高中生物 第一單元 生物技術與生物工程 第二章 細胞工程 1.2.1 動物細胞培養(yǎng)課件 中圖版選修3

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1、第二章第二章 細胞工程細胞工程 第一節(jié)第一節(jié) 動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng) 課程標準 簡述動物的細胞培養(yǎng)。 課標解讀 1了解動物細胞培養(yǎng)的基本條件。 2理解動物細胞培養(yǎng)的基本過程。 3知道動物細胞培養(yǎng)的意義。 動物細胞培養(yǎng)是細胞工程中_的技術，它是把機體的某一_取出，分散為_，使其在 _條件下繼續(xù)生存、生長甚至增殖的過程。 在進行動物細胞體外培養(yǎng)時，必須模擬細胞在體內生存的_和_過程，為其提供必需的_、動物細胞培養(yǎng)的概念和基本條件動物細胞培養(yǎng)的概念和基本條件1概念概念最基礎最基礎組織或器官組織或器官單個細胞單個細胞人工培養(yǎng)人工培養(yǎng)2基本條件基本條件良好環(huán)境良好環(huán)境物質代謝物質代謝營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質

2、適宜的_、_、_、_以及嚴格的_。 (1)嚴格的無菌、無毒環(huán)境 _、_和_等均可造成細胞培養(yǎng)環(huán)境的污染，而離體培養(yǎng)的細胞已經失去對_和_的防御能力。 (2)適宜的溫度和pH 人體細胞培養(yǎng)的溫度為_，培養(yǎng)的細胞對 _的耐受能力比對_的耐受能力大；大多數細胞的適宜的pH為_。酸堿度酸堿度滲透壓滲透壓溫度溫度二氧化碳二氧化碳無菌條件無菌條件細菌細菌真菌真菌病毒病毒微生物微生物有毒物質有毒物質36.50.5低溫低溫7.27.4高溫高溫 (3)必需的營養(yǎng)物質和生長因子 培養(yǎng)的細胞需要一些基本的營養(yǎng)物質和生長因子：_ _、_、_、_、_等。不同組織來源的細胞需要不同的_，而且_也不同。 (4)適宜的氣體環(huán)

3、境 一般把細胞置于_氧氣和_二氧化碳的氣體環(huán)境中，氧氣參與細胞的_，二氧化碳可以維持培養(yǎng)基的_。氨基氨基酸酸葡萄糖葡萄糖無機鹽無機鹽維生素維生素核苷酸核苷酸生長因子生長因子需求量需求量95%5%呼吸作用呼吸作用pH為什么進行動物細胞培養(yǎng)的環(huán)境要求無菌、無毒？ 提示離體培養(yǎng)的細胞已失去了對微生物和有毒物質的防御能力，一旦受到污染或自身代謝物質積累等有毒物質的侵害，細胞就會死亡。思維激活思維激活1 (1)定義 將動物體的某一組織或器官取出分散為單個細胞，使其在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)生存、生長甚至增殖的過程。 (2)原理 細胞增殖。 (3)目的 獲得動物細胞或細胞產品。 (4)意義 細胞培養(yǎng)是細胞工程中

4、最基礎的技術，其他動物細胞工程技術中都要用到細胞培養(yǎng)技術。1動物細胞培養(yǎng)的概念動物細胞培養(yǎng)的概念 離體動物細胞的適應性差、容易污染、對營養(yǎng)條件要求高，必須提供與體內細胞所處的營養(yǎng)物質和生存環(huán)境等相似的條件。 一般來說，動物細胞體外培養(yǎng)需要滿足以下條件： (1)無菌、無毒的環(huán)境 為保證被培養(yǎng)的細胞處于無毒和無菌的環(huán)境中，往往進行以下處理：對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行無菌處理；在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防止培養(yǎng)過程中的污染；定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產物，防止細胞代謝產物積累對細胞自身造成危害。2動物細胞培養(yǎng)的基本條件動物細胞培養(yǎng)的基本條件 (2)全面的營養(yǎng)物質 細胞外培養(yǎng)所需要的營養(yǎng)物

5、質和體內基本相似，例如需要糖、氨基酸、生長因子、無機鹽、微量元素等。將細胞所需的上述營養(yǎng)物質按照其種類和所需數量嚴格配制而成的培養(yǎng)基稱為合成培養(yǎng)基。由于人們對細胞所需的營養(yǎng)物質還沒有完全搞清楚，所以在使用合成培養(yǎng)基時，通常需要加入血清、血漿等一些天然成分。 (3)適宜的溫度和pH 細胞體外培養(yǎng)的適宜溫度一般與動物體溫接近，哺乳動物多以36.50.5為宜，pH適宜為7.27.4。 (4)氣體環(huán)境 細胞培養(yǎng)所需氣體主要有氧氣和二氧化碳，氧氣是細胞代謝所必須的，二氧化碳的主要作用是維持培養(yǎng)液中的pH。進行細胞培養(yǎng)時，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，將其置于含95%的空氣和5%的二氧化碳的混合氣體的培養(yǎng)箱

6、中進行培養(yǎng)。 特別提醒培養(yǎng)動物細胞的培養(yǎng)液，從物理形態(tài)上看，屬于液體培養(yǎng)基；從化學性質上看，屬于半合成培養(yǎng)基。 生長因子是促進細胞生長、增殖的物質，由于細胞不能自我合成，必須由培養(yǎng)基提供；并且不同組織來源的細胞需要不同的生長因子，需求量也存在差異。 2001年2月，一只背上長著“人耳”的老鼠在北京展覽館與觀眾見面，這只老鼠其實是一只切去脾臟的老鼠，它背上的“人耳”是以一種高分子化學材料聚羥基乙酸作為模型支架，用生物方法增殖而成的。增殖“人耳鼠”的生物工程技術是()。 A細胞培養(yǎng)B細胞融合 C動物胚胎移植D細胞核移植 解析該方法是在體外模型支架上進行老鼠細胞培養(yǎng)，細胞增殖后，依附于模型上，后移植

7、到小鼠身上而成的，其利用的技術是動物細胞培養(yǎng)技術。 答案A【鞏固鞏固1】 (1)原代培養(yǎng) 將從健康動物體內取出的組織塊剪碎，用濃度與活性適中的_處理，使其分散成_，然后用培養(yǎng)基配成一定濃度的_，轉入培養(yǎng)瓶中進行培養(yǎng)，此即原代培養(yǎng)。 (2)貼壁生長 細胞在培養(yǎng)基中_一段時間后，大部分細胞會 _，這種現(xiàn)象稱為貼壁生長。動物細胞培養(yǎng)的過程和意義動物細胞培養(yǎng)的過程和意義1原代培養(yǎng)原代培養(yǎng)胰蛋白酶胰蛋白酶單個細胞單個細胞細胞懸浮液細胞懸浮液懸浮生長懸浮生長貼附在培養(yǎng)瓶的表面生長貼附在培養(yǎng)瓶的表面生長 (1)接觸抑制 當貼壁生長的細胞分裂生長到_時，就會停止_，逐漸走向衰亡，這種現(xiàn)象叫做接觸抑制。 (2)

8、傳代培養(yǎng) 將經原代培養(yǎng)到_的細胞再用_處理，使其重新分散成_，分裝到多個培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，此即傳代培養(yǎng)。有沒有不進行貼壁生長和不存在接觸抑制現(xiàn)象的細胞？若有，試各舉一例。 提示淋巴細胞可以持續(xù)在懸浮狀態(tài)下生長；癌細胞無接觸抑制現(xiàn)象，在適宜條件下可以無限增殖。思維激活思維激活22傳代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)表面相互接觸表面相互接觸分裂增殖分裂增殖停止分裂增殖停止分裂增殖胰蛋白酶胰蛋白酶細胞懸浮液細胞懸浮液 (1)凍存 保存細胞的措施主要是_。 a短期和臨時性的保存可以采用_，如哺乳動物的細胞在_可存活幾十天甚至幾個月。 b長期保存細胞一般采用_，即將細胞和 _放入_中進行保存，在超低溫環(huán)境中，細胞的代謝活動

9、降到了_，近似于“_”狀態(tài)。 (2)復蘇 當需要凍存的細胞時，隨時將它們取出，迅速放入_ _中解凍，細胞便會逐漸“_”過來。3凍存與復蘇凍存與復蘇降低溫度降低溫度一般的低溫一般的低溫4左右左右超低溫凍存法超低溫凍存法保護劑保護劑196的液氮的液氮最低點最低點休眠休眠37溫水溫水蘇醒蘇醒 (1)利用動物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)來生產許多有重要價值的_，如_、生長因子、_、單克隆抗體等。 (2)利用細胞培養(yǎng)進行_和_的檢測。 (3)一些培養(yǎng)細胞在_上具有可喜的應用前景。 (4)細胞培養(yǎng)技術在_中也發(fā)揮了重大作用。4動物細胞培養(yǎng)的意義動物細胞培養(yǎng)的意義生物制品生物制品酶酶疫苗疫苗有毒物質有毒物質藥物藥物臨床

10、治療臨床治療基礎研究基礎研究 (1)動物細胞培養(yǎng)的流程圖1動物細胞培養(yǎng)的過程動物細胞培養(yǎng)的過程 (2)基本概念 貼壁生長：將動物細胞在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，懸浮液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上生長，稱為貼壁生長。 接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為接觸抑制。 原代培養(yǎng)：通常將直接從動物體內取出的動物組織進行的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)，一般分裂增殖到10代左右。 傳代培養(yǎng)：原代培養(yǎng)的細胞出現(xiàn)接觸抑制后，貼滿瓶壁的細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細胞增殖，這樣即為傳代培養(yǎng)。 (3)培養(yǎng)結果 10代以內的細胞：正常細胞，形態(tài)穩(wěn)定，是正常的二倍體

11、核型。 細胞株：10代以后，4050代以內的傳代細胞，其遺傳物質沒有改變。 細胞系：4050代以后的傳代細胞，細胞的遺傳物質發(fā)生了改變，而且?guī)в邪┳兊奶攸c，能無限制地傳代下去。 特別提醒選擇分裂能力強的組織或器官作為動物細胞培養(yǎng)的材料；工具酶：胰蛋白酶；胰蛋白酶是動物細胞培養(yǎng)的工具酶，它的作用是分解細胞間質，使其成為單個細胞；個別種類的細胞如淋巴細胞不進行貼壁生長，能夠持續(xù)在懸浮狀態(tài)下生長，可通過懸浮培養(yǎng)進行大規(guī)模生產。 (1)生產生物制品 利用動物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)生產酶、生長因子、疫苗、單克隆抗體等許多有重要價值的生物制品。 (2)進行有毒物質和藥物的檢測 將待測的有毒物質或藥物加入培養(yǎng)液中

12、，根據變異細胞占全部培養(yǎng)細胞的比例來判斷該物質的毒性。 (3)培養(yǎng)臨床治療上需要的“人造器官” 例如：利用病人自身的皮膚細胞培養(yǎng)出人工皮膚，供燒傷或燙傷病人移植使用，可以避免免疫排斥反應。 (4)進行一系列基礎研究 近年來細胞生物學一系列主要的理論研究進展，如細胞全能性的揭示、細胞周期及其調控、癌變機理與細胞衰老的研究等，都離不開細胞培養(yǎng)技術。2動物細胞培養(yǎng)的應用動物細胞培養(yǎng)的應用 下列關于動物細胞培養(yǎng)的敘述，錯誤的是()。 A用于培養(yǎng)的細胞大都取自胚胎或幼齡動物的器官或組 織 B將所取的組織先用胰蛋白酶等進行處理使其分散成單 個細胞 C在培養(yǎng)瓶中要定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離， 制成懸浮

13、液 D動物細胞培養(yǎng)只能傳50代左右，所培育的細胞會衰老 死亡【鞏固鞏固2】 解析選取胚胎或幼齡動物的器官或組織是因為它們的分裂能力較強。動物組織細胞間隙中含有一定量的彈性纖維等蛋白質，易被胰蛋白酶催化分解，從而使細胞分離開來。當貼壁生長的細胞分裂生長到表面相互接觸時就停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶使細胞從瓶壁上脫離下來，配成細胞懸浮液。動物細胞培養(yǎng)傳至50代左右，部分細胞的遺傳物質會發(fā)生改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c，能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去。 答案D 一般來說，動物細胞體外培養(yǎng)需要滿足的條件是()。 無毒的環(huán)境無菌的環(huán)境合成培養(yǎng)基需加血漿 溫度與動物體溫相近需要O2，也需要CO2 CO2能調

14、節(jié)培養(yǎng)液pH AB CD【例例1】示例示例一一動物細胞培養(yǎng)的條件動物細胞培養(yǎng)的條件 思維導圖： 解析動物細胞體外培養(yǎng)要求環(huán)境無菌、無毒，培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，合成培養(yǎng)基中，需加血清、血漿等一些天然成分，溫度、pH分別為36.50.5、7.27.4。O2是細胞代謝所必需的，CO2可維持培養(yǎng)液的pH。 答案A 方法技巧 體外培養(yǎng)動物細胞需要模擬體內的營養(yǎng)供應和生存條件，據此理解記憶動物細胞培養(yǎng)的條件：營養(yǎng)成分全面(包括生長因子)、溫度與酸堿度適宜、氣體比例合理(95%O25%CO2)、無菌與無毒環(huán)境。簡記為“兩無兩度兩氣成分全”。 下列關于動物細胞培養(yǎng)的敘述，正確的是 ()。 A培養(yǎng)保留接觸

15、抑制的細胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細 胞 B克隆培養(yǎng)法培養(yǎng)過程中多數細胞的基因型會發(fā)生改變 C二倍體細胞的傳代培養(yǎng)次數通常是無限的 D惡性細胞系的細胞可進行傳代培養(yǎng) 思維導圖：【例例2】示例二示例二動物細胞培養(yǎng)的過程動物細胞培養(yǎng)的過程 解析動物細胞在培養(yǎng)過程中有接觸抑制現(xiàn)象，細胞在培養(yǎng)瓶中會貼壁生長，形成一層細胞，相互接觸后停止生長?？寺∨囵B(yǎng)法培養(yǎng)過程中，僅有極少數細胞的基因型會發(fā)生改變。二倍體細胞的傳代培養(yǎng)一般傳至10代后就不易傳下去了。惡性細胞系的細胞具有不死性，可以進行傳代培養(yǎng)。 答案D 歸納提升動物細胞培養(yǎng)的選材、結果及工具酶 (1)動物細胞培養(yǎng)時，一般選取幼齡動物的組織、器官，其細胞的

16、分化程度較低，增殖能力強，有絲分裂旺盛，容易培養(yǎng)。 (2)在動物細胞培養(yǎng)過程中，一般情況下10代以前的細胞核型不變，10代以后有些細胞核型發(fā)生改變，50代以后的細胞可能發(fā)生癌變。 (3)胰蛋白酶在動物細胞培養(yǎng)過程中的作用包括將組織分散成單個細胞，以及將貼壁細胞從瓶壁上分離下來，這樣做的目的是避免動物細胞的接觸抑制現(xiàn)象。 細胞分裂次數與多種因素有關，例如：細胞分裂次數與生物的種類有關，一般來講，壽命越長的物種體細胞分裂的最高次數越高；細胞分裂次數隨著生物體的年齡增長而減弱；細胞分裂次數與年齡和性別有關；細胞核中有決定細胞分裂次數的重要因素等。探究影響細胞分裂次數的內在因素探究影響細胞分裂次數的內

17、在因素技法必備技法必備 科學家為了探究影響細胞分裂次數的因素，進行了如下實驗。 實驗：在相同的條件下，體外分別培養(yǎng)胎兒、中年人和老年人的肺成纖維細胞，結果見下表： 實驗：分別將老鼠、雞、人和龜的體細胞在體外培養(yǎng)，結果見下圖：能力展示能力展示細胞來源細胞來源胎兒胎兒中年人中年人老年人老年人增殖代數增殖代數502024 實驗：將年輕人體細胞去核后與老年人細胞完整融合；另將老年人體細胞去核后與年輕人的完整細胞融合，分別在體外培養(yǎng)。結果前者不分裂，后者旺盛分裂。 實驗：將老年男性體細胞和年輕女性體細胞混合培養(yǎng)，當老年男性細胞停止分裂時，年輕女性細胞依然分裂旺盛。 分析以上實驗，回答下列問題： (1)每

18、個實驗可以得出怎樣的結論？ 實驗：_； 實驗：_； 實驗：_； 實驗：_。 (2)影響細胞衰老的內在因素有哪些？ _。 (3)實驗的設計是否嚴密？_。 若不嚴密應怎樣改進？_ _ _。 解析實驗中，胎兒的肺成纖維細胞增殖代數最多，老年人的增殖代數最少，說明細胞分裂次數隨著生物體的年齡增大而減弱；實驗中，細胞分裂次數與生物壽命呈正相關，說明細胞分裂次數與生物的種類有關；實驗中， 提供細胞核的個體年齡不同細胞分裂次數不同，說明細胞核決定細胞分裂次數；實驗中，細胞的年齡和性別不同細胞分裂次數不同，說明年齡和性別都影響細胞的分裂次數。綜上所述，生物的種類、年齡、性別、細胞核等都影響細胞的分裂次數。由于

19、不符合單因子變量、對照等實驗設計的基本原則，故該實驗設計不嚴密，需設計同年齡不同性別以及同性別不同年齡的細胞混合培養(yǎng)，觀察實驗結果，分別探究性別和年齡對細胞分裂次數的影響。 答案(1)細胞分裂次數隨著生物體的年齡增大而減弱細胞分裂次數與生物的種類有關，一般來講，壽命越長的生物體細胞分裂的最高次數越高細胞核是決定細胞分裂次數的重要因素細胞分裂次數與年齡和性別有關(2)影響細胞分裂次數的內在因素有：生物的物種、年齡、性別、細胞核等(3)不嚴密應增加兩個對照組，具體如下：第一組：同年齡的男性細胞和女性細胞一起混合培養(yǎng)，然后觀察實驗結果，探究性別對細胞分裂次數的影響；第二組：同性別的男性或女性細胞分不

20、同年齡一起混合培養(yǎng)，探究年齡對細胞分裂次數的影響 在動物的細胞培養(yǎng)過程中，下列哪種物質不是必需的()。 A蔗糖B核苷酸 C氨基酸D無機鹽 解析在進行動物細胞培養(yǎng)時，要根據細胞代謝特點，提供基本的營養(yǎng)物質，如氨基酸、無機鹽、核苷酸、葡萄糖等。 答案A1. 進行動物細胞培養(yǎng)時，最適宜選用的培養(yǎng)材料是()。 A衰老退化的動物組織細胞 B成熟動物個體的體細胞 C動物的受精卵細胞 D健康動物胚胎或幼齡動物個體的體細胞 答案D2右圖是動物細胞培養(yǎng)的基本過程右圖是動物細胞培養(yǎng)的基本過程示意圖。請據此回答問題。示意圖。請據此回答問題。(1)容器容器A中放置的是動物器官或中放置的是動物器官或組織，它一般取自組織，它一般取自_。3 (2)容器A中的動物器官或組織首先要進行的處理是_，然后用_酶處理，這是為了使細胞分散開來，這樣做的目的是_。 (3)培養(yǎng)首先在B瓶中進行，瓶中的培養(yǎng)基成分有_等。在此瓶中培養(yǎng)一段時間后，有許多細胞衰老死亡，這時培養(yǎng)到第_代，到這時的培養(yǎng)稱為_。 (4)為了把B瓶中的細胞分裝到C瓶中，用_處理，然后配制成_，再分裝。 (5)在C瓶中正常培養(yǎng)了一段時間后，發(fā)現(xiàn)細胞全部死亡，原因是_。 答案(1)胚胎或幼齡動物的器官或組織 (2)剪碎胰蛋白使細胞與培養(yǎng)液充分接觸 (3)葡萄糖、氨基酸、無機鹽和動物血清10原代培養(yǎng) (4)胰蛋白酶細胞懸浮液 (5)細胞沒有發(fā)生癌變 課堂小結