2017-2018年高中生物 第一單元 生物技術(shù)與生物工程 第二章 細(xì)胞工程 第1節(jié) 動物細(xì)胞培養(yǎng)學(xué)案 中圖版選修3

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1、 第二章　細(xì)胞工程 第一節(jié)　動物細(xì)胞培養(yǎng) 1．簡述動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本條件和過程。(重點) 2．說明細(xì)胞株與細(xì)胞系的特點和區(qū)別。(難點) 3．簡述動物細(xì)胞培養(yǎng)的意義。 動 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 的 概 念 與 基 本 條 件 1．動物細(xì)胞培養(yǎng)的概念 細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞工程中最基礎(chǔ)的技術(shù)，它是把機(jī)體的某一組織或器官取出，分散為單個細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)的基本條件 (1)嚴(yán)格的無毒無菌條件 離體培養(yǎng)的細(xì)胞已失去了對微生物和有毒物質(zhì)的防御能力。 (2)基本營養(yǎng)物質(zhì)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(xì)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(jìn)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(chǎn)物，防止對細(xì)胞自身造成傷害。 探討：動物細(xì)胞進(jìn)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(xì)胞的生長和增殖有促進(jìn)作用。 一般來說，動物細(xì)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(jī)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(guān)于動物細(xì)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(xì)菌污染，可以在培養(yǎng)液中添加抗生素 B．細(xì)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(yīng)該定期更換防止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害 【解析】　動物細(xì)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(xì)胞，對于研究器官的生理、病理過程及其機(jī)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(xì)胞，有利于肝臟細(xì)胞_______________________________________________ ________________________。 (2)圖中的培養(yǎng)液相當(dāng)于小鼠體內(nèi)肝臟細(xì)胞直接生活的________，其理化性質(zhì)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(yīng)式為：______________________

5、____________________________。 (4)在培養(yǎng)過程中要在無菌無毒的環(huán)境中進(jìn)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(xì)胞造成傷害。 (5)有機(jī)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(jī)物X是否具有解毒作用。 材料用具：肝臟小塊，外周血淋巴細(xì)胞，淋巴細(xì)胞培養(yǎng)液，植物凝集素(刺激淋巴細(xì)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(jī)物X溶液等。實驗過程： ①在淋巴細(xì)胞培養(yǎng)液中加入植物凝集素培養(yǎng)淋巴細(xì)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(jī)物X溶液 √ √ 步驟三：放置肝臟小塊 √ 上表中還需進(jìn)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(xì)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(xì)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(jī)物X具有解毒作用。 【解析】　(1)將肝臟組織分解成單個細(xì)胞用胰蛋白酶處理，有利于肝臟細(xì)胞充分接觸營養(yǎng)液，吸收氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)、排出CO2和代謝廢物。 (2)培養(yǎng)液是細(xì)胞生活的直接環(huán)境，相當(dāng)于內(nèi)環(huán)境，內(nèi)環(huán)境的理化性質(zhì)包括滲透壓、溫度、酸堿度三個

8、方面。 (3)動物細(xì)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(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸所必需的，有氧呼吸反應(yīng)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(xì)菌生長或者防止污染，定期更換培養(yǎng)液目的是清除肝細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對肝細(xì)胞造成傷害。 (5)由表中各步驟所加物質(zhì)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(xì)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(xì)胞出現(xiàn)異常，而甲組的淋巴細(xì)胞正常，則說明肝臟小塊對有機(jī)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(zhì)、排出CO2和代謝廢物 (2)組織液(或內(nèi)環(huán)境)　滲透壓、溫度、pH或者酸堿度 (3)小鼠肝細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸所必需 反應(yīng)式為：C6H12O6＋6O2＋6H2O12H2O＋6CO2＋能量 (4)為了抑制細(xì)菌生長或者防止污染　肝細(xì)胞的代謝產(chǎn)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(xì)胞出現(xiàn)異常，而甲組的淋巴細(xì)胞正常 　 動 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 的 過 程 與 意 義 1．細(xì)胞培養(yǎng)的過程 (1)過程圖解 (2)過程分析 ①原理：細(xì)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(xì)胞生長的特點：貼壁生長和接觸抑制。 ④培養(yǎng)結(jié)果：形成了細(xì)胞株或細(xì)胞系。 ⑤凍存及復(fù)蘇：保存細(xì)胞的措施主要是降低溫度。復(fù)蘇時，將凍存細(xì)胞迅速放入37_℃溫水中解凍。 2．細(xì)胞培養(yǎng)的意義 (1)生產(chǎn)生物制品。如酶、生長因子、疫苗、單克隆抗體等。 (2)進(jìn)行有毒物質(zhì)和藥物的檢測。 (3)應(yīng)用于臨床治療。如利用患者的皮膚細(xì)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(yīng)。 (4)應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)的研究。如細(xì)胞全能性的揭示等。 動物細(xì)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(xì)胞？ 提示：

11、分散后能與培養(yǎng)液充分接觸，更易進(jìn)行物質(zhì)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(xì)胞間質(zhì)中的膠原蛋白，從而使組織分散成單個細(xì)胞。 探討：所有細(xì)胞的生長都存在接觸抑制嗎？ 提示：癌細(xì)胞不具有接觸抑制的特點。 1．培養(yǎng)過程 (1)原理：細(xì)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(qiáng)。 (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)胞所需要的營養(yǎng)供應(yīng)。 ②保證細(xì)胞內(nèi)有害代謝產(chǎn)物的及時排出。 2．相關(guān)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(xì)胞分散成單個細(xì)胞后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。 b．細(xì)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(xì)胞增殖特點不同： a．原代培養(yǎng)：細(xì)胞分裂旺盛，一般表現(xiàn)為細(xì)胞貼壁生長和接觸抑制。 b．傳代培養(yǎng)：傳至10～50代時，細(xì)胞增殖緩慢，甚至完全停止，此時細(xì)胞普遍表現(xiàn)為衰老和凋亡特征，但也有少部分細(xì)胞會發(fā)生突變，會朝著等同于癌細(xì)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(xì)胞在液體培養(yǎng)基中懸浮生長一段時間之后，大部分細(xì)胞會貼附在培養(yǎng)瓶壁上生長。 ②接觸抑制：細(xì)胞進(jìn)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(guān)動物細(xì)胞培養(yǎng)的敘述中，不正確的是(　　) A．用于培養(yǎng)的細(xì)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(jìn)行處理使其分散成單個細(xì)胞 C．在培養(yǎng)瓶中要定期用胰蛋白酶處理使細(xì)胞從瓶壁上脫離，制成懸浮液 D．動物細(xì)胞培養(yǎng)只能傳50代左右，所培養(yǎng)的細(xì)胞會衰老死亡 【解析】　胚胎或幼齡動物的器官或組織細(xì)胞與成體細(xì)胞相比具有較強(qiáng)的分生能力，所以動物細(xì)胞培養(yǎng)時一般采用胚胎或幼齡動物的器官或組織細(xì)胞；將所取的組織先用胰蛋白酶進(jìn)行處理，因為胰蛋白酶可以分解組織細(xì)胞間質(zhì)中的膠原蛋白，從而使組織分散成單個細(xì)胞，有利于進(jìn)行培養(yǎng)；動物細(xì)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(xì)胞(細(xì)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(guān)動物細(xì)胞培養(yǎng)的問題。 (1)在動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到細(xì)胞表面________時，細(xì)胞會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的________。此時，瓶壁上形成的細(xì)胞層數(shù)是________。要使貼壁的細(xì)胞從瓶壁上分離下來，需要用酶處理，可用的酶是______________________。 (2)隨著細(xì)胞傳代次數(shù)的增多，絕大部分細(xì)胞分裂停止，進(jìn)而出現(xiàn)______________的現(xiàn)象；但極少數(shù)細(xì)胞可以連續(xù)增殖，其中有些細(xì)胞會因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變而變成____________

15、____細(xì)胞，這種細(xì)胞的黏著性________，細(xì)胞膜表面蛋白質(zhì)(糖蛋白)的量________。 (3)在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，通常在________條件下保存細(xì)胞。因為在這種條件下，細(xì)胞中________的活性降低，細(xì)胞________的速率降低。 (4)給患者移植經(jīng)細(xì)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(jī)體把移植的皮膚組織當(dāng)作___________________________________進(jìn)行攻擊。 【解析】　(1)動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中具有貼壁生長和接觸抑制的特點，若要進(jìn)行傳代培養(yǎng)應(yīng)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(xì)胞停止分裂，進(jìn)而衰老甚至死亡，極少數(shù)細(xì)胞遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，克服細(xì)胞壽命的自然極限，獲得不死性，這種細(xì)胞黏著性降低，細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)(糖蛋白)減少。 (3)低溫可以抑制酶的活性，從而降低細(xì)胞的新陳代謝速率。 (4)皮膚移植后發(fā)生排斥反應(yīng)，是因為機(jī)體把移植的皮膚組織當(dāng)作抗原進(jìn)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(xì)胞培養(yǎng)過程中，下列處理不恰當(dāng)?shù)氖?　　) 【導(dǎo)學(xué)號：99310021】 A．培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具要進(jìn)行無菌處理 B．提

17、供種類齊全的營養(yǎng)物質(zhì) C．提供純氧以保證細(xì)胞的呼吸作用 D．保證提供適宜的溫度和pH 【解析】　動物細(xì)胞培養(yǎng)需要無菌條件，因此培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具要進(jìn)行無菌處理，故A正確；動物細(xì)胞新陳代謝需要各類營養(yǎng)物質(zhì)，因此需要提供種類齊全的營養(yǎng)物質(zhì)，故B正確；動物細(xì)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(xì)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(xì)胞培養(yǎng)中下列敘述正確的是(　　) A．動物細(xì)胞培養(yǎng)的目的是獲得大量的細(xì)胞分泌蛋白 B．動物細(xì)胞培養(yǎng)前要用胰蛋白酶處理使細(xì)胞分散 C．細(xì)胞遺傳物質(zhì)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(xì)胞叫細(xì)胞株 【解析】　動物細(xì)胞培養(yǎng)的目的是獲得大量的細(xì)胞；細(xì)胞遺傳物質(zhì)的改變發(fā)生于傳代細(xì)胞的細(xì)胞系中；培養(yǎng)至50代后仍能繼續(xù)傳代的傳代細(xì)胞叫細(xì)胞系。 【答案】　B 3.右圖是動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本過程示意圖。請據(jù)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(jìn)行的處理是__________，然后用________酶處理，這是為了使細(xì)胞分散開來，這樣做的目的是_______________。 (3)培養(yǎng)首先在B瓶中進(jìn)行，瓶中的培養(yǎng)基成分有____________________等。

19、 (4)為了把B瓶中的細(xì)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(xì)胞增殖緩慢以至于完全停止，少數(shù)細(xì)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(xì)胞與培養(yǎng)液充分接觸 (3)促生長因子、糖、氨基酸、無機(jī)鹽和動物血清 (4)胰蛋白酶　細(xì)胞懸液 (5)形態(tài)、結(jié)構(gòu)(或遺傳物質(zhì)) 4．某研究小組進(jìn)行藥物試驗時，以動物肝細(xì)胞為材料，測定藥物對體外培養(yǎng)細(xì)胞的毒性。供培養(yǎng)的細(xì)胞有甲、乙兩種，甲細(xì)胞為肝腫瘤細(xì)胞，乙細(xì)胞為正常肝細(xì)胞。請回答下列有關(guān)動物細(xì)胞培

20、養(yǎng)的問題： (1)將數(shù)量相等的甲細(xì)胞和乙細(xì)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(xì)胞數(shù)量比乙細(xì)胞數(shù)量________。 (2)在動物細(xì)胞培養(yǎng)時，為了補(bǔ)充合成培養(yǎng)基中缺乏的物質(zhì)，通常在合成培養(yǎng)基中加入適量的____________。細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)在含5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行，CO2的作用是_______________________________________________________。 (3)在兩種細(xì)胞生長過程中，當(dāng)乙細(xì)胞鋪滿瓶壁時，其生長________________。藥物試驗需要大量細(xì)胞，兩種細(xì)胞頻繁傳代，甲細(xì)胞比乙細(xì)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(xì)胞懸液，需用________消化處理。 (4)已知癌細(xì)胞X基因過量表達(dá)與肝腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，要試驗一種抗腫瘤藥物Y對甲細(xì)胞生長的影響，可將甲細(xì)胞分為A、B兩組，A組細(xì)胞培養(yǎng)液中加入____________，B組細(xì)胞培養(yǎng)液中加入無菌生理鹽水，經(jīng)培養(yǎng)后，從A、B兩組收集等量細(xì)胞，通過分別檢測X基因在A、B兩組細(xì)胞中的________或________合成水平的差異，確定Y的藥效。 【解析】　(1)因為甲細(xì)胞是癌細(xì)胞，沒有接觸抑制現(xiàn)象，所以一段時間后，觀察到甲細(xì)胞數(shù)量比乙細(xì)胞數(shù)量多； (2)在動物細(xì)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(xì)胞所需要的有些物質(zhì)還不清楚；細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)在含5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行，CO2的作用是維持培養(yǎng)液pH； (3)乙細(xì)胞鋪滿瓶壁時，其生長停止，因發(fā)生了接觸抑制；甲細(xì)胞比乙細(xì)胞可以傳代的次數(shù)更多；肝臟組織塊制備肝細(xì)胞懸液用胰蛋白酶消化處理，使細(xì)胞分散開，以利于培養(yǎng)； (4)A組細(xì)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(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA或表達(dá)產(chǎn)物相應(yīng)的蛋白質(zhì)合成水平的差異，進(jìn)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(zhì) 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.在進(jìn)行體外培養(yǎng)時，必須模擬細(xì)胞在體內(nèi)生存的良好環(huán)境和物質(zhì)代謝過程，為其提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、適宜的酸堿度、滲透壓、溫度、二氧化碳以及嚴(yán)格的無菌條件。 2.細(xì)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(xì)胞生長特點是貼壁生長和接觸抑制。 4.應(yīng)用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可生產(chǎn)生物制品，進(jìn)行有毒物質(zhì)和藥物檢測、人工皮膚的移植等。 8