細(xì)胞分化、衰老和凋亡第一課時(shí)細(xì)胞分化和細(xì)胞的全能性學(xué)習(xí)目標(biāo)1．概述細(xì)胞分化的概念、特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)(重難點(diǎn))。2.概述細(xì)胞全能性的概念。|基礎(chǔ)知識(shí)|一、細(xì)胞分化1．個(gè)體的發(fā)育(1)通過(guò)細(xì)胞分裂，細(xì)胞數(shù)量越來(lái)越多；(2)細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生特異性的變化。2．細(xì)胞分化(1)概念：由一個(gè)或一種細(xì)胞經(jīng)細(xì)胞分裂產(chǎn)生的后代，在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上逐漸發(fā)生穩(wěn)定性差異的過(guò)程。(2)實(shí)質(zhì)：基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。(3)結(jié)果：有序的細(xì)胞分化能夠增加細(xì)胞的類型，進(jìn)而由不同類型的細(xì)胞構(gòu)成生物體的組織和器官，執(zhí)行不同的生理功能。3．實(shí)例：骨髓干細(xì)胞的分化骨髓干細(xì)胞eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(造血干細(xì)胞\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(單核細(xì)胞,粒細(xì)胞,紅細(xì)胞,血小板)),淋巴干細(xì)胞→淋巴細(xì)胞))二、細(xì)胞的全能性1．植物細(xì)胞的全能性(1)概念：植物體中單個(gè)已經(jīng)分化的細(xì)胞具有發(fā)育成完整個(gè)體的全部遺傳物質(zhì)，在適宜的條件下，仍然具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。(2)實(shí)現(xiàn)的條件：離體的植物組織或細(xì)胞。2．植物組織培養(yǎng)(1)原理：植物細(xì)胞的全能性。(2)含義：將離體的植物組織或細(xì)胞培育成正常植株的技術(shù)。(3)基本過(guò)程：離體細(xì)胞eq\o(→,\s\up14(脫分化和增殖))愈傷組織eq\o(→,\s\up14(再分化))胚狀體eq\o(→,\s\up14(發(fā)育))試管苗→新植株(4)意義①研究離體組織或細(xì)胞在不受植物體其他部分干擾條件下的生長(zhǎng)和分化規(guī)律。②人們可以通過(guò)改變其培養(yǎng)條件來(lái)影響它們的生長(zhǎng)和分化。3．應(yīng)用(1)將離體的植物組織或細(xì)胞培育成正常植株的技術(shù)，如花藥離體培養(yǎng)技術(shù)、莖尖分生組織無(wú)病毒植株培養(yǎng)技術(shù)等。(2)研究植物器官、組織和細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和發(fā)育規(guī)律，解決植物形態(tài)建成中的一些理論問(wèn)題。|自查自糾|判斷正誤：(1)細(xì)胞分化是一種持久性的變化，一般分化后的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)。()(2)細(xì)胞分化只發(fā)生于個(gè)體發(fā)育的胚胎時(shí)期。()(3)細(xì)胞分化后遺傳物質(zhì)會(huì)發(fā)生一定改變。()(4)細(xì)胞全能性是指已分化的細(xì)胞，仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。()(5)植物組織培養(yǎng)說(shuō)明高度分化的植物細(xì)胞具有全能性。()(6)種子萌發(fā)成植株體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×|圖解圖說(shuō)|細(xì)胞分化形成不同形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞★細(xì)胞具有全能性與細(xì)胞全能性的表達(dá)不是一個(gè)概念，全能性表達(dá)的終點(diǎn)是形成新個(gè)體。想一想壁虎斷尾后一段時(shí)間尾巴能重新長(zhǎng)出，這一過(guò)程是否體現(xiàn)出細(xì)胞的全能性？提示：未體現(xiàn)出細(xì)胞的全能性，未發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體。探究點(diǎn)一細(xì)胞分化1．下表表示雞的細(xì)胞所含有的基因和表達(dá)情況，其中“＋”代表“有”，“－”代表“沒有”。項(xiàng)目類型卵清蛋白基因β珠蛋白基因胰島素基因卵清蛋白β珠蛋白胰島素輸卵管細(xì)胞＋＋＋＋－－成紅細(xì)胞＋＋＋－＋－胰島素細(xì)胞＋＋＋－－＋讀上表可知：細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。2．由同一受精卵發(fā)育來(lái)的葉肉細(xì)胞、表皮細(xì)胞、儲(chǔ)藏細(xì)胞為什么形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各不相同？上述細(xì)胞的DNA數(shù)目有何關(guān)系？提示：(1)是細(xì)胞分化的結(jié)果，由于基因的選擇性表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能上出現(xiàn)差異。(2)上述細(xì)胞由同一受精卵發(fā)育而來(lái)，因此細(xì)胞的DNA數(shù)目相同。3．細(xì)胞分化發(fā)生在生物體的什么時(shí)期？提示：生物體的整個(gè)生命進(jìn)程中。4．人體血液中每時(shí)每刻都有血細(xì)胞在死亡，但是血液中各種血細(xì)胞的數(shù)量卻基本保持不變，為什么？提示：骨髓造血干細(xì)胞不斷增殖產(chǎn)生新細(xì)胞，并分化成相應(yīng)的血細(xì)胞，維持了血細(xì)胞總量基本不變。5．細(xì)胞分化與細(xì)胞分裂有何聯(lián)系？提示：(1)細(xì)胞的分裂與分化往往是相伴相隨的，常常表現(xiàn)出邊分裂邊分化的現(xiàn)象；(2)隨著細(xì)胞分化程度的增進(jìn)，細(xì)胞的分裂能力逐漸下降，最后高度分化的細(xì)胞同時(shí)失去了分裂能力，這種現(xiàn)象從另一個(gè)側(cè)面也反映出兩者之間的伴隨關(guān)系；(3)細(xì)胞的分化并不是單個(gè)細(xì)胞或少數(shù)細(xì)胞的孤立變化，而必須以細(xì)胞增殖生成的一定數(shù)量的細(xì)胞作基礎(chǔ)?！究偨Y(jié)歸納】1．細(xì)胞的分化(1)細(xì)胞分化的過(guò)程：在細(xì)胞外觀尚未出現(xiàn)明顯變化之前，細(xì)胞分化的前途就由遺傳信息的執(zhí)行情況決定了。分化的細(xì)胞內(nèi)首先出現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)的變化，如結(jié)構(gòu)蛋白和催化化學(xué)反應(yīng)的酶不同，進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上的不同。細(xì)胞分化過(guò)程如下圖所示：(2)細(xì)胞分化的原因：①在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，不同細(xì)胞中遺傳信息的執(zhí)行情況是不同的，例如在紅細(xì)胞中，與血紅蛋白合成有關(guān)的基因處于活動(dòng)狀態(tài)，與肌動(dòng)蛋白合成有關(guān)的基因則處于關(guān)閉狀態(tài)，而在肌細(xì)胞中則相反。②正是由于不同細(xì)胞表達(dá)出來(lái)的基因不同，轉(zhuǎn)錄、翻譯成不同的蛋白質(zhì)，從而引起細(xì)胞形態(tài)和功能的不同，因而細(xì)胞之間就出現(xiàn)了差異。如下圖所示：(3)細(xì)胞分化的特點(diǎn)：①持久性：細(xì)胞分化貫穿于整個(gè)生命進(jìn)程中，即在生物的一生中時(shí)刻都在發(fā)生著細(xì)胞的分化。②穩(wěn)定性和不可逆性：一般來(lái)說(shuō)，分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡。③普遍性：細(xì)胞分化在生物界中普遍存在，是生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。④不變性：分化后細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)并未發(fā)生變化。例如同一生物體內(nèi)肝臟細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)是相同的。(4)細(xì)胞分化的結(jié)果：經(jīng)過(guò)細(xì)胞分化，在多細(xì)胞生物體內(nèi)就會(huì)形成不同的細(xì)胞或組織。(5)細(xì)胞分化的意義：①細(xì)胞分化是生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)，多細(xì)胞生物只有經(jīng)過(guò)細(xì)胞分化才能形成具有特定結(jié)構(gòu)、功能的組織和器官。②細(xì)胞分化使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。2．細(xì)胞分裂、分化與個(gè)體發(fā)育的關(guān)系eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(細(xì)胞分裂→增加細(xì)胞數(shù)目→個(gè)體生長(zhǎng)的基礎(chǔ),,,細(xì)胞分化→增加細(xì)胞種類→個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)))eq\o(→,\s\up14(導(dǎo)致))eq\a\vs4\al(個(gè)體,生長(zhǎng),發(fā)育)【例1】細(xì)胞分化是奢侈基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。下列屬于奢侈基因的是()A．血紅蛋白基因 B．ATP合成酶基因C．呼吸酶基因 D．核糖體蛋白基因嘗試解答解析奢侈基因既然是選擇性表達(dá)，說(shuō)明它只在特定細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。血紅蛋白基因只在紅細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，因此血紅蛋白基因是奢侈基因。而ATP合成酶、呼吸酶、核糖體蛋白廣泛存在于多種細(xì)胞中，其基因的表達(dá)不具有選擇性，因此這些基因不是奢侈基因。答案A【跟蹤訓(xùn)練】1．在人體內(nèi)細(xì)胞正常分化過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)的是()A．細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變B．細(xì)胞器數(shù)量發(fā)生改變C．細(xì)胞的功能發(fā)生改變D．細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)發(fā)生改變解析細(xì)胞分化的結(jié)果是形態(tài)、結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生穩(wěn)定性的差異，細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞中基因選擇性表達(dá)，遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變。答案D探究點(diǎn)二細(xì)胞的全能性1．結(jié)合教材P103圖5－9思考：該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明植物細(xì)胞具有生長(zhǎng)發(fā)育的全能性嗎？為什么？提示：能。該實(shí)驗(yàn)取胡蘿卜根韌皮部的組織塊經(jīng)培養(yǎng)形成了完整的胡蘿卜植株，證明了植物細(xì)胞具有發(fā)育的全能性。2．為什么已分化的細(xì)胞仍具有全能性？提示：已分化的細(xì)胞都由受精卵經(jīng)有絲分裂而來(lái)，都具有和受精卵相同的全套遺傳物質(zhì)。3．細(xì)胞的全能性指已經(jīng)分化的細(xì)胞仍然具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能，這里為什么強(qiáng)調(diào)“潛能”二字？提示：分化后的細(xì)胞盡管在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能上發(fā)生了變化，但仍保留著保持本物種遺傳特性的全套基因，基因并未因分化而丟失或改變，所以高度分化的細(xì)胞仍然具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力，要真正實(shí)現(xiàn)全能性的表達(dá)，往往需要給予一定的條件，這種潛在的能力才可以實(shí)現(xiàn)表達(dá)。4．根據(jù)植物細(xì)胞全能性的有關(guān)內(nèi)容，你認(rèn)為人體成熟的紅細(xì)胞具有全能性嗎？提示：不具有。細(xì)胞具有全能性的前提是細(xì)胞核中擁有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全部基因，由于人的成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核，故已喪失全能性。5．干細(xì)胞具有一定的分裂和分化能力，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們有望通過(guò)誘導(dǎo)干細(xì)胞發(fā)育成特定的組織或器官，此技術(shù)將會(huì)給需要器官移植的患者帶來(lái)福音。根據(jù)以上材料，思考下列問(wèn)題：(1)誘導(dǎo)干細(xì)胞發(fā)育成特定的組織或器官是否體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性？提示：不能體現(xiàn)出全能性。因?yàn)橹皇前l(fā)育形成組織或器官，而沒有發(fā)育成完整個(gè)體。(2)總結(jié)判斷體現(xiàn)細(xì)胞全能性的條件。提示：判斷體現(xiàn)全能性需滿足以下兩個(gè)條件：①發(fā)育的起點(diǎn)是高度分化的組織或細(xì)胞。②發(fā)育的終點(diǎn)是完整的生物個(gè)體。1．體細(xì)胞具有全能性的原因由于體細(xì)胞一般是通過(guò)有絲分裂增殖而來(lái)的，一般已分化的細(xì)胞都有一整套和受精卵相同的遺傳物質(zhì)。因此，已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整新個(gè)體的潛能。在適宜的條件下，有些已分化的細(xì)胞具有恢復(fù)分裂、重新分化發(fā)育成完整新個(gè)體的能力。2．細(xì)胞在生物體內(nèi)沒有表現(xiàn)全能性的原因在生物體內(nèi)細(xì)胞不表現(xiàn)全能性，而是分化為不同的組織、器官，其原因在于基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)。3．實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞全能性的條件離體(必要條件)、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(水、無(wú)機(jī)鹽、維生素、氨基酸等)、激素(細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素)、適宜的條件(適宜的溫度、pH)。4．細(xì)胞分化與細(xì)胞的全能性細(xì)胞分化細(xì)胞全能性原理細(xì)胞內(nèi)基因選擇性表達(dá)含有本物種全套遺傳物質(zhì)特點(diǎn)①持久性：細(xì)胞分化貫穿于生物體整個(gè)生命進(jìn)程中；②穩(wěn)定和不可逆性：一般來(lái)說(shuō)，分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡；③普遍性：生物界中普遍存在，是生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)①高度分化的植物體細(xì)胞具有全能性(植物細(xì)胞在離體的情況下，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他適宜的外界條件下，才能表現(xiàn)其全能性)；②動(dòng)物已分化的體細(xì)胞全能性受到限制，但細(xì)胞核仍具有全能性結(jié)果形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同的細(xì)胞形成新的個(gè)體大小比較細(xì)胞分化程度有高低之分，體細(xì)胞＞生殖細(xì)胞＞受精卵細(xì)胞全能性有大小之分：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)生改變；②細(xì)胞分化程度越高，具有的全能性越小【例2】下列實(shí)例中能體現(xiàn)細(xì)胞全能性的是()①用胡蘿卜單個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)成了可育的植株②植物用種子繁殖后代③用煙草某種組織培養(yǎng)出了可育的完整植株A．①② B．①③C．②③ D．①②③嘗試解答解析細(xì)胞全能性是指已經(jīng)分化的細(xì)胞，仍然具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。其中①和③都是屬于由分化的細(xì)胞或組織經(jīng)過(guò)培養(yǎng)形成可育的植株，體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。植物用種子繁殖后代，實(shí)際上就是由一個(gè)受精卵，通過(guò)細(xì)胞的增殖和分化發(fā)育成的新個(gè)體，所以是由未經(jīng)分化的細(xì)胞(受精卵)發(fā)育成新個(gè)體的過(guò)程，因此不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。答案B【跟蹤訓(xùn)練】2．下列關(guān)于細(xì)胞全能性的理解，正確的是()A．從理論上講，生物體的每一個(gè)體細(xì)胞都具有全能性B．未脫離植株的幼葉，在適當(dāng)?shù)那闆r下能表現(xiàn)出全能性C．在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，由于細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生變化，細(xì)胞不能表現(xiàn)出全能性D．脫離了植株的芽，一定能表現(xiàn)出全能性解析生物體的每一個(gè)體細(xì)胞都與受精卵具有相同的遺傳物質(zhì)，從理論上來(lái)說(shuō)都具有全能性。離體的組織在適宜條件下才能表現(xiàn)出全能性。在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，由于基因的選擇性表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞不能表現(xiàn)出全能性而形成不同的組織、器官。答案A知識(shí)脈絡(luò)要點(diǎn)晨背1.受精卵經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)和分化，形成了形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能各不相同的細(xì)胞，并進(jìn)一步構(gòu)成組織和器官。2.細(xì)胞分化是由同一種類型的細(xì)胞經(jīng)細(xì)胞分裂后，逐漸在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上形成穩(wěn)定性的差異，產(chǎn)生不同的細(xì)胞類群的過(guò)程，是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。3.植物細(xì)胞的全能性是指植物體中單個(gè)已經(jīng)分化的細(xì)胞具有發(fā)育成完整個(gè)體的全部遺傳物質(zhì)，在適宜的條件下，仍然具有能夠發(fā)育成完整植株的潛能。1．下列與生物體正常生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的生理過(guò)程是()A．細(xì)胞分裂 B．細(xì)胞分化C．細(xì)胞生長(zhǎng) D．A、B、C均是解析生物體的生長(zhǎng)與細(xì)胞分裂和細(xì)胞生長(zhǎng)有直接關(guān)系；在細(xì)胞分裂的基礎(chǔ)上通過(guò)細(xì)胞分化形成各種細(xì)胞，完成個(gè)體發(fā)育。答案D2．下列關(guān)于細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化的敘述，錯(cuò)誤的是()A．生物體的生長(zhǎng)發(fā)育是細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化的結(jié)果B．生物體通過(guò)細(xì)胞分化，細(xì)胞之間逐漸發(fā)生了穩(wěn)定性的差異C．細(xì)胞分裂是細(xì)胞分化的基礎(chǔ)D．細(xì)胞分化過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生了變化解析個(gè)體發(fā)育首先是細(xì)胞經(jīng)有絲分裂使細(xì)胞數(shù)目增多，在此基礎(chǔ)上，不同細(xì)胞選擇性表達(dá)不同的基因，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分化，但分化的細(xì)胞內(nèi)含有相同的遺傳物質(zhì)。分裂是分化的基礎(chǔ)，分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。答案D3．在上海世博會(huì)上，荷蘭館展出該國(guó)的國(guó)花郁金香，鮮艷奪目，它是用名貴的郁金香品種的莖尖細(xì)胞人工培育而成的。這一培育技術(shù)反映了()A．細(xì)胞具有增殖的功能B．細(xì)胞具有分化的功能C．分化的細(xì)胞具有全能性D．生物體具有頑強(qiáng)的生命力解析植物組織培養(yǎng)體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。答案C4．骨髓移植是治療白血病常用的有效方