细胞结构与功能六细胞工程.ppt

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1、六 细胞工程,细胞的结构与功能,一、植物细胞工程,植物细胞的全能性 植物组织培养 植物体细胞杂交,1.细胞的全能性（1）概念 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。,（2）细胞全能性的物质基础 生物体的每一个细胞都包含有该种所特有的全部遗传物质，既发育成为完整个体所必需的全部基因。,（3）全能性表达的条件,离体-必要条件一定的营养物质-水 无机盐 维生素 氨基 酸等激素-细胞分裂素 生长素适宜的条件-无菌 温度 酸碱度,在生物的所有细胞中，受精卵的全能性最高，生殖细胞尤其是卵细胞有较高的全能性。,（4）全能性的差异性,植物细胞动物细胞（动物细胞中细胞核具有全能性）,受精卵生殖细胞

2、（配子、精子、卵子）体细胞,体细胞中分化程度低分化程度高,幼嫩衰老,细胞分裂能力强细胞分裂能力,具体表现为,2.植物组织培养,（1）原理-植物细胞的全能性,（2）过程-脱分化 再分化,离体的器官、组织和细胞,植物激素、无机盐和糖类等,愈伤组织,胚状体,有根、茎、叶的试管苗,特点：1.植物细胞的有丝分裂是植物组织培养基础。,2.愈伤组织 细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。,3.具有光合作用能力的类型是胚状体以后的结构和个体。,脱分化,再分化,再分化,4.亲代与子代保持遗传的连续性与稳定性。,（3）脱分化与再分化的比较,生物体细胞不能表达全能性的原因：植物体细胞内的基因

3、选择性表达脱分化：已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转化成未分化细胞的过程。,脱分化与再分化的比较,（4）植物组织培养的优点,取材少；培养周期短、繁殖率高；便于自动化管理。,果树和花卉的快速繁殖；,（5）植物组培在生产中的应用,培养无病毒感染的植物；,生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等,制人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结籽困难或发芽率低等问题；,转基因植物的培养也用到植物组织培养。,3.植物体细胞杂交,概念 将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞并把这杂种细胞培养成新的植物体的方法。,过程 原生质体制备原生质体融合诱导杂种细胞的筛选和培养 杂种植株的再生

4、与鉴定,（3）原生质体制备,植物体细胞外有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍体细胞的杂交。因此,先去掉细胞壁，分离出活的原生质体。目前常用的去除细胞壁的方法是酶解法。即在温和的条件来利用纤维素酶果胶酶等分解植物细胞壁。,（4）原生质体融合物理方法：离心、振动、电刺激化学方法：聚乙二醇（PEG）,（5）植物体细胞杂交育种中优点,a.克服远缘杂交不亲和障碍；,b.培养新品种方面取得重大突破；,c.大大扩展了可用于杂交的亲本组合的范围。,二.动物细胞工程,动物细胞培养 体细胞融合动物细胞融合 核移植 单克隆抗体胚胎分割移植,1.动物细胞培养,（1）原理及细胞学基础：细胞有丝分裂,（2）物质基础：葡萄糖、氨基

5、酸、水、无机盐、维生素和动物血清。,（3）过程：,动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,剪碎,胰蛋白酶,单个细胞,加培养液,制成,细胞悬浮液,原代培养,传代培养,细胞株,遗传物质改变,传代培养,细胞系,（4）概念区分,a.原代与传代没有分装原始的细胞悬浮液原代；分装过的细胞悬浮液传代,b.细胞株与细胞系 原代培养的细胞一般传至十代左右后，生长就会出现停滞,大多数细胞衰老死亡，只有极少数存活，并能传至4050代这种细胞群-细胞株 细胞株传至4050代后又出现“危机”不能再传下去,但有部分细胞的遗传物质发生变化，并带有癌变的特点，在条件适宜情况下能无限传代下去的细胞群。,（5）动物细胞培养技术的应用,a

6、.大规模生产蛋白质的生物制品。如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体。,b.为皮肤大面积烧伤的患者，培养可移植的皮肤。,c.用于检测有毒物质。,d.医学家培养各种正常的或病态的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，为治疗和预防疾病提供理论依据。,2.细胞融合,（1）原理：细胞膜分子结构中磷脂双分子层的相对运动性。,（2）概念：在一定的条件下将两个或多个细胞融合为一个细胞的过程，称为动物细胞融合，又称细胞杂交。,（3）促融方法：除了与植物原生质体融合的物理、化学方法相同以外，还常用灭活病毒作诱导剂。,（4）过程：略,（5）用途：最主要的用途是制备单克隆抗体。,细胞融合的运用-单克隆抗体产生,制备,2.

7、特点 化学性质单一；特异性强；灵敏度强,应用 理论意义 实践意义诊断试剂-利用单克隆抗体的特点准确地识别各种抗原物质的细微差异。优点：准确、高效、简单、快速。肿瘤的导向治疗-将针对某一肿瘤抗原的单克隆与化（放）疗药物连接，利用单克隆的导向作用将化（放）疗药物带至靶器官，直接杀伤靶细胞的过程。,动、植物细胞融合的异同点,（一）相同之处1.原理中的细胞膜的流动性2.诱导方法中的物理与化学方法3.都形成杂交种细胞,（二）不相同之处植物中其原理中还有全能性2.诱导方法中动物还有灭活的病毒处理 促融前处理 植物制备原生质 动物注射特定抗原获取免疫细胞3.用途：植物克服远缘杂交不亲和 动物制备单克隆抗体,

8、1.（06年江苏卷）下列不属于动物细胞工程应用的是（）A大规模生产干扰素用于抵抗病毒引起的感染B为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞C大规模生产食品添加剂、香料等D利用胚胎移植技术，加快优良种畜的繁殖,C,2.（06年北京卷）以下不能说明细胞全能性的实验是（）A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B.紫色糯性王米种子培育出植株 C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株,B,3.（06年广东卷)单克隆抗体技术在疾病诊断和治疗以及生命科学研究中具有广泛的应用。下列关于单克隆抗体的叙述，错误的是（）A.特异性强、灵敏度高 B.与抗癌药物结合可制成“生物导弹”C.体外培养B淋

9、巴细胞可大量分泌单克隆抗体D.由效应B细胞与骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞分泌,C,4（07上海卷)下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是（）A花药、胚不能作为组织培养的材料B植物细胞具有全能性C外植体是指用于培养的植物组织或器官D外植体可诱导出愈伤组织,A,5.(07江苏卷)动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。右图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。从该图提供的信息可以获得的正确结论有（）,A正常细胞与癌细胞的增殖速率相同 B有无血清对正常细胞培养的影响不同C培养基中补充血清有助于正常细胞的培养 D培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大,B C D,

10、6.（08全国卷）下列关于细胞工程的叙述，错误的是（）A.电刺激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合B.去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理C.小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体D.某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同,D,7（08江苏卷）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相同,解析：此题考查学生对植物

11、组织培养技术的掌握。培养基中加入蔗糖的目的一方面可以提供营养，另一方面可以调节渗透压；在整个组织培养过程中影响再分化的关键是生长素和细胞分裂素的使用比例和使用顺序；组织培养过程中的第一个关键环节是脱分化，从而形成愈伤组织；组织培养的对象既可以是体细胞也可以是生殖细胞，因此获得的愈伤组织的基因组成不一定相同。,D,8（08山东卷）通过特定方法，科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述，正确的是（）A、类胚胎干细胞能够分化成多种细胞 B、分化的体细胞丢失了某些基因C、二者功能有差异，但形态没有差异 D、二者基因组相同，且表达的基因相同,解析：本

12、题材料新颖，主要考查细胞的分裂、分化及干细胞等相关知识。干细胞具有有丝分裂和分化成多种组织细胞的能力。有丝分裂产生的子细胞基因型相同。在细胞分化过程中，因基因的选择性表达而在不同的细胞中产生不同的mRNA和蛋白质，从而使细胞在形态、结构和功能上发生永久性、不可恢复的变化分化。由此可知：细胞分化的过程中，没有基因的丢失而有基因的选择性表达，故B和D选项错误。细胞分化是细胞形态功能上的变化，故C选项错误。,A,解析：植物体细胞杂交可以用两种不同的植物细胞，从而可克服生殖隔离的限制，植物体细胞杂交的过程，实际上是不同植物体细胞的原生质体融合的过程。紫茉莉枝叶的性状的遗传是细胞质遗传，两个不同品种的紫

13、茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型应与母本一致，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的，因为受精卵中的细胞质几乎全部来自母本。故C错误。,9.(09理综)下列关于体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述，错误的是（）A.利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远源杂种B.不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程C.两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型一致D.两个不同品种的紫茉莉杂交，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的,C,10.(09浙江卷)用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是（）A都需用CO2培养箱 B都须用液体培养基 C都要在无菌条件下进行

14、D都可体现细胞的全能性,解析：植物组织培养中不需要CO2培养箱，一般用固体培养基，所以A、B错误；动物细胞培养获得的是细胞株或细胞系，没有获得新的个体，所以没有体现细胞全能性，D错误。,C,11.(09江苏卷)下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是（）A卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加B胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割 C胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点D胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取,D,12.（08江苏卷）选做题（6分）下面是以小鼠为对象进行的研究工作，请分析回答问题。进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下（光照14h,

15、黑暗10h）饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是。然后从雌鼠输卵管中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是。再在37、5%CO2条件下，精卵共同作用4h，冲洗后继续培养。定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部出现裂隙，这是胚胎期开始的标志。如果体外受精后，在精核和卵核融合之前，用微型吸管吸除雄核，再用细胞松弛素B处理（作用类似于秋水仙素处理植物细胞），处理后的受精卵可发育成小鼠。这种方法在动物新品种选育中的显著优点是。如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙

16、的基因来源于。如果将外源基因导入小鼠受精卵，则外源基因可能随机插入到小鼠受精卵DNA中。这种受精卵有的可发育成转基因小鼠，有的却死亡。请分析因外源基因插入导致受精卵死亡的最可能的原因。,促进排卵,使精子获能,囊胚,容易获得纯合子并缩短育种时间,小鼠甲（体细胞）核基因和小鼠乙（卵细胞）的细胞质基因,外源基因的插入使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达。,13.(09宁夏辽宁理综)下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育至_期的内细胞团或胎儿的_ 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

17、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基因_的结果。,囊胚,原始性腺细胞,胚胎干细胞,分化诱导,选择性表达,（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，骨髓移植的实质是将上图的_细胞移植到患者体内。（5）若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的_，其原因是 _。（6）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。（7）在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用_细胞与骨髓细胞融合，经多次筛选最终得到能分泌_的杂交瘤细胞。,造血干,红细

18、胞,细胞中无细胞核,间,效应B淋巴,特异性抗体,下列关于动物细胞的叙述，正确的是（）AB细胞和T细胞均直接来自于胚胎干细胞 B培养中的浆细胞能够无限地增殖C人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株 D用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞,D,解析：B细胞和T细胞都是造血干细胞分化的产物；培养中的浆细胞的增殖是有限的；人的成熟红细胞无核的细胞，无遗传物质不能现实遗传物质的复制不能进行细胞分裂。,2.以下有关现代生物工程的相关描述正确的（）A试管牛的产生过程属于无性生殖B胚胎分割移植后产生的两个个体他们的生殖细胞的基因一定相同C高等动物分化后的体细胞全能性的表达需要特定的细胞质与外界条件D胚胎移植的供体

19、与受体必需具有相同的基因型,C,解析：试管牛是受精作用在试管内完成；胚胎分割移植个体他们的生殖细胞的基因不一定相同；胚胎移植的供体与受体的基因型不一定需要相同，但必须是同种类型的动物。,4.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，右图为该过程中的某一时期示意图。下列有关叙述错误的是：（）,A图中依次为透明带、滋养层、内细胞团 B高等哺乳动物胚胎发育中的细胞分化开始于图示时期，终止于生命结束C囊胚腔中含有液体D进行胚胎分割时，应选择图示时期之后的胚胎进行,D,5.动物细胞培养是动物细胞工程的基础，如右

20、图所示，a、b、c表示现代生物工程技术，、表示其结果，请据图判断下面说法正确的是（）,Aa是核移植技术，反应了动物细胞具有全能性Bb是体外受精技术，的设计产生有一定的伦理争议Cc是胚胎分割技术，中个体的基因型和表现型一定相同D中的受体均需注射促性腺激素，以达到超数排卵和同期发情的目的,B,6.生物技术的发展速度很快，已灭绝生物的“复在”将不再是神话。如果世界上最后一只野驴刚死亡，以下较易成功“复生”野驴的方法是（）A将野驴的体细胞取出，利用组织培养技术，经脱分化、再分化，培育成新个体B将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育成新个体C取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中，经孕育培养成新

21、个体D将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育成新个体,C,7.下列有关生物工程的说法正确的是：（）A单克隆抗体制备中使用的细胞是小鼠骨髓瘤细胞和卵细胞。融合后得到的杂种细胞的特点是既能够无限分裂，又能产生专一性抗体。B基因工程所用的工具有限制性内切酶、DNA连接酶、运载体。C动物细胞培养时，如果缺少氨基酸供应，细胞一般会停留在细胞周期的分裂期。D胚胎干细胞在功能上的最大特点是具有专能性，能分化为成年动物体内任何一种组织细胞,解析 单克隆抗体制备中使用的细胞是小鼠骨髓瘤细胞和B淋巴细胞；动物细胞培养时，如果缺少氨基酸供应，细胞一般会停留在细胞周期的分裂间期，因为间期是合成蛋白质的，需要氨基酸；胚胎

22、干细胞在功能上的最大特点是具有全能性，能分化为成年动物体内任何一种组织细胞。,B,8.某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞（甲）和正常肝细胞（乙）进行动物细胞培养。下列说法不正确的是（）A在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃蛋白酶处理B细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是维持培养液的pHC为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素 D将数量相等的甲、乙细胞分别置于相同适宜培养条件下培养，一段时间后，会观察到甲细胞数量比乙细胞数量多,A,9.如图是“白菜一甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是（）,A.“白菜甘

23、蓝”杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果B.图示“白菜甘蓝”植株不能结籽，植株相对高大C.愈伤组织的代谢类型是自养需氧型D.上述过程中包含着有丝分裂，细胞分化和减数分裂等过程,A,10.要证明一种元素是否是哺乳动物的必需元素，下列做法合理的是()用天然农产品制作的饲料 用营养成分定量的合成饲料 选择青蛙为实验对象 选择小鼠为实验对象 把实验对象饲养在无尘环境中 把实验对象饲养在自然环境中A B C D,C,解析：天然农产品制作的饲料 许多成分未知；青蛙是两栖动物不是哺乳动物；饲养在自然环境中有粉尘，而粉尘有许多必需元素。,11.生物学家研究发现，癌细胞的无限增殖受某调控基因的控制，该调控基

24、因能激发所有动物细胞大量增殖，为探究该调控基因是存在于细胞质还是细胞核上，科研人员做了如下实验设计：,胰蛋白酶处理,根据以上思路，请继续完成下列实验设计方案：1.此实验需要进行动物细胞的培养,在培养液中应含有 等营养成分。（2分）2实验步骤：（实验提示：癌细胞能传代培养，细胞形态发生明显改变。如何观察细胞形态不作实验设计要求。）用 分别处理宫颈癌细胞和小鼠肝脏使之分散成单个细胞。（1分）分别使单个癌细胞和单个肝脏细胞核质分离。（2分）取2只培养皿编号为甲、乙，各加入等量的培养液。（2分）。（2分）3预测实验结果及结论：。（2分）。（2分）。（2分）,糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血

25、清,胰蛋白酶,取癌细胞核和肝细胞质形成重组细胞A，取癌细胞质和肝细胞核形成重组细胞B。,分别取等量重组细胞A和重组细胞B，依次加入甲、乙两只培养瓶中，进行细胞培养,若甲瓶的细胞（或重组甲细胞分裂产生的细胞）形态发生明显变化，则调控基因存在细胞核中。,分别观察甲、乙培养瓶中的细胞形态并记载。,若乙瓶中的细胞（或重组乙细胞分裂产生的细胞）形态发生明显变化，则调控基因存在细胞质中。,若甲、乙两瓶中的细胞（或重组甲、重组乙细胞分裂产生的细胞）形态均发生明显变化，则调控基因可能同时存在细胞核和细胞质中。,12.烧伤患者的皮肤修复和器官移植成为一大医疗难题，皮肤干细胞的研制继2007年后又迅速成为热点。请

26、完成以下问题：（1）患者本人皮肤干细胞能 成为其皮肤细胞，既易采集，又避免了移植后的。（2）皮肤干细胞还可以诱导成各种体细胞，其根本原因是。但皮肤干细胞在体内无法形成其他细胞，原因是,。（3）在皮肤干细胞培养过程中科研人员发现人工合成激素Ry可能引起细胞癌变。,分化,排异反应,细胞内含有一套完整的遗传信息,基因无法进行选择性表达,下面是关于这一问题的探究实验，请完善相应内容。操作步骤：取一定量皮肤干细胞培养液随机均分为两组，编号A、B。将A、B两组干细胞正常培养72小时。取样镜检，可观察比较以下三点：以及细胞贴壁生长的情况。结果和结论预测：B组出现了癌变细胞，说明。，说明:,在B组皮肤干细胞培

27、养液中添加少量激素Ry,A组不添加,细胞数量、细胞形态,激素Ry能引起细胞癌变,A B两组出均未出现癌变细胞,激素Ry不能引起细胞癌变,13.现有甲乙两种可能有一定毒性的化学物质，实验室研究人员欲通过动物细胞培养的方法来鉴定它们是否有毒性并比较二者毒性的强弱。请你以一个研究人员的身份参与此项研究，完成下列实验报告并回答有关问题。实验原理：。根据这种变异细胞占全部培养细胞的百分数（以下称Q值），可判断该化学物质的毒性。（3分）实验材料：活的小白鼠胚胎。药品用具：胰蛋白酶液、动物细胞培养液、动物细胞固定液、适宜浓度的龙胆紫溶液、滴管、培养皿、剪刀、锥形瓶、培养瓶、恒温箱、载玻片、盖玻片、显微镜、小

28、白鼠正常体细胞有丝分裂各时期高倍显微照片。,有毒物质加入细胞培养液后，培养的动物细胞会发生染色体结构和数目的变异,实验步骤：（1）制备细胞悬浮液：把活的小白鼠胚胎放在培养皿中剪碎，转入锥形瓶中，加入胰蛋白酶液处理，使胚胎组织离散成单个细胞，再加入动物细胞培养液，制成细胞悬浮液。（2）进行细胞培养：取A、B、C三个洁净的培养瓶，（2分）向A培养瓶中加入化学物质甲，向B培养瓶中加入等量的化学物质乙，并将培养瓶摇匀。（3分）,分别加入等量的细胞悬浮液 无“等量”扣分,把三个培养瓶放在37（或适宜温度）的恒温箱中培养,无“37”又无“适宜温度”扣分,（3）制作临时装片：当细胞增殖到大约第8代左右时，同

29、时从恒温箱中取出三个培养瓶，用胰蛋白酶液处理，使培养的细胞从瓶壁上脱落，再加入动物细胞固定液以迅速杀死细胞并固定细胞分裂相。静置一段时间后，分别从各培养瓶底部吸取适量的细胞悬浮液，滴在与培养瓶有相同编号的载玻片的中央，35 min后，盖上盖玻片。（2分）（4）镜检和统计：把临时装片放在显微镜下，先用低倍镜后用高倍镜，寻找处于 期的细胞，并与 对比以确认发生变异的细胞，同时统计该期变异的细胞占该期细胞总数的百分数（Q值）。（4分）,加12滴适宜浓度的龙胆紫溶液染色,有丝分裂中,小白鼠正常体细胞有丝分裂各时期高倍显微照片,结果与结论：经研究人员实验得知，A、B、C三个培养瓶的Q值依次为：QA=13%、QB=125%、QC=01%，由此可知该实验的结论是。（4分）回答问题：在实验中，C培养瓶起什么作用与小白鼠正常体细胞有丝分裂各时期高倍显微照片有何不同？。（2分）,甲乙两种化学物质均有毒性，且乙的毒性比甲的毒性大,C瓶作为A、B两瓶的对照组，起对照作用,