深度读：为什么细胞全能性的概念表述变了？

今天读书内容：细胞的分化。

1问题探讨

问题探讨给出红细胞和白细胞的寿命有限，但血细胞的数量却并不会减少，以此引发学生的认知冲突。同时用常听说的骨髓移植治疗白血病的例子吸引学生注意，并启发学生思考骨髓和血细胞形成的关系。

问题探讨的情境设问与本节主题密切相关，教材正文最后介绍了造血干细胞的增殖和分化，呼应了问题探讨的内容。

2细胞分化及其意义
2.1教材内容组织

多细胞生物胚胎发育早期的细胞彼此相似，完成个体发育后，同一动植物体中存在多种不同类型的细胞——这是先让学生形成对细胞分化的感性认识（初中已有相应基础），随后引出细胞分化这一术语的含义，强调细胞分化是一种持久性的变化。

细胞分化使多细胞生物体的细胞趋于专门化，引出细胞分化的意义。最后分析了细胞分化的原因。此处细胞分化的原因简单了解即可，必修二中会具体学习细胞分化和基因表达的关系。

2.2红细胞没有肌动蛋白吗？

教材此处举例提到：红细胞中与肌动蛋白合成有关的基因则处于关闭状态。有人提出绝大多数哺乳动物成熟红细胞是没有细胞核的，这里说基因关闭是不是错了？

首先，此处的红细胞指代“成红细胞”，也就是“小时候”的红细胞，哺乳动物这个阶段的红细胞是有核的。

其次，科学家目前在哺乳类和鸟类中至少分离得到了6种肌动蛋白，其中4种α-肌动蛋白是肌细胞中特有的，另外2种肌动蛋白作为细胞骨架的组成部分【引用可能有误】，存在于肌细胞和非肌细胞中。此处与肌动蛋白合成有关的基因关闭是指负责α-肌动蛋白的基因处于关闭状态，哺乳动物成熟红细胞也具有细胞骨架，其中含有肌动蛋白。

2.3细胞分化的补充说明

首先，单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化，如许多细菌在逆境下可以形成芽孢，鱼腥藻具有正常增殖的营养体细胞和具有固氮作用的异形胞。单细胞生物的细胞分化更多是为了适应外界的生活环境。单细胞生物和多细胞生物都存在细胞分化，这更充分说明了细胞分化的普遍性。另一方面，单细胞生物的细胞分化没有多细胞生物的细胞分化那么典型，教材也因此未提及。

另外，一些特殊细胞在分化过程中涉及到遗传物质的改变。如造血干细胞分化为B淋巴细胞的过程中，就涉及到基因重排和高频的体细胞突变，正是由于B细胞成熟过程中发生了遗传物质的改变，理论上每个处女B淋巴细胞的遗传组成都不一样，它们才能分泌上百万种抗体。这里要注意基因的选择性表达无法解释抗体的多样性。平常练习中认为所有B淋巴细胞的遗传组成均相同，其产生多样性抗体的原因是基因的选择性表达，这些说法都是有问题的。

3细胞的全能性
3.1教材内容组织

教材先提出问题：已分化的细胞能不能像早期胚胎细胞那样再分化为其它细胞？然后呈现一个思考与讨论，思考与讨论的资料一呈现了斯图尔德的实验（包括植物细胞实现全能性的必要条件），资料二呈现了动物体细胞核移植的实验。在实证基础上给出细胞全能性这一术语的含义。随后分植物细胞全能性和高等动物细胞核的全能性进行介绍。高等动物细胞随分化程度提高而丧失全能性，但仍保留部分具有分裂和分化能力的干细胞。

3.2细胞的全能性

细胞全能性是指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。与现行教材相比，概念表述增加了“或分化成其他各种细胞的潜能和特性”，可以参考以下内容来理解这里的改变。

斯图尔德的实验表明，高度分化的植物细胞仍具有发育成完整植株的能力。然而对于动物细胞特别是高等动物细胞来说，随着胚胎的发育和细胞分化，细胞逐渐丧失发育成个体的潜能。严格来讲，哺乳动物真正意义上具有全能性的细胞只有受精卵和卵裂早期的细胞（一般不超过16个细胞的卵裂球）。这些具有全能性的细胞能发育成完整个体，自然也就能分化出组成个体的各种细胞类型。

我们一般认为取自原始性腺或内细胞团的胚胎干细胞属于多能干细胞，如果将其植入子宫后，由于不能形成胎盘等胚外组织，最终无法发育成正常个体。但也有人认为胚胎干细胞具有全能性，这是因为将胚胎干细胞植入囊胚中后，可以发育成新生的个体。另一方面，小鼠胚胎干细胞培养时能自发生成类似于卵裂球阶段的早期胚胎细胞（具有全能性的细胞）；如果体外培养时下调染色质组装因子CAF-1的活性（down-regulation of the chromatin assembly activities of CAF-1）则更容易获得具有全能性的细胞^[1]。

此外，我们看一下名词委对细胞全能性的定义，细胞生物学中表述为“细胞具有能重复个体的全部发育阶段和产生所有细胞类型的能力”，遗传学中描述为“一个细胞能够发育成所有细胞类型的特性”。对于人而言，为了规避伦理方面的争议，科学家有时会将早期胚胎细胞诱导形成特定的细胞类型，而不是诱导产生完整个体，只要控制好分化条件，就能分化出组成个体的所有细胞类型，即具有全能性。

3.3动物细胞与细胞核的全能性

如上所述，哺乳动物的受精卵和早期胚胎细胞具有全能性，低等动物细胞如海绵体细胞也能培养得到新的个体。

目前，还没有成功将已分化的高等动物细胞培养成新个体的例子，对于这些已分化的高等动物细胞，通过细胞核移植可以培养成新的个体，这说明已分化的高等动物的细胞核仍是具有全能性的。

3.4受精卵和未分化细胞的全能性

有些老师认为受精卵等细胞没有发生分化，因此不具有全能性，这种看法是对全能性的误解。受精卵等未分化的细胞具有全能性是默认的，这些细胞都可以发育成新个体，这是不言自明的事实，现行教材在旁栏部分补充说明了受精卵是具有全能性的细胞。新教材把受精卵等未分化细胞的全能性直接放在正文中加以说明，可以最大限度地避免不必要的误解。

4科学技术社会

教材在正文、与社会的联系、课后练习以及课后阅读栏目中，多次介绍了细胞的全能性在生产和生活中的应用。让学生认识到干细胞疗法可以治疗某些恶性疾病，白血病可以通过骨髓移植进行治疗以及建立中华骨髓库的重大意义，让学生形成关注健康、珍爱生命的理念。教材还提到植物组培在农业生产中的应用以及克隆动物等，这些都与社会发展紧密联系，尤其克隆动物还涉及敏感的伦理问题，教师可以利用以上素材引导学生关注科学技术和社会的联系，培养和提升学生的社会责任意识。

参考文献：

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_potency