生物选择性必修3一 动物细胞培养导学案及答案

这是一份生物选择性必修3一 动物细胞培养导学案及答案，共12页。学案主要包含了概念，动物细胞培养的条件，动物细胞培养的过程，干细胞的培养及其应用等内容，欢迎下载使用。


必备知识·夯实双基
一、概念
动物细胞培养是指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
三、动物细胞培养的过程
1．悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖。密度过大时，由于__有害代谢物__积累和培养液中__营养物质缺乏__，细胞分裂受阻。
2．细胞贴壁：多数细胞贴附在__瓶壁__上生长。
3．接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面__相互接触__时，细胞__停止分裂生长__的现象称为细胞的接触抑制。
4．原代培养：指动物组织经处理后的__初次培养__。
5．传代培养：分瓶后的细胞培养。传代培养时，悬浮生长的细胞直接用__离心__法收集；贴壁生长的细胞要先用__胰蛋白酶__等处理，再用__离心__法收集。
四、干细胞的培养及其应用
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
胚胎干细胞和成体干细胞等。
4．胚胎干细胞培养的过程
5．干细胞的应用
(1)将正常的造血干细胞移到病人体内，恢复病人的造血和免疫功能。
(2)可应用于治疗人类的某些顽症，如帕金森综合征、少年糖尿病和老年痴呆症等。
(3)可通过胚胎干细胞诱导分化培育人造器官，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
┃┃学霸记忆__■
1．动物细胞培养的培养基为液体培养基，含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等成分，还要加入血清等天然成分。
2．培养动物细胞的CO2培养箱中含有95%的空气和5%的CO2。
3．原代培养和传代培养均需用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞。
4．培养的动物细胞有贴壁生长和接触抑制现象。
5．干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞。
6．体细胞经体外诱导能够形成类似胚胎干细胞的诱导多能干细胞。
┃┃活学巧练__■
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。(×)
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。(×)
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。(×)
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。(×)
6．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×)
思考：
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．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。
3．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。
4．诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？
提示：诱导多能干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。
5．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？
提示：通过干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。
课内探究·名师点睛
知识点
动物细胞培养的条件和过程
1．动物细胞培养过程分析
(1)培养流程
(2)酶处理
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，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)原代培养和传代培养：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。
2．动物细胞培养与植物组织培养的比较
3．培养条件的分析
(1)添加血清的作用：血清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。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清。
(2)气体环境：CO2维持培养液的pH，O2维持细胞有氧呼吸。
知识贴士
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．不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抑制。例如，癌细胞增殖时不存在接触抑制，所以在培养瓶中可以形成多层细胞。
┃┃典例剖析__■
典例1 在动物细胞培养过程中，使用胰蛋白酶的目的是( A )
A．使动物组织分散为单个细胞
B．去掉细胞壁，使其成为原生质体
C．去掉细胞膜，暴露出原生质体便于细胞融合
D．清除培养液中的有害代谢物
解析：在进行动物细胞培养前，先用胰蛋白酶处理使组织块中的细胞相互分散开，以增加与培养液的接触面积，便于培养，A正确，B、C、D错误。
┃┃变式训练__■
1．对某种动物的肝细胞进行细胞培养，下列说法正确的是( D )
A．取单个肝细胞进行培养，获得细胞群的方法不属于克隆培养法
B．细胞培养过程中不需考虑细菌的污染问题
C．该培养液也能用来培养乙肝病毒
D．在原代培养过程中，培养的细胞最终会出现停止增殖的现象
解析：取单个肝细胞进行培养，获得细胞群的方法属于细胞层次的克隆，A错误；体外培养的细胞抗感染能力弱，需在无菌无毒的环境中培养，B错误；病毒的生存离不开活细胞，用培养液不能培养病毒，C错误；原代培养过程中，由于细胞有贴壁生长和接触抑制的特点，细胞最终将停止增殖，D正确。
知识点
三种干细胞的比较
┃┃典例剖析__■
典例2 如图是胚胎干细胞分离途径示意图。下列说法正确的是( C )
A．图中a所示细胞将来发育成胎膜和胎盘
B．胚胎干细胞体积大，细胞核小，具有发育的全能性
C．在体外培养条件下，胚胎干细胞可以只增殖而不发生分化
D．利用胚胎干细胞培育的人造器官正在大规模应用
解析：图中a所示细胞为内细胞团细胞，将来能够发育成胎儿的各种组织，A错误；胚胎干细胞的体积小，细胞核大，B错误；在体外培养的条件下，胚胎干细胞可以只增殖而不发生分化，C正确；利用胚胎干细胞培育的人造器官，还在临床试验阶段，D错误。
┃┃变式训练__■
2．(2022·保定一中月考)胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，可以进一步分裂、分化成各种组织干细胞，再进一步分化成各种不同的组织。下列叙述不正确的是( D )
A．各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果
B．胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期
C．造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的
D．肝脏干细胞分化成肝脏细胞的过程体现了细胞的全能性
解析：胚胎干细胞是一类分化程度较低的细胞，它能够分化为多种细胞的根本原因是基因的选择性表达，A正确；因为神经细胞是高度分化的细胞，自身不会再进行增殖，所以不具有细胞周期，B正确；造血干细胞分化为红细胞、白细胞的过程是基因选择性表达的结果，此过程不可逆，C正确；肝脏干细胞分化成肝细胞的过程未体现细胞的全能性，D错误。
指点迷津·拨云见日
混淆胚胎干细胞和衰老细胞的特点
(1)胚胎干细胞的特点
(2)衰老细胞特征的简易识记方法“一大一小，一多两低”。
①一大：细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。
②一小：水分减少，体积变小，代谢减慢，如老人出现皱纹。
③一多：色素逐渐积累，阻碍了细胞内物质的交流和信息传递。如脂褐素增多，出现“老年斑”。
④两低：细胞膜通透性改变，物质运输功能降低；多种酶的活性降低，如酪氨酸酶活性降低，老年人头发变白。
┃┃典例剖析__■
典例3 下列关于胚胎干细胞的叙述中正确的是( D )
A．当受精卵发育到囊胚时，所有的细胞都是胚胎干细胞
B．胚胎干细胞在形态上表现为体积大、细胞核小、核仁明显
C．胚胎干细胞在体外培养时能增殖但不能被诱导分化
D．胚胎干细胞在饲养层细胞上能维持不分化的状态
解析：囊胚中的细胞已出现分化，只有内细胞团的细胞才是胚胎干细胞，A错误；胚胎干细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显，B错误；胚胎干细胞在体外培养时能增殖，也能被诱导分化成不同的组织器官，C错误；胚胎干细胞在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态，D正确。
解疑答惑
从社会中来⇨P43
提示：借助动物细胞培养技术构建人造皮肤。具体操作为取病人健康皮肤，用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等将它分散成单个细胞，制成细胞悬液，然后在适宜的条件下，让这些细胞生长、增殖，获得大量自体健康皮肤。
不能用单个细胞培养出可供移植的皮肤。单个细胞的增殖是有限的，动物细胞培养过程中，传代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去了，一般来说，细胞在传至10～50代时，增殖会逐渐缓慢，直至完全停止。这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化，少数细胞会朝着等同于癌细胞的方向发展。目前使用的细胞通常为10代以内的细胞，以保持细胞正常的二倍体核型。
旁栏思考⇨P44
提示：说明细胞间的物质主要是蛋白质。用胃蛋白酶不行，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。
思考·讨论⇨P45
1．提示：幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易于培养。因为幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞生命力旺盛，分裂能力强。
2．提示：相同之处：
(1)培养过程中细胞都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂。
(2)都存在细胞培养过程。
(3)均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件。
不同之处：
(1)植物组织培养的结果是形成完整的植株，而动物细胞培养的目的是获得细胞或细胞产物，不是获得完整个体，其过程不能体现细胞的全能性。
(2)动物细胞培养用的是液体培养基，通常需要特别添加一定量的动物血清或血浆等，可以为细胞提供营养物质和生长因子。植物组织培养用的是固体(或半固体)培养基，需要特别添加生长素和细胞分裂素等。
(3)动物细胞培养过程中不经过脱分化的过程。
练习与应用⇨P47
一、概念检测
1．(1)× 提示：培养环境中需要CO2维持培养液的pH。
(2)× 提示：动物细胞培养不需要脱分化。
(3)√
(4)√ 提示：细胞培养过程中会出现接触抑制现象而停止分裂增殖，故培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理。
2．A 提示：干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
二、拓展应用
(1)提示：像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(HumanLeukcyteAntigen，人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HLA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。
(2)提示：该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。
训练巩固·课堂达标
1．一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件( B )
①无毒、无菌的环境 ②适宜的渗透压 ③合成培养基需加血清等 ④温度与动物体温相近 ⑤需要O2，不需要CO2
A．①②③④⑤ B．①②③④
C．①③④⑤D．①②④⑤
解析：动物细胞培养需要的气体环境是95%空气和5%CO2，其中5%CO2能调节培养液的pH，⑤错误。
2．下列关于胚胎干细胞特点的叙述，不正确的是( B )
A．胚胎干细胞可由原始性腺分离出来
B．囊胚期所有的细胞都是胚胎干细胞
C．体积小、细胞核大、核仁明显
D．体外培养条件下，ES细胞可以增殖而不分化
解析：胚胎干细胞简称ES细胞，来源于早期胚胎或原始性腺，A正确；囊胚期的内细胞团细胞是胚胎干细胞，滋养层细胞不是，B错误；胚胎干细胞的特点是体积小、细胞核大、核仁明显，C正确；ES细胞在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态，D正确。
3．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( D )
A．甲→乙过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理
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
解析：甲→乙是组织细胞的分离，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等分解细胞间蛋白质，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。
4．(不定项)下图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。下列判断正确的是( ABD )
A．B点之前的培养称为原代培养，之后的培养称为传代培养
B．接触抑制现象主要发生在AB段和DE段
C．分瓶后的每个培养瓶中的细胞群称为一个克隆
D．E点后的细胞大多数具有异倍体核型，可连续传代
解析：人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养，分瓶后的培养称为传代培养，B点之后细胞继续生长，可见B点之后进行了传代培养，A正确；当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，即会发生接触抑制现象，在AB段和DE段细胞几乎生长停滞，可能发生了接触抑制，B正确；细胞克隆的最基本要求是必须保证分离出来的是一个细胞而不是多个细胞，C错误；已获无限繁殖能力能持续生存的细胞系，称连续细胞系或无限细胞系，无限细胞系大多已发生异倍化，具异倍体核型，D正确。
新课程标准
核心素养
1．阐明动物细胞培养的条件和过程。
2．阐述干细胞在生物医学工程中广泛的应用价值。
3．举例说出动物细胞融合的概念、原理及应用。
4．阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程。
5．认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值。
6．概述动物细胞核移植技术的含义及类型。
7．简述动物体细胞核移植的基本过程。
8．说出体细胞核移植技术的应用前景。
1．生命观念——以细胞的结构与功能为基础，理解动物细胞融合的内涵；并正确理解植物体细胞杂交与动物体细胞融合技术的区别。
2．科学思维——构建动物细胞培养的流程图，认同动物细胞培养是动物细胞工程的基础。结合具体实例，以流程图的形式表示单克隆抗体的制备过程。
3．社会责任——理性客观地分析干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险。了解体细胞核移植技术已取得的进展和尚未解决的问题。理性看待体细胞核移植技术存在的问题。
知识导图
项目
植物组织培养
动物细胞培养
不同点
理论
基础
植物细胞的全能性
细胞增殖
前处理
无菌、离体
无菌，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理
取材
植物较幼嫩的部位或花药等
动物胚胎、幼龄动物的组织或器官
培养基
性质
固体
液体
培养基
成分
水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等
糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，有些还需要加入血清等
结果
最终产生新个体，体现了细胞的全能性
产生大量细胞，不形成新个体
相同点
①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂
举例
胚胎干细胞
成体干细胞
诱导多能干细胞
来源
早期胚胎
成体组织或器官中
诱导高度分化的组织细胞形成
特点
具有分化成为成年动物体内的任何一种类型的细胞，进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能
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
诱导过程无须破坏胚胎，不涉及伦理问题，且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