6.2细胞分化学案
【学习目标】
1.生命观念 运用结构与功能观，说明细胞分化引起细胞物质和结构的变化。
2.科学思维 通过归纳与概括，例举细胞分化对生命活动作用的实例。
3.科学探究 设计实验方案，探究细胞全能性原因。
4.社会责任 联系生活实际，认识干细胞的前景。
【学习过程】
阅读两则材料，思考下面的问题。
材料一：20世纪60年代，加拿大的欧内斯特·迈克库奇(Ernset Mc Culloch)和詹姆斯蒂尔(James Till)在小白鼠中鉴别出第一种成体干细胞，即造血干细胞。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)。
材料二: 1981年，从小鼠体内分离得到胚胎干细胞。胚胎干细胞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。
思考：①小鼠体内的所有细胞都能分化吗
②哪些细胞可以分化呢 它们的分化潜能一样吗
材料三：20世纪50年代初，美国科学家这个实验的成功说明了什么？
图1 胡萝卜组织培养产生完整植株
材料四: 1952年，美国罗伯特·布里格斯和托马斯·金把一个蛙细胞(来自于一个受精几天后刚刚开始发育的囊胚)的细胞核移植到另一个已经移去了细胞核的蛙卵子里，得到的胚胎和正常发育的胚胎一样。
材料五: 20世纪60年代，英国剑桥大学科学家约翰·伯特兰·格登爵士用一个非洲爪蟾的小肠上皮细胞，通过核移植克隆出了一只蝌蚪，获得了2012年诺贝尔奖。（详见课本P120资料二）
思考:1.同样都是克隆蛙，为什么后者可以得诺贝尔奖
2.为什么蝌蚪的肠细胞和神经细胞等体细胞的遗传物质相同，但形态、结构和功能却有很大的差异呢 细胞分化教学设计
导入：问①人生命之初是什么样子的？（受精卵）
问②像我们这样的多细胞生物，受精卵如果只经过细胞分裂的话，有没有办法发育成一个完整的个体？
我们根据一个短片了解一下。
引出细胞分化这个名词：当我们出生，从母体出来的时候，我们已经从一个受精卵发育到身上有超过200多种细胞的个体了，这个过程中除了发生细胞分裂还会发生什么生理过程？
根据图片谈细胞分化的概念：根据这张图来谈一谈你认为什么是细胞分化？
总结细胞分化的概念：因此细胞分化就是细胞在形态、结构、功能上的不同，而且这种变化是普遍发生在生物界中；细胞分化不可逆，不可逆我们也可以说细胞分化是发生了稳定性差异。
不是所有的细胞都发生了分化，提出干细胞：多细胞生物身上的每一个细胞都会发生细胞分化吗？我们根据一些科学家的研究过程来思考这个问题，请大家阅读材料一和材料二思考下面两个小问题。
学生思考，回答问题。
师概括提出干细胞的概念：不是所有细胞都能分化的，他还给大家举例子了，分化完了红细胞没有办法回去，所以红细胞是不能再分化的。干细胞是可以分化的，我们把这类具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。
提出全能性的概念：在胚胎发育过程中，什么细胞分化潜能是最大的？（受精卵）
因为它可以发育成人体所有的细胞，我们把受精卵具有的这种分化出各种细胞的潜能称为细胞全能性。
阅读材料，说明已将分化的植物细胞仍然具有全能性。受精卵具有全能性，高度分化的细胞是否丧失了这种全能性呢？我们同样通过科学家的一个实验来看，阅读材料三，思考这个实验的成功说明了什么？
学生回答（说明已经分化的细胞具有全能性）
说明细胞分化不可逆，已经分化的细胞要表现出全能性必须离体。
在整个实验中，有一步非常关键。这个根细胞必须从这个胡萝卜根上分离出来，离体。如果没有完成这一步体外培养，细胞还是留在这个胡萝卜上，它能不能发育成完整的植株啊？（不可以）也就是说，细胞分化，正常情况下，不可逆，也就是说已经是根细胞了要回到受精卵的状态一般是不可能的；已经高度分化的细胞要表现出全能性必须离体。
为什么动物的体细胞无法表达出全能性，提出假说
已经高度分化的植物细胞具有全能性。动物的体细胞是否也能发育成完整的个体呢？当时科学家也对这个问题产生了疑惑，做了很多实验，发现不能。他们提出了一个问题，为什么动物的体细胞无法表达出全能性呢？你觉得可能有什么原因？
学生小组讨论，提出假说。（假说①可能缺少了某种物质。假说②可能是被那个细胞的其他的东西所抑制住了③动物细胞的细胞分化程度更加高度，与原来的细胞差异已经太大了，所以法逆回去，他们认为就是动物是更加复杂的，它高度分化以后，里面成分变化的太多了，所以没有办法逆过去。
分析科学家的假设。当时科学家也和同学们想的一样。做出两个假设，科学家也觉得有物质限制了，但是他觉得是细胞内，细胞内的物质限制，他还做出了第二种假设，也可能是遗传物质丢失了，导致全能性无法表达。
设计实验：接下来根据这两个假设二选一设计一下实验，验证这两个假设是对的还是错的，你该怎么设计实验，把你的实验写在你的学案上？提供实验动物：蛙
展示学生的答案。（学生1 把蛙的一个受精卵取出来，再取一个去核的蛙的上皮细胞，实际上就是高度分化的细胞，将受精卵的核移到去核上皮细胞，观察是否可以进行分化。引导①这是想验证什么呀？遗传物质丢失问题。
学生2我觉得应该就是应该把蛙的上皮细胞换成受精卵，营养物质肯定是比上皮细胞的营养物质多。）
阅读材料四，看科学家做的这个实验，他的实验结果可以说明哪种假设是正确的？（受到细胞内遗传物质的限制，细胞内的遗传物质并没有丢失）
分析实验材料：胚胎干细胞，没有选择已经高度分化的体细胞，这是为什么？（实验成功率更高，先做简单的。）
实验材料：卵细胞，而不是受精卵，为什么？受精卵取材非常难，因为得到受精卵的时间不好控制，卵细胞更好取到，而受精卵的细胞质都来自于哪里啊？基本上卵细胞。
过渡但是科学家做到这里的时候还没有停止，因为正如刚刚大家所说，做的只是一个胚胎干细胞接下，在20世纪60年代的时候，又有一个科学家同样也是克隆蛙，但是他获得了诺贝尔奖。
为什么后面这个人可以获得诺贝尔奖呢？学案上材料四和材料五是摆在一起的，你对比一下两者有什么不同？
用的是高度分化的细胞，把我们刚刚提出的很难的事情变成了现实，所以他获得了诺贝尔奖，材料五这个实验能够说明什么？（已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性）
说明细胞分化的实质：基因选择性的表达。细胞分化过程中遗传物质有没有丢失？（没有）也就是说在这个蝌蚪里，它的肠细胞和神经细胞都是有同样的遗传物质，那为什么这两种细胞形态、结构和功能都不相同呢？小肠细胞功能吸收营养物质，蛋白质，那遗传物质是一样的，蛋白质却不一样，遗传物质控制蛋白质的合成，它们之间有什么关系呢？遗传物质的选择性的控制，基因选择性的表达，每个细胞中遗传物质相同，有的基因表达有的不表达。这就是细胞分化的实质。
过渡到这里，科学家的探索脚步还没有停止，因为克隆还只停留在两栖动物上，如果换成更高等的动物，这个规律还一样吗？所以这个时候出现了一个实验：克隆羊多利，
老师介绍他有三个母亲，其中一个母亲提供了细胞核。第二个提供了细胞质，最后一个提供了它的发育场所。多莉长得最像谁？她真正的母亲是谁？（是a，因为a提供了细胞核），通过多利羊的成功，科学家终于有自信说，已经分化得动物体细胞的细胞核具有全能性。
输入科学精神：我们现在看来短短一句话，但是为了得到这一句话，科学家付出了巨大的努力，仅仅是是多利羊的克隆这个实验就进行了277次。
比较全能性：我们已经了解了这么多科学家事例，通过这些科学家克隆核移植的成功率，以及它的实验成功出现的先后顺序，我们可以知道不同的细胞全能性是不同的。①植物细胞和动物细胞谁的全能性更高？
②分化程度越高，全能性会怎么样？受精卵、生殖细胞和体细胞比较全能性大小。
③分裂能力越强，全能性会怎么样？
所有细胞都具有全能性的原因就是因为在分化过程中遗传物质没有丢失，不管是哪一体细胞和受精卵中的遗传物质都一样，含有发育成这个个体的全套遗传物质。
观看童第周的视频，领悟科学无国界，但是科学家是有国界的。我们讲到现在，案例都是国外的科学家，我们中国的科学家怎么样？我们来看一个短片。
我们中国也很厉害，童在63年完成了鱼类的克隆，78年完成了蛙类的克隆，而多莉羊出生在96年。未来，我们班所有同学一定会在各自领域里发挥光芒，可能也有科研人员，这个时候请大家一定要记住，科学无国界，但是科学家是有国界的。
科学家经过非常多的努力，终于克隆成功，让体细胞的细胞核表现出全能性，科学家做这个实验对我们今天的生活有什么帮助呢？难道真的是为了克隆一个生物出来，一个人出来吗？（治病，譬如白血病）观看白血病患者的短片。
我们在座的各位实际上非常幸运，因为我们的细胞分裂、细胞分化都没有出问题，但世界上仍有很多人，他正在遭受这些疾病的影响。白血病实际上就是骨髓中的造血干细胞癌变了。就不能正常分化为红细胞、白细胞、血小板。治疗方案有3种：化疗、靶向治疗。无法根治第三种方案造血干细胞移植，直接用健康的造血干细胞替换掉患者的，这样就可以根治。配型？捐献的人少？
介绍获得造血干细胞的方案：通过我们今天的学习，有没有办法让造血干细胞来源更加广泛？
这是一个体细胞，然后有一位科学家在这个细胞中导入了四种基因，让他表达出了对应的蛋白质，导致这个细胞回到了胚胎干细胞的状态。他在体细胞中表达这的这些蛋白质原本可能在什么细胞里就是有的？对，非常好，要么是受精卵，要么胚胎干细胞。这位也因此获得了诺贝尔奖。我们在实验室得到胚胎干细胞，也就可以得到造血干细胞了。
细胞分化的明天：但是你现在有没有听说过白血病已经可以通过这种方式很好的治疗啦，还没有听到，所以未来我们还可以做些什么？困难在哪里呢？这些留给同学们的。未来无限可能都在你们手中。
总结：这节课中我们通过学习科学史，首先掌握了细胞分化的相关知识，那我们现在开始回顾一下。①什么是细胞分化？
②细胞发生分化的实质是什么？
③细胞分化对于我们人来说又有什么意义呢？
④在我们身体中有一些细胞是没有高度分化的，还具有分裂、分化能力，这些细胞叫什么？⑤有些人没有这么幸运，细胞异常分化了，可能变成什么？
⑥现在癌症有一个非常有前景的治疗方案，就是用干细胞去治疗，但是干细胞的来源非常有限，我们展望一下未来可以把什么细胞再重新让它回到干细胞的状态？
⑥那这个时候我们运用的是体细胞的什么原理啊？（对遗传物质没有丢失，换句话说，是不是细胞具有全能性）
⑦我们学习科学史，不仅要学习科学知识，更要掌握科学家去探究的一个方法，那我们今天用了什么方法去探究啊？假说演绎法
⑧最最重要的从这些科学家身上，你学到了什么？（我刚刚提的一个同地周的例子，实际上他的那个克隆蛙的实验，实验是在七八年完成。实际上他这一辈子都在投身于科研工作中，他70多岁还在做实验，所以不管是在科研上还是你们学习上，不要害怕失败，只有坚持下去，最终才会获得成功，最后希望大家以后不仅成为一个有能力的人，更要成为一个有担当的人，未来干细胞之父说不定就是你们当中一位呢。好，下课同学们再见。
