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第六章细胞的生命历程
—细胞的分化
汉水丑生侯伟作品
分析交流：不同种类细胞间的差异性表现在哪些方面？
一 细胞分化的含义
一个成年人体内约有1014个体细胞，约有200多种不同类型的细胞
一 细胞分化的含义
分析交流：胰岛β细胞与红细胞在形态、结构和功能上具体有什么不同？
胰岛β细胞
红细胞
图1 不同类型的动物细胞
表皮细胞
叶肉细胞
储藏细胞
图2 不同类型的植物细胞
一 细胞分化的含义
结构：具叶绿体
功能：光合作用
结构：细胞壁形成角质层
功能：保护
结构：细胞中储存丰富的营养物质
功能：贮藏营养
分析交流：通过以上实例，结合教材内容，请说一说什么是细胞分化？
细胞分化：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。
类比
思考：细胞分化对于生物个体发育和完成生理功能有何种意义？
细胞分化意义：使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，提高生物体各种生理功能的效率。
一 细胞分化的意义
思考：个体发育过程中，形成了许多形态、结构和功能各异的体细胞，根据有丝分裂的意义分析，这些不同的细胞含有的遗传信息有何特点？
思考：细胞的形态、结构和功能主要由哪种化学物质直接体现？
亲代细胞的DNA经过复制后平均分配到两个子细胞。体细胞和受精卵一样，含有该物种全套的遗传物质，全套的基因。
蛋白质是生命活动的承担者，不同的体细胞由于含有不同种类和数量的蛋白质，因而在形态、结构和功能上表现出差异。
思考：为什么体细胞含有相同的基因，但却翻译出不同的蛋白质呢？
一 细胞分化的原因
小组活动：三种卡片代表三种基因，三种基因在胰岛β细胞与红细胞中基因表达情况不同，卡片正面代表基因开启，卡片反面代表基因关闭，请两名同学上台模拟这两种不同细胞中每个基因表达情况，并说出你这么做的原因。
同学1模拟表示分化成红细胞时基因的开启或关闭情况
同学2模拟表示分化成胰岛β细胞时基因的开启或关闭情况
一 细胞分化的原因
资料：基因表达指基因的遗传信息合成功能性蛋白质的过程
基因1
基因2
基因3
DNA
蛋白质
细胞分化的原因：是基因选择性表达的结果，即个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的执行情况不同。
血红蛋白基因 ATP合成酶基因 胰岛素基因 血红蛋白 ATP合成酶 胰岛素
红细胞 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ —
胰岛细胞 ＋ ＋ ＋ — ＋ ＋
总DNA（基因）
蛋白质
的表达产物是
一 细胞分化的原因
“＋”表示有，“－”表示无
资料1：1958年Steward等利用胡萝卜的韧皮部组织培养出了完整的新植株；
资料2：1970年Steward用悬浮培养的胡萝卜单个体细胞培养成了可育的植株。
资料3：1969年Nitch将烟草的单个花粉细胞培养成完整的植株。
小组讨论：
（1）从资料1中可以得出什么结论？
（2）通过对比资料1、2、3可以得出什么样的结论？
细胞的全能性：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或特性
二 细胞的全能性
思考：从遗传的角度分析，受精卵为什么能发育成一个完整的个体？
受精卵含有该物种生长、发育的全套遗传物质（全套基因）
汉水丑生侯伟作品
资料4：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。
图 非洲爪蟾的蝌蚪的核移植实验
图 不同分化程度的细胞核移植实验
植物细胞的全能性>动物细胞全能性
受精卵 > 生殖细胞(精卵细胞) > 体细胞
分裂能力、分化能力、分化程度、全能性大小的比较
受精卵
胚胎干细胞
多能干细胞
专能干细胞
体细胞
随着分化程度提高，细胞的分裂能力、分化能力、全能性逐渐减弱。
三 干细胞
二 细胞的全能性
图 康拉德沃丁顿的分化小球
思考：
1、自然情况下高度分化的细胞（在谷底的小球）的全能性还能恢复（自发的回到山顶）吗？
2、如何让谷底的小球回到山顶呢？
康拉德沃丁顿的分化小球：
细胞分化好比是沿着山坡一路向下滚的小球，全能性实现相当于将小球再推回山顶。
资料：IPS细胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)是通过对人体组织的细胞进行重新编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。这种细胞具有超强的分化能力。可以分化出这个人的血细胞，骨细胞，神经细胞等，进而培养出这个人的脏器，骨头，眼角膜，胰腺等。
三 干细胞
图 iPS细胞
三 干细胞
小组讨论交流
用本节课你掌握的内容解决如下问题：
1、描述图片中科学家是如何利用诱导多能干细胞制备的胰岛β细胞治疗1型糖尿病患者的？
2、取Ⅰ型糖尿病患者腹腔内的细胞进行化学重编程的过程与细胞分化过程有什么关系？
3、获得的自体诱导多能干细胞能分化成胰岛β细胞的根本原因是什么？
4、你认为诱导多能干细胞（iPSC)能不能发育成一个完整的个体？说出你的理由。
胰岛β细胞
移植
四 小结
五 作业
1. 阅读理解：阅读教材中关于细胞分化的相关章节，回答以下问题：
（1）细胞分化的定义是什么？它与细胞分裂有何区别？
（2）细胞分化是如何发生的？它有哪些生理意义？
（3）细胞分化是如何影响个体发育的？
2. 实验设计：设计一个实验，探究环境因素对细胞分化的影响。请提出实验方案，并说明实验步骤和预期结果。
3. 知识应用：列举两个生活实例，说明细胞分化在其中的作用。请尝试利用所学知识对相关问题提出解决方案。
