(人教版)生物必修一：《细胞的分化》示范教案

第2节细胞的分化

●从容说课

本节内容是在学生学习完细胞的增殖开设的，教师要明确指出细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，仅有细胞的增殖，而没有细胞的分化，生物体是不能正常发育的。关于细胞分化，课程标准的要求是“说明细胞的分化”和“举例说明细胞的全能性”，这都是“理解”水平的要求；可是细胞分化概念对于学生来说要比细胞增殖的概念抽象得多，教师可结合人的受精卵的发育过程，从而引导学生展开本节的学习。

在讲述细胞的分化时，应该联系初中学过的有关组织、器官、系统的知识；联系不同组织中的细胞形态、结构、成分等特点。从个体发育过程中，各种组织、器官、系统的建成角度来理解细胞分化的重要地位。在讲述中，最好结合运用几种细胞分化过程的示意图和多媒体课件。

在教学中，教师应当引导学生理解好以下几点：①一般多细胞生物体的发育起点是一个细胞(受精卵)，细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成胚胎、幼体，并发育成成体。②分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的变化，如组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶。③细胞分化是一个渐变过程，在胚胎发育的早期，细胞外观上尚未出现明显变化前，细胞的分化前途就已经决定，以后依次渐变，不能逆转。因此，分化是一种持久的、稳定的变化。④由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的DNA分子。因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。

细胞分化是多细胞生物体发育的基础与核心。鉴于细胞分化的重要性，课程标准从知识层面对细胞分化的学习内容提出了比较高的要求。本节内容是这样安排的：先介绍什么是细胞分化，细胞分化对多细胞生物体的发育有什么重要意义；再介绍已经分化的细胞，仍然可能具有发育为完整个体的潜能，即具有全能性；最后安排“干细胞研究进展与人类健康”的资料搜集与分析活动。

细胞分化是指在个体发育中，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。在这个概念中，“稳定性差异”这几个字，内涵很深刻，也是学生不好理解的。因此，教科书在关于细胞分化的概念的叙述上，不是采取演绎式写法，而是采取归纳式，从动植物体胚胎发育的具体事例入手，帮助学生理解什么是细胞分化。动物胚胎发育的过程，以红细胞和心肌细胞的分化为例；植物胚胎发育的过程，以叶肉细胞、表皮细胞和储藏细胞的分化为例。通过这些实例，帮助学生理解早期胚胎中彼此相似的细胞，经过分裂和分化，发育为形态、结构和功能上不相同的细胞，这一变化过程是持久性的，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。

细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。但是学生没有学过基因表达，无法理解基因的选择性表达是怎么回事。为了让学生对细胞分化的认识能够深入到本质，即基因水平，而不只是停留在表面现象，即不同类群细胞形态、结构和功能的差异上，教科书先设问：“就一个个体来说，各种细胞具有完全相同的遗传信息，但形态、结构和功能却有很大差异，这是怎么回事呢？”然后以红细胞和肌细胞中，血红蛋白基因和肌动蛋白基因所处的开、关状态不同为例，解释在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息执行情况不同，导致细胞形态、结构、功能上的差异。通过具体的事例，帮助学生理解基因的“选择性”“表达”。

紧接着提出下一个问题：高度分化的细胞，还能像早期胚胎细胞那样，再分化成其他细

胞吗？由此引入对“细胞的全能性”的学习，植物细胞一般都具有全能性，而动物和人体内有没有具有分裂和分化能力的细胞呢？在这个问题下，教科书引出了干细胞的概念。近年来哺乳动物胚胎干细胞的分离成功，极大地促进了人们对干细胞的认识，并使干细胞的研究成为生物医学研究的热点领域之一。干细胞的研究为替换病变的组织和器官、某些癌症和遗传病的治疗带来了新的希望。教科书安排的“资料搜集和分析”活动，鼓励学生通过报纸、刊物、书籍、互联网等途径搜集有关干细胞研究进展的资料，在关注与人类健康密切相关的生物学热点问题的同时，培养资料搜集和分析能力，以及表达与交流的能力。

综上所述，本节内容信息量比较大，概念抽象，内容新鲜，因此教师要灵活运用教学方法，如讨论法、发现法、讲述法等等，使本节的教学达到新课标的要求。

●三维目标

1.知识与技能

（1）了解细胞的分化与生物体发育的关系，能说明细胞的分化。

（2）能举例说明细胞的全能性及其在科学研究中的应用。

2.过程与方法

（1）培养学生分析比较的能力。

（2）培养学生联系实际灵活运用知识的能力。

（3）学会有关干细胞研究进展与人类健康的资料搜集和分析。

3.情感态度与价值观

（1）通过学习使学生体会生命的运动性，体会内因和外因对生命进程的影响等哲学思想。

（2）引导学生关注当今世界面临的重大社会问题和人类的健康问题。激发社会责任感和使命感，激发学生关爱生命的美好情感。

●教学重点

1.细胞分化的概念和意义。

2.细胞全能性的概念。

3.细胞分化与细胞分裂的关系。

●教学难点

1.细胞分化的概念。

2.细胞全能性的概念及实例。

●教具准备

1.各种不同形状的细胞和不同组织的图片。

2.植物体细胞培养产生完整植株示意图。

3.骨髓中造血干细胞分化出各种血细胞图片。

4.植物体细胞培养产生完整植株的录像片断。

5.细胞分化的多媒体课件。

6.学生用橡皮泥制作一个细胞连续两次分裂的模型。

7.人的受精卵发育成胎儿过程的视频录像。

●课时安排

1课时

●教学过程

［课前准备］

为了更好地落实教师的主导地位和学生的主体地位，教师要先把上课所需要的各种图片、资料、板书设计和视频等用PowerPoint平台制作成多媒体课件；教师在课前检查学生搜集有关干细胞研究进展与人类健康资料的情况；学生用橡皮泥预先制作一个细胞连续两次

分裂的模型以供上课使用。

［情境创设］

教师先播放人的受精卵发育成胎儿过程的视频录像给学生观看，这是人的生理常识，学生会很迫切想认识这个过程，大大地激发学生学习兴趣，（注：教材的问题探讨有关骨髓移植来治疗白血病的话题太沉重，我认为不能用来作为情境创设，可以放在介绍了细胞的全能性以后再讨论）非常有利于本节课的学习；学生观看后，教师提问学生回答问题。

教师：这个过程中包含了我们前面学过的哪些方面的细胞学知识？

学生：细胞的增殖，细胞的生长等知识。

教师：上节课我们学习了细胞增殖的知识，认识到细胞增殖的结果是细胞数量的增多，这些细胞是一堆相同的细胞。

学生：出示用橡皮泥制作成细胞分裂结果模型。

教师：从我们刚才观看的录像认识到在受精卵发育的过程中，只有细胞的增殖和生长是远远不够的，还要有我们今天要学习的细胞的分化。什么是细胞的分化呢？下面我们一起来讨论。

［师生互动］

（一）细胞分化及其意义

1.什么是细胞分化？

教师：播放人的胚胎发育过程的FLASH 动画。提出问题：胚胎的早期和后期有什么 不同？

学生：观察和讨论。

教师引导学生回答：胚胎发育的早期，各个细胞彼此相似；它们都来自受精卵的分裂，具有相同的遗传物质。

教师：组成胎儿的各种细胞组织是怎样来的呢？用PowerPoint 演示课本P 117的图6—8。见图6—2—1和图6—2—2。

I n n e r

C e l l M a

s s I n V i t r o F e r t i l i z a t i o n T o t i p o t e n t C e l l s B l a s t o c y s t F e t u s

图6-2-1 神经管脑脊髓

毛、齿等

腺甲、爪中胚层软骨肌肉形成血的组织泌尿生殖系统髓样组织淋巴组织

松结缔组织消化道肝胰内胚层骨呼吸系统致密结缔组织咽甲状腺

甲状旁腺

受精卵 卵裂 分化*外胚层表皮

腺

图6—2—2 细胞和组织分化的不同途径（*内胚层只形成这些器官、系统的上皮） 学生：思考和观察，然后回答问题。

教师引导学生回答：细胞增殖的同时，这些细胞逐渐向不同方向变化，如课本图6-8，红细胞和心肌细胞都来自一群相似的胚胎细胞。后来，有的细胞发育为红细胞，合成运输氧的血红蛋白；有的细胞发育为肌细胞，合成行使运动功能的蛋白质。

教师：如图6—2—2，我们看到了组成胎儿的各种细胞组织就是因为细胞的变化方向不同，使它们从相似的早期胚细胞变成了形状结构各异的各种各样的细胞和所组成的组织，（如图6—2—3），这些不同的细胞组织就组成了一个完整的生物体——胎儿。用PowerPoint 演示课本P 118的图6—9，引导学生观察。提出问题：植物的情况怎样呢？

1 2 3 4 5

6 7

8

9 10 11

图6-2-3 各种不同形状的细胞和不同组织的示意图

学生观察。

教师引导学生讲出：植物也是一样，同一植物体的各种细胞，如叶肉细胞、表皮细胞、

储藏细胞等细胞也都来自一群彼此相似的早期胚细胞。

教师：我们认识到这里，同学们明白什么是细胞分化吗？提问学生回答。

学生：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。细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化了的细胞将一直保持分化的状态，直到死亡。

学生用各种颜色的橡皮泥操作一种细胞分化成多种细胞的模型。教师用PowerPoint 演示同样的过程。学生阅读课本P 118第二自然段和讨论课本的想象空间的问题，加深对细胞分化的理解。

1.细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，发生在生物体的整个生命进程中，但在胚胎发育期最旺盛， 、最频繁，达到最大程度。细胞分化是稳定有序的，一般是不可逆的。

2.细胞分化是个体发育的基础。仅有细胞的增殖，而没有细胞的分化，就不可能形成具有特定形态、结构和功能的组织器官（课本P 118图6-10），生物体也就不可能正常发育。

3.细胞分化使细胞的功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

教师：创设问题：同学们想过吗？组成生物体的各种各样的细胞遗传信息一样吗？ 学生：同一个生物个体中，各种各样的细胞遗传信息是完全相同的，都来自受精卵。 教师：但这些细胞形态、结构和功能却有很大差异，这是怎么回事呢？原来，在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息的执行情况是不同的，例如，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。（注：基因的有关知识将在第二模块中继续学习）。也就是说，细胞分化是特定基因在一定的时间、空间表达的结果。讨论到这里，同学们能讲出细胞分化的意义吗？

教师引导学生回答：多细胞生物经过细胞分化形成各种不同的细胞和组织，多细胞生物的个体发育起点——受精卵，通过细胞分裂分化形成各种组织、器官和系统，进一步构成多细胞生物个体。

教师创设问题：是不是所有分化的细胞都不能再分裂呢？

教师：同学们，看过家里的爷爷种花，他摘取月季花的一段枝条，把它种到地里，过一段时间，枝条长成完整的植株并开花。我们再来看一个例子，播放胡萝卜经组织培养产生完整植株的录像片。这两个实验表明什么问题呢？学生讨论。

教师：这两个实验表明，高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，这就是细胞的全能性。同学们能表达清楚吗？

（二）细胞的全能性

1.细胞全能性的概念

教师引导学生讲出：细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

教师：其实受精卵和早期胚胎细胞都是具有全能性的细胞。同学们能再举出有关植物细胞全能性应用的例子吗？

学生交流当地农业试验基地组织培养的情况，认识组织培养的优越性。

教师：通过学习和交流，同学们认识到植物细胞都具有全能性，表现出细胞全能性需要前提条件：必须是离体的细胞或组织器官、适宜的条件，且个体发育同样经过细胞分裂、细胞分化。那动物细胞具有全能性吗？和植物细胞一样吗？

学生阅读课本P119第四、五自然段。

教师：动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，细胞分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。可是细胞核则不同，它含有保持本物种遗传性所需要的全套基因，并且并没有因细胞分化而失去基因，因此，高度分化的动物细胞核仍然具有全能性。这可以从细胞核移植实验以及其他的实验证据中得到证实。同学们能举出例子吗？

学生交流，教师补充：如我国的克隆山羊阳阳等，学生讨论当今热门话题——“克隆人”可能吗？提出克隆人体器官对医学上人体器官移植的作用。

学生讨论课本P117的问题探讨，引出干细胞有关内容的学习。

2.什么叫干细胞

在动物和人体内仍然保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。如：胚胎干细胞和骨髓中的造血干细胞等。为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的残废而减少？

学生：因为健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。

学生交流有关干细胞研究进展与人类健康的情况。如：在我国的很多大医院，利用骨髓移植已经成功治愈了多例白血病患者；利用胚胎干细胞培育出肝组织，为重肝病患者带来佳音。教师教育学生要有爱心，关爱生命，维护人体健康。

［教师精讲］

细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，细胞的分裂是细胞分化的基础，通过细胞的分裂和分化，生物体才能完成生长、发育和繁殖的过程。细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。人类利用植物细胞的全能性，通过组织培养，生产出大量的植物良种，拯救珍稀物种，为人类造福；对动物和人体干细胞的研究，将为人类战胜病魔带来福音。同学们，努力吧！走科学研究的道路，胜利是属于你们的。

［评价反馈］

用PowerPoint演示下列题目，学生抢答，统计正误，进行反馈。

A.细胞数目增加

B.形成组织

C.生长

D.细胞衰老

2.组织培养和克隆技术应用的原理是

A.所有细胞都具有分化的能力

B.所有细胞都具有分裂的能力

C.所有细胞的细胞核都具有全能性

D.所有的细胞都具有全能性

3.细胞分化达到最大限度的时期是

A.受精卵时期

B.胚胎时期

C.有丝分裂时期

D.细胞的增殖时期

4.在细胞分化过程中，遗传物质将

A.发生改变

B.部分改变

C.不改变

D.是随机的

5.能克服有性杂交的不亲和性的技术是

A.组织培养

B.细胞融合

C.动物胚胎移植

D.克隆技术

6.细胞分化发生在个体发育的

A.整个生命过程中

B.胚胎期

C.受精卵分裂期

D.性成熟期

答案:1.B 2.C 3.B 4.C 5.A 6.A

［课堂小结］

［布置作业］

课本P120的练习。

2.预习第三节，收集有关社会老龄化的相关资料。

［课后拓展］

图6—2—4所示为某植株的形成层细胞，通过无菌操作，接入试管苗的培育过程，已知该植株有10对染色体。

管

苗（1）愈伤组织是形成层细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，在愈伤组织的形成过

程中，必须从培养基中获得____________和小分子有机物等营养物质。

（2）试管苗的细胞核中含有___________个DNA 分子。

（3）该实验说明植物细胞具有___________性。

（4）该试管苗的形成经历了_________________等几个过程。

解析：本题考查细胞全能性的概念及多细胞生物体的形成过程，同时还考查了对染色体成分的掌握情况，在了解上述知识后，可知正确答案。

参考答案：

（1）水、无机盐、维生素 （2）20 （3）全能 （4）细胞分裂细胞分化组织器官的形成新个体的形成

●板书设计

第2节 细胞的分化

（用PowerPoint 演示）

一、细胞的分化

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，叫做细胞分化。

2.特点：持久性、不可逆性、稳定性。

3.时间：整个生命进程，胚胎期达到最大限度。

4.意义：多细胞生物经过细胞分化形成各种不同的细胞和组织，使生物体能正常生长和发育。

5.机理：基因的选择性表达。

二、细胞的全能性

1.概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

2.基础：细胞内含有该物种的所有遗传信息。

3.类型：???

????代细胞核移植产生克降后应用细胞核具有全能性动物组织培养应用细胞具有全能性植物:::: 三、干细胞

1.概念：动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞。

2.类型：?

??如造血干细胞官能分化发育成组织或器组织干细胞如胚胎干细胞能分化发育成完整个体全能干细胞,:,: ●习题详解

一、练习（课本P 120）

（一）基础题

1.解析：此题是考查学生对细胞增殖和细胞分化概念的理解。

答案：数目增多 染色体数目 稳定性差异

2.答案：C

（二）拓展题

1.解析：细胞的全能性的应用是本节课的一个重点，学习时既要理解细胞全能性的概念，又要弄明白课本的实例，还要在此基础上进行拓展达到能举一反三。

答案：通过植物组织培养技术繁殖花卉，保证花木的优良品质不变，并且繁殖得快；通过体细胞克隆哺乳动物；干细胞移植治疗白血病；利用干细胞技术解决器官移植缺少供体器

官的难题等。

2.解析：干细胞是一类具有自我更新和分化发育潜能的原始细胞，机体的各种细胞、组织和器官都是由干细胞分化发育来的。因此可以利用干细胞的分离和体外培养，在体外培养出组织和器官，再经过组织或器官移植来治疗临床疾病。

答案：动物细胞特别是高等动物细胞随着胚胎的发育，细胞分化潜能变窄。肌细胞是已分化的细胞，它通常不能转化为其他类型的细胞，因而不能用肌细胞代替干细胞培育组织和器官。

二、问题探讨（课本P117）

1.健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。

2.骨髓中造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生不同种类的血细胞。

三、本节聚焦（课本P117）

1.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.细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。多细胞生物经过细胞分化形成各种不同的细胞和组织，使生物体能正常生长和发育。

3.细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

四、旁栏思考题（课本P118）

提示：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。

五、旁栏思考题（课本P119）

动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，细胞分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。可是细胞核则不同，它含有保持本物种遗传性所需要的全套基因，并且并没有因细胞分化而失去基因，因此，高度分化的细胞核仍然具有全能性。这可以从细胞核移植实验以及其他的实验证据中得到证实。

六、资料搜集和分析（课本P120）

1.在个体发育过程中，通常把那些具有自我复制能力，并能在一定条件下分化形成一种以上类型细胞的多潜能细胞称为干细胞。干细胞有很多种类型，大体上可分为成体干细胞和胚胎干细胞。

2.提示：干细胞的研究为替换病变的组织和器官、某些癌症和遗传病的治疗带来新的希望。