細(xì)胞分化與克隆

細(xì)胞分化與克隆演示文稿當(dāng)前1頁，總共48頁。（優(yōu)選）細(xì)胞分化與克隆當(dāng)前2頁，總共48頁。一、細(xì)胞分化的基本概念

1、什么是細(xì)胞分化

（1）細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長、細(xì)胞分化三者共同作用實(shí)現(xiàn)人從一個(gè)受精卵最終發(fā)育成由多細(xì)胞構(gòu)成的人體。

a、細(xì)胞分裂：增加細(xì)胞的數(shù)量；

b、細(xì)胞生長：增加細(xì)胞的體積和重量；

c、細(xì)胞分化：增加細(xì)胞的種類和功能。

（2）細(xì)胞分化：(從受精卵分裂開始，通過胚胎發(fā)育演變出各種類型的組織細(xì)胞。)是指細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能發(fā)生了穩(wěn)定差異的變化，這個(gè)差異形成過程就稱為細(xì)胞分化。

當(dāng)前3頁，總共48頁。（3）個(gè)體發(fā)育階段：把從受精卵到個(gè)體性成熟的發(fā)育過程稱為—。

（4）胚胎發(fā)育期：在上述過程中，形體和生理變化最大的時(shí)期是胚胎期亦被單獨(dú)稱為—。

（5）細(xì)胞分化是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)

a、細(xì)胞分化是胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)

原腸胚→外胚層、中胚層、內(nèi)胚層，3個(gè)胚層奠定了發(fā)育人體各種組織器官、系統(tǒng)的基礎(chǔ)，隨后的發(fā)育都是在這3個(gè)胚層的各種細(xì)胞分化來實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)前4頁，總共48頁。

b、細(xì)胞分化是個(gè)體生長的基礎(chǔ)：

如血液中各種細(xì)胞的形成，就是由造血器官中（紅骨髓）多能造血干細(xì)胞進(jìn)行血細(xì)胞分化的結(jié)果。圖5-1。

當(dāng)前5頁，總共48頁。當(dāng)前6頁，總共48頁。2、細(xì)胞分化的特點(diǎn)：

3個(gè)基本特點(diǎn)：

（1）細(xì)胞分化是單向演變，一般不發(fā)生逆轉(zhuǎn)（2）分化的方向和程序都是預(yù)先確定；

（3）細(xì)胞生理狀態(tài)隨著細(xì)胞分化程度而改變

如神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞,在成體中一般是不分裂的；

表皮生發(fā)層細(xì)胞和骨髓造血干細(xì)胞是分化程度比較低的，可以終身保持分裂能力。

當(dāng)前7頁，總共48頁。二、細(xì)胞分化中的發(fā)育潛能變化

1、發(fā)育潛能的演變規(guī)律

（1）全能性：受精卵具有分化出各種組織細(xì)胞的發(fā)育潛能，這被稱為—。

a、如植物中，高度分化的細(xì)胞仍然具有胚性細(xì)胞的潛能,發(fā)育成完整的植株。圖5-3。

b、在高等動(dòng)物胚胎發(fā)育初期（卵裂階段）的分裂球細(xì)胞仍然保持著全能性。

例如，2-4細(xì)胞期的每個(gè)細(xì)胞若被分離開，都有可能發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體，此為畜牧業(yè)成功開展胚胎切割，實(shí)現(xiàn)牛、羊、兔一產(chǎn)多胎的繁殖技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

當(dāng)前8頁，總共48頁。當(dāng)前9頁，總共48頁。（2）多能性：隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育，其細(xì)胞雖然還具有分化成各種組織細(xì)胞的發(fā)育潛能，但是已經(jīng)失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，這時(shí)的發(fā)育潛能叫—。

如多能造血干細(xì)胞→紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等多種細(xì)胞，但是不能分化出血液系統(tǒng)以外的其它細(xì)胞，發(fā)育潛能只是多能性，而不是全能性。

當(dāng)前10頁，總共48頁。（3）單能性：(再進(jìn)一步分化，)單能造血干細(xì)胞只能分化形成專一的細(xì)胞，這時(shí)的發(fā)育潛能被稱為—。總之，隨著細(xì)胞分化程度的深入，其發(fā)育潛能逐漸變窄，變得專一（4）終端分化細(xì)胞（特化細(xì)胞）：像成熟紅細(xì)胞這樣高度分化的細(xì)胞實(shí)質(zhì)上是發(fā)育到盡頭了,被稱為—。當(dāng)前11頁，總共48頁。2、發(fā)育潛能演進(jìn)機(jī)制的探討

（1）德國著名細(xì)胞學(xué)家魏斯曼根據(jù)對馬蛔蟲研究結(jié)果提出“體細(xì)胞分化是由于遺傳物質(zhì)丟失造成的，每一種組織中只保留了其專有的遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)”馬蛔蟲的體細(xì)胞中確實(shí)存在染色體削減現(xiàn)象，圖5-2。小麥癭蚊體細(xì)胞也存在這種現(xiàn)象。

（2）植物細(xì)胞的全能性說明細(xì)胞分化過程中并沒有發(fā)生遺傳物質(zhì)丟失的現(xiàn)象。

當(dāng)前12頁，總共48頁。當(dāng)前13頁，總共48頁。3、克隆與發(fā)育潛能

（1）克隆（clone）：希臘語，原意是插枝入土，重新長成一株大樹。（2）生物學(xué)上表示無性繁殖系，即某個(gè)生物體的一部分通過無性繁殖手段，可人工培育出一批與原生物體基因型完全相同的后代。

（3）現(xiàn)在已經(jīng)有微生物克隆、細(xì)胞克隆、分子克隆、胚胎克隆、植物克隆、動(dòng)物克隆、單克隆抗體術(shù)語。圖5-4。

當(dāng)前14頁，總共48頁。三、細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)與克隆動(dòng)物1、細(xì)胞核移植技術(shù)（1）1952，美國學(xué)者將爪蟾蝌蚪的腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞核移入去核的卵細(xì)胞中，獲得少數(shù)幾例胚胎發(fā)育出蝌蚪，最終發(fā)育成可以生育的蛙。

當(dāng)前15頁，總共48頁。當(dāng)前16頁，總共48頁。（2）1978年，我國發(fā)育學(xué)家童第周先生將黑斑蛙的紅細(xì)胞核移入去核的未受精卵，也有少數(shù)發(fā)育成蝌蚪；童弟周培育的鯉鯽核質(zhì)雜交魚等。

（3）1981年，Hoppe等，首先在哺乳動(dòng)物—小鼠中成功進(jìn)行了核移植實(shí)驗(yàn)，將灰色小鼠囊胚期細(xì)胞的核移入到黑色小鼠的去核受精卵中，經(jīng)過體外培養(yǎng)，移核卵發(fā)育到囊胚期，再將移植到白色雌鼠（假孕鼠）子宮內(nèi)，結(jié)果生產(chǎn)出3只仔鼠，其毛色、核型、同工酶指標(biāo)都與核供體灰色鼠相同。圖5-5。當(dāng)前17頁，總共48頁。

童第周，字慰孫，我國著名生物學(xué)家、教育家。生于1902年5月28日，1979年3月去世。浙江鄞縣人。

當(dāng)前18頁，總共48頁。當(dāng)前19頁，總共48頁。3、多莉羊、上海羊

（1）克隆羊“多莉”

美國鄉(xiāng)村音樂女歌手多利·帕頓（DollyParton）

①羅斯林研究所1997年7月宣布培育成功“多莉”

多莉出生于1996年7月5日下午5時(shí)，蘇格蘭的羅斯林研究所，6.6公斤。

供體：芬蘭多賽特母羊-乳腺細(xì)胞-培養(yǎng)5天-取核

蘇格蘭黑臉母羊-卵細(xì)胞-去核

電擊誘導(dǎo)融合-創(chuàng)造一個(gè)人造受精卵-特殊培養(yǎng)-再移植到代孕母親(蘇格蘭白臉母羊)子宮中-出生。

當(dāng)前20頁，總共48頁。維爾穆特及其同事：1000個(gè)卵—434個(gè)人造未融合的卵—電擊融合—277個(gè)人造受精卵—移植到羊輸卵管中特殊培養(yǎng)存活247個(gè)—29個(gè)發(fā)育到早期胚胎的高級階段（桑葚胚）—移植到13只代孕母親的子宮中—只有多利出生了。當(dāng)前21頁，總共48頁。當(dāng)前22頁，總共48頁。當(dāng)前23頁，總共48頁。

英國羅斯林研究所正式向外界宣布，克隆羊多莉已于1998年4月當(dāng)上了媽媽。該研究所發(fā)布的新聞公報(bào)說，多莉1998年4月13日當(dāng)?shù)貢r(shí)間凌晨自然分娩順利產(chǎn)下一只母羊羔，這只取名為“邦尼’’的小羊體重2.7公斤。新聞公報(bào)稱，目前多莉母女倆“狀況良好”。羅斯林研究所所長布爾菲爾德教授在一份書面聲明中表示，他對多莉的生產(chǎn)感到高興。盡管多莉身份非同尋常，但小羊羔的出世證明多莉完全能夠正常懷胎并生下健康的后代。羅斯林研究所指出，多莉的生育成功，對克隆技術(shù)的商業(yè)化具有非常重要的意義。因?yàn)?，?dāng)利用細(xì)胞核移植技術(shù)培育出少量轉(zhuǎn)基因動(dòng)物之后，不必再利用克隆的方法，完全可以通過像多莉這樣正常懷孕生子獲得更多性能改良的下一代。邦尼的父親戴維是一只普通威爾士公山羊，多莉懷孕的時(shí)間為1997年年底。羅斯林研究所說，在邦尼出生之后，研究人員對母女倆的情況進(jìn)行了一段時(shí)間觀察，以確保它們安然無恙，另外也是為了讓邦尼和多莉能有時(shí)間不受外界干擾地在一起聯(lián)絡(luò)感情，因此他們推遲了10天左右才正式發(fā)布多莉當(dāng)媽媽的消息。當(dāng)前24頁，總共48頁。②技術(shù)線路仍是采用細(xì)胞核移植，與“多莉”的區(qū)別是供體細(xì)胞(提供細(xì)胞核的細(xì)胞)是人的胎兒細(xì)胞，即將人的胎兒細(xì)胞核移植至到羊的卵細(xì)胞中③克隆羊“多莉”是帶有人類某些基因的羊、其意義主要表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面。（2）上海羊：是轉(zhuǎn)基因山羊4、揚(yáng)州大學(xué)的克隆羊、西北農(nóng)大的克隆山羊（圓圓和羊羊）、克隆牛（中科院動(dòng)物所）、克隆猴問世。

5、克隆人?當(dāng)前25頁，總共48頁。隆人已經(jīng)不是科幻小說里的夢想，而是呼之欲出的現(xiàn)實(shí)。目前，已有三個(gè)國外組織正式宣布他們將進(jìn)行克隆人的實(shí)驗(yàn)，美國肯塔基大學(xué)的扎沃斯教授正在與一位名叫安提諾利的意大利專家合作，計(jì)劃在兩年內(nèi)克隆出一個(gè)人來。由于克隆人可能帶來復(fù)雜的后果，一些生物技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，現(xiàn)在大都對此采取明令禁止或者嚴(yán)加限制的態(tài)度。

模擬克隆人古代神話里孫悟空用自己的汗毛變成無數(shù)個(gè)小孫悟空的離奇故事，表達(dá)了人類對復(fù)制自身的幻想。上世紀(jì)初，韋伯（H.J.Webber）創(chuàng)造了“克隆”這一詞，其含義指由單個(gè)祖先個(gè)體經(jīng)過無性繁殖而產(chǎn)生的其他個(gè)體。１９３８年，德國科學(xué)家首次提出了哺乳動(dòng)物克隆的思想。1978年，美國科幻小說家羅維克（D.Rorvick）寫了一本名叫《克隆人》（TheCloningofaman，該書中文譯名為《復(fù)制人》）的書。當(dāng)前26頁，總共48頁。當(dāng)前27頁，總共48頁。如今，人們在談到“克隆人”時(shí)常常會(huì)問，克隆愛因斯坦則罷了，如果有人克隆希特勒那樣的狂人怎么辦？其實(shí)，這都是對克隆技術(shù)的誤解。1976年，科幻作家伊拉?萊文出版了一本極受歡迎的小說《巴西男孩》，就對這種誤解進(jìn)行了批判。這部作品圍繞著潛逃的納粹醫(yī)生門格爾的陰謀展開。在納粹德國行將覆滅時(shí)，門格爾受命潛入巴西，利用希特勒的基因制造了九十六個(gè)后代，后來分別寄養(yǎng)在九十六個(gè)家庭里?！栋臀髂泻ⅰ犯嬖V大家，究竟是克隆希特勒，還是克隆愛因斯坦都無關(guān)緊要，重要的是環(huán)境和教育?？寺〉膼垡蛩固谷绻钤诮裉?，恐怕只能作一個(gè)普通的大學(xué)教授。因?yàn)閮H靠個(gè)人天才就能完成重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的時(shí)代已經(jīng)過去了。而克隆出的希特勒如果生活在今天，無非會(huì)是德國的一個(gè)議員，市長，或者是一個(gè)職業(yè)畫家。因?yàn)楫?dāng)年產(chǎn)生種族主義的環(huán)境今天在歐洲已不復(fù)存在。

當(dāng)前28頁，總共48頁?？寺∪说姆傻匚?、克隆人是人不是物2、克隆人給社會(huì)帶來法律主體上的混亂3、克隆人給民事法律關(guān)系帶來的混亂a克隆人沒有監(jiān)護(hù)人b克隆人的人格權(quán)和榮譽(yù)權(quán)克隆的意義克隆人的好處第一是可以讓那些得不到孩子而非常痛苦的不育患者有自己的孩子。其二，這樣的克隆是只用丈夫妻子自己的精子卵子，這就避免了倫理上和心理上的陰影。還有，克隆還可以挽救瀕危動(dòng)物，保持人群性別的合理平衡，保護(hù)少數(shù)民族遺傳基因。更重要的是，克隆人可被用來研究，以比較和證明環(huán)境與遺傳對人成長究竟哪一個(gè)更重要。當(dāng)前29頁，總共48頁。當(dāng)前30頁，總共48頁。當(dāng)前31頁，總共48頁。

6、兩個(gè)有關(guān)的認(rèn)識難點(diǎn)

（1）既然動(dòng)物特化細(xì)胞的核仍然具有全能性，為什么說動(dòng)物細(xì)胞的發(fā)育潛能隨著細(xì)胞分化的深入而愈變愈窄？

（2）既然動(dòng)物特化細(xì)胞的核仍然具有全能性，為什么說動(dòng)物特化細(xì)胞在整體水平上失去了全能性？

四、細(xì)胞分化與基因的時(shí)空表達(dá)

1、差別基因表達(dá)和基因時(shí)空表達(dá)

兩類基因：

（1）管家基因

當(dāng)前32頁，總共48頁。

a、概念：是對維持細(xì)胞生存所必須的基本基因。稱為管家基因

。

b、通常都是中等重復(fù)DNA序列，在各種細(xì)胞中處于活性表達(dá)狀態(tài)，如rRNA、tRNA基因、組蛋白基因等。

（2）奢侈基因

a、概念：這類基因,與各種分化細(xì)胞的特性有直接關(guān)系的基因，由它們編碼的蛋白質(zhì)通常是一些具有特殊生理功能的結(jié)構(gòu)蛋白或酶,這類基因稱為奢侈基因。

當(dāng)前33頁，總共48頁。

b、它們大多數(shù)是單一序列的結(jié)構(gòu)基因，如肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、血紅蛋白、膠原蛋白基因。

c、功能：這些基因及表達(dá)產(chǎn)物在細(xì)胞分化中起關(guān)鍵作用。

d、表達(dá)特點(diǎn)：是受到嚴(yán)格的時(shí)空表達(dá)調(diào)控的，即它們只在特定的發(fā)育階段（時(shí)間），特定的組織（空間）才出現(xiàn)表達(dá)。人類基因組的3-4萬個(gè)基因不會(huì)同時(shí)表達(dá)，實(shí)際上只有1-2%的基因在表達(dá)，其它基因關(guān)閉，處于沉默狀態(tài)。

（3）差別基因表達(dá)：

概念：在某一時(shí)刻，有的基因在表達(dá)，而另外一些基因不表達(dá)。從而導(dǎo)致基因型完全相同的不同組織細(xì)胞的表型發(fā)生差異變化，這稱為—。

當(dāng)前34頁，總共48頁。（4）基因的時(shí)空表達(dá)：

a、著名的例子是人類紅細(xì)胞不同分化階段，由于表達(dá)基因不同，而產(chǎn)生不同的血紅蛋白類型。

b、有胚胎、嬰兒、成人血紅蛋白，它們的的組成亞基是不同的。在個(gè)體發(fā)育中，胚胎期是以胚胎血紅蛋白(四個(gè)亞基構(gòu)成，分別為兩個(gè)ε亞基和兩個(gè)ζ亞基

）為主，嬰兒期是以嬰兒血紅蛋白(四個(gè)亞基構(gòu)成，分別為兩個(gè)α亞基和兩個(gè)γ亞基

）為主，成人期是以成人血紅蛋白為主（人體內(nèi)的血紅蛋白由四個(gè)亞基構(gòu)成，分別為兩個(gè)α亞基和兩個(gè)β亞基

）。

2、細(xì)胞分化程度與基因時(shí)空表達(dá)的關(guān)系

a、分化程度很低的早期胚胎細(xì)胞的發(fā)育潛能：具有全能性或多能性，是因?yàn)檫@些細(xì)胞在未來的發(fā)育階段上，發(fā)生差別基因表達(dá)的可能性大；當(dāng)前35頁，總共48頁。b、對特化細(xì)胞而言：發(fā)育潛能已經(jīng)變得十分有限。因?yàn)楸M管它們的細(xì)胞核具有一整套基因組，但是按照基因時(shí)空表達(dá)的程序表，它們還能夠發(fā)生差別基因表達(dá)的可能性已經(jīng)極少了。如小朋友和老年人的可塑性比較。

五、細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞分化中的重要作用

1、動(dòng)物特化細(xì)胞喪失全能性的原因

既然動(dòng)物特化細(xì)胞的細(xì)胞核與植物特化細(xì)胞的細(xì)胞核一樣，保持有全能性，為什么動(dòng)物特化細(xì)胞不能像植物特化細(xì)胞那樣也具有發(fā)育潛能的全能性？當(dāng)前36頁，總共48頁。a、細(xì)胞全能性＝胞核全能性+細(xì)胞質(zhì)全能性

b、動(dòng)物特化細(xì)胞的細(xì)胞核＝植物特化細(xì)胞的細(xì)胞核＝具有全能性

c、動(dòng)物細(xì)胞失去全能性＝細(xì)胞質(zhì)失去全能性。

細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是必須將細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞或受精卵中，這就證實(shí)了動(dòng)物特化細(xì)胞本身的細(xì)胞質(zhì)失去了全能性，只有把核移植到具有全能性的卵細(xì)胞質(zhì)中，才能夠恢復(fù)整個(gè)細(xì)胞的全能性。當(dāng)前37頁，總共48頁。2、動(dòng)物卵細(xì)胞質(zhì)對細(xì)胞分化的調(diào)控

（1）卵細(xì)胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)：大多數(shù)動(dòng)物的卵呈現(xiàn)圓球形、內(nèi)部物質(zhì)不均一分布對細(xì)胞分化發(fā)生影響，分動(dòng)物極和植物極（圖5-6）。

a、動(dòng)物極：極體附著的一端，原生質(zhì)比較集中，卵裂進(jìn)行比較快。如蛙卵的動(dòng)物極有比較多的黑色素，比重小，受精后總是朝上；

b、植物極：相對的另一極是植物極，含有比較多的卵黃質(zhì)，分裂比較慢，比重大，總是朝下。

（2）不均一現(xiàn)象：動(dòng)物極到植物極的物質(zhì)出現(xiàn)分區(qū)現(xiàn)象，不均一現(xiàn)象決定了隨后的卵裂細(xì)胞的不同分化命運(yùn)。

當(dāng)前38頁，總共48頁。（3）決定子：卵細(xì)胞質(zhì)中不均一分布著某些決定細(xì)胞分化命運(yùn)的物質(zhì)，叫—。如蠅卵的極質(zhì)是性細(xì)胞決定子—生殖質(zhì)。馬蛔蟲的生殖質(zhì)在植物極這一端。圖5-6。

A、正常：只有植物極（下）這一端的細(xì)胞分化成生殖干細(xì)胞；

B、離心：混合（作用是將兩極物質(zhì)混合）后，第一次卵裂的兩個(gè)子細(xì)胞全部分化為生殖干細(xì)胞。當(dāng)前39頁，總共48頁。當(dāng)前40頁，總共48頁。3、細(xì)胞分化決定子的性質(zhì)

a、概念：是儲(chǔ)存于成熟卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的遺傳調(diào)控信息即多種mRNA。b、

mRNA的類型：多達(dá)2萬-5萬種，每種mRNA的拷貝具有600多個(gè)，與專一性的蛋白質(zhì)結(jié)合成RNP顆粒（信息體），形成一種叫做隱蔽mRNA的特殊形式，儲(chǔ)存于卵細(xì)胞質(zhì)中。所以卵細(xì)胞才具有巨大的發(fā)育潛能。

當(dāng)前41頁，總共48頁。4、隱蔽mRNA的特點(diǎn)：4個(gè)

a、這些隱蔽的mRNA都是在卵母細(xì)胞形成過程中轉(zhuǎn)錄合成而貯存下來的，并不是在受精卵階段才轉(zhuǎn)錄合成的。

放線菌素D(抑制轉(zhuǎn)錄活性的化學(xué)藥劑)處理海膽的受精卵，轉(zhuǎn)錄抑制活性了90%，但胚胎發(fā)育并未出現(xiàn)受阻的跡象。---這說明起關(guān)鍵作用的正是早已貯存的隱蔽mRNA。

b、隱蔽的mRNA在卵母細(xì)胞中貯存時(shí)，基本上是處于非活性狀態(tài)，在受精后被激活。其激活機(jī)制是Na+濃度的改變。當(dāng)前42頁，總共48頁。c、隱蔽mRNA在受精后激活，其指導(dǎo)的翻譯決定了細(xì)胞分化。實(shí)驗(yàn)表明，用抑制翻譯合成的化學(xué)藥劑（嘌呤霉素）處理受精卵，抑制翻譯活動(dòng)，結(jié)果細(xì)胞分化完全終止。

d、由于各種類型的隱蔽mRNA在卵細(xì)胞質(zhì)中式不均一分布和定位貯存的，所以隨著卵裂時(shí)細(xì)胞質(zhì)不同區(qū)域分別進(jìn)入不同子細(xì)胞中，從而不同子細(xì)胞的細(xì)胞分化方向也就不同了。

當(dāng)前43頁，總共48頁。六、內(nèi)外環(huán)境對細(xì)胞分化的影響1、激素對細(xì)胞分化的調(diào)控作用（1）概念：是由多種內(nèi)分泌腺體排到體液或血液中的信號效應(yīng)物質(zhì)，在遠(yuǎn)距離的細(xì)胞之間起著信息傳遞作用。靶細(xì)胞：受其調(diào)控的細(xì)胞叫—。它具有激素受體（2）激素的種類：a、生長激素：由腦垂體分泌，促進(jìn)細(xì)