資源簡介

2.2.1動物細胞培養的學案
【學習目標】
1、說明動物細胞培養的條件和動物細胞培養過程中細胞生長的特點；
2、比較動物細胞培養與植物組織培養的不同。
3、說明干細胞在醫學、藥物安全性與有效性檢測等領域的應用及存在的問題。
【學習重難點】
教學重點
1.動物細胞培養的條件和過程。
2.干細胞在生物醫學工程中的應用。
3.單克隆抗體的制備和應用。
4.用動物體細胞核移植技術克隆動物的過程。
教學難點
1.單克隆抗體的制備過程。
2.用動物體細胞核移植技術克隆動物的過程。
【預習新知】
動物細胞培養的條件
1.概念:從動物體中取出相關的組織,將它分散成　單個細胞 ,然后在適宜的培養條件下,讓這些細胞生長和增殖的技術。
2.地位:動物細胞工程的基礎。
3.原理:　細胞增殖 。
4. 培養條件:
(1)營養:細胞在體外培養時,培養基中應含有細胞所需要的各種營養物質。使用
合成培養基時還需加入___血清__等一些天然成分。
(2)無菌、無毒的環境:
(3)溫度、pH和滲透壓:36.5±0.5 ℃;適宜的pH: ___7.2～7.4_____。
(4)氣體環境:
（一）動物細胞培養的過程
1．懸浮生長：細胞懸浮在培養液中生長增殖。密度過大時，由于____________積累和培養液中____________等因素，細胞分裂受阻。
2．________：細胞懸液中分散的細胞貼附在培養瓶的瓶壁上的現象。
3．接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到________相互接觸時，細胞停止分裂增殖的現象。
4．原代培養：分瓶之前的細胞培養，即動物組織________后的初次培養。
5．傳代培養：分瓶之后的細胞培養。在進行傳代培養時，懸浮培養的細胞直接用離心法收集；貼壁細胞需要重新用________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
干細胞培養及其應用
干細胞的種類：干細胞存在于 、 和 等多種組織和器官中，包括 和 等
胚胎干細胞的特點：胚胎干細胞，（簡稱 細胞）存在于 中，具有分化成為成年動物體內的 的細胞，并進一步形成機體的所有 和 甚至 的潛能
成體干細胞的種類：成體干細胞是 或 內的干細胞，包括骨髓中的 、神經系統中的 和睪丸中的 等
成體干細胞的特點：成體干細胞具有 ，只能分化成特定的 或
，不具有 的能力
造血干細胞的分布：造血干細胞主要存在于成體的 、 和 中
【易錯提示】
1.動物細胞培養的培養基為液體培養基，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.培養動物細胞的CO2培養箱中含有95%的空氣和5%的CO2。
3.原代培養和傳代培養均需用胰蛋白酶處理使其分散成單個細胞。
4.培養的動物細胞有貼壁生長和接觸抑制現象。
5.干細胞包括胚胎干細胞和成體干細胞。
6.體細胞經體外誘導能夠形成類似胚胎干細胞的誘導多能干細胞。
【深化探究】
1．動物細胞培養的原理是什么？
提示：細胞增殖
2．幼齡動物的細胞與老齡動物的細胞比較，分化程度低的細胞與分化程度高的細胞比較，哪些細胞更易于培養，為什么？
提示：幼齡動物的細胞和分化程度低的細胞更易培養，原因是這些細胞分裂能力強。
3．動物細胞培養時，除了添加糖類、氨基酸等必要的營養成分外，往往還需添加血清等一些天然成分，原因是什么？
提示：人們對細胞所需的營養物質尚未全部研究清楚，血清等一些天然成分的營養成分比較齊全，可以彌補人工培養基的不足。
3．(科學思維)動物細胞培養取材時，一般是取胚胎組織或幼齡動物的組織或器官，請解釋原因。
提示：胚胎組織或幼齡動物的組織或器官分裂、增殖旺盛。
4．(生命觀念)進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是什么成分？用胃蛋白酶可以嗎？為什么？
提示：蛋白質。不可以。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶(適宜pH為2)在此環境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適用于細胞培養時的處理。
5．(科學思維)培養瓶中的細胞培養到什么時候就不再分裂增殖？
提示：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。
6．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育的全能性，可以被誘導分化形成新的組織細胞，經移植可使壞死或退化部位得以修復并恢復正常功能。
7．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，由于是自身細胞經誘導分化形成的，所以無免疫排斥反應。
8．從病人體內提取成纖維細胞，將其轉化成iPS細胞，經誘導后產生所需細胞，將所需細胞植入病人體內，這種技術的優點有哪些？
提示：iPS細胞誘導過程無須破壞胚胎，不會產生倫理問題，且因iPS細胞來自病人自身，將誘導產生的所需細胞移植回病人體內后，理論上可以避免免疫排斥反應。
【鞏固訓練】
1.實驗人員對動物細胞培養過程中的動物細胞增殖情況進行統計，其變化曲線如圖所示，圖中B、D兩點表示經篩選后繼續培養。下列敘述錯誤的是( )
A.對新鮮取材的動物組織處理時可用機械的方法使組織細胞分散
B.體外培養的大多數種類的動物細胞能夠懸浮在培養液中生長增殖
C.將細胞制成細胞懸液進行原代培養，其增殖情況如OA段所示
D.AB段可能發生了接觸抑制
2.海拉細胞是一種人工培養的具有無限增殖能力的細胞，廣泛應用于科學研究，極大程度地推動了醫學發展。如圖是海拉細胞培養部分過程，下列說法正確的是( )
A.丙和丁的過程不一定會出現細胞接觸抑制的現象
B.甲→乙過程需要用胃蛋白酶或膠原蛋白酶等處理
C.丙、丁過程中通常會通入O2和CO2的混合氣體刺激細胞呼吸
D.為避免培養過程中的雜菌污染，丙、丁過程中培養瓶蓋必須旋緊不漏氣
3.成體干細胞是指存在于已經分化組織中的未完全分化的細胞，能自我更新且能特化形成所在組織中的一種或多種細胞。下列敘述錯誤的是( )
A.骨髓中的造血干細胞通過分裂和分化可以產生各種血細胞
B.神經干細胞產生神經組織的各類細胞是一個不可逆的過程
C.成體干細胞具有全能性，可分化出所有組織細胞
D.誘導成體干細胞分化的過程實質是基因的選擇性表達
4.6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G-6PD）有F和S兩種類型，分別由一對等位基因XF和XS編碼。基因型為XFXS的女性體細胞中的兩個X染色體，會有一個隨機失活，且這個細胞的后代相應的X染色體均會發生同樣的變化。將基因型為XFXS的女性皮膚組織用胰蛋白酶處理后先進行細胞的原代培養，再對不同的單細胞分別進行單克隆培養。分別對原代培養和單克隆培養的細胞進行G-6PD蛋白電泳檢測，結果如下圖所示。有關敘述錯誤的是( )。
A.原代培養的細胞中都含有XF基因和XS基因
B.用胰蛋白酶處理皮膚組織可使其分散成單個細胞
C.原代培養細胞電泳圖有2個條帶是因為同時檢測了多個細胞
D.單克隆培養的細胞1、2、4、5、8、9與3、6、7所含基因不同
5.再生醫學領域在2019年首次利用異源誘導多能干細胞（iPS細胞）培養出的眼角膜組織，移植到病人體內，成功治療一名失明患者，且未發生免疫排斥反應。下列有關敘述正確的是( )
A.造血干細胞和誘導多能干細胞（iPS細胞）分化程度相同
B.神經干細胞和iPS細胞在治療阿爾茨海默病等方面有重要價值
C.體外培養iPS細胞時培養液中不需要加入血清等物質
D.患者未發生免疫排斥反應是因為移植細胞與其自身細胞的基因相同
6.下列有關干細胞的敘述，錯誤的是( )
A.干細胞是具有分裂和分化能力的細胞
B.造血干細胞可定向誘導分化成機體所有種類的細胞
C.胚胎干細胞在飼養層細胞上培養能夠維持不分化的狀態
D.移植胚胎干細胞可使退化的組織得以修復并恢復正常功能
7.下列關于動物細胞培養的敘述，正確的是( )
A.動物細胞培養一般使用固體培養基
B.培養液和所有培養用具要進行消毒處理
C.定期更換培養液可以防止代謝產物的積累對細胞造成的危害
D.細胞培養液中通常含有維生素、激素、糖等多種能源物質
8.動物細胞培養時需要在培養液中加入動物血清。為了研究不同“層次”血清對細胞增殖的影響，科研人員做了以下實驗。將分離出的牛血清裝入專用血清瓶后,放入冰箱中直立靜置一段時間。取三支帶刻度的吸管，將血清從上到下輕輕吸成均等的三份，分別裝入消毒后的瓶中，標記為上、中、下，再分別從三個瓶中吸取等量的血清置于另一小瓶中,混合均勻備用。分別取等量的不同“層次”的血清和混合血清加入新配制的動物細胞培養液中，再接種小鼠上皮細胞（接種細胞密度為5×104個·mL-1）,在適宜條件下培養72h后,進行計數。結果如下表。
組別 上 中 下 混合
72h后細胞數/（個·mL-1） 9.75×104 1.04×105 7.5×104 1.85×105
回答下列問題：
（1）在吸取血清的過程中，要嚴格禁止搖晃或振動血清瓶，目的是___。
（2）動物細胞培養時，通常采用松蓋培養瓶或___，并將它們置于含有___的混合氣體的CO2培養箱中進行培養。若培養的細胞來自哺乳動物，則細胞培養時應將溫度控制在___為宜。
（3）用血細胞計數板計數細胞時，統計出來的數據比實際活細胞數往往偏___，原因可能是___。
（4）從表中結果可以看出，不同“層次”的血清對細胞增殖的影響不同,造成這種結果的主要原因是___。
參考答案
1.答案：B
解析：A、對新鮮取材的動物組織處理時可用機械方法使組織細胞分散，也可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理為單個細胞，A正確；
B、體外培養的大多數種類的動物細胞需要貼附于某些基質表面才能生長增殖，B錯誤；
C、原代培養即分瓶前的培養，該時期細胞數量相對較少，增殖情況如OA所示，C正確；
D、AB段細胞幾乎不再增殖，可能發生了接觸抑制，需要用胰蛋白酶等處理，使組織細胞分散開來，才能進行BC段的傳代培養，D正確。
故選B。
2.答案：A
解析：A、丙表示原代培養，丁表示傳代培養，海拉細胞是一種具有無限增殖能力的細胞，其在原代培養和傳代培養的過程中不會出現細胞接觸抑制的現象，A正確；
B、在動物細胞培養過程中，需要用膠原蛋白酶，而不用胃蛋白酶的原因是在多數動物細胞培養液適宜的pH范圍內，胃蛋白酶已失去活性，B錯誤；
C、丙、丁過程中通常會通入95%空氣和5%的CO 的混合氣體，前者（O2的主要作用是）維持細胞進行有氧呼吸，后者（CO2的主要作用是）維持培養液適宜的pH，C錯誤；
D、為避免培養過程中的雜菌污染，保證其氣體需要，丙、丁過程中需松動培養瓶蓋，將其置于含95%空氣和5%CO2的混合氣體的培養箱中培養，D錯誤。
故選A。
3.答案：C
解析：A、骨髓中的造血干細胞能通過分裂和分化產生紅細胞、白細胞和血小板等各種血細胞，A正確；
B、神經干細胞產生神經組織的各類細胞是由于基因的選擇性表達，基因表達過程一般是一個不可逆的過程，B正確；
C、胚胎干細胞可分化出所有組織細胞，而成體干細胞是已經分化組織中的未完全分化的細胞，不能分化出所有組織細胞，C錯誤；
D、誘導胚胎干細胞分化的過程實質是細胞內的基因進行了選擇性表達，D正確。
故選C。
4.答案：D
解析：A、由題意可知，原代培養細胞是基因型為XFXS的女性皮膚組織用胰蛋白酶處理得到的，都含有XF和XS，A正確；
B、動物細胞之間的蛋白質，被胰蛋白酶或膠原蛋白酶分解，分散成單個細胞，B正確；
C、結合題干，基因型為XFXS的女性體細胞中的兩個X染色體會有一個隨機失活，故一個細胞中6-磷酸葡萄糖脫氫酶，電泳后只顯示一個條帶，原代培養的細胞電泳有2個條帶，故同時檢測了多個細胞，C正確；
D、單克隆培養的細胞，是通過有絲分裂得到的增殖的細胞，故單克隆培養的細胞1、2、4、5、8、9與3、6、7，所含基因相同，表達的基因不一定相同，D錯誤。
故選D。
5.答案：B
解析：A、造血干細胞和誘導多能干細胞（iPS細胞）的分化程度不同，前者大于后者，A錯誤；
B、神經干細胞在治療神經組織損傷和神經系統退行性疾病（如帕金森病、阿爾茨海默病等）方面有重要的應用價值；用iPS細胞治療阿爾茨海默病、心血管疾病等領域的研究也取得了新進展；可見神經干細胞和iPS細胞在治療阿爾茨海默病等方面有重要價值，B正確；
C、體外培養iPS細胞時培養液中需要加入血清等物質，C錯誤；
D、患者未發生免疫排斥反應是因為角膜是一層透明的膜，不含有血管，也不含有淋巴組織，屬于免疫豁免的部位，D錯誤。
故選B。
6.答案：B
解析：干細胞具有分裂和分化能力，A正確；造血干細胞可定向誘導分化成各種血細胞，胚胎干細胞可定向誘導分化成機體所有種類的細胞，B錯誤；胚胎干細胞在飼養層細胞上或在添加抑制因子的培養液中培養，能夠維持不分化的狀態，C正確；當身體的某一類細胞功能出現退化時，可以通過誘導胚胎干細胞定向分化來及時修補，使退化的組織得以修復并恢復正常功能，D正確。
7.答案：C
解析：動物細胞培養過程中,隨細胞增殖,細胞代謝產物積累,故定期更換培養液可以防止代謝產物的積累對細胞造成危害,C正確。
8.答案：（1）防止不同“層次”血清混合
（2）培養皿；95%空氣和5%CO2；36.5±0.5℃
（3）大；用血細胞計數板計數細胞時，會將死的細胞計數在內，實驗結果往往偏大
（4）不同“層次”血清中的營養成分有差異
解析：（1）該實驗是研究不同“層次”血清對細胞增殖的影響，故為了防止不同“層次”血清混合,在吸取血清的過程中，要嚴格禁止振動和搖晃。
（4）不同“層次”的血清中營養成分不同,所以不同“層次”的血清對細胞增殖的影響不同。

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