细胞培养基的构成较为复杂，包含多种关键成分，每种成分都在细胞培养过程中发挥着独特且重要的作用，同时通常还会添加 pH 指示剂来监测环境变化。下面我们一起来看看细胞培养基中包含哪些成分以及各个成分究竟发挥何种作用吧？
01 缓冲体系
细胞对生长环境的 pH 值极为敏感，酸碱度的微小波动都可能干扰细胞的正常生理功能。缓冲体系的存在就能够将培养基的 pH 值维持在适宜细胞生长的一个区间内。
常见的缓冲体系有：碳酸氢钠（NaHCO₃）- 二氧化碳（CO₂）缓冲体系，其作用机制基于 CO₂溶解于水生成碳酸（H₂CO₃），并进一步解离为碳酸氢根离子（HCO₃⁻）与氢离子（H⁺）的可逆反应。当培养基中 H⁺浓度升高，HCO₃⁻会与之结合，促使反应逆向进行，消耗多余 H⁺，稳定 pH 值；反之，当 H⁺浓度降低，碳酸则会继续解离补充 H⁺。但是这一体系对 CO₂的浓度具有要求，通常需将 CO₂浓度维持在 5%-10%，才能确保缓冲效果稳定 。
羟乙基哌嗪乙硫氨酸（HEPES）则是另一款常用缓冲剂，其不需要依赖 CO₂就能有效维持 pH 稳定。在一些特定实验场景，如需要脱离 CO₂培养箱进行长时间细胞操作，或是针对对 CO₂敏感的细胞类型时，HEPES 便能发挥关键作用，为细胞提供稳定 pH 保障 。但相较于碳酸氢钠体系，HEPES 价格相对较高，且长期使用可能对部分细胞的生长代谢产生微妙影响。
还有磷酸盐缓冲系统，像实验室常用的磷酸盐缓冲液（PBS），凭借较强缓冲能力与低细胞毒性，常被用于细菌及哺乳动物细胞培养，能将培养基 pH 值维持在 7.0-7.4 的生理范围 。而氨基酸（如甘氨酸、组氨酸等）和多价离子（如钙离子）构成的缓冲系统，在微生物培养基中较为常见，可有效中和微生物代谢产生的酸性物质，维持培养环境稳定。
02 碳源
碳源是细胞新陈代谢的 “燃料库”，为细胞的生命活动供能，在细胞培养基中，葡萄糖是最广泛应用的碳源，绝大多数细胞类型都能高效摄取并利用葡萄糖，通过糖酵解、三羧酸循环等一系列代谢途径，将其转化为细胞可直接利用的能量ATP 。除葡萄糖外，半乳糖、麦芽糖、果糖等糖类也可作为碳源备选，不过不同细胞对各类碳源的偏好与利用效率存在显著差异。某些肿瘤细胞对葡萄糖摄取量极高，呈现出 “Warburg 效应”，而部分特殊细胞，如神经细胞在特定阶段可能对半乳糖利用更为高效 。根据葡萄糖含量多寡，细胞培养基又细分为高糖（4.5g/L）与低糖（1.0g/L）两类。高糖培养基适合代谢旺盛、生长迅速的细胞，像肿瘤细胞系；低糖培养基则更契合一些对糖代谢需求较低、生长相对缓慢的正常细胞，如成纤维细胞 。但是碳源浓度并非越高越好，过高碳源浓度可能引发细胞渗透压失衡，干扰细胞正常生理功能，甚至造成细胞损伤。
03 氮源 / 氨基酸
细胞培养基中的氮源/氨基酸是细胞生长与功能的核心支撑，其中必需氨基酸（如组氨酸、亮氨酸等）需外源补充，参与蛋白质合成、代谢调控及信号传递；谷氨酰胺尤为关键，不仅作为蛋白质/核酸原料，还通过代谢提供能量并调节氮平衡。除必需氨基酸外，培养基中还会补充非必需氨基酸，它们虽能由细胞自身合成，但外源添加可减轻细胞代谢负担，促进细胞更高效生长 。
04 维生素
维生素在细胞生长与增殖进程中发挥重要作用，主要参与各类酶的组成，作为辅酶或辅基调控酶活性，进而影响细胞代谢网络 。依据溶解性差异，维生素分为水溶性与脂溶性两大类。水溶性维生素包括维生素 B 族（如维生素 B₁、B₂、B₆、B₁₂）、叶酸、生物素、泛酸钙、维生素 C 等，它们多参与细胞能量代谢、氨基酸与核酸合成等关键生化反应 。脂溶性维生素涵盖维生素 A、D、E、K 等，在维持细胞膜完整性、细胞信号传导、抗氧化防御等方面意义重大 。
05 无机盐
无机盐主要用于维持培养基的渗透压平衡，确保细胞内外渗透压一致，防止细胞因水分失衡出现皱缩或膨胀 。Na⁺、K⁺、Cl⁻等是维持渗透压的关键离子，它们协同作用，构建起细胞稳定生存的渗透压环境 。同时，无机盐还参与细胞代谢活动，诸多酶促反应都依赖特定金属离子作为辅助因子。例如，Ca²⁺是多种细胞信号通路中的关键第二信使，参与细胞增殖、分化、凋亡等重要生理过程的调控；Mg²⁺则在 DNA 复制、转录以及蛋白质合成等分子生物学事件中，对维持核酸与蛋白质结构稳定、促进酶活性发挥着不可或缺的作用 。
06 生长因子和激素
生长因子是由细胞分泌的多肽类物质，通过与特定受体结合激活信号通路，调控细胞增殖、分化与功能（如EGF促进表皮细胞增殖，FGF家族参与胚胎发育及组织修复）；激素如胰岛素可促进葡萄糖摄取及蛋白质合成。在细胞培养中需根据细胞类型及目标，选择合适生长因子与激素组合，构建适宜细胞生长的微环境。
07 血清
血清为细胞提供生长因子、激素、附着因子、载体蛋白、微量元素等一系列复杂且关键的营养成分 。常见血清来源有胎牛血清、小牛血清等，其中胎牛血清因取自未出生、未接触外界抗原的胎儿牛，所含干扰物质少、营养成分丰富且活性高，成为细胞培养的优质首选 。血清中的生长因子与激素在前面已提及，在促进细胞生长、调控细胞生理功能方面发挥重要作用 。附着因子，如纤连蛋白、层粘连蛋白等，可吸附于培养器皿表面，为细胞提供锚定位点，助力细胞贴壁生长，对贴壁依赖性细胞培养至关重要 。
08 酚红 酚红是细胞培养基中应用广泛的 pH 指示剂，在细胞培养的适宜 pH 范围（7.4-7.6）内，酚红分子处于稳定状态，培养基呈现红色；当细胞代谢产生较多酸性物质（如乳酸），导致培养基 pH 值降至 6.8-7.0 时，酚红分子结构改变，颜色转为橙色或橙黄色；若 pH 值继续下降到 6.4-6.6，酸性进一步增强，颜色变为黄色；而当培养基因某些原因（如瓶盖过紧导致 CO₂逸出）碱性升高，pH 值达到 7.8-8.0 时，酚红则呈现紫红色；pH 值过高至 8.2 以上时，会变为粉红色。这种清晰的颜色梯度变化，如同一个 “可视化信号”，使得我们能够通过肉眼观察大致判断培养基的 pH 情况，及时发现异常并采取调整措施。