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第2节细胞的分化1．知识：(1)掌握细胞分化的概念及特征；(2)举例说明细胞的全能性。2．情感态度与价值观：通过干细胞的研究培养热爱科学的情感。3．能力：进行有关干细胞研究进展与应用的资料搜集和分析。4．重点与难点：(1)细胞分化的概念和意义；(2)细胞全能性的概念及实例。(一)问题探讨1．健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。2．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。(二)旁栏思考题1．提示：细胞分化的实例：如根尖的分生区细胞不断分裂、分化，形成成熟区的输导组织细胞、薄壁组织细胞、根毛细胞等；胚珠发育成种子，子房发育成果实；受精卵发育成蝌蚪，再发育成青蛙；骨髓造血；皮肤再生等都包涵着细胞的分化。2．动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，细胞分化潜能变窄，这是指细胞整体而言。可是细胞核则不同，它含有保持本物种遗传性所需要的全套基因，并且并没有因细胞分化而失去基因，因此，高度分化的细胞核仍然具有全能性。这可以从细胞核移植实验以及其他的实验证据中得到证实。(三)资料搜集和分析1．在个体发育过程中，通常把那些具有自我复制能力，并能在一定条件下分化形成一种以上类型细胞的多潜能细胞称为干细胞。干细胞有很多种类型，大体上可分为成体干细胞和胚胎干细胞。2．提示：干细胞的研究为替换病变的组织和器官，某些癌症和遗传病的治疗带来新的希望。一、细胞分化1．概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在________、________和________上发生________的过程，叫做细胞分化。2．意义：(1)细胞分化是生物________的基础。(2)细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向________化，有利于提高各种________的效率。(3)细胞分化是一种________的变化。二、细胞的全能性1．概念：已经分化的细胞仍具有发育成________的潜能。2．原因：细胞含有本物种全套的________。3．植物组织培养：(如胡萝卜韧皮部细胞→植株)所利用的生物学原理是________，在培养基中加入________、________和________等物质，结果这些细胞进行________和________，形成一个________，再分化出________→植株。答案：一、1.形态结构生理功能稳定性差异2．(1)个体发育(2)专门生理功能(3)持久性二、1.完整个体2.遗传物质3．细胞的全能性植物激素无机盐糖类分裂生长细胞团块根、茎和叶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，叫做细胞分化。①分化是一种持久的、稳定的变化。它发生在生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。②细胞分化是特定基因在一定的时间、空间表达(即基因有选择的表达)的结果。概括地说，一个胚细胞在形态上和化学上发生任何适度的永久性的变化，使它与最初所出现的状态有着显著的不同，这些细胞的变化就叫细胞分化。2．细胞分化的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。因此，细胞分化的意义可总结为：①经过细胞分化，在多细胞生物体内会形成各种不同的细胞和组织。例如，色素细胞能合成黑色素，肌肉细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白，红细胞能够合成血红蛋白等，都是在特定时间和特定地点合成的，而邻近的其他细胞，都不能合成这些蛋白质。这三种细胞的稳定性变异是不可逆转的。②一般多细胞生物体的发育起点是一个细胞(受精卵)，细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成各种组织、器官和系统，才能形成胚胎、幼体，并发育成成体。1下列过程不属于细胞分化的是()A．B淋巴细胞形成浆细胞B．胚胎干细胞形成神经细胞C．质壁分离植物细胞的复原D．蜥蜴断尾再生解析：细胞分化是在个体发育过程中，细胞后代在形态结构和功能上出现稳定性差异的过程。其中必然涉及细胞分裂，也就是说，细胞分裂是细胞分化的基础。C项所述内容是单个细胞在特殊情况下的生理活动，连细胞分裂都未曾涉及到，故不是细胞分化的范畴。答案：C多细胞生物体在发育过程中起决定作用的是()A．细胞分裂B．细胞生长C．细胞衰老D．细胞分化答案：D解析：在细胞增殖和细胞分化的共同作用下，才能完成生物体的正常生长发育，但细胞分化在生物体的发育中起着决定性的作用。细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整的个体的潜能。大量科学实验证明，高度分化的植物细胞仍然有发育成完整植株的能力。例如，1958年曾有美国科学家将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，而最终发育成完整的新植株，体现了细胞的全能性。细胞全能性的原因是由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的DNA分子。因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。一般来说细胞的全能性存在以下关系：(1)植物细胞＞动物细胞(2)胚胎细胞＞卵细胞＞体细胞2花药的离体培养是把花药用人工方法经组织培养成单倍体植株，这一成果是利用了细胞的()A．应激性B．全能性C．变异性D．适应性解析：花药离体培养是组织培养新技术，对研究植物的遗传及育种具有重要意义，与植物的其他细胞一样，花药细胞也具有全能性。答案：B下列哪种细胞的全能性容易表达出来()A．蛙的口腔上皮细胞B．蚕豆的叶肉细胞C．蛔虫的卵细胞D．水螅的神经细胞答案：B解析：植物细胞与动物细胞相比，植物细胞的全能性容易表达。(1)个体发育是细胞分化的结果细胞分化是相同细胞产生不同后代细胞的过程，因此，个体发育是在细胞分裂基础上，通过细胞分化完成的，细胞分化是个体发育中的主要过程。(2)个体发育不同阶段细胞分化程度不同细胞分化是一种永久性变化，它发生在生物体的整个生命进程中，但在发育的不同阶段，细胞分化程度不同，胚胎时期(三胚层的原肠胚时期)达到最大程度。(3)细胞分化与细胞内遗传物质变化从最终来源看，生物体不同细胞均来自受精卵的有丝分裂，由于有丝分裂中遗传物质几乎不发生变化，因而，同一生物体内不同细胞含有几乎相同的遗传物质。但是，在个体发育过程中，由于各种因素的影响，在基因调控下，不同部位不同细胞在不同时期选择表达不同的基因，合成不同的蛋白质，使细胞表现出不同的形态及生理特征。(4)细胞分化的不可逆性及脱分化在生物体内，细胞分化是一种稳定的程序性变化，这种变化是不可逆转的。但在人工实验条件下，分化的组织细胞能脱分化，脱分化的组织细胞由于含有发育成完整生物体的全部遗传物质，因而经一定人工培养后可发育成一个完整生物体。(5)分化程度与分化能力二者是反比关系，也就是说，分化程度越高的细胞，分化能力越低，比如神经细胞是高度分化的细胞，其分化能力较低；分化程度低的细胞，分化能力越高，如：胚胎干细胞的分化程度较低，但分化能力较高，可以分化为各种组织细胞。分化程度也可以理解为成熟程度。(1)细胞分裂：是生物体重要的生命特征，细胞分裂可使单细胞生物产生新的个体，使多细胞生物产生新细胞，用来补充体内衰老和死亡的细胞。幼体可以通过有丝分裂使细胞数量增多，导致生物体由小长大。通过细胞分裂，可以将复制的遗传物质平均地分配到两个子细胞中去。细胞分裂是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。(2)细胞生长：细胞分裂后新产生的子细胞体积很小，不断地从周围环境中吸收营养物质，并且转变成自身物质，使细胞体积逐渐增大，这就是细胞的生长。生物体的生长包括细胞数目的增加和细胞体积的增大两个方面，因而，细胞分裂和细胞生长都是生物体生长的细胞学基础。(3)细胞分化：是在细胞分裂产生新细胞的基础上，一部分细胞在形态、结构和生理功能方面发生了稳定性的变化，从而成为具有特定功能的细胞的过程。经分化产生的细胞以特定结构和功能的器官、系统组成生物体。细胞分化导致组织形成和器官成熟，是生物体发育的细胞学基础。干细胞是未成熟细胞，它未充分分化，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称之为“万能细胞”。人体干细胞分三种类型，一种是全功能干细胞，可直接克隆人体；另一种是多功能干细胞，可直接复制各种脏器修复组织；再一种是专能干细胞，可分化成某一类型的细胞。人类寄希望于利用干细胞的分离和体外培养，在体外培养出组织或器官，并最终通过组织或器官移植实现对临床疾病的治疗。“原位培植皮肤干细胞再生新皮肤技术”不仅实现了利用干细胞复制皮肤器官，而且做到了人体原位皮肤器官的复制，从而使人类从干细胞体外培植组织或器官移植治疗，直接跨入人体原位干细胞复制器官。人类的精子和卵细胞结合后形成受精卵，这个受精卵就是一个最初始的全能干细胞，受精卵继续分化，在前几个分化过程中，可以分化出许多全能干细胞，提取出这些细胞中的任意一个放置到妇女子宫中，就可以发育出一个完整的人体。在理论上，一个受精卵可以发育成多个同样性状的婴儿，多胞胎的出生就是很好的证明，当然，在正常情况下，人类母体自身的生理机制可促成一次一胎。这些全能干细胞在进一步地分化中，形成各种多能干细胞，这些多能干细胞不再具有分化成所有细胞的能力，这时的细胞分为外层细胞和内层细胞，外层细胞会继续发育形成胎盘和其他对发育过程至关重要的组织。内层细胞团将会发育成人体的所有器官。尽管内层细胞团可以形成人体所有类型的细胞，但它们并不能发展成个体，因为它们不能产生胎盘和在子宫发育时必需的一些组织。这些多能干细胞进一步分化成专能干细胞，专能干细胞只能分化成某一类型的细胞，比如神经干细胞可以分化成各类神经细胞，造血干细胞可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。科学家第一次成功地在实验室内制造人类胚胎干细胞，使科学家在研究制造人体器官的艰苦旅程上，迈进一大步。因为胚胎干细胞是人类所有不同类型细胞的前身，它可以分裂、成长、变成不同种类的细胞。因此，科学家相信，无限量地制造人体器官做医学用途的梦想终有实现的一天。在国内，器官移植方面的研究也有了可喜的进展。最近，重庆妇幼保健院生殖与遗传研究所完成了中国首例囊胚胎培养技术。该技术不仅大大提高了试管婴儿的妊娠成功率，还有效地降低多胞胎发生率。美国哈佛大学医学所正与重庆市妇幼保健院生殖与遗传研究所合作，共同研究胚胎干细胞的分化，为克隆人体器官创造条件。干细胞还是各类疾病的克星。假如科学家能控制胚胎干细胞的分裂过程，便可以制造不同的细胞，代替病人已坏死的细胞，对医治神经系统退化的病症如帕金森病、脊髓损伤、肌肉萎缩、粥状硬化、糖尿病等，提供了新的希望。据科学家预测，到21世纪末，由于生物医学的伟大成就，给人类的健康带来了巨大的益处，人类的普遍寿命可望超过百岁。在我们普遍享受科学的益处时，我们不应再去相信鬼神，而是感谢那些改善人类健康状况的科学家。1952～1953年，美国科学家斯提瓦用胡萝卜根的悬浮培养细胞进行人工培养，发现单个细胞能通过像受精卵发育成胚一样的途径，发育成完整植株。1997年，英国科学家维尔穆特等从白面母绵羊体内取出乳腺上皮细胞静息培养，然后把它的核移入黑面母羊去核的卵细胞中形成重组细胞并将重组细胞培养成胚胎，将胚胎植入另一母羊的子宫内后获得了克隆羊多利。阅读上述材料后，回答下列问题：(1)文中的悬浮培养细胞和乳腺上皮细胞均为________。(2)斯提瓦的实验证明了________，维尔穆特的实验证明了________；两位科学家得出实验结论的根本原因在于________。(3)斯提瓦和维尔穆特实验的差别在于________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：悬浮培养的细胞是胡萝卜根的细胞，和乳腺上皮细胞一样是体细胞；两位科学家都得出了