新教材适用2023-2024学年高中生物第2章细胞工程第2节动物细胞工程第1课时动物细胞培养学案新人教版选择性必修3

第2节动物细胞工程课标要求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。核心素养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。第1课时动物细胞培养知识点一动物细胞培养的条件和过程基础知识·双基夯实1．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。2．动物细胞培养的条件3．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_停止分裂增殖__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。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。(×)合|作|探|究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。课内探究·名师点睛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。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1某研究小组对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列有关说法正确的是(C)A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃蛋白酶处理B．细胞培养应在含5%CO2和95%O2的混合气体的恒温培养箱中进行C．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D．在相同适宜条件下培养等量的甲、乙细胞，一段时间后，乙细胞数量比甲多解析：动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而在这样的环境中胃蛋白酶会变性失活，因此在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，不可用胃蛋白酶处理，应用胰蛋白酶处理，A错误；细胞培养应在含5%CO2和95%空气的混合气体的恒温培养箱中进行，B错误；为了防止培养过程中杂菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素，C正确；甲(肝肿瘤细胞)失去接触抑制，而乙(正常肝细胞)具有接触抑制，因此一段时间后，甲细胞数量比乙多，D错误。变式训练❶下列有关植物组织培养和动物细胞培养的叙述，正确的是(D)A．动物细胞培养和植物组织培养所用的都是固体培养基B．植物韧皮部细胞和小鼠杂交瘤细胞经离体培养均能获得新个体C．动物细胞培养和植物组织培养都必须在95%空气和5%CO2的混合气体条件下进行D．植物组织培养技术可用于突变体的培育，动物细胞培养技术可用于筛选抗癌药物解析：动物细胞培养用液体培养基，植物组织培养用固体培养基，A项错误；植物韧皮部细胞经离体培养可得到新个体，小鼠杂交瘤细胞经离体培养不能得到新个体，B项错误；动物细胞培养需要在95%空气和5%CO2的混合气体条件下进行，而植物组织培养不用在此条件下进行，C项错误；植物组织培养可用于突变体的培育，动物细胞培养可用于检测有毒物质、判断某种物质的毒性，也可用于筛选抗癌药物，D项正确。知识点二干细胞的培养及其应用基础知识·双基夯实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。活|学|巧|练1.造血干细胞主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。(√)2．iPS细胞和胚胎干细胞均须从胚胎中获取，也都涉及伦理问题。(×)合|作|探|究1.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。2．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·名师点睛三种干细胞的比较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典例22012年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现，利用逆转录病毒将Oct4等4个关键基因导入已分化的体细胞中并表达，可使这个细胞成为类似干细胞的诱导多能干细胞(iPS细胞)。下图为该技术在人体细胞中的实验示意图。下列相关叙述，错误的是(C)A．由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化B．与传统器官移植相比，利用患者的iPS细胞对其自身受损器官进行修复，成功率更高C．目前iPS细胞在实际应用中还存在许多问题，例如，有研究发现iPS细胞的增殖难以控制，即iPS细胞具有衰老细胞的特征D．结合以上信息分析，iPS细胞可能容易分散解析：iPS细胞拥有与胚胎干细胞相似的分化潜力，说明iPS细胞分化程度低，不易衰老。变式训练❷胚胎干细胞可以分裂、分化形成各种不同的组织细胞。有关胚胎干细胞的叙述错误的是(D)A．具有细胞周期B．分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果C．形成各种组织细胞的过程一般是不可逆的D．形成肝脏细胞的过程体现了细胞的全能性解析：胚胎干细胞能进行连续的有丝分裂，因此具有细胞周期，A正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，B正确；胚胎干细胞通过分化形成各种组织细胞，而该过程具有不可逆性，C正确；胚胎干细胞形成肝细胞时并没有形成完整个体，因此不能体现细胞的全能性，D错误。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。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。1．动物细胞培养的特点是(A)①细胞贴壁②有丝分裂③分散生长④接触抑制⑤减数分裂⑥传代培养一般传至10代就不易传下去A．①②④⑥ B．②③④⑤C．①③④⑥ D．③④⑤⑥解析：培养瓶内悬液中分散的细胞只有贴附在光滑无毒的瓶壁上才会生长增殖，称为细胞贴壁，在悬液中不会分散生长，①正确、③错误；动物体细胞增殖的方式是有丝分裂，没有减数分裂，②正确、⑤错误；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，这叫接触抑制，④正确；传代培养的细胞一般传到10代以后就不易传下去了，⑥正确。2．下列动物细胞培养过程中，属于原代培养的是(B)A．用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程B．从机体取得组织经处理后的初次培养过程C．出现接触抑