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生物（人教版）
高中生物 必修一
第六章
细胞的生命历程
第2节
细胞的分化
春末夏初，成团的蛙卵漂浮在池塘的水面上，静静地沐浴着温暖的阳光。几天后，一只只活泼可爱的小蝌蚪挣脱了胶膜的束缚，自由自在地生活在水中。再经过一段时间，蝌蚪尾巴消失，形貌大改，成为能游善跳的青蛙（如图)。青蛙的变态发育过程，仅仅通过细胞增殖来增加细胞数目是不能完成的，还必须通过细胞分化增加细胞种类。什么是细胞分化？在这个过程中细胞发生了哪些显著的变化？细胞分化有何特点和意义呢？
第2节 细胞的分化
问题探讨
思考：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？
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地治疗白血病。
骨髓中的造血干细胞能产生新的血细胞。
骨髓中的造血干细胞产生的形态、结构和功能不同的血细胞的过程就是细胞分化。
1.细胞分化的实例
一、细胞分化及意义
1.细胞分化的实例
一、细胞分化及意义
任务1：细胞水平分析细胞分化
受精卵
细胞分裂
细胞分化
一、细胞分化及意义
细胞分化
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。
一、细胞分化及意义
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
任务2：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
活动：
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
活动：
模拟表示分化成输卵管细胞时基因的开启或关闭情况
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
一、细胞分化及意义
小活动：
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
卵清蛋白基因关闭
β-珠蛋白基因
开启
胰岛素基因
关闭
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
开启
微管蛋白基因
开启
一、细胞分化及意义
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。
思考：不同组织细胞的所有基因的表达情况都不同吗？
一、细胞分化及意义
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。
一、细胞分化及意义
基因在肌细胞分化过程中的调控作用
早期胚胎细胞
成肌细胞
完全发育的肌细胞
关闭
成肌细胞
开启
M蛋白
开启
转录因子
开启
开启
肌动蛋白
肌球蛋白
M基因
其他生肌基因
其他生肌基因
一、细胞分化及意义
组合调控引发组织特异性基因的表达
一、细胞分化及意义
不同的肌肉组织
人体不同的器官和系统
细胞分化的意义
细胞分化是生物体组织、器官、系统形态建成的基础，是个体发育的基础。
细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。
一、细胞分化及意义
任务3：分析细胞分化的特点
持久性：细胞分化发生在整个生命进程中，在胚胎时期分化程度最大
胚胎发育
一、细胞分化及意义
资料1：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。
思考：已经分化的细胞还能变成其他细胞吗？
稳定性：已经分化的细胞在生物体内不会变成其他细胞。
资料2：将肌细胞分化过程中的关键调控蛋白M基因，转入体外培养的来自皮肤的成纤维细胞中进行过表达，会使皮肤的成纤维细胞合成大量的肌动蛋白和肌球蛋白，表现出骨骼肌细胞的特征。
一、细胞分化及意义
植物细胞的分化
其他的细胞分化现象
普遍性：细胞分化是生物界中普遍存在的现象。
红色为正常的营养体细胞，蓝色为具有固氮作用的异形胞
鱼腥藻
小结
比较项 细胞分裂 细胞分化
细胞数量
细胞形态、结构
遗传物质种类
蛋白质种类
联系 增加
不变
相同
不同
相同
相同
相同
不同
分裂是分化的基础，共同完成个体发育过程
2.细胞分化的定义:在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞分化。
3.细胞分化的特点
（1）持久性 （2）不可逆性 （3）普遍性 （4）遗传物质未发生变化
4.细胞分化的结果： 产生不同的组织和器官
5.细胞分化的原因：基因选择性表达
6.细胞分化的意义：
（1）细胞分化是个体发育的基础
（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。
一、细胞分化及意义
？
1902年，德国植物学家在细胞学说的基础上，大胆预言离体的植物细胞具有发育的全能性，能够发育成完整的植物体。
20世纪50年代，科学家用科学实验证明了该预测。
任务1：分析植物的组织培养技术
实验材料：胡萝卜的韧皮部细胞
培养液成分：植物激素、无机盐和糖类物质等
实验结果：离体培养的细胞长成了新植株
韧皮部细胞
细胞团
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
二、细胞的全能性
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。
思考：胡萝卜韧皮部细胞是不是已分化的细胞？
思考：韧皮部细胞如何才能再度分裂和分化？
脱分化：已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能，恢复分生状态的过程。
再分化：脱分化后的细胞，再一次分裂分化出各种组织和器官。
脱分化
再分化
思考：胡萝卜的组织培养过程需要哪些条件？
离体
植物激素
一定的营养条件
适宜的环境（pH、温度等）
无菌环境
思考：换成胡萝卜其他部位的细胞，该实验能否成功？
脱分化
再分化
细胞的全能性
1.细胞全能性的概念：
细胞的全能性是指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。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。
2.例：植物细胞具有全能性；已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性；未分化的受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞具有全能性；植物体的分生组织细胞也具有全能性。
思考：植物组织培养技术有哪些特点？
脱分化
再分化
植物组织培养
植物有性生殖
受精卵
种子
植株
思考：植物组织培养技术有哪些应用？
植物的快速繁殖
获得人工种子
培养脱毒植物
克隆羊技术
任务2：分析动物的克隆技术
爪蟾克隆技术
思考：动物的克隆技术说明了什么？有何实践意义？
克隆猴技术
动物细胞的细胞核具有全能性
任务3：了解干细胞的特点及应用
3.干细胞
动物和人体内仍保留着少数具有分裂能力和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。如骨髓造血干细胞。（例如：胚胎干细胞、造血干细胞、神经干细胞、成肌细胞等）
三、干细胞
全能干细胞
多能干细胞
专能干细胞
干细胞的类型
三、干细胞
干细胞的分裂特点
三、干细胞
干细胞
干细胞
定向祖细胞
成熟细胞
干细胞
干细胞
干细胞
干细胞
定向祖细胞
定向祖细胞
成熟细胞
A：不对称分裂
B：对称分裂I
C：对称分裂II
骨髓移植的方法治疗白血病
干细胞的应用前景
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
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。
三、干细胞
小结
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。
4.细胞全能性的大小
受精卵>生殖细胞>体细胞 植物细胞>动物细胞
5.细胞全能性的原因
分化的体细胞具有物种个体发育所需要的全部基因
6.细胞全能性的应用
（1）植物组织培养 （2）干细胞的研究
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

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