第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

null生物学选择性必修3课堂学案 第2节 动物细胞工程 第1课时 动物细胞培养 答案精解P [课标要求]1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜的培养 条件下让细胞生长和增殖的过程，动物细胞培养是动物细胞工程的基础（科学探究）。 2.理解动物 细胞培养的条件，尤其是添加动物血清的目的，CO2的作用等（科学思维）。3.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）。 教材梳理·新知全解 知识点1动物细胞培养 3.培养过程 L.动物细胞培养技术 (1)材料处理：对新鲜取材的动物组织进行处 (1)含义 理，或用机械的方法，或用 动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组 等处理一段时间，将组织分散成单个细胞。 (2)培养：用培养液将细胞制成 织，将它分散成 ,然后在适宜的培 ,再将 细胞悬液放人培养皿或培养瓶内，置于适宜环 养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 境中培养。 (2)地位：动物细胞培养是 的 (3)体外培养的动物细胞的分类 基础。 体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细 2.动物细胞培养的条件 胞能够 在培养液中生长增殖：另一类则 (1)营养：除 、氨基酸、无机盐和维生素等 需要 于某些基质表面才能生长增殖。 细胞所需的营养物质外，通常还需加入 等 (4)原代培养与传代培养 一些天然成分，培养动物细胞一般用 培 a.原代培养：动物组织经处理后的 培 养基 养，通常指分瓶之前的细胞培养。 (2)无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用 b.传代培养：分瓶后的细胞培养。 具进行 处理以及在无菌环境下进行操 (5)收集：在进行传代培养时，悬浮培养的细胞 作。培养液还需 ,以便清除代谢物， 直接用 收集：贴壁细胞需要重新用 防止 对细胞自身造成危害。 等处理，使之分散成单个细胞，然后 (3)适宜的温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞 再用离心法收集。 培养的温度多以36.5士0.5℃为宜：多数动物 4.影响体外动物细胞培养的因素 细胞生存的适宜pH为 ,此外，渗透 (1)悬浮培养的细胞会因细胞密度过大 压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个 和培养液中营养物质缺乏等因素 重要环境参数 而分裂受阻。 (4)适宜的气体环境：动物细胞培养所需的气 (2)贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的 体主要有CO2和O。O,是细胞代谢所必需 影响外，还会发生 现象，这时就需要 的，CO2的主要作用是 对细胞进行分瓶培养。 在进行细胞培养时，通常将培养皿或松盖培养 【裤正误】 瓶置于含有 的混合气体的 (1)动物细胞培养选用的培养材料大多为动物的 CO2培养箱中进行。 受精卵。 ( ·40 第2章细胞工程 (2)进行动物细胞培养时只能使用合成培养基， 3.干细胞的应用 不可添加天然成分 (1)通过造血干细胞移植，用于治疗白血病及 (3)用于动物细胞培养的培养液和培养用具必须 些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、 进行灭菌处理，并在无菌环境下进行操作。 系统功能障碍等疾病 (2)神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系 (4)动物细胞培养过程中通常在培养液中通入 统 疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）》 5%的CO2刺激细胞呼吸 方面有重要的应用价值。 知识点2干细胞培养及其应用 (3)诱导多能干细胞 1.干细胞存在部位及其分类 因为诱导过程无须破坏胚胎，而且诱导多能干 干细胞存在于早期胚胎、骨髓和 等多种组 细胞（简称 )可以来源于病人自身的 织和器官中，包括 和成体干细胞等。 体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以 2.不同类型干细胞特点 避免 ,所以科学家普遍认为PS (1)胚胎干细胞的特点 细胞的应用前景优于胚胎干细胞 胚胎干细胞（简称 细胞)具有分化为成 【棘正误】 年动物体内的 的细胞，并进一步 (1)干细胞都存在于早期胚胎中。 形成机体的所有组织和器官甚至 的潜能。 (2)ES细胞存在于早期胚胎中，具有分化为成年 (2)成体干细胞的类型及特点 动物体内任何一种类型细胞，并进一步形成机体 ①类型：成体组织或器官内的干细胞，其包括 所有组织、器官甚至个体的潜能。 () 骨髓中的 ,神经系统中的神经干细 (3)成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特 胞和睾丸中的 等。其中造血干细 定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。 胞主要存在于 中。 () ②特点：一般认为，成体干细胞具有 (4)诱导多能干细胞可来源于病人自身的体细 性，只能分化成 ,不具有 胞，将它移植回病人体内后，理论上可避免免疫 发育成 的能力。 排斥反应。 关键能力·合作探究 ■教材边角 探究点1 动物细胞培养技术 (教材P:“2-12”拓展)完善有关动物培养示意图 情境探究 取动物组织 1,补充动物细胞培养过程图，并回容问题： 放入 收动物 的方法或单个加培抑胞 中培探 1织块 胶原蛋闩修等处弹鄉跑莽液芯液 制成细胞芯液 转入培不液中 匹代片为，玉白感当处坚原代路闲装会养素贺 进打4 用 (1)动物细胞培养的原理是 币2 车处 (2)幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较， 理的方法，将组纠 放入 分散成单个细胞 巾挤养 分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较， 哪些细胞更容易培养？为什么？ ·41 生物学选择性必修3课堂学案 (3)动物细胞培养时，除了添加糖类、氨基酸等 3.动物细胞培养与植物组织培养的比较 必要的营养成分外，往往还需添加血清等一些 项目 动物细胞培养 植物组织培养 天然成分，原因是 理念基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 无菌：用胰蛋白酶、 血清等一些天然成分的营养成分比较齐全，可 胶原蛋白酶等处 以弥补人工培养基的不足 前处理 无菌、离体 理，使组织分散成 (4)进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散 单个细胞 细胞，说明细胞间的物质主要是什么？用胃蛋 动物胚胎或出生不 白酶可以吗？为什么？ 植物幼嫩的部位或 取材 久的幼龄动物的器 花药等 官或组织 培养基 液体 固体 性质 糖类、氨基酸、无机 水、无机盐、蔗糖、 要点归纳 培养基 盐，维生素和动物 维生素、植物激素 成分 1.动物细胞培养的流程图 血清等 和琼脂等 取动物凯织 处理单个细呢加培芥液制成斜胞悬液一 细胞培养产生大量 原代垢公瓶传代培芥 悬浮生长一闷：心法收 结果 可产生新个体 细胞，不形成新个体 →坠生长一 肤蛋山处肚， 离心法收央 快速繁殖、脱毒苗 人造皮肤的构建、 点悟：培养过程中两次使用胰蛋白酶的作用不 的培育、细胞产物 应用 动物分泌蛋白的规 同：第一次用胰蛋白酶处理新鲜取材的动物组 的工厂化生产和单 模化生产等 织，使之分散成单个细胞：第二次使贴壁细胞 倍体育种等 从瓶壁上脱落下来，使之分散成单个细胞。 ①都需人工条件下的无菌操作： 2.界定动物细胞培养中的两对概念 相同点 ②都需要适宜的温度，pH等条件； (1)贴壁生长与接触抑制 ③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 ①细胞贴壁：细胞悬液中分散的动物细胞，在 适宜的环境中培养一段时间后会贴附在培养 【例1】(2024·黑吉辽)从小鼠胚胎中分离获取胚 瓶的瓶壁上的现象。 胎成纤维细胞进行贴壁培养，在传代后的不 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互 同时间点检测细胞数目，结果如图。下列叙 () 接触时，细胞停止分裂增殖的现象。 述正确的是 (2)原代培养与传代培养 :指数增长期平台想 ①原代培养：动物组织经处理后初次在培养瓶 中的培养，即在分瓶培养之前的细胞培养。 10 ②传代培养：贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋 白酶等处理，然后用培养瓶继续培养，让细胞 继续增殖，即传代培养。 /d ·42· 第2章细胞工程 A.传代培养时，培养皿需密封防止污染 (1)相对于胚胎干细胞，PS细胞在获取方面及 B.选取①的细胞进行传代培养比②更合理 应用方面有哪些优势？ C,直接用离心法收集细胞进行传代培养 D.细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大 有关 【例2】(2024·1月浙江)某动物细胞培养过程 中，细胞贴壁生长至接触抑制时，需分装培 (2)由于诱导PS细胞、促使其分化都需要时 养，实验操作过程如图。 间，因此用某人特异的PS细胞进行医疗只限 于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发 心吸收赔养液， 2以涂消化液 生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞 加消化浪 加养被 用于紧急情况，应该提前采取什么措施？ 下列叙述错误的是 A.①加消化液的目的是使细胞与瓶壁分离 B.②加培养液的目的是促进细胞增殖 (3)如果诱导PS细胞定向分化为生殖细胞的 C.③分装时需调整到合适的细胞密度 技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？又 D.整个过程需要在无菌、无毒条件下进行 可能带来哪些问题？ 探究点2干细胞培养及其应用 情境探究 2006年，科学家通过体外诱导小鼠成纤维细 胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，将它 称为诱导多能干细胞（简称PS细胞），并用 PS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。现在， (4)图示信息表明，成纤维细胞“转入相关因 用PS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等 子”可发生转化成为PS细胞，推测“相关因 领域的研究也取得了新进展。如图所示为PS 子”的作用是什么？ 细胞用于治疗人类疾病示意图，请思考下列 问题： 关了 @@ 蛇城纤计出等 (5)图中显示，PS细胞可转化为胰岛细胞、神 阔区发 新化 经元、血细胞、肠上皮细胞、心肌细胞、肝细胞 等，这表明PS细胞属于全能干细胞，还是多 能或专能干细胞？ H.H 分化 贤上发抑型 心肌室 ·43 生物学选择性必修3课堂学案 要点归纳 A.由PS细胞产生其他种类细胞的过程称为 1.干细胞的种类及比较 细胞分化 类别 B.利用患者的PS细胞对其自身受损器官进 全能干细胞 多能干细胞 专能干细胞 行修复，与传统器官移植相比其成功率 具有分化为成 只能分化成 具有组织特 更高 年动物体内的 某一种类型 异性，具有分 C.目前PS细胞在实际应用中还存在许多问 任何一种类型 或功能密切 化成多种细 的细胞，并进 相关的几种 题，例如有研究发现PS细胞的增殖难以 特点 胞或组织的 一步形成机体 类型的细 控制，即PS细胞具有衰老细胞的特征 潜能，不具有 的所有组织和 胞，不能发 发育成完整 D.结合以上信息分析，PS细胞可能容易 器官甚至个体 育成完整 个体的能力 分散 的潜能 个体 【例4】胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的 早期胚胎( 细胞，可以分裂、分化形成各种组织干细胞， 造血干细胞 神经干细胞 来源或 细胞由成纤维 (骨髓、外周 等（神经系 再进一步分化形成不同的组织。下列叙述错 举例 细胞等诱导 血、脐带血) 统中) 误的是 () 产生) A.人的胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应 治疗白血病 治疗神经组 的组织、器官后，可以用于组织、器官的 以及恶性肿 织损伤和神 移植 瘤放疗、化疗 经系统退行 用于病人的器 B.胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞没有 应用 后引起的造 性疾病（如 官移植等 细胞周期 血系统、免疫 帕金森病、 C.胚胎干细胞具有全能性 系统功能障 阿尔茨海默 碍等疾病 病等) D.为揭示细胞分化和调亡的机理，需要在培 养胚胎干细胞的培养液中添加不同的分化 注：成体干细胞还包括睾丸中的“精原干细胞”。 诱导因子 【例3】2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者发 I相关信息 现，利用逆转录病毒将O14等4个关键基因 导入已分化的体细胞中并表达，可使这个细 PS细胞的制备方法 胞成为类似干细胞的诱导多能干细胞(PS细 科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，包 胞)。下图为该技术在人体细胞中的实验示 括借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定 意图。下列相关叙述，错误的是 蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导 4个关谜因 形成PS细胞。PS细胞最初是由成纤维细胞转 移拉 神细胞 关键 因表达 ，肝脏细购 化而来的，后来发现已分化的T细胞、B细胞等 肌肉细胞 耀露心机御胞 也能被诱导成为PS细胞。 ·44· 第2章细胞工程 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1.动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合、动物 概念 一免足的管养 细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 条作 无菌无的环境 适宜的温度，H剂渗透乐 2.动物细胞培养需要一定的营养条件，无菌无毒的环境，适宜的温 一适宜的气体环境 动物细 度、pH和渗透压，以及适宜的气体环境。 胞拼 过程一收材→制备孤胞悬被→ 原代培养→传代培养 3.动物细胞培养使用合成培养基并添加血清等天然成分，该培养基 广分类 干驾胞培 为液体培养基。 一存在场所 养及成州 功能 4.哺乳动物细胞培养的温度多为36.5士0.5℃，pH为7.2~7.4，同 减州 时还需O十CO的气体环境。培养可分原代培养和传代培养。 5.干细胞存在于早期胚胎，骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括 胚胎干细胞和成体干细胞等。 随堂检测·即时巩固 1.用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列 肝细胞（乙）进行动物细胞培养。下列叙述正 叙述正确的是 确的是 ( A.都需用CO培养箱 A.制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理肝组 B.都需用液体培养基 织块 B.恒温培养箱中的CO浓度维持在5%左右， C.都要在无菌条件下进行 以促进细胞呼吸 D.都可体现细胞的全能性 C,为了保证细胞培养所需的无菌、无毒环境， 2.干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述 需大量添加各种抗生素 错误的是 D.本实验应设置对照实验，以检测药物对甲、 A.干细胞是从早期胚胎中分离提取的细胞 乙的毒性大小 B.造血干细胞可以分化为各种血细胞 5.如图为动物细胞培养过程的示意图 C.不同类型的干细胞，它们的分化潜能是有差 动物剪碎细胞转入培原代用②处理 组织块用①处理悬液养瓶中培养 别的 分散成单分装，传代 D.由PS细胞产生的特定细胞，可以在新药的 个细胞 培养 测试中发挥重要作用 请据图回答： 3.下列有关动物细胞培养时所提供的物质及其 (1)图中①指 ,用①处理，说明细胞 作用的描述，不正确的是 ( 间的物质主要是 。 图中②的处理方 法与① (填“一致”或“不完全一 选项提供物质 作用 致”)，原因是进行原代培养时，当 A 抗生素 主要防止培养过程中被病毒感染 B 血清 补充合成培养基中缺乏的物质 这种现象称为 d C 02 满足细胞代谢的需要 (2)动物细胞培养时，通常置于含 D CO 维持培养液的pH 的混合气体的二氧化碳培养箱中 4.某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒 培养，CO,的主要作用是 性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞（甲）和正常 全会提示完成P,课时作业（七） ·45·