第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（人教版 单选版）

第2节　动物细胞工程 【学习目标】 1.阐明动物细胞培养的条件和过程;阐述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 2.举例说出动物细胞融合的概念、原理及应用。 3.阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程,认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值。 4.概述动物细胞核移植技术的含义、类型和基本过程;简述体细胞核移植技术的应用前景。 第1课时　动物细胞培养 聚焦·学案一　动物细胞培养的条件和过程 [学案设计] (一)结合教材初步认识动物细胞培养的条件和过程 1.动物细胞工程常用技术 (1)常用技术:动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等。 (2)基础:动物细胞培养。 2.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)条件 (3)完善有关动物细胞培养过程的示意图 　　[特别提醒] ①分散细胞时不能用胃蛋白酶:胃蛋白酶的最适pH是1.5,而多数动物细胞培养的pH为7.2~7.4,胃蛋白酶在此pH下没有活性。 ②分散细胞时处理时间不宜过长,否则会对细胞膜造成伤害。 ③分散成单个细胞后容易培养,细胞所需的营养容易供应,其代谢废物容易排出。分散成单个细胞培养,还使得在细胞水平操作的技术容易实现。 |情|境|探|究|思|考| 　　如图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据图回答: (1)动物细胞培养时,除了添加糖类、氨基酸等必要的营养成分,往往还需添加血清等一些天然成分,请分析原因。 提示:人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚,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。 (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? 提示:含有95%空气和5% CO2的混合气体。空气中的O2维持细胞代谢,CO2维持培养液的pH。 (3)动物细胞培养时,为什么要将动物组织分散成单个细胞? 提示: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。 (4)培养瓶中的细胞培养为什么要进行传代培养? 提示:随着原代培养的进行,细胞密度过大、有害代谢物积累和营养物质缺乏以及贴壁生长会出现接触抑制,细胞会逐渐停止分裂增殖,因此要传代培养。 (5)在动物细胞培养过程中,细胞有哪些生长类型?是否都会出现接触抑制现象? 提示:在动物细胞培养过程中,会出现悬浮生长和贴壁生长两种类型,其中贴壁生长的类型会出现接触抑制现象。 (二)深化理解与动物细胞培养相关的两组概念和一种技术 1.细胞贴壁和接触抑制 细胞 贴壁 体外培养的动物细胞有些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,称为细胞贴壁 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,这种现象称为细胞的接触抑制 2.原代培养和传代培养的区别 区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。 (1)第一次:用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理,使其分散成单个细胞后进行培养,为原代培养。 (2)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,为传代培养。 3.植物组织培养与动物细胞培养的对比分析 项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞全能性 细胞增殖 培养基 类型 固体或 半固体培养基 液体培养基 成分 矿质元素、蔗糖、维生素、氨基酸、植物激素等 无机盐、糖类、维生素、氨基酸、血清等 取材 植物幼嫩部位或花药等 动物体中取出的相关的组织,将它分散成单个细胞 主要过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 相同点 ①都需要人工条件下的无菌操作,无菌培养;②都需要配制合成培养基;③都需要适宜的温度、pH等条件 [迁移训练] 1.(2025·广东高考)将人眼睑成纤维细胞传代培养后,再培养形成支架,在该支架上接种人口腔黏膜上皮细胞,培养一段时间后分离获得上皮细胞片层,可用于人工角膜的研究。上述过程不涉及 (　　) A.制备细胞悬液 B.置于5%CO2等适宜条件下培养 C.离心收集细胞 D.用胰蛋白酶消化支架后分离片层 解析:选D　动物细胞培养时,为增大细胞与培养液的接触面积,需要制备细胞悬液,A不符合题意;应将动物细胞置于5%CO2等适宜条件下培养,其中5%的CO2可维持培养液的pH,B不符合题意;在成纤维细胞传代培养过程中需要通过离心收集细胞,C不符合题意;不能用胰蛋白酶消化支架,以避免将上皮细胞片层分离成单独细胞,D符合题意。 2.(2025·吉林模拟)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.甲过程需要对实验小鼠进行消毒 B.乙过程需要用胰蛋白酶等处理皮肤组织,使细胞分散开 C.丙过程表示原代培养,该过程中会出现接触抑制现象 D.丁过程表示传代培养,此过程中的细胞分瓶后能无限增殖 解析:选D　离体动物细胞培养需要无菌、无毒的环境,甲过程表示从实验小鼠身上取下皮肤组织,该过程需要对小鼠进行消毒,A正确;皮肤细胞培养前需用胰蛋白酶等处理皮肤组织使细胞分散开,并制成细胞悬液,B正确;丙过程表示原代培养,该过程中会出现接触抑制现象,C正确;丁过程表示传代培养,但分瓶后,细胞并非都能无限增殖,D错误。 3.(2025·德州模拟)如图所示为动物细胞培养的基本过程,下列关于甲、乙、丙、丁四个操作过程的叙述,正确的是 (　　) A.甲过程可选取动物个体的任何组织细胞 B.乙过程可用纤维素酶和果胶酶处理细胞 C.丙过程所用培养液中需添加动物血清 D.丁过程中的细胞因接触抑制而大量死亡 解析:选C　甲过程可选取动物个体的胚胎或幼龄动物的器官(或组织),A错误;乙过程可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理细胞,B错误;由于人们对细胞所需的营养物质尚未完全研究清楚,因此在使用合成培养基时,通常需要加入血清等一些天然成分,C正确;丁过程中的细胞因接触抑制而影响细胞增殖,并不会大量死亡,D错误。 4.如图为科学家在实验室中培养“人造牛肉”的简要过程,下列相关叙述正确的是 (　　) A.“人造牛肉”的培养有利于牛肉的工厂化生产,但环境污染严重 B.用胃蛋白酶处理牛肌肉组织,获得分裂能力强的肌肉母细胞 C.生物反应器内应控制适宜的温度,并充入纯氧保证细胞呼吸 D.培养瓶中的肌肉母细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖 解析:选D　牛肉的工厂化生产可减少对土地、饮用水和饲料的需求,且温室气体等其他环境污染物也会减少,A错误;胃蛋白酶适宜在酸性较强的环境中发挥作用,而在动物细胞(牛肌肉组织)培养液中会变性失活,不能发挥作用,B错误;动物细胞培养的气体环境为95%空气和5% CO2,C错误;动物细胞培养过程中悬液中的细胞会很快贴附在瓶壁上,培养瓶中的肌肉母细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖,D正确。 聚焦·学案二　干细胞培养及其应用 [学案设计] 1.干细胞 分布 场所 早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中 作用 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 2.胚胎干细胞(ES细胞) 概念 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 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 成果 目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的ES细胞,并证明了ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞 3.成体干细胞 概念 成体组织或器官内的干细胞 类型 骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞、睾丸中的精原干细胞等 特点 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 应用 ①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: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) 4.诱导多能干细胞(iPS细胞) 功能 类似于胚胎干细胞 优点 诱导过程无须破坏胚胎,而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞,理论上可以避免免疫排斥反应 |情|境|探|究|思|考| 　　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。科学家通过体外诱导成纤维细胞,获得了类似于胚胎干细胞的一种细胞,称为诱导多能干细胞(简称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的体细胞,因此iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。如图为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等基因与细胞的脱分化有关)。回答下列问题: (1)在对成纤维细胞进行培养时,常用　　　　　　　　　　　　处理使之分散成单个细胞,　　　(填“能”或“不能”)用胃蛋白酶处理成纤维细胞,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)在培养iPS细胞的过程中,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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (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。 答案:(1)胰蛋白酶或胶原蛋白酶　不能　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变性失活　(2)清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害;补充营养物质　(3)基因与环境共同作用 　　[归纳拓展]　三种干细胞的比较 名称 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 具有分化成多种细胞或组织的潜能,但不能发育成完整的个体 只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞 举例 胚胎干细胞 造血干细胞 神经干细胞 应用 用于病人的器官移植等 造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段 通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)干细胞能分化成各种类型的细胞。 (×) (2)造血干细胞主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。 (√) (3)iPS细胞类似于胚胎干细胞,又称为诱导多能干细胞。 (√) (4)胚胎干细胞可以来源于早期胚胎,也可以来源于成熟个体。 (×) (5)神经干细胞可用于治疗帕金森病和阿尔茨海默病等。 (√) 2.某实验室做了下图所示的实验研究,下列相关叙述正确的是 (　　) A.过程②是诱导多能干细胞的形态、结构和遗传物质发生稳定性差异的过程 B.与纤维母细胞相比,经过程①形成的诱导多能干细胞的全能性较高 C.肝细胞、神经细胞、上皮细胞等细胞中基因组成相同,蛋白质完全不同 D.上述细胞中具有细胞周期的是诱导多能干细胞和神经细胞 解析:选B　②表示细胞分化过程,该过程会使细胞的形态、结构和功能发生稳定性差异,但不会改变细胞中的遗传物质,A错误;与纤维母细胞相比,经过程①形成的诱导多能干细胞的分化程度较低,其全能性较高,B正确;肝细胞、神经细胞、上皮细胞都是由诱导多能干细胞分裂、分化形成的,含有相同的基因,但不同细胞选择性表达的基因不同,因此细胞中所含蛋白质有所区别,但不是完全不同,C错误;神经细胞已经高度分化,不再分裂,不具有细胞周期,D错误。 3.目前肺类器官主要有两种培养方式:其一是诱导多能干细胞(iPS细胞)生成;其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.iPS细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织 B.肺类装配体的培养需要适宜的营养、温度、pH等基本条件 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 D.肺类器官A和B细胞中的DNA相同,RNA和蛋白质存在差异 解析:选A　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,iPS细胞类似胚胎干细胞,可以分化成各种细胞或组织,A错误;在体外培养动物细胞,需要满足相应的条件,所以肺类装配体的培养需要适宜的营养、温度、pH等基本条件,B正确;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;由题图可知,肺类器官A和B是由肺上皮干细胞增殖分化而来,细胞分化的实质是基因的选择性表达,所以肺类器官A和B细胞中的DNA相同,RNA和蛋白质存在差异,D正确。 4.我国科学家将小鼠孤雌单倍体胚胎干细胞和大鼠孤雄单倍体胚胎干细胞进行融合,获得异种杂合二倍体胚胎干细胞(AdESCs),并通过胚胎移植产生全为雌性个体的子代,技术路线如图。下列分析正确的是 (　　) A.单倍体胚胎干细胞可来自单倍体囊胚中的任何一个细胞 B.体外培养AdESCs时需在培养液中添加动物血清和干扰素等 C.子代全为雌性的原因可能是含Y染色体的胚胎干细胞致死 D.实验结果说明了小鼠与大鼠之间不存在生殖隔离 解析:选C　单倍体胚胎干细胞可来自单倍体囊胚中的内细胞团细胞,但不能来自囊胚中的滋养层细胞,A错误;体外培养AdESCs时需向培养液中添加动物血清等天然物质,以满足动物细胞对特殊营养物质的需求,但是不需要加入干扰素,B错误;根据题意,子代实际为精子和卵细胞的融合体,可能为XX,也可能为XY,子代全为雌性的原因可能是含Y染色体的胚胎干细胞致死,C正确;生殖隔离是指两个类群之间在自然条件下不交配,或者即使能交配也不能产生后代或不能产生可育后代,题中所述技术不能说明大鼠和小鼠之间不存在生殖隔离,D错误。 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.进行动物细胞传代培养时可用胰蛋白酶分散细胞,不能用胃蛋白酶替代胰蛋白酶的原因是胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.5,当pH大于6时,胃蛋白酶就会失活。胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2~8.4。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,而胰蛋白酶在此环境中活性较高,因此进行动物细胞传代培养时不能用胃蛋白酶替代胰蛋白酶。 2.若将病人的皮肤成纤维细胞诱导成iPS细胞,再使它转化为需要的细胞,用这些细胞给病人治病,不会产生免疫排斥反应的原因是iPS细胞来源于病人自身的体细胞。 3.利用镰状细胞贫血患者的成纤维细胞制备出iPS细胞,再将其诱导形成造血干细胞,最终输给患者。该过程不能治疗镰状细胞贫血的原因是患者体细胞的相应基因是突变的,制成iPS细胞仍然是突变的,分化成的细胞也是突变的,因此无法通过该方法治疗镰状细胞贫血。 三、综合检测反馈 1.(2024·黑吉辽高考)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 解析:选D　进行动物细胞培养时,需要含有95%空气和5%CO2的混合气体环境,培养皿不能密封,A错误;选取②的细胞进行传代培养比①更合理,B错误;由于成纤维细胞贴壁生长,贴壁生长的细胞需用胰蛋白酶处理,再用离心法收集细胞,然后进行传代培养,C错误;细胞密度过大时,产生的代谢废物较多,营养物质消耗较快,可能导致细胞增长进入平台期,D正确。 2.牙齿再生术的难点在于牙髓再生和牙周组织再生。我国某科研团队经历多年潜心努力,从患者脱落的乳牙中获取牙髓干细胞,经过体外培养,将形成的干细胞聚合体植入患者牙髓腔里,使得牙齿神经、血管再生,完全恢复牙齿原有功能。针对以上技术,下列叙述正确的是 (　　) A.此技术的原理与植物组织培养的原理相同 B.此技术需要适宜的温度(36.5 ℃)和pH(6.8~7.8) C.牙髓干细胞与胚胎干细胞一样都可以分化为成年动物体内任何一种类型的细胞,甚至产生个体 D.对于牙髓干细胞的培养过程需要经历原代培养,用胰蛋白酶处理后再用离心法收集悬液中的细胞进行传代 解析:选D　该技术属于动物细胞培养,原理是细胞增殖,而植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,两者不同,A错误;动物细胞培养需要适宜的温度(36.5±0.5 ℃)和pH(7.2~7.4),B错误;牙髓干细胞属于分化程度较高的细胞,不能像胚胎干细胞一样分化为动物体内任何一种类型的细胞,甚至产生个体,C错误;牙髓干细胞的培养过程需要经历原代培养(分瓶前的培养过程),用胰蛋白酶处理后再用离心法收集悬液中的细胞进行传代,D正确。 3.如图表示科学家利用牛的体细胞获得诱导多能干细胞(iPS细胞),进而再分化成多种体细胞的过程。下列相关叙述错误的是 (　　) A.过程①所取的组织可用胰蛋白酶处理成单个细胞 B.过程②转入的相关因子影响体细胞内基因的表达 C.过程③所用培养液和所有培养用具需进行灭菌处理 D.过程④获得的神经细胞和肌细胞含有的基因种类不同 解析:选D　过程①所取的动物组织块,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理分散成单个细胞,A正确;由题图可知,过程②转入的相关因子会影响体细胞内基因的表达,使细胞恢复未分化状态,B正确;细胞培养成功的关键条件是培养基(液)、培养用具及培养环境无菌、无毒,故过程③所用培养液和所有培养用具需进行灭菌处理,C正确;过程④为细胞分化,其实质是基因的选择性表达,不改变基因种类,故获得的神经细胞和肌细胞含有的基因种类相同,D错误。 4.某实验室模拟了肿瘤细胞侵袭过程。取用无血清培养液制成的待测细胞悬液加入膜上铺有基质胶的上室中,下室为血清培养液,上、下层培养液以一层具有一定孔径的聚碳酸酯膜分隔开,放入培养箱中培养,通过计数下室的细胞量即可反映细胞的侵袭能力,如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.需将培养室置于含适宜浓度CO2的培养箱中,以刺激细胞呼吸 B.肿瘤细胞可分泌水解酶将聚碳酸酯膜分解后进入下室 C.血清培养液中含有某些因子促使肿瘤细胞向营养高的下室移动 D.进入下室的肿瘤细胞数量越多,说明肿瘤细胞的分裂能力越强 解析:选C　需将培养室置于含适宜浓度CO2的培养箱中,以维持培养液的pH,A错误;一开始将肿瘤细胞加入膜上铺有基质胶的上室中,一段时间后在下室发现肿瘤细胞,说明肿瘤细胞可分泌水解酶将基质胶中的成分分解后进入下室,B错误;上室含无血清培养液,下室含血清培养液,加入上室的肿瘤细胞一段时间后出现在下室中,说明血清培养液中含有某些因子促使肿瘤细胞向营养高的下室移动,C正确;由题意可知,通过计数下室的细胞量即可反映细胞的侵袭能力,进入下室的肿瘤细胞数量越多,说明肿瘤细胞的侵袭能力越强,但不能说明肿瘤细胞的分裂能力越强,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $