人教版 (2019)选择性必修3一 动物细胞培养第1课时学案

第2节　动物细胞工程

第1课时　动物细胞培养

一、动物细胞培养的概念

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。

二、动物细胞培养的条件

1．营养条件

(1)合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成。

(2)天然成分：血清等。

(3)一般使用液体培养基，即培养液。

2．无菌、无毒的环境

(1)培养液和培养用具灭菌处理。

(2)无菌环境下操作。

(3)培养液定期更换的目的：清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。

3．温度、pH和渗透压

(1)适宜的温度：哺乳动物多以(36.5±0.5) ℃为宜。

(2)适宜的pH：多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。

(3)适宜的渗透压。

4．气体环境：95%空气和5%CO2。

(1)O2的作用：细胞代谢所必需的。

(2)CO2的主要作用：维持培养液的pH。

三、动物细胞培养的过程

基于动物细胞培养的过程，完成下面的问题：

(1)过程①的处理方法有：机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法。

(2)过程②为原代培养，培养的动物细胞有两类：

①悬浮在培养液中生长增殖；

②贴附于某些基质表面生长增殖。

(3)进行过程③时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要使用胰蛋白酶等处理，然后用离心法收集。

(4)过程③为传代培养，进行过程③的原因主要有：细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏和接触抑制等。

四、干细胞培养及其应用

1．干细胞功能：在一定条件下，可以分化成其他类型的细胞。

2．干细胞的存在：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。

3．干细胞的种类

(1)

(2)

(3)

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为6.8～7.0。  (×)

提示：多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为7.2～7.4。

2．动物细胞培养要定期更换培养液，其目的是便于清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成伤害。                            (√)

3．动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。 (×)

提示：动物细胞培养技术的原理是细胞增殖。

4．制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。 (×)

提示：应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。

5．培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养。 (×)

提示：原代培养指动物组织经处理后的初次培养。

6．胚胎干细胞和成体干细胞都具有形成机体的所有组织和器官，甚至个体的潜能。                            (×)

提示：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，不具有发育成完整个体的能力。

　动物细胞培养的过程

1．动物细胞培养过程

2．动物细胞培养过程中酶的处理

(1)用酶“两次”处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。

(2)使细胞分散开的原因：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)不能用胃蛋白酶处理：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2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。

3．有关动物细胞培养知识点可归纳为4个“2”

(1)培养材料为“2”：即动物胚胎、幼龄动物的组织和器官。

(2)培养过程为“2”：即原代培养、传代培养。

(3)胰蛋白酶使用“2”次：即原代培养和传代培养中均使用，目的是使细胞分散开。

(4)细胞生长特点有“2”个：即贴壁生长和接触抑制。

1．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？细胞膜接受信息后，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。细胞膜接受信息后，细胞停止分裂，说明了细胞膜接受的信息能够传递到细胞核。

2．为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？

提示：动物细胞膜上有糖蛋白使细胞具有黏着性。

3．根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。

提示：癌细胞细胞膜上糖蛋白减少，细胞的黏着性降低，在适宜的条件下可以无限增殖，因此培养的癌细胞无接触抑制现象，在培养瓶中能够生长成多层。

1．下图为肾脏上皮细胞培养过程示意图，下列叙述不正确的是(　　)

甲　　　乙　　丙　　　丁

A．甲→乙过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理

B．丙过程指细胞在添加血清的合成培养基中进行原代培养

C．丙和丁过程均会出现细胞贴壁和接触抑制现象

D．丁过程是传代培养的细胞，该过程体现了动物细胞的全能性

D　[甲→乙是组织细胞的分离，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶分解细胞间蛋白质，制备细胞悬液，A项正确；丙过程还未分瓶，属于原代培养，培养基中需要添加血清，B项正确；在动物细胞培养过程中会出现细胞贴壁和接触抑制的现象，C项正确；丁过程已经分瓶培养，属于传代培养，丁过程并没有体现动物细胞的全能性，D项错误。]

2．如图所示是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞密度统计结果，下列相关叙述错误的是(　　)

A．实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞

B．培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染

C．曲线bc段变化的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢物积累等

D．培养至第6 d时，新产生的细胞数等于死细胞数

D　[实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞，A正确；培养液中应适当加入青霉素、链霉素等一定量的抗生素，以避免杂菌污染，B正确；曲线bc段表示活细胞密度减少，而此时间段内死细胞密度增加，产生这种变化的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢物积累等，C正确；培养至第6 d时，活细胞数等于死细胞数，D错误。]

　动物细胞培养与植物组织培养的比较

列表比较

1．动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？

提示：动物细胞培养是为了获得大量的动物细胞或细胞产物；植物组织培养是为了获得新个体或细胞产物。

2．动物细胞培养和植物组织培养过程中细胞分裂的方式相同吗？

提示：相同，都是有丝分裂。

下列属于动物细胞培养与植物组织培养的区别的是(　　)

A．动物细胞培养基与植物细胞培养基的成分有所不同

B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行

C．动物细胞培养可发生遗传物质改变，而植物组织培养不能

D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性

A　[动物细胞培养所用的培养基与植物组织培养所用的培养基的成分不同，如培养动物细胞的培养基需加入血清，而植物组织培养所用的培养基则不需加入血清；动物细胞培养与植物组织培养都需要在无菌、人工控制的条件下进行；动物细胞培养与植物组织培养过程中都可发生遗传物质的改变；植物组织培养最终能够形成完整的植物体，能体现植物细胞的全能性，动物细胞最终不能被培养成新的动物，不能体现动物细胞的全能性。]

为了初步检测药物X和Y的抗癌活性，在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞，实验组加入等体积相同浓度的溶于二甲基亚矾(溶剂)的药物X或Y，培养过程及结果如下所示。  

实验结果

本案例考查学生设计对照实验和对实验结果的交流讨论的能力。

(1)对照组应加入的成分是什么？(科学探究)

(2)根据实验结果，判断药物X、药物Y有没有抗癌作用？如果有抗癌作用，哪一种药物抗癌效果更好？(科学探究)

提示：(1)对照组中应加入等体积的二甲基亚矾(溶剂)。

(2)药物X、药物Y都有抗癌作用。药物X的抗癌效果更好。

[课堂小结]

1．下列哪项条件不是动物细胞培养所需要的(　　)

A．无菌、无毒的环境

B．充足的营养物质

C．适宜的温度和pH

D．95%的空气和5%的氧气

D　[二氧化碳培养箱的气体条件是95%的空气和5%的二氧化碳。]

2．动物细胞培养过程的顺序是(　　)

①原代培养　②传代培养　③胰蛋白酶处理组织，形成单个细胞，制成细胞悬液

A．①②③　　B．①③②　　C．②①③　　D．③①②

D　[动物细胞培养是用动物胚胎或幼龄动物器官通过胰蛋白酶处理制成细胞悬液，再通过原代培养和传代培养得到细胞株。]

3．动植物体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是(　　)

A．都需用CO2培养箱

B．都需用液体培养基

C．都要在无菌条件下进行

D．都可体现细胞的全能性

C　[植物组织培养不需要用CO2培养箱，用的是固体培养基。动物细胞培养是为了获得更多的动物细胞，不能体现细胞的全能性。]

4．关于iPS细胞及应用的说法，正确的是(　　)

A．iPS细胞是从早期胚胎中获取的

B．造血干细胞是一种iPS细胞

C．采用不同的方法可将成纤维细胞诱导产生iPS细胞

D．iPS细胞诱导基因突变可分化成各种组织细胞

C　[iPS细胞是体细胞体外诱导产生的干细胞，诱导iPS细胞产生的方法有多种。iPS细胞分化成各种组织细胞是基因选择性表达的过程。]

5．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____________________。

(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____________。

[解析]　癌细胞具有无限增殖的特点，故相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。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。

[答案]　(1)多　(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质　维持培养液的pH　(3)停止　多　胰蛋白酶　(4)抗生素