第1課時動物細胞培養第2章細胞工程<<<學習目標1.闡明動物細胞培養的條件和過程。2.簡述干細胞在生物醫學工程中有廣泛的應用價值。內容索引一、動物細胞培養的條件和過程二、干細胞培養及其應用課時對點練

動物細胞培養的條件和過程一1.動物細胞工程(1)常用技術：動物細胞培養、

和

等。(2)基礎：

。2.動物細胞培養(1)概念：從動物體中取出相關的組織，將它分散成

，然后在適宜的培養條件下，讓這些細胞

和

的技術。動物細胞融合梳理教材新知動物細胞核移植動物細胞培養單個細胞生長增殖(2)培養條件①營養a.合成培養基：將細胞所需的

(糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等)按

和

嚴格配制而成的培養基。b.天然成分：使用合成培養基時，通常需要加入

等一些天然成分，原因是

。c.培養動物細胞一般使用

，也稱為

。營養物質種類所需量血清血清中含有尚未全部研究清楚的細胞所需的營養物質液體培養基培養液②無菌、無毒的環境a.對培養液和所有培養用具進行

處理。b.在

環境下進行操作。c.培養液需定期

，以便清除

，防止細胞代謝物

對細胞自身造成危害。③溫度、pH和滲透壓a.溫度：以36.5℃±0.5℃為宜。b.pH：以pH為

為宜。c.適宜的滲透壓。滅菌無菌更換代謝物積累7.2～7.4④氣體環境a.組成：動物細胞培養所需氣體主要有

和

。b.不同氣體的作用O2：

。CO2：

。c.培養容器：通常采用

或

。d.培養儀器：含有

的混合氣體的

。O2CO2是細胞代謝所必需的維持培養液的pH培養皿松蓋培養瓶95%空氣和5%CO2CO2培養箱(3)培養過程①懸浮貼附②過程機械的方法胰蛋白酶原代密度有害代謝物營養接觸抑制傳代(4)相關概念①細胞貼壁：懸液中分散的細胞往往

在培養瓶的瓶壁上。②接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到

時，細胞通常_____

的現象。③原代培養：指動物組織經處理后的

。④傳代培養：

后的細胞培養。貼附表面相互接觸停止分裂增殖初次培養分瓶特別提醒區分兩種“培養”的關鍵是看用胰蛋白酶處理的對象。用胰蛋白酶對剪碎的動物組織進行處理，使其分散成單個細胞后進行培養，為原代培養；細胞培養過程中出現接觸抑制，用胰蛋白酶處理使其從瓶壁上脫離下來分散成單個細胞，然后再用離心法收集，之后，將收集的細胞制成細胞懸浸，分瓶培養，為傳代培養。(1)動物細胞培養體現了動物細胞的全能性(

)提示動物細胞培養未體現動物細胞的全能性，其原理是細胞增殖。(2)培養保留接觸抑制的細胞在培養瓶壁上可形成多層細胞(

)提示培養保留接觸抑制的細胞在培養瓶壁上可形成單層細胞。(3)懸浮培養的細胞直接用離心法收集，貼壁細胞需要用胰蛋白酶等處理后再用離心法收集(

)(4)培養動物細胞的第一代(即第一次細胞增殖)被稱為原代培養(

)提示原代培養指動物組織經處理后的初次培養，不一定是第一次細胞增殖。××√×任務一：動物細胞培養1.動物細胞培養的原理是

。2.幼齡動物的細胞與老齡動物的細胞比較，分化程度低的細胞與分化程度高的細胞比較，哪些細胞更易于培養？為什么？探究核心知識提示幼齡動物的細胞和分化程度低的細胞更易培養。原因是這些細胞分裂能力強。細胞增殖3.進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是

。

(填“可以”或“不可以”)使用胃蛋白酶，原因是________________________________________________________________________________。4.“細胞增殖到互相接觸的時候，糖蛋白識別了這種信息，就會使細胞停止分裂增殖，出現接觸抑制的現象”。試結合上述解釋，舉例說明哪種細胞無接觸抑制現象，并闡述原因。提示癌細胞；癌細胞的細胞膜上的糖蛋白等物質減少。蛋白質不可以多數動物細胞生存的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶(適宜pH為1.5左右)在此環境中沒有活性核心歸納1.動物細胞培養的相關處理(1)使細胞分散開的原因：一是能保證細胞所需要的營養供應；二是能保證細胞內有害代謝物的及時排出。(2)使用胰蛋白酶時，要控制好作用時間，因為胰蛋白酶不僅能分解細胞間的蛋白質，長時間作用還會分解細胞膜蛋白等，對細胞造成損傷。核心歸納(3)動物細胞的整個培養過程中可能多次用到胰蛋白酶或膠原蛋白酶，第一次使用的目的是使組織細胞分散開；貼壁細胞傳代培養時使用的目的是使細胞從瓶壁上脫離下來，分散成單個細胞，便于分瓶后繼續培養。(4)在進行傳代培養時，懸浮培養的細胞直接用離心法收集，貼壁細胞需要用胰蛋白酶處理，使之分散成單個細胞，再用離心法收集。核心歸納2.動物細胞培養與植物組織培養的比較

項目動物細胞培養植物組織培養理論基礎細胞增殖植物細胞的全能性培養前處理無菌；用機械的方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理，將組織分散成單個細胞無菌、離體取材動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織植物幼嫩的部位或花藥等核心歸納項目動物細胞培養植物組織培養培養基性質液體固體培養基成分糖類、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等水、礦質元素、蔗糖、維生素、植物激素和瓊脂等結果細胞培養產生大量細胞，不形成新個體可產生新個體核心歸納項目動物細胞培養植物組織培養應用人造皮膚的構建、動物分泌蛋白的規模化生產快速繁殖、作物脫毒、細胞產物的工廠化生產和單倍體育種等相同點①都需人工條件下的無菌操作；②都需要適宜的溫度、pH等條件；③都進行有絲分裂，都不涉及減數分裂1.某興趣小組開展小鼠原代神經元培養的研究，結果發現其培養的原代神經元生長緩慢，其原因不可能是A.實驗材料取自小鼠胚胎的腦組織B.為了防止污染將培養瓶瓶口密封C.血清經過高溫處理后加入培養基D.所使用的培養基呈弱酸性√落實思維方法小鼠胚胎的腦組織中含有豐富的原代神經元，細胞增殖能力強，不會出現細胞生長緩慢的現象，A符合題意；密封培養瓶瓶口會使培養液中缺氧，影響細胞的有氧呼吸，造成供能不足，可能導致細胞生長緩慢，B不符合題意；血清經過高溫處理后，其中的活性成分變性，失去原有功能，細胞的生存環境嚴重惡化，可能導致細胞生長緩慢，C不符合題意；小鼠細胞生活的內環境為弱堿性，所使用的培養基呈弱酸性，導致細胞生存的環境惡劣，可能導致細胞生長緩慢，D不符合題意。2.(2024·黑吉遼，14)從小鼠胚胎中分離獲取胚胎成纖維細胞進行貼壁培養，在傳代后的不同時間點檢測細胞數目，結果如圖。下列敘述正確的是A.傳代培養時，培養皿需密封防止污染B.選取①的細胞進行傳代培養比②更

合理C.直接用離心法收集細胞進行傳代培養D.細胞增長進入平臺期可能與細胞密度過大有關√傳代培養時需要營造無菌、無毒以及95%空氣＋5%CO2的氣體環境，而非密封，A錯誤；①的細胞還未快速增長，此時進行傳代培養沒有意義，應選②的細胞進行傳代培養，B錯誤；對于貼壁生長的細胞進行傳代培養時，先需要用胰蛋白酶等處理，使之分散為單個細胞，然后再用離心法收集，之后，將收集的細胞制成細胞懸液，分瓶培養，C錯誤。

二干細胞培養及其應用1.來源：

、骨髓和

等多種組織和器官中。2.類型：

干細胞和

干細胞等。梳理教材新知早期胚胎臍帶血胚胎成體3.胚胎干細胞(簡稱ES細胞)(1)概念：存在于

中，具有分化為

動物體內的任何一種類型的細胞，并進一步形成機體的所有

和器官甚至

的潛能。(2)局限：胚胎干細胞必須從

中獲取，這涉及倫理問題，因而限制了它在醫學上的應用。(3)成果：目前科學家已經分離了兔、牛、猴和人等的ES細胞，并證明了ES細胞可以在體外分化成

、

和造血干細胞等細胞。早期胚胎成年組織個體胚胎心肌細胞神經元(2)類型4.成體干細胞(1)概念：

組織或器官內的干細胞。骨髓中的

干細胞神經系統中的

干細胞睪丸中的

干細胞(3)特點：具有

，只能分化成特定的細胞或組織，

發育成完整個體的能力。成體造血神經精原組織特異性不具有(4)作用：有著自我更新能力及

的干細胞，與組織、器官的發育、再生和

等密切相關。(5)應用①造血干細胞：治療

及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統、

功能障礙等疾病。②神經干細胞：治療神經

和神經系統

(如帕金森病、阿爾茨海默病等)。分化潛能修復白血病免疫系統組織損傷退行性疾病5.誘導多能干細胞(1)概念：通過體外誘導

細胞等，獲得類似胚胎干細胞的一種細胞，被稱為誘導多能干細胞(簡稱iPS細胞)。(2)應用：治療小鼠的鐮狀細胞貧血；用iPS細胞治療阿爾茨海默病、心血管疾病等領域的研究也取得了新進展。(3)優點：誘導過程無須破壞胚胎；iPS細胞可以來源于病人自身的體細胞，將它移植回病人體內后，理論上可以避免免疫排斥反應。成纖維(4)制備方法：借助

將特定

導入細胞中，直接將特定

導入細胞中或者用

等來誘導形成iPS細胞。(5)來源：成纖維細胞、已分化的

、

等。載體基因蛋白小分子化合物T細胞B細胞(1)干細胞都來源于早期胚胎(

)提示干細胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中，包括胚胎干細胞和成體干細胞等。(2)iPS細胞可以來源于病人自身的體細胞，將它移植回病人體內后，可以避免免疫排斥反應(

)(3)不同類型的干細胞，它們的分化潛能完全相同(

)提示不同類型的干細胞，它們的分化潛能是有差別的，如胚胎干細胞的分化潛能大于成體干細胞。×√×任務二：誘導多能干細胞如圖為iPS細胞的培養和利用過程，請據圖回答問題：探究核心知識(1)1→2過程的實質是什么？提示基因的選擇性表達。(2)誘導多能干細胞用于治療人類的某些頑癥的原理是什么？提示誘導多能干細胞可以被誘導分化形成新的組織細胞，經移植可使壞死或退化部位得以修復并恢復正常功能。(3)誘導多能干細胞通過體外誘導分化，可以培育出人造器官，從而解決供體器官不足的問題。又由于____________________________________________，所以可以避免免疫排斥反應。

人造器官是病人自身體細胞經誘導分化形成的3.研究人員研究肥胖機理時發現了一種與脂肪細胞的分化形成有關的蛋白質M，其細胞分化過程如圖所示。下列有關敘述錯誤的是A.已分化的細胞不可能繼續

分化為其他類型的細胞B.肌肉細胞與脂肪細胞中均

含控制蛋白質M合成的基因C.促進蛋白質M的合成是解決肥胖問題的一條途徑D.間充質細胞是一種成體干細胞，其分化過程具有組織特異性√落實思維方法已分化的細胞也可能繼續分化為其他類型的細胞，如人體的干細胞可分化為間充質細胞，間充質細胞又分化為肌肉細胞或脂肪細胞，A錯誤。4.(多選)肌萎縮側索硬化癥即“漸凍癥”，該病病因之一是突變的基因導致有毒物質積累，使運動神經元損傷。最新研究結果表明，利用誘導多能干細胞(iPS細胞)制作前驅細胞，然后移植給漸凍癥實驗鼠，能延長其壽命。下列關于誘導多能干細胞的敘述，正確的是A.iPS細胞分化的實質是基因的選擇性表達，細胞種類增多B.iPS細胞分化成的多種細胞中所有核酸均相同，蛋白質卻不完全相同C.若將突變的相關基因替換，或許可以起到治療該病的作用D.經體外誘導產生造血干細胞，在小鼠骨髓中能夠增殖分化出B細胞√√√細胞分化形成的多種細胞中DNA相同，但mRNA不完全相同，蛋白質也不完全相同，B錯誤；B細胞是由造血干細胞增殖分化形成的，經體外誘導產生的造血干細胞，在小鼠骨髓中能夠增殖分化出B細胞，D正確。網絡構建

課時對點練三動物細胞培養需要一定的氣體環境，95%的空氣和5%的CO2。題組一動物細胞培養的條件1.下列哪項條件不是動物細胞培養所需要的A.無菌、無毒的環境

B.充足的營養物質C.適宜的溫度和pH

D.95%的空氣和5%的氧氣√1234567891011121314為了防止培養過程中雜菌的污染，可向培養液中加入適量的抗生素，B錯誤。2.下列有關動物細胞培養的敘述，錯誤的是A.培養過程中，應定期更換培養液，以便清除細胞代謝物B.為了防止培養過程中雜菌的污染，可向培養液中加入適量的干擾素C.培養過程中，添加CO2的目的是維持培養液的pHD.通常需要在合成培養基中加入血清等天然成分√12345678910111213143.(2024·無錫高二期中)關于動物細胞培養的條件，下列敘述正確的是A.動物細胞培養基中加入血清的主要目的是補充細胞所需的未知成分B.動物細胞培養可以在液體培養基或固體培養基中進行C.動物細胞培養需要在無菌、無毒環境中進行，該條件只受環境因素的

影響D.動物細胞培養無需考慮滲透壓問題√1234567891011121314動物細胞培養一般使用液體培養基，B錯誤；動物細胞培養時，培養環境必須保證無菌、無毒，該條件除了受環境因素的影響外，還會受到自身因素的影響，如細胞代謝廢物積累會對細胞自身造成危害，C錯誤；動物細胞培養需要考慮滲透壓問題，培養液的滲透壓的高低會影響細胞的形態、結構和功能，D錯誤。1234567891011121314題組二動物細胞培養的過程4.下列關于動物細胞培養的敘述，錯誤的是A.用于培養的細胞大都取自胚胎或幼齡動物的器官或組織B.選用胰蛋白酶處理細胞時，可能會對動物細胞造成損傷C.傳代培養時，懸浮培養的細胞直接用離心法收集，無須再用酶處理D.體外培養的細胞既能貼壁生長又能懸浮生長，都會發生接觸抑制現象√12345678910111213145.實驗小鼠皮膚細胞培養的基本過程如圖所示。下列敘述錯誤的是A.培養液中往往添加一定量抗生素，以防止培養過程被污染B.乙過程對皮膚組織可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶等處理C.丙過程屬于原代培養，此過程的細胞在培養液中懸浮生長D.丁過程屬于傳代培養，培養的皮膚細胞可能會出現接觸抑制現象√12345678910111213146.(2022·江蘇，14)航天員葉光富和王亞平在天宮課堂上展示了培養的心肌細胞跳動的視頻。下列相關敘述正確的是A.培養心肌細胞的器具和試劑都要先進行高壓蒸汽滅菌B.培養心肌細胞的時候既需要氧氣也需要二氧化碳C.心肌細胞在培養容器中通過有絲分裂不斷增殖D.心肌細胞在神經細胞發出的神經沖動的支配下跳動√1234567891011121314培養心肌細胞的器具要先進行高壓蒸汽滅菌，但是試劑并不都需要高壓蒸汽滅菌，如動物血清不能進行高壓蒸汽滅菌，否則會使其中的成分失活，A錯誤；培養心肌細胞的時候既需要氧氣(細胞代謝所必需的)，也需要二氧化碳(維持培養液的pH)，B正確；心肌細胞高度分化，不能進行有絲分裂，C錯誤。1234567891011121314若給予適宜的環境條件，胚胎干細胞在體外也能被誘導分化，B錯誤。題組三干細胞培養及其應用7.下列有關干細胞的敘述，錯誤的是A.干細胞可來源于早期胚胎、骨髓和臍帶血等B.胚胎干細胞在體外培養能增殖但不能被誘導分化C.造血干細胞具有分化出多種血細胞的能力，可用于治療白血病D.iPS細胞可用于阿爾茨海默病、心血管疾病治療的研究√12345678910111213148.如圖為誘導多能干細胞(iPS細胞)用于治療糖尿病的示意圖，下列相關敘述錯誤的是A.干細胞存在于多種組

織和器官中，包括胚

胎干細胞和成體干細胞等B.誘導iPS細胞分化的實

質是動物細胞核具有發育的全能性C.除圖中的成纖維細胞外，已分化的T細胞和B細胞等均能被誘導為iPS細胞D.將分化得到的胰島細胞移植回病人體內治療，理論上可避免免疫排斥反應√1234567891011121314誘導iPS細胞分化的實質是基因的選擇性表達，B錯誤。12345678910111213149.常規動物細胞培養在平面條件下培養出的單層細胞不同于人體內的組織結構，在藥物研究中有一定局限性。三維細胞培養技術是在體外為細胞提供類似體內的生長環境，使細胞形成三維立體結構，更有利于藥理學的研究。下列相關敘述正確的是A.細胞培養過程中，混合氣體中CO2的主要作用是刺激細胞呼吸B.定期更換培養液的主要目的是防止培養過程中細胞被雜菌污染C.與常規細胞培養相比，三維細胞培養技術不存在接觸抑制現象D.三維細胞培養技術可以用于檢測藥物對組織內部細胞的作用√1234567891011121314細胞培養過程中，氣體環境中的CO2的主要作用是維持培養液的pH，A錯誤；定期更換培養液，以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害，B錯誤；三維細胞培養技術也存在接觸抑制現象，C錯誤。123456789101112131410.(多選)動物細胞體外培養時，通常要在培養基中補充一定濃度的某些物質。如圖是血清對正常細胞和癌細胞培養影響的實驗結果，能從該圖獲得的結論是A.正常細胞與癌細胞的增殖速率相同B.有無血清對正常細胞培養的影響較大C.培養基中補充血清有助于正常細胞的

培養D.培養基中是否補充血清對癌細胞的培養影響不大√1234567891011121314√√分析圖中曲線可知，對癌細胞來說，相同培養時間內，培養基中有無血清，其細胞數目相差不大，說明培養基中有無血清對癌細胞的培養影響不大，D符合題意；對正常細胞來說，在相同的培養時間內，有血清的培養基中培養的細胞數目遠遠多于沒有血清的培養基中培養的細胞數目，說明有無血清對正常細胞的培養影響較大，B、C符合題意；1234567891011121314在相同條件和相同的培養時間內，癌細胞和正常細胞的數目差距較大，增殖速率不相同，正常細胞達到一定的數目后不再增加，而癌細胞卻能不斷增加，A不符合題意。123456789101112131411.(多選)卡鉑為廣譜抗腫瘤藥，通過抑制DNA復制而起效。卡鉑微溶于水，其水溶液在光下不穩定，溶液中的Cl－也會促進其分解。臨床上用5%葡萄糖溶液與卡鉑制成卡鉑試劑后注射治療，相關實驗的設計思路如圖。下列說法正確的是A.本實驗的自變量是卡鉑試劑

和DNA復制抑制劑的有無B.本實驗可用生理鹽水代替5%

葡萄糖溶液來配制卡鉑試劑C.本實驗預期結果為①與④組數據接近，②與③組數據接近D.宮頸癌細胞無接觸抑制因而培養時可形成多層細胞√1234567891011121314√由題意可知，溶液中的Cl－會促進卡鉑分解，因此不可用生理鹽水代替5%葡萄糖溶液來配制卡鉑試劑，B錯誤；①組不會抑制DNA的復制，④組會抑制DNA的復制，所以①與④組數據不相近，C錯誤。123456789101112131412.(多選)2012年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者發現，利用逆轉錄病毒將Oct3/4等4個關鍵基因導入已分化的體細胞中并表達，可使這個細胞成為類似干細胞的誘導多能干細胞(iPS細胞)。如圖為該技術在人體細胞中的實驗示意圖，下列相關敘述錯誤的是1234567891011121314A.由iPS細胞產生其他種類細胞的過程稱為細胞增殖B.利用患者的iPS細胞對其自身受損器官進行修復，與傳統器官移植相比，

成功率更高C.iPS細胞的增殖難以控制，具有衰老細胞的特征D.與ES細胞相比，iPS細胞用于再生醫學可回避倫理爭議√1234567891011121314√由iPS細胞產生其他種類細胞的過程稱為細胞分化，A錯誤；用該技術得到的新生器官替換供體病變器官，屬于自體移植，理論上可以不發生免疫排斥反應，可以大大提高器官移植的成功率，B正確；1234567891011121314iPS細胞具有與干細胞相似的分化潛力，說明iPS細胞分化程度低，不易衰老，C錯誤；與ES細胞相比，iPS細胞的誘導過程無須破壞胚胎，因而用于再生醫學可以回避倫理爭議，D正確。123456789101112131413.(2024·常熟高二期中)動物器官的體外培養技術對研究器官的生理、病理過程及其機制的意義重大。如圖是一個新生小鼠的肝臟小塊培養裝置示意圖，請回答下列問題：(1)體外培養肝臟小塊要滿足的條件：適宜的溫度、pH、滲透壓、氣體環境、營養和__________________。(2)氣室中充入5%CO2的主要作用是________________。無菌、無毒的環境維持培養液的pH1234567891011121314(3)有機物X有毒性，可誘發染色體斷裂。利用如圖所示裝置和下列提供的材料用具，探究肝臟小塊對有機物X是否具有解毒作用。材料用具：肝臟小塊、外周血淋巴細胞、淋巴細胞培養液、植物血凝素(刺激淋巴細胞分裂)；顯微鏡、載玻片、蓋玻片、玻璃皿、滴管；吉姆薩染液(使染色體著色)、有機物X溶液等。實驗過程：①在淋巴細胞培養液中加入植物血凝素培養淋巴細胞，取4等份，備用。12345678910111