高中生物知识笔记：细胞的分化和全能性

 

来源公众号：侨中生物大课堂 

一、细胞的分化

定义：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。

1、特点：

• 持久性：细胞分化是一种持久性变化，分化导致的稳定性差异一般是不可逆转的。
• 普遍性：细胞分化在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础。
• 不可逆性：分化后的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡。

2、实质：细胞分化的实质是基因的选择性表达。在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的执行情况不同，这导致了细胞在形态、结构和功能上产生差异。具体来说，细胞内的基因在特定的时间和空间条件下被激活或抑制，从而决定了细胞的分化方向和特性。这种选择性表达是由多种机制共同调控的，包括转录因子、表观遗传修饰、细胞间信号传递等。细胞分化的结果是形成具有不同形态、结构和功能的细胞类型，这些细胞类型进一步组合形成组织和器官，从而增加了生物体的复杂性和多样性。

3、意义：

• 细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
• 通过细胞分化，生物体能够形成各种不同类型的组织和器官，从而执行复杂的生理功能。

4、细胞分化与细胞分裂的联系：

细胞分裂是细胞分化的前提或基础。没有细胞分裂，就不可能有细胞的增殖和分化。同时，细胞分化是在细胞分裂的基础上进行的，通过基因的选择性表达实现细胞的特化。这两个过程共同维持着生物体的正常生理功能和稳态，对于生物体的发育、生长和死亡过程起着至关重要的作用。

实例：

• 胚胎发育过程中，受精卵不断分裂和分化，最终形成具有各种形态、结构和功能的细胞类型，如神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞等。
• 在植物体内，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。

二、细胞的全能性

1、细胞全能性的基本概念

细胞全能性是指一个细胞具有发育成完整个体的潜能。这一潜能源于每个细胞（除了生殖细胞和某些特殊细胞，如红细胞）都含有该生物全部的遗传物质。这些遗传物质以DNA的形式存在，包含了构建和维持一个生物体所需的所有遗传信息。

2、细胞全能性的根本原因与表现

细胞具有全能性的原因是，每个细胞（除了生殖细胞和某些特殊类型的细胞如红细胞外）都含有该生物全部的遗传物质。这些遗传物质以DNA的形式存在，包含了构建和维持一个生物体所需的所有信息。因此，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。（除个别特殊细胞）

3、特点与条件

• 特点：高度分化的植物细胞通常具有全能性。例如，胡萝卜根组织的细胞在适当的条件下可以发育成完整的新植株。动物细胞的全能性受到限制，尤其是已分化的体细胞。然而，动物细胞的细胞核仍然保持着全能性，这意味着如果将其移植到适当的受体细胞中，有可能发育成新的个体（如克隆动物）。
• 条件：

离体状态：细胞需要在离体状态下进行培养，以排除体内环境的干扰。适当的营养和外界条件：细胞需要提供适当的营养物质、激素和其他适宜的外界条件，以支持其发育成完整个体。

4、细胞全能性的大小与分化程度的关系

细胞全能性的大小通常与细胞的分化程度呈负相关。分化程度越低的细胞，其全能性越高；分化程度越高的细胞，其全能性越低。

受精卵：受精卵是全能性最高的细胞，因为它包含了构建新个体所需的所有遗传信息，并且尚未开始分化。

干细胞：干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它们虽然已经开始分化，但仍然保持着较高的全能性，可以分化成多种类型的细胞。

体细胞：已分化的体细胞全能性较低，通常只能维持其特定的细胞类型和功能。然而，在某些特殊条件下（如核移植技术），体细胞的细胞核仍然可以发育成新的个体。

5、应用与意义

细胞的全能性在生物学研究和应用领域具有广泛的意义。例如：

• 在组织培养中，可以利用细胞的全能性来培育新的植物或动物组织。
• 在动物体细胞克隆中，可以利用细胞核的全能性来克隆新的个体。
• 在濒危动植物的繁殖保护中，可以利用细胞的全能性来保存和繁殖濒危物种。

来源网址：高中生物知识笔记：细胞的分化和全能性