图1和图2分别表示两种获取胚胎干细胞的途径。图1表示的是科学家把4个与胚胎发育相关的特异性基因导入成年小鼠细胞,培养出了诱导多潜能干细胞,称为iPS细胞,类似于胚胎干细胞样细胞,再将iPS细胞转入小鼠乙体内培养,结果如图所示。图2表示研究人员利用小鼠(2N="40)" 获取单倍体胚胎干细胞的一种方法,哺乳动物单倍体胚胎干细胞技术是遗传学研究的新手段。请分析并回答下列问题:
(1)图1过程中,通常选择传代培养 代以内的成纤维细胞导入特异性基因;成纤维细胞转变为iPS细胞,类似于植物组织培养中的 过程。
(2)克隆培养iPS细胞时,需要加入一定量的 ,以防止杂菌污染。早期研究发现在 iPS 细胞诱导培养的过程中会出现大量不具备干细胞功能的细胞,若用维生素C处理,能显著提高iPS细胞的诱导成功率,推测其原因是 。
(3)研究人员将iPS细胞团注射入缺乏T细胞的小鼠体内,细胞团能继续生长。由此可推测图1中iPS细胞团逐渐退化的原因是 。
(4)图2中,研究人员需要对实验小鼠丙注射促性腺激素使其 ,从而获得更多的卵母细胞,再利用SrC12溶液处理、激活卵母细胞,并在体外培养至[④] 期,再利用流式细胞仪筛选出单倍体细胞。
(5)研究发现,单倍体胚胎干细胞也能分化,形成不同功能的细胞、组织和器官,该技术培育的单倍体动物可成为研究 (填“显性”或“隐性”)基因功能的理想细胞模型。
[生物——选修3:现代生物科技专题]
1984年3月9日,世界上第一胎“试管山羊”由中国兽医博士旭日干与日本人筑波共同培育成功,旭日干于1989年培育出了中国首胎“试管绵羊”及“试管牛”,如今胚胎工程已经成功应用到农业生产实践当中。请回答有关胚胎工程的理论知识和实际问题:
(1)哺乳动物成熟的精子外形似蝌蚪,分头、颈、尾三大部分,是由精子细胞变形得到的,其中的 结构变为精子头的主要部分, 发育为头部的顶体, 演变为精子的尾,细胞内的其他物质浓缩为球状,叫 。
(2)卵子与精子在发生上最大的不同是卵泡形成和储备是在 时期,而精子是在初情期开始的;雌性刚排出的卵并非成熟的卵子,要在精卵结合的过程完成减数分裂,所以用于体外受精采集的卵母细胞必须培养到减数分裂的 期才能与精子进行受精。判断卵子是否受精的重要标志是可以观察到 ,在受精阶段,防止多精入卵的第一道和第二道屏障依次为 和 。
(3)受精卵形成后,要在体外培养成早期胚胎才能移入母体子宫内,一般需要胚胎发育至 期,将其移植到 的其他雌性动物体内;若需要进行胚胎分割,要注意将胚胎的 均等分割,否则会影响分割后的胚胎恢复和进一步发育,胚胎分割可以看做动物 (填“有性”或者“无性”)繁殖的方法之一。
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饲养层上,并加入__________、抗生素等物质,维持细胞不分化的状态。在此过程中,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________,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,囊胚的下一个阶段是_________。
(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____________________。
东方网2008年9月21日消息,中山大学中山眼科中心主任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,再将囊胚移入到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:
(1)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 。
(2)囊胚时,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。
(3)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。
【生物——选修3:现代生物科技专题】2013年7月,中国试管婴儿之母——卢光琇教授与研究伙伴共同宣布全球首批经全基因组测序的PGD/PGS试管婴儿在长沙诞生。新技术的突破意味着通过设计试管婴儿解决部分不孕不育问题的同时,部分肿瘤疾病、遗传性疾病的家族性遗传也将有望避免。
(1)设计试管婴儿时为了提高受孕率,胚胎移植时多采用多胚胎移植,因此需要用 处理促进母亲排出更多的卵子。
(2)胚胎发育的卵裂期在 (填“透明带”或“放射冠”)内进行。受精卵经72小时体外培养发育成由32细胞左右的胚胎,叫做 ,可用于胚胎移植。
(3)为了某些需要,需对胚胎的性别进行鉴定。目前最有效最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被测的囊胚中取出几个 (填“滋养层”或“内细胞团”)细胞,提取DNA;然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段碱基作 ,以 为模板进行PCR扩增;最后与SRY特异性探针出现阳性反应者,胚胎为 性。
(4)设计试管婴儿、克隆人等都是引起人们广泛争论的问题。我国不反对治疗性克隆,即可利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病,在去除卵母细胞的细胞核时,可用微型吸管把位于 和 之间的第一极体一并吸出。
阅读如下材料:
材料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵在,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
材料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97为的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。
材料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。
回答下列问题:
(1)材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 法。构建基因表达载体常用的工具酶有 。在培育转基因植物是,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是 。
(2)材料乙属于 工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 进行改造,或制造制造一种 的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 序列发生了改变。
(3)材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到 种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内,使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中,兔甲称为 体,兔乙称为 体。
毛角蛋白II型中间丝(KIFII)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFII基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。
(1)过程①中最常用的运载工具是__________,所需要的酶是限制酶和_____________。
(2)在过程②中,用__________处理将皮肤组织块分散成单个细胞。在培养过程中,将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中,CO2的作用是________________。
(3)在过程③中,用______处理以获得更多的卵(母)细胞。成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行____处理。
(4)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是 。在胚胎移植前,通过____________技术可获得较多胚胎。
胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术,可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。如图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。
(1)从良种母牛采集的卵母细胞,都需要进行体外培养,其目的是_____;从良种公牛采集的精子需_____后才能进行受精作用。
(2)在体外培养受精卵时,除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外,还需要提供____气体以维持____。
(3)图中过程A称为_____,它在胚胎工程中的意义在于_____。
(4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器,需将目的基因导入牛受精卵,最常用的导入方法是____;获得转基因母牛后,如果_____即说明目的基因已经表达。
阅读下列材料并回答有关问题:
ω-3脂肪酸是深海“鱼油”的主要成分,它对风湿性关节炎以及糖尿病等有很好的预防和辅助治疗作用。目前,人们主要通过食用深海鱼肉摄取ω-3脂肪酸,这造成人们过度捕杀深海鱼而严重破坏了海洋生态系统。由于ω-3脂肪酸去饱和酶可在普通猪体内将其富含的ω-6饱和脂肪酸转变成ω-3脂肪酸,于是,科学家从一种线虫中提取出ω-3脂肪酸去饱和酶基因,然后将基因导入猪胚胎,再将这种胚胎干细胞在体外培养一段时间后植入正常猪的子宫,以期得到富含ω-3脂肪酸的转基因猪。目前还不知道这些转基因猪肉能不能吃,也不清楚这些小猪长大以后能否保持较高水平的ω-3脂肪酸.
(1)从线虫中提取目的基因时需要特定的 酶。
(2)构建基因表达载体中,启动子的化学成分是 ,它位于基因的首端,是 识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA。
(3)请列举培育富含ω-3脂肪酸的转基因猪需利用到的三种关键的现代生物技术。
(4)建造海底人工鱼礁是实现海洋渔业可持续发展的举措之一,其具体做法是废旧船舶、石块、混凝土构件、废旧竹木轮胎等材料,投放到海中形成人工礁体,以改善水生生物栖息环境,为鱼类等生物提供索饵、繁殖、生长发育等场所。这样的措施可以使得海洋生物的种类和数量均有所增加,提高该海洋生态的自动调节能力,体现生态工程建设要遵循 的原理。
下图表示科学家培育转基因克隆长白猪的过程,期中调节基因可以抑制抗原决定基因的表达,培育的转基因克隆猪有望解决世界性的人源器官短缺问题。请据图分析回答:
(1)若通过①过程获得的调节基因M端的黏性末端是—CTAG,N端的黏性末端是—TTAA,则①②过程选用的限制酶是 。
(2)③过程常用的方法是 ,⑤过程表示 。
(3)在进行步骤⑤前,应对受体长白母猪进行 处理。
(4)转基因克隆长白猪子代的器官是否一定可以作为人源器官?简要说明理由。
科学家从129品系小鼠中成功分离出胚胎干细胞,并注入小鼠的囊胚,形成嵌合体囊胚,育出嵌合体小鼠。利用该技术,可获得表达绿色荧光蛋白( GFP)转基因昆明(KM)小鼠,操作流程图如下,请回答:
(1)在基因工程的操作中,携带GFP基因的病毒作为 。
(2)步骤②中,利用荧光显微镜观察到细胞 ,将其取出,进行扩增培养。
(3)步骤③中,胚胎的收集方法称为 。
(4)步骤⑤中,胚胎干细胞可以 形成包括生殖腺在内的各种组织。
(5)图中X小鼠为 小鼠。
某一局部山区有一种雌性黑牛A,与一种雄性黄牛B交配,由于某种原因,其后代中无雄性小牛出现,但为了在自然情况下延续种族,雌性黑牛A只能与另一山区的雄性黄牛C交配,后代中才有雄性小牛出现。
(1)请分析,导致局部山区无雄性小牛出现的原因很可能是 。
(2)请你利用现代科学技术手段,设计一种方案,使此局部山区的雌牛A不与另一山区的雄牛交配,就能得到一种黄色小雄牛。
方案设计的理论依据:________________________________________。
方案设计的思路(不写详细步骤): 。
(3)上述方案设计中能得到黄色小雄牛,与题中A、C交配能得到黄色小雄牛是否有区别?_____。理由是 。
为治疗某种遗传性糖尿病,研究人员完成如下工作。
(1)图1中①是取自患者体细胞的________,过程②表示________技术。
(2)图1中过程③表示________技术,此过程需要用到的工具是________________。
(3)为检测胰岛样细胞是否具有胰岛B细胞的正常生理功能,研究人员分别控制甲、乙两组培养液中__________的浓度,将胰岛样细胞先后放在甲、乙两组培养液中,保温相同时间后检测胰岛素的分泌量。若诱导成功,则图2中甲组应为______________情况下测得的胰岛素分泌量,理由是_______________。
[生物—选修3:现代生物科技专题]胚胎工程和基因工程目前在生物技术中发展较快,回答下列问题:
(1)在哺乳动物的核移植实验中,一般通过 (物理方法)将受体细胞激活,使其进行细胞分裂并发育,当胚胎发育到 阶段时,将胚胎植入另一雌性(代孕)动物体内。
(2)在“试管牛”的培育过程中,要使精子和卵母细胞在体外成功结合,需要对精子进行 处理。另外,培养的卵母细胞需要发育至 ,该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和第一极体。
(3)利用体细胞进行核移植技术的难度明显高于利用胚胎细胞进行核移植的原因是 .
(4)若要使获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素,则所构建的基因表达载体必须包括:某种牛乳腺分泌蛋白基因及其启动子、 、终止子、标记基因和复制原点等。目前常用的措施是将该基因表达载体导入牛的 (填“受精卵”或“乳腺细胞”),导入方法是 。
下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请据图回答下面的问题。
(1)胚胎干细胞是从动物___________________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__________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,骨髓治疗的实质是将上图的___________细胞移植到患者体内。
(5)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。
(6)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。