第6章 细胞的生命历程 第2节　细胞的分化(共39张PPT)

(共39张PPT)
第2节　细胞的分化
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.通过对细胞分化过程的分析,归纳细胞分化的概念、过程、特点和实质,培养学生的科学思维。
2.结合植物组织培养和动物体细胞核移植的经典实验过程,阐述细胞的全能性的概念,形成生命观念。
3.通过对干细胞的概念和研究意义的学习,培养学生的社会责任。
问题探究·知识生成
新知探究一　细胞分化及其意义
建立概念·达成素养
问题探究
活动1:分析下图,思考并回答相关问题。
①→②表示细胞增殖产生后代;②→③表示细胞的形态、结构和生理功能发生改变;③→④表示形态、结构和功能相同或相似的细胞有序地集合在一起,形成执行某种特定功能的组织。
问题(1):一个受精卵,如果只进行细胞分裂,能形成具有一定形态、结构和生理功能的人体吗
提示:不能,只能形成多个相同细胞构成的细胞团。
问题(2):正常情况下,上皮组织、结缔组织、神经组织、肌肉组织中的核遗传物质是否相同
提示:相同。
问题(3):试总结细胞分化的概念。
提示: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作细胞分化。
活动2:分析细胞分化示意图,回答下列问题。
问题(4):据图分析,A、B基因中,细胞甲、乙含有的基因分别是什么 表达的基因分别是什么
提示:甲、乙细胞中,均分别含有该种生物的全部基因;甲细胞中表达的是A基因,乙细胞中表达的是B基因。
问题(5):从细胞水平分析,细胞分化发生了哪些变化
提示:细胞的形态、结构和生理功能发生改变。
问题(6):从分子水平分析,细胞分化的实质是什么
提示:基因选择性表达。
问题(7):细胞中所有的基因是否都表现为选择性表达
提示:并非所有的基因都表现为选择性表达的。有的基因在所有细胞、所有时期都表达,与细胞分化无关,如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等;只有在特定细胞中选择性表达的基因控制细胞分化,如胰岛素基因、血红蛋白基因等,这些基因的表达可以证明细胞发生了分化。
活动3:阅读教材P119第2～4段,思考下列问题。
问题(8):已分化的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 这体现了细胞分化的什么特点
提示:不能,一般来说,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。持久性。
问题(9):成年个体内是否仍然存在着细胞分化 请举例说明。
提示:是。例如成年个体中的骨髓造血干细胞能够不断分裂分化成各种血细胞,补充到血液中去。
问题(10):所有的多细胞生物体内都存在细胞分化。这体现了细胞分化的什么特点
提示:普遍性。
问题(11):各类细胞均来自受精卵,但它们的功能各不相同,其根本原因是什么
提示:细胞中基因选择性表达的结果,即在个体发育过程中,不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同。
问题(12):多细胞生物体在生长发育过程中,如果仅有细胞的增殖,而没有细胞分化,就不可能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官,生物体也就不可能正常发育。由此你认为细胞分化有什么意义
提示:细胞分化是生物个体发育的基础,使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高生物体各种生理功能的效率。
归纳总结
细胞分化与细胞分裂的区别与联系
项目 细胞分化 细胞分裂
细胞 变化 细胞 发生稳定性差异,细胞种类增多 细胞数量增多
发生 时间 . 从 开始,有些部位的细胞终生保持分裂能力,有的细胞发育到一定时期停止分裂
意义 生物个体正常生长发育的基础 保持了亲代和子代之间遗传的稳定性
联系 是细胞分化的基础。细胞的分裂与分化往往是相伴随的,随着细胞分化程度的增进,细胞的分裂能力逐渐下降 形态、结构和生理功能
发生在整个生命进程中
受精卵
细胞的分裂
细胞分化与细胞分裂、个体发育的关系
个体发育是细胞分裂、分化的结果:大多数多细胞生物是由受精卵发育而来的,在细胞分裂的基础上,通过细胞分化逐渐发育为成体。其中,细胞分化是生物个体发育的主要过程。
拓展
即时应用
1.如图表示人体内的四种细胞,它们的形态、结构和功能各不相同的根本原因是(　 　)
A.基因的表达不同 B.含有的蛋白质不同
C.所处的位置不同 D.DNA的结构不同
A
解析:题图中四种细胞均由人体内的受精卵分裂和分化逐渐发育而来,但它们的形态、结构和功能各不相同,其根本原因是基因的选择性表达。
2.有人把细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”。“管家基因”在所有细胞中表达,是维持细胞基本生命活动所必需的,“奢侈基因”在特定组织细胞中表达。下列物质中属于“奢侈基因”表达产物的是(　 　)
A.ATP水解酶 B.血红蛋白
C.呼吸酶 D.膜载体
B
解析:血红蛋白只存于红细胞中,是“奢侈基因”表达的产物。
新知探究二　细胞的全能性
问题探究
资料1:1958年,科学家斯图尔德(F.C.Steward)取胡萝卜韧皮部的一些细胞,放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养,结果这些细胞旺盛地分裂和生长,形成一个细胞团块,继而分化出根、茎和叶,移栽到花盆后,长成了一株新的植株。
问题(1):从资料1的实验中可以得出什么结论
提示:高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。
问题(2):如果将胡萝卜的韧皮部细胞换成其他已高度分化的植物细胞,在适宜的条件下,这些细胞也能形成新的植株吗 为什么
提示:能。因为已分化的细胞中都有一套和受精卵相同的染色体,携带具有发育成完整个体的全部遗传物质,在某些特定的情况下,它就可以经分裂和分化形成完整的生物体。
资料2:科学家曾用非洲爪蟾的蝌蚪做实验,将它的肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中,结果获得了新的个体。
问题(3):实验中将蝌蚪的肠上皮细胞核移植到去核卵细胞中,结果得到了新的个体。你能从这个实验中得出什么结论
提示:已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。
问题(4):但迄今为止,人们还不能将高度分化的动物细胞单独培养成新的个体。想一想,这又是为什么
提示:高度分化的动物细胞的细胞质中可能存在某种抑制细胞核全能性表达的物质,卵细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性的物质。
问题(5):是否所有动物细胞的全能性都受到限制 试举例说明。
提示:不是。没有分化的动物细胞仍然具有全能性,例如受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞。
归纳总结
细胞的全能性
(1)概念:细胞经分裂和分化后,仍具有 或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
(2)原因:细胞内含有形成完整个体所需的 。
产生完整有机体
全套基因
组织培养
(4)表达条件:离体、适宜营养、激素等。
(5)全能性高低比较:受精卵>生殖细胞>体细胞;
植物细胞>动物细胞;
分化程度 的细胞>分化程度 的细胞。
低
高
即时应用
3.下列有关细胞全能性的叙述,不正确的是(　 　)
A.科学家斯图尔德证明了植物细胞具有全能性
B.在任何条件下植物细胞都能表达其全能性
C.一般情况下已经分化的植物细胞仍然具有发育成完整个体的潜能
D.植物组织培养技术利用的原理是植物细胞的全能性
解析:植物细胞要表达出全能性需在离体的情况下,提供适宜的条件才能实现。
B
4.下列关于细胞分化与细胞全能性的叙述,不正确的是(　 　)
A.高度分化的植物细胞仍然保持着全能性
B.细胞内含有该物种全套的遗传物质是已分化细胞具有全能性的基础
C.利用组织培养的方法快速繁殖花卉的原理是植物细胞具有全能性
D.克隆猴“中中”和“华华”的诞生证明了动物细胞具有全能性
D
解析:大量的科学事实证明,高度分化的植物细胞仍然具有全能性;已分化的细胞能够表达出全能性的根本原因是细胞内含有该物种全套的遗传物质;利用植物组织培养技术快速繁殖花卉的原理是植物细胞具有全能性;克隆猴“中中”和“华华”的诞生只是证明了动物细胞的细胞核具有全能性。
新知探究三　干细胞及其应用
问题探究
资料:干细胞移植是治疗白血病的一项突破性技术。患者需接受大剂量的化疗与全身放疗,将骨髓内的病变造血干细胞摧毁,然后移植正常造血干细胞,即可重建造血与免疫机能。造血干细胞的获取多数是从捐献者外周血中分离,还可以来自脐带血。干细胞移植除了可以根治白血病以外,还能治疗其他血液疾病,如再生障碍性贫血、淋巴系统恶性肿瘤、遗传性免疫缺陷症等。
问题(1):病人移植正常的造血干细胞后为什么能够重建造血与免疫机能
提示:人体骨髓中的造血干细胞可通过分裂和分化形成红细胞、白细胞、血小板等各种血细胞。
问题(2):你还知道哪些干细胞 是否所有的干细胞分化程度和分化能力都相同
提示:例如神经干细胞、胚胎干细胞、生发层细胞等。不是,不同干细胞的分化程度不同,分化的能力也不同。分化程度越低的细胞,分化能力越强。
问题(3):有人认为,捐献造血干细胞会对自身健康造成伤害。谈谈你对这种观点的看法。
提示:这种观点不对,因为从捐献者体内获取造血干细胞的主要方式是从外周血中滤取,外周血中的其他血细胞会重新输回捐献者体内,再者人体骨髓造血干细胞会不断增殖,因此不会对捐献者身体造成伤害。
问题(4):根据造血干细胞移植的案例,想一想,干细胞移植技术是否可以用于其他需要器官移植的疾病
提示:可以。如果能够在体外保存和培养各种干细胞,使之分化形成组织或器官,就可以用于缺陷、损伤的器官或组织的移植。
归纳总结
干细胞及其应用
(1)概念:动物和人体内仍保留着少数具有 和 能力的细胞。
(2)干细胞的分类:依据 ,干细胞可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三种类型;依据 ,干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞两种类型。
(3)干细胞的应用:医学上,干细胞的研究为 提供了新的思路,因为自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应;另外,干细胞的研究为癌症、癫痫、糖尿病等疾病的根治带来了希望。
分裂
分化
分化潜能
来源
器官移植
即时应用
5.下列关于造血干细胞的叙述,错误的是(　 　)
A.造血干细胞是一种没有分化的细胞
B.造血干细胞能够分化为红细胞、白细胞和血小板
C.造血干细胞移植可以治疗白血病等疾病
D.人的骨髓和脐带血中有造血干细胞
解析:造血干细胞是已经分化的细胞,但是还具有分裂分化能力,可以继续分化为红细胞、白细胞和血小板等血细胞。
A
6.诺贝尔生理学或医学奖曾授予在细胞核重编程研究领域做出杰出贡献的科学家。细胞核重编程是将人类成熟的体细胞重新诱导回干细胞状态,以发育成各种类型细胞的过程。下列叙述错误的是(　 　)
A.细胞核重编程与基因的选择性表达有关
B.该项研究说明细胞分化在特定状态下是可逆的
C.该项研究证明了动物细胞具有全能性
D.干细胞是具有分裂和分化能力的细胞
C
解析:细胞核重编程是将人类成熟的体细胞重新诱导回干细胞状态,以发育成各种类型细胞的过程,由此可知,其与基因的选择性表达有关,但是不能说明动物细胞具有全能性,全能性指的是一个细胞发育成完整个体的潜能。
联系实际·素养落实
[生活和实践情境]
白血病是造血系统的恶性疾病,俗称“血癌”,是国内十大高发恶性肿瘤之一,其特点为造血组织中某一类型的白细胞在骨髓或其他造血组织中的恶性增生,并浸润体内各脏器、组织,导致正常造血细胞受抑制,产生各种症状,临床表现以发热、出血、贫血以及肝、脾、淋巴结肿大为特点。白血病通常通过骨髓移植或脐带血干细胞移植治疗。一出生就患上急性骨髓性白血病(俗称血癌)的某女婴,被医生诊断为只有10%的存活率。但令人兴奋的是她成功移植了弟弟的脐带血干细胞,今年3岁的她,不曾感冒和咳嗽,成了健康宝宝。
知识迁移·培养能力
探究:(1)为什么移植干细胞可以治疗白血病
提示:干细胞可以增殖分化为红细胞、白细胞和血小板等各种血细胞。
(2)造血干细胞接受者的血型会发生改变吗 病人恢复健康后,所生子女的血型是继承了原血型还是捐献者的血型
提示:会改变。原血型,因为患者移植造血干细胞后改变的只是血细胞,生殖细胞的遗传物质并没有改变。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.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,叫作细胞分化。
2.细胞分化是一种持久性的变化,是生物个体发育的基础,使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高生物体各种生理功能的效率。
3.受精卵分裂形成众多的细胞,经过细胞分化具有不同的形态、结构和功能,进而形成组织和器官。
4.细胞分化的根本原因是基因选择性表达。
5.高度分化的植物细胞仍然具有全能性,已分化的动物细胞的细胞核具有全能性。
6.动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细
胞,即干细胞,利用干细胞的分化潜能可以治疗某些疾病。
随堂反馈
1.取同种生物的不同类型的细胞,检测其基因表达,结果如图。已知4种基因分别是:①晶状体蛋白基因、②胰岛素基因、③呼吸酶基因、④血红蛋白基因。则基因1和基因4分别最可能是(　 　)
A.①③ B.③④
C.②④ D.①②
B
解析:①晶状体蛋白基因可在晶状体细胞中表达,②胰岛素基因在胰岛细胞中表达,③呼吸酶基因在三种细胞中均可表达,④血红蛋白基因在三种细胞中均不表达。
2.下列关于细胞全能性的叙述,错误的是(　 　)
A.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞全能性
B.细胞全能性一般随着细胞分化程度增高而降低
C.受精卵能在自然状态下发育成个体,因此全能性最高
D.是指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体或其他各种细胞的潜能
A
解析:玉米种子萌发长成新植株属于自然生长过程,不能体现细胞全能性;一般情况下,细胞分化程度越高,发育成完整个体的能力越低,即细胞全能性越低;受精卵能在自然状态下发育成个体,因此全能性最高;细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体或其他各种细胞的潜能。
3.世界上首批体细胞克隆猴“中中”和“华华”在我国科学院神经科学研究所诞生,这意味着科学家成功突破了现有技术无法克隆灵长类动物的世界难题。如图为克隆猴原理流程示意图,相关说法正确的是(　 　)
A.克隆后代的遗传物质与受体动物(代孕母猴)一定相同
B.已经分化的动物体细胞仍然具有全能性
C.克隆胚胎不能进行细胞分化
D.细胞分化过程中,遗传物质不发生变化
D
解析:克隆后代的遗传物质与受体动物(代孕母猴)不同,核遗传物质与供核个体相同,细胞质遗传物质与卵母细胞供体相同;动物体细胞的细胞核具有全能性;克隆后代的诞生说明克隆胚胎能正常进行细胞分化;在细胞分化过程中,细胞内遗传物质不发生变化。
4.如图所示某植物细胞发生的一系列变化,有关分析错误的是(　 　)
A.过程①处于细胞的分裂间期
B.过程②表示细胞分裂
C.过程③表示细胞分化
D.过程③产生的细胞遗传物质会发生改变
D
解析:过程①表示细胞体积增大,表示细胞适度生长,处于细胞的分裂间期;过程②表示细胞分裂;过程③表示细胞分化,其实质是基因的选择性表达;细胞分化过程中细胞遗传物质不会发生改变。
5.小肠干细胞通过增殖分化产生潘氏细胞和小肠上皮细胞。潘氏细胞能合成并分泌溶菌酶等抗菌物质,抵抗外来病原体,而小肠上皮细胞与营养吸收有关。
(1)潘氏细胞与小肠上皮细胞所含的遗传信息　　　 　(填“相同”或“不同”),两者出现功能差异是　　　　　　　　的结果。
解析:(1)据题意可知,潘氏细胞与小肠上皮细胞是由小肠干细胞通过增殖分化产生的,根据细胞分化的特点,两者所含的遗传物质相同。功能不同的原因是细胞内基因选择性表达。
答案:(1)相同　基因选择性表达
解析:(2)细胞分化的特点之一是具有持久性,即细胞一旦分化将一直保持分化后的状态直到死亡,因此小肠干细胞一旦分化为潘氏细胞后就不能再转化为小肠干细胞,也不能转化为小肠上皮细胞。
答案:(2)持久性
(2)小肠干细胞一旦分化为潘氏细胞后就不能再转化为小肠干细胞,也不能转化为小肠上皮细胞,此现象说明了细胞分化具有　　　　　的特点。
(3)体细胞与早期胚胎干细胞都来源于受精卵,理论上都具有全能性。下列是研究细胞全能性的历程中的几个事实:
事实1:通过培养已分化的动物体细胞到目前为止还没有得到任何动物个体。
事实2:通过早期胚胎干细胞培养已经得到了某些动物个体。
事实3:通过将体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中形成重组细胞,已经培育出某些动物个体。
通过上述事实进行推理,得出结论: 　。
解析:(3)通过所给的三个事实可以得出结论:动物胚胎细胞的全能性保留,而体细胞全能性已经丧失,利用体细胞核移植技术可以实现动物细胞的全能性,意味着已分化的动物细胞的细胞核具有全能性。
答案:(3)动物细胞的全能性会随着分化程度的提高而逐渐受到抑制,已分化的动物细胞的细胞核具有全能性