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6.2 細(xì)胞的分化
第6章 細(xì)胞的生命歷程
生物學(xué)（新人教版）
分子與細(xì)胞
問題探討
討論：1.為什么健康人的血細(xì)胞數(shù)量不會隨著血細(xì)胞的死亡而減少？
2.骨髓與血細(xì)胞的形成有什么關(guān)系？
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。
健康人會不斷產(chǎn)生新的血細(xì)胞,補(bǔ)充到血液中去。
骨髓中造血干細(xì)胞能夠通過增殖和分化,不斷產(chǎn)生不同 種類的血細(xì)胞。
骨髓中的造血干細(xì)胞能產(chǎn)生新的血細(xì)胞。
骨髓中的造血干細(xì)胞產(chǎn)生的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同的血細(xì)胞的過程就是細(xì)胞分化。
一、細(xì)胞的分化及其意義
任務(wù)1：細(xì)胞水平分析細(xì)胞分化
受精卵
細(xì)胞分裂
細(xì)胞分化
P119 討論
1．這些細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上有什么不同
2.這些細(xì)胞都源自早期胚胎中一群彼此相似的細(xì)胞,正常情況下,它們還能恢復(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)胞會不會轉(zhuǎn)變成其他組織的細(xì)胞？
這些細(xì)胞在形態(tài)上相差很大,結(jié)構(gòu)上也有區(qū)別,功能上各不相同,但總體上都由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核組成。
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)胞不會轉(zhuǎn)變成其他組織的細(xì)胞。
細(xì)胞分化
在個體發(fā)育中，由一個或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。
一、細(xì)胞的分化及其意義
細(xì)胞總DNA 蛋白質(zhì) 卵清蛋白基因 β-珠蛋白基因 胰島素基因 卵清蛋白 β-珠蛋白 胰島素
輸卵管細(xì)胞 + + + + - -
紅細(xì)胞 + + + - + -
胰島B細(xì)胞 + + + - - +
思考：三種細(xì)胞的DNA相同嗎？蛋白質(zhì)相同嗎？為什么？
活動：
四種顏色的卡片：四種基因（卵清蛋白基因、β-珠蛋白基因、胰島素基因和微管蛋白基因）
卵清蛋白基因開啟
卡片正面
卡片反面
β-珠蛋白基因開啟
胰島素基因開啟
微管蛋白基因開啟
卵清蛋白基因關(guān)閉
β-珠蛋白基因關(guān)閉
胰島素基因關(guān)閉
微管蛋白基因關(guān)閉
活動：
模擬表示分化成輸卵管細(xì)胞時基因的開啟或關(guān)閉情況
卵清蛋白基因開啟
β-珠蛋白基因關(guān)閉
胰島素基因關(guān)閉
微管蛋白基因開啟
小活動：
模擬表示分化成紅細(xì)胞時基因的開啟或關(guān)閉情況
模擬表示分化成胰島B細(xì)胞時基因的開啟或關(guān)閉情況
卵清蛋白基因關(guān)閉
β-珠蛋白基因
開啟
胰島素基因
關(guān)閉
微管蛋白基因
開啟
卵清蛋白基因關(guān)閉
β-珠蛋白基因
關(guān)閉
胰島素基因
開啟
微管蛋白基因
開啟
幾乎所有細(xì)胞中均表達(dá)的基因，如ATP合酶基因、微管蛋白基因等。
不同類型細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因，如胰島素基因、 β-珠蛋白基因等。
思考：不同組織細(xì)胞的所有基因的表達(dá)情況都不同嗎？
細(xì)胞分化的實質(zhì)
個體發(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，即基因的選擇性表達(dá)。
基因在肌細(xì)胞分化過程中的調(diào)控作用
早期胚胎細(xì)胞
成肌細(xì)胞
完全發(fā)育的肌細(xì)胞
關(guān)閉
成肌細(xì)胞
開啟
M蛋白
開啟
轉(zhuǎn)錄因子
開啟
開啟
肌動蛋白
肌球蛋白
M基因
其他生肌基因
其他生肌基因
組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達(dá)
不同的肌肉組織
人體不同的器官和系統(tǒng)
細(xì)胞分化的意義
細(xì)胞分化是生物體組織、器官、系統(tǒng)形態(tài)建成的基礎(chǔ)，是個體發(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，有利于提高生物體各種生理功能的效率。
一、細(xì)胞的分化及其意義
任務(wù)3：分析細(xì)胞分化的特點
持久性：細(xì)胞分化發(fā)生在整個生命進(jìn)程中，在胚胎時期分化程度最大
胚胎發(fā)育
資料1：黑色素細(xì)胞在體外培養(yǎng)30多代后仍能合成黑色素；離體培養(yǎng)的上皮細(xì)胞，始終保持為上皮細(xì)胞，而不會變成其他類型的細(xì)胞。
思考：已經(jīng)分化的細(xì)胞還能變成其他細(xì)胞嗎？
穩(wěn)定性：已經(jīng)分化的細(xì)胞在生物體內(nèi)不會變成其他細(xì)胞。
資料2：將肌細(xì)胞分化過程中的關(guān)鍵調(diào)控蛋白M基因，轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的來自皮膚的成纖維細(xì)胞中進(jìn)行過表達(dá)，會使皮膚的成纖維細(xì)胞合成大量的肌動蛋白和肌球蛋白，表現(xiàn)出骨骼肌細(xì)胞的特征。
植物細(xì)胞的分化
其他的細(xì)胞分化現(xiàn)象
普遍性：細(xì)胞分化是生物界中普遍存在的現(xiàn)象。
紅色為正常的營養(yǎng)體細(xì)胞，藍(lán)色為具有固氮作用的異形胞
魚腥藻
小結(jié)
比較項 細(xì)胞分裂 細(xì)胞分化
細(xì)胞數(shù)量
細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)
遺傳物質(zhì)種類
蛋白質(zhì)種類
聯(lián)系 增加
不變
相同
不同
相同
相同
相同
不同
分裂是分化的基礎(chǔ)，共同完成個體發(fā)育過程
二、細(xì)胞的全能性
1902年，德國植物學(xué)家在細(xì)胞學(xué)說的基礎(chǔ)上，大膽預(yù)言離體的植物細(xì)胞具有發(fā)育的全能性，能夠發(fā)育成完整的植物體。
20世紀(jì)50年代，科學(xué)家用科學(xué)實驗證明了該預(yù)測。
任務(wù)1：分析植物的組織培養(yǎng)技術(shù)
實驗材料：胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞
培養(yǎng)液成分：植物激素、無機(jī)鹽和糖類物質(zhì)等
實驗結(jié)果：離體培養(yǎng)的細(xì)胞長成了新植株
韌皮部細(xì)胞
細(xì)胞團(tuán)
根或芽
幼苗
胡蘿卜植株
二、細(xì)胞的全能性
韌皮部是指植物體內(nèi)具有運(yùn)輸產(chǎn)物、貯藏和支持功能的一種組織，屬于輸導(dǎo)組織。
韌皮部的主要功能是將葉片的光合產(chǎn)物運(yùn)送到植物的各個部位。
思考：胡蘿卜韌皮部細(xì)胞是不是已分化的細(xì)胞？
韌皮部細(xì)胞屬于已分化細(xì)胞。
思考：韌皮部細(xì)胞如何才能再度分裂和分化？
脫分化：已分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，恢復(fù)分生狀態(tài)的過程。
脫分化
再分化
再分化：脫分化后的細(xì)胞，再一次分裂分化出各種組織和器官。
思考：胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程需要哪些條件？
離體
植物激素
一定的營養(yǎng)條件
適宜的環(huán)境（pH、溫度等）
無菌環(huán)境
脫分化
再分化
P120 討論
1.從資料1中可以得出什么結(jié)論
2.如果將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞換成其他已高度分化的植物細(xì)胞,在適宜的條件下,這些細(xì)胞也能形成新的植株嗎
已經(jīng)分化的細(xì)胞在離體培養(yǎng)下能夠形成完整的植物體。
能
細(xì)胞的全能性
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。
高度分化的細(xì)胞仍保留著該物種個體發(fā)育所需的全套基因。
二、細(xì)胞的全能性
思考：植物組織培養(yǎng)技術(shù)有哪些特點？
脫分化
再分化
植物組織培養(yǎng)
植物有性生殖
受精卵
種子
植株
思考：植物組織培養(yǎng)技術(shù)有哪些應(yīng)用？
植物的快速繁殖
獲得人工種子
培養(yǎng)脫毒植物
任務(wù)2：分析動物的克隆技術(shù)
克隆羊技術(shù)
克隆猴技術(shù)
P121 討論
3.將腸上皮細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)能獲得新的個體嗎 與資料1中的實驗相比,你能從資料2中的實驗得出什么結(jié)論
將腸上皮細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)不能獲得新的個體;與資料1中的實驗相比,資料2中的實驗說明已分化的動物細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性。
已分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核中含有該動物幾乎全部的遺傳物質(zhì)(少數(shù)遺傳物質(zhì)存在于線粒體的DNA中）。
P121 旁欄思考題
為什么已分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性
任務(wù)3：了解干細(xì)胞的特點及應(yīng)用
動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞，稱為干細(xì)胞。
例如：胚胎干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、成肌細(xì)胞等
全能干細(xì)胞
多能干細(xì)胞
專能干細(xì)胞
干細(xì)胞的類型
干細(xì)胞的分裂特點
干細(xì)胞
干細(xì)胞
定向祖細(xì)胞
成熟細(xì)胞
干細(xì)胞
干細(xì)胞
干細(xì)胞
干細(xì)胞
定向祖細(xì)胞
定向祖細(xì)胞
成熟細(xì)胞
成熟細(xì)胞
A：不對稱分裂
B：對稱分裂I
C：對稱分裂II
骨髓移植的方法治療白血病
干細(xì)胞的應(yīng)用前景
利用胚胎干細(xì)胞修復(fù)病人損傷組織
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)上有廣闊應(yīng)用前景
肝細(xì)胞
脂肪細(xì)胞
神經(jīng)細(xì)胞
其他細(xì)胞
干細(xì)胞領(lǐng)域依然面臨著很多問題，也存在很多爭議，有興趣的同學(xué)可以查閱相關(guān)資料，了解干細(xì)胞的研究進(jìn)展，思考科學(xué)、技術(shù)和社會的關(guān)系。
小結(jié)
1.受精卵、動物和人的早期胚胎細(xì)胞、植物分生組織等都具有全能性。
2.細(xì)胞全能性高低與細(xì)胞分化程度有關(guān)。
3.分化程度越高，全能性表達(dá)越困難，全能性越低。
1．細(xì)胞分化發(fā)生在（ ）
A．胚胎發(fā)育早期 B．胚胎發(fā)育時期
C．生物體的整個生命進(jìn)程中 D．幼體時期
2．下列有關(guān)細(xì)胞分化和細(xì)胞分裂的敘述中，不正確的是（ ）
A．生物體的生長發(fā)育是細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化的結(jié)果
B．細(xì)胞分化發(fā)生在生物體的整個生命過程中
C．細(xì)胞分裂是細(xì)胞分化的基礎(chǔ)
D．細(xì)胞分化過程使細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)逐漸減少
C
D
練習(xí)
3．下列關(guān)于細(xì)胞分化的敘述，不正確的是（ ）
A、細(xì)胞分化是一種持久性的變化，它發(fā)生在生物體的整個生命過程中
B、經(jīng)過細(xì)胞分化，在多細(xì)胞生物體內(nèi)形成了相同的細(xì)胞和組織
C、經(jīng)過細(xì)胞分化導(dǎo)致細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上產(chǎn)生穩(wěn)定性的差異
D、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
B
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