中學生物學習中的篩選問題例析

“篩選”是生物學中培育生物新類型常用的手段，在高中生物學習中常常遇到有關篩選的問題，現在進行歸納例析。

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胞(用選擇性培養基)；第2次是進一步選出能產生單克隆抗體的雜交瘤細胞。

利用雜交瘤技術制備單克隆抗體的基本原理是根據以下三個原則：

①淋巴細胞產生抗體的克隆選擇學說，即一種克隆只產生一種抗體；

②細胞融合技術產生的雜交瘤細胞可以保持雙方親代細胞的特性；

③利用代謝缺陷補救機理篩選出雜交瘤細胞，并進行克隆化，然后大量培養增殖，制備所需的單克隆抗體。

【例1】已知細胞合成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。鼠骨髓瘤細胞中盡管沒有s途徑，但能不斷分裂增殖，將這兩種細胞在試管中混合，加聚乙醇促融，獲得雜種細胞

(1)試管中除融合的雜種細胞外，還有

種融合細胞

(2)設計一方法(不考慮機械方法)，從培養液中分離出雜種細胞，并說明原理

方法：

原理：

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

(2)試管中細胞共有5種(只考慮兩個細胞的融合)：效應B淋巴細胞及其自身融合的細胞、鼠骨髓瘤細胞及其自身融合的細胞、雜交瘤細胞。因為效應B淋巴細胞中DNA的復制有D途徑和s途徑，但本身不會連續增殖，故培養一段時間后效應B淋巴細胞及其自身融合的細胞全部死亡；鼠骨髓瘤細胞內DNA的復制只有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一段時間，鼠骨髓瘤細胞及其自身融合的細胞也會死亡；只有效應B淋巴細胞和鼠骨髓瘤細胞結合后產生的雜交瘤細胞既可以無限繁殖，又具有s途徑，所以可以連續繁殖而被篩選出來。

答案：(1)2

(2)培養液中加入氨基嘌呤，收集增殖的細胞：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胞及其彼此融合的細胞就不能增殖.但人淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合后的雜種細胞中可以利用淋巴細胞中的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，利用運載體上的標記基因可以篩選出導人了目的基因的受體細胞。標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粒介導進入大腸桿菌細胞內，以表達產生生長激素。已知質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”的培養基中的抗生素首先應該(

)

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，目的基因是否導入受體細胞中，主要根據載體質粒上的標記基因確定的。根據題意，目的基因沒有插入到基因A、B中，說明這兩個標記基因沒有被破壞，抗鏈霉素基因和抗氨芐青霉素基因都能表達，所以應該用同時含有鏈霉素和抗氨芐青霉素的選擇培養基進行篩選。

參考答案：C。

3營養缺陷型菌株的篩選

營養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，而對處于休止狀態的微生物無殺傷作用。用加有青霉素的培養基來選擇細菌的營養缺陷型就是由于青霉素是細菌細胞壁的合成抑制劑，利用其可殺死正在繁殖的細菌的性質。

②菌絲過濾法。適用于放線菌、霉菌等絲狀微生物。在基本培養基中野生型孢子能萌發長成菌絲體，而營養缺陷型孢子則不生長。將經誘變處理的孢子接種于液態基本培養基中，振蕩培養10 h-12 h，使原養型萌發(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，未萌發的缺陷型孢子能順利通過，從而達到富集營養缺陷型的目的。

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

④夾層培養法。經誘變處理后的菌液，稀釋后與基本培養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基。培養后在皿底將長出的菌落做上標記，然后加上一層完全培養基，再經培養后，新出現的菌落多數是營養缺陷型。此法適用于兼性厭氧的細菌。

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。將經誘變處理并淘汰野生型的菌液涂布于完全培養基表面上，培養待長出菌落后，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基平板上按一下。經培養后在基本培養基上不長而在完全培養基的相應部位上生長的菌落，為營養缺陷型。

【例3】酵母菌通過通過基因突變能產生營養缺陷型菌株，由于營養缺陷型菌株喪失了合成氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等的能力，不能在基本培養基中生長，必須在基本培養基中補充某些物質才能生長。圖1簡要表明了科學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缺陷型菌株的方法。

根據以上敘述，回答下列問題：

(1)啤酒酵母菌產生能量的場所是______________，其結構不同于細菌的主要特點是______________。

(2)紫外線處理野生型啤酒酵母菌誘發產生營養缺陷型菌株時，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中的營養缺陷型是甘氨酸營養缺陷突變型，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?請簡要敘述實驗方案。

①______________

②______________

③______________

解析：酵母菌作為真核細胞，在線粒體和細胞質基質產生能量，基因成單存在時不論顯隱性都可顯現出來。

甘氨酸營養缺陷突變型不能在基本培養基中，只有在添加甘氨酸才能生長。如果利用基本培養在進行培養，未突變的野生型能正常繁殖，所以在DNA復制時利用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)線粒體和細胞質基質

有成形的細胞核

(2)其突變性狀(包括隱性性狀)容易表現出來

(3)①配制缺少甘氨酸的基本培養基.在該基本培養基中再加入BrdU后.將圖2中的酵母菌接種在上述培養基中.在適宜的條件下培養一段時間：

用紫外線照射處理：

③將存活下來的酵母菌培養在加入甘氨酸的基本培養基中.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生后代，然后連續自交，篩選所需純合子。而篩選抗病蟲害時常用相應的病原體感染的方法去進行篩選。

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結合排出體外，是多種動物的抗營養因子，同時，排出的大量磷進入水體易引起水華，

(1)為從根本上解決水稻中的高植酸問題，可將植酸酶基因導入水稻，培育低植酸轉基因水稻品種。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除從構建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中______________和______________為模板直接進行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是______________。

(2)已獲得的轉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，并獨立遺傳。

采用上圖育種過程，需從______________代開始篩選，經篩選淘汰后，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，經篩選可獲得低植酸抗病性狀穩定的品性。

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過程需要的酶應該是逆轉錄酶，因為A、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行篩選。目的基因I和Ⅱ除從構建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中DNA和cDNA為模板直接進行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是耐高溫。

根據圖2育種過程，所需性狀在F：代中才開始出現，所以應從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逆轉錄酶可以③DNAcDNA耐高溫

(2)F2 1／9

5有關微生物的篩選

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

【例5】微生物與人類關系密切。雖然有些微生物能使動植物患病，但多數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基，成功地篩選到能高效降解化合物A的細菌(目的菌)，如圖4所示。

①培養基中加入化合物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基中的________，實驗需要振蕩培養，由此推測“目的菌”的代謝類型是_______。

②培養若干天后，應選擇培養瓶中化合物A含量____________的培養液，接人新的培養液中連續培養，使“目的菌”的數量__________。

③轉為固體培養時，常采用__________的方法接種，獲得單菌落后繼續篩選。

(2)培養微生物的培養基配方中一般含有水、碳源、氮源和無機鹽。從土壤中分離分解尿素的細菌時，培養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)往培養基中加有機碳源，原因是___________。

利用篩選圓褐固氮菌的培養基__________(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的細菌(目的菌)。因此在培養基中加入化合物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，即只要能生長的細菌就含有目的菌了，因此目的菌的氮源和碳源是來自培養基中的化合物A，它應該是異養型生物。培養一段時間，培養瓶中化合物A最少的培養液應該是目的菌含量較多，然后接人到新的培養液中使目的菌數量增多，而在固體培養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菌時，培養基中應使尿素作為唯一氮源，而圓褐固氮菌時是異養型生物，因此在培養基應加有機碳源，而根瘤菌在與相應的豆科植物形成共生關系時才能大量增殖。因此利用篩選圓褐固氮菌的培養基不能篩選出根瘤菌。

參考答案：(1)①目的茵

化合物A

異養需氧型 減少

增加 ③劃線

(2)尿素

需要圓褐固氮茵是異養型生物，只能利用有機碳源

不能

6 變式提高

1、微生物需要的營養物質包括碳源、氮源、生長因子、水和無機鹽，據此可以在培養基中控制某種化學物質的有無，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菌細胞壁的合成。下表是用于分離篩選硝化細菌、金黃色葡萄球菌、酵母的培養基的部分成分。下列有關敘述正確的是(

)

A.配制培養基時，在各種成分都溶化后分裝前，要進行的操作是滅菌

B.在上述培養基中加入適量的有機碳源，可篩選培養出硝化細菌

c.如果在該培養基中加入過量的氯化鈉，可篩選培養出金黃色葡萄球菌

D.如果在該培養基中加入適量的青霉素和有機碳源，可篩選培養出酵母菌

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

)

A.在無氮培養基上篩選圓褐固氮菌

B.基因工程中通過對細胞單獨培養并檢測目的基因產物進行篩選

C.在培養基中加入高濃度食鹽選擇大腸桿菌

D.細胞工程中用選擇培養基，篩選出雜交瘤細胞，再對選出的雜交瘤細胞逐一克隆或擴增，挑選出產生所需抗體的雜交瘤細胞群

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)人的紅細胞膜表面有被稱為凝集原的特異

：從免疫學角度看，這種凝集原是

。

(2)圖4中細胞中1是小鼠體內注人人A型血紅細胞后而獲得的

細胞，這種細胞具有產生

的特點，但難以在體外培養。甲培養皿中培養的細胞2，是從患骨髓瘤的小鼠體內獲取的骨髓瘤細胞，這種細胞在體外培養時能________，但不會產生抗體。

(3)為了能充分發揮上述兩種細胞各自的特點，經特殊處理，在促細胞融合因子的作用下，使兩種細胞發生融合，培養皿乙中形成的細胞有_________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的培養方法能產生大量__________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篩選出雜交瘤細胞

(4)篩選出能產生單一抗A抗體的雜交瘤細胞 抗A單克隆