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第2节 细胞的分化
问题探讨
人体内红细胞的寿命为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。白血症患者患者的血液中出现大量异常白细胞，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症。
健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
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？
2.骨髓与血细胞的形成有什么关系？
骨髓中的造血干细胞能够通过细胞增殖和分化不断产生不同种类的血细胞。
一、细胞分化及其意义
受精卵
细胞分裂
细胞分化
多细胞生物体从小到大，不仅有细胞_____的增加，还有细胞在_____和_____上的分化。即使在成熟的个体中，仍有一些细胞具有产生不同种类的新细胞的能力。
数量
结构
功能
一、细胞分化及其意义
思考 讨论 比较构成人体组织的细胞
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
上皮细胞
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
光合作用
保护功能
储藏营养物质
叶肉细胞
表皮细胞（无叶绿体）
储藏细胞
没有叶绿体
没有角质层
细胞壁上形成角质层
有叶绿体
同一植物体的这些细胞都来自一群彼此相似的早期胚胎细胞
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。
分化的对象：一个或一种细胞。
分化的结果：产生形态、结构、功能不同的细胞。
细胞数目增多
细胞种类增多
1.概念：
一、细胞分化及其意义
2.分化的特点：
任务：根据下列事实分别说出细胞分化的特点是什么？
事实1：细胞分化发生在整个生命进程中。
事实2：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。
事实3：分化后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，直到死亡。
事实4：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。
持久性
稳定性
不可逆性
普遍性
一、细胞分化及其意义
3.细胞分化的原因和结果：
请比较来自同一哺乳动物的肌细胞和红细胞及浆细胞，并回答下列问题：
(1)由同一个受精卵通过有丝分裂产生的三个子代细胞的遗传物质——DNA(基因)具有稳定性，分化前的细胞中的遗传物质——DNA(基因)相同，为什么分化后却合成不同的蛋白质？请提出你的假设。
分化导致细胞内的遗传物质丢失，所以分化后合成不同的蛋白质。
分化只是基因的表达不同，所以分化后合成不同的蛋白质。
一、细胞分化及其意义
科学家利用技术检测到来自同一哺乳动物的红细胞和肌细胞及浆细胞内含有的基因和蛋白质的情况如下表所示：
细胞总DNA 蛋白质 呼吸酶基因 β-珠蛋白基因 抗体基因 呼吸酶 β-珠蛋白 抗体
肌细胞 + + + + - -
红细胞 + + + + + -
浆细胞 + + + + - +
注：“＋”表示有，“－”表示无。
(2)请结合经典实验结果，得出细胞分化的根本原因。
结论：细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果。
(3)检测到细胞内含有呼吸酶，能说明细胞发生了分化吗？
管家基因
奢 侈 基 因
不能，呼吸酶基因在所有的细胞中均表达。
一、细胞分化及其意义
ATP合成酶基因
呼吸酶基因
核糖体合成酶基因
胰岛素基因
血红蛋白基因
抗体基因
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。
一、细胞分化及其意义
分化的实质
— 基因选择性表达的结果
在个体发育过程中，不同细胞中遗传信息的执行情况不同。
E
D
B
A
C
E
D
C
A
B
E
D
C
A
B
遗传信息没变
A B C D E
E
D
C
A
B
基因
“细胞分化”分析
从细胞结构水平：
细胞的形态、结构和生理功能发生改变；
细胞质基质的成分和功能发生改变。
从分子结构水平：
RNA和蛋白质的种类、数量发生变化；
遗传物质DNA未发生变化。
一、细胞分化及其意义
4.细胞分化的意义：
一、细胞分化及其意义
4.细胞分化的意义：
资料1：人体在生长发育过程中，如果仅仅有细胞的增殖，而没有细胞的分化，就不可能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，生物体不能正常发育。
①细胞分化是个体发育的基础，能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官。
资料2：哺乳动物成熟的红细胞，没有细胞核和众多的细胞器，细胞中有大量的血红蛋白，因此提高了红细胞运输氧气的能力。肌肉细胞含有大量线粒体，细胞中有大量收缩蛋白质，因此肌肉细胞有很强的收缩功能。
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。
二、细胞的全能性
高度分化的细胞，还能像早期胚胎细胞那样再分化成其他细胞吗？
？
？
二、细胞的全能性
【资料分析】
如图是胡萝卜的组织培养过程，请分析回答下列问题：
(1)植物体上的细胞没有表现出全能性，而是分化成了不同的组织和器官，这说明植物细胞全能性的表达需要在 条件下并需要 。
离体
一定的外界条件
(2)图中试管里的培养液应该含有哪些物质？
植物激素、无机盐和糖类等物质。
(3)本实验的结论是什么？
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。
二、细胞的全能性
【资料分析】如图是非洲爪蟾的核移植过程，请分析回答下列问题：
(2)如果直接将蝌蚪的肠上皮细胞进行培养，能不能形成完整的个体？与第1题中的植物细胞实验相比，你能从该实验得出什么结论？
不能形成完整的个体；
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
（1）蝌蚪的性状主要与供卵的蛙相同还是与供核的蛙相同，为什么？
供核的蛙；细胞核是遗传和代谢的控制中心。
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。
细细胞内含有生物生长发育所需的全套遗传物质。
（1）离体（必要条件）；
（2）一定的营养物质（无机盐、维生素、氨基酸等）和植物激素；
（3）适宜的外界条件（适宜的温度、pH等）、无菌无毒的环境。
植物体上的细胞没有表现出全能性，而是分化成了不同的组织和器官，为什么呢？
2
原因：
3
条件：
二、细胞的全能性
【资料分析】通过下图比较细胞全能性大小和分化程度高低之间的关系。
(1)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。
(2)分化程度最低的细胞是 。
(3)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： 。
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
二、细胞的全能性
植物体细胞 动物体细胞
受精卵 生殖细胞 体细胞
＞
＞
＞
（1）不同生物
（2）同一生物
细胞分化程度越高，细胞的全能性越低。
4
细胞全能性的高低
判断：①雌蜂未受精的卵细胞发育成雄蜂证明了动物生殖细胞具有全能性。 （ ）
√
②分化程度高的细胞全能性一定低（ ）
如生殖细胞由性原细胞分化而来，属于高度分化的细胞，但全能性依然很高。
×
③分化的细胞一定不再进行分裂（ ）
如B淋巴细胞，接受抗原刺激后仍可再分裂。
×
二、细胞的全能性
5
细胞全能性的应用
01. 快速繁殖花卉、蔬菜等
02. 拯救珍稀、濒危动植物
03. 克隆人体器官，
用于器官移植
长江女神白鳍豚
百合花杜鹃
心脏移植
肾脏移植
注意：目前为止，人们还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体。
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
二、细胞的全能性
多能干细胞
全能干细胞
干细胞
概念：动物和人体内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。
按分化潜能分
专能干细胞
二、细胞的全能性
(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）
二、细胞的全能性
应用
(1)在体外培养出组织和器官，并最终通过组织和器官移植实现对临床疾病的治疗。
新闻背景：英国足球名星--贝克汉姆储存了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。
脐带血里头含有大量的干细胞，称为脐带干细胞，为胎儿制造血液和免疫细胞的主要来源。
脐带干细胞
二、细胞的全能性
应用
(2)在体外培养出组织和器官，并最终通过组织和器官移植实现对临床疾病的治疗。
日本东京大学和京都大学的科学家研究出人耳鼠，就是在老鼠背上种植出人耳，他们称要将这项技术用于人体。
二、细胞的全能性
应用
如何从根源上解决器官移植缺口大及免疫排斥的问题？
未来，
一切皆有可能。
二、细胞的全能性
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
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。
应用
课堂小结
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。( )
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
练习与应用
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
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？
2.干细胞疗法让许多恶性疾病患者看到了希望，但也有不少惨痛的教训。有兴趣的同学，可以了解这方面的信息，思考科学、技术和社会的关系。
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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