2.2.1动物细胞培养课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 第一课时　动物细胞培养 对医学中的生物学现象，进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 米歇尔在被洗澡的热水烫伤时还不到1岁，她的手臂和腿部大面积烫伤，医生从米歇尔未受伤的皮肤上取了少许样本，并将皮肤细胞在体外培养。 三四个星期后，细胞增殖并形成很薄的皮肤组织，这些薄薄的“皮肤”移植后足以覆盖米歇尔的伤口。几个星期后，米歇尔的皮肤愈合，这种通过细胞培养技术得到的“皮肤”挽救了米歇尔的生命。 思考： （1）培养皮肤细胞需要什么条件？ （2）所有的细胞在体外都能培养成功吗？ 1.阐明动物细胞培养是从动物体中获得相关组织,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 2.简述干细胞在生物医学工程中广泛的应用价值 1.概述动物细胞培养需要的基本条件有哪些。（生命观念） 2.简述动物细胞培养的基本操作过程。（科学思维） 3.说出干细胞的分类及作用。（生命观念、社会责任） 一、动物细胞培养的条件 1．概念：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 的技术。 2．条件 (1)营养条件 ① 常用培养基的类型： 。 ② 成分：糖类、氨基酸、无机盐、维生素、 等。 (2)无菌无毒的环境 ① 需要对培养液和所有培养用具进行 处理以及在 环境下进行操作。 ② 培养液还需要定期更换，以便清除代谢物，防止 。 单个细胞 生长和增殖 液体培养基 血清 灭菌 无菌 细胞自身造成危害 细胞代谢物积累对 (3)温度、pH和渗透压 ①哺乳动物细胞培养的温度多以 ℃为宜。 ②多数动物细胞生存的适宜pH为 。 ③ 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)气体环境：动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。 ①O2是 所必需的。 ②CO2的主要作用是维持培养液的 。 36.5±0.5 7.2～7.4 渗透压 细胞代谢 pH 1.为什么探究动物细胞培养时，要在培养基中加入血清、血浆等 天然成分？ 血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等，人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚。 2.动物细胞培养需要控制什么样的气体环境？各自起什么作用？ 95%空气加5%CO2。空气中的O2维持细胞代谢，CO2维持培养液的pH。 3.动物细胞培养液的主要成分与植物组织培养基相比有何独特之处？ 独特之处有两个：（1）液体培养基；（2）成分中有动物血清等。 ？ 对动物细胞培养进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 【例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使用合成培养基，但通常需要加入血浆、血清等天然成分 ④温度与动物的体温相近 ⑤因在二氧化碳培养箱中培养，故不需要O2 ⑥适宜的pH A.①②③④⑤⑥　 B.①②③④ C.①②④⑤⑥ D.①②③④⑥ 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、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需要加入血清、血浆等天然成分，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%空气和5%的CO2，⑤错误。 D 取动物组织 分散成单个细胞 解决方法 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 细胞密度过大 有害代谢物积累营养物质缺乏 接触抑制 传代培养 用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 细胞悬液 原代培养 分瓶 培养 加培养液 在培养皿 或培养瓶内 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集 细胞分裂受阻 ②制成细胞悬液，分瓶培养 ①收集细胞 二、动物细胞培养的过程 1．动物细胞培养取材时，一般是取胚胎组织或幼龄动物的组、 织或器官，请解释原因。 胚胎组织或幼龄动物的组织或器官分裂、增殖旺盛。 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成分？用胃蛋白酶可以吗？为什么？ 蛋白质。不可以。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶(适宜pH为2)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．培养瓶中的细胞培养到什么程度就不再分裂增殖？ 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。 ？ 对生物学现象进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 【例2】（2024·齐齐哈尔高二检测）下图为肾脏上皮细胞培养过程示意图，下列有关叙述正确的是（　 ） A.乙、丙、丁过程所需培养液成分不同 B.该培养过程适宜的pH为7.2～7.4，适宜温 度为28℃ C.甲材料需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等方法处理 D.丁过程为传代培养，没有接触抑制现象 原代培养和传代培养所需的营养成分相同，其中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等，A错误；该培养过程适宜的pH为7.2～7.4，适宜温度为36.5±0.5℃，B错误；甲材料需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等方法处理，分散成的单个细胞悬液，C正确；丁过程为传代培养，存在接触抑制现象，D错误。 C 动物细胞培养的两点警示 1.培养动物细胞时没有脱分化的过程,因为高度分化的动物细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力。 2.不是所有的细胞在增殖过程中都存在接触抑制,如癌细胞可以无限增殖,不受细胞接触抑制的影响。 【易错提醒】 【归纳提升】 1.动物细胞培养过程中酶的处理: (1)用酶“两次”处理的目的:分散成单个细胞。(2)使细胞分散开的原因。①保证细胞所需要的营养供应。②保证细胞内有害代谢物的及时排出。(3)由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4,而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为1.5,因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。 研究动物细胞培养条件，体现了科学思维的核心素养。 （1）细胞贴壁和接触抑制 ★细胞贴壁：将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜环境中培养，悬液中分散的大多数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。 ★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。 （2）原代培养和传代培养 ★原代培养（第一次）：用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法，对动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养。 ★传代培养（第二次）：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶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培养。 对几个概念进行比较，体现了科学思维的核心素养。 2.两组概念比较 3.植物组织培养和动物细胞培养比较 项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基 过程 　　　 ↓ 　　　 ↓ ↓ 　　　 ↓ 　　 　　 ↓ 　　 　　　 ↓ 　　 结果 相同点 胰蛋白酶 植物细胞的全能性 (半)固体培养基 细胞增殖 液体培养基 新的植株 外植体 愈伤组织 脱分化 再分化 植物体 机械法或酶 细胞悬液 动物的组织 胚状体 原代培养 传代培养 新的细胞 ①两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称为“克隆”,都不涉及减数分裂。 ②均需要无菌操作、无菌培养,需要适宜的温度、pH等条件。 三、干细胞培养及其应用 1．存在：干细胞存在于 、骨髓和 等多种组织和器官中。 2．功能：在一定条件下，干细胞可以分化成 。 3．分类：包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 (1)胚胎干细胞 ①存在： 中。 ②功能：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 甚至个体的潜能。 早期胚胎 脐带血 其他类型的细胞 早期胚胎 任何一种类型 组织和器官 (2)成体干细胞 ①存在：存在于成体 内。 ②类型：造血干细胞、神经干细胞和 干细胞等。 ③功能：成体干细胞具有组织 ，只能分化成特定的细胞或组织， 不具有发育成 的能力。 组织或器官 精原 特异性 完整个体 4．应用 (1)将正常的造血干细胞移植到病人体内，恢复病人的 和 功能。 (2)神经干细胞在治疗 损伤和神经系统退行性疾病方面有重要 的应用价值。 (3)科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了 ，并用该细 胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。 造血 免疫 神经组织 iPS 细胞 1．干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？举例说明。 干细胞具有自我更新能力及分化潜能，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。 例如，将正常的造血干细胞移植到病人体内，恢复病人的造血和免疫功能，已成为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的一种重要手段；神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病方面有重要的应用价值。 对干细胞的概念进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 ？ 2.诱导iPS细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后的免疫 排斥问题？ ★通过iPS细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决供体器官不足问题。 ★由于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，理论上可以避免免疫排斥反应。 对干细胞的概念进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 【归纳提升】 不同干细胞的比较 项目 来源或存在 功能、特点 局限性 胚胎干细胞(ES细胞) 成体干细胞 诱导多能干细胞(iPS细胞) 早期胚胎 成体组织或器官，如造血干细胞、神经干细胞和精原干细胞等 具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织 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 需从胚胎中获取， 涉及伦理问题，限 制了它在医学上的 应用 不具有发育成完整个体的能力 体外诱导体细胞产生 能分化成为具有特定功能的细胞来治疗疾病，无须破坏胚胎，且避免免疫排斥反应 技术不成熟 【例3】（多选）科学家利用实验鼠(二倍体)成功培育出单倍体胚胎干细胞，胚胎干细 胞能够分化成各种组织和器官，这将提高基因研究的准确性。下列叙述正确的是 (　 　) A．单倍体胚胎干细胞最可能由卵细胞直接发育形成 B．胚胎干细胞能够分化成各种组织器官，具有发育的全能性 C．iPS类似于胚胎干细胞，最初是由纤维细胞转化而来的 D．单倍体胚胎干细胞没有同源染色体，所有细胞中只有一个染色体组 二倍体生物的卵细胞只含有一个染色体组，所以单倍体胚胎干细胞最可能由卵细胞直接发育形成，A正确；胚胎干细胞的功能特点是具有发育的全能性，能够发育成各种组织器官，B正确；iPS类似于胚胎干细胞，由体外诱导体细胞产生，最初是由纤维细胞转化而来的，C正确；二倍体的配子发育形成的单倍体没有同源染色体，有一个染色体组，但有丝分裂后期有两个染色体组，D错误。 ABC 营养条件 动物细胞培养 干细胞 无菌无毒 功能 胚胎干细胞 成体干细胞 培养条件 培养过程 存在 原理 分类 应用 温度、PH和渗透压 过程 1．下列关于用动、植物体的体细胞进行离体培养的做法，叙述正确的是(　　) A．都要在无菌条件下进行 B．都需用液体培养基 C．都需用CO2培养箱 D．都可体现细胞的全能性 A 为了避免杂菌污染，动、植物体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行，A正确；动物体的体细胞离体培养用液体培养基，植物细胞培养可用固体培养基，B错误；动物体的体细胞需要用CO2培养箱，不能体现细胞的全能性，植物体的体细胞离体培养不需要用CO2培养箱，能体现细胞的全能性，C、D错误。 2.（多选）关于iPS细胞的研究是生物医学领域的热门课题，相关说法正确的是 ( ) A.人体已经分化的体细胞经过激素的诱导可产生iPS细胞 B.iPS细胞的产生类似于植物组织培养中的脱分化的过程 C.iPS细胞经过诱导培养可产生特定功能的细胞用于疾病的治疗 D.病人对自身的iPS细胞诱导产生的细胞或组织也会产生免疫排斥反应 BC 人体已经分化的体细胞诱导产生iPS细胞的方法是导入特定的基因或蛋白，不是由激 素诱导，A错误；iPS细胞来源于内细胞团或原始性腺，故是由受精卵的经分裂和分化形成的，故生类似于植物组织培养中的脱分化的过程，B正确；iPS细胞经过诱导培养可发生分化产生特定功能的细胞用于疾病的治疗，C正确；病人对自身的iPS细胞诱导产生的细胞或组织不会产生免疫排斥反应，D错误。 3.（2024·浙江1月选考）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 A ①加消化液的目的是使细胞分散开来，A错误；②加培养液，为细胞增殖提供营养物质，因此目的是促进细胞增殖，B正确；③分装时需调整到合适的细胞密度，因为若密度过大细胞直接仍存在接触抑制，C正确；动物细胞培养需要无菌无毒环境，因此整个过程需要在无菌、无毒条件下进行，D正确。 4．某研究小组进行药物实验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题。 (1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量______。 (2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是______________ _______________________。细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用 是 。 多 （1）无限增殖是癌细胞的特点之一，相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。（2）动物细胞培养需提供无菌环境，如向培养液中加入适量的抗生素可防止细菌的污染；需提供一定的营养，如向培养基中加入适量血清，以便补充合成培养基中缺乏的物质；需提供一定的气体环境，如向恒温培养箱中加入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。 合成培养基中缺乏的物质 血清可以补充 维持培养液的pH　 (3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长________。药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更_____。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要用__________处理。 (4)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_________。 停止 多 胰蛋白酶 抗生素 （3）在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，出现接触抑制，其生长就会停止。甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞，甲细胞能无限增值，比乙细胞可以传代的次数多。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，为了使细胞分散开来，需要用胰蛋白酶处理。（4）抗生素能够杀死病毒和细菌，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。 $$