2.2 动物细胞工程（第1课时）-【晨读晚练】2024-2025学年高二生物知识速记与提升（人教版2019选择性必修3）

2．2 动物细胞工程（第1课时）　 动物细胞培养 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、动物细胞工程常用的技术手段及基础 (1)动物细胞工程常用的技术手段： 动物细胞培养 、动物 细胞融合 、动物 细胞核移植 等。 (2)技术基础： 动物细胞培养 是其他工程技术的基础。 二、动物细胞培养 1．概念：从动物机体中取出 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．动物细胞培养条件 (1)营养：除 糖类 、 氨基酸 、 无机盐 、 维生素 等正常的 有机和无机营养 外，需加入 血清 等一些天然成分的合成培养基。 (2)无菌、无毒的环境：对 培养液 和所有 培养用具 进行灭菌处理，定期更换 培养液 以清除 代谢产物 ，防止 细胞代谢产物积累 对细胞本身造成危害。 (3)温度、pH和渗透压：温度为 36.5±0.5_℃ (哺乳动物)，pH为 7.2～7.4 ，渗透压也是一个 重要参数 。 (4)气体环境：置于含 95%空气和5%CO2 的混合气体的 CO2 培养箱中进行培养，其中后者的作用是 维持培养液的pH 。 4．动物细胞培养过程 备注：三个“二” (1)两类细胞 ①一类能 悬浮 在培养液中生长增殖。 ②一类需要 贴附于某些基质表面 才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型。 (2)2种现象：贴壁细胞具有两种特殊的现象 ①细胞贴壁：培养时，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，细胞通常会 停止分裂增殖 。 (3)2种培养 ①原代培养：动物组织经处理后的初次培养，即 第1次分瓶前 的培养。 ②传代培养：分瓶后的细胞培养即 第1次分瓶后 的培养(包括第n次分瓶培养) 5．动物细胞培养技术的应用 (1)生产生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。 (2)培养基因工程中常用的 受体细胞 。 (3)检测有毒物质，判断某种物质的毒性。 (4)用于 生理、病理、药理 等方面的研究，如用于 筛选抗癌药物 等。 三、干细胞培养及其应用 1．来源： 早期胚胎、骨髓和脐带血 等多种组织和器官中。 2．类型：胚胎干细胞和成体干细胞等。 3．干细胞种类 来源 功能及应用 胚胎干细胞(ES细胞) 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体 成体干细胞 成体组织或器官 只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能，具有组织特异性 诱导多能干细胞(iPS细胞) 体外诱导体细胞产生 类似胚胎干细胞，能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病 4.分离途径(如图) 5．干细胞的特点 (1)自我更新能力：干细胞可以分裂形成新的干细胞。 (2)分化潜能：在一定条件下，干细胞可以分化为 其他类型 的细胞。 6．主要用途 (1)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 密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。 (2)造血干细胞可以治疗人类的 白血病 等。 (3)神经干细胞可治疗 神经组织 损伤和 神经系统退行性 疾病。 (4)ES细胞是研究 体外细胞分化 理想材料。 (5)ES细胞可用于对哺乳动物 个体发生 和 发育规律 的研究。 一、动物细胞培养 1.完善有关动物细胞培养示意图，并回答问题。 (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。原因是这些细胞分裂能力强。 (2)进行动物细胞培养时，用胰蛋白酶分散细胞的原因是什么？ 提示：使组织分散成单个细胞，一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。 (3)动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接收信息后，细胞停止分裂又说明了什么？ 提示：细胞培养过程中的接触抑制说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接收信息后，细胞停止分裂，说明了细胞膜接收的信息能够传递到细胞核。 (4)动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？ 提示：不需要。因为动物细胞培养是为了培养出大量的细胞，而不是把单个或少量细胞培养成器官或生物个体。 2.动物细胞培养与植物组织培养的比较 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞的全能性 细胞增殖 培养基性质 固体 液体 培养基成分 蔗糖、氨基酸、水、矿物质、生长素、细胞分裂素、琼脂等 糖类、氨基酸、无机盐、维生素、血清等 分散处理 无 有 脱分化 有 无 培养条件 无菌、适宜的温度和pH 取材 植物器官、组织或细胞 动物早期胚胎、幼龄动物的器官或组织 培养对象 植物器官、组织或细胞 分散的单个细胞 过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 分裂、生长、分化特点 分裂：形成愈伤组织； 分化：形成根、芽 ①只分裂不分化； ②贴壁生长； ③接触抑制 培养结果 新的植株或组织 大量新细胞或细胞产物 应用 ①快速繁殖； ②培育无病毒植株； ③细胞产物的工厂化生产 ①生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等； ②检测有毒物质； ③生理、病理、药理研究 相同点 ①培养过程中细胞都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂； ②均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 [特别提醒] 有关植物组织培养与动物细胞培养的三点提醒 (1)植物组织培养过程中存在脱分化和再分化，而动物细胞培养过程中 没有脱分化 和 再分化 过程。 (2)植物组织培养可获得 新个体 ，体现了细胞的 全能性 ，而动物细胞培养 只能 得到细胞，没有体现细胞的 全能性 。 (3)两种技术手段培养过程中都进行 有丝分裂 ，不涉及 减数分裂 ，都可称为 克隆 。 二、动物干细胞 1．如图为iPS细胞的培养和利用过程，请据图回答问题。 (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。又由于人造器官是病人自身细胞经诱导分化形成的，所以可以避免免疫排斥反应。 2．科学家已尝试采用哪些方法来制备iPS细胞？有哪些被诱导为iPS细胞？ 提示：方法：①借助载体将特定基因导入细胞中；②直接将特定蛋白导入细胞中；③用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞等可被诱导为iPS细胞。 （限时：15min） 一、单选题 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的作用是抑制细胞呼吸 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、血浆等天然成分 【答案】B 【分析】动物细胞培养的过程：取动物组织块→剪碎组织→用胰蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养液中（原代培养）→放入二氧化碳培养箱培养→贴满瓶壁的细胞用酶分散为单个细胞，制成细胞悬液→转入培养液（传代培养）→放入二氧化碳培养箱培养。 【详解】A、酶具有专一性，在利用肝肿瘤组织块制备细胞悬浮液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，A正确； B、细胞培养应在含5%CO2的恒温箱中进行，CO2的作用是维持培养基的pH，B错误； C、动物细胞培养应注意无菌操作，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，C正确； D、为保证动物细胞的正常生长，在合成培养基中，通常需加入动物血清等天然成分，D正确。 故选B。 2．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（     ） A．培养细胞1是原代培养，往往会因为细胞密度过大、有害物质积累等分裂受阻 B．所需培养基是按细胞所需的营养物质种类和量严格配制的合成培养基 C．传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集，无须再用酶处理 D．体外培养的细胞既能贴壁生长又能悬浮生长，都会发生接触抑制现象 【答案】D 【分析】动物细胞培养的流程：取动物胚胎或幼龄动物器官、组织。将材料剪碎，并用胰蛋白酶（或用胶原蛋白酶）处理（消化），形成分散的单个细胞，将处理后的细胞移入培养基中配成一定浓度的细胞悬浮液。悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到互相接触时，细胞就会停止分裂增殖，出现接触抑制。此时需要将出现接触抑制的细胞重新使用胰蛋白酶处理。再配成一定浓度的细胞悬浮液。 【详解】A．培养细胞1是原代培养，该过程是获得组织细胞中进行的初次培养，往往会因为细胞密度过大、有害物质积累等分裂受阻，A正确； B．在配制动物细胞培养液时，除了需要添加一定的营养物质（如糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等）外，往往还需加入动物的血清和血浆等天然成分，属于合成培养基，B正确； C．传代培养时，悬浮培养的细胞没有体现贴壁生长的现象，因而可以直接用离心法收集，无须再用酶处理，C正确； D．体外培养的细胞既能贴壁生长又能悬浮生长，前者会发生接触抑制现象，后者不会，D错误。 故答案为D。 3．（2022·湖北·高考真题）某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能的是（　　） A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织 B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封 C．血清经过高温处理后加入培养基 D．所使用的培养基呈弱酸性 【答案】A 【分析】小鼠原代神经元培养属于动物细胞培养，需要在无菌无毒和培养液提供类似内环境的条件下进行。 【详解】A、小鼠胚胎脑组织中含有丰富的原代神经元，细胞增殖能力强，不会造成生长缓慢，A符合题意； B、培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧，影响细胞有氧呼吸，造成供能不足，可能使细胞生长缓慢，B不符合题意； C、血清经过高温处理后，其中活性成分变性，失去原有功能，细胞生存环境严重恶化，可能使细胞生长缓慢，C不符合题意； D、小鼠内环境为弱碱性，所使用的培养基呈弱酸性，使细胞生存环境恶劣，可能造成细胞生长缓慢，D不符合题意。 故选A。 4．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，贴壁细胞会出现接触抑制现象，悬浮型细胞不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也会继续分裂活动 D．出现接触抑制后需要用胰蛋白酶处理后才可进行传代培养 【答案】C 【分析】1、动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。 2、细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁．细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。 【详解】A、正常动物细胞培养分为两类，一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖，另一类细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。贴壁细胞会出现接触抑制现象，悬浮型细胞不会出现接触抑制现象，A正确； B、癌细胞培养过程中不会出现接触抑制现象，因而癌细胞培养时可形成多层细胞，B正确； C、出现接触抑制时细胞将停止分裂活动，C错误； D、出现接触抑制后需利用胰蛋白酶消化后使贴壁生长的细胞变为单个游离细胞才可进行传代培养，D正确。 故选C。 5．培养基制备在微生物培养及动植物细胞体外培养过程中起着重要作用，下列相关叙述正确的是（　　） A．微生物培养基都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质 B．进行植物组织培养时，常在培养基中添加有机碳源 C．用以尿素为唯一氮源的培养基筛选出的细菌均能分解尿素 D．培养动物细胞时，培养液添加血清后需进行高压蒸汽灭菌 【答案】B 【分析】1.培养基是人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质；根据物理性质分为固体培养基和液体培养基，培养基中-般含有水、碳源、氮源和无机盐。在提供上述几种主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物种和氧气的要求。 2.分离尿素分解菌所需的培养基应该以尿素作为唯一的氮源。尿素分解菌的鉴定可在培养基中加入酚红指示剂，尿素被分解后产生氨，pH升高，指示剂变红。 【详解】A、虽然各种培养基的具体配方不同，但一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，微生物培养基可以没有碳源，如自养型微生物，A错误； B、植物组织培养过程中未分化出叶片前无法进行光合作用，因此其培养基中需添加有机碳源作为营养物质，B正确； C、 以尿素为唯一氮源的培养基上长出的可能是能分解尿素的细菌，也可能是固氮菌，它可以利用空气中游离的N2作为氮源，C错误； D、动物细胞培养液先用高压蒸汽灭菌，再添加血清，D错误。 故选B。 6．（2024·江苏·高考真题）我国科学家利用人的体细胞制备多能干细胞，再用小分子TH34成功诱导衍生成胰岛B细胞。下列相关叙述错误的是（　　） A．基因选择性表达被诱导改变后，可使体细胞去分化成多能干细胞 B．在小分子TH34诱导下，多能干细胞发生基因突变，获得胰岛素基因 C．衍生的胰岛B细胞在葡萄糖的诱导下能表达胰岛素，才可用于移植治疗糖尿病 D．若衍生的胰岛B细胞中凋亡基因能正常表达，细胞会发生程序性死亡 【答案】B 【分析】诱导多能干细胞（iPS细胞）：通过特定的因子导入和培养条件，可以从人的皮肤等体细胞出发，诱导其成为具有无限增殖能力并可分化为人体各种组织脏器的多能干细胞。 在正常情况下，胰岛B细胞对血糖水平的变化非常敏感，能够根据血糖水平的高低调节胰岛素的分泌。当血糖水平升高时，胰岛B细胞会增加胰岛素的分泌，帮助降低血糖水平；反之，当血糖水平降低时，则减少胰岛素的分泌，以避免低血糖。 细胞凋亡指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。 【详解】A、被诱导改变后，可使体细胞去分化成多能干细胞 这个说法是正确的。体细胞可以通过特定的因子导入和培养条件，基因的调控和表达模式的改变，使得原本专一功能的体细胞去分化成为多能干细胞，A正确； B、小分子药物通常是通过调节现有的生物通路和基因表达来实现其功能，而胰岛素基因在人体所有细胞中都存在，但只有在胰岛细胞中才会表达‌，所以多能干细胞在诱导分化的过程中不会突然发生基因突变获得胰岛素基因，B错误； C、胰岛B细胞在较高的血糖浓度下分泌胰岛素，降低血糖，所以衍生的胰岛B细胞需在葡萄糖的诱导下成功表达胰岛素，以确保衍生的胰岛B细胞能够正常发挥功能，才可用于移植治疗糖尿病，C正确； D、凋亡基因的正常表达会导致衍生的胰岛B细胞发生程序性死亡，也就是发生细胞凋亡，D正确。 故选B。 7．卡铂为广谱抗肿瘤药，能抑制DNA的复制。卡铂微溶于水，溶液中的CI-会促进其分解，临床上用5％葡萄糖溶液与卡铂制成卡铂试剂后注射治疗，为探究卡铂的抗肿瘤效果，设计的相关实验如下所示，下列有关分析正确的是（     ） A．用于培养宫颈癌细胞的培养液中不需要添加血清等天然成分 B．M为5％葡萄糖溶液，①②组中的葡萄糖溶液均可用生理盐水代替 C．细胞培养过程中通入的混合气体含5％的CO2，目的是刺激细胞呼吸 D．本实验的预期结果为①组的癌细胞数目高于②或③组的癌细胞数目 【答案】D 【分析】题意分析，本实验的目的是研究卡铂引发癌细胞数量减少的具体机理；在实验思路中，用DNA复制抑制剂和卡铂甘露醇溶液添加到宫颈癌细胞悬液中，研究它们单独和共同作用下宫颈癌细胞数量变化，因此该实验的自变量是卡铂试剂和DNA复制抑制剂的有无，因变量是宫颈癌细胞数量变化，药剂浓度、Cl-和其他影响细胞代谢的因素为无关变量。 【详解】A、用于培养宫颈癌细胞的培养液中需要添加血清等天然成分，因为血清中含有动物细胞正常生长所需要的未知物质，A错误； B、M为5％葡萄糖溶液，①②组中的葡萄糖溶液不可用生理盐水代替，因为卡铂微溶于水，溶液中的CI-会促进其分解，因此用生理盐水代替葡萄糖会影响卡铂的效果，B错误； C、宫颈癌细胞培养时的气体环境是95%的空气和5%二氧化碳，其中二氧化碳的作用是维持培养液的pH，C错误； D、①组不会抑制DNA的复制，因此，本实验的预期结果为①组的癌细胞数目高于②或③组的，D正确。 故选D。 8．肺类器官拥有类似支气管和肺泡的结构，与人肺部组织结构功能相似。目前肺类器官主要有两种培养方式：一是诱导多能干细胞生成：二是将肺上皮干细胞与筛选后的体细胞进行共培养（过程如图所示）。下列叙述错误的是（     ） A．肺上皮干细胞的分化程度高于ES细胞，但也能够分化形成各种细胞 B．肺上皮干细胞增殖分化成肺类器官A和B的实质是基因的选择性表达 C．培养肺类装配体的过程中，需要定期更换培养液以便清除代谢废物 D．肺类装配体的HLA与自身细胞相同，自体移植不会发生免疫排斥反应 【答案】A 【分析】细胞分化是指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态，结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。细胞分化的实质：基因的选择性表达。 【详解】A、肺上皮干细胞的分化程度高于ES细胞，只能增殖分化形成肺部细胞，不能形成各种细胞，A错误； B、细胞分化的实质是基因的选择性表达，肺上皮干细胞增殖分化成肺类器官A和B的实质是基因的选择性表达，B正确； C、培养肺类装配体时需定期更换培养液以便清除代谢废物等，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害，C正确； D、肺类装配体是由自身肺上皮干细胞增殖分化形成肺类器官后共培养形成，或者将肺上皮干细胞与筛选后的体细胞进行共培养形成，因此肺类装配体的HLA与自身细胞相同，自体移植不会发生免疫排斥反应，D正确。 故选A。 9．ips细胞被称为诱导多能干细胞，可通过转入相关因子来制备。ips细胞最初是由成纤维细胞转化而来，后来发现已分化的T细胞，B细胞也能被诱导成该类细胞。下列说法不正确的是（　　） A．导入的物质可以是DNA，蛋白质，还可以用小分子物质来诱导 B．干细胞的体外培养需要在无菌的CO2培养箱中进行 C．胚胎干细胞和ips细胞的优点是分裂能力强，分化程度低 D．干细胞具有全能性，能分化成成年动物体内的任意一种类型的细胞 【答案】D 【分析】iPS细胞被称为诱导多能干细胞，具有分裂和分化的能力。 【详解】A、目前已采用多种方法来制备iPS细胞，包括借助载体将特定的基因导入细胞中，直接将特定的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，A正确； B、iPS细胞的体外培养是利用动物细胞培养技术，需要在无菌的CO2培养箱中进行培养，B正确； C、胚胎干细胞和iPS细胞均具有分裂能力强，分化程度低的特点，C正确； D、干细胞具有多能性或全能性，但并非能分化成成年动物体内的任意一种类型的细胞。干细胞分为多种类型，如胚胎干细胞具有全能性，可以分化为各种类型的细胞，包括构成成年动物身体的所有细胞类型。然而，成体干细胞一般具有多能性或单能性，成体干细胞只能分化为特定类型或几种相关类型的细胞，而不是任意一种细胞类型，如造血干细胞只能分化成为各种血细胞，D错误。 故选D。 二、非选择题 10．诱导多能干细胞（iPS细胞），因为诱导过程无须破坏胚胎，而且iPS细胞可来源于病人自身体细胞，因此iPS细胞应用前景优于胚胎干细胞。下图为iPS细胞的获得及用其培育不同种细胞的示意图（c-Myc、Klf4、Sox2和Oct3/4基因与细胞分化方向改变有关）。请回答下列问题。 (1)在对成纤维细胞进行培养时，常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，不用胃蛋白酶的原因是 。培养过程通常加入血清等一些天然成分的原因是 。 (2)培养iPS细胞培养基中应含有细胞所需的各种营养物质，并定期更换培养液。定期更换培养液的目的是 。将细胞置于95%空气和5%CO2的混合气体环境培养的原因是 。 (3)过程③④为iPS细胞提供的条件不同，分化得到的细胞不同，可知细胞分化是 的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内的优势是 。 【分析】干细胞的应用：拥有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。 【答案】(1)多数动物细胞培养的适宜pH为7．2～7．4，胃蛋白酶在此环境中失活变性 血清、血浆等一些天然成分可以补充细胞所需的合成培养液中缺乏的营养成分 (2)清除代谢物﹐防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害 空气中的O2是细胞代谢所必需的，CO2能维持培养液的pH (3)基因选择性表达 避免了免疫排斥问题 【详解】（1）用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。胰蛋白酶作用的适宜环境pH 为7.2-8.4，多数动物细胞培养的适宜pH也为7.2-7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养。培养动物细胞时，通常在合成培养基中加入血清、血浆等一些天然成分，其原因是血清、血浆等一些天然成分可以补充细胞所需的合成培养液中缺乏的营养成分。 （2）定期更换培养液的目的是清除代谢废物﹐防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。将细胞置于95%空气和5%CO2的混合气体环境培养既满足细胞呼吸对氧气的需求，又能维持培养液pH。 （3）细胞分化是基因的选择性表达的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内，由于自体细胞组织相容性抗原相同，故可以避免发生免疫排斥。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2．2 动物细胞工程（第1课时）　 动物细胞培养 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、动物细胞工程常用的技术手段及基础 (1)动物细胞工程常用的技术手段： 动物细胞培养 、动物 细胞融合 、动物 细胞核移植 等。 (2)技术基础： 动物细胞培养 是其他工程技术的基础。 二、动物细胞培养 1．概念：从动物机体中取出 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．动物细胞培养条件 (1)营养：除 糖类 、 氨基酸 、 无机盐 、 维生素 等正常的 有机和无机营养 外，需加入 血清 等一些天然成分的合成培养基。 (2)无菌、无毒的环境：对 培养液 和所有 培养用具 进行灭菌处理，定期更换 培养液 以清除 代谢产物 ，防止 细胞代谢产物积累 对细胞本身造成危害。 (3)温度、pH和渗透压：温度为 36.5±0.5_℃ (哺乳动物)，pH为 7.2～7.4 ，渗透压也是一个 重要参数 。 (4)气体环境：置于含 95%空气和5%CO2 的混合气体的 CO2 培养箱中进行培养，其中后者的作用是 维持培养液的pH 。 4．动物细胞培养过程 备注：三个“二” (1)两类细胞 ①一类能 悬浮 在培养液中生长增殖。 ②一类需要 贴附于某些基质表面 才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型。 (2)2种现象：贴壁细胞具有两种特殊的现象 ①细胞贴壁：培养时，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，细胞通常会 停止分裂增殖 。 (3)2种培养 ①原代培养：动物组织经处理后的初次培养，即 第1次分瓶前 的培养。 ②传代培养：分瓶后的细胞培养即 第1次分瓶后 的培养(包括第n次分瓶培养) 5．动物细胞培养技术的应用 (1)生产生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。 (2)培养基因工程中常用的 受体细胞 。 (3)检测有毒物质，判断某种物质的毒性。 (4)用于 生理、病理、药理 等方面的研究，如用于 筛选抗癌药物 等。 三、干细胞培养及其应用 1．来源： 早期胚胎、骨髓和脐带血 等多种组织和器官中。 2．类型：胚胎干细胞和成体干细胞等。 3．干细胞种类 来源 功能及应用 胚胎干细胞(ES细胞) 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体 成体干细胞 成体组织或器官 只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能，具有组织特异性 诱导多能干细胞(iPS细胞) 体外诱导体细胞产生 类似胚胎干细胞，能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病 4.分离途径(如图) 5．干细胞的特点 (1)自我更新能力：干细胞可以分裂形成新的干细胞。 (2)分化潜能：在一定条件下，干细胞可以分化为 其他类型 的细胞。 6．主要用途 (1)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 密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。 (2)造血干细胞可以治疗人类的 白血病 等。 (3)神经干细胞可治疗 神经组织 损伤和 神经系统退行性 疾病。 (4)ES细胞是研究 体外细胞分化 理想材料。 (5)ES细胞可用于对哺乳动物 个体发生 和 发育规律 的研究。 一、动物细胞培养 1.完善有关动物细胞培养示意图，并回答问题。 (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。原因是这些细胞分裂能力强。 (2)进行动物细胞培养时，用胰蛋白酶分散细胞的原因是什么？ 提示：使组织分散成单个细胞，一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢物的及时 排出。 (3)动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接收信息后，细胞停止分裂又说明了什么？ 提示：细胞培养过程中的接触抑制说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接收信息后，细胞停止分裂 ，说明了细胞膜接收的信息能够传递到细胞核。 (4)动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？ 提示：不需要。因为动物细胞培养是为了培养出大量的细胞，而不是把单个或少量细胞培养成器官或生物个体 。 2.动物细胞培养与植物组织培养的比较 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞的全能性 细胞增殖 培养基性质 固体 液体 培养基成分 蔗糖、氨基酸、水、矿物质、生长素、细胞分裂素、琼脂等 糖类、氨基酸、无机盐、维生素、血清等 分散处理 无 有 脱分化 有 无 培养条件 无菌、适宜的温度和pH 取材 植物器官、组织或细胞 动物早期胚胎、幼龄动物组织 培养对象 植物器官、组织或细胞 分散的单个细胞 过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 分裂、生长、分化特点 分裂：形成愈伤组织； 分化：形成根、芽 ①只分裂不分化； ②贴壁生长； ③接触抑制 培养结果 新的植株或组织 大量新细胞或细胞产物 应用 ①快速繁殖； ②培育无病毒植株； ③细胞产物的工厂化生产 ①生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等； ②检测有毒物质； ③生理、病理、药理研究 相同点 ①培养过程中细胞都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂； ②均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 [特别提醒] 有关植物组织培养与动物细胞培养的三点提醒 (1)植物组织培养过程中存在脱分化和再分化，而动物细胞培养过程中 没有脱分化 和 再分化 过程。 (2)植物组织培养可获得 新个体 ，体现了细胞的 全能性 ，而动物细胞培养 只能 得到细胞，没有体现细胞的 全能性 。 (3)两种技术手段培养过程中都进行 有丝分裂 ，不涉及 减数分裂 ，都可称为 克隆 。 二、动物干细胞 1．如图为iPS细胞的培养和利用过程，请据图回答问题。 (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。又由于人造器官是病人自身细胞经诱导分化形成的，所以可以避免 免疫排斥反应。 2．科学家已尝试采用哪些方法来制备iPS细胞？有哪些被诱导为iPS细胞？ 提示：方法：①借助载体将特定基因导入细胞中；②直接将特定蛋白导入细胞中；③用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。成纤维细胞、已分化的T细胞 、B细胞等可被诱导为iPS细胞。 （限时：15min） 一、单选题 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的作用是抑制细胞呼吸 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、血浆等天然成分 2．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（     ） A．培养细胞1是原代培养，往往会因为细胞密度过大、有害物质积累等分裂受阻 B．所需培养基是按细胞所需的营养物质种类和量严格配制的合成培养基 C．传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集，无须再用酶处理 D．体外培养的细胞既能贴壁生长又能悬浮生长，都会发生接触抑制现象 3．（2022·湖北·高考真题）某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能的是（　　） A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织 B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封 C．血清经过高温处理后加入培养基 D．所使用的培养基呈弱酸性 4．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，贴壁细胞会出现接触抑制现象，悬浮型细胞不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也会继续分裂活动 D．出现接触抑制后需要用胰蛋白酶处理后才可进行传代培养 5．培养基制备在微生物培养及动植物细胞体外培养过程中起着重要作用，下列相关叙述正确的是（　　） A．微生物培养基都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质 B．进行植物组织培养时，常在培养基中添加有机碳源 C．用以尿素为唯一氮源的培养基筛选出的细菌均能分解尿素 D．培养动物细胞时，培养液添加血清后需进行高压蒸汽灭菌 6．（2024·江苏·高考真题）我国科学家利用人的体细胞制备多能干细胞，再用小分子TH34成功诱导衍生成胰岛B细胞。下列相关叙述错误的是（　　） A．基因选择性表达被诱导改变后，可使体细胞去分化成多能干细胞 B．在小分子TH34诱导下，多能干细胞发生基因突变，获得胰岛素基因 C．衍生的胰岛B细胞在葡萄糖的诱导下能表达胰岛素，才可用于移植治疗糖尿病 D．若衍生的胰岛B细胞中凋亡基因能正常表达，细胞会发生程序性死亡 7．卡铂为广谱抗肿瘤药，能抑制DNA的复制。卡铂微溶于水，溶液中的CI-会促进其分解，临床上用5％葡萄糖溶液与卡铂制成卡铂试剂后注射治疗，为探究卡铂的抗肿瘤效果，设计的相关实验如下所示，下列有关分析正确的是（     ） A．用于培养宫颈癌细胞的培养液中不需要添加血清等天然成分 B．M为5％葡萄糖溶液，①②组中的葡萄糖溶液均可用生理盐水代替 C．细胞培养过程中通入的混合气体含5％的CO2，目的是刺激细胞呼吸 D．本实验的预期结果为①组的癌细胞数目高于②或③组的癌细胞数目 8．肺类器官拥有类似支气管和肺泡的结构，与人肺部组织结构功能相似。目前肺类器官主要有两种培养方式：一是诱导多能干细胞生成：二是将肺上皮干细胞与筛选后的体细胞进行共培养（过程如图所示）。下列叙述错误的是（     ） A．肺上皮干细胞的分化程度高于ES细胞，但也能够分化形成各种细胞 B．肺上皮干细胞增殖分化成肺类器官A和B的实质是基因的选择性表达 C．培养肺类装配体的过程中，需要定期更换培养液以便清除代谢废物 D．肺类装配体的HLA与自身细胞相同，自体移植不会发生免疫排斥反应 9．ips细胞被称为诱导多能干细胞，可通过转入相关因子来制备。ips细胞最初是由成纤维细胞转化而来，后来发现已分化的T细胞，B细胞也能被诱导成该类细胞。下列说法不正确的是（　　） A．导入的物质可以是DNA，蛋白质，还可以用小分子物质来诱导 B．干细胞的体外培养需要在无菌的CO2培养箱中进行 C．胚胎干细胞和ips细胞的优点是分裂能力强，分化程度低 D．干细胞具有全能性，能分化成成年动物体内的任意一种类型的细胞 二、非选择题 10．诱导多能干细胞（iPS细胞），因为诱导过程无须破坏胚胎，而且iPS细胞可来源于病人自身体细胞，因此iPS细胞应用前景优于胚胎干细胞。下图为iPS细胞的获得及用其培育不同种细胞的示意图（c-Myc、Klf4、Sox2和Oct3/4基因与细胞分化方向改变有关）。请回答下列问题。 (1)在对成纤维细胞进行培养时，常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，不用胃蛋白酶的原因是 。培养过程通常加入血清等一些天然成分的原因是 。 (2)培养iPS细胞培养基中应含有细胞所需的各种营养物质，并定期更换培养液。定期更换培养液的目的是 。将细胞置于95%空气和5%CO2的混合气体环境培养的原因是 。 (3)过程③④为iPS细胞提供的条件不同，分化得到的细胞不同，可知细胞分化是 的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内的优势是 。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$