第2章 第2节 第1课时 动物细胞培养-【金版新学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，多选）

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、无菌无毒环境等）、过程（原代/传代培养、贴壁与接触抑制），并延伸至干细胞种类及应用，构建从基础技术到实际应用的学习支架。 资料通过自我诊断、活动探究（如分析培养条件）和归纳总结（动植物培养对比），结合“细胞培养肉”等实例，培养科学思维与探究实践能力。课中辅助教师教学，课后助力学生查漏补缺，强化知识应用。

第2节　动物细胞工程 第1课时　动物细胞培养 [学习目标]　1.阐明动物细胞培养的条件和过程。　2.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 任务一　动物细胞培养的条件和过程 1.动物细胞工程 (1)常用技术：动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等。 (2)基础：动物细胞培养。 2.动物细胞培养 (1)概念：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)营养条件：培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质，如糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，由于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。 (3)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在无菌环境下进行操作； ③定期更换培养液以便清除代谢物。 (4)温度、pH和渗透压 (5)气体环境 3.动物细胞培养的过程 　　正常细胞在培养瓶的瓶壁上形成的是单层细胞；癌细胞没有接触抑制现象，可以在培养瓶壁上形成多层细胞。 (1)细胞贴壁：大多数细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 (2)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的现象。 (3)原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 (4)传代培养：分瓶后的细胞培养。 　　(源于教材P44“旁栏思考”)进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质的主要成分是蛋白质，不能用胃蛋白酶的原因是胃蛋白酶作用的适宜pH为1.5，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中失去活性。 【自我诊断】 1.动物细胞培养所用的培养基为液体培养基，通常含有由糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质和动物血清等天然成分。 (√) 2.动物细胞培养时，要对培养液和所有培养用具进行消毒，同时需要在无菌环境下进行操作。 (×) 3.哺乳动物细胞培养的适宜温度一般为36.5±0.5 ℃，适宜pH一般为7.2～7.4。 (√) 4.动物细胞培养时，CO2的作用是刺激动物细胞的细胞呼吸。 (×) 5.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。 (×) 学生用书⬇第48页 [活动1]　深入理解动物细胞培养 材料：下图是有关动物细胞培养示意图，据图思考下列问题： (1)在动物细胞培养时，如何操作才能创造无菌、无毒的培养环境？ 提示：①需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作；②培养液还需要定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 (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是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。 (3)幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？ 提示：幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养。原因是这些细胞分裂能力强。 (4)动物细胞培养时，为什么要定时更换培养基？ 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。 (5)培养瓶中的细胞培养为什么要进行传代培养？ 提示：随着原代培养的进行，细胞密度过大、有害代谢物积累和营养物质缺乏以及贴壁生长会出现接触抑制，细胞会逐渐停止分裂增殖，因此要传代培养。 【归纳总结】 1.动物细胞培养的相关处理 (1)使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。 (2)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。 (3)动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶，第一次使用的目的是使组织细胞分散开；贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。 (4)在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，再用离心法收集。 2.动物细胞培养与植物组织培养的比较 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；用机械的方法，也可以用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理，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等 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、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 学生用书⬇第49页 针对练1.(2025·广东高三考试)“细胞培养肉”是依据肉类自然生长规律，利用体外培养技术调控“种子细胞”的增殖分化过程而生产的可食用肉类，其结构、营养价值接近“真肉”。下列叙述错误的是(　　) A.成体干细胞可作为“种子细胞” B.生产过程需要定期更换培养液 C.接触抑制现象有利于生产“细胞培养肉” D.应用“细胞培养肉”可能降低生态足迹 答案：C 解析：“细胞培养肉”的生产依赖于动物细胞的分裂分化，因此“种子细胞”必须具有较强的分裂、分化能力，成体干细胞分裂能力强、分化程度低，符合要求，可作为“种子细胞”，A正确；体外培养动物细胞时，需要定期更换培养液，以补充营养物质和清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害，B正确；接触抑制现象是指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，“细胞培养肉”的结构接近“真肉”，说明由多层细胞构成，接触抑制现象不利于这一结构的形成，不利于“细胞培养肉”的生产，C错误；与传统养殖业相比，“细胞培养肉”的生产不涉及动物的饲养，不浪费土地资源，可能会降低生态足迹，D正确。 　　合成培养基中加血清的原因：血清中含有多种未知的促细胞生长因子及其他活性物质，可以补充合成培养基中缺乏的物质。 针对练2.(2025·广东卷)将人眼睑成纤维细胞传代培养后，再培养形成支架，在该支架上接种人口腔黏膜上皮细胞，培养一段时间后分离获得上皮细胞片层，可用于人工角膜的研究。上述过程不涉及(　　) A.制备细胞悬液 B.置于5％ CO2等适宜条件下培养 C.离心收集细胞 D.用胰蛋白酶消化支架后分离片层 答案：D 解析：动物细胞培养时，为增大细胞与培养液的接触面积，需要制备细胞悬液，A正确；置于5％ CO2等适宜条件下培养，其中5％的CO2可维持培养液的pH，B正确；在成纤维细胞传代培养过程中需要通过离心收集细胞，C正确；分离片层不用胰蛋白酶消化支架，避免将上皮细胞片层分离成单独细胞，D错误。 有关动物细胞培养知识点可归纳为4个“2” (1)培养材料为“2”：即动物胚胎、幼龄动物的组织和器官。 (2)培养过程为“2”：即原代培养、传代培养。 (3)胰蛋白酶使用“2”次：即原代培养和传代培养中均使用，目的是使细胞分散开。 (4)细胞生长特点有“2”种：即贴壁生长、接触抑制或悬浮生长。 任务二　干细胞培养及其应用 1.种类及存在部位 2.应用 (1)可以用于治疗人类的某些疾病：如神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)方面有重要的应用价值。 (2)诱导多能干细胞(iPS细胞)：诱导过程无须破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 iPS细胞是体外诱导产生的多能干细胞，虽然类似于胚胎干细胞，但一般认为不能诱导分化形成完整的生物个体。 　　(源于教材P47“拓展应用”)如果诱导iPS细胞定向分化为生殖细胞的技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物等。 【自我诊断】 1.胚胎干细胞和成体干细胞不仅能自我更新，还能够分化为成年动物体内的任何一种类型细胞并具有形成完整生物个体的能力。 (×) 学生用书⬇第50页 2.iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，可以避免免疫排斥反应。 (√) 3.不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同。 (×) 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。 (×) 5.ES细胞可用于治疗帕金森病和阿尔茨海默病等。 (√) [活动2]　深入分析干细胞培养和应用 材料：下图为iPS细胞的培养和应用过程，请据图回答： (1)1→2过程的实质是什么？ 提示：基因的选择性表达。 (2)诱导多能干细胞用于治疗人类的某些疾病的原理是什么？ 提示：诱导多能干细胞是类似胚胎干细胞的一种细胞，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。 (3)诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？ 提示：通过体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。又由于人造器官是自身细胞经诱导分化形成的，所以可以避免免疫排斥反应。 (4)为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞？ 提示：iPS细胞的获得无须破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 【归纳总结】 1.胚胎干细胞的分离途径 2.胚胎干细胞的特性与培养 胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，包括人类囊胚的内细胞团，具有胚胎细胞的特性。它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜能，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型，在特定的环境诱导下，能分化成各类细胞。培养胚胎干细胞的关键是需要一种培养体系，这种体系必须能促进胚胎干细胞的生长，同时还要抑制胚胎干细胞的分化。 3.干细胞的种类 名称 全能干细胞 多能干细胞 专能干细胞 举例 胚胎干细胞 造血干细胞 神经干细胞 特点 能形成机体的任何组织或器官甚至完整个体 能分化成多种细胞或组织，但不能发育成完整的个体 只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞 应用 用于病人的器官移植等 通过造血干细胞移植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 神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病方面有重要的应用价值 针对练3.(2025·贵州黔东南高三期末)研究人员通过诱导肺上皮干细胞生成肺类器官，肺类器官可自组装或与成熟细胞组装成肺类装配体，如图所示。下列叙述错误的是(　　) 学生用书⬇第51页 A.对肺上皮干细胞的培养要保证无菌、无毒的环境 B.上述细胞的培养过程中加入一定量的CO2以维持培养液的pH C.对体细胞进行筛选时需加入一定的胰蛋白酶进行处理 D.肺类装配体形成过程中运用了体细胞核移植技术 答案：D 解析：因为培养液中有丰富的营养物质，对肺上皮干细胞的培养要保证无菌、无毒的环境，否则会导致杂菌污染，A正确；肺上皮干细胞(动物细胞)需要在含有95％空气和5％CO2的气体环境中培养，其中CO2可以维持培养液的pH，B正确；对体细胞进行筛选时需获得单细胞悬液，因而加入一定的胰蛋白酶进行处理，C正确；由图可知，肺类装配体是由肺类器官自组装或与体细胞共培养形成的，形成过程中没有涉及体细胞核移植技术，D错误。 针对练4. (多选)(2024·江苏苏州高三开学考试)再生医学领域在2019年首次利用异源诱导多能干细胞(iPS细胞)培养出的眼角膜组织，移植到病人体内，成功治疗一名失明患者，且未发生免疫排斥反应。下列叙述错误的是(　　) A．造血干细胞和诱导多能干细胞(iPS细胞)的分化程度相同 B．神经干细胞和iPS细胞在治疗阿尔茨海默病等方面有重要价值 C．体外培养iPS细胞时培养液中不需要加入血清等物质 D．患者未发生免疫排斥反应是因为移植细胞与其自身细胞的基因相同 答案：ACD 解析：造血干细胞和诱导多能干细胞(iPS细胞)的分化程度不同，前者大于后者，A错误。神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)方面有重要的应用价值；用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展；可见神经干细胞和iPS细胞在治疗阿尔茨海默病等方面有重要价值，B正确。体外培养iPS细胞时培养液中需要加入血清等物质，C错误。由题意可知，眼角膜组织由异源诱导干细胞培养出，故其基因与患者并不相同，患者未发生免疫排斥反应是因为眼角膜是一层透明的膜，不含有血管，也不含有淋巴组织，属于免疫豁免的部位，D错误。 思维导图 要语必背 1.动物细胞培养需要满足以下条件：①营养条件(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，还需要加入动物血清等天然成分)；②无菌、无毒的环境；③适宜的温度、pH和渗透压；④适宜的气体环境。 2.动物细胞的培养分为原代培养和传代培养。大多数细胞在培养过程中会出现细胞贴壁(生长)和细胞接触抑制现象。 3.干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 1.(2025·辽宁大连高三期末)我国科学家成功将大熊猫皮肤成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞(iPSCs)。这些大熊猫iPSCs不仅能在体外培养条件下稳定增殖传代，还能在体内和体外条件下分化产生三个胚层及各种不同类型的细胞，展现出很好的发育潜能。下列叙述错误的是(　　) A.将大熊猫成纤维细胞诱导为多能干细胞的过程相当于脱分化过程 B.胚胎干细胞主要来源于囊胚的内细胞团，具有发育成完整个体的潜能 C.大熊猫皮肤成纤维细胞被诱导为iPSCs的过程体现了细胞的全能性 D.利用诱导多能干细胞治疗疾病，理论上可避免发生免疫排斥反应 答案：C 解析：脱分化是指已分化的细胞失去特有的结构和功能，恢复到未分化状态的过程。将大熊猫成纤维细胞诱导为多能干细胞，使其从已分化的状态转变为具有多向分化潜能的细胞，此过程相当于脱分化，A正确。胚胎干细胞主要来源于囊胚的内细胞团，具有发育的全能性，即具有发育成完整个体的潜能，B正确。细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。大熊猫皮肤成纤维细胞被诱导为iPSCs，只是形成了多能干细胞，并没有发育成完整的个体，所以不能体现细胞的全能性，C错误。利用诱导多能干细胞治疗疾病，由于是自身细胞诱导形成的，其遗传物质与自身细胞相同，理论上可避免发生免疫排斥反应，D正确。 2.(2025·湖北卷)利用犬肾细胞MDCK扩增流感病毒，生产流感疫苗，具有标准化、产量高等优点。但MDCK细胞贴壁生长的特性不利于生产规模的扩大，严重制约疫苗的生产效率。研究人员通过筛选，成功获得一种无成瘤性的(多代培养不会癌变)、可悬浮培养的MDCK细胞——XF06。下列叙述错误的是(　　) A.XF06悬浮培养可提高细胞密度，进而提升生产效率 B.细胞贴壁生长特性的改变是由于流感病毒感染所导致 学生用书⬇第52页 C.可采用离心技术从感染病毒的细胞裂解液中分离出流感病毒 D.采用无成瘤性细胞生产疫苗，是为了避免疫苗中有致瘤DNA的污染 答案：B 解析：悬浮培养的XF06细胞无需贴壁生长，可在培养液中自由增殖，从而提高细胞密度，扩大病毒产量，提升生产效率，A正确；细胞的贴壁生长特性改变是通过筛选获得的遗传特性，而非流感病毒感染所致(病毒感染仅用于扩增病毒，不改变宿主细胞生长方式)，B错误；流感病毒释放到细胞裂解液后，离心可分离细胞碎片(沉淀)与病毒(上清液)，C正确；无成瘤性细胞不含癌基因，可避免疫苗中混入致瘤性DNA片段，确保疫苗安全性，D正确。 3.(2025·河南周口期末)在太空环境中进行动物细胞培养实验，是空间生物学和医学研究的重要部分。在微重力环境中，组织细胞可以均匀悬浮，在三维方向自由生长，不会因为密度的不同导致沉降速度不同，从而影响彼此间的接触与沟通，故细胞有望在空间生长出三维、立体的离体细胞或组织器官。下列叙述正确的是(　　) A.在太空中可将肝细胞或离体的花药培养成一个完整个体 B.在太空中培养动物细胞无需将动物组织中的细胞分散成单个细胞 C.在太空中进行动物细胞培养时，接触抑制现象会减弱 D.在太空中进行动物细胞培养时，需要对动物组织进行灭菌处理且培养液要定期更换 答案：C 解析：由于动物细胞的全能性受限，无论在太空还是地面，都无法将肝细胞培养成一个完整的个体，A错误；在太空中进行动物细胞培养也需要将动物组织中的细胞设法分散成单个细胞，B错误；据题干信息可知，在微重力环境中，组织细胞可以均匀悬浮，在太空中进行动物细胞培养时接触抑制现象会减弱，C正确；对动物组织不能进行灭菌处理，否则会杀死动物细胞，D错误。 4.(2025·山东日照高三期末)在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。下图为用患者的自体皮肤细胞培养供移植的皮肤过程示意图。下列叙述错误的是(　　) A.用机械法和酶解法处理皮肤组织均可得到单个细胞 B.原代培养时应向合成培养基中加入血清等天然成分 C.接触抑制是导致原代培养细胞分裂受阻的重要原因 D.该过程中传代培养获得的细胞可直接用离心法收集 答案：D 解析：培养动物细胞时用机械法或酶解法处理，均可将组织分散成单个细胞，A正确；动物细胞的培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素，除此以外还需要添加动物血清等天然成分，B正确；细胞在贴壁生长的过程中会出现接触抑制的现象，即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，C正确；进行传代培养时，悬浮培养的细胞可直接用离心法收集后制成细胞悬液，然后分瓶培养，贴壁生长的细胞要用胰蛋白酶处理成细胞悬液，再用离心法收集，D错误。 5．(多选)(2025·内蒙古赤峰专题练习)科学家将可分化为软骨的滑膜干细胞进行移植，实现半月板再生，移植手术流程如图。下列叙述正确的是(　　) 采集滑膜→滑膜干细胞增殖→移植到半月板缝合部位→针对损伤的半月板进行修复 A．为避免干细胞移植后发生免疫排斥反应，最好采集患者自体的滑膜干细胞 B．滑膜干细胞培养所用的培养基是合成培养基，通常需加入血清等天然成分 C．当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将其分散 D．干细胞成功移植并实现半月板再生，证明高度分化的细胞能表现出细胞的全能性 答案：ABC 解析：来自同一生物体的细胞，其细胞膜上的组织相容性抗原相同，因此为避免干细胞移植后发生免疫排斥反应，最好采集患者自体的细胞，A正确；为了保证细胞培养时营养物质和生长因子的供给，培养基中需添加一定量的动物血清等天然成分，可以补充合成培养基中缺乏的物质，B正确；当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使之分散成单个细胞，C正确；干细胞成功移植并实现半月板再生，没有分化出各种细胞或发育成个体，没有表现出细胞的全能性，D错误。 6.(创新情境)下图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中O、A、B、C、D、E是曲线上的点，其中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。据图回答问题： (1)通常将动物组织消化后的初次培养称为　　　　，在图中是　　　　段(填字母)。 (2)在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需量严格配制而成的培养基称为　　　　培养基。通常在培养基中还需要加入适量血清等一些天然成分，血清作为天然培养基的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)进行动物细胞培养时，选用液体培养基的pH的范围是　　　　，若将组织块剪碎，加入胰蛋白酶，可使其分散成单个细胞，为什么不能改用胃蛋白酶？　　　　　 　　　　　　　　　。 答案：(1)原代培养　OB　(2)合成　补充合成培养基中缺失的成分　(3)7.2～7.4　胃蛋白酶发挥作用的最适pH值为1.5，在pH值7.2～7.4环境下，酶会变性失活，不能发挥作用 解析：(1)人们通常将动物组织处理后的初次培养称为原代培养，在图中是OB段。(2)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，称为合成培养基。通常还需要在培养基中加入血清等一些天然成分，血清作为天然培养基的作用是补充合成培养基中缺失的成分，有利于细胞的正常生长与增殖。(3)通常情况下，进行动物细胞培养时，选用液体培养基的pH的范围为7.2～7.4，若将组织块剪碎，加入胰蛋白酶，可使其分散成许多单个细胞，若改用胃蛋白酶则不行，因为胃蛋白酶发挥作用的最适pH值为1.5，在pH值为7.2～7.4的环境下，酶会变性失活，不能发挥作用。 学科网（北京）股份有限公司 $