第二十四节细胞分化

细胞分化主讲：黄冈中学优秀生物教师徐海军一、细胞分化的概念、实例1、概念：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，叫做细胞分化。2、细胞分化的实例：如根尖的分生区细胞不断分裂、分化，形成成熟区的输导组织细胞、薄壁组织细胞、根毛细胞等；胚珠发育成种子，子房发育成果实；受精卵发育成蝌蚪，再发育成青蛙；骨髓造血、皮肤再生等都包含着细胞的分化。二、细胞分化的特点1、持久性：一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。2、差异性：高等生物比低等生物分化显著；动物比植物分化显著。3、不可逆转性：一般情况下细胞分化是不可逆转的过程。如心肌细胞、红细胞不能转化为中胚层细胞，两者之间也不能相互转化。注：细胞分化在生物体的整个生命进程中都发生，胚胎时期达到最大。三、细胞分化的本质细胞分化是基因选择性表达的结果。不同的组织都是由特殊类型的细胞组成的。每种细胞类型不但外形迥然不同，所产生的蛋白质也大有差别。由于基因控制着蛋白质的产生，而对于每个生物的每个细胞来讲应该含有一套完全相同的基因。那么为什么不同的组织会产生不同的蛋白质呢？这是因为虽然每个生物的所有细胞都含有同样的全套基因，但各个基因的表达有差别。当细胞开始分化时，不同细胞的不同基因会在不同时间内被激活，表达一段时间后，一批基因的活动可能停止而另一批基因还在继续，从而产生了各自细胞特定的蛋白质，进而产生了不同的组织。因此，虽然所有的细胞都具有同样的遗传信息，但由于不同的基因在表达，才有不同的分化。当然哪些基因表达且何时表达，取决于基因的选择性，细胞内的遗传物质没有变化。个体绝不是细胞的简单堆叠，而在于细胞的分化。所以说，细胞分化是个体发育的细胞学基础。四、细胞分化的意义细胞分化是一种普遍的生命现象。由受精卵发育成为一个成熟个体的过程，实际上就是一个细胞由全能性向专能稳定性发展的过程。细胞的分工加强，生命活动的效能得到了提高。与此同时，已分化的细胞的发育潜能也逐渐受到抑制，细胞开始出现形态、结构和功能上的特异性，而且这种变化具有明显的区域性。形态结构相同的细胞通过细胞识别作用聚集、粘连在一起，最终形成了一个个具有较明显差异的细胞群。细胞由同型到异型的发展过程就是细胞的分化过程。五、细胞全能性1、概念：已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的能力。2、全能性实例（1）植物细胞全能性的实例植物细胞的全能性是指植物体中已经分化的细胞，具有发育成完整个体的全部遗传物质，在适宜的条件下，仍然具有发育成完整新植株的潜能。1958年美国植物学家斯图尔德（F.C.steward）等人，用植物的组织培养一胡萝卜韧皮部的组织块进行离体培养，得到了完整的植株，并且这一植株能够开花结果。如下图：（2）动物细胞核全能性的实例高度特化的动物细胞，从整个细胞来说，它的细胞全能性受到限制。但是，它的细胞核仍然保持着全能性，这是因为细胞核内含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质。动物细胞只证明了细胞核的全能性（如细胞核移植克隆技术——多莉羊克隆实验）。3、干细胞：动物和人体内具有分裂分化能力的细胞。4、全能性细胞：植物细胞、受精卵、动物细胞核、早期胚胎细胞。-返回-同步测试一、选择题1、有关细胞分化的叙述不正确的是（D）A．细胞分化不使细胞数目增加B．分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，于细胞内化学物质的改变C．细胞分化的前途在胚胎发育的早期就已决定，不能逆转D．动物细胞不具有发育成完整新个体的潜能2、细胞分化是一种持久性的稳定性变化，这种变化一般是（B）A．可逆性的B．不可逆转的C．发展变化的D．无序可循的3、下列哪种细胞的全能性容易表达出来（B）A．蛙的口腔上皮细胞B．蚕豆的叶肉细胞C．蛔虫的卵细胞D．水螅的神经细胞4、下列人体细胞中分化程度最低的是（A）A．胚胎干细胞B．造血干细胞C．胰腺细胞D．肌肉细胞5、用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是（B）A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B．该愈伤组织的细胞没有全能性C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构6、细胞的全能性是指（C）A．细胞具有全面的生理功能B．细胞既能分化，也能恢复到分化前的状态C．已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能D．已经分化的细胞全部能进一步分化7、在细胞分化的过程中，一般不会发生改变的是（C）A．细胞的形态B．细胞的功能C．染色体的数目D．蛋白质的种类8、在生物体内，细胞没有表现出全能性而是分化为不同的组织器官，其原因是（B）A．细胞丧失了全能性B．不同细胞中遗传信息的执行情况不同C．不同的细胞中遗传信息不完全相同D．在个体发育的不同时期，细胞内的遗传物质发生了变化9、用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是（C）A．该愈伤组织的细胞具有全能性B．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成C．该愈伤组织是细胞经过分裂和再分化形成的D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构10、胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（C）A．具有完整细胞核的细胞B．离体状态C．导入指定基因D．一定的营养物质和植物激素二、非选择题11、下图是某细胞增殖和分化的概念图，据图回答下列有关问题。（1）图A表示的是__________过程，图B表示的是__________过程。（2）图中b、c、d、e具有相同的__________（3）若e能合成血红蛋白，则b、c、d都__________（能或不能）合成，其主要原因是____________________。（4）若a为植物细胞，而d能在体外条件下培养成一个植物体则说明d具有__________性。（5）若a、b、c、d、e这五个细胞相比，哪一个细胞的全能性是最大的？__________（6）由相同的b或相同的c共同组成的结构层次叫______（组织或器官），由b、c、d、e共同组成的结构层次叫__________（组织或器官）显示答案11、（1）细胞增殖细胞分化（2）相同的遗传信息或染色体数（3）不能控制合成血红蛋白的遗传信息处于关闭状态（4）全能（5）a（6）组织器官12、下图是美国科学家斯图尔德1958年将胡萝卜韧皮部的一些细胞培养成新植株的过程示意图，请据图回答：（1）［4］是由[3]中单个细胞经过________形成细胞团，再进一步发育成[5]__________。（2）这一事实说明高度分化的植物细胞仍保持着__________，即__________。（3）据此实验可以推断，高度特化的动物细胞，也能培养出与该动物类似的个体，原因是__________。显示答案12、（l）有丝分裂胚状体（2）细胞全能性已经分化的细胞，仍具发育成完整个体的潜能（3）细胞核内含有遗传所需的全套遗传物质13、《长江日报》北京消息我国首家“生命银行”——协和脐血干细胞自体储存库11日正式向市民开放，家长可把孩子出生时的脐血放在这里保存、当孩子日后万一患血液疾病或恶性肿瘤等症时，便可取出脐血为他移植治疗。脐血是新生婴儿脐带在被结扎后由胎盘脐带流出的血。据干细胞库咨询医师郑卫伟介绍，目前比较成熟的研究成果表明，脐血中含有大量未成熟的造血干细胞，将脐血干细胞移植，对白血病、再生障碍性贫血等恶性血液病治疗具有疗效。与骨髓干细胞移植相比，脐血移植属自体移植，不会因寻找适合骨髓的等待而延误治疗时机，且排斥反应很小，医疗费用也较低。此外，脐血移植作为恶性肿瘤治疗的辅助疗法，能明显减轻化疗放疗所引发的不良反应。该库陆敏博士介绍说，医学界还实验性地将干细胞移植用于心脑血管疾病、糖尿病、皮肤烧伤、神经功能性疾病等方面，而且都有成功的实验。我国脐带血的研究是从20世纪90年代开始的。今年4月18日，天津一对夫妻将孩子的脐带血第一个放进了只备自己使用的脐血库中。一个月后北京第一份自体储存的脐血也入库储存。两份脐血正被保存在零下196℃的液氮深低温罐中。专家说，从理论上讲，可以终生保存和受益。仔细阅读上文，回答下列问题：（1）留下脐血，主要是脐血中含有大量__________的造血干细胞。从免疫学角度分析，脐血自身移植的优点有______________________________。（2）干细胞是一类具有分裂能力的细胞，可以分为__________、__________、__________。（3）观察下图，分析干细胞与各种细胞之间的关系，用一句话概括说明______________。显示答案13、（1）未成熟自身排斥反应小（2）全能干细胞多能干细胞专能干细胞（3）血液和淋巴中的各种细胞都是从造血干细胞分化来的-END-课外拓展细胞分化的生理机制（1）细胞分裂的不对称性卵母细胞的细胞核并不位于中央，而是在细胞外周靠近表面的地方，极体就是从这里形成并释放出来的，通常把极体释放的位点称为动物极，而相对的一极称为植物极。动物卵细胞中，贮存有2～5万种不同核苷酸序列的mRNA，专供受精卵的启动、分化和发育之用。卵细胞中的mRNA并非均匀分布的，而是位于特定的空间。因此，卵细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运，如昆虫是以表面卵裂的方式形成胚层细胞的。（2）细胞间的相互作用胚胎诱导在胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用称为胚胎诱导，如中胚层形成的脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板、神经沟和神经管，视细胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜。分化抑制用含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏，若去除成蛙心组织，则蛙胚发育正常，这说明分化成熟的细胞可以产生某种物质，抑制相邻细胞发生同样的分化，这种作用称为分化抑制。细胞数量效应当小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但是，如果把胰腺原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织；如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。可见细胞数量对诱导组织形成可能也是必要的。细胞外基质在胚胎发育和细胞分化中也具有重要的作用。激素的作用激素对细胞分化的影响可看做是远距离细胞间的相互作用，如昆虫的保幼激素和蜕皮激素。前者的功能是保持幼虫特征，促进成虫器官原基的发育，后者的功能是促进蜕皮和成虫形态的出现。当两者保持一定的比例时，幼虫蜕皮而长大，当保幼激素含量减少或不合成时，幼虫化蛹，变为成虫。成虫期又开始合成保幼激素，促进性腺的发育。-END-高考解析例1、细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果。下列属于奢侈基因的是（）A．血红蛋白基因B．ATP合成酶基因C．DNA解旋酶基因D．核糖体蛋白基因答案：A。解析：细胞分化是基因选择性表达的结果，在分化过程中选择性表达的基因的产物是特定细胞才具有的。血红蛋白只存在于红细胞中，而ATP合成酶、解旋酶、核糖体蛋白质则存在于所有细胞中。例2、下列有关细胞分化的叙述，正确的是（）A．原肠胚的形成与囊胚期细胞分化有关B．细胞分化使细胞数目增多C．叶肉细胞脱分化后不再具有分化能力D．效应B细胞的形成与细胞分化无关答案：A。解析：细胞分化是指在个体发育过程中，相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上出现稳定性差异的过程，此过程不同于细胞分裂，没有细胞数目的增加；动物胚胎发育中囊胚增殖分化形成原肠胚；效应B细胞是由B淋巴细胞或记忆细胞增殖分化形成的；植物叶肉细胞脱分化形成愈伤组织，而后再分化形成完整植株。-END-