人教版高中生物選擇性必修3優(yōu)質(zhì)學案2 2 1 動物細胞培養(yǎng)

î î 2 2 第 2 節(jié)第 1 課時人教版(新教材)高中生物選擇性必修 3 動物細胞工程動物細胞培養(yǎng)一、動物細胞培養(yǎng)的條件和過程1動物細胞工程常用的技術(shù)：動物細胞培養(yǎng)、動物細胞融合和動物細胞核移植等，其中動物 細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎。2動物細胞培養(yǎng)(1)概念：從動物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓 這些細胞生長和增殖的技術(shù)。(2)培養(yǎng)條件ì無機物：無機鹽ï營養(yǎng)條件í有機物：糖類、氨基酸、維生素等ï天然成分：血清等將細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴格配制而成的培養(yǎng)基，稱為合成培養(yǎng)基。培養(yǎng)動物 細胞一般使用液體培養(yǎng)基，也稱為培養(yǎng)液。無菌、無毒的環(huán)境：需要對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行滅菌處理以及在無菌環(huán)境下進行操 作。培養(yǎng)液還需要定期更換，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。ì溫度：哺乳動物細胞多以36.5±0.5 為宜ï溫度、pH 和滲透壓ípH：多數(shù)動物細胞適宜pH為7.27.4ï滲透壓ìïO2：細胞代謝所必需的氣體環(huán)境íïîCO2：維持培養(yǎng)液的pH在進行細胞培養(yǎng)時，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，并將它們置于含有 95%空氣和 5%CO 的混合氣體的 CO 培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。(3)培養(yǎng)過程12 2 人教版(新教材)高中生物選擇性必修 3(4)相關(guān)概念細胞貼壁：懸液中分散的細胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上。接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞停止分裂增殖的現(xiàn)象。原代培養(yǎng)：指動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)：分瓶后的細胞培養(yǎng)。(1)動物細胞培養(yǎng)體現(xiàn)了動物細胞的全能性( )(2)培養(yǎng)保留接觸抑制的細胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細胞( )(3) 懸浮培養(yǎng)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)動物細胞培養(yǎng)時，O 是細胞代謝所必需的，CO 的主要作用是維持培養(yǎng)液的 pH( )答 案 (1)× (2)× (3) (4)1動物細胞培養(yǎng)的原理是細胞增殖。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(yǎng)？為什么？提 示 幼齡動物的細胞和分化程度低的細胞更易培養(yǎng)，原因是這些細胞分裂能力強。 3動物細胞培養(yǎng)時，除了添加糖類、氨基酸等必要的營養(yǎng)成分外，往往還需添加血清等一些 天然成分，原因是人們對細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)尚未全部研究清楚，血清等一些天然成分的營 養(yǎng)成分比較齊全，可以彌補人工培養(yǎng)基的不足。4進行動物細胞傳代培養(yǎng)時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。用胃蛋 白酶可以嗎？為什么？提 示 不可以。多數(shù)動物細胞生存的適宜 pH 為 7.27.4，胃蛋白酶(適宜 pH 為 1.5 左 右)在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適用于細胞培養(yǎng)時 的處理。二、干細胞培養(yǎng)及其應用1來源：早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。2類型：胚胎干細胞和成體干細胞等。3胚胎干細胞(1)概念：存在于早期胚胎中，具有分化為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細胞，并進一步形 成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能。(2)局限：胚胎干細胞必須從胚胎中獲取，這涉及倫理問題，因而限制了它在醫(yī)學上的應用。2î ï 人教版(新教材)高中生物選擇性必修 34成體干細胞(1)概念：成體組織或器官內(nèi)的干細胞。ì骨髓中的造血干細胞ï(2)類型í神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)干細胞睪丸中的精原干細胞(3)特點：具有組織特異性，只能分化成特定的細胞或組織，不具有發(fā)育成完整個體的能力。 (4)作用：有著自我更新能力及分化潛能的干細胞，與組織、器官的發(fā)育、再生和修復等密切 相關(guān)。(5)應用造血干細胞：治療白血病、一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障 礙等疾病。神經(jīng)干細胞：治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(如帕金森病、阿爾茨海默病等)。 5誘導多能干細胞(1)概念：通過體外誘導成纖維等細胞，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；現(xiàn)在用 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(yōu)點：無需破壞胚胎；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(nèi)后， 理論上可以避免免疫排斥反應。(1)干細胞都是來源于早期胚胎( )(2)造血干細胞是發(fā)現(xiàn)最早、研究最多、應用也最為成熟的一類成體干細胞，主要存在于成體 的骨髓、外周血和臍帶血中( )(3)不同類型的干細胞，它們的分化潛能完全相同( )(4)干細胞將在再生醫(yī)學、藥物安全性與有效性檢測等領域發(fā)揮大作用( )答 案 (1)× (2) (3)× (4)1胚胎干細胞用于治療人類的某些頑癥的原理是胚胎干細胞具有全能性，可以被誘導分化形 成新的組織細胞、器官甚至個體，經(jīng)移植可使壞死或退化部位得以修復并恢復正常功能。 2胚胎干細胞為什么可以解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題？其應用有什么限 制因素？提 示 通過胚胎干細胞體外誘導分化，可以培育出人造組織器官，從而解決供體器官不 足問題，另一方面，由于是自身細胞經(jīng)誘導分化形成的，所以無免疫排斥反應。胚胎干細胞3機 械方法或 加培養(yǎng)液人教版(新教材)高中生物選擇性必修 3必須從胚胎中獲取，這涉及倫理問題，因而限制了應用。3為什么科學家認為 iPS 細胞的應用前景優(yōu)于胚胎干細胞？提 示 iPS 細胞的誘導過程無需破壞胚胎，而且 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(nèi)后，理論上可以避免免疫排斥反應。1動物細胞培養(yǎng)的過程：動物組織單個細胞細胞懸液原胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)。2動物細胞培養(yǎng)一般選用胚胎或幼齡動物的組織，細胞在培養(yǎng)過程中會出現(xiàn)細胞貼壁(生長) 和接觸抑制現(xiàn)象。3體外培養(yǎng)的動物細胞可以分為兩大類：一類細胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖；另一類則 需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖，大多數(shù)細胞屬于這種類型。4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。5誘導多能干細胞(iPS 細胞)的應用前景優(yōu)于胚胎干細胞。1 在將動物組織塊分散成單個細胞時，可以使用胰蛋白酶。由此判斷以下推測不合理的是 ( )A動物細胞之間可能依靠蛋白質(zhì)相互聯(lián)系B處理時一定要注意處理時間、加酶量C胰蛋白酶一定不會對動物細胞造成損傷D動物細胞培養(yǎng)液的 pH 應與胰蛋白酶作用的適宜 pH 基本一致答 案 C解 析 胰蛋白酶可使蛋白質(zhì)分解，由胰蛋白酶可破壞動物細胞之間的聯(lián)系，可推測動物 細胞之間可能依靠蛋白質(zhì)相互聯(lián)系；細胞膜中含有蛋白質(zhì)成分，所以一定要注意處理的時間 和酶的用量，以防止對動物細胞造成損傷；酶促反應需要適宜的pH，所以培養(yǎng)液的 pH 應與 胰蛋白酶作用的適宜 pH 基本一致。2下列有關(guān)動物細胞培養(yǎng)的敘述，正確的是( )42 2 2人教版(新教材)高中生物選擇性必修 3A培養(yǎng)瓶中要定期用胰蛋白酶等處理，使細胞從瓶壁上脫離，制成細胞懸液B將所取的組織先用胃蛋白酶等進行處理，使其分散成單個細胞C用于培養(yǎng)的細胞大都取自成年動物的器官或組織D動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)答 案 A解 析 正常動物細胞培養(yǎng)時存在貼壁生長和接觸抑制現(xiàn)象，因此培養(yǎng)瓶中要定期用胰蛋 白酶等處理，使細胞從瓶壁上脫離，制成細胞懸液，A 正確；動物細胞培養(yǎng)的適宜 pH 為 7.2 7.4，這樣的環(huán)境會使胃蛋白酶變性失活，因此動物細胞培養(yǎng)過程中，應將所取的組織先用胰 蛋白酶等進行處理，使其分散成單個細胞，B 錯誤；用于培養(yǎng)的細胞大都取自胚胎或幼齡動 物的器官或組織，因為胚胎或幼齡動物的器官或組織分裂能力強，C 錯誤。3下列有關(guān)動物細胞培養(yǎng)、動物組織培養(yǎng)的表述中正確的是( )A動物細胞培養(yǎng)中，含 20%CO 的恒溫培養(yǎng)箱的作用是調(diào)控 pH 和溫度B在進行傳代培養(yǎng)時可直接用離心法收集細胞C原代培養(yǎng)的細胞因具有最接近于體內(nèi)細胞的生長特性，常用于藥物測試研究D動物細胞培養(yǎng)過程中細胞要經(jīng)過脫分化形成愈傷組織答 案 C解 析 動物細胞培養(yǎng)中，應在含 5%CO 的恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，作用是維持培養(yǎng)液 的 pH，A 項錯誤；在進行傳代培養(yǎng)時，貼壁細胞需要重新用胰蛋白酶處理，使之分散成單個 細胞，然后再用離心法收集，B 項錯誤；動物細胞培養(yǎng)的原理是細胞增殖，因此不需要脫分 化，D 項錯誤。4下列關(guān)于動物細胞培養(yǎng)技術(shù)應用的敘述，錯誤的是( )A可用于檢測某種物質(zhì)的毒性B可通過培養(yǎng)各種病變細胞，用于藥理等方面的研究C可通過動物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)來生產(chǎn)病毒疫苗、干擾素等D經(jīng)過脫分化、再分化，可構(gòu)建人造皮膚答 案 D解 析 動物細胞培養(yǎng)沒有脫分化與再分化過程。5一名嬰兒在出生后醫(yī)院為他保留了臍帶血，在他以后生長發(fā)育過程中如果出現(xiàn)了某種難以 治療的疾病，就可以利用血液中的干細胞進行治療，下列關(guān)于這個實例的說法正確的是( ) A用干細胞培育出人體需要的組織或器官用來移植治病，需要激發(fā)細胞的全能性B用臍帶血中的干細胞能夠治療這個孩子所有的疾病C如果要移植用他的干細胞培育出的器官，需要用到細胞培養(yǎng)技術(shù)D如果要移植用他的干細胞培育出的器官，應該長期給他使用免疫抑制藥物答 案 C5人教版(新教材)高中生物選擇性必修 3解 析 臍帶血中含有大量未成熟的造血干細胞，將臍帶血細胞移植，對白血病、再生障 礙性貧血等惡性血液病的治療具有很好的效果；而用干細胞培育出人體需要的器官用來移植 治療，只要誘導細胞分化成該組織、器官即可，不需激發(fā)其全能性；用干細胞培育出的器官 移植屬于自體移植，基本不會發(fā)生免疫排斥反應，不需長期給他使用免疫抑制藥物。 6某研究小組進行藥物試驗時，以動物肝細胞為材料，測定藥物對體外培養(yǎng)細胞的毒性。供 培養(yǎng)的細胞有甲、乙兩種，甲細胞為肝腫瘤細胞，乙細胞為正常肝細胞。請回答下列有關(guān)動 物細胞培養(yǎng)的問題：(1)將數(shù)量相等的甲細胞和乙細胞分別置于培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，培養(yǎng)液及其他培養(yǎng)條件均相同。一 段時間后，觀察到甲細胞數(shù)量比乙細胞數(shù)量_。(2)在動物細胞培養(yǎng)時，通常在合成培養(yǎng)基中加入適量血清，其原因是_。 為了防止細胞培養(yǎng)過程中細菌的污染，可向培養(yǎng)液中加入適量的抗生素。(3)已知癌細胞 X 基因過量表達與肝腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，要試驗一種抗腫瘤藥物 Y 對甲細 胞生長的影響，可將甲細胞分為 A、B 兩組，A 組細胞培養(yǎng)液中加入_，B 組細胞培 養(yǎng)液中加入無菌生理鹽水，經(jīng)培養(yǎng)后，從 A、B 兩組收集等量細胞，通過分別檢測 X 基因在 A、B 兩組細胞中的_或_合成水平的差異，確定 Y 的藥效。答 案 (1)多 (2)血清可以補充合成培養(yǎng)基中缺乏的物質(zhì) (3)Y mRNA 蛋白質(zhì) 解 析 (1)甲細胞為肝腫瘤細胞，乙細胞為正常肝細胞。腫瘤細胞為能無限增殖的細胞， 細胞周期短。在相同條件下，培養(yǎng)相同的時間，甲細胞的數(shù)量多于乙細胞。(3)設計一組加入 抗腫瘤藥物的實驗組，一組不加抗腫瘤藥物的對照組，通過檢測藥物影響 X 基因的表達過程， 即轉(zhuǎn)錄形成 mRNA 的量、翻譯形成蛋白質(zhì)的量來檢驗藥效。6