资源简介

2.2 动物细胞工程
一 动物细胞培养 教案
一、教学目标
1.认同动物细胞培养是模拟体内生理条件在体外进行的培养，由此分析、推出培养动物细胞需要满足的基本条件。
2.尝试建构动物细胞培养的基本流程。
3.认同动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
4.简述干细胞的应用；通过探讨干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险，理性看待生物技术的应用，增强社会责任感。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）动物细胞培养的条件和过程。
（2）干细胞在生物医学工程中的应用。
2.教学难点
（1）动物细胞培养的条件和过程。
三、教学设计思路
本节教师通过真实的教学情境，引导学生概括出动物细胞培养的概念，通过联系就知识，帮助学生建立知识网络，使学生更加深化对动物细胞培养的过程，通过对干细胞应用的教学，让学生理性地看待并合理运用生物技术，增强社会责任意识
四、教学过程
【新课导入】
教师利用课件展示教材中“从社会中来”的相关内容，指出在治疗大面积烧伤的病人时，自体移植的皮肤是有限的，引导学生思考，怎么才能获得大量的自体健康皮肤？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？
通过小组之间互相讨论交流，引导学生概括出动物细胞培养的概念。
教师以真实的情境导入，让学生认识动物细胞培养技术与生活的联系。
在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。
讨论：
1.怎样才能获得大量的自体健康皮肤？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？
可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增；目前，科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。
学生：通过小组之间互相讨论交流，归纳概括出动物细胞培养的概念。
动物细胞培养的概念：从动物体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖。
地位：动物细胞工程的基本技术
原来：细胞增殖
培养对象：胚胎或幼龄动物的细胞较成体的细胞更易培养。
【新课讲授】
（一）动物细胞培养的条件
教师指导学生阅读教材第43-44页的相关文字，并回顾选择性必修一的相关的知识内容，让学生小组之间互相讨论教师提出的问题：
1.机体给体内的细胞提供了哪些适宜的条件使其能够维持正常的生命活动？
2.体外细胞培养时需要提供哪些物质？
3.动物细胞培养需要什么条件？
教师引导学生回顾旧知识，分析，推出培养动物细胞需要满足的基本条件，通过运用旧知探索新知，促进学生对新知识的理解。
知识梳理：
1.动物细胞培养的条件
（1）营养：糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。
①合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。
②动物血清：含人类未知、细胞生长和增殖所必需的物质。
③培养基的物理性质：培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。
（2）无菌、无毒的环境
①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。
②在无菌环境下进行操作。
③培养液需要定期更换，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
①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5℃为宜。
②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2-7.4。
③适宜的渗透压：维持细胞正常的形态和功能。
（4）气体环境
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。O2：细胞代谢所必需的。CO2：主要作用是维持培养液的pH。
（二）动物细胞培养的过程
教师指导学生阅读教材“动物细胞培养的过程”的文字部分，并在课件中展示动物细胞培养的过程的示意图，思考、回答下列问题：
1.进行细胞培养时，为什么首先将组织分散成许多单个细胞？
2.将组织块用胰蛋白酶或胶原蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么成分？如何推理出来的？用胃蛋白酶可以吗？为什么？
3.原代培养和传代培养如何区别？
4.细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？怎样解决这一问题？
5.简要画出动物细胞培养的流程图
6.动物细胞培养和植物细胞培养有什么相同和不同之处？
展示动物细胞培养的过程的示意图：
教师通过让学生自己阅读教材，并与学生小组之间互相讨论交流，让学生对知识内容的理解更加深化，并在这个过程中，锻炼学生的思维能力和合作精神。
知识梳理：动物细胞培养的过程
1.取动物组织
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。因为这些细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。
2.制成细胞悬液
（1）将细胞分散成单个细胞。
①机械的方法。
②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。
原因：①从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖；②能使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。
（2）用培养液将细胞制成细胞悬液。
3.进行原代培养
（1）操作过程：将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。
原代培养：通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。
（2）体外培养的动物细胞类型
①悬浮生长类：能够悬浮在培养液中生长增殖。
会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。
②贴壁生长类：需要贴附于某些基质表面才能生长增殖（细胞贴壁），大多数细胞属于此类。除受密度、有害代谢物、营养物质影响外，还会发生接触抑制现象。接触抑制：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。
4.分瓶、进行传代培养
悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质等因素而分裂受阻，贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素影响外，还会发生接触抑制现象。这时就需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。
传代培养：将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
（1）悬浮生长类：直接用离心法收集。
（2）贴壁生长类：需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。
小组讨论，问题探究：
1.进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？
提示：用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2.当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。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，所以用胃蛋白酶不行。
2.幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？
提示：细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。
3.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？
提示：可以从培养的原理，所需的营养条件、环境条件以及培养的过程等方面进行分析比较。
植物组织培养和动物细胞培养的比较
（三）干细胞培养及其应用
动物细胞培养又有哪些具体应用呢？通过提问引出干细胞的相关内容。
展示“胚胎干细胞”的电镜图：
通过阅读教材中的内容，教师进行提问：
1.干细胞有哪些类型？这些类型各有怎样的特点和哪些方面的应用？
2.科学家是怎样获得诱导多能干细胞的？这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？
3.干细胞用于临床治疗可能存在什么问题？
4.你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益和风险？
教师通过对相关问题的探讨，可以让学生理性地看待并合理运用生物技术，增强社会责任意识。
知识梳理：
1.干细胞
（1）概念：动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。
（2）分布：存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
（3）分类：包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
①胚胎干细胞（简称ES细胞）：也叫全能干细胞，存在于早期胚胎中，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。
②成体干细胞：是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的造血干细胞（多能干细胞）、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞（专能干细胞）等。一般认为，成体干细胞具有组织特异性，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。
应用最成熟的成体干细胞：造血干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。
2.诱导多能干细胞（iPS细胞）
（1）概念：通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。
（2）获取方法：①将特定基因或特定蛋白导入细胞；②用小分子化合物诱导形成。
（3）诱导多能干细胞优点：①诱导过程无需破坏胚胎；②iPS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。
3.干细胞的应用
有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。干细胞应用面临的问题存在存在着导致肿瘤发生的风险。
展示iPS细胞用于治疗人类疾病示意图：
五、板书设计
2.2.1 动物细胞培养

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