2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3复习讲义：动物细胞培养

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。

一、动物细胞培养的条件和过程

■梳3教材新知

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。

⑵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)培养条件

①营养

a.合成培养基：将细胞所需的营养物质(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等)按种类和所需量

严格配制而成的培养基。

b.天然成分：使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分，原因是血清中含有尚

未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。

c.培养动物细胞一般使用液体培养基,也称为培养液。

②无菌、无毒的环境

a.对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。

b.在无菌环境下进行操作。

c.培养液需定期更换,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。

③温度、pH和渗透压

a.温度：以36.5℃±0.5℃为宜。

b.pH：以r>H为7.2〜7.4为宜。

c.适宜的渗透压。

④气体环境

a.组成：动物细胞培养所需气体主要有运和里2。

b.不同气体的作用

02：是细胞代谢所必需的。

C02：维持培养液的pH。

c.培养容器：通常采用培养皿或松盖培养瓶。

d.培养仪器：含有95%空气和5%CC)2的混合气体的CO2培养箱。

(3)培养过程

林从应类小，厂悬浮在培养液中生长增殖的细胞

体外培养的_----

动物细胞类型L幽于某些基质表面生长增殖的

①细胞

②过程

(4)相关概念

①细胞贴壁：悬液中分散的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。

【特别提醒】区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。用胰蛋白酶对剪碎的动物

组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养；细胞培养过程中出现接触抑

制，用胰蛋白酶处理使其从瓶壁上脱离下来分散成单个细胞，然后再用离心法收集，之后，

将收集的细胞制成细胞悬浸，分瓶培养，为传代培养。

【判断正误】

(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()

答案(1)X(2)X(3)V(4)X

提示(1)动物细胞培养未体现动物细胞的全能性，其原理是细胞增殖。(2)培养保留接触抑制

的细胞在培养瓶壁上可形成单层细胞。(4)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。

■探究

任务一：动物细胞培养

1.动物细胞培养的原理是细胞增殖。

2.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。

3.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。不可以

(填“可以”或“不可以”)使用胃蛋白酶，原因是多数动物细胞生存的适宜PH为7.2〜7.4,

胃蛋白酶(适宜pH为1.5左右)在此环境中没有活性。

4.“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止分裂增殖，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。

提示癌细胞；癌细胞的细胞膜上的糖蛋白等物质减少。

「核心归纳」

1.动物细胞培养的相关处理

⑴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。

⑵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

无菌；用机械的方法或用胰蛋白

培养前处理酶、胶原蛋白酶等处理，将组织无菌、离体

分散成单个细胞

动物胚胎或出生不久的幼龄动

取材植物幼嫩的部位或花药等

物的器官或组织

培养基性质液体固体

糖类、氨基酸、无机盐、维生素水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物

培养基成分

和动物血清等激素和琼脂等

细胞培养产生大量细胞，不形成

结果可产生新个体

新个体

人造皮肤的构建、动物分泌蛋白快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工

应用

的规模化生产厂化生产和单倍体育种等

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

相同点

进行有丝分裂，都不涉及减数分裂

■落实

1.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

答案A

解析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，不会出现细胞生长缓

慢的现象，A符合题意；密封培养瓶瓶口会使培养液中缺氧，影响细胞的有氧呼吸，造成供

能不足，可能导致细胞生长缓慢，B不符合题意；血清经过高温处理后，其中的活性成分变

性，失去原有功能，细胞的生存环境严重恶化，可能导致细胞生长缓慢，C不符合题意；小

鼠细胞生活的内环境为弱碱性，所使用的培养基呈弱酸性，导致细胞生存的环境恶劣，可能

导致细胞生长缓慢，D不符合题意。

2.（2024•黑吉辽，14）从小鼠胚胎中分离获取胚胎成纤维细胞进行贴壁培养，在传代后的不同

时间点检测细胞数目，结果如图。下列叙述正确的是()

(

？o5

§•1

<)-

/

皿

Q4

gO

®

012345

时间/d

A.传代培养时，培养皿需密封防止污染

B.选取①的细胞进行传代培养比②更合理

C.直接用离心法收集细胞进行传代培养

D.细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大有关

答案D

解析传代培养时需要营造无菌、无毒以及95%空气+5%CCh的气体环境，而非密封，A错

误；①的细胞还未快速增长，此时进行传代培养没有意义，应选②的细胞进行传代培养，B

错误；对于贴壁生长的细胞进行传代培养时，先需要用胰蛋白酶等处理，使之分散为单个细

胞，然后再用离心法收集，之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养，C错误。

二、干细胞培养及其应用

■梳3也・教材新知

1.来源：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。

2.类型：胚胎干细胞和成体干细胞等。

3.胚胎干细胞(简称ES细胞)

(1)概念：存在于早期胚胎中,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。

(2)局限：胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。

(3)成果：目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的ES细胞，并证明了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。

4.成体干细胞

(1)概念：成体组织或器官内的干细胞。

一骨髓中的造血干细胞

(2)类型I神经系统中的神经干细胞

〔睾丸中的精原干细胞

(3)特点：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。

(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、再生和修复等密切

相关。

(5)应用

①造血干细胞：治疗目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。

②神经干细胞：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)。

5.诱导多能干细胞

(1)概念：通过体外诱导成纤维细胞等,获得类似胚胎干细胞的一种细胞，被称为诱导多能干

细胞(简称iPS细胞)。

(2)应用：治疗小鼠的镰状细胞贫血；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。

(3)优点：诱导过程无须破坏胚胎；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。

(4)制备方法：借助载体将特定基因导入细胞中,直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化

合物等来诱导形成iPS细胞。

(5)来源：成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞等。

【判断正误】

(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()

答案(1)X(2)V(3)X

提示(1)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。(3)不同类型的干细胞，它们的分化潜能是有差别的，如胚胎干细胞的分化潜能

大于成体干细胞。

■探究核心知识

任务二：诱导多能干细胞

如图为iPS细胞的培养和利用过程，请据图回答问题:

细胞发

、生转化

取成纤维细胞等关因子

病气经

人

iPS细胞

胰岛细胞21/

过五＞ffi肠上皮细胞

肝细胞心肌细胞

（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顽症的原理是什么？

提示诱导多能干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。

又由于人造器官是病人自身体细胞经诱导分化形成的,所以可以避免免疫排斥反应。

■落实思维方法

3.研究人员研究肥胖机理时发现了一种与脂肪细胞的分化形成有关的蛋白质M,其细胞分

化过程如图所示。下列有关叙述错误的是（）

自廖述红肌肉细胞

间充质细胞受二

干细胞-一

磁福新脂肪细胞

A.已分化的细胞不可能继续分化为其他类型的细胞

B.肌肉细胞与脂肪细胞中均含控制蛋白质M合成的基因

C.促进蛋白质M的合成是解决肥胖问题的一条途径

D.间充质细胞是一种成体干细胞，其分化过程具有组织特异性

答案A

解析已分化的细胞也可能继续分化为其他类型的细胞，如人体的干细胞可分化为间充质细

胞，间充质细胞又分化为肌肉细胞或脂肪细胞，A错误。

4.（多选）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，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

答案ACD

解析细胞分化形成的多种细胞中DNA相同，但mRNA不完全相同，蛋白质也不完全相同，

B错误；B细胞是由造血干细胞增殖分化形成的，经体外诱导产生的造血干细胞，在小鼠骨

髓中能够增殖分化出B细胞，D正确。

-网络构建

一

一

概念

细

干

--一

动

胚胎干细胞物

原理

培

麻F

时

一.适宜的营养

成体干细胞『

过程

希

养

及

一

其无菌、无毒的环境

条件

诱导多能培

一

应

一

一

干细胞用适宜的温度、pH和

应用一渗透压

一

适宜的气体环境

课时对点练［分值：100分］

第1〜3题，每题5分；第4〜12题，每题6分，共69分。

10对点训练

题组一动物细胞培养的条件

1.下列哪项条件不是动物细胞培养所需要的（）

A.无菌、无毒的环境

B.充足的营养物质

C.适宜的温度和pH

D.95%的空气和5%的氧气

答案D

解析动物细胞培养需要一定的气体环境，95%的空气和5%的CO?。

2.下列有关动物细胞培养的叙述，错误的是（）

A.培养过程中，应定期更换培养液，以便清除细胞代谢物

B.为了防止培养过程中杂菌的污染，可向培养液中加入适量的干扰素

C.培养过程中，添加CO2的目的是维持培养液的pH

D.通常需要在合成培养基中加入血清等天然成分

答案B

解析为了防止培养过程中杂菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素，B错误。

3.（2024・无锡高二期中）关于动物细胞培养的条件，下列叙述正确的是（）

A.动物细胞培养基中加入血清的主要目的是补充细胞所需的未知成分

B.动物细胞培养可以在液体培养基或固体培养基中进行

C.动物细胞培养需要在无菌、无毒环境中进行，该条件只受环境因素的影响

D.动物细胞培养无需考虑渗透压问题

答案A

解析动物细胞培养一般使用液体培养基，B错误；动物细胞培养时，培养环境必须保证无

菌、无毒，该条件除了受环境因素的影响外，还会受到自身因素的影响，如细胞代谢废物积

累会对细胞自身造成危害，C错误；动物细胞培养需要考虑渗透压问题，培养液的渗透压的

高低会影响细胞的形态、结构和功能，D错误。

题组二动物细胞培养的过程

4.下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是（）

A.用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织

B.选用胰蛋白酶处理细胞时，可能会对动物细胞造成损伤

C.传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集，无须再用酶处理

D.体外培养的细胞既能贴壁生长又能悬浮生长，都会发生接触抑制现象

答案D

5.实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是（）

同匐甲一值囤乙.依网丙J培养|丁」培养|

|小鼠）1组织I1细胞）〔细胞~1细胞2）

A.培养液中往往添加一定量抗生素，以防止培养过程被污染

B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理

C.丙过程属于原代培养，此过程的细胞在培养液中悬浮生长

D.丁过程属于传代培养，培养的皮肤细胞可能会出现接触抑制现象

答案C

6.（2022・江苏，14）航天员叶光富和王亚平在天宫课堂上展示了培养的心肌细胞跳动的视频。

下列相关叙述正确的是（）

A.培养心肌细胞的器具和试剂都要先进行高压蒸汽灭菌

B.培养心肌细胞的时候既需要氧气也需要二氧化碳

C.心肌细胞在培养容器中通过有丝分裂不断增殖

D.心肌细胞在神经细胞发出的神经冲动的支配下跳动

答案B

解析培养心肌细胞的器具要先进行高压蒸汽灭菌，但是试剂并不都需要高压蒸汽灭菌，如

动物血清不能进行高压蒸汽灭菌，否则会使其中的成分失活，A错误；培养心肌细胞的时候

既需要氧气（细胞代谢所必需的），也需要二氧化碳（维持培养液的pH）,B正确；心肌细胞高

度分化，不能进行有丝分裂，C错误。

题组三干细胞培养及其应用

7.下列有关干细胞的叙述，错误的是（）

A.干细胞可来源于早期胚胎、骨髓和脐带血等

B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化

C.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病

D.iPS细胞可用于阿尔茨海默病、心血管疾病治疗的研究

答案B

解析若给予适宜的环境条件，胚胎干细胞在体外也能被诱导分化，B错误。

8.如图为诱导多能干细胞（iPS细胞）用于治疗糖尿病的示意图，下列相关叙述错误的是（）

糖尿病患者一成纤维细胞蠹，靠.iPS细胞

\\

移植^\化

'胰岛细胞/

A.干细胞存在于多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等

B.诱导iPS细胞分化的实质是动物细胞核具有发育的全能性

C.除图中的成纤维细胞外，已分化的T细胞和B细胞等均能被诱导为iPS细胞

D.将分化得到的胰岛细胞移植回病人体内治疗，理论上可避免免疫排斥反应

答案B

解析诱导iPS细胞分化的实质是基因的选择性表达，B错误。

1日综合强化

9.常规动物细胞培养在平面条件下培养出的单层细胞不同于人体内的组织结构，在药物研究

中有一定局限性。三维细胞培养技术是在体外为细胞提供类似体内的生长环境，使细胞形成

三维立体结构，更有利于药理学的研究。下列相关叙述正确的是（）

A.细胞培养过程中，混合气体中CO2的主要作用是刺激细胞呼吸

B.定期更换培养液的主要目的是防止培养过程中细胞被杂菌污染

C.与常规细胞培养相比，三维细胞培养技术不存在接触抑制现象

D.三维细胞培养技术可以用于检测药物对组织内部细胞的作用

答案D

解析细胞培养过程中，气体环境中的CO?的主要作用是维持培养液的pH,A错误；定期

更换培养液，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，B错误；三维细

胞培养技术也存在接触抑制现象，C错误。

10.（多选）动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清

对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果，能从该图获得的结论是（）

4细胞数,癌细胞（有血清）

癌细胞（无血清）

—•正常细胞（有血清）

------------正常细胞（无血清）

°培养时间

A.正常细胞与癌细胞的增殖速率相同

B.有无血清对正常细胞培养的影响较大

C.培养基中补充血清有助于正常细胞的培养

D.培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大

答案BCD

解析分析图中曲线可知，对癌细胞来说，相同培养时间内，培养基中有无血清，其细胞数

目相差不大，说明培养基中有无血清对癌细胞的培养影响不大，D符合题意；对正常细胞来

说，在相同的培养时间内，有血清的培养基中培养的细胞数目远远多于没有血清的培养基中

培养的细胞数目，说明有无血清对正常细胞的培养影响较大，B、C符合题意；在相同条件

和相同的培养时间内，癌细胞和正常细胞的数目差距较大，增殖速率不相同，正常细胞达到

一定的数目后不再增加，而癌细胞却能不断增加，A不符合题意。

11.（多选）卡伯为广谱抗肿瘤药，通过抑制DNA复制而起效。卡伯微溶于水，其水溶液在光

下不稳定，溶液中的cr也会促进其分解。临床上用5%葡萄糖溶液与卡柏制成卡伯试剂后注

射治疗，相关实验的设计思路如图。下列说法正确的是（）

・①组：5%葡萄糖溶液适宜条件

宫颈癌细网下培养一

•②组：卡钳试剂

一段时间，

动物细胞・③组：DNA复制抑制剂-定期检查

.培养液|④组:卡钻试剂+DNA各组癌细

'复制抑制剂胞数量

A.本实验的自变量是卡粕试剂和DNA复制抑制剂的有无

B.本实验可用生理盐水代替5%葡萄糖溶液来配制卡粕试剂

C.本实验预期结果为①与④组数据接近，②与③组数据接近

D.宫颈癌细胞无接触抑制因而培养时可形成多层细胞

答案AD

解析由题意可知，溶液中的C「会促进卡箱分解，因此不可用生理盐水代替5%葡萄糖溶液

来配制卡箱试剂，B错误；①组不会抑制DNA的复制，④组会抑制DNA的复制，所以①与

④组数据不相近，C错误。

12.（多选）2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现，利用逆转录病毒将。cS/4等4个关键

基因导入已分化的体细胞中并表达，可使这个细胞成为类似干细胞的诱导多能干细胞（iPS细

胞）。如图为该技术在人体细胞中的实验示意图，下列相关叙述错误的是（）

4个关键基因

神经细胞

肝脏细胞

整灌事心肌细胞

A.由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞增殖

B.利用患者的iPS细胞对其自身受损器官进行修复，与传统器官移植相比，成功率更高

C.iPS细胞的增殖难以控制，具有衰老细胞的特征

D.与ES细胞相比，iPS细胞用于再生医学可回避伦理争议

答案AC

解析由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化，A错误；用该技术得到的新生器

官替换供体病变器官，属于自体移植，理论上可以不发生免疫排斥反应，可以大大提高器官

移植的成功率，B正确；iPS细胞具有与干细胞相似的分化潜力，说明iPS细胞分化程度低,

不易衰老，C错误；与ES细胞相比，iPS细胞的诱导过程无须破坏胚胎，因而用于再生医学

可以回避伦理争议，D正确。

13.（每空3分，共15分）（2024.常熟高二期中）动物器官的体外培养技术对研究器官的生理、

病理过程及其机制的意义重大。如图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图，请回答下

列问题：

T-玻璃盖

肝脏

纸

滤

养

培

室

气

⑴体外培养肝脏小块要满足的条件：适宜的温度、pH、渗透压、气体环境、营养和

（2）气室中充入5%CO2的主要作用是。

（3）有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用如图所示装置和下列提供的材料用具，探究肝

脏小块对有机物X是否具有解毒作用。

材料用具：