高中生物 第一单元 生物技术与生物工程 第二章 细胞工程 1.2.1 动物细胞培养课件 中图版选修3

第二章第二章 细胞工程细胞工程 第一节第一节 动物细胞培养动物细胞培养 课程标准 简述动物的细胞培养。 课标解读 1了解动物细胞培养的基本条件。 2理解动物细胞培养的基本过程。 3知道动物细胞培养的意义。 动物细胞培养是细胞工程中_的技术，它是把机体的某一_取出，分散为_，使其在 _条件下继续生存、生长甚至增殖的过程。 在进行动物细胞体外培养时，必须模拟细胞在体内生存的_和_过程，为其提供必需的_、动物细胞培养的概念和基本条件动物细胞培养的概念和基本条件1概念概念最基础最基础组织或器官组织或器官单个细胞单个细胞人工培养人工培养2基本条件基本条件良好环境良好环境物质代谢物质代谢营养物质营养物质 适宜的_、_、_、_以及严格的_。 (1)严格的无菌、无毒环境 _、_和_等均可造成细胞培养环境的污染，而离体培养的细胞已经失去对_和_的防御能力。 (2)适宜的温度和pH 人体细胞培养的温度为_，培养的细胞对 _的耐受能力比对_的耐受能力大；大多数细胞的适宜的pH为_。酸碱度酸碱度渗透压渗透压温度温度二氧化碳二氧化碳无菌条件无菌条件细菌细菌真菌真菌病毒病毒微生物微生物有毒物质有毒物质36.50.5低温低温7.27.4高温高温 (3)必需的营养物质和生长因子 培养的细胞需要一些基本的营养物质和生长因子：_ _、_、_、_、_等。不同组织来源的细胞需要不同的_，而且_也不同。 (4)适宜的气体环境 一般把细胞置于_氧气和_二氧化碳的气体环境中，氧气参与细胞的_，二氧化碳可以维持培养基的_。氨基氨基酸酸葡萄糖葡萄糖无机盐无机盐维生素维生素核苷酸核苷酸生长因子生长因子需求量需求量95%5%呼吸作用呼吸作用pH为什么进行动物细胞培养的环境要求无菌、无毒？ 提示离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等有毒物质的侵害，细胞就会死亡。思维激活思维激活1 (1)定义 将动物体的某一组织或器官取出分散为单个细胞，使其在人工培养条件下继续生存、生长甚至增殖的过程。 (2)原理 细胞增殖。 (3)目的 获得动物细胞或细胞产品。 (4)意义 细胞培养是细胞工程中最基础的技术，其他动物细胞工程技术中都要用到细胞培养技术。1动物细胞培养的概念动物细胞培养的概念 离体动物细胞的适应性差、容易污染、对营养条件要求高，必须提供与体内细胞所处的营养物质和生存环境等相似的条件。 一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件： (1)无菌、无毒的环境 为保证被培养的细胞处于无毒和无菌的环境中，往往进行以下处理：对培养液和所有培养用具进行无菌处理；在细胞培养液中添加一定量的抗生素，以防止培养过程中的污染；定期更换培养液，以便清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。2动物细胞培养的基本条件动物细胞培养的基本条件 (2)全面的营养物质 细胞外培养所需要的营养物质和体内基本相似，例如需要糖、氨基酸、生长因子、无机盐、微量元素等。将细胞所需的上述营养物质按照其种类和所需数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还没有完全搞清楚，所以在使用合成培养基时，通常需要加入血清、血浆等一些天然成分。 (3)适宜的温度和pH 细胞体外培养的适宜温度一般与动物体温接近，哺乳动物多以36.50.5为宜，pH适宜为7.27.4。 (4)气体环境 细胞培养所需气体主要有氧气和二氧化碳，氧气是细胞代谢所必须的，二氧化碳的主要作用是维持培养液中的pH。进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，将其置于含95%的空气和5%的二氧化碳的混合气体的培养箱中进行培养。 特别提醒培养动物细胞的培养液，从物理形态上看，属于液体培养基；从化学性质上看，属于半合成培养基。 生长因子是促进细胞生长、增殖的物质，由于细胞不能自我合成，必须由培养基提供；并且不同组织来源的细胞需要不同的生长因子，需求量也存在差异。 2001年2月，一只背上长着“人耳”的老鼠在北京展览馆与观众见面，这只老鼠其实是一只切去脾脏的老鼠，它背上的“人耳”是以一种高分子化学材料聚羟基乙酸作为模型支架，用生物方法增殖而成的。增殖“人耳鼠”的生物工程技术是()。 A细胞培养B细胞融合 C动物胚胎移植D细胞核移植 解析该方法是在体外模型支架上进行老鼠细胞培养，细胞增殖后，依附于模型上，后移植到小鼠身上而成的，其利用的技术是动物细胞培养技术。 答案A【巩固巩固1】 (1)原代培养 将从健康动物体内取出的组织块剪碎，用浓度与活性适中的_处理，使其分散成_，然后用培养基配成一定浓度的_，转入培养瓶中进行培养，此即原代培养。 (2)贴壁生长 细胞在培养基中_一段时间后，大部分细胞会 _，这种现象称为贴壁生长。动物细胞培养的过程和意义动物细胞培养的过程和意义1原代培养原代培养胰蛋白酶胰蛋白酶单个细胞单个细胞细胞悬浮液细胞悬浮液悬浮生长悬浮生长贴附在培养瓶的表面生长贴附在培养瓶的表面生长 (1)接触抑制 当贴壁生长的细胞分裂生长到_时，就会停止_，逐渐走向衰亡，这种现象叫做接触抑制。 (2)传代培养 将经原代培养到_的细胞再用_处理，使其重新分散成_，分装到多个培养瓶中继续培养，此即传代培养。有没有不进行贴壁生长和不存在接触抑制现象的细胞？若有，试各举一例。 提示淋巴细胞可以持续在悬浮状态下生长；癌细胞无接触抑制现象，在适宜条件下可以无限增殖。思维激活思维激活22传代培养传代培养表面相互接触表面相互接触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细胞悬浮液细胞悬浮液 (1)冻存 保存细胞的措施主要是_。 a短期和临时性的保存可以采用_，如哺乳动物的细胞在_可存活几十天甚至几个月。 b长期保存细胞一般采用_，即将细胞和 _放入_中进行保存，在超低温环境中，细胞的代谢活动降到了_，近似于“_”状态。 (2)复苏 当需要冻存的细胞时，随时将它们取出，迅速放入_ _中解冻，细胞便会逐渐“_”过来。3冻存与复苏冻存与复苏降低温度降低温度一般的低温一般的低温4左右左右超低温冻存法超低温冻存法保护剂保护剂196的液氮的液氮最低点最低点休眠休眠37温水温水苏醒苏醒 (1)利用动物细胞的大规模培养来生产许多有重要价值的_，如_、生长因子、_、单克隆抗体等。 (2)利用细胞培养进行_和_的检测。 (3)一些培养细胞在_上具有可喜的应用前景。 (4)细胞培养技术在_中也发挥了重大作用。4动物细胞培养的意义动物细胞培养的意义生物制品生物制品酶酶疫苗疫苗有毒物质有毒物质药物药物临床治疗临床治疗基础研究基础研究 (1)动物细胞培养的流程图1动物细胞培养的过程动物细胞培养的过程 (2)基本概念 贴壁生长：将动物细胞在液体培养基中培养，悬浮液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上生长，称为贴壁生长。 接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。 原代培养：通常将直接从动物体内取出的动物组织进行的初次培养称为原代培养，一般分裂增殖到10代左右。 传代培养：原代培养的细胞出现接触抑制后，贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞增殖，这样即为传代培养。 (3)培养结果 10代以内的细胞：正常细胞，形态稳定，是正常的二倍体核型。 细胞株：10代以后，4050代以内的传代细胞，其遗传物质没有改变。 细胞系：4050代以后的传代细胞，细胞的遗传物质发生了改变，而且带有癌变的特点，能无限制地传代下去。 特别提醒选择分裂能力强的组织或器官作为动物细胞培养的材料；工具酶：胰蛋白酶；胰蛋白酶是动物细胞培养的工具酶，它的作用是分解细胞间质，使其成为单个细胞；个别种类的细胞如淋巴细胞不进行贴壁生长，能够持续在悬浮状态下生长，可通过悬浮培养进行大规模生产。 (1)生产生物制品 利用动物细胞的大规模培养生产酶、生长因子、疫苗、单克隆抗体等许多有重要价值的生物制品。 (2)进行有毒物质和药物的检测 将待测的有毒物质或药物加入培养液中，根据变异细胞占全部培养细胞的比例来判断该物质的毒性。 (3)培养临床治疗上需要的“人造器官” 例如：利用病人自身的皮肤细胞培养出人工皮肤，供烧伤或烫伤病人移植使用，可以避免免疫排斥反应。 (4)进行一系列基础研究 近年来细胞生物学一系列主要的理论研究进展，如细胞全能性的揭示、细胞周期及其调控、癌变机理与细胞衰老的研究等，都离不开细胞培养技术。2动物细胞培养的应用动物细胞培养的应用 下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是()。 A用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组 织 B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 C在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离， 制成悬浮液 D动物细胞培养只能传50代左右，所培育的细胞会衰老 死亡【巩固巩固2】 解析选取胚胎或幼龄动物的器官或组织是因为它们的分裂能力较强。动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，易被胰蛋白酶催化分解，从而使细胞分离开来。当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配成细胞悬浮液。动物细胞培养传至50代左右，部分细胞的遗传物质会发生改变，并且带有癌变的特点，能在培养条件下无限制地传代下去。 答案D 一般来说，动物细胞体外培养需要满足的条件是()。 无毒的环境无菌的环境合成培养基需加血浆 温度与动物体温相近需要O2，也需要CO2 CO2能调节培养液pH AB CD【例例1】示例示例一一动物细胞培养的条件动物细胞培养的条件 思维导图： 解析动物细胞体外培养要求环境无菌、无毒，培养液中添加一定量的抗生素，合成培养基中，需加血清、血浆等一些天然成分，温度、pH分别为36.50.5、7.27.4。O2是细胞代谢所必需的，CO2可维持培养液的pH。 答案A 方法技巧 体外培养动物细胞需要模拟体内的营养供应和生存条件，据此理解记忆动物细胞培养的条件：营养成分全面(包括生长因子)、温度与酸碱度适宜、气体比例合理(95%O25%CO2)、无菌与无毒环境。简记为“两无两度两气成分全”。 下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是 ()。 A培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细 胞 B克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变 C二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的 D恶性细胞系的细胞可进行传代培养 思维导图：【例例2】示例二示例二动物细胞培养的过程动物细胞培养的过程 解析动物细胞在培养过程中有接触抑制现象，细胞在培养瓶中会贴壁生长，形成一层细胞，相互接触后停止生长。克隆培养法培养过程中，仅有极少数细胞的基因型会发生改变。二倍体细胞的传代培养一般传至10代后就不易传下去了。恶性细胞系的细胞具有不死性，可以进行传代培养。 答案D 归纳提升动物细胞培养的选材、结果及工具酶 (1)动物细胞培养时，一般选取幼龄动物的组织、器官，其细胞的分化程度较低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。 (2)在动物细胞培养过程中，一般情况下10代以前的细胞核型不变，10代以后有些细胞核型发生改变，50代以后的细胞可能发生癌变。 (3)胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分散成单个细胞，以及将贴壁细胞从瓶壁上分离下来，这样做的目的是避免动物细胞的接触抑制现象。 细胞分裂次数与多种因素有关，例如：细胞分裂次数与生物的种类有关，一般来讲，寿命越长的物种体细胞分裂的最高次数越高；细胞分裂次数随着生物体的年龄增长而减弱；细胞分裂次数与年龄和性别有关；细胞核中有决定细胞分裂次数的重要因素等。探究影响细胞分裂次数的内在因素探究影响细胞分裂次数的内在因素技法必备技法必备 科学家为了探究影响细胞分裂次数的因素，进行了如下实验。 实验：在相同的条件下，体外分别培养胎儿、中年人和老年人的肺成纤维细胞，结果见下表： 实验：分别将老鼠、鸡、人和龟的体细胞在体外培养，结果见下图：能力展示能力展示细胞来源细胞来源胎儿胎儿中年人中年人老年人老年人增殖代数增殖代数502024 实验：将年轻人体细胞去核后与老年人细胞完整融合；另将老年人体细胞去核后与年轻人的完整细胞融合，分别在体外培养。结果前者不分裂，后者旺盛分裂。 实验：将老年男性体细胞和年轻女性体细胞混合培养，当老年男性细胞停止分裂时，年轻女性细胞依然分裂旺盛。 分析以上实验，回答下列问题： (1)每个实验可以得出怎样的结论？ 实验：_； 实验：_； 实验：_； 实验：_。 (2)影响细胞衰老的内在因素有哪些？ _。 (3)实验的设计是否严密？_。 若不严密应怎样改进？_ _ _。 解析实验中，胎儿的肺成纤维细胞增殖代数最多，老年人的增殖代数最少，说明细胞分裂次数随着生物体的年龄增大而减弱；实验中，细胞分裂次数与生物寿命呈正相关，说明细胞分裂次数与生物的种类有关；实验中， 提供细胞核的个体年龄不同细胞分裂次数不同，说明细胞核决定细胞分裂次数；实验中，细胞的年龄和性别不同细胞分裂次数不同，说明年龄和性别都影响细胞的分裂次数。综上所述，生物的种类、年龄、性别、细胞核等都影响细胞的分裂次数。由于不符合单因子变量、对照等实验设计的基本原则，故该实验设计不严密，需设计同年龄不同性别以及同性别不同年龄的细胞混合培养，观察实验结果，分别探究性别和年龄对细胞分裂次数的影响。 答案(1)细胞分裂次数随着生物体的年龄增大而减弱细胞分裂次数与生物的种类有关，一般来讲，寿命越长的生物体细胞分裂的最高次数越高细胞核是决定细胞分裂次数的重要因素细胞分裂次数与年龄和性别有关(2)影响细胞分裂次数的内在因素有：生物的物种、年龄、性别、细胞核等(3)不严密应增加两个对照组，具体如下：第一组：同年龄的男性细胞和女性细胞一起混合培养，然后观察实验结果，探究性别对细胞分裂次数的影响；第二组：同性别的男性或女性细胞分不同年龄一起混合培养，探究年龄对细胞分裂次数的影响 在动物的细胞培养过程中，下列哪种物质不是必需的()。 A蔗糖B核苷酸 C氨基酸D无机盐 解析在进行动物细胞培养时，要根据细胞代谢特点，提供基本的营养物质，如氨基酸、无机盐、核苷酸、葡萄糖等。 答案A1. 进行动物细胞培养时，最适宜选用的培养材料是()。 A衰老退化的动物组织细胞 B成熟动物个体的体细胞 C动物的受精卵细胞 D健康动物胚胎或幼龄动物个体的体细胞 答案D2右图是动物细胞培养的基本过程右图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据此回答问题。示意图。请据此回答问题。(1)容器容器A中放置的是动物器官或中放置的是动物器官或组织，它一般取自组织，它一般取自_。3 (2)容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是_，然后用_酶处理，这是为了使细胞分散开来，这样做的目的是_。 (3)培养首先在B瓶中进行，瓶中的培养基成分有_等。在此瓶中培养一段时间后，有许多细胞衰老死亡，这时培养到第_代，到这时的培养称为_。 (4)为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中，用_处理，然后配制成_，再分装。 (5)在C瓶中正常培养了一段时间后，发现细胞全部死亡，原因是_。 答案(1)胚胎或幼龄动物的器官或组织 (2)剪碎胰蛋白使细胞与培养液充分接触 (3)葡萄糖、氨基酸、无机盐和动物血清10原代培养 (4)胰蛋白酶细胞悬浮液 (5)细胞没有发生癌变 课堂小结