第2節(jié) 動(dòng)物細(xì)胞工程 第1課時(shí) 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

一、理清主干知識(shí)
一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的概念
動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是指從動(dòng)物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的技術(shù)。
二、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件
1．營(yíng)養(yǎng)：培養(yǎng)基中應(yīng)含有細(xì)胞所需要的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如糖類、氨基酸、無(wú)機(jī)鹽、維生素等，由于人們對(duì)細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)尚未全部研究清楚，因此通常需要加入血清等一些天然成分。
2．無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境
(1)對(duì)培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌處理；
(2)在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行操作；
(3)定期更換培養(yǎng)液以便清除代謝物。
3．溫度、pH和滲透壓eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 溫度：36.5±0.5 ℃,pH：7.2～7.4,適宜的滲透壓))
4．氣體環(huán)境eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(O2：細(xì)胞代謝所必需的,CO2：維持培養(yǎng)液的pH))
三、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程
1．細(xì)胞貼壁：體外培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞大多數(shù)往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞貼壁。
2．接觸抑制：當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞通常會(huì)停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為接觸抑制。
3．原代培養(yǎng)：分瓶之前的細(xì)胞培養(yǎng)，即動(dòng)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(xì)胞培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)。
四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用
1．干細(xì)胞的存在部位：干細(xì)胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。
2. 干細(xì)胞的種類：干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞等。
(1)胚胎干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱ES細(xì)胞)：具有分化為成年動(dòng)物體內(nèi)的任何一種類型的細(xì)胞，并進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織和器官甚至個(gè)體的潛能。
(2)成體干細(xì)胞：具有組織特異性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織，不具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力。
3．干細(xì)胞的應(yīng)用
(1)將正常的造血干細(xì)胞移植到病人體內(nèi)，恢復(fù)病人的造血和免疫功能，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。
(2)神經(jīng)干細(xì)胞在治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。
4．誘導(dǎo)多能干細(xì)胞
(1)概念：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱iPS細(xì)胞)是通過(guò)體外誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞，獲得的類似胚胎干細(xì)胞的一類細(xì)胞。
(2)應(yīng)用前景：誘導(dǎo)過(guò)程無(wú)需破壞胚胎，不涉及倫理問(wèn)題；iPS細(xì)胞可以來(lái)源于病人自身的體細(xì)胞，將它移植回病人體內(nèi)后，理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)。因此應(yīng)用前景優(yōu)于胚胎干細(xì)胞。
二、診斷自學(xué)效果
1．判斷下列敘述的正誤
(1)在25 ℃的實(shí)驗(yàn)條件下可順利完成大鼠神經(jīng)細(xì)胞的培養(yǎng)(×)
(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理都是細(xì)胞的全能性(×)
(3)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)過(guò)程中都要用到胰蛋白酶(×)
(4)肝細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中通常在培養(yǎng)液中通入5%的CO2以刺激細(xì)胞呼吸(×)
(5)培養(yǎng)保留接觸抑制的細(xì)胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細(xì)胞(×)
(6)胚胎干細(xì)胞可以來(lái)源于早期胚胎，也可以來(lái)源于成熟個(gè)體(×)
(7)ES細(xì)胞可用于治療帕金森綜合征和老年癡呆癥等(√)
2．下列關(guān)于動(dòng)物細(xì)胞所需的培養(yǎng)條件的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A．無(wú)毒、無(wú)菌的環(huán)境
B．溫度與動(dòng)物體溫相近
C．合成培養(yǎng)基中通常需加入動(dòng)物血清
D．不需要氧氣，需要CO2調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH
解析：選D 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境，A正確；溫度會(huì)影響酶活性，因此培養(yǎng)過(guò)程中溫度需要與動(dòng)物體溫相近，B正確；合成培養(yǎng)基中通常需加入動(dòng)物血清，C正確；該培養(yǎng)過(guò)程中的氣體條件為95%空氣加5% CO2的混合氣體，空氣中含有氧氣，D錯(cuò)誤。
3．關(guān)于動(dòng)物體細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞的活動(dòng)或特性，下列表述錯(cuò)誤的是( )
A．細(xì)胞通常貼壁生長(zhǎng)
B．細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂
C．細(xì)胞之間有接觸抑制現(xiàn)象
D．細(xì)胞的遺傳物質(zhì)均發(fā)生改變
解析：選D 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，大多數(shù)細(xì)胞需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長(zhǎng)增殖，即貼壁生長(zhǎng)，A正確；培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，B正確；當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖，即接觸抑制現(xiàn)象，C正確；培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞的遺傳物質(zhì)一般不發(fā)生改變，D錯(cuò)誤。
4．(2020·宿遷期末)關(guān)于胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用，下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A．可以用于治療由于細(xì)胞壞死、退化或功能異常引起的疾病
B．在體外誘導(dǎo)分化可培育出人造組織器官
C．是研究體外細(xì)胞分化的理想材料
D．不能用于治療糖尿病、肝衰竭等疾病
解析：選D 胚胎干細(xì)胞可分化為成年動(dòng)物體內(nèi)的任何一種組織細(xì)胞，因此可用于治療由于細(xì)胞壞死、退化或功能異常引起的疾病，A正確；胚胎干細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的全能性，在體外誘導(dǎo)分化可培育出人造組織器官，B正確；胚胎干細(xì)胞是研究在體外條件下細(xì)胞分化的理想材料，C正確；胚胎干細(xì)胞可以用于治療人類的某些頑疾，如帕金森病、糖尿病、老年癡呆癥、肝衰竭、心衰竭、成骨不良，D錯(cuò)誤。

eq \a\vs4\al(新知探究一 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng))
[在探究中學(xué)明]
動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)就是從動(dòng)物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。下面是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的流程示意圖。填圖并回答相關(guān)問(wèn)題。
1．完善圖中橫線上的內(nèi)容：
①胰蛋白酶或膠原蛋白酶；②二氧化碳培養(yǎng)箱；③原代培養(yǎng)；④胰蛋白酶；⑤傳代。
2．幼齡動(dòng)物的細(xì)胞與老齡動(dòng)物的細(xì)胞比較，分化程度低的細(xì)胞與分化程度高的細(xì)胞比較，哪些細(xì)胞更易于培養(yǎng)？為什么？
提示：幼齡動(dòng)物的細(xì)胞比老齡動(dòng)物的細(xì)胞更易于培養(yǎng)，分化程度低的細(xì)胞比分化程度高的細(xì)胞更易于培養(yǎng)。因?yàn)檫@些細(xì)胞增殖能力強(qiáng)，有絲分裂旺盛，所以幼齡動(dòng)物、分化程度低的組織細(xì)胞易培養(yǎng)。
3．進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)常用胰蛋白酶分散細(xì)胞，這說(shuō)明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？
提示：說(shuō)明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。用胃蛋白酶不行，因?yàn)槲傅鞍酌傅淖钸mpH約為2，而多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，在此環(huán)境下胃蛋白酶會(huì)變性失活。
4．探究動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，為什么要在培養(yǎng)基中加入血清等天然成分？
提示：因血清和血漿中含有多種維持細(xì)胞正常代謝和生長(zhǎng)的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、未知的促生長(zhǎng)因子等。因此細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，為保證細(xì)胞能順利生長(zhǎng)和繁殖，一般需添加血清、血漿等天然成分。
5．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要控制的氣體環(huán)境是怎么樣的？各自起什么作用？
提示：95%的空氣和5%的CO2混合氣體；O2維持細(xì)胞代謝，CO2維持培養(yǎng)液的pH。
[在深化中提能]
1．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程解讀
(1)原理：細(xì)胞增殖。
(2)將動(dòng)物細(xì)胞分散成單個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)的原因
①保證細(xì)胞所需要的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。
②保證細(xì)胞內(nèi)有害代謝產(chǎn)物的及時(shí)排出。
(3)細(xì)胞貼壁和接觸抑制
①細(xì)胞貼壁：細(xì)胞懸液中分散的細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。培養(yǎng)貼附性細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞要能夠貼附于底物上才能生長(zhǎng)繁殖，這就要求培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿的內(nèi)表面光滑、無(wú)毒，易于貼附。
②接觸抑制：細(xì)胞數(shù)目不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。打破接觸抑制現(xiàn)象的方法是將貼滿瓶壁的細(xì)胞重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖。
(4)原代培養(yǎng)與傳代培養(yǎng)
①原代培養(yǎng)：細(xì)胞懸液第一次在培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，分瓶之前的細(xì)胞培養(yǎng)，即動(dòng)物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。
②傳代培養(yǎng)：貼滿瓶壁的細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖，這樣的培養(yǎng)過(guò)程通常被稱為傳代培養(yǎng)。10代以內(nèi)的細(xì)胞可保持正常的二倍體核型。細(xì)胞傳至10～50代左右時(shí)，會(huì)出現(xiàn)核型異常，細(xì)胞增殖會(huì)明顯減緩，甚至完全停止。當(dāng)繼續(xù)傳代培養(yǎng)時(shí)，少部分細(xì)胞會(huì)克服細(xì)胞壽命的自然極限，獲得不死性。
(5)細(xì)胞株和細(xì)胞系
①細(xì)胞株：傳代培養(yǎng)的細(xì)胞能傳到10～50代，這樣的傳代細(xì)胞稱為細(xì)胞株。
②細(xì)胞系：傳代培養(yǎng)的細(xì)胞在傳到50代后，有部分細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，獲得不死性，這種具有癌變特點(diǎn)的細(xì)胞稱為細(xì)胞系。
(6)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中“兩次”使用胰蛋白酶的作用
①第一次：用胰蛋白酶處理動(dòng)物組織，目的是把組織分散為單個(gè)細(xì)胞后進(jìn)行培養(yǎng)，即原代培養(yǎng)。
②第二次：細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中出現(xiàn)接觸抑制，用胰蛋白酶處理使其從瓶壁上脫離下來(lái)，然后將其分散到多個(gè)培養(yǎng)瓶中繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，即傳代培養(yǎng)。
2．植物組織培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的比較
eq \a\vs4\al([典例]) (2020·德州期末)如圖所示為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的基本過(guò)程，下列關(guān)于甲、乙、丙、丁四個(gè)操作過(guò)程的敘述，正確的是( )
A．甲過(guò)程可選取動(dòng)物個(gè)體的任何組織細(xì)胞
B．乙過(guò)程可用纖維素酶和果膠酶處理細(xì)胞
C．丙過(guò)程所用培養(yǎng)液中需添加動(dòng)物血清
D．丁過(guò)程中的細(xì)胞因接觸抑制而大量死亡
[解析] 甲過(guò)程可選取動(dòng)物個(gè)體的胚胎或幼齡動(dòng)物的器官或組織，A錯(cuò)誤；乙過(guò)程可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理細(xì)胞，B錯(cuò)誤；丙過(guò)程所用培養(yǎng)液中需添加動(dòng)物血清、血漿等天然物質(zhì)，C正確；丁過(guò)程中的細(xì)胞因接觸抑制而影響細(xì)胞增殖，D錯(cuò)誤。
[答案] C
[在應(yīng)用中落實(shí)]
1．(2020·福州期末)下列關(guān)于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基不同
B．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)不同
C．煙草葉片細(xì)胞離體培養(yǎng)能產(chǎn)生新個(gè)體，小鼠的ES細(xì)胞離體培養(yǎng)可分化成心肌細(xì)胞、神經(jīng)元等細(xì)胞
D．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)可用于快速繁殖，植物組織培養(yǎng)可用于檢測(cè)有毒物質(zhì)
解析：選D 由分析可知，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)采用的是液體培養(yǎng)基、植物組織培養(yǎng)采用的是固體培養(yǎng)基，二者營(yíng)養(yǎng)成分也不同，A正確；動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞增殖，植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性，B正確；植物細(xì)胞具有全能性，因此煙草葉片離體培養(yǎng)能產(chǎn)生新個(gè)體，小鼠的ES細(xì)胞可以在體外培養(yǎng)條件下分化成心肌細(xì)胞、神經(jīng)元等細(xì)胞，C正確；動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)可以用于檢測(cè)有毒物質(zhì)，植物組織培養(yǎng)可用于快速繁殖，D錯(cuò)誤。
2．(2020·新泰月考)如圖為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程的示意圖：
請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：
(1)圖中①是用________處理，說(shuō)明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是________。圖中②的處理方法與①________(填“一致”或“不一致”)，原因是進(jìn)行原代培養(yǎng)時(shí)，當(dāng)__________________________________________，這種現(xiàn)象稱為________________。
(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，通常要在培養(yǎng)液中添加一定量的________，以防培養(yǎng)過(guò)程中的污染；還需要放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，CO2的主要作用是________________。
(3)正常的動(dòng)物細(xì)胞分裂一般不超過(guò)50代，傳代培養(yǎng)超過(guò)50代后有部分細(xì)胞仍能分裂，這些細(xì)胞可能發(fā)生了________。
解析：(1)圖中①是用胰蛋白酶處理，說(shuō)明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。圖中②的處理方法與①一致，原因是進(jìn)行原代培養(yǎng)時(shí)，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，通常要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過(guò)程中的污染；還需要放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。(3)正常的動(dòng)物細(xì)胞分裂一般不超過(guò)50代，傳代培養(yǎng)超過(guò)50代后有部分細(xì)胞仍能分裂，這些細(xì)胞可能發(fā)生了細(xì)胞癌變，在培養(yǎng)條件下無(wú)限制地傳代下去。
答案：(1)胰蛋白酶 蛋白質(zhì) 一致 貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖 細(xì)胞的接觸抑制 (2)抗生素 維持培養(yǎng)液的pH (3)細(xì)胞癌變
eq \a\vs4\al(新知探究二 干細(xì)胞的培養(yǎng)及其應(yīng)用)
[在探究中學(xué)明]
干細(xì)胞的培養(yǎng)成功是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域重大成就之一，包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞等。目前胚胎干細(xì)胞是胚胎工程的前沿課題之一，也是當(dāng)今生命科學(xué)研究的熱門課題之一。閱讀教材，結(jié)合圖示思考下列問(wèn)題。
1．胚胎干細(xì)胞的來(lái)源
哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞簡(jiǎn)稱ES或EK細(xì)胞，是從早期胚胎或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞。
2．胚胎干細(xì)胞的特性
(1)具有發(fā)育的全能性，可誘導(dǎo)分化為各種組織細(xì)胞。
(2)在某些特定的條件下，體外培養(yǎng)的ES細(xì)胞可以增殖而不發(fā)生分化。
3．胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用有什么局限性？
提示：胚胎干細(xì)胞必須從胚胎中獲取，這涉及倫理問(wèn)題，因而限制它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。
4．什么是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞？它在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上有什么優(yōu)勢(shì)？
提示：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱iPS細(xì)胞)是通過(guò)體外誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞等獲得的類似胚胎干細(xì)胞的一類細(xì)胞。因?yàn)檎T導(dǎo)過(guò)程無(wú)需破壞胚胎，而且iPS細(xì)胞可以來(lái)源于病人自身的體細(xì)胞，將它移植回病人體內(nèi)后，理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)。
[在深化中提能]
1．胚胎干細(xì)胞的分離途徑
2．胚胎干細(xì)胞的特性與培養(yǎng)
胚胎干細(xì)胞是從早期胚胎或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞，包括人類囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，具有胚胎細(xì)胞的特性。它能長(zhǎng)期維持未分化狀態(tài)，又有全能分化的潛能，在體外培養(yǎng)時(shí)仍能維持正常和穩(wěn)定的染色體組型，在特定的環(huán)境誘導(dǎo)下，能分化成各類細(xì)胞。培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞的關(guān)鍵是需要一種培養(yǎng)體系，這種體系必須能促進(jìn)胚胎干細(xì)胞的生長(zhǎng)，同時(shí)還要抑制胚胎干細(xì)胞的分化。
3．胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程
4．干細(xì)胞的種類
eq \a\vs4\al([典例]) 日本京都大學(xué)的教授將4個(gè)關(guān)鍵基因移植入已分化的體細(xì)胞中并表達(dá)，使這個(gè)細(xì)胞成為具有類似干細(xì)胞功能的多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)。如圖為該技術(shù)在人體細(xì)胞中實(shí)驗(yàn)示意圖，據(jù)圖分析下列說(shuō)法正確的是( )
A．iPS細(xì)胞與肌肉細(xì)胞有相同的遺傳物質(zhì)，關(guān)鍵基因在肌肉細(xì)胞中能復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯
B．過(guò)程①②③是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，圖示過(guò)程體現(xiàn)了iPS細(xì)胞具有全能性
C．用該技術(shù)得到的新生器官替換供體病變器官，可避免異體移植產(chǎn)生的免疫排斥反應(yīng)
D．4個(gè)關(guān)鍵基因表達(dá)過(guò)程將改變肌肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)環(huán)境，使iPS細(xì)胞功能趨向?qū)ｉT化
[解析] 肌肉細(xì)胞中無(wú)關(guān)鍵基因，因此與iPS細(xì)胞的遺傳物質(zhì)不同，A錯(cuò)誤；圖示過(guò)程中沒(méi)有新個(gè)體的產(chǎn)生，因此沒(méi)有體現(xiàn)出細(xì)胞的全能性，B錯(cuò)誤；用該技術(shù)得到的新生器官替換供體病變器官，可避免異體移植產(chǎn)生的免疫排斥反應(yīng)，C正確；由圖可知，4個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)使肌肉細(xì)胞發(fā)生了脫分化，使iPS細(xì)胞功能趨向多能化，D錯(cuò)誤。
[答案] C
[在應(yīng)用中落實(shí)]
1．(2020·蘇州期末)近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員用動(dòng)物干細(xì)胞研發(fā)出我國(guó)第一塊肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)肉，該團(tuán)隊(duì)使用第六代豬肌肉干細(xì)胞，經(jīng)過(guò)約20天培養(yǎng)得到重達(dá)5克的培養(yǎng)肉。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A．胚胎和成體中都有干細(xì)胞的存在
B．培養(yǎng)豬肌肉干細(xì)胞，通常需要用胰蛋白酶分散成單個(gè)細(xì)胞
C．培養(yǎng)肉往往使用添加了糖、氨基酸等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液
D．豬肉干細(xì)胞分化成豬肉細(xì)胞時(shí)，遺傳信息將發(fā)生改變
解析：選D 早期胚胎和成體中都有干細(xì)胞的存在，A正確；培養(yǎng)豬肌肉干細(xì)胞，通常需要用胰蛋白酶分散成單個(gè)細(xì)胞，B正確；培養(yǎng)肉的培養(yǎng)液中需要添加糖、氨基酸等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，C正確；細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)不發(fā)生改變，D錯(cuò)誤。
2．1997年，我國(guó)科學(xué)家首次從人胚胎中分離和克隆出人胚胎干細(xì)胞，如圖所示，并分化得到多種體細(xì)胞。2007年，美國(guó)學(xué)者成功地利用皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)出具備胚胎干細(xì)胞功能的干細(xì)胞，并利用皮膚干細(xì)胞治療老鼠的鐮狀細(xì)胞貧血獲得進(jìn)展，病鼠的血液功能恢復(fù)正常，這是科學(xué)界利用皮膚干細(xì)胞進(jìn)行醫(yī)療研究的首次嘗試。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)胚胎干細(xì)胞是由____________或原始性腺分離出來(lái)的一類細(xì)胞，在功能上具有________________________________________________________________________
______________________。
(2)皮膚細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞，其分化的根本原因是________________，皮膚干細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)能分化得到多種體細(xì)胞，其根本原因是_____________________________________。
(3)與利用人體胚胎干細(xì)胞進(jìn)行疾病研究和治療相比，利用皮膚干細(xì)胞進(jìn)行醫(yī)療研究具有
________________________________________________________________________
_________________________________________________________________等優(yōu)勢(shì)。
解析：(1)胚胎干細(xì)胞是由早期胚胎(如囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞)或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞；胚胎干細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的全能性。(2)細(xì)胞分化的根本原因是基因的選擇性表達(dá)；皮膚干細(xì)胞核中含有一整套遺傳信息，因此經(jīng)誘導(dǎo)能分化得到多種體細(xì)胞。(3)與利用人體胚胎干細(xì)胞進(jìn)行疾病研究和治療相比，利用皮膚干細(xì)胞進(jìn)行醫(yī)療研究具有可以避開利用胚胎干細(xì)胞面臨的倫理爭(zhēng)議(或皮膚干細(xì)胞可以取自自體，不會(huì)發(fā)生排斥反應(yīng)，或皮膚干細(xì)胞比胚胎干細(xì)胞更容易采集)等優(yōu)勢(shì)。
答案：(1)早期胚胎 發(fā)育的全能性(或分化成各種組織器官的潛能) (2)基因的選擇性表達(dá) 細(xì)胞核中含有一整套的遺傳信息 (3)可以避開利用胚胎干細(xì)胞面臨的倫理爭(zhēng)議(或皮膚干細(xì)胞可以取自自體，不會(huì)發(fā)生排斥反應(yīng)，或皮膚干細(xì)胞比胚胎干細(xì)胞更容易采集)
[課堂鞏固落實(shí)]
1．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是動(dòng)物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)，其培養(yǎng)過(guò)程的順序是( )
①胰蛋白酶處理動(dòng)物組織，形成分散的懸浮細(xì)胞
②傳代培養(yǎng)
③定期用胰蛋白酶處理培養(yǎng)細(xì)胞，配制成細(xì)胞懸浮液
④原代培養(yǎng)
A．①②③④ B．①③④②
C．①④②③ D．①④③②
解析：選D 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程：取動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物組織，剪碎組織，①胰蛋白酶處理動(dòng)物組織，形成分散的懸浮細(xì)胞→④原代培養(yǎng)→③定期用胰蛋白酶處理培養(yǎng)細(xì)胞，配制成細(xì)胞懸浮液→②傳代培養(yǎng)。
2．(2020·日照期末)下列有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的敘述，正確的是( )
A．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的原理是動(dòng)物細(xì)胞的全能性
B．培養(yǎng)過(guò)程中的細(xì)胞都能保持正常的二倍體核型
C．需要的氣體環(huán)境是含95% O2加5% CO2的混合氣體
D．定期更換培養(yǎng)液可防止培養(yǎng)過(guò)程中有毒物質(zhì)的積累
解析：選D 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的原理是動(dòng)物細(xì)胞增殖，A錯(cuò)誤；10代以內(nèi)的細(xì)胞能保持正常的二倍體核型，B錯(cuò)誤；需要的氣體條件是95%的空氣和5%的CO2，C錯(cuò)誤；定期更換培養(yǎng)液可防止培養(yǎng)過(guò)程中有毒物質(zhì)的積累對(duì)細(xì)胞造成危害，D正確。
3．2018年3月14日物理學(xué)家霍金去世，他曾經(jīng)患有肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥(漸凍癥)。有研究表明該病是由于突變的基因?qū)е律窠?jīng)元合成了某種毒蛋白，從而阻礙了軸突內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流動(dòng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)制作前驅(qū)細(xì)胞，然后移植給漸凍癥實(shí)驗(yàn)鼠，能延長(zhǎng)其壽命。下列相關(guān)描述錯(cuò)誤的是( )
A．誘導(dǎo)iPS細(xì)胞分化成的多種細(xì)胞中核酸相同，蛋白質(zhì)卻不完全相同
B．誘導(dǎo)iPS細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，細(xì)胞種類增多
C．將控制合成破壞運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的毒蛋白基因替換，可以起到良好治療作用
D．植入神經(jīng)干細(xì)胞，使受損的運(yùn)動(dòng)功能得到恢復(fù)，可在一定程度改善“漸凍癥”
解析：選A 細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，因此誘導(dǎo)iPS細(xì)胞分化成的多種細(xì)胞中DNA相同，但RNA不完全相同，A錯(cuò)誤；細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞種類增多，B正確；若將控制運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元合成毒蛋白基因替換，或許可以起到治療該病的作用，C正確；植入神經(jīng)干細(xì)胞，恢復(fù)受損的運(yùn)動(dòng)功能，在一定程度上也許會(huì)使“漸凍癥”病情改善，D正確。
4．如圖1是培養(yǎng)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(MEF細(xì)胞)的示意圖，圖2是在用MEF細(xì)胞制成的飼養(yǎng)層上培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)的示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題：
(1)圖1所示制備細(xì)胞懸液時(shí)，常用________酶來(lái)消化剪碎的組織塊。配制培養(yǎng)液時(shí)，通常需要在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加動(dòng)物血清等一些天然成分，目的是________________________________________________________________________。
(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中添加抗生素是為了抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，但要注意選擇抗生素的____________，以保證對(duì)所培養(yǎng)的細(xì)胞無(wú)害。培養(yǎng)過(guò)程中每天更換培養(yǎng)液的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)當(dāng)MEF細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到________________時(shí)就停止分裂，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。
(4)ES細(xì)胞是由______________中分離出來(lái)的一類細(xì)胞，ES細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的________。在培養(yǎng)液中單獨(dú)培養(yǎng)ES細(xì)胞時(shí)，ES細(xì)胞容易發(fā)生分化，結(jié)合圖2可推知MEF細(xì)胞的作用是________________。
解析：(1)圖1所示，制備細(xì)胞懸液時(shí)，常用胰蛋白酶來(lái)消化剪碎的組織塊，分散成單個(gè)細(xì)胞。配制培養(yǎng)液時(shí)，通常需要在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加血清或血漿等一些天然成分，補(bǔ)充細(xì)胞未知的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中添加抗生素是為了抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，但要注意選擇抗生素的種類和劑量，以保證對(duì)所培養(yǎng)的細(xì)胞無(wú)害。培養(yǎng)過(guò)程中每天更換培養(yǎng)液的目的是補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和去除代謝廢物，有利于細(xì)胞增殖。(3)當(dāng)MEF細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到細(xì)胞表面相互接觸時(shí)就停止分裂，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。(4)ES細(xì)胞是從早期胚胎(或原始性腺)中分離出來(lái)的一類細(xì)胞，ES細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的全能性。在培養(yǎng)液中單獨(dú)培養(yǎng)ES細(xì)胞時(shí)，ES細(xì)胞容易發(fā)生分化，結(jié)合圖2可推知MEF細(xì)胞的作用是抑制ES細(xì)胞分化。
答案：(1)胰蛋白 補(bǔ)充細(xì)胞未知的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) (2)種類和劑量 補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和去除代謝廢物，有利于細(xì)胞增殖 (3)細(xì)胞表面相互接觸 (4)早期胚胎 全能性 抑制ES細(xì)胞分化
學(xué)有目標(biāo)——新課程標(biāo)準(zhǔn)必明
記在平時(shí)——核心語(yǔ)句必背
1.概述動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要的基本條件。
2．闡明細(xì)胞培養(yǎng)的基本操作過(guò)程，思考細(xì)胞培養(yǎng)中應(yīng)注意的問(wèn)題。
3．客觀分析干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用，所產(chǎn)生的效益和風(fēng)險(xiǎn)。
1.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程：
2．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)一般選用胚胎或幼齡動(dòng)物的組織，細(xì)胞在培養(yǎng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞貼壁(生長(zhǎng))和接觸抑制現(xiàn)象。
3．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件包括：適宜的營(yíng)養(yǎng)，無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境，適宜的溫度、pH、滲透壓及氣體環(huán)境。
4．干細(xì)胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中，包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞等。
比較項(xiàng)目
植物組織培養(yǎng)
動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)
區(qū)別
原理
植物細(xì)胞的全能性
細(xì)胞增殖
培養(yǎng)基
一般用固體培養(yǎng)基，其成分包括礦質(zhì)元素、蔗糖、維生素、有機(jī)添加物(如甘氨酸、瓊脂)、植物激素等
液體培養(yǎng)基，其成分包括無(wú)機(jī)鹽、葡萄糖、維生素、氨基酸、動(dòng)物血清等
條件
再分化階段需要光
不需要光
細(xì)胞
來(lái)源
離體的植物器官、組織或細(xì)胞，如植物的莖尖、根尖、葉片和花藥等
動(dòng)物胚胎或出生不久的幼齡動(dòng)物的組織、器官
結(jié)果
獲得植物新個(gè)體或獲得大量的細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物
只能獲得大量細(xì)胞或細(xì)胞產(chǎn)物，不能得到生物個(gè)體
用途
①快速繁殖名貴花卉和果樹；
②培養(yǎng)無(wú)病毒植株、轉(zhuǎn)基因植物；
③大規(guī)模生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物，如藥物、食品添加劑、香料、色素等
①生產(chǎn)蛋白質(zhì)制品，如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等；
②檢測(cè)有毒物質(zhì)的毒性；
③用于藥理、病理、生理學(xué)的研究；
④移植治療
相同點(diǎn)
①都需要人工條件下的無(wú)菌操作、無(wú)菌培養(yǎng)；
②都需要適宜的溫度、pH等條件；
③都使用合成培養(yǎng)基
名稱
全能干細(xì)胞
多能干細(xì)胞
專能干細(xì)胞
舉例
胚胎干細(xì)胞
造血干細(xì)胞
神經(jīng)干細(xì)胞
特點(diǎn)
能形成機(jī)體的任何組織或器官甚至完整個(gè)體
能分化成多種細(xì)胞或組織，但不能發(fā)育成完整的個(gè)體
只能分化成某一種類型或功能密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞
應(yīng)用
用于病人的器官移植等
通過(guò)造血干細(xì)胞移植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
神經(jīng)干細(xì)胞用于治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等

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一 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

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