細(xì)胞分化的疑難點(diǎn)解析

摘 要：在個(gè)體發(fā)育中， 由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程稱為細(xì)胞分化（cellular differentiation）.細(xì)胞分化的過程涉及細(xì)胞水平和分子水平，對(duì)于學(xué)生來說比較抽象難懂，本文就其中的一些疑難點(diǎn)進(jìn)行解析.

關(guān)鍵詞：細(xì)胞分化；不可逆性；脫分化

作者簡(jiǎn)介：許悅欣（1994-），女，黑龍江尚志人，碩士研究生，研究方向：學(xué)科教學(xué)（生物）.

細(xì)胞分化是一種持久性的變化，一般來說，分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡.細(xì)胞分化具有普遍性、持久性、穩(wěn)定性和不可逆性這四點(diǎn)特性，學(xué)生往往難以區(qū)分細(xì)胞分化的穩(wěn)定性和不可逆性.生物體內(nèi)的細(xì)胞分化以后不會(huì)發(fā)生逆分化的改變，但植物細(xì)胞在離體的條件下通過激素誘導(dǎo)可以回到未分化的狀態(tài)，即植物細(xì)胞的脫分化，學(xué)生認(rèn)為脫分化與細(xì)胞分化的不可逆性存在矛盾.因此，本文就這兩點(diǎn)疑難之處進(jìn)行解析.

一、區(qū)分細(xì)胞分化的穩(wěn)定性和不可逆性

細(xì)胞分化的穩(wěn)定性是指，分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直至死亡.細(xì)胞分化的穩(wěn)定性包括兩方面的內(nèi)容，一方面是分化過程的穩(wěn)定性，細(xì)胞確定分化方向后，在分化過程中會(huì)嚴(yán)格準(zhǔn)確的按照預(yù)先的方向進(jìn)行分化，不會(huì)發(fā)生改變.例如多能造血干細(xì)胞在遺傳物質(zhì)的作用下確定分化為紅細(xì)胞，在分化過程中將嚴(yán)格按照多能造血干細(xì)胞、單能干細(xì)胞、原紅細(xì)胞、早幼紅細(xì)胞、中幼紅細(xì)胞、晚幼紅細(xì)胞，最后分化成紅細(xì)胞的程序進(jìn)行；另一方面是分化結(jié)果的穩(wěn)定性，完成分化后的細(xì)胞將穩(wěn)定保持其分化后狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生改變.例如紅細(xì)胞分化完成后，其狀態(tài)會(huì)一直保持不變，直至死亡.細(xì)胞分化的不可逆性是指細(xì)胞只能從全能干細(xì)胞最終走向高度分化的細(xì)胞，完成分化后不會(huì)發(fā)生逆向的變化.例如，分化后的紅細(xì)胞無法再逆向變成晚幼紅細(xì)胞和中幼紅細(xì)胞等.

因此，細(xì)胞分化的穩(wěn)定性側(cè)重于細(xì)胞分化過程中的變化具有一定的穩(wěn)定性，而細(xì)胞分化的不可逆性側(cè)重于分化的結(jié)果無法逆向變回最初的分化狀態(tài).在教材中并未對(duì)細(xì)胞分化的特性進(jìn)行闡釋，教師在教學(xué)中也很少將這兩點(diǎn)特性進(jìn)行辨析，學(xué)生因不清晰細(xì)胞分化的具體過程而容易將兩者混淆，或者誤認(rèn)為兩個(gè)特性都是指細(xì)胞分化的結(jié)果具有穩(wěn)定性，不會(huì)向其他方向改變.為了幫助學(xué)生更好的理解教師在教學(xué)中可以舉出紅細(xì)胞分化的例子來進(jìn)行辨析.

二、細(xì)胞分化的不可逆性和細(xì)胞的脫分化

細(xì)胞的脫分化是指，有組織有結(jié)構(gòu)的高度分化的細(xì)胞，在一系列調(diào)控機(jī)制的作用下，失去其特有的結(jié)構(gòu)與功能，變成無組織無結(jié)構(gòu)的細(xì)胞的過程.例如，教材中給出了斯圖爾德所做的實(shí)驗(yàn)，胡蘿卜韌皮部細(xì)胞在含有激素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基中，形成細(xì)胞團(tuán)塊，這一過程是脫分化；繼而形成根、莖和葉，這一過程是再分化.但是，細(xì)胞的脫分化并不是細(xì)胞分化的逆過程.植物細(xì)胞進(jìn)行脫分化必須有外植體和激素這兩個(gè)條件.斯圖爾德切割下的胡蘿卜韌皮部細(xì)胞稱之為外植體，外植體細(xì)胞由于受到損傷刺激，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)一定的生理生化變化，如氣體交換率的增加，也就是細(xì)胞的呼吸速率增強(qiáng)，產(chǎn)生更多的能量；DNA隨體的合成，為DNA復(fù)制做準(zhǔn)備；過氧化物酶的增加，催化細(xì)胞內(nèi)的一系列化學(xué)反應(yīng)；蛋白質(zhì)的活躍合成等.植物的外植體所產(chǎn)生的這些生理變化為細(xì)胞分裂做準(zhǔn)備，但是，外植體往往缺乏合成生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的能力，無法進(jìn)行正常的細(xì)胞分裂.因此，斯圖爾德利用外源激素來促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和分化，激素的成分和濃度均能影響愈傷組織的產(chǎn)生，最常用的生長(zhǎng)素有IAA、NAA和2 ， 4-D，使用濃度范圍是0.01～10mg/L；最常用的細(xì)胞分裂素是KT和6BA，使用濃度范圍是0.1～10mg/L.外植體細(xì)胞處于G0期，生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素提供的外界生長(zhǎng)因子和調(diào)控信號(hào)分別作用于轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)，激活了特定基因的表達(dá)從而使細(xì)胞從G0期進(jìn)入G1期.然后，進(jìn)行細(xì)胞分裂，從完成分化的狀態(tài)直接轉(zhuǎn)變成未分化的狀態(tài)，從基因選擇性表達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)榛蛉苄员磉_(dá).

本節(jié)斯圖爾德的實(shí)驗(yàn)只是作為了解內(nèi)容，教師不會(huì)深入的講解，學(xué)生往往不清晰脫分化和再分化的原理，或者，在選修三學(xué)習(xí)植物組織培養(yǎng)時(shí)教師往往忽略聯(lián)系細(xì)胞分化的不可逆性，進(jìn)而使學(xué)生不能很好的區(qū)分細(xì)胞分化的不可逆性和脫分化.教師可以以斯圖爾德的實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行講解，從而明確細(xì)胞分化的不可逆性和脫分化的區(qū)別.另外，在進(jìn)行選修三植物組織培養(yǎng)的學(xué)習(xí)時(shí)，要注意聯(lián)系細(xì)胞分化的相關(guān)知識(shí)，建立知識(shí)之間的聯(lián)系.

細(xì)胞分化是細(xì)胞生物學(xué)的主要內(nèi)容之一，是高中生物的重要內(nèi)容，教師在備課時(shí)應(yīng)通過翻閱大學(xué)教材理解其具體過程，適當(dāng)拓展書本內(nèi)容幫助學(xué)生理解疑難之處.同時(shí)，注意舉出大量實(shí)例將細(xì)胞分化抽象的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體內(nèi)容，為學(xué)習(xí)選修三的知識(shí)打下基礎(chǔ).

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