细胞分化干细胞细胞生物学
细胞生物学中的细胞分化与分裂
细胞生物学中的细胞分化与分裂细胞是生物体的基本单位，细胞生物学研究着生命的奥秘。
在细胞的发展过程中，细胞会经历细胞分化和细胞分裂两个重要过程。
细胞分化是指细胞从未分化状态向特定类型细胞的转变，而细胞分裂则是指细胞在生长和繁殖过程中自我复制和分离。
本文将从这两个方面来详细探讨细胞生物学中细胞分化和细胞分裂的相关知识。
一、细胞分化细胞分化是指同一种细胞在功能和形态上的差异化，是多细胞生物体内不同细胞类型形成的基础。
细胞分化的过程中，未分化的细胞会通过基因表达的调控逐渐转变为特定的细胞类型，从而承担特定的功能。
细胞分化的发生需要一系列复杂的内外因素的参与，包括基因调控、信号通路和细胞与邻近细胞的相互作用等。
细胞分化的一个经典案例是干细胞的分化。
干细胞具有自我复制和未定向分化为各种细胞类型的能力。
在特定的环境和刺激下，干细胞可以通过分化成为神经细胞、心肌细胞、肌肉细胞等。
这一过程中，细胞内的转录因子和外界信号分子起着重要作用。
通过调控这些因子的表达，体细胞可以不仅仅是复制自己的DNA，还可以向外分化为大部分体细胞。
这一发现让人们对于细胞的分化和再生过程有了更深入的了解。
二、细胞分裂细胞分裂是细胞在生长和繁殖过程中自我复制和分离的过程。
细胞分裂分为有丝分裂和无丝分裂两种类型。
有丝分裂是指经过一系列复杂的步骤，细胞的染色体在分裂过程中分离，最终形成两个基本一致的子细胞。
无丝分裂则是指细菌等原核细胞通过简单的DNA复制和分离形成两个相同的细胞。
有丝分裂是细胞分裂中最为常见和复杂的过程。
它包括有丝分裂前期、有丝分裂中期、有丝分裂后期和有丝分裂后期四个阶段。
在有丝分裂前期，细胞的染色体开始缩短、变厚，形成染色体条状结构，并且核膜逐渐解体。
在有丝分裂中期，染色体排列成等距离的中央区域，此时纺锤体完全形成。
在有丝分裂后期，细胞的染色体开始分离成两个群体，纺锤体逐渐消失。
最后，有丝分裂后期，细胞完成分裂，形成两个基本一致的子细胞。
细胞生物学题库第12章答案
《细胞生物学》题库参考答案第十二章细胞分化与基因表达调控一、名词解释1. 细胞分化( cell differentiation )：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程。
2. 组合调控 ( combinational control )：每种类型的细胞分化是由多中调控蛋白共同完成的的方式。
3. 转分化 (transdifferentiation )：一种类型的分化细胞转变成另一种类型分化细胞的现象。
4. 去分化 (dedifferentiation )：是指分化细胞失去起特有的结构与功能变成具有未分化特征的过程。
5. 再生现象(regeration):生物体的整体或器官受外力作用发生创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又长出与丢失部分在形态与功能上相同的结构的这一过程。
6. 细胞全能性(totipotency) ：是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整机体的潜能或特征。
7. 干细胞( stem cell) ：具有多潜能性的细胞。
8. 决定(determi nation):细胞在发生可识别的形态变化之前，就已受到约束而向着特定方向分化，这时细胞内部已发生变化，确定了未来的发育命运。
9. 癌基因(oncogenes):是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能引起正常细胞癌变。
10. 原癌基因(proto-oncogene)：它不具有致癌能力，但由于它的发现源于病毒基因及其与病毒基因的高同源性，因而不恰当的称为原癌基因。
11. 抑癌基因(tumor-suppressor gene):是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。
12. Cancer cell ：经基因突变招致某些分化细胞的生长与分裂失控,脱离了衰老和死亡的正常途径的细胞13. 基因组印记：哺乳动物所特有的现象,用来说明甲基化作用在基因表达中具有的重要意义的最好例证14. 决定子：影响卵裂细胞向不同方向分化的细胞质成分。
细胞分化 干细胞(细胞生物学)
正常分化的细胞
转分化 (transdifferentiation)
射线、药物、毒物...
癌细胞
从一种特化细胞类型转变为另一种类型的分化细胞的现象。 培养基中缺乏维生素A 人皮肤基底层细胞 培养基中富含维生素A 粘膜上皮细胞或具有纤毛的上皮细胞 角化细胞
（四）个体发育中细胞分化的潜能性
1、细胞发育潜能在发育过程中逐渐变窄
干细胞
过渡放大细胞
分化细胞 (transit amplifying cell)
缓慢增殖的生理意义 可减少基因发生突变的危险； 有利于干细胞对环境信号作 出反应。
2.干细胞增殖系统的自稳定性
• 自稳定性是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新并维持其自身数目的恒定 。
四、干细胞的分化特征
• 干细胞的分化潜能（全能－多能－专能） 胚胎干细胞的亚全能分化特性 成体干细胞的多全能分化特性 区别于前体细胞 • 干细胞具有可塑性，在适当条件下干细胞的转 分化和去分化。 干细胞的转分化：一种组织类型的干细胞在适 当条件下分化为另一种组织类型细胞的现象。 如人的骨髓干细胞可以分化为肝脏细胞、肌肉 细胞、神经细胞等。 干细胞的去分化：一种干细胞向其前体细胞的 逆向转化。
2. 什麽是细胞分化？有那些具体特征？ 3. 细胞分化的影响因素有那些？
4. 为什么说在发育过程中细胞的潜能逐渐变窄？
干细胞
• 在个体成熟之后，机体的组织仍然保持着一种特 有的自稳性。即在特定组织中细胞的死亡和细胞 的增生的速度会维持着一个动态平衡。 • 各种组织还保持着程度不同的损伤后再生的能力 ，如两栖类动物、哺乳动物的造血系统，小肠， 毛发及皮肤等。
3. 细胞粘附分子对细胞分化的作用
细胞粘合是由于同类细胞可以通过表面细胞粘附因子，进
细胞分化和干细胞技术
细胞分化和干细胞技术作为生物学的重要分支之一，细胞生物学主要研究细胞结构、功能和生物化学过程等方面的问题。
细胞是生命的基本单位，其内部结构和功能的改变直接影响着其所处生命系统的运行状态，因此，研究细胞分化和干细胞技术的相关问题成为细胞生物学领域的重要研究方向。
细胞分化是指不同类型的细胞从同一种细胞母细胞中形成的过程。
在早期的胚胎发育阶段，细胞分化的决定主要由胚胎内自主机制控制。
细胞分化是复杂的、多步骤的过程，其过程通常可分为三个阶段：细胞命运选择、细胞分化和后期命运锁定。
在细胞命运选择阶段，胚胎内的内外拟定层之间的信号通路起关键作用。
外拟定层所释放的细胞信号分子可以激活内拟定层或周围的未定型细胞，从而促进细胞分化形成不同的细胞类型。
在随后的细胞分化阶段，早期分化产生的祖细胞不断分裂和分化，进而形成各不相同的细胞类型。
后期命运锁定阶段是细胞分化的最后一步，在这一步中，分化出的细胞通过特异性的基因表达和信号通路的变化完成最终的生物学特性转化。
这些基因所调控的物质包括蛋白质、酶、细胞器和非编码RNA等，它们的不同表达情况直接影响着细胞类型的形成。
干细胞技术是指通过人工方式培养和维持体外分化的干细胞，在其分化为不同细胞类型过程中，控制其分化的命运锁定，产生指定的细胞类型。
干细胞技术被广泛应用于医学研究和临床治疗领域，如再生医学、神经退行性疾病、心肌梗死、临床试验等。
干细胞可以分为胚胎干细胞和成体干细胞两种类型。
胚胎干细胞来源于胚胎发育早期的内细胞团，具有细胞多能性，既可经过自发分化而生成各种分化细胞，也可通过外界刺激而逆转成为多能状态。
成体干细胞则在已经分化的成体组织或器官中寻找，虽然成体干细胞分化的种类相对较少，但运用它们在治疗部分疾病方面具有以下优势：①不涉及伦理问题；②获得干细胞不用从胚胎中分离，而是从成人或孩子的组织中获得；③获得干细胞不会引发排斥反应，因为他们来自患者本身的体内组织或器官。
在干细胞技术的研究方面，主要存在以下问题：①当前的制备方法相对于单个使用和复杂性来说，制备干细胞是相对耗费时间和资源的；②刺激干细胞成为特定细胞类型的技术，目前并不是完美的。
细胞生物学的新研究成果和发现
细胞生物学的新研究成果和发现在细胞生物学领域，一直以来都存在着许多未解之谜和研究难点。
但是，随着科技的不断进步和研究方法的不断创新，近年来涌现出了不少新的研究成果和发现，深化了我们对细胞的理解，也为未来的研究提供了新的方向。
本文将从几个方面介绍细胞生物学的一些新研究成果和发现。
一、基因编辑技术基因编辑技术是指针对特定基因进行人工改造的技术，目前被广泛应用于细胞生物学、医学和农业等领域。
近年来，CRISPR/Cas9技术的诞生和不断完善，使得基因编辑技术得以更加精准、高效地进行。
研究人员利用CRISPR/Cas9技术成功地编辑了一些细胞基因，并发现了一些新的基因功能。
例如，在研究中发现了一个新的受体——GPR56。
这个受体在细胞分裂和迁移中发挥了重要作用，并参与了多种疾病的发生。
科学家们希望通过基因编辑技术，探索GPR56与这些疾病之间的关联，为未来的治疗提供新的思路。
二、细胞膜与膜蛋白研究细胞膜是细胞的一大重要组成部分。
它不仅保护细胞内部结构、控制物质进出，还参与细胞的信号传导和免疫应答等功能。
近年来，研究人员发现了一些新的膜蛋白和分子机制，深化了我们对细胞膜的认知。
其中，最具代表性的是肠果蝇体内的HOPS复合物。
这个复合物参与了细胞内膜吞噬和垃圾清除等过程，对疾病的发生和发展有着重要的影响。
科学家通过显微镜观察、遗传分析和结晶成像等手段，成功地解析了HOPS复合物的结构和功能，为今后的膜蛋白研究提供了新的思路。
三、细胞分化和干细胞研究细胞分化和干细胞研究是细胞生物学领域的热点话题。
科学家们希望通过了解分化过程中的分子机制，以及利用干细胞进行组织修复和再生等疾病治疗。
近年来，研究人员在这个领域也取得了一些重要的进展。
例如，在一项关于人类干细胞的研究中，科学家发现了一个新的分子——STAGA。
这个分子可以促进细胞分化，并影响细胞的发育和分化进程。
同时，STAGA还对一些重要的发育相关基因起到了调节作用。
细胞生物学(第五版)-第14章 细胞分化与干细胞
三、成体干细胞
生物成体中，多数细胞都是具有一定寿命，生物体需要产生足够的各种不同 类型的细胞，以维持机体的代谢平衡。这一工作主要由存在于各种组织和器 官中的成体干细胞完成，其基本功能是分化产生某些类型的终末分化细胞。
成体干细胞的特征
祖细胞可以快速分裂，形成各 种分化细胞。与干细胞不同， 祖细胞只有有限的分裂次数。
第二节 干细胞
一、干细胞的概念和分类
干细胞是机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞）和多向分化 潜能（分化形成不同细胞类型）的一类细胞。因此，它们在细胞分化和个体 发育中起着关键和决定性的作用。
动物克隆技术的基本理论问题是体细胞 的重编程问题，即已分化的染色质如何 通过重新“编程”回到初始未分化的细胞 状态，然后才有可能沿正常的发育程序 分化成各种类型的细胞
近年来，通过对胚胎干细胞， 包括人胚胎干细胞在内的细 胞定向分化的研究显示：细 胞分化与3个胚层发生这一复 杂的过程，不仅依赖于各种 信号分子的组合和浓度，也 与细胞相互间的位置密切相 关，细胞所处的位置即细胞 的微环境对细胞状态的维持 及分化的命运起到关键作用。
细胞分化与3个胚层发生的分子机制的示意：基因丢失，基因扩增，基因重排，DNA甲 基化 基因重排：基因与基因间的位置或顺序发生重新排列组合。如B 淋巴细胞分化为浆细胞的过程中，它的DNA经过断裂重排的变化, 这有利于其利用有限的免疫球蛋白基因表达大量的抗体。 总之伴随染色质变化及基因重排，细胞分化也出现变化。
（三）细胞记忆与决定
信号分子的有效作用时间是短暂的，然而细胞可以将这种短暂的作用储存起 来并形成长时间的记忆，逐渐向特定方向分化。 果蝇幼虫的成虫盘（imaginal disc)是一些未分化的细胞群,在幼虫变态过程中， 不同的成虫盘发育为成虫不同的器官。
细胞生物学中的细胞周期和细胞分化
细胞生物学中的细胞周期和细胞分化细胞生物学是研究生命的基本单位——细胞的结构、功能和生命周期的学科。
在细胞生物学中，细胞周期和细胞分化是两个非常重要的概念，它们是细胞发展和形态变化的关键。
一、细胞周期细胞周期是指细胞从一次分裂开始，到下一次分裂结束所经历的一系列生理和生化变化的过程。
细胞周期包括四个主要的阶段：G1期，S期，G2期和M期。
这些阶段之间的时间和顺序是十分严格和有序的，其中G1期、S期和G2期合称为间期(I期)，M期则是有丝分裂。
1. G1期：细胞在此期间长期停滞，生长和合成生命所需物质。
细胞周期中大部分时间花费在G1上，这是因为它是细胞准备进入S期的关键时期。
若遇到不良外界环境，细胞可在G1期中慢下来或随时停止。
2. S期：细胞在此期间进行DNA复制并合成染色体的复制物。
S期保证了每个新细胞都能获得与母细胞一样的基因组，从而保证后代的遗传信息得到传递。
3. G2期：细胞在此期间进行备份。
细胞检查染色体是否正确地复制，并检查其所有细胞器是否正常。
在G2期，细胞准备进入有丝分裂的M期，从而分裂成两个新的细胞。
4. M期：细胞在此期间进行有丝分裂，包括分裂和细胞质分裂。
有丝分裂确保了每个新细胞都能获得与母细胞一样数量和类型的染色体，从而使后代在形态和功能上与母细胞相似。
二、细胞分化细胞分化指的是由未分化状态到特定功能细胞状态的过程。
在一个多细胞的生物体中，细胞分化是一个非常重要的过程，因为只有不同种类的细胞协调工作，整个生物体才能正常运作。
细胞分化主要涉及到基因的表达和细胞类型和功能的转变。
在某些组织中，细胞分化是不能逆转的，而在其他组织中，则有一定的可逆性。
在干细胞中，目前还没有表达分化基因，这使它们有潜力成为几乎任何细胞类型。
干细胞研究的目标之一是向这些细胞定向，使它们变成特定的细胞类型，从而用于疾病治疗或组织工程。
细胞周期和细胞分化是细胞发展和变化的两个关键过程。
在研究这些过程中，可以更好地理解细胞是如何工作的，并且有助于对疾病和诸如癌症等异常条件的理解。
细胞生物学知识点
细胞生物学知识点细胞生物学是生物学中重要的分支学科，研究细胞的结构、功能和变化等方面的知识。
本文将介绍一些常见的细胞生物学知识点，以帮助读者更好地理解这一领域的基础知识。
以下内容按照细胞结构、细胞功能和细胞变化三个部分展开叙述。
细胞结构1. 细胞膜：细胞膜是细胞的外部界面，由磷脂双分子层构成，负责细胞内外物质的交换和细胞内环境的稳定。
2. 线粒体：线粒体是细胞产生能量的主要场所，参与细胞呼吸过程，生成三磷酸腺苷（ATP）供细胞使用。
3. 内质网：内质网是由膜结构组成的细胞内通道系统，负责蛋白质的合成、加工和转运等功能。
4. 核糖体：核糖体是细胞中蛋白质合成的场所，由核糖核酸和蛋白质组成，具有重要的生物合成功能。
5. 高尔基体：高尔基体是一种由扩大的内质网形成的细胞器，参与蛋白质的修饰、分拣和包装等过程。
细胞功能1. 分裂：细胞分裂是细胞生物学的重要过程，负责生物体的生长、发育和修复等功能。
常见的细胞分裂包括有丝分裂和减数分裂。
2. 分化：细胞分化是指多能干细胞逐渐转变为特定功能细胞的过程，使细胞能够完成特定的生物功能。
3. 呼吸作用：细胞通过呼吸作用将有机物质氧化分解为二氧化碳和水，并释放能量。
呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两种形式。
4. 同化作用：细胞通过同化作用将外界物质合成为自身所需的有机物质，包括光合作用和化学合成等过程。
5. 分泌作用：细胞通过分泌作用将合成的物质排放到细胞外，起到维持细胞内环境稳定和传递信息的作用。
细胞变化1. 肿瘤：细胞无法受到正常生长调控时，可能发生肿瘤的病变。
肿瘤可以分为恶性和良性两种类型，对生命健康有严重威胁。
2. 凋亡：细胞凋亡是细胞主动死亡的过程，可以通过程序性细胞死亡来维持机体的正常发育和功能。
3. 基因突变：细胞的基因组中可能发生突变，导致细胞功能异常或者癌症等疾病的发生。
4. 分化异常：细胞分化过程中，若出现异常，可能会导致特定类型细胞的功能受损或者失去特定功能。
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细胞分化干细胞细胞生物学
1958年有人用野生 胡萝卜游离的韧皮 部细胞进行体外培 养的实验中，观察 到已经高度分化的 细胞可以重新分裂 而回得到胚性细胞 状态，这种现象叫 做去分化或称脱分 化，然后通过再分 化形成根茎，最终 发育成完整的新 植株。
（一）细胞核对细胞分化的影响
• 细胞核内基因选择性表达
（二）细胞质对细胞分化的影响
• 在卵裂期间，不同的细胞质组分被 分配到不同类型的细胞内，这些特 殊的组分被称为形态发生的决定子 ，它们支配细胞分化的途径。
细胞分化干细胞细胞生物学
全能细胞
➢在胚胎发育过程中，由 全能多能单能的发育 趋向，是细胞分化的一个 普遍规律
多能细胞 外胚层 单能细胞中胚层来自内胚层生殖细胞
细胞分化干细胞细胞生物学
2、细胞生理状态随分化水平而变化
细胞的分裂能力 细胞对环境因子的反应性
细胞分化干细胞细胞生物学
3、分化细胞细胞核的全能性 证据一：
细胞分化干细胞细胞生物学
细胞分化干细胞细胞生物学
果蝇成虫盘细胞的移植实验
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细胞决定实验示意图
细胞分化干细胞细胞生物学
细胞分化的有序性
单细胞生物：时间性 多细胞生物：时间性＋空间性
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（三）细胞分化的可逆性——去分化与转分化
去分化 (dedifferentiation)
在特定条件的诱导下，高度分化的细胞可以失去特有的结构和功能， 变为具有未分化细胞的特性。这种现象叫做去分化。
正常分化的细胞
射线、药物、毒物... 癌细胞
转分化 (transdifferentiation)
从一种特化细胞类型转变为另一种类型的分化细胞的现象。
人皮肤基底层细胞 培养基中富含维生素A
培养基中缺乏维生素A 角化细胞
细胞分化干细胞细胞生物学
卵清蛋白 基因
β-珠蛋白 基因
胰岛素 基因
实验方法
分子杂交技术检测基因及其表达
细胞总DNA 输卵管 成红 胰岛 细胞 细胞 细胞
+++
细胞总RNA
输卵管 成红 胰岛
细胞
细胞 细胞
+
-
-
+++
-
+
-
+++
Southern杂交
-
-
+
Northern杂交
不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定 细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。
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细胞分化 (cell differentiation)
在个体发育过程中，后代细胞间在形态、结构和生 理功能上发生稳定性差异的过程。细胞分化是多细 胞有机体发育的基础与核心。
组织、器 官、系统
个体
细胞分化干细胞细胞生物学
一、 细胞分化的基本特征
（一）细胞分化表现为细胞形态结构发生稳定性差异。
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（一）细胞分化与差异基因表达
管家基因(house-keeping gene)：
是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本 生命活动所必需的； 如核糖体蛋白，线粒体蛋白，膜蛋白、组蛋白。
奢侈基因(luxury gene)
又称组织特异性基因(tissue-specific genes) 指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型 细胞特异的形态结构特征与特异的功能； 如红细胞的血红蛋白基因，皮肤的角蛋白基因。
粘膜上皮细胞或具有纤毛的上皮细胞
细胞分化干细胞细胞生物学
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（四）个体发育中细胞分化的潜能性
1、细胞发育潜能在发育过程中逐渐变窄
桑葚胚 囊胚
原肠胚
细胞分化干细胞细胞生物学
细胞分化干细胞细胞生物学
全能细胞（totipotent cell)
单个细胞在一定条件下具有分化发育成完整个体的能力。
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（二）差别基因表达的转录水平调控
细胞分化的基因表达调控可以发生在转录、翻译以及蛋白质形成后活 性修饰等不同水平，其中转录因子介导的转录水平调控最为重要。
--顺式作用元件（包括启动子、增强子、沉默子），促进基因 转录活性，调节基因的组织专一性表达。 --反式作用因子（又叫转录因子或调节蛋白），结合特异的顺 式作用元件而激活基因的转录。 --包括转录激活和转录抑制两方面。 -- DNA甲基化 -- 组蛋白的共价修饰
----稳定，与功能相适应
骨骼肌细胞
红细胞
神经细胞
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（二）细胞分化的时空性。
细胞决定(cell determination)
细胞决定是指细胞在发生可识别的形态变化之前, 就已受到约束而确定了分化方 向, 这时细胞内部已发生了稳定的变化, 基因活动模式已经开始改变，确定了未 来的发育命运。 *遗传稳定性：果蝇成虫盘细胞的移植实验 *决定制约着细胞分化的方向
证据二：动物细胞核移植实验
爪蟾核移植实验
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哺乳动物核移植实验—“多莉”（Dolly）羊的诞生
细胞分化干细胞细胞生物学
二、 细胞分化的调控
红细胞和肌细胞等体细胞的遗传信息相同吗？
血红蛋白基因开启 红细胞
合成血红蛋白
肌动蛋白基因开启 肌细胞
合成肌动蛋白
细胞分化的实质是细胞按照一定程序发生的差别基因表达
细胞分化干细胞细胞生物学
DNA甲基化修饰主要与基因抑制有关
人类胚胎红细胞中珠蛋白基因的甲基化
细胞分化干细胞细胞生物学
基因活化蛋白引导的染色质局部结构改变
细胞分化干细胞细胞生物学
●转录后的加工调节 ●非编码RNA在细胞分化中的作用 ●基因重排和基因调控
细胞分化干细胞细胞生物学
三、 细胞分化的影响因素
多能细胞（pluripotent cell)
分化潜能受限，失去发育成完整个体的能力，但仍具有发育成多种表型的能力。
稳定型单能 (unipotency)
随着细胞分化，细胞的分化潜能进一步受到限制，只有分化形成某一类型细胞的能力。 因此，就其分化潜能来讲，动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高，而逐 渐“变窄”，此为细胞分化的普遍规律。
细胞分化与干细胞
细胞分化
Human cells： Number：1014 cells, >200 cell types
细胞分化干细胞细胞生物学
Question1： 受精卵是如何发育成一个人的？
受精卵是如何发育成具有不同功能 的组织器官的？
细胞分化干细胞细胞生物学
增殖
增殖
如果只有细胞增殖，没有细胞分化， 就只能形成一细胞团，而不能形成人体。