新教材 精品生物 选择性必修三 第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养.docx
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新教材精品生物选择性必修三第2章第2节第1课时动物细胞培养
第2节 动物细胞工程
第1课时 动物细胞培养
一、动物细胞培养的条件和过程
1.动物细胞工程常用的技术:
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
(1)概念:
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。
(2)培养条件
①营养条件
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。
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:
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
④气体环境
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。
(3)培养过程
(4)相关概念
①细胞贴壁:
悬液中分散的细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。
②接触抑制:
当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞停止分裂增殖的现象。
③原代培养:
指动物组织经处理后的初次培养。
④传代培养:
分瓶后的细胞培养。
(1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性( )
(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞( )
(3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集,贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集( )
(4)动物细胞培养时,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)√
1.动物细胞培养的原理是细胞增殖。
2.幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较,分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较,哪些细胞更易于培养?
为什么?
提示 幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养,原因是这些细胞分裂能力强。
3.动物细胞培养时,除了添加糖类、氨基酸等必要的营养成分外,往往还需添加血清等一些天然成分,原因是人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚,血清等一些天然成分的营养成分比较齐全,可以弥补人工培养基的不足。
4.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是蛋白质。
用胃蛋白酶可以吗?
为什么?
提示 不可以。
多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4,胃蛋白酶(适宜pH为1.5左右)在此环境中没有活性,而胰蛋白酶在此环境中活性较高,因此胰蛋白酶适用于细胞培养时的处理。
二、干细胞培养及其应用
1.来源:
早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
2.类型:
胚胎干细胞和成体干细胞等。
3.胚胎干细胞
(1)概念:
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)局限:
胚胎干细胞必须从胚胎中获取,这涉及伦理问题,因而限制了它在医学上的应用。
4.成体干细胞
(1)概念:
成体组织或器官内的干细胞。
(2)类型
(3)特点:
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。
(4)作用:
有着自我更新能力及分化潜能的干细胞,与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。
(5)应用
①造血干细胞:
治疗白血病、一些恶性肿瘤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:
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)。
5.诱导多能干细胞
(1)概念:
通过体外诱导成纤维等细胞,获得类似胚胎干细胞的一种细胞,被称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)。
(2)应用
治疗小鼠的镰状细胞贫血;现在用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。
(3)优点:
无需破坏胚胎;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。
(1)干细胞都是来源于早期胚胎( )
(2)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,主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中( )
(3)不同类型的干细胞,它们的分化潜能完全相同( )
(4)干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用( )
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)√
1.胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是胚胎干细胞具有全能性,可以被诱导分化形成新的组织细胞、器官甚至个体,经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。
2.胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题?
其应用有什么限制因素?
提示 通过胚胎干细胞体外诱导分化,可以培育出人造组织器官,从而解决供体器官不足问题,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。
胚胎干细胞必须从胚胎中获取,这涉及伦理问题,因而限制了应用。
3.为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞?
提示 iPS细胞的诱导过程无需破坏胚胎,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,理论上可以避免免疫排斥反应。
1.动物细胞培养的过程:
动物组织
单个细胞
细胞悬液―→原代培养―→传代培养。
2.动物细胞培养一般选用胚胎或幼龄动物的组织,细胞在培养过程中会出现细胞贴壁(生长)和接触抑制现象。
3.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。
4.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。
5.诱导多能干细胞(iPS细胞)的应用前景优于胚胎干细胞。
1.在将动物组织块分散成单个细胞时,可以使用胰蛋白酶。
由此判断以下推测不合理的是( )
A.动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系
B.处理时一定要注意处理时间、加酶量
C.胰蛋白酶一定不会对动物细胞造成损伤
D.动物细胞培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致
答案 C
解析 胰蛋白酶可使蛋白质分解,由胰蛋白酶可破坏动物细胞之间的联系,可推测动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系;细胞膜中含有蛋白质成分,所以一定要注意处理的时间和酶的用量,以防止对动物细胞造成损伤;酶促反应需要适宜的pH,所以培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致。
2.下列有关动物细胞培养的叙述,正确的是( )
A.培养瓶中要定期用胰蛋白酶等处理,使细胞从瓶壁上脱离,制成细胞悬液
B.将所取的组织先用胃蛋白酶等进行处理,使其分散成单个细胞
C.用于培养的细胞大都取自成年动物的器官或组织
D.动物组织经处理后的初次培养称为传代培养
答案 A
解析 正常动物细胞培养时存在贴壁生长和接触抑制现象,因此培养瓶中要定期用胰蛋白酶等处理,使细胞从瓶壁上脱离,制成细胞悬液,A正确;动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,这样的环境会使胃蛋白酶变性失活,因此动物细胞培养过程中,应将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理,使其分散成单个细胞,B错误;用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织,因为胚胎或幼龄动物的器官或组织分裂能力强,C错误。
3.下列有关动物细胞培养、动物组织培养的表述中正确的是( )
A.动物细胞培养中,含20%CO2的恒温培养箱的作用是调控pH和温度
B.在进行传代培养时可直接用离心法收集细胞
C.原代培养的细胞因具有最接近于体内细胞的生长特性,常用于药物测试研究
D.动物细胞培养过程中细胞要经过脱分化形成愈伤组织
答案 C
解析 动物细胞培养中,应在含5%CO2的恒温培养箱中进行培养,作用是维持培养液的pH,A项错误;在进行传代培养时,贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶处理,使之分散成单个细胞,然后再用离心法收集,B项错误;动物细胞培养的原理是细胞增殖,因此不需要脱分化,D项错误。
4.下列关于动物细胞培养技术应用的叙述,错误的是( )
A.可用于检测某种物质的毒性
B.可通过培养各种病变细胞,用于药理等方面的研究
C.可通过动物细胞的大规模培养来生产病毒疫苗、干扰素等
D.经过脱分化、再分化,可构建人造皮肤
答案 D
解析 动物细胞培养没有脱分化与再分化过程。
5.一名婴儿在出生后医院为他保留了脐带血,在他以后生长发育过程中如果出现了某种难以治疗的疾病,就可以利用血液中的干细胞进行治疗,下列关于这个实例的说法正确的是( )
A.用干细胞培育出人体需要的组织或器官用来移植治病,需要激发细胞的全能性
B.用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病
C.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,需要用到细胞培养技术
D.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,应该长期给他使用免疫抑制药物
答案 C
解析 脐带血中含有大量未成熟的造血干细胞,将脐带血细胞移植,对白血病、再生障碍性贫血等恶性血液病的治疗具有很好的效果;而用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治疗,只要诱导细胞分化成该组织、器官即可,不需激发其全能性;用干细胞培育出的器官移植属于自体移植,基本不会发生免疫排斥反应,不需长期给他使用免疫抑制药物。
6.某研究小组进行药物试验时,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____________________。
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抗生素。
(3)已知癌细胞X基因过量表达与肝肿瘤的发生密切相关,要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响,可将甲细胞分为A、B两组,A组细胞培养液中加入________,B组细胞培养液中加入无菌生理盐水,经培养后,从A、B两组收集等量细胞,通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的________或________合成水平的差异,确定Y的药效。
答案
(1)多
(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 (3)Y mRNA 蛋白质
解析
(1)甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。
肿瘤细胞为能无限增殖的细胞,细胞周期短。
在相同条件下,培养相同的时间,甲细胞的数量多于乙细胞。
(3)设计一组加入抗肿瘤药物的实验组,一组不加抗肿瘤药物的对照组,通过检测药物影响X基因的表达过程,即转录形成mRNA的量、翻译形成蛋白质的量来检验药效。
A组 基础对点练
题组一 动物细胞培养的条件
1.一般来说,动物细胞体外培养需要满足的条件有( )
①无毒的环境 ②无菌的环境 ③培养液中需加血清等一些天然成分 ④温度与动物体温相近 ⑤需要O2 ⑥加CO2维持培养液的pH
A.①②③④⑤⑥B.①②③④
C.①③④⑤⑥D.①②③④⑥
答案 A
解析 动物细胞体外培养要求环境无菌、无毒;在细胞培养液中需添加血清等一些天然成分;培养温度一般与动物体温相近;动物细胞培养还需要O2和CO2,O2是细胞代谢所必需的,CO2可维持培养液的pH。
2.下列有关植物组织培养和动物细胞培养的叙述正确的是( )
A.两者培养都能得到完整个体
B.两者培养基中必须都添加激素
C.两者培养过程中都需要适宜的温度、pH和一定的营养条件
D.两者培养过程中都需用酶处理
答案 C
解析 植物组织培养能得到完整个体,动物细胞培养得到的是细胞或细胞产物,A错误;动物细胞培养不需要加入激素,B错误;植物组织培养过程中不需要用酶处理,动物细胞培养需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理,
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