第三节 生物体的结构与分化教案.doc

宜宾学院教案 生命科学与人类文明课程周 次第 周， 第 3 次课 200 年 月 日章 节名 称第二章生命的真相第三节.生物体的结构与分化授 课方 式课堂讲授（ ）；实验课（ ）；其他方式（ ）教学时数2教 学 目 的1、掌握细胞的结构特点。2、理解细胞培养的本质。3、了解细胞研究的进展。教学重点与难点教学重点：细胞的结构教学难点：细胞培养参考资料1.傅世侠,张昀.生命科学与人类文明.北京大学出版社,20042.钱凯先. 基础生命科学导论. 化学工业出版社,20043.吴庆余. 基础生命科学.高等教育出版社,20064.翟中和等.细胞生物学.高等教育出版社,20055、/news/shownews.asp?newsid=7988第页授课内容及过程生命的真相第一节生命的起源与进化 细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。细胞生物学已经成为当代生物科学中发展最快的一门尖端学科，50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家。细胞:是由膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质所组成, 是生物体的结构和功能的基本单位, 也是生命活动的基本单位。细胞能够通过分裂而增殖，是生物体个体发育和系统发育的基础。细胞或是独立的作为生命单位, 或是多个细胞组成细胞群体或组织、或器官和机体；细胞还能够进行分裂和繁殖；细胞是遗传的基本单位，并具有遗传的全能性。 细胞（cell）是由英国科学家罗伯特虎克（Robert Hooke，16351703）于1665年发现的。真正首先发现活细胞的，还是荷兰生物学家雷文霍克（列文虎克）。1673年有个名叫列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）的荷兰人用自己制造的显微镜观察到了被他称为“小动物”的微生物世界。细胞学说19 世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：细胞是植物体和动物体的基本结构单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成，但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。植物细胞与动物细胞的主要区别在于，植物细胞具有质体、液泡和细胞壁。细胞数量的多少，取决于个体的大小，而且细胞数量几乎每一瞬间都有变化。细胞是在不断生长繁殖之中，所以存在细胞寿命长短问题，这种长短，各类细胞差别也很大，如很多人知道的红细胞寿命大约120天，而神经细胞的数量，出生时有多少以后就有多少，不能增加，可见神经细胞的寿命最长。俗话说：“万两黄金易尽，一线江河永存”，脑细胞死一个就少一个、衰老便不由人愿了，可见“笑一笑十年少，愁一愁白了头”是有些道理的。人的身体有大约60万亿个细胞，每个细胞中含有的分子数相当于银河系中星星数量的一万倍那么多！2. 人体最大的细胞是女子的卵细胞，其直径约为1/180英寸。人体最小的细胞是男子的精子。175000个精子细胞才抵得上一个卵细胞的重量。除细菌和蓝藻植物的细胞以外，所有的动物细胞以及植物细胞都属于真核细胞。由真核细胞构成的生物称为真核生物。在真核细胞的核中，DNA与组蛋白等蛋白质共同组成染色体结构，在核内可看到核仁。在细胞质内膜系统很发达，存在着内质网、高尔基体、线粒体和溶酶体等细胞器，分别行使特异的功能。细胞中所有由脂类和蛋白质等成分组成的膜包括细胞膜、内质网膜、高尔基膜、核膜、线粒体膜和类囊体膜等待统称为生物膜。细胞器之间(膜系统)的联系细胞连接细胞与细胞间或细胞与细胞外基质的联结结构称为细胞连接（cell junction）。细胞连接的体积很小，只有在电镜下才能观察到。可分为三大类，即：封闭连接、锚定连接和通讯连接。紧密连接又称封闭小带，存在于脊椎动物的上皮细胞间，长度约50-400nm，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。间壁连接是存在于无脊椎动物上皮细胞的紧密连接。连接蛋白呈梯子状排列，形状非常规则，连接的细胞内骨架成分为肌动蛋白纤维。胞间连丝是植物细胞特有的通讯连接。是由穿过细胞壁的质膜围成的细胞质通道，直径约2040nm。因此植物体细胞可看作是一个巨大的合胞体。通道中有一由膜围成的筒状结构，称为连丝小管。连丝小管由光面内质网特化而成，管的两端与内质网相连。连丝小管与胞间连丝的质膜内衬之间，填充有一圈细胞质溶质。一些小分子可通过细胞质溶质环在相邻细胞间传递。胞间连丝在功能上与动物细胞间的间隙连接类似，它允许分子量小于800Da的分子通过，在相邻细胞间起通讯作用。但通过胞间连丝的分子运输也要受到调节。细胞分裂（cell division）是活细胞繁殖其种类的过程。分裂前的细胞称母细胞，分裂后形成的新细胞称子细胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。细胞分化：在个体发育中，同一种相同的细胞经细胞分裂逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异,产生不同细胞类型的过程。 多细胞生物个体是通过细胞分裂和细胞分化形成的，人体200余种细胞是由受精卵分裂产生的细胞生长增殖而来的。不同的细胞具有不同的功能。在个体发育中，细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程即为细胞分化)。细胞分化被稳定的高度精密的程序控制调控着，即分化是细胞命运决定过程中基因循序差异表达的结果。在许多情况下，一个细胞分化前，就有了一个预先保证细胞怎样分化的时期，这个时期确定了细胞分化的方向，这一阶段统称细胞决定。一旦细胞决定后，特定类型分化能力是稳定的，可遗传的。这种稳定性和遗传性不受多代增殖的影响。细胞全能性 受精卵具有分化除各种组织的潜能并建成完整的个体。细胞含有使后代细胞形成完整个体的潜能称为全能性(totipotency)。当胚胎进一步发育，有的细胞具有分化出多种组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，细胞的这种发育潜能称为多能性（pluripotency）。在成体中，有些干细胞虽能分化出几种细胞，如多能造血干细胞可分化出红细胞、白细胞等，却不能分化出造血系统以外的其他细胞；有的干细胞只能分化出一种细胞，细胞的这种分化潜能称为单能性（monopotency）。可以说，在发育过程中细胞分化的潜能逐渐变小。在个体发育过程中，大多数细胞能够正常地完成细胞分化。但是；有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，而变成了不受有机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。每时每刻都有许多细胞繁殖新生，更换衰老死亡的细胞，以维持机体的生长、发育、生殖、及损伤后的修补。细胞的繁殖是通过细胞的分裂来实现的。原核细胞的分裂：现在还了解不多，只对少数细菌的分裂有些具体认识。原核细胞既无核膜，也无核仁，只有由环状DNA分子构成核区，又称拟核，具有类似细胞核的功能。真核细胞的分裂：按细胞核分裂的状况可分为3种：即有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。有丝分裂是真核细胞分裂的基本形式。减数分裂是在进行有性生殖的生物中导致生殖母细胞中染色体数目减半的分裂过程。它是有丝分裂的一种变形，由相继的两次分裂组成。无丝分裂又称直接分裂。植物细胞全能性：任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。植物组织培养：是指通过无菌操作分离植物体的一部分（外植体），接种到培养基上，在人工控制的条件下（包括营养、激素、温度、光照、湿度）进行培养，使其产生完整植株的过程。（主要有原生质体，悬浮细胞，组织（愈伤组织、茎尖分生组织），器官（胚，花药，子房，根和茎）的培养。其中最常见的是愈伤组织培养。）愈伤组织：原指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组培中则指人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞。脱分化：在组织培养中，不分裂的静止细胞，放在一定的培养基上后，细胞重新进入分裂状态。一个成熟的细胞转变为分生状态的过程叫脱分化。再分化：一个成熟的植物细胞经历了脱分化后，能再分化而形成完整植株的过程。再分化途径：1、器官发生方式（是指在外植体或愈伤组织的不同部位分别独立形成茎、芽和根，它们为单极性结构，各有维管束与外植体或愈伤组织相连，但在不定芽和不定根之间没有共同的维管束将两者连在一起。）2、胚胎发生方式（外植体直接或通过愈伤组织或悬浮培养产生胚状体。）组培意义：1、基础理论研究（试验体系的准确性和可重复性，广泛用于细胞、组织的代谢生理及其它生化等方面的研究（如分化问题）。2、应用研究（无性繁殖系快速繁殖的生产、试管苗的商品化，遗传育种，种质保存，克服远缘杂交，种质资源创新，获得转基因植株）。组培应用前景：1、作物育种上的应用（1、花药和花粉培养2、胚胎培养3、细胞融合4、基因工程5、培养细胞突变体6、种质保存）2、作物脱毒和快繁上的应用（马铃薯，兰花）3、在植物有用产物生产上的应用4、在遗传、生理、生化和病理研究上的应用。植物体细胞杂交是指用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。植物体细胞杂交的第一步是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。去除细胞壁的常用方法是酶解法，即用纤维素酶和果胶酶等分解植物细胞的细胞壁。第二步是将两个具有活力的原生质体放在一起，通过一定的技术手段进行人工诱导实现原生质体的融合。常用的诱导方法有两大类：物理法和化学法。物理法是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合。化学法是用聚乙二醇(PEG）等试剂作为诱导剂诱导融合。第三步是将诱导融合得到的杂种细胞，和植物组织培养的方法进行培育，就可以得到杂种植株。植物体细胞杂交的最大优点是可以克服植物远缘杂交不亲和的障碍，大大扩大了可用于杂交的亲本基因组合的范围。干细胞：有分化潜能的动物细胞。分为：全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞。单能干细胞只能分化为一种类型的细胞，也称为祖细胞，自我更新能力有限。根据个体发育过程中出现的次序，干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞（ESC）是从胚胎内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出的具有多能性或全能性的细胞。ESC的用途主要有：动物克隆；动物转基因；组织工程。补充：干细胞治疗2009年1月23日，美国总统奥巴马撤销布什发布的限制胚胎干细胞研究的行政命令，随后美国食品和药品管理局(FDA)批准了全球首宗人类胚胎干细胞治疗临床试验。据悉，胚胎干细胞多年来一直是医学界研究的热点，这种细胞可以生成任何器官或组织。干细胞培植器官移植技术大约只需要20年的时间就可以发展成为常规手术。干细胞工程：干细胞的研究被认为开始于1960年代，在加拿大科学家恩尼斯特莫科洛克和詹姆士堤尔的研究之后。核移植技术：所谓核移植技术就是利用显微操作技术将一个细胞的细胞核移植到另一个细胞中，或者将两个细胞的细胞核（或细胞质）进行交换，从而可能创造无性杂交生物新品种的一项技术。胚胎克隆：使用的核供体细胞如