第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修3 生物技术与工程同步学案（人教版）

本讲义聚焦动物细胞培养核心知识点，系统梳理培养条件（营养、无菌无毒环境、温度pH渗透压、气体环境）、操作过程（原代培养至传代培养，含细胞贴壁与接触抑制），并延伸至干细胞培养（胚胎、成体、iPS细胞的来源、特点及应用），构建从基础原理到实际应用的学习支架。 该资料通过对比归纳（动植物细胞培养比较）、概念辨析（原代/传代培养、干细胞类型）及典题诊断，培养科学思维；结合干细胞治疗白血病等实例，渗透社会责任。课中辅助教师引导探究，课后通过自学诊断与习题帮助学生巩固知识，弥补盲点。

第2节　动物细胞工程 第1课时　动物细胞培养 学习目标 素养要求 1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 2．简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 1.理解动物细胞培养的条件。(生命观念) 2．说出动物细胞培养的过程。(科学思维) 3．阐述干细胞培养过程及其应用。(社会责任) 一、动物细胞培养的条件 1．动物细胞培养：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。 2．动物细胞培养的条件 (1)营养：培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。 ①无机物：无机盐等； ②有机物：糖类、氨基酸、维生素和血清等一些天然成分。 (2)无菌、无毒的环境。 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。 ②在无菌环境中进行操作。 ③定期更换培养液，以清除代谢物。 (3)温度、pH和渗透压 ①哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5_℃为宜。 ②多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。 ③渗透压也是重要的环境参数。 (4)气体环境 ①O2：细胞代谢所必需。 ②CO2：主要是维持培养液的pH。 二、动物细胞培养的过程 1．过程 取动物组织块 ↓ 分散组织细胞：剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间 ↓ 制成细胞悬液 ↓ 原代培养：具有贴壁生长和接触抑制的特点 ↓ 传代培养 2．相关概念 (1)细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。 (2)细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。 (3)原代培养：分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。 (4)传代培养：贴满瓶壁的细胞，出现接触抑制后，需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖的培养过程。 三、干细胞培养及其应用 1．胚胎干细胞 (1)简称：ES细胞。 (2)存在位置：早期胚胎中。 (3)功能：具有分化为成年动物体内任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。 (4)应用：分离并证明了某些动物和人的ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞。 2．成体干细胞 (1)存在位置：成体组织或器官内。如骨髓中有造血干细胞、神经系统中有神经干细胞、睾丸中有精原干细胞。 (2)功能：具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。 (3)应用： ①用正常的造血干细胞治疗白血病等造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。 ②用神经干细胞治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病。 3．诱导多能干细胞 (1)简称：iPS细胞。 (2)功能：类似于胚胎干细胞。 (3)优点：诱导过程无需破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，避免免疫排斥反应。 [自学效果诊断] 1．判正误 (1)制备肝细胞悬液时先用机械方法处理肝组织，再用胃蛋白酶处理。( × ) (2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。( × ) (3)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。( × ) (4)胚胎干细胞可以来源于早期胚胎，也可以来源于成熟个体。( × ) 2．微思考 动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？ 提示：细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染，而离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培养的细胞就会死亡。 新知探究一　动物细胞培养的条件和过程 　如图是动物细胞培养的基本过程示意图。请根据图回答： (1)动物细胞培养时，为什么要将动物组织分散成单个细胞？ 提示：①保证细胞所需要的营养供应；②保证细胞内有害代谢产物的及时排出。 (2)动物细胞培养需要控制什么样的气体环境？各自起什么作用？ 提示：95%空气加5%CO2；空气中的O2维持细胞代谢，CO2维持培养液的pH。 (3)动物细胞培养和植物组织培养一样可以获得完整个体吗？ 提示：动物细胞培养时细胞只进行生长和增殖，不能得到完整个体，但是植物组织培养可以获得完整个体。 [核心归纳] 1．植物组织培养与动物细胞培养的比较 比较项目 动物细胞培养 植物组织培养 生物学原理 细胞增殖 细胞全能性 培养基性质 液体 固体 培养结果 子代细胞 新的植株 应用 是动物细胞工程的基础 (1)快速繁殖； (2)培育作物新品种； (3)细胞产物的工厂化生产； (4)作物脱毒 培养条件 无菌、适宜的温度和pH 取材 新鲜的组织 植物器官、组织或细胞 培养对象 分散的单个细胞 植物器官、组织或细胞 过程 原代培养、传代培养 脱分化、再分化 细胞分裂、生长、分化特点 (1)贴壁生长； (2)接触抑制 (1)脱分化：形成愈伤组织； (2)再分化：形成根、芽等 2.培养条件的分析 (1)添加血清的作用：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。 [特别提醒]　有关植物组织培养与动物细胞培养的三点提醒 (1)植物组织培养过程中存在脱分化和再分化，而动物细胞培养过程中没有脱分化和再分化过程。 (2)植物组织培养可获得新个体，体现了细胞的全能性，而动物细胞培养只能得到细胞，没有体现细胞的全能性。 (3)两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂，不涉及减数分裂。 [典题应用] 1．一般来说，动物细胞体外培养需要满足的条件有(　　) ①无毒的环境　②无菌的环境　③培养液中需加血浆　④温度与动物体温相近　⑤需要O2　⑥加CO2维持培养液的pH A．①②③④⑤⑥ B．①②③④ C．①③④⑤⑥ D．①②③④⑥ 解析：选A　动物细胞体外培养要求环境无菌、无毒，在细胞培养液中需添加血清、血浆等一些天然成分，培养温度一般与动物体温相近。动物细胞培养还需要O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2可维持培养液的pH。 2．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 解析：选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。 3．某研究性学习小组同学在研究细胞工程时，列表比较了动物细胞培养和植物细胞工程的有关内容，其中错误的是(　　 ) 选项 比较项目 植物细胞工程 动物细胞培养 A 处理方法 酶解法去除细胞壁 用胰蛋白酶处理后制成细胞悬液 B 原理 细胞增殖 细胞的全能性 C 应用 快速繁殖技术 生产干扰素等 D 培养基性质 固体培养基 液体培养基 解析：选B　植物细胞工程中去除细胞壁时用的是纤维素酶和果胶酶，而在动物细胞培养中采用胰蛋白酶处理动物组织，使其分散成单个细胞；植物细胞工程的原理是植物细胞的全能性，动物细胞培养的原理是细胞增殖，没有体现出全能性；植物细胞工程可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，利用动物细胞培养可以大规模生产病毒疫苗、干扰素等；两者培养基的物理性质和成分是不同的。 新知探究二　干细胞培养及其应用 1．来自胚胎的细胞是否都具有细胞全能性？ 提示：不是，只有早期胚胎中的胚胎干细胞才具有细胞全能性。 2．造血干细胞是一类发现最早、研究最多、应用最为成熟的成体干细胞，请列举造血干细胞在医学上的具体应用，并说明原理。 提示：将正常造血干细胞转移到病人体内，恢复病人的造血和免疫功能，可以用于治疗白血病等。因为造血干细胞可以增殖分化产生红细胞、白血胞等血细胞。 3．为什么说iPS细胞的应用前景要优于ES细胞？ 提示：因为ES细胞必须从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制了医学上的应用。iPS细胞的诱导过程无须破坏胚胎，而且可以来自病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应，所以科学家普遍认为iPS细胞的应用前景要优于ES细胞。 [核心归纳] 　各类干细胞的比较 种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞 来源 早期胚胎 骨髓、脐带血等 体细胞(如成纤维细胞等) 续表 特点 能分化成任何一种细胞、组织或器官，甚至成为个体 分化成特定的细胞或组织 能诱导分化成类似胚胎干细胞的细胞 应　用 分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病，神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等 [典题应用] 4．下列干细胞中，具有发育成完整个体的潜能的是(　　) A．胚胎干细胞　　　　 B．神经干细胞 C．精原干细胞 D．造血干细胞 解析：选A　神经干细胞、精原干细胞和造血干细胞都属于成体干细胞，具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能。 5．干细胞的培养成功是动物细胞培养领域重大的成就之一，下列有关造血干细胞的叙述错误的是(　　) A．造血干细胞主要存在于骨髓、外周血和脐带血中 B．造血干细胞可以增殖分化产生红细胞和白细胞等各种血细胞 C．造血干细胞可以用于治疗白血病、阿尔茨海默病等多种疾病 D．通过体外诱导可以得到造血干细胞 解析：选C　造血干细胞属于成体干细胞，主要存在于骨髓、外周血和脐带血中，可以分化产生多种血细胞，用于治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。神经干细胞可以用于治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病等。通过体外诱导技术，可以获得造血干细胞。 [核心语句必背] 1．培养动物细胞一般使用液体培养基，应含有细胞所需的各种营养物质，包括糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，还有血清等一些天然成分。 2．培养细胞所需要的培养液和培养用具需要灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。 3．培养动物细胞时，CO2的主要作用是维持培养液的pH。 4．分散动物组织中的细胞一般用胰蛋白酶或胶原蛋白酶，而不用胃蛋白酶。 5．胚胎干细胞的分化潜能比成体干细胞高。 6．诱导多能干细胞可以分化成多种细胞，分化成各种组织、器官。 1．下列关于动物细胞培养的叙述，不正确的是(　　) A．传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞 B．细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中 C．癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象 D．动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱 解析：选B　原代培养换瓶进行传代培养时，需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理贴壁生长的细胞，A项正确；细胞的癌变一般发生于50代后的细胞培养过程中，B项错误；癌细胞膜上糖蛋白减少，细胞黏着性降低，失去了接触抑制，容易分散和转移，C项正确；动物细胞培养的场所是CO2培养箱，培养箱内含有95%的空气和5%的CO2的混合气体，为动物细胞提供适宜的气体环境，D项正确。 2．离体的植物组织或细胞在适当培养条件下发育成完整的植株，而离体动物细胞却没有发育成动物的成熟个体，原因是(　　 ) A．动物细胞内没有成套的遗传物质 B．动物细胞的全能性随分化程度提高而受到限制，分化潜能变弱 C．动物细胞的细胞核太小 D．动物细胞的全能性低于植物细胞 解析：选B　动物细胞的全能性随分化程度的提高而受限变弱，只能通过核移植实现克隆动物的目的，所以动物细胞的全能性不容易实现；动物细胞的全能性与细胞核大小无关。 3．动物细胞培养和植物组织培养的主要区别是(　　) A．动物细胞培养是培养单个细胞，植物组织培养是培养组织 B．动物细胞培养可以传代，而植物组织培养不能传代 C．动物细胞培养所用的培养基的成分与植物的不同 D．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 解析：选C　动物细胞培养和植物组织培养都有细胞分裂过程，因而细胞与组织均能传代。二者所用培养基的成分都有营养物质，但动物细胞培养需要血清，而植物组织培养不需要血清。植物组织培养与动物细胞培养过程中，由于受外界环境条件的影响，细胞分裂时也可能发生基因突变、染色体变异而引起遗传物质改变。 4．2020年初，荷兰某研究所利用蛇干细胞培养出可分泌毒液的蛇毒腺微型组织，让毒素的获取途径更加安全和简单。下列叙述正确的是(　　) A．培养蛇干细胞时O2的作用是维持培养液pH的稳定 B．蛇毒腺微型组织基因的表达与蛇干细胞不完全相同 C．利用蛇干细胞的大量增殖即可获得大量分泌毒液的细胞 D．培养蛇毒腺微型组织与哺乳动物细胞培养的条件完全相同 解析：选B　培养蛇干细胞时CO2的作用是维持培养液pH的稳定，A错误；不同细胞中基因的表达情况不同，因此蛇毒腺微型组织基因的表达与蛇干细胞不完全相同，B正确；分泌毒液的细胞是蛇干细胞分化形成的，C错误；由于不同细胞的结构和功能不同，因此培养蛇毒腺微型组织与哺乳动物细胞培养的条件不完全相同，D错误。 5．如图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据图回答： (1)容器A中放置的是动物器官或组织，它一般取自__________________________。 (2)对容器A中的动物器官或组织要进行处理，或用机械的方法，或用________酶、________酶等处理，这是为了使细胞分散开来，这样做的目的是______________。 (3)培养首先在B瓶中进行，瓶中的培养基成分有______________等。在此瓶中培养一段时间后，细胞停止分裂增殖，这时的培养称为________。 (4)为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中，用________处理，然后配制成________再分装。 解析：(1)动物细胞培养一般取材于动物胚胎或幼龄动物的器官或组织，因为这部分细胞的分裂能力强。(2)在进行培养时应尽量使细胞分散，便于与培养液充分接触，进行物质交换，使其分散需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(3)动物细胞培养过程中应尽量使培养基成分与体内的环境基本相同，所以需要添加糖、氨基酸、无机盐、动物血清等。培养的过程分为原代培养和传代培养两个大阶段，分瓶之前的培养称为原代培养。(4)当细胞数目较多时，需要用胰蛋白酶处理，使细胞分散，从瓶壁上脱离下来，配制成细胞悬液继续培养。 答案：(1)动物胚胎或幼龄动物　(2)胰蛋白 胶原蛋白　将组织分散成单个细胞 (3)糖、氨基酸、无机盐和动物血清　原代培养　(4)胰蛋白酶　细胞悬液 学科网（北京）股份有限公司 $