资源简介

第 2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程（第一课时）动物细胞培养
年级 高二年级 授课时间 1课时
课题 第2节 动物细胞工程（第一课时）动物细胞培养
教材分析 本节是动物细胞工程的开篇核心内容，承接植物细胞工程，为单克隆抗体制备、核移植等后续技术学习奠定基础，课标要求阐明其条件与过程。教材以 “烧伤患者皮肤修复” 的现实情境导入，紧扣 “模拟体内内环境” 的核心逻辑，构建 “概念原理 — 培养条件 — 操作过程” 的知识框架。 内容编排凸显科学性与逻辑性：先明确细胞增殖的原理，再系统介绍无菌无毒、营养、温度、pH 及气体环境等核心培养条件，呼应必修内环境稳态知识；之后以 “取材→分散→原代培养→传代培养” 为主线，结合示意图阐释细胞贴壁、接触抑制等关键现象与胰蛋白酶处理的操作要点。 教学重点为培养条件与操作流程，难点在于理解体外培养对体内环境的模拟逻辑，以及区分原代与传代培养。教材通过问题链驱动探究，渗透科学思维与社会责任，适合结合对比法、直观演示法，引导重点班学生深化知识迁移与技术逻辑分析。
教学目标 【知识目标】 1.理解动物细胞培养的概念，明确其作为动物细胞工程理论基础的核心地位。 2.掌握动物细胞培养的原理（细胞增殖）、过程（取材→分散→原代培养→传代培养）及关键操作环节。 3.了解动物细胞培养的核心条件（无菌无毒、营养、温度和pH、气体环境等）及各条件的作用。 【素养目标】 1.生命观念：理解动物细胞培养的物质基础与原理，形成“结构与功能相适应”“稳态与平衡”的生命观念；认识动物细胞培养技术对改造和利用动物生命活动规律的意义。 2.科学思维：通过分析动物细胞培养的技术流程和培养条件，培养逻辑推理与系统分析能力；能够运用细胞增殖、内环境稳态等理论解释动物细胞培养的技术原理。 3.科学探究：能够分析动物细胞培养的实验设计思路与关键变量控制；能绘制动物细胞培养的技术流程图，并解释胰蛋白酶处理、无菌操作等关键步骤的目的。 4.社会责任：了解动物细胞培养在人造皮肤、疫苗生产、疾病治疗等领域的应用价值，认识生物技术对保障人类健康的重要作用，形成科学看待生物技术应用与发展的态度。
教学重、难点 【教学重点】 1.动物细胞培养的条件和过程。 2.干细胞的分类及应用。 【教学难点】 1.理解动物细胞培养过程中原代培养、传代培养、细胞贴壁和接触抑制等概念。 2. 客观分析干细胞在临床上应用产生的效益与风险。
教学过程
教学内容 教师活动 学生活动
科技探索之路 教师播放动物细胞工程发展历程以及动物细胞工程常用的技术的幻灯片，引导学生思考细胞工程发展历程以及动物细胞工程常用的技术。 1.动物细胞工程的发展历程 2.动物细胞工程常用的技术 学生：观看幻灯片，理解细胞工程发展历程相关内容以及动物细胞工程常用的技术。
新课导入 教师播放PPT展示素材并提问。 【情境材料】 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。 【提问】 思考：怎样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；目前，科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。 教师播放视频，人造皮肤：人体再生术的秘密 教师展示动物细胞培养相关知识的PPT，适当补充讲解，让学生初步理解相应知识点。 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。 ②原理：细胞增殖（有丝分裂） ③目的：获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体。 ④地位：动物细胞工程的基础 教师在以上讲解基础上，对学生进行提问自然引出本节课的内容——动物细胞的培养。 那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？ 学生观看教师展示的PPT，思考回答相应问题。 学生：观看视频，思考人造皮肤需要哪些动物细胞培养原理。 学生认真聆听并做笔记。根据教师的引导开始本节课重点知识的学习。
新知探究 一、动物细胞培养的条件 【知识讲解】 教师展示PPT，讲解知识点，引导学生思考并做笔记。 营养条件 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在无菌环境下进行操作； ③还需要定期更换培养液。 【提问】 教师播放PPT展示素材并提问，引导学生思考： 1.为什么培养液需要定期更换？ 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.如何防止培养过程中的微生物污染？ 在细胞培养液中添加一定量的抗生素。 【知识讲解】 3.适宜的温度、pH和渗透压 ①适宜的温度： 哺乳动物细胞培养的温度多 以36.5±0.5℃为宜； ②适宜的pH： 多数动物细胞生存的适宜pH为7.2-7.4 ③适宜的渗透压： 维持适宜渗透压的目的维持细胞正常的形态和功能。 4.适宜的气体环境 ①气体的组成及作用： ②容器：通常采用培养皿或松盖培养瓶。 ③仪器：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。 教师提问： 动物细胞培养的过程又是怎样的呢？ 学生阅读课本，学生思考并认真做笔记。 学生思考并回答问题，明确本模块的核心知识。 学生思考并回答问题，对下一个知识点——动物细胞培养的过程有初步思考。
二、动物细胞培养的过程 【知识讲解】 教师展示动物细胞培养的过程流程图总览。 1.取动物组织 (1)取材对象:一般选取动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 (2)取材原因:细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养 2.分散成单个细胞 (1)原因：①成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖。 ②利于细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。（保证细胞所需的营养物质供应及有害产物及时排出） (2)方法：①机械法 ②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间 【提问】教师展示PPT并引导学生思考问题。 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？改用胃蛋白酶行吗？ 蛋白质；不行，胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性。 2.如果胰蛋白酶处理时间过长，会出现什么结果？ 胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，细胞膜也含有蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。因此，用胰蛋白酶分散细胞要控制好作用时间。 【知识讲解】 教师展示PPT，讲解知识点，引导学生思考并做笔记。 3.制成细胞悬液 (1)用培养液将细胞制成细胞悬液。 (2)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。 4.原代培养 (1)概念：指动物组织经处理后的初次培养。 (2)体外培养的细胞类型： ①悬浮生长类（少数） 细胞能够悬浮在培养液中生长增殖。 ②贴壁生长类（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，这种现象称为细胞贴壁。) 要求：培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒、易于贴附。 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。 【提问】 教师引导学生思考： 细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？怎样解决这一问题？ 5.传代培养 怎么区分原代培养和传代培养？ 原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 传代培养：分瓶后的细胞培养。 （判断依据：是否分瓶！） “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。 无接触抑制的细胞：癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少。 原因：肿瘤细胞失去接触抑制，条件适宜在培养液可以无限增殖下去。 【拓展延伸】 细胞株 从原代培养细胞群中筛选出进行传代培养的细胞，能传到10-50代，其遗传物质没有发生变化。 细胞系 传到50代后，有部分细胞遗传物质发生了变化，具有癌细胞的特点，失去接触抑制，可能在培养条件下无限制的传代下去。 传代培养一般培养有限代次后，细胞就会死亡，如果细胞不死，就意味着细胞的遗传物质发生了改变，即具有异倍体核型。 目前用于冷冻保存的正常细胞通常为10代以内的细胞，以保持细胞正常的二倍体核型。 学生思考回答问题，加深对发酵工程的基本环节相关概念的理解。 学生根据教师的提问进行思考，回应互动。 学生阅读课本，学生思考并认真做笔记。 学生根据教师的提问进行思考，回应互动。
小结 回应互动，认真聆听并适当补充笔记。
趣味交互活动 教师在PPT上展示动物细胞培养大闯关游戏内容 学生积极参与活动，及时从活动中反馈学习成果。
习题巩固 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 1.研究小组为测定某药物对体外培养的细胞的毒性，用不同浓度的药物溶液对动物肝细胞进行培养。下列有关该实验的叙述，错误的是（　　） A．制备肝细胞悬液不能用胃蛋白酶代替胰蛋白酶处理肝组织 B．培养肝细胞，需将含动物血清的培养基置于恒温培养箱中 C．培养液需要进行灭菌处理，而且还需要定期更换培养液 D．需要在含95%O2和5%CO2的混合气体的培养箱中培养动物细胞 2.在治疗烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对大面积烧伤的病人，自体健康的皮肤非常有限，利用动物细胞培养技术可以得到大量的自体健康皮肤。下列叙述错误的是（ ） A．可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将烧伤病人的组织分散成单个细胞 B．培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等 C．贴壁生长的皮肤细胞进行传代培养时，直接用离心法收集 D．传代培养时细胞可能出现遗传物质改变而引起的功能变化 3.（2025·广东·高考真题）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： 1. D 2. C 3. D 学生思考回答问题，加深对动物细胞培养的过程的理解。
三、干细胞培养及其应用 【知识讲解】 教师展示PPT，讲解知识点，引导学生思考并做笔记。 干细胞 ①概念：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。 ②分布：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。 ③特点：体积较小，细胞核大，核仁明显。 ④类型： 教师播放干细胞相关知识的视频： 1.胚胎干细胞(ES或EK细胞) 分布 早期胚胎中 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。 应用实例 在体外分化成心肌细胞、 神经元细胞和造血干细胞等 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。 2.成体干细胞 分布 成体组织或器 官内 举例 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 应用实例 3.诱导多能干细胞(iPS细胞) 概念 通过体外诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞 制备方法 优点 应用 可治疗镰状细胞贫血症； 在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展 学生根据教师讲解，结合课本，思考并认真做笔记。 学生观看视频加深对干细胞相关知识的理解。
小结 回应互动，认真聆听并适当补充笔记。
习题巩固 教师展示PPT上的试题，引导学生认真完成习题，及时巩固。 1.胚胎干细胞（ES细胞）在功能上具有发育的全能性，下列有关胚胎干细胞的叙述错误的是（　　） A．胚胎干细胞可以由早期胚胎中分离获得 B．ES细胞分化程度低，具有较强的组织特异性 C．在形态上具有体积小、细胞核大、核仁明显的特点 D．分化诱导因子可诱导ES细胞向不同类型细胞分化 2.（2025·贵州·二模）研究人员通过体外诱导小鼠成纤维细胞，培育出了类似胚胎干细胞的一种诱导多能干细胞，即iPS细胞。iPS细胞可以来源于病人自身，为再生医疗开辟了一条崭新的道路。下列相关叙述错误的是（ ） A．克隆培养iPS细胞时，需加入一定量的抗生素以防止杂菌污染 B．皮肤细胞与其诱导产生的iPS细胞的蛋白质不完全相同 C．科学家普遍认为胚胎干细胞的应用前景优于iPS细胞 D．成纤维细胞转变为iPS细胞后，其细胞增殖能力增强 3.（2024·重庆·一模）我国科学家团队利用化学重编程技术在体外将患者体细胞诱导成ips（诱导多能干细胞）细胞，并将ips细胞诱导分化成衍生胰岛B细胞，将衍生胰岛B细胞移植到I型糖尿病患者体内，使患者摆脱了对外源胰岛素的依赖，下列有关叙述正确的是（　　） A．衍生胰岛B细胞形成的过程中需导入患者的胰岛素基因 B．移植前需用葡萄糖刺激衍生胰岛B细胞，测试其产生胰岛素能力 C．诱导后的衍生胰岛B细胞可以再分化成其他细胞 D．ips细胞诱导分化成衍生胰岛B细胞体现了细胞的全能性 答案：1.B 2. C 3.B 学生思考回答问题，加深对干细胞培养及其应用相关概念的理解。
课堂小结 回应互动，认真聆听并适当补充笔记。对本节课的重点知识进行了的梳理并加深了记忆。
练习与应用 教师展示PPT上的试题，引导学生认真完成习题，及时巩固。 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 答案：1.× × √ × 2.A 二、拓展应用 1.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 答案： 像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(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HIA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。 （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。 2.下图为利用正常的小鼠细胞进行动物细胞培养的过程，①～④表示相关过程。下列相关叙述正确的是（ ） A．过程①可以使用机械法或胃蛋白酶等将组织分散成细胞 B．过程②和过程④中细胞只能贴壁生长 C．培养细胞2需要贴附于基质表面生长，可直接用离心法进行收集 D．培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素、血清等 3.有一种“生物活性绷带”，其原理是先采集一些细胞标本，再让其在特殊膜上增殖，5~7天后，将膜片敷到患者伤口上，膜片会将细胞逐渐“释放”到伤口处，并促进新生皮肤层生长，达到伤口愈合的目的。下列有关叙述不正确的是 （　　） A. 这种“生物活性绷带”的生产应用了动物细胞培养技术 B. 在膜片上培养的细胞样本最好选择患者本人的干细胞 C. 膜片“释放”的细胞能使患者自身伤口愈合，与两者细胞膜的信息交流无关 D. 若采用异体皮肤移植会导致免疫排斥反应 4.（2026·贵州遵义·二模）细胞培养肉指从动物组织中分离肌肉干细胞、脂肪干细胞等，在人工环境下促进细胞增殖分化并组合成与传统肉类相似的肉制品。该技术被视为解决未来肉类供应紧张的重要途径，但目前仍存在贴壁依赖等技术瓶颈。下列叙述正确的是（　　） A．获取的组织需要用胰蛋白酶和胃蛋白酶处理分散成单个细胞 B．肌肉干细胞和脂肪干细胞属于胚胎干细胞，具有组织特异性 C．培养过程定期更换培养液，是防止杂菌污染的关键措施 D．在培养液中适当添加可食用黏附支架，有助于增加产量 5.（2025·河北衡水·二模）我国科学家使用小分子化合物处理小鼠体细胞，成功获得诱导多能干细胞（iPS细胞），降低了通过导入原癌基因c-Myc等基因制备iPS细胞的潜在成瘤风险。下列叙述正确的是（　　） A．iPS细胞的潜在成瘤风险来自c-Myc基因促进了细胞的分裂 B．干细胞培养也需在培养液中添加血清等天然成分后进行高压蒸汽灭菌处理 C．将小鼠体细胞制诱导多能干细胞，体现动物体细胞具有全能性 D．利用健康人的体细胞制备成iPS细胞用于疾病治疗，理论上可避免发生免疫排斥反应 答案：2.D 3.C 4.D 5.A 6.下图一是培养小鼠胚胎成纤维细胞（MEF细胞）的示意图，图二是在用MEF细胞制成的饲养层上培养胚胎干细胞（ES细胞）的示意图。 （1）图一所示，制备细胞悬液时，常用 胰蛋白 酶来消化剪碎的组织块。配制培养液时，通常需要在合成培养基的基础上添加 血清 等一些天然成分。 （2）当MEF细胞分裂生长到细胞表面相互接触时就停止分裂，这种现象称为细胞的 接触抑制 。 （3）ES细胞是由 早期胚胎（或原始性腺） 中分离出来的一类细胞，ES细胞在功能上具有发育的 全能性 。 （4）在培养液中单独培养ES细胞时，ES细胞容易发生分化，结合图二可推知MEF细胞的作用是抑制ES细胞分化。 学生思考回答问题，加深对本章发酵工程相关概念的理解。
板书设计 动物细胞培养（第一课时） 一、核心地位：动物细胞工程的基础 二、原理：细胞增殖（有丝分裂） 三、培养条件（核心） 1. 无菌无毒环境（关键前提） 2. 营养（糖类、氨基酸、血清等） 3. 温度和pH（模拟体内环境） 4. 气体环境（O 供能，CO 维持pH） 四、培养过程 取材（动物组织）→ 分散（胰蛋白酶，分散成单个细胞）→ 原代培养（初次培养，贴壁、接触抑制）→ 传代培养 五、关键名词：细胞贴壁、接触抑制、胰蛋白酶作用 六、应用：人造皮肤、疫苗生产（简要提及，衔接素养目标）
教学反思 本节课围绕动物细胞培养的概念、原理、条件及过程展开，紧扣预设的知识目标与素养目标，结合学生认知特点设计教学流程，课后结合课堂表现与学生反馈，反思如下，为后续教学优化提供方向。 本节课的教学亮点的在于贴合素养目标，注重知识的衔接与应用。导入环节以烧伤患者皮肤修复的现实情境切入，自然引出动物细胞培养的核心需求，既激发了学生的学习兴趣，也为社会责任素养的落实奠定基础。教学中，结合必修内环境稳态知识，引导学生分析动物细胞培养的五大条件，帮助学生建立知识关联，落实“稳态与平衡”的生命观念；通过绘制培养流程图、小组讨论胰蛋白酶的作用原理，培养学生的逻辑推理与合作探究能力，贴合科学思维与科学探究目标。同时，课堂中强调无菌操作、细胞贴壁等关键细节，呼应知识目标中对关键操作环节的掌握要求。 但教学中也存在明显不足。一是难点突破不够充分，部分学生对原代培养与传代培养的区分、体外培养模拟体内环境的逻辑理解不够透彻，课堂上对易混点的对比讲解过于简略，导致学生课后仍存在认知模糊。二是学生参与度不均衡，小组讨论环节中，部分学生主动思考不足，多依赖少数优等生发言，未能充分落实全员探究的目标。三是理论与实践结合不够紧密，由于课堂时间有限，未充分展示动物细胞培养的实验视频，导致学生对细胞贴壁、接触抑制等微观现象的直观认知不足，影响知识的深化理解。 针对以上不足，后续教学将从三方面改进：一是优化难点教学，增加原代培养与传代培养的对比表格，结合动画演示微观过程，帮助学生厘清易混点；二是设计分层问题，兼顾不同层次学生的认知水平，鼓励全员参与讨论，强化课堂互动；三是整合教学资源，加入简短实验视频与案例，让理论知识与实践结合更紧密，同时合理分配课堂时间，确保各教学环节衔接流畅。通过本次反思，明确教学改进方向，后续将不断优化教学策略，更好地落实知识目标与核心素养目标，提升课堂教学效率。
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