2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術與生物工程 第二章 細胞工程 第1節(jié) 動物細胞培養(yǎng)學案 中圖版選修3

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1、 第二章　細胞工程 第一節(jié)　動物細胞培養(yǎng) 1．簡述動物細胞培養(yǎng)的基本條件和過程。(重點) 2．說明細胞株與細胞系的特點和區(qū)別。(難點) 3．簡述動物細胞培養(yǎng)的意義。 動 物 細 胞 培 養(yǎng) 的 概 念 與 基 本 條 件 1．動物細胞培養(yǎng)的概念 細胞培養(yǎng)是細胞工程中最基礎的技術，它是把機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．細胞培養(yǎng)的基本條件 (1)嚴格的無毒無菌條件 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。 (2)基本營養(yǎng)物質和生長因子 (3)適宜的溫度和酸堿度 (4)氣

2、體環(huán)境 探討：動物細胞培養(yǎng)時采取哪些措施得到無菌、無毒的環(huán)境？ 提示：(1)對培養(yǎng)液、所有的培養(yǎng)用具進行無菌處理。 (2)在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染。 (3)定期更換培養(yǎng)液，以清除代謝產物，防止對細胞自身造成傷害。 探討：動物細胞進行培養(yǎng)時為什么通常添加動物血清？ 提示：血清中由于含有許多未知成分，會對細胞的生長和增殖有促進作用。 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；(2)營養(yǎng)，如需要糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。在使用合成培養(yǎng)基時，通常需加入血清、血漿等一些天然成分；(3)適宜的溫度和pH；(

3、4)適宜的氣體環(huán)境。 1．下列關于動物細胞培養(yǎng)液的敘述，不正確的是(　　) A．為了防止培養(yǎng)過程中出現(xiàn)細菌污染，可以在培養(yǎng)液中添加抗生素 B．細胞培養(yǎng)液中必須有糖、氨基酸等化合物以及動物血清等天然成分 C．空氣中再混入5%的CO2主要作用是維持培養(yǎng)液的pH D．培養(yǎng)液應該定期更換防止代謝產物積累對細胞自身造成危害 【解析】　動物細胞培養(yǎng)液通常需要加入動物血清、血漿，有時也采用無血清培養(yǎng)。 【答案】　B 2．體外培養(yǎng)小鼠肝臟細胞，對于研究器官的生理、病理過程及其機制意義重大。下圖是一個培養(yǎng)新鮮小鼠的肝臟的裝置示意圖。請回答下列問題。 (1)操作前，要將小鼠肝臟切成小薄片

4、，并且用________酶處理，獲得單個細胞，有利于肝臟細胞_______________________________________________ ________________________。 (2)圖中的培養(yǎng)液相當于小鼠體內肝臟細胞直接生活的________，其理化性質主要包括____________________等三個方面。 (3)氣室中充入5%CO2和95%O2，其中O2的作用是 ______________________________________________________________， 其反應式為：______________________

5、____________________________。 (4)在培養(yǎng)過程中要在無菌無毒的環(huán)境中進行，通常還選擇合適的菌種，在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，目的是_________________________________。 此外還要定期更換培養(yǎng)液，以便清除________________________________， 防止對肝細胞造成傷害。 (5)有機物X有毒性，可誘發(fā)染色體斷裂。利用上圖所示裝置和提供的下列材料用具，探究肝臟小塊對有機物X是否具有解毒作用。 材料用具：肝臟小塊，外周血淋巴細胞，淋巴細胞培養(yǎng)液，植物凝集素(刺激淋巴細胞分裂)；顯微鏡，載玻片，蓋玻片，玻璃皿

6、，滴管；吉姆薩染液(使染色體著色)，有機物X溶液等。實驗過程： ①在淋巴細胞培養(yǎng)液中加入植物凝集素培養(yǎng)淋巴細胞，取4等份，備用。 ②利用甲、乙、丙、丁4組按上圖所示裝置。按下表步驟操作(“√”表示已完成的步驟)。 甲 乙 丙 丁 步驟一：加入肝臟培養(yǎng)液 √ √ √ √ 步驟二：加入有機物X溶液 √ √ 步驟三：放置肝臟小塊 √ 上表中還需進行的操作是_________________________________________， 作為對照組。 ③培養(yǎng)一段時間后，取4組裝置中的等量培養(yǎng)液，分別添加到4等份備用的淋巴細胞培養(yǎng)液中繼續(xù)

7、培養(yǎng)。 ④一段時間后取培養(yǎng)到________期的淋巴細胞分別染色、制片。在顯微鏡下觀察________________，并對比分析。若_______________________________ _______________________________________________________________， 則說明肝臟小塊對有機物X具有解毒作用。 【解析】　(1)將肝臟組織分解成單個細胞用胰蛋白酶處理，有利于肝臟細胞充分接觸營養(yǎng)液，吸收氧氣和營養(yǎng)物質、排出CO2和代謝廢物。 (2)培養(yǎng)液是細胞生活的直接環(huán)境，相當于內環(huán)境，內環(huán)境的理化性質包括滲透壓、溫度、酸堿度三個

8、方面。 (3)動物細胞培養(yǎng)的氣體環(huán)境包括氧氣和二氧化碳，氧氣的作用是細胞進行有氧呼吸所必需的，有氧呼吸反應式為 C6H12O6＋6O2＋6H2O12H2O＋6CO2＋能量 (4)培養(yǎng)基中加抗生素的作用是抑制細菌生長或者防止污染，定期更換培養(yǎng)液目的是清除肝細胞的代謝產物對肝細胞造成傷害。 (5)由表中各步驟所加物質可知，缺少只向乙(或丁)組裝置中放置與甲組等體積的小鼠肝臟小塊的對照。植物凝集素能刺激淋巴細胞分裂，可用顯微鏡觀察有絲分裂中期染色體的形態(tài)和數(shù)目來判斷肝臟是否具有解毒作用，若丙組淋巴細胞出現(xiàn)異常，而甲組的淋巴細胞正常，則說明肝臟小塊對有機物X具有解毒作用。 【答案】　(1)胰

9、蛋白　充分接觸營養(yǎng)液，吸收氧氣和營養(yǎng)物質、排出CO2和代謝廢物 (2)組織液(或內環(huán)境)　滲透壓、溫度、pH或者酸堿度 (3)小鼠肝細胞進行有氧呼吸所必需 反應式為：C6H12O6＋6O2＋6H2O12H2O＋6CO2＋能量 (4)為了抑制細菌生長或者防止污染　肝細胞的代謝產物 (5)只向乙(丁)組裝置中放置與甲組等體積的小鼠肝臟小塊，而丙組不添加　有絲分裂中　染色體形態(tài)和數(shù)目　丙組淋巴細胞出現(xiàn)異常，而甲組的淋巴細胞正常 　 動 物 細 胞 培 養(yǎng) 的 過 程 與 意 義 1．細胞培養(yǎng)的過程 (1)過程圖解 (2)過程分析 ①原理：細胞的有絲分裂。 ②階段：包

10、括原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)兩個階段。 ③培養(yǎng)細胞生長的特點：貼壁生長和接觸抑制。 ④培養(yǎng)結果：形成了細胞株或細胞系。 ⑤凍存及復蘇：保存細胞的措施主要是降低溫度。復蘇時，將凍存細胞迅速放入37_℃溫水中解凍。 2．細胞培養(yǎng)的意義 (1)生產生物制品。如酶、生長因子、疫苗、單克隆抗體等。 (2)進行有毒物質和藥物的檢測。 (3)應用于臨床治療。如利用患者的皮膚細胞培養(yǎng)的人工皮膚，治療大面積燒傷或燙傷病人，可避免免疫排斥反應。 (4)應用于細胞生物學的研究。如細胞全能性的揭示等。 動物細胞的培養(yǎng)過程可用下面的流程圖表示： 探討：為什么要將動物組織分散成單個細胞？ 提示：

11、分散后能與培養(yǎng)液充分接觸，更易進行物質交換。 探討：動物胚胎或幼齡動物的器官或組織剪碎后用胰蛋白酶處理的目的是什么？ 提示：動物胚胎或器官剪碎后用胰蛋白酶分解組織細胞間質中的膠原蛋白，從而使組織分散成單個細胞。 探討：所有細胞的生長都存在接觸抑制嗎？ 提示：癌細胞不具有接觸抑制的特點。 1．培養(yǎng)過程 (1)原理：細胞增殖。 (2)選材：一般取自幼齡動物的器官或組織，因為這些組織或器官的生命力旺盛，分裂能力強。 (3)將動物細胞分散成單個細胞培養(yǎng)的原因： ①保證細胞所需要的營養(yǎng)供應。 ②保證細胞內有害代謝產物的及時排出。 2．相關概念的辨析 (1)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)：

12、 ①含義不同： a．組織細胞分散成單個細胞后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。 b．細胞生長到貼滿瓶壁時用胰蛋白酶處理，繼續(xù)培養(yǎng)的過程稱為傳代培養(yǎng)。 ②細胞增殖特點不同： a．原代培養(yǎng)：細胞分裂旺盛，一般表現(xiàn)為細胞貼壁生長和接觸抑制。 b．傳代培養(yǎng)：傳至10～50代時，細胞增殖緩慢，甚至完全停止，此時細胞普遍表現(xiàn)為衰老和凋亡特征，但也有少部分細胞會發(fā)生突變，會朝著等同于癌細胞的方向發(fā)展。 (2)貼壁生長及接觸抑制 ①貼壁生長：動物細胞在液體培養(yǎng)基中懸浮生長一段時間之后，大部分細胞會貼附在培養(yǎng)瓶壁上生長。 ②接觸抑制：細胞進行有絲分裂，數(shù)目增加到表面相互接觸時，停止分裂增殖，出現(xiàn)接觸抑制

13、現(xiàn)象。 1．下列有關動物細胞培養(yǎng)的敘述中，不正確的是(　　) 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處理使細胞從瓶壁上脫離，制成懸浮液 D．動物細胞培養(yǎng)只能傳50代左右，所培養(yǎng)的細胞會衰老死亡 【解析】　胚胎或幼齡動物的器官或組織細胞與成體細胞相比具有較強的分生能力，所以動物細胞培養(yǎng)時一般采用胚胎或幼齡動物的器官或組織細胞；將所取的組織先用胰蛋白酶進行處理，因為胰蛋白酶可以分解組織細胞間質中的膠原蛋白，從而使組織分散成單個細胞，有利于進行培養(yǎng)；動物細胞培養(yǎng)傳至50代左右，大部

14、分會衰老、死亡，但有極少數(shù)細胞(細胞系)能夠生存下來，可以繼續(xù)培養(yǎng)。 【答案】　D 2.回答下列有關動物細胞培養(yǎng)的問題。 (1)在動物細胞培養(yǎng)過程中，當貼壁細胞分裂生長到細胞表面________時，細胞會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的________。此時，瓶壁上形成的細胞層數(shù)是________。要使貼壁的細胞從瓶壁上分離下來，需要用酶處理，可用的酶是______________________。 (2)隨著細胞傳代次數(shù)的增多，絕大部分細胞分裂停止，進而出現(xiàn)______________的現(xiàn)象；但極少數(shù)細胞可以連續(xù)增殖，其中有些細胞會因遺傳物質發(fā)生改變而變成____________

15、____細胞，這種細胞的黏著性________，細胞膜表面蛋白質(糖蛋白)的量________。 (3)在細胞培養(yǎng)過程中，通常在________條件下保存細胞。因為在這種條件下，細胞中________的活性降低，細胞________的速率降低。 (4)給患者移植經細胞培養(yǎng)形成的皮膚組織后，發(fā)生了排斥現(xiàn)象，這是因為機體把移植的皮膚組織當作___________________________________進行攻擊。 【解析】　(1)動物細胞培養(yǎng)過程中具有貼壁生長和接觸抑制的特點，若要進行傳代培養(yǎng)應先用胰蛋白酶處理，使其從瓶壁上分離下來。 (2)在傳代培養(yǎng)過程中，隨著傳代次數(shù)的增多，絕大

16、多數(shù)細胞停止分裂，進而衰老甚至死亡，極少數(shù)細胞遺傳物質發(fā)生改變，克服細胞壽命的自然極限，獲得不死性，這種細胞黏著性降低，細胞膜表面的蛋白質(糖蛋白)減少。 (3)低溫可以抑制酶的活性，從而降低細胞的新陳代謝速率。 (4)皮膚移植后發(fā)生排斥反應，是因為機體把移植的皮膚組織當作抗原進行攻擊。 【答案】　(1)相互接觸　接觸抑制　單層(或一層)　胰蛋白酶 (2)衰老甚至死亡　不死性　降低　減少 (3)冷凍(或超低溫、液氮)　酶　新陳代謝 (4)抗原 1．在動物細胞培養(yǎng)過程中，下列處理不恰當?shù)氖?　　) 【導學號：99310021】 A．培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具要進行無菌處理 B．提

17、供種類齊全的營養(yǎng)物質 C．提供純氧以保證細胞的呼吸作用 D．保證提供適宜的溫度和pH 【解析】　動物細胞培養(yǎng)需要無菌條件，因此培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具要進行無菌處理，故A正確；動物細胞新陳代謝需要各類營養(yǎng)物質，因此需要提供種類齊全的營養(yǎng)物質，故B正確；動物細胞培養(yǎng)需要一定的氣體環(huán)境，即95%的氧氣和5%的二氧化碳，故C錯誤；動物細胞培養(yǎng)需要適宜的溫度和pH，故D正確。 【答案】　C 2．在動物細胞培養(yǎng)中下列敘述正確的是(　　) A．動物細胞培養(yǎng)的目的是獲得大量的細胞分泌蛋白 B．動物細胞培養(yǎng)前要用胰蛋白酶處理使細胞分散 C．細胞遺傳物質的改變發(fā)生于原代培養(yǎng)過程中 D．培養(yǎng)至50代后能

18、繼續(xù)傳代的傳代細胞叫細胞株 【解析】　動物細胞培養(yǎng)的目的是獲得大量的細胞；細胞遺傳物質的改變發(fā)生于傳代細胞的細胞系中；培養(yǎng)至50代后仍能繼續(xù)傳代的傳代細胞叫細胞系。 【答案】　B 3.右圖是動物細胞培養(yǎng)的基本過程示意圖。請據此回答。 (1)容器A中放置的是動物器官或組織。它一般取自____________________。 (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。

19、 (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)細胞增殖緩慢以至于完全停止，少數(shù)細胞________發(fā)生變化獲得不死性。 【答案】　(1)胚胎或幼齡動物的器官或組織 (2)剪碎組織　胰蛋白　使細胞與培養(yǎng)液充分接觸 (3)促生長因子、糖、氨基酸、無機鹽和動物血清 (4)胰蛋白酶　細胞懸液 (5)形態(tài)、結構(或遺傳物質) 4．某研究小組進行藥物試驗時，以動物肝細胞為材料，測定藥物對體外培養(yǎng)細胞的毒性。供培養(yǎng)的細胞有甲、乙兩種，甲細胞為肝腫瘤細胞，乙細胞為正常肝細胞。請回答下列有關動物細胞培

20、養(yǎng)的問題： (1)將數(shù)量相等的甲細胞和乙細胞分別置于培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，培養(yǎng)液及其它培養(yǎng)條件均相同。一段時間后，觀察到甲細胞數(shù)量比乙細胞數(shù)量________。 (2)在動物細胞培養(yǎng)時，為了補充合成培養(yǎng)基中缺乏的物質，通常在合成培養(yǎng)基中加入適量的____________。細胞培養(yǎng)應在含5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中進行，CO2的作用是_______________________________________________________。 (3)在兩種細胞生長過程中，當乙細胞鋪滿瓶壁時，其生長________________。藥物試驗需要大量細胞，兩種細胞頻繁傳代，甲細胞比乙細胞可以傳代的次數(shù)更

21、________。若用動物的肝臟組織塊制備肝細胞懸液，需用________消化處理。 (4)已知癌細胞X基因過量表達與肝腫瘤的發(fā)生密切相關，要試驗一種抗腫瘤藥物Y對甲細胞生長的影響，可將甲細胞分為A、B兩組，A組細胞培養(yǎng)液中加入____________，B組細胞培養(yǎng)液中加入無菌生理鹽水，經培養(yǎng)后，從A、B兩組收集等量細胞，通過分別檢測X基因在A、B兩組細胞中的________或________合成水平的差異，確定Y的藥效。 【解析】　(1)因為甲細胞是癌細胞，沒有接觸抑制現(xiàn)象，所以一段時間后，觀察到甲細胞數(shù)量比乙細胞數(shù)量多； (2)在動物細胞培養(yǎng)時，通常在合成培養(yǎng)基中加入適量動物血清，

22、因動物細胞所需要的有些物質還不清楚；細胞培養(yǎng)應在含5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中進行，CO2的作用是維持培養(yǎng)液pH； (3)乙細胞鋪滿瓶壁時，其生長停止，因發(fā)生了接觸抑制；甲細胞比乙細胞可以傳代的次數(shù)更多；肝臟組織塊制備肝細胞懸液用胰蛋白酶消化處理，使細胞分散開，以利于培養(yǎng)； (4)A組細胞培養(yǎng)液中加入Y作為實驗組；通過分別檢測X基因在A、B兩組細胞中的轉錄產物mRNA或表達產物相應的蛋白質合成水平的差異，進而確定Y的藥效。 【答案】　(1)多　(2)動物血清　維持培養(yǎng)液pH (3)停止　多　胰蛋白酶　(4)Y　mRNA　蛋白質 課堂小結： 網絡構建 核心回扣 1.在進行體外培養(yǎng)時，必須模擬細胞在體內生存的良好環(huán)境和物質代謝過程，為其提供必需的營養(yǎng)物質、適宜的酸堿度、滲透壓、溫度、二氧化碳以及嚴格的無菌條件。 2.細胞的培養(yǎng)過程分為原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)。 3.體外培養(yǎng)的細胞生長特點是貼壁生長和接觸抑制。 4.應用細胞培養(yǎng)技術可生產生物制品，進行有毒物質和藥物檢測、人工皮膚的移植等。 8