1、第二节 细胞通过分化产生不同类型的细胞说明在个体发育过程中,细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化(分化),形成复杂的多细胞生物体。1.比较分析不同细胞形态差异的外在与内在表现,归纳、概括细胞分化的实质。2.分析细胞全能性的实例,归纳细胞全能性的概念。3.针对特定的现象,理性分析、讨论与细胞分化相关的社会议题。一、细胞能产生特异性变化1.细胞分化细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程称为细胞分化。2.干细胞干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。不同干细胞的分化潜能是不同的。(1)受精卵是全能干细胞,因为它能产生生物体所需要的所有类型的细胞。(2)来源于早期胚胎的胚
2、胎干细胞是多能干细胞,它的分化能力仅次于受精卵,虽不能发育成完整的个体,但可以发育成为除部分胎盘以外的所有成体组织。(3)主要存在于骨髓中的造血干细胞,能够分化成各种血细胞(红细胞、白细胞和血小板等),也能分化出造血系统以外的细胞。3.细胞分化的原因细胞分化并非由于遗传物质丢失造成的,它与遗传物质有选择地发挥作用有关。4.细胞分化的特点(1)持久性。(2)普遍性。例如根尖中各种细胞都是由分生区细胞分化形成的。(3)稳定性和不可逆性。正常情况下,细胞分化是不可逆的,一旦沿着一定方向分化,便不会返回原来的状态。5.意义生物的个体发育就是通过细胞的分化过程来实现的。生物体的正常发育,是细胞分化受到高
3、度精妙调控的结果。前述的细胞癌变是细胞异常分化,导致细胞不受控制地分裂。如图为细胞分化的实质图示,请据图思考并回答以下问题。1.分化后的细胞,如红细胞、口腔上皮细胞等,所含有的基因相同吗?为什么?提示:相同。不同形态的细胞都是受精卵经分裂、分化形成的,具有相同的遗传物质,都具有图示中的A、B、C、D、E基因,即所含基因相同。2.为什么分化后的细胞在形态、结构及功能上出现了比较大的差异?提示:据图分析,在不同细胞中,基因开启和关闭的情况不同,基因有选择地表达(开启和关闭),造成了细胞形态、结构及功能上的差异。二、细胞具有全能性已分化的植物细胞和动物细胞的细胞核具有全能性的原因是什么?提示:已分化
4、的植物细胞和动物细胞的细胞核都具有本物种遗传所需的全套基因(遗传物质)。自主学习检测教材基础熟记于心1.细胞的分化程度越高,全能性越强。()提示:一般而言,细胞分化程度越高,全能性越低。2.叶肉细胞和根尖细胞在结构和功能上的差异是细胞分化的结果。()3.高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能。()提示:植物叶肉细胞具有全能性。4.细胞的高度分化改变了物种的遗传信息。()提示:细胞分化过程中遗传物质不变,细胞分化与基因有选择地发挥作用有关。5.将胚胎细胞培养形成血管,体现了动物细胞具有全能性。()提示:细胞的全能性是指已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。6.干细胞能够进行不对称分裂
5、,一个仍然为干细胞,另一个会分化成各种类型的体细胞。()任务一探究细胞分化的实质任务突破1细胞分化实质的分析(1)细胞分化的图示模型分析。(2)细胞分化的意义。细胞分化是个体发育的基础。个体发育是通过细胞增殖和细胞分化来实现的。 细胞增殖只能使细胞的数目增多,细胞生长只能使细胞体积增大。只有通过细胞分化才能产生不同形态、不同结构、不同功能的细胞,使细胞功能趋向专门化,由这些不同的细胞再构成组织,进而形成器官、系统,提高了各种生理功能的效率。(3)细胞分化的标志。分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如血红蛋白、唾液淀粉酶、胰岛素等。细胞水平:形成了不同种类的细胞。迁移应用典例1-1 下列事实能
6、说明人体细胞已经发生分化的是(D)A.合成ATPB.合成磷脂C.细胞中具有核糖体D.合成生长激素解析:所有细胞都能进行细胞呼吸合成ATP,所以据此不能判断细胞已经分化;所有细胞都有细胞膜,细胞膜的主要成分之一是磷脂,所以据此不能判断细胞已经分化;不同细胞中均具有核糖体,不能体现细胞分化;生长激素只有垂体细胞能合成并分泌,如果细胞能合成生长激素,说明细胞已发生分化。任务突破2干细胞的分类及应用(1)干细胞的分类。分类方式干细胞类型特点发育阶段分类胚胎干细胞具有发育全能性,在理论上可以诱导分化为机体中所有种类的细胞成体干细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞不同的分化潜能分类全能干细
7、胞能分化形成任何类型细胞及完整个体多能干细胞可以发育成为除部分胎盘以外的所有成体组织,但失去了发育成完整个体的能力单能干细胞只能向单一方向分化,产生一种类型的细胞(2)干细胞的分裂特点。呈不对称分裂,干细胞分裂产生的两个细胞,一个仍然为干细胞,另一个细胞发生分化,产生特定细胞。(3)干细胞的应用。利用干细胞诱导分化成各种细胞、组织、器官,作为移植的来源。探讨胚胎发育的调控机制。作为疾病基因治疗的载体。体外整合外源基因,研究基因功能。迁移应用典例1-2 干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是(A)A.干细胞就是从胚胎中分离提取的细胞B.不同类型的干细胞的分化潜能有差别C.胚胎干细胞可以在
8、体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞D.产生的特定细胞,可以用于新药测试解析:干细胞不一定是从胚胎中分离提取的细胞,如造血干细胞是从骨髓中分离得到的;不同类型的干细胞的分化潜能有差别,如胚胎干细胞的分化潜能大于造血干细胞;胚胎干细胞具有发育的全能性,因此可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞;可以通过诱导干细胞分化,产生特定细胞用于药物检测。任务二细胞的全能性分析任务突破比较细胞分化与细胞全能性比较项目细胞分化细胞全能性原理细胞内基因有选择地发挥作用细胞中含有本物种全套遗传物质特点持久性:细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中,在胚胎期达到最大限度;稳定性和不可逆性:一般来说,分化了的细胞
9、将一直保持分化后的状态,直至死亡;普遍性:生物界中普遍存在,是生物个体发育的基础高度分化的植物体细胞具有全能性,植物细胞在离体的情况下,在一定的营养物质、激素和其他适宜的外界条件下,才能表现其全能性;动物已分化的体细胞全能性受限制,但细胞核仍具有全能性,如动物克隆技术结果大小比较细胞分化程度有高低之分,体细胞生殖细胞受精卵细胞全能性有大小之分,受精卵生殖细胞体细胞关系两者的遗传物质都不发生改变;一般细胞的分化程度越高,具有的全能性越小(生殖细胞分化程度高,全能性也高)迁移应用典例2-1 某科学家将胡萝卜根中的细胞取出,利用单个细胞培育形成完整的新植株。下列叙述正确的是(D)A.细胞分化后细胞核
10、中的遗传物质发生改变B.细胞一旦发生分化,便失去了分裂能力C.根细胞与受精卵具有相同的细胞全能性表达能力D.再生形成的胡萝卜植株与原植株不一定完全相同解析:细胞分化后细胞核中的遗传物质没有发生改变;细胞发生分化不意味着失去分裂能力,如造血干细胞;受精卵的细胞全能性表达能力比根细胞强;由于环境因素的影响,再生形成的胡萝卜植株与原植株不一定完全相同。典例2-2 分析以下事实:胡萝卜韧皮部细胞通过组织培养能发育成完整植株;绵羊乳腺细胞核移入去核卵细胞中,融合细胞能发育成有生殖能力的绵羊。基于以上事实,下列选项错误的是(A)A.高度分化的动植物细胞都具有全能性B.高度分化的动物细胞核具有全能性C.分化细胞中不表达的基因仍存在于细胞核中,并未消失D.高度分化的植物细胞具有全能性解析:事实说明动物细胞的细胞核具有全能性,不能证明高度分化的动物细胞具有全能性;绵羊乳腺细胞核移入去核卵细胞中,融合细胞能发育成有生殖能力的绵羊,这说明高度分化的动物细胞核具有全能性;细胞分化的实质是基因有选择地发挥作用,遗传物质没有丢失,因此分化细胞中不表达的基因仍存在于细胞核中,并没有消失;事实说明高度分化的植物细胞具有全能性。