高中生物人教版 (2019)选择性必修3一 动物细胞培养精品课时练习

《第2章  细胞工程》

第2节  动物细胞工程

一  动物细胞培养

必会知识 考点梳理拓展延伸易错警示

必会知识一  动物细胞工程和动物细胞培养

1．动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。

2．动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。

(1)相关组织：一般是指动物胚胎或出生不久的幼龄动物组织，因为这些组织细胞比老龄动物的组织细胞生命力旺盛，易于培养，同时增殖能力也更强。

(2)适宜的培养基：不同的细胞、组织适合生存的环境不同，需要配制不同的培养基。

3．动物细胞培养的条件

(1)营养条件：细胞在体外培养时，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。

(2)无菌、无毒的环境：在体外培养细胞时，必须保证环境是无菌、无毒的，即需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。培养液还需要定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。

(3)温度、pH和渗透压：维持细胞生存必须有适宜的温度。哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5℃为宜。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。此外，渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。

(4)气体环境：动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95%空气和5% CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。

必会知识二  动物细胞培养的过程

1．体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖；另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。

2．动物细胞培养过程

(1)原理：细胞增殖

(2)过程：

3．动物细胞培养过程中的相关概念

(1)原代培养：动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。

(2)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。

(3)传代培养：将分瓶后的细胞培养称为传代培养。在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集：贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。

必会知识三  干细胞培养及其应用

1．干细胞：动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。

(1)胚胎干细胞(embryonic stem cell，简称ES细胞)存在于早期胚胎中，具有分化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。

(2)成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等。造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞。

2．干细胞的主要用途

(1)移植正常的造血干细胞可治疗白血病及一些恶性肿瘤在放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。

(2)神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)方面有重要的应用价值。

(3)科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，将它称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)，并用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。现在iPS细胞在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。因为诱导过程无须破坏胚胎，而且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，理论上可以避免发生免疫排斥反应，所以科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。

必备技能 典例精讲模型秒杀巧思妙解

必备技能一  动物细胞培养

[例1](2022秋·重庆·高三重庆一中校考阶段练习)下列关于动物细胞培养叙述错误的是(    )

A．选用的材料一般是幼龄动物的器官或组织，原因是其细胞分裂能力强

B．动物细胞培养和植物细胞培养可获得大量细胞，原理均为细胞增殖

C．通常将动物组织经处理后在培养瓶中的初次培养称为原代培养

D．培养瓶中的细胞都需要定期用胰蛋白酶处理，分瓶后才能继续培养

必备技能二  动物细胞培养的过程

[例2](2022春·陕西西安·高二校考期末)下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述不正确的是(    )

A．步骤①需要在无菌环境中进行操作

B．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理

C．通常需在合成培养基中加入血清等天然成分

D．细胞培养含5%CO2的作用是刺激细胞呼吸

必备技能三  动物细胞培养接触抑制

[例3](2022·浙江·模拟预测)如图是动物细胞培养过程中可能出现的接触抑制现象，对此下列有关叙述错误的是(    )

A．正常动物细胞培养过程中均会出现接触抑制现象

B．癌细胞无接触抑制因而培养时可形成多层细胞

C．出现接触抑制时细胞将停止分裂活动

D．出现接触抑制后需利用胰蛋白酶消化后才可进行传代培养

必备技能四  干细胞培养及其应用

[例4](2022春·福建龙岩·高二统考期末)图示为科学家利用诱导多能干细胞(iPS细胞)来治疗人类疾病的操作流程。下列叙述错误的是(    )

A．该项技术用于病人自身器官移植理论上可避免免疫排斥反应

B．iPS细胞分化程度较低，具有分裂和分化的能力

C．iPS细胞分化成胰岛细胞是基因选择性表达的结果

D．已分化的B细胞等转入相关因子不可能被诱导成iPS细胞

[例5](2023秋·福建宁德·高三校考期末)诱导多能干细胞(iPS)在形态、基因表达、分裂能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。在实验室中获得iPS细胞的过程是将Oct3/4，Sox2，c-Myc和K1f4四种转录因子通过逆转录病毒导入小鼠的成纤维细胞，这些转录因子诱导这种细胞发生转化，产生iPS细胞。近期研究发现，iPS细胞也可来源于人自身的体细胞，这一研究成果为某些疾病的基础研究及其临床应用提供了一种新的途径。下列说法错误的是(　　)

A．实验中逆转录病毒作为转录因子的载体，且必须通过显微注射法导入小鼠的成纤维细胞中

B．转录因子诱导小鼠的成纤维细胞发生转化的过程中发生了脱分化

C．小鼠的成纤维细胞诱导成iPS细胞的过程中发生了基因重组，且两种细胞的基因有所差别

D．不能利用镰状细胞贫血患者自身体细胞培养的iPS细胞治疗自身该疾病

必备技能五  动物细胞培养与植物组织培养的比较

[例6](2022春·广东珠海·高二统考期末)下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是(    )

A．两者所用培养基的营养成分不完全相同

B．培养前都要用酶处理组织以得到单个细胞

C．前者可使细胞增殖，后者可产生新的植株

D．前者可检测有毒物质，后者可使植物脱除病毒

必刷好题 基础演练能力提升巅峰突破

1．(2022秋·浙江·高三校联考开学考试)动物细胞培养是动物细胞工程的基础。下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是(    )

A．液体培养基中的动物血清需过滤灭菌

B．定期更换培养液可以防止细胞代谢产生有毒物质危害细胞

C．在二氧化碳培养箱中进行原代培养和传代培养

D．动物细胞培养体现了动物细胞核的全能性

2．(2022·江苏·统考高考真题)航天员叶光富和王亚平在天宫课堂上展示了培养的心肌细胞跳动的视频。下列相关叙述正确的是(    )

A．培养心肌细胞的器具和试剂都要先进行高压蒸汽灭菌

B．培养心肌细胞的时候既需要氧气也需要二氧化碳

C．心肌细胞在培养容器中通过有丝分裂不断增殖

D．心肌细胞在神经细胞发出的神经冲动的支配下跳动

3．(2022春·辽宁抚顺·高二校联考期末)实验小鼠皮肤细胞进行贴壁生长培养的基本过程如图所示，其中丙过程为原代培养，丁过程为传代培养，下列叙述正确的是(    )

A．甲过程是取样过程，取样时需要对小鼠的取样部位进行灭菌处理

B．乙过程可用机械的方法，或用胰蛋白酶，胶原蛋白酶等处理的方法

C．丙过程细胞通过有丝分裂或减数分裂增殖，该过程中遗传物质不发生变化

D．丁过程是将无限增殖的细胞用胰蛋白酶处理、离心法收集，制成细胞悬液，再分瓶培养

4．(2022秋·北京·高三北京四中校考期中)下图为动物细胞培养过程中，细胞数量的指数变化示意图。下列表述正确的是(    )

A．初代培养过程中，细胞不会发生基因突变 

B．细胞分裂8次以上时，大部分细胞老化、死亡

C．细胞传代时通常需要用胰蛋白酶处理

D．有限细胞系适于作为生产新冠疫苗的宿主细胞

5．(2022秋·江西宜春·高三校考阶段练习)近年来，人造肉由于在营养、健康、安全、环保等方面均较传统养殖肉类有显著优势，引起广泛的关注，其中细胞培养人造肉取得一定的进展，其制造流程如下图。下列相关叙述错误的是(　　)

A．对贴壁细胞的驯化改造与筛选成具有高增殖能力的非贴壁细胞，有利于实现大规模的细胞组织培养

B．体外细胞培养时，要及时清除细胞产生的代谢废物，为体外培养细胞提供无菌无毒的生存环境

C．使用无血清培养基因其培养基组分清晰明确，更为安全可靠

D．细胞培养需要在95%CO2和5%空气混合气体的CO2培养箱中进行培养

6．(2022春·河北邢台·高二邢台市南和区第一中学校考阶段练习)Vero细胞系来源于非洲绿猴肾上皮细胞，具有无限分裂和贴壁生长的特性。将新冠病毒接种到Vero细胞后，经Vero细胞培养、新冠病毒灭活及提纯，可制成新冠病毒灭活疫苗。下列叙述错误的是(    )

A．Vero细胞的细胞膜上可能有识别新冠病毒的受体

B．当Vero细胞发生接触抑制时需要进行原代培养

C．分瓶前需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的Vero细胞

D．向Vero细胞培养液中加入适量抗生素可防止杂菌污染

7．(2022春·陕西渭南·高二统考期末)干细胞在生命科学的细胞修复、发育生物学、医学、药物学等领域有着极为广阔的应用前景，吸引着众多科学家投入到相关研究中。下列相关叙述错误的是(    )

A．造血干细胞可以分化为各种血细胞

B．干细胞都是从胚胎中分离提取的细胞

C．不同类型的干细胞的分化潜能有差别

D．产生的特定细胞，可以用于新药测试

8．(2022秋·黑龙江大庆·高三铁人中学校考开学考试)人乳头瘤病毒(HPV)感染是诱发宫颈癌的重要因素。HPV具有多种类型，其中的HPV16和HPV18属于高危型，可引起宫颈癌及宫颈上皮内高度病变。现对某就诊者的取样细胞进行培养，来进行确诊。下列说法不正确的是(    )

A．分散取样的细胞时可采用胰蛋白酶、胶原蛋白酶、胃蛋白酶等处理

B．培养取样细胞时，需要为这些细胞提供充足的营养条件、稳定的外部环境等

C．让取样细胞进行贴壁生长，若产生了接触抑制现象，则不属于HPV高危型

D．无论是原代培养还是传代培养，都需将培养瓶放在CO2培养箱中培养

9．(2022春·浙江宁波·高二统考期末)为研究双黄连解救乌头碱中毒的效果，某课题组采用全细胞膜片钳技术，进行双黄连对乌头碱导致大鼠心肌细胞Na+通道电流(INa)影响的研究。实验结果如图甲所示，请完善实验思路，并进行分析。

实验材料：新生大鼠、胎牛血清、乌头碱、双黄连、NaCl溶液、胰蛋白酶等。

实验用具：略。

(1)实验思路：

①新生大鼠心肌细胞的原代培养。取小鼠心室肌剪成1mm3大小的组织块，用______________处理，制成细胞悬液。若要去除细胞悬液中的成纤维细胞，可利用成纤维细胞比心肌细胞更早_____________于培养瓶表面的特性，进行纯化分离。

②记录心肌细胞在不同钳制电压下的INa数据。为了降低心肌细胞膜Na+电流强度以减少实验误差，需_____________(填“降低”或“升高”)培养液中的NaCl浓度，并加入相关化合物，以维持渗透压平衡。

③待心肌细胞INa稳定后，在观察的心肌细胞周围用微量移液器加入_____________，五分钟后INa基本稳定，观察记录不同钳制电压下心肌细胞INa的变化。

④将______________加入观察的心肌细胞周围，五分钟后INa基本稳定，观察记录不同钳制电压下心肌细胞INa的变化。

(2)结果分析：

①由图甲可知，双黄连_____________(填“能”或“不能”)解救乌头碱中毒。

②多种药物或毒素，如局麻药、抗惊厥药及抗心律失常药等，常常与Na+通道有不同的亲和性。综上所述并结合实验结果，推测乌头碱对心肌细胞毒性作用的机制是_____________，双黄连的作用机制可能是_____________。

③预测加入双黄连后对大鼠心肌细胞INa的影响______________________，并在图乙中表示_____________。

10．(2022春·广东湛江·高二统考期末)胚胎干细胞(ES细胞)存在于早期胚胎中，具有分化形成机体的各种组织﹑器官甚至个体的潜能。由于ES细胞的来源有限和伦理问题，限制了它在医学上的应用。2006年，科学家通过病毒介导将c-Myc，Klf4，Sox2和Oct4等基因转入高度分化的小鼠成纤维细胞中，获得诱导多能干细胞(iPS细胞)，其类似于ES细胞。2022年3月我国科学家通过两个关键因子诱导DNA去甲基化，将人类多能性干细胞转化为8细胞阶段全能性胚胎样细胞(8CL细胞)。这是目前全球通过无转基因﹑快速和可控的方法，获得的体外培养的“最年轻”的人类细胞。从ES细胞到iPS细胞，再到8CL细胞的技术突破，都为早期胚胎发育的基础研究提供了一种新的体外研究系统，也使自体器官再生最终有可能成为现实。请分析回答下列问题：

(1)利用小鼠成纤维细胞获得iPS细胞的过程中，转入c-Myc、Klf4、Sox2和Oct4基因的作用是_____。获得iPS细胞后进行细胞培养，培养的细胞贴壁生长增殖，直至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为_____。

(2)ES细胞、iPS细胞和8CL细胞能分化形成机体的各种组织、器官，因而具有_____性。例如在I型糖尿病的治疗中，iPS细胞可定向诱导分化为_____细胞，将其输入患者体内显著改善了患者的血糖控制。相比于ES细胞和iPS细胞，8CL细胞的优势：_____。