天津市高考生物专项之选修三工程细胞工程考点精讲26页.docx
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天津市高考生物专项之选修三工程细胞工程考点精讲26页
天津市高考生物专项之选修三工程细胞工程考点精讲
【核心考点归纳】
一、细胞工程的概念
1.操作水平:
细胞水平或细胞器水平。
2.目的:
按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
二、植物细胞工程
(一)植物组织培养
1.原理:
植物细胞的全能性
2.过程
3.培养条件
(1)离体、无菌。
(2)培养基成分:
无机营养:
水、无机盐有机营养:
蔗糖、维生素、氨基酸等
植物激素:
生长素和细胞分裂素)琼脂(固体培养基)
(3)培养条件:
适宜的温度和光照等
注意:
(1)幼嫩的组织脱分化较为容易,如茎尖、根尖、形成层细胞等,而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。
(2)对外植体要进行消毒处理,而对各种器械要彻底灭菌。
(3)植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖,用葡萄糖也可以,但后者的成本高。
(4)不同细胞的全能性不同,具体表现为:
受精卵>生殖细胞>体细胞,离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关,但生殖细胞特殊。
(5)脱分化形成愈伤组织的过程不需要光,再分化过程需要光,因为愈伤组织利用有机营养成分,而试管苗需要进行光合作用以自养。
(6)植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素不同,因为培养的目的不同(生根或生芽)。
4.植物激素在组织培养中的作用
在配制好的MS培养基中,常常需要添加植物激素。
其中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等,都会影响实验结果。
当同时使用这两类激素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。
生长素与细胞分裂素的用量比值
植物细胞的发育方向
比值高
有利于根的分化、抑制芽的形成
比值低
有利于芽的分化、抑制根的形成
比值适中
促进愈伤组织的形成
【例1】下列关于植物组织培养的叙述中,错误的是( )
A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同
【例2】明党参是我国珍稀药用植物,对其进行保护性开发利用的方法有( )
①设计细胞培养反应器,实现药用成分的工厂化生产 ②大量培养愈伤组织,直接提取药用成分
③大规模栽培组织培养苗,获取药用成分 ④利用组织培养获得胚状体,制成人工种子
A.①B.①②C.①②③D.①②③④
(二)植物体细胞杂交
1.过程
①原生质体的制备:
用酶解法,所用到的酶是纤维素酶和果胶酶,去除细胞壁获得具有活力的原生质体,细胞壁会影响细胞的融合。
②原生质体的融合:
利用细胞膜的流动性,人工诱导的物理法包括离心、振动、电激等;
化学法一般用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。
③是杂种细胞的筛选和培养:
对杂种细胞要进行筛选,原生质体融合后再生出细胞壁,这是原生质体融合成功的标志。
④杂种植物的培养与鉴定:
利用植物组织培养技术培养杂种植物。
2.植物体细胞杂交的意义:
克服了远缘杂交不亲和的障碍。
3.植物细胞工程的实际应用
(1)植物繁殖的新途径
①微型繁殖:
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
特点
②作物脱毒:
选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养,获得脱毒苗的技术。
③人工种子:
以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。
人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供。
人工种子有以下优点:
可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖;保持亲本的优良性状,因该过程为无性繁殖;节约粮食,减少种子的使用;可以控制添加一些物质,如除草剂、农药、促进生长的激素、有益菌等。
(2)作物新品种的培育:
单倍体育种和突变体的利用
突变体Aa中A为突变新基因,并控制着优良性状,利用单倍体育种,方法步骤如下:
优点:
稳定遗传,缩短育种年限。
(3)细胞产物的工厂化生产:
细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
利用植物组织培养生产细胞产物时,有时只需将外植体培养到愈伤组织,从愈伤组织中获取产物。
植物体细胞杂交和有性杂交
①植物体细胞杂交:
若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合,A含有2X条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,B含有2Y条染色体,2个染色体组,其基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2X+2Y,基因型为AabbccDd。
从中不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。
②植物有性杂交的结果:
子代细胞中染色体数、基因型分别为“X+Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”,即先减半再相加。
③有性生殖过程中符合孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交不符合孟德尔遗传规律。
【例3】下列有关植物体细胞杂交技术的描述,不正确的是( )
A.利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株
B.获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶
C.通常用聚乙二醇或灭活的病毒诱导原生质体融合
D.可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞
【例4】以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。
据图分析不正确的是( )
A.图中①过程发生的化学变化是纤维素和果胶水解
B.经过②过程形成的c细胞只有AABB这一种类型
C.过程②一般使用聚乙二醇作为诱导剂
D.过程④和⑤分别是脱分化和再分化
【例5】如图是利用基因型为AaBb的某二倍体植物作为实验材料所做的一些实验示意图,请分析回答:
(1)途径1、2、3中①②过程所采用的生物技术是__________。
(2)由途径1形成的植株B的基因型有____________,植株B成熟时不可育的原因是
___________________。
使植株B可育的方法是________________________________________________。
(3)从植株A到植株C的培育过程,需要发挥调控作用的植物激素至少有____________和____________。
(4)一般情况下,相同发育程度的植株C与植株D的性状_______(“相同”“不相同”或“不一定相同”)。
(5)在相同条件和相同发育程度的情况下,植株D的表现型与植株A相同的可能性为____________。
答案
(1)植物组织培养
(2)AB、Ab、aB、ab 减数分裂时染色体联会紊乱,不能形成正常的生殖细胞 幼苗期用秋水仙素处理,使染色体数目加倍 (3)细胞分裂素 生长素 (4)相同 (5)100%
三、动物细胞工程
(一)动物细胞培养
1.过程
2.动物细胞培养的条件
(1)无菌、无毒:
对培养液和所用培养用具无菌处理,添加抗生素,定期更换培养液以清除代谢产物。
(2)营养:
糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清、血浆。
(3)适宜的温度和pH:
温度为36.5±0.5_℃(哺乳动物),pH为7.2~7.4。
(4)气体环境:
含95%的空气加5%CO2的混合气体。
3.应用:
生物制品的生产、转基因动物的培养、检测有毒物质、医学研究等。
(二)动物体细胞核移植
1.原理:
动物体细胞核的全能性
2.类型:
胚胎细胞核移植和体细胞核移植
3.过程
核移植过程中供体理论上是提供细胞核,但操作过程中可以把整个
体细胞注入去核的卵母细胞中去,原因是体细胞体积相对较小,取核难度较大,另外细胞膜对融合的障碍性较小。
【例6】关于动物细胞培养,下列叙述错误的是( )
A.用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织
B.将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞
C.在培养瓶中要定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离,制成悬浮液
D.动物细胞培养只能传至50代左右,所培育的细胞会衰老死亡
【例7】科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛,如果要加速转基因奶牛的繁育,可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示),请结合图示回答下列问题:
(1)在进行细胞培养时,要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理,形成单个细胞,这个过程中需要利用____________酶处理。
(2)用于核移植的供体细胞,一般都选用传代10代以内的细胞,原因是________________
__________________________。
(3)进行原代培养时,细胞增殖的方式是________,细胞增殖还表现出_______和接触抑制等特点。
(4)将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中,去除卵母细胞细胞核的目的是
________________________________________。
(5)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后,该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质相同的犊牛,但也不是100%的复制,原因最可能是______________。
(6)上述动物细胞工程中涉及的技术有_______________________________________。
转基因奶牛的克隆成功,说明了动物_________________________
具有全能性。
答案
(1)胰蛋白
(2)该种细胞代谢旺盛、分裂能力强,且遗传物质没有发生改变
(3)有丝分裂 贴壁生长(4)使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞
(5)①生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制;②生物的性状还受环境因素的影响
(6)核移植、细胞培养、胚胎移植技术 体细胞的细胞核
(三)动物细胞融合
(1)概念:
指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
(2)融合方法:
聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
(3)意义:
突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能,也为制造单克隆抗体开辟了新途径。
(四)单克隆抗体制备
1.原理:
细胞膜的流动性,细胞增殖
2.过程
①灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
②两次筛选:
第一次:
用选择培养基筛选出杂交瘤细胞
第二次:
进行抗体检测,筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞
3.优点:
特异性强,灵敏度高,可大量制备4.应用:
诊断试剂,治疗疾病
【例8】与植物体细胞杂交相比,动物细胞融合的原理及其特有的诱导因子分别是( )
A.细胞膜的流动性、离心B.细胞膜
的流动性、灭活的病毒
C.细胞的全能性、电激D.细胞的全能性、灭活的病毒
【例9】以甲型H1N1流感病毒核衣壳蛋白为抗原,采用细胞工程制备单克隆抗体,下列叙述正确的是
A.用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内,产生的血清抗体为单克隆抗体
B.体外培养单个效应B细胞可以获得大量针对甲型H1N1流感病毒的单克隆抗体
C.将等量效应B细胞和骨髓瘤细胞混合,经诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞
D.利用该单克隆抗体与甲型H1N1流感病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断该病毒感染者
【例10】如图表示单克隆抗体的制备过程,据图回答下列问题:
(1)制备单克隆抗体的步骤:
a.将________注入小鼠体内,从小鼠脾脏中获得B淋巴细胞,若要生产预防SARS的疫苗,则应用
____________感染小鼠。
b.通过图中②过程获得的细胞为____________,它除了具有无限增殖的特点外,还有哪些特征?
____________________________________________________
__________。
c.将诱导融合后的细胞,放在________培养基的多孔培养板上培养、筛选,筛选得到的细胞中的染色体数正好是小鼠体细胞中的二倍吗?
______,原因是_________________________________________。
(2)单克隆抗体与一般的血清抗体相比,优点是__________________________;将该抗体制成生物导弹,则生物导弹的组成是____________________;为了便于了解生物导弹的作用部位,常要对生物导弹中的成分进行__________________________________。
(3)单克隆抗体的制备过程中需要两次筛选,请写出图中的编号和筛选目的。
第一次筛选:
[ ]_______________________________________________________;
第二次筛选:
[ ]_______________________________________________________。
答案
(1)a.抗原 SARS病毒 b.骨髓
瘤细胞 形态结构发生显著变化、细胞膜上糖蛋白等物质减少 c.选择 是 B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都来自同一种小鼠
(2)灵敏度高、特异性强(纯度高) 单克隆抗体+药物 同位素标记 (3)④ 筛选出杂交瘤细胞 ⑥ 筛选出能产生特定抗体并能大量增殖的细胞群
【例11】某实验室做了如图所示的实验研究,下列与实验相关的叙述正确的是(
)
A.过程①导入的诱导基因使成纤维母细胞发生基因突变
B.过程②属于动物细胞培养过程中的原代培养
C.丙细胞既能持续分裂,又能分泌单一的抗体
D.过程③④所用的培养基中都含有聚乙二醇
植物组织培养、动物细胞培养的比较
项目
植物组织培养
动物细胞培养
理论基础
植物细胞全能性
细胞增殖
培养基
类型
固体或半固体培养基
液体培养基
成分
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、植物激素、琼脂等
水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等
取材
植物幼嫩部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
结果
产生新的组织或个体,体现了细胞的全能性
形成细胞株或细胞系,不形成新个体,没有体现出细胞的全能性
相同点
(1)两技术手段培养过程中都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称克隆,都不涉及减数分裂;
(2)均为无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件
植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜的流动性
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
相关酶
纤维素酶和果胶酶
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
融合方法
物理法:
离心、电激、振动;化学法:
聚乙二醇等试剂诱导
除物理法和化学法外,还可以用灭活的病毒诱导
结果
杂种植株
杂交细胞
意义
克服了远缘杂交的不亲和性,获得杂种植株
突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能
胚胎工程
【核心考点归纳】
一、精子、卵子的发生
1.精子的发生
①场所:
睾丸的曲细精管内。
②时期:
从初情期开始,直到生殖机能衰退。
[来源:
Z+xx+k.Com]
③过程
④精子变形细胞核→头
高尔基体→顶体
中心体→尾
线粒体→线粒体鞘
其他物质→原生质滴(脱落)
2.卵子的发生
①场所:
卵巢。
(输卵管)
②时期:
胎儿时期(性别分化以后)、排卵前后、受精过程中。
③过程
④两次分裂的时间:
第一次是在雌性动物排卵前后完成的,
第二次是在精子和卵子结合的过程中完成的。
注意:
①精子和卵子的发生、发育及结合场所:
精子发生场所——睾丸的曲细精管;卵子的发生场所——卵巢、输卵管
受精场所——输卵管;受精卵发育场所——输卵管和子宫;
精子发生的时间及特点——初情期后,两次分裂
连续进行;
卵子发生的时间及特点——胚胎性别分化以后,两次分裂不连续进行。
②排卵是指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢中排出。
③受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体;而受精过程完成的标志是雌、雄原核的融合。
通过减数分裂形成的配子染色体组成具有多样性,不同的雌雄配子随机结合,形成各种各样的受精卵。
二、体内受精
1.概念:
卵细胞和精子相互识别,融合成为受精卵的过程。
2.场所:
输卵管
3.过程
受精过程中的三大反应与防止多精入卵受精的两道屏障
(1)顶体反应:
精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。
顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠和透明带的通道,是精子和卵子结合必不可少的条件。
(2)透明带反应:
精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应,称做透明带反应,它是防止多精入卵受精的第一道屏障。
(3)卵细胞膜反应:
精子入卵后,卵细胞膜会立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,称为卵细胞膜反应,这是防止多精入卵受精的第二道屏障。
细胞膜的识别功能——只有同种生物的两性生殖细胞才能融合。
生物膜的流动性——使两性生殖细胞融合为一个受精卵。
4.减数分裂和受精作用的意义
(1)同一双亲的后代呈现多样性,有利于生物在自然选择中进化,体现了有性生殖的优越性。
原因:
①减数分裂形成配子时,发生了非同源染色体的自由组合和非姐妹染色单体的交叉互换,染色体组成具有多样性,导致不同配子的遗传物质有差异。
②受精过程中卵细胞和精子的结合是随机的,使后代呈现多样性。
受精卵中染色体(或核物质)一半来自父方一半来自母方。
受精卵中的遗传物质来自卵细胞的多于来自精子,因为细胞质几乎全部来自卵细胞,而细胞质中也含有少量遗传物质。
(2)对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传、变异和进化都具有重要的意义。
原因:
减数分裂使生殖细胞(配子)中染色体数目比体细胞少一半,而受精作用使其染色体数目又恢复到体细胞的染色体数目,其染色体数目的变化关系如图所示(设生物体细胞的染色体数目为2N)。
【例1】下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述,正确的是( )
A.采集到的精子和卵细胞相遇即可发生受精作用
B.排卵就是排出成熟卵细胞的过程
C.卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成
D.卵子受精完成的标志是在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体
【例2】真核生物进行有性生殖时,通过减数分裂和随机受精使后代( )
A.增加发生基因突变的概率B.继承双亲全部的遗传性状
C.从双亲各获得一半的DNAD.产生不同于双亲的基因组合
【例3】以下对高等动物通过减数分裂形成的雌雄配子以及受精作用的描述,正确的是( )
A.每个卵细胞继承了初级卵母细胞核中1/2的遗传物质
B.等位基因进入卵细胞的机会并不相等,因为一次减数分裂只形成一个卵细胞
C.进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质
D.雌雄配子彼此结合的机会相等,因为它们的数量相等
【例4】以下是进行有性生殖生物的个体发育过程示意图,有关说法错误的是( )
A.过程Ⅲ是在细胞分裂和细胞分化的基础上进行的
B.基因突变、基因重组和染色体变异均可发生在I过程
C.在地球出现能进行有性生殖的生物以后,生物进化的步伐大大加快了
D.组成新个体细胞中线粒体的遗传物质既来自精子,也来自卵细胞
三、早期胚胎的发育
1.场所:
输卵管、子宫
2.分裂方式:
有丝分裂
3.过程:
受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚
卵裂:
在透明带内进行的早期的有丝分裂。
从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有减小,但细胞数目增多,所以每个细胞体积减小;伴随细胞分裂,细胞数目增多,总DNA含量增多,但每个细胞中DNA含量保持相对稳定;该过程中有机物总量减少,因为一直呼吸消耗但不从外界吸收,有机物种类增多。
桑椹胚:
32个细胞左右,都是全能干细胞。
囊胚:
有囊胚腔,出现内细胞团和滋养层,后期囊胚孵化(透明带破裂,胚胎从中伸展出来)。
原肠胚:
有原肠腔,内细胞团形成外胚层和内胚层,将来形成各种组织,滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘。
【例5】高等哺乳动物受精后不久,受精卵开始进行细胞分裂。
经桑椹胚、囊胚、原肠胚和组织器官的分化,最后发育成一个完整的幼体,完成胚胎发育的全过程,下列有关叙述错误的是( )
A.题图是胚胎发育过程中囊胚期示意图,①②③依次称之为透明带、滋养层、内细胞团
B.高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵→卵裂期→桑椹胚期→囊胚期→原肠胚期→幼体,其中,最关键的时期是原肠胚期
C.高等哺乳动物胚胎发育中的细胞分化开始于囊胚期,终止于生命结束
D.进行胚胎分割时,应选择原肠胚期的胚胎进行并均等分割
【例6】下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,下列相关描述正确的是( )
A.图中3是透明带,7是原肠腔
B.发育的先后顺序是甲→丙→乙
C.1部位细胞将来发育成胎儿的各种组织
D.甲、乙、丙时期的细胞都具有发育的全能性
四、胚胎工程
1.体外受精
(1)卵母细胞的采集和培养
小型动物:
促性腺激素处理后,从输卵管中取卵,卵子已发育到M
中期。
大型动物:
在活体或屠宰体的卵巢内直接采集,体外培养到M
中期。
(2)精子的采集和获能
采集方法:
假阴道法、手握法、电刺激法。
获能方法:
培养法和化学诱导法(在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中获能)
(3)受精:
获能的精子和成熟的卵子可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。
2.胚胎的早期培养
(1)培养液成分:
无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等物质。
(2)胚胎处理:
当胚胎发育到适宜的阶段时,可将其取出向受体移植,或冷冻保存。
【例7】我国首例“虎狮兽”2002年在南京红山动物园诞生,利用了雄虎的精子和雌狮卵子体外受精而产生,完成这一过程需要解决的问题是( )
A.精子在体外用获能物质的处理B.用化学物质处理掉卵黄膜便于精子进入
C.抽取精子、卵子的细胞核进行融合D.精子入卵后进行人工处理防止多精入卵
【例8】下图表示通过体外受精培育牛的过程,下列叙述错误的是( )
A.获取的精子经获能后才能进行体外受精B.②过程只与细胞膜的流动性有关
C.③过程的细胞增殖方式一定是有丝分裂D.④过程属于胚胎移植过程
3.胚胎移植
(1)概念
雌性动物体内的早期胚胎
体外受精培养的胚胎→→→移植到同种、生理状态相同的雌性动物子宫内→→→发育成新个体
转基因培养的胚胎
核移植培养的胚胎
胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序,移植的胚胎必须在原肠胚之前,不能直接移植受精卵。
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
(2)胚胎移植的生理学基础
胚胎移入的基础
哺乳动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
胚胎收集的基础
哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态
移入胚胎存活的基础
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
保留遗
传特性的基础
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响
(3)基本程序以牛胚胎移植为例
注意:
1.早期胚胎是指可用于移植的胚胎,在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。
2.受精后形成的受精卵需经早期发育培养,才能完成植入或着床。
3.胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同,除无机盐、营养成分和调节物质外,还需要血清、抗生素等,两者都是液体培养基。
克隆动物与试管动物的区别
(1)试管动物生产流程(见下图)
(2)克隆动物的培育流程(见下图)
(1)试管动物的产生是有性生殖,克隆动物的
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- 天津市 高考 生物 专项 选修 工程 细胞 考点 26