高中生物苏教版（2019）选择性必修3 生物技术与工程 第二章 第三节　第2课时　动物细胞培养技术及其应用（60张PPT）

(共60张PPT)
第2课时　动物细胞培养技术
及其应用
学习目标
素养要求
1.阐明动物细胞培养的条件和过程。
2.简述动物细胞培养的应用。
1.生命观念：从“稳态和平衡观”的角度分析体外培养
动物细胞，需要提供适宜的条件。
2.科学思维：尝试构建动物细胞培养的过程。
3.社会责任：认同动物细胞培养技术在各方面的广泛的
应用价值。
动物细胞培养技术及其应用
内容索引
网络构建
课时对点练
动物细胞培养技术及其应用
1.动物细胞培养技术
(1)概念：指从动物体内获得相关组织，分散成 细胞后，模拟 环境，在温度适宜、营养充足、 等条件下培养，使其继续生长、增殖的技术。
(2)过程
教材梳理
预习新知　夯实基础
单个
体内
无菌
(3)培养条件
①温度和pH：培养温度和pH应与该种动物的体温、内环境pH相近。例如，培养哺乳动物细胞的最适温度一般为 ，最适pH范围为 。
②合适的气体
a.气体组合：氧和二氧化碳。
b.大多数细胞在 时不能很好存活，氧浓度过高也会对细胞产生 ，抑制其生长。
c.二氧化碳的含量则会影响培养液的 。
37 ℃
7.1～7.3
低氧
毒性
pH
③营养
a.主要成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、微量元素、维生素和________
。
b.在 培养基中通常需加入一定量的动物 ，以满足动物细胞培养的营养需要。
④无菌、无毒的环境
a.需要对培养基和培养器具进行 处理。
b.必要时可添加适量的 。
c.定期更换 。
促生长
因子
合成
血清
无菌
抗生素
培养液
2.动物细胞培养技术的应用
(1)原代培养
①概念：指从供体获取细胞或组织后进行的 培养。
②特征：细胞的生物学特性未发生很大变化，与体内细胞的_________
相近。
③应用：适合用于 和 等实验研究。
初次
生长特性
药物测试
基因表达
(2)传代培养
①原因：当细胞数量增加到一定程度后，由于 的限制、_____
的消耗及有害代谢产物的积累等，细胞的 便会逐渐
减缓。
②概念：将原代培养的细胞继续转接到 上继续培养，这一过程称为传代培养。
③传代特点：传代培养10～50次后，细胞增殖速度便会 ，甚至完全停止，有些细胞可能还会发生 。
培养空间
营养
物质
生长和增殖
新的培养基
逐渐减缓
癌变
(3)应用
①为细胞或细胞器加工改造提供了大量的动物细胞 。
②广泛应用于 、抗体、病毒疫苗等生物医药产品的工业化生产。
③应用于基因治疗、细胞治疗、组织工程、药物筛选和 等相关领域的基础研究和临床实践等。
原材料
重组蛋白
毒性检测
(1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性(　　)
(2)培养的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(　　)
(3)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 (　　)
判断正误
×
×
√
核心探讨
1.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？
突破重难　强化素养
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。
2.动物细胞培养时，除了添加葡萄糖、氨基酸等必要的营养成分外，往往还需加入一定量的动物血清，原因是什么？
提示　因为动物血清含有许多维持动物细胞生长增殖和保持动物细胞生物学性状不可缺少的物质。
3.进行动物细胞培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么？用胃蛋白酶可以吗？为什么？
提示　蛋白质；不可以；多数动物细胞生存的适宜pH为7.1～7.3，胃蛋白酶(适宜pH为1.8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。
4.在动物细胞培养过程中遗传物质有可能发生改变吗？
提示　有可能，在传代10～50次后，有些细胞会发生癌变。
5.动物细胞培养和植物组织培养的原理和目的有什么不同？
提示　动物细胞培养的原理是细胞增殖，目的是获得大量的细胞；植物组织培养的原理是细胞的全能性，目的是获得新个体。
1.动物细胞培养的相关处理
(1)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。
(2)使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞质膜蛋白等，对细胞造成损伤。进行动物细胞培养时不能用胃蛋白酶分散细胞，主要是因为pH不合适。
(3)动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶等处理，第一次使用的目的是使组织细胞分散开；贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。
核心归纳
2.植物组织培养与动物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
原理 植物细胞的全能性 细胞增殖
培养基 固体培养基 液体培养基
过程 外植体 　↓脱分化 愈伤组织 　↓再分化 芽、根或胚状体 　　↓生长发育 植物体 动物的组织
　　　　↓胰蛋白酶等
细胞悬液
↓
原代培养
↓
细胞悬液
↓
传代培养
结果 新的植株 新的细胞
相同点 ①两技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂； ②均需要无菌操作、无菌培养，需要适宜的温度、pH等条件 1.如图为动物细胞培养的基本过程，以下叙述错误的是
典题应用
及时反馈　知识落实
A.a中放置的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.将组织用胰蛋白酶或胃蛋白酶处理，制成b瓶中的细胞悬液
C.c、d瓶中的培养液要保证无菌、无毒
D.培养过程中还需要提供O2和CO2等气体环境，CO2的主要作用是维持培
养液的pH
√
解析　将组织用胰蛋白酶等处理，制成b瓶中的细胞悬液，不能用胃蛋白酶处理，B错误。
解析　植物组织培养与动物细胞培养都需要在无菌条件下进行，防止杂菌污染，A正确；
植物组织培养从外植体开始，即离体的器官、组织、细胞或原生质体，动物细胞培养从单个细胞开始，B错误；
植物组织培养的原理是细胞的全能性，动物细胞培养的原理是细胞增殖，C错误；
植物组织培养使用固体培养基，D错误。
2.下列关于动物细胞培养与植物组织培养的叙述正确的是
A.都需要在无菌条件下进行
B.都需要用相应的酶分散成单个细胞
C.培养的原理都是细胞的全能性
D.都使用液体培养基，动物细胞培养时还需要添加动物血清
√
网络构建
课时对点练
题组一　动物细胞培养技术
1.进行动物细胞培养时，处理组织细胞，使其分散，常用的试剂是
A.聚乙二醇 B.秋水仙素
C.胃蛋白酶 D.胰蛋白酶
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对点训练
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解析　在进行动物细胞培养时，首先要将动物组织块剪碎，然后用胰蛋白酶处理，以使其分散成单个细胞，制成细胞悬液，故选D。
√
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2.在进行动物细胞培养时，需要
A.用胃蛋白酶处理以获得单细胞悬液
B.充入5%CO2以刺激细胞正常呼吸
C.加入经高压蒸汽灭菌的血清以提供营养
D.定期更换培养液以清除代谢产物
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解析　用胰蛋白酶等处理以获得单细胞悬液，A错误；
充入5%CO2是维持培养液的pH，B错误；
加入一定量的动物血清为动物细胞提供营养，高压蒸汽灭菌会破坏血清中的活性成分，C错误。
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3.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.哺乳动物细胞培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致
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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；细胞质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。
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4.(2021·江苏如皋中学高二段测)下列关于动物细胞培养所需要的条件的叙述，正确的是
A.为了创造无菌、无毒的环境，培养基中通常添加一定量的血清
B.动物细胞培养所需营养物质和植物组织培养的相同
C.动物细胞培养的适宜温度一般与动物的体温相近
D.哺乳动物细胞培养的适宜pH为酸性条件
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解析　为了创造无菌、无毒的环境，需要对培养基和所有培养器具进行无菌处理以及在无菌环境下进行操作，A错误；
动物细胞培养所需营养物质和植物组织培养的不同，例如植物组织培养的培养基中不需要添加动物血清等，B错误；
哺乳动物细胞培养的适宜pH一般为7.1～7.3，D错误。
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5.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.动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同
B.动物细胞培养和植物组织培养的理论基础相同
C.动物细胞培养和植物组织培养过程中都进行有丝分裂，不涉及减数分裂
D.动物细胞培养可用于检测有毒物质，植物组织培养可用于快速繁殖
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6.小鼠的某种上皮细胞与某种淋巴细胞体外培养时，细胞周期基本相同，但上皮细胞在培养时，呈现扁平不规则多角形，且黏附在培养瓶内壁上，而该淋巴细胞则常常悬浮在培养液中。下列有关叙述错误的是
A.使用合成培养基培养动物细胞时通常需添加一定量的动物血清
B.培养基内加入适量的抗生素以防止培养过程中杂菌的污染
C.相同次数分瓶培养所获得的两者细胞数目完全相同
D.培养上皮细胞更易观察判断细胞是否具有接触抑制现象
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解析　相同次数分瓶培养所获得的两者细胞数目不一定相同，C错误；
上皮细胞在培养时，呈现扁平不规则多角形，且黏附在培养瓶内壁上，而淋巴细胞则常常悬浮在培养液中，因此培养上皮细胞更易观察判断细胞是否具有接触抑制现象，D正确。
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题组二　动物细胞培养技术的应用
7.下列关于动物细胞培养及其应用的叙述，正确的是
A.需要用胃蛋白酶处理制备单细胞悬液
B.氧气浓度越高越有利于动物细胞的培养
C.可用于检测有毒物质、构建人造皮肤等
D.大多选用动物的受精卵作为动物细胞培养材料
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解析　需要用胰蛋白酶处理制备单细胞悬液，A错误；
氧气浓度过高会对细胞产生毒性，抑制细胞生长，B错误；
动物细胞培养选用的培养材料大多是动物早期胚胎组织或幼龄动物的组织器官，D错误。
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8.(2021·黑龙江双鸭山一中高二月考)某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列说法正确的是
A.进行药物检测和基因表达的研究常选用传代培养的细胞
B.细胞培养应在CO2培养箱中进行，CO2的作用是作为细胞代谢的原料
C.取甲细胞进行培养，传至10～50代就会完全停止
D.乙细胞在原代培养过程中，最终会出现停止增殖的现象
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解析　原代培养的细胞与体内细胞生长特性相近，常用于药物检测和基因表达等实验研究，A错误；
细胞培养应在CO2培养箱中进行，CO2的作用是维持培养液的pH，B错误；
甲细胞为肝肿瘤细胞，能够无限增殖，因此取甲细胞进行培养，传至10～50代时细胞的增殖也不会停止，C错误；
乙细胞是正常的肝细胞，在原代培养过程中，细胞的数量增加到一定程度后，由于培养空间的限制、营养物质的消耗及有害代谢产物的积累等，细胞的生长和增殖会逐渐减缓，最终会出现停止增殖的现象，D正确。
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9.下图为肾脏上皮细胞培养过程示意图，下列有关叙述错误的是
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A.甲→乙过程需要用胰蛋白酶处理
B.丙过程指细胞在添加血清的合成培养基中原代培养
C.丙过程培养的细胞与体内细胞的生长特性相近
D.丁过程为传代培养，细胞都能进行无限增殖
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解析　甲→乙过程需要用胰蛋白酶等处理获得单细胞悬液然后进行细胞培养，A正确；
由分析可知，丙过程指细胞在添加血清的合成培养基中原代培养的过程，B正确；
丁过程为传代培养，细胞传至10～50代会逐渐减缓，甚至完全停止，当继续传代培养时少部分细胞会获得不死性，这些细胞可能发生了癌变，D错误。
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10.(2021·江苏泰州中学高二开学考试)在动物细胞培养过程中，贴壁的细胞不一定都能增殖并形成克隆(单个细胞繁殖形成的细胞群体)，而形成克隆的细胞必为贴壁和有增殖活力的细胞，这一特点可用于测定动物细胞的增殖能力，大致流程
如图。下列相关叙述正确
的是
A.出现接触抑制后，细胞克隆停止增殖
B.克隆细胞与接种的细胞的遗传信息一定相同
C.需采用固体培养基培养才能形成细胞克隆
D.胰蛋白酶可使细胞分散成单层利于计数
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解析　在动物细胞培养过程中，当出现接触抑制后，细胞克隆停止增殖，A正确；
克隆细胞与接种的细胞的遗传信息不一定相同，B错误；
需采用液体培养基培养才能形成细胞克隆，C错误；
胰蛋白酶可使组织块分散成单个细胞，从而利于计数，D错误。
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选择题11～12题为单选题，13～16题为多选题。
11.动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果，不能从该图获得的结论是
A.正常细胞与癌细胞的增殖速率相同
B.有无血清对正常细胞培养的影响较大
C.培养基中补充血清有助于正常细胞的培养
D.培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影
响不大
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综合强化
解析　分析图中曲线可知，对癌细胞来说，相同培养时间内，培养基中有无血清，其细胞数目相差不大，说明培养基中有无血清对癌细胞的培养影响不大；对正常细胞来说，在相同的培养时间内，有血清的培养基中培养的细胞数目远远多于没有血清的培养基中培养的细胞数目，说明有无血清对正常细胞的培养影响较大；
在相同条件和相同的培养时间内，癌细胞和正常细胞的数目差距较大，增殖速率不相同，正常细胞达到一定的数目后不再增加，而癌细胞却能不断增加。
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12.(2021·江苏苏州市高二期中)为了初步检测药物X和Y的抗癌活性，在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞，使其贴壁生长，实验组加入等体积相同浓度的溶于二甲基亚矾(溶剂)的药物X或Y，培养过程及结果如下图所示。下列有关叙述错误的是
A.对照组中应加入与实验组等体
积的无菌蒸馏水
B.细胞培养液中通常需要加入一
定量的动物血清
C.可用胰蛋白酶处理使肝癌细胞脱落下来并进行计数
D.根据实验结果，可以初步判断药物X的抗癌效果较好
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培养动物细胞时，细胞培养液中通常需要加入一定量的动物血清，B正确；
对于已经贴壁生长的动物细胞，可用胰蛋白酶处理，使肝癌细胞分散并脱落下来，有利于计数，C正确；
由实验结果可知，添加药物X的组别肝癌细胞数目最少，可以初步确定药物X的抗癌效果较好，D正确。
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解析　本实验采用的是动物细胞培养，对照组中不能加入无菌蒸馏水，应加入等体积的二甲基亚矾(溶剂)，A错误；
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13.如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。下列有关叙述不正确的是
A.动物细胞培养选用的培养材料大多为动物的
受精卵
B.原代培养和传代培养的分界点是曲线中B点
C.细胞培养过程中通常在培养液中通入纯氧
D.培养过程中细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
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解析　动物细胞培养选用材料多为早期胚胎组织或幼龄动物的组织器官，A错误；
细胞培养过程中，培养液中通入二氧化碳和氧气的混合气体，C错误；
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培养过程中，细胞不断分裂，直至铺满整个培养皿底部，形成一层细胞，不会形成多层细胞，D错误。
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14.培育肉是利用动物体内分离的成肌细胞或全能干细胞，采用动物细胞培养技术培养出类似于动物肌肉的肉丝，同时添加了人体所需的元素如铁、钙等，使之营养更加丰富。下列相关叙述正确的是
A.用胃蛋白酶处理肌肉组织，
可以获得分裂能力强的肌
肉母细胞
B.生物反应器内应控制温度适宜，并充入一定量的CO2保证培养液pH相
对稳定
C.培养液中的支架提供了更多的细胞附着面积，有利于细胞贴壁生长
D.“人造牛肉”的培养体现了细胞的全能性
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解析　用胰蛋白酶等处理肌肉组织，可以获得分裂能力强的肌肉母细胞，胃蛋白酶的最适pH为1.8左右，而大多数动物细胞培养的最适pH为7.1～7.3，此时胃蛋白酶失活，故不能用胃蛋白酶处理，A错误；
生物反应器内应控制温度适宜，一般为37 ℃左右，并充入一定量的CO2，以保证培养液的pH相对稳定，B正确；
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培养液中的支架为细胞提供了更大的附着面积，贴壁生长的细胞不仅可在培养瓶壁生长，还可以在支架上生长，故有利于细胞贴壁生长，C正确；
“人造牛肉”的培养没有体现细胞的全能性，D错误。
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15.下列关于细胞工程的叙述，正确的是
A.动物细胞培养技术为细胞或细胞器加工改造提供了大量的动物细胞原
材料
B.用于动物细胞培养的细胞既可以是正常的细胞，也可以是病变的细胞
C.植物组织培养过程中通常不需要进行更换培养基的操作
D.宜在低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体
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解析　植物组织培养过程中通常需要进行更换培养基的操作以实现脱分化、诱导生根和诱导生芽的过程，C错误；
宜在高渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体，D错误。
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16.下图是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞密度统计结果，下列相关叙述正确的是
A.实验中要控制胃蛋白酶溶液浓度和处理
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积
累等
D.在第6天时，新生细胞数与死亡细胞数相等
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解析　动物细胞培养需要无菌环境，因此培养液中应适当加入青霉素、链霉素等抗生素，以避免杂菌污染，B正确；
曲线bc段表示活细胞密度减少而死细胞密度增加，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。
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17.某生物兴趣小组对一种抗癌新药进行实验时，以动物肝癌细胞为材料，测定抗癌药物对体外培养细胞增殖的影响。请回答下列有关动物细胞培养的问题：
(1)在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需量严格配制而成的培养基称为 培养基。通常在培养基中还需要加入一定量的 ________ ，以满足动物细胞培养的营养需要。细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是 ________ 。另外，还应该保证被培养的细胞处于 、 的环境。
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合成
动物血清
维持培养液的pH
无菌
无毒
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解析　由于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，还要加入一定量的动物血清。细胞培养所需的气体中有CO2，作用是维持培养液的pH。被培养的细胞必须处于无菌、无毒的环境中，才能保证细胞正常地生长增殖。
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(2)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
。
(3)请你帮助兴趣小组的同学分析本实验，实验的自变量是_____________
_____，实验组和对照组除了自变量不同外，其他处理均应该相同，这是为了遵循实验设计的 原则。
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抗生素
是否加入抗癌
单一变量
药物
解析　实验的目的是要测定抗癌药物对体外培养细胞增殖的影响，故实验的自变量为抗癌药物的有无，其他无关变量应该相同且适宜，否则会干扰实验结果，这种设计遵循的是实验的单一变量原则。
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18.美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱，并顺利移植到7名患者体内。这种技术为那些急需器官移植的患者带来福音。请回答下列问题：
(1)科学家从患者的膀胱上取下一小块活细胞样本，将其中的肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置于不同的培养皿中培养。在培养之前，需用_______
____处理以分散细胞，细胞在培养皿中的培养过程属于 代培养。与植物组织培养相比，动物细胞培养的培养基的主要不同点是含有一定量的 。
胰蛋白
酶
原
动物血清
解析　动物细胞培养之前要用胰蛋白酶等处理，动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基，含有的营养成分的主要不同点是前者需加入一定量的动物血清。
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(2)约1周后将培养皿中培养的细胞放在由胶原质制成的支架上继续培养，再过7周左右，原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右，布满支架，膀胱上皮在内，肌肉在外，形成新膀胱。细胞数目大量增加，其增殖方式是 ，这些细胞形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过 。
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有丝分裂
细胞分化
解析　动物细胞培养涉及的是细胞的有丝分裂。这些细胞形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过细胞分化。
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(3)医生将新膀胱移植到患者膀胱的上面，这样新器官会继续生长并与老器官重组取代老器官中丧失功能的部分。新器官与老器官的重组 (填“是”或“不是”)基因重组；新膀胱移植后， (填“会”或“不会”)引起免疫排斥反应。
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解析　新器官与老器官的遗传物质相同，因此新器官与老器官的重组不属于基因重组。新老器官具有相同的蛋白质等物质，因此新膀胱移植后，不会成为抗原。
不是
不会
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(4)除上述方法外，还可将患者的体细胞核移入去核的 中，利用体细胞的 技术，形成相应组织、器官用于疾病的治疗。
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卵母细胞
细胞核移植
解析　除上述方法外，还可采用体细胞核移植的方法形成相应的组织、器官，即将患者的体细胞核移入去核的卵母细胞中形成重组细胞，进一步培育形成相应的组织、器官。
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本课结束