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第2節(jié)
細(xì)胞的分化
SW生老師
1.為什么健康人的血細(xì)胞數(shù)量不會(huì)隨著血細(xì)胞的死亡而減少？
在人體內(nèi)，紅細(xì)胞的壽命約120d左右，白細(xì)胞的壽命為5~7d。這些血細(xì)胞都是失去分裂能力的細(xì)胞。
白血病患者的血液中出現(xiàn)大量的異常白細(xì)胞，而正常的血細(xì)胞明顯減少。通過骨髓移植可以有效地治療白血病。
健康人會(huì)不斷產(chǎn)生新的血細(xì)胞，補(bǔ)充到血液中去。
2.新的血細(xì)胞是如何產(chǎn)生的呢？
骨髓中的造血干細(xì)胞能夠通過增殖和分化，不斷產(chǎn)生不同類型的血細(xì)胞。
問題探討
受精卵
（起點(diǎn)）
有絲分裂
細(xì)胞分化
系統(tǒng)
人體
軟骨細(xì)胞
上皮細(xì)胞
肌肉
細(xì)胞
神經(jīng)細(xì)胞
結(jié)締組織
肌肉組織
神經(jīng)組織
早期胚胎細(xì)胞
上皮組織
人體的發(fā)育
器官
構(gòu)成人體器官有四種組織
這些細(xì)胞都來自早期胚胎中一群彼此相似的細(xì)胞。
成年人全身細(xì)胞總數(shù)約1012個(gè)，200多種。
比較構(gòu)成人體組織的細(xì)胞
骨骼肌細(xì)胞
上皮細(xì)胞
軟骨細(xì)胞
神經(jīng)細(xì)胞
1.這些細(xì)胞來源于什么細(xì)胞？
同一動(dòng)物體的這些細(xì)胞都源自早期胚胎細(xì)胞。
一、 細(xì)胞分化及其意義
思考
2.這些細(xì)胞在哪些方面存在差異？
骨骼肌細(xì)胞
上皮細(xì)胞
軟骨細(xì)胞
神經(jīng)細(xì)胞
上皮細(xì)胞 骨骼肌細(xì)胞 軟骨細(xì)胞 神經(jīng)細(xì)胞
形態(tài)
結(jié)構(gòu)
功能
扁平、立方、柱狀
排列緊密，間質(zhì)少
保護(hù)、吸收等
圓柱形細(xì)長
橢圓形
星形、錐形、梨形、圓形
有橫紋，多核
細(xì)胞間質(zhì)發(fā)達(dá)
有軸突、樹突
收縮
支持
感受刺激
傳導(dǎo)沖動(dòng)
3.在正常情況下，這些細(xì)胞還能恢復(fù)成早期胚胎細(xì)胞嗎？就這四種組織來說，一種組織的細(xì)胞會(huì)不會(huì)轉(zhuǎn)變成其他組織細(xì)胞？
在正常情況下，它們是不能恢復(fù)成早期胚胎細(xì)胞的；這四種組織中的某種細(xì)胞不會(huì)轉(zhuǎn)變成其他組織的細(xì)胞。
骨骼肌細(xì)胞
上皮細(xì)胞
軟骨細(xì)胞
神經(jīng)細(xì)胞
光合作用
保護(hù)功能
表皮細(xì)胞（無葉綠體）
貯藏細(xì)胞
葉肉細(xì)胞
沒有葉綠體，沒有角質(zhì)層
細(xì)胞壁上形成角質(zhì)層
有葉綠體
同一植物體的這些細(xì)胞都來自一群彼此相似的早期胚細(xì)胞。
構(gòu)成植物體的組織的細(xì)胞
貯藏營養(yǎng)物質(zhì)
在個(gè)體發(fā)育中，由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在結(jié)構(gòu)、形態(tài)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程，叫細(xì)胞分化。
受精卵
胚胎干細(xì)胞
細(xì)胞分裂
細(xì)胞分化
上皮細(xì)胞
肌肉細(xì)胞
紅細(xì)胞
神經(jīng)細(xì)胞
1.概念
2.分化的特點(diǎn)
（3）細(xì)胞分化是生物界普遍存在的生命現(xiàn)象，是生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。
（2）一般來說，分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡。
穩(wěn)定性（不可逆性）
（1）細(xì)胞分化發(fā)生在整個(gè)生命進(jìn)程中。
持久性
普遍性
（4）因?yàn)橐粋€(gè)個(gè)體的各種細(xì)胞都是由一個(gè)受精卵細(xì)胞通過有絲分裂產(chǎn)生的。 就一個(gè)個(gè)體來說，各種細(xì)胞具有的遺傳信息相同。
遺傳物質(zhì)不變性
資料1：人體在生長發(fā)育過程中,如果僅僅有細(xì)胞的增殖，而沒有細(xì)胞的分化，就不可能形成具有特定形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的組織和器官，生物體不能正常發(fā)育。
①細(xì)胞分化是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。
資料2：哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞，沒有細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器，細(xì)胞中有大量的血紅蛋白，因此提高了紅細(xì)胞運(yùn)輸氧氣的能力。肌肉細(xì)胞含有大量線粒體，細(xì)胞中有大量收縮蛋白質(zhì)，因此肌肉細(xì)胞有很強(qiáng)的收縮功能。
②細(xì)胞分化使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。
3.細(xì)胞分化的意義
細(xì)胞分化是生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。
細(xì)胞分化使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。
4.細(xì)胞分化的結(jié)果
產(chǎn)生具有特定形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的組織和器官。
5.細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)
這是細(xì)胞中的基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，即在個(gè)體發(fā)育過程中,不同種類的細(xì)胞中遺傳信息的表達(dá)情況不同。
A B C D E
E
D
C
A
B
E
D
C
A
B
E
D
C
A
B
蛋白質(zhì)是生物性狀的體現(xiàn)者
含有全套基因
含有全套基因
基因A表達(dá)，合成蛋白a
基因C表達(dá)，合成蛋白c
基因B表達(dá)，合成蛋白b
基因C表達(dá)，合成蛋白c
基因E表達(dá)，合成蛋白e
基因C表達(dá)，合成蛋白c
（細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同）
細(xì)胞分化的“變”與“不變”
（1）“變”
①從細(xì)胞水平分析：細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變。
③從分子水平分析
a.蛋白質(zhì)角度：蛋白質(zhì)種類、數(shù)量、功能發(fā)生改變，這是細(xì)胞分化的直接原因
b.基因角度：基因選擇性表達(dá)，即遺傳信息的表達(dá)情況不同，這是細(xì)胞分化的根本原因。
（2）“不變“：細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不變。
②從亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析：細(xì)胞器的種類和數(shù)目及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分和功能發(fā)生改變。
6.細(xì)胞分裂與細(xì)胞分化的比較
細(xì)胞分裂 細(xì)胞分化
不同點(diǎn) 細(xì)胞數(shù)量
形態(tài)結(jié)構(gòu)功能
相同點(diǎn) 聯(lián)系 增加
不變
相同
不同
染色體和遺傳信息都不變
①先分裂，后分化；
②細(xì)胞分裂是分化的基礎(chǔ)，共同完成生物個(gè)體發(fā)育過程；
③分化程度越高，分裂能力越低（體細(xì)胞>生殖細(xì)胞>受精卵）。
資料1 ：植物組織培養(yǎng)的過程
二、 細(xì)胞的全能性
細(xì)胞團(tuán)
胚狀體
韌皮部細(xì)胞
植物激素、無機(jī)鹽
糖類
有根、莖、葉的試管苗
1.從資料1中可以得出什么結(jié)論？
1958年，美國科學(xué)家斯圖爾德的實(shí)驗(yàn)
已分化的植物細(xì)胞仍然具有發(fā)育成完整植株的能力。
討論
2.分化的細(xì)胞長成完整植株需要什么條件？（植物全能性實(shí)現(xiàn)的條件）
能，細(xì)胞內(nèi)含有保持該物種遺傳所需的全套遺傳物質(zhì)，都含有發(fā)育成完整個(gè)體的所必須的全部基因 。
（1）離體（必要條件）
（2）一定的營養(yǎng)物質(zhì)(如：水、無機(jī)鹽、有機(jī)營養(yǎng)）、激素
（3）適宜的外界條件（如：溫度等）
（4）無菌環(huán)境
3.如果將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞換成其他高度分化的植物細(xì)胞，在適宜條件下，這些細(xì)胞也能形成新的植株嗎？為什么？
離體的植物器官、組織、細(xì)胞
脫分化
愈傷組織
愈傷組織是細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則,高度液泡化的、成無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞團(tuán)。
脫分化又稱去分化。是指分化細(xì)胞失去特有的結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只?xì)胞特性的過程。
再分化
胚狀體
再分化是已經(jīng)脫分化的細(xì)胞在一定條件下,又可經(jīng)過愈傷組織或胚狀體，再分化出根和芽，形成完整植株。
胚狀體是植物組織培養(yǎng)中由植物體細(xì)胞誘導(dǎo)分化形成的胚狀結(jié)構(gòu)，能進(jìn)一步發(fā)育成具有根、莖、葉的完整植株。
植物組織培養(yǎng)技術(shù)
資料2：科學(xué)家曾用非洲爪蟾的蝌蚪做實(shí)驗(yàn)，將它的腸上皮細(xì)胞的核移植到去核的卵細(xì)胞中，結(jié)果獲得了新的個(gè)體。
1.從資料2中可以得到什么結(jié)論？
已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。
2.為什么已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性？
討論
已分化的動(dòng)物細(xì)胞體細(xì)胞的細(xì)胞核中含有該動(dòng)物幾乎全部的遺傳物質(zhì)。
3.將腸上皮細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)能獲得新的個(gè)體嗎？
不能，目前只能培養(yǎng)到細(xì)胞。
1.概念
細(xì)胞的全能性是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整有機(jī)體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能和特性。
沒有分化的細(xì)胞，如受精卵、動(dòng)物和人體的早期胚胎細(xì)胞也具有全能性。
細(xì)胞具有全能性是否等于表現(xiàn)或體現(xiàn)全能性？
①理論上活細(xì)胞都具有全能性（哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞除外）；
②發(fā)育為完整個(gè)體或分化成其他各種細(xì)胞，才能體現(xiàn)或表現(xiàn)全能性。
2.原因
細(xì)胞內(nèi)含有保持該物種遺傳所需的全套遺傳物質(zhì)。
3.細(xì)胞全能性的大小
動(dòng)物細(xì)胞
受精卵
（1）不同生物
（2）同一生物
細(xì)胞分化程度越高，細(xì)胞的全能性 。
細(xì)胞分裂能力越強(qiáng)，細(xì)胞的全能性 。
越低
越高
＞
＞
＞
植物細(xì)胞
體細(xì)胞
生殖細(xì)胞
4.細(xì)胞全能性的應(yīng)用
（1）快速繁殖花卉、蔬菜——植物組織培養(yǎng)
（2）拯救珍稀、瀕危動(dòng)植物
白鰭豚
金花茶
丹頂鶴
（3）克隆人體器官，用于器官移植
心臟移植
腎臟移植
人和動(dòng)物體內(nèi)具有分裂和分化能力的細(xì)胞稱為干細(xì)胞。
個(gè)體發(fā)育過程中隨著分化程度的提高，細(xì)胞分裂能力逐漸降低，實(shí)現(xiàn)全能性越困難。
骨髓移植不僅需要技術(shù)，更需要骨髓造血干細(xì)胞捐獻(xiàn)者。我國于2001年成立了中華骨髓庫，這是中華兒女愛心的見證。
成熟動(dòng)物和人體內(nèi)還有沒有具有分裂和分化能力的細(xì)胞呢？
三、 干細(xì)胞
1.概念
動(dòng)物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞。
2.特點(diǎn)
①動(dòng)物和人體內(nèi)，數(shù)量少；
②具有分裂和分化的能力。
3.種類
可分化成各種細(xì)胞，構(gòu)成各種組織和器官，最終發(fā)育成完整個(gè)體。
可分化形成多種組織細(xì)胞，但不能發(fā)育成完整個(gè)體。
由多能干細(xì)胞分化而來，只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化。如神經(jīng)干細(xì)胞可分化產(chǎn)生3種細(xì)胞，小腸上皮中的干細(xì)胞能分化產(chǎn)生4種細(xì)胞。
全能
胚胎干細(xì)胞
專能
神經(jīng)干細(xì)胞
多能
骨髓造血干細(xì)胞
（1）全能干細(xì)胞（如：胚胎干細(xì)胞）
（2）多能干細(xì)胞（如：造血干細(xì)胞）
（3 ）專能干細(xì)胞（如：神經(jīng)干細(xì)胞）
4.應(yīng)用
骨髓中造血干細(xì)胞
血小板
白細(xì)胞
紅細(xì)胞
分化
分化
分化
骨髓中造血干細(xì)胞或臍帶血干細(xì)胞可以用于治療血液系統(tǒng)疾病（白血病）。
在體外培養(yǎng)出組織和器官，并最終通過組織和器官移植，實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床疾病的治療。
細(xì)胞分化 細(xì)胞全能性
原理 細(xì)胞內(nèi)基因選擇性表達(dá) 含有本物種全套遺傳物質(zhì)
特點(diǎn) ①持久性： ②穩(wěn)定性（不可逆性）： ③普遍性： ④不變性：遺傳物質(zhì)不變 ①高度分化的植物體細(xì)胞具有全能性
②動(dòng)物已分化的體細(xì)胞全能性受限制，
但細(xì)胞核仍具有全能性。
結(jié)果 形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能不同的細(xì)胞 形成完整有機(jī)體或其他細(xì)胞
大小 比較 細(xì)胞分化程度有高低之分， 如體細(xì)胞>生殖細(xì)胞>受精卵 細(xì)胞全能性有大小之分，
如受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞
關(guān)系 ①兩者的遺傳物質(zhì)都不發(fā)生變化 ②細(xì)胞的分化程度越高，具有的全能性越小 細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性的比較
課堂總結(jié)
1.判斷下列有關(guān)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性關(guān)系的表述是否正確。
(1)受精卵沒有分化，所以沒有全能性。( )
(2)細(xì)胞的分化程度越高，表現(xiàn)出來的全能性就越弱。( )
2.將自體骨髓干細(xì)胞植入胰腺組織后可分化為“胰島樣”細(xì)胞，以替代損傷的胰島B細(xì)胞，達(dá)到治療糖尿病的目的。下列敘述正確的是( )
A.骨髓干細(xì)胞與“胰島樣”細(xì)胞的基因組成不同，基因表達(dá)情況不同
B.“胰島樣”細(xì)胞與胰島B細(xì)胞基因組成不同，基因表達(dá)情況相同
C.骨髓干細(xì)胞與“胰島樣”細(xì)胞基因組成相同，基因表達(dá)情況也相同
D.骨髓干細(xì)胞與胰島B細(xì)胞的基因組成相同，基因表達(dá)情況不同
課堂練習(xí)
×
√
D
3.在一個(gè)多細(xì)胞的生物體內(nèi)，存在著各種在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上具有差異的細(xì)胞，這是因?yàn)? )
A.細(xì)胞發(fā)生了變異
B.不同細(xì)胞的基因不同
C.某些細(xì)胞失去了全能性
D.不同細(xì)胞中的基因選擇性地表達(dá)
B

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