高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化教学设计

教学目标

1. 通过观看教师绘画斯图尔德的胡萝卜经组织培养产生完整植株的过程示意图，能概述出细胞的全能性概念。

2. 通过对细胞全能性的概念分析，经问题情境引导，说出产生全能性的原因和条件，并能判断体现细胞全能性的实例。

3. 通过对非洲爪蟾的核移植实验分析，总结出动物细胞的细胞核具有全能性。

4. 通过观看教师绘画“模拟干细胞”的示意图，知晓“干细胞”的概念和功能，思考对各种干细胞的研究和利用意义，提升社会责任感，树立生命观念。

教学重难点

教学重点：

1. 细胞全能性的概念。
2. 细胞全能性发生的原因。
3. 细胞全能性的应用。

教学难点：

1. 细胞全能性的实例判断。

2. 细胞全能性的应用。

教学过程

一、细胞全能性的概念

亲爱的同学们，大家好!今天我们一起来学习细胞的分化第二课时，细胞的全能性。在1958年，美国科学家斯图尔德做了这么一个实验，他从胡萝卜的韧皮部，取了一些细胞，并将这些细胞放在培养液中进行培养 ，过一段时间，他观察到培养液中的细胞开始分裂，并且形成细胞团块，慢慢的，这些细胞团块长成了植物的胚状体，然后胚状体又发育成植物的幼苗，有了根、茎、叶的分化，幼苗继续生长，居然长出了一个完整的胡萝卜植株。斯图尔德觉得好神奇，他原本放进去的只是几个细胞，怎么最终能长出一个完整的胡萝卜呢？后来科学家们发现，细胞其实是具有全能性的。也就是说，细胞经分裂、分化后，如胡萝卜的韧皮部细胞，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。

二、细胞全能性发生的条件

说到潜能，意思就是不会随随便便就能发生，它离不开下面几个条件：第一是无菌条件下的离体培养，也就是说胡萝卜的韧皮部细胞如果没有取出并放到体外的培养液中，这个实验就不会成功。第二是将其放入含有水、植物激素、无机盐和糖类等植物生长所需物质的培养液中培养。第三个条件，要在适宜的温度等外界环境中进行。根据细胞全能性的概念，哪些细胞是已分化的细胞呢？例如洋葱鳞片叶表皮细胞，动物的红细胞，神经细胞，雄性的生殖细胞精子等。我们发现这些细胞都有自己专门的功能，细胞各司其职。接下来我们一起来判断一下，下面这几种说法是否体现细胞的全能性？第一个，一 颗向日葵的种子，放到土壤中培养，让它最后长成一棵向日葵，这个过程中，是否体现了细胞的全能性呢？显然是没有的，为什么呢？首先种子，是不是一个细胞？不是，种子应该是一个器官，所以这个过程并不能体现细胞的全能性。第二个例子，科学家通过相关技术体外培养了人的肾脏，这是否属于细胞全能性的体现呢？不对，原因就在体外培养了肾脏，是器官，而不是一个完整的有机体。我们强调，细胞的全能性是第一细胞经分裂分化后，第二是它具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。要满足这两个条件才能说它体现了细胞的全能性。

三、细胞具有全能性的原因

细胞为什么会具有全能性呢？我们知道个体中的细胞都是由受精卵分裂分化而来，细胞的分裂，是遗传物质先复制，再平均分配到子细胞的过程，所以细胞中的遗传物质最终并没有发生变化，那么分化的过程是细胞形态、结构、功能发生稳定性差异的过程，在这个过程中，遗传物质也没有发生改变，所以已分化的细胞仍然具备了个体生长发育的全部遗传物质，所以细胞具有全能性。我们总是强调已分化的细胞，具有全能性，那么受精卵细胞、早期胚胎细胞是否也具有全能性呢？其实是有的，我们细胞全能性的概念是说细胞经分裂、分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，像受精卵这种还未开始分化的细胞，它本身就具有全能性，因为受精卵可以发育成胚胎，最终形成一个完整个体，那它是不是就具有全能性呀？

四、动物细胞的全能性

前面我们介绍了植物细胞具有全能性，那么动物细胞是否也具有这样的潜能呢？我们来看两个实验，第一个是非洲爪蟾的蝌蚪，科学家在这个蝌蚪身上取出了它的肠道上皮细胞和卵细胞，这两种细胞分别做不一样的处理，肠道的上皮细胞只保留细胞核，而卵细胞则做去核处理，将细胞的这两部份组合，形成一个新的细胞，这个新的细胞在经过培养之后，成功地发育成一只蝌蚪，除此之外，克隆羊多利的实验，克隆猴中中和华华的实验，我们可以看到，已分化的动物细胞，它的细胞核具有全能性。为什么不是动物细胞具有全能性呢？因为这几个实验我们都是做动物细胞的核移植实验，并不是从一个动物体内取出一个体细胞，然后让它直接发育成个体，所以这个过程只能体现动物细胞的细胞核具有全能性。目前我们的科学实验尚未能够做出单个已分化的细胞培养出新个体的动物实验。

五、干细胞及其应用

但是动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，就像树干上生出枝桠，开花结果一样，我们叫它干细胞。比如胚胎干细胞、造血干细胞等。这些干细胞的分化程度较低，还能继续分化出其他细胞，使之形成组织或者器官，对受到损伤的组织和器官进行修复或更换，这对医学研究具有非常重大的意义。

六、小结

关于细胞全能性这部分内容，我们简单的小结一下，它的概念指的是细胞经分裂、分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。植物细胞具有全能性，而且有以下三个方面的应用，一个是组织培养，用于快速繁殖植株，比如花卉产业；第二个是，可以用于拯救濒危物种，第三个与基因工程技术结合，培育新的品种。对于动物细胞方面呢，我们说已经分化的动物体细胞的全能性是受到限制的，但是细胞核仍具有全能性，那么不同的细胞，全能性大小是否一样呢？一般而言，植物细胞的全能性大于动物细胞；在同一生物体内，受精卵的全能性高于生殖细胞高于体细胞，那么全能性的高低和什么有关呢？一般来说，分化程度比较低的细胞它具有较强的分裂能力，它的全能性也比较高，比如受精卵的全能性高于造血干细胞，高于血细胞。

细胞的全能性我们就讲到这里，谢谢大家。

教学反思

本节课我利用斯图尔德的胡萝卜组织培养实验为引入，说出细胞全能性的概念，并对其进行分析和思考，得出产生全能性应该具备的条件和原因。

针对概念，提出未分化的细胞是否也具有全能性呢？答案是肯定的。之后分析动物细胞的情况，通过详讲非洲爪蟾、略讲克隆羊、克隆猴的实验，得出动物全能性体现需要做核移植实验，因此动物的细胞全能性是受到限制的，而细胞核却具有全能性。此外，动物和人体细胞的体内还存在干细胞，讲解干细胞的特点和用途，引发学生课后思考。

最后对本节内容进行小结。

但是这堂课时间有限，有些例子没有来记得解释，比如，为什么生殖细胞具有全能性？可用雄蜂是由蜂王的卵细胞直接发育而来的实例，以及花药离体培养的例子。