生物人教版（2019）必修1 6.2细胞的分化（共31张ppt）

(共31张PPT)
第6章 第2节 细胞的分化
学习目标 素养目标
　1.阐明细胞分化的概念,说出细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果,是形成多细胞生物体的必要过程。 　2.举例说明细胞的全能性在植物组织培养和动物克隆等方面的应用。 　3.说出干细胞的特点,关注干细胞在医学上的应用。 　1.生命观念:基于对细胞分化形成的不同组织细胞之间的分工合作对个体有积极意义的理解,类比阐释个人与集体、个人与社会的关系,认同合作与奉献。
　2.社会责任:关注细胞的分化等方面的研究,阐明这些研究成果对于增进人类健康的重要意义。
比较构成人体组织的细胞
骨骼肌细胞
上皮细胞
软骨细胞
神经细胞
上皮细胞
软骨细胞
神经细胞
骨骼肌细胞
思考：
这些细胞来源于什么细胞？
这些细胞在哪些方面存在差异？
在正常情况下，这些细胞还能恢复成早期胚胎细胞吗？就这四种组织来说，一种组织的细胞会不会转变成其他组织细胞？
一、细胞分化
①这些细胞来源于什么细胞？
受精卵
（起点）
软骨细胞
上皮细胞
肌肉细胞
神经细胞
结缔组织
肌肉组织
神经组织
早期胚胎细胞
上皮组织
有丝分裂
细胞分化
一、细胞分化
②这些细胞在哪些方面存在差异？
上皮细胞 骨骼肌细胞 软骨细胞 神经细胞
扁平、立方、柱状 圆柱形 细长 椭圆形 星形、锥形、梨形、圆形
排列紧密，间质少 有横纹，多核 细胞间质发达 有轴突、树突
保护、 吸收等 收缩 支持 感受刺激
传导冲动
形态
结构
功能
③在正常情况下，这些细胞还能恢复成早期胚胎细胞吗？就这四种组织来说，一种组织的细胞会不会转变成其他组织细胞？
在正常情况下，它们是不能恢复成早期胚胎细胞的
这四种组织中的某种细胞不会转变成其他组织的细胞
一、细胞分化
表皮细胞
储藏细胞
叶肉细胞
植物体的不同细胞
有大量叶绿体
进行光合作用
细胞壁上形成明显的角质层
储藏着许多营养物质
同一植物体的这些细胞也都来自一群彼此相似的早期胚细胞
表皮细胞
气孔细胞
储藏细胞
叶肉细胞
一、细胞分化
一般来说，分化的细胞将一直保持分化的状态，直到死亡，例如离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。——_______________；
细胞分化发生在生物体整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。——_______________；
细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，是个体发育的基础。
——_______________；
有丝分裂
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
细胞分化
一、细胞分化
细胞分化的特点
②持久性
③普遍性
①稳定（不可逆）性
1.细胞分化的“变”与“不变”
(1)“变”
①从细胞水平分析：细胞的形态、结构和生理功能发生改变。
②从亚显微结构水平分析：细胞器的种类和数目及细胞质基质的成分和功能发生改变。
③从分子水平分析
a.蛋白质角度：蛋白质种类、数量、功能发生改变。
b.基因角度：基因选择性表达，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因。
(2)“不变”：细胞数目和细胞内的遗传物质不变。
细胞分化的“坚守”与“变革”
(1)“坚守”的是DNA和基因：多细胞生物体内的细胞一般均来自原始细胞(受精卵)的有丝分裂及分化，同一个体的体细胞中具有相同的遗传物质(DNA和基因)，不会因细胞分化而改变。
(2)“变革”的是mRNA和蛋白质：细胞分化的实质是基因的选择性表达，其导致同一生物个体不同种类细胞中的mRNA不同，进而使其控制合成的蛋白质出现差异，最终导致细胞在形态、结构和生理功能上出现较大差别。
资料1:人体在生长发育过程中,如果仅仅有细胞的增殖，而没有细胞的分化，就不可能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，生物体不能正常发育
①细胞分化是个体发育的基础
资料2:哺乳动物成熟的红细胞，没有细胞核和众多的细胞器，细胞中有大量的血红蛋白，因此提高了红细胞运输氧气的能力。肌肉细胞含有大量线粒体，细胞中有大量收缩蛋白质，因此肌肉细胞有很强的收缩功能
细胞分化的意义
②细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化
有利于提高各种生理功能的效率
一、细胞分化
结论：已分化的不同细胞所含蛋白质存在差异
提出问题：已分化的不同细胞中哪些物质存在差异？
做出假设：（1）已分化的不同细胞所含蛋白质存在差异
（2）已分化的不同细胞所含DNA存在差异
检测 3种细胞 卵清蛋白基因 β-珠蛋白基因 胰岛素 基因 卵清 蛋白 β-珠蛋白 胰岛素
输卵管细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛细胞 + + + - - +
细胞分化的原因
一、细胞分化
为什么含有细胞相同的基因，却翻译出不同的蛋白质？
④遗传物质不变性
基因 蛋白质
表达产物
细胞分化是基因的选择性表达的结果，即在个体发育中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同
细胞分化的原因
一、细胞分化
不同细胞中有没有表达相同的基因？
C基因的表达产物是维持细胞基本生命活动所必须的，活细胞中均要表达
管家基因
细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果
奢侈基因：组织特异性基因，是指不同类型细胞中特异性表达的基因，奢侈基因的表达产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能
奢侈基因
①分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素等
②细胞水平：形成了不同种类的细胞
分裂VS分化
一、细胞分化
项目 细胞分裂 细胞分化
发生时间 从受精卵开始 发生在整个生命过程中
原因 细胞增殖需要 基因选择性表达
结果 细胞数目增多 细胞种类增多
意义 保持了亲、子代间遗传的稳定性 保证了生物体正常发育
联系 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的 随分化程度加大，分裂能力逐渐下降
解答细胞分化类题目时，要注意以下三个关键点：
(1)细胞分化的标志
分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素、抗体等。细胞水平：形成了不同种类的细胞。
(2)细胞分化表达的基因
①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如控制核糖体形成的基因。
②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其表达产物赋予不同细胞特定的生理功能，如唾液淀粉酶基因。
(3)细胞分化增加的是细胞种类而不是细胞数量。因此细胞分裂是分化的基础。
1902年，德国科学家哈勃兰特提出植物细胞具有全能性的理论，即每一个细胞都具有分化成一个完整个体的潜在能力。
已分化的细胞具有一套完整的遗传物质，理论上成立。
二、细胞全能性
细胞团
胚状体
韧皮部细胞
植物激素、无机盐
糖类
有根、茎、叶的试管苗
思考: 1.从资料1中可以得出什么结论？
1958年，美国科学家斯图尔德的实验
资料1 植物组织培养的过程
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力
细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性称为细胞的全能性（教材P121）
二、细胞全能性
思考: 2.分化的细胞长成完整植株需要什么条件？
3.如果将胡萝卜韧皮部细胞换成其他高度分化的植物细胞，在适宜条件下，这些细胞也能形成新的植株吗？
4.为什么分化后的植物细胞能发育成完整个体？
能
　　原因：细胞内含有保持该物种遗传所需的全套遗传物质
（1）离体（必要条件）
（2）一定的营养物质、激素和适宜的外界条件
二、细胞全能性
植物组织培养的优点
(1)繁殖植物不受生长季节的限制。
(2)要得到理想的品种，杂交育种需要的育种年限比较长，而植物组织培养可缩短育种年限。
(3)对于靠种子进行繁殖的农作物，可节约种子成本。
(4)可解决有些植物产种子少，繁殖率低的难题。
思考：1.从资料2中可以得到什么结论？
2.为什么已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性？
3.将肠上皮细胞单独培养能获得新的个体吗？
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
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
已分化的动物细胞体细胞的细胞核中含有该动物几乎全部的遗传物质
二、细胞全能性
思考8：植物组织培养取得成功后，科学家尝试培养动物细胞，预期能用动物的体细胞培养出完整的动物体，但是无一例成功。为什么受精卵一个细胞能发育成动物体，而体细胞就不可以呢？受精卵和体细胞的细胞核是基本相同的，对此你有什么看法？
核移植实验的成功，说明已分化的动物细胞的细胞核是具有全能性的。
汉水丑生侯伟作品
分化程度低
分裂能力强
分化程度高
分裂能力弱
胚胎细胞核移植成功率远高于体细胞核移植。分化程度越高的细胞，越不容易表现出全能性。
到目前为止,人们还没有成功地将单个已分化的
动物体细胞培养成新的个体
世界首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”
克隆羊多莉
二、细胞全能性
1、定义：细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性
没有分化的细胞，如受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞也具有全能性
细胞具有全能性＝表现/体现全能性？
①理论上活细胞都具有全能性（哺乳动物成熟红细胞除外）
②发育为完整个体或分化成其他各种细胞，才能体现活/表现全能性
二、细胞全能性
人和动物体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞
个体发育过程中随着分化程度的提高，细胞分裂能力逐渐降低，实现全能性越困难
骨髓移植不仅需要技术，更需要骨髓造血干细胞捐献者。我国于2001年成立了中华骨髓库，这是中华儿女爱心的见证
造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞
成熟动物和人体内还有没有具有分裂和分化能力的细胞呢？
2.细胞全能性大小的比较
①不同生物
植物体细胞 动物体细胞
②同一生物
受精卵 精卵细胞 体细胞
＞
＞
＞
三、干细胞
细胞全能性高低的比较
(1)一般来说，细胞分化程度越高，全能性越低。
(2)植物细胞>动物细胞；
受精卵>生殖细胞>体细胞；
未分化或分化程度低的体细胞>分化程度高的体细胞。
注意：分化程度高的细胞，其全能性不一定低。一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达，但是也有特例，如卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。
全能
干细胞
可分化成各种细胞，构成各种组织和器官，最终发育成完整个体
多能
干细胞
可分化形成多种组织细胞，但不能发育成完整个体
专能
干细胞
由多能干细胞分化而来，只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化
全能
胚胎干细胞
专能
骨髓干细胞
专能骨髓造血
干细胞
三、干细胞
脐带血中含有造血干细胞，可用于治疗多种疾病。
(1)按照发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。前者包括ES细胞等，后者包括神经干细胞等。
(2)按分化潜能分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。
①全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞等。
②多能干细胞：具有分化出多种细胞、组织的潜能，如造血干细胞等。
③专能干细胞：只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化，如成肌细胞等。
在人体内，红细胞的寿命为120天左右，白细胞的寿命为5-7天。这些血细胞都是失去分裂能力的细胞。
白血病患者的血液中出现大量的异常白细胞，而正常的血细胞明显减少。通过骨髓移植可以有效地治疗白血病。
思考：
1.为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的死亡而减少？
2.骨髓与血细胞的形成有什么关系？
1.健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去
2.骨髓中的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
嗜中性粒细胞（一种白细胞）的扫描电镜照片
【资料分析】
项目 细胞的分化 细胞的全能性
原因
特点
结果
大小 比较
关系
基因选择性表达
细胞含有本物种全套遗传物质
①持久性 ②稳定性
③不可逆性 ④普遍性
⑤遗传物质不变性
①高度分化的植物细胞具有全能性
②已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
形成形态、结构、功能不同的细胞
产生完整有机体或分化成其他各种细胞
体细胞>生殖细胞>受精卵
动物细胞>植物细胞等
受精卵>生殖细胞>体细胞
植物细胞>动物细胞等
①细胞分化不会导致遗传物质改变，已分化的细胞都含有保持物种遗传特性所需要的全套遗传物质
②一般地，细胞分化程度越高，全能性越难以实现，细胞分化程度越低，全能性就越高
四、小结
(1)成熟个体体内的所有细胞都已经高度分化(　　)
(2)种子发育成完整个体体现了细胞的全能性(　　)
(3)壁虎断尾后重新长出尾巴体现了细胞的全能性(　　)
(4)造血干细胞分化出各种血细胞体现了细胞的全能性(　　)
×
×
×
×
随堂训练
随堂训练
1.下列能说明某细胞已经发生分化的是
A.进行ATP的合成 B.进行蛋白质的合成
C.存在血红蛋白 D.进行细胞呼吸
√
2.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是
A.不分裂的细胞一定不具有全能性 B.细胞全能性的表现需经历细胞分化过程
C.动物细胞和植物细胞的全能性一样高
D.只有体细胞才具有发育成完整有机体所必需的全套遗传物质
√
3.(2022·镇江高一期末)下列各组实验，体现细胞全能性的是
①动物受精卵发育成多细胞个体　②烧伤病人的健康细胞培养出皮肤　③小麦种子萌发生长成小麦植株　④用胡萝卜韧皮部细胞培养产生胡萝卜植株
A.③④　　　　B.①④　　　　C.①③④　　　　D.①②③④
√
4.取自同一生物的不同类型的正常体细胞，检测其基因表达，结果如图。下列关于此图说法不正确的是
A.若基因1～8中只有一个是控制核糖体蛋白质
合成的基因，则该基因最有可能是基因2
B.图中7种细胞的遗传物质是相同的
C.图中7种细胞中细胞器的种类和数量相同
D.此图可用于说明基因的选择性表达
√
随堂训练
5.高度分化的体细胞可被诱导成类似胚胎干细胞的iPS细胞。科学家培养iPS细胞获得角膜组织，将其移植到一位几乎失明的女性左眼上，患者术后视力恢复到可阅读书籍的程度。下列叙述不正确的是
A.iPS细胞的全能性高于高度分化的体细胞
B.获取iPS细胞过程中细胞的遗传物质改变
C.获得角膜组织是基因选择性表达的过程
D.iPS细胞有望解决器官移植供体短缺等问题
√
随堂训练
6.《细胞－干细胞》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院诱导人成纤维细胞重编程为hiHep细胞的成果。hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，包括分泌血清白蛋白、积累糖原、代谢药物、药物转运等。下列相关叙述中正确的是
A.细胞的分化程度越高，其全能性就越强
B.人成纤维细胞与hiHep细胞的DNA和蛋白质种类相同
C.该项成果表明，分化了的细胞其分化后的状态是可以改变的
D.人成纤维细胞重编程为hiHep细胞体现了细胞的全能性
√
随堂训练
科学家们在研究成体干细胞的分裂时曾提出这样的假说：成体干细胞总是将含有相对古老的DNA链(永生化链)的染色体分配给其中一个子代细胞，使其成为成体干细胞，同时将含有相对新的DNA链的染色体分配给另一个子代细胞，开始分化并最终衰老死亡(如下图所示)。下列相关推测正确的是(　　)
A．成体干细胞通过有丝分裂使自身在生物体内的数量不断增长
B．从图中看出成体干细胞分裂时DNA永生化链始终移向细胞同一极
C．成体干细胞的细胞周期与其他细胞相同
D．成体干细胞分裂时生成两个功能相同的细胞
10
B
巩固训练
【例4】
10
2．（2022·安徽淮北·二模）下列关于细胞生命历程的叙述，正确的是（ ）
A．动物细胞有丝分裂末期的完成与细胞膜流动性密切相关
B．某细胞能表达ATP合成酶基因，表明该细胞已发生分化
C．清除被病原体感染的靶细胞，是通过细胞坏死完成的
D．在细胞衰老过程中，核酸的含量和种类没有发生变化
1．（2022年1月·浙江·高考真题）在某些因素诱导下，人体造血干细胞能在体外培养成神经细胞和肝细胞。此过程主要涉及细胞的（ ）
A．分裂与分化 B．分化与癌变 C．癌变与衰老 D．衰老与分裂
触摸云端
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√
3．（2022·山西阳泉·模拟预测）科学家为了探究影响细胞衰老的年龄因素，进行了如下实验。实验一：在相同条件下，分别单独培养胎儿、中年人、老年人的肺成纤维细胞，增殖代数分别为50、20、2～4。实验二：将年轻人的肺成纤维细胞去核后与老年人的肺成纤维细胞的细胞核融合，细胞几乎不分裂；将老年人的肺成纤维细胞去核后与年轻人的肺成纤维细胞的细胞核融合，细胞分裂旺盛。下列叙述错误的是（ ）
A．老年人的细胞增殖能力会受细胞核中染色质收缩的影响
B．细胞增殖能力与个体的年龄密切相关
C．老年人肺成纤维细胞代谢速率减慢可能与多种酶活性降低有关
D．由上述实验可推测肺成纤维细胞的分裂由细胞质决定
触摸云端
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4．（2022·河北衡水中学模拟预测）科学家把整个细胞群体处于细胞周期同一时期的现象称为细胞周期同步化。昆虫产下一批卵后同时受精，会出现所有受精卵同时卵裂的现象，这是一种自然同步化；通过人工选择或诱导可使受精卵细胞都停在分裂中期，这是一种人工同步化。下列叙述错误的是（ ）
A．连续分裂的细胞，从上一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一次有丝分裂
B．根据裂殖酵母不同时期细胞体积和重量不同，采用离心法分离出处于某一时期的细胞，这是一种自然同步化
C．利用DNA合成阻断剂和洗脱剂，可让进行分裂的细胞停留在G1期与S期交界处
D．细胞周期同步化后更有助于研究调控细胞周期的内在机制和影响细胞周期的外在因素
触摸云端
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