2.2.1动物细胞培养课件-2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦动物细胞工程核心内容，系统阐述动物细胞培养的概念、原理、条件及过程，结合干细胞培养与应用，通过“从社会中来”的烧伤皮肤移植问题导入，衔接科技发展历程，构建从基础理论到实际应用的学习支架。 其亮点在于以真实情境问题驱动探究实践，通过合作讨论、对比动植物培养等活动培养科学思维，结合科技史与伦理讨论渗透生命观念与态度责任。例如用iPS细胞治疗案例强化理论联系实际，帮助学生深化理解，也为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 希普：首例胚胎移植成功 哈里森:首创动物组织体外培养法 张明觉：发现哺乳动物精子获能现象 格登、童第周：体细胞核移植成功 试管家兔诞生 米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术 胚胎分割移植成功 埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞 克隆羊多莉诞生 山中伸弥：获得诱导多能干细胞 单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生 我国科学家首次培育了体细胞克隆猴 1890年 1907年 1951年 1958年 1959年 1975年 1978年 1981年 1996年 2006年 2014年 2017年 科技探索之路 动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程 2 从社会中来 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。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。那么，怎样才能获得大量的自体健康皮肤？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？ 可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增 动物细胞培养 通过细胞培养构建的人造皮肤 人造皮肤 自体皮肤移植 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 人造皮肤 克隆猴：中中和华华 单克隆抗体 从社会中来 6 第1课时 动物细胞培养 一、动物细胞培养的概念和原理 组织 1. 概念： 从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 适宜条件 细胞生长和增殖 动物体 取出 单个细胞 分散 2.原理： 3.目的： 细胞增殖(有丝分裂) 获得细胞或者细胞产物，不能获得完整动物体。 动物细胞应该放在什么样的条件下培养？ 8 一、动物细胞培养的条件 ﹤ 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 思考 ①直接用合成培养基吗？ Why？ ②如何维持无菌、无毒的环境？ ③适宜的温度、pH和渗透压分别是多少？ ④气体环境？分别有什么作用？装置？ 9 一、动物细胞培养的条件 1. 快速繁殖 1.营养条件 培养皿 培养瓶 直接用合成培养基吗？ Why？ 合成培养基 + 血清/血浆等天然成分 血清中含有多种维持细胞代谢和生长的物质， 如蛋白质、氨基酸、未知的促细胞生长因子等 血清等天然成分 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 一般使用液体培养基也称培养液。 作用：补充合成培养基缺失成分 10 一、动物细胞培养的条件 1. 快速繁殖 2.无菌、无毒的环境 无毒 无菌 防止微生物污染 清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细 胞自身造成危害。 目的： 定期更换培养液 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添加一定量的 抗生素 如何维持无菌、无毒的环境？ 11 一、动物细胞培养的条件 3.温度、PH、渗透压： 多数动物细胞生存的适宜pH为________ ①适宜的温度： 36.5±0.5℃ 7.2-7.4 维持细胞正常的形态和功能 哺乳动物细胞培养的温度多以_______________为宜； 维持适宜渗透压的目的_____________________________ ②适宜的pH： ③适宜的渗透压： 12 一、动物细胞培养的条件 4.气体环境： 动物细胞培养所需气体主要有_____和______ 用培养皿或松盖培养瓶, 在含有___________和____ ____的混合气体的_____________ O2 CO2 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH 95%空气 5%CO2 CO2培养箱 ①组成 不同气体的作用是什么？ ②培养仪器 O2: CO2： 液体培养基 松盖培养瓶 13 1.下列关于动物细胞培养条件的叙述，错误的是(　　) A.体外培养动物细胞时，培养环境必须保证无菌、无毒 B.在使用合成培养基时，通常还需要加入血清等天然成分 C.细胞培养液需要定时更换，以便清除其中的代谢废物 D.可使用培养皿或松盖培养瓶在25 ℃和纯氧条件下培养 D 针对训练 二、动物细胞培养的过程 合作探究一：请同学们自主阅读教材P44-45，小组合作思考讨论完成问题。 1.为何动物细胞培养过程将组织分散成单个细胞呢？可用什么方法？ 2.体外培养动物细胞有哪些类型？ 3.什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？ 4.什么是原代培养和传代培养？ 5.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？ 6.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同之处与不同之处？ 15 二、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 16 二、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 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 (1)取材对象: (2)取材原因: 1.取动物组织 细胞分化程度低，分裂能力强，易培养。 17 二、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 (1)原因： ①利于细胞与培养液充分接触，保证营养物质和氧气供应②利于排出代谢废物。 2.分散成单个细胞 （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 蛋白质 不能；胃蛋白酶最适PH为1.5（此PH时失活） 长时间会分解膜蛋白，破坏细胞结构，注意控制时间和酶用量。 ①说明动物细胞间的物质主要是什么成分？ ②用胃蛋白酶可以吗？ ③胰蛋白酶处理时间过长，会怎样？ 胰蛋白酶处理时间不能过长 18 二、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 3.制成细胞悬液 用培养液将细胞制成细胞悬液。 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。 制成细胞悬液 取动物组织 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 19 二、动物细胞培养的过程 4.体外培养的动物细胞类型 ①悬浮生长类： 能够悬浮在培养液中生长增殖。 ②贴壁生长类： 大多数体外培养的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，这种现象称为细胞贴壁。 （大多数） 分裂受阻原因： 细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏和接触抑制 分裂受阻原因： 细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏 悬浮生长 细胞贴壁 要求：培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒、易于贴附。 20 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。 圆球形细胞刚开始 铺展贴壁生长（100×） 培养的动物细胞贴壁生长,并进行有丝分裂（100×） 细胞单层贴壁生长铺满瓶壁后,出现接触抑制（100×） 思考1： 是否接触抑制可以作为判断正常细胞和癌细胞的标志之一 由于接触抑制，正常情况下只能单层细胞 思考2： 癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 正常情况下，动物细胞培养的细胞是单层还是双层？ “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”试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因。 二、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 6.分瓶、传代培养 （1）收集细胞 ②贴壁生长类： 用胰蛋/胶原白酶等处理,使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。 直接用离心法收集 ①悬浮生长类： 分瓶后的细胞培养。 5.原代培养: 指动物组织经处理后的初次培养。 悬浮细胞 贴壁细胞 离心法收集 胰蛋/胶原白酶处理 制成细胞悬液 分瓶培养 （2）将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养 判断依据：是否分瓶！ 23 二、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 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。 10代内 24 二、动物细胞培养的过程 传代培养 部分细胞的遗传物质可能会发生变化，增殖缓慢，甚至完全停止 大部分细胞衰老死亡 少数细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正朝癌细胞发展 10~50代 继续培养（50代以后） （有限细胞系） （无限细胞系） 目前使用或冷冻保存的细胞通常为 以内， 以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质 ) 这一阶段的细胞称为细胞株 细胞系的遗传物质一定改变了； 10代 不改变 25 二、动物细胞培养的过程 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 单个细胞 细胞悬浮液 10代细胞 50代细胞 原代培养 传代培养 细胞贴壁 剥离、分瓶 细胞 加培养液 胰蛋白酶 剪碎 接触抑制 细胞株 细胞系 （遗传物质没改变） 原代 保持细胞正常二倍体核型 部分细胞核型改变 传代 遗传物质改变突破细胞寿限 （遗传物质有的改变） 26 取动物组织 用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 分散成单个细胞 解决 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 接触抑制 传代培养 细胞悬液 原代培养 分瓶 培养 ①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ②细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ③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。 ④传代培养：分瓶后的细胞培养。 加培养液 在培养皿或培养瓶内 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集 细胞分裂受阻 ②制成细胞悬液，分瓶培养 ①收集细胞 课堂小结 第一次目的是使细胞分散成单个细胞，第二次目的是使细胞从瓶壁上脱落下来，分再散，便于继续培养。 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基性质 培养基特有成分 培养过程 培养结果 培养目的 相同点 获得细胞或细胞产物 常用固体培养基 完整植株 动物血清 常用液体培养基 细胞增殖 植物细胞的全能性 获得大量细胞 快速繁殖等 植物激素 ①培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂； ②均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件。 原代培养、传代培养 脱分化、再分化 植物组织培养和动物细胞培养的比较 28 (1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性(　　) (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)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 处理后再用离心法收集(　　) (4)培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养(　) × 其原理是细胞增殖，未体现全能性； × √ × 原代培养指动物组织经处理后的初次培养， 不一定是第一次细胞增殖。 单层细胞; 针对训练 1.一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件 ①无毒的环境　②无菌的环境　③只使用合成培养基　④温度与动物的体温相近　⑤因在CO2培养箱中培养，故不需要O2　⑥多数动物细胞培养在7.2～7.4的pH环境 A.①②④⑤⑥ B.①②③④ C.①②③⑤⑥ D.①②④⑥ √ 加入血浆 需要加入氧气，呼吸 针对训练 30 2.在将动物组织块分散成单个细胞时，可以使用胰蛋白酶。由此判断以下推测不合理的是 A.动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系 B.处理时一定要注意处理时间、加酶量 C.胰蛋白酶一定不会对动物细胞造成损伤 D.动物细胞培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致 √ 长时间会分解细胞膜蛋白，破坏细胞结构 针对训练 31 3．某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能是(　　) A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织 B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封 C．血清经过高温处理后加入培养基 D．所使用的培养基呈弱酸性 A 小鼠胚胎的脑组织中含有丰富的原代神经元，细胞增殖能力强，√; 瓶口密封会使培养液中缺氧，影响细胞的有氧呼吸，造成供能不足，×; 血清经过高温处理后，其中的活性成分可能失去原有功能，×; 小鼠细胞生活的内环境为弱碱性，×; 针对训练 【检测】完成下列问题： 1.过程①处理方法有:_____________________。 2.过程②为_____________________________ 3.培养的动物细胞有两类: ①悬浮在_______中生长增殖; ②___________________生长增殖。 4.过程③为_____培养,进行过程③的原因主要有:细胞密度过大、___________积累、_________缺乏和接触抑制等。 5.进行过程③时,悬浮培养的细胞直接用_______收集;贴壁细胞需要使用 _________等处理,然后用_______收集。 机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法 转入培养液中进行原代培养 培养液 贴附于某些基质表面 离心法 胰蛋白酶 离心法 传代 有害代谢物 营养物质 1.什么是干细胞？它有哪些类型？这些类型的干细胞各有怎样的特点和哪些方面的应用？ 2.科学家是怎样获得iPS细胞的？这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？ 3.干细胞应用于临床治疗可能存在什么问题？ 4.你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？ 阅读教材P46，思考并回答下列问题： 三、干细胞培养及其应用 三、干细胞培养及其应用 动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。存在于早期胚胎、骨髓和脐带血。 1. 概念 受精卵 原始胚胎干细胞 囊胚 胎儿 成人 胚胎干细胞 成体干细胞 35 三、干细胞培养及其应用 2. 分类 （1）胚胎干细胞 （简称ES细胞） ④局限性： 必须从胚胎中获取 ，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。 也叫全能干细胞。 ①分布： 存在于早期胚胎或原始性腺 中 ②特点： 具有分化为成年动物体内的任何一种类型 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 ③应用实例： 体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等 体积小、细胞核大、核仁明显。 36 三、干细胞培养及其应用 （2）成体干细胞 发现最早 研究最多 应用最成熟 2. 分类 ①分布： 存在于 中 成体组织或器官内 ②举例： ③特点： 一般认为，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能力。 A.造血干细胞：存在于成体骨髓、外周血、脐带血， 可分化 成各种血细胞和免疫细胞。也叫多能干细胞。 B. 神经干细胞：取自神经系统，可分化成神经细胞。 C. 精原干细胞：取自睾丸，可分化成精子。 专能干细胞 37 三、干细胞培养及其应用 （2）成体干细胞 ④作用： 有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、修复和再生等密切相关。 2. 分类 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） 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。 造血干细胞→ 神经干细胞→ 38 三、干细胞培养及其应用 （3）诱导多能干细胞 2. 分类 ③诱导多能干细胞优点： A. 诱导过程无须破坏胚胎。 B. 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。 ①概念： 通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。 ②诱导方法： ①将特定基因或特定蛋白导入细胞（成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞均可）； ②用小分子化合物诱导形成。 39 三、干细胞培养及其应用 ④诱导多能干细胞的应用： 移植 取成纤维细胞等 iPS细胞 转入相关因子 细胞发生转化 分化 胰岛细胞 神经元 血细胞 肠上皮细胞 心肌细胞 肝细胞 病人 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 取成纤维细胞 转入相关因子 细胞转化为iPS细胞 诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞 移植回病人体内 40 三、干细胞培养及其应用 干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用。 面临的问题：存在导致肿瘤发生的风险。 应用展望： 3. 面临的问题及展望 41 三种干细胞的比较 来源或存在 功能、特点 局限性 胚胎干细胞(ES细胞) 成体干细胞 诱导多能干细胞(iPS细胞) 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体 成体组织或器官，如造血干细胞、神经干细胞和精原干细胞等 体外诱导体细胞产生 能分化成为具有特定功能的细胞来治疗疾病。无须破坏胚胎，且避免免疫排斥反应。 具有组织特异性，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 需从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制了它在医学上的应用 技术不成熟。 42 (1)干细胞都来源于早期胚胎(　　) (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(　　) × 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。 √ × 有差别：胚胎干细胞的分化潜能大于成体干细胞。 针对训练 1.目前实验室培养的小鼠干细胞经过定向诱导分化，可成功地修复小鼠损伤的心脏，下列相关叙述正确的是（ ） A.此项研究体现了细胞的全能性 B.在培养干细胞时需通入O2，不需通入CO2 C.干细胞具有免疫力，不需要在无菌环境中培养 D.此成果的应用可避免器官移植出现的免疫排斥 没有发育成完整个体 针对训练 D 44 B 2．肌萎缩侧索硬化症即“渐冻症”，该病病因之一是突变的基因导致有毒物质积累，使运动神经元损伤。最新研究结果表明，利用诱导多能干细胞(iPS细胞)制作前驱细胞，然后移植给渐冻症实验鼠，能延长其寿命。下列关于诱导多能干细胞的叙述，不正确的是(　　) A．iPS细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞种类增多 B．iPS细胞分化成的多种细胞中所有核酸均相同，蛋白质却不完全相同 C．若将突变的相关基因替换，或许可以起到治疗该病的作用 D．经体外诱导产生造血干细胞，在小鼠骨髓中能够增殖分化出B细胞 同一个体不同细胞：DNA相同，mRNA不完全相同，蛋白质也不完全相同， 针对训练 动物细胞培养 动物细胞培养的概念和原理 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 原理：细胞的增殖 在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术 (1)营养条件 (2)无菌、无毒的环境 (3)温度、pH和渗透压 (4)气体环境 取动物组织 单个细胞 细胞悬液 原代培养 传代培养 干细胞培养及其应用 干细胞的分布 干细胞的类型 干细胞的应用 胚胎干细胞（ ES细胞） 成体干细胞 早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织器官中 主要应用在医学上 课堂小结 一、概念检测 1.判断下列有关动物细胞培养的表述是否正确。 (1)培养环境中需要O2，不需要CO2。( ) (2)细胞要经过脱分化形成愈伤组织。 ( ) (3)培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清。( ) (4)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。( ) × × √ × 2.干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是 ( ) A.干细胞是从胚胎中分离提取的细胞 B.造血干细胞可以分化为各种血细胞 C.不同类型的干细胞，它们的分化潜能是有差别的 D.由iPS细胞产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用 A 练习与应用 教材P47 二、拓展应用 现在关于iPS细胞的研究正在不断深入。请你从以下两个方面来查阅资料进行思考。 (1)由于诱导iPS细胞、促使其分化都需要时间，因此用某人特异的iPS细胞进行医疗只限于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞用于紧急情况，应该提前采取什么措施？ 像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HA(Human Leukocyte Antigen，人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HLA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。 练习与应用 教材P47 (2)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？又可能带来哪些问题？ 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。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。 教材P47 二、拓展应用 练习与应用 Lavf57.83.100 $