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第一节　细胞培养是动物细胞工程的基础
素养测练
对点达标练
题组一　动物细胞培养的条件
1.下列有关动物细胞培养过程的叙述,错误的是(　D　)
A.动物细胞培养是在人工环境下细胞生长和增殖的过程
B.大多数情况下,哺乳动物细胞体外培养多以37 ℃为宜
C.动物细胞体外培养时,通常还要在细胞培养液中添加一定量的抗生素
D.动物细胞培养液中的营养物质浓度越大越好
解析: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;大多数情况下,哺乳动物细胞体外培养时温度在37 ℃左右;通常要在细胞培养液中添加一定量的抗生素,防止培养过程的污染;动物细胞培养液中的营养物质浓度不是越大越好。
2.(丽水月考)下列有关动物细胞培养条件的叙述,正确的是(　B　)
A.培养液中通常需添加一定量的生长素
B.培养液中通常需加入血清等天然成分
C.培养液需密封后放入含5% CO2的培养箱中培养
D.多数细胞适宜生存的pH为6.2～6.4
解析:动物细胞培养液中通常需添加一定量的抗生素,预防杂菌污染,不需要添加生长素;培养液中通常需加入血清等天然成分;动物培养采用开放式培养,不能密封,通常采用培养皿或松盖培养瓶,将其置于含95%空气加5% CO2的混合气体的培养箱中进行培养;多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。
题组二　动物细胞培养的过程
3.(台州十校高二期中)用于动物细胞培养的组织和细胞,大多来自胚胎或出生不久的幼龄动物,其主要原因是这样的组织细胞(　B　)
A.容易产生各种变异
B.具有更强的分裂能力
C.取材十分方便
D.可进行基因的选择性表达
解析:动物细胞培养利用细胞增殖的原理,高度分化的动物细胞不能分裂,所以动物细胞培养必须选不断分裂的细胞进行培养,而胚胎或幼龄动物的器官或组织分裂能力旺盛,因此动物细胞培养时,所用组织和细胞大都来自胚胎或出生不久的幼龄动物。
4.(9+1高中联盟高二期中)长江流域水利枢纽影响了中华鲟的生殖洄游,使其自然繁殖率持续下降。为了保存中华鲟的种质资源,建立了中华鲟精巢细胞系,其过程如图所示。下列叙述正确的是(　A　)
A.乙过程需用胰蛋白酶处理,制成细胞悬液
B.丙过程属于原代培养,需加入动物血清、蔗糖等成分
C.丁过程中,贴壁生长的精巢细胞可直接用离心法收集
D.丙、丁均在5% CO2和95% O2混合气体的二氧化碳培养箱中进行
解析:制成细胞悬液需要用胰蛋白酶处理精巢组织;动物细胞培养液中不需要加入蔗糖;贴壁生长的精巢细胞需要先用胰蛋白酶处理再用离心法收集;动物细胞培养的气体条件是95% 空气+5% CO2。
5.某兴趣小组在进行人体皮肤细胞原代培养过程中,将培养瓶瓶口密封后置于二氧化碳培养箱中培养。下列叙述正确的是(　C　)
A.瓶口密封可有效防止污染
B.瓶口密封可有效防止接触抑制
C.瓶口密封会导致培养基呈弱酸性
D.瓶口密封会导致培养的原代细胞生长过快
解析:为防止细菌污染,可往培养液中加入一定的抗生素,瓶口密封不能防止污染;瓶口密封不会防止细胞接触抑制;培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧,皮肤细胞无氧呼吸产生乳酸,使培养基呈弱酸性,使细胞生存环境恶劣且能量供应不足等,可能使细胞生长缓慢。
6.下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是(　C　)
A.动物细胞只能贴壁生长,不能进行悬浮培养
B.细胞进行一次传代培养所需时间等于一个细胞周期的时间
C.有限细胞系和部分无限细胞系在培养过程中都会出现接触抑制现象
D.动物细胞培养过程中,可以使用稀释涂布平板法或显微镜计数法对细胞进行计数
解析:动物细胞可以贴壁生长,也能进行悬浮培养;传代培养的实质就是分离后再次培养,进行一次分离再培养称之为传一代,因此细胞进行一次传代培养所需时间应该大于一个细胞周期的时间;无限细胞系中的良性无限细胞系在培养过程中也会出现接触抑制现象;动物细胞培养不能用稀释涂布平板法对细胞进行计数。
7.下列有关细胞系的说法不正确的是(　B　)
A.二倍体细胞通常为有限细胞系
B.连续细胞系就是恶性细胞系
C.能连续培养下去的细胞系称为连续细胞系
D.从细胞系中获得的具有特殊性质的细胞称为细胞株
解析:细胞系分为连续细胞系(能连续培养下去的细胞系)和有限细胞系,二倍体细胞分裂次数有限,通常为有限细胞系;连续细胞系分为恶性细胞系和良性无限细胞系,后者保留接触抑制,不致癌;细胞株是具有特殊性质的细胞系,一般具有恒定的染色体组型、病毒敏感性或抗性及其他生化特性。
8.细胞株是从原代培养物或细胞系中获得的细胞,下列关于细胞株的叙述错误的是(　C　)
A.可分为连续细胞株和有限细胞株
B.细胞株就是有特殊性质的细胞系
C.细胞株一般没有恒定的染色体组型,遗传物质发生了改变
D.细胞株一般具有病毒敏感性
解析:可以连续多次传代的细胞株称为连续细胞株,可传代次数有限的细胞株称为有限细胞株;从原代培养物或细胞系中选择或纯化可以获得细胞株,细胞株是具有特殊性质的细胞系;细胞株一般具有恒定的染色体组型,其遗传物质没有发生改变;细胞株一般具有病毒敏感性或抗性等。
题组三　比较动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养
9.植物组织培养和动物细胞培养分别是植物细胞工程和动物细胞工程的基础。下列有关叙述正确的是(　D　)
A.植物组织培养和动物细胞培养的原理都是细胞的全能性
B.植物组织培养和动物细胞培养的培养基成分相同
C.动物细胞培养过程中可发生遗传物质的改变,而植物组织培养不能
D.植物组织培养和动物细胞培养都可用于细胞产物的生产
解析:动物细胞培养并没有获得动物个体,原理是细胞的增殖;动物细胞培养必须利用动物血清,植物组织培养则需要添加植物激素等,植物组织培养和动物细胞培养的培养基成分上有明显差异;动物细胞培养和植物组织培养过程中都可以发生遗传物质的改变;植物组织培养的结果是完整植株或细胞产物,动物细胞培养的结果是大量细胞或细胞产物。
10.培养不同类型的细胞需要不同的培养基,下列叙述错误的是(　D　)
A.细菌培养基通常加入氯化钠以维持一定的渗透压
B.MS培养基可以先配制成高浓度的母液,用时再稀释
C.动物细胞培养基中通常加入血清、激素等以提高细胞克隆形成率
D.各种培养基在使用前都需要经过高压蒸汽灭菌处理
解析:有些培养基(不耐高温的)可进行过滤除菌处理,以避免破坏培养基中的营养物质。
综合提升练
11.“细胞培养肉”技术是一种新型动物蛋白生产技术,其主要过程如图所示,下列叙述正确的是(　A　)
A.过程①需用胰蛋白酶进行处理
B.在生物反应器中培养的细胞丧失了贴壁生长的特性
C.过程②获得的肌肉组织可继续培养发育形成动物个体
D.生物反应器中加入血清是为了提供抗体以防止杂菌污染
解析:过程①需用胰蛋白酶进行处理,目的是将动物的组织分散成单个细胞,获得单细胞悬液;在生物反应器中培养的细胞依然具有贴壁生长的特性,只不过进行了人为避免,如添加细胞支架等;过程②获得的肌肉组织在继续培养的条件下不能发育形成动物个体,因为此时的细胞不能分裂分化成各种组织细胞;生物反应器中加入血清是为了提供动物细胞培养中人们未完全了解的所需要的物质。
12.源于非洲绿猴肾细胞的Vero细胞系是一种连续细胞系。Vero细胞不表达干扰素,但干扰素受体功能正常。因此,Vero细胞对很多病毒敏感,是生产病毒疫苗的理想材料。下列叙述错误的是(　C　)
A.Vero细胞的培养需要使用二氧化碳培养箱
B.Vero细胞可多次分裂,具有不死性
C.Vero细胞用于培养病毒时,培养液中应添加适量干扰素
D.Vero细胞可用于测定药物对病毒复制速度的影响
解析:动物细胞培养的过程中需要控制培养箱中的气体条件为95% 空气+5% CO2,其中CO2起到维持培养液的pH的作用;Vero细胞系是一种连续细胞系,可多次分裂,具有不死性;向Vero细胞培养液中加入适量抗生素可防止杂菌污染,而干扰素抗病毒;病毒必须寄生在活细胞内,因此Vero细胞可作为病毒大量繁殖的“培养基”,可用于测定药物对病毒复制速度的影响。
13.为检测某药物X的抗癌活性,在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞,使其贴壁生长,实验组加入溶于二甲基亚砜的药物X,培养72小时后进行计数,比较实验组和对照组每个孔中细胞数目。下列有关叙述错误的是(　B　)
A.细胞培养液中通常需要加入血清等天然成分
B.对照组中应加入等体积的无菌水,其他条件一致
C.可用胰蛋白酶处理使贴壁的肝癌细胞脱落下来并进行计数
D.若实验组细胞数远低于对照组,可初步判断此药物的抗癌效果较好
解析:培养动物细胞时,细胞培养液中通常需要加入血清;实验组加入溶于二甲基亚砜(溶剂)的药物X,故对照组中应加入等体积的二甲基亚砜(溶剂);对于已经贴壁生长的动物细胞,可用胰蛋白酶处理,使肝癌细胞脱落下来并进行计数;分析实验结果可知,若添加药物X的实验组肝癌细胞数目远低于对照组,可以初步判断药物X的抗癌效果较好。
14.如图所示为动物细胞培养过程中,动物细胞增殖情况的变化曲线(图中B、D两点表示经筛选后继续培养)。据图回答问题。
(1)动物细胞培养要选用合适的培养基,根据培养基营养物质的来源不同,可将培养基分为
　　　　培养基和合成培养基;在合成培养基中必须加入一定量的　　　　等天然成分,才能满足动物细胞培养的需要。
(2)动物细胞培养过程中要通入适量的空气和CO2,其中空气的作用是　 。
(3)图中　　 　段培养所得的细胞与供体组织细胞生物学特征基本一致,称为　　　 　培养。
(4)BC段的培养称为　　　　培养;动物细胞培养和植物组织培养过程中,动植物细胞都要进行增殖或分裂,不同的是植物细胞还要进行　　　　　　　　　　。
解析:(1)根据培养基的来源不同,可将培养基分为天然培养基和合成培养基,天然培养基主要来自动物体液或动物组织分离提取液。为了尽可能模拟体内环境,在合成培养基中必须加入一定量的血清等天然成分,才能满足动物细胞培养的需要。
(2)动物细胞培养过程中要通入适量的空气和CO2,其中空气的作用是保证细胞呼吸对氧气的需要,CO2可以调节培养液pH的相对稳定。
(3)人们通常将细胞或组织离开有机体后的首次培养称为原代培养,分瓶后的培养称为传代培养。题图中OA段培养所得的细胞与供体组织细胞生物学特征基本一致,称为原代
培养。
(4)BC段的培养称为传代培养;动物细胞培养和植物组织培养过程中,动植物细胞都要进行增殖或分裂,不同的是植物细胞还要进行脱分化和再分化。
答案:(1)天然　血清
(2)保证细胞呼吸对氧气的需要
(3)OA　原代
(4)传代　脱分化和再分化
15.(嘉兴月考)肿瘤细胞培养是研究抗癌药检测的重要手段,研究人员从某植物的叶中提取一种物质——Nispex,并对其抗肿瘤效果进行了研究。
(1)培养肿瘤细胞时,需在配制的合成培养基中添加　　　　等天然成分。培养一般需在含95%空气和5% CO2的气体环境中进行,其中CO2的作用是　　　　　　　　　　。
(2)培养普通动物细胞过程中,常出现细胞贴壁现象,而肿瘤细胞培养时表现出贴壁能力下降,原因是 　。
(3)科研人员通过细胞培养的方法来探究了 Nispex 是否具有抗肿瘤的作用。首先在两组相同的培养瓶中装入等量的肿瘤细胞悬浮液,实验组应加入　　　　　　　　　,对照组要加入等量的生理盐水。两组悬浮液均在适宜条件下培养,一段时间后观察肿瘤细胞的生长速度和细胞凋亡率。若实验结果为　 　,则说明Nispex具有抗肿瘤的作用。
解析:(1)由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚,培养肿瘤细胞时,需在配制的合成培养基中添加(动物)血清等天然成分。培养时一般需在含95%空气和5% CO2的气体环境中进行,其中CO2的作用是维持培养液的pH。
(2)糖蛋白能增加细胞之间的黏着性,肿瘤细胞培养时表现出贴壁能力下降,原因是细胞膜上的糖蛋白较少,细胞之间的黏着性较低。
(3)探究Nispex是否具有抗肿瘤的作用,自变量是是否添加Nispex,所以实验组应加入一定量的Nispex,对照组要加入等量的生理盐水。因变量是肿瘤细胞的生长速度和细胞凋亡率,若实验组中肿瘤细胞的生长速度比对照组中的慢,凋亡率高,则说明Nispex具有抗肿瘤的作用。
答案:(1)(动物)血清　维持培养液的pH
(2)细胞膜上的糖蛋白较少,细胞之间的黏着性较低
(3)一定量的Nispex　实验组中肿瘤细胞的生长速度比对照组中的慢,凋亡率高(共30张PPT)
第一节　细胞培养是动物
细胞工程的基础
第三章　动物细胞工程
[学习目标]
1.说明动物体细胞可在体外适宜条件下进行培养。
2.阐明动物细胞培养包括原代培养和传代培养。
知识梳理
一、动物体细胞可在体外适宜条件下进行培养
1.动物细胞培养
(1)定义:指从动物体获得相关组织,分散成 个细胞后,在适宜环境下让细胞 和 的过程。
(2)培养条件。
①充足的营养物质——水、无机盐、氨基酸、 、糖类、
等。
②适宜的温度: ℃;大多数细胞适宜的pH: ;适宜的湿度。
单
生长
增殖
维生素
生长因子
37±0.5
7.2～7.4
95%
5%
抗生素
细胞代谢
2.动物细胞培养基
(1)天然培养基:主要来自动物 或动物 液,如血清、淋巴液、鸡胚浸出液等。
(2)合成培养基:根据细胞生存所需物质的 和含量,用人工方法模拟合成的,便于对各种成分进行 和 。
(3)实际工作中往往将天然培养基与合成培养基结合使用,如在合成培养基中添加一定比例的 或其他天然成分。
体液
组织分离提取
种类
人工控制
标准化
血清
【易错判断】
(1)二氧化碳培养箱内CO2浓度保持在5%和加入一些缓冲物质是动物细胞培养时维持培养液pH稳定的方法。(　 　)
(2)培养基中加入抗生素是动物细胞培养时达到无菌的唯一方法。(　 　)
√
×
提示:培养材料、培养基、培养环境、操作过程严格控制无菌,培养基加入抗生素,定期更换培养液等都是动物细胞培养时达到无菌和无毒条件的方法。
(3)动物细胞培养的原理是细胞的全能性。(　 　)
×
提示:动物细胞培养的原理是细胞增殖。
(4)动物细胞培养所需的营养物质与植物细胞培养相同。(　 　)
×
提示:动物细胞培养所需的特有的营养物质有血清等,植物细胞培养所需的特有的营养物质有蔗糖、植物激素 等。
(5)动物细胞培养需无菌、无毒的环境,充足的营养,适宜的温度和pH等条件。
(　 　)
√
二、动物细胞培养包括原代培养和传代培养
1.培养过程和细胞生长特点
(1)培养过程。
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
原代培养
二氧化碳
传代培养
(2)细胞生长特点:①贴壁生长;②接触抑制。
2.原代培养和传代培养
(1)原代培养:细胞或组织离开有机体后的 。
(2)传代培养。
①需要传代培养的原因:随着时间的延长,体外培养的细胞数量不断增加。当增长到一定程度后,由于发生 或 的限制及营养物质的消耗枯竭,生长会 ,甚至停止并死亡。
首次培养
接触抑制
培养空间
逐渐减慢
②操作:将原培养瓶内的细胞分离并稀释后转到 中,在新的培养基中进行传代培养。
③要求:一般来说,原代培养的贴壁细胞达到生长基质的 表面面积后可进行传代培养。传代过晚,可影响下一代细胞的 。贴壁生长的细胞需经 消化制成细胞悬液后才能传代。
多个培养瓶
80%
机能状态
酶
3.细胞系
(1)概念:原代培养物经 传代成功后即成细胞系。
(2)连续细胞系( ):能连续培养下去的细胞系。被认为是发生转化了的细胞系(遗传物质发生改变),有的连续细胞系是 ,有的连续细胞系虽已获得了不死性,但保留接触抑制现象,不致癌,是
。
(3)有限细胞系:不能连续培养下去的细胞系。二倍体细胞通常为
,如人的成纤维细胞可传 代,相当于150～300个细胞周期。
首次
无限细胞系
恶性细胞系
良性无限细
胞系
有限细
胞系
30～50
4.细胞株
(1)概念:通过一定的 或 方法,从原代培养物或细胞系中获得的具有 的细胞。
(2)特点:一般具有恒定的 、 或抗性及其他生化特性。
(3)类型:可以连续多次传代的细胞株称为 ,可传代次数有限的细胞株称为 。
(4)与细胞系的关系:细胞系是泛指 的细胞,细胞株是具有
的细胞系。
选择
纯化
特殊性质
染色体组型
病毒敏感性
连续细胞株
有限细胞株
可传代
特殊性质
5.细胞克隆(克隆培养)
(1)概念:把 从群体中分离出来单独培养,使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。
(2)细胞克隆的最基本要求:必须保证分离出来的细胞是一个而不是多个,即必须肯定所建成的克隆来源于 。
一个单细胞
单个细胞
6.动物细胞培养的应用和意义
(1)应用:培养正常或病变的细胞,可用于 、病理、药理等方面的研究。如细胞全能性的揭示、细胞周期调节控制的分析、癌变机理和衰老原因、抗癌药物的筛选、有毒物质的检测等研究,都与细胞培养技术密不可分。
(2)意义:①皮肤细胞的培养用于烧伤患者的皮肤移植,其他器官的细胞培养用于相关损伤组织器官的修复等。②借助某些细胞的大规模培养获得
,如获得动物疫苗、干扰素、单克隆抗体等有重要价值的生物制品。
生理
细胞代谢产物
【易错判断】
(1)若培养的是血细胞,则原代培养细胞需要用胰蛋白酶处理后再传代。
(　 　)
×
提示:血细胞没有贴壁生长的特性,不需要用胰蛋白酶处理。
(2)只有原代培养→传代培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,传代培养时,不需要。(　 　)
×
提示:动物细胞体外培养过程中往往有贴壁生长和接触抑制现象,每一次传代培养均需加入胰蛋白酶或胶原蛋白酶分散成单个细胞。
(3)动物细胞传代培养的过程中,大部分细胞的遗传物质会发生改变。(　　)
×
提示:随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,但极少数细胞克服细胞寿命的自然极限,获得不死性,与正常细胞相比,其遗传物质已发生改变。
(4)细胞株是细胞系经过进一步的克隆培养得到的,要获得具有病毒敏感性的细胞群体即细胞株需进行克隆培养。(　 　)
√
任务突破
任务　理解植物组织培养与动物细胞培养的异同
阅读教材相关内容,列表比较植物组织培养与动物细胞培养。
项目 植物组织培养 动物细胞培养
理论基础 植物细胞 细胞
培养基 类型 固体或半固体培养基 培养基
成分 水、无机盐、糖类、维生素、氨基酸、琼脂、 等 水、无机盐、糖类、维生素、氨基酸、生长因子、 等
全能性
增殖
液体
植物激素
动物血清
取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
过程 外植体 　　　↓脱分化 　　　↓再分化 芽、根或胚状体 　生长↓发育　 　 植物体 　 动物的组织
剪碎↓酶消化
细胞悬液
　　 ↓
培养
　　　↓
细胞悬液
　　　↓
培养
愈伤组织
原代
传代
结果 生成新的植株或细胞增殖并产生细胞代谢产物 产生新的细胞
相同点 (1)两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂,都不涉及减数分裂; (2)均需要无菌操作、无菌培养,需要适宜的温度、pH等条件
[素养提升]
动物细胞培养易错点总结
材料的选 择和处理 问题 (1)培养的动物细胞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)解离细胞的目的是使细胞与培养液充分接触:①保证细胞所需氧气和营养的供应;②保证细胞内代谢产物及时排出。
(3)胰蛋白酶处理的时间:不能太长,因为时间过长胰蛋白酶会催化分解细胞膜蛋白,对细胞有损伤。
(4)不能用胃蛋白酶处理,主要是因为pH不合适
培养基 认识 (1)成分和理化性质与内环境类似,可通过定期更换培养液或添加一定的抗生素保持无菌和无毒环境。
(2)加动物血清:人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚,因此在使用合成培养基时,通常需要加入血清等一些天然成分
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和结果
(1)原代培养:动物组织→单个细胞。
(2)传代培养:出现接触抑制的细胞→细胞从瓶壁上脱离下来
[迁移应用]
1.下列有关动物细胞培养时所提供的物质及其作用的描述,不正确的是(　 )
A
选项 提供物质 作用
A 氨基酸 主要为细胞提供能量及氮源
B 血清 补充合成培养基中缺乏的物质
C 氧气 满足细胞代谢的需要
D 二氧化碳 维持培养液的pH
解析:氨基酸的主要作用不是提供能量。
2.(台州十校高二期中)下列有关动物细胞培养的表述正确的是(　 　)
A.动物细胞培养的原理应用了动物细胞的全能性
B.细胞要经过脱分化形成愈伤组织
C.培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清
D.培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖
C
解析:动物细胞培养应用了动物细胞增殖的原理;动物细胞培养不需要脱分化,植物细胞培养要经过脱分化形成愈伤组织;动物细胞培养的培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等;在进行传代培养时,悬浮培养的细胞直接用离心法收集,贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶处理,使之分散成单个细胞,再用离心法收集,之后将收集的细胞制成细胞悬液再分瓶培养。
3.某动物细胞培养过程中,细胞贴壁生长至接触抑制时,需分装培养,实验操作过程如图。
下列叙述错误的是(　 　)
A.①加消化液的目的是使细胞与瓶壁分离
B.②加培养液的目的是促进细胞增殖
C.③分装时需调整到合适的细胞密度
D.整个过程需要在无菌、无毒条件下进行
B
解析:因为动物细胞培养过程中,会贴壁生长,分装培养时加消化液的目的是使细胞和瓶壁分离;②加培养液的目的是洗去消化液,稀释细胞;分装时要调整到合适的细胞密度,便于后续的细胞培养;动物细胞培养需要在无菌、无毒条件下进行。
课堂小结第一节　细胞培养是动物细胞工程的基础
学习目标
1.说明动物体细胞可在体外适宜条件下进行培养。
2.阐明动物细胞培养包括原代培养和传代培养。
一、动物体细胞可在体外适宜条件下进行培养
1.动物细胞培养
(1)定义:指从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜环境下让细胞生长和增殖的过程。
(2)培养条件。
①充足的营养物质——水、无机盐、氨基酸、维生素、糖类、生长因子等。
②适宜的温度:37±0.5 ℃;大多数细胞适宜的pH:7.2～7.4;适宜的湿度。
2.动物细胞培养基
(1)天然培养基:主要来自动物体液或动物组织分离提取液,如血清、淋巴液、鸡胚浸出
液等。
(2)合成培养基:根据细胞生存所需物质的种类和含量,用人工方法模拟合成的,便于对各种成分进行人工控制和标准化。
(3)实际工作中往往将天然培养基与合成培养基结合使用,如在合成培养基中添加一定比例的血清或其他天然成分。
【易错判断】
(1)二氧化碳培养箱内CO2浓度保持在5%和加入一些缓冲物质是动物细胞培养时维持培养液pH稳定的方法。(　√　)
(2)培养基中加入抗生素是动物细胞培养时达到无菌的唯一方法。(　×　)
提示:培养材料、培养基、培养环境、操作过程严格控制无菌,培养基加入抗生素,定期更换培养液等都是动物细胞培养时达到无菌和无毒条件的方法。
(3)动物细胞培养的原理是细胞的全能性。(　×　)
提示:动物细胞培养的原理是细胞增殖。
(4)动物细胞培养所需的营养物质与植物细胞培养相同。(　×　)
提示:动物细胞培养所需的特有的营养物质有血清等,植物细胞培养所需的特有的营养物质有蔗糖、植物激素等。
(5)动物细胞培养需无菌、无毒的环境,充足的营养,适宜的温度和pH等条件。(　√　)
二、动物细胞培养包括原代培养和传代培养
1.培养过程和细胞生长特点
(1)培养过程。
(2)细胞生长特点:①贴壁生长;②接触抑制。
2.原代培养和传代培养
(1)原代培养:细胞或组织离开有机体后的首次培养。
(2)传代培养。
①需要传代培养的原因:随着时间的延长,体外培养的细胞数量不断增加。当增长到一定程度后,由于发生接触抑制或培养空间的限制及营养物质的消耗枯竭,生长会逐渐减慢,甚至停止并死亡。
②操作:将原培养瓶内的细胞分离并稀释后转到多个培养瓶中,在新的培养基中进行传代培养。
③要求:一般来说,原代培养的贴壁细胞达到生长基质的80%表面面积后可进行传代培养。传代过晚,可影响下一代细胞的机能状态。贴壁生长的细胞需经酶消化制成细胞悬液后才能传代。
3.细胞系
(1)概念:原代培养物经首次传代成功后即成细胞系。
(2)连续细胞系(无限细胞系):能连续培养下去的细胞系。被认为是发生转化了的细胞系(遗传物质发生改变),有的连续细胞系是恶性细胞系,有的连续细胞系虽已获得了不死性,但保留接触抑制现象,不致癌,是良性无限细胞系。
(3)有限细胞系:不能连续培养下去的细胞系。二倍体细胞通常为有限细胞系,如人的成纤维细胞可传 30～50代,相当于150～300个细胞周期。
4.细胞株
(1)概念:通过一定的选择或纯化方法,从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的
细胞。
(2)特点:一般具有恒定的染色体组型、病毒敏感性或抗性及其他生化特性。
(3)类型:可以连续多次传代的细胞株称为连续细胞株,可传代次数有限的细胞株称为有限细胞株。
(4)与细胞系的关系:细胞系是泛指可传代的细胞,细胞株是具有特殊性质的细胞系。
5.细胞克隆(克隆培养)
(1)概念:把一个单细胞从群体中分离出来单独培养,使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。
(2)细胞克隆的最基本要求:必须保证分离出来的细胞是一个而不是多个,即必须肯定所建成的克隆来源于单个细胞。
6.动物细胞培养的应用和意义
(1)应用:培养正常或病变的细胞,可用于生理、病理、药理等方面的研究。如细胞全能性的揭示、细胞周期调节控制的分析、癌变机理和衰老原因、抗癌药物的筛选、有毒物质的检测等研究,都与细胞培养技术密不可分。
(2)意义:①皮肤细胞的培养用于烧伤患者的皮肤移植,其他器官的细胞培养用于相关损伤组织器官的修复等。②借助某些细胞的大规模培养获得细胞代谢产物,如获得动物疫苗、干扰素、单克隆抗体等有重要价值的生物制品。
【易错判断】
(1)若培养的是血细胞,则原代培养细胞需要用胰蛋白酶处理后再传代。(　×　)
提示:血细胞没有贴壁生长的特性,不需要用胰蛋白酶处理。
(2)只有原代培养→传代培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,传代培养时,不需要。(　×　)
提示:动物细胞体外培养过程中往往有贴壁生长和接触抑制现象,每一次传代培养均需加入胰蛋白酶或胶原蛋白酶分散成单个细胞。
(3)动物细胞传代培养的过程中,大部分细胞的遗传物质会发生改变。(　×　)
提示:随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,但极少数细胞克服细胞寿命的自然极限,获得不死性,与正常细胞相比,其遗传物质已发生改变。
(4)细胞株是细胞系经过进一步的克隆培养得到的,要获得具有病毒敏感性的细胞群体即细胞株需进行克隆培养。(　√　)
任务　理解植物组织培养与动物细胞培养的异同
阅读教材相关内容,列表比较植物组织培养与动物细胞培养。
项目 植物组织培养 动物细胞培养
理论基础 植物细胞 全能性 细胞增殖
培养基 类型 固体或半固体培养基 液体培养基
成分 水、无机盐、糖类、维生素、氨基酸、琼脂、植物激素等 水、无机盐、糖类、维生素、氨基酸、生长因子、动物血清等
取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
过程 外植体 　　　↓脱分化 愈伤组织 　　　↓再分化 芽、根或胚状体 　生长↓发育　 　 植物体 　 动物的组织 剪碎↓酶消化 细胞悬液 　　 ↓ 原代培养 　　　↓ 细胞悬液 　　　↓ 传代培养
结果 生成新的植株或细胞增殖并产生细胞代谢产物 产生新的细胞
相同点 (1)两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂,都不涉及减数分裂; (2)均需要无菌操作、无菌培养,需要适宜的温度、pH等条件
素养提升
动物细胞培养易错点总结
材料的选 择和处理 问题 (1)培养的动物细胞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)解离细胞的目的是使细胞与培养液充分接触:①保证细胞所需氧气和营养的供应;②保证细胞内代谢产物及时排出。 (3)胰蛋白酶处理的时间:不能太长,因为时间过长胰蛋白酶会催化分解细胞膜蛋白,对细胞有损伤。 (4)不能用胃蛋白酶处理,主要是因为pH不合适
培养基 认识 (1)成分和理化性质与内环境类似,可通过定期更换培养液或添加一定的抗生素保持无菌和无毒环境。 (2)加动物血清:人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚,因此在使用合成培养基时,通常需要加入血清等一些天然成分
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和结果 (1)原代培养:动物组织→单个细胞。 (2)传代培养:出现接触抑制的细胞→细胞从瓶壁上脱离下来
迁移应用
1.下列有关动物细胞培养时所提供的物质及其作用的描述,不正确的是(　A　)
选项 提供物质 作用
A 氨基酸 主要为细胞提供能量及氮源
B 血清 补充合成培养基中缺乏的物质
C 氧气 满足细胞代谢的需要
D 二氧化碳 维持培养液的pH
解析:氨基酸的主要作用不是提供能量。
2.(台州十校高二期中)下列有关动物细胞培养的表述正确的是(　C　)
A.动物细胞培养的原理应用了动物细胞的全能性
B.细胞要经过脱分化形成愈伤组织
C.培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清
D.培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖
解析:动物细胞培养应用了动物细胞增殖的原理;动物细胞培养不需要脱分化,植物细胞培养要经过脱分化形成愈伤组织;动物细胞培养的培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等;在进行传代培养时,悬浮培养的细胞直接用离心法收集,贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶处理,使之分散成单个细胞,再用离心法收集,之后将收集的细胞制成细胞悬液再分瓶培养。
3.某动物细胞培养过程中,细胞贴壁生长至接触抑制时,需分装培养,实验操作过程如图。
下列叙述错误的是(　B　)
A.①加消化液的目的是使细胞与瓶壁分离
B.②加培养液的目的是促进细胞增殖
C.③分装时需调整到合适的细胞密度
D.整个过程需要在无菌、无毒条件下进行
解析:因为动物细胞培养过程中,会贴壁生长,分装培养时加消化液的目的是使细胞和瓶壁分离;②加培养液的目的是洗去消化液,稀释细胞;分装时要调整到合适的细胞密度,便于后续的细胞培养;动物细胞培养需要在无菌、无毒条件下进行。
课堂小结
素养测练
对点达标练
题组一　动物细胞培养的条件
1.下列有关动物细胞培养过程的叙述,错误的是(　D　)
A.动物细胞培养是在人工环境下细胞生长和增殖的过程
B.大多数情况下,哺乳动物细胞体外培养多以37 ℃为宜
C.动物细胞体外培养时,通常还要在细胞培养液中添加一定量的抗生素
D.动物细胞培养液中的营养物质浓度越大越好
解析: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;大多数情况下,哺乳动物细胞体外培养时温度在37 ℃左右;通常要在细胞培养液中添加一定量的抗生素,防止培养过程的污染;动物细胞培养液中的营养物质浓度不是越大越好。
2.(丽水月考)下列有关动物细胞培养条件的叙述,正确的是(　B　)
A.培养液中通常需添加一定量的生长素
B.培养液中通常需加入血清等天然成分
C.培养液需密封后放入含5% CO2的培养箱中培养
D.多数细胞适宜生存的pH为6.2～6.4
解析:动物细胞培养液中通常需添加一定量的抗生素,预防杂菌污染,不需要添加生长素;培养液中通常需加入血清等天然成分;动物培养采用开放式培养,不能密封,通常采用培养皿或松盖培养瓶,将其置于含95%空气加5% CO2的混合气体的培养箱中进行培养;多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。
题组二　动物细胞培养的过程
3.(台州十校高二期中)用于动物细胞培养的组织和细胞,大多来自胚胎或出生不久的幼龄动物,其主要原因是这样的组织细胞(　B　)
A.容易产生各种变异
B.具有更强的分裂能力
C.取材十分方便
D.可进行基因的选择性表达
解析:动物细胞培养利用细胞增殖的原理,高度分化的动物细胞不能分裂,所以动物细胞培养必须选不断分裂的细胞进行培养,而胚胎或幼龄动物的器官或组织分裂能力旺盛,因此动物细胞培养时,所用组织和细胞大都来自胚胎或出生不久的幼龄动物。
4.(9+1高中联盟高二期中)长江流域水利枢纽影响了中华鲟的生殖洄游,使其自然繁殖率持续下降。为了保存中华鲟的种质资源,建立了中华鲟精巢细胞系,其过程如图所示。下列叙述正确的是(　A　)
A.乙过程需用胰蛋白酶处理,制成细胞悬液
B.丙过程属于原代培养,需加入动物血清、蔗糖等成分
C.丁过程中,贴壁生长的精巢细胞可直接用离心法收集
D.丙、丁均在5% CO2和95% O2混合气体的二氧化碳培养箱中进行
解析:制成细胞悬液需要用胰蛋白酶处理精巢组织;动物细胞培养液中不需要加入蔗糖;贴壁生长的精巢细胞需要先用胰蛋白酶处理再用离心法收集;动物细胞培养的气体条件是95% 空气+5% CO2。
5.某兴趣小组在进行人体皮肤细胞原代培养过程中,将培养瓶瓶口密封后置于二氧化碳培养箱中培养。下列叙述正确的是(　C　)
A.瓶口密封可有效防止污染
B.瓶口密封可有效防止接触抑制
C.瓶口密封会导致培养基呈弱酸性
D.瓶口密封会导致培养的原代细胞生长过快
解析:为防止细菌污染,可往培养液中加入一定的抗生素,瓶口密封不能防止污染;瓶口密封不会防止细胞接触抑制;培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧,皮肤细胞无氧呼吸产生乳酸,使培养基呈弱酸性,使细胞生存环境恶劣且能量供应不足等,可能使细胞生长缓慢。
6.下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是(　C　)
A.动物细胞只能贴壁生长,不能进行悬浮培养
B.细胞进行一次传代培养所需时间等于一个细胞周期的时间
C.有限细胞系和部分无限细胞系在培养过程中都会出现接触抑制现象
D.动物细胞培养过程中,可以使用稀释涂布平板法或显微镜计数法对细胞进行计数
解析:动物细胞可以贴壁生长,也能进行悬浮培养;传代培养的实质就是分离后再次培养,进行一次分离再培养称之为传一代,因此细胞进行一次传代培养所需时间应该大于一个细胞周期的时间;无限细胞系中的良性无限细胞系在培养过程中也会出现接触抑制现象;动物细胞培养不能用稀释涂布平板法对细胞进行计数。
7.下列有关细胞系的说法不正确的是(　B　)
A.二倍体细胞通常为有限细胞系
B.连续细胞系就是恶性细胞系
C.能连续培养下去的细胞系称为连续细胞系
D.从细胞系中获得的具有特殊性质的细胞称为细胞株
解析:细胞系分为连续细胞系(能连续培养下去的细胞系)和有限细胞系,二倍体细胞分裂次数有限,通常为有限细胞系;连续细胞系分为恶性细胞系和良性无限细胞系,后者保留接触抑制,不致癌;细胞株是具有特殊性质的细胞系,一般具有恒定的染色体组型、病毒敏感性或抗性及其他生化特性。
8.细胞株是从原代培养物或细胞系中获得的细胞,下列关于细胞株的叙述错误的是(　C　)
A.可分为连续细胞株和有限细胞株
B.细胞株就是有特殊性质的细胞系
C.细胞株一般没有恒定的染色体组型,遗传物质发生了改变
D.细胞株一般具有病毒敏感性
解析:可以连续多次传代的细胞株称为连续细胞株,可传代次数有限的细胞株称为有限细胞株;从原代培养物或细胞系中选择或纯化可以获得细胞株,细胞株是具有特殊性质的细胞系;细胞株一般具有恒定的染色体组型,其遗传物质没有发生改变;细胞株一般具有病毒敏感性或抗性等。
题组三　比较动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养
9.植物组织培养和动物细胞培养分别是植物细胞工程和动物细胞工程的基础。下列有关叙述正确的是(　D　)
A.植物组织培养和动物细胞培养的原理都是细胞的全能性
B.植物组织培养和动物细胞培养的培养基成分相同
C.动物细胞培养过程中可发生遗传物质的改变,而植物组织培养不能
D.植物组织培养和动物细胞培养都可用于细胞产物的生产
解析:动物细胞培养并没有获得动物个体,原理是细胞的增殖;动物细胞培养必须利用动物血清,植物组织培养则需要添加植物激素等,植物组织培养和动物细胞培养的培养基成分上有明显差异;动物细胞培养和植物组织培养过程中都可以发生遗传物质的改变;植物组织培养的结果是完整植株或细胞产物,动物细胞培养的结果是大量细胞或细胞产物。
10.培养不同类型的细胞需要不同的培养基,下列叙述错误的是(　D　)
A.细菌培养基通常加入氯化钠以维持一定的渗透压
B.MS培养基可以先配制成高浓度的母液,用时再稀释
C.动物细胞培养基中通常加入血清、激素等以提高细胞克隆形成率
D.各种培养基在使用前都需要经过高压蒸汽灭菌处理
解析:有些培养基(不耐高温的)可进行过滤除菌处理,以避免破坏培养基中的营养物质。
综合提升练
11.“细胞培养肉”技术是一种新型动物蛋白生产技术,其主要过程如图所示,下列叙述正确的是(　A　)
A.过程①需用胰蛋白酶进行处理
B.在生物反应器中培养的细胞丧失了贴壁生长的特性
C.过程②获得的肌肉组织可继续培养发育形成动物个体
D.生物反应器中加入血清是为了提供抗体以防止杂菌污染
解析:过程①需用胰蛋白酶进行处理,目的是将动物的组织分散成单个细胞,获得单细胞悬液;在生物反应器中培养的细胞依然具有贴壁生长的特性,只不过进行了人为避免,如添加细胞支架等;过程②获得的肌肉组织在继续培养的条件下不能发育形成动物个体,因为此时的细胞不能分裂分化成各种组织细胞;生物反应器中加入血清是为了提供动物细胞培养中人们未完全了解的所需要的物质。
12.源于非洲绿猴肾细胞的Vero细胞系是一种连续细胞系。Vero细胞不表达干扰素,但干扰素受体功能正常。因此,Vero细胞对很多病毒敏感,是生产病毒疫苗的理想材料。下列叙述错误的是(　C　)
A.Vero细胞的培养需要使用二氧化碳培养箱
B.Vero细胞可多次分裂,具有不死性
C.Vero细胞用于培养病毒时,培养液中应添加适量干扰素
D.Vero细胞可用于测定药物对病毒复制速度的影响
解析:动物细胞培养的过程中需要控制培养箱中的气体条件为95% 空气+5% CO2,其中CO2起到维持培养液的pH的作用;Vero细胞系是一种连续细胞系,可多次分裂,具有不死性;向Vero细胞培养液中加入适量抗生素可防止杂菌污染,而干扰素抗病毒;病毒必须寄生在活细胞内,因此Vero细胞可作为病毒大量繁殖的“培养基”,可用于测定药物对病毒复制速度的影响。
13.为检测某药物X的抗癌活性,在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞,使其贴壁生长,实验组加入溶于二甲基亚砜的药物X,培养72小时后进行计数,比较实验组和对照组每个孔中细胞数目。下列有关叙述错误的是(　B　)
A.细胞培养液中通常需要加入血清等天然成分
B.对照组中应加入等体积的无菌水,其他条件一致
C.可用胰蛋白酶处理使贴壁的肝癌细胞脱落下来并进行计数
D.若实验组细胞数远低于对照组,可初步判断此药物的抗癌效果较好
解析:培养动物细胞时,细胞培养液中通常需要加入血清;实验组加入溶于二甲基亚砜(溶剂)的药物X,故对照组中应加入等体积的二甲基亚砜(溶剂);对于已经贴壁生长的动物细胞,可用胰蛋白酶处理,使肝癌细胞脱落下来并进行计数;分析实验结果可知,若添加药物X的实验组肝癌细胞数目远低于对照组,可以初步判断药物X的抗癌效果较好。
14.如图所示为动物细胞培养过程中,动物细胞增殖情况的变化曲线(图中B、D两点表示经筛选后继续培养)。据图回答问题。
(1)动物细胞培养要选用合适的培养基,根据培养基营养物质的来源不同,可将培养基分为
　　　　培养基和合成培养基;在合成培养基中必须加入一定量的　　　　等天然成分,才能满足动物细胞培养的需要。
(2)动物细胞培养过程中要通入适量的空气和CO2,其中空气的作用是　 。
(3)图中　　 　段培养所得的细胞与供体组织细胞生物学特征基本一致,称为　　　 　培养。
(4)BC段的培养称为　　　　培养;动物细胞培养和植物组织培养过程中,动植物细胞都要进行增殖或分裂,不同的是植物细胞还要进行　　　　　　　　　　。
解析:(1)根据培养基的来源不同,可将培养基分为天然培养基和合成培养基,天然培养基主要来自动物体液或动物组织分离提取液。为了尽可能模拟体内环境,在合成培养基中必须加入一定量的血清等天然成分,才能满足动物细胞培养的需要。
(2)动物细胞培养过程中要通入适量的空气和CO2,其中空气的作用是保证细胞呼吸对氧气的需要,CO2可以调节培养液pH的相对稳定。
(3)人们通常将细胞或组织离开有机体后的首次培养称为原代培养,分瓶后的培养称为传代培养。题图中OA段培养所得的细胞与供体组织细胞生物学特征基本一致,称为原代
培养。
(4)BC段的培养称为传代培养;动物细胞培养和植物组织培养过程中,动植物细胞都要进行增殖或分裂,不同的是植物细胞还要进行脱分化和再分化。
答案:(1)天然　血清
(2)保证细胞呼吸对氧气的需要
(3)OA　原代
(4)传代　脱分化和再分化
15.(嘉兴月考)肿瘤细胞培养是研究抗癌药检测的重要手段,研究人员从某植物的叶中提取一种物质——Nispex,并对其抗肿瘤效果进行了研究。
(1)培养肿瘤细胞时,需在配制的合成培养基中添加　　　　等天然成分。培养一般需在含95%空气和5% CO2的气体环境中进行,其中CO2的作用是　　　　　　　　　　。
(2)培养普通动物细胞过程中,常出现细胞贴壁现象,而肿瘤细胞培养时表现出贴壁能力下降,原因是 　。
(3)科研人员通过细胞培养的方法来探究了 Nispex 是否具有抗肿瘤的作用。首先在两组相同的培养瓶中装入等量的肿瘤细胞悬浮液,实验组应加入　　　　　　　　　,对照组要加入等量的生理盐水。两组悬浮液均在适宜条件下培养,一段时间后观察肿瘤细胞的生长速度和细胞凋亡率。若实验结果为　 　,则说明Nispex具有抗肿瘤的作用。
解析:(1)由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚,培养肿瘤细胞时,需在配制的合成培养基中添加(动物)血清等天然成分。培养时一般需在含95%空气和5% CO2的气体环境中进行,其中CO2的作用是维持培养液的pH。
(2)糖蛋白能增加细胞之间的黏着性,肿瘤细胞培养时表现出贴壁能力下降,原因是细胞膜上的糖蛋白较少,细胞之间的黏着性较低。
(3)探究Nispex是否具有抗肿瘤的作用,自变量是是否添加Nispex,所以实验组应加入一定量的Nispex,对照组要加入等量的生理盐水。因变量是肿瘤细胞的生长速度和细胞凋亡率,若实验组中肿瘤细胞的生长速度比对照组中的慢,凋亡率高,则说明Nispex具有抗肿瘤的作用。
答案:(1)(动物)血清　维持培养液的pH
(2)细胞膜上的糖蛋白较少,细胞之间的黏着性较低
(3)一定量的Nispex　实验组中肿瘤细胞的生长速度比对照组中的慢,凋亡率高

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