6.2 细胞的分化
知识关系导航
本节学习目标
- 准确定义细胞分化并说明持久性、稳定性和普遍性。
- 用基因选择性表达解释同一个体不同细胞的差异。
- 区分细胞全能性、动物细胞核全能性和干细胞分化潜能。
- 分析胡萝卜组织培养和爪蟾核移植的实验结论边界。
- 解释造血干细胞、骨髓移植和组织培养的应用。
核心知识点讲解
一、知识对象与生命情境
红细胞和白细胞寿命有限且成熟后多不能分裂，但健康人的血细胞数量不会持续下降，因为骨髓中的造血干细胞可不断增殖并分化形成各类血细胞。白血病则涉及造血细胞异常增殖和分化障碍。
二、核心概念与结构功能
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细胞分化。分化通常持久，分化后的细胞一般保持状态直至死亡。
细胞分化是形成组织、器官和多细胞个体的基础，使细胞趋向专门化，提高生理功能效率。如果只有增殖没有分化，只能增加相似细胞数量，不能形成复杂个体。
三、关键过程、规律与调控机制
同一个体的不同体细胞通常具有相同遗传信息，但表达的基因不同。例如红细胞中与血红蛋白合成有关的基因在相应阶段活跃，而B细胞中与抗体合成有关的基因活跃。基因选择性表达产生不同蛋白质，进而造成结构和功能差异。
细胞全能性
细胞全能性是细胞经分裂和分化后，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。判断是否“表现全能性”，关键看是否由单个细胞或相应材料发育成完整个体，而不是只形成一种新细胞。
胡萝卜实验说明高度分化的植物细胞在离体、适宜营养和植物激素等条件下仍可形成完整植株。组织培养可快速繁殖、保持优良性状、生产无性系苗，并用于濒危植物保护，但也需无菌条件并可能出现培养变异。
到教材所述范围，人们尚未成功将单个已分化动物体细胞直接培养成完整个体；克隆动物需把体细胞核移入去核卵细胞，卵细胞质为细胞核重新发育提供条件。
干细胞
干细胞是动物和人体内保留分裂和分化能力的细胞。干细胞“能分化成多种细胞”不必然等于能形成完整个体，其分化潜能有层级差异。
脐带血和骨髓含造血干细胞，可用于血液系统疾病治疗。造血干细胞移植需要HLA配型，以降低免疫排斥风险；白血病治疗是医学行为，不能由教材原理自行判断方案。
四、典型模型与分析方法
分化、全能性和干细胞辨析
| 概念 | 判断核心 | 典型证据 |
|---|---|---|
| 细胞分化 | 形态、结构、功能出现稳定差异 | 多种组织细胞 |
| 植物细胞全能性 | 高度分化细胞形成完整植株 | 胡萝卜组织培养 |
| 动物细胞核全能性 | 已分化体细胞核支持完整个体发育 | 爪蟾核移植、克隆动物 |
| 干细胞分化潜能 | 可自我更新并形成一种或多种细胞 | 造血干细胞形成血细胞 |
全能性一般随分化程度提高而更难表现，但“潜能保留”和“在当前条件下表现出来”要区分。受精卵全能性最高，并非因“没有分化所以没有全能性”。
五、图表、实验与证据链
组织培养和核移植均说明分化过程中遗传信息通常没有丢失，但证据对象不同：植物实验是完整细胞形成植株；动物实验是体细胞核在去核卵细胞质环境中指导发育。
骨髓移植的逻辑链：健康造血干细胞具有增殖分化能力→可重建正常造血；HLA不同可能引发排斥→需要匹配捐献者。捐献后自身造血干细胞可较快增殖补充。
六、题型应用与迁移
判断两种分化细胞差异时，通常答“基因组成基本相同，基因选择性表达不同，形成的蛋白质种类和数量不同，导致结构和功能不同”。若材料明确出现突变、免疫细胞基因重排等特殊情况，再按材料限定。
重点梳理
- 分化的实质是基因选择性表达。
- 分化具有持久性、稳定性和普遍性，是个体发育基础。
- 植物高度分化细胞可在适宜条件下形成完整植株。
- 动物核移植证明已分化体细胞的细胞核具有全能性。
- 干细胞具有分裂和分化能力，但潜能范围不同。
难点突破
1. 分化是否改变基因
正常分化主要改变哪些基因被表达，不是把不需要的基因删除。不同细胞合成的蛋白质不同，才形成形态结构功能差异。
2. 形成一种细胞是否叫表现全能性
通常不能。骨髓干细胞分化为血细胞体现分化潜能；形成完整有机体才是最典型的全能性表现。
3. 动物细胞和细胞核结论不能互换
核移植只把细胞核移入去核卵细胞，故直接结论是细胞核具有全能性；卵细胞质对核的重新编程不可缺少。
例题讲解
例题：胰岛样细胞的基因与表达
题目：自体骨髓干细胞植入胰腺后分化为胰岛样细胞。两者基因组成和表达情况如何？
分析：自体细胞来源相同，正常分化不改变基本基因组成；分化形成不同功能，说明基因表达发生改变。
答案：基因组成基本相同，基因表达情况不同；相应蛋白质合成差异使细胞结构和功能改变。
易错点整理
- “分化后细胞遗传物质不同”——通常基本相同。
- “基因不表达就是基因不存在”——错误。
- “受精卵未分化所以没有全能性”——受精卵全能性最高。
- “分化程度越高，全能性越强”——通常越难表现。
- “任何动物体细胞都能直接培养成个体”——教材不支持。
- “干细胞疗法没有风险”——实际应用需安全性、有效性与伦理评估。
考点考证点整理
考点一：分化实质
- 出题思路：比较组织细胞、蛋白质或基因表达。
- 关键条件：是否同一个体、是否正常分化。
- 解答要点：基因基本相同、选择性表达不同、蛋白质不同。
- 易扣分点：写成基因发生改变或丢失。
考点二：全能性实验
- 出题思路：组织培养、核移植、克隆材料判断结论。
- 关键条件：起始材料是完整细胞还是细胞核，终点是否完整个体。
- 解答要点：对应证据对象，写明适宜条件。
- 易扣分点：结论越界。
考点三：干细胞与医学
- 出题思路：造血干细胞、骨髓移植、组织修复。
- 关键条件：增殖、分化、HLA配型和排斥。
- 解答要点：按“细胞能力→治疗目标→必要条件”作答。
- 易扣分点：把血细胞补充说成成熟血细胞自身分裂。
练习题
- 教材概念检测：受精卵没有分化，所以没有全能性，对吗？
- 教材概念检测：骨髓干细胞与其分化形成的胰岛样细胞基因和表达有何关系？
- 为什么不同组织细胞形态结构功能不同，却通常含相同遗传信息？
- 胡萝卜组织培养和爪蟾核移植分别支持什么结论？
- 组织培养生产幼苗相对传统繁殖有哪些优势？
- 造血干细胞移植为何需要HLA配型？
练习题答案
- 错。受精卵虽未分化，但具有发育成完整个体的最高全能性。
- 基因组成基本相同，基因选择性表达不同，故蛋白质和功能不同，教材选择D。
- 它们通常由同一受精卵有丝分裂而来，遗传信息基本相同；发育中不同基因选择性表达，形成不同蛋白质。
- 胡萝卜实验说明高度分化植物细胞具有形成完整植株的能力；爪蟾实验说明已分化动物体细胞的细胞核具有全能性。
- 可快速、大量繁殖，较好保持优良性状，不受季节限制，并可用于无性系、脱毒苗或濒危植物保存；需无菌与适宜培养条件。
- 不同人的HLA可能不同，配型不合会使受者免疫系统识别供者细胞为异物并发生排斥反应。