高中生物选择性必修三 第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养 讲义

第2节　动物细胞工程

第1课时　动物细胞培养

一、概念

动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。

二、动物细胞培养的条件

1．无菌、无毒的环境

2．营养

3．温度和pH

4．气体环境

三、动物细胞培养的过程

1．悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖。密度过大时，由于有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏，细胞分裂受阻。

2．细胞贴壁：多数细胞贴附在瓶壁上生长。

3．接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂生长的现象称为细胞的接触抑制。

4．原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。

5．传代培养：分瓶后的细胞培养。传代培养时，悬浮生长的细胞直接用离心法收集；贴壁生长的细胞要先用胰蛋白酶等处理，再用离心法收集。

四、干细胞的培养及其应用

1．干细胞功能：在一定条件下，可以分化成其他类型的细胞。

2．干细胞的存在：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。

3．干细胞的种类

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为6.8～7.0。 (×)

提示：多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为7.2～7.4。

2．动物细胞培养要定期更换培养液，其目的是便于清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成伤害。                (√)

3．动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。 (×)

提示：动物细胞培养技术的原理是细胞增殖。

4．制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。 (×)

提示：应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。

5．培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养。 (×)

提示：原代培养指动物组织经处理后的初次培养。

6．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。 (×)

提示：由于接触抑制所以培养瓶壁上形成的应该是单层细胞。

　动物细胞培养

1．过程解读

(1)原理：细胞增殖。

(2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。

(3)酶处理

①用酶两次处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。

②使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢产物的及时排出。

③不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。

2．相关概念的辨析

(1)细胞贴壁和接触抑制

①细胞贴壁：将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜环境中培养，悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。

②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，这种现象称为细胞的接触抑制。

(2)原代培养和传代培养：区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。

①第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。

②第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。

3．培养条件的分析

(1)添加血清、血浆的作用：血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。

(2)气体环境：CO2调节培养液pH，O2维持细胞有氧呼吸。

合作探究：(1)动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接受信息后，细胞停止分裂又说明了什么？

提示：细胞培养过程中的接触抑制说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接受信息后，细胞停止分裂，说明了细胞膜接受的信息能够传递到细胞核 。

(2)为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？

提示：动物细胞膜上有糖蛋白使细胞具有黏着性。

(3)根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。

提示：癌细胞细胞膜上糖蛋白减少，细胞的黏着性降低，在适宜的条件下可以无限增殖，因此培养的癌细胞无接触抑制现象，在培养瓶中能够生长成多层。

1．下列关于动物细胞培养的叙述中，正确的是(　　)

A．动物细胞培养的目的就是获得分泌蛋白

B．动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散开

C．动物细胞培养通常不会出现接触抑制现象

D．可以通过细胞培养技术获得完整的动物个体

B　[动物细胞培养的目的有时是为了获得分泌蛋白，有时是为了获得更多的细胞；通常培养前要将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使其分散开；分散的细胞在培养瓶中很快就贴附在瓶壁上生长，当生长到细胞间表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，即出现接触抑制现象；通过细胞培养技术只能获得大量的细胞或细胞产物，而不能获得完整的动物个体。]

2．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(　　)

A．甲过程需要在无菌条件下进行

B．乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织

C．丙过程是原代培养出现接触抑制现象

D．丁过程是传代培养细胞，不出现接触抑制现象

D　[取小鼠的皮肤组织应在无菌条件下进行；乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织，获得单细胞悬液；原代培养会出现接触抑制现象；传代培养细胞也会出现接触抑制现象。]

　植物组织培养与动物细胞培养的比较

合作探究：1.动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？

提示：动物细胞培养是为了获得大量的动物细胞或细胞产物；植物组织培养是为了获得新个体或细胞产物。

2．动物细胞培养和植物组织培养过程中细胞分裂的方式相同吗？

提示：相同，都是有丝分裂。

下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别的是(　　)

A．动物细胞培养基与植物细胞培养基的成分有所不同

B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行

C．动物细胞培养可发生遗传物质改变，而植物组织培养不能

D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性

A　[动物细胞培养所用的培养基与植物组织培养所用的培养基的成分不同，如培养动物细胞的培养基需加入血清，而植物组织培养所用的培养基则不需加入血清；动物细胞培养与植物组织培养都需要在无菌、人工控制的条件下进行；动物细胞培养与植物组织培养过程中都可发生遗传物质的改变；植物组织培养最终能够形成完整的植物体，能体现植物细胞的全能性，动物细胞最终不能被培养成新的动物，不能体现动物细胞的全能性。]

　干细胞的种类及功能

合作探究：(1)诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？

提示：诱导多能干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。

(2)诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？

提示：通过干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。

1．(不定项)人脐带间充质干细胞在特定诱导条件下，可分化为脂肪、肝、神经等多种组织细胞。下图表示培养人脐带间充质干细胞的大致过程。下列有关叙述正确的是(　　)

A．人脐带间充质干细胞属于一种iPS细胞

B．通过离心除去上清液可以除去胰蛋白酶

C．过程①通常用胰蛋白酶处理

D．出现接触抑制前，培养瓶中的细胞数量有可能呈“J”形增长

BCD　[iPS细胞是经人工诱导产生的，脐带间充质干细胞不是诱导多能干细胞。]

2．关于ES细胞和iPS细胞及其应用的说法，正确的是(　　)

A．ES细胞存在于早期胚胎中，能分化成各种功能细胞，不能形成生物个体

B．ES细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织

C．iPS细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织

D．iPS细胞是人工诱导产生的，也可诱导分化成为各种组织细胞

D　[ES细胞存在于早期胚胎中，能分化成各种功能细胞，进一步形成组织、器官甚至生物个体。成体干细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织。]

[课堂小结]

1．下列哪项条件不是动物细胞培养所需要的(　　)

A．无菌、无毒的环境

B．充足的营养物质

C．适宜的温度和pH

D．95%的空气和5%的氧气

D　[二氧化碳培养箱的气体条件是95%的空气和5%的二氧化碳。]

2．动物细胞培养过程的顺序是(　　)

①原代培养  　②传代培养  　③胰蛋白酶处理组织，形成单个细胞，制成细胞悬液

A．①②③　　　　　　 B．①③②

C．②①③ D．③①②

D　[动物细胞培养是用动物胚胎或幼龄动物器官通过胰蛋白酶处理制成细胞悬液，再通过原代培养和传代培养得到细胞株。]

3．动植物体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是(　　)

A．都需用CO2培养箱

B．都需用液体培养基

C．都要在无菌条件下进行

D．都可体现细胞的全能性

C　[植物组织培养不需要用CO2培养箱，是用的固体培养基。动物细胞培养是为了获得更多的动物细胞，不能体现细胞的全能性。]

4．关于iPS细胞及应用的说法，正确的是(　　)

A．iPS细胞是从早期胚胎中获取的

B．造血干细胞是一种iPS细胞

C．采用不同的方法可将成纤维细胞诱导产生iPS细胞

D．iPS细胞诱导基因突变可分化成各种组织细胞

C　[iPS细胞是体细胞体外诱导产生的干细胞，诱导iPS细胞产生的方法有多种。iPS细胞分化成各种组织细胞是基因选择性表达的过程。]

5．某研究小组进行药物实验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题。

(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量________。

(2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是_________________。细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是____________。

(3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长________。药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更________。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要用________________处理。

(4)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____________。

[解析]　癌细胞具有无限增殖的特点，故相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。动物细胞培养需提供无菌环境，如向培养液中加入适量的抗生素可防止细菌的污染；需提供一定的营养，如向培养基中加入适量血清，以便补充合成培养基中缺乏的物质；需提供一定的气体环境，如向恒温培养箱中加入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。

[答案]　(1)多　(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质　维持培养液的pH　(3)停止　多　胰蛋白酶　(4)抗生素