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第2节
细胞的分化
第6章　细胞的生命历程
人教版（2019）必修1 分子与细胞
（一）生命观念
1.通过观察动植物细胞分化的实例，理解细胞分化是细胞在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程，是多细胞生物体发育的基础；
2.通过对比分化细胞与未分化细胞的差异，形成“稳态与平衡观”，认识到细胞分化是基因选择性表达的结果，是生物体维持内环境稳态、实现复杂生命活动的必要机制。
（二）科学思维
1.通过分析“同一受精卵分裂形成的细胞遗传物质相同，但形态功能不同”的现象，运用归纳与演绎的方法，推导细胞分化的实质是基因的选择性表达，培养逻辑推理能力；
2.通过辩证讨论“细胞分化是否可逆”（如植物细胞全能性、动物细胞核移植实验），提升批判性思维，学会从实验证据角度分析科学问题的争议性与前沿性。
教学目标
（三）科学探究
1.通过设计“模拟细胞分化中基因选择性表达”的探究实验（如用不同荧光标记的DNA片段模拟基因表达，观察细胞中特定蛋白的合成），体验实验模拟的方法，理解分化过程中基因表达的时空特异性；
2.通过分组完成“植物组织培养实验”，经历“材料选择→方案设计→操作实施→结果分析”的完整探究流程，掌握植物细胞全能性验证的核心操作，培养实验设计与问题解决能力。
（四）社会责任
1.结合“干细胞治疗疾病”“组织工程器官”的前沿应用，关注细胞分化在医学领域的价值，增强科学探索兴趣，理解细胞分化研究对解决器官短缺、退行性疾病等问题的意义。
2.通过讨论“细胞分化与生物进化的关系”（如多细胞生物通过分化实现功能特化，提升生存竞争力），增强生命进化观，认识到细胞分化是生物从单细胞向多细胞进化、从简单向复杂发展的关键机制。
教学目标
教学重点
1.明确细胞分化是“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”，掌握其持久性、稳定性、普遍性三大特征。
2.阐明细胞分化的概念和意义，理解细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，能结合实例解释分化现象。
教学重难点
教学难点
1.基因选择性表达的分子机制：突破“所有细胞都有全套遗传物质”的认知，理解启动子、转录因子、表观遗传修饰等分子层面的调控机制（如DNA甲基化抑制基因表达、组蛋白修饰调控染色质结构），解释为何同一遗传物质会形成不同功能的细胞；
2.细胞分化与细胞全能性的关系：区分“细胞分化是基因选择性表达的结果”与“细胞全能性是已分化细胞仍具有发育成完整个体的潜能”的概念，理解植物细胞全能性易实现（如组织培养），而动物细胞全能性受限于细胞核与细胞质的互作（需核移植技术恢复）；
3.能够说出干细胞的特点细胞分化异常与疾病的关系：结合“癌变是细胞分化失控、无限增殖的结果”“发育畸形是细胞分化程序紊乱的表现”等案例，理解细胞分化异常对生物体健康的危害，为后续“细胞的癌变”“胚胎工程”章节铺垫认知基础。
教学重难点
3.72 1013
20微米/细胞
地球圆周40075公里
19圈
人类中有37.2万亿个细胞
当它们一个一个头尾相接时
可以围绕地球多少周
组成人体的细胞
类型约有
200多种。
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？
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
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目标一
细胞分化及其意义
人体细胞类型举例
肌细胞
神经细胞
卵细胞
哺乳动物成熟的红细胞
B细胞
柱状上皮细胞
精子
思考 讨论 比较构成人体组织的细胞
上皮细胞
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
上皮细胞 骨骼肌细胞 软骨细胞 神经细胞
形态 扁平、立方、柱状 圆柱形， 细长 椭圆形 星形、锥形、梨形、圆形
结构 排列紧密，间质少 有横纹，多核 细胞间质发达 有轴突、树突
功能 保护、吸收等 收缩 支持 感受刺激
传导冲动
讨论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。
细胞分化
群彼此相似的早期胚细胞
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
有叶绿体
结论：细胞在形态、结构和生理功能上各不相同，
但都来自一群彼此相似的早期胚胎细胞（或胚细胞）。
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。
1.1 细胞分化的概念
概念
受精卵
胚胎干细胞
细胞分裂
细胞分化
上皮细胞
肌肉细胞
红细胞
神经细胞
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？
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。
活动1
细胞分化的原因
蛋白质
控制合成
DNA
肌动蛋白基因
抗体基因
控制合成
控制合成
抗体
肌动蛋白
活动1
细胞分化的原因
受精卵
子细胞1
子细胞2
有丝
分裂
肌动蛋白基因
抗体基因
抗体
肌动蛋白
肌动蛋白基因
抗体基因
细胞分化
肌细胞
细胞分化
B细胞
【提出假设】？
活动1
细胞分化的原因
【实验验证】
细胞中基因 细胞中蛋白质 抗体基因 肌动蛋白基因 抗体 肌动蛋白
B细胞 ＋ ＋ ＋ －
肌细胞 ＋ ＋ － ＋
“＋“表示检测到基因或蛋白质
结论：细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果。
1.2 细胞分化的原因
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。
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？
活动1
细胞分化的原因
器官
系统
个体
组织
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。
1.3 细胞分化的意义
1
1.3 细胞分化的意义
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。
2
（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。
胚胎发育
1.4 细胞分化的特点
（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。
1.4 细胞分化的特点
（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。
1.4 细胞分化的特点
（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。
1.下列有关细胞正常分化的叙述，错误的是
A.该图能表示细胞分化的实质
B.细胞分化过程中，细胞内的A、B、C、D、
E等遗传信息没变
C.神经细胞和唾液腺细胞中细胞器的种类和
数量都相同
D.不同细胞中蛋白质的种类不同
√
解析　神经细胞和唾液腺细胞是高度分化的细胞，细胞器的种类相同，但数量会有差异，C错误。
细胞分化的“变”与“不变”
(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。
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。
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：基因的选择性表达，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”：细胞数目和细胞内的遗传物质不变。
归纳总结
2.下列关于细胞分化的叙述，正确的是
A.人体某细胞中存在血红蛋白说明已经发生细胞分化
B.只有在胚胎时期才发生细胞分化
C.人体某细胞中存在纤维蛋白原基因说明已经发生细胞分化
D.细胞分化是单细胞生物和多细胞生物都要进行的过程
√
解析　只有红细胞才能合成血红蛋白，某细胞存在血红蛋白说明细胞已经分化，A正确；
细胞分化是生物个体发育的基础且贯穿于整个生命进程中，B错误；
同一个体的所有体细胞都是由受精卵有丝分裂而来的，含有相同的遗传物质，故人体几乎所有的体细胞中都存在纤维蛋白原基因，C错误；
单细胞生物不进行细胞分化，D错误。
>
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目标一
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？
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？
植物细胞的细胞核中含有全套的遗传信息。
【资料】
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
韧皮部细胞
细胞团
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
本实验的结论是什么？
已经分化的细胞在离体培养下能够形成完整的植物体。
1958年，斯图尔德
活动2
分析植物的组织培养技术
韧皮部细胞
细胞团
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
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？
离体并需要一定的外界条件。
1958年，斯图尔德
活动2
分析植物的组织培养技术
韧皮部细胞
细胞团
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
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
1958年，斯图尔德
活动2
分析植物的组织培养技术
克隆羊技术
爪蟾克隆技术
请分析动物的克隆技术说明了什么？
已分化的动物细胞的细胞核具有仍具有全能性。
活动3
分析动物的克隆技术
克隆猴技术
活动3
分析动物的克隆技术
2.1 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。
1.概念
2.原因
（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。
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。
（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为_______________________________________________________。
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。
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）请解释细胞具有全能性的原因。
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。
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
×
×
2.2 了解细胞全能性的应用
快速繁殖花卉、蔬菜等
培养微型观赏植株
拯救珍稀、濒危动植物
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
2.3 了解干细胞的特点及应用
1.概念
全能干细胞
多能干细胞
专能干细胞
2.3 了解干细胞的特点及应用
2.类型
2.3 了解干细胞的特点及应用
2.类型
名称 特点 实例
全能干细胞
多能干细胞
专能干细胞
可分化成各种细胞，构成各种组织和器官，最终发育成完整个体
胚胎干细胞
可分化形成多种组织细胞，但不能发育成完整个体
造血干细胞
神经干细胞
只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化
干细胞
干细胞
定向祖细胞
成熟细胞
干细胞
干细胞
干细胞
干细胞
定向祖细胞
定向祖细胞
成熟细胞
成熟细胞
A：不对称分裂
B：对称分裂I
C：对称分裂II
2.3 了解干细胞的特点及应用
3.特点
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
2.3 了解干细胞的特点及应用
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。
4.应用
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。
与社会的联系
细胞分化 细胞全能性
原因 细胞内基因的选择性表达 已分化的细胞依旧含有本物种的全套遗传信息
结果 形成形态、结构和功能不同的细胞 可形成新的个体
比较 分化程度： 体细胞＞生殖细胞＞受精卵 全能性：
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
3.下列有关全能性的叙述，正确的是
A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高
B.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞具有全能性
C.肝细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D.未脱离植株的幼叶，在适当的情况下能表现出全能性
√
解析　受精卵未分化，在自然条件适宜的情况下能形成完整个体，因此全能性最高，A正确；
玉米种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现细胞具有全能性，B错误；
肝细胞是高度分化的细胞，因而全能性较低，受精卵未分化，全能性很高，C错误；
未脱离植株的幼叶不能表现出全能性，D错误。
4.科学家将人体皮肤细胞培养成了诱导多能干细胞——“iPS细胞”，人类“iPS细胞”可以分化为神经元等人体多种组织细胞。以下有关说法正确的是
A.上述培养过程体现了动物皮肤细胞的全能性
B.iPS 细胞和分化形成的神经细胞在形态结构上存在差异
C.分化形成的神经细胞后续又可以分化形成其他组织细胞
D.iPS 细胞和分化形成的多种组织细胞中的基因组成不相同
√
解析　细胞分化的实质是基因的选择性表达，iPS细胞和分化形成的神经细胞在形态结构上存在差异，B正确；
神经细胞属于高度分化的细胞，不能再进行分化，C错误；
iPS细胞和分化形成的多种组织细胞中基因组成相同，只是发生了基因的选择性表达，D错误。
课堂小结
谢谢观看

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