2.2动物细胞工程——动物细胞培养 课件-2025-2026学年高二下学期人教版生物选择性必修3

在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术 什么是植物细胞培养？过程是？原理是？应用是？ 应用：利用植物细胞培养来获得目标产物，实现细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞悬液 振荡分散 悬浮培养 细胞产物 原理：细胞增殖 第2章 第2节 人教版 选择性必修3 2 动物细胞工程 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 动物细胞工程的基础 3 可从病人身上取少量正常、健康皮肤在体外进行培养、扩增。 ——动物细胞培养 治疗烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。 通过细胞培养构建人造皮肤 但患者的自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会存在免疫排斥反应。 怎样才能获得大量的自体健康皮肤呢？ 能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？ 目前，可对皮肤干细胞进行培养，获得适合临床上使用的人造皮肤。 4 动物细胞培养 细胞增殖（有丝分裂） （2）原理： （1）目的： 获得细胞或者细胞产物，不能获得完整动物个体 从动物体中取出相关的组织 将它分散成单个细胞 在适宜的培养条件下 细胞生长和增殖 未体现动物细胞的全能性 （稳定的环境） 不同的细胞、组织适合生存的环境不同，需要配置不同的培养基。 5 动物细胞培养 ﹤ 动物细胞培养 所需基本条件 ﹤ 营养条件 其他 条件 糖类 氨基酸 无机盐 维生素等 适宜温度、pH和渗透压 无菌、无毒的环境 适宜的气体环境 （模拟体内细胞正常生长增殖的环境） （3）培养条件： 适宜的理化条件、营养条件、及时排除废物 人体内环境给细胞的正常的生命活动提供了哪些适宜的条件？ 代谢废物 体外没有免疫系统帮助，体内有，所以可以无菌五毒 6 1 营养条件 （1）培养基的构成： 糖类、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。 合成培养基 + 血清等 人们对动物细胞所需营养物质尚未全部研究清楚，动物血清中某些含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质。 （2）物理性质： 液体培养基（也称为培养液） 动物细胞培养 血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中，蛋白质主要为白蛋白和球蛋白；氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本原料，且有些氨基酸是动物细胞本身不能合成的（称为必需氨基酸），必须由培养液提供；激素有胰岛素、生长激素等。血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，它们能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，在培养动物细胞时，为保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需在培养基中添加10%~20％的血清等天然成分。 血清不是合成培养基 7 2 无菌无毒的环境 （1）无菌 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 ②在无菌环境下进行操作 ③可根据实际情况适量添加抗生素 （2）无毒 （防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害） 定期更换培养液,清除代谢物 防止微生物污染 动物细胞培养 8 动物细胞培养 ①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜； ②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为 ； ③适宜的渗透压：维持细胞正常的 和功能。 36.5 ± 0.5℃ 7.2～7.4 形态 3 温度、PH、渗透压 通常采用培养皿或松盖培养瓶。 将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 4 气体环境 内含O2，细胞代谢所必需的 维持培养液的pH CO2培养箱 液体培养基 松盖培养瓶 动物细胞培养 维持pH值：CO2是细胞代谢产物，也是细胞生长所需成分。在细胞培养过程中，随着细胞代谢活动的进行，会产生CO2。 培养基中通常含有NaHCO3，它与CO2溶于水后所形成的H2CO3构成一个缓冲对，能够有效中和培养液中的酸碱变化，从而维持pH值的稳定。 刺激细胞呼吸：适量的CO2可以刺激动物细胞的呼吸作用，促进细胞的生长和分裂。 造成培养基pH波动的主要物质是细胞代谢产生的CO2 ，为了解决这一问题，可采用开放式培养的方式，使细胞代谢产生的CO2 及时溢出培养器皿，再通过给培养箱提供恒定的5%的CO2 浓度，使之与培养基中的NaHCO 3 处于平衡状态，调节pH的相对稳定。95%的空气可以保证细胞呼吸对氧气的需要。（解释） 10 阅读教材44-45页动物细胞培养的过程，思考以下问题： 动物细胞培养过程可以分为哪些环节？画出流程图 培养前，为什么要将组织分散成单个细胞？ 体外培养的动物细胞可以分为哪两类？ 为什么细胞培养一段时间后分裂会受阻？怎样解决这一问题？ 动物细胞培养的过程 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 制成细胞悬液 取动物组织 一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 (1)取材对象: (2)取材原因: 纤维蛋白、胶原蛋白等 动物细胞培养的过程 把动物细胞给黏在一起，支撑起来，不然细胞是分散的，你买的一块肉肯定是一堆细胞 12 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 (1)培养前，为什么要将组织分散成单个细胞： ①从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起， 彼此限制了生长和增殖。 ②利于细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。 （2）怎样将动物组织分散成单个细胞？ 机械方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。 不可以，因为胃蛋白酶的最适PH为1.5左右，多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,胃蛋白酶在此环境中没有活性 长时间会分解细胞膜蛋白，破坏细胞结构，注意控制时间和酶用量。 ①用胃蛋白酶可以吗？ ②胰蛋白酶处理时间过长，会怎样？ 动物细胞培养的过程 使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。不能，因为动物细胞培养适宜的PH为7.2—7.4，此环境下胃蛋白酶（2.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2-8.4)的活性较高。 13 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内， 置于适宜环境中进行原代培养 培养皿 培养瓶 动物细胞培养的过程 使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。不能，因为动物细胞培养适宜的PH为7.2—7.4，此环境下胃蛋白酶（2.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2-8.4)的活性较高。 14 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 原代培养:人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养 动物细胞培养的过程 放入CO2培养箱中培养 但是细胞培养一段时间(细胞分裂5次左右)后分裂会受阻，所以需要分瓶，进行传代培养 思考：细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？怎样解决这一问题？ 使细胞与培养液充分接触，一方面保证细胞所需的O2和营养物质的供应，另一方面保证细胞内代谢废物的及时排出 15 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 动物细胞培养的过程 为什么细胞培养一段时间后分裂会受阻？ 体外培养的动物细胞可以分为两大类： 悬浮细胞 贴壁细胞 能够悬浮在培养液中生长增殖的细胞 细胞密度过大 有害代谢物积累 营养物质缺乏 （大多数） 需要贴附于某些基质表面（如培养瓶瓶壁）才能生长增殖的细胞 培养瓶或培养皿壁要求： 表面光滑、无毒、易于贴附。 思考：细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？怎样解决这一问题？ 使细胞与培养液充分接触，一方面保证细胞所需的O2和营养物质的供应，另一方面保证细胞内代谢废物的及时排出 16 细胞贴壁：在培养瓶悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上。 接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。 “细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息， 就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象”。 贴附是有机体细胞在体内生存和生长发育的基本方式，包括细胞与细胞间的相互接触和细胞与细胞外基质之间的相互接触。 正是基于细胞这种贴附生长的特征。使得不同细胞之间结合而形成组织，也使得细胞和周围环境之间保持联系。体外培养时，绝大多数细胞仍然保持了贴附生长的特性，必须贴附在某一固相支持物上如培养瓶壁上生长。 少数细胞(如来源于血液、淋巴组织的细胞以及某些肿瘤细胞)不需要贴附在支持物上。而是呈悬浮生长状态。 17 是否接触抑制可作为区别正常细胞与癌细胞的标志之一 瓶壁上的细胞层数是： 一层（或单层） 癌变细胞失去接触抑制现象， 可以在培养瓶中形成多层细胞 癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少，肿瘤细胞失去接触抑制，适宜条件下在培养液可以无限增殖下去。 由于细胞之间有接触抑制的特性，一般的正常细胞并不重叠干其他细胞之上生长，而是单层生长。癌细胞由于无接触抑制而能够继续移动和增殖，导致细胞向三维空间扩展，发生堆积。 18 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 动物细胞培养的过程 为什么细胞培养一段时间后分裂会受阻？ 体外培养的动物细胞可以分为两大类： 悬浮细胞 贴壁细胞 能够悬浮在培养液中生长增殖的细胞 细胞密度过大 有害代谢物积累 营养物质缺乏 （大多数） 需要贴附于某些基质表面（如培养瓶瓶壁）才能生长增殖的细胞 除左边因素影响外， 还会发生接触抑制现象 思考：细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？怎样解决这一问题？ 使细胞与培养液充分接触，一方面保证细胞所需的O2和营养物质的供应，另一方面保证细胞内代谢废物的及时排出 19 分瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 将分瓶后的细胞培养称为传代培养 动物细胞培养的过程 悬浮细胞 贴壁细胞 离心法收集 用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集 将收集的细胞用培养液制成细胞悬液，分瓶培养 体外动物细胞培养如何解决细胞分裂受阻的问题呢？需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。判断依据：是否分瓶！ 20 注意： ①每传一代，细胞不止发生1次有丝分裂 ②区分原代培养和传代培养的方法之一是看胰蛋白酶的作用 若是使组织细胞分散开， 则为原代培养 若是使细胞从瓶壁上脱离 下来，分散成个细胞，便于 分瓶后继续培养，则为传代培养 植物组织培养和动物细胞培养的比较 植株 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 培养前处理 无菌；用机械方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基性质 液体 固体 培养基成分 糖类（葡萄糖）、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件； ③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 培养前处理 无菌；用机械方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基性质 液体 固体 培养基成分 糖类（葡萄糖）、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件； ③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 $