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本节聚焦:
什么是细胞分化？
细胞分化的生物学意义是什么？
怎样理解细胞的全能性？
必修1/第6章/细胞的生命历程/
第2节 细胞的分化
在人体内，红细胞的寿命约120d左右，白细胞的寿命为5～7d。这些血细胞是失去分裂能力的细胞。
白血病患者的血液中出现大量的异常白细胞，而正常的血细胞明显减少。通过骨髓移植可以有效地治疗白血病。
讨论
1.为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的死亡而减少？
正常白细胞(放大2000倍)
健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
2.骨髓与白细胞的形成有什么关系？
骨髓中的造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生多种血细胞。
一.细胞分化及其意义
在胚胎发育的早期，各个细胞彼此相似。通过细胞的有丝分裂，细胞的数量越来越多。与此同时，这些细胞又逐渐向不同方向变化。
比较构成人体组织的细胞
构成人体器官有四种组织：上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织。组织由形态相似，结构、功能相同的细胞构成。
上皮细胞
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
比较构成人体组织的细胞
讨论
1.这些细胞在形态、结构和功能上有什么不同？
这些细胞形态相差很大，结构上也有区别，功能上各不相同，但总体上都由细胞膜、细胞质和细胞核构成。
2.这些细胞都源自早期胚胎中一群彼此相似的细胞，正常情况下，它们还能恢复成早期胚胎细胞吗？一种组织的细胞会不会转变成其他组织的细胞？
正常情况下，它们不能恢复成早期胚胎细胞，也不会转变成其他组织的细胞。
一.细胞分化及其意义
与动物一样，同一植物体中也存在各不相同的细胞。
细胞质中有大量的叶绿体，能够进行光合作用。
叶肉细胞
表皮细胞
保护作用，细胞质中没有叶绿体，而在细胞壁上形成明显的角质层。
储藏细胞
没有叶绿体，也没有角质层，细胞中储藏这许多营养物质。
追根溯源，同一植物体的这些细胞也都来自一群彼此相似的早期胚细胞。
一.细胞分化及其意义
在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫作细胞分化。
1.概念：
2.细胞分化的特点：
①持久性：
②普遍性：
③稳定性：
细胞分化贯穿于生物体整个生命活动过程中，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。
一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，不能再回到分化前的状态，直到细胞死亡(不可逆性)。
一.细胞分化及其意义
3.意义：
细胞分化是生物个体发育的基础；
细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
4.细胞分化的实质：
个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，即基因的选择性表达。
红细胞
合成血红蛋白
血红蛋白基因开启
肌细胞
合成肌动蛋白
肌动蛋白基因开启
遗传信息相同
蛋白质有差异
二.细胞的全能性
早期胚胎通过细胞分裂和分化逐渐发育，形成各种组织和器官。如果给予一定的条件，这些组织和器官中高度分化的细胞，能像早期胚胎细胞那样，再分化成其他细胞吗？
细胞的全能性
阅读下面的资料。
资料1 1958年，美国科学家斯图尔德取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。
细胞的全能性
韧皮部：
韧皮部是指植物体内具有运输产物、贮藏和支持功能的一种组织，属于输导组织。
韧皮部的主要功能是将叶片的光合产物运送到植物的各个部位。
韧皮部细胞属于已分化细胞。
取韧皮部、离体培养。
①
②
③
⑥
④
⑤
胡萝卜经植物组织培养产生完整植株
①
②
③
⑥
④
⑤
胡萝卜经植物组织培养产生完整植株
细胞的全能性
脱分化：
让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
再分化：
在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
脱分化
再分化
取韧皮部、离体培养。
细胞的全能性
植物组织培养条件：
(1)离体；
(2)植物激素；
(3)一定的营养条件如:无机盐、糖类等；
(4)适宜的环境（pH、温度等）；
(5)无菌环境。
植物组织培养过程：
(胡萝卜根韧皮部细胞)
外植体
愈伤组织
胚状体
幼苗
脱分化
再分化
①
②
③
⑥
④
⑤
胡萝卜经植物组织培养产生完整植株
脱分化
再分化
取韧皮部、离体培养。
细胞的全能性
讨论：
1.从资料1中可以得出什么结论？
已经分化的细胞在离体培养下能够形成完整植物体。
2.如果将胡萝卜韧皮部细胞换成其他高度分化的植物细胞，在适宜条件下，这些细胞也能形成新的植株吗？
能
思考：与传统的杂交技术相比，植物组织培养技术有哪些特点（优点）？
繁殖周期短，繁殖速度快，不受季节限制，同时还能保持植物的优良品质。可实现工厂化生成。
细胞的全能性
资料2 科学家曾用非洲爪蟾的蝌蚪做实验，将它的肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新的个体。
讨论：
3.将肠上皮细胞单独培养获得新的个体吗？与资料1中的实验相比，你能从资料2中的实验得出什么结论？
与资料1中的实验相比，资料2中的实验说明已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。
不能获得新的个体
非洲爪蟾的核移植示意图
高度分化的细胞仍保留着该物种个体发育所需的全套基因。
二.细胞的全能性
1.概念：
细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
如:受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞、卵细胞（发育成雄蜂）、植物体的分生组织也具有全能性。
2.原因：
3.应用：
利用植物细胞的全能性，通过植物组织培养的方法，快速繁殖花卉和蔬菜等作物，培养微型观赏植株，拯救濒危物种。
二.细胞的全能性
动物细胞是否也具有全能性呢？
同植物组织培养相比，在动物中做类似的实验要复杂困难的多。到目前为止，人们还没有成功的将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体。
1996年诞生的克隆羊“多莉”，我国科学家于2017年获得了世界上首批体细胞克隆猴“中中”和“华华”，就是将体细胞移植到去核的卵细胞中培育成的。
说明已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。
已分化的动物细胞的细胞核的全能性需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来。
卵母细胞
动物细胞
取核
去核
移入
重组细胞
发育
新胚胎
胚胎移植
克隆动物
二.细胞的全能性
4.全能性的比较：
细胞分化程度越高，全能性越低；细胞分化程度越低，全能性越高。
植物细胞的全能性 > 动物细胞全能性；
受精卵 > 生殖细胞(精卵细胞) > 体细胞；
受精卵 → 胚胎干细胞 → 多能干细胞 → 专能干细胞 → 体细胞
分裂能力逐渐减弱，分化程度逐渐增加，全能性逐渐下降
为什么已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性？
已分化的动物体细胞的细胞核中含该动物几乎全部的遗传物质(少数遗传物质在线粒体的DNA中)。
三.干细胞
有。如：植物体内的分生组织细胞（如根尖分生区细胞）；动物体内的干细胞。
除受精卵外，生物体内有没有具有分裂分化能力的细胞？
1.定义：
动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。
例如：人的骨髓中有许多造血干细胞，它们能够通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板，补充到血液中去。
例如：脐带血中含有大量的干细胞，可以培养并分化成人体的各种血细胞。目前，脐带血干细胞可以用于治疗血液系统疾病。
三.干细胞
2.种类：
(1)全能干细胞：
如：受精卵，胚胎干细胞。
如：造血干细胞。
如：神经干细胞，上皮基底层干细胞。
(2)多能干细胞：
(3)专能干细胞：
3.应用：
目前，脐带血干细胞可以用于治疗血液系统疾病。
造血干细胞
血小板
红细胞
白细胞
人体许多疾病或意外仿害，都是由组织或器官受到损伤而引起的。如果能够在体外保存和培养各种干细胞，使之形成组织或器官，不就可以对受到损伤的组织或器官进行修复或更换了吗？这正是许多科学家目前研究的课题，但任务艰巨，难度极大。有兴趣的同学可以查阅相关资料，了解干细胞研究的新进展。
练习与应用
一、概念检测
1.判断下列有关细胞分化与细胞全能性关系的表述是否正确。
（1）受精卵没有分化，所以没有全能性。 ( )
（2）细胞的分化程度越高,表现出来的全能性就越弱。 ( )
×
√
练习与应用
一、概念检测
2.将自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为“胰岛样”细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是 ( )
A.骨髓干细胞与“胰岛样”细胞的基因组成不同，基因表达情况不同
B.“胰岛样”细胞与胰岛B细胞基因组成不同，基因表达情况相同
C.骨髓干细胞与“胰岛样”细胞基因组成相同，基因表达情况也相同
D.骨髓干细朐与胰岛B细朐的基因组成相同，基因表达情况不同
D
3.在一个多细胞的生物体内，存在着各种在形态、结构和生理功能上具有差异的细胞，这是因为 ( )
A.细胞发生了变异
B.不同细胞的基因不同
C.某些细胞失去了全能性
D.不同细胞中的基因选择性地表达
练习与应用
一、概念检测
D
练习与应用
二、拓展应用
1.植物组织培养的产业化发展十分迅猛，许多企业运用植物组织培养技术大规模生产蔬菜、瓜果和花卉的组培苗，获得可观的经济效益。同传统的生产方式相比，用组织培养技术生产植物幼苗有什么优势呢 你将来愿意从事这方面的工作吗
同传统的生产方式相比，用组织培养技术生产植物幼苗的优势是：快速、大量繁殖、不受季节影响，同时还能保持植物的优良品质。

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