专题21 细胞工程(精讲册)-【实战高考】2026年高考生物总复习（山东专版）

专题21 细胞工程 ⊙ 考什么 高效复习必备 ①植物组织培养技术及实验；②植物体细胞杂交技术及应用；③植物细胞工程在实践中的应 复习要点 用；④动物细胞培养技术；⑤动物细胞融合与单克隆抗体制备；⑥动物细胞核移植技术 1.考查题型：多以选择题形式考查。 2.命题趋势：①植物组织培养流程及实践应用，如2024年山东卷第20题、2023年山东卷第14 考情 题；②植物体细胞杂交技术与育种，如2020年山东卷第13题；③单克隆抗体、双抗、多抗，如 2022年山东卷第15题、2021年山东卷第15题；④借助千细胞考查胚胎工程相关内容，如2020 年山东卷第14题；⑤动物细胞工程和胚胎工程的综合，如2025年山东卷第14题 学什么 总内容梳理 考点1 植物细胞工程（山东高考6年4考）》 一、植物组织培养 1.植物组织培养的过程（原理：植物细胞的全能性） (1)植物组织培养中添加蔗糖的目的是提供营养 条件：无菌、离体、一定的营养物质 和调节渗透压。 激素（生长素、细胞分裂素等） (2)脱分化阶段不需要光，再分化阶段需要光。 分商⊙分华D再分化？发直 移栽 (3)生长素与细胞分裂素的比值高时，促进根的 离体的组 愈伤组织 胚状体 织或细胞 试管苗 分化、抑制芽的形成；比值低时，促进芽的分化、 细胞排列疏松、无规则， 制备人工种子 抑制根的形成。 是一种高度液泡化的呈 无定形状态的薄壁细胞 (4)体内细胞未表现全能性的原因：基因选择性 表达。 (5)培养基状态：固体培养基。 2.针对二类目标（试管苗、细胞产物）的培养流程 离体的植物器 脱分化 官、组玖或细购营养物质，激素愈伤组奥素化限芽日标植物本 目标2 细胞产物的工厂化生产 二、植物体细胞杂交技术 纤维素酶和 果胶酶处理 冯铃薯马铃薯 ⊙再生 脱分化再分化 物理法：离心法、电融合法 去除细胞璧 细胞原生质体， 细胞壁 诱导 正在融 杂种 融合 化学法：聚乙二醇PEG)融 合的原 细胞 愈伤 再生出 杂种 合法、高Ca2+一高pH融合法 番茄 番茄 生质体 组织 小植株 植株 细胞原生质体 再生出细胞壁（融合完成的标志） 362 0专题21细胞工程 1.原理：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性。 2.意义：(1)打破生殖隔离，实现远源杂交育种；(2)培育植物新品种等。 三、植物细胞工程的应用 1.植物繁殖的新途径 快速繁殖 ①高效、快速实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性 作物脱毒 材料的选取：植物顶端分生区附近，此部分病毒极少，甚至无病毒 2.作物新品种的培育 原理细胞的全能性和染色体数目变异 单倍体育种 优点 子代是能稳定遗传的纯合子；极大地缩短了育种年限；是进行诱 变育种和研究遗传突变的理想材料 原理细胞的全能性和基因突变 突变体的利用 优点产生新基因，大幅度改良某些性状 3.细胞产物的工厂化生产 概念：不是植物基本的生命活动所必需的产物，是一类小分 细 子有机化合物 次生代谢物 条件：特定组织、器官在特定环境和时间产生 离 L种类：酚类、萜类和含氮化合物等 生产的技术手段植物细胞培养技术 优点生产速度快 产 实例人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现了工厂化生产 【提醒】初生代谢物是生物生命活动必需的，如氨基酸、葡萄糖等。 【误区警示】脱毒苗≠抗毒苗 (1)脱毒苗是选择植物的分生区如茎尖（刚形成，病毒含量极少，甚至无病毒）进行组织培养而获 得的，属于细胞工程的范畴。脱毒苗只是体内不含病毒，不能抵抗病毒的侵染。 (2)抗毒苗是把抗某病毒的基因导入受体细胞中，并通过一定的方法培养形成的，属于基因工程 的范畴，但转入抗病毒基因的植物细胞也需经植物组织培养才能得到抗病毒的植株。 考点2动物细胞工程（山东高考6年4考） 一、动物细胞培养 1.动物细胞培养的概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养 条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 2.动物细胞培养的条件 a.对培养液和所有培养用具进行灭菌；b.在无菌环境下进行操作；c.定期更换培养液以 无菌、无毒的环境 清除代谢物 营养条件 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，还需加人动物血清等一些天然成分 363 讲解册 实战高考·生物学 续表 适宜的温度、 温度为36.5士0.5℃（哺乳动物），pH为7.2~7.4，渗透压也是一个需要考虑的重要环 pH和渗透压 境参数 气体环境 含95%空气和5%C02的混合气体(C02培养箱) 【拓展延伸】动物血清作用大 血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白质主要为白蛋白和球蛋白；氨基酸有多 种，其中必需氨基酸动物细胞本身不能合成，必须由培养液提供；血清中有胰岛素、生长激素等 激素和多种生长因子，还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，能促 进细胞的生长、增殖和贴附。 3.动物细胞培养的过程 接触抑制 用机械的方法，或用胰蛋白酶，胶原蛋白 用胰蛋白酶等处理， 酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞 贴壁 再用离心法收集 生长 动物组织（一般选择 细胞装原代 细胞密度过大、有害代谢 细胞分 传代培养（份 分化程度低、分裂 裂受阻 瓶后的细胞 能力强的组织细胞) 悬液瓶培养 物积累、营养物质缺乏等 或停止 培养) 动物组织经处理后的初次 悬浮 用离心法收集 生长 培养（分瓶前的细胞培养） 二、千细胞培养及其应用 诱导多能干细胞 种类 胚胎干细胞(ES细胞) 成体干细胞 (PS细胞) 成体组织或器官内（如骨髓中的 来源 早期胚胎 体细胞（如成纤维细胞等） 造血干细胞) 具有组织特异性，只能分化成特 具有分化为成年动物体内的任何 能诱导分化成类似胚胎干细胞 特点 定的细胞或组织，不具有发育成 种细胞甚至个体的潜能 的细胞 完整个体的能力 造血干细胞用于治疗白血病，神 在治疗镰状细胞贫血、阿尔茨 在体外分化成心肌细胞、神经元 应用 经干细胞用于治疗帕金森病、阿 海默病、心血管疾病等领域的 和造血干细胞等 尔茨海默病等 研究取得了新进展 三、动物细胞融合 1.概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2.方法：物理法（电融合法）、化学法[聚乙二醇(PEG)融合法]、生物法（灭活的病毒诱导法）等。 3.原理：细胞膜的流动性。 4.结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞（称为杂交细胞）。 5.意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 四、单克隆抗体的制备 1.原理：细胞膜的流动性、细胞的增殖。 364 0专题21细胞工程 2.过程 动物细胞融合突破了 利用多孔板法 有性杂交方法的局限 体内培养 使远缘杂交成为可能 利用选择培 和抗原一抗体 杂交法筛选 (小鼠腹腔内) 养基筛选 提取骨髓扩大 骨髓瘤 瘤细胞 未融合细胞， 培养 细胞 能准确地识别抗原 灭活病毒 B—B细胞. 、杂交瘤抗体 能产生所需 单克隆 的细微差异，与特 抗体的杂交 给小鼠注射 从脾脏中 诱导融合 瘤一瘤细胞，选 细胞检测 抗体 定抗原特异性结合 分离B淋 杂交瘤细胞 瘤细胞 可大量制备 特定抗原 巴细胞 体外培养 (培养液中) 五、动物体细胞核移植技术 1.原理：动物细胞核全能性。 2.分类：体细胞核移植和胚胎细胞核移植（动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易）。 3.过程 从卵巢中取体外培养 去核卵电融合法 细胞分裂，发育早期胚胎移植代孕雌生出与供体遗传物质 去核一 卵母细胞 MⅡ期 母细胞细胞融合 重构胚 用物理或化胚胎 性个体 基本相同的个体 学方法激活 供体 获取细胞 ·供体细胞 注人 培养 考点3胚胎工程（山东高考6年2考） 一、胚胎工程的理论基础 1.胚胎工程的概念 胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚 胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎 移植和胚胎分割等。 2.胚胎工程的理论基础 (1)受精 场所 输卵管 ()体内获能：利用雌性动物的生殖道使其获能； 准 精子获能（指精子 获得受精能) 2)体外获能：将精子培养在人工配制的获能液（常见的有效成分有肝素 备 钙离子载体等)中使其获能 阶 安 卵子的准备 卵子在输卵管内进一步成熟，发育到MⅡ期才具备与精子受精的能力 过程 精卵 精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入。精子 相遇 入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内（两道屏障） 受 精 雌、雄原 精子：尾部脱离，原有核膜破裂并形成新核膜，最后形成雄原核： 卵子：完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核 阶 核形成 注：常以观察到两个极体为受精的标志，受精完成的标志为雌、雄原核的融合 段 受精卵 雄、 雌原核靠近，核膜消失，形成受精卵。受精过程结束，受精卵开始发育 365 讲解册 实战高考·生物学】 (2)胚胎早期发育 胚胎发育 细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数 该阶段及之前阶段的每一个细 的起点 目增多，但胚胎总体积并不增加 胞都具有全能性，细胞未分化 出现三个胚层 卵裂 内细胞团 透明带 和原肠腔 受精卵 2细胞 4细胞 8细胞 桑葚胚 囊胚腔 原肠胚 滋养层孵化 (1)内细胞团：发育为胎儿的各种组织： 囊胚进一步扩大，导 囊胚 (2)滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘： (开始分化) 致透明带破裂，胚胎 (3)囊胚腔：内含液体 从中伸展出来的过程 二、胚胎工程技术及其应用 1.体外受精 (1)过程 卵巢采集并成熟培养 MⅡ期卵母细胞 体外受精 受精卵培养 精液 离心并获能处理 获能精子 (2)意义：①是提高动物繁殖能力的有效措施；②可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 2.胚胎移植 (1)过程 遗传性状优良、生产能力强的供体母牛 有健康体质和正常繁殖能力的受体母牛 同期发情处理 外源促性腺激素 超数排卵处理 (使供、受体雌性动物 受体发情 处于相同生理状态，有 利于移植的胚胎正常发育) 优良公牛 发情配种或人工受精 桑葚胚或囊胚 胚胎移植 胚胎早期发育！ 受体动物一般不会对外来 收集胚胎并检查 妊娠检查 胚胎发生免疫排斥，一般 不对受体进行免疫检查 直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存 具有优良性状的后代 (2)实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 (3)意义：①可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；②缩短供体本身的繁殖周期。 3.生理学基础 生理学基础 胚胎移入基础 胚胎存活基础 胚胎发育基础 胚胎收集基础 哺乳动物排卵后，在 受体子宫对外 供体胚胎可与受体子官宫 早期胚胎在一定时间 一段时间内同种动物 来胚胎基本上 建立正常的生理和组织 内不会与母体子宫建 的供、受体生殖器官 不发生免疫排 联系，且供体胚胎的遗 立组织上的联系，处 的生理变化是相同的 斥反应 传特性不受影响 于游离状态 366 0专题21细胞工程 4.胚胎分割 材料发育良好，形态正常的桑葚胚或囊胚 胚胎分割 实质 胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是动物的无性繁殖或克隆 成功关键点对囊胚分割时，注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和 进一步发育。对未知性别的胚胎可以取滋养层细胞，做DNA分析进行性别鉴定 怎么考 题型各个击破 题型植物体细胞杂交与植物组织培养 代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番 题型解读 茄一马铃薯”杂种植株。以下为植物体细胞杂 1.图说植物体细胞杂交与植物组织培养的关系 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 箱物合①原生质体A ⊙ 和BB。 4 ⑤ 甲型” 植物。①⊙ 正在融合的再生 愈伤 杂种 细胞B二 原生质体 细胞壁 组织 植株 原生质体B 乙项 体细胞融合 植物组织培养 (1)植物体细胞杂交技术=原生质体融合+ (1)将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱 植物组织培养，终点为杂种植株而不是杂种 导融合，若只考虑两两融合，可以形成哪几种 细胞；原理为细胞膜流动性十植物细胞的全 融合细胞？符合要求的杂种细胞是哪种？ 能性。 (2)杂种植株中含有植物A和植物B的全 (2)二倍体番茄和二倍体马铃薯细胞杂交得到 的“番茄一马铃薯”有多少个染色体组，是几 部遗传物质，基因表达时会相互干扰，如马 倍体？ 铃薯和番茄杂种植株。 2.经植物体细胞杂交形成的杂种细胞，其染色 体数、染色体组数、基因组成都采用直接相 加的方法计算。例如：若一植物细胞含有 (3)从结果上看，杂种植株在遗传上有什么特 点？从染色体组成上看，杂种植株属于哪种变 2x条染色体，2个染色体组，基因型为 异类型？ Aabb,另一植物细胞含有2y条染色体，2个 染色体组，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十2y,染色 )答案(1)可以形成3种融合细胞：甲甲、甲乙、 体组数为4，基因型为AabbccDd;若两植物 能进行有性杂交，则受精卵或子代植株中染 乙乙。符合要求的是甲乙。 (2)有四个染色体组，是四倍体。 色体数为x+y;染色体组数=1十1= (3)从结果上看，杂种植株的遗传物质来自两 2(个)，基因型有4种。 个亲本，具有双亲的遗传性状。从染色体组成 典例不同物种之间存在着天然的生殖隔离， 上看，杂种植株属于染色体数目变异。 利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后 367 讲解册 实战高考·生物学 壁专题压轴归纳 考查内容 VCR处接头 抗体⑦ 单克隆抗体的制备及应用。 细胞调亡 抑制微管 典例某病毒对动物养殖业危害十分严重。 ,蛋白聚合 我国学者拟以该病毒外壳蛋白A为抗原来制 释放药物1 米米 备单克隆抗体，以期快速检测该病毒，其主要 溶酶体 技术路线如图所示。 基 转基 蛋 免疫 离体培养 因 因1 免疫 的脾 的小鼠骨 解析：(1)浆细胞是高度分化的细胞，不能增 程菌 小鼠 A 细胞 髓瘤细胞 殖，所以不能通过原代培养扩大细胞数量。脂 诱导融合 单克隆抗体筛选 杂交瘤细胞筛选 溶性物质PEG可使细胞接触处的磷脂分子重 新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 回答下列问题： (2)在杂交瘤细胞筛选过程中，常用特定的选 (1)与小鼠骨髓瘤细胞融合前，已免疫的脾细 胞（含浆细胞） (填“需要”或“不需 择培养基进行筛选，在该培养基上，未融合的 要”)通过原代培养扩大细胞数量；添加脂溶性 亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死 物质PEG可促进细胞融合，该过程中PEG对 亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。 细胞膜的作用是 (3)单克隆抗体筛选中，将抗体与该病毒外壳 蛋白进行杂交，是运用了抗原一抗体杂交技 术，抗体检测呈阳性的细胞，即为所需的杂交 (2)在杂交瘤细胞筛选过程中，常使用特定的 瘤细胞。 选择培养基（如HAT培养基），该培养基对 )答案(1)不需要使细胞接触处的磷脂分子 和 重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合(2)未 生长具有抑制作用。 融合的亲本细胞融合的具有同种核的细 (3)单克隆抗体筛选中，将抗体与该病毒外壳 胞(3)通过抗体检测呈阳性来获得能分泌 蛋白进行杂交，其目的是 0 需抗体的杂交瘤细胞(4)ADC的抗体主要 (4)将VCR(长春新碱，能够干扰肿瘤细胞和 发挥靶向运输作用，携带VCR与肝癌细胞特 正常细胞的有丝分裂)与抗人肝癌单克隆抗体 异性结合；药物(VCR)发挥治疗效应，通过抑 HAb18通过接头连接形成抗体一药物偶联物 制微管蛋白聚合妨碍纺锤体的形成，从而阻断 (ADC),可实现对肝癌细胞的特异性杀伤， 肝癌细胞分裂，诱导肝癌细胞凋亡。 ADC的作用机制如图。据图分析，ADC的抗 选题意图 体和药物(VCR)各具有什么作用？ 单克隆抗体具有产量大、特异性强、灵敏度高 等优点，在临床实践中用途广泛，前景无限。 单克隆抗体制备考点多，易与免疫知识相联 系，近几年高考题中考查频度高。 368