高中生物選擇性必修3：第2章 第2節(jié) 一 動物細(xì)胞培養(yǎng)

一動物細(xì)胞培養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.簡述動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程、條件,并構(gòu)建動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程圖。2.舉例說明動物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用。3.簡述干細(xì)胞的種類及其應(yīng)用價值。一、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件1.動物細(xì)胞培養(yǎng)是動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)。2.動物細(xì)胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關(guān)的組織,將它分散成單個細(xì)胞,然后在適宜的培養(yǎng)條件下,讓這些細(xì)胞生長和增殖的技術(shù)。3.動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件(1)營養(yǎng)合成培養(yǎng)基:將細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴(yán)格配制而成的培養(yǎng)基。①成分:在合成培養(yǎng)基中通常需要加入血清等一些天然成分。②狀態(tài):液體培養(yǎng)基,也稱為培養(yǎng)液。(2)無菌、無毒的環(huán)境①對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌處理以及在無菌環(huán)境下進(jìn)行操作。②定期更換培養(yǎng)液,以便清除代謝物,防止細(xì)胞代謝物積累對細(xì)胞自身造成危害。(3)溫度、pH和滲透壓①溫度:多以36.5±0.5

℃為宜。②pH:7.2~7.4。③滲透壓:適宜。(4)氣體環(huán)境

①O2是細(xì)胞代謝必需的,CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。②在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時,通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶,并將它們置于含有95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程1.過程取動物組織↓分散組織細(xì)胞:用機(jī)械的方法,或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理的方法,將組織分散成單個細(xì)胞↓制成細(xì)胞懸液↓轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液中進(jìn)行原代培養(yǎng)↓傳代培養(yǎng)2.體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞類型及影響因素

類

型影響因素能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖的細(xì)胞細(xì)胞密度、有害代謝物、培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)含量需貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖的細(xì)胞除上述因素外,還有接觸抑制3.相關(guān)概念(1)細(xì)胞貼壁:細(xì)胞懸液中分散的細(xì)胞貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上的現(xiàn)象。(2)接觸抑制:當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時,細(xì)胞停止分裂增殖的現(xiàn)象。(3)原代培養(yǎng):分瓶之前的細(xì)胞培養(yǎng),即動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。(4)傳代培養(yǎng):分瓶之后的細(xì)胞培養(yǎng)。在進(jìn)行傳代培養(yǎng)時,懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞直接用離心法收集;貼壁細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理,使之分散成單個細(xì)胞,然后再用離心法收集。之后,將收集的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液,分瓶培養(yǎng)。預(yù)習(xí)反饋1.判斷正誤。(1)制備肝細(xì)胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織,再用胃蛋白酶處理。(×)(2)培養(yǎng)保留接觸抑制的細(xì)胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細(xì)胞。(×)(3)動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是動物細(xì)胞的全能性。(×)2.下列關(guān)于動物細(xì)胞培養(yǎng)的敘述,不正確的是(

)A.傳代培養(yǎng)時需要用胰蛋白酶等處理貼壁生長的細(xì)胞B.大多數(shù)細(xì)胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖C.癌細(xì)胞在培養(yǎng)瓶中不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D.動物細(xì)胞培養(yǎng)一般需要使用CO2培養(yǎng)箱答案B解析由原代培養(yǎng)換瓶進(jìn)行傳代培養(yǎng)時,需要用胰蛋白酶等處理貼壁生長的細(xì)胞,A項正確;動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中,大多數(shù)細(xì)胞需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖,B項錯誤;癌細(xì)胞由于膜上糖蛋白減少,細(xì)胞黏著性降低,因而失去了接觸抑制,容易分散和轉(zhuǎn)移,C項正確;動物細(xì)胞培養(yǎng)的場所是CO2培養(yǎng)箱,培養(yǎng)箱內(nèi)含有95%的空氣和5%的CO2的混合氣體,為動物細(xì)胞提供適宜的環(huán)境,D項正確。三、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用1.原理及分布:在一定條件下,干細(xì)胞可以分化成其他類型的細(xì)胞。干細(xì)胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。2.分類及功能

預(yù)習(xí)反饋1.判斷正誤。(1)胚胎干細(xì)胞可以來源于早期胚胎,也可以來源于成熟個體。(×)(2)成體干細(xì)胞沒有組織特異性,可以分化成特定的細(xì)胞或組織,不具有發(fā)育成完整個體的能力。(×)(3)由iPS細(xì)胞產(chǎn)生的特定細(xì)胞,可以在新藥的測試中發(fā)揮重要作用。(√)2.現(xiàn)在有一個嬰兒在出生后醫(yī)院為他保留了臍帶血,在他以后生長發(fā)育過程中如果出現(xiàn)了某種難治療的疾病,就可以通過血液中的干細(xì)胞來為他治病,關(guān)于這個實例說法正確的是(

)A.用干細(xì)胞培育出人體需要的器官用來移植治病,需要激發(fā)細(xì)胞的所有全能性B.用臍帶血中的干細(xì)胞能夠治療這個孩子所有的疾病C.如果要移植用他的干細(xì)胞培育出的器官,需要用到細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)D.如果要移植用他的干細(xì)胞培育出的器官,應(yīng)該長期給他使用免疫抑制藥物答案C解析用干細(xì)胞培育出人體需要的組織、器官用來移植治療,只需誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成該組織、器官即可,不需激發(fā)其所有全能性;臍帶血中含有大量造血干細(xì)胞,將正常的造血干細(xì)胞移植到病人體內(nèi),對白血病及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病的治療具有療效;移植用他臍帶血中的干細(xì)胞培育出的器官屬自體移植,基本不會發(fā)生免疫排斥反應(yīng),不需長期給他使用免疫抑制藥物。探究點一探究點二動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件和過程情境導(dǎo)引動物細(xì)胞培養(yǎng)遵循的原理是什么?如何操作?依據(jù)下面動物細(xì)胞培養(yǎng)過程探究以下問題。探究點一探究點二探究點一探究點二1.以上過程依據(jù)的原理為

。

答案細(xì)胞增殖2.培養(yǎng)材料:一般取自

,因為這些組織或器官的生命力旺盛,分裂能力強(qiáng)。

答案幼齡動物的器官或組織3.將動物細(xì)胞分散成單個細(xì)胞培養(yǎng)的原因。(1)保證細(xì)胞所需要的

供應(yīng)。

(2)保證細(xì)胞內(nèi)有害

的及時排出。

答案(1)營養(yǎng)(2)代謝物探究點一探究點二4.動物細(xì)胞培養(yǎng)時,用胰蛋白酶把細(xì)胞分散成單個細(xì)胞,用胃蛋白酶行嗎?胰蛋白酶對細(xì)胞有傷害嗎?怎么解決這個問題?

。

答案不行,因為動物細(xì)胞培養(yǎng)適宜的pH為7.2~7.4,胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性。用胰蛋白酶處理細(xì)胞作用時間長了會損傷細(xì)胞膜蛋白。要控制好胰蛋白酶的作用時間探究點一探究點二歸納提升1.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程分析(1)培養(yǎng)流程探究點一探究點二(2)酶處理①用酶“兩次”處理的目的:第一次使用的目的是使組織細(xì)胞分散開;第二次使用的目的是使細(xì)胞從瓶壁上脫離下來,分散后繼續(xù)培養(yǎng)。②使細(xì)胞分散開的原因:一是能保證細(xì)胞所需要的營養(yǎng)供應(yīng);二是能保證細(xì)胞內(nèi)有害代謝物的及時排出。③不能用胃蛋白酶處理:由于大多數(shù)動物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2~7.4,而胃蛋白酶發(fā)揮作用的最適pH為2.0左右,因此不能用胃蛋白酶使細(xì)胞分散開。探究點一探究點二(3)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng):區(qū)分兩種“培養(yǎng)”的關(guān)鍵是看用胰蛋白酶處理的對象①第一次:用胰蛋白酶對剪碎的動物組織進(jìn)行處理,使其分散成單個細(xì)胞后進(jìn)行培養(yǎng),為原代培養(yǎng)。②第二次:細(xì)胞培養(yǎng)過程中出現(xiàn)接觸抑制,用胰蛋白酶使其從瓶壁上脫離下來,然后,將其分散到多個培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng),為傳代培養(yǎng)。探究點一探究點二2.動物細(xì)胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的比較

比較項目動物細(xì)胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)生物學(xué)原理細(xì)胞增殖細(xì)胞全能性培養(yǎng)基性質(zhì)液體固體培養(yǎng)結(jié)果子代細(xì)胞新的植株應(yīng)用人造皮膚的構(gòu)建、動物分泌蛋白的規(guī)模化生產(chǎn)等(1)快速繁殖(2)作物脫毒(3)培育作物新品種(4)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)培養(yǎng)條件無菌、適宜的溫度和pH等取材新鮮的組織植物器官、組織或細(xì)胞探究點一探究點二比較項目動物細(xì)胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)培養(yǎng)對象分散的單個細(xì)胞離體的植物器官、組織或細(xì)胞過程原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)脫分化、再分化細(xì)胞分裂、生長、分化特點(1)貼壁生長(2)接觸抑制(1)脫分化:形成愈傷組織(2)再分化:形成根、芽等探究點一探究點二3.培養(yǎng)條件的分析(1)添加血清的作用:血清中含有多種維持細(xì)胞正常代謝和生長的物質(zhì),如蛋白質(zhì)、氨基酸、未知的促生長因子等。細(xì)胞培養(yǎng)時,一般需添加10%~20%的血清。(2)氣體環(huán)境:CO2維持培養(yǎng)液的pH,O2維持細(xì)胞有氧呼吸。特別提醒

(1)培養(yǎng)動物細(xì)胞時沒有脫分化的過程,因為高度分化的動物細(xì)胞發(fā)育潛能變窄,失去了發(fā)育成完整個體的能力。(2)不是所有的細(xì)胞增殖過程中都存在接觸抑制。例如,癌細(xì)胞增殖時不存在接觸抑制,所以在培養(yǎng)瓶中可以形成多層細(xì)胞。探究點一探究點二典例剖析(多選)實驗小鼠皮膚細(xì)胞培養(yǎng)的基本過程如圖所示。下列敘述正確的是(

)A.甲過程需要在無菌條件下進(jìn)行,需要對小鼠進(jìn)行消毒B.乙過程可用胰蛋白酶等處理皮膚組織,使組織細(xì)胞分散開C.丙過程表示原代培養(yǎng),該過程會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象D.丁過程表示傳代培養(yǎng),該過程需要用酶處理探究點一探究點二答案ABCD解析離體動物細(xì)胞培養(yǎng)需要無菌、無毒的環(huán)境,需要對實驗小鼠進(jìn)行消毒處理,A項正確;乙過程可用胰蛋白酶等處理皮膚組織,使組織細(xì)胞分散開,B項正確;丙過程表示原代培養(yǎng),該過程會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象,C項正確;丁表示傳代培養(yǎng)過程,該過程需要使用胰蛋白酶使貼壁細(xì)胞從瓶壁上脫離下來,使之分散成單個細(xì)胞,便于后續(xù)培養(yǎng),D項正確。探究點一探究點二活學(xué)活練下列關(guān)于動物細(xì)胞培養(yǎng)的敘述,錯誤的是(

)A.體外培養(yǎng)癌細(xì)胞不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象B.原代培養(yǎng)可形成單層細(xì)胞C.動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是細(xì)胞增殖D.培養(yǎng)皿需置于95%O2和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)探究點一探究點二答案D解析癌細(xì)胞具有無限增殖的特點,由于其細(xì)胞膜上糖蛋白減少,細(xì)胞之間的黏著性降低,故體外培養(yǎng)癌細(xì)胞不會出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象,A項正確;大多數(shù)動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中細(xì)胞會貼壁生長,并伴隨接觸抑制現(xiàn)象,故原代培養(yǎng)可形成單層細(xì)胞,B項正確;動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是細(xì)胞增殖,即有絲分裂,C項正確;培養(yǎng)皿需置于含95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),D項錯誤。探究點一探究點二干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用情境導(dǎo)引下圖為iPS細(xì)胞的培養(yǎng)和利用過程示意圖,請據(jù)圖回答下列問題。探究點一探究點二1.由iPS細(xì)胞分化為各種組織細(xì)胞過程的實質(zhì)是什么?提示基因的選擇性表達(dá)。2.從病人體內(nèi)提取成纖維細(xì)胞,將其轉(zhuǎn)化成iPS細(xì)胞,經(jīng)誘導(dǎo)后產(chǎn)生所需細(xì)胞,將所需細(xì)胞植入病人體內(nèi),這種技術(shù)的優(yōu)點有哪些?提示iPS細(xì)胞誘導(dǎo)過程無須破壞胚胎,不會產(chǎn)生倫理問題,且因iPS細(xì)胞來自病人自身,將誘導(dǎo)產(chǎn)生的所需細(xì)胞移植回病人體內(nèi)后,理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)。3.iPS細(xì)胞是多能干細(xì)胞還是專能干細(xì)胞?在分裂過程中會發(fā)生哪些變異?提示多能干細(xì)胞。由于細(xì)胞增殖方式為有絲分裂,故能發(fā)生基因突變、染色體變異。探究點一探究點二歸納提升1.三種干細(xì)胞的比較比較項目胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源早期胚胎成體組織或器官中誘導(dǎo)高度分化的組織細(xì)胞形成特點具有分化成為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細(xì)胞,并進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織和器官甚至個體的潛能具有組織特異性,只能分化成特定的細(xì)胞或組織,不具有發(fā)育成完整個體的能力誘導(dǎo)過程無須破壞胚胎,不涉及倫理問題,且iPS細(xì)胞可以來源于病人自身的體細(xì)胞,將它移植回病人體內(nèi)后,理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)探究點一探究點二2.干細(xì)胞的應(yīng)用有著自我更新能力及分化潛能的干細(xì)胞,與組織、器官的發(fā)育、再生和修復(fù)等密切相關(guān),因而在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。例如,將正常的造血干細(xì)胞移植到病人體內(nèi),恢復(fù)病人的造血和免疫功能,已成為治療白血病及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病的一種重要手段;神經(jīng)干細(xì)胞在治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(如帕金森病、阿爾茨海默病等)方面有重要的應(yīng)用價值。探究點一探究點二典例剖析美國和日本的兩個研究小組分別宣布,其研究人員成功地將人體皮膚細(xì)胞改造成了幾乎可以和胚胎干細(xì)胞相媲美的多功能干細(xì)胞——“iPS細(xì)胞”,人類“iPS細(xì)胞”可以形成神經(jīng)元等人體多種組織細(xì)胞。以下有關(guān)“iPS細(xì)胞”的說法正確的是(

)A.“iPS細(xì)胞”分化為人體多種組織細(xì)胞的過程體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性B.“iPS細(xì)胞”既可分化形成神經(jīng)元,也可用于制造心肌細(xì)胞,說明“iPS細(xì)胞”在分裂時很容易發(fā)生突變C.“iPS細(xì)胞”有細(xì)胞周期,它分化形成的神經(jīng)細(xì)胞沒有細(xì)胞周期D.“iPS細(xì)胞”只能分化成人體多種組織細(xì)胞,是因為它具有人體部分細(xì)胞的遺傳物質(zhì)探究點一探究點二答案C解析細(xì)胞的全能性是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后,仍具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種