第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修3 生物技术与工程 创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第2节　动物细胞工程 第1课时　动物细胞培养 1.阐明动物细胞培养的条件和过程。2.阐明干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 知识点一　动物细胞工程 1．常用的技术：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。 2．基础：动物细胞培养。 知识点二　动物细胞培养 1．概念：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．原理：细胞增殖。 3．条件 (1)营养 ①培养基中含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。 ②培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 (2)无菌、无毒的环境 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。 ②还需要定期更换培养液，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 (3)温度、pH和渗透压 ①适宜温度：哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5)__℃为宜。 ②适宜pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。 ③适宜渗透压：维持适宜渗透压的目的是维持细胞正常的形态和功能。 (4)气体环境 ①O2是细胞代谢所必需的。 ②CO2的主要作用是维持培养液的pH。 ③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CO2培养箱中进行培养。 4．基本过程 (1)原代培养 通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。 (2)传代培养 将分瓶后的细胞培养称为传代培养。 (3)细胞贴壁 大多数体外培养的细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。 (4)接触抑制 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。 知识点三　干细胞培养及其应用 1．干细胞存在场所：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 2．干细胞类型 (1)胚胎干细胞(简称ES细胞) ①定义：存在于早期胚胎中，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。 ②局限：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。 (2)成体干细胞 ①定义：成体组织或器官内的干细胞。 ②类型 ③特点：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。 (3)诱导多能干细胞(简称iPS细胞) ①概念：通过体外诱导成纤维细胞，获得类似胚胎干细胞的一种细胞，被称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)。 ②应用：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。 ③优点：可以避免免疫排斥反应。 3．干细胞的应用 有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。 (1)正常的造血干细胞：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疾病。 (2)神经干细胞在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)方面有重要的应用价值。 易漏边角 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细胞等也能被诱导为iPS细胞。 课堂小结 1．(目标1)动物细胞工程技术的基础是(　　) A．动物细胞融合 B．胚胎移植 C．动物细胞培养 D．核移植 答案　C 2．(目标1)一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件(　　) ①无毒的环境　②无菌的环境　③只使用合成培养基　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多数动物细胞培养在7.2～7.4的pH环境 A．①②④⑤⑥ B．①②③④ C．①②③⑤⑥ D．①②④⑥ 答案　D 解析　用于动物细胞培养的合成培养基中还需加入血清等天然物质，③错误；动物细胞培养需要一定的气体环境，95%空气和5%的CO2，⑤错误。 3．(目标1)在将动物组织块分散成单个细胞时，可以使用胰蛋白酶。由此判断以下推测不合理的是(　　) A．动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系 B．处理时一定要注意处理时间、加酶量 C．胰蛋白酶一定不会对动物细胞造成损伤 D．动物细胞培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致 答案　C 解析　胰蛋白酶可使蛋白质分解，由胰蛋白酶可破坏动物细胞之间的联系，可推测动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系；细胞膜中含有蛋白质成分，所以一定要注意处理的时间和酶的用量，以防止对动物细胞造成损伤；酶促反应需要适宜的pH，所以培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致。 4．(目标2)干细胞是一类未参与分化或未完全分化的细胞，分裂能力强。按照其来源分为胚胎干细胞和成体干细胞(如造血干细胞、神经干细胞)。下列关于干细胞的说法错误的是(　　) A．胚胎干细胞不具有发育成完整个体的潜能 B．胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞 C．骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力 D．干细胞的研究将在再生医学、药物检测等方面发挥大作用 答案　A 解析　胚胎干细胞具有发育成各种组织、器官，甚至发育成完整个体的潜能，A错误。 5．(不定项)(目标1)动物细胞培养包括原代培养和传代培养，下列有关说法不正确的是(　　) A．幼龄动物的细胞增殖能力强易于培养 B．传代培养时需用离心法收集细胞 C．贴壁细胞原代培养具有接触抑制现象，传代培养没有接触抑制现象 D．原代培养和传代培养所需要的培养液成分不同 答案　CD 解析　贴壁细胞在传代培养和原代培养中均存在接触抑制现象，C错误；原代培养和传代培养所需要的培养液成分相同，D错误。 题型一　动物细胞培养相关实验 例1　如图是某同学设计的有关紫杉醇抗肿瘤实验的研究流程，下列相关叙述错误的是(　　) A．酶X可以是胰蛋白酶或胶原蛋白酶 B．物质Y是生理盐水，实验结果可与加入紫杉醇的甲组形成对照 C．培养时需保证无菌的环境和充足营养 D．若甲组肿瘤细胞的数目多于乙组，可以说明紫杉醇具有抗肿瘤作用 解题分析　设计实验时，需要遵循对照原则和单一变量原则，该实验的目的是探究紫杉醇对肿瘤细胞的作用，自变量是有无紫杉醇，加入紫杉醇的甲组为实验组，则乙组应加入等量的生理盐水，作为对照组，B正确；若紫杉醇具有抗肿瘤作用，则实验结果应是甲组肿瘤细胞的数目少于乙组，D错误。 答案　D 例2　(不定项)如图为猪输卵管上皮细胞培养过程示意图。下列有关叙述正确的是(　　) A．甲→乙和丙→丁过程需要用胃蛋白酶处理 B．丙为原代培养，丁为传代培养，二者都需要在添加血清的合成培养基中进行 C．丙过程会出现细胞贴壁生长和接触抑制现象，丁过程也会出现此现象 D．为避免培养过程中的杂菌污染，丙、丁过程中培养瓶盖必须旋紧不漏气 解题分析　甲→乙和丙→丁过程需要用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，A错误；丙为原代培养，丁为传代培养，二者都需在添加血清的合成培养基中进行，B正确；丙过程和丁过程均会出现细胞贴壁生长和接触抑制现象，C正确；为保证培养过程中的气体需要，丙、丁过程中需松动培养瓶盖，将其置于含95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中培养，D错误。 答案　BC 题后归纳 1．幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养，原因是这些细胞分裂能力强。 2．动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶，第一次使用的目的是使组织细胞分散开；贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。 3．培养前要将动物组织分散成单个细胞原因：分散后细胞能与培养液充分接触，更易进行物质交换；且成块的组织中细胞靠在一起限制了彼此的生长和增殖。 4．不可以用胃蛋白酶处理，由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶作用的适宜pH为1.5，当pH大于6时，胃蛋白酶会失去活性。 题型二　干细胞培养及其应用 例3　肌萎缩性侧索硬化症即“渐冻症”，该病病因之一是突变的基因导致有毒物质积累，运动神经元损伤。最新研究结果表明，利用诱导多能干细胞(iPS细胞)制作前驱细胞，然后移植给渐冻症实验鼠，能延长其寿命。下列关于诱导多能干细胞的叙述，不正确的是(　　) A．iPS细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞种类增多 B．iPS细胞分化成的多种细胞中所有核酸均相同，蛋白质却不完全相同 C．若将突变的相关基因替换，或许可以起到治疗该病的作用 D．经体外诱导产生造血干细胞，在小鼠骨髓中能够增殖分化出B细胞 解题分析　细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞种类增多，A正确；细胞分化形成的多种细胞中DNA相同，但mRNA不完全相同，蛋白质也不完全相同，B错误；B细胞是由造血干细胞增殖分化形成的，经体外诱导产生的造血干细胞，在小鼠骨髓中能够增殖分化出B细胞，D正确。 答案　B 课后课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★ ★ ★ 对点 动物细胞培养 动物细胞培养 动物细胞培养 动物细胞培养 植物组织培养与动物细胞培养的比较 干细胞培养与应用 干细胞培养与应用 动物细胞培养 干细胞的培养 干细胞的培养与应用 动物细胞培养 干细胞的培养与应用 [单项选择题] 知识点一　动物细胞培养 1．对某种动物的肝肿瘤细胞进行动物细胞培养。下列说法不正确的是(　　) A．在利用肝肿瘤组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 B．细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞呼吸 C．为了防止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 D．在合成培养基中，通常需加入血清等天然成分 答案　B 2．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，在适宜环境下让细胞生长和增殖的过程，是动物细胞工程的基础。关于动物体细胞培养过程中细胞的活动或特性，下列叙述错误的是(　　) A．细胞通常贴壁生长 B．细胞进行有丝分裂 C．贴壁细胞在生长增殖时细胞之间有接触抑制现象 D．细胞的遗传物质均发生改变 答案　D 3．下列关于动物细胞培养的说法错误的是(　　) A．可用机械的方法处理新鲜的组织使细胞分散 B．原代培养指动物组织经处理后的初次培养 C．培养过程中细胞不需经过脱分化形成愈伤组织 D．肿瘤细胞在培养过程中会出现接触抑制现象 答案　D 4．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(　　) 实验小鼠皮肤组织皮肤细胞培养细胞1培养细胞2 A．甲过程表示从实验小鼠体内取出组织块 B．代谢物积累、营养物质缺乏会影响细胞的分裂 C．丙过程中在培养瓶壁上可形成多层细胞 D．丁过程细胞用到离心法收集 答案　C 5．下列有关植物组织培养与动物细胞培养两项技术的比较，不正确的是(　　) 选项 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 A 原理 细胞的全能性 细胞增殖 B 细胞分裂方式　　 有丝分裂 减数分裂 C 培养基的主要成分 无机盐、蔗糖、维生素、琼脂、植物激素等 无机盐、葡萄糖、氨基酸、维生素、动物血清等 D 结果 完整植株 大量细胞或细胞产物 答案　B 解析　植物组织培养和动物细胞培养的细胞分裂方式都是有丝分裂，B错误。 知识点二　干细胞培养及其应用 6．下列关于哺乳动物胚胎干细胞的叙述不正确的是(　　) A．可以从早期胚胎中分离出来 B．胚胎干细胞分化程度低于成体干细胞 C．是研究体外细胞分化的理想材料，也可以用于治疗人类的某些顽症 D．体外培养时可以无限增殖 答案　D 解析　胚胎干细胞能增殖，但不能无限增殖，D错误。 7．一名婴儿在出生后医院为他保留了脐带血，在他以后生长发育过程中如果出现了某种难以治疗的疾病，就可以利用血液中的干细胞进行治疗，下列关于这个实例的说法正确的是(　　) A．用干细胞培育出人体需要的组织或器官用来移植治病，需要激发细胞的全能性 B．用脐带血中的干细胞可治疗这个孩子所有的疾病 C．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用到细胞培养技术 D．如果要移植用他的干细胞培育出的器官，应该长期给他使用免疫抑制药物 答案　C 解析　脐带血中含有大量未成熟的造血干细胞，将脐带血细胞移植，对白血病、再生障碍性贫血等恶性血液病的治疗具有很好的效果，B错误；而用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，只要诱导细胞分化成需要的组织或器官即可，不需激发其全能性，A错误；移植用干细胞培育出的器官属于自体移植，基本不会发生免疫排斥反应，不需长期给他使用免疫抑制药物，D错误。 [不定项选择题] 8．Vero细胞因不能合成抗病毒蛋白干扰素，而广泛应用在病毒性疫苗生产上。将新型冠状病毒(简称新冠病毒)接种到Vero细胞后，经细胞培养、新冠病毒灭活及提纯，可制成新冠病毒灭活疫苗。下列叙述不正确的是(　　) A．Vero细胞可为新冠病毒的大量繁殖提供保障，无须考虑培养液的营养物质是否充分 B．将新冠病毒接种到Vero细胞后，需在细胞培养液中加入适量血清以防止杂菌污染 C．进行传代培养时，需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的Vero细胞 D．每进行1次传代培养，培养瓶中的Vero细胞就经历1次细胞分裂 答案　ABD 解析　将新冠病毒接种到Vero细胞，Vero细胞可作为新冠病毒大量繁殖的“培养基”，但Vero细胞的培养过程中，培养液的营养物质也要充分，A错误；对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作可防止杂菌污染，B错误；进行传代培养时，需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理贴壁生长的Vero细胞，使其分散成单个细胞，C正确；每传代1次，培养瓶中的Vero细胞可能分裂多次，D错误。 9．小鼠胚胎干细胞经定向诱导培养可获得多种功能细胞。下列叙述不正确的是(　　) A．与成体干细胞相比，胚胎干细胞具有较强的组织特异性 B．胚胎干细胞具有分裂和分化能力 C．用胰蛋白酶将细胞的膜蛋白水解后可获得分散的胚胎干细胞 D．培养过程中需要定期更换胚胎干细胞的培养液以保证无毒环境 答案　AC 解析　胚胎干细胞具有发育的全能性，相对于胚胎干细胞，成体干细胞具有较强的组织特异性，A错误；胰蛋白酶可以将动物组织细胞间的蛋白质成分酶解，使细胞分散开，获得单个细胞，不是分解膜蛋白，C错误；培养过程中需要定期更换胚胎干细胞的培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞造成危害，以保证无毒环境，D正确。 10．科学家将4个关键基因转入已分化的肌肉细胞中并表达，使这个细胞成为多能干细胞(iPS细胞)，下图为该实验示意图。下列叙述正确的是(　　) A．应用该技术可缓解器官移植时器官供应不足的问题 B．iPS细胞所携带的遗传信息与肌肉细胞不同 C．关键基因表达使细胞功能趋向专门化，降低了细胞的分化程度 D．病人的iPS细胞分化而来的细胞移植回体内后，可以避免免疫排斥反应 答案　ABD 解析　用iPS细胞诱导分化成需要的器官后进行自体移植，可缓解器官移植时器官供应不足的问题，A正确；将4个关键基因转入已分化的肌肉细胞中并表达，使这个细胞成为诱导多能干细胞(iPS细胞)，可见iPS细胞所携带的遗传信息与肌肉细胞不同，B正确；图中关键基因表达形成iPS细胞，没有使细胞功能趋向专门化，C错误；用患者自己的体细胞通过体外诱导成iPS细胞，所以将iPS细胞增殖分化出的不同细胞移植回病人体内，理论上可以避免免疫排斥反应，D正确。 [非选择题] 11．如图所示为动物细胞培养过程中，动物细胞增殖情况的变化曲线(图中B、D两点表示经筛选后继续培养)，请据图回答下面的问题： (1)动物细胞培养的原理是________。 (2)进行动物细胞培养选取的动物器官或组织，它一般取自动物胚胎或幼龄动物的器官、组织，理由是________________________________。动物器官或组织要用________酶处理，这样做的目的是____________________。改用胃蛋白酶行吗？________，为什么？____________________________________________________________________。 (3)OB段的培养称为________培养，AB段可能发生了________现象，需要用________酶处理使组织细胞分散开来，分装到多个卡氏瓶中进行________培养。 (4)在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基称为________培养基。通常还需要在培养基中加入适量血清等一些天然成分，补充血清的作用是__________________________。 (5)在进行细胞培养时，通常采用培养皿或培养瓶，并将它们置于含有__________________的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 答案　(1)细胞增殖 (2)分化程度低、增殖能力强，易于培养　胰蛋白(或胶原蛋白)　使细胞分散开　不行　胃蛋白酶最适pH为1.5，在pH为7.2～7.4的环境下，酶会变性失活，不能发挥作用 (3)原代　接触抑制　胰蛋白　传代 (4)合成　补充细胞所需的未知的营养物质 (5)95%空气加5%CO2 12．科学家仅使用小分子化合物的组合对体细胞进行处理，成功地将已高度分化的小鼠成纤维上皮细胞诱导成多潜能干细胞，并将其命名为诱导多能干细胞(iPS细胞)。如图是利用iPS细胞对镰状细胞贫血小鼠进行基因治疗的技术流程。请据图回答问题： (1)从小鼠体内获得成纤维上皮细胞后，对其进行的初次培养称为________。 (2)胚胎干细胞存在于________中，具有分化为成年动物体内的________________的细胞，并进一步形成机体的________________甚至________的潜能。 (3)iPS细胞的诱导成功具有重要的医学价值，又因为诱导过程无须________，而且iPS细胞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。 答案　(1)原代培养 (2)早期胚胎　任何一种类型　所有组织和器官　个体 (3)破坏胚胎　免疫排斥反应 12 学科网（北京）股份有限公司 $$