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新人教版 分子与细胞
第六章 细胞的生命历程
6.2 细胞的分化
问题探讨
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？
在我们体内，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。
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。
正常血液
健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
白血病血液
讨论
②骨髓与血细胞的形成有什么关系？
骨髓中造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生不同种类的血细胞。
问题探讨
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。
一、细胞分化及其意义
多细胞生物体从小到大，不仅有细胞数量的增加，还有细胞在结构和功能上的分化。
1.概念：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。
受精卵发育成个体的过程中，细胞数目增多的方式是什么？
有丝分裂
根据有丝分裂的过程，分析这些不同的细胞遗传物质相同吗？
相同
这些不同细胞的形态、结构和功能主要由哪种化合物来承担？
蛋白质
为什么相同基因的细胞，却含有不同的蛋白质？
科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。
项目 DNA检测结果 RNA检测结果 输卵管细胞　 成人红细胞 胰岛B细胞 输卵管细胞 成人红细胞 胰岛B细胞
核糖体蛋白基因 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
卵清蛋白基因 ＋ ＋ ＋ ＋ － －
β-珠蛋白基因 ＋ ＋ ＋ － ＋ －
胰岛素基因 ＋ ＋ ＋ － － ＋
说明：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。
①这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
提示　有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成，因此这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同。
②3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、β-珠蛋白基因、胰岛素基因，但每种细胞中只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？
提示　这一事实说明，基因的表达存在选择性。
③核糖体蛋白基因是否发生了选择性表达？
提示　核糖体蛋白基因在所有的细胞中均表达，未发生选择性表达。
(2)科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。
受精卵发育成个体的过程中，细胞数目增多的方式是什么？
有丝分裂
根据有丝分裂的过程，分析这些不同的细胞遗传物质相同吗？
相同
这些不同细胞的形态、结构和功能主要由哪种化合物来承担？
蛋白质
为什么相同基因的细胞，却含有不同的蛋白质？
同一个体不同细胞中的基因表达可能具有选择性
2、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。
2、细胞分化的实质
在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况是不同的。即基因的选择性表达。
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
基因
未表达
表达
遗传信息相同
细胞分化的实质
遗传信息的执行情况不同
（基因的选择性表达）
红细胞
血红蛋白基因开启
合成血红蛋白
肌细胞
肌动蛋白基因开启
合成肌动蛋白
蛋白质有差异
结论：细胞分化是不同细胞中遗传信息的执行情况不同导致，即基因的选择性表达。
2、细胞分化的实质
管家基因：是指所有细胞中均要稳定表达的一类基因，其产物是对维持细胞 基本生命活动所必需的。如呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。
“管家基因”和“奢侈基因”
奢侈基因：组织特异性基因，是指不同类型细胞中特异性表达的基因，奢侈基因的产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能。如胰岛素基因、血红蛋白基因等。
2、细胞分化的实质
3、细胞分化的特点
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？
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。
思考·讨论：比较构成人体组织的细胞
构成人体的器官有四种组织，分别是上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织，这些组织又是由一些相似的细胞所构成，下图为构成这些物质的一些细胞。
上皮细胞
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
3、细胞分化的特点
① 这些细胞在形态、结构和功能上有什么不同？
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。
讨论
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？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。
3、细胞分化的特点
同一植物体相似的早期胚细胞
叶肉细胞
细胞质中有大量的叶绿体，能够进行光合作用
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
3、细胞分化的特点
神经细胞
肌肉细胞
红细胞
有丝
分裂
　 细胞分化是一种持久性的变化。
“稳定性差异”理解：
3、细胞分化的特点
发生在生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。
一般来说，分化了的细胞，不会再演变成原始的细胞，将一直保持分化后的状态，直到死亡。
分化后的细胞内遗传物质不发生改变。
细胞分化是生物界普遍存在的现象，是生物个体发育的基础。
持久性
相对稳定性(不可逆性）
遗传物质不变性
普遍性
3、细胞分化的特点
① 普遍性
② 持久性
特点
③ 稳定性
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。
细胞分化贯穿于生物体整个生命活动过程中，且在胚胎时期达到最大限度。
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。
4. 细胞分化的意义
细胞分化是指在个体发育中，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。
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。
意义
细胞分化与细胞分裂的区别和联系
“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；
细胞器的数量发生变化；
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。
既然细胞分化具有稳定性、持久性、不可逆性，那么已经发生高度分化的细胞，还能再分化成其它细胞吗
细胞分化程度越高，细胞的分裂能力越差，高度分化的细胞往往不再分裂。
如人的成熟红细胞，神经细胞是不分裂细胞。
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？
1. 1958年，斯图尔德，植物组织培养实验
胡萝卜根韧皮部的细胞
愈伤组织
胚状体
幼苗
胡萝卜
植物激素、无机盐和糖类等物质
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
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。
二、细胞的全能性
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。
① 从资料1中可以得出什么结论？
讨论：
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
二、细胞的全能性
二、细胞的全能性
2.非洲爪蟾的蝌蚪实验
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？
讨论：
将肠上皮细胞单独培养不能获得新的个体；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。
二、细胞的全能性
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。
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。
想一想，与传统的杂交技术相比，植物的组织培养具有哪些特点？
繁殖周期短，繁殖速度快，不受季节限制，可实现工厂化生成。
二、细胞的全能性
二、细胞的全能性
动物细胞是否也具有全能性呢 ？
《西游记》中孙悟空的绝活：紧要关头，从身上拔出一把猴毛，变成和他一模一样的猴子。
现实生活中可以实现吗？
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。
二、细胞的全能性
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。
克隆猴
母猴乙
体细胞
细胞核
去核的卵母细胞
重组
胚胎
移植
母猴甲
母猴丙
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。
二、细胞的全能性
结论
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。
二、细胞的全能性
全能性的比较：
①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。
②植物细胞的全能性 > 动物细胞全能性
③受精卵 > 生殖细胞(精卵细胞) > 体细胞
干细胞是一类具有分裂和分化能力的细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。分为全能干细胞（如胚胎干细胞），多能干细胞（如造血干细胞），专能干细胞（如神经干细胞）。
二、细胞的全能性
白血病
俗称血癌，是各路苦情剧中常用桥段，这当然不是指血液变成了白色，白血病是一种造血干细胞恶性克隆性疾病。患者体内的血液、骨骼和各种组织器官中，都存在着大量形态异常的白细胞，这些细胞鸠占鹊巢，让身体失去造血的机能。我国是白血病的高发国家，每10万人中有4-6人患有白血病，其中40%是儿童，白血病的发病率在各类肿瘤中占据第六位。
慢性粒细胞白血病
如何治疗
造血干细胞移植，即骨髓移植。
造血干细胞
细胞分裂
细胞分化
血小板
白细胞
红细胞
①植物体内
分生组织细胞（如根尖分生区细胞）
②动物体内
干细胞
动物和人体内少数具有分裂和分化能力的细胞
除受精卵外，生物体内有没有具有分裂分化能力的细胞？
三、干细胞
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。
全能干细胞
多能干细胞
专能干细胞
如受精卵，胚胎干细胞
如造血干细胞
上皮基底层干细胞
上皮细胞
神经元干细胞
神经元细胞
三、干细胞
2. 种类
心肌细胞
肝细胞
肠细胞
神经细胞
肌肉细胞
心脏修复
组织再生
脑部损伤
关节损伤
肝脏修复
① 全能干细胞
如：胚胎干细胞
多能干细胞
如：造血干细胞
能干细胞
如：神经干细胞
三、干细胞
3. 应用
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。
干细胞
血小板
红细胞
白细胞
三、干细胞
三、干细胞
3. 应用
人体许多疾病或意外伤害，都是由组织或器官受到损伤而引起的。如果在体外保存和培养各种干细胞，使之形成组织或器官，可以对受到损伤的组织或器官进行修复和更换。
练习与应用
一、概念检测
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. 骨髓干细朐与胰岛B细朐的基因组成相同，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
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。
练习与应用

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