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

第2節(jié)動物細胞工程第1課時動物細胞培養(yǎng)目標素養(yǎng)1.通過對動物細胞培養(yǎng)過程及條件的闡述,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、圖示的形式表示動物細胞的培養(yǎng)過程,培養(yǎng)科學思維能力。3.闡述干細胞在生物醫(yī)學工程中有廣泛的應用價值,培養(yǎng)運用科學技術(shù)造福人類的社會責任感和使命感。知識概覽一、動物細胞培養(yǎng)的定義1.概念:動物細胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關(guān)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(shù)。2.地位:動物細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎(chǔ)。二、動物細胞培養(yǎng)的條件1.營養(yǎng)。(1)合成培養(yǎng)基:將細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴格配制而成的培養(yǎng)基。(2)天然成分:血清等。(3)培養(yǎng)動物細胞一般使用液體培養(yǎng)基,即培養(yǎng)液。2.無菌、無毒的環(huán)境。(1)對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行滅菌處理。(2)在無菌環(huán)境下進行操作。(3)培養(yǎng)液定期更換的目的:清除代謝物,防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。3.溫度、pH和滲透壓。(1)適宜的溫度:哺乳動物細胞培養(yǎng)的溫度多以(36.5±0.5)℃為宜。(2)適宜的pH:多數(shù)動物細胞生存的適宜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、動物細胞培養(yǎng)的過程

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

動物細胞培養(yǎng)液中為什么要加入動物血清?提示:動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因子,能促進細胞的生長、增殖。微判斷11.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。(

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

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

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

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

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

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

)√√一

動物細胞培養(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對人胃癌細胞增殖的影響,科研人員做了以下實驗,將胃癌細胞加入含有少量血清的動物細胞培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)。(1)進行動物細胞培養(yǎng)時常用胰蛋白酶分散細胞,這說明細胞間的物質(zhì)主要是什么成分?用胃蛋白酶行嗎?請說明理由。提示:細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。不行。因為胃蛋白酶的最適pH約為2.0,而多數(shù)動物細胞生存的適宜pH為7.2~7.4,在此環(huán)境下胃蛋白酶會變性失活。(2)在進行動物細胞培養(yǎng)時,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)箱中進行培養(yǎng)。(3)將胃癌細胞制成細胞懸液進行實驗,本實驗需要設(shè)置對照組和實驗組,為得到上圖所示實驗結(jié)果,如何繼續(xù)進行實驗?請簡要寫出實驗設(shè)計思路。提示:每組中都需要先加入等量的細胞懸液,實驗組各加入等量1

μmol/L、5

μmol/L、10

μmol/L

EVO溶液,對照組加入等量的生理鹽水,每隔24

h記錄并統(tǒng)計細胞增殖活性。(4)據(jù)實驗結(jié)果分析可知,EVO對人胃癌細胞增殖起什么作用,其作用效果與什么有關(guān)?提示:EVO抑制人胃癌細胞增殖,其作用效果與自身濃度以及處理時間有關(guān)。歸納總結(jié)1.過程解讀。(1)原理:細胞增殖。(2)選材:一般取幼齡動物的組織或器官,因為這些組織或器官中的細胞生命力旺盛,分化程度低、分裂能力強。(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細胞;第二次使用的目的是使細胞從瓶壁上脫落下來,便于分散成單個細胞后繼續(xù)培養(yǎng)。②使細胞分散開的原因:一能保證細胞所需要的營養(yǎng)供應;二能保證細胞內(nèi)有害代謝產(chǎn)物及時排出。2.動物細胞培養(yǎng)過程中的四個“2”。(1)培養(yǎng)材料為“2”:即動物胚胎、幼齡動物的組織和器官。(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,目的是使組織分散成單個細胞或使細胞從瓶壁上脫落下來,分散成單個細胞。(4)體外培養(yǎng)的動物細胞可以分為兩大類:一類細胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖;另一類則需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖,大多數(shù)細胞屬于這種類型,這類細胞的生長特點有“2”個,即細胞貼壁生長和接觸抑制。典例剖析【例1】實驗小鼠皮膚細胞培養(yǎng)的基本過程如下圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A.甲過程需要在無菌條件下進行B.乙過程可用胰蛋白酶處理皮膚組織C.丙過程是原代培養(yǎng),細胞會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D.丁過程是傳代培養(yǎng),細胞不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D解析:取小鼠的皮膚組織應在無菌條件下進行;乙過程可用胰蛋白酶處理皮膚組織,獲得單細胞懸液;原代培養(yǎng)的細胞會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象;傳代培養(yǎng)的細胞也會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象。學以致用1.下列關(guān)于動物細胞培養(yǎng)的敘述,錯誤的是(

)A.兩次使用胰蛋白酶處理的目的不同B.原代培養(yǎng)可形成單層細胞C.動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是細胞增殖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細胞,第二次使用胰蛋白酶處理是為了使細胞從瓶壁上脫落下來,便于分散成單個細胞后繼續(xù)培養(yǎng),A項正確。大多數(shù)動物細胞培養(yǎng)過程中細胞會貼壁生長,并出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象,故原代培養(yǎng)可形成單層細胞,B項正確。動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是細胞增殖,即有絲分裂,C項正確。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)箱中進行培養(yǎng),D項錯誤。二

干細胞培養(yǎng)及其應用問題探究下圖為iPS細胞的培養(yǎng)和應用過程示意圖,請據(jù)圖回答下列問題。(1)iPS細胞分化為各種組織細胞過程的實質(zhì)是什么?提示:基因的選擇性表達。(2)iPS細胞用于治療人類的某些疾病的原理是什么?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。(3)iPS細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,所以理論上可以避免免疫排斥反應。歸納總結(jié)1.三種干細胞的比較。比較項目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誘導高度分化的組織細胞形成比較項目胚胎干細胞成體干細胞誘導多能干細胞特點具有分化為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細胞,并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,且誘導多能干細胞可以來源于患者自身的體細胞,將它移植回患者體內(nèi)后,理論上可以避免免疫排斥反應2.干細胞的應用。有著自我更新能力及分化潛能的干細胞,與組織、器官的發(fā)育、再生和修復等密切相關(guān),因而在醫(yī)學上有著廣泛的應用。例如,將正常的造血干細胞移植到患者體內(nèi),恢復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)方面有重要的應用價值。典例剖析【例2】研究人員成功地將人體皮膚細胞改造成了幾乎可以和胚胎干細胞相媲美的多能干細胞——iPS細胞,人類iPS細胞可以形成神經(jīng)元等人體多種組織細胞。下列有關(guān)iPS細胞的說法,正確的是(

)A.iPS細胞可來源于任何細胞B.iPS細胞既可分化形成神經(jīng)元,也可用于制造心肌細胞,說明iPS細胞在分裂時很容易發(fā)生突變C.iPS細胞有細胞周期,它分化形成的神經(jīng)細胞沒有細胞周期D.iPS細胞能分化成人體多種組織細胞,是因為它具有人體部分細胞的遺傳物質(zhì)答案:C解析:并不是所有細胞都可誘導為iPS細胞,如哺乳動物成熟的紅細胞不能誘導為iPS細胞,A項錯誤。iPS細胞分化為多種細胞是基因選擇性表達的結(jié)果,B項錯誤。iPS細胞具有連續(xù)分裂能力,有細胞周期,而其分化形成的神經(jīng)細胞無增殖能力,故沒有細胞周期,C項正確。iPS細胞能分化成人體多種組織細胞是因為其具有人體全套的遺傳物質(zhì),D項錯誤。學以致用2.下列關(guān)于胚胎干細胞(簡稱ES細胞)和誘導多能干細胞(簡稱iPS細胞)及其應用的說法,正確的是(

)A.ES細胞存在于早期胚胎中,能分化成各種功能細胞,不能形成生物個體B.ES細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細胞是人工誘導產(chǎn)生的,可誘導分化成為各種組織細胞D解析:ES細胞存在于早期胚胎中,具有分化為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細胞,并進一步形成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能。成體干細胞存在于成體組織和器官內(nèi),只能分化成特定的細胞或組織。1.下圖為腎上皮細胞培養(yǎng)過程示意圖,下列有關(guān)敘述錯誤的是(

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

)A.無菌、無毒的環(huán)境B.充足的營養(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細胞及其應用的說法,正確的是(

)A.iPS細胞是從早期胚胎中獲取的B.造血干細胞是一種iPS細胞C.采用不同的方法可將成纖維細胞誘導產(chǎn)生iPS細胞D.iPS細胞誘導基因突變可分化成各種組織細胞答案:C解析:iPS細胞是體細胞體外誘導產(chǎn)生的干細胞,誘導iPS細胞產(chǎn)生的方法有多種。iPS細胞分化成各種組織細胞是基因選擇性表達的結(jié)果。4.某研究小組進行藥物實驗時,以動物肝細胞為材料,測定藥物對體外培養(yǎng)細胞的毒性?？晒┡囵B(yǎng)的細胞有甲、乙兩種,甲細胞為肝腫瘤細胞,乙細胞為正常肝細胞。請回答下列有關(guān)動物細胞培養(yǎng)的問題。(1)將數(shù)量相等的甲細胞和乙細胞分別置于培養(yǎng)