新教材適用2023-2024學年高中生物第2章細胞工程第2節(jié)動物細胞工程第1課時動物細胞培養(yǎng)學案新人教版選擇性必修3

第2節(jié)動物細胞工程課標要求1．闡明動物細胞培養(yǎng)的條件和過程。2．闡述干細胞在生物醫(yī)學工程中廣泛的應用價值。3．舉例說出動物細胞融合的概念、原理及應用。4．闡明利用動物細胞融合技術制備單克隆抗體的過程。5．認同單克隆抗體在臨床上有重要的應用價值。6．概述動物細胞核移植技術的含義及類型。7．簡述動物體細胞核移植的基本過程。8．說出體細胞核移植技術的應用前景。核心素養(yǎng)1．生命觀念——以細胞的結構與功能為基礎，理解動物細胞融合的內(nèi)涵；并正確理解植物體細胞雜交與動物體細胞融合技術的區(qū)別。2．科學思維——構建動物細胞培養(yǎng)的流程圖，認同動物細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎。結合具體實例，以流程圖的形式表示單克隆抗體的制備過程。3．社會責任——理性客觀地分析干細胞在臨床上的應用所產(chǎn)生的效益與風險。了解體細胞核移植技術已取得的進展和尚未解決的問題。理性看待體細胞核移植技術存在的問題。第1課時動物細胞培養(yǎng)知識點一動物細胞培養(yǎng)的條件和過程基礎知識·雙基夯實1．概念動物細胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關的組織，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。2．動物細胞培養(yǎng)的條件3．動物細胞培養(yǎng)的過程(1)懸浮生長：細胞懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖。密度過大時，由于_有害代謝物__積累和培養(yǎng)液中_營養(yǎng)物質(zhì)缺乏__，細胞分裂受阻。(2)細胞貼壁：多數(shù)細胞貼附在_瓶壁__上生長。(3)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)象稱為細胞的接觸抑制。(4)原代培養(yǎng)：指動物組織經(jīng)處理后的_初次培養(yǎng)__。(5)傳代培養(yǎng)：分瓶后的細胞培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)時，懸浮生長的細胞直接用_離心__法收集；貼壁生長的細胞要先用_胰蛋白酶__等處理，再用_離心__法收集。活|學|巧|練1.多數(shù)動物細胞培養(yǎng)過程中其培養(yǎng)液所需的適宜pH為6.8～7.0。(×)2．動物細胞培養(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胞自身造成傷害。(√)3．動物細胞培養(yǎng)技術的原理是動物細胞的全能性。(×)4．制備肝細胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織，再用胃蛋白酶處理。(×)5．培養(yǎng)動物細胞的第一代(即第一次細胞增殖)被稱為原代培養(yǎng)。(×)6．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。(×)合|作|探|究1.動物細胞培養(yǎng)過程中有接觸抑制現(xiàn)象，這一現(xiàn)象說明了細胞膜具有什么功能？細胞膜接受信息后，細胞停止分裂又說明了什么？提示：細胞培養(yǎng)過程中的接觸抑制說明了細胞膜能進行細胞間的信息交流。細胞膜接受信息后，細胞停止分裂，說明了細胞膜接受的信息能夠傳遞到細胞核。2．根據(jù)癌細胞的特點，思考一下培養(yǎng)的癌細胞有沒有接觸抑制現(xiàn)象。提示：癌細胞細胞膜上糖蛋白減少，細胞的黏著性降低，在適宜的條件下可以無限增殖，因此培養(yǎng)的癌細胞無接觸抑制現(xiàn)象，在培養(yǎng)瓶中能夠生長成多層。3．動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的目的有什么不同？提示：動物細胞培養(yǎng)是為了獲得大量的動物細胞或細胞產(chǎn)物；植物組織培養(yǎng)是為了獲得新個體或細胞產(chǎn)物。課內(nèi)探究·名師點睛1．動物細胞培養(yǎng)過程分析(1)培養(yǎng)流程(2)酶處理①用酶“兩次”處理的目的：第一次使用的目的是使組織細胞分散開；第二次使用的目的是使細胞從瓶壁上脫離下來，分散后繼續(xù)培養(yǎng)。②使細胞分散開的原因：一是能保證細胞所需要的營養(yǎng)供應；二是能保證細胞內(nèi)有害代謝物的及時排出。③不能用胃蛋白酶處理：由于大多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，而胃蛋白酶發(fā)揮作用的最適pH為2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使細胞分散開。(3)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)：區(qū)分兩種“培養(yǎng)”的關鍵是看用胰蛋白酶處理的對象①第一次：用胰蛋白酶對剪碎的動物組織進行處理，使其分散成單個細胞后進行培養(yǎng)，為原代培養(yǎng)。②第二次：細胞培養(yǎng)過程中出現(xiàn)接觸抑制，用胰蛋白酶使其從瓶壁上脫離下來，然后，將其分散到多個培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，為傳代培養(yǎng)。2．動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的比較項目植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)不同點理論基礎植物細胞的全能性細胞增殖前處理無菌、離體無菌，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶等處理取材植物較幼嫩的部位或花藥等動物胚胎、幼齡動物的組織或器官培養(yǎng)基性質(zhì)固體液體培養(yǎng)基成分水、礦質(zhì)元素、蔗糖、維生素、植物激素等糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等，有些還需要加入血清等結果最終產(chǎn)生新個體，體現(xiàn)了細胞的全能性產(chǎn)生大量細胞，不形成新個體相同點①都需人工條件下的無菌操作；②都需要適宜的溫度、pH等條件；③都進行有絲分裂，都不涉及減數(shù)分裂3.培養(yǎng)條件的分析(1)添加血清的作用：血清中含有多種維持細胞正常代謝和生長的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、未知的促生長因子等。細胞培養(yǎng)時，一般需添加10%～20%的血清。(2)氣體環(huán)境：CO2維持培養(yǎng)液的pH，O2維持細胞有氧呼吸。1．培養(yǎng)動物細胞時沒有脫分化的過程，因為高度分化的動物細胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的能力。2．不是所有的細胞增殖過程中都存在接觸抑制。例如，癌細胞增殖時不存在接觸抑制，所以在培養(yǎng)瓶中可以形成多層細胞。典例1某研究小組對某種動物的肝腫瘤細胞(甲)和正常肝細胞(乙)進行動物細胞培養(yǎng)。下列有關說法正確的是(C)A．在利用兩種肝組織塊制備肝細胞懸液時，也可用胃蛋白酶處理B．細胞培養(yǎng)應在含5%CO2和95%O2的混合氣體的恒溫培養(yǎng)箱中進行C．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D．在相同適宜條件下培養(yǎng)等量的甲、乙細胞，一段時間后，乙細胞數(shù)量比甲多解析：動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，而在這樣的環(huán)境中胃蛋白酶會變性失活，因此在利用兩種肝組織塊制備肝細胞懸液時，不可用胃蛋白酶處理，應用胰蛋白酶處理，A錯誤；細胞培養(yǎng)應在含5%CO2和95%空氣的混合氣體的恒溫培養(yǎng)箱中進行，B錯誤；為了防止培養(yǎng)過程中雜菌的污染，可向培養(yǎng)液中加入適量的抗生素，C正確；甲(肝腫瘤細胞)失去接觸抑制，而乙(正常肝細胞)具有接觸抑制，因此一段時間后，甲細胞數(shù)量比乙多，D錯誤。變式訓練?下列有關植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的敘述，正確的是(D)A．動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)所用的都是固體培養(yǎng)基B．植物韌皮部細胞和小鼠雜交瘤細胞經(jīng)離體培養(yǎng)均能獲得新個體C．動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)都必須在95%空氣和5%CO2的混合氣體條件下進行D．植物組織培養(yǎng)技術可用于突變體的培育，動物細胞培養(yǎng)技術可用于篩選抗癌藥物解析：動物細胞培養(yǎng)用液體培養(yǎng)基，植物組織培養(yǎng)用固體培養(yǎng)基，A項錯誤；植物韌皮部細胞經(jīng)離體培養(yǎng)可得到新個體，小鼠雜交瘤細胞經(jīng)離體培養(yǎng)不能得到新個體，B項錯誤；動物細胞培養(yǎng)需要在95%空氣和5%CO2的混合氣體條件下進行，而植物組織培養(yǎng)不用在此條件下進行，C項錯誤；植物組織培養(yǎng)可用于突變體的培育，動物細胞培養(yǎng)可用于檢測有毒物質(zhì)、判斷某種物質(zhì)的毒性，也可用于篩選抗癌藥物，D項正確。知識點二干細胞的培養(yǎng)及其應用基礎知識·雙基夯實1．干細胞功能：在一定條件下，可以分化成_其他類型的細胞__。2．干細胞的存在：_早期胚胎__、_骨髓__和_臍帶血__等多種組織和器官中。3．干細胞的種類胚胎干細胞和成體干細胞等。4．胚胎干細胞培養(yǎng)的過程5．干細胞的應用(1)將正常的造血干細胞移到病人體內(nèi)，恢復病人的造血和免疫功能。(2)可應用于治療人類的某些頑癥，如帕金森綜合征、少年糖尿病和老年癡呆癥等。(3)可通過胚胎干細胞誘導分化培育人造器官，解決目前臨床上存在的供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。活|學|巧|練1.造血干細胞主要存在于成體的骨髓、外周血和臍帶血中。(√)2．iPS細胞和胚胎干細胞均須從胚胎中獲取，也都涉及倫理問題。(×)合|作|探|究1.誘導多能干細胞用于治療人類的某些頑癥的原理是什么？提示：誘導多能干細胞具有發(fā)育的全能性，可以被誘導分化形成新的組織細胞，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．誘導多能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？提示：通過干細胞體外誘導分化，可以培育出人造器官，從而解決供體器官不足的問題。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。課內(nèi)探究·名師點睛三種干細胞的比較舉例胚胎干細胞成體干細胞誘導多能干細胞來源早期胚胎成體組織或器官中誘導高度分化的組織細胞形成特點具有分化成為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細胞，進一步形成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能具有組織特異性，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誘導過程無須破壞胚胎，不涉及倫理問題，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典例22012年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者發(fā)現(xiàn)，利用逆轉錄病毒將Oct4等4個關鍵基因?qū)胍逊只捏w細胞中并表達，可使這個細胞成為類似干細胞的誘導多能干細胞(iPS細胞)。下圖為該技術在人體細胞中的實驗示意圖。下列相關敘述，錯誤的是(C)A．由iPS細胞產(chǎn)生其他種類細胞的過程稱為細胞分化B．與傳統(tǒng)器官移植相比，利用患者的iPS細胞對其自身受損器官進行修復，成功率更高C．目前iPS細胞在實際應用中還存在許多問題，例如，有研究發(fā)現(xiàn)iPS細胞的增殖難以控制，即iPS細胞具有衰老細胞的特征D．結合以上信息分析，iPS細胞可能容易分散解析：iPS細胞擁有與胚胎干細胞相似的分化潛力，說明iPS細胞分化程度低，不易衰老。變式訓練?胚胎干細胞可以分裂、分化形成各種不同的組織細胞。有關胚胎干細胞的敘述錯誤的是(D)A．具有細胞周期B．分化形成不同組織細胞是基因選擇性表達的結果C．形成各種組織細胞的過程一般是不可逆的D．形成肝臟細胞的過程體現(xiàn)了細胞的全能性解析：胚胎干細胞能進行連續(xù)的有絲分裂，因此具有細胞周期，A正確；細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達，B正確；胚胎干細胞通過分化形成各種組織細胞，而該過程具有不可逆性，C正確；胚胎干細胞形成肝細胞時并沒有形成完整個體，因此不能體現(xiàn)細胞的全能性，D錯誤?；煜咛ジ杉毎退ダ霞毎奶攸c(1)胚胎干細胞的特點(2)衰老細胞特征的簡易識記方法“一大一小，一多兩低”。①一大：細胞核體積增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)收縮、染色加深。②一小：水分減少，體積變小，代謝減慢，如老人出現(xiàn)皺紋。③一多：色素逐漸積累，阻礙了細胞內(nèi)物質(zhì)的交流和信息傳遞。如脂褐素增多，出現(xiàn)“老年斑”。④兩低：細胞膜通透性改變，物質(zhì)運輸功能降低；多種酶的活性降低，如酪氨酸酶活性降低，老年人頭發(fā)變白。典例3下列關于胚胎干細胞的敘述中正確的是(D)A．當受精卵發(fā)育到囊胚時，所有的細胞都是胚胎干細胞B．胚胎干細胞在形態(tài)上表現(xiàn)為體積大、細胞核小、核仁明顯C．胚胎干細胞在體外培養(yǎng)時能增殖但不能被誘導分化D．胚胎干細胞在飼養(yǎng)層細胞上能維持不分化的狀態(tài)解析：囊胚中的細胞已出現(xiàn)分化，只有內(nèi)細胞團的細胞才是胚胎干細胞，A錯誤；胚胎干細胞在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯，B錯誤；胚胎干細胞在體外培養(yǎng)時能增殖，也能被誘導分化成不同的組織器官，C錯誤；胚胎干細胞在飼養(yǎng)層細胞上或在添加抑制因子的培養(yǎng)液中，能夠維持不分化的狀態(tài)，D正確。學|霸|記|憶1.動物細胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基，含有糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等成分，還要加入血清等天然成分。2．培養(yǎng)動物細胞的CO2培養(yǎng)箱中含有95%的空氣和5%的CO2。3．原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)均需用胰蛋白酶處理使其分散成單個細胞。4．培養(yǎng)的動物細胞有貼壁生長和接觸抑制現(xiàn)象。5．干細胞包括胚胎干細胞和成體干細胞。6．體細胞經(jīng)體外誘導能夠形成類似胚胎干細胞的誘導多能干細胞。1．動物細胞培養(yǎng)的特點是(A)①細胞貼壁②有絲分裂③分散生長④接觸抑制⑤減數(shù)分裂⑥傳代培養(yǎng)一般傳至10代就不易傳下去A．①②④⑥ B．②③④⑤C．①③④⑥ D．③④⑤⑥解析：培養(yǎng)瓶內(nèi)懸液中分散的細胞只有貼附在光滑無毒的瓶壁上才會生長增殖，稱為細胞貼壁，在懸液中不會分散生長，①正確、③錯誤；動物體細胞增殖的方式是有絲分裂，沒有減數(shù)分裂，②正確、⑤錯誤；當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂，這叫接觸抑制，④正確；傳代培養(yǎng)的細胞一般傳到10代以后就不易傳下去了，⑥正確。2．下列動物細胞培養(yǎng)過程中，屬于原代培養(yǎng)的是(B)A．用胰蛋白酶使組織分散成單個細胞的過程B．從機體取得組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)過程C．出現(xiàn)接觸抑