第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物选择性必修3（人教版2019 多选）

第2节　动物细胞工程 第1课时　动物细胞培养 学习目标 1.阐明动物细胞培养的条件和过程 科学思维 2.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值 社会责任 一、动物细胞培养的条件 1．动物细胞培养的概念：指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 二、动物细胞培养的过程 1．过程 2．相关概念 (1)细胞贴壁：悬液中分散的细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 (2)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。 (3)原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 (4)传代培养：分瓶后的细胞培养。 使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜上的蛋白等，对细胞造成损伤。　 三、干细胞培养及其应用 1．胚胎干细胞 2．成体干细胞 3．诱导多能干细胞 目前，体外分离和培养胚胎干细胞的实验方法已经很成熟，它们可以被大量培养和扩增，并定向分化为胰岛细胞、心肌细胞等多种不同类型的细胞。胚胎干细胞诱导分化的细胞，无论在体外还是移植到体内，都具有很强的扩增能力。结合所学知识判断： (1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性(×) (2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(×) (3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集(√) (4)造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中(√) (5)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同(×) 探究点一　动物细胞培养的条件及过程 如图是动物细胞培养的基本过程示意图。探究下列问题。 (1)动物细胞培养过程需要什么样的条件？ 提示　动物细胞培养需要细胞所需的各种营养物质，无菌、无毒的环境，适宜温度、pH和渗透压，适宜气体环境等条件。 (2)幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？ 提示　幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养，因为这些细胞分裂能力强。 (3)进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么？用胃蛋白酶可以吗？为什么？ 提示　蛋白质；不可以；多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶(适宜pH为1.5左右)在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适用于细胞培养时使用。 动物细胞培养和植物组织培养一样可以获得完整个体吗？ 提示　动物细胞培养时细胞只进行生长和增殖，不能得到完整个体，但是植物组织培养可以获得完整个体。 1．动物细胞培养过程中“两次”使用胰蛋白酶的作用 (1)第一次：用胰蛋白酶处理动物组织，目的是把组织分散为单个细胞后进行培养，即原代培养。 (2)第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶处理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进行培养，即传代培养。 2．原代培养与传代培养 (1)原代培养：细胞悬液第一次在培养瓶中培养，分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。 (2)传代培养：贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，这样的培养过程通常被称为传代培养。10代以内的细胞可保持正常的二倍体核型。细胞传至10～50代左右时，会出现核型异常，细胞增殖会明显减缓，甚至完全停止。当继续传代培养时，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性。 1．(2024·德州期末)如图所示为动物细胞培养的基本过程，下列关于甲、乙、丙、丁四个操作过程的叙述，正确的是(　　) A．甲过程可选取动物个体的任何组织细胞 B．乙过程可用纤维素酶和果胶酶处理细胞 C．丙过程所用培养液中需添加动物血清 D．丁过程中的细胞因接触抑制而大量死亡 解析　甲过程可选取动物个体的胚胎或幼龄动物的器官(或组织)，A错误；乙过程可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理细胞，B错误；由于人们对细胞所需的营养物质尚未完全研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分，C正确；丁过程中的细胞因接触抑制而影响细胞增殖，并不会大量死亡，D错误。 答案　C 2．(2024·保定调研)在进行动物细胞培养时，需要(　　) A．用胃蛋白酶处理以获得单细胞悬液 B．充入5%CO2以刺激细胞正常呼吸 C．加入经高压蒸汽灭菌的血清以提供营养 D．定期更换培养液以清除代谢产物 解析　用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理以获得单细胞悬液，A错误；充入5%CO2是维持培养液的pH，B错误；加入血清为动物细胞提供营养，高压蒸汽灭菌会破坏血清中的活性成分，C错误；定期更换培养液以清除代谢产物，D正确。 答案　D 探究点二　干细胞培养及其应用 下图为iPS细胞的培养和利用过程，探究下列问题。 (1)1→2过程的实质是什么？ 提示　基因的选择性表达。 (2)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。 (3)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。又由于人造器官是自身细胞经诱导分化形成的，所以可以避免免疫排斥反应。 为什么iPS细胞的应用前景优于干细胞？ 提示　①iPS细胞诱导过程不破坏胚胎，因此不涉及伦理问题；②iPS细胞可以来源于病人自身的细胞，理论上可以避免免疫排斥反应。 三种干细胞的比较 3．(2024·焦作调研)动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对下图的相关叙述中，错误的是(　　) A．a过程可表示干细胞的自我更新 B．b、c过程表示干细胞具有分化能力 C．a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同 D．a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变 解析　a过程可表示干细胞的自我更新，干细胞通过细胞分裂产生新的干细胞，A正确；b、c过程表示干细胞具有分化能力，可以分化出特定功能的细胞，B正确；a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同，即发生了基因的选择性表达，C正确；a、b、c过程中遗传物质未发生改变，D错误。 答案　D 4．(不定项)(2024·邢台期末)骨骼肌中的肌肉干细胞具有制造新肌肉组织的强大能力；而且还可以不断分裂产生更多的干细胞。但是它们的相关能力会随着年龄的增长而减弱。最新研究发现，所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋白，肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复。下列相关叙述错误的是(　　) A．肌肉干细胞制造新肌肉组织是干细胞全能性的体现 B．幼嫩肌肉干细胞和衰老肌肉干细胞中的遗传信息相同 C．GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂 D．衰老肌肉干细胞中的酶活性均比幼嫩肌肉干细胞中的低 解析　肌肉干细胞制造新肌肉组织的过程没有形成新个体或分化为各种细胞，没有体现干细胞的全能性，A错误；细胞分化不改变细胞的遗传物质，同一个体的体细胞中的遗传信息相同，B正确；由题意推知GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂，C正确；衰老细胞中的大多数酶活性低，D错误。 答案　AD [课堂小结] [课堂巩固] 1．下列动物细胞培养过程中，属于原代培养的是(　　) A．用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程 B．从机体取得细胞后立即进行培养的过程 C．出现接触抑制现象后接下来的细胞培养过程 D．哺乳动物细胞在培养基中的悬浮生长过程 解析　在原代培养和传代培养细胞过程中，都会用到胰蛋白酶，使组织分散成单个细胞，A错误；从机体取得细胞后立即进行培养的过程是原代培养，B正确；出现接触抑制现象后，接下来的细胞的培养过程是传代培养，C错误；无论是原代培养还是传代培养，细胞都有在培养基中的悬浮生长过程，D错误。 答案　B 2．动物细胞培养和植物组织培养的主要区别是(　　) A．动物细胞培养是培养单个细胞，植物组织培养是培养组织 B．动物细胞培养可以传代，而植物组织培养不能传代 C．动物细胞培养所用的培养基的成分与植物的不同 D．动物细胞培养过程中可发生遗传物质的改变，而植物组织培养不能 解析　动物细胞培养和植物组织培养都有细胞分裂过程，因而细胞与组织均能传代；二者所用培养基的成分都有营养物质，但动物细胞培养需要血清，而植物组织培养不需要血清；植物组织培养与动物细胞培养过程中，由于受外界环境条件的影响，细胞分裂时也可能发生基因突变、染色体变异而引起遗传物质改变。 答案　C 3．(2024·日照期中)下列有关干细胞的叙述，错误的是(　　) A．自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应 B．胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化 C．组织细胞更新包括细胞凋亡和细胞增殖分化等过程 D．造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病 解析　自体干细胞移植过程中，干细胞来自患者本身，不会发生免疫排斥反应，A正确；若给予适宜的外界环境条件，胚胎干细胞在体外也能被诱导分化，B错误；组织细胞更新过程包括细胞分裂增加细胞数量和细胞分化增加细胞种类两个主要方面，同时也有基因控制的细胞自动结束生命的过程，即细胞凋亡，C正确；造血干细胞属于多能干细胞，能分化成各种血细胞，通过移植造血干细胞，可治疗白血病，D正确。 答案　B 4．科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞获得一种类似胚胎干细胞的细胞，具有活跃的分裂能力，称为诱导多能干细胞(简称iPS 细胞)，下列叙述错误的是(　　) A．iPS 细胞具有很高的全能性，且诱导过程无须破坏胚胎 B．培养iPS 细胞需提供95%氧气和5% CO2的混合气体 C．由病人体细胞诱导产生的iPS细胞进行自体移植理论上可避免发生免疫排斥 D．iPS 细胞具有分裂活性，用它进行治疗时可能存在分化成肿瘤细胞的风险 解析　诱导获得iPS细胞的过程无须破坏胚胎，不存在早期生命的破坏或抛弃过程，不涉及伦理问题，A正确； 培养iPS细胞时需提供95%空气(提供氧气，有助于细胞呼吸)和5% CO2(有助于维持培养液的pH)的混合气体环境，B错误；用自身iPS细胞进行治疗的病人，一般不会发生免疫排斥反应，C正确；由于iPS细胞具有活跃的分裂能力，若不受控制可能转化为癌细胞，所以用它进行治疗时可能存在安全风险，D正确。 答案　B 5．回答下列与动物细胞培养有关的问题： (1)动物细胞的体外培养需要满足营养物质的供应，适宜的温度、pH和渗透压，________的环境以及气体环境。细胞培养所需气体主要有________。 (2)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。此时，瓶壁上形成的是________层细胞。 (3)随着传代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现________现象；但极少数细胞突变后可以无限增殖，细胞之间的黏着性________，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的含量________。 (4)动物细胞培养和植物组织培养过程中，动植物细胞都要进行分裂增殖，不同的是植物细胞还要进行________。 解析　(1)动物细胞的体外培养条件包括营养物质的供应，适宜的温度、pH和渗透压，无菌、无毒的环境以及气体环境。细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所需，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(2)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止分裂增殖，该现象为细胞的接触抑制。此时，瓶壁上形成单层细胞。(3)随着传代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡的现象；但极少数细胞突变后可以无限增殖。细胞之间的黏着性降低，细胞膜表面蛋白质的含量减少。(4)动物细胞培养和植物组织培养过程中，动植物细胞都要进行分裂增殖，不同的是植物细胞还要进行脱分化和再分化。 答案　(1)无菌、无毒　O2和CO2　(2)相互接触接触抑制　单　(3)衰老甚至死亡　降低　减少 (4)脱分化和再分化 学科网（北京）股份有限公司 $$