2.2.1+动物细胞培养++课件+2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

一动物细胞培养目录CONTENTS01从社会中来02动物细胞培养03动物细胞培养的条件04动物细胞培养的过程05干细胞培养及其应用学习目标专题内容01学习目标

1.通过分析动物细胞培养案例，说明细胞生命活动需要适宜条件，阐述干细胞的分化潜能及应用原理。2.比较动物细胞培养与植物组织培养的异同，解释细胞贴壁、接触抑制等现象的原因。3.基于教材提供的动物细胞培养过程示意图，概述原代培养与传代培养的操作步骤。4.讨论干细胞研究的伦理问题及iPS细胞的应用前景，认同科学技术对医学发展的促进作用。课堂导入专题内容01课堂导入

2008年，一位严重烧伤患者通过自体皮肤细胞培养技术成功移植人造皮肤，重获健康。这项技术背后是动物细胞培养的突破——从患者身上提取少量健康皮肤细胞，在体外模拟体内环境让细胞增殖分化，最终形成可供移植的皮肤组织。这一过程如何实现？为何培养动物细胞需要严格控制营养、温度和气体环境？细胞在培养瓶中又会展现怎样的生长特性？这些问题将带我们走进动物细胞工程的基础技术——动物细胞培养。从社会中来专题内容01情境展示

在治疗大面积烧伤时，患者自体健康皮肤有限，他人皮肤来源不足且存在免疫排斥反应，这一现实问题促使人们思考如何获取大量自体健康皮肤，以及能否通过培养自体皮肤单个细胞来构建可供移植的皮肤。思考讨论

问题1从生物个体发育的角度分析，为什么自体皮肤细胞理论上具有发育成完整皮肤的潜能？提示：回忆细胞分化的概念及生物体细胞的来源。参考答案：自体皮肤细胞由受精卵经有丝分裂和细胞分化而来，其细胞核中含有该生物全套的遗传信息，具有发育成完整个体或特定组织器官的潜能。问题2

若要利用单个自体皮肤细胞培养出皮肤，需要满足哪些基本的外界培养条件？提示：结合细胞生存所需的环境条件进行思考。参考答案：需要适宜的营养物质（如糖类、氨基酸、无机盐等）、适宜的温度、pH、无菌无毒的环境以及必要的气体环境（如氧气和二氧化碳）。问题3

通过细胞培养构建人造皮肤的过程，主要运用了哪些细胞工程的基本技术？提示：考虑细胞在体外的增殖和生长方式。参考答案：主要运用了动物细胞培养技术，通过该技术使单个皮肤细胞在体外增殖形成细胞群体，进而构建人造皮肤。问题4

相比异体皮肤移植，利用自体皮肤细胞培养得到的人造皮肤移植有哪些优势？提示：从免疫反应和材料来源角度分析。参考答案：可以避免免疫排斥反应，因为人造皮肤的遗传物质与患者自身完全一致；同时，自体细胞来源相对充足，可通过培养单个细胞获得大量皮肤组织。问题4

![]()通过细胞培养构建的人造皮肤知识小结

（一）细胞培养的应用背景：在医学领域，如大面积烧伤治疗中，自体健康皮肤资源有限，异体皮肤存在免疫排斥问题，细胞培养技术为解决此类问题提供了可能。（二）细胞的全能性基础

生物体的体细胞一般具有该物种全套的遗传物质，在适宜条件下，理论上具有发育成完整生物体或特定组织器官的潜能。（三）动物细胞培养的基本条件

1.营养物质：包括糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，通常还需加入血清、血浆等天然成分。2.环境条件：适宜的温度（36.5±0.5℃）、pH（7.2-7.4）。3.无菌无毒环境：培养液和培养用具需灭菌，培养过程中需加入抗生素防止污染。4.气体环境：95%空气（提供氧气）和5%二氧化碳（维持培养液pH）。（四）人造皮肤构建的意义

为皮肤移植提供了新的途径，能够解决自体皮肤不足和异体皮肤免疫排斥的问题，在医学治疗中具有重要的应用价值。动物细胞培养专题内容01情境展示

人造皮肤的构建为烧伤患者带来了福音，某些动物分泌蛋白的规模化生产也极大地推动了医药产业的发展，这些技术的实现都离不开动物细胞培养技术。思考讨论

问题1动物细胞培养与植物组织培养在操作起点上有何相似之处？这种处理的目的是什么？提示：回顾植物组织培养的相关知识，对比教材中动物细胞培养的定义。参考答案：两者在操作起点上都需要将组织分散成单个细胞。目的是使细胞摆脱原来组织的束缚，能够与培养液充分接触，从而更好地吸收营养物质和排出代谢废物，利于细胞的生长和增殖。问题2

从细胞生活的环境角度分析，动物细胞培养需要哪些外界条件来模拟其在体内的生存环境？提示：考虑细胞在体内生存时所依赖的营养物质、气体环境、温度、pH等因素。参考答案：动物细胞培养需要的外界条件包括：适宜的营养物质（如糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，通常需加入血清、血浆等天然成分）、适宜的温度和pH、95%空气加5%CO₂的混合气体环境（其中CO₂用于维持培养液的pH）以及无菌、无毒的环境。问题3

为什么说动物细胞培养是动物细胞工程的基础？提示：结合教材第一段内容，思考动物细胞工程其他技术与动物细胞培养的关系。参考答案：动物细胞工程的其他常用技术，如动物细胞融合、动物细胞核移植等，往往都需要先获得大量的特定动物细胞，而这些细胞的获得依赖于动物细胞培养技术提供的细胞来源和培养环境。因此，动物细胞培养是动物细胞工程的基础。知识小结

（一）动物细胞培养的概念：动物细胞培养是指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。（二）动物细胞培养的地位

动物细胞培养是动物细胞工程的基础。（三）动物细胞培养的应用

人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产等。（四）动物细胞培养的基本条件（探究方向）

1.营养条件：需要提供细胞生长增殖所需的各种营养物质。2.环境条件：包括适宜的温度、pH值和气体环境。3.无菌、无毒环境：防止微生物污染和有害物质影响细胞生长。动物细胞培养的条件专题内容01情境展示

动物体内的细胞依赖机体提供的适宜条件维持生命活动和增殖。在体外环境中培养动物细胞，需要模拟体内的生存条件。思考讨论

问题1动物细胞体外培养与体内生长相比，在营养供给方面有哪些异同点？提示：结合教材中“营养”部分内容，分析体内细胞获取营养的方式与体外培养时营养物质的来源和组成。参考答案：相同点是均需要糖类、氨基酸、无机盐、维生素等基本营养物质。不同点在于体内细胞通过内环境获取营养，而体外培养需依赖人工配制的合成培养基；且由于对细胞所需营养尚未完全明确，体外培养的合成培养基通常需加入血清等天然成分，而体内环境中营养物质种类和比例更复杂且稳定。问题2

为什么体外培养动物细胞时需要严格控制无菌、无毒环境？如何实现这一条件？提示：从细胞代谢特点和外界环境影响角度分析无菌无毒的重要性，并结合教材“无菌、无毒的环境”内容总结具体措施。参考答案：细胞在体外环境中抵抗力较弱，微生物污染或代谢物积累会影响细胞生存和增殖。实现措施包括对培养液和培养用具灭菌处理、在无菌环境下操作，以及定期更换培养液以清除代谢物。问题3

温度、pH和渗透压对动物细胞培养有何影响？哺乳动物细胞培养的适宜温度和多数动物细胞生存的适宜pH范围分别是多少？提示：阅读教材“温度、pH和渗透压”部分，从细胞代谢酶活性、细胞膜稳定性等角度分析环境参数的作用，并提取关键数据。参考答案：适宜的温度、pH和渗透压是维持细胞正常代谢和结构稳定的必要条件。温度影响酶活性，pH影响蛋白质结构和功能，渗透压影响细胞吸水或失水。哺乳动物细胞培养的适宜温度为（36.5±0.5）℃，多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。动物细胞培养所需的气体环境成分是什么？各自的作用是什么？通常如何提供这样的气体环境？提示：结合教材“气体环境”部分内容，分析气体成分与细胞代谢及培养液环境的关系。图2-10培养皿（上）和培养瓶（下）参考答案：所需气体主要有O₂和CO₂。O₂是细胞代谢所必需的，CO₂的主要作用是维持培养液的pH。通常采用培养皿或烧瓶培养瓶，并将它们置于含有95%空气和5%CO₂的混合气体的CO₂培养箱中进行培养。问题4（一）动物细胞培养条件概述体外培养动物细胞需模拟体内环境，满足营养、无菌无毒环境、适宜温度pH渗透压及气体环境等条件。图2-9动物细胞培养需要满足的条件知识小结（二）营养条件

1.营养物质：培养基中需含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等细胞所需的各种营养物质。2.培养基类型：按严格配方配制的合成培养基，通常需加入血清等天然成分；培养动物细胞一般使用液体培养基（培养液）。（三）无菌、无毒的环境

1.灭菌处理：对培养液和所有培养用具进行灭菌处理，操作需在无菌环境下进行。2.定期更换培养液：清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。（四）温度、pH和渗透压

1.温度：哺乳动物细胞培养的温度多以（36.5±0.5）℃为宜。2.pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。3.渗透压：是维持细胞正常形态和功能的重要环境参数。（五）气体环境

1.气体成分：主要有O₂和CO₂。O₂是细胞代谢所必需的，CO₂的主要作用是维持培养液的pH。2.培养环境：通常将培养皿或烧瓶培养瓶置于含有95%空气和5%CO₂的混合气体的CO₂培养箱中培养。动物细胞培养的过程专题内容01情境展示

在生物医学研究中，科学家常常需要在体外培养动物细胞，用于疫苗生产、药物筛选等。例如，利用动物细胞培养技术可以大规模生产狂犬病疫苗。要实现这一过程，首先需要将从动物体内取出的组织分散成单个细胞，这一环节往往需要使用特定的酶处理。思考讨论

问题1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主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？提示：酶具有专一性，胰蛋白酶能分解细胞间的物质，说明该物质的化学本质与胰蛋白酶的作用底物一致。胃蛋白酶的最适pH与动物细胞培养所需环境的pH不同。参考答案：细胞间的物质主要是蛋白质。因为胰蛋白酶能催化蛋白质水解，从而使细胞分散开。胃蛋白酶不行，因为动物细胞培养的适宜pH为7.2-7.4，而胃蛋白酶的最适pH约为1.5，在此环境下胃蛋白酶无活性，且会导致细胞失活。问题2

在动物细胞培养过程中，为何要将组织分散成单个细胞进行培养？提示：教材中提到“细胞与细胞聚在一起，彼此限制了生长和增殖”。参考答案：成块组织中的细胞彼此接触，会限制细胞的生长和增殖，分散成单个细胞后能解除这种限制，有利于细胞与培养液充分接触，吸收营养物质，进行生长和增殖。大多数体外培养的动物细胞为何会发生贴壁生长现象？贴壁细胞生长到表面相互接触时为何会停止分裂增殖？提示：观察图2-11，思考细胞贴壁与细胞生存环境的关系。接触抑制现象与细胞间的相互作用有关。图2-11单层贴壁的猪输卵管上皮细胞参考答案：大多数动物细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，这是细胞的特性之一，有利于细胞获取营养和进行代谢活动。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，会发生接触抑制现象，这是细胞间传递的信号导致细胞停止分裂增殖，以避免细胞过度堆积。问题3问题4

原代培养和传代培养的主要区别是什么？传代培养时，贴壁细胞为何需要再次用胰蛋白酶处理？提示：结合教材中“原代培养”和“传代培养”的定义，以及贴壁细胞的生长特性分析。参考答案：原代培养是指动物组织经处理后的初次培养；传代培养是指分瓶后的细胞培养。传代培养时，贴壁细胞相互接触发生接触抑制，停止分裂增殖，用胰蛋白酶处理可将贴壁细胞分散成单个细胞，以便分瓶后继续增殖。问题5

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：从细胞的分裂能力和增殖潜能角度分析。参考答案：幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易于培养。因为幼龄动物的细胞分裂能力强，增殖潜能大；分化程度低的细胞其分裂能力和增殖能力也相对较强，更能适应体外培养环境。知识小结

（一）动物细胞培养的基本过程：1.组织处理：从动物体取出成块组织，用机械方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，分散成单个细胞。2.制成细胞悬液：用培养液将分散的单个细胞制成细胞悬液。3.培养：将细胞悬液放入培养瓶或培养皿内，置于适宜环境中培养。1.悬浮生长：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖。2.贴壁生长：另一类细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型，此现象称为细胞贴壁（如图2-11）。图2-11单层贴壁的猪输卵管上皮细胞（二）动物细胞的培养类型（三）细胞生长的限制因素

1.悬浮培养细胞：会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。2.贴壁培养细胞：除受上述因素影响外，还会发生接触抑制现象，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。1.原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。2.传代培养：指分瓶后的细胞培养。传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞，再用离心法收集，之后制成细胞悬液分瓶培养（如图2-12）。图2-12动物细胞培养过程示意图（四）原代培养与传代培养干细胞培养及其应用专题内容01情境展示

白血病患者通过骨髓移植恢复造血和免疫功能，帕金森病患者尝试利用神经细胞移植缓解症状，这些医疗手段的进步都与一种特殊的细胞——干细胞密切相关。干细胞为何具有如此神奇的能力？它在医学领域还有哪些潜在的应用前景？问题1根据分化潜能的差异，干细胞可分为哪些类型？各类干细胞的来源和分化能力有何不同？提示：阅读教材中关于胚胎干细胞和成体干细胞的描述，比较两者的来源和分化潜能。图2-13电镜下的胚胎干细胞（照片经后期人工上色处理，放大约1500倍）参考答案：干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内任何一种类型细胞并进一步形成机体所有组织和器官甚至个体的潜能。成体干细胞存在于成体组织或器官内，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。思考讨论问题2

干细胞在医学领域有哪些重要的应用？请举例说明。提示：结合教材中提到的造血干细胞和神经干细胞的应用实例进行分析。参考答案：干细胞在医学上应用广泛。例如，将正常的造血干细胞移植到病人体内，可恢复病人的造血和免疫功能，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）方面有重要应用价值。问题3

胚胎干细胞的应用受到限制的主要原因是什么？诱导多能干细胞（iPS细胞）的出现如何解决这一问题？提示：思考胚胎干细胞的获取方式涉及的伦理问题，以及iPS细胞的来源和特性。参考答案：胚胎干细胞必须从胚胎中获取，涉及伦理问题，因而限制了其在医学上的应用。iPS细胞是通过体外诱导成体细胞获得的类似胚胎干细胞的细胞，其诱导过程无须破坏胚胎，且可以来源于病人自身的体细胞，移植回病人体内理论上可避免免疫排斥反应，因此应用前景优于胚胎干细胞。结合iPS细胞的制备过程示意图，简述iPS细胞是如何形成并用于治疗疾病的。提示：观察图2-14，梳理从病人自身细胞到iPS细胞再到分化细胞及移植的流程。图2-14iPS细胞用于治疗人类疾病示意图参考答案：从病人身上取成纤维细胞等体细胞，转入相关因子，使细胞发生转化形成iPS细胞，iPS细胞在一定条件下分化为所需的特定细胞（如胰岛细胞、神经元等），再将分化后的细胞移植回病人体内，以治疗相关疾病。问题4知识小结

（一）干细胞的概念与类型：1.概念：干细胞是一类具有自我更新能力及分化潜能的细胞。2.类型：包括胚胎干细胞和成体干细胞等。胚胎干细胞存在于早期胚胎中，具有发育的全能性；成体干细胞存在于成体组织或器官内，具有组织特异性。（二）干细胞的应用

1.医学应用：与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，可用于治疗白血病、神经组织损伤、神经系统退行性疾病等。2.其他应用前景：在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域具有重要作用。（三）诱导多能干细胞（iPS细胞）

1.概念：通过体外诱导成体细胞（如成纤维细胞）获得的类似胚胎干细胞的细胞。2.优势：诱导过程无须破坏胚胎，可来源于病人自身体细胞，理论上可避免免疫排斥反应，应用前景优于胚胎干细胞。3.应用研究：在治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究取得新进展。（四）干细胞研究的挑战

尽管干细胞应用前景广阔，但将其用于临床治疗还面临一些问题，如导致肿瘤发生的风险，需要随着理论和技术的不断完善来解决。课堂练习专题内容01【题文】如图是利用现代生物工程技术获得胰岛样细胞治疗小鼠遗传性糖尿病(基