產(chǎn)一頭犢牛，一生約生育四五次。如何解決這個難題呢?提示：可以通過體外受精、胚胎分割等技術(shù)獲得多個良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。（P56）2.P59思考·討論：不同動物受精卵發(fā)育的比較（1）表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發(fā)育程度最高?

提示：比較而言，馬的胚胎進入子宮時，發(fā)育程度最高，它處于囊胚階段。

（2）將體外培養(yǎng)的小鼠胚胎移植到母鼠子宮時，應(yīng)選擇至少發(fā)育到什么階段的胚胎?如果換成牛又該怎樣處理?

提示：小鼠應(yīng)選擇至少發(fā)育到桑葚胚階段的胚胎進行移植。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進行移植。

（3）為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)?

請結(jié)合所學(xué)習(xí)的內(nèi)容舉例說明。提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解了哺乳動物在自然條件下受精和胚胎早期發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。人們正是在認(rèn)識了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟，精子能在體外完成獲能，獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子能在試管內(nèi)完成受精，獲得的受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等。（P59）3.P59練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.判斷下列表述是否正確。

(1)在自然條件下，受精是在雌性動物的子宮中完成的。()

(2)精子需要獲能才能與卵子結(jié)合，而卵子一經(jīng)排出就具備受精能力。()

(3)胚胎發(fā)育的場所是輸卵管和子宮。(

)(1)×(2)×(3)√2.下列有關(guān)哺乳動物早期胚胎發(fā)育的敘述，錯誤的是(A)

A.在桑葚胚階段，胚胎的內(nèi)部開始出現(xiàn)含有液體的腔

B.胚胎干細胞是一類未分化的細胞，可以從早期胚胎中分離獲得

C.桑葚胚的細胞一般都具有全能性，囊胚的細胞逐漸分化

D.受精卵早期分裂時，胚胎中細胞數(shù)目不斷增加，但胚胎的總體積并不增加

二、拓展應(yīng)用

1.精母細胞在變成精了的過程中，很多結(jié)構(gòu)會消失，而細胞核與線粒體都保留了下來，請嘗試用你所了解的哺乳動物受精的相關(guān)知識來解釋這一現(xiàn)象。

提示：細胞核和線粒體都是精子的重要結(jié)構(gòu)。其中，細胞核是遺傳物質(zhì)儲存的場所，決定后代的遺傳特性，它參與受精過程。線粒體是精子進行有氧呼吸的主要場所，為精子的生存和運動提供能量。（P59）

2.精子在雌性動物的生殖道內(nèi)是如何獲能的?除了教材中介紹的，防止多精入卵的機制還有哪些?感興趣的話，請通過查閱相關(guān)資料或請教專家來進行了解。關(guān)于受精作用，你還能提出其他問題嗎?提示：出題的目的不是讓學(xué)生準(zhǔn)確地答出精子獲能的機制和防止多精入卵的具體機制，而是鼓勵有興趣的學(xué)生去査閱資料或請教專家，并引導(dǎo)他們?nèi)碎喯鄬I(yè)的書籍，這是學(xué)習(xí)的深入過程。這里涉及的問題，在普通生物學(xué)或者一般的細胞工程專著中可能找不到答案，需要查閱生殖生物學(xué)相關(guān)書籍。通過查閱專業(yè)資料，學(xué)生能了解到，精子獲能的機制很神奇，防止多精入卵的機制同樣神奇而且非常復(fù)雜，這都是機體在長期進化的過程中形成的、用來保障本物種延續(xù)的機制。精液由精子和精漿兩部分組成。精漿中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當(dāng)交配后精液進入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產(chǎn)生些物質(zhì)解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。不同動物的精子在雌性動物生殖道內(nèi)獲能的部位可能會所有差異，但主要是在子宮和輸卵管中。精子的獲能涉及以下變化：雌性動物生殖道分泌的一些物質(zhì)使精子表面的物質(zhì)發(fā)生變化(如某些酶將頂體表面的糖蛋白降解)；精子表面膜結(jié)構(gòu)一些物質(zhì)的比例發(fā)生變化；膜的通透性發(fā)生變化等。這些變化可以暴露出精子表面與卵細胞相識別的受體，改變精子的活力，為后續(xù)受精做準(zhǔn)備。關(guān)于防止多精入卵的機制，教材只進行了簡單介紹，內(nèi)容主要涉及防止多精入卵的兩道重要屏障：透明帶反應(yīng)和卵細胞膜反應(yīng)。它們分別發(fā)生在精子穿越透明帶觸及卵細胞膜的瞬間及精子入卵之后。如果學(xué)生査閱專業(yè)書籍，還會發(fā)現(xiàn)，生殖道對精子具有初步的篩選作用，在經(jīng)過雌性動物生殖道的一些屏障后，只有少數(shù)活動力強的精子能到達受精部位。在精子和卵細胞識別后會發(fā)生一些反應(yīng)，如卵細胞表面的精子識別受體很快發(fā)生分子修飾，使后來的精子表面的卵細胞結(jié)合蛋白不能識別受體等。具體的生理、生化機制，請參閱有關(guān)專著。02胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用1.P62思考·討論：胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)（1）將檢驗合格的胚胎移植到任何一個受體的子宮內(nèi)，胚胎都能正常發(fā)育嗎?如果不能，在胚胎移植前應(yīng)該對受體進行怎樣的處理?

提示：不一定能正常發(fā)育。一般情況下檢驗合格的胚胎需要移植到同種的、生理狀態(tài)相同的受體子宮內(nèi)，胚胎才能繼續(xù)發(fā)育。在胚胎移植前要對受體進行同期發(fā)情處理，使供體和受體生殖器官的生理變化同步，這樣才能為供體的胚胎移入受體提供相同的生理環(huán)境。

（2）受體會不會對來自供體的胚胎發(fā)生免疫排斥反應(yīng)?

提示：受體對來自供體的胚胎基本上不會發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。

（3）胚胎移植后，經(jīng)受體孕育的后代，其遺傳特性與供體還是受體保持-致?為什么?提示：胚胎移植后，經(jīng)受體孕育的后代的遺傳特性與供體保持一致。因為供體胚胎與受體子宮建立的僅是生理和組織上的聯(lián)系，其遺傳物質(zhì)在孕育過程中不會發(fā)生任何變化。（4）胚胎移植實質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。你認(rèn)為這樣的概括正確嗎?為什么?提示：正確。因為胚胎移植的成功率與供體、受體生理環(huán)境條件的一致性密切相關(guān)。只有供體、受體生理環(huán)境條件高度一致，移人受體的胚胎才能被接受，并繼續(xù)發(fā)育。所以，我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。2.P64到社會中去：荷斯坦奶牛的產(chǎn)奶量很高。某良種公司引進了純種荷斯坦奶牛，并用胚胎分割技術(shù)繁育了良種荷斯坦奶牛群體。如果你是一名科技專欄的記者，現(xiàn)在需要寫一篇關(guān)于用胚胎分割技術(shù)繁育良種奶牛的報道，請寫出你準(zhǔn)備向胚胎工程專家提出的三個問題，然后與其他同學(xué)交換問題，再以訪談錄的形式回答他提出的問題(可通過查閱網(wǎng)絡(luò)、書籍.上的資料或向?qū)＜艺埥痰确绞浇鉀Q自己回答不出的問題)。提示：學(xué)生可以向胚胎工程專家提出的問題有：公司繁育成功的良種奶牛是將胚胎幾等分得到的后代？采用胚胎分割技術(shù)，理論上一頭純種荷斯坦奶牛一年可由代孕母牛生下多少頭小牛？實際得到了多少頭？如果理論值與實際值存在差異，產(chǎn)生差異的原因是什么？胚胎分割后經(jīng)移植獲得的同卵雙胎或多胎，是否保持了良種奶牛所有的優(yōu)良性狀？是否有生理缺陷？等等。3.P64練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測1.體外受精和胚胎移植都是在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，上應(yīng)用較多的胚胎工程技術(shù)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

(1)采集來的卵母細胞和精子可以直接用于體外受精。()

(2)經(jīng)胚胎移植產(chǎn)生的后代，其遺傳特性與受體保持一致。()

(3)進行胚胎移植前，要對供體和受體進行免疫檢查，以防止發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。(

)(1)×(2)×(3)×2.杜泊羊以其生長速度快、肉質(zhì)好等優(yōu)點，成為受廣大消費者喜歡的綿羊品種?？蒲泄ぷ髡咄ㄟ^胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下圖所示。(1)請將圖中括號內(nèi)的內(nèi)容補充完整。

提示：體外胚胎培養(yǎng)、胚胎移植。

(2)為了獲得數(shù)量較多的卵母細胞，可以對雌性杜泊羊進行怎樣的處理?

提示：可以對雌性杜泊羊進行超數(shù)排卵處理。

(3)在進行體外受精操作之前，還要對獲得的卵母細胞和精子進行怎樣的處理?

提示：要對采集到的卵母細胞進行成熟培養(yǎng)，對采集到的精子進行獲能處理。

二、拓展應(yīng)用北方白犀牛曾經(jīng)廣泛分布于非洲中部等地，但由于猖獗的盜獵和自然棲息地的喪失，它們的數(shù)量不斷減少。2018年3月，世界.上最后-

-頭雄性北方白犀牛去世，該物種僅剩下兩頭雌性。在此之前，研究人員設(shè)法保存了北方白犀牛的精子。請回答下列問題。

(1)我們可以使用哪些現(xiàn)代生物技術(shù)來人工繁育北方白犀牛?運用這些技術(shù)一定能繁育成功嗎?請說出你的理由。

提示：可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細胞核移植等技術(shù)來人工繁育北方白犀牛。運用這些技術(shù)不一定能成功繁育北方白犀牛，因為任何一項技術(shù)都不能保證百分之百的成功率，何況現(xiàn)存的北方白犀牛數(shù)量極少。

(2)如果繁育成功，這樣人工繁育的種群與野生種群相比，有什么區(qū)別?

提示：這樣人工繁育的種群與野生種群相比，遺傳多樣性會降低，野外生存能力也會下降。

(3)如果繁育不成功，這一

物種將永遠從地球上消失，從中我們能得到怎樣的教訓(xùn)?提示：多種多樣的生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，是一個個獨特的基因庫。任何一個物種的滅絕都可能產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，使其他相關(guān)物種受到影響，進而威脅到生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。保護瀕危的野生動物，保護生物多樣性刻不容緩。3.P66復(fù)習(xí)與提高1.若下圖表示細胞工程操作中的某些過程，請回答下列問題。如果A.B分別是白菜和甘藍的原生質(zhì)體，則C細胞再生出細胞壁后需要通過什么技術(shù)才能發(fā)育成雜種植株“白菜--甘藍"?若白菜和甘藍雜交產(chǎn)生了子代，該子代是否可育?為什么?

提示：植物組織培養(yǎng)技術(shù)；白菜和甘藍雜交產(chǎn)生的子代沒有同源染色體，進行減數(shù)分裂時聯(lián)會發(fā)生紊亂，不能形成正常的配子，所以該子代一般不可育。

(2)若該圖表示抗丙肝病毒的單克隆抗體制備過程中的一環(huán)，A細胞是小鼠骨髓瘤細胞。則B細胞表示什么?符合要求的C細胞應(yīng)具有哪些特點?

提示：B淋巴細胞；能大量增殖并能產(chǎn)生抗丙肝病毒的抗體。

(3)如果A.B分別是取自優(yōu)良奶牛的卵細胞和精子。在進行體外受精時。-般要把A細胞培養(yǎng)到什么時期?

B

細胞則要經(jīng)過什么處理才能與A細胞結(jié)合為受精卵?

提示：減數(shù)分裂Ⅱ中期(MⅡ期)；獲能處理。

2.2015年10月，我國科學(xué)家居呦呦因發(fā)現(xiàn)青萬素可以有效降低瘧疾患者的死亡率而獲得了諾貝:爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。青蒿素類藥物的市場需求很大，請你根據(jù)所學(xué)內(nèi)容及以下信息，提出一條提高青葛索類藥物產(chǎn)量的研究思路。

(1)青蒿素的衍生物---雙氯青蒿素也是很好的抗瘧疾藥物，并且它的藥物活性比青葛素的高很多;

(2)青蒿素是從黃花葛中提取的，在黃花蒿產(chǎn)生青蒿素的代謝過程中。某些酶(如FPS酶)起決定性作用:

(3)野生黃花蒿在生長過程中，處于花蕾期時體內(nèi)青萬索含量最高;

(4)研究人員在對黃花蒿進行組織培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)它的重傷組織中沒有青藍素，但是由愈傷組織再分化形成的芽和苗中均有青蒿素:

(5)四倍體黃花蒿體內(nèi)青蒿素的含量比二倍體高38%，但四倍體植株比二倍體植株矮小很多。提示：本題看似是從幾個選項中選擇一個即可