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第2节 细胞的分化
第6章 细胞的生命历程
课标要求 核心素养
说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。 1.生命观念：不同细胞遗传信息执行情况不同、合成蛋白质不同决定了细胞形态、结构、生理功能的不同。
2．科学思维：基于基因选择性表达的本质，掌握细胞分化的特点；基于各类细胞的遗传信息，理解细胞的全能性。
在人体内，红细胞的寿命为12d左右。白细胞的寿命约为5~7d。这些血细胞都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的治疗白血病。
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？
【问题探讨】
骨髓中的造血干细胞能产生新的血细胞。
2.骨髓与血细胞的形成有什么关系？
骨髓中的造血干细胞通过增殖和分化，不断的产生不同种类的血细胞。
（一）细胞水平分析细胞分化
一、细胞分化及意义
成年人全身细胞总数约 1012个。细胞种类有200多种。这么多种类细胞均来自一个
受精卵
一、细胞分化及意义
比较构成人体组织的细胞
这些细胞在形态、结构和功能上的差异
这些细胞在形态上相差很大，结构上也有区别，功能上各不相同，但总体上都是由细胞膜、细胞质、细胞核组成的。
细胞增殖
细胞分化
比较构成人体组织的细胞
一、细胞分化及意义
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？就这四种组织来说，一种组织的细胞会不会转变成其他组织的细胞？
在正常情况下，它们是不能恢复成早期胚胎细胞的；这四种组织中的某种细胞不会被转变成其他组织的细胞。
功能：光合作用
功能：保护功能
功能：贮藏营养物质
一、细胞分化及意义
同一植物体的不相同细胞
叶肉细胞、表皮细胞和储藏细胞形态、结构、生理功能有很大的差异，它们都来自一群彼此相似的早期胚细胞。
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。
对象
结果
（二）细胞分化的概念
一、细胞分化及意义
胚胎干细胞
细胞分裂
细胞分化
上皮细胞
肌肉细胞
红细胞
神经细胞
受精卵
有丝分裂
差异在哪里？
什么是生命活动的主要承担者？
蛋白质
结果
遗传物质稳定一致
（三）分子水平分析细胞分化
一、细胞分化及意义
细胞总DNA 蛋白质 卵清蛋白基因 β-珠蛋白基因 胰岛素基因 卵清蛋白 β-珠蛋白 胰岛素
输卵管细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛B细胞 + + + - - +
思考：三种细胞的DNA相同吗？蛋白质相同吗？为什么？
一、细胞分化及意义
（三）分子水平分析细胞分化
1.动动手：
四种颜色的卡片：四种基因（卵清蛋白基因、β-珠蛋白基因、胰岛素基因和微管蛋白基因）
卵清蛋白基因开启
卡片正面
卡片反面
β-珠蛋白基因
开启
胰岛素基因
开启
微管蛋白基因
开启
卵清蛋白基因关闭
β-珠蛋白基因
关闭
胰岛素基因
关闭
微管蛋白基因
关闭
一、细胞分化及意义
（三）分子水平分析细胞分化
模拟表示分化成输卵管细胞时基因的开启或关闭情况
动
动
手
：
卵清蛋白基因开启
β-珠蛋白基因
关闭
胰岛素基因
关闭
微管蛋白基因
开启
模拟表示分化成红细胞时基因的开启或关闭情况
模拟表示分化成胰岛B细胞时基因的开启或关闭情况
β-珠蛋白基因
开启
微管蛋白基因
开启
卵清蛋白基因关闭
胰岛素基因
关闭
胰岛素基因
开启
微管蛋白基因
开启
卵清蛋白基因关闭
β-珠蛋白基因
关闭
思考：
不同组织细胞的所有基因的表达情况都不同吗？
几乎所有细胞中均表达的基因，如ATP合酶基因、微管蛋白基因等。
不同类型细胞中特异性表达的基因，如胰岛素基因、 β-珠蛋白基因等。
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。
2.细胞分化的实质
细胞分裂
细胞分化
上皮细胞
肌肉细胞
红细胞
神经细胞
受精卵
胚胎干细胞
A
B
C
D
E
受精卵基因
A
B
C
D
E
胚胎干细胞基因
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
体细胞基因
结论：
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。
四种细胞为什么都要选择E基因进行表达呢？
过渡
一、细胞分化及意义
（三）分子水平分析细胞分化
ATP合成酶基因
呼吸酶基因
核糖体合成酶基因
管家基因：所有细胞均表达，维持生命活动所必需的。
奢侈基因：指不同类型细胞中特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能。
请分析以下基因在不同分化细胞内的表达情况，说明细胞内的基因都只在特定的细胞内表达吗？
管家基因和奢侈基因
胰岛素基因
血红蛋白基因
抗体基因
一、细胞分化及意义
（三）分子水平分析细胞分化
3.细胞分化的意义
(1)细胞分化是生物个体发育的基础。能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官。
(2)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。
细胞分裂
细胞分化
上皮细胞
肌肉细胞
红细胞
神经细胞
组织
器官
系统
个体
受精卵
胚胎干细胞
意义：
一、细胞分化及意义
（三）分子水平分析细胞分化
分裂
分化
①②分别是什么生命现象？
两者有何区别和联系呢？
①
②
细胞 分裂 分化
不同点 细胞数量
形态结构功能
发生时间
相同 联系 增加
相同
不变
差异
遗传信息都不变
细胞分裂使细胞数目增多，细胞分化使细胞种类增加
从受精卵开始，有些细胞保持终生分裂能力，有些细胞发育到一定时期停止分裂
整个生命进程
先分裂后分化，分裂是分化的基础，共同完成生物个体发育过程
黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素；离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。
3.稳定性
4.一般不可逆性
细胞分化发生在整个生命进程中。
1.持久性
造血干细胞 原红细胞 早幼红细胞 中幼红细胞 晚幼红细胞 成熟红细胞 死亡。
细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。
2.普遍性
3.细胞分化的特点
一、细胞分化及意义
？
愈伤组织
1958，美国斯图尔德植物组织培养
脱分化
再分化
胚状体
1.细胞的全能性概念：
离体
二、细胞的全能性
细胞内含有保持物种遗传性所需要全套遗传物质。 (如胡萝卜韧皮部细胞核中遗传物质与受精卵完全相同）
换成其他部位的细胞，该实验能否成功？
能
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。
是指细胞经分裂和分化后，仍具有分化成其他各种细胞或产生完整有机体的潜能和特性。
2.细胞的全能性原因：
动物细胞有没
有这种能力？
二、细胞的全能性
实验结论：已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。
材料二
科学家曾用非洲爪檐的蝌蚪做实验，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：资料2说明了什么？将肠上皮细胞单独培养能获得新个体吗？
不能，目前只能培养到细胞
二、细胞的全能性
1996年7月5伊恩 威尔穆特与克隆羊“多利”
2017年中科院神经所孙强团队和“中中”、“华华”
1962年John B.Gurdon非洲爪蟾的核移植
已分化的动物细胞的细胞核具有全能性
正常情况下，图中哪些细胞不再分裂了？
皮肤细胞、红细胞、白细胞、血小板、神经细胞和肝细胞，即高度分化的细胞。
3.细胞全能性大小的比较
二、细胞的全能性
分化程度最低的细胞是_________。
最容易表达全能性的细胞是________。细胞全能性大小与分化程度之间的关系为_______________________________________________。
受精卵
受精卵
一般情况下，细胞分化程度越高，细胞全能性越低
3.细胞全能性大小的比较
二、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。
优势：工厂化生产以快速繁殖；不受季节控制；保持优良性状
火焰兰的快速繁殖
4.动、植物细胞全能性的应用
二、细胞的全能性
克隆人体器官，用于器官移植
心脏移植
肾脏移植
4.动、植物细胞全能性的应用
二、细胞的全能性
细胞分化 细胞全能性
原理 细胞内基因选择性表达 含有本物种全套遗传物质
特点 ①持久性： ②稳定性（不可逆性）： ③普遍性： ④不变性：遗传物质不变 ①高度分化的植物体细胞具有全能性
②动物已分化的体细胞全能性受限制，
但细胞核仍具有全能性。
结果 形成形态、结构、功能不同的细胞 形成完整有机体或其他细胞
大小 比较 细胞分化程度有高低之分， 如体细胞>生殖细胞>受精卵 细胞全能性有大小之分，
如受精卵>生殖细胞>体细胞
关系 ①两者的遗传物质都不发生变化 ②细胞的分化程度越高，具有的全能性越小 细胞分化与细胞全能性的比较
三、干细胞　
例如：人的骨髓的造血干细胞
胚胎发育完成后，人和动物体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，叫做干细胞
1.干细胞的概念：
(1)全能干细胞：
(2)多能干细胞：
(3)专能干细胞：
可分化为各种细胞，构成各种组织和器官，最终发育成完整个体
（胚胎干细胞）
发育形成一种器官的多种组织，但不能发育成完整个体（造血干细胞）
只能分化成某一类型的细胞（神经干细胞）
2.干细胞的种类
三、干细胞　
3.干细胞的应用前景
骨髓移植的方法治疗白血病
利用胚胎干细胞修复病人损伤组织
三、干细胞　
诱导多能干细胞在医学上有广阔应用前景
肝细胞
脂肪细胞
神经细胞
其他细胞
三、干细胞　
利用干细胞，人体组织器官将能再生
新闻背景英国足球名星----贝克汉姆储存来自他刚出生时留下的脐带血干细胞，以便万一他在赛场上重要器官受伤，则可以接受干细胞移植手术治疗。
　　
移植弟弟脐带血治好血癌！3岁女童健康成长
一出世就患上急性骨髓性白血病（俗称血癌）的华裔女婴，被医生诊断只有10%的存活率。她过后好不容易捱到弟弟出世，成功以弟弟的脐带血干细胞移植活命。今年3岁的她，不曾感冒和咳嗽，成了健康宝宝。
干细胞研究应用的媒体报道
干细胞领域依然面临着很多问题，也存在很多争议，有兴趣的同学可以查阅相关资料，了解干细胞的研究进展，思考科学、技术和社会的关系。
1.受精卵、动物和人的早期胚胎细胞、植物分生组织等都具有全能性。
2.细胞全能性高低与细胞分化程度有关。
3.分化程度越高，全能性表达越困难，全能性越低。
小结
细胞分化
基因的选择性表达
全套的遗传信息
细胞全能性
实质
基础
表现
普遍性
特点
持久性
稳定性
结果
形成不同组织、器官
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。( )
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.骨髓干细胞与胰岛B细胞的基因组成相同，基因表达情况不同
D
概念检测
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
D
概念检测
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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