第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养-【精讲精练】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步学习方案（人教版2019）

生物学·选择性必修3 生物技术与工程(配BJ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 科学思维 2.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 必备知识 课前预习·自主落实 素养初成 梳理教材。 2.相关概念 一、动物细胞培养的条件 (1)细胞贴壁:悬液中分散的细胞往往贴附 1.动物细胞培养的概念:指从动物体中取出 在培养瓶的瓶壁上 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 (2)接触抑制.当贴壁细胞分裂生长到表面 的技术。 相互接触时, 和 的现象。 2.动物细胞培养的条件 (3)原代培养:指动物组织经处理后的 成分 、无机盐。 营养 ### 合成培养基→通常需要加入 等一 些天然成分 培养基→不加凝固剂(琼脂) (4)传代培养:分瓶后的细胞培养。 和所有0 需要对 无荫 进行灭 /荫处理 无毒的 温蓝提示 环境 下进行操作 需要定期更换培养液,防止细胞代诲 使用膀蛋白晦时,要控制好作用时间,因为 物积累对细胞自身造成危害 携蛋白晦不仅能分解细胞间的蛋白质,长时间 哺动物细胞培养的温度多以 为宜 温度 多数动物细胞生存的适宜pH为 pH和 作用还会分解细胞膜上的蛋白等,对细胞造成 渗透压 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 过损伤。 作用,是细胞代谢所必需的 主要co.作用,维持培养液的 三、干细胞培养及其应用 保证 通常采用 或 ,并将 措施 广它们置于含有95%空气和5%CO。的 1.肠胎干细胞 混合气体的 中进行培养 存在 二、动物细胞培养的过程 中 1.过程 具有分化为成年动物体内的 的 作用 取动物组织 -细胞,并进一步形成机体的所有 用机械的方法并用 (或 的潜能 I胶原蛋白梅)等处理 目前科学家已经分离了免、牛、猴和人等的ES细 [分散成单个细胞 成果 -胞,并证明了ES细胞可以在体外分化成_ 制成细胞悬液 神经元和___等细胞 培养问题细胞分裂受阻 2.成体干细胞 悬浮生长 贴壁生长 存在 .原因 &甚计程 原因 组织或器官内 细胞密度过大。 分瓶 积累和营 分类 造血干细胞。 和精原干细胞等 养物质缺乏等 作用只能分化成 胞 ,不具有发 解决 育成完整个体的能力 38 第2章 细胞工程 3.诱导多能干细胞 导分化的细胞,无论在体外还是移植到体 内,都具有很强的扩增能力。结合所学知 概念 科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞 一获得了类似 的一种细胞 识判断: 将它称为诱导多能干细胞 (1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能 一借助载体将 导入细胞中 性 制备 ) 一直接将 导入细胞中 方法 (2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁 一利用 等来诱导形成 上可形成多层细胞 C ) 胞 应用 用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管 疾病等领域的研究取得了新进展 (3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集,贴 诱导过程无须破坏肠胎,而且iPS细胞 壁细胞需要用蛋白梅等处理后再用离心 优点 可以来源于病人自身的体细胞,将它 法收集 ) 移植回病人体内后,理论上可以避免 免疫排斥反应 (4)造血干细胞是发现最早、研究最多、应 生活 用也最为成熟的一类成体干细胞,主要存 在于成体的骨髓、外周血和胳带血中 目前,体外分离和培养肠胎于细胞的 ( ) 实验方法已经很成熟,它们可以被大量培 (5)不同类型的干细胞,它们的分化潜能完 养和扩增,并定向分化为随岛细胞、心肌纸 全相同 ( ) 胞等多种不同类型的细胞。肠胎干细胞诱 关键能力 课堂探究·重难突破 素养培优 探究点一 动物细胞培养的条件及过程 (3)进行动物细胞传代培养时用陕蛋白酸 I情境探究 分散细胞,说明细胞间的物质主要是什么? 如图是动物细胞培养的基本过程示意图。 用胃蛋白晦可以吗?为什么? 探究下列问题。 .... A C D (1)动物细胞培养过程需要什么样的条件? 微思考 动物细胞培养和植物组织培养一样可以获 得完整个体吗? (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,哪些细胞更易于培养?为什么 39 生物学·选择性必修3 生物技术与工程(配BJ版) 归纳总结 I典题精练 1.动物细胞培养过程中“两次”使用肤蛋白晦的 1.(2024·德州期末)如图所示为动物细胞培 作用 养的基本过程,下列关于甲、乙、丙、丁四个 (1)第一次:用膀蛋白晦处理动物组织,目的是把 操作过程的叙述,正确的是 ( ) 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,用膀 蛋自晦处理使其从瓶壁上脱离下来,然后将其分 ☆ 乙 丙 丁 散到多个培养瓶中继续进行培养,即传代培养。 2.原代培养与传代培养 A. 甲过程可选取动物个体的任何组织细胞 (1)原代培养:细胞悬液第一次在培养瓶中培养 B. 乙过程可用纤维素晦和果胶处理细胞 分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初 C. 丙过程所用培养液中需添加动物血清 次培养。 D.丁过程中的细胞因接触抑制而大量死亡 (2)传代培养,贴满瓶壁的细胞需要重新用腰蛋白 2.(2024·保定调研)在进行动物细胞培养 晦等处理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖,这 时,需要 ( ) 样的培养过程通常被称为传代培养。10代以内的 A.用胃蛋白梅处理以获得单细胞悬液 细胞可保持正常的二倍体核型。细胞传至10~50 B.充入5%CO。以刺激细胞正常呼吸 代左右时,会出现核型异常,细胞增殖会明显减缓 C.加入经高压蒸汽灭菌的血清以提供营养 甚至完全停止。当继续传代培养时,少部分细胞会 克服细胞寿命的自然极限,获得不死性。 D.定期更换培养液以清除代谢产物 探究点二 干细胞培养及其应用 (2)诱导多能干细胞用于治疗人类的某些 I情境探究 顽症的原理是什么? 下图为iPS细胞的培养和利用过程,探究 下列问题。 取成维细等因析 #) (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? 血细胞 iPS细胞 岛细胞 #。 分化 肝细胞心肌细胞 (1)1→2过程的实质是什么? 微思考 为什么iPS细胞的应用前景优于干细胞? 40 第2章 细胞工程 A.a过程可表示于细胞的自我更新 归纳总结 B.b、c过程表示干细胞具有分化能力 三种干细胞的比较 C.a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况 名称 全能干细胞 多能干细胞专能干细胞 不同 具有分化为成 D.a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变 年动物体内的 具有分化成多;只能分化成 任何一种类型 4.(不定项)(2024·邢台期末)骨略肌中的肌 种细胞或组织 的细胞,并进 某一种类型 的潜能,但不 或功能密切 一步形成机体 肉干细胞具有制造新肌肉组织的强大能 能发育成完整 的所有组织和 相关的两种 的个体 类型的细胞 器官甚至个体 力;而且还可以不断分裂产生更多的干细 的潜能 胞。但是它们的相关能力会随着年龄的增 举例肠胎干细胞 造血千细胞 神经干细胞 长而减弱。最新研究发现,所有衰老的朋 造血干细胞移 肉干细胞中都存在一种GASI蛋白,而幼 植是治疗血液 通过神经干 用于病人的 细胞移植治 嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人 器官移植等 系统疾病,遗 传性血液病等 疗脑雍,头声 外伤等病症 为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋 的有效手段 白,肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复。 典题精练 下列相关叙述错误的是 7 ) A. 肌肉于细胞制造新肌肉组织是于细胞 3.(2024·焦作调研)动物和人体内具有分裂 全能性的体现 和分化能力的细胞称为干细胞。对下图的 ( ) 相关叙述中,错误的是 B. 幼嫩肌肉于细胞和衰老肌肉于细胞中 干细胞 的遗传信息相同 C. GASI蛋自会抑制肌肉干细胞的有丝 分裂 D.衰老肌肉干细胞中的活性均比幼嫩 肌肉干细胞中的低 查漏补缺 随堂巩固·基础夯实 素养提升 [课堂小结] [课堂巩固] 1.下列动物细胞培养过程中,属于原代培养 充足的营养 的是 的环境 ) 糕) 条件 适宜的温度、pH和 A. 用蛋白晦使组织分散成单个细胞的 适宜的气体环境 过程 取材→制备细胞悬浮液 原代 B.从机体取得细胞后立即进行培养的 过程 培养。 过程 胎 与分 有 C.出现接触抑制现象后接下来的细胞培 干细胞 干细胞 化潜能,与组织 养过程 培养及 器官的发育、再 成体 其应用 生和 有关 D.哺孔动物细胞在培养基中的悬浮生长 干细胞 过程 41 ·生物学·选择性必修3 生物技术与工程(配RJ版) 2.动物细胞培养和植物组织培养的主要区 B.培养iPS细胞需提供95%氧气和5% 别是 _ CO。的混合气体 A.动物细胞培养是培养单个细胞,植物组 C.由病人体细胞诱导产生的PS细胞进行 织培养是培养组织 自体移植理论上可避免发生免疫排斥 B.动物细胞培养可以传代,而植物组织培 D.iPS细胞具有分裂活性,用它进行治疗 养不能传代 时可能存在分化成触耀细胞的风险 C.动物细胞培养所用的培养基的成分与 5.回答下列与动物细胞培养有关的问题 植物的不同 (1)动物细胞的体外培养需要满足营养物 D.动物细胞培养过程中可发生遗传物质 质的供应,适宜的温度、pH和渗透压, 的改变,而植物组织培养不能 的环境以及气体环境。细胞培养 3.(2024·日照期中)下列有关干细胞的叙 所需气体主要有 述,错误的是 __ (2)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分 A. 自体干细胞移植通常不会引起免疫排 裂生长到细胞表面 时,细胞会停 斥反应 止分裂增殖,这种现象称为细胞的 B.肠胎干细胞在体外培养能增殖但不能 此时,瓶壁上形成的是 层 被诱导分化 细胞。 C.组织细胞更新包括细胞凋亡和细胞增 (3)随着传代数的增多,绝大部分细胞分裂 殖分化等过程 停止,进而出现 现象;但极少数细 D.造血于细胞具有分化出多种血细胞的 胞突变后可以无限增殖,细胞之间的黏着 能力,可用于治疗白血病 性 ,细胞膜表面蛋白质(糖蛋白) 4.科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞获得 的含量 一种类似肠胎干细胞的细胞,具有活跃的 (4)动物细胞培养和植物组织培养过程中, 分裂能力,称为诱导多能干细胞(简称iPS 动植物细胞都要进行分裂增殖,不同的是 细胞),下列叙述错误的是 _ __ 植物细胞还要进行 A.iPS细胞具有很高的全能性,且诱导过 请完成[知能达标训练]作业(七) 程无须破坏肠胎 42第2节 (3)提示 动物细胞工程 通过干细胞体外诱导分化,可以培 第1课时 动物细胞培养 育出人造器官,从而解决供体器官不足的问 题。又由于人造器官是自身细胞经诱导分化 课前预习·自主落实 [梳理教材] 形成的,所以可以避免免疫排斥反应。 [微思考] 一、1.单个细胞 生长 增殖 2.糖类 氢基酸 维生素 血清 液体 培养液 培养用具 提示 ①iPS细胞诱导过程不破坏豚胎,因此 无菌环境 36.5士0.5C 7.2~7.4 O 不涉及伦理问题;②iPS细胞可以来源于病人 pH 培养I 松盖培养瓶 CO培养箱 自身的细胞,理论上可以避免免疫排斥反应。 二、1.蛋白晦 原代 有害代谢物 接触抑制 [典题精练] 传代 2.(2)细胞停止分裂增殖 ( (3)初次 3.D a过程可表示干细胞的自我更新,千细胞通 培养 过细胞分裂产生新的干细胞,A正确;b、c过程 三、1.早期肠胎 任何一种类型 组织和器官甚 表示干细胞具有分化能力,可以分化出特定功 至个体 心肌细胞 造血干细胞 2.成体 能的细胞,B正确;a、b、c过程中细胞的遗传信 神经干细胞 特定的细胞或组织 3.肠胎干 息表达情况不同,即发生了基因的选择性表达, 细胞 特定基因 特定蛋白 小分子化合物 C正确;a、b、c过程中遗传物质未发生改变, [走近生活] D错误。 (1)X(2)× (3)(4)(5)× 4.AD 肌肉干细胞制造新肌肉组织的过程没有 课堂探究·重难突破 形成新个体或分化为各种细胞,没有体现干细 探究点一 [情境探究 胞的全能性,A错误;细胞分化不改变细胞的 (1)提示 动物细胞培养需要细胞所需的各种 遗传物质,同一个体的体细胞中的遗传信息相 营养物质,无菌、无毒的环境,适宜温度、pH和 同,B正确;由题意推知GASI蛋白会抑制肌肉 渗透压,适宜气体环境等条件。 干细胞的有丝分裂,C正确;衰老细胞中的大多 (2)提示 幼龄动物的细胞和分化程度低的细 数晦活性低,D错误。 胞更易培养,因为这些细胞分裂能力强。 (3)提示 蛋白质;不可以;多数动物细胞生存 随堂巩固·基础夯实 [课堂小结] 的适宜pH为7.2~7.4,置蛋白(适宜pH为 无菌、无毒 渗透压 传代培养 1.5左右)在此环境中没有活性,而膀蛋白晦在 自我更新 此环境中活性较高,因此蛋白晦适用于细胞 修复 培养时使用。 [课堂巩固] [微思考] 1.B 在原代培养和传代培养细胞过程中,都会 提示 动物细胞培养时细胞只进行生长和增 用到滕蛋白晦,使组织分散成单个细胞,A错 殖,不能得到完整个体,但是植物组织培养可 误;从机体取得细胞后立即进行培养的过程是 以获得完整个体。 原代培养,B正确;出现接触抑制现象后,接下 [典题精练] 来的细胞的培养过程是传代培养,C错误;无论 1.C 甲过程可选取动物个体的肠胎或幼龄动物 是原代培养还是传代培养,细胞都有在培养基 的器官(或组织),A错误;乙过程可用蛋白醇 中的悬浮生长过程,D错误。 或胶原蛋白晦处理细胞,B错误:由于人们对细 2.C 动物细胞培养和植物组织培养都有细胞分 胞所需的营养物质尚未完全研究清楚,因此在 裂过程,因而细胞与组织均能传代:二者所用培 使用合成培养基时,通常需要加入血清等一些 养基的成分都有营养物质,但动物细胞培养需 天然成分,C正确;丁过程中的细胞因接触抑制 要血清,而植物组织培养不需要血清;植物组织 而影响细胞增殖,并不会大量死亡,D错误。 2.D 用膝蛋白晦或胶原蛋白晦处理以获得单细 培养与动物细胞培养过程中,由于受外界环境 胞悬液,A错误;充入5%CO。是维持培养液的 条件的影响,细胞分裂时也可能发生基因突变。 pH,B错误;加入血清为动物细胞提供营养,高 染色体变异而引起遗传物质改变。 压蒸汽灭菌会破坏血清中的活性成分,C错误; 3.B 自体干细胞移植过程中,干细胞来自患者 定期更换培养液以清除代谢产物,D正确。 本身,不会发生免疫排斥反应,A正确;若给予 探究点二 [情境探究] 适宜的外界环境条件,肠胎干细胞在体外也能 (1)提示 基因的选择性表达。 被诱导分化,B错误;组织细胞更新过程包括细 (2)提示 诱导多能干细胞具有发育的全能性, 胞分裂增加细胞数量和细胞分化增加细胞种 可以被诱导分化形成新的组织细胞,经移植可使 类两个主要方面,同时也有基因控制的细胞自 坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。 动结束生命的过程,即细胞凋亡,C正确;造血 干细胞属于多能干细胞,能分化成各种血细 (2)提示 仅用两个细胞进行融合,其效率太低 胞,通过移植造血干细胞,可治疗白血病, 不一定能得到杂交细胞。更重要的是,当多个细 D正确。 胞进行细胞间融合时,即使两个细胞发生融合,也 4.B 诱导获得iPS细胞的过程无须破坏肠胎,不 不一定是研究者期望得到的细胞类型。 存在早期生命的破坏或抛弃过程,不涉及伦理 (3)提示 相同点:二者都可以采用PEG融合法。 问题,A正确;培养iPS细胞时需提供95%空 电融合法等方法进行促融。不同点:动物细胞融 气(提供氧气,有助于细胞呼吸)和5%CO。(有 合还可以采用灭活病毒诱导法进行促融 助于维持培养液的pH)的混合气体环境,B错 [微思考] 误;用自身iPS细胞进行治疗的病人,一般不会 提示 染色体数目变异。 发生免疫排斥反应,C正确;由于iPS细胞具有 [典题精练] 活跃的分裂能力,若不受控制可能转化为癌细 1.B 图中C为灭活的病毒,此外还可用物理或 胞,所以用它进行治疗时可能存在安全风险, 化学方法诱导动物细胞融合,A正确;图中① D正确。 过程发生了细胞膜的融合,体现了细胞膜的流 5.解析 (1)动物细胞的体外培养条件包括营养 动性,B错误;图中②过程表示细胞核融合形成 物质的供应,适宜的温度、pH和渗透压,无菌、 杂种细胞,C正确;利用动物细胞融合技术将小 无毒的环境以及气体环境。细胞培养所需气 鼠骨髓痛细胞和B淋巴细胞融合为杂交瘦细 体主要有O。和CO。,O。是细胞代谢所需,CO。 胞,可用于生产单克隆抗体,D正确。 的主要作用是维持培养液的pH。(2)在动物 2.D 动物细胞融合前要用膝蛋白晦或胶原蛋白 细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到细胞 晦将组织分散成单个细胞,A正确;动物细胞 表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,该现 融合的原理是细胞膜的流动性,B正确;融合后 象为细胞的接触抑制。此时,瓶壁上形成单层 得到的杂交细胞具有两个或多个亲本细胞的 细胞。(3)随着传代数的增多,绝大部分细胞分 遗传信息,C正确;融合后得到的杂交细胞只有 裂停止,进而出现衰老甚至死亡的现象;但极 一个细胞核,D错误。 少数细胞突变后可以无限增殖。细胞之间的 探究点二 [情境探究] 黏着性降低,细胞膜表面蛋白质的含量减少。 (1)①骨髓痛细胞 ②杂交痛细胞 ③产生所 (4)动物细胞培养和植物组织培养过程中,动植 需抗体 物细胞都要进行分裂增殖,不同的是植物细胞 (2)3 未融合的亲本细胞 具有同种细胞核 还要进行脱分化和再分化。 (3)既能大量增殖又能产生特定抗体 答案 (1)无菌、无毒 O。和CO (2)相互 (4)小鼠形成的抗体对人体来说是抗原,存在 接触 接触抑制 单 (3)衰老甚至死亡 着排斥反应 降低 减少(4)脱分化和再分化 (5)将药物定向带到肥细胞所在位置 第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体 [典题精练 课前预习·自主落实 3.C 单克隆抗体的制备过程为①②③④ [梳理教材] 其中③到过程通常要经过两次筛选,即先筛 一、两个或多个细胞 细胞膜的流动性 PEG融 选出杂交痛细胞,再筛选出能产生特定抗体的 合法 电融合法 有性杂交 单克隆抗体 杂交痛细胞,A、D正确;④过程是将杂交溜细 二、1.(1)抗原 2.(1)增殖 无限增殖 特定 胞注入小鼠体内培养,杂交痛细胞无限增殖, 抗体(2)杂交细胞 阳 也称为克隆化培养,B正确;③过程获得的细胞 [走近生活] 不都能无限增殖,如B淋巴细胞自身融合的细 (1) (2)× (3)×(4) (5)× 胞不能无限增殖,因此还需要用选择培养基进 课堂探究·重难突破 行筛选,C错误。 探究点一 [情境探究] 4.BCD 图示①步骤中需反复用CD47处理小 (1)提示 ①灭活的病毒能使细胞膜上的蛋白 鼠,使小鼠体内产生更多的能分必抗CD47抗 质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细 体的B淋巴细胞,A错误;图示③步骤中需要 胞发生融合。把两个动物细胞放在一起,用灭 对杂交痛细胞进行两次筛选,第一次筛选可以 活的病毒处理后,先细胞膜融合,然后细胞质 选择出杂交痛细胞,第二次筛选应用了抗原 融合,最后细胞核融合,进而形成杂交细胞。 抗体特异性结原理,选择可以分必抗CD47抗 ②不灭活的病毒会感染细胞,因而不能用于诱 体的杂交痛细胞,两次筛选原理不同,B正确; 导细胞融合。 图示②步骤中可以利用PEG融合法促进细胞