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2.2 动物细胞工程 一 动物细胞培养
【学习目标】1.简述动物细胞培养的条件和过程,构建动物细胞培养的流程图。
2.举例说明动物细胞培养的应用。
3.简述干细胞的种类及其应用价值。
【重点难点】说明动物细胞培养的条件和动物细胞培养过程中细胞生长的特点。
预学案---教材研读 （自主学习）
动物细胞工程常用的技术包括 、 和
等，其中 是动物细胞工程的基础。
1.动物细胞培养
（1）概念：动物细胞培养就是从动物体中取出相关的 ，将它分散成 ，然后在适宜的 下，让这些细胞 的技术。
（2）动物细胞培养需要满足以下条件
①营养：将细胞所需的营养物质按 和 严格配制而成的培养基，称为合成培养基，使用时通常需加入 等天然成分。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为 _______。
② 、 的环境：培养液和所有培养用具应进行 处理以及在无菌环境下进行操作。 需要定期更换，以便清除代谢物。
③温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞培养的温度多是 ℃；多数细胞适宜pH为 ； 也是动物细胞培养过程中需要考虑的重要环境参数。
④气体环境：95% ＋5% 。O2是 所必需的，CO2的主要作用是________________。
2.动物细胞培养的过程：
取动物组织→用 的方法或用 等处理的方法，将组织分散成_________ →制成__________________→转入培养瓶中进行_______代培养→分瓶后进行_______代培养。
（1）．悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖，会因__________________、
积累和培养液中 等因素而分裂受阻。
（2）．细胞贴壁：多数细胞贴附在 _____ 上生长。
（3）．接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面 时，细胞通常会停止
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 。
（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 法收集；贴壁生长的细胞要先用 等处理，再用 法收集。
3.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 。
（2）．干细胞的存在： 、 和 等多种组织和器官中。
（3）．干细胞的种类
判断对错：
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。 ( )
导学案---课堂探究（疑难点拨）
探究一：动物细胞培养
1.概念：动物细胞培养就是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.目的：获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体。
3.原理：
探究二：动物细胞培养的条件
1．营养
2．无菌、无毒的环境
3．温度和pH
4．气体环境
添加血清、血浆的作用：血清和血浆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%的血清或血浆。
探究三：动物细胞培养的过程
1.应选择什么样的组织或器官进行培养？
为什么？
2.分散成单个细胞培养的原因？
3.用酶两次处理的目的分别是什么？
能否用胃蛋白酶处理？
【典例1】实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．甲过程需要在无菌条件下进行 B．乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织
C．丙过程是原代培养出现接触抑制现象 D．丁过程是传代培养细胞，不出现接触抑制现象
探究四：植物组织培养与动物细胞培养的比较
项目 植物组织培养 动物细胞培养
理论基础 植物细胞全能性 细胞增殖
培养基 类型 固体或半固体培养基 液体培养基
成分 矿质元素、蔗糖、维生素、氨基酸、植物激素等 无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、促生长因子、动物血清等
取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养
相同点 ①都需要人工条件下的无菌操作，无菌培养；②都需要配制合成培养基；③都需要适宜的温度、pH等条件
1.动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？
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？
【典例2】下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别的是(　　)
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
探究五：干细胞的种类及功能
来源 功能及应用
胚胎干细胞 (ES细胞) 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体
成体干细胞 成体组织或器官 只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能
诱导多能干细胞 (iPS细胞) 体外诱导体细胞产生 能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病
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？
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？
固学案---课后训练（能力提升）
2.2.1 动物细胞培养
1.一般来说,动物细胞体外培养需要满足以下哪些条件(　　)
①无毒的环境　②无菌的环境　③合成培养基需加入血清　④温度与动物体温相近　⑤需要O2,不需要CO2　⑥适宜的渗透压
A.①②③④⑤⑥　　　B.①②③④
C.①③④⑤⑥　　　D.①②③④⑥
2.(2023河南焦作月考)为解决大面积烧伤病人的植皮难题,科学家研制出人造皮肤,研制过程中需要将人的皮肤细胞置于培养液中进行培养。配制培养液时,除必需的已知成分外,还必须加入天然成分,细胞才能正常生长和增殖。下列相关叙述不正确的是(　　)
A.细胞培养过程中,应将细胞置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中
B.为了避免动物细胞培养过程中的污染,可向培养液中加入适量的抗生素
C.培养液中加入的天然成分可能是血清,用于补充细胞生长和增殖所需的物质
D.经培养可得到由多层细胞构成的人造皮肤,能直接用于移植
3.如图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是(　　)
A.步骤①的操作不需要在无菌环境中进行
B.步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离
C.步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理
D.步骤④培养过程中不会发生细胞癌变
4.(2023贵州铜仁一中月考)如图表示某学习小组利用正常的小鼠细胞进行动物细胞培养的过程,①~④表示相关过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A.过程①可以使用机械法或酶解法改变细胞的通透性
B.过程②为原代培养,培养细胞1一般会发生接触抑制现象
C.培养细胞2需要贴附于基质表面生长,直接用离心法进行收集
D.进行动物细胞培养的过程中,不会发生基因的选择性表达
5.(2023广东深圳外国语学校月考)在动物细胞培养的过程中,贴壁的细胞不一定都能增殖并形成克隆(单个细胞繁殖形成的细胞群体),而形成克隆的细胞必为有增殖活力的细胞,这一特点可用于测定动物细胞的增殖能力。大致流程如下图,相关叙述不正确的是(　　)
A.出现接触抑制后,细胞克隆停止增殖
B.克隆细胞与接种的细胞的遗传信息可能不同
C.胰蛋白酶可使细胞分散成单个,利于计数
D.采用固体培养基培养才能形成细胞克隆
6.(2022湖北监利中学月考)如图是某同学设计的有关紫杉醇抗肿瘤实验的研究流程,下列相关叙述错误的是(　　)
A.酶X可以是胃蛋白酶
B.物质Y是生理盐水,实验结果可与加入紫杉醇的甲组形成对照
C.培养时需要定期更换培养液,目的是清除代谢物
D.若甲组肿瘤细胞的数目少于乙组,可以说明紫杉醇具有抗肿瘤作用
7.(2023河南安阳一中阶段练习)下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述,不正确的是(　　)
A.动物细胞培养和植物组织培养所用的培养基不同
B.动物细胞培养和植物组织培养的理论基础不同
C.烟草叶片细胞离体培养能产生新个体,小鼠的ES细胞离体培养可分化成心肌细胞、神经元等细胞
D.动物细胞培养需要添加激素,植物组织培养需要添加血清
8.下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述,错误的是(　　)
A.培养过程中都会发生有丝分裂
B.培养过程都需要在无菌条件下进行
C.培养过程中都存在贴壁生长和接触抑制现象
D.培养过程中都易受培养条件和外界压力的影响而发生变异
9.(2023福建永安三中月考)我国科学家通过体细胞诱导培养出了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞,它能够形成各类组织、器官。这是目前全球在体外培养的“最年轻”的人类细胞。下列有关叙述错误的是(　　)
A.体细胞诱导成全能干细胞的过程导致遗传物质发生改变
B.全能干细胞可分化为胎盘组织,并有可能发育为更成熟的其他组织
C.全能干细胞诱导分化成各种组织细胞的基础是基因的选择性表达
D.此项研究成果在解决器官短缺和器官移植免疫排斥等问题上有重要意义
10.(2023湖北宜昌月考)小鼠的成纤维细胞经诱导可成为iPS细胞,为新型再生疗法带来希望。下列叙述正确的是(　　)
A.经诱导形成的iPS细胞增殖能力强,分化能力弱
B.分化后的细胞蛋白质种类和数量相同
C.iPS细胞属于成体干细胞
D.与ES细胞相比,iPS细胞用于再生医学可回避伦理争议
11.一名婴儿在出生后,医院为他保留了脐带血,在他以后生长发育过程中如果出现了某种难以治疗的疾病,就可以利用血液中的干细胞进行治疗,下列关于这个实例的说法不正确的是(　　)
A.用干细胞培育出人体需要的组织或器官用来移植治病,不需要激发细胞的全能性
B.用脐带血中的干细胞并不能治疗这个孩子所有的疾病
C.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,需要用到细胞培养技术
D.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,应该长期给他使用免疫抑制药物
12.(2023北京丰台一模)悬浮培养的动物细胞会因细胞密度过大、有害代谢产物积累等因素而分裂受阻。生产上常用灌流式培养避免这些现象出现。灌流式培养是在细胞培养管内,一边不断注入新鲜培养基,一边将培养液的上清液不断移出。下列相关叙述错误的是(　　)
A.灌流式培养的细胞会贴壁生长,但不会出现接触抑制现象
B.灌流是在细胞密度达到一定浓度或者营养物质低于一定浓度时进行
C.过高的灌流速率会导致营养物质不能得到充分利用,造成培养基浪费
D.配制灌流式培养所需培养基时应考虑细胞生存的液体环境的渗透压
13.为研究血清在细胞培养中的作用,某小组进行了相关实验并得到了如图所示的结果。下列有关叙述正确的是(　　)
A.正常细胞在培养过程中可存在接触抑制的现象,癌细胞则不存在该现象
B.血清应在加入培养液后与培养液一起进行高压蒸汽灭菌
C.由图示结果可知,血清的有无对癌细胞的影响小于对正常细胞的影响
D.利用含细胞悬液的培养瓶培养细胞的过程中应定期更换培养液
14.(2023河南郑州二中联考)某团队利用化学小分子成功地将已高度分化的小鼠体细胞诱导成了可以重新分化发育为各种组织器官类型的“多潜能性”细胞,并将其命名为“化学诱导的多潜能干细胞(CiPS细胞)”,开辟了一条全新的体细胞“重编程”途径。下列相关叙述错误的是(　　)
A.小鼠体细胞诱导成CiPS细胞是形态、结构和遗传物质发生稳定性差异的过程
B.与小鼠体细胞相比,诱导形成的CiPS细胞全能性较高
C.体细胞经诱导转化为CiPS细胞的过程类似于植物细胞的脱分化过程
D.体细胞转化成CiPS细胞后,细胞内部分不表达的基因可能会重新表达
15．2012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。下列相关叙述中，错误的是（　　）
A．由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化
B．利用患者的iPS细胞对其自身受损器官进行修复，与传统器官移植相比，成功率更高
C．iPS细胞的增殖难以控制，具有衰老细胞的特征
D．与ES细胞相比，iPS细胞用于再生医学可回避伦理争议
16．下图表示人体干细胞发生的变化过程。下列有关此图的叙述，正确的是(　　)
A．a、b、c均代表细胞分化过程
B．图中各细胞中蛋白质种类相同
C．b、c过程产生的细胞一般都具有细胞周期
D．a、b、c过程产生的各细胞遗传物质没有发生变化
17.（不定项）下列关于小鼠成纤维细胞的培养过程及原理的叙述不正确的是（　　）
A．用胰蛋白酶将组织细胞的膜蛋白消化可获得单个的细胞
B．在培养基中添加胰岛素可促进细胞对葡萄糖的摄取
C．培养到一定时期的细胞停止增殖的主要原因是营养枯竭
D．培养过程中二倍体细胞可能会经脱分化形成癌细胞
18.（不定项）如图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述不正确的是（　　）
A．步骤①的操作不需要在无菌环境中进行
B．步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离
C．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理
D．步骤④培养过程中，一定要用到胰蛋白酶处理
19．（不定项）下列有关干细胞的叙述中，正确的是（　　）
A．胚胎干细胞可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞
B．造血干细胞分化形成红细胞和白细胞的过程是不可逆的
C．肝脏干细胞分化形成肝脏细胞的过程表现了细胞的全能性
D．各种干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果
20.(2023山东烟台招远一中期中)科学家将小鼠多能干细胞的4种基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4,同时导入已分化的小鼠成纤维细胞中,结果后者被诱导成为多能干细胞,称为诱导多能干细胞(iPS细胞),此类细胞能分裂并产生皮肤细胞﹑神经细胞以及可以搏动的心肌细胞等。请分析回答下列问题:
(1)④过程表示细胞发生了分化,原因是D、E和F细胞中的　　 　　　　　　(填2种化合物名称)种类不完全相同。
(2)动物细胞培养过程中需通入CO2,其作用是　　　　 　　　　　　　　。
(3)利用自变量控制的减法原理,要了解Oct3/4、Sox2,c-Myc和Klf4基因在诱导iPS细胞时,每个基因作用的相对大小,请你给出实验设计的思路。_________________________________________________________________________。
_________________________________________________________________________。
_________________________________________________________________________。
21.请回答下面有关动物细胞培养的问题。
（1）在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基称为 　 　培养基。通常在培养培养过程中保证环境是 　 　。
（2）细胞培养应在含O2的恒温培养箱中进行，O2的作用是 　 　。
（3）培养的动物细胞一般取自幼体或胚胎组织，原因是_____________________________
_________________________________________________________________________。
（4）细胞原代培养的过程中，贴壁细胞分裂受阻的原因是 　 　
。
（5）原代培养的细胞停止分裂增殖后，需对细胞进行___________________，才能让细胞继续增殖。进行传代培养时，对细胞进行____________法收集，之后制成细胞悬液，分瓶培养。传代培养至50以后，少数细胞会克服细胞自然寿命的极限，获得不死性，与正常细胞相比，其遗传物质已发生 　 　。
2.2.1 动物细胞培养
预学案答案
动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植 动物细胞培养
1.（1）组织 单个细胞 培养条件 生长和增殖
（2）①种类 所需量 血清 培养液 ②无菌 无毒 灭菌 培养液③36.50.5 7.2-7.4 渗透压④ 空气 CO2 细胞代谢 维持培养液的pH
2.机械 胰蛋白酶、胶原蛋白酶 单个细胞 细胞悬液 原 传
（1）细胞密度过大 有害代谢物 营养物质缺乏 （2）培养瓶的瓶壁
（3）相互接触 分裂增殖 （4）初次培养 （5） 离心 胰蛋白酶 离心
3.（1）其他类型的细胞 （2）早期胚胎 骨髓 脐带血
（3）① 早期胚胎 所有组织 器官 个体 ②造血干细胞 神经干细胞 精原干细胞 特定的细胞或组织 完整个体 ③免疫排斥反应
判断对错：×√××××
导学案答案
探究一：3.细胞增殖（有丝分裂）
探究二：1．氨基酸、无机盐 血清2.培养用具 无菌 培养液 3. 36.50.5℃ 7.2-7.4
4. O2 pH
探究三：
1.一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官生命力旺盛，分裂能力强。
2. 一是使每个细胞能与培养液接触，保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出。
3. 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。
胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中失活，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。
探究四：
1.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。
2．相同，都是有丝分裂。
探究五：
1.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. 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。
典例1、D 典例2、A
2.2.1 动物细胞培养
固学案答案
1.D 2.D 3.C 4.B 5.D 6.A 7.D 8.C
9.A 10.D 11.D 12.A 13.ACD 14.A 15.C 16.D
17.ACD 18.ABD 19.ABD
20.
　(1)RNA、蛋白质　(2)维持培养液的pH　(3)依次去掉1个基因,将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中,通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较,来推测缺失的基因对诱导iPS细胞的影响,进而判断每个基因作用的相对大小。
21.
（1）合成 无菌、无毒（2）细胞代谢必需的
（3）动物细胞培养利用细胞增殖的原理，胚胎或幼龄动物的器官分裂增殖能力强
（4）细胞密度过大、有害代谢物积累、 培养液中营养物质缺乏、接触抑制
（5）分瓶培养 离心法 突变

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