第2章 细胞工程 第2节 1动物细胞培养(共58张PPT)

(共58张PPT)
第2章　细胞工程
第2节　动物细胞工程
一　动物细胞培养
课标要点 学法指导
1．阐明动物细胞培养的条件及过程 2．说出干细胞的培养种类及特点 3．举例说出干细胞的应用 1．结合教材描述和插图理解动物细胞培养的条件(科学思维)
2．构建动物细胞培养的流程图，区分原代培养和传代培养(科学思维)
3．结合教材插图理解干细胞的种类、特点及应用(生命观念、科学思维、社会责任)
知识导图


　　　　　动物细胞培养的条件
1．动物细胞培养的概念
从动物体中取出相关的组织，将它分散成__________，然后在适宜的培养条件下，让这些________和________的技术。
2．动物细胞培养的条件
(1)营养：动物细胞培养所需的营养有________、氨基酸、无机盐、维生素等，将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为____________。通常需要在培养基中加入________等一些天然成分。
单个细胞　
生长　
增殖　
糖类　
合成培养基　
血清　
(2)无菌、无毒的环境：对________和所有____________进行无菌处理以及在__________下进行操作。培养液需要____________，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。
(3)温度、pH和渗透压
①适宜的温度条件：________±0.5 ℃；
②适宜的pH条件：____________。
③CO2的主要作用是维持________________。
培养液　
培养用具　
无菌环境　
定期更换　
36.5 ℃　
7.2～7.4　
培养液的pH　
动物细胞培养液中为什么要加动物血清？
微思考
【答案】血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等物质，而且还含有多种未知的促生长因子，能促进细胞的生长、增殖。
　　　一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下哪些条件
(　　)
①无毒的环境　②无菌的环境　③合成培养基需加血清　④温度与动物体温相近　⑤需要O2，不需要CO2　⑥CO2能调节培养液pH
A．①②③④⑤⑥　　　 B．①②③④
C．①③④⑤⑥ D．①②③④⑥
【答案】D
【解析】动物细胞培养的条件有适宜的营养、无菌和无毒的环境、温度、pH和渗透压、气体环境等。其中合成培养基中通常要加入血清，温度条件为36.5 ℃±0.5 ℃，所需的气体有O2和CO2，CO2的主要作用是调节培养液中的pH。
　　　　　动物细胞培养的过程
1．原理
_____________。
2．过程
取动物组织块→剪碎→用______________________处理，将组织分散成__________→制成___________→放入培养瓶中在___________进行培养。
细胞增殖　
胰蛋白酶或胶原蛋白酶　
单个细胞　
细胞悬液　
适宜环境　
3．细胞贴壁和接触抑制
对动物细胞进行培养时，大多数细胞往往贴附在培养瓶的________上才能生长增殖，这种现象称为__________。当贴壁细胞分裂生长到________________时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的_______________。
4．原代培养和传代培养
动物组织经处理后的初次培养称为____________，分瓶后的细胞培养称为___________。
瓶壁　
细胞贴壁　
表面相互接触　
接触抑制　
原代培养　
传代培养　
动物细胞培养前为什么要将动物组织分散成单个细胞？
微思考
【答案】分散后细胞能与培养液充分接触，更易进行营养物质的吸收和代谢废物的排出。
　　　下列动物细胞培养过程中属于原代培养的是 (　　)
A．用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程
B．从机体取得细胞后立即进行培养的过程
C．出现接触抑制现象后取下的细胞的培养过程
D．哺乳动物细胞在培养基中的悬浮生长过程
【答案】B
【解析】用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞的过程，可以是原代培养，也可以是传代培养，A错误；原代培养是指从动物机体组织取得细胞后立即培养，直到细胞出现接触抑制为止。从机体取得细胞后立即进行培养过程是原代培养，B正确；出现接触抑制现象后，接去下的细胞的培养过程是传代培养，C错误；动物细胞具有贴壁生长的特点，这与原代培养的定义无关，D错误。
　　　　　干细胞培养及其应用
1．干细胞的种类
____________和____________等。
2．胚胎干细胞
存在于___________中，具有________为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有_______________甚至个体的潜能。
胚胎干细胞　
成体干细胞　
早期胚胎　
分化　
组织和器官　
3．成体干细胞
(1)概念：成体______________内的干细胞。
(2)种类：骨髓中的_______________、神经系统中的_____________和睾丸中的_______________等。
(3)特点：成体干细胞具有______________，只能分化成特定的______________，不具有__________________的能力。
组织或器官　
造血干细胞　
神经干细胞　
精原干细胞　
组织特异性　
细胞或组织　
发育成完整个体　
4．应用
(1)将正常的_____________移植到病人体内，恢复病人的________和免疫功能，用来治疗白血病等疾病。
(2)____________在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病方面(如帕金森病、阿尔茨海默病等)有重要的应用价值。
(3)用____________治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。
造血干细胞　
造血　
神经干细胞　
iPS细胞　
神经干细胞为什么不具有发育成完整个体的能力？
微思考
【答案】神经干细胞是一种专能干细胞，已经有了很高程度的分化，而细胞分化具有不可逆性，故神经干细胞不具有发育成完整个体的能力。
　　　判断下列正误。
(1)干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 (　　)
(2)根据干细胞的分化程度可将干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和造血干细胞。 (　　)
(3)动物胚胎的每一个细胞都是胚胎干细胞。 (　　)
(4)胚胎干细胞具有发育的全能性，能分化为成年动物体内任何一种组织细胞。 (　　)
(5)成体干细胞可以分化成特定的组织或器官，也具有发育成完整个体的能力。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
动物细胞培养的条件
[知识归纳]
动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境条件呢？
提示：细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染，而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，培养的细胞就会死亡。
素养达成：本重难点通过对动物细胞培养条件的学习，培养“科学思维”素养。
[对点精练]
1．动物细胞培养应在含5%CO2的恒温箱中进行，CO2的作用是 (　　)
A．为细胞提供碳源 B．促进细胞贴壁生长
C．维持培养液的pH稳定 D．防止细胞之间粘连
【答案】C
【解析】动物细胞培养应在含5%CO2的恒温箱中进行，CO2的作用是维持培养液的pH稳定。
2．某研究小组将数量相等的动物肝肿瘤细胞和肝正常细胞分别置于相同培养液中培养。下列有关叙述错误的是 (　　)
A．一段时间后，可观察到肝肿瘤细胞数量比肝细胞数量多
B．定期更换培养液可防止代谢产物的积累对细胞造成危害
C．培养基应置于5%的CO2中，CO2使培养基的pH值维持在7.2～7.4
D．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干扰素
【答案】D
【解析】由于肝肿瘤细胞比正常肝细胞分裂速度快，所以一段时间后，可观察到肝肿瘤细胞数量比正常肝细胞数量多，A正确；定期更换培养液可防止代谢物的积累对细胞造成危害，B正确；动物细胞培养所需的气体中主要是O2，CO2只占5%，CO2能使培养基的pH维持在7.2～7.4，C正确；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抗生素，D错误。
[知识归纳]
动物细胞培养的过程
(1)动物的组织块大部分取自动物胚胎或幼龄动物的器官或组织，这是因为这些器官或组织中的细胞生命力旺盛，分裂能力强。
(2)用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理组织块，使细胞分散开来，不能用胃蛋白酶，主要是因为pH不合适。使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能消化细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。
(3)动物细胞的整个培养过程中多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶，第一次使用的目的是使组织细胞分散开；传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分瓶后继续培养。
(4)一般而言，动物细胞培养不需要经过脱分化过程。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞的方法，使其分化成所需要的组织或器官。
1．多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中。体外进行的动物细胞培养需要什么样的条件？
2．胰蛋白酶的作用是什么呢？由此可说明细胞间的物质是什么成分？
3．培养过程中出现了什么现象？
4．培养过程中包括有原代培养和传代培养，什么是原代培养和传代培养，两者有什么区别？
提示：1．①充足的营养
②无菌、无毒的环境
③适宜的温度、pH和渗透压
④气体环境。
2．用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。
3．动物细胞培养过程中有两种特殊现象：贴壁生长和接触抑制。贴壁生长即悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上生长的现象；接触抑制是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的现象。
4．原代培养是动物组织经胰蛋白酶处理后的初次培养。原代培养的细胞由于接触抑制不再分裂，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后，再分瓶培养，让细胞继续增殖，这种培养叫传代培养。可见，划分原代培养和传代培养的界线是以分瓶为界，即配制细胞悬液后转入培养液中的第一次培养为原代培养，分瓶后的培养(无论分瓶多少次)均为传代培养。
素养达成：本重难点通过学习动物细胞培养的过程，培养“科学思维”“科学探究”素养。
[对点精练]
1．下列关于动物细胞培养的过程叙述，错误的是 (　　)
A．动物细胞培养的原理是细胞增殖
B．动物细胞培养能获得大量细胞或者细胞产物
C．细胞出现接触抑制，可以使用胃蛋白酶处理后分瓶培养
D．若直接取组织块进行组织培养，仅少量细胞可以生存和繁殖，为了获得大量生长良好的细胞，须把组织细胞分散开
【答案】C
【解析】动物细胞培养的原理是细胞增殖，A正确；动物细胞培养的目的之一是获得大量细胞或者细胞产物，B正确；细胞进行有丝分裂，数量增加到相互接触时可以使用胰蛋白酶处理后分瓶培养，不能用胃蛋白酶处理，原因是pH不适宜，C错误；直接取组织块进行组织培养，仅少量细胞可以生存和繁殖，为了获得大量生长良好的细胞，须把组织细胞分散开，D正确。
2．如图为动物细胞培养的基本过程，以下叙述错误的是 (　　)
A．容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是细胞分裂能力强
B．将剪碎的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瓶中的培养液为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的抗生素
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
【答案】B
【解析】容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是细胞分裂能力强，A正确；将剪碎的组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，制成B瓶中的细胞悬液，不能用胃蛋白酶处理，B错误；C、D瓶中的培养液为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的抗生素，C正确；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，D正确。
易错易混：动物细胞培养与植物组织培养
动物细胞培养、植物组织培养分别是动物细胞工程、植物细胞工程中比较重要的工程技术，两者在很多方面都有相似之处，但又有区别，比较列表如下：
项目 植物组织培养 动物细胞培养
原理 植物细胞的全能性 细胞的增殖
培养基 类型 固体培养基 液体培养基
成分 蔗糖、氨基酸、矿质元素、维生素、水、琼脂、植物激素等 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等
项目 植物组织培养 动物细胞培养
取材 植物幼嫩器官、组织或细胞 幼龄动物的器官、组织或早期胚胎
结果 植物个体或新的组织，可以体现全能性 获得细胞或细胞产物，不形成个体，不体现全能性
应用 植物的快速繁殖；作物脱毒；单倍体育种；突变体的利用；细胞产物的工厂化生产等 人造皮肤的构建；细胞分泌蛋白的规模化生产等
相同点 两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都是无性繁殖；均为无菌操作；需要适宜的温度、pH等条件
例1　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
【答案】A
【解析】动物细胞培养和植物组织培养都需要无菌操作，以防止杂菌污染，A正确；动物细胞培养要用到胰蛋白酶分散成单个细胞，而植物组织培养过程不需要，B错误；动物细胞培养的原理是细胞增殖，植物组织培养的原理是细胞的全能性，C错误；动物细胞培养使用液体培养基，还需要添加动物血清，植物组织培养使用固体培养基，还需要添加植物激素，D错误。
错因分析：一是对动物细胞培养与植物组织培养的操作条件掌握不清，两者都是在无菌条件下进行；二是对动物细胞培养与植物组织培养的材料处理不清，前者动物组织在培养前要用剪刀剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞制成细胞悬液后，再进行培养，后者直接利用外植体进行接种；三是两者的培养原理和培养基的性质和成分区分不清，前者利用细胞增殖的原理，用的是液体培养基，培养时需要加入动物血清，后者利用植物细胞的全能性，用的是固体培养基，培养时需要加入植物激素。
解题技巧：实验方案的补充和完善
例2　食品保鲜剂——青鲜素能抑制植物细胞生长与分裂从而抑制发芽，被用于蔬菜的保鲜，但其残留会损害人体健康。科研人员以小兔为实验材料，用“动物细胞培养技术”对青鲜素毒害性进行了检测。
(1)请完善检测青鲜素毒性的实验：
主要实验步骤：
第一步：取大小相同的六只培养瓶编号为1～6，分别加入等量的相同培养液和小兔细胞。
第二步：向1号培养瓶中加入生理盐水，向2～6号培养瓶中分别加入______________________。
第三步：在相同且适宜条件下培养一段时间后，取样制成临时制片，用显微镜观察________________，___________________。
结果如下表：
培养瓶编号 1 2 3 4 5 6
添加剂中青鲜素浓度/(mg/L) 水 10 30 90 270 810
变异细胞比例 0 0 1/106 1/106 2/106 8/106
(2)分析表中数据可得出结论：______________________。
(3)该实验检测有毒物质毒性的指标是_______________________，所用培养液中需要加入的特殊营养成分是____________________。
【答案】(1)等量的不同浓度(10、30、90、270、810 mg/L)的青鲜素溶液　记录变异细胞的数目　统计变异细胞百分比
(2)低浓度的青鲜素毒性很小，浓度90 mg/L以上毒性增加明显
(3)变异细胞占全部培养细胞的百分数(或变异细胞比例)　动物血清(或血浆)
审题流程：
第一步　解读题干，提取有用信息
题干“青鲜素残留会损害人体健康　
科研人员以小兔为实验材料，用动物细胞培养技术对青鲜素毒害性进行检测”。提取有用的信息：①青鲜素残留会损害人体健康；②实验对象是小兔；③实验方法是动物细胞培养技术；④实验目的是检测青鲜素的毒害性。
第二步　结合实验分析方法，迁移应用
结合实验结果，分析实验的自变量是青鲜素的浓度，实验的因变量是变异细胞的比例。实验步骤的设计一般分为三步：第一步，取材、分组、编号。取材要具有统一性，如取相同的(或生理状态相同的)动物或植物；分组要具有随机性，如随机均分成若干组；编号要具有科学性，如编号为甲组、乙组、丙组等。比如本实验中取大小相同的六只培养瓶编号为1～6，分别加入等量的相同培养液和小兔细胞。
第二步，设置对照，即分组施加实验变量，实验组施加实验变量(即施加自变量)，对照组不施加实验变量(注意遵循等量原则)。比如本实验中向1号培养瓶中加入生理盐水，向2～6号培养瓶中分别加入等量的不同浓度的青鲜素溶液。第三步，在相同且适宜条件下培养(或饲养、或静置)一段时间，观察或记录(确定观察指标)。比如本实验中在相同且适宜条件下培养一段时间后，取样制成临时制片，用显微镜观察，记录变异细胞的数目，统计变异细胞百分比。
第三步　结合实验结果分析，得出实验结论
结合表中实验结果，得出实验结论：低浓度的青鲜素毒性很小，浓度90 mg/L以上毒性增加明显。该实验检测有毒物质毒性的指标是变异细胞占全部培养细胞的百分数，所用培养液中需要加入的特殊营养成分是动物血清。
实验步骤的设计小结：
1．取材、分组、编号。为排除无关变量对实验的干扰，取材要具有统一性，分组要具有随机性，编号要具有科学性。
2．设置对照即实验变量的施加。对照组和实验组施加变量时注意“等量”二字。
3．培养观察或记录。为排除无关变量对实验的干扰，对照组和实验组应在相同且适宜条件下培养，观察或记录时要确立观察或测量指标，观察指标或测量指标要具有可观测性。
小练·素养达成
1．进行动物细胞培养时，最好选用的培养材料是 (　　)
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】D
【解析】健康动物胚胎或幼龄动物个体的体细胞分裂能力强，而衰老退化的动物组织细胞、成熟动物个体的体细胞分裂能力差，一般不用作动物细胞培养的培养材料。
2．动物细胞培养过程的顺序是 (　　)
①原代培养　②传代培养　③用胰蛋白酶处理组织，形成分散的细胞悬液　④剪碎组织
A．④①②③　　　 B．①③②④
C．②①③④ D．④③①②
【答案】D
【解析】动物细胞培养的过程是：动物组织块→剪碎、用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理→分散成单个细胞→制成细胞悬液→原代培养→传代培养。
3．下列关于动物细胞培养的叙述中，不正确的是 (　　)
A．传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞
B．动物细胞培养时只需对培养液和培养用具进行灭菌即可
C．正常分裂的细胞在培养瓶中会出现接触抑制现象
D．动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱
【答案】B
【解析】由原代培养换瓶进行传代培养时，需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，A正确；动物细胞培养时，不仅要对培养液和培养用具进行灭菌，整个操作也需要在无菌环境中进行，培养液也要及时更换等，B错误；正常进行分裂的细胞会出现接触抑制现象，C正确；动物细胞培养的场所是CO2培养箱，培养箱内含有95%的空气加5%的CO2的混合气体，为动物细胞提供适宜的气体环境，D正确。
4．实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是 (　　)
【答案】D
【解析】离体动物细胞培养需要无菌、无毒的环境，A正确；动物细胞培养前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理皮肤组织使组细胞分散开，制成细胞悬液，B正确；丙表示原代培养，出现接触抑制现象，C正确；丁是传代培养过程，该过程仍会出现细胞贴壁和接触抑制现象，D错误。
5．下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是 (　　)
A．通常将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后的初次培养称为原代培养
B．在原代培养过程中，细胞在培养液中悬浮生长和增殖
C．接触抑制的细胞经分散后继续培养，细胞将继续分裂增殖
D．动物细胞培养时要求培养瓶或培养皿内表面光滑
【答案】B
【解析】通常将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后的初次培养称为原代培养，A正确；原代培养过程中，细胞在培养液中贴壁生长和增殖，B错误；接触抑制的细胞经分散后继续培养，细胞将继续分裂增殖，C正确；为利于细胞贴壁生长，动物细胞培养时要求培养瓶或培养皿内表面要光滑，D正确。