新教材同步備課2024春高中生物第2章細(xì)胞工程第2節(jié)第1課時(shí)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)課件新人教版選擇性必修3

第2節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程第1課時(shí)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)目標(biāo)素養(yǎng)1.通過(guò)對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程及條件的闡述,形成物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀。2.基于事實(shí)和證據(jù),采用歸納與概括、演繹與推理等方法,以文字、圖示的形式表示動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程,培養(yǎng)科學(xué)思維能力。3.闡述干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)工程中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,培養(yǎng)運(yùn)用科學(xué)技術(shù)造福人類的社會(huì)責(zé)任感和使命感。知識(shí)概覽一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的定義1.概念:動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是指從動(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(zhǎng)和增殖的技術(shù)。2.地位:動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是動(dòng)物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)。二、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件1.營(yíng)養(yǎng)。(1)合成培養(yǎng)基:將細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴(yán)格配制而成的培養(yǎng)基。(2)天然成分:血清等。(3)培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞一般使用液體培養(yǎng)基,即培養(yǎng)液。2.無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境。(1)對(duì)培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌處理。(2)在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行操作。(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(duì)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)物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度多以(36.5±0.5)℃為宜。(2)適宜的pH:多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞生存的適宜pH為7.2~7.4。(3)適宜的滲透壓。4.氣體環(huán)境。(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。(3)CO2培養(yǎng)箱中的氣體環(huán)境:95%空氣和5%CO2的混合氣體。三、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程

1.細(xì)胞貼壁:細(xì)胞懸液中分散的細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上的現(xiàn)象。2.接觸抑制:當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí),細(xì)胞通常會(huì)停止分裂增殖的現(xiàn)象。3.原代培養(yǎng):分瓶之前的細(xì)胞培養(yǎng),即動(dòng)物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。4.傳代培養(yǎng):分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)。在進(jìn)行傳代培養(yǎng)時(shí),懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞直接用離心法收集;貼壁細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理,使之分散成單個(gè)細(xì)胞,然后再用離心法收集。之后,將收集的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液,分瓶培養(yǎng)。微思考

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中為什么要加入動(dòng)物血清?提示:動(dòng)物血清中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖、激素等物質(zhì),而且還含有多種未知的促生長(zhǎng)因子,能促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖。微判斷11.制備肝細(xì)胞懸液時(shí)先用剪刀剪碎肝組織,再用胃蛋白酶處理。(

)2.具有接觸抑制現(xiàn)象的細(xì)胞在培養(yǎng)瓶的瓶壁上可形成多層細(xì)胞。(

)3.肝細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中通常在培養(yǎng)液中通入5%的CO2以刺激細(xì)胞呼吸。(

)×××四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用1.功能:在一定條件下,干細(xì)胞可以分化成其他類型的細(xì)胞。2.分布:干細(xì)胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。3.種類:胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。微判斷21.胚胎干細(xì)胞可以來(lái)源于早期胚胎,也可以來(lái)源于成熟個(gè)體。(

)2.由iPS細(xì)胞產(chǎn)生的特定細(xì)胞,可以在新藥的測(cè)試中發(fā)揮重要作用。(

)×√3.造血干細(xì)胞是發(fā)現(xiàn)最早、研究最多、應(yīng)用最為成熟的一類成體干細(xì)胞。(

)4.干細(xì)胞將在再生醫(yī)學(xué)、藥物安全性與有效性檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮大作用。(

)√√一

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)問題探究吳茱萸是一種中藥,其主要成分為吳茱萸堿(EVO)。為研究EVO對(duì)人胃癌細(xì)胞增殖的影響,科研人員做了以下實(shí)驗(yàn),將胃癌細(xì)胞加入含有少量血清的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)。(1)進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)常用胰蛋白酶分散細(xì)胞,這說(shuō)明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是什么成分?用胃蛋白酶行嗎?請(qǐng)說(shuō)明理由。提示:細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。不行。因?yàn)槲傅鞍酌傅淖钸mpH約為2.0,而多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞生存的適宜pH為7.2~7.4,在此環(huán)境下胃蛋白酶會(huì)變性失活。(2)在進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí),為滿足其需要的氣體環(huán)境通常怎么操作?提示:通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶,并將它們置于含有95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。(3)將胃癌細(xì)胞制成細(xì)胞懸液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組,為得到上圖所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如何繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?請(qǐng)簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。提示:每組中都需要先加入等量的細(xì)胞懸液,實(shí)驗(yàn)組各加入等量1

μmol/L、5

μmol/L、10

μmol/L

EVO溶液,對(duì)照組加入等量的生理鹽水,每隔24

h記錄并統(tǒng)計(jì)細(xì)胞增殖活性。(4)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,EVO對(duì)人胃癌細(xì)胞增殖起什么作用,其作用效果與什么有關(guān)?提示:EVO抑制人胃癌細(xì)胞增殖,其作用效果與自身濃度以及處理時(shí)間有關(guān)。歸納總結(jié)1.過(guò)程解讀。(1)原理:細(xì)胞增殖。(2)選材:一般取幼齡動(dòng)物的組織或器官,因?yàn)檫@些組織或器官中的細(xì)胞生命力旺盛,分化程度低、分裂能力強(qiáng)。(3)酶處理:①兩次用酶處理的目的:第一次使用的目的是將組織分散成單個(gè)細(xì)胞;第二次使用的目的是使細(xì)胞從瓶壁上脫落下來(lái),便于分散成單個(gè)細(xì)胞后繼續(xù)培養(yǎng)。②使細(xì)胞分散開的原因:一能保證細(xì)胞所需要的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng);二能保證細(xì)胞內(nèi)有害代謝產(chǎn)物及時(shí)排出。2.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的四個(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(guò)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,目的是使組織分散成單個(gè)細(xì)胞或使細(xì)胞從瓶壁上脫落下來(lái),分散成單個(gè)細(xì)胞。(4)體外培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞可以分為兩大類:一類細(xì)胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長(zhǎng)增殖;另一類則需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長(zhǎng)增殖,大多數(shù)細(xì)胞屬于這種類型,這類細(xì)胞的生長(zhǎng)特點(diǎn)有“2”個(gè),即細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)和接觸抑制。典例剖析【例1】實(shí)驗(yàn)小鼠皮膚細(xì)胞培養(yǎng)的基本過(guò)程如下圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.甲過(guò)程需要在無(wú)菌條件下進(jìn)行B.乙過(guò)程可用胰蛋白酶處理皮膚組織C.丙過(guò)程是原代培養(yǎng),細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D.丁過(guò)程是傳代培養(yǎng),細(xì)胞不會(huì)出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D解析:取小鼠的皮膚組織應(yīng)在無(wú)菌條件下進(jìn)行;乙過(guò)程可用胰蛋白酶處理皮膚組織,獲得單細(xì)胞懸液;原代培養(yǎng)的細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象;傳代培養(yǎng)的細(xì)胞也會(huì)出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象。學(xué)以致用1.下列關(guān)于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.兩次使用胰蛋白酶處理的目的不同B.原代培養(yǎng)可形成單層細(xì)胞C.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是細(xì)胞增殖D.培養(yǎng)皿需置于含有95%O2和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)答案:D解析:第一次使用胰蛋白酶處理是為了使組織分散成單個(gè)細(xì)胞,第二次使用胰蛋白酶處理是為了使細(xì)胞從瓶壁上脫落下來(lái),便于分散成單個(gè)細(xì)胞后繼續(xù)培養(yǎng),A項(xiàng)正確。大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞會(huì)貼壁生長(zhǎng),并出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象,故原代培養(yǎng)可形成單層細(xì)胞,B項(xiàng)正確。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是細(xì)胞增殖,即有絲分裂,C項(xiàng)正確。培養(yǎng)皿需置于含有95%空氣和5%

CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。二

干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用問題探究下圖為iPS細(xì)胞的培養(yǎng)和應(yīng)用過(guò)程示意圖,請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。(1)iPS細(xì)胞分化為各種組織細(xì)胞過(guò)程的實(shí)質(zhì)是什么?提示:基因的選擇性表達(dá)。(2)iPS細(xì)胞用于治療人類的某些疾病的原理是什么?提示:誘導(dǎo)多能干細(xì)胞具有發(fā)育的全能性,可以被誘導(dǎo)分化形成新的組織細(xì)胞,經(jīng)移植可使壞死或退化部位得以修復(fù)并恢復(fù)正常功能。(3)iPS細(xì)胞為什么可以解決供體器官不足和器官移植后的免疫排斥問題?提示:通過(guò)干細(xì)胞體外誘導(dǎo)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(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化形成的,所以理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)。歸納總結(jié)1.三種干細(xì)胞的比較。比較項(xiàng)目胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)源早期胚胎成體組織或器官誘導(dǎo)高度分化的組織細(xì)胞形成比較項(xiàng)目胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞誘導(dǎo)多能干細(xì)胞特點(diǎn)具有分化為成年動(dòng)物體內(nèi)的任何一種類型的細(xì)胞,并進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織和器官甚至個(gè)體的潛能具有組織特異性,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)體的能力誘導(dǎo)過(guò)程無(wú)須破壞胚胎,不涉及倫理問題,且誘導(dǎo)多能干細(xì)胞可以來(lái)源于患者自身的體細(xì)胞,將它移植回患者體內(nèi)后,理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)2.干細(xì)胞的應(yīng)用。有著自我更新能力及分化潛能的干細(xì)胞,與組織、器官的發(fā)育、再生和修復(fù)等密切相關(guān),因而在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。例如,將正常的造血干細(xì)胞移植到患者體內(nèi),恢復(fù)患者的造血和免疫功能,已成為治療白血病及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病的一種重要手段;神經(jīng)干細(xì)胞在治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(如帕金森病、阿爾茨海默病等)方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。典例剖析【例2】研究人員成功地將人體皮膚細(xì)胞改造成了幾乎可以和胚胎干細(xì)胞相媲美的多能干細(xì)胞——iPS細(xì)胞,人類iPS細(xì)胞可以形成神經(jīng)元等人體多種組織細(xì)胞。下列有關(guān)iPS細(xì)胞的說(shuō)法,正確的是(

)A.iPS細(xì)胞可來(lái)源于任何細(xì)胞B.iPS細(xì)胞既可分化形成神經(jīng)元,也可用于制造心肌細(xì)胞,說(shuō)明iPS細(xì)胞在分裂時(shí)很容易發(fā)生突變C.iPS細(xì)胞有細(xì)胞周期,它分化形成的神經(jīng)細(xì)胞沒有細(xì)胞周期D.iPS細(xì)胞能分化成人體多種組織細(xì)胞,是因?yàn)樗哂腥梭w部分細(xì)胞的遺傳物質(zhì)答案:C解析:并不是所有細(xì)胞都可誘導(dǎo)為iPS細(xì)胞,如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞不能誘導(dǎo)為iPS細(xì)胞,A項(xiàng)錯(cuò)誤。iPS細(xì)胞分化為多種細(xì)胞是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,B項(xiàng)錯(cuò)誤。iPS細(xì)胞具有連續(xù)分裂能力,有細(xì)胞周期,而其分化形成的神經(jīng)細(xì)胞無(wú)增殖能力,故沒有細(xì)胞周期,C項(xiàng)正確。iPS細(xì)胞能分化成人體多種組織細(xì)胞是因?yàn)槠渚哂腥梭w全套的遺傳物質(zhì),D項(xiàng)錯(cuò)誤。學(xué)以致用2.下列關(guān)于胚胎干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱ES細(xì)胞)和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱iPS細(xì)胞)及其應(yīng)用的說(shuō)法,正確的是(

)A.ES細(xì)胞存在于早期胚胎中,能分化成各種功能細(xì)胞,不能形成生物個(gè)體B.ES細(xì)胞存在于成體組織和器官內(nèi),能分化成特定的組織C.iPS細(xì)胞存在于成體組織和器官內(nèi),能分化成特定的組織D.iPS細(xì)胞是人工誘導(dǎo)產(chǎn)生的,可誘導(dǎo)分化成為各種組織細(xì)胞D解析:ES細(xì)胞存在于早期胚胎中,具有分化為成年動(dòng)物體內(nèi)的任何一種類型的細(xì)胞,并進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織和器官甚至個(gè)體的潛能。成體干細(xì)胞存在于成體組織和器官內(nèi),只能分化成特定的細(xì)胞或組織。1.下圖為腎上皮細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程示意圖,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.甲→乙過(guò)程需要用胰蛋白酶處理B.丙過(guò)程指細(xì)胞在添加血清的合成培養(yǎng)基中原代培養(yǎng)C.丙過(guò)程培養(yǎng)的細(xì)胞與體內(nèi)細(xì)胞的生長(zhǎng)特性相近D.丁過(guò)程為傳代培養(yǎng),細(xì)胞都能進(jìn)行無(wú)限增殖答案:D解析:甲→乙過(guò)程需要用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時(shí)間,將組織分散成單個(gè)細(xì)胞,A項(xiàng)正確。丙過(guò)程指細(xì)胞在添加血清的合成培養(yǎng)基中原代培養(yǎng),原代培養(yǎng)的細(xì)胞因最接近于體內(nèi)細(xì)胞的生長(zhǎng)特性,常用于藥物測(cè)試研究,B、C兩項(xiàng)正確。丁過(guò)程屬于傳代培養(yǎng),該過(guò)程有少部分細(xì)胞的遺傳物質(zhì)可能發(fā)生了變化,具有癌變的特點(diǎn),因而能進(jìn)行無(wú)限增殖,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.下列哪項(xiàng)條件不是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)所需要的?(

)A.無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境B.充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)C.適宜的溫度和pHD.95%的空氣和5%的O2答案:D解析:CO2培養(yǎng)箱的氣體條件是95%的空氣和5%的CO2。3.下列關(guān)于iPS細(xì)胞及其應(yīng)用的說(shuō)法,正確的是(

)A.iPS細(xì)胞是從早期胚胎中獲取的B.造血干細(xì)胞是一種iPS細(xì)胞C.采用不同的方法可將成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生iPS細(xì)胞D.iPS細(xì)胞誘導(dǎo)基因突變可分化成各種組織細(xì)胞答案:C解析:iPS細(xì)胞是體細(xì)胞體外誘導(dǎo)產(chǎn)生的干細(xì)胞,誘導(dǎo)iPS細(xì)胞產(chǎn)生的方法有多種。iPS細(xì)胞分化成各種組織細(xì)胞是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。4.某研究小組進(jìn)行藥物實(shí)驗(yàn)時(shí),以動(dòng)物肝細(xì)胞為材料,測(cè)定藥物對(duì)體外培養(yǎng)細(xì)胞的毒性。可供培養(yǎng)的細(xì)胞有甲、乙兩種,甲細(xì)胞為肝腫瘤細(xì)胞,乙細(xì)胞為正常肝細(xì)胞。請(qǐng)回答下列有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的問題。(1)將數(shù)量相等的甲細(xì)胞和乙細(xì)胞分別置于培養(yǎng)