細胞分化的疑難點解析

摘 要：在個體發育中， 由一個或一種細胞增殖產生的后代，在形態、結構和生理功能上發生穩定性差異的過程稱為細胞分化（cellular differentiation）.細胞分化的過程涉及細胞水平和分子水平，對于學生來說比較抽象難懂，本文就其中的一些疑難點進行解析.

關鍵詞：細胞分化；不可逆性；脫分化

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

細胞分化是一種持久性的變化，一般來說，分化了的細胞將一直保持分化后的狀態，直到死亡.細胞分化具有普遍性、持久性、穩定性和不可逆性這四點特性，學生往往難以區分細胞分化的穩定性和不可逆性.生物體內的細胞分化以后不會發生逆分化的改變，但植物細胞在離體的條件下通過激素誘導可以回到未分化的狀態，即植物細胞的脫分化，學生認為脫分化與細胞分化的不可逆性存在矛盾.因此，本文就這兩點疑難之處進行解析.

一、區分細胞分化的穩定性和不可逆性

細胞分化的穩定性是指，分化了的細胞將一直保持分化后的狀態，直至死亡.細胞分化的穩定性包括兩方面的內容，一方面是分化過程的穩定性，細胞確定分化方向后，在分化過程中會嚴格準確的按照預先的方向進行分化，不會發生改變.例如多能造血干細胞在遺傳物質的作用下確定分化為紅細胞，在分化過程中將嚴格按照多能造血干細胞、單能干細胞、原紅細胞、早幼紅細胞、中幼紅細胞、晚幼紅細胞，最后分化成紅細胞的程序進行；另一方面是分化結果的穩定性，完成分化后的細胞將穩定保持其分化后狀態，不會發生改變.例如紅細胞分化完成后，其狀態會一直保持不變，直至死亡.細胞分化的不可逆性是指細胞只能從全能干細胞最終走向高度分化的細胞，完成分化后不會發生逆向的變化.例如，分化后的紅細胞無法再逆向變成晚幼紅細胞和中幼紅細胞等.

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

二、細胞分化的不可逆性和細胞的脫分化

細胞的脫分化是指，有組織有結構的高度分化的細胞，在一系列調控機制的作用下，失去其特有的結構與功能，變成無組織無結構的細胞的過程.例如，教材中給出了斯圖爾德所做的實驗，胡蘿卜韌皮部細胞在含有激素和營養物質的培養基中，形成細胞團塊，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，細胞的脫分化并不是細胞分化的逆過程.植物細胞進行脫分化必須有外植體和激素這兩個條件.斯圖爾德切割下的胡蘿卜韌皮部細胞稱之為外植體，外植體細胞由于受到損傷刺激，細胞內出現一定的生理生化變化，如氣體交換率的增加，也就是細胞的呼吸速率增強，產生更多的能量；DNA隨體的合成，為DNA復制做準備；過氧化物酶的增加，催化細胞內的一系列化學反應；蛋白質的活躍合成等.植物的外植體所產生的這些生理變化為細胞分裂做準備，但是，外植體往往缺乏合成生長素和細胞分裂素的能力，無法進行正常的細胞分裂.因此，斯圖爾德利用外源激素來促進細胞生長、分裂和分化，激素的成分和濃度均能影響愈傷組織的產生，最常用的生長素有IAA、NAA和2 ， 4-D，使用濃度范圍是0.01～10mg/L；最常用的細胞分裂素是KT和6BA，使用濃度范圍是0.1～10mg/L.外植體細胞處于G0期，生長素和細胞分裂素提供的外界生長因子和調控信號分別作用于轉錄和翻譯系統，激活了特定基因的表達從而使細胞從G0期進入G1期.然后，進行細胞分裂，從完成分化的狀態直接轉變成未分化的狀態，從基因選擇性表達轉變為基因全能性表達.

本節斯圖爾德的實驗只是作為了解內容，教師不會深入的講解，學生往往不清晰脫分化和再分化的原理，或者，在選修三學習植物組織培養時教師往往忽略聯系細胞分化的不可逆性，進而使學生不能很好的區分細胞分化的不可逆性和脫分化.教師可以以斯圖爾德的實驗為例進行講解，從而明確細胞分化的不可逆性和脫分化的區別.另外，在進行選修三植物組織培養的學習時，要注意聯系細胞分化的相關知識，建立知識之間的聯系.

細胞分化是細胞生物學的主要內容之一，是高中生物的重要內容，教師在備課時應通過翻閱大學教材理解其具體過程，適當拓展書本內容幫助學生理解疑難之處.同時，注意舉出大量實例將細胞分化抽象的內容轉化為具體內容，為學習選修三的知識打下基礎.

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