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第6章 细胞的生命历程
第2节 细胞的分化
陕西·安康 LCS
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。
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？
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产生新的血细胞。
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。
问题探讨
肝细胞
心肌细胞
神经细胞
骨骼肌细胞
血细胞
小肠上皮细胞
一、细胞分化及其意义
多细胞生物从受精卵开始，要经过细胞增殖和分化逐渐发育成为个体。
新知探究
受精卵通过细胞增殖，使细胞的数量增加。
比较构成人体组织的细胞
活动1
比较构成人体组织的细胞
活动1
一、细胞分化及其意义
新知探究
上皮细胞
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
1.比较以上细胞的相同点与不同点。
2.细胞的遗传物质有没有发生变化？为什么？
相同点：都有细胞膜、细胞质和细胞核构成。
不同点：形态、结构、功能上各不相同。
因为这些细胞都是有同一个受精卵经过有丝分裂得来的，遗传物质没有发生变化。
比较构成人体组织的细胞
活动1
一、细胞分化及其意义
新知探究
上皮细胞
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
3.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？
不能；
分化后的细胞将一直保持分化后的状态。
叶肉细胞 表皮细胞 储藏细胞
功能：光合作用
功能：保护功能
功能：贮藏营养物质
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。
一、细胞分化及其意义
新知探究
图6-5 植物体的不同细胞
一、细胞分化及其意义
新知探究
1.细胞分化的概念
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。
请根据下列事实分别说出细胞分化的特点。
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，一般不会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
新知探究
2.细胞分化的特点
分析细胞分化的特点
活动2
浆细胞 抗体
【资料1】比较来自同一哺乳动物的几种细胞。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。
思考1：为什么分化后却合成不同的蛋白质？请提出你的假设。
假设1：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。
假设2：分化只是基因的表达不同，所以分化后基因指导合成不同的蛋白质。
一、细胞分化及其意义
新知探究
从分子水平分析细胞分化
活动3
【资料2】科学家利用技术检测到来自同一哺乳动物的胰岛B细胞、红细胞及浆细胞内含有的基因和蛋白质的情况如下表所示（注：“＋”表示有，“－”表示无）。
一、细胞分化及其意义
新知探究
从分子水平分析细胞分化
活动3
物质 胰岛B细胞 红细胞 浆细胞
细胞总DNA ATP合成酶基因 ＋ ＋ ＋
β-珠蛋白基因 ＋ ＋ ＋
胰岛素基因 ＋ ＋ ＋
蛋白质 ATP合酶 ＋ ＋ ＋
β-珠蛋白 － ＋ －
胰岛素 ＋ － －
思考2：三种细胞的DNA相同吗？蛋白质相同吗？
DNA（基因）
ATP合酶基因
β-珠蛋白基因
胰岛素基因
蛋白质
ATP合酶
β-珠蛋白
胰岛素
控制合成
控制合成
控制合成
控制合成
一、细胞分化及其意义
新知探究
从分子水平分析细胞分化
活动3
根本原因：基因的选择性表达。
直接原因：蛋白质的种类不同。
思考2：三种细胞的DNA相同吗？
蛋白质相同吗？
三种细胞内的DNA相同，蛋白质不完全相同。
思考3：来自同一个体的不同细胞在形态、结构、生理功能上具有差异的原因是什么？
一、细胞分化及其意义
新知探究
3.细胞分化的原因和结果
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。
像E基因这样，在所有细胞均表达，维持生命活动所必需的的基因，称为管家基因。
像A、B、C、D基因这样，在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。这类基因称为奢侈基因。
一、细胞分化及其意义
新知探究
4.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
组织
器官
系统
个体
受精卵
胚胎干细胞
细胞
分裂
细胞
分裂
一、细胞分化及其意义
新知探究
项目 ①细胞分裂 ②细胞分化
发生 时间 从受精卵开始 发生在整个生命进程中
原因 细胞增殖需要 基因的选择性表达
结果 细胞数目增多 细胞种类增多
意义 保持了亲、子代间遗传的稳定性 保证了生物体的正常发育
联系 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的，随分化程度加大，分裂能力逐渐下降
知识拓展
细胞分裂和细胞分化的关系
①
①
②
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。
受精卵
组织细胞
细胞分裂
细胞分化
？
一、细胞分化及其意义
新知探究
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，再分化成其他的细胞呢？
二、细胞的全能性
新知探究
细胞的全能性
活动4
韧皮部细胞
细胞团
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
愈伤组织
脱分化
再分化
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。
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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。
资料1：1958年，美国科学家斯图尔德用胡萝卜韧皮部细胞成功地培育出了一棵完整的植株。
二、细胞的全能性
新知探究
细胞的全能性
活动4
韧皮部细胞
细胞团
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
愈伤组织
脱分化
再分化
（1）从资料1中可以得出什么结论？
（2）如果将胡萝卜韧皮部细胞换成其他已高度分化的植物细胞，在适宜的条件下，这些细胞也能形成新的植物吗？
能。
已经分化的植物细胞在离体培养下能形成完整植株。
资料1：1958年，美国科学家斯图尔德用胡萝卜韧皮部细胞成功地培育出了一棵完整的植株。
已分化的植物细胞
具有全能性
二、细胞的全能性
新知探究
细胞的全能性
活动4
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。
（4）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？与资料1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，目前只能培养得到细胞；已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
（3）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
新知探究
细胞的全能性
活动4
克隆羊培育过程
克隆猴培育过程
已分化的动物细胞核
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。
二、细胞的全能性
新知探究
细胞的全能性
活动4
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1.细胞全能性的概念
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。
二、细胞的全能性
新知探究
2.细胞具有全能性的原因
二、细胞的全能性
新知探究
一般来说，生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。
3.植物细胞全能性表达的条件
（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。
二、细胞的全能性
新知探究
思考：比较图中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？
（2）分化程度最低的细胞是 。
（3）最容易表达全能性的细胞是 。
（4）细胞全能性大小与分化程度之间的关系：
。
皮肤细胞、红细胞、白细胞、血小板、神经细胞和肝细胞，即高度分化的细胞不再分裂。
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
4.细胞全能性的高低
二、细胞的全能性
新知探究
幼嫩的细胞＞衰老的细胞
分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞
分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞
(1)不同细胞的全能性：
受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞（卵细胞＞精子）＞体细胞
(2)不同生物的细胞全能性：
植物细胞＞动物细胞
(3)体细胞的全能性：
4.细胞全能性的高低
二、细胞的全能性
新知探究
在体细胞中染色体成对存在，配子染色体数虽然减半，但仍含有完整的染色体组，具有控制生物性状的全部基因。
思考：配子中染色体数比正常体细胞减少了一半，为什么配子还有全能性？
[提醒]
①细胞分化程度越高，细胞的全能性越低。
②全能性表达的标志：细胞发育成完整有机体或分化成其他各种细胞。
③种子萌发长成新植株并没有体现细胞的全能性，因为种子的胚本身就是植株的幼体，其萌发长成植株是正常发育的过程。
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
细胞分化和细胞全能性的关系
二、细胞的全能性
新知探究
知识拓展
三、干细胞
新知探究
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1.干细胞的概念
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。
三、干细胞
新知探究
2.干细胞的类型
（1）按照发育阶段分为
成体干细胞
存在于早期发育的胚胎中，具有广泛的分化潜能，可以分化为所有体细胞类型。
存在于成熟组织和器官中，分化潜能相对较小，通常限于其来源组织中的特定类型，如骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞。
胚胎干细胞
（ES细胞）
（2）按照不同分化潜能分为
多能干细胞
具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞。
具有产生多种类型细胞的能力，但却失去了发育成整个个体的能力，发育潜能受到一定限制。
全能干细胞
三、干细胞
新知探究
三、干细胞
新知探究
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
2.干细胞的应用
三、干细胞
新知探究
2.干细胞的应用
利用诱导多能干细胞（iPS细胞）治疗
成纤维细胞
取出
转入相关因子
iPS细胞
各种细胞组织或器官
诱导
移植
细胞发生转化
患者
小结
随堂训练
1．菠菜在不同环境下性别分化有差异，强光照射下雄株比例增加，弱光时雌株居多；干旱胁迫会使雄株占比上升，水分适宜时雌株多。下列叙述错误的是（ ）
A．光照强度和水分状况会影响菠菜的性别分化
B．菠菜细胞中缺少控制性别形成的关键基因
C．性别分化过程中，部分细胞的全能性会随分化程度提高而降低
D．长期干旱胁迫会使菠菜植株因缺水而死亡
B
【解析】A．由题干信息可知，强光、弱光及水分条件会改变性别比例，说明光照和水分会影响菠菜的性别分化，A正确；
B．菠菜性别分化由基因控制，环境仅调控基因的表达，并非缺少关键基因，B错误；
C．一般来说，细胞分化程度越高，全能性越低，C正确；
D．生命活动离不开水，长期干旱胁迫会导致菠菜因缺水而死亡，D正确。
随堂训练
2．下图表示人体骨髓造血干细胞的部分生命历程。下列相关叙述错误的是（　　）
A．与①细胞相比，②细胞物质运输效率提高
B．b过程表示细胞增殖，该过程是c过程的基础
C．c过程细胞发生分化，遗传物质没有发生改变
D．c过程产生的三种血细胞一般不会再变成细胞③
A
【解析】A．与①细胞相比，②细胞体积更大。细胞的物质运输效率与相对表面积（表面积 / 体积）有关，细胞体积越大，相对表面积越小，物质运输效率越低。因此，②细胞物质运输效率降低，A错误。
随堂训练
3．自然界包括壁虎、海星、蜥蜴在内的许多生物有部分肢体可以完全再生，这就给人类肢体再生提供了研究方向。研究发现，壁虎尾部横隔处的细胞依然保留着干细胞功能，可以在断尾后发育成尾巴。下列叙述正确的是（　　）
A．断尾后尾部横隔处的细胞呼吸酶基因处于关闭状态
B．断尾后新形成的尾巴细胞内核酸与其他部位细胞内的核酸相同
C．断尾后尾部横隔处的细胞继续发育成尾巴体现了动物细胞的全能性
D．壁虎断尾后可以再长出尾巴，是因为其横隔处的细胞进行了增殖和分化
D
【解析】A、呼吸酶基因在所有活细胞中均表达，否则细胞无法进行呼吸作用，A错误；B、新形成的尾巴细胞与其他部位细胞因基因选择性表达，导致RNA存在差异，但DNA相同，因此核酸不完全相同，B错误；C、细胞全能性需发育为完整个体，而尾巴仅是器官层次，未体现全能性，C错误；D、横隔处的干细胞通过分裂（增殖）和分化形成新尾巴的各类细胞，D正确。
4．科学家激活小鼠皮肤细胞中三种在神经前体细胞大量表达的转录因子（调控基因转录的蛋白质），将小鼠皮肤细胞直接转化为能发育成大脑神经细胞的前体细胞，且该细胞能在实验室大量培养，该方法为受损神经细胞的再生提供了一条崭新途径。下列相关叙述正确的是（ ）
A．由皮肤细胞转化为神经前体细胞是遗传物质改变的结果
B．正常状态下皮肤细胞一般不会大量表达这三种转录因子
C．皮肤细胞与神经细胞不同是由于组成的蛋白质完全不同
D．神经前体细胞是一种不再具有分裂、分化能力的细胞
随堂训练
B
【解析】A、细胞分化是基因选择性表达的结果，遗传物质并未改变。皮肤细胞转化为神经前体细胞属于细胞分化，所以不是遗传物质改变的结果，A错误；
B、根据题意，这三种转录因子在神经前体细胞中大量表达，而皮肤细胞在正常状态下，一般不会大量表达这三种转录因子，B正确；C、皮肤细胞与神经细胞是细胞分化的结果，细胞分化过程中基因选择性表达，它们有部分蛋白质是相同的（如呼吸酶等），并非组成的蛋白质完全不同，C错误；D、神经前体细胞能在实验室大量培养，说明它具有分裂、分化能力，D错误。
5．科学家将诱导多能干细胞（iPS细胞）分化的多巴胺能神经元前体细胞移植入患者脑部，可以改善患者的症状。下列叙述正确的是（　　）
A．题述过程中没有发生基因的选择性表达
B．题述过程体现了iPS细胞的全能性
C．题述iPS细胞和多巴胺能神经元前体细胞的核遗传物质相同
D．iPS细胞只能由胚胎干细胞诱导而来
随堂训练
C
【解析】A、iPS细胞分化为多巴胺能神经元前体细胞的过程属于细胞分化，而细胞分化的本质是基因的选择性表达，因此该过程发生了基因的选择性表达，A错误；B、全能性指细胞发育成完整个体或分化为各种细胞的能力，而题述iPS细胞仅分化为特定功能细胞，未形成个体，因此未体现全能性，B错误；C、iPS细胞与分化后的多巴胺能神经元前体细胞的核遗传物质相同（细胞分化不改变核遗传物质），C正确；D、iPS细胞可通过体细胞（如皮肤细胞）重编程诱导形成，并非只能由胚胎干细胞诱导，D错误。
6．如图表示人体骨髓中部分造血干细胞的生
命历程。回答下列问题：
(1)图中③表示的是__________过程。成熟的
红细胞没有细胞核，但含有大量的血红蛋白，
而白细胞有细胞核却不含血红蛋白，请推测
白细胞不含血红蛋白的根本原因：__________________。
(2)红细胞的主要功能是运输氧气，白细胞的主要功能是吞噬病菌，血小板的主要功能是凝血，由此可说明③过程使多细胞生物体中的细胞趋向_______，有利于提高各种生理功能的效率。这些细胞在形态、结构和功能上有______________，但具有相同的遗传物质。
(3)图中所涉及的细胞中，______________细胞的全能性最大。
随堂训练
基因的选择性表达
细胞分化
专门化
造血干细胞
稳定性差异

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