课程：人染色体核型分析

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1、课程任务： 了解细胞培养及增殖方式。 掌握人染色体核型分析方法，运用该方法分析不同生物染色体核型，根据人染色 体核型分析结果，判断生物性别、表型或综合症。课程涉及内容：1. 细胞培养讲解及细胞培养技术展示，观察各个培养状态的细胞，时长 1h2. 细胞增殖方式讲解。时长 0.5h3. 染色体形态及染色体异常致病讲解（细胞有丝分裂中期）：0.5h4. 实操：人染色体核型分析实验 1.5h5. 设计：生物核型分析实验设计 1.5h6. 评价体系：实验设计的“作品展示”及“研究报告”的完成情况 0.5h 第一部分：细胞培养技术（简要介绍动物细胞培养技术） 一、动物细胞培养 体外培养的动物细胞分类：原代

2、细胞和传代细胞。概念：原代细胞是指从机体中取出来后立即培养的细胞，进行传代（什么是传代） 培养后的细胞即为传代细胞。培养原则：动物细胞培养需从原代细胞培养开始。 选材：易于培养的动物细胞包括：幼年动物的肾、肺、卵巢、精巢、肌肉及肿瘤 等组织。较难培养的动物细胞：神经细胞等。培养技术（此处简要描述如下，可根据具体的时间要求讲解）： 单层细胞培养技术：首先取出健康动物的组织块，用浓度与活性适中的胰酶或胶 原酶与EDTA （螯合剂）等将细胞联接处消化分散，给予良好的营养液与无菌的 培养环境（接近体温与体内的PH），在培养中进行静止或慢速转动培养。但无 论用何种培养液一般都要加一定量的小牛（或胎牛）血

3、清，这样细胞才能很好地 贴壁生长和分裂。分散的细胞悬液在培养瓶中很快（在几十分钟或数小时内）就 贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。分散呈圆球形的细胞一经贴壁就迅速铺展并开始 有丝分裂，逐步形成致密的细胞单层，称为单层细胞。原代培养的细胞一般传代 到十代左右就不易继续传下去了，细胞生长出现停滞，大部分细胞衰老死亡，但 有极少数细胞可能度过“危机”而传下去。这些存活的细胞一般又可顺利的传 40-50 代次，并且仍然保持原有染色体的二倍体数量及接触抑制的行为，这种细 胞被称作为“细胞系”。一般情况下（胚胎干细胞等除外），当细胞传至 50 代 以后又要出现“危机”，难以再传下去，这种传代次数有限的体外培养细

4、胞通常 称为“有限细胞系”；但在传代过程中如有部分细胞发生了遗传突变，并使其带 有癌细胞的特点，有可能在培养条件下无限制的培养传代下去，这种传代细胞称 为“永生细胞系或连续细胞系”，该细胞系细胞的根本特点是：染色体明显改变， 一般呈亚二倍体或非整倍体，失去接触抑制，容易传代培养。（根据具体时间安 排，需具体补充：简要举例说明CHO细胞系、HeLa细胞系、BHK21细胞系等常用 连续细胞系在再生医学领域的研究工作） 细胞克隆技术：用单细胞克隆培养或通过药物筛选的方法从某一细胞系中分离出 单个细胞，并由此增殖形成的，具有基本相同的遗传性状的细胞群体称之为“细 胞克隆”，经过生物学鉴定，如具有特殊的

5、遗传标记或性质，这样的细胞系可称 为“细胞株”。体外培养细胞形态：体外培养的细胞，无论是原代细胞还是传代细胞，一般不能 保持体内原有的细胞形态，但大体可分为两种基本形态：成纤维样细胞与上皮样 细胞，此外还有一些可活动的游走细胞。悬浮培养技术： 最后简要介绍我公司目前从事的干细胞培养技术、类别及其对于再生医学研究工 作的意义（需具体补充）。二、细胞培养技术展示、操作及各个培养状态细胞形态观察：要求实验室长期制 备保存不同培养状态的细胞，方便同学们可以更形象的观察到细胞生长的不同状 态：细胞系、细胞衰老、永生细胞系、细胞株等等。第二部分：细胞增殖方式（开始此部分之前有一个过渡的串讲） 细胞周期包括

6、：核分裂（有丝分裂）及胞质分裂，使已经复制好的染色体 DNA 平均分配到2 个子细胞中，完成细胞增殖，这包括两个阶段：分裂间期及分裂期。分裂间期：DNA的复制及有关蛋白质的合成，中心体加倍。结果：每条染色 质都形成两条姐妹染色单体，呈细长、弥漫状线性分布，分裂时长占整个分 裂周期的 90-95%，时间较长，位于分裂期前发生。 根据细胞分裂期核膜、染色体、纺锤体装配及核仁等形态结构的规律性变化， 有丝分裂又被人为的划分为：前期、中期、后期和末期，于光学显微镜下可 观察到各期细胞核内变化。前期：出现纺锤体及染色体，同时伴随着核膜及核仁的消失，染色体散乱地分布 在细胞的中心位置。中期：所有染色体的着

7、丝点都排列在赤道板上，此时染色体的形态和数目最清晰 （是进行染色体观察合计数的最佳时期）。后期：着丝点一分为二，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍。末期：染色体变成染色质，纺锤体消失，核膜及核仁重现，细胞膜从中间向内凹 陷，分裂成两个细胞。综上可知，当细胞处于有丝分裂中期时，染色体形态易于观察，适用于做核型分 析实验。第三部分：染色体形态及染色体异常致病讲解一、染色体概念：染色体是细胞在进行有丝分裂时期遗传物质特定的存在形式， 是间期细胞染色质结构紧密组装的结果。不同生物的细胞含有不同数目的染色 体，所有单被染色体组包含的 DNA 组成该生物的基因组。二、染色体的形态结构 细胞有丝分裂的中期，染

8、色体具有比较稳定的形态，又两条相同的姐妹染色单体 构成，彼此以着丝粒相连。可根据着丝粒在染色体上所处的位置，将中期染色体 分为四种类型：着丝粒位養染色体符号着纽粒比*若丝粒指數”中若丝粒m1.00-1.670 500-0.375亚中若丝粒sm1.68-3.000.373-0.250亚端着丝粒st3 07.000.249-0.125靖着丝粒t7.01 0.125-0.000审长臂长度/短習长度；短臂长度/染色体总长度。(Levan 等，1964 ； Green 等，1980 )中着丝粒染色体，两臂长度相等或大致相等 亚中着丝粒染色体； 亚端着丝粒染色体，具有微小短臂； 端着丝粒染色体；主缢痕：染

9、色单体被着丝粒分为长臂及短臂，中间着丝粒区浅染内缢，也被称之 为主缢痕。次缢痕：染色体上其他的浅染缢缩部位成为次缢痕，它的数目、位置、大小是某 些染色体所特有的形态特征，因此也可作为鉴定染色体的标记。核仁组织区：位于染色体的次缢痕部位，但并非所有次缢痕部位都是核仁组织区， 是 rRNA 基因( 5S rRNA )所在部位，与间期细胞核仁形成有关。随体：位于染色体末端的球性染色体节段，通过次缢痕区与染色体主体部分相连。 是识别染色体形态的重要特征之一，有随体的染色体称之为 sat 染色体。 端粒：染色体两个端部特化结构。一个基因组内的所有端粒都是由相同的重复序 列组成。其生物学作用在于维持染色体

10、的完整性和独立性，可能还与染色体在核内的空间排布有关。染色体核型： 核型是指染色体组在有丝分裂中期的表型，是染色体数目、大小、形态特征的总 和，核型分析是在对染色体组测量计算的基础上，进行分组、排队、配对并进行 形态分析的过程。对于探讨人类遗传病的机制（染色体疾病）、物种亲缘关系、 远缘杂种的鉴定都有重要意义。将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制 下来，再按长短、形态等特征排列起来的图像称为核型模式图，它代表该物种的 核型模式。常见染色体疾病普及： 常染色体病：由于122 号常染色体发生畸变引起的疾病，可分为单体综合征、 三体综合征、部分单体综合征和部分三体综合征 4 类。其中以三体综合

11、征和部 分三体综合征较为多见。三体综合征：某一号同源染色体的数目不是正常的 2 个而是 3 个，即细胞的染 色体总数为 47 的染色体病。染色体疾病常见的三体综合征有 21 三体（唐氏综合征 DownSyndrome）、18 三体（爱德 华氏综合征EdwardsSyndrome）和13三体（帕陶氏综合征PatauSyndrome），其 中以 21 三体综合征最常见。 根据染色体核型分析可有效地识别此类疾病。 第四部分：实操：人染色体核型分析实验 实验目的：学习和掌握核型分析的方法，运用该方法分析不同生物染色体核型， 根据人染色体核型分析结果，判断生物性别、表型或综合症。实验原理： 核型亦称染色

12、体组型，是指体细胞有丝分裂中期细胞核（或染色体组）的表型。每 一个体细胞含有两组同样的染色体，用 2n 表示。其中与性别直接有关的染色体， 即性染色体，可以不成对。每一个配子带有一组染色体，叫做单倍体，用n表示。 两性配子结合后，具有两组染色体，成为二倍体的体细胞。如蚕豆的体细胞 2n=12，它的配子n=6；玉米的体细胞2n=20，配子n=10；人类体细胞2n=46，配 子 n=23。染色体在复制以后，纵向并列的两个染色单体，通过着丝粒联结在一起。着丝粒 在染色体上的位置是固定的。由于着丝粒位置的不同，染色体可分成相等或不相 等的两臂，造成中着丝粒染色体，亚中着丝粒染色体、亚端着丝粒染色体和端

13、着 丝粒染色体等形态不同的染色体。此外，有的染色体还含有随体或次缢痕。所有 这些染色体的特异性构成一个物种的染色体组型。染色体核型分析是细胞遗传 学、染色体工程、现代分类学和进化理论的重要研究手段，也是一种简便的方法。 实验材料：人类染色体非显带标本或人类染色体显带标本或 10 个分裂中期细胞 的染色体永久装片及照片、游标卡尺、直尺、剪刀、镊子、计算器、座标纸、绘 图纸、胶水等五、实验方法和步骤 染色体制片（略，制备时间过长，实验室需求较高，操作易失败）（一）测量 若用染色体制片标本进行直接测量时，必须利用显微镜与测微尺，事 先要用台微尺对目微尺的单位长度进行标定后再进行工作 , 仅对染色体长

14、度较 大的标本适合。一般标本还是先行拍照放大后进行测量，可得较好数据。首先目 测照片上每条染色体长度，按长短顺序初步编号，写在每条染色体短臂的一端， 同时确定主缢痕的位置，用游标卡尺逐条测量短臂和长臂长度。根据测量的数据， 计算染色体的相对长度，臂比及着丝粒指数。相对长度二（每个染色体的长度/全部染色体长度）X100着丝粒比值=长臂长度/短臂长度着丝粒指数=短臂长度/该染色体长度说明：以上公式每一项所代入的数据，均为求出5个或10个细胞同源染色体的 短臂长度、长臂长度和全长的平均值（即5个或10个细胞中编号相同的染色体各 项长度分别相加后以5或1 0除之）。着丝点位置按臂比值确定：着丝粒比值着

15、丝点位置简写1.00正中部着丝点M1.01 1.70中部着丝点区m1.71 3.00近中部着丝点区sm3.01 7.00近端部着丝点区st7.01以上端部着丝点区tOO端部着丝点T（二）配对 根据测量数据，即染色体相对长度、臂比、着丝粒指数、次缢痕的有 无及位置，随体的形状和大小等进行同源染色体的剪贴配对。（三）染色体排列 按染色体由长到短同源染色体重新编号, 由左向右顺序贴在纸 上。着丝点排列在同一水平线上，短臂在上，长臂在下。如有超数染色体、性染 色体，则排在最后，完成上述步骤的染色体剪贴后, 再附一张同一照片的中期分 裂相，即成为染色体核型图。（四）绘制核型模式图及核型分析表1 核型模式图 用绘图纸和座标纸绘制。座标纸放在绘图纸下作为标记，横座标 为染色体序号，纵座标为染色体的相对长度。绘染色体时，长臂在下，短臂在上。 2核型分析表序号相对长度臂比指数着丝粒指数类型123六、实验结果分析：性别分析、表型分析 第五部分：设计：生物核型分析实验设计 1.5h 给定拍照放大后染色体制片标本进行染色体核型分析（21-三体综合征染色体制片标本照片）第六部分：评价体系：实验设计的“作品展示”及“研究报告”的完成情况5h 试验所需耗材：染色体制片标本（搜索下是否有直接用于核型分析的正常染色体 制片标本照片及染色体疾