第2章素养检测
一、刷速度
1．动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。下列相关叙述错误的是（ ）
A．细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能
B．动物细胞融合技术可以用于研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤等
C．动物细胞融合技术和植物体细胞杂交技术的原理完全相同
D．若将两种细胞放置于培养基中进行两两细胞融合，共有3种融合类型
答案：C
解析：细胞融合技术属于细胞水平的杂交，能够突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能， $ \mathrm{A} $ 正确；动物细胞融合技术广泛应用于遗传学研究、单克隆抗体制备以及肿瘤细胞特性分析等领域， $ \mathrm{B} $ 正确；动物细胞融合的原理为细胞膜的流动性，而植物体细胞杂交还利用了细胞的全能性以形成完整植株，二者原理不完全相同， $ \mathrm{C} $ 错误；两种细胞（如 $ \mathrm{A} $ 和 $ \mathrm{B} $ ）融合时，两两融合的组合包括 $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B}\mathrm{B} $ 和 $ \mathrm{A}\mathrm{B} $ ，共3种类型， $ \mathrm{D} $ 正确。
2．科学家将4个关键基因导入已分化的肌肉细胞中并表达，使这个细胞成为诱导多能干细胞（ $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞），该实验过程如图所示。下列有关叙述正确的是（ ）
A．应用该技术可提高器官移植的成功率
B．该 $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞所携带的遗传信息与肌肉细胞相同
C．关键基因表达使细胞功能趋向专门化，降低了细胞的分化程度
D．图示过程体现了 $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞的全能性
答案：A
解析：诱导 $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞分化成需要的器官后进行自体移植，理论上可以避免免疫排斥反应，故可提高器官移植的成功率， $ \mathrm{A} $ 正确；该 $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞中多了4个关键基因，故该 $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞所携带的遗传信息与肌肉细胞不完全相同， $ \mathrm{B} $ 错误；关键基因表达使高度分化的肌肉细胞转变为诱导多能干细胞，细胞功能专门化程度降低，即降低了细胞的分化程度， $ \mathrm{C} $ 错误；图示过程只是分化形成了几种细胞，没有形成完整个体，也没有分化形成其他各种细胞，故没有体现 $ \mathrm{i}\mathrm{P}\mathrm{S} $ 细胞的全能性， $ \mathrm{D} $ 错误。
3．动物细胞培养出的人造肉具有营养可控、结构仿真、口感真实的特点。其主要生产流程如图，图中的微载体是一种固体的细胞生长基质，其表面能使细胞贴附。下列叙述正确的是（ ）
A．肌肉干细胞是成体干细胞，形成人造肉体现了细胞的全能性
B．①过程可用机械方法，也可用胰蛋白酶或胃蛋白酶处理获得细胞悬液
C．②过程需使用添加血清、生长素等营养物质的培养液
D．③过程加入微载体为细胞提供更大附着面积，延迟接触抑制的出现
答案：D
解析：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。肌肉干细胞形成人造肉，只是分化形成了特定的组织，没有体现细胞的全能性， $ \mathrm{A} $ 错误。①过程将肌肉组织小块处理成细胞悬液，可用机械方法，也可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，但不能用胃蛋白酶处理， $ \mathrm{B} $ 错误。②过程培养动物细胞时，培养液中需添加血清等天然成分，但生长素是植物激素，动物细胞培养液中不需要添加生长素， $ \mathrm{C} $ 错误。③过程加入微载体，微载体作为固体的细胞生长基质，其表面能使细胞贴附，为细胞提供了更大的附着面积，从而延迟接触抑制的出现， $ \mathrm{D} $ 正确。
4．非对称细胞融合技术是指利用射线照射某原生质体，去除其细胞核，用罗丹明 $ 6\mathrm{G} $ 处理另一原生质体，使其细胞质失活，然后诱导两原生质体融合。研究者通过该技术，利用野生雄性不育稻（ $ 2n=24 $ ，雄性不育基因为细胞质基因）和优良水稻 $ (2n=24) $ 培育优良水稻雄性不育系已获得成功。下列说法正确的是（ ）
A．应用射线照射优良水稻原生质体，用罗丹明 $ 6\mathrm{G} $ 处理野生雄性不育稻原生质体
B．需在低渗或等渗环境下用纤维素酶和果胶酶处理两种植物细胞获得原生质体
C．可用聚乙二醇融合法诱导原生质体融合，成功融合的细胞染色体组成为 $ 4n=48 $
D．原生质体融合成功的标志是形成新的细胞壁
答案：D
解析：野生雄性不育稻细胞质中含雄性不育基因，故应利用射线照射野生雄性不育稻，破坏其细胞核；用罗丹明 $ 6\mathrm{G} $ 处理优良水稻原生质体，使其细胞质失活，然后诱导原生质体融合， $ \mathrm{A} $ 错误。植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，可用纤维素酶和果胶酶对植物细胞进行去壁处理，得到原生质体，但在低渗环境下原生质体可能会吸水涨破，需在等渗或微高渗环境下进行， $ \mathrm{B} $ 错误；可用聚乙二醇融合法诱导原生质体融合，但野生雄性不育稻的染色体在融合前已去除，仅留下细胞质基因，故融合后的细胞染色体组成为 $ 2n=24 $ ， $ \mathrm{C} $ 错误；原生质体融合成功的标志是形成新的植物细胞壁， $ \mathrm{D} $ 正确。
5．铁皮石斛是名贵中药，其有效成分生物碱为细胞的次生代谢物。研究人员将铁皮石斛的营养芽采用组织培养技术培养成拟原球茎（ $ \mathrm{P}\mathrm{L}\mathrm{B}\mathrm{s} $ ，类似愈伤组织），培养过程中 $ \mathrm{P}\mathrm{L}\mathrm{B}\mathrm{s} $ 质量、生物碱含量的变化如图。下列说法正确的是（ ）
A．在培养前应对营养芽进行灭菌，在酒精灯火焰旁进行接种操作可减少杂菌污染
B．因新生营养芽的细胞分化程度低，作外植体时容易诱导形成 $ \mathrm{P}\mathrm{L}\mathrm{B}\mathrm{s} $
C．诱导营养芽形成 $ \mathrm{P}\mathrm{L}\mathrm{B}\mathrm{s} $ 的过程称为细胞的脱分化，生物碱为该过程提供营养
D．与光照条件下相比，黑暗条件下 $ \mathrm{P}\mathrm{L}\mathrm{B}\mathrm{s} $ 的生长起始早、快速生长持续时间长
答案：B
解析：在接种前对外植体进行消毒，并在酒精灯火焰旁进行接种可减少杂菌污染，灭菌会导致外植体死亡， $ \mathrm{A} $ 错误；选用新生营养芽为外植体是因为其分化程度低，分裂能力强，且几乎不携带病毒，作外植体培养时容易诱导形成 $ \mathrm{P}\mathrm{L}\mathrm{B}\mathrm{s} $ ， $ \mathrm{B} $ 正确；生物碱为细胞的次生代谢物，不能提供营养， $ \mathrm{C} $ 错误。
6．北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地，但由于盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛死亡，该物种仅剩下两头雌性，在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。多个研究团队试图通过多种技术手段繁育该物种。请回答下列问题。
Ⅰ.一个研究团队试图培育试管北方白犀牛，其主要流程如图1。
图1
（1） ①过程需要对雌性北方白犀牛 （填“注射”“饲喂”或“注射或饲喂”）促性腺激素，目的是使其超数排卵。取自雌性北方白犀牛体内的卵母细胞需要培养至 ，才能与获能的精子受精。
（2） 研究团队将体外受精得到的受精卵培养至桑葚胚或囊胚后移植至南方白犀牛的子宫中孕育，为了使受体生理状态更适合胚胎移植，应对其进行 处理以提高成功率。
Ⅱ.另一个团队试图培育克隆北方白犀牛，其主要流程如图2。
图2
（3） 进行核移植之前需要从北方白犀牛身上取少量细胞进行体外培养以获得足够量的供体细胞。在培养细胞时，既要保证环境无菌、无毒，还需定期更换培养液，以便 。通常还会将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入培养瓶中，目的是 ，以增加培养的细胞数量。
（4） 取自雌性南方白犀牛的卵母细胞培养至一定阶段后需要去核，在去核操作中常采用的方法是 法。
（5） 上述后代试管动物和克隆动物的性别 （填“一定”或“不一定”）相同；从生物多样性的角度分析，与野生种群相比，人工繁育的种群 。
答案：（1） 注射； $ \mathrm{M}Ⅱ $ 期
（2） 同期发情
（3） 清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害；增大细胞贴壁生长的附着面积，避免细胞过早出现接触抑制现象
（4） 显微操作
（5） 不一定；遗传多样性会降低
解析：（1） 促性腺激素的化学本质为蛋白质，口服后会被分解而失去作用，因此为了获得更多的卵母细胞，应该给雌性北方白犀牛注射促性腺激素，使其超数排卵。取自雌性北方白犀牛体内的卵母细胞需要培养至 $ \mathrm{M}Ⅱ $ 期才能与获能的精子受精。
（2） 要对受体犀牛进行同期发情处理，使其生理状态更适合胚胎移植，从而提高胚胎移植成功率。
（3） 在进行动物细胞培养时，要定期更换培养液，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。由于培养的动物细胞具有贴壁生长、接触抑制的特点，所以将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入培养瓶中增大细胞贴壁生长的附着面积，避免过早出现接触抑制现象，以增加培养的细胞数量。
（4） 取自雌性南方白犀牛的卵母细胞培养至一定阶段后需要去核，在去核操作中常采用的方法是显微操作法，也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。
（5） 获得的克隆北方白犀牛，其细胞核遗传物质来源于供体北方白犀牛，因此其性别与提供细胞核的供体相同，而试管动物的获得经过了两性生殖细胞的结合，性别无法确定，因此，上述后代试管动物和克隆动物的性别不一定相同。生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性，从生物多样性的角度分析，与野生种群相比，人工繁育的种群遗传多样性会降低。
7．三白草和鱼腥草是同科不同属的两种药用植物，二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”。科研人员将复方的配伍（两种或两种以上药物配合使用）用于个体生长或生产过程，并实现有效成分的工厂化生产，具体操作如图1；进一步研究不同的原生质体密度对三白草和鱼腥草原生质体融合率的影响，结果如图2。
图1 图2
注：双核异核融合体指具有两个不同来源细胞核的细胞
（1） 图1中①过程通过酶解法去除 获取原生质体，并向三白草和鱼腥草细胞酶解液中分别加入红、绿荧光色素（带荧光色素的原生质体仍能融合和再生）。过程②可利用 （化学法）诱导融合，随后在荧光显微镜下选择带 的杂种原生质体。
（2） 由图2可知，促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为 个 $ \cdot {\mathrm{m}\mathrm{L}}^{-1} $ 左右。
（3） 通常情况下，若物质能增加免疫器官（如胸腺）的质量，则表明其具有一定的增强免疫力的作用。结合图1的生产流程，为了判断融合体对动物免疫力的影响，科研人员取同种小鼠30只，雌雄各半，随机均分为三组，实验处理如下表。
组别 | A组 | B组 | C组（空白对照组） |
实验处理 | Ⅰ | 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物 | Ⅱ |
每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的Ⅲ |
① 请补充完善表格中的实验设计。
② 若实验结果为A组小鼠胸腺质量大于（或等于）B组，且B组 （填“大于”“等于”或“小于”）C组，则支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。
答案：（1） 细胞壁；聚乙二醇 $ (\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{G}) $ 融合法或高 $ {\mathrm{C}\mathrm{a}}^{2+}— $ 高 $ \mathrm{p}\mathrm{H} $ 融合法；双色荧光（或红、绿荧光）
（2） $ 1×{10}^{6} $
（3） ① Ⅰ三白草和鱼腥草杂种愈伤组织的蒸馏水提取物 Ⅱ等量的蒸馏水 Ⅲ胸腺质量
② 大于
解析：（1） 据图1可知，过程①通过酶解法去除细胞壁获取原生质体。诱导植物细胞融合的化学方法有 $ \mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{G} $ （聚乙二醇）融合法和高 $ {\mathrm{C}\mathrm{a}}^{2+}— $ 高 $ \mathrm{p}\mathrm{H} $ 融合法。由于三白草细胞酶解液中加入了红荧光色素，鱼腥草细胞酶解液中加入了绿荧光色素，所以杂种原生质体应该带红、绿双色荧光。
（2） 由图2柱形图可知，在原生质体密度为 $ 1×{10}^{6} $ 个 $ \cdot {\mathrm{m}\mathrm{L}}^{-1} $ 时，双核异核融合体比例最高，说明促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为 $ 1×{10}^{6} $ 个 $ {\cdot \mathrm{m}\mathrm{L}}^{-1} $ 左右。
（3） 为了判断融合体对动物免疫力的影响，实验的自变量应该是实验动物的处理方式，因变量是胸腺的质量，故 $ \mathrm{A} $ 组应该用三白草和鱼腥草杂种愈伤组织的蒸馏水提取物， $ \mathrm{C} $ 组为空白对照组，根据对 $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B} $ 两组的处理可知， $ \mathrm{C} $ 组应用等量的蒸馏水；三组均每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的胸腺质量。若 $ \mathrm{A} $ 组小鼠胸腺质量大于（或等于） $ \mathrm{B} $ 组，且 $ \mathrm{B} $ 组大于 $ \mathrm{C} $ 组，则说明融合体能增强动物免疫力，支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。
8．呕吐毒素 $ (\mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N}) $ 是一种由多种镰刀菌产生的真菌蛋白，常见于被污染的谷物和谷物制品中。摄入被 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 污染的食物后，人们可能会出现恶心、呕吐、腹泻等症状，严重时甚至可能导致死亡。同时， $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 还会对动物的生长、繁殖和免疫功能产生负面影响，给养殖业带来巨大损失。近年来，单克隆抗体技术在 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 的检测中展现出巨大的潜力和优势， $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 单克隆抗体制备流程如图1所示。回答下列问题:
图1
（1） 图1中给小鼠注射的物质是 ，注射该物质的目的是 。
（2） B细胞和骨髓瘤细胞通过①过程进行融合，如果只考虑两两融合，形成的融合细胞共有 种类型。第一次筛选时所用的培养基为选择培养基，能在这种培养基上生长的细胞是 。
（3） ②过程为第二次筛选，所用的培养板为96孔板，将筛选的呈阳性的细胞通过③过程进行扩大培养，进而获取单克隆抗体。获取单克隆抗体时，如果是体内培养，可以从小鼠的腹水中获取，如果是体外培养，可以从 中获取。与常规的血清抗体相比，单克隆抗体所具备的优点是 。
（4） 实验人员将等量的纯化 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 蛋白分别注入甲、乙、丙、丁4只小鼠体内，经过二次免疫后测定小鼠 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 抗体的免疫效果，以便筛选出制备 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 单克隆抗体时用于细胞融合的供体小鼠。甲、乙、丙、丁4只小鼠的血清抗体半抑制浓度 $ ({\mathrm{I}\mathrm{C}}_{50}) $ 和血清抗体相对浓度如图2所示。制备 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 单克隆抗体时，最适合作为细胞融合的供体小鼠是 ，依据是 。
图2
答案：（1） $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ ；诱导小鼠发生特异性免疫反应，从该小鼠体内得到能产生 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 抗体的B淋巴细胞
（2） 3；杂交瘤细胞
（3） 细胞培养液；特异性强、灵敏度高，并且可以大量制备
（4） 丁；丁的血清抗体相对浓度较高，且 $ {\mathrm{I}\mathrm{C}}_{50} $ 最低，即抗体灵敏度最高
解析：（1） 图1为制备 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 单克隆抗体的流程，故图1中给小鼠注射的物质是 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ ，其作用是作为抗原诱导小鼠发生特异性免疫反应，从该小鼠体内得到能产生 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 抗体的 $ \mathrm{B} $ 淋巴细胞。
（2） $ \mathrm{B} $ 细胞和骨髓瘤细胞通过①过程进行融合，如果只考虑两两融合，形成的融合细胞共有3种类型，即 $ \mathrm{B} $ 细胞与 $ \mathrm{B} $ 细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、 $ \mathrm{B} $ 细胞与骨髓瘤细胞融合（杂交瘤细胞）。第一次筛选时所用的培养基为选择培养基，未融合的 $ \mathrm{B} $ 细胞、骨髓瘤细胞以及同种细胞融合的细胞均不能在此培养基上正常生长和增殖，故能在这种培养基上生长的细胞是杂交瘤细胞。
（3） 如果是体外培养，可以从细胞培养液中获取单克隆抗体。与常规的血清抗体相比，单克隆抗体所具备的优点是特异性强、灵敏度高，并且可以大量制备。
（4） 结合图2可知，制备 $ \mathrm{D}\mathrm{O}\mathrm{N} $ 单克隆抗体时，最适合作为细胞融合的供体小鼠是丁，依据是丁的血清抗体相对浓度较高，且 $ {\mathrm{I}\mathrm{C}}_{50} $ 最低，即抗体灵敏度最高。