第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养（课件PPT）-【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）

细胞工程 第2章 第2节　动物细胞工程 第1课时　动物细胞培养 返回目录 生物学　选择性必修3 　 教材梳理·新知全解 关键能力·合作探究 随堂检测·即时巩固 课时作业(七) 目 录 Contents 教材梳理·新知全解 知识点1　动物细胞培养 单个细胞 动物细胞工程 返回目录 生物学　选择性必修3 　 糖类 血清 液体 灭菌 定期更换 细胞代谢物积累 返回目录 生物学　选择性必修3 　 7.2～7.4 维持培养液的pH 95%空气和5% CO2 返回目录 生物学　选择性必修3 　 胰蛋白酶、胶原蛋白酶 细胞悬液 悬浮 贴附 返回目录 生物学　选择性必修3 　 初次 离心法 胰蛋白酶 返回目录 生物学　选择性必修3 　 有害代谢物积累 接触抑制 返回目录 生物学　选择性必修3 　 × × 返回目录 生物学　选择性必修3 　 √ × 返回目录 生物学　选择性必修3 　 知识点2　干细胞培养及其应用 脐带血 胚胎干细胞 ES 任何一种类型 个体 返回目录 生物学　选择性必修3 　 13 造血干细胞 精原干细胞 成体的骨髓、外周血和脐带血 组织特异 特定的细胞或组织 完整个体 返回目录 生物学　选择性必修3 　 免疫 退行性 iPS细胞 免疫排斥反应 返回目录 生物学　选择性必修3 　 × √ √ √ 返回目录 生物学　选择性必修3 　 关键能力·合作探究 返回目录 生物学　选择性必修3 　 探究点1　动物细胞培养技术 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 探究点2　干细胞培养及其应用 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 随堂检测·即时巩固 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 课时作业(七) 　动物细胞培养 返回目录 生物学　选择性必修3 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [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)。 1.动物细胞培养技术 (1)含义 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，让这些细胞生长和增殖的技术。 (2)地位：动物细胞培养是________________的基础。 2．动物细胞培养的条件 (1)营养：除________、氨基酸、无机盐和维生素等细胞所需的营养物质外，通常还需加入__________等一些天然成分，培养动物细胞一般用________培养基。 (2)无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行________处理以及在无菌环境下进行操作。培养液还需____________，以便清除代谢物，防止__________________对细胞自身造成危害。 (3)适宜的温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5 ℃为宜；多数动物细胞生存的适宜pH为__________，此外，渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。 (4)适宜的气体环境：动物细胞培养所需的气体主要有CO2和O2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是_______________。在进行细胞培养时，通常将培养皿或松盖培养瓶置于含有___________________的混合气体的CO2培养箱中进行。 3．培养过程 (1)材料处理：对新鲜取材的动物组织进行处理，或用机械的方法，或用________________________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____________，再将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。 (3)体外培养的动物细胞的分类 体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细胞能够________在培养液中生长增殖；另一类则需要________于某些基质表面才能生长增殖。 (4)原代培养与传代培养 a．原代培养：动物组织经处理后的________培养，通常指分瓶之前的细胞培养。 b．传代培养：分瓶后的细胞培养。 (5)收集：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，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。 4．影响体外动物细胞培养的因素 (1)悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、__________________和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。 (2)贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的影响外，还会发生____________现象，这时就需要对细胞进行分瓶培养。 【辨正误】 (1)动物细胞培养选用的培养材料大多为动物的受精卵。(　 　) 动物细胞培养选用的培养材料大多为幼龄动物的器官或组织。 (2)进行动物细胞培养时只能使用合成培养基，不可添加天然成分。(　 　) 动物细胞培养时，在使用的合成培养基中通常要加入血清等天然成分。 (3)用于动物细胞培养的培养液和培养用具必须进行灭菌处理，并在无菌环境下进行操作。(　 　) (4)动物细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(　 　) 动物细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。 1.干细胞存在部位及其分类 干细胞存在于早期胚胎、骨髓和__________等多种组织和器官中，包括______________和成体干细胞等。 2．不同类型干细胞特点 (1)胚胎干细胞的特点 胚胎干细胞(简称________细胞)具有分化为成年动物体内的________________的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至________的潜能。 (2)成体干细胞的类型及特点 ①类型：成体组织或器官内的干细胞，其包括骨髓中的___________、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的____________等。其中造血干细胞主要存在于_____________________________中。 ②特点：一般认为，成体干细胞具有____________性，只能分化成__________________，不具有发育成____________的能力。 3．干细胞的应用 (1)通过造血干细胞移植，用于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、________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统__________疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)方面有重要的应用价值。 (3)诱导多能干细胞 因为诱导过程无须破坏胚胎，而且诱导多能干细胞(简称______________)可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免________________，所以科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。 【辨正误】 (1)干细胞都存在于早期胚胎中。(　 　) 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。 (2)ES细胞存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内任何一种类型细胞，并进一步形成机体所有组织、器官甚至个体的潜能。(　 　) (3)成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。(　 　) (4)诱导多能干细胞可来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可避免免疫排斥反应。(　 　) (教材P45 “2－12”拓展)完善有关动物培养示意图 1．补充动物细胞培养过程图，并回答问题： (1)动物细胞培养的原理是____________________。 (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，哪些细胞更容易培养？为什么？ (3)动物细胞培养时，除了添加糖类、氨基酸等必要的营养成分外，往往还需添加血清等一些天然成分，原因是____________ _____________________，血清等一些天然成分的营养成分比较齐全，可以弥补人工培养基的不足。 (4)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　机械　胰蛋白酶 (1)细胞增殖 (2)幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更容易培养。原因是这些细胞分裂能力强。 (3)人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚 (4)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的处理。 1．动物细胞培养的流程图 点悟：培养过程中两次使用胰蛋白酶的作用不同：第一次用胰蛋白酶处理新鲜取材的动物组织，使之分散成单个细胞；第二次使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来，使之分散成单个细胞。 2．界定动物细胞培养中的两对概念 (1)贴壁生长与接触抑制 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瓶的瓶壁上的现象。 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。 (2)原代培养与传代培养 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。 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。 3．动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理念基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 前处理 无菌；用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基 性质 液体 固体 3．动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 培养基 成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、无机盐、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产等 快速繁殖、脱毒苗的培育、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作； ②都需要适宜的温度、pH等条件； ③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 【例1】 (2024·黑吉辽)从小鼠胚胎中分离获取胚胎成纤维细胞进行贴壁培养，在传代后的不同时间点检测细胞数目，结果如图。下列叙述正确的是(　　) A．传代培养时，培养皿需密封防止污染 B．选取①的细胞进行传代培养比②更合理 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 答案　D 解析　传代培养时需要营造无菌、无毒以及95%空气＋5%CO2的气体环境，而非密封，A项错误；选取②的细胞进行传代培养比①更合理，因为①的细胞核型更稳定，B项错误；对于贴壁生长的细胞，进行传代培养时，需要先用胰蛋白酶等处理，使之分散为单个细胞，然后再用离心法收集，C项错误；细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大、出现接触抑制有关，D项正确。 【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，需分装培养，实验操作过程如图。 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 C．③分装时需调整到合适的细胞密度 D．整个过程需要在无菌、无毒条件下进行 答案　B 解析　②加培养液，多次加培养液先洗去残留的消化酶，然后终止消化液的消化作用，并对细胞加以稀释，B项错误。 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iPS细胞)，并用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。现在，用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。如图所示为iPS细胞用于治疗人类疾病示意图，请思考下列问题： (1)相对于胚胎干细胞，iPS细胞在获取方面及应用方面有哪些优势？ (2)由于诱导iPS细胞、促使其分化都需要时间，因此用某人特异的iPS细胞进行医疗只限于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞用于紧急情况，应该提前采取什么措施？ (3)如果诱导iPS细胞定向分化为生殖细胞的技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？又可能带来哪些问题？ (4)图示信息表明，成纤维细胞“转入相关因子”可发生转化成为iPS细胞，推测“相关因子”的作用是什么？ (5)图中显示，iPS细胞可转化为胰岛细胞、神经元、血细胞、肠上皮细胞、心肌细胞、肝细胞等，这表明iPS细胞属于全能干细胞，还是多能或专能干细胞？ 提示　(1)胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用，而iPS细胞的诱导过程无须破坏胚胎；且iPS细胞可来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，可避免免疫排斥反应。因此iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。 (2)提前取成纤维细胞诱导形成iPS细胞并保存。 (3)可用于对哺乳动物个体生殖和发育规律的研究；解决因不能产生生殖细胞而不能采用辅助生殖技术或药物的问题，从而用于试管婴儿、试管动物的获得。可能存在诱导效率不高，诱导和应用过程中出现安全性问题等情况。 (4)可使细胞实现分化的反转，维持不分化状态。 (5)属于全能干细胞。 1．干细胞的种类及比较 类别 全能干细胞 多能干细胞 专能干细胞 特点 具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能 具有组织特异性，具有分化成多种细胞或组织的潜能，不具有发育成完整个体的能力 只能分化成某一种类型或功能密切相关的几种类型的细胞，不能发育成完整个体 1．干细胞的种类及比较 类别 全能干细胞 多能干细胞 专能干细胞 来源或 举例 早期胚胎(iPS细胞由成纤维细胞等诱导产生) 造血干细胞(骨髓、外周血、脐带血) 神经干细胞等(神经系统中) 类别 全能干细胞 多能干细胞 专能干细胞 应用 用于病人的器官移植等 治疗白血病以及恶性肿瘤放疗、化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病 治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等) 注：成体干细胞还包括睾丸中的“精原干细胞”。 【例3】 2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现，利用逆转录病毒将Oct4等4个关键基因导入已分化的体细胞中并表达，可使这个细胞成为类似干细胞的诱导多能干细胞(iPS细胞)。下图为该技术在人体细胞中的实验示意图。下列相关叙述，错误的是(　　) A．由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化 B．利用患者的iPS细胞对其自身受损器官进行修复，与传统器官移植相比其成功率更高 C．目前iPS细胞在实际应用中还存在许多问题，例如有研究发现iPS细胞的增殖难以控制，即iPS细胞具有衰老细胞的特征 D．结合以上信息分析，iPS细胞可能容易分散 答案　C 解析　分析题图可知，图示表示将4个关键基因移植到已分化的体细胞中并表达，使这个细胞成为具有类似干细胞的诱导多能干细胞(iPS细胞)。由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化，题图中①②③表示细胞分化，其实质是基因的选择性表达，A项正确；用该技术得到的新生器官替换供体病变器官，属于自体移植，基本不发生免疫排斥反应，这可以大大提高器官移植的成功率，B项正确；iPS细胞的增殖难以控制，说明iPS细胞具有癌细胞的特征，可能容易分散，C项错误、D项正确。 【例4】 胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，可以分裂、分化形成各种组织干细胞，再进一步分化形成不同的组织。下列叙述错误的是(　　) A．人的胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织、器官的移植 B．胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞没有细胞周期 C．胚胎干细胞具有全能性 D．为揭示细胞分化和凋亡的机理，需要在培养胚胎干细胞的培养液中添加不同的分化诱导因子 答案　B 解析　人的胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织、器官的移植，A项正确；胚胎干细胞和神经干细胞都有细胞周期，B项错误；胚胎干细胞具有全能性，即可以分化成各种组织细胞，C项正确；为揭示细胞分化和凋亡的机理，需要在培养胚胎干细胞的培养液中添加不同的分化诱导因子，D项正确。 iPS细胞的制备方法 科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，包括借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。iPS细胞最初是由成纤维细胞转化而来的，后来发现已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导成为iPS细胞。 核心知识小结 [网络构建] 核心知识小结 [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、动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 2．动物细胞培养需要一定的营养条件，无菌无毒的环境，适宜的温度、pH和渗透压，以及适宜的气体环境。 核心知识小结 3．动物细胞培养使用合成培养基并添加血清等天然成分，该培养基为液体培养基。 4．哺乳动物细胞培养的温度多为36.5±0.5 ℃，pH为7.2～7.4，同时还需O2＋CO2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。 1．用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是(　　) A．都需用CO2培养箱 B．都需用液体培养基 C．都要在无菌条件下进行 D．都可体现细胞的全能性 答案　C 解析　动、植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行。动物成体的体细胞离体培养用液体培养基，需要用CO2培养箱，不能体现细胞的全能性；植物成体的体细胞离体培养不一定用液体培养基，且不需要用CO2培养箱，能体现细胞的全能性，C项正确，A、B、D项错误。 2．干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是(　　) A．干细胞是从早期胚胎中分离提取的细胞 B．造血干细胞可以分化为各种血细胞 C．不同类型的干细胞，它们的分化潜能是有差别的 D．由iPS细胞产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用 答案　A 解析　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。 3．下列有关动物细胞培养时所提供的物质及其作用的描述，不正确的是(　　) 选项 提供物质 作用 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 C O2 满足细胞代谢的需要 D CO2 维持培养液的pH 答案　A 解析　动物细胞培养过程中，在培养液中加入一定量的抗生素，主要是为了防止杂菌污染，A项错误；血清能补充合成培养基中缺乏的物质，B项正确；O2能满足细胞代谢的需要，C项正确；CO2能维持培养液的pH，D项正确。 4．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。下列叙述正确的是(　　) A．制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理肝组织块 B．恒温培养箱中的CO2浓度维持在5%左右，以促进细胞呼吸 C．为了保证细胞培养所需的无菌、无毒环境，需大量添加各种抗生素 D．本实验应设置对照实验，以检测药物对甲、乙的毒性大小 答案　D 解析　动物细胞培养制备细胞悬液时，应用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等进行处理，不能用胃蛋白酶进行处理，A项错误；动物细胞培养的过程中，浓度为5%的CO2的作用是维持培养液的pH，B项错误；为了防止杂菌污染，保证细胞培养所需的无毒环境，需适量添加抗生素，C项错误；为了检测药物对甲、乙的毒性大小，应设置培养液中不加该药物的对照实验，D项正确。 5．如图为动物细胞培养过程的示意图。 请据图回答： (1)图中①指____________，用①处理，说明细胞间的物质主要是____________。图中②的处理方法与①____________(填“一致”或“不完全一致”)，原因是进行原代培养时，当__________，这种现象称为____________。 (2)动物细胞培养时，通常置于含____________的混合气体的二氧化碳培养箱中培养，CO2的主要作用是_______________。 解析　(1)用胰蛋白酶(或“胶原蛋白酶”或“机械的方法”)处理，使组织分散成单个细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。图中①用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法；图中②用胰蛋白酶等处理图中②的处理方法与①不完全一致，原因是进行原代培养时，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。(2)动物细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的二氧化碳培养箱中进行培养，CO2的主要作用是维持培养液的pH。 答案　(1)胰蛋白酶(或“胶原蛋白酶”或“机械的方法”)　蛋白质　不完全一致　贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖　接触抑制　(2)95%空气和5%CO2 维持培养液的pH $$