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第6章 细胞的生命历程
第2节 细胞的分化
【学习目标】
1.通过比较不同细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的变化，归纳细胞分化的概念，进而阐明细胞分化是基因选择性表达的结果。
2.总结细胞分化的特点。
3.明确细胞分化和细胞分裂的关系。
在人体内，红细胞的寿命为120d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。
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？
健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
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。
讨论：
受精卵
（起点）
有丝分裂
细胞分化
系统
人体
软骨细胞
上皮细胞
肌肉
细胞
神经细胞
结缔组织
肌肉组织
神经组织
早期胚胎细胞
上皮组织
器官
构成人体器官有四种组织
这些细胞都来自早期胚胎中一群彼此相似的细胞。
成年人全身细胞总数约1012个，200多种。
一、细胞分化
1.概念：在 中，由 细胞增殖产生的后代，在 _____ 、_____和 上发生 的过程。
个体发育
一个或一种
形态
结构
生理功能
稳定性差异
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。
细胞分裂
细胞分化
一、细胞分化
遗传信息没变
2.过程
一、细胞分化
3.细胞分化的实质
实质：细胞分化是基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同。
检测的3种细胞 是否含有三种基因 卵清蛋白基因表达 珠蛋白基因表达 胰岛素基因表达
输卵管细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛细胞 + + + - - +
一、细胞分化
3.细胞分化的实质
同一生物体内不同的细胞所含DNA相同，只是不同细胞中遗传信息的执行情况不同，所含蛋白质不完全相同。
血红蛋白基因开启
肌动蛋白基因关闭
合成血红蛋白
（不合成肌动蛋白）
合成抗体
(不合成血红蛋白)
血红蛋白基因关闭
B细胞
抗体合成相关基因开启
红细胞
一、细胞分化
4.细胞分化的特点
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。
一般来说，已经分化的细胞一直保持分化后的状态，直到死亡，都不能恢复到原来胚胎细胞的形态和结构。
细胞分化发生在整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。
在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础。
分化后的细胞核内遗传物质不发生改变。
持久性
稳定性
不可逆性
普遍性
遗传物质不变性
一、细胞分化
5.细胞分化的结果
产生形态、结构、功能不同的细胞。不同的细胞构成不同的器官和组织。
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,但总体上都由细胞膜、细胞质、细胞核组成。
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
胚细胞
叶肉细胞
（叶绿体、光合作用）
表皮细胞
（角质层、保护作用）
储藏细胞
（储藏大量有机物）
同一植物体的这些细胞都来自一群彼此相似的早期胚细胞。
6. 细胞分化的意义
一、细胞分化
(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。
一、细胞分化
（1）“变”
①从细胞水平分析：细胞的形态、结构和生理功能发生改变。
③从分子水平分析
a.蛋白质角度：蛋白质种类、数量、功能发生改变。
b.基因角度：基因选择性表达，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因。
（2）“不变“：
②从亚显微结构水平分析：细胞器的种类和数目及细胞质基质的成分和功能发生改变。
细胞数目和细胞内的遗传物质不变。
7.细胞分化的变与不变
比较 细胞分裂 细胞分化
不
同
点 细胞变化
发生时间
相同点
联系
增加细胞数目
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
增加细胞种类
发生在整个生命进程中
遗传信息都不变
先分裂，后分化，细胞分裂是分化的基础，
共同完成生物个体发育过程
比较细胞分裂与细胞分化
一、细胞分化
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，能不能像早期胚胎那样，再分化成其他细胞呢？
二、植物的组织培养技术
①
②
③
⑥
④
⑤
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、植物的组织培养技术
思考：韧皮部细胞如何才能再度分裂和分化？
②脱分化：
④再分化：
①
②
③
⑥
④
⑤
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。
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
内细胞团
离体的韧皮部
愈伤组织
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
二、植物的组织培养技术
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
讨论1：从资料1中可以得出什么结论？
讨论2：换成胡萝卜其他部位的细胞，该实验能否成功？
①
②
③
⑥
④
⑤
能
实验结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力
已经分化的细胞在离体培养下能够形成完整植物体。
三、细胞的全能性
同一生物：受精卵＞生殖细胞＞高度分化的细胞
不同生物：植物细胞＞动物细胞
三、细胞的全能性
植物组织培养技术有哪些应用？
获得人工种子
培养微型植株
植物的快速繁殖
培养微型植株
获得人工种子
火焰兰的快速繁殖
三、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。
紫外线
爪蟾卵
细胞核
蝌蚪的肠
上皮细胞
去核
细胞核
核移植
细胞胚
蝌蚪
非洲爪蟾的核移植示意图
动物的克隆技术
三、细胞的全能性
思考：将肠上皮细胞单独培养能获得新的个体吗？
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
不能。资料2中实验说明已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。
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。
四、干细胞的特点及应用
干细胞：
动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
例如：胚胎干细胞、造血干细胞、神经干细胞、成肌细胞等
血小板
白细胞
红细胞
分化
分化
分化
干细胞是一种具有分化潜能和自我复制、更新能力的原始细胞，可以分化形成各种组织器官的细胞。
四、干细胞的特点及应用
干细胞的种类
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（如骨髓造血干细胞）
由多能干细胞分化而来，只能分化成某一类型的细胞（如神经干细胞）
干细胞的特点及应用
脐带血采集处
胎盘分娩后被废弃的部分
新生儿娩出断脐
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）干细胞移植治疗白血病；
（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。
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。
四、干细胞的特点及应用
判断题
（1）受精卵没有分化，所以没有全能性。（ ）
（2）一般来说，细胞的分化程度越高，表现出来的全能性就越弱。 （ ）
(3) 植物体只有高度分化的体细胞才具有全能性（ ）
（4）高度分化的植物细胞随时可以表现出各种全能性（ ）
（5）玉米种子萌发长成新植株体现体细胞的全能性（ ）
（6）克隆羊多莉的诞生说明了动物细胞具有全能性（ ）
（7）细胞分化的直接原因是基因的选择性表达（ ）
×
√
×
×
×
×
×
易错提示
1.细胞分化是指在个体发育过程中，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差异的过程。
2.细胞分化的特点：持久性、不可逆性、普遍性。
3.细胞分化的意义：(1)是生物个体发育的基础；(2)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。
4.细胞分化的实质：细胞中的基因选择性表达的结果，即不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，遗传物质并未改变。
5.细胞的分化程度越高，细胞的全能性相对越低。
6.植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。
1.如图是胚胎干细胞分化形成多种细胞的示意图。下列相关叙述错误的是（ ）
A.细胞分化是基因选择性表达的结果
B.胚胎干细胞和骨骼肌细胞中酶的种类相同
C.血细胞和神经细胞蛋白质的种类差异明显
D.心肌细胞和肝细胞的遗传物质没有很大差异
课堂检测
B
2.高度分化的体细胞可被诱导成类似胚胎干细胞的iPS细胞。科学家培养iPS细胞获得角膜组织，将其移植到一位几乎失明的女性左眼上，患者术后视力恢复到可阅读书籍的程度。下列叙述错误的是（ ）
A.iPS细胞的全能性高于高度分化的体细胞
B.获取iPS细胞的过程中细胞的遗传物质发生改变
C.获得角膜组织是基因选择性表达的过程
D.iPS细胞有望解决器官移植供体短缺等问题
B
课堂小结

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