細(xì)胞分化和植物細(xì)胞全能性

1、第第5 5章章 細(xì)胞分裂和分化細(xì)胞分裂和分化第第4 4節(jié)節(jié) 細(xì)胞分化和植物細(xì)胞全能性細(xì)胞分化和植物細(xì)胞全能性 細(xì)胞是如何分化的？細(xì)胞是如何分化的？組織、器組織、器官、系統(tǒng)官、系統(tǒng)個體個體1.肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、口腔上皮細(xì)胞等細(xì)胞的來源怎樣？肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、口腔上皮細(xì)胞等細(xì)胞的來源怎樣？2.這些細(xì)胞有什么不同之處？這些細(xì)胞有什么不同之處？ 多細(xì)胞個體的發(fā)育是通過細(xì)胞分裂和細(xì)多細(xì)胞個體的發(fā)育是通過細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化來實現(xiàn)的胞分化來實現(xiàn)的 細(xì)胞分化對個體發(fā)育有什么意義？細(xì)胞分細(xì)胞分化對個體發(fā)育有什么意義？細(xì)胞分化是不是人類所特有的呢？細(xì)胞分化的結(jié)果是化是不是人類所特有的呢？細(xì)胞分化的結(jié)果是什么？什么

2、？討論2.2.意義：意義：細(xì)胞分化是個體發(fā)育的基礎(chǔ)；是生物界中普細(xì)胞分化是個體發(fā)育的基礎(chǔ)；是生物界中普遍存在的生命現(xiàn)象；細(xì)胞分化使多細(xì)胞生物體中的細(xì)遍存在的生命現(xiàn)象；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。細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。細(xì)胞分化產(chǎn)生了細(xì)胞的多樣化。胞分化產(chǎn)生了細(xì)胞的多樣化。一一 細(xì)胞分化及其意義細(xì)胞分化及其意義1.1.概念：概念：同一來源的細(xì)胞逐漸發(fā)生形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功同一來源的細(xì)胞逐漸發(fā)生形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和合成蛋白質(zhì)上的差異能和合成蛋白質(zhì)上的差異, ,這個過程稱為細(xì)胞分化。這個過程稱為細(xì)胞分化?，F(xiàn)象現(xiàn)象2.2.黑色素細(xì)胞在體外培

3、養(yǎng)黑色素細(xì)胞在體外培養(yǎng)3030多代后仍能合成黑色多代后仍能合成黑色素；離體培養(yǎng)的上皮細(xì)胞，始終保持為上皮細(xì)胞，而素；離體培養(yǎng)的上皮細(xì)胞，始終保持為上皮細(xì)胞，而不會變成其他類型的細(xì)胞。不會變成其他類型的細(xì)胞。 現(xiàn)象現(xiàn)象3.3.造血干細(xì)胞造血干細(xì)胞 原紅細(xì)胞原紅細(xì)胞 早幼紅細(xì)胞早幼紅細(xì)胞 中幼紅細(xì)胞中幼紅細(xì)胞 晚幼紅細(xì)胞晚幼紅細(xì)胞 成熟紅細(xì)胞成熟紅細(xì)胞 死亡死亡細(xì)胞分化的特點：細(xì)胞分化的特點：現(xiàn)象現(xiàn)象1.1.細(xì)胞分化發(fā)生在整個生命進(jìn)程中。細(xì)胞分化發(fā)生在整個生命進(jìn)程中。3.3.細(xì)胞分化特點細(xì)胞分化特點a.a.持久性持久性b.b.穩(wěn)定性穩(wěn)定性c.c.不可逆性不可逆性問：就一個個體來說，各種細(xì)胞具有相同

4、的遺傳信息，問：就一個個體來說，各種細(xì)胞具有相同的遺傳信息，為什么形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能卻有很大的差異呢？為什么形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能卻有很大的差異呢？資料：資料：在紅細(xì)胞中，與血紅蛋白合成有關(guān)的基因處于在紅細(xì)胞中，與血紅蛋白合成有關(guān)的基因處于活動狀態(tài)，與肌動蛋白（肌細(xì)胞中的一種蛋白質(zhì)）合活動狀態(tài)，與肌動蛋白（肌細(xì)胞中的一種蛋白質(zhì)）合成有關(guān)的基因則處于關(guān)閉狀態(tài)；在肌細(xì)胞中則相反。成有關(guān)的基因則處于關(guān)閉狀態(tài)；在肌細(xì)胞中則相反。分析：分析：1.1.紅細(xì)胞和肌細(xì)胞等體細(xì)胞的遺傳信息相同嗎？紅細(xì)胞和肌細(xì)胞等體細(xì)胞的遺傳信息相同嗎？2.2.紅細(xì)胞紅細(xì)胞血紅蛋白基因開啟血紅蛋白基因開啟合成血紅蛋白合成血紅蛋白肌細(xì)胞肌

5、細(xì)胞肌動蛋白基因開啟肌動蛋白基因開啟合成肌動蛋白合成肌動蛋白4.4.細(xì)胞分化實質(zhì)：細(xì)胞分化實質(zhì)：細(xì)胞分化是不同細(xì)胞中遺傳信息的執(zhí)細(xì)胞分化是不同細(xì)胞中遺傳信息的執(zhí)行情況不同導(dǎo)致行情況不同導(dǎo)致 （基因的選擇性表達(dá)）。（基因的選擇性表達(dá)）。相同。相同。分別是什么生命現(xiàn)象？兩者有何分別是什么生命現(xiàn)象？兩者有何區(qū)別和聯(lián)系呢？區(qū)別和聯(lián)系呢？例題例題細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂細(xì)胞分化細(xì)胞分化不不同同點點細(xì)胞細(xì)胞數(shù)量數(shù)量形態(tài)形態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)功能功能相相同同點點聯(lián)聯(lián)系系增加增加相同相同不變不變差異差異遺傳信息都不變遺傳信息都不變共同完成生物個體發(fā)育過程共同完成生物個體發(fā)育過程總結(jié)：細(xì)胞分化總結(jié)：細(xì)胞分化u1.1.概念：概念：

6、在個體發(fā)育中，由一個或一種細(xì)胞增殖在個體發(fā)育中，由一個或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。定性差異的過程。u2.2.意義：意義：細(xì)胞分化是個體發(fā)育的基礎(chǔ)；是生物界細(xì)胞分化是個體發(fā)育的基礎(chǔ)；是生物界中普遍存在的生命現(xiàn)象。使多細(xì)胞生物體中的細(xì)中普遍存在的生命現(xiàn)象。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。胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。u3.3.特點：特點：u4.4.實質(zhì)：實質(zhì)：a. a. 持久性持久性b.b.穩(wěn)定性，不可逆性穩(wěn)定性，不可逆性c.c.遺傳物質(zhì)沒有改變遺傳物質(zhì)沒有改變不同細(xì)

7、胞中遺傳信息的執(zhí)行情況不同導(dǎo)致不同細(xì)胞中遺傳信息的執(zhí)行情況不同導(dǎo)致 （基因的選擇性表達(dá)）。（基因的選擇性表達(dá)）。二、二、全能性全能性（一）全能性（一）全能性(totipotency)(totipotency)的細(xì)胞的細(xì)胞 細(xì)胞全能性：單個細(xì)胞分裂、分化后仍具有發(fā)育成完整細(xì)胞全能性：單個細(xì)胞分裂、分化后仍具有發(fā)育成完整個體的能力。個體的能力。 植物植物 、哺乳動物和人、哺乳動物和人受精卵受精卵 8-Cells8-Cells前的細(xì)胞是全能性細(xì)胞。前的細(xì)胞是全能性細(xì)胞。細(xì)胞的多能性（細(xì)胞的多能性（pluripotency):pluripotency):細(xì)胞具有分化為有限細(xì)胞細(xì)胞具有分化為有限細(xì)胞類型

8、的能力。類型的能力。單能性（單能性（unipotency)unipotency)：形態(tài)上特化、功能上專一的終末形態(tài)上特化、功能上專一的終末 分化細(xì)胞。分化細(xì)胞。細(xì)胞分化的規(guī)律：細(xì)胞分化的規(guī)律： 全能全能多能多能單能單能施沃恩施沃恩SchwannSchwann在在1839 1839 年明確的指出：年明確的指出：“如果如果具有與有機體內(nèi)一樣的條件時，每個細(xì)胞應(yīng)該具有與有機體內(nèi)一樣的條件時，每個細(xì)胞應(yīng)該可以獨立生活和發(fā)展可以獨立生活和發(fā)展”。 德國著名植物學(xué)家德國著名植物學(xué)家哈伯蘭特哈伯蘭特 G.Haberlandt G.Haberlandt 在細(xì)在細(xì)胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于19021902

9、年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說。他年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說。他認(rèn)為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單認(rèn)為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個細(xì)胞。如果每個細(xì)胞都有植物個體一樣的性質(zhì)和能個細(xì)胞。如果每個細(xì)胞都有植物個體一樣的性質(zhì)和能力，那么，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個細(xì)胞發(fā)育成力，那么，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個細(xì)胞發(fā)育成為一個新個體。為一個新個體。植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史 探索階段（探索階段（1919世紀(jì)初世紀(jì)初3030年代中）年代中） 德國植物生理學(xué)家德國植物生理學(xué)家HaHerlandtHaHerlandt首次進(jìn)行了植物細(xì)胞培首次進(jìn)行了植物細(xì)胞培養(yǎng)實驗養(yǎng)實驗 奠基階段（奠基階段（3030

10、5050年代）年代） 19341934年，年，WhiteWhite培養(yǎng)番茄離體根尖成功培養(yǎng)番茄離體根尖成功 19391939年，年，GautheretGautheret連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層首次成功連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層首次成功 White:White:煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)行組培煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)行組培 NobecourtNobecourt：胡蘿卜進(jìn)行組培：胡蘿卜進(jìn)行組培 以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人 迅速發(fā)展階段（迅速發(fā)展階段（6060年代后）年代后） 原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速發(fā)展原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速發(fā)展科學(xué)研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞

11、，在一定科學(xué)研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。19581958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了完整植株。成了體細(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了完整植株。 植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史19641964年印度古哈和馬赫施瓦里在離體培養(yǎng)毛葉曼陀羅年印度古哈和馬赫施瓦

12、里在離體培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥時，首次培育出單倍體的植株?；ㄋ帟r，首次培育出單倍體的植株。 我國科學(xué)家在組織培養(yǎng)技術(shù)、單倍體育種方面，培育我國科學(xué)家在組織培養(yǎng)技術(shù)、單倍體育種方面，培育出許多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的小麥、水稻新品種，在國際上處于出許多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的小麥、水稻新品種，在國際上處于優(yōu)先地位。優(yōu)先地位。 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織外植體、脫分化、再分化、愈傷組織無菌、細(xì)胞離體、一定的營無菌、細(xì)胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件件必要條件：必要條件：植物組織培養(yǎng) 外植體：從活植物體上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部外植體：從活植物體上切下進(jìn)行培

13、養(yǎng)的那部分組織或器官分組織或器官 1 1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）種子、花粉等） 2 2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上 3 3）切取所需的外植體）切取所需的外植體 4 4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上 整個試驗在超凈工作臺上進(jìn)行，保持無菌！整個試驗在超凈工作臺上進(jìn)行，保持無菌！ 外植體經(jīng)過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會外植體經(jīng)過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織形成愈傷組織1.1.植物組織培養(yǎng)的過程植物組織培養(yǎng)的過程韌皮部細(xì)胞韌皮部細(xì)胞植物激素、無

14、機鹽和糖類等植物激素、無機鹽和糖類等細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞團(tuán)愈傷組織愈傷組織胚狀體胚狀體有根、莖、有根、莖、葉的試管苗葉的試管苗問題問題脫分化脫分化再分化再分化由胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整的胡蘿卜植株體現(xiàn)出植物細(xì)胞的什么特性？由胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整的胡蘿卜植株體現(xiàn)出植物細(xì)胞的什么特性？高度分化的植物細(xì)胞有發(fā)育成完整個體的潛能。高度分化的植物細(xì)胞有發(fā)育成完整個體的潛能。全能性全能性1.1.細(xì)胞分化具有穩(wěn)定性、不可逆性，是不是細(xì)胞一旦分化細(xì)胞分化具有穩(wěn)定性、不可逆性，是不是細(xì)胞一旦分化就不再具有分裂分化能力了呢？就不再具有分裂分化能力了呢？2.2.能否讓這些高度分化的細(xì)胞再具有分裂分化能力呢？能否讓

15、這些高度分化的細(xì)胞再具有分裂分化能力呢？過程過程離體的植物器官、組織或細(xì)胞離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織愈傷組織先芽、后根先芽、后根植物體植物體外植體外植體脫分化脫分化植物激素：植物激素：細(xì)胞分裂素、生長素細(xì)胞分裂素、生長素再分化再分化植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)條件植物組織培養(yǎng)條件： 含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的合的PHPH、適時光照等。、適時光照等。1.1.植物組織培養(yǎng)過程植物組織培養(yǎng)過程 高度分化的細(xì)胞含有保持物種發(fā)育所高度分化的細(xì)胞含有保持物種發(fā)育所需要的全套基因需要的全套基因思考思考為什么已經(jīng)分化

16、的細(xì)胞具有全能性呢？為什么已經(jīng)分化的細(xì)胞具有全能性呢？試管苗大規(guī)模培養(yǎng)2、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用：植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用： （1）試管苗的快速繁殖）試管苗的快速繁殖（2）無病毒植物的培育）無病毒植物的培育（3）提取原料）提取原料（4）人工種子）人工種子（5）轉(zhuǎn)基因植物的培育）轉(zhuǎn)基因植物的培育現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應(yīng)用子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。于生產(chǎn)。 生長素細(xì)胞分裂素，長根趨勢； 生長素=細(xì)胞分裂素，愈傷組織； 生長

17、素細(xì)胞分裂素，分化出芽。例題辨析：例題辨析：下列有關(guān)細(xì)胞全能性的含義，正確的是：下列有關(guān)細(xì)胞全能性的含義，正確的是：A、每個生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都具有相同的功能、每個生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都具有相同的功能 B、生物體內(nèi)的任何一個細(xì)胞可以完成該個體的全、生物體內(nèi)的任何一個細(xì)胞可以完成該個體的全部功能部功能C、生物體的每一個活細(xì)胞都具有發(fā)育成完整個體、生物體的每一個活細(xì)胞都具有發(fā)育成完整個體的潛能的潛能D、生物體的每個細(xì)胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生物體的每個細(xì)胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程生長、衰老、死亡的全過程在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而

18、是分化為不同的組織、器官，是因為：是分化為不同的組織、器官，是因為：A、細(xì)胞喪失了全能性、細(xì)胞喪失了全能性 B、基因的表達(dá)有選擇性、基因的表達(dá)有選擇性 C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同D、在個體發(fā)育的不同時期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生、在個體發(fā)育的不同時期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化了變化植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，又可又可以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為：以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為：A、脫分化、脫分化B、去分化、去分化C、再分化、再分化D、脫分化或去分化、脫分化或去分化下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：下列不能作為植物組

19、織培養(yǎng)的材料是：A、秋海棠的葉、秋海棠的葉B、馬鈴薯的塊莖、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉、成熟的花粉D、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞多利是怎么誕生的？多利是怎么誕生的？思考思考這個試驗說明了已經(jīng)分化的細(xì)胞核這個試驗說明了已經(jīng)分化的細(xì)胞核具有什么特性？具有什么特性？高度分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞高度分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核有發(fā)育成完整個體的潛能核有發(fā)育成完整個體的潛能2.2.克隆羊的誕生克隆羊的誕生已經(jīng)分化的細(xì)胞，仍然具有發(fā)育成已經(jīng)分化的細(xì)胞，仍然具有發(fā)育成完整個體的潛能。完整個體的潛能。細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性 植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù) 克隆個體的產(chǎn)生克隆個體的產(chǎn)生思考思考為什么已經(jīng)分

20、化的細(xì)胞具有全能性呢？為什么已經(jīng)分化的細(xì)胞具有全能性呢？高度分化的細(xì)胞含有保持物種發(fā)育所需要的全套基因高度分化的細(xì)胞含有保持物種發(fā)育所需要的全套基因除受精卵外，生物體內(nèi)有沒有具有分裂分化能力的細(xì)胞？除受精卵外，生物體內(nèi)有沒有具有分裂分化能力的細(xì)胞？植物體內(nèi)植物體內(nèi)分生組織細(xì)胞（如根尖分生區(qū)細(xì)胞）分生組織細(xì)胞（如根尖分生區(qū)細(xì)胞）動物體內(nèi)動物體內(nèi)干細(xì)胞干細(xì)胞（動物和人體內(nèi)少數(shù)具有分裂和（動物和人體內(nèi)少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞）分化能力的細(xì)胞）資料：資料：干細(xì)胞是還沒有分化發(fā)育的細(xì)胞，干細(xì)胞是還沒有分化發(fā)育的細(xì)胞，它能生成各種組織器官的起源細(xì)胞?？茖W(xué)它能生成各種組織器官的起源細(xì)胞?？茖W(xué)家把干細(xì)胞大

21、致分為家把干細(xì)胞大致分為3 3種類型：全能干細(xì)種類型：全能干細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞），多能干細(xì)胞（組織干胞（胚胎干細(xì)胞），多能干細(xì)胞（組織干細(xì)胞），和專能干細(xì)胞。全能干細(xì)胞的一細(xì)胞），和專能干細(xì)胞。全能干細(xì)胞的一大特點是具有發(fā)育的全能性，可以參與整大特點是具有發(fā)育的全能性，可以參與整個生物體的發(fā)育，構(gòu)成人體的各種組織和個生物體的發(fā)育，構(gòu)成人體的各種組織和器官。受精卵便是一個最初始的全能干細(xì)器官。受精卵便是一個最初始的全能干細(xì)胞。多能干細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞組織胞。多能干細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，但不能發(fā)育成完整的個體，如血的潛能，但不能發(fā)育成完整的個體，如血液組織干細(xì)胞、神經(jīng)組織干細(xì)胞和皮膚組液組織干細(xì)胞、神經(jīng)組織干細(xì)胞和皮膚組織干細(xì)胞等。多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化，可織干細(xì)胞等。多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化，可形成專能干細(xì)胞。專能干細(xì)胞只能分化成形成專能干細(xì)胞。