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(共49张PPT)
第1课时　动物细胞培养
生 物
2026
第2章
第2节
内容索引
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.基于对动物细胞培养过程的分析,概述细胞贴壁、接触抑制现象的本质,归纳原代培养和传代培养的区别和意义。
2.明确动物细胞培养的条件,区分动物细胞培养和植物组织培养。
3.明确干细胞的概念及在临床上的应用。
4.基于细胞膜的流动性,明确动物细胞融合技术的原理、方法和结果。
5.比较动物细胞融合技术与植物体细胞杂交技术,归纳二者之间的区别与联系。
6.结合具体实例,能以流程图的形式展示单克隆抗体的制备过程,并能阐述其应用。
7.概述动物体细胞核移植技术的原理、过程及应用前景。
素养阐释
1.通过思考与讨论,认同动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
2.客观分析干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险,能够运用生物学基本概念和原理,对日常生活中与干细胞有关的问题进行分析和判断。
3.认同动物细胞融合技术是制备单克隆抗体的重要技术。
4.认同单克隆抗体在临床上发挥了重要作用。
5.认同动物细胞核移植技术及克隆动物是动物细胞工程的重要方面。
6.认同体细胞核移植技术有广泛的应用前景,理性看待体细胞核移植技术存在的问题。
自主预习 新知导学
一、动物细胞培养
1.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。
2.条件
(1)营养:合成培养基中有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。通常需要加入血清等一些天然成分。
(2)无菌、无毒的环境
①需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。
②应定期更换培养液,以便清除代谢物,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:哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5) ℃为宜。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。此外,渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。
(4)气体环境:动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。O2是细胞代谢(有氧呼吸)所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。在进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,并将它们置于含有95%空气和5% CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。
3.过程
二、干细胞培养及其应用
1.干细胞的类型及其应用
2.诱导多能干细胞(iPS细胞)的应用
3.干细胞应用面临的挑战
(1)胚胎干细胞的获取涉及伦理问题。
(2)将干细胞用于临床治疗还面临一些问题,如存在导致肿瘤发生的风险。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)制备动物细胞悬液时,用机械的方法或用纤维素酶和果胶酶处理。
(　　)
(2)在动物细胞培养过程中,通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。
(　　)
(3)干细胞是指动物(包括人)胚胎中具有多向分化潜能的细胞。(　　)
(4)动物细胞培养应定期更换培养液,以便清除代谢物,保证无毒环境。
(　　)
(5)胚胎干细胞和成体干细胞都具有分化成完整个体的潜能。(　　)
(6)动物细胞培养时细胞要经过脱分化形成愈伤组织。(　　)
×
×
×
√
×
×
(7)动物细胞培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清。(　　)
(8)动物细胞培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶等处理,分瓶后才能继续增殖。(　　)
√
√
2.从理论上讲,任何涉及丧失正常细胞的疾病,都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异细胞或组织来治疗。下列说法错误的是(　　)
A.用神经细胞治疗帕金森病
B.用胰岛细胞治疗糖尿病
C.用心肌细胞修复坏死的心肌
D.用甲状腺细胞治疗侏儒症
答案:D
3.下列关于胚胎干细胞的说法,正确的是(　　)
A.胚胎干细胞存在于成体组织或器官内
B.胚胎干细胞具有全能性,属于全能干细胞
C.胚胎干细胞属于专能干细胞　
D.胚胎干细胞最早发现于20世纪60年代
答案:B
4.下列有关动物细胞培养、动物组织培养的叙述,正确的是(　　)
A.在动物细胞培养中,含20%CO2的恒温培养箱的作用是调控pH和温度
B.动物细胞培养过程中一定不会出现组织分化现象
C.原代培养的细胞因具有最接近于体内细胞的生长特性,常用于药物测试研究
D.动物细胞培养过程中,首先要用胃蛋白酶处理动物组织以使细胞分散获得单个细胞
答案:C
解析:在动物细胞培养过程中,需要适宜的温度和一定的pH等环境,含5%CO2的恒温培养箱是用来维持培养液的pH和温度的。在动物组织培养过程中,加入诱导因子后会诱导细胞分化,如胚胎干细胞经培养可分化出各种细胞。多数动物细胞培养的适宜pH是7.2~7.4,在该条件下胃蛋白酶会失活。在动物细胞培养过程中,应用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理动物组织,使细胞分散成单个细胞。
5.在动物细胞培养过程中,只属于原代培养过程的是(　　)
A.用胰蛋白酶等处理获得单个细胞的过程
B.从机体取得细胞并处理后立即进行培养的过程
C.出现接触抑制现象后取下的细胞继续培养的过程
D.哺乳动物细胞在培养基中悬浮生长的过程
答案:B
6.皮肤基底层细胞(干细胞)能通过下图所示的方式修补破损的皮肤。据图判断干细胞的功能是(　　)
①自我更新　②细胞分裂　③细胞分化
A.①②
B.①③
C.②③
D.①②③
答案:D
解析:由题图可知,干细胞首先通过分裂进行自我更新,其次通过分化形成组织细胞来修补破损的皮肤。
合作探究 释疑解惑
[问题引领]
知识点一　动物细胞培养
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 细胞膜接收信息后,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现象说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接收信息后,细胞停止分裂,说明了细胞膜接收的信息能够传递到细胞核。
2.在进行动物细胞培养时,用胰蛋白酶把细胞分散成单个细胞,若用胃蛋白酶可行吗 请说明理由。胰蛋白酶对细胞有伤害吗 应如何解决
提示:不可行,因为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没有活性。用胰蛋白酶处理细胞时,作用时间长了会损伤细胞膜蛋白。要控制好胰蛋白酶的作用时间,不要过长也不要过短。
3.为什么进行动物细胞培养时通常需加入血清
提示:①血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等,其中一些氨基酸是动物细胞本身不能合成的,必须由培养液提供。
②血清中还含有生长激素和多种细胞生长所需要的特殊营养物质及其他活性物质等,能促进细胞的生长、增殖。
4.如何理解原代培养和传代培养
提示:原代培养和传代培养一般均需对细胞用胰蛋白酶等进行分散处理,区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶等处理的对象。
①用机械的方法,也可以用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等对动物组织进行处理,分散后培养,即为原代培养。
②细胞培养过程中出现接触抑制,用胰蛋白酶等处理使其从瓶壁上脱离下来,分装到多个培养瓶中继续培养,即为传代培养。
[归纳提升]
1.植物组织培养与动物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
理论 基础 植物细胞的全能性 细胞的增殖
前处理 无菌、离体 无菌;用机械的方法,也可以用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理,使组织细胞相互分散开
取材 植物体幼嫩的部位或花药等 动物胚胎或幼龄动物的器官、组织
培养基 性质 固体 液体
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
培养基 成分 水、矿质元素、蔗糖、植物激素、琼脂等 糖类、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等
培养 对象 离体的植物器官、组织或细胞 分散的单个细胞
过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养
细胞分裂、生 长、分化特点 ①脱分化:形成愈伤组织 ②再分化:形成根、芽等 ①贴壁生长
②接触抑制
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
结果 最终能产生新个体 产生大量细胞,不形成新个体
应用 ①快速繁殖 ②作物脱毒 ③培育作物新品种 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产等
相同点 ①都必须在人工条件下进行无菌操作 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 2.与动物细胞培养有关的两组概念的辨析
(1)细胞贴壁和接触抑制
①体外培养的动物细胞大多数需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。在培养瓶中进行培养时,这些细胞往往就贴附在培养瓶的瓶壁上,称为细胞贴壁。
②当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
(2)原代培养与传代培养
①原代培养:分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养。
②传代培养:分瓶后的细胞培养。
3.动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同:第一次是使动物组织分散成单个细胞,第二次是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。这也是区分原代培养和传代培养的依据之一。
4.动物组织要分散成单个细胞培养的原因
分散成单个细胞后容易培养,细胞所需的营养容易供应,其代谢物容易排出;而用大块组织培养时,内部细胞的营养供应和代谢物的排出都较困难。同时,分散成单个细胞培养,可使在细胞水平进行操作的其他技术得以实现。
5.选取幼龄动物的组织、器官作为材料的原因
动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官,因其细胞的分化程度低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。
[典型例题]
下图为动物细胞培养的基本过程示意图。请据图回答下列问题。
(1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织,原因是其细胞　　　,易于培养。培养时用机械的方法,也可以用　　　　　　等处理的方法分散细胞,制成B瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为　　　　。
(2)在体外培养细胞时,必须保证环境是无菌、无毒的。需要采取的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。培养过程中还需要提供O2和CO2等气体环境,CO2的作用主要是　　　　　　　　　　　。
(3)动物细胞体外培养时,通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。右图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。据图可知,培养　　　　细胞一定要添加血清。
答案:(1)分裂能力强　胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)　原代培养
(2)对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作,定期更换培养液　维持培养液的pH
(3)正常
解析:(1)动物细胞培养的过程:取动物组织块(或动物胚胎或幼龄动物的组织、器官)→用机械的方法,也可以用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理,分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理,分散成单个细胞,然后用离心法收集细胞,继续传代培养。(2)为保证动物细胞培养所需的无菌、无毒的环境,需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作,定期更换培养液,以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。培养过程还需要提供气体环境,所需的气体主要有O2和CO2,前者是细胞代谢所必需的,后者的主要作用是维持培养液的pH。(3)由题图可知,培养癌细胞时,有无血清影响不大,而培养正常细胞时,有血清时的细胞数量远大于无血清时的细胞数量,故培养正常细胞必须要添加血清。
【变式训练】
1.某研究小组准备对某种动物的肝细胞进行动物细胞培养,下列有关说法正确的是(　　)
A.培养液通常含有蔗糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清
B.细胞培养应在CO2培养箱中进行,CO2的作用是刺激细胞的呼吸
C.取单个肝细胞进行培养获得细胞群的方法利用了细胞全能性原理
D.动物细胞培养可实现动物分泌蛋白的规模化生产
答案:D
解析:动物细胞培养时所用的培养基为液体培养基,通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。动物细胞培养应在CO2培养箱中进行,CO2的主要作用是维持培养液的pH。取单个肝细胞进行培养获得细胞群的方法利用了细胞增殖的原理。动物细胞培养可用于人造皮肤的构建、动物蛋白的规模化生产等。
2.实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如下图所示。下列叙述正确的是
(　　)
A.过程甲需要对实验小鼠进行灭菌处理
B.过程乙需用纤维素酶对皮肤组织进行消化以获得单个皮肤细胞
C.过程丙得到的细胞大多具有异常的二倍体核型
D.过程丁得到的部分细胞失去贴附性
答案:D
解析:过程甲表示获取实验小鼠的组织细胞,需要对实验小鼠进行消毒处理,A项错误。过程乙需要用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等对皮肤组织处理以获得单个皮肤细胞,B项错误。过程丙表示原代培养,细胞的遗传物质没有发生改变,具有正常的二倍体核型,C项错误。过程丁是传代培养,该过程中部分细胞的遗传物质会发生变化而失去了贴附性,D项正确。
[问题引领]
知识点二　干细胞培养及其应用
下图为iPS细胞的培养和利用过程示意图,请据图回答下列问题。
(1)由iPS细胞分化为各种组织细胞过程的实质是什么
提示:基因的选择性表达。
(2)从病人体内提取成纤维细胞,将其转化成iPS细胞,经诱导后产生所需细胞,将所需细胞植入病人体内,这种技术的优点有哪些
提示:iPS细胞诱导过程无须破坏胚胎,不会产生伦理问题,且iPS细胞来源于病人自身的体细胞,将诱导产生的所需细胞移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。
(3)iPS细胞是多能干细胞还是专能干细胞 在分裂过程中会发生哪些变异
提示:多能干细胞。由于细胞增殖方式为有丝分裂,故能发生基因突变、染色体变异。
[归纳提升]
1.胚胎干细胞与成体干细胞的联系
胚胎干细胞能分化出各种类型的细胞,包括成体干细胞,也就是说,成体干细胞最终来自胚胎干细胞。分化的示意图如下图所示。
在体内,胚胎干细胞随着发育的进行,能自行分化成其他各种干细胞;在体外培养条件下,胚胎干细胞必须经过诱导才能分化出其他类型的细胞。
2.三种干细胞的比较
比较 项目 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 具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞,并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,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
[典型例题]
科学家通过转入四种基因可将体细胞诱导形成诱导多能干细胞(iPS细胞),iPS细胞具有与胚胎干细胞类似的功能。下图是设想用iPS细胞技术治疗镰状细胞贫血的流程,请据图回答下列问题。
(1)胚胎干细胞来源于　　　　　,具有　　　性 ,经诱导能发育成个体。
(2)iPS细胞培育过程中运用到的生物技术有过程①　　　　　　　　、过程②转基因等。
(3)过程①的培养液中除含有合成培养基的成分外,还需添加　　　　等天然成分。
(4)经过程③④后,改造得到的A是　　　　　,再植入患者体内,使患者能够产生正常红细胞,达到治疗镰状细胞贫血的目的。
(5)iPS细胞的诱导成功具有的医学价值是 　。
答案:(1)早期胚胎　全能
(2)动物细胞培养
(3)血清
(4)造血干细胞
(5)治疗人类疾病,培育人造组织、器官,解决供体器官不足和器官移植后的免疫排斥问题等
解析:(1)胚胎干细胞来源于早期胚胎,具有发育的全能性,经诱导有发育成个体的潜能。
(2)过程①是从患者体内取出体细胞进行动物细胞培养,而过程②是把四种基因导入体细胞,涉及转基因技术。
(3)动物细胞培养过程中,培养液中除含有合成培养基的成分外,还需添加动物血清等天然成分。
(4)镰状细胞贫血患者体内无法形成正常的红细胞,说明其造血干细胞出现功能障碍,所以A是造血干细胞。
(5)iPS细胞的诱导成功具有的医学价值是治疗人类疾病,培育人造组织、器官,解决供体器官不足和器官移植后的免疫排斥问题等。
【变式训练】
1.科学家利用逆转录病毒将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)。上图为相关实验示意图。下列相关叙述错误的是(　　)
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.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.培养iPS 细胞的培养液中应添加动物血清
答案:C
解析:由iPS 细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化,图中过程①②③表示细胞分化,其实质是基因的选择性表达。用该技术得到的新生器官替换自身病变器官,属于自体移植,理论上不发生免疫排斥反应,这可以大大提高器官移植成功率。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。iPS 细胞是体细胞经过体外培养形成的,培养动物细胞的培养液应在合成培养基的基础上添加动物血清。
2.两个不同国家的研究小组几乎同时宣布成功将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的诱导多能干细胞——iPS细胞。人类iPS 细胞可以形成神经元等人体多种组织细胞。下列有关iPS 细胞的说法,正确的是(　　)
A.iPS 细胞分化为人体多种组织细胞的过程中遗传物质发生了变化
B.iPS 细胞是人体皮肤细胞在体外培养并经诱导形成的
C.iPS 细胞既可分化形成神经元,也可分化形成心肌细胞,说明iPS 细胞在分裂时很容易发生突变
D.iPS 细胞只能分化成人体多种组织细胞,是因为它不具有人体的完整基因组
答案:B
解析:iPS细胞分化为多种组织细胞,是基因选择性表达的结果,遗传物质未发生变化,也不能说明iPS细胞在分裂时容易发生突变。iPS细胞是诱导多能干细胞,含有人体生长发育的完整基因组。
课堂小结

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