第6章細胞的生命歷程

第2節(jié)細胞的分化學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.比較不同細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能方面的區(qū)別，歸納細胞分化的概念。結(jié)合圖文材料，理解細胞分化的特點、意義。2.模型構(gòu)建，闡明細胞分化的本質(zhì)3.舉例說明細胞的全能性在植物組織培養(yǎng)和動物克隆等方面的應(yīng)用4.說出干細胞的特點，關(guān)注干細胞在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，提升社會責(zé)任意識問題探討：在人體內(nèi)，紅細胞的壽命為120d左右，白細胞的壽命為5~7d。這些血細胞都失去分裂能力。白血病患者的血液中出現(xiàn)大量的異常白細胞，而正常的血細胞明顯減少。通過骨髓移植可以有效地治療白血病。Ⅰ.細胞分化的實例及意義探究一：細胞分化討論:1.為什么健康人的血細胞數(shù)量不會隨著血細胞的死亡而減少?健康人會不斷產(chǎn)生新的血細胞，補充到血液中去。2.骨髓與血細胞的形成有什么關(guān)系?骨髓中造血千細胞能夠通過增殖和分化，不斷產(chǎn)生不同種類的血細胞。Ⅰ.細胞分化的實例及意義探究一：細胞分化構(gòu)成人體的器官有四種組織，分別是上皮組織、肌肉組織、結(jié)締組織和神經(jīng)組織，這些組織又是由一些相似的細胞構(gòu)成；植物體含有輸導(dǎo)組織、分生組織、營養(yǎng)組織、保護組織四大組織。這些細胞也都來自一群彼此相似的早期胚細胞。討論:1.上述各種組織的共同來源是什么？在個體發(fā)育過程中，出現(xiàn)了形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的差異是什么原因？受精卵；細胞分化的結(jié)果2.這些細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上有什么不同?這些細胞在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上相差很大，功能上各不相同，在結(jié)構(gòu)方面，總體上都由細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核組成。3.所有的多細胞生物體在個體發(fā)育過程中，不同的細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上各不相同，有什么意義？細胞分化是生物界普遍存在的生命現(xiàn)象，它是生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)。細胞分化使多細胞生物體中的細胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高生物體各種生理功能的效率。4.對多細胞生物體內(nèi)，不同的組織細胞能否返回未分化的狀態(tài)或者轉(zhuǎn)變成其他的組織？細胞分化是普遍現(xiàn)象存在的，是一種持久性的變化，一般來說，分化的細胞將穩(wěn)定保持分化后的狀態(tài)，直到死亡。Ⅱ.細胞分化的本質(zhì)探究一：細胞分化及其意義事實1：不同類型的細胞中蛋白質(zhì)種類不完全相同。事實2：DNA攜帶的遺傳信息，即基因。只有表達成蛋白質(zhì)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。根據(jù)以下事實與推論，用所給的資料構(gòu)建細胞分化的模型假說1：不同類型的細胞在分化過程中，發(fā)生了基因的丟失。假說2：不同類型的細胞在分化過程中，基因的表達情況不同，即，基因的選擇性表達。材料：肌細胞(含有大量肌動蛋白)或胰島B細胞(合成分泌胰島素)；3種基因；3種蛋白質(zhì)。建構(gòu)模型：從資料中找出細胞所含基因及蛋白質(zhì)，并用筆標(biāo)注在相應(yīng)細胞中。展示說明：小組合作，在本子上標(biāo)注好，上臺展示，其他小組給予評價。肌動蛋白基因胰島素基因呼吸酶基因基因丟失基因選擇性表達肌肉細胞肌肉細胞胰島素基因丟失，無法合成胰島素胰島素基因沉默，不指導(dǎo)合成胰島素肌動蛋白基因胰島素基因呼吸酶基因關(guān)閉肌動蛋白基因呼吸酶基因丟失細胞總DNA蛋白質(zhì)呼吸酶基因肌動蛋白基因胰島素基因呼吸酶肌動蛋白胰島素肌細胞＋＋＋＋＋－胰島B細胞＋＋＋＋－＋實驗數(shù)據(jù)通過對上述實驗數(shù)據(jù)的分析，可得出哪種假說正確？假說2正確。不同類型的細胞在分化過程中，基因的表達情況不同，即，基因選擇性表達的的結(jié)果。管家基因：所有細胞均表達，維持生命活動所必需的。

核糖體蛋白基因呼吸酶基因肌動蛋白基因胰島素基因唾液淀粉酶基因Ⅱ.細胞分化的本質(zhì)探究一：細胞分化及其意義奢侈基因：指不同類型細胞中特異性表達的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特定的功能?！踞槍τ?xùn)練】如圖為人體某早期胚胎細胞(甲)的部分生命歷程，圖中乙～戊表示各個時期的細胞，a、b表示細胞在正常情況下所進行的生理過程。下列敘述正確的是(不定項)（AD）A.a過程是有絲分裂，b過程是細胞分化B.乙和丙的染色體組成不同C.丁與戊因遺傳物質(zhì)不同而發(fā)生分化D.甲、丁、戊中的蛋白質(zhì)不完全相同(1)“變”①從細胞水平分析：細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變。②從亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析：細胞器的種類和數(shù)目及細胞質(zhì)基質(zhì)的成分和功能發(fā)生改變。③從分子水平分析a.蛋白質(zhì)角度：蛋白質(zhì)種類、數(shù)量、功能發(fā)生改變。b.基因角度：基因選擇性表達，即遺傳信息的表達情況不同，這是細胞分化的根本原因(2)“不變”：細胞數(shù)目和細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不變。思考：請從細胞水平和分子水平描述細胞分化的“改變”與“不變”探究一：細胞分化及其意義小結(jié)探究一：細胞分化及其意義受精卵個體生長發(fā)育細胞增殖：細胞數(shù)目增多細胞分化：細胞種類增多細胞分化是有限的少量調(diào)控蛋白啟動了為數(shù)眾多的特異細胞類型基因表達的過程。其機制就是組合調(diào)控的方式，即每種類型的細胞分化是由多種調(diào)控蛋白共同參與完成的。這樣，如果調(diào)控蛋白的數(shù)目是n，則其調(diào)控的組合在理論上可以啟動分化的細胞類型為2n。比如，3種調(diào)控蛋白(調(diào)控蛋白1.2.3)可以調(diào)控產(chǎn)生8種不同類型的細胞(如圖)。組合調(diào)控的作用機制示意圖思考細胞分化依賴____（物質(zhì)）以____(方式)調(diào)控組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達生物科技前沿鏈接Ⅲ.有絲分裂與細胞分化探究一：細胞分化及其意義項目細胞分裂細胞分化開始時間原因結(jié)果意義特點關(guān)系項目細胞分裂細胞分化開始時間從受精卵開始，發(fā)生在整個生命過程中從受精卵分化出多種形態(tài)的細胞開始,發(fā)生在整個生命過程中原因細胞增殖的需要基因的選擇性表達結(jié)果細胞數(shù)目增多，生成的細胞類型相同細胞種類增多,生成的細胞類型不信形成生物體的組織和器官意義①多細胞生物個體形成、生長、發(fā)育的需要;②單細胞生物形成新個體的需要;③保持了親代和子代之間遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性①多細胞生物個體發(fā)育的基礎(chǔ);②使多細胞生物體中的細胞趨向?qū)ｉT化,有利于提高各種生理活動的效率;③生物組織、器官的形成,以及生物組織、器官的修復(fù)特點①局部性；②周期性①持久性；②不可逆性；③普遍性；④差異性關(guān)系①生物的個體發(fā)育是細胞分裂與分化共同作用的結(jié)果,細胞的分化并不是單個或少數(shù)細胞的孤立變化,其必須以細胞增殖生成一定數(shù)量的細胞為基礎(chǔ),也就是說,細胞分裂是細胞分化的基礎(chǔ),兩者往往是相伴相隨的;2一般來說,分化程度越高,細胞的分裂能力就越弱,如分化程度為體細胞>生殖細胞>受精卵,分裂能力為體細胞<生殖細胞<受精卵Ⅰ.細胞全能性的實例探究二：細胞的全能性1.從胡蘿卜組織培養(yǎng)實驗中可以得出什么結(jié)論?已經(jīng)分化的細胞在離體培養(yǎng)下能夠形成完整的植物體2.與胡蘿卜組織培養(yǎng)實驗相比，非洲爪蟾核移植實驗得出什么結(jié)論?與植物組織培養(yǎng)實驗相比，動物細胞核移植的實驗說明已分化的動物細胞的細胞核仍具有全能性。3.為什么分化后的植物細胞依然可以發(fā)育成一棵完整植株？因為細胞中含有發(fā)育成完整植株所需要的全套遺傳信息非洲爪蟾的核移植實驗胡蘿卜組織培養(yǎng)示意圖(①～⑥表示操作流程)2019年1月24日，5只生物鐘紊亂體細胞克隆猴登上中國綜合英文期刊《國家科學(xué)評論》封面，標(biāo)志著中國體細胞克隆技術(shù)走向成熟，實驗用疾病模型猴批量克隆“照進現(xiàn)實”，全球?qū)嶒瀯游锸褂脭?shù)量有望大幅降低，藥物研發(fā)駛?cè)搿翱燔嚨馈?。拓展：中國科學(xué)家在體細胞克隆方面的成就2017年11月27日，世界上首個體細胞克隆猴“中中”在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所（上海）、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類平臺誕生（蘇州）；12月5日第二個克隆猴“華華”誕生。2018年1月25日，生物學(xué)頂尖學(xué)術(shù)期刊“細胞”(Cell)以封面文章在線發(fā)表此項成果。Ⅱ.細胞全能性探究二：細胞的全能性實驗表明，高度分化的植物細胞或動物的體細胞核仍然具有發(fā)育成完整個體的能力，這就是細胞的全能性。細胞的全能性是指細胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。思考：沒有分化的細胞，如受精卵、動物和人體的早期胚胎細胞、植物的分生組織細胞是否也具有全能性？以下實例不能體現(xiàn)全能性的是：_______469___________①用胡蘿韌皮部細胞培育出植祩②番茄體細胞與馬鈴薯體細胞雜交后培育出植株③用轉(zhuǎn)入抗蟲基因的棉花細胞培育出植株④紫色糯性玉米種子培育出植株⑤蜜蜂由未受精卵細胞發(fā)育成雄蜂⑥壁虎斷尾后重新長出尾部⑦利用小麥花藥離體培育出單倍體植株⑧受精卵發(fā)育成個體⑨科學(xué)家利用少量組織細胞通過體外培養(yǎng)擴增，成功地讓“老鼠背上長出了人耳”。細胞完整個體各種組織Ⅲ.干細胞探究二：細胞的全能性動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細胞，這些細胞叫作干細胞(stemcell)。①全能干細胞：是從哺乳動物的早期胚胎中分離出來的，可分化成人體的各種細胞，構(gòu)成人體的各種組織和器官，最終發(fā)育成一個完整的個體。如胚胎干細胞。②多能干細胞：胚胎干細胞進一步分化，可以形成各種組織干細胞，它具有形成一種器官的多種組織的潛能，但不能發(fā)育成完整的個體。如骨髓造血干細胞。③單能干細胞：多能干細胞進一步分化成為單能干細胞，單能干細胞只能分化成某一類型的細胞，如神經(jīng)干細胞專門分化成各類神經(jīng)細胞。Ⅳ.細胞全能性的應(yīng)用探究二：細胞的全能性快速繁殖花卉和蔬菜等作物培養(yǎng)微型觀賞植株拯救瀕危物種將體細胞誘導(dǎo)成多功能干細胞(簡稱iPS細胞)治療了小鼠的鐮狀細胞貧血治療阿爾茨海默病、心血管疾病器官移植拓展：中華骨髓庫白血病是一類由骨髓造血干細胞惡性增殖引起的疾病?；颊哐汉凸撬柚械陌准毎捌淝绑w細胞出現(xiàn)異常增殖和分化障礙，成為白血病細胞。白血病細胞能夠抑制骨髓的正常造血功能，并侵入肝、脾等器官，進而危及患者的生命。1.下列關(guān)于細胞分化的敘述，正確的是(C)A.細胞分化過程中蛋白質(zhì)種類和數(shù)量未發(fā)生改變B.人體某細胞中存在纖維蛋白原基因說明已經(jīng)發(fā)生細胞分化C.人體某細胞中存在血紅蛋白說明已經(jīng)發(fā)生細胞分化D.隨細胞分化的進行,細胞的全能性降低并最終喪失2.下列關(guān)于細胞增殖和細胞分化的敘述,錯誤的是(D)A.細胞增殖可以增加細胞的數(shù)量,細胞