细胞分化和植物细胞全能性
2020届人教版高中生物必修一学案：6.2 细胞的分化含答案
第2节 细胞的分化学习目标1．说出细胞分化的概念及特点(重点)。
2.阐述细胞分化的实质(难点)。
3.举例说明细胞的全能性。
|基础知识|一、细胞分化 1．概念2．特征：具有普遍性、持久性、稳定性和不可逆性。
3．原因：不同的细胞中遗传信息的执行情况不同。
4．意义：(1)生物个体发育的基础。
(2)有利于提高各种生理功能的效率。
二、细胞的全能性 1．概念(1)前提：已经分化的细胞。
(2)本质：具有发育成完整个体的潜能。
2．基础细胞中含有发育成完整个体所需要的全部遗传信息。
3．植物细胞的全能性 (1)实验过程： 胡萝卜韧皮部细胞 ＋含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液――→培养发育完整的植株 (2)实验结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。
4．动物细胞核的全能性 (1)实验过程：乳腺细胞的细胞核＋去核的卵细胞――→培养发育克隆动物 (2)结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
5．干细胞(1)概念：是指动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
(2)举例：如人骨髓中的造血干细胞。
|自查自纠|1．细胞分化使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率。
( )2．不同分化细胞的遗传信息相同。
( )3．玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性。
( )4．骨髓干细胞与胰岛细胞的遗传信息不同，遗传信息的执行情况也不同。
( ) 5．同一植物体的叶肉细胞和贮藏细胞来自一群彼此相似的早期胚胎细胞。
( ) 6．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。
( )答案 1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.√|图解图说|★细胞分化形成不同形态、结构和功能的细胞。
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________★细胞具有全能性与细胞全能性的表达不是一个概念，全能性表达的终点是形成新个体。
第二章植物组织培养的基本原理-精品文档
二、植株再生的方式： 1、器官发生（organogenesis）： ①一部分由外植体中已存在的器官原基发育而来。 ②多数则是由外植体经过脱分化后形成愈伤组织，在不断的 培养过程中形成的一些分生细胞团，这些分生细胞团在进 行分化后，重新形成不同类型的器官原基形成的。 特点：单极性结构、新发生的器官原基中的原形成层结构与 母体（愈伤组织或外植体）的维管组织相连接。
1934年, White用离体的番茄根建立了第一个活跃生长的无 性系，使根的离体培养实验首次获得了真正的成 功。提出B族维生素的重要性。 1944年，Skoog报道DNA的降解产物腺嘌呤, 可以促 进愈伤组织的生长，解除生长素对芽形成的抑 制作用，诱导芽的形成。 1958年, Steward和Reinert由培养的胡萝卜细胞诱导形成 了 胚状体。 1965年, 由Vasil和Hildebrandt用单个分离的细胞培养 获得整个植株, 植物细胞全能性的理论真正得到 了科学的证实。
4、愈伤组织形成过程：
(1)
诱导期（启动期）：细胞准备分裂的时期。 外植体细胞在适宜的诱导培养条件下，细胞中RNA含 量迅速增加，核糖体数量增加、淀粉消失、线粒体嵴膜 数量增多，细胞内合成代谢迅速加强。但此时外植体的 体积大小改变不大。
Hale Waihona Puke (2) 分裂期：细胞迅速分裂时期
外植体外层细胞开始迅速分裂，中央细胞常不分裂，由于 分裂不均匀，形成了中间静止的芯。 细胞分裂快，结构松散、颜色浅、透明。
通过器官发生形成再生植物通常有三种方式：
先生根，再长芽。
先产生芽，再生根。
愈伤组织不同部位形成根、芽，通过维管组织将根、 芽连结在一起。
2、体细胞胚胎发生（somatic embryogenesis）： 特点：双极性结构，由单个体细胞形成胚状体，最后发育 生长为一个植株。
植物的生长与分化—植物细胞的生长和分化
主要内容
➢ 生长、分化、发育的概念 ➢ 生长、分化、发育的关系
重点和难点
重点
植物的生活周期
难点
植物的生长、分化、发育的关系
➢ 从整体水平看，植物生活周期包括：种子萌发、幼 苗生长、营养体生长、花的发育、受精、种子形成、 休眠或衰老、死亡等。
➢ 在生活周期中，伴随着形态建成过程，植物个体经 历着量变和质变的过程，即生长和分化的过程。
玉 米 的 生 长 曲 线
（二）植物生长的相关性
➢ 植物各个器官之间的生长存在于着相互制约与相互协调 的现象，这就是植物生长的相关。
➢ 相关性是植物维特整体性与适应性的生理基础之一。常 利用肥水管理，合理密植及修剪、摘心、施用生长物质 等措施来调整各部分生长的相互关系，以达到高产优质 的目的。
➢ 植物生长的相关性主要体现4 个方面： （1） 地上部分（茎和叶）与地下部分（根）的相关性 （2） 主茎与侧枝、主根与侧根的相关性—顶端优势 （3）营养器官与生殖器官的相关性 （4） 器官间的同伸关系
二、生长、分化、发育的关系
➢ 生长-是量变，是基础； ➢ 分化-是质变，变异生长； ➢ 发育-是器官或整体有序的量变与质变。 ➢ 发育包含了生长和分化。植物的地上部是通过茎尖的
分化和生长产生的。如花的发育，包括花原基的分化 和花器官各部分的生长；果实的发育包括了果实各部 分的生长和分化等。
➢发育必须在生长和分化的基础上才能进行：没有生长和 分化就没有发育。
➢如：受精卵细胞分裂转变成胚；生长点转变为叶原基、花 原基；形成层转变输导组织、机械组织、保护组织
3、发育的概念 ➢指植物生长和分化的总和，是植物的组织、器官或整体在形 结构和功能上的有序变化过程。
➢狭义的发育：指植物从营养生长向生殖生长的有序变化过程 ➢叶发育：叶原基→幼叶→成熟叶 ➢根发育：根原基→幼根→完整的根系 ➢花发育：花原基→花蕾→开花
细胞工程(植物部分)
细胞工程（植物部分）名称解释1、植物细胞工程：植物细胞工程是植物生物技术的一个重要组成部分，是在离体培养条件下，在细胞水平上对植物材料进行遗传操作的技术，即对植物体的任何一个部分（器官、组织、细胞、原生质体）进行离体诱导使其称为完整植株的技术。
2、细胞全能性：每个细胞都含有个体的全部遗传信息，都有分化成一个完整生物个体的固有能力称之为细胞的全能性。
3、细胞分化：是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。
4、脱分化：分化细胞在一定条件下，可以转变为胚性状态，重新获得分裂能力，称为脱分化。
5、再分化：是脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在一定条件下，重新分化为各种类型的细胞，并进一步发育成完整植株。
6、外植体：植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。
7、愈伤组织：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结构、无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织。
植物细胞培养：是指在离体条件下对植物单个细胞或小的细胞团进行培养使其增殖的技术。
8、悬浮细胞的同步化：是指同一悬浮培养体系的所有细胞都同时通过细胞周期的某一特定时期。
9、细胞平板培养：将制备好的单细胞悬浮液，按照一定的细胞密度，接种在1mm 左右的薄层固体培养基上进行培养，称之为平板培养10、看护培养：用一块愈伤组织或植物离体组织看护单细胞使其生长增殖的一种单细胞培养方法。
11、微室培养：人工制造一个小室，将单细胞培养在小室中的少量培养基上，使其分裂增殖形成细胞团的方法，称微室培养。
12、饲养层培养基技术：将饲养细胞先用射线辐射处理，然后将饲养细胞和培养细胞混合植板，经过照射的细胞对于培养细胞起到一个饲养作用。
13、离体无性繁殖：利用离体培养技术，将来自优良植株的茎尖、腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传形状一致的个体的方法。
也称之为微繁、快速繁殖。
14、植物脱毒：利用植物组织培养技术，脱除植物细胞中浸染的病毒，生产健康的繁殖材料。
细胞分化和植物细胞全能性
2
在细胞分化的过程中，细胞的形态、结构和功能 逐渐发生变化，这些变化是基因选择性表达的结 果。
3
表观遗传修饰在细胞分化过程中也起着重要的作 用，它可以调控基因的表达，影响细胞的分化方 向。
细胞分化的特点
持久性
细胞分化一旦发生，分化后的细胞将保 持其特有的形态、结构和功能，直到生
命结束。
不可逆性
一般情况下，已经分化的细胞只能沿 着某一特定方向发展，而不能逆转回
05 结论与展望
研究结论
细胞分化是植物生长和发育过程中的重要过程，通过 细胞分化，植物能够形成具有特定功能的组织和器官。
输标02入题
植物细胞全能性是指一个植物细胞具有发育成完整个 体的潜在能力，这一特性为植物的再生和繁殖提供了 基础。
01
03
植物激素和环境因素对细胞分化和植物细胞全能性具 有重要影响，它们能够调控细胞的生长和发育过程。
04
细胞分化与植物细胞全能性之间存在密切关系，细胞 分化程度越高，其全能性越受到限制；反之，未分化 的细胞具有更高的全能性。
研究展望
探索细胞分化与植物细胞全能性之间的相互作 用关系，以及如何通过调控细胞分化来提高植
物的抗逆性和适应性。
加强植物细胞工程和基因工程的应用研究，利用植物 细胞的全能性，实现植物的快速繁殖、基因改良和生
原始状态。
稳定性
细胞分化具有高度的稳定性，即使在 某些条件下，已经分化的细胞也不会 重新回到未分化的状态。
遗传性
细胞分化是基因选择性表达的结果， 因此具有遗传性，可以遗传给后代。
03 植物细胞全能性基础
植物细胞全能性的定义
植物细胞全能性的表现
在适宜的条件下，植物细胞可以脱分化形成愈伤组织，进而再分化形成完整的 植株。
植物组织原理
3、愈伤组织的保持 – 转接
在多数情况下，随着继代培养代数增加和培养时 在多数情况下， 间的延长，Callus长势下降、褐变、分化和形态发生 长势下降、 间的延长，Callus长势下降 褐变、 能力下降、降低甚至死亡。所以在此之前，应及时转 能力下降、降低甚至死亡。所以在此之前， 接至新鲜培养基上。 接至新鲜培养基上。 主要原因：遗传因素，染色体畸变、基因突变； 主要原因：遗传因素，染色体畸变、基因突变； 生理因素，细胞或组织内激素平衡的改变，细胞对外 生理因素，细胞或组织内激素平衡的改变， 源生长物质的敏感性改变。后者可以通过调控培养条 源生长物质的敏感性改变。 件而恢复。 件而恢复。
第一节 植物细胞全能性和细胞分化 植物组织培养的核心理论： 植物组织培养的核心理论： 植物细胞全能性理论 （Haberlandt, 1902）。 1902）。
细胞全能性概述
细胞脱分化
细胞再分化
一、植物细胞的全能性（Totipotency） 植物细胞的全能性（Totipotency）
定义：1902年由 年由Haberlandt提出，即植物体细胞 提出， 定义： 年由 提出 在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、 在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整 植株的能力。 植株的能力。 20世纪 年代，每一个植物细胞具有该植物的全部 世纪80年代 世纪 年代， 遗传信息， 遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传 信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞， 信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不 同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。 同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。
2、脱分化的机理
脱分化诱导期间会导致细胞膜透性改变， 脱分化诱导期间会导致细胞膜透性改变， 细胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成， 细胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成， 过氧化物酶增加， 过氧化物酶增加，蛋白质和酚类物质合成活跃 等。但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明。 但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明。
细胞分化和植物细胞的全能性
化学组成：合成各自特有的专一性蛋白质
2、定义
同一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的细胞逐渐发生形态结构、生理功能和蛋白质 合成上的差异，这个过程称为细胞分化。
3、特点 稳定的，不可逆的
红细胞：
有利于携带氧气，作变形运动 细长形或呈梭形 有利于附着和伸缩 肌细胞： 表面有许多突起 有利于接受和传递信息 神经细胞 ： 双凹圆盘状
二、植物细胞的全能性 斯蒂瓦特的实验
胡萝卜根韧皮部细胞 （高度分化的细胞）
悬浮法培养 愈伤组织 继续培养
脱分化 （失去分化 再分化 的细胞团）
整株植株幼苗
花药离体培 养实验
《细胞工程》名词解释
植物细胞全能性:植物体的每个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，因而只要在适当的条件下，植物一切生活细胞都具有分化为一个完整植株的潜在能力，这就是细胞的全能性。
这是细胞工程的理论基础。
细胞分化:个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。
脱分化:原已分化的细胞，失去原有的形态和机能，又回复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。
再分化:由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化愈伤组织:外植体在离体条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为一种能迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团，称为愈伤组织。
愈伤组织细胞大而不规则,高度液泡化、没有次生细胞壁和胞间连丝。
继代培养:对来自于外植体所增殖的培养物通过更新新鲜培养基及不断切割或分离,进行连续多代的培养.外植体:植物组织培养中用来进行离体无菌培养的材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体。
器官发生:指离体培养条件下的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官过程。
体细胞胚：由外植体可直接形成胚状体，外植体也可以经脱分化先形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体。
胚状体是由体细胞发育而来人工种子：通过将植物组织培养中所产生的体细胞胚或珠芽等包埋在“人工胚乳”和“人工种皮”里，制成的具有播种功能、类似天然种子的颗粒就称为人工种子。
繁殖系数：也叫增殖系（倍)数或增殖率，是指繁殖材料在一个培养周期内增殖的倍数。
污染：指在组织培养过程中培养基和培养材料滋生杂菌，导致培养失败的现象。
褐变：指在组织培养中，由于材料被切割而使多酚氧化酶活化将组织中的酚类物质氧化形成棕褐色的醌类物质，并向培养基中扩散，抑制培养物生长甚至导致其死亡的现象。
玻璃化：指组织培养过程中的特有的一种生理失调或生理病变，试管苗呈半透明状外观形态异常的现象。
悬浮培养：将游离的单细胞或小的细胞团，按照一定的细胞密度，悬浮在液体培养基中进行培养的方法。
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《细胞分化和植物细胞全能性》
南洋模范中学刘静
●教学目标
1.知识和技能
1)理解细胞分化的概念、特点和意义
2)理解细胞全能性的概念
2.过程能力和方法
1)通过介绍胡萝卜根韧皮部组织培养实验，使学生理解植物细胞的全能性。
2)*详细介绍“多利”羊的诞生过程，使学生了解细胞生物学实验方法；
3)通过搜集资料，课堂讨论理解克隆技术的两面性。
4)掌握如何收集信息和处理信息的能力，分析问题解决问题的能力。
尝试学生合
作学习方式，从个体学习转向合作学习，并培养一起交流与合作的能力。
3.态度情感价值观
1)通过细胞全能性的学习，使学生加深对事物自身变化规律性的认识，培养对立
统一和发展变化的观点。
2）让学生了解克隆技术在园林、畜牧、濒危动物保护和医学实践中的应用前景以
及可能存在的问题，启发学生的求知欲和责任感。
●教学重点
细胞分化的概念和意义；
●教学难点
由“胡萝卜根韧皮部组织培养实验”说明植物细胞的全能性。
指导学生搜集、分析、处理资料和如何把结果展示出来。
关键问题：
一个受精卵是怎样形成一个多细胞生物体的？。