2020_2021學(xué)年新教材高中生物第2章細(xì)胞工程2.1動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)學(xué)案新人教版選擇性必修3

1、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng) 必備知識素養(yǎng)奠基一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)概念從動(dòng)物體中取出相關(guān)的組織,將它分散成單個(gè)細(xì)胞,然后在適宜的培養(yǎng)條件下,讓這些細(xì)胞生長和增殖的技術(shù)。二、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件1.營養(yǎng)條件:(1)合成培養(yǎng)基:將細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴(yán)格配制而成。(2)天然成分:血清等。(3)一般使用液體培養(yǎng)基,即培養(yǎng)液。2.無菌、無毒的環(huán)境:(1)培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具滅菌處理。(2)無菌環(huán)境下操作。(3)培養(yǎng)液定期更換的目的:清除代謝物,防止細(xì)胞代謝物積累對細(xì)胞自身造成危害。3.溫度、pH和滲透壓:(1)適宜的溫度:哺乳動(dòng)物多以36.50.5 為宜。(2)適宜的pH:多數(shù)細(xì)胞生存的適宜pH為7.27.4。(3

2、)適宜的滲透壓。 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)能否體現(xiàn)動(dòng)物體細(xì)胞的全能性?說明你的理由。提示:不能。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)只是細(xì)胞的增殖,沒有體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。 4.氣體環(huán)境:95%空氣和5%CO2。(1)O2作用:細(xì)胞代謝所必需的。(2)CO2的主要作用:維持培養(yǎng)液的pH。三、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過程填一填:基于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過程,完成下面的問題: (1)過程處理方法有:機(jī)械法或胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理的方法。(2)過程為原代培養(yǎng),培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞有兩類:懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖;貼附于某些基質(zhì)表面生長增殖。(3)進(jìn)行過程時(shí),懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞直接用離心法收集;貼壁細(xì)胞需要使用胰蛋白酶等處理,然后用離心法收集。(4)過程為傳代培

3、養(yǎng),進(jìn)行過程的原因主要有:細(xì)胞密度過大、有害代謝物積累、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏和接觸抑制等。四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用1.干細(xì)胞分布:早期胚胎、骨髓和臍帶等。2.種類:胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。3.判一判:基于干細(xì)胞的類型和應(yīng)用,判斷下列說法的正誤。(1)胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞都具有形成機(jī)體的所有組織和器官,甚至個(gè)體的潛能。()提示:成體干細(xì)胞具有組織特異性,只能分化成特定的細(xì)胞或組織,不具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力。(2)造血干細(xì)胞是發(fā)現(xiàn)最早、研究最多、應(yīng)用最為成熟的一種成體干細(xì)胞。()(3)iPS細(xì)胞稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞,與胚胎干細(xì)胞類似,也需從胚胎中獲取。()提示:iPS細(xì)胞來源于自身的體細(xì)胞誘導(dǎo),無須從胚胎

4、中獲取。(4)不同類型的干細(xì)胞分化能力不同,胚胎干細(xì)胞的分化能力最強(qiáng)。()(5)干細(xì)胞將在再生醫(yī)學(xué)、藥物安全性、有效性檢測、疾病治療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。()關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成知識點(diǎn)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程1.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程: 2.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中酶的處理:(1)用酶“兩次”處理的目的:第一次使用的目的是使組織細(xì)胞分散開;第二次使用的目的是使細(xì)胞從瓶壁上脫離下來,便于分散后繼續(xù)培養(yǎng)。(2)使細(xì)胞分散開的原因:一是能保證細(xì)胞所需要的營養(yǎng)供應(yīng);二是能保證細(xì)胞內(nèi)有害代謝物的及時(shí)排出。(3)不能用胃蛋白酶處理:由于大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.27.4,而胃蛋白酶發(fā)揮作用的最適pH為2.0左右,因此不能用

5、胃蛋白酶使細(xì)胞分散開。3.有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)知識點(diǎn)可歸納為4個(gè)“2”:(1)培養(yǎng)材料為“2”:即動(dòng)物胚胎、幼齡動(dòng)物的組織和器官。(2)培養(yǎng)過程為“2”:即原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)。(3)胰蛋白酶使用“2”次:即原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)中均使用,目的是使細(xì)胞分散開。(4)細(xì)胞生長特點(diǎn)有“2”個(gè):即貼壁生長和接觸抑制。4.植物組織培養(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的比較:項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖培養(yǎng)基(半)固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基過程外植體脫分化愈傷組織再分化胚狀體植物體動(dòng)物的組織機(jī)械法或酶細(xì)胞懸液原代培養(yǎng)胰蛋白酶傳代培養(yǎng)結(jié)果新的植株新的細(xì)胞相同點(diǎn)兩技術(shù)手段培養(yǎng)過程中都進(jìn)行有絲分裂,都是無性繁殖,都

6、可稱為“克隆”,都不涉及減數(shù)分裂均需要無菌操作、無菌培養(yǎng),需要適宜的溫度、pH等條件 如圖所示是某動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí),培養(yǎng)液中活細(xì)胞和死亡細(xì)胞密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果,下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是() A.實(shí)驗(yàn)中要控制胰蛋白酶溶液濃度和處理時(shí)間,以免損傷細(xì)胞B.培養(yǎng)液中應(yīng)適當(dāng)加入青霉素、鏈霉素,以避免雜菌污染C.曲線bc段變化的主要原因是培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)不足及有害代謝物積累等D.培養(yǎng)至第6 d時(shí),新產(chǎn)生的細(xì)胞數(shù)等于死細(xì)胞數(shù)【解題導(dǎo)引】 【解析】選D。實(shí)驗(yàn)中要控制胰蛋白酶溶液濃度和處理時(shí)間,以免損傷細(xì)胞,A正確;培養(yǎng)液中應(yīng)適當(dāng)加入青霉素、鏈霉素等一定量的抗生素,以避免雜菌污染,B正確;曲線bc段表示活細(xì)胞密度減少,而此

7、時(shí)間段內(nèi)死細(xì)胞密度增加,產(chǎn)生這種變化的主要原因是培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)不足及有害代謝物積累等,C正確;培養(yǎng)至第6 d時(shí),活細(xì)胞數(shù)等于死細(xì)胞數(shù),D錯(cuò)誤。【素養(yǎng)探究母題追問】(1)科學(xué)探究結(jié)果的交流與討論實(shí)驗(yàn)過程中用胰蛋白酶溶液處理時(shí)間過長或過短,會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果?提示:處理時(shí)間過長,胰蛋白酶會(huì)破壞細(xì)胞膜,即損傷細(xì)胞。處理時(shí)間過短,組織細(xì)胞不能充分分散開。(2)科學(xué)思維演繹與推理上題曲線ab段產(chǎn)生的原因是什么?提示:營養(yǎng)物質(zhì)相對充足,有害代謝物較少。 【素養(yǎng)遷移】2020年初,荷蘭某研究所利用蛇干細(xì)胞培養(yǎng)出可分泌毒液的蛇毒腺微型組織,讓毒素的獲取途徑更加安全和簡單。下列敘述正確的是()A.培養(yǎng)蛇干細(xì)胞時(shí)O

8、2的作用是維持培養(yǎng)液pH的穩(wěn)定B.蛇毒腺微型組織基因的表達(dá)與蛇干細(xì)胞不完全相同C.利用蛇干細(xì)胞的大量增殖即可獲得大量分泌毒液的細(xì)胞D.培養(yǎng)蛇毒腺微型組織與哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件完全相同【解析】選B。培養(yǎng)蛇干細(xì)胞時(shí),二氧化碳的作用是維持培養(yǎng)液pH的穩(wěn)定,A錯(cuò)誤;蛇毒腺微型組織已經(jīng)分化,具有特定的形態(tài),與蛇干細(xì)胞的一些基因的表達(dá)相同,如呼吸酶基因,與一些特定基因的表達(dá)不同,如與毒素合成有關(guān)的基因的表達(dá),B正確;蛇干細(xì)胞沒有分化成腺細(xì)胞,不能合成大量毒素,不能增殖得到大量分泌毒液的細(xì)胞,C錯(cuò)誤;蛇屬于變溫動(dòng)物,培養(yǎng)時(shí)需要的溫度低于哺乳動(dòng)物,D錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】下列關(guān)于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的敘述中,不正確的是

9、()A.傳代培養(yǎng)時(shí)需要用胰蛋白酶處理貼壁生長的細(xì)胞B.細(xì)胞的癌變發(fā)生于原代培養(yǎng)向傳代培養(yǎng)的過渡過程中C.癌細(xì)胞在培養(yǎng)瓶中不會(huì)出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)一般需要使用CO2培養(yǎng)箱【解析】選B。由原代培養(yǎng)分瓶進(jìn)行傳代培養(yǎng)時(shí),需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理貼壁生長的細(xì)胞,A項(xiàng)正確;細(xì)胞的癌變一般發(fā)生于50代后的細(xì)胞培養(yǎng)過程中,B項(xiàng)錯(cuò)誤;癌細(xì)胞膜上糖蛋白減少,細(xì)胞間的黏著性降低,失去了接觸抑制,容易擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移,C項(xiàng)正確;動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的場所是CO2培養(yǎng)箱,培養(yǎng)箱內(nèi)含有95%的空氣和5%的CO2的混合氣體,為動(dòng)物細(xì)胞提供適宜的氣體環(huán)境,D項(xiàng)正確?！菊n堂回眸】 課堂檢測素養(yǎng)達(dá)標(biāo)【概念診斷】1.動(dòng)物細(xì)胞培

10、養(yǎng)是動(dòng)物細(xì)胞工程的基礎(chǔ),下列有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的描述合理的是_。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)要定期更換培養(yǎng)液,其目的是便于清除代謝物,防止代謝物積累。多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中其培養(yǎng)液所需的適宜pH為6.87.0。培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的第一代(即第一次細(xì)胞增殖)被稱為原代培養(yǎng)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中需要充足的氧氣環(huán)境,二氧化碳可有可無,影響不大。培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞通常需要定期使用胰蛋白酶處理,分瓶后繼續(xù)培養(yǎng)。【解析】選。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)要定期更換培養(yǎng)液,其目的是便于清除代謝物,防止代謝物積累對細(xì)胞的毒害,正確;多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中其培養(yǎng)液所需的適宜pH為7.27.4,錯(cuò)誤;細(xì)胞分裂多次后,細(xì)胞數(shù)目增多出現(xiàn)接觸抑制,停止增殖然后進(jìn)行分

11、瓶,分瓶處理前的培養(yǎng)為原代培養(yǎng),錯(cuò)誤;動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要氧氣和二氧化碳,錯(cuò)誤;培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞通常需要定期使用胰蛋白酶處理,分瓶后繼續(xù)培養(yǎng)才能保持繼續(xù)增殖,正確。2.在動(dòng)物細(xì)胞工程中,最基礎(chǔ)的一項(xiàng)技術(shù)是()A.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)B.細(xì)胞核移植技術(shù)C.動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)D.干細(xì)胞的培養(yǎng)【解析】選A。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是動(dòng)物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)。3.下列動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中,屬于原代培養(yǎng)的是()A.用胰蛋白酶使組織分散成單個(gè)細(xì)胞的過程B.從機(jī)體取得細(xì)胞后立即進(jìn)行培養(yǎng)的過程C.出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象后接下來的細(xì)胞培養(yǎng)過程D.哺乳動(dòng)物細(xì)胞在培養(yǎng)基中的懸浮生長過程【解析】選B。在原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)細(xì)胞過程中,都會(huì)用到胰蛋白酶,使組

12、織分散成單個(gè)細(xì)胞,A錯(cuò)誤;從機(jī)體取得細(xì)胞后立即進(jìn)行培養(yǎng)的過程是原代培養(yǎng),B正確;出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象后,接下來的細(xì)胞的培養(yǎng)過程是傳代培養(yǎng),C錯(cuò)誤;無論是原代培養(yǎng)還是傳代培養(yǎng),細(xì)胞都有在培養(yǎng)基中的懸浮生長過程,D錯(cuò)誤。4.培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)將動(dòng)物組織分散成單個(gè)細(xì)胞,宜采用()A.鹽酸酒精混合液B.胃蛋白酶溶液C.膠原蛋白酶溶液D.纖維素酶溶液【解析】選C。在培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)從健康動(dòng)物體內(nèi)取出組織塊,剪碎,用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理一段時(shí)間,這樣動(dòng)物組織就會(huì)分散成單個(gè)細(xì)胞,C正確。5.動(dòng)植物體的體細(xì)胞進(jìn)行離體培養(yǎng),下列敘述正確的是()A.都需用CO2培養(yǎng)箱B.都需用液體培養(yǎng)基C.都要在無菌條件下進(jìn)行D.都可

13、體現(xiàn)細(xì)胞的全能性【解析】選C。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要用CO2培養(yǎng)箱,但植物細(xì)胞培養(yǎng)不需要用CO2培養(yǎng)箱,A錯(cuò)誤。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需用液體培養(yǎng)基,而植物細(xì)胞培養(yǎng)需要用固體培養(yǎng)基,B錯(cuò)誤。動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)都要在嚴(yán)格的無菌條件下進(jìn)行,C正確。植物細(xì)胞培養(yǎng)能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性,而動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的原理是細(xì)胞增殖,不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性,D錯(cuò)誤。 【思維躍遷】6.圖1是培養(yǎng)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(MEF細(xì)胞)的示意圖,圖2是在用MEF細(xì)胞制成的飼養(yǎng)層上培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)的示意圖。回答下列問題: (1)如圖1所示,制備細(xì)胞懸液時(shí),常用_處理剪碎的組織塊,MEF細(xì)胞培養(yǎng)的適宜溫度為_。當(dāng)MEF細(xì)胞分裂生長到細(xì)胞表面相互接觸

14、時(shí)就停止分裂,這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的_。(2)目前使用的或冷凍保存的MEF細(xì)胞通常為_代以內(nèi),以保持細(xì)胞正常的_核型。(3)在培養(yǎng)液中單獨(dú)培養(yǎng)ES細(xì)胞時(shí),ES細(xì)胞容易發(fā)生分化,結(jié)合圖2可推知MEF細(xì)胞的作用是_?！窘馕觥?1)如圖1所示,制備細(xì)胞懸液時(shí),常用胰蛋白酶或膠原蛋白酶來處理剪碎的組織塊;動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度為36.50.5 ;當(dāng)MEF細(xì)胞分裂生長到細(xì)胞表面相互接觸時(shí)就停止分裂,這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。(2)為保證細(xì)胞正常的二倍體核型,目前使用的或冷凍保存的MEF細(xì)胞通常為10代以內(nèi)的細(xì)胞。(3)在培養(yǎng)液中單獨(dú)培養(yǎng)ES細(xì)胞時(shí),ES細(xì)胞容易發(fā)生分化,結(jié)合圖2可知加入MEF細(xì)胞后ES細(xì)胞可以

15、只增殖不分化,故可推知MEF細(xì)胞的作用是抑制ES細(xì)胞分化。答案:(1)胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)36.50.5接觸抑制(2)10二倍體(3)抑制ES細(xì)胞分化 【拓展探究】7.2019年11月18日上午,中國誕生了第一塊“人造肉”,即“細(xì)胞培養(yǎng)肉”。如圖是“細(xì)胞培養(yǎng)肉”生物制造流程圖,請結(jié)合所學(xué)知識回答下列問題: (1)生物制造“細(xì)胞培養(yǎng)肉”的第一步,就是要獲取肌肉干細(xì)胞,所謂的“干細(xì)胞”是指動(dòng)物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有_能力的細(xì)胞。(2)“細(xì)胞培養(yǎng)肉”生物制造的關(guān)鍵技術(shù)是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),下列有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)敘述不正確的是()A.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要在無菌、無毒的條件下進(jìn)行B.在適宜環(huán)境中培養(yǎng),細(xì)胞

16、懸液中的細(xì)胞很快貼附在瓶壁上,稱為細(xì)胞貼壁C.在適宜條件下,培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂,數(shù)量不斷增多,當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時(shí),細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖D.細(xì)胞培養(yǎng)肉在上市前不需要進(jìn)行安全性檢測(3)一般的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要向培養(yǎng)基中添加一定量的血清,以保證_。(4)“細(xì)胞培養(yǎng)肉”生物制造過程中,肌肉細(xì)胞培養(yǎng)需要利用合適的支架體系,請推測其原因:_。【解析】(1)動(dòng)物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞,這些細(xì)胞叫做干細(xì)胞。(2)保證被培養(yǎng)的細(xì)胞處于無菌、無毒的環(huán)境,即對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)工具進(jìn)行無菌處理,A正確;在適宜環(huán)境中培養(yǎng),細(xì)胞很快貼附在瓶壁上,稱為細(xì)胞貼壁,B正確;當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時(shí),細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖,這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制,C正確