細(xì)胞通過分化產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞【高效備課精研+知識(shí)精講提升】 高一生物 精講課件（浙科版2019必修1）

細(xì)胞通過分化產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞第4章

細(xì)胞的生命歷程

資料：像人這樣的多細(xì)胞生物，如果在生長發(fā)育過程中只有細(xì)胞分裂，能否由一個(gè)受精卵發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體？成年人細(xì)胞總數(shù)約1012-14個(gè)，種類有200多種。有四大組織、八大系統(tǒng)。這些細(xì)胞均來自于同一個(gè)受精卵。神經(jīng)細(xì)胞纖維原細(xì)胞骨細(xì)胞橫紋肌細(xì)胞小腸上皮細(xì)胞脂肪細(xì)胞紅細(xì)胞平滑肌細(xì)胞細(xì)胞分裂細(xì)胞分化基礎(chǔ)細(xì)胞分裂細(xì)胞分化受精卵成體細(xì)胞數(shù)目增多結(jié)果細(xì)胞種類增多結(jié)果生物的個(gè)體發(fā)育就是通過細(xì)胞的_____和_____過程來共同實(shí)現(xiàn)的！分裂分化課程導(dǎo)入只進(jìn)行分裂人和許多的多細(xì)胞生物是怎么來的呢？具有不同形態(tài)和功能的細(xì)胞是通過分化過程形成的。細(xì)胞通過分裂增殖多細(xì)胞生物都是由許多在形態(tài)和功能上不同的細(xì)胞組成的，這些具有不同形態(tài)和功能的細(xì)胞是通過分化過程形成的。細(xì)胞分化和細(xì)胞分裂有何不同？細(xì)胞分化成不同細(xì)胞，是由于細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不同嗎？

資料：思考：1.為什么健康人的血細(xì)胞數(shù)量不會(huì)隨著血細(xì)胞的死亡而減少？2.骨髓與血細(xì)胞的形成有什么關(guān)系？在人體內(nèi)，紅細(xì)胞的壽命為120d左右，白細(xì)胞的壽命為5～7d。這些血細(xì)胞都是失去分裂能力的細(xì)胞。白血病患者的血液中出現(xiàn)大量的異常白細(xì)胞，而正常的血細(xì)胞明顯減少。通過骨髓移植可以有效地治療白血病。一、細(xì)胞能產(chǎn)生特異性變化（一）細(xì)胞分化多細(xì)胞生物的個(gè)體是由各種各樣的細(xì)胞組成的。例如，人體胚胎發(fā)育過程中，除了細(xì)胞數(shù)量不斷增多外，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能也發(fā)生很大的差異，產(chǎn)生很多種不同類型的細(xì)胞。

細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生持久的、差異性變化的過程稱為細(xì)胞分化（celldifferentiation）。干細(xì)胞造血干細(xì)胞其他干細(xì)胞造血系統(tǒng)神經(jīng)細(xì)胞肌肉細(xì)胞脂肪細(xì)胞肝臟骨骼細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞肌肉細(xì)胞干細(xì)胞分化產(chǎn)生不同類型細(xì)胞示意圖由分生區(qū)細(xì)胞分化形成特點(diǎn)一：細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物普遍具有的，具有普遍性特點(diǎn)二：細(xì)胞的分化是伴隨著生物體整個(gè)生命進(jìn)程，具有持久性成熟區(qū)伸長區(qū)分生區(qū)根冠有絲分裂母細(xì)胞子細(xì)胞遺傳物質(zhì)細(xì)胞會(huì)分化成不同的組織器官是因?yàn)槟承┻z傳物質(zhì)丟失造成的嗎？細(xì)胞分化并非由于遺傳物質(zhì)丟失造成的，它與遺傳物質(zhì)有選擇地發(fā)揮作用有關(guān)。比較項(xiàng)目細(xì)胞中的基因細(xì)胞中的蛋白質(zhì)肌動(dòng)蛋白基因胰島素基因肌動(dòng)蛋白胰島素肌細(xì)胞＋＋＋－胰島細(xì)胞＋＋－＋比較胰島β細(xì)胞和肌細(xì)胞中的基因和蛋白質(zhì)，得出細(xì)胞分化的根本原因細(xì)胞分化根本原因：基因的選擇性表達(dá)為什么遺傳信息相同的細(xì)胞，形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能差異如此之大呢？轉(zhuǎn)錄(基因)蛋白質(zhì)DNARNA翻譯基因血紅蛋白基因肌動(dòng)蛋白基因蛋白質(zhì)血紅蛋白肌動(dòng)蛋白那么細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及生理功能的差異是由哪種物質(zhì)直接表現(xiàn)出來的呢？血紅蛋白基因開啟肌動(dòng)蛋白基因關(guān)閉紅細(xì)胞合成血紅蛋白（不合成肌動(dòng)蛋白）血紅蛋白基因關(guān)閉肌動(dòng)蛋白基因開啟肌細(xì)胞合成肌動(dòng)蛋白（不合成血紅蛋白）ABDCEEDCABEDCABEDCABEDCAB基因細(xì)胞中的基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，即在個(gè)體發(fā)育過程中，不同種類的細(xì)胞中遺傳信息的表達(dá)情況不同。神經(jīng)細(xì)胞肌細(xì)胞紅細(xì)胞正常細(xì)胞染色體具有相同遺傳物質(zhì)的細(xì)胞在不同的組織中呈現(xiàn)出形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能的特異性變化細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)，有些是維持細(xì)胞生存所必需的，在各類細(xì)胞中都處于活動(dòng)狀態(tài)有些則在不同的組織細(xì)胞中表現(xiàn)不同的活動(dòng)狀態(tài)特點(diǎn)三：遺傳物質(zhì)不變，具有穩(wěn)定性生物的個(gè)體發(fā)育通過細(xì)胞的分化過程來實(shí)現(xiàn)的；生物體的正常發(fā)育，是細(xì)胞分化受到高度精妙調(diào)控的結(jié)果。意義：通過細(xì)胞分化使細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。細(xì)胞分化根本原因：基因的選擇性表達(dá)細(xì)胞分化直接原因：合成了具有特定結(jié)構(gòu)

和功能的蛋白質(zhì)一旦細(xì)胞失去控制，會(huì)發(fā)生什么？細(xì)胞分化會(huì)發(fā)生異常，細(xì)胞不受控制地分裂。特點(diǎn)四：一般來說，已分化的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直至死亡，

具有不可逆性（二）干細(xì)胞干細(xì)胞是一類可以分化成為各種細(xì)胞的未分化細(xì)胞。受精卵是全能干細(xì)胞能產(chǎn)生生物體所需要的所有類型的細(xì)胞分化能力大小：可以發(fā)育成為除部分胎盤以外的所有成體組織胚胎干細(xì)胞是多能干細(xì)胞主要存在于骨髓中的造血干細(xì)胞，能夠分化成各種血細(xì)胞（紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等），也能分化出造血系統(tǒng)以外的細(xì)胞。理論上說，干細(xì)胞可以用來治療各種人類疾病人胚胎或骨髓的干細(xì)胞培養(yǎng)神經(jīng)組織心臟移植器官的新來源人類心腦血管疾病、癌癥等重大疾患的根本措施干細(xì)胞及其衍生組織器官的臨床廣泛應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究干細(xì)胞可以用于治療血液系統(tǒng)疾?。ㄈ绨籽。w外培養(yǎng)組織或器官,通過移植治療疾病干細(xì)胞的應(yīng)用臍帶血細(xì)胞分化定義：是細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生持久的、差異性變化的過程。特點(diǎn)普遍性——多細(xì)胞生物普遍具有持久性——貫穿于生物體整個(gè)生命進(jìn)程中穩(wěn)定性——遺傳物質(zhì)不變不可逆性——一般來說，已分化的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直至死亡。功能：個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)，使細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，利于提高各種生理功能的效率。原因根本原因：是個(gè)體發(fā)育過程中，不同的細(xì)胞中遺傳物質(zhì)的表達(dá)情況不同，即基因的選擇性表達(dá)。直接原因：是合成了具有特定結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)小結(jié)

早期胚胎通過細(xì)胞分裂和分化逐漸發(fā)育，形成各種組織和器官。如果給予一定的條件，這些組織和器官中高度分化的細(xì)胞，能不能像早期胚胎那樣，再分化成其他細(xì)胞呢?二、細(xì)胞具有全能性受精卵具有分化出各種細(xì)胞的潛能細(xì)胞全能性具備全能性（可發(fā)育成個(gè)體）進(jìn)一步分裂失去全能性（只能發(fā)育成特定的組織）為什么分化的細(xì)胞具有全能性？★體細(xì)胞中都含有該物種全套的遺傳物質(zhì)，即都含有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全部基因1.定義：指高度

的組織細(xì)胞仍具有

的潛能。分化發(fā)育成完整個(gè)體★分化程度越高的細(xì)胞，分化潛能越小但在20世紀(jì)50年代初期，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在植物中高度分化的組織細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整植株的能力，也就是說有全能性。發(fā)現(xiàn)將胡蘿卜根中的細(xì)胞取出，放在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，單個(gè)細(xì)胞就會(huì)分裂并分化，最后形成植株。將這種植株移植到土壤中，它生長正常，并能開花結(jié)實(shí)。正常情況下，一個(gè)已經(jīng)分化的細(xì)胞是不能再形成其他細(xì)胞的，但是經(jīng)過一些特殊的處理之后，它能夠重新形成一個(gè)個(gè)體。20世紀(jì)初，美國科學(xué)家將胡蘿卜的根中的細(xì)胞取出，放在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，單個(gè)細(xì)胞就會(huì)分裂分化，最后形成植株。資料1：胡蘿卜根分離的單個(gè)細(xì)胞單個(gè)細(xì)胞分裂成多個(gè)細(xì)胞多個(gè)細(xì)胞分化成胚狀體試管植株（長在培養(yǎng)基中）長成的胡蘿卜植株高度分化的植物細(xì)胞具有全能性注意：植物細(xì)胞要使細(xì)胞全能性表達(dá)，要像實(shí)驗(yàn)中一樣處在離體的狀態(tài)下。離體的狀態(tài)適宜的水分，無機(jī)鹽和有機(jī)營養(yǎng)和激素適宜的溫度條件高度分化的動(dòng)物細(xì)胞仍具有全能性嗎？條件高度分化的植物組織具有發(fā)育成完整植株的潛能，保持著發(fā)育的全能性資料2：科學(xué)家曾用非洲爪蟾的蝌蚪做實(shí)驗(yàn)，將它的小腸上皮細(xì)胞的核移植到去核的卵細(xì)胞中，結(jié)果獲得了新的個(gè)體。思考：①動(dòng)物細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)能獲得新的個(gè)體嗎？②與資料1相比，你能從資料2中的實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論？到目前為止，人們還沒有成功地將單個(gè)已分化的動(dòng)物體細(xì)胞培養(yǎng)成新的個(gè)體。已分化的動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性。紫外線細(xì)胞核卵核被破壞蝌蚪的腸細(xì)胞細(xì)胞核核移植8個(gè)細(xì)胞的胚蝌蚪資料3：克隆羊多莉的誕生黑面母羊

白面母羊代孕母羊去核卵細(xì)胞核早期胚胎多莉羊的成功克隆證明了細(xì)胞核的全能性。分化程度分化潛能高小動(dòng)物細(xì)胞不能表現(xiàn)全能性原因：受到了細(xì)胞內(nèi)一些物質(zhì)的限制保持著原有的全部遺傳物質(zhì)，具有全能性?？寺⊙颉嗬蜃C明了細(xì)胞核的全能性全能性的應(yīng)用火焰蘭的快速繁殖一粒種子萌發(fā)為幼苗，并長成參天大樹是否體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性呢？這個(gè)過程沒有體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。種子是植物的幼體，而不是一個(gè)細(xì)胞。種子發(fā)育成植株是個(gè)體正常發(fā)育的過程。細(xì)胞全能性大小植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞（動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核全能性仍可以表達(dá)）同一生物體內(nèi)細(xì)胞全能性的大小:受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高，細(xì)胞全能性的表現(xiàn)能力就越低大強(qiáng)細(xì)胞全能性細(xì)胞分裂正相關(guān)小結(jié)細(xì)胞分化細(xì)胞全能性原因細(xì)胞內(nèi)基因的選擇性表達(dá)已分化的細(xì)胞依舊含有本物種的全套遺傳信息結(jié)果形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同的細(xì)胞可形成新的個(gè)體比較分化程度：體細(xì)胞＞生殖細(xì)胞＞受精卵全能性：受精卵＞生殖細(xì)胞＞體細(xì)胞關(guān)系①兩者的遺傳物質(zhì)都不發(fā)生變化②細(xì)胞的分化程度越高，具有的全能性越小受精卵胚胎干細(xì)胞多能干細(xì)胞專能干細(xì)胞體細(xì)胞分裂能力、分化能力、全能性逐漸減弱；分化程度逐漸增強(qiáng)拓展延伸2012年，日本科學(xué)家山中伸彌（ShinyaYamanaka，1962—）因在誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（inducedpluripotentstemcell，簡稱iPSC）方面所做的開創(chuàng)性工作而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這項(xiàng)研究的意義何在？干細(xì)胞的一個(gè)顯著特點(diǎn)是進(jìn)行不對(duì)稱分裂，就是干細(xì)胞經(jīng)過一次分裂所產(chǎn)生的兩個(gè)細(xì)胞中，一個(gè)仍然是干細(xì)胞，另一個(gè)則經(jīng)過多次分裂后，會(huì)變成各式各樣的體細(xì)胞。按照來源，干細(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞和誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞。若把早期胚胎中的細(xì)胞團(tuán)分離出來并進(jìn)行培養(yǎng)，這些細(xì)胞就會(huì)不斷分裂增殖并維持在未分化狀態(tài)，這樣就得到了人工培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞。同樣，也可以通過人工培養(yǎng)獲得成體干細(xì)胞。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞則是通過人工方法誘導(dǎo)已完成分化的成熟細(xì)胞“去分化”，逆轉(zhuǎn)成為具有分裂能力和分化潛能的多功能干細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞重新編程過程。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞這一極富創(chuàng)新性的研究具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值，在生物基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有著巨大的推動(dòng)作用。鞏固練習(xí)1.有關(guān)細(xì)胞全能性的敘述，正確的是（）A.植物體只有體細(xì)胞才具有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全套基因B.高度分化的植物細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)時(shí)才有可能表現(xiàn)出全能性C.植物體內(nèi)某些體細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因發(fā)生了改變D.紫色糯性玉米種子培育成植株，這體現(xiàn)了植物種子具有全能性B2.有人取同一生物的不同細(xì)胞，檢測其基因表達(dá)，結(jié)果如圖。下列分析不正確的是（）A.若基因1~8中有一個(gè)是控制細(xì)胞呼吸酶的基因，則最可能是基因2B.判斷圖中細(xì)胞功能近似程度的依據(jù)是表達(dá)的相同基因最多，差異表達(dá)的基因最少C.功能最為近似的細(xì)胞是1與6D.細(xì)胞分化使不同細(xì)胞中蛋白質(zhì)完全不同，導(dǎo)致細(xì)胞的形態(tài)和功能各不相同D基因細(xì)胞類型表達(dá)未表達(dá)3．下列關(guān)于細(xì)胞分化的敘述，錯(cuò)誤的是(

)A．細(xì)胞分化后產(chǎn)生多種類型細(xì)胞B．分化后的細(xì)胞不再具有全能性C．細(xì)胞無限增殖是細(xì)胞異常分化導(dǎo)致的D．細(xì)胞分化導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能的改變B4.下列關(guān)于細(xì)胞分化的說法錯(cuò)誤的是(

)A．細(xì)胞分化形成多種組織器官，是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)B．細(xì)胞分化是遺傳物質(zhì)向不同方向變化的結(jié)果C．細(xì)胞分裂增加細(xì)胞的數(shù)目，細(xì)胞分化增加細(xì)胞的種類D．細(xì)胞異常分化往往導(dǎo)致細(xì)胞癌變B5.正常情況下體內(nèi)的造血干細(xì)胞只能分化產(chǎn)生各種血細(xì)胞，在體外某些因素的誘導(dǎo)下，卻可以分化為神經(jīng)細(xì)胞和肝細(xì)胞。其根本