中學(xué)生物學(xué)習(xí)中的篩選問題例析

“篩選”是生物學(xué)中培育生物新類型常用的手段，在高中生物學(xué)習(xí)中常常遇到有關(guān)篩選的問題，現(xiàn)在進(jìn)行歸納例析。

1 單克隆抗體制備中的篩選問題

在單克隆抗體制備過程中，有兩次的篩選過程，第一次是選出雜交瘤細(xì)胞(用選擇性培養(yǎng)基)；第2次是進(jìn)一步選出能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞。

利用雜交瘤技術(shù)制備單克隆抗體的基本原理是根據(jù)以下三個原則：

①淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體的克隆選擇學(xué)說，即一種克隆只產(chǎn)生一種抗體；

②細(xì)胞融合技術(shù)產(chǎn)生的雜交瘤細(xì)胞可以保持雙方親代細(xì)胞的特性；

③利用代謝缺陷補(bǔ)救機(jī)理篩選出雜交瘤細(xì)胞，并進(jìn)行克隆化，然后大量培養(yǎng)增殖，制備所需的單克隆抗體。

【例1】已知細(xì)胞合成DNA有D和s兩條途徑，其中D途徑能被氨基嘌呤阻斷。人淋巴細(xì)胞中雖有這兩種DNA的合成途徑，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤細(xì)胞中盡管沒有s途徑，但能不斷分裂增殖，將這兩種細(xì)胞在試管中混合，加聚乙醇促融，獲得雜種細(xì)胞

(1)試管中除融合的雜種細(xì)胞外，還有

種融合細(xì)胞

(2)設(shè)計一方法(不考慮機(jī)械方法)，從培養(yǎng)液中分離出雜種細(xì)胞，并說明原理

方法：

原理：

解析：(1)在細(xì)胞融合過程中兩個細(xì)胞之間是隨機(jī)進(jìn)行的，兩個骨髓瘤細(xì)胞之間或兩個淋巴細(xì)胞之間或兩個不同的細(xì)胞之間是隨機(jī)進(jìn)行的，因此有三種融合方式。

(2)試管中細(xì)胞共有5種(只考慮兩個細(xì)胞的融合)：效應(yīng)B淋巴細(xì)胞及其自身融合的細(xì)胞、鼠骨髓瘤細(xì)胞及其自身融合的細(xì)胞、雜交瘤細(xì)胞。因?yàn)樾?yīng)B淋巴細(xì)胞中DNA的復(fù)制有D途徑和s途徑，但本身不會連續(xù)增殖，故培養(yǎng)一段時間后效應(yīng)B淋巴細(xì)胞及其自身融合的細(xì)胞全部死亡；鼠骨髓瘤細(xì)胞內(nèi)DNA的復(fù)制只有D途徑，而D途徑可以被氨基嘌呤阻斷，故加入氨基嘌呤后培養(yǎng)一段時間，鼠骨髓瘤細(xì)胞及其自身融合的細(xì)胞也會死亡；只有效應(yīng)B淋巴細(xì)胞和鼠骨髓瘤細(xì)胞結(jié)合后產(chǎn)生的雜交瘤細(xì)胞既可以無限繁殖，又具有s途徑，所以可以連續(xù)繁殖而被篩選出來。

答案：(1)2

(2)培養(yǎng)液中加入氨基嘌呤，收集增殖的細(xì)胞：加入氨基嘌呤后.使D合成途徑阻斷.僅有D合成途徑的骨髓瘤細(xì)胞及其彼此融合的細(xì)胞就不能增殖.但人淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合后的雜種細(xì)胞中可以利用淋巴細(xì)胞中的S途徑合成DNA而增殖。

2基因工程中的篩選問題

在基因工程中，利用運(yùn)載體上的標(biāo)記基因可以篩選出導(dǎo)人了目的基因的受體細(xì)胞。標(biāo)記基因常有抗抗生素基因或熒光蛋白基因等。

【例2】研究人員想將生長激素基因通過質(zhì)粒介導(dǎo)進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，以表達(dá)產(chǎn)生生長激素。已知質(zhì)粒中存在兩個抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因不插入到基因A、B中，而大腸桿菌不帶有任何抗性基因。則篩選獲得“工程菌”的培養(yǎng)基中的抗生素首先應(yīng)該(

)

A.僅有鏈霉素

B.僅有抗氨芐青霉素

c.同時含鏈霉素和抗氨芐青霉素

D.無鏈霉素和抗氨芐青霉素

解析：在基因工程中，目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中，主要根據(jù)載體質(zhì)粒上的標(biāo)記基因確定的。根據(jù)題意，目的基因沒有插入到基因A、B中，說明這兩個標(biāo)記基因沒有被破壞，抗鏈霉素基因和抗氨芐青霉素基因都能表達(dá)，所以應(yīng)該用同時含有鏈霉素和抗氨芐青霉素的選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。

參考答案：C。

3營養(yǎng)缺陷型菌株的篩選

營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選有多種方法。不同的微生物菌株選用的方法不同，

①抗生素法。某些抗生素能殺死正生長繁殖著的微生物，而對處于休止?fàn)顟B(tài)的微生物無殺傷作用。用加有青霉素的培養(yǎng)基來選擇細(xì)菌的營養(yǎng)缺陷型就是由于青霉素是細(xì)菌細(xì)胞壁的合成抑制劑，利用其可殺死正在繁殖的細(xì)菌的性質(zhì)。

②菌絲過濾法。適用于放線菌、霉菌等絲狀微生物。在基本培養(yǎng)基中野生型孢子能萌發(fā)長成菌絲體，而營養(yǎng)缺陷型孢子則不生長。將經(jīng)誘變處理的孢子接種于液態(tài)基本培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)10 h-12 h，使原養(yǎng)型萌發(fā)(以肉眼剛能看見菌絲為度)，然后以濾紙、棉花或玻璃過濾漏斗過濾，菌絲被濾除，未萌發(fā)的缺陷型孢子能順利通過，從而達(dá)到富集營養(yǎng)缺陷型的目的。

③逐個測定法(點(diǎn)種法)。把經(jīng)誘變處理并淘汰野生型后的菌液在完全培養(yǎng)基上涂布分離，將培養(yǎng)后長出的每一個菌落分別點(diǎn)種在基本培養(yǎng)基和另一個完全培養(yǎng)基上，凡在基本培養(yǎng)基上不能生長而在完全培養(yǎng)基的相應(yīng)位置上能生長的菌落，表明其為營養(yǎng)缺陷型。

④夾層培養(yǎng)法。經(jīng)誘變處理后的菌液，稀釋后與基本培養(yǎng)基混勻并傾入平皿中，待凝固后，再加上一薄層不含菌的基本培養(yǎng)基。培養(yǎng)后在皿底將長出的菌落做上標(biāo)記，然后加上一層完全培養(yǎng)基，再經(jīng)培養(yǎng)后，新出現(xiàn)的菌落多數(shù)是營養(yǎng)缺陷型。此法適用于兼性厭氧的細(xì)菌。

⑤影印法。將絲絨包在直徑小于平皿的圓柱臺上固定，作為影印接種工具，滅菌后備用。將經(jīng)誘變處理并淘汰野生型的菌液涂布于完全培養(yǎng)基表面上，培養(yǎng)待長出菌落后，用影印接種工具在此平板上輕按一下，然后在另一基本培養(yǎng)基平板上按一下。經(jīng)培養(yǎng)后在基本培養(yǎng)基上不長而在完全培養(yǎng)基的相應(yīng)部位上生長的菌落，為營養(yǎng)缺陷型。

【例3】酵母菌通過通過基因突變能產(chǎn)生營養(yǎng)缺陷型菌株，由于營養(yǎng)缺陷型菌株喪失了合成氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等的能力，不能在基本培養(yǎng)基中生長，必須在基本培養(yǎng)基中補(bǔ)充某些物質(zhì)才能生長。圖1簡要表明了科學(xué)研究者用紫外線處理野生型啤酒酵母菌單倍體獲得其營養(yǎng)缺陷型菌株的方法。

根據(jù)以上敘述，回答下列問題：

(1)啤酒酵母菌產(chǎn)生能量的場所是______________，其結(jié)構(gòu)不同于細(xì)菌的主要特點(diǎn)是______________。

(2)紫外線處理野生型啤酒酵母菌誘發(fā)產(chǎn)生營養(yǎng)缺陷型菌株時，選用單倍體酵母菌的好處是______________。

(3)BrdU是一種嘧啶類似物，酵母菌在繁殖過程中攝取BrdU并替代胸腺嘧啶脫氧核苷酸的位置摻入到新合成的DNA鏈中。含BrdU的DNA的酵母菌因其比正常的DNA更容易被紫外線破壞而死亡，不繁殖的酵母菌由于不能利用BrdU，其DNA對紫外線不敏感而存活下來。如果上圖2中的營養(yǎng)缺陷型是甘氨酸營養(yǎng)缺陷突變型，利用上述原理如何將突變型菌株從野生型菌株中篩選出來并大量繁殖?請簡要敘述實(shí)驗(yàn)方案。

①______________

②______________

③______________

解析：酵母菌作為真核細(xì)胞，在線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)生能量，基因成單存在時不論顯隱性都可顯現(xiàn)出來。

甘氨酸營養(yǎng)缺陷突變型不能在基本培養(yǎng)基中，只有在添加甘氨酸才能生長。如果利用基本培養(yǎng)在進(jìn)行培養(yǎng)，未突變的野生型能正常繁殖，所以在DNA復(fù)制時利用BrdU，這樣用紫外線照射，由于野生型含有BrdU對紫外線敏感被殺死，而突變型由于在基本培養(yǎng)基中不能生長不被殺死。然后在存活下來的酵母菌中加入甘氨酸就可以獲得大量的甘氨酸突變菌株。

參考答案：(1)線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

有成形的細(xì)胞核

(2)其突變性狀(包括隱性性狀)容易表現(xiàn)出來

(3)①配制缺少甘氨酸的基本培養(yǎng)基.在該基本培養(yǎng)基中再加入BrdU后.將圖2中的酵母菌接種在上述培養(yǎng)基中.在適宜的條件下培養(yǎng)一段時間：

用紫外線照射處理：

③將存活下來的酵母菌培養(yǎng)在加入甘氨酸的基本培養(yǎng)基中.就能獲得大量的甘氨酸突變菌株。

4育種中的篩選問題

在雜交育種為選育出符合要求的顯性純合子時，讓不同個體間雜交產(chǎn)生后代，然后連續(xù)自交，篩選所需純合子。而篩選抗病蟲害時常用相應(yīng)的病原體感染的方法去進(jìn)行篩選。

此外在誘變育種、單倍體育利t及利用基因工程育種過程中都要進(jìn)行篩選。

【例4】水稻種子中70％的磷以植酸形式存在，植酸同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質(zhì)結(jié)合排出體外，是多種動物的抗?fàn)I養(yǎng)因子，同時，排出的大量磷進(jìn)入水體易引起水華，

(1)為從根本上解決水稻中的高植酸問題，可將植酸酶基因?qū)胨?，培育低植酸轉(zhuǎn)基因水稻品種。圖2是獲取植酸酶基因的流程。

椐圖2回答.

①圖1中基因組文庫______________(小于／等于／大于)cDNA文厙。

②B過程需要的酶是______________；A、c過程中

(可以／3<可以)使用同一種探針篩選含目的基因的菌株。

③目的基因I和Ⅱ除從構(gòu)建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中______________和______________為模板直接進(jìn)行PCR擴(kuò)增，該過程中所用酶的顯著特點(diǎn)是______________。

(2)已獲得的轉(zhuǎn)植酸酶基因水稻品系植酸含量低，但易感病，圖3為選育低植酸抗病水稻品種的過程。圖中兩對相對性形狀分別由兩對基因控制，并獨(dú)立遺傳。

采用上圖育種過程，需從______________代開始篩選，經(jīng)篩選淘汰后，在選留的植株中低植酸抗病純合體所占的比例是______________。選留植株多代自交，經(jīng)篩選可獲得低植酸抗病性狀穩(wěn)定的品性。

解析：分析獲取植酸酶基因的流程圖可知，圖中基因組文庫大于cDNA文庫。B過程需要的酶應(yīng)該是逆轉(zhuǎn)錄酶，因?yàn)锳、c過程都能獲得含目的基因的菌株，所以可以使用同一種探針進(jìn)行篩選。目的基因I和Ⅱ除從構(gòu)建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中DNA和cDNA為模板直接進(jìn)行PCR擴(kuò)增，該過程中所用酶的顯著特點(diǎn)是耐高溫。

根據(jù)圖2育種過程，所需性狀在F：代中才開始出現(xiàn)，所以應(yīng)從F₂代開始篩選。從圖2中可以看出，低植酸抗病是雙顯性(在F₂中占9／16)，經(jīng)篩選淘汰后，在選留的植株中純合體所占的比例是1／9。

參考答案：

(1)①大于②逆轉(zhuǎn)錄酶可以③DNAcDNA耐高溫

(2)F2 1／9

5有關(guān)微生物的篩選

對于微生物來說，根據(jù)不同微生物的不同特點(diǎn)，從物理性質(zhì)來說，常用固體培養(yǎng)基通過平板畫線進(jìn)行分離篩選。而從功能來說，可用選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。如用高NaCl培養(yǎng)基來篩選金黃色葡萄球菌。利用青霉素抑制原核細(xì)胞壁的形成可篩選出真核生物。從無氮培養(yǎng)基中可篩選出自生固氮菌，從無碳培養(yǎng)基中可篩選出自養(yǎng)型微生物。

【例5】微生物與人類關(guān)系密切。雖然有些微生物能使動植物患病，但多數(shù)微生物對人類是有益的。請回答：

(1)某化工廠的污水池中，含有一種有害的、難于降解的有機(jī)化合物A。研究人員用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽以及微量元素配制的培養(yǎng)基，成功地篩選到能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)，如圖4所示。

①培養(yǎng)基中加入化合物A的目的是篩選________，“目的菌”生長所需的氮源和碳源是來自培養(yǎng)基中的________，實(shí)驗(yàn)需要振蕩培養(yǎng)，由此推測“目的菌”的代謝類型是_______。

②培養(yǎng)若干天后，應(yīng)選擇培養(yǎng)瓶中化合物A含量____________的培養(yǎng)液，接人新的培養(yǎng)液中連續(xù)培養(yǎng)，使“目的菌”的數(shù)量__________。

③轉(zhuǎn)為固體培養(yǎng)時，常采用__________的方法接種，獲得單菌落后繼續(xù)篩選。

(2)培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基配方中一般含有水、碳源、氮源和無機(jī)鹽。從土壤中分離分解尿素的細(xì)菌時，培養(yǎng)基中加的唯一氮源為__________，而從土壤中篩選圓褐固氮菌時__________(需要／不需要)往培養(yǎng)基中加有機(jī)碳源，原因是___________。

利用篩選圓褐固氮菌的培養(yǎng)基__________(能／不能)篩選出根瘤菌___________。

解析：(1)由于研究人員為篩選到能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。因此在培養(yǎng)基中加入化合物A作為唯一碳源和氮源是為了篩選出能分解化合物A的目的菌，即只要能生長的細(xì)菌就含有目的菌了，因此目的菌的氮源和碳源是來自培養(yǎng)基中的化合物A，它應(yīng)該是異養(yǎng)型生物。培養(yǎng)一段時間，培養(yǎng)瓶中化合物A最少的培養(yǎng)液應(yīng)該是目的菌含量較多，然后接人到新的培養(yǎng)液中使目的菌數(shù)量增多，而在固體培養(yǎng)基上接種時常用平板下劃線的方法。

(2)從土壤中分離分解尿素的細(xì)菌時，培養(yǎng)基中應(yīng)使尿素作為唯一氮源，而圓褐固氮菌時是異養(yǎng)型生物，因此在培養(yǎng)基應(yīng)加有機(jī)碳源，而根瘤菌在與相應(yīng)的豆科植物形成共生關(guān)系時才能大量增殖。因此利用篩選圓褐固氮菌的培養(yǎng)基不能篩選出根瘤菌。

參考答案：(1)①目的茵

化合物A

異養(yǎng)需氧型 減少

增加 ③劃線

(2)尿素

需要圓褐固氮茵是異養(yǎng)型生物，只能利用有機(jī)碳源

不能

6 變式提高

1、微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)包括碳源、氮源、生長因子、水和無機(jī)鹽，據(jù)此可以在培養(yǎng)基中控制某種化學(xué)物質(zhì)的有無，來分離篩選微生物。如加入過量的氯化鈉可以抑制多種細(xì)菌的生長，但不影響金黃色葡萄球菌的生長；青霉素等抗生素能抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成。下表是用于分離篩選硝化細(xì)菌、金黃色葡萄球菌、酵母的培養(yǎng)基的部分成分。下列有關(guān)敘述正確的是(

)

A.配制培養(yǎng)基時，在各種成分都溶化后分裝前，要進(jìn)行的操作是滅菌

B.在上述培養(yǎng)基中加入適量的有機(jī)碳源，可篩選培養(yǎng)出硝化細(xì)菌

c.如果在該培養(yǎng)基中加入過量的氯化鈉，可篩選培養(yǎng)出金黃色葡萄球菌

D.如果在該培養(yǎng)基中加入適量的青霉素和有機(jī)碳源，可篩選培養(yǎng)出酵母菌

2.篩選是生物學(xué)中培育生物新類型常用的手段，下列有關(guān)技術(shù)中不能篩選成功的是(

)

A.在無氮培養(yǎng)基上篩選圓褐固氮菌

B.基因工程中通過對細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)并檢測目的基因產(chǎn)物進(jìn)行篩選

C.在培養(yǎng)基中加入高濃度食鹽選擇大腸桿菌

D.細(xì)胞工程中用選擇培養(yǎng)基，篩選出雜交瘤細(xì)胞，再對選出的雜交瘤細(xì)胞逐一克隆或擴(kuò)增，挑選出產(chǎn)生所需抗體的雜交瘤細(xì)胞群

3.圖5表示用生物工程制備人抗A抗體的過程。請回答下列問題(

)

(1)人的紅細(xì)胞膜表面有被稱為凝集原的特異

：從免疫學(xué)角度看，這種凝集原是

。

(2)圖4中細(xì)胞中1是小鼠體內(nèi)注人人A型血紅細(xì)胞后而獲得的

細(xì)胞，這種細(xì)胞具有產(chǎn)生

的特點(diǎn)，但難以在體外培養(yǎng)。甲培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞2，是從患骨髓瘤的小鼠體內(nèi)獲取的骨髓瘤細(xì)胞，這種細(xì)胞在體外培養(yǎng)時能________，但不會產(chǎn)生抗體。

(3)為了能充分發(fā)揮上述兩種細(xì)胞各自的特點(diǎn)，經(jīng)特殊處理，在促細(xì)胞融合因子的作用下，使兩種細(xì)胞發(fā)生融合，培養(yǎng)皿乙中形成的細(xì)胞有_________種類型。過程①的主要目的_________。

(4)過程②的主要目的_________。通過過程③或④的培養(yǎng)方法能產(chǎn)生大量__________抗體。

參考答案：

1.D 2.C 3.(1)糖蛋白

抗原

(2)免疫B淋巴

單一的抗A抗體

快速大量增殖

(3)3篩選出雜交瘤細(xì)胞

(4)篩選出能產(chǎn)生單一抗A抗體的雜交瘤細(xì)胞 抗A單克隆