高二生物细胞分化和植物细胞的全能性

第5章细胞分裂和分化,第4节细胞分化和植物细胞全能性,细胞是如何分化的？,组织、器官、系统,个体,1.肌细胞、神经细胞、口腔上皮细胞等细胞的来源怎样？2.这些细胞有什么不同之处？,细胞分化对个体发育有什么意义？细胞分化是不是人类所特有的呢？细胞分化的结果是什么？,讨论,2.意义：细胞分化是个体发育的基础；是生物界中普遍存在的生命现象；细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。,一细胞分化及其意义,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、生理功能和合成蛋白质上发生稳定性差异的过程。,2.黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素；离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。,3.造血干细胞原红细胞早幼红细胞中幼红细胞晚幼红细胞成熟红细胞死亡,下列事实分别说明了细胞分化的哪一特征？,稳定性,不可逆性,1.细胞分化发生在整个生命进程中。,3.细胞分化特点,a.持久性,b.稳定性,c.不可逆性,问：就一个个体来说，各种细胞具有相同的遗传信息，为什么形态、结构和功能却有很大的差异呢？,资料：在红细胞中，与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态，与肌动蛋白（肌细胞中的一种蛋白质）合成有关的基因则处于关闭状态；在肌细胞中则相反。,分析：1.红细胞和肌细胞等体细胞的遗传信息相同吗？,2.红细胞,血红蛋白基因开启,合成血红蛋白,肌细胞,肌动蛋白基因开启,合成肌动蛋白,4.细胞分化实质：细胞分化是不同细胞中遗传信息的执行情况不同导致（基因的选择性表达）。,相同。,分别是什么生命现象？两者有何区别和联系呢？,增加,相同,不变,差异,遗传信息都不变,共同完成生物个体发育过程,总结：细胞分化,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。2.意义：细胞分化是个体发育的基础；是生物界中普遍存在的生命现象。使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。3.特点：4.实质：,a.持久性,b.稳定性，不可逆性,c.遗传物质没有改变,不同细胞中遗传信息的执行情况不同导致（基因的选择性表达）。,二、全能性（一）全能性(totipotency)的细胞细胞全能性：单个细胞分裂、分化后仍具有发育成完整个体的能力。植物、哺乳动物和人受精卵8-Cells前的细胞是全能性细胞。细胞的多能性（pluripotency):细胞具有分化为有限细胞类型的能力。单能性（unipotency)：形态上特化、功能上专一的终末分化细胞。细胞分化的规律：全能多能单能,Schwann在1839年明确的指出：“如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展”。,背景资料,德国著名植物学家G.Haberlandt在细胞学说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。,植物组织培养的发展简史,探索阶段（19世纪初30年代中）德国植物生理学家HaHerlandt首次进行了植物细胞培养实验奠基阶段（3050年代）1934年，White培养番茄离体根尖成功1939年，Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培Nobecourt：胡萝卜进行组培以上三人是植物组织培养的奠基人迅速发展阶段（60年代后）原生质体，花药，快繁技术迅速发展,科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。,1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。,植物组织培养的发展简史,1964年印度古哈和马赫施瓦里在离体培养毛叶曼陀罗花药时，首次培育出单倍体的植株。,我国科学家在组织培养技术、单倍体育种方面，培育出许多优质高产的小麦、水稻新品种，在国际上处于优先地位。,植物组织培养,关键词：,外植体、脱分化、再分化、愈伤组织,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,必要条件：,植物组织培养,外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上3）切取所需的外植体4）将外植体接种于培养容器的培养基上整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织,1.植物组织培养的过程,韧皮部细胞,植物激素、无机盐和糖类等,细胞团,胚状体,有根、茎、叶的试管苗,问题,脱分化,再分化,由胡萝卜的韧皮部细胞培养成完整的胡萝卜植株体现出植物细胞的什么特性？,高度分化的植物细胞有发育成完整个体的潜能。,1.细胞分化具有稳定性、不可逆性，是不是细胞一旦分化就不再具有分裂分化能力了呢？,2.能否让这些高度分化的细胞再具有分裂分化能力呢？,过程,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,脱分化,植物激素：细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养,植物组织培养条件：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,1.植物组织培养过程,高度分化的细胞含有保持物种发育所需要的全套基因,思考,为什么已经分化的细胞具有全能性呢？,试管苗大规模培养,2、植物组织培养的应用：,现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。,1、定义：,生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。,2、原理：,生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,3、差异：,（1）受精卵的全能性最高,（2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。,植物细胞的全能性,例题辨析：,下列有关细胞全能性的含义，正确的是：,A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能,B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能,C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能,D、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程,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，是因为：,A、细胞丧失了全能性,B、基因的表达有选择性,C、不同的细胞内基因不完全相同,植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：,下列不能作为植物组织培养的材料是：,多莉是怎么诞生的？,思考,这个试验说明了已经分化的细胞核具有什么特性？,高度分化的动物体细胞的细胞核有发育成完整个体的潜能,2.克隆羊的诞生,已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。,细胞全能性,植物组织培养技术,克隆个体的产生,思考,为什么已经分化的细胞具有全能性呢？,高度分化的细胞含有保持物种发育所需要的全套基因,除受精卵外，生物体内有没有具有分裂分化能力的细胞？,植物体内,分生组织细胞（如根尖分生区细胞）,动物体内,干细胞,（动物和人体内少数具有分裂和分化能力的细胞）,资料：干细胞是还没有分化发育的细胞，它能生成各种组织器官的起源细胞。科学家把干细胞大致分为3种类型：全能干细胞（胚胎干细胞），多能干细胞（组织干细胞），和专能干细胞。全能干细胞的一大特点是具有发育的全能性，可以参与整个生物体的发育，构成人体的各种组织和器官。受精卵便是一个最初始的全能干细胞。多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，但不能发育成完整的个体，如血液组织干细胞、神经组织干细胞和皮肤组织干细胞等。多能干细胞进一步分化，可形成专能干细胞。专能干细胞只能分化成某一类型的细胞，如神经组织干细胞可以分化成各种类型的神经细胞，血液组织干细胞可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。,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。,持久性，稳定性，不可逆转，遗传物质没有改变。,细胞分化是不同细胞中遗传信息的执行情况不同导致（基因的选择性表达）。,细胞分化是个体发育的基础；是生物界中普遍存在的生命现象；细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。,已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。,；prz60nsr让他俩摇的。”耿憨笑了，说：“二壮哇，没有那么可怕，让大家伙儿把场子打得大一些就行了。你今儿个晚上就试着摇一次，以后就敢摇了！男子汉，胆儿大一些！”看二壮还是迟疑着不敢答应，董家成也说：“二壮，听你憨叔的，今儿个晚上就试着摇一次！唉，都怪他娘那个急脾气，把俺家二壮给驯服成了这么个胆儿小的性子！”裴氏说：“也不全是。都是一个娘生一个娘养的，你看大壮和妞儿就不这样哇！尤其是妞儿，倒是打小儿就像个野小子一样呢！”郭氏也说：“就是哇，这性子主要是天生的呢！有意地多让二壮做一些放胆儿的事儿也就是了。可这话又说回来，斯文也有斯文的好处哇。如果他实在不想摇那个玩意儿，咱们也没有必要难为娃儿的。”耿憨拍一拍大壮的肩膀，说：“大壮，你当年摇得挺不错嘛，要不待会儿去教一教他们？”大壮没有回答，而是忽然突兀地说：“憨叔，俺想好了，如果耿叔他们明年八月十五还不回来，俺和俺爹秋后了就去汉口镇上找他们去！”看到耿憨张大嘴巴说不出来一句话来，董家成也说：“是的，俺已经答应大壮了，要是他们父子们赶明年八月十五还回不来，俺们父子俩就去汉口镇上找一找！俺就不信了，耿兄弟那么能干的人”秀儿说：“俺也和你们一起去！反正待在家里也是干着急！”耿憨说：“秀儿你别着急，万一真要南下找他们去，也是俺和你兄弟们去的，哪里用你去啊！”秀儿说：“耿英能跟耿伯伯他们去，俺怎么就不能出门儿呢？”董家成也说：“秀儿你不用想着去，好好儿得在家里等着就行了。还有憨子，粉坊里离不开人，你们父子们也不用去，有俺们爷儿俩去就足够了！”耿憨想一想，说：“那到时候就叫青山和你们一起去哇，反正他和大壮一直跑外的。你们要真出去了，人多点儿也好有个相互照应什么的！”郭氏实在忍不住了，撩起衣襟来擦了把眼泪，说：“他们有腿哩！这如果到了最后的期限了还不回来，你们几个就是辛辛苦苦地跑去了又会有什么用哇？”听了郭氏这伤心不已的话，大家一时无语了。裴氏和秀儿突然哭出声来，耿兰和董妞儿也跟着哭了。大壮声音哽咽地说：“婶儿，无论如何，俺一定要去汉口镇