2.2.1 动物细胞培养和动物细胞融合 学案-2023-2024学年高二人教版（2019）生物选择性必修3

( www.zxxk.com www.zxxk.com ) ( 202 3 -202 4 学年高二年级 生物学案 第（29-1）期 姓名 班级 学号 m 励志格言： 不要等待机会，而要创造机会。 命制人： 校对人： 课题：动物细胞培养和动物细胞融合 ) 学习目标：1.概述动物细胞培养需要的基本条件，阐明利用动物细胞融合技术的过程（生命观念） 2.认同动物细胞培养是动物细胞工程的基础（生命观念） 3.尝试建构动物细胞培养的基本流程（科学思维） 4.说出干细胞的分类及作用（社会责任） 学习重点：1.动物细胞培养的条件和过程。2.干细胞在生物医学工程中的应用。 学习难点：干细胞在生物医学工程中的应用 【自主学习】（阅读课本完成以下内容） 动物细胞工程常用的技术包括 、 和 等，其中 是动物细胞工程的基础。 一、动物细胞培养的概念 动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成 ，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和 的技术。 二、动物细胞培养的培养条件 1.营养条件 将细胞所需的营养物质按 和 严格配制而成的培养基，称为合成培养基。培养动物细胞一般使用 ，也称为培养液。 2.无菌、无毒的环境： 无菌：需要对 和所有 进行 处理以及在 环境下进行操作。 无毒：培养液还需要 ，以便清除 ，防止 对细胞自身造成危害。 3.温度、pH和渗透压 ①适宜的温度：哺乳动物多以 ℃为宜。 ②适宜的pH：多数细胞生存的适宜pH为 。 ③适宜的渗透压。 4.气体环境 ①氧气是 所必需的，二氧化碳的主要作用是 。 ②在进行细胞培养时，通常采用 或 ，并将他们置于含 有 和 的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 3、 动物细胞培养的过程 1.过程 取动物组织 ↓ 分散组织细胞：用机械的方法，或用 、 等处理的方法（利用酶的专一性，不宜选用胃蛋白酶），将组织分散成单个细胞。 ↓ 制成细胞悬浮液 ↓ 转入培养液中进行原代培养 ↓ 传代培养：胰蛋白酶处理，分瓶之后的培养 2.体外培养的动物细胞类型及影响因素 类型 影响因素 能够 在培养液中生长增殖的细胞 、有害代谢物、培养液中营养物质含量 需 于某些基质表面才能增殖的细胞 除上述因素外，还有 。 3.相关概念 （1）细胞贴壁：细胞悬浮液中分散的细胞 在培养瓶的 上的现象 （2）接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到 时，细胞停止分裂增殖的现象。 （3）原代培养：分瓶之 的细胞培养，即动物组织经 的 培养。 （4）传代培养：分瓶之 的细胞培养。在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接 用 收集；贴壁细胞需要重新用 等处理，使之分散成 ，然后再用 收集；之后，将收集的细胞制成 ，分瓶培养。 四、干细胞的培养及其应用 1.干细胞及其应用 （1）特点： 自我更新能力→干细胞可以分裂形成新的干细胞 分化潜能→在一定条件下，干细胞可以分化为其他类型的细胞 （2）功能：在一定条件下，可以分化成 。 （2）分布：存在于 等多种组织和器官中 （3）类型： ①胚胎干细胞（简称ES） （Ⅰ）分布： 。 （Ⅱ）作用：具有分化为成年动物体内的 类型的细胞，并进一步形成机体的所 有 甚至 的潜能。 （Ⅲ）成果：科学家已分离出兔、牛、猴和人等的ES细胞、并证明了ES细胞可以在体外分化成 细胞、 和 细胞等细胞。 ②成体干细胞： （Ⅰ）分布： 。 （Ⅱ）类型： （Ⅲ）作用：一般认为，成体干细胞具有 ，只能分化成 细胞或组织， 发育成完整个体的能力。 （4）应用： 将正常的 移植到病人体内，恢复病人的造血和免疫功能，已成为治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等一些疾病的一种重要手段， 在治疗神经组织创伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默症等）方面具有重要的应用价值。 2.iPS细胞（诱导多功能干细胞）及其应用 （1）定义：科学家通过 诱导小鼠 细胞，获得了类似 的一种细胞，被称为 （简称iPS细胞） （2）应用： 利用iPS细胞治疗了小鼠的 ；利用iPS细胞治疗 等领域的研究也取得了新进展。 （3）前景： 诱导过程无须破坏 ，理论上可以避免 反应。 （4）制备方法： ①借助载体将 导入细胞中②直接将 导入细胞中 ③利用 等来诱导 五、动物细胞融合技术 1．概念：使 结合形成一个细胞的技术。 2．诱导原理和结果 (1)诱导原理： 。 (2)诱导结果：形成 细胞。 3．诱导方法： 法、电融合法和 法等。 4．意义：突破了 的局限，使 成为可能。 5．动物细胞融合技术的应用 (1)成为研究 、 、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)用于制备 。 【探究·实践】 1.动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接受信息后，细胞停止分裂又说明了什么？ 2.为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？ 3.根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。 4.动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？ 5．动物细胞培养和植物组织培养过程中细胞分裂的方式相同吗？ 6.诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 7.诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？ 8.什么是灭活？灭活病毒诱导融合的原理是什么？ 9.动物细胞融合与植物原生质体融合的原理相同吗？ 【典例分析】 例1．实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．甲过程需要在无菌条件下进行 B．乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织 C．丙过程是原代培养出现接触抑制现象 D．丁过程是传代培养细胞，不出现接触抑制现象 例2.下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别的是(　　) A．动物细胞培养基与植物细胞培养基的成分有所不同 B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行 C．动物细胞培养可发生遗传物质改变，而植物组织培养不能 D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性 例3．(不定项)人脐带间充质干细胞在特定诱导条件下，可分化为脂肪、肝、神经等多种组织细胞。下图表示培养人脐带间充质干细胞的大致过程。下列有关叙述正确的是(　　) A．人脐带间充质干细胞属于一种iPS细胞 B．通过离心除去上清液可以除去胰蛋白酶 C．过程①通常用胰蛋白酶处理 D．出现接触抑制前，培养瓶中的细胞数量有可能呈“J”形增长 例4．关于动物细胞融合的说法，不正确的是(　　) A．动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程 B．动物细胞融合后形成的具有两个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞 C．常用的诱导动物细胞融合的方法有聚乙二醇、灭活的病毒诱导、电激、紫外线照射等 D．细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能 判断对错： 1．多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为6.8～7.0。 ( ) 2．动物细胞培养要定期更换培养液，其目的是便于清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成伤害。 ( ) 3．动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。 ( ) 4．制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。 ( ) 5．培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养。 ( ) 6．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。 ( ) 【归纳总结】 一、动物细胞培养 1．过程解读 (1)原理：细胞增殖。 (2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官生命力旺盛，分裂能力强。 (3)酶处理 ①用酶两次处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。 ②使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出。 ③不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。 2．相关概念的辨析 (1)细胞贴壁和接触抑制 ①细胞贴壁：将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜环境中培养，悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。 (2)原代培养和传代培养：区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。 ①第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。 ②第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。 3．培养条件的分析 (1)添加血清、血浆的作用：血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。 (2)气体环境：CO2调节培养液pH，O2维持细胞有氧呼吸。 二、植物组织培养与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 矿质元素、蔗糖、维生素、氨基酸、植物激素等 无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、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 过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 相同点 ①都需要人工条件下的无菌操作，无菌培养；②都需要配制合成培养基；③都需要适宜的温度、pH等条件 三、干细胞的种类及功能 来源 功能及应用 胚胎干细胞 (ES细胞) 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体 成体干细胞 成体组织或器官 只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能 诱导多能干细胞 (iPS细胞) 体外诱导体细胞产生 能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病 四、动物细胞融合 1．融合的原理与过程 (1)原理：细胞膜的流动性。 (2)过程：动物细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合。其中细胞膜融合是细胞融合的先导，在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流动性，细胞融合的实质是核融合。动物细胞融合完成的标志是两个或多个细胞核融合为一个细胞核。如右图(以灭活的病毒诱导为例)： 2．融合的结果 形成单核杂交细胞，具有原来两个或多个细胞的遗传信息，可表现出两个或多个亲本的特点。 3．动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞的增殖 融合前处理 先除去细胞壁 先使细胞分散开 使用的酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 诱导手段 物理法：电融合法、离心法 化学法：PEG融合法 除物理法和化学法外，也可用灭活的病毒诱导 过程 结果 杂种植株 杂交细胞 应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体 意义 克服了远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合 探究： 1.动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接受信息后，细胞停止分裂又说明了什么？ 提示：细胞培养过程中的接触抑制说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接受信息后，细胞停止分裂，说明了细胞膜接受的信息能够传递到细胞核 。 2.为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？ 提示：动物细胞膜上有糖蛋白使细胞具有黏着性。 3.根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。 提示：癌细胞细胞膜上糖蛋白减少，细胞的黏着性降低，在适宜的条件下可以无限增殖，因此培养的癌细胞无接触抑制现象，在培养瓶中能够生长成多层。 4.动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？ 提示：动物细胞培养是为了获得大量的动物细胞或细胞产物；植物组织培养是为了获得新个体或细胞产物。 5．动物细胞培养和植物组织培养过程中细胞分裂的方式相同吗？ 提示：相同，都是有丝分裂。 6.诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 提示：诱导多能干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。 7.诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？ 提示：通过干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。 8.什么是灭活？灭活病毒诱导融合的原理是什么？ 提示：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。灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 9.动物细胞融合与植物原生质体融合的原理相同吗？ 提示：相同，都依据细胞膜的流动性。 典型分析：例1 D 例2 A 例3 BCD 例4 C 判断对错：×√×××× 课后题答案： 一、概念检测 1.⑴ (×) ⑵ (×)⑶  (√)⑷ (×)2.(A) 二、拓展应用 ⑴【答案】像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HA(Human Leukocyte Antigen，人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HLA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。 ⑵【提示】该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。 高三语文（2） 第3页（共18页） 学科网（北京）股份有限公司 $$