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6.2 细胞的分化 教案
一、教学目标
1.阐明细胞分化的概念和意义（重、难点）。
2.举例说明细胞的全能性在植物组织培养和动物克隆方面的应用。
3.说出干细胞的特点（重、难点）。
二、教学重难点
教学重点：1.细胞分化的概念和意义。
2.细胞全能性的概念。
教学难点：细胞的全能性及实例。
三、教学过程
【新课导入】
情境导入：
组成人体的细胞类型约有200多种。
提出问题：从一个受精卵到新生命诞生过程，细胞发生了那些变化？产生的细胞都一样吗？如果细胞只有简单的分裂，受精卵能形成一定的形态、结构和功能的多细胞生物体吗？
学生活动：思考问题，在生命诞生的过程中，除了细胞数目增多，细胞的形态和结构也发生了变化，原因是什么？
问题探讨：
在人体内，红细胞的寿命为120 d左右，白细胞的寿命为5~7 d。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。
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？
提示：健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
2.骨髓与血细胞的形成有什么关系？
提示：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。
多细胞生物体从小长大，不仅有细胞数量的增加，还有细胞在结构和功能上的分化。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。
【新课学习】
目标1：细胞分化及其意义
在胚胎发育的早期，各个细胞彼此相似。通过细胞的有丝分裂，细胞的数量越来越多。与此同时，这些细胞又逐渐向不同的方向变化。
人体细胞类型举例
教师活动：组织学生阅读教材P118-119页，结合教材“比较构成人体组织的细胞”，引导学生分析这些细胞在形态、结构和功能上的差异。
学生活动：阅读教材，观察教材中构成组织的细胞示意图，通过讨论交流，认识人体中不同细胞在形态、结构、功能上存在明显差异，但这些细胞起源相同。
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，下图为构成这些组织的一些细胞。
讨论：
1.这些细胞在形态、结构和功能上有什么不同？
提示：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。
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？
提示：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。
教师活动：图片展示，观察并比较植物的叶肉细胞、表皮细胞、储藏细胞，引导学生分析植物体的不同细胞在形态、结构和功能上的差异。
学生活动：从动物和植物两个层面上认识细胞分化在生物体中普遍存在，尝试归纳细胞分化的概念。
与动物一样，同一个植物体中也存在各不相同的细胞。例如，叶肉细胞的细胞质中有大量的叶绿体，能够进行光合作用；表皮细胞的细胞质中没有叶绿体，但在细胞壁上形成明显的角质层，具有保护功能；储藏细胞没有叶绿体，也没有角质层，细胞中储藏着许多营养物质。细胞在形态、结构和生理功能上各不相同，追根溯源，同一植物体的这些细胞也都来自一群彼此相似的早期胚细胞。
教师活动：根据学生回答引导学生尝试归纳总结细胞分化的概念、原因、特点和意义。
学生活动：从动物和植物两个层面上认识细胞分化在生物体中普遍存在，尝试归纳细胞分化的概念、原因、特点和意义。
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。
细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
2.细胞分化的原因
讲解：细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，它是生物个体发育的基础。多细胞生物体在生长发育过程中，如果仅有细胞的增殖，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，生物体也就不可能正常发育。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。
提出问题：就一个个体来说，各种细胞具有完全相同的遗传信息，但形态、结构和功能却有很大差异，这是怎么回事呢
活动1 细胞分化的原因
提出问题：上述两种细胞的差异主要是通过细胞内哪种物质直接体现出来的？
提示：肌细胞合成肌动蛋白质，不合成抗体。B细胞合成抗体，不合成肌动蛋白。
提出假设：
实验验证：
这是细胞中的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。例如，在红细胞中，与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态，与抗体合成有关的基因则处于关闭状态；在B细胞（一种免疫细胞）中则相反。
结论：细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果。
请分析以下基因在不同分化细胞内的表达情况，说明细胞内的基因都只在特定的细胞内表达吗？
管家基因：所有细胞均表达，维持生命活动所必需的。如ATP合成酶基因、呼吸酶基因、核糖体合成酶基因。
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。如胰岛素基因、血红蛋白基因、抗体基因。
3.细胞分化的意义
教师活动：利用图片说明动物细胞可分化形成上皮组织、神经组织、肌肉组织、结缔组织等具有不同功能的组织。
想一想：细胞分化对多细胞生物体有何意义？
学生活动：理解细胞分化的意义。
（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。
由此可见细胞分化的意义为能增加细胞的类型，使细胞趋于专门化，由不同的细胞类群构成多种组织，再进一步形成结构完整和功能统一的多细胞生物体。
4.细胞分化的特点
教师活动：通过实例分析思考细胞分化的特点，回答问题。
学生活动：分析细胞分化的特点，回答问题，并尝试归纳细胞分化的特点。
（1）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。
（2）不可逆性：一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
（3）普遍性：是生物界普遍存在的生命现象，是多细胞生物个体发育的基础。
（4）稳定性：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。
（5）遗传物质不变性：分化后的细胞核内遗传物质不发生改变。
目标2：细胞的全能性
从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。
但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
资料：
1902年，植物学家哈伯兰特（Haberlandt）预言从一个高度分化的植物体细胞可以得到人工培养的胚，甚至培育出一个完整植株。
他预言的理论基础是什么？
提示：植物细胞的细胞核中含有全套的遗传信息。
提出问题：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
引入细胞全能性的探究。
（一）细胞的全能性
根据细胞分化和分裂的关系，细胞分裂是分化的基础，要想让高度分化的细胞再继续分化，必须要具备什么条件？（首先要恢复其分裂能力。）那能否实现呢？
教师活动：布置任务，组织学生阅读教材P120-121页，学习教材中“细胞全能性”的“思考·讨论”活动中的资料1和资料2，以小组为单位讨论思考并回答相关问题，进而尝试归纳细胞全能性的概念和原因。
学生活动：通过讨论和交流问题，总结出细胞全能性的概念并分析其原因，总结植物组织培养的原理和优点。
活动2 分析植物的组织培养技术
资料1：1958年，美国科学家斯图尔德（F.C. Steward）取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。
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
提问1：本实验的结论是什么？
提示：已经分化的细胞在离体培养下能够形成完整的植物体。
提问2：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的条件是什么？
提示：离体并需要一定的外界条件。
提问3：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？
提示：能。
活动3 分析动物的克隆技术
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。
提问1：请分析动物的克隆技术说明了什么？
提示：已分化的动物细胞的细胞核具有仍具有全能性。
教师活动：引导学生归纳总结细胞全能性的概念和原因。
学生活动：归纳总结细胞全能性的概念和原因，得出高度分化的植物细胞仍有全能性，而动物细胞的细胞核具有全能性，动物细胞的全能性随分化程度的提高而降低的结论。
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。
2.细胞全能性的原因：
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。
教师活动：从上述实验，我们知道了动物细胞的细胞核具有全能性，既然每个细胞的细胞核仍然具有全部遗传物质，那为什么高度分化的动物细胞不能直接发育成一个完整的个体，动物细胞的全能性究竟怎样呢？并让学生比较植物细胞，动物细胞；受精卵，卵细胞、体细胞的全能性大小。
学生活动：阅读教材，自主学习，思考并回答相关问题，比较细胞全能性的大小。得出高度分化的动物细胞的全能性小。高度分化的植物细胞的全能性大于高度分化的动物细胞；受精卵的全能性最大；以此得出结论：细胞分化程度越低，全能性就越高。
活动4 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？
提示：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_________。（受精卵）
（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为_______________________________________________________。
（受精卵 一般情况下，细胞分化程度越高，细胞全能性越低）
（4）请解释细胞具有全能性的原因。
提示：细胞内含有生物生长发育所需的全套遗传物质
下列实例能体现细胞的全能性吗？
1.壁虎断尾后又长出新的尾巴（×）
2.造血干细胞可分化形成各种血细胞（×）
（二）了解细胞全能性的应用
现在人们可以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优点
同植物组织培养相比，在动物中做类似的实验要复杂和困难得多。除前面介绍的非洲爪蟾实验外，1996年诞生的克隆羊“多莉”，我国科学家于2017年获得的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，这说明已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。但是，到目前为止，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。
（三）了解干细胞的特点及应用
教师活动：组织学生阅读教材，小组展示搜集的干细胞的相关资料，教师及时评价；带领学生了解干细胞特点，关注最新相关进展，引导学生讨论骨髓干细胞的作用以及细胞的全能性在生产和生活中的应用，白血病产生的原因及治疗方法。进而归纳总结干细胞的概念、类型、特点及应用。
学生活动：阅读教材，小组展示的材料搜集的干细胞的相关资料，引发疑问，思考并讨论教师提出的问题，明确干细胞的概念、类型、特点及应用。
1.概念：动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，称为干细胞。例如：胚胎干细胞、造血干细胞、神经干细胞、成肌细胞等。
2.类型
3.特点
4.应用
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。
与社会的联系
人体许多疾病或意外仿害，都是由组织或器官受到损伤而引起的。如果能够在体外保存和培养各种干细胞，使之形成组织或器官，不就可以对受到损伤的组织或器官进行修复或更换了吗？这正是许多科学家目前研究的课题，但任务艰巨，难度极大。有兴趣的同学可以查阅相关资料，了解干细胞研究的新进展。
细胞分化与细胞全能性的比较
课堂小结：
四、板书设计
6.2 细胞的分化
一、细胞分化及其意义
1.细胞分化的概念
2.细胞分化的原因
3.细胞分化的意义
4.细胞分化的特点
（1）普遍性
（2）持久性
（3）稳定性
（4）不可逆性
（5）遗传物质不变性
二、细胞的全能性
1.细胞的全能性：概念、原因
2.细胞全能性的应用
3.干细胞的特点及应用
（1）概念
（2）类型
（3）特点
（4）应用

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