3.1 细胞培养是动物细胞工程的基础-【步步高】2023-2024学年高二生物学选择性必修3 生物技术与工程（浙科版）

第一节　细胞培养是动物细胞工程的基础 [学习目标]　1.概述动物细胞培养的过程。2.举例说明动物细胞培养的应用价值。 一、动物体细胞可在体外适宜条件下进行培养 1．动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。 2．动物细胞培养的概念和条件 提醒　(1)防止污染是决定细胞培养成败的关键，无菌意识和无菌操作应贯穿整个培养过程的始终。 (2)培养中常用的抗生素有青霉素、链霉素、卡那霉素和庆大霉素等。 (3)培养液中含有的不耐高温的物质(血清等)，可采用过滤除菌。 判断正误 (1)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性(　　) (2)CO2能调节培养液pH，但培养时不需要O2(　　) (3)合成培养基中通常需添加一定比例的动物血清或其他天然成分(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√ 任务一：动物细胞培养的条件 1．体外培养细胞时需要什么样的环境条件？ 提示　适宜的温度、湿度、pH、气体条件以及无菌、无毒的条件。 2．动物细胞培养时，如何调节pH的相对稳定？ 提示　可采用开放式的培养方式，使细胞代谢产生的CO2及时溢出培养器皿，再通过给培养箱提供恒定的5%的CO2浓度，使之与培养基中的NaHCO3处于平衡状态，调节pH的相对稳定。 3．体外培养动物细胞需要提供哪些营养物质？ 提示　培养动物细胞的培养基通常为液体培养基，其基本成分包括水、无机盐、氨基酸、维生素、糖类、生长因子等。另外，培养基中还要添加一定比例的血清或其他天然成分。 4．为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？ 提示　由于人们并没有完全了解动物细胞所需要的全部物质，而血清含有丰富的营养物质及各种生长因子等，所以往往在合成培养基中添加血清。 　动物细胞培养的注意事项 (1)动物细胞培养所用的通常是液体培养基，其并不是完全的合成培养基，因为该培养基中还添加了动物血清或其他天然成分。 (2)在动物细胞培养过程中，应该对培养液和培养用具进行灭菌而非消毒。 (3)动物细胞培养时，二氧化碳培养箱内应含有5%的CO2和95%的空气，而不是5%的CO2和95%的O2。 1．植物组织培养、动物细胞培养和微生物培养都需要用到灭菌和无菌操作。下列操作和叙述正确的是(　　) A．倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖 B．培养动物细胞的培养基中加入动物血清可抑制细菌和真菌的生长 C．用于植物组织培养的外植体，可在普通房间的酒精灯火焰旁接种 D．微生物培养结束后，所有使用过的器皿、废弃物等都必须先经过高压蒸汽灭菌后再处理 答案　D 解析　倒平板过程中不能完全打开培养皿的皿盖，以防止杂菌污染，A错误；为了防止动物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，动物血清不能抑制细菌和真菌的生长，B错误；用于植物组织培养的外植体，应在消毒的实验室的超净工作台酒精灯火焰旁接种，C错误；微生物培养结束后，所有使用过的器皿、废弃物等都必须先经过高压蒸汽灭菌后再处理，防止菌体污染环境和实验者，D正确。 2．治疗大面积烧伤，常常从患者身上获取少量皮肤样本，并将皮肤细胞在体外培养，逐渐形成的“皮肤”组织用于移植、覆盖在伤口上，实现愈合。下列相关叙述错误的是(　　) A．从患者身上获取皮肤样本的优点是移植后不会产生免疫排斥反应 B．往CO2恒温培养箱中通入5%的CO2是为了调节pH相对稳定 C．为了防止污染，实现无菌培养，可以在培养基中加入抗生素 D．培养过程往往在固体培养基上进行，以便于分离出“皮肤”组织 答案　D 解析　动物细胞培养常用液体培养基，为了调节pH相对稳定，通常往CO2恒温培养箱中通入5%的CO2，B正确，D错误；抗生素能抑制细菌和真菌的生长，可以防止动物培养液被污染，C正确。 二、动物细胞培养包括原代培养和传代培养 1．动物细胞培养包括原代培养和传代培养(以贴壁型细胞为例) 提醒　(1)并不是所有细胞都有贴壁生长的特性，如来源于血液、淋巴组织的细胞以及某些肿瘤细胞呈悬浮生长状态。 (2)癌细胞不具有接触抑制的特性，是否接触抑制可作为区别正常细胞与癌细胞的标志之一。 2．细胞系、细胞株和细胞克隆 (1)细胞系和细胞株 (2)细胞克隆 3．动物细胞培养的价值 判断正误 (1)体外培养的动物细胞都有贴壁生长和接触抑制的特点(　　) (2)贴壁生长的细胞经酶消化制成细胞悬液才能传代(　　) (3)细胞系是可无限传代的细胞，细胞株是具有特殊性质的细胞系(　　) (4)细胞克隆的最基本要求是必须保证分离出来的细胞是一个或多个同种细胞(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 任务二：动物细胞培养的过程 1．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；原因是这些细胞的分裂能力强。 2．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　说明细胞间的物质主要是蛋白质；不可以用胃蛋白酶；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2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的处理。 3．动物细胞培养时，为什么要将动物组织分散成单个细胞？ 提示　分散后的单个细胞能与培养液充分接触，更容易进行物质交换。 4．细胞系和细胞株二者有什么关系？ 提示　细胞系的概念范围要比细胞株大，细胞系泛指可传代的细胞，细胞株是具有特殊性质的细胞系。 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：用胰蛋白酶处理剪碎的动物组织块，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．动物细胞培养与植物组织培养的比较 3．如图表示动物细胞培养的过程，下列有关该过程的说法，正确的是(　　) A．乙中进行动物细胞培养时应通入适量的CO2以调节pH B．宜用胃蛋白酶将甲中的动物组织块分散为单个的细胞 C．甲中用于培养的动物细胞宜取自成年动物 D．丙中细胞大量繁殖后，细胞之间相互接触能促进细胞的分裂 答案　A 解析　动物细胞培养过程中，需要加入一定浓度的CO2以维持培养液的pH，A正确；将甲中的动物组织块分散为单个的细胞应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶，不能用胃蛋白酶，B错误；甲中用于培养的动物细胞宜取自动物胚胎或幼龄动物的器官或组织，C错误；丙中细胞大量繁殖后，细胞之间相互接触能抑制细胞的分裂，D错误。 4．(2023·丽水高二统考)动物细胞培养时，培养细胞的生命期如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．可以使用稀释涂布平板法或显微镜计数法对细胞进行计数 B．传代培养时，常用胰蛋白酶处理使原培养瓶内细胞分散 C．随着细胞传代次数不断增加，传代间隔的时长越来越小 D．有限细胞系培养过程中会出现接触抑制现象，而无限细胞系不会 答案　B 解析　动物细胞不能用稀释涂布平板法计数，A错误；随着细胞传代次数不断增加，细胞逐渐衰老，细胞分裂速度变慢，传代间隔的时长越来越长，C错误；不能连续培养下去的细胞系为有限细胞系，会出现接触抑制现象，而良性无限细胞系获得了不死性，保留接触抑制现象，D错误。 题组一　动物细胞培养的条件 1．(2023·绍兴高二月考)动物细胞培养要处于无菌、无毒的环境中，下列操作与其无关的是(　　) A．对培养液和培养用具进行无菌处理 B．在培养液中添加一定量的抗生素 C．定期更换培养液，防止代谢产物积累 D．向培养液中添加生长因子等成分 答案　D 解析　对培养液和培养用具进行无菌处理，可以为动物细胞培养提供无菌环境，A不符合题意；在培养液中添加一定量的抗生素能抑制真菌和细菌的生长，为动物细胞培养提供无菌环境，B不符合题意；定期更换培养液，防止代谢产物积累，可以为动物细胞培养提供无毒的环境，C不符合题意；向培养液中添加生长因子等成分可以促进细胞生长增殖，但不能为动物细胞培养创造无菌、无毒的环境，D符合题意。 2．(2023·金华高二期末)一般来说，动物细胞体外培养需要满足的条件是(　　) ①无毒的环境　②无菌的环境　③使用合成培养基，但通常需要加血清等天然成分　④温度与动物的体温相近　⑤因在CO2培养箱中培养，故不需要O2　⑥适宜的pH A．①②③④⑤⑥ B．①②③④ C．①②④⑤⑥ D．①②③④⑥ 答案　D 解析　动物细胞培养需要无菌、无毒的环境，①②正确；用于动物细胞培养的合成培养基需要加入糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，还需要加入一定比例的血清等天然成分，③正确；动物细胞培养需要适宜的温度和pH，其中温度要与动物体温相近，④⑥正确；动物细胞培养需要一定的气体环境，为95%的空气和5%的CO2的混合气体，⑤错误。 题组二　动物细胞培养的过程 3．在动物细胞培养中，有部分细胞可能在培养条件下无限制地传代下去，这种传代细胞可能是(　　) A．细胞克隆 B．有限细胞系 C．有限细胞株 D．连续细胞系 答案　D 4．如图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是(　　) A．通过步骤③得到的是细胞系，步骤④得到的是细胞株 B．步骤②和步骤④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理细胞 C．动物细胞培养需要无菌条件，步骤①需对相应组织进行灭菌 D．若步骤④中细胞发生了转化，则细胞一定失去了接触抑制的特性 答案　B 解析　步骤④得到的是细胞系，从步骤③或步骤④中获得的具有特殊性质的细胞为细胞株，A错误；步骤①需对相应组织进行消毒，C错误；连续细胞系被认为是发生转化了的细胞系(遗传物质发生改变)，有的连续细胞系是恶性细胞系，有的连续细胞系虽已获得了不死性，但保留了接触抑制现象，不致癌，是良性无限细胞系，D错误。 5．(2023·杭州高二检测)如图是动物细胞培养过程中可能出现的接触抑制现象，下列有关叙述错误的是(　　) A．正常动物细胞培养过程中均会出现接触抑制现象 B．癌细胞无接触抑制因而培养时可形成多层细胞 C．出现接触抑制时细胞将停止分裂活动 D．出现接触抑制后需要利用胰蛋白酶处理后才可进行传代培养 答案　A 解析　接触抑制是体外细胞培养时贴壁型细胞生长的特性，故正常动物细胞培养过程中不都会出现接触抑制现象，A错误。 6．如图为实验小鼠皮肤组织进行细胞培养的过程，下列叙述正确的是(　　) A．动物细胞培养体现了动物细胞的全能性 B．乙过程处理后的细胞即出现接触抑制现象 C．丙过程为原代培养，遗传物质一定不变 D．丁过程中某些细胞可能会无限增殖 答案　D 解析　细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体或分化成其他各种细胞的潜能，动物细胞培养没有体现动物细胞的全能性，A错误；乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使细胞分散开，此时细胞还未出现接触抑制现象，B错误；丙过程属于原代培养，此过程的细胞大部分能保持正常的二倍体核型，有些细胞的遗传物质可能发生改变，C错误；丁过程属于传代培养，此过程少数细胞会发生突变，朝着癌细胞方向发展，可能会无限增殖，D正确。 题组三　动物细胞培养的应用 7．动物细胞培养技术也可用于病毒的培养，因为这一技术(　　) A．能实现病毒的独立代谢 B．需要在无菌的条件下进行 C．能为动物病毒提供足量的宿主 D．培养的细胞具有全能性 答案　C 8．下列关于动物细胞培养技术应用的叙述，错误的是(　　) A．可用于检测某种物质的毒性 B．可通过培养各种病变细胞，用于药理等方面的研究 C．可通过动物细胞的大规模培养来生产病毒疫苗、干扰素等 D．经过脱分化、再分化，可构建人造皮肤 答案　D 解析　动物细胞培养没有脱分化与再分化过程，D错误。 9．下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是(　　) A．用纤维素酶消化细胞中的胶原纤维可将细胞分散开 B．从细胞株中分离出特殊性质的细胞经过培养获得细胞系 C．能连续传代的细胞系是发生转化了的细胞系，但不一定有异倍体核型、接触抑制 D．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的 答案　C 解析　酶具有专一性，动物组织细胞间的胶原纤维本质为蛋白质，处理该物质要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶，不能用纤维素酶，A错误；通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞系中获得具有特殊性质的细胞称为细胞株，细胞株是具有特殊性质的细胞系，B错误；连续细胞系被认为是发生转化了的细胞系，有的虽已获得了不死性，但保留接触抑制现象，大多数具有异倍体核型，C正确。 10．(2023·温州高二模拟)SIRT1基因被称为长寿基因，SIRT1蛋白对于延缓内皮细胞衰老，改善因衰老而引起的内皮细胞功能障碍方面具有重要作用。科学家研究白藜芦醇对人内皮细胞衰老凋亡、SIRT1基因的影响的部分实验结果如图，其中P1～P35是指体外培养的人内皮细胞的传代次数。下列叙述正确的是(　　) A．人内皮细胞传代培养时，细胞程序性死亡与基因的选择性表达有关 B．随着传代次数增加，人内皮细胞内端粒变短，SIRT1的表达水平升高 C．对照组应使用等量清水处理人内皮细胞，温度等与实验组保持一致 D．适宜浓度的白藜芦醇可以提高体外培养的内皮细胞的凋亡率 答案　A 解析　随着传代次数增加，人内皮细胞内染色体的端粒变短，SIRT1的表达水平降低，B错误；对照组应使用等量生理盐水处理人内皮细胞，温度等无关变量与实验组保持一致，C错误；结合图1和图2可知，SIRT1基因表达水平高时，细胞凋亡率低，由图3可知，干预组的细胞内SIRT1基因表达水平升高，说明适当浓度的白藜芦醇可以降低体外培养的内皮细胞的凋亡率，D错误。 11．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。下列有关说法正确的是(　　) A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理 B．细胞培养应在二氧化碳培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞的呼吸 C．取单个肝肿瘤细胞进行培养，获得细胞群的方法不属于克隆培养法 D．甲、乙细胞在原代培养过程中，最终均会出现停止增殖的现象 答案　D 解析　在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，不能使用胃蛋白酶，因为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2左右)在此环境中没有活性，A错误；细胞培养应在二氧化碳培养箱中进行，CO2的作用是调节pH的相对稳定，B错误；取单个肝肿瘤细胞进行培养，获得细胞群的方法属于克隆培养法，C错误；甲、乙细胞在原代培养过程中，细胞数目不断增多，当细胞分裂生长到表面相互接触或营养物质消耗枯竭，细胞就会停止分裂增殖，D正确。 12．如图是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞的密度统计结果。下列相关叙述错误的是(　　) A．实验中要控制胰蛋白酶溶液的浓度和处理时间，以免损伤细胞 B．培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染 C．曲线bc段变化的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物积累 D．培养至第6天时，新产生的细胞数等于死亡细胞数 答案　D 解析　培养至第6天时，活细胞数等于死亡细胞数，D错误。 13．为检测某药物X的抗癌活性，在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞，使其贴壁生长，实验组加入溶于二甲基亚砜的药物X，培养72小时后进行计数，比较实验组和对照组每个孔中的细胞数目。下列有关叙述错误的是(　　) A．细胞培养液中通常需要加入一定比例的血清或其他天然成分 B．可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等消化处理使肝癌细胞脱落下来并进行计数 C．对照组中应加入等体积的无菌蒸馏水，其他条件一致 D．若实验组细胞数远低于对照组，可初步判断此药物有抗癌效果 答案　C 解析　实验组加入溶于二甲基亚砜(溶剂)的药物X，故对照组中应加入等体积的二甲基亚砜(溶剂)，C错误。 14．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。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果，不能从该图获得的结论是(　　) 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较大 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 答案　A 解析　正常细胞与癌细胞在有血清和无血清时曲线均不重叠，说明正常细胞与癌细胞的增殖速率不同，A错误。 15．如图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据图回答下列问题： (1)容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是________，然后在B瓶中用___________酶处理。培养首先在C瓶中进行，这时的细胞培养称为________________。为了预防培养过程中污染，通常还要在瓶中的培养液中添加一定量的________________。 (2)在C瓶中培养时，动物细胞往往具有________生长的特点。细胞进行__________分裂，数量不断增多，当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________________。 (3)把C瓶中的细胞分装后，D瓶中的细胞培养称为________________。 答案　(1)剪碎　胰蛋白(或胶原蛋白)　原代培养　抗生素　(2)贴壁　有丝　接触抑制　 (3)传代培养 16．(2023·湖州高二检测)吴茱萸是一种中药，其主要成分为吴茱萸碱(EVO)。为研究EVO对人胃癌细胞增殖的影响及作用机制，科研人员做了以下实验。请回答下列问题： (1)检测EVO对胃癌细胞BGC－823增殖的影响。 ①用含动物血清的DME/F－12培养基置于恒温培养箱中培养BGC－823，动物血清的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②取出上述培养的细胞，加入胰蛋白酶制成______________，置于加入不同浓度EVO的多孔板中进行培养。 ③EVO对BGC－823细胞增殖影响的实验结果如图。 实验结果表明_______________________________________________________________。 (2)检测EVO对BGC－823细胞周期的影响，实验结果如表。 细胞周期中各期的细胞比例 组别 G0/G1期(%) S期(%) G2/M期(%) 对照组 42.62 17.65 23.37 EVO组 8.57 19.30 54.13 据表可知，EVO能诱导细胞周期阻滞于______________期。 答案　(1)①补充培养基中动物细胞生长需要的未知营养物质　②单细胞悬液　③吴茱萸碱抑制BGC－823细胞增殖；作用效果与作用时间和浓度呈正相关　(2)G2/M 解析　(1)①由于人们并没有完全了解动物细胞所需要的全部物质，故在动物细胞培养时常加入一定比例的动物血清以补充培养基中动物细胞生长需要的未知营养物质。②胰蛋白酶或胶原蛋白酶的作用是将细胞分散开而制成单细胞悬液。③由题图实验结果可知，随EVO浓度升高和作用时间的延长，细胞增殖活性的相对值降低，即表明EVO可抑制BGC－823细胞增殖，且作用效果与作用时间和浓度呈正相关。(2)由题表中数据可知，EVO组与对照组相比，G2/M期比例明显升高，且G0/G1期比例明显下降，故推测EVO能诱导细胞周期阻滞于G2/M期，导致细胞无法进入下一个时期，从而使G0/G1期比例下降。 学科网（北京）股份有限公司 $$