人教版 (2019)选择性必修3一 动物细胞培养学案设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修3一 动物细胞培养学案设计，共17页。学案主要包含了师问导学，智涂笔记，师说核心，检测反馈，网络建构，主干落实等内容，欢迎下载使用。
课程标准
1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织、分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
2．简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
素养达成
1.说明动物细胞培养的条件和动物细胞培养过程中细胞生长的特点；比较动物细胞培养与植物组织培养的不同。(科学思维)
2．说明干细胞在医学、药物安全性与有效性检测等领域的应用及存在的问题。(社会责任)
在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且还会产生免疫排斥反应。那么，怎样才能获得大量的自体健康皮肤？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？
探究点一 动物细胞培养
【师问导学】
1．动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接受信息后，细胞停止分裂又说明了什么？
2．为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？
3．根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。
4．依据下面动物细胞培养过程探究以下问题。
(1)以上过程依据的原理为________________。
(2)培养材料：一般取自______________________________，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。
(3)将动物细胞分散成单个细胞培养的原因。
①保证细胞所需要的________供应。
②保证细胞内有害____________的及时排出。
(4)动物细胞培养时，用胰蛋白酶把细胞分散成单个细胞，用胃蛋白酶行吗？胰蛋白酶对细胞有伤害吗？怎么解决这个问题？
【智涂笔记】
[易错警示]
(1)培养动物细胞时没有脱分化的过程，因高度分化的动物细胞发育潜能变小，失去了发育成完整个体的能力。
(2)不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抑制，例如，癌细胞增殖时不存在接触抑制，所以在培养瓶中可以形成多层细胞。
[名师点拨]
有关植物组织培养与动物细胞培养的三点提醒
(1)植物组织培养过程中存在脱分化和再分化过程，而动物细胞培养过程中没有脱分化和再分化过程。
(2)植物组织培养可获得新个体，体现了细胞的全能性，而动物细胞培养只得到细胞，不形成完整个体，没有体现细胞的全能性。
(3)两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂，不涉及减数分裂，都可称为克隆。
【师说核心】
1．过程解读
(1)原理：细胞增殖。
(2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。
(3)酶处理
①用酶两次处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。
②使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出。
③不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。
2．相关概念的辨析
(1)细胞贴壁和接触抑制
①细胞贴壁：将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜环境中培养，悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。
②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
(2)原代培养和传代培养：区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。
①第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。
②第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶处理，使其从瓶壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。
3．培养条件的分析
(1)添加血清、血浆的作用：血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。
(2)气体环境：CO2可调节培养液的pH，O2可维持细胞的有氧呼吸。
4．动物细胞培养和植物组织培养比较
【检测反馈】
1．下列关于动物细胞培养的叙述中，正确的是( )
A．动物细胞培养的目的是获得分泌蛋白
B．动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散开
C．动物细胞培养通常不会出现接触抑制现象
D．可以通过细胞培养技术获得完整的动物个体
2．实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是( )
实验小鼠eq \(――→,\s\up15(甲))皮肤组织eq \(――→,\s\up15(乙))皮肤细胞eq \(――→,\s\up15(丙))细胞培养1eq \(――→,\s\up15(丁))细胞培养2
A．甲过程需要在无菌条件下进行
B．乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织
C．丙过程是原代培养出现接触抑制现象
D．丁过程是传代培养细胞，不出现接触抑制现象
3．下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别的是( )
A．动物细胞培养基与植物细胞培养基的成分有所不同
B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
C．动物细胞培养可发生遗传物质改变，而植物组织培养不能
D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性
4．如图是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞密度的统计结果。相关叙述错误的是 ( )
A．实验中要控制胰蛋白酶溶液的浓度和处理时间，以免损伤细胞
B．培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染
C．曲线bc段产生的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物的积累等
D．培养至第6天时，新产生的细胞数等于死亡细胞数
探究点二 干细胞培养及其应用
【师问导学】
下图为iPS细胞的培养和利用过程示意图，请据图回答下列问题。
1．由iPS细胞分化为各种组织细胞过程的实质是什么？
2．从病人体内提取成纤维细胞，将其转化成iPS细胞，经诱导后产生所需细胞，将所需细胞植入病人体内，这种技术的优点有哪些？
3．iPS细胞是多能干细胞，还是专能干细胞？在分裂过程中会发生哪些变异？
4．诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？
5．诱导多能干细胞为什么可以解决器官移植时供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？
【智涂笔记】
【师说核心】
1．胚胎干细胞的概念和特点
(1)概念：动物(包括人)胚胎及某些器官内具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。
(2)特点：细胞未分化或未完全分化，一旦条件具备，它们可以按照一定的途径通过分裂、分化产生机体所需要的细胞。
2．干细胞的种类和比较
3.主要用途
ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有重要的应用价值。
(1)利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。
(2)通过ES细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
(3)ES细胞是研究体外细胞分化的理想材料。
(4)ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。
【检测反馈】
1．下列关于ES细胞的叙述，不正确的是( )
A．ES细胞在形态上，表现为体积小，细胞核大，核仁明显
B．ES细胞在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化
C．ES细胞在功能上，具有发育的全能性
D．ES细胞是由原肠胚或原始性腺中分离出来的一类细胞
2．(多选)人脐带间充质干细胞在特定诱导条件下，可分化为脂肪、肝、神经等多种组织细胞。下图表示培养人脐带间充质干细胞的大致过程。下列有关叙述正确的是( )
A．人脐带间充质干细胞属于一种iPS细胞
B．通过离心除去上清液可以除去胰蛋白酶
C．过程①通常用胰蛋白酶处理
D．出现接触抑制前，培养瓶中的细胞数量有可能呈“J”形增长
3．关于ES细胞和iPS细胞及其应用的说法，正确的是( )
A．ES细胞存在于早期胚胎中，能分化成各种功能细胞，不能形成生物个体
B．ES细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织
C．iPS细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织
D．iPS细胞是人工诱导产生的，也可诱导分化成为各种组织细胞
【网络建构】
【主干落实】
1．动物细胞培养的培养基为液体培养基，含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等成分，还要加入动物血清等天然成分。
2．培养动物细胞的CO2培养箱中含有95%的空气和5%的CO2。
3．原代培养和传代培养均需用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞。
4．培养的动物细胞有贴壁生长和接触抑制现象。
5．干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞。
6．体细胞经体外诱导能够形成类似胚胎干细胞的诱导多能干细胞。
1.下列哪项条件不是动物细胞培养所需要的( )
A．无菌、无毒的环境 B．充足的营养物质
C．适宜的温度和pH D．95%的空气和5%的氧气
2．动物细胞培养过程的顺序是( )
①原代培养 ②传代培养 ③胰蛋白酶处理组织，形成单个细胞，制成细胞悬液
A．①②③ B．①③②
C．②①③ D．③①②
3．关于动植物体细胞的离体培养，下列叙述正确的是( )
A．都需用CO2培养箱
B．都需用液体培养基
C．都要在无菌条件下进行
D．都可体现细胞的全能性
4．关于iPS细胞及应用的说法，正确的是( )
A．iPS细胞是从早期胚胎中获取的
B．造血干细胞是一种iPS细胞
C．采用不同的方法可将成纤维细胞诱导产生iPS细胞
D．iPS细胞诱导基因突变可分化成各种组织细胞
5．某研究小组进行药物实验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题。
(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量________。
(2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是________________________________________________________________________
________________。细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是________________________________________________________________________。
(3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长________。药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更________。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要用________________处理。
(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的________。
第1小节
(一)从社会中来
提示：借助动物细胞培养技术构建人造皮肤。具体操作为取病人健康皮肤，用胰蛋白酶、胶原蛋白酶将它分散成单个细胞，制成细胞悬液，然后在适宜的条件下，让这些细胞生长、增殖，获得大量自体健康皮肤。
不能用单个细胞培养出可供移植的皮肤。单个细胞的增殖是有限的，动物细胞培养过程中，传代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去了，一般来说，细胞在传至10～50代时，增殖会逐渐缓慢，直至完全停止。这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化，少数细胞会朝着等同于癌细胞的方向发展。目前使用的细胞通常为10代以内的细胞，以保持细胞正常的二倍体核型。
(二)旁栏思考题
用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，所以用胃蛋白酶不行。
(三)思考·讨论
1．细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。
2．提示：可以从培养的原理，所需的营养条件、环境条件以及培养的过程等方面进行分析比较。
(四)练习与应用
概念检测
1．(1)× (2)× (3)√ (4)√
2．A
拓展应用
(1)提示：像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(Human Leukcyte Antigen，人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HLA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。
(2)提示：该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。
第1课时 动物细胞培养
互动·探究·智涂
探究点一
【师问导学】
1．提示：细胞培养过程中的接触抑制说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接受信息后，细胞停止分裂，说明了细胞膜接受的信息能够传递到细胞核。
2．提示：动物细胞膜上有糖蛋白，使细胞具有黏着性。
3．提示：癌细胞细胞膜上糖蛋白减少，细胞的黏着性降低，在适宜的条件下可以无限增殖，因此培养的癌细胞无接触抑制现象，在培养瓶中能够生长成多层。
4．(1)细胞增殖
(2)幼龄动物的器官或组织
(3)①营养 ②代谢物
(4)提示：不行，因为动物细胞培养适宜的pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性。用胰蛋白酶处理细胞，作用时间过长会损伤细胞膜蛋白，因而要控制好胰蛋白酶的作用时间。
【检测反馈】
1．解析：动物细胞培养的目的有时是为了获得分泌蛋白，有时是为了获得更多的细胞；通常培养前要将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使其分散开；分散的细胞在培养瓶中很快就贴附在瓶壁上生长，当生长到细胞间表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，即出现接触抑制现象；通过细胞培养技术只能获得大量的细胞或细胞产物，而不能获得完整的动物个体。
答案：B
2．解析：取小鼠的皮肤组织应在无菌条件下进行；乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织，获得单细胞悬液；原代培养会出现接触抑制现象；传代培养细胞也会出现接触抑制现象。
答案：D
3．解析：动物细胞培养所用的培养基与植物组织培养所用的培养基的成分不同，如培养动物细胞的培养基需加入血清，而植物组织培养所用的培养基则不需加入血清；动物细胞培养与植物组织培养都需要在无菌、人工控制的条件下进行；动物细胞培养与植物组织培养过程中都可发生遗传物质的改变；植物组织培养最终能够形成完整的植物体，能体现植物细胞的全能性，动物细胞最终不能被培养成新的动物，不能体现动物细胞的全能性。
答案：A
4．解析：实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞，A正确；培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染，B正确；曲线bc段表示活细胞密度减少，产生的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢产物积累等，C正确；培养至第6天时，活细胞数等于死亡细胞数，D错误。
答案：D
探究点二
【师问导学】
1．提示：基因的选择性表达。
2．提示：iPS细胞诱导过程无须破坏胚胎，不会产生伦理问题，且因iPS细胞来自病人自身，将诱导产生的所需细胞移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。
3．提示：多能干细胞。由于细胞增殖方式为有丝分裂，故能发生基因突变、染色体变异。
4．提示：诱导多能干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植后可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。
5．提示：通过干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。
【检测反馈】
1．解析：ES细胞，即胚胎干细胞，在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显，A正确；胚胎干细胞在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，B正确；ES细胞在功能上，具有发育的全能性，C正确；ES细胞是从早期胚胎(原肠胚之前)或原始性腺中分离出来的一类细胞，D错误。
答案：D
2．解析：iPS细胞是经人工诱导产生的，脐带间充质干细胞不是诱导多能干细胞。
答案：BCD
3．解析：ES细胞存在于早期胚胎中，能分化成各种功能细胞，进一步形成组织、器官甚至生物个体。成体干细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织。
答案：D
随堂·巩固·达标
1．解析：二氧化碳培养箱的气体条件是95%的空气和5%的二氧化碳。
答案：D
2．解析：动物细胞培养是用动物胚胎或幼龄动物器官通过胰蛋白酶处理制成细胞悬液，再通过原代培养和传代培养得到细胞株。
答案：D
3．解析：植物组织培养不需要用CO2培养箱，而是用固体培养基；动物细胞培养是为了获得更多的动物细胞或细胞产物，不能体现细胞的全能性。
答案：C
4．解析：iPS细胞是体细胞体外诱导产生的干细胞，诱导iPS细胞产生的方法有多种；iPS细胞分化成各种组织细胞是基因选择性表达的过程。
答案：C
5．解析：癌细胞具有无限增殖的特点，故相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。动物细胞培养需提供无菌环境，如向培养液中加入适量的抗生素可防止细菌的污染；需提供一定的营养，如向培养基中加入适量血清，以便补充合成培养基中缺乏的物质；需提供一定的气体环境，如向恒温培养箱中加入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。
答案：(1)多 (2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 维持培养液的pH (3)停止 多 胰蛋白酶 (4)抗生素
动物细胞培养
植物组织培养
原理
细胞的增殖
细胞的全能性
细胞来源
胚胎或幼龄动物的组织或器官
离体植物器官、组织或细胞
培
养
基
状态
液态
固体或半固体
组成
葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、动物血清、血浆等
矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物等
过程
原代培养，传代培养
脱分化、再分化
生长特点
贴壁生长、接触抑制，只分裂不分化
脱分化：形成愈伤组织再分化：形成根、芽
接种前
处理
灭菌、用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。使组织分散成单个细胞
灭菌
培养条件
恒温、无菌、无需光照
常温、无菌、脱分化不需光照，再分化需要光照
培养结果
细胞株或细胞系
新的植株或组织
应用
①生产有重要价值的生物制品；
②获取大量细胞；
③检测有毒物质
①快速繁育无病毒植株；
②生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等
相同点
①两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都可称克隆，都不涉及减数分裂；
②均为无菌操作，需适宜的温度，pH等条件
比较
项目
胚胎干细胞
成体干细胞
诱导多能
干细胞
来源
早期胚胎
成体组织或器官中
诱导高度分化的组织细胞形成
特点
具有分化成为成年动物体内的任何一种类型的细胞 ，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能
具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织 ，不具有发育成完整个体的能力
诱导过程无须破坏胚胎，不涉及伦理问题，且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应
来源
功能及应用
胚胎干
细胞
(ES细胞)
早期胚胎
能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体
成体干
细胞
成体组织
或器官
只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能
诱导多能
干细胞
(iPS细胞)
体外诱
导体细
胞产生
能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病