6.2细胞的分化教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第6章第2节细胞的分化 目标素养 1．阐明细胞分化的概念，说出细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果，是形成多细胞生物体的必要过程。 2．举例说明细胞的全能性在植物组织培养和动物克隆等方面的应用。 3．说出干细胞的特点，关注细胞的分化、干细胞等方面的研究，阐明这些研究成果对于增进人类健康的重要意义。 4．基于对细胞分化形成的不同组织细胞之间的分工合作对个体有积极意义的理解，类比阐释个人与集体、个人与社会的关系，认同合作与奉献。 重点难点 重点 1．细胞分化的概念、原因和意义。 2．细胞全能性的概念。 难点 1．细胞分化的原因。 2．细胞全能性的概念。 教师准备 1．下载视频并剪辑，制作课件。 2．查找干细胞的相关资料。 学生准备 1．复习和预习。 2．搜集“骨髓移植”“干细胞研究与应用”等方面的资料。 导入新课 导入一 播放视频《人体胚胎的发育过程》。 学生 观看视频。 出示资料： 在人体内，红细胞的寿命为120d左右，白细胞的寿命为5～7d。这些血细胞都是失去分裂能力的细胞。 白血病是造血系统的恶性疾病，俗称“血癌”，是国内十大高发恶性肿瘤之一，其特点为造血组织中某一种细胞在骨髓或其他造血组织中发生恶性增生，并浸润体内各脏器、组织，导致正常造血细胞受抑制，临床表现为发热，出血，贫血，肝、脾与淋巴结肿大等特点。通过骨髓移植可以有效地治疗白血病。白血病患者的血液中出现大量的异常白细胞，而正常的血细胞明显减少。 教师想一想，为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的死亡而减少？ 学生 健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。 教师骨髓与血细胞的形成有什么关系？ 学生骨髓中造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生不同种类的血细胞。 教师 那么什么是细胞的分化？ 导入二 教师播放视频《打开的鸡蛋也能孵出小鸡？》。 教师小鸡生命的起点是什么？ 教师 从该细胞到新生命诞生的过程，细胞发生了数目的增多。细胞数目的增多主要是通过什么发生的？ 学生 细胞增殖。 教师细胞增殖使细胞数目增多了。那么新增的细胞都一样吗？ 学生 不是都一样的。 教师如图为几种不同类型的人体细胞。 多细胞生物体从小长大，不仅有细胞数量的增加，还有细胞在结构和功能上的分化，导致细胞种类的增多，该过程被称为细胞的分化。 教学过程 环节一：细胞分化及其意义 思路一 多细胞生物体从小长大，不仅有细胞数量的增加，还有细胞在结构和功能上的分化。即使在成熟的个体中，仍有一些细胞具有产生不同种类的新细胞的能力。如图所示为构成人体器官的四种组织，而这些组织又是由一些相似的细胞所构成的。那么构成人体不同组织的细胞具有哪些共同点？ 学生它们都是由细胞膜、细胞质、细胞核组成的。 分析图形可以得出什么结论？ 学生由图可知，组成不同组织的细胞在形态上相差很大，结构上也有区别。 具有一定结构的细胞具有一定的功能，因此图中不同的细胞的功能也是不同的。图中这些细胞都是由什么细胞增殖而来的？ 学生 受精卵。 一般来说，它们的DNA是否相同？为什么？ 学生 一般来说，它们的DNA是相同的，因为细胞增殖时，染色体上DNA是精确复制后平均分配到子细胞的。 正常情况下，图中的细胞还能恢复成早期胚胎细胞吗？就这四种组织来说，一种组织的细胞会不会转变成其他组织的细胞？ 学生 正常情况下，图中的细胞是不能恢复成早期胚胎细胞的；这四种组织中的某种细胞不会转变成其他组织的细胞。 如图为植物体的三种细胞，分析该图，我们可以得出什么结论？ 学生］在植物体内，来自受精卵的细胞也会发生形态、结构和功能上的变化。 教师上述两个案例都是细胞分化的现象，你能归纳什么是细胞分化吗？ 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。 教师 细胞分化是一种持久性的变化，是生物体普遍存在的一种现象，是一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和功能上发生差异的现象。 教师 根据以上的分析，我们可以看出细胞的分化具有哪些特点？ 学生 持久性、普遍性、稳定性和不可逆性。 所有多细胞生物体内均会发生细胞的分化，是生物界普遍存在的生命现象，是个体发育的基础，这是细胞分化的普遍性。一般来说，分化的细胞将一直保持分化的状态，直到死亡，如离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞，这是细胞分化的稳定性。 教师分化后的细胞各司其职，这对于多细胞生物而言有何意义？ 学生 细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率。 教师 分析图片，想一想，是什么原因让原本形态相似的一群细胞在生长过程中“渐行渐远”，成为具有不同形态、结构与功能的细胞的呢？ 学生 细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果。 教师在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，有些基因在所有的细胞中均表达，有些基因只在特定的细胞中表达。由此分析，红细胞和肌细胞中均表达的基因有哪些？ 学生 与细胞呼吸有关的基因及与ATP合成和水解有关的基因在所有细胞中都表达。 什么基因只在红细胞中表达？什么基因只在肌细胞中表达？ 学生 在红细胞中，与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态，与肌动蛋白（肌细胞中的一种蛋白质）合成有关的基因则处于关闭状态；在肌细胞中则相反。 呈现大量生物学事实，以引导学生通过归纳与概括、演绎与推理等方法，抽象概括并解释细胞分化的概念，总结出细胞分化的特点、原因等。 思路二 播放视频《斑马鱼神经网络形成》。 学生 观看视频。 教师 视频所示神经网络是不是很美？视频给予我们什么信息？ 学生 斑马鱼神经网络形成过程中，细胞的形态结构发生了变化，即一种细胞的后代出现了不同细胞的现象。 如图为人体的四种组织的细胞，①→②表示细胞增殖产生后代，该过程主要通过什么发生？ 学生 有丝分裂。 教师 ①→②使细胞的数目增多，而②→③过程发生后，产生了什么结果？ ②→③过程使细胞的形态、结构和功能发生了变化。 ②→③过程细胞的数目没有发生变化，但细胞种类增多了。③→④表示形态、结构和功能相同或相似的细胞有序地集合在一起，形成执行某种特定功能的组织。②→③过程称为什么？ 学生 细胞的分化。 教师 从亚显微结构水平分析，②→③过程会使细胞发生哪些变化？ 学生 细胞分化会使细胞器的数目及细胞质基质的成分和功能发生改变。 教师 如图为叶芽发育为叶的过程。细胞分化在植物体内也会发生，由此可以推出细胞分化具有什么特点？ 学生 细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。 教师细胞分化发生在植物个体发育的什么阶段？ 学生 因为植物在整个个体发育过程中都会产生叶芽，所以在整个个体发育过程中都会发生细胞分化，细胞分化是一种持久性的变化。 已经分化成表皮细胞的细胞还会分化成叶肉细胞吗？这说明细胞分化具有什么特点？ 学生 不会。分化的细胞将一直保持分化后的状态直到死亡。这说明细胞分化具有稳定性。 教师叶子还会变成叶芽吗？这说明细胞分化具有什么特点？ 学生 不会。这说明细胞分化具有不可逆性。 教师出示资料： 资料1 人体在生长发育过程中，如果仅仅有细胞的增殖而没有细胞的分化，就不可能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，生物体不能正常发育。 资料2 哺乳动物成熟的红细胞，没有细胞核和众多的细胞器，细胞中有大量的血红蛋白，因此提高了红细胞运输氧气的能力。肌肉细胞中有大量线粒体，细胞中有大量收缩蛋白质，因此肌肉细胞有很强的收缩功能。 教师分析以上资料，想一想，细胞分化具有什么重要意义？ 学生 ①细胞分化是个体发育的基础；②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。 如图为斑马鱼受精后发育3天的胚胎和发育5天的胚胎中的蛋白质种类，你能得出什么结论？ 斑马鱼受精后发育3d的胚胎和发育5d的胚胎蛋白质种类比较 学生 不同阶段的胚胎含有的蛋白质种类一部分相同，一部分不同。 教师 蛋白质种类为什么有差异？基于以上问题，对细胞分化的原因，你能作出什么假设？ 学生 假设1：在细胞分化过程中，遗传物质并没有改变，而蛋白质种类出现差异。假设2：细胞分化过程中遗传物质发生改变。 请进行演绎推理。根据各自的假设，预期红细胞、胰岛B细胞中基因和蛋白质种类的存在情况，并填写在下表中。 红细胞、胰岛B细胞中含有的基因和蛋白质种类 注：填写“＋”表示可检测到相应基因或蛋白质，“一”表示未能检测到相应基因或蛋白质。 学生 根据各自的假设，预期红细胞、胰岛B细胞中基因和蛋白质种类的存在情况，并填写在表中。 下表是科学研究者得到的相关信息，由此可知，哪个假说是正确的？ 红细胞、胰岛B细胞中含有的基因和蛋白质种类 细胞名称 细胞内的基因 细胞内的蛋白质 血红蛋 白基因 胰岛素 基因 血红蛋白 胰岛素 红细胞 + + + - 胰岛B细胞 + + - + 细胞名称 细胞内的基因 细胞内的蛋白质 血红蛋白基因 胰岛素基因 血红蛋白 胰岛素 红细胞 胰岛B细胞 假设1是正确的。 由此推测，细胞分化的实质是什么？ 学生细胞分化的实质是基因的选择性表达。 设计意图 在出示视频和图片的基础上，适当补充案例，帮助学生理清细胞分化的内涵、特点和意义，提出细胞分化的原因的假说，再根据所给事实，分析得出细胞分化的原因，引导学生基于事实和证据建构细胞分化这一概念。 环节二：细胞的全能性 思路一 如图为斯图尔德利用胡萝卜进行的植物组织培养的基本过程，从中可以得出什么结论？ 已经分化的细胞在离体培养下能够形成完整植物体。 如果将胡萝卜韧皮部细胞换成其他高度分化的植物细胞，在适宜条件下，这些细胞也能形成新的植株吗？ 由于高度分化的植物细胞具有发育成完整植株的能力，科学家提出全能性的概念，那么什么是全能性呢？ 学生 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。 教师那动物细胞有没有全能性呢？ 将蛙的肠上皮细胞单独培养能获得新的个体吗？ 学生 不能。 蛙的肠上皮细胞单独培养不能获得新的个体，这说明动物细胞的全能性不容易得到表达，因此科学家进行了如图的实验。由此图，你可以得出什么结论？ 学生 已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。 教师高度分化的细胞为什么具有全能性呢？ 学生 因为细胞内含有该物种生长、发育、繁殖所需的全套遗传信息。 教师有些细胞不具有全能性，你能举例吗？ 学生 哺乳动物成熟的红细胞不具有全能性。 教师科学家发现已分化的植物细胞具有全能性，这在哪些方面有应用呢？ 学生 通过植物组织培养的方法，快速繁殖花卉和蔬菜等作物，培养微型观赏植株，拯救濒危物种。 教师 想一想，与传统的杂交技术相比，植物的组织培养具有哪些特点？ 学生，植物组织培养繁殖周期短，繁殖速度快，不受季节限制，可实现工厂化生产。 教师 在个体发育过程中，随着分化程度的提高，细胞分裂能力逐渐降低，实现全能性逐渐困难，成熟动物和人体内还有没有具有分裂和分化能力的细胞呢？ 学生 有，人和动物体内有具有分裂和分化能力的细胞，称为干细胞。 教师干细胞的研究有哪些应用？ 学生 干细胞可以用于治疗血液系统疾病。 教师 我们经常会听到“骨髓移植”，为什么骨髓移植可以治疗白血病呢？ 学生 由于骨髓中存在着许多造血干细胞，它们能够通过增殖和分化，不断产生血细胞，补充到血液中，使得健康人的血细胞数量保持相对稳定。由于其具有的增殖与分化能力，因此可以通过骨髓移植来治疗白血病。 请小组展示“骨髓移植”“干细胞研究与应用”等方面的资料，介绍干细胞的知识，解释骨髓移植治疗白血病的理论依据。 设计意图 让学生以小组为单位搜集资料，引导学生从资料中获取信息，并对所获取的信息进行有效评估，旨在引导学生学会鉴别、选择、运用和分享信息，形成评估有关信息科学性的意识和能力。 思路二 教师 如图为濒危植物-鬼兰。鬼兰的繁殖条件很高，人工养殖基本上是不可能完成的。那么如何对它进行繁殖呢？请带着这一问题，阅读教材中的“思考与讨论”。 教师从资料1中可以得出什么结论？ 学生高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。 分化的细胞长成完整植株需要什么条件？ 学生 离体（必要条件）、一定的营养物质、激素和适宜的外界条件。 如果将胡萝卜韧皮部细胞换成其他高度分化的植物细胞，在适宜条件下，这些细胞也能形成新的植株吗？为什么？ 学生 能，因为这些细胞内含有该物种生长、发育、繁殖所需的全套遗传物质。 教师 那么对于繁殖鬼兰，你有何建议呢？ 学生 可将鬼兰的体细胞进行植物组织培养。 教师 科学家将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，称为细胞的全能性。 教师 科学家尝试将动物的体细胞在体外培养，却没有获得完整的新个体，是不是动物细胞没有全能性？ 学生 动物细胞也具有全能性。 是的，动物细胞也具有全能性，但其全能性的表达较困难，如图为我国科学家培育克隆猴“中中”和“华华”的基本过程。从图中可以得到什么结论？ 学生 已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。 为什么已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性？ 学生已分化的动物体细胞的细胞核中含有该动物几乎全部的遗传物质。 教师细胞具有全能性是否意味着表现全能性？ 学生 理论上活细胞都具有全能性（哺乳动物成熟的红细胞等特殊细胞除外）；发育为完整个体或分化成其他各种细胞，才能表现全能性。 教师细胞的全能性在植物界有哪些应用？ 学生快速繁殖花卉和蔬菜等作物，培养微型观赏植植，拯救濒危植物等。 教师如图为植物组织培养获得植株的实例。这种繁殖方法有什么优点？ 学生 繁殖周期短，繁殖速度快，不受季节限制，可实现工厂化生产。 教师 请学习小组的代表将你们搜集的有关“骨髓移植”“干细胞研究与应用”等方面的资料给我们介绍一下。 学生 介绍有关“骨髓移植”“干细胞研究与应用”等方面的内容。 教师感谢我们同学的辛苦付出。那么为什么移植骨髓可以治疗白血病呢？ 学生 因为人的骨髓中有许多造血干细胞，造血干细胞能够增殖和分化，不断产生血细胞。 教学研讨 通过图片展示、视频播放等方法，创设新的情境，引导学生比较人体组织细胞和不同植物细胞形态、结构和功能上的差异，再围绕细胞分化及全能性设置了层层递进的问题串，让学生在讨论交流中不断发生思维的碰撞，有效拓展了学生的语言表达和演绎推理能力。 学科网（北京）股份有限公司 $$