时间：2024-01-19 14:44:17
关键词：细胞膜；结构；功能
中图分类号：G632.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0270-02
[教材分析]
“简述细胞膜的结构和功能”是普通高中生物课程标准中的具体内容标准。要求学生通过细胞膜的亚显微结构的学习，理解细胞膜结构和功能相适应的特点。为进一步学习物质的跨膜运输打下基础。而学习这些重难点内容的前提是熟悉细胞膜的成分以及各成分的特点，本节内容就是以细胞膜的成分和功能展开讨论的。
[教学目标]
1.知识目标。（1）简述细胞膜的成分和功能。（2）临时装片的制作和显微镜的操作要领。
2.能力目标。（1）体验制备细胞膜的方法。（2）通过设计和分析实验，培养学生的科学探究能力。
3.情感态度与价值观。认同细胞膜是细胞这个生命系统的边界，及其对这个系统的重要意义。
[教学重点]
1.细胞膜的组成成分及其功能。
2.形象化理解细胞膜存在的意义。
[教学难点]
1.体验用哺乳动物成熟的红细胞制备细胞膜。
2.体验细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义。
[教学方法]
自主探究法，分析讨论法，归纳法
[教学准备]
多媒体课件，实物准备
[教学过程]
一、情境创设
让学生回顾已有对细胞的认识（细胞的结构和细胞的成分等），引出第3章课题。利用书中的问题探讨，给学生两分钟时间讨论，然后提问学生，引导出第1节课题——细胞膜。
师：大家猜想一下细胞膜的成分是什么？它的功能又是什么呢？要想解决这两个问题，我们必须想办法得到细胞膜，下面我们就来体验一下细胞膜的制备过程。
二、新知获取
[实验]
体验制备细胞膜的方法
师：我们知道，要想获得实验的成功，正确取材是关键，下面看以下几种细胞图：
（课件展示几种细胞的图片分别是：高等植物细胞，红细胞，肌细胞）
讨论：以上三种细胞哪种比较作这个实验的实验材料呢？你能说说你选择它的原因吗？
生：红细胞，因为植物细胞有细胞壁，有各种细胞器膜；肌细胞也有各种细胞器膜，如：核膜，线粒体膜等。
阅读课本P41旁栏相关信息：任何红细胞都可以吗？用鸽子的红细胞可以吗？
生：不可以，必须用哺乳动物成熟的红细胞，因为鸽子的红细胞内有细胞核和各种细胞器，那也就存在核膜和各种细胞器膜。
师：那么如何利用哺乳动物成熟的红细胞获取细胞膜呢？你有什么好的方法吗？
多媒体演示实验（红细胞的吸水与失水）：
注意：1.此实验的实验原理是什么？
2.实验过程中你能观察到哪些实验现象？
学生观看实验并小组讨论后回答问题：
生1：原理是：细胞放在清水里，水可以进入细胞，把细胞涨破，细胞内的物质流出来，就可以得到细胞膜了。
师：很好，其实我们可以将其总结为四个字，哪四个字呢？
大部分学生可以答出：“吸水涨破”。
老师给与表扬并板书：
实验原理：细胞吸水涨破
师解释渗透吸水的原理：水分子向着高浓度的方向移动。
师：很好，大家能描述一下你看到的实验现象吗？
生：可以看到近水的部分红细胞发生变化，凹陷消失，细胞体积增大，很快细胞破裂，内容物流出。
师：请大家分析以下材料分别说明了什么？（小组内讨论，得出最优答案）
①1859年，E.Oerton选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。
②1897年，Crijins和Hedin用红细胞做实验，同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关，且溶解度越大越容易通过。生：细胞膜的组成成分中含有脂质。师：细胞膜的组成成分中含有脂质，主要是磷脂，能构成细胞膜的基本骨架，占细胞膜总重量的50％左右。
③1925年荷兰科学家Gorter和Grendel从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍，说明了什么？生：细胞膜中的磷脂是双层的。
老师解释：磷脂分子的结构：亲水端，疏水端，板演磷脂分子在水与空气界面的排布。引导学生画出磷脂分子在细胞膜中的排布方式。
④科学家对细胞膜化学成分深层分析，发现细胞膜会被蛋白酶分解，说明了什么？
生：细胞膜的组成成分中还含有蛋白质。
观察课本封面的细胞膜模式图：
师总结：可以看出蛋白质分子以贯穿、镶嵌、覆盖三种形式存在于磷脂双分子层中，那么蛋白质在细胞膜中的功能是什么？
生：行使细胞膜的功能。
师：例如，细胞与细胞之间的信息交流就要靠细胞膜上的糖蛋白。
二、细胞膜的功能
师：请大家一起看课本P42，并总结细胞膜的功能。
教师与学生一起学习后总结：
1.将细胞与外界环境分割开。
2.控制物质进出细胞。细胞膜的功能特点：选择透过性。
3.进行细胞的信息交流。
思考：你认为细胞膜还可能有那些功能?
生：七嘴八舌。
师总结：物质交换；细胞识别；分泌，排泄；细胞的免疫等。
师：思考：哪些生物具有细胞壁?哪些生物没有细胞壁?
生：有细胞壁的生物有：绝大多数的原核生物；真菌；植物细胞
无细胞壁的生物有：动物细胞；病毒
师：总结。
讲解：植物细胞壁的主要成分是：纤维素和果胶
细菌细胞壁的主要成分是：肽聚糖
植物细胞壁的功能：对植物细胞起支持和保护作用。
[教学反思]
1 以核心概念为小专题，深入理解相关概念
近年的高考生物选择题常以一个核心概念展开。例如，“下列关于水的叙述，错误的是（2014年四川卷）”“关于核酸的叙述，错误的是（2014年课标Ⅱ卷）”“下列关于环境容纳量的叙述，正确的是（2014年浙江卷）”“关于细胞器的叙述（2012年海南卷）”等，针对高考选择题的这种特点，确定以核心概念为中心的小专题，进行复习是高效复习的一种方法。
在对概念小专题的复习中，教师不能只对概念进行简单的记忆理解，要联系相关知识，进行拓展延伸。例如，对“细胞周期”这个概念的复习，教师不能只要求学生记住教材中的概念，而要从下面这些不同的侧面进行深化。
（1） 具有细胞周期的，一定是“连续分裂”的细胞。一个细胞分裂成两个子细胞，如果这两个细胞随生长分化而成为具有特定形态、结构和功能的细胞，甚至衰老死亡，此细胞则无细胞周期。如果此细胞保持连续的分裂能力，通过分裂产生新的子细胞，开始它的新的生命周期，周而复始，此细胞就具有细胞周期。
（2） 分清细胞周期的起点和终点。细胞周期是从一次分裂结束产生新细胞开始，到下一次分裂完成又产生子细胞时结束。
（3） 理解细胞周期中“分裂间期”和“分裂期”之间的关系，即各个时期在时间和细胞数量等的关系。“分裂间期”占用的时间远远多于“分裂期”所占用的时间，“分裂间期”占用了整个细胞周期的90%～95%，而“分裂期”只占用了5%～10%。细胞周期的这一特点充分说明了“分裂间期”这一准备阶段的重要性，所以在显微镜下观察细胞分裂的装片，处于“分裂间期”的细胞数目要多些。
（4） 归纳常见的有细胞周期的细胞，如根尖生长点、茎形成层、分生组织、胚胎干细胞、造血干细胞、T细胞、B细胞、记忆T细胞、记忆B细胞、癌细胞等。而高度特化的细胞，如哺乳动物成热的红细胞，则无细胞周期。
（5） 细胞周期可用圆形法、直线法表示（图1）。
常见的概念小专题还有：酶、细胞呼吸、光合作用、干细胞、同位素标记等。
2 以重点知识为小专题，进行牵线织网
二轮复习在对知识要点进行梳理的过程中，通过寻找不同知识的联系，串成线，进一步找到知识的联结点，构建知识网络图，从而弄清各章节知识间的联系，形成牢固的网络化知识框架体。这样学生才能站在一个新的高度去理解问题，从多个方位去寻找解决问题的切入点，从而提高自己的解题能力。
例如，对下丘脑、垂体的相关知识梳理如图2所示。
类似的归纳还可以有垂体、生长素等。
3 前后联系，对相近知识进行归纳总结
教材中的有些知识分散在不同的模块中。在第二轮复习中，教师可以前后联系，变换视角，对知识重新归纳整理。例如，有关病毒的知识在不同模块和章节中均有零散的表述，而高考试题也经常涉及相关知识的考查。
因此，教师可确定“病毒”小专题，对相关知识进行整理归纳：
① 运载目的基因，最常用的噬菌体载体是大肠杆菌的λ噬菌体;
② 促进动物细胞的融合：利用灭活的病毒来促使细胞融合;
③ 诱发细胞癌变，病毒的致癌性主要是因为它们含有病毒癌基因，以及与致癌有关的核酸序列;
④ 承当抗原;
⑤ 作为疫苗，疫苗是将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成，用于预防传染病的自动免疫制剂;
⑥ 研究遗传物质的材料，赫尔希、蔡斯的噬菌体侵染细胞实验。
再如，对教材中涉及到的特定物质（或结构）、特定试剂及其特定的颜色反应，在教材中分布散乱，教师可以“物质鉴定”小专题，列表归纳（表1）。
另外，对相关知识进行归类整理，例如，教材中涉及的细胞种类、与生殖有关的细胞、教材中的微生物与疾病和同位素标记法等。
4 以教材为蓝本，对教材插图进行专题复习
在第二轮复习的后期，回归教材很有必要。如何回归教材？其中一种方法就是对教材插图进行专题复习。插图是教材中的另类文字，是一些用文字难以描述的知识的另类体现。所以，教材中的插图是教材内容的有机组成成分之一，高中生物教材中有大量的插图。复习时，教师可以把教材中的插图归类，结构图、生理功能图、概念图等，从图的名称、图中名称、图示隐含生物知识、看图顺序等多个层面进行复习。
例如，对必修3模块中的图（图3），教师可以从图的名称、图中各部分结构的名称，图中箭头所代表的含义等进行归纳。图中血浆中的物质进入组织液，有哪些物质？而组织液体中又有哪些物质能返回到血液？
【教学目标】
1．掌握主动运输的特点和实例。
2．掌握主动运输的特点和实例。
3.了解物质跨膜运输的方式与细胞膜结构之间的关系。
【教学重难点】
1．重点：
主动运输的特点和实例。
2．难点：
胞吞、胞吐过程的特点和意义。
【教学过程】
一、教学策略：
采用讲授与讨论相结合的方法，基本思路可以确定为：展示现象提出问题解释原理总结概念。
列举物质逆浓度梯度跨膜运输的现象，提出这些物质为什么能够逆浓度梯度运输的问题，进行解释，总结主动运输的概念（被动运输的概念也可在此对比总结），说明主动运输的意义。最后可让学生列表总结不同运输方式的特点。
二、教学中还应注意以下几点：
1．注意培养学生提出问题的能力，比如“问题探讨”中第3道讨论题，应该充分重视。第1节“被动运输”中已说明离子和小分子有机物能通过协助扩散顺浓度梯度运输，而本节“问题探讨”中的现象表明碘离子是逆浓度梯度进行跨膜运输的，学生可以就此提出问题。
2．可以采用比喻或类比的方法，以便于学生理解，如“逆水行舟”等。
3．注意联系社会实际，让学生通过搜集资料，了解与物质跨膜运输有关的疾病的研究进展，理解变形虫通过胞吞和胞吐过程的生活史，强化学生的个人卫生观念。
4.引导学生比较和总结三种物质运输方式的异同，进一步获得提升。
二、答案和提示
（一）问题探讨
1．可以看出，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘不可能是通过被动运输实现的，被动运输的重要特征之一是顺浓度梯度运输。
2．提示：和逆水行舟一样，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘需要细胞提供能量，来克服逆浓度梯度导致的浓度差。
3．提示：这种逆浓度梯度的主动运输并不是特例，它具有一定普遍性，因为某些特殊的细胞环境需要富集特定的物质。
（二）思考与讨论
1．胞吞、胞吐过程的实现不仅需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性，这些都与生物膜结构的特性有关。
2．附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质主要为分泌蛋白，分泌蛋白需要通过内质网膜进入内质网腔，再穿过细胞膜在细胞外发挥作用，需要都有胞吞和胞吐过程参与运输。
（三）技能训练
1．和是通过主动运输进入细胞的。
2．和是通过主动运输排出细胞的。
3．提示：因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有通过主动运输才能维持这种状况。
三、参考资料
1．生物膜对小分子的转运
细胞膜是细胞内与细胞所处环境之间进行物质交换的通透性屏障，物质进出细胞必须通过细胞膜。物质跨膜运输的方式与物质的大小及性质有着直接的关系。气体分子和小的脂溶性分子可直接穿过细胞膜完成运输，带电离子或大一些的分子需经由离子通道或载体蛋白协助进行运输。
这类蛋白在细胞膜上形成特定的孔道，并且这种孔道的开与关是可调控的。控制开关的机制之一是胞外的信号分子通过与通道蛋白的结合，改变这些蛋白的构象，使通道打开或关闭。这种通道称为配体门通道。另一种控制方式是细胞内或细胞外特定离子的浓度发生变化而导致膜电位变化，而膜电位的变化又导致通道蛋白构象变化，由此来控制通道的开关，此类通道称为电位门通道。例如，当胞液中游离的浓度增加时，一些的通道打开。通道开放的时间是非常短的，常常只有几毫秒，被运输的物质顺浓度梯度迅速穿过通道。不同通道常形成一个完整的系统，相互间协调，共同产生某一效应。
载体蛋白位于细胞膜上，它能与特定的分子和离子，如糖类、氨基酸，或金属离子等结合，将这些分子或离子从膜的一侧转运到另一侧。载体蛋白具有高度的特异性，一种载体蛋白通常只能转运一类分子或离子。载体蛋白与分子或离子的结合是可逆的，即它转运到一侧后，就会与所运载的分子或离子分离。载体蛋白的转运效率与分子在膜两侧的浓度梯度的大小有关。在协助扩散过程中，载体蛋白将物质从膜的一侧运输到膜的另一侧，不需要细胞提供代谢能量，因为物质是顺着浓度梯度进行运输的。例如，哺乳动物肝细胞上的葡萄糖载体，是一种横跨膜的蛋白，这种蛋白有两种构象，一种构象是载体的葡萄糖结合点面向细胞膜外侧，另一种构象是结合点面向细胞膜的内侧。这种蛋白可将葡萄糖通过膜向细胞内外两个方向运输。究竟向哪个方向运输，决定于物质在膜两侧的浓度。
2．生物膜对大分子的转运
大分子物质，如蛋白质、多核苷酸、多糖、胆固醇与脂蛋白形成的颗粒等，很难直接穿过细胞膜。这些物质通过与膜上某种蛋白的特异亲和力而附着于膜上，这部分细胞膜内陷形成小囊，将附着物包在里面，然后分离下来形成小囊泡进入细胞内部。这个过程称为内吞作用。吞噬泡或吞饮泡一般与细胞质内的溶酶体融合，逐步将吞进的物质消化分解。
与内吞作用相反，有些物质通过形成囊泡从细胞内部逐步移至细胞表面，囊泡的膜与细胞膜融合，将物质排出细胞。这个过程称外排作用。
内吞作用与外排作用属于主动运输，因为它们与其他主动运输一样，也需要能量供应。有实验证明，如果氧化磷酸化被抑制，巨噬细胞的吞噬作用就会停止，如果是糖酵解被抑制则无阻碍作用。内吞与外排作用的一个重要特征，是细胞摄入的或分泌的大分子被收入在小囊泡中，而不与细胞中其他大分子或细胞器混合。小囊泡快速地大规模地形成和融合，是所有真核细胞的特征之一。
1细胞壁的层次与化学组成
细胞壁是原生质生命活动中所形成的多种壁物质加在质膜外方所构成的。由于这些壁物质种类、数量和比例组成上的差异，使细胞壁具有成层现象〔3〕。细胞壁由内到外一般分为胞间层、初生壁和次生壁三个层次，也有一些细胞仅具胞间层和初生壁。
1.1胞间层
胞间层亦称中层，是细胞分裂产生新细胞时形成的，主要成分是果胶质。胞间层的存在使相邻的细胞粘连在一起，并可缓冲细胞间的挤压。
1.2初生壁
初生壁是在细胞生长过程中形成的细胞壁层次，主要成分是纤维素、半纤维素和果胶质。初生壁具有较大的可塑性，既可使细胞保持一定形状，又能随细胞生长而延展。
1.3次生壁
次生壁是细胞体积停止增大后加在初生璧内表面继续积累形成的细胞壁层，其主要成分为纤维素和半纤维素。
2细胞壁的特化及常见类型
2.1细胞壁的特化
在细胞壁停止生长后，由原生质体产生一些特殊的次生代谢物质，并填充到细胞壁纤维素分子束交错的网状空间里，从而引起细胞壁的结构和理化性质产生明显的变化，即细胞壁的特化。细胞壁的特化是植物在长期进化过程中，植恤细胞在对环境和生理功能的适应的结果。
2.2细胞壁特化的类型根据细胞壁中渗人的化学成分不同，细胞壁的特化类型主要有木质化细胞壁、角质化细胞壁、栓质化细胞壁、矿质化细胞壁和私液化细胞壁等[4]。
2.2.1木质化
细胞壁木质化细胞壁指细胞壁内填充和附加了木质素。木质素是一种分子量相当高的有机化合物，是苯基丙烷衍生物的聚合产物。它比纤维素弹性小，但硬度大。经过木质化后，细胞壁的硬度提高，增加了细胞壁的机械支撑能力。
2.2.2角质化
细胞壁角质化细胞壁指细胞壁为角质所浸透，并常在细胞壁的表面形成一层无色透明的角质层。角质的主要单体成分是单、双及三经基脂肪酸，这些经基脂肪酸主要通过醋键相互连接。细胞壁的角质化使细胞表面形成坚固的疏水层。
2.2.3栓质化
细胞壁栓质化细胞壁指细胞壁内填充和附加了栓质。栓质是脂肪酸组成的高度聚合的化合物。细胞壁经过栓质化后，失去了对水和空气的通透性。
2.2.4矿化细胞壁
矿化细胞壁指细胞壁渗人钙盐或硅质。钙化合物主要有果胶酸钙、碳酸钙、草酸钙等。硅质主要是二氧化硅、氧化硅等。细胞壁经过矿化后，变得粗糙坚硬，增加了支持力。
2.2.5私液化细胞壁
私液化细胞壁指细胞壁中果胶质和纤维素豁液化或树胶状。此类细胞细胞壁仅具果胶层和初生壁。猫液化细胞壁使细胞表面由于水分条件不同而呈现固体状态或粘液状态，有利于种子的吸水萌发。例如，车钱、亚麻的种子表皮细胞。此外，细胞壁的特化还包括蜡质化细胞壁和揉质化细胞壁等类型。细胞壁中渗人蜡质，称为蜡质化，此类细胞常在细胞壁外具蜡被，常可以减少细胞水分损失和机械损伤或抵御病原体的侵人，例如甘蔗茎的表皮细胞。还有一些植物细胞壁渗人揉质，称为靴质化，常见于多年生木本植物的根、茎中，如锻树、松柏类，是细胞腔内的揉质后含物向次生壁渗人的结果。
3植物组织细胞盛的特化与功能的适应
3.1保护组织
保护组织具有减少水分蒸发和机械损伤或抵御病原体的侵人等功能。保护组织的细胞排列紧密，没有胞间隙，细胞壁高度特化。
3.1.1表皮
表皮是植物体的初生保护组织，由表皮细胞组成。不同种类的植物体茎、叶的表皮细胞细胞壁的外切向壁常角质化或蜡质化或硅质化。表皮细胞是幼嫩植物最外面的保护层，直接与外界环境相接触。角质化的细胞壁及角质层是陆生植物表皮细胞壁特化的常见类型，这些结构的存在使植物体整个表面形成坚固的疏水层，有效减少了水分散失，体现了对陆生环境的适应。而水生植物、湿生植物的表皮细胞一般没有角质层或角质化不明显。另外，在一些单子叶植物叶的表皮细胞中，如小麦、玉米的叶一部分表皮细胞的细胞壁发生矿质化，常为具有棘突的硅质化细胞。细胞壁经矿质化后变得更加坚硬，叶片用手触摸有些粗糙，有时甚至会划破皮肤。表皮细胞矿质化是此类植物抵御动物取食或损伤的有效手段。
3.1.2周皮
周皮是植物体的次生保护组织。随着植物体的次生生长，植物根、茎不断加粗，出现周皮，它取代表皮在植物体表面起保护作用。周皮由木栓层、木栓形成层、栓内层组成。木栓层在周皮的最外层，一般由几层扁平细胞叠落状排列。木栓层细胞是典型的栓质化细胞，成熟的木栓层细胞是死细胞，原生质解体，仅存木栓质的壁。栓质化的细胞壁不能透过水分和空气，而且隔热、绝缘。细胞壁的这些特点使木栓层成为覆盖在植物体表的一层坚固屏障，是植物体完善的次生保护组织。
3.2机械组织
机械组织是对植物起主要支持作用的组织，它有很强的抗压、抗张、抗曲绕的能力。植物能有一定的硬度，枝干能挺立，树叶能平展，能经受狂风暴雨以及其他外力的侵袭都与机械组织的存在有关。机械组织的细胞常成束或成层分布，细胞壁强烈木质化。机械组织在植物体内可以分为厚角组织和厚壁组织。厚壁组织是植物体内主要的机械组织，主要由纤维和石细胞组成。
3.2.1纤维
纤维是在植物体内分布最为广泛的厚壁组织。纤维细胞长梭型，成束存在。成熟的纤维细胞为死细胞，原生质解体，细胞腔狭小，次生壁强烈加厚且高度木质化。由于经过木质化后，细胞壁的硬度提高，增加了细胞群的机械力和支撑能力，使纤维构成植物体内最主要的支持骨架。一些植物的韧皮部富含纤维，例如竺麻、棉花、大麻等，是人类纺织和造纸的重要原料。
3.2.2石细胞
石细胞主要分布在植物的果皮与种皮中。石细胞常呈不规则颖粒状并成层存在，成熟的石细胞为死细胞，细胞腔很小，中空，次生壁强烈加厚且高度木质化。成层存在的石细胞提高了果皮和种皮的硬度，对果实和种子起到保护作用，例如板栗坚硬的果皮、椰子坚硬的内果皮和豆类的坚固种皮等。
3.3输导组织
输导组织是植物体中担负物质长途运输的主要组织。输导组织细胞长管状，管腔大，细胞壁次生木质加厚，端壁特化，这些特点都与其功能完美适应。输导组织的主要细胞有导管分子、筛管分子及伴胞。
3.3.1导管
导管分子为长管状大型细胞，多个导管分子彼此纵向相连构成导管，是植物运输水分和无机盐的主要结构。成熟的导管分子为死细胞，细胞腔中空，具加厚的木质化次生壁。导管分子两端壁特化为穿孔，提高了运输效率。
（一）教学内容的地位
《细胞增殖》是高中生物必修教材第二章《生命活动的基本单位――细胞》中第二节内容，它是建立在已经学习第一节《细胞结构和功能》，掌握了细胞的基本结构及功能的基础之上来学习该节内容，同时，为学习第五章《生物的生殖、发育》中减数分裂和第六章《遗传和变异》中遗传的基本规律知识奠定基础，起到了承前启后的作用，并且是历年来高考的重要考点，在近五年的各地高考试卷中，总分达47分，具有十分重要的作用。
（二）教学目标
1、知识目标
知道细胞增殖的方式、意义以及无丝分裂的过程和特点。
识记有丝分裂细胞周期的概念；动植物细胞有丝分裂过程的异同点；有丝分裂的特征和意义。
应用有丝分裂过程各时期的特点。
2、能力目标
1）凭借有丝分裂过程图、图文结合，培养学生的识图能力，形象思维能力。
2）运用坐标曲线归纳出有丝分裂过程中染色体数目DNA含量变化，培养学生的分析能力。
3）情感目标
细胞分裂――运动是物质的根本属性，建立生命活动的唯物主义观点。
（三）教学重点、难点
1、教学重点
真核细胞有丝分裂的细胞周期的概念和特点以及真核细胞有丝分裂的过程。
2、教学难点
真核细胞有丝分裂过程中，各个时期染色体的变化特点。
二、教学对象分析
首先，作为高二的学生，已经具备了一定的阅读能力、自学能力，对于一些基础知识可由其自学；其次，生物这门学科是高二初开的一门学科，学生对其学习的方法和技巧欠缺，有关生物的基础知识积累少；第三，激发学生对于生物这门学科的学习兴趣也很重要。
三、教学时间安排
由于学生实际情况，加之本节内容知识点多，学生理解较为困难，因而教学时间安排为3课时（讲授2课时，实验1课时），本次说课内容仅限于第1课时（内容：细胞增殖方式、意义；有丝分裂细胞周期的概念，植物细胞有丝分裂过程）。
四、教法和学法
学生是教学的主体，让学生积极参与到探求知识的过程中，主动去获取知识，这是现代教学理念的基本观点，因而，在本课教学中，采用自学法、讨论法和讲授法相结合，以问题贯穿本堂课，激发学生的求知欲，充分利用插图、挂图、坐标图，把抽象、微观的有丝分裂过程，形象、生动的展现在学生眼前，通过学生自己的阅读、比较、归纳获取知识，培养学生的识图能力、分析能力。
五、教学过程
（一）新课引入
回忆第一节学习了细胞的结构和功能，细胞是生命活动的基本单位，但大多数生物是由很多细胞构成，细胞的数目是如何增殖的呢？引入细胞增殖、板书课题（通过简洁地提问，引入新课，激发起学生的求知欲）。
（二）新课学习
1、细胞增殖的方式、意义
提问：细胞以什么方式增殖，真核细胞的分裂方式有几种？哪几种？增殖有何意义？
阅读教材第一、二自然段，并思考提出的问题，在教材中勾划出相关内容。给2分钟时间，抽同学回答并点评。（培养学生的自学能力，语言表达能力）
2、有丝分裂
有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，用以增加体细胞数量，体细胞进行有丝分裂具有周期性，也就是具有细胞周期引出。
1）细胞周期
细胞周期的概念是什么？请同学阅读教材，并引导学生分析概念，是不是所有在分裂的细胞都有细胞周期？一个细胞周期的起点在哪儿？止点在哪儿？（以问题促进学生思考，培养学生的问题意识，进行探究学习，突破重点）
然后阅读插图2-19有丝分裂细胞周期图，引导学生得出一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期，结合起止点，知道分裂间期在前，分裂期在后，从弧线的长短上得出时间的长短，并用表2-1不同细胞的细胞周期持续时间来反证。追问：各阶段有何特点？对于植物细胞和动物细胞而言，它们是否一样？我们先分析植物细胞有丝分裂的特点引出：
2）植物细胞有丝分裂各时期的特点。
①分裂间期
利用挂图指出间期图例，观察结构，提问是不是间期就是“间歇期”？讲述完成DNA复制和有关蛋白质合成，回忆染色质的主要成分，说明实质是进行染色体复制，但并未分开仍由一个着丝点连在一起，画图 ：由一个着丝点连着的两结构称为姐妹染色单体，染色体数目不变。
②分裂期
人为地分为了四个时期：前、中、后、末。
前期：比较挂图上间期与前期的区别，学生自由交流。
老师归纳两出现两消失，中期：与前期比较，后期：与中期比较，末期：与后期比较。
依次进行，指导学生重点在于分析染色体的变化，老师用一、二句精炼的话归纳，并在黑板上画出特点（让学生把不易看见的变化与看得见的图结合起来，抓住特点，便于记忆，理解、突破重点、难点）。
然后，老师与学生一起对照挂图来描述变化过程，学生复述（通过重复强化学生记忆过程）。
分裂中染色体和DNA数量变化有何规律？用坐标图来反映，老师建立一个坐标图，引导学生据过程一起分析，得出染色体变化曲线。练习，由学生自己按照上述思路绘DNA变化曲线，抽一位同学到黑板前绘制，其他同学在草稿纸上绘，最后点评。（用坐标图更能直观反映出变化过程，引导学生分析，并知道变化规律的由来，加深对过程的理解，让学生积极参与到获取知识的过程中体验快乐）
（三）小结
指出重难点：细胞周期的概念，各时期的特点。（让学生明确需要掌握的内容）
（四）作业布置
预习动物细胞有丝分裂的过程，思考动物细胞有丝分裂与植物细胞有丝分裂有何异同。
（五）板书设计
第二节细胞增殖
一、细胞增殖方式、意义
二、有丝分裂
1、细胞周期
2、植物细胞有丝分裂过程
①分裂间期：DNA复制，有关蛋白质合成，形成姐妹染色单体
②分裂期有：
前：两出现，两消失
中：着丝点排在赤道极上
1．原生生物和原核生物：
原生生物：指体积微小，单细胞或群体的真核生物，用鞭毛、纤毛、或伪足运动。如草履虫、衣藻、变形虫等。
原核生物：指由原核细胞组成的生物，它的细胞没有成形的细胞核，细胞器较少，一般只有核糖体。如细菌、蓝藻、放线菌和支原体等。
2．自养生物和自生生物：
自养生物：指能够将无机物合成为储存能量的有机物的生物。如绿色植物、硝化细菌等。
自生生物：指能够独立进行生命活动的生物。如圆褐固氮菌、玉米、人等，与寄生、互利共生不同。
自生生物可能是自养生物，也可能是异养生物
3．腐生生物和寄生生物：
腐生生物：指分解动、植物的尸体获得营养物质的生物。
寄生生物：指生活在另一种生物的体内或体表，并从另一种生物的体内或体表摄取营养物质来维持生活的生物。
4．细胞株和细胞系：
细胞株：指原代培养的细胞传至10代左右就不容易传下去。细胞的生长就会停滞，大部分细胞衰老死亡，但有极少数细胞能够度过危机而继续传下去，这些存活的细胞一般能传40～50代。并且这些细胞的遗传物质没有发生改变。细胞系：指细胞株传至50代以后又出现危机，不能再传下去，但有少部分细胞的遗传物质发生改变，在可能的培养条件下，无限制的传代下去。并且这些细胞的遗传物质发生了改变，并且带有癌变的特点，能无限传下去。
5．细胞液和细胞内液：
细胞液：指植物细胞中央大液泡中的液体。动物细胞一般没有细胞液。
细胞内液：指细胞内的全部液体，包括细胞质基质、各种细胞器基质、细胞核基质、细胞液。
6．纤维素、维生素与生物素：
纤维素：指有许多葡萄糖分子结合而成的多糖。是植物细胞壁的主要成分。不能为一般动物直接消化利用（一般动物的消化道内没有纤维素酶的存在）。
维生素：生物生长和代谢所必需的微量有机物。人和动物缺乏维生素时，不能正常生长，并发生特异性的病变。如：脚气等。
生物素：维生素的一种，是微生物的生长因子。在肝脏、肾脏、酵母和牛奶中含量较多。
7．遗传信息、密码子和反密码子：
遗传信息：指遗传物质所携带的控制生物性状遗传的相关信息，表现为遗传物质基本组成单位的特定排列次序。如DNA上脱氧核苷酸对的排列顺序。
密码子：指信使RNA上编码氨基酸的三个相邻的含氮碱基，常被叫作遗传密码。
反密码子：指转移RNA上能够与信使RNA上密码子互补配对的三个碱基。
8．非编码区和非编码序列：
非编码区：指基因结构中不能被转录也不能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列。
非编码序列：指基因结构中不能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列，包括非编码区和编码区中的内含子。
9．启动子、起始密码子与终止子、终止密码子：
启动子：是指基因结构中位于编码区上游的核苷酸序列，启动子中有RNA聚合酶结合位点，能够准确的识别转录的起始点并开始转录，有调控遗传信息表达的作用。启动子不止三个碱基。
起始密码子：是指mRNA上的三个相邻的含氮碱基。
【关键词】 microrna；干细胞；自我更新；分化；诱导多能干细胞
micrornas(mirnas)是一些长度为21-25个核苷酸，在转录后水平调控基因表达的非编码的小rnas。mirnas最早的两个成员是在研究c.elegans的发育调控时发现的。自此，在几乎所有的后生动物如涡虫，果蝇，植物，哺乳动物的基因组中都发现了mirnas[1]。它们主要作用于mirna，使其发发生特异性地降解或者阻止其翻译，从而调控动植物的发育和生理过程。
干细胞是一类能够自我更新并具有多向分化潜能的早期未分化细胞, 不仅是器官发生过程中早期分子活动的研究工具, 且已成为多种退行性疾病组织修复和再生的种子细胞。www.133229.CoM由于干细胞具有广泛的应用前景, 相关的发育分化模型的建立、干细胞发育分化的基因调控及微环境的影响, 已成为近年来医学和生物学领域研究的热点。mirnas作为一个广泛存在的可对基因表达进行调控的分子, 在动植物的发育和生理活动中起着非常重要的作用，包括抵御病毒，在发育中调控基因的表达，控制发育的阶段，维持干细胞的稳定等等。mirnas在干细胞中的特异性地表达，尤其在胚胎干细胞和造血干细胞中相关mirnas的发现、功能的研究, 揭示了mirnas 可能在干细胞的自我更新和多项分化中发挥重要作用。
1mirna和干细胞的研究
mirna是一类～22 nt具有调控功能的非编码rna ，它们主要参与基因转录后水平的调控。这些mirna 基因首先在细胞核内转录成前体转录本(primary transcripts mirna, primirna) ，在drosha酶的作用下剪切形成～60-70nt的mirna前体（或者称为premirna），然后ran–gtp和exportin 5将premirna转运到细胞质，随后，另一个核酸酶dicer将其剪切产生约为22个核苷酸长度的mirna:mirna*双链。这种双链很快被引导进入rna诱导沉默复合体(risc)中，其中一条单链mirna被降解，另一条成熟的单链mirna分子，通过与靶基因的3′ utr区互补配对，对靶基因mirna进行切割或者翻译抑制[2]。mirna具有如下特点[3-5]：①细胞特异性：不同组织不同细胞，mirna的表达谱及序列特征不同，这可以作为某些组织或细胞的特异性分子标志； ②“时空”特异性：细胞在不同发育阶段，mirna 组成不同，在特定细胞的特定阶段“出现”特定的mirna ，决定细胞的分化方向和分化时相，是细胞定时、定向分化的开关； ③保守性：不同种属、不同组织器官以及不同细胞之间相同或相似的mirna分子具有相似的调控功能；④mirna作用靶点：多为呈“时空”特异性表达的转录调控基因以及凋亡调控基因，通过调控细胞增殖和细胞凋亡，从而调控细胞功能和结构的特化。
干细胞具有多向分化潜能，它如何从一个充满各种可能性的通用细胞类型演变成从事特定工作的“专业”细胞，是干细胞研究的谜题。 近年来，mirna 在干细胞定向分化和自我更新功能维持中的作用，逐渐被科学家们发现，目前已经掀起mirna在干细胞研究中的热潮。
目前发现胚胎干细胞和多种成体干细胞中均存在各自特异的mirna。houbavity等[6]在小鼠胚胎干细胞中克隆了15个mirna ,suh等[7]则在人胚胎干细胞中找到了36个mirna基因，这些mirnas多数在胚胎发育过程中逐渐减少，少数持续表达甚或表达升高。随着细胞的分化，mirnas的表达也发生了明显的改变。mirnas和mirnas的相互作用对于维持干细胞的多能性及其分化非常重要。因此许多试验希望可以通过分析人胚胎干细胞中的mirnas的表达来描述人的胚胎干细胞。
2 mirna对干细胞生物学行为的调控
2.1 mirna调控了干细胞的自我更新
自我更新是干细胞的一个重要特征，从这个层面来说，干细胞与肿瘤细胞一样都可以持续分裂。 因此，如何调节恰当的细胞分裂，使其不会因为太少导致组织发生缺陷，又不至于过分增殖恶化为肿瘤，是干细胞生物学研究的一个攸关问题。
在多能胚胎干细胞中，有特殊mirna的簇集表达，这些mirna明显区别于分化之后的胚胎和成体[7]，暗示这些mirna对于干细胞的自我更新具有一定作用。决定细胞继续增殖还是停止分裂或分化，在g1期由周期依赖性蛋白激酶抑制子p21所调控[8] 。
有研究者通过使用果蝇胚胎作为模型系统，证明了mirna1有助于早期胚胎阶段的心脏祖细胞（即干细胞）的决定。mirna1有助于维护末期胚胎阶段中的心脏前体，可以调节心脏细胞的分化机制。这都说明mirnas调控了干细胞的自我更新。
另外，dicer酶对于胚胎的发育和干细胞的维持是必不可少的。dicer敲除的突变体在发育早期胚胎是致死的，在dicernull的胚胎中，根本检测不到es细胞系[9]；dicer缺陷的“escaper”和dicerflox/null 细胞相比，细胞周期发生了改变，g1期和g0期的细胞有了轻微的增加，相应地，g2期和m期的细胞减少。这种现象可能是由于本应该在es细胞中表达的抑制细胞周期抑制子的mirnas的缺失导致的。基因组的组成和结构也受到了影响从而激发了细胞周期检验点的反应，阻止了细胞的进一步增值[10]。
mirnas对于果蝇的gscs的分化的控制是必不可少的。果蝇基因组中有两种dicer异构酶：dicer1和dicer2[9]。dicer1对于干细胞的加工是必需的，而dicer2是形成sirna所必需的。dicer1(dcr1)的缺失完全破坏了mirna途径，但对sirna途径的影响是非常微弱的。分析gscs的dcr1突变体发现，生殖细胞孢囊的产量明显下降。gscs的dcr1的突变体看起来是正常的，但是在细胞周期控制方面存在明显的缺陷。根据细胞周期标记物和一些遗传的相互作用的研究发现，gscs的dcr突变体推迟了g1到s期的转换。干细胞对外界的信号非常敏感，比如营养依赖的胰岛素受体活化可以使干细胞停滞在g1/s 期。胚胎干细胞是通过mirna通路来调节p21/p27/dacapo 对cdk的抑制作用从而使自身停滞在g1/s期。当外界环境不利于干细胞分裂时，关键的mirna被下调，p21/p27/dacapo的水平上升，从而导致干细胞停滞在g1/s 期[11]。但是，参与此过程的具体mirna是哪些，至今仍未有报道，更深入的机制仍需研究。对于成体哺乳动物干细胞是否有类似的mirnap21调节机制以及是否依赖于环境因素，也还需要更多的实验证实。
2.2 mirna参与神经干细胞的分化调控过程
神经系统是一个高度分化的器官，在已经鉴定的mirnas中，约有70％可以在哺乳动物的脑中检测到，说明了这些mirnas在神经发生中可能的作用[12]。对哺乳动物脑发育过程中高度表达的mirnas的研究表明，在发育起始的mirnas和特异性分化后表达的mirnas有显著的不同[13]。前体细胞顺序表达一系列mirnas，在分化过程中发生了特异性的表达。例如小鼠胚胎干细胞中的mirna124a 和mirna9特异性地决定神经干细胞的发育形成, 并且初步推测可能是通过作用于stat信号转导通路发挥作用[14]，mirna23，mirna26和mirna29的上调表达导致分化形成神经胶质，而mirna9和mirna125在神经元和神经胶质细胞中均有表达。let7家族成员也高度存在于神经系统中。在斑马鱼的神经组织和老鼠的发育过程中[41]，let7家族成员都是高度表达的。在神经分化过程中，通过转录激活和增强前体物的加工活性可以显著诱导let7家族成员的成熟，这表明了let7在神经特异分化中的作用[15]。
预测还发现，在成年的哺乳动物中，含量最为丰富的是mirna124，有1100多个基因的结合位点。将mirna124导入hela细胞中，可以下调100多种基因的表达[16]，并且促进了神经样mirna的表达。最近，在鸡的神经管中发现层粘连蛋白gammal和整合素betal1也是mirna124的作用位点。而且，mirna124可以和小的c端结构域磷酸酶1（scp1）的3’utr结合，这种磷酸酶在神经发育过程中起着重要作用。识别神经系统中mirna的靶序列对于我们更好地了解神经干细胞的自我更新和分化是非常重要的。
2.3 mirna调控造血干细胞的发育
造血干细胞定向分化潜能受mirna调控，在各系祖细胞中高表达mirna可能起着定向分化调控作用。chen等[17]在小鼠的骨髓造血细胞中克隆了100个特异的mirna ,并已确定一些mirna在造血组织中优先表达, 如mirna142在b淋巴细胞和髓系粒细胞中表达增高，mirna181在b淋巴细胞中选择性表达上调，其中，mirna181在骨髓祖细胞阴性谱系中高水平表达并只在b淋巴细胞中上调，在体内和体外mirna181的过表达可提高b细胞的数量，表明mirna181可能是b细胞分化中的一个正调节因子，参与造血干细胞向b细胞谱系的分化。
felli 等[18]发现，在脐血cd34 +造血祖细胞向红系发育过程中，mirna221和222表达逐渐下降。这2个mirna作用于kit基因的3′utr，在cd34 +细胞中转染mirna221和222的寡核苷酸或者慢病毒表达载体，可导致红系增殖和分化障碍，伴随kit蛋白水平下降。nodscid小鼠体内实验表明，转染后cd34+细胞的增殖能力和干细胞功能受损；反之，阻断mirna221和222表达，则促进早期红系增殖。实验表明，mirna221和222的表达下降可促进红系发育。
最近发现，mirna还调控了造血干细胞自我更新[19] 。造血干细胞能够制造对分化成血细胞至关重要的蛋白质，但是这些蛋白被1套mirna阻断，将造血干细胞维持在原始状态。利用非增殖病毒载体将mirna转染入造血干细胞，检测造血干细胞的自我更新能力。第1个进行检测的是mirna155，已经被证实能够终止干细胞发育成红血球和白血球，没有转染的干细胞可以发育成熟，而转染了mirna155的干细胞则很少能发育成熟为红血球和白细胞。
3 mirna决定了干细胞的命运
3.1 mirna操纵胚胎干细胞的命运
研究表明两种依赖于血清应答因子（serum response factor,srf）的肌特异mirna1和mirna133，能促进胚胎干细胞的中胚层形成，同时在心肌祖细胞的进一步分化过程中有着不同的作用：mirna1能促进小鼠和人类胚胎干细胞向心脏细胞的分化过程，而mirna133则阻止肌浆蛋白祖细胞的分化，mirna1和mirna133在发育的肌细胞中是同时表达的。mirna1和mirna133是一种强有力的非肌性基因表达的抑制因子，并且能抑制小鼠以及人类胚胎干细胞分化过程中的细胞命运。两种mirna都增加了胚胎干细胞的中胚层特异性，并且抑制它们向内胚层及神经外胚层的分化。
其中，mirna1的作用部分通过notch ligand deltalike 1（dll1）的翻译阻遏实现，mirna1的表达导致dll1的翻译阻遏，并利用shrna降低干细胞中dll1的表达。此外，mirna1和mirna133能强有力的抑制内胚层以及神经外胚层的基因表达，这表明两者之间或许有着很多共同作用目标。对于胚胎干细胞的基因表达分析表明，mirna1和mirna133调节多个相同通路。可见肌特异性mirna能增强非肌性基因的抑制，并且mirna能用于多能胚胎干细胞的细胞命运调节[21]。
3.2 mirna提高了ips的转化效率
自ips出现以来，转化效率一直是横跨在ips技术面前的障碍。有研究表明，将头发里的角质细胞进行重组诱导ips细胞，发现转化效率可提高100倍。最近发现将两种因子p53 sirna和utf1和四个诱导基因（oct4,sox2,klf4和cmyc)一起转染到人成纤维细胞中，ips的诱导效率也可提高100倍，而且，剔除cmyc（具有致癌性基因）同样可以成功诱导ips[22]。
4 展望
不同的干细胞类型表达的mirnas不同，在干细胞的不同发育阶段也存在着特异性的mirnas的表达，我们有理由相信，mirnas在调控干细胞的分化和自我更新方面具有非常重要的作用。mirna作为一种新的调控基因表达的小分子rna，对干细胞的研究提供了一种新的途径。
随着干细胞复杂的分化调控的研究，我们将更好地了解mirnas和一些转录因子的相互作用，从而弄清整个细胞内的调控网络。目前关于mirnas对于干细胞生物学行为调控的研究还很少，mirnas在干细胞中究竟是如何起作用的？它的作用靶位有哪些？关于其调控分化的模型在哺乳动物也成立么？这些问题都有待进一步地探讨。基于多分化潜能和功能谱系不同的干细胞是由遗传和表观遗传共同决定的，作为组织工程的“种子细胞”，弄清它内部的mirnas的作用通路，有助于揭示干细胞发育过程的基因调控。我们的终极目标是希望将mirnas调控干细胞的分化作为一种潜在的治疗手段，以便更好地了解一些特异性的细胞通路中的mirnas，治疗癌症等疾病。
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关键词：“藻类”植物；原核生物；真核生物；生物教学
一、“藻类”植物简介
藻类植物是地球上出现最早的绿色生物，据化石记录大约在35亿～33亿年前，在地球上的水体中首先出现了原核蓝藻。藻类植物对环境条件要求不高，适应环境能力强，可在营养缺乏、光照强度微弱的环境中生长。在地震、火山爆发，洪水泛滥后形成的新鲜无机质上，它们是最先的居住者，是新生活的先锋植物之一。藻类植物一般都具有进行光合作用的色素，能利用光能把无机物合成有机物，供自身需要，是能独立生活的一类低等植物。藻类在形态上是千差万别的，小的只有几微米，必须在显微镜下才能看到；体型较大的肉眼可见，最大的体长可达60米以上。基本上没有根、茎、叶的分化，因此藻类植物的藻体也称为叶状体。正是由于藻类植物的结构简单，容易培养，在高中生物实验中经常作为理想材料运用。
二、“藻类”中的原核生物
人教版高中生物必修一第一章“走近细胞”一节中讲到原核细胞和真核细胞，经归纳原核细胞有“三菌三体”，“三菌”指的是细菌、放线菌、蓝细菌（蓝藻）；“三体”指的是支原体、衣原体、立克次氏体。蓝藻是单细胞生物，没有细胞核，但细胞中央含有核物质，通常呈颗粒状或网状，染色质和色素均匀地分布在细胞质中。核物质没有核膜和核仁，但具有核的功能，含有环状的DNA分子，故称其为原核（或拟核）。在蓝藻中还有一种环状DNA——质粒，在基因工程中担当了运载体的作用。唯一的细胞器是核糖体，在电子显微镜下观察，有单条规律排列的光合片层，上面有进行光合作用的藻蓝素和叶绿素，所以蓝藻是一类没有叶绿体但能进行光合作用的自养生物。笔者归纳总结了教材必修一P9中出现的原核“藻类”如下：①蓝球藻。分类地位：蓝藻门色球藻科色球藻属蓝球藻；特点：细胞球形、半球形。一般由2、4、8、16或更多细胞（很少超过64或128个细胞）所组成的群体；生长环境：浮游生活于湖泊、池塘、水沟，有时也生活在湿地上、树干或滴水的岩石上。②颤藻。分类地位：蓝藻门颤藻科颤藻属颤藻；特点：丝状的蓝线菌，细胞短圆柱状，表面有黏液鞘，显微镜下可见丝状构造前后运动；生长环境：生于湿地或浅水中。③念珠藻。分类地位：蓝藻门颤藻目念珠藻属念珠藻；特点：藻体由一列细胞组成不分枝的丝状体，排成一行如念珠状。此类藻有的可作食用，如发菜、螺旋藻等；有许多能固氮，可作为生物肥源，如鱼腥藻等。生长环境：生长于淡水湖、潮湿土壤上或石上。
三、“藻类”中的真核生物
“藻类”中除蓝藻门属于原核生物外，其他都属于真核生物，分类上有低等和高等。但其中也有一些带“藻”字的植物却不是低等的藻类植物，如黑藻、金鱼藻、伊乐藻、狸藻、狐尾藻等不是藻类，而是被子植物。下面列出课本中出现的“藻类”如下：（1）硅藻。分类地位：硅藻门硅藻；特点：一类具有色素体的单细胞植物，常由几个或很多细胞个体连结成各式各样的群体。硅藻的形态多种多样。 硅藻常用一分为二的繁殖方法产生；生长环境：最重要的浮游生物，分布极其广泛。在世界大洋中只要有水的地方，一般都有硅藻的踪迹，尤其是在温带和热带海区。（2）黑藻。分类地位：单子叶植水鳖目水鳖科黑藻；特点：沉水草本有根、茎、叶、花、果实和种子，根扎于水底泥中，茎细长，叶较短，有冬芽，生于小枝顶端，脱落后即行无性生殖。夏季开花，花呈淡绿色，雌雄异株；生长环境：生于静水池沼中，我国各地均有分布，全草可做饲料。（3）伞藻。分类地位：绿藻门绒枝藻科伞藻属伞藻；特点：藻体钙化，有一条直立而不分枝的主轴。海生的单细胞藻类，细胞长2～5 cm，可分为“帽”、柄和假根3部分，细胞核在基部；生长环境：生长在内湾的中、低潮带有泥沙覆盖的石块或贝壳上。（4）轮藻。分类地位：轮藻纲轮藻目轮藻属丽藻属轮藻；特点：大型沉水植物体具有类似根、茎、叶的分化。茎有节和节间之分，在节上轮生有相当于叶的小枝，有些种类体外被有钙质或胶质；生长环境：多生于钙质丰富、有机质较少、呈微碱性的淡水或半咸水中，特别是在透明度大，少浮叶植物生长的浅水湖、池塘、沼泽中，常大量生长。（5）水棉。分类地位：绿藻门绿藻纲双星藻科水棉；特点：由一列细胞构成的不分枝的丝状体，细胞圆柱形，叶绿体呈螺旋式带状便于观察；生长环境：常见的淡水绿藻，在小河、池塘、沟渠或水田等处均可见到。（6）小球藻。分类地位：绿藻门色球藻目小球藻属小球藻；特点：单细胞浮游种类，细胞微小，圆形或略椭圆形，细胞壁薄；生长环境：生活于含有机质的小河、沟渠、池塘等水中，在潮湿的土壤上也有分布。（7）栅藻。分类地位：绿藻门绿球藻目栅藻属栅藻；特点：细胞形状通常是椭圆形或纺锤形，由多个细胞构成的群体；生长环境：淡水中常见的浮游藻类，极喜在营养丰富的静水中繁殖，分布极广。（8）团藻。分类地位：绿藻门绿藻纲团藻属团藻；特点：由数百至上万个细胞，排列成1层空心球体，细胞形态和衣藻相同，个细胞间有原生质丝相连；生长环境：淡水池塘或临时性积水中较为多见团藻，具有吸收和富集放射性物质的能力，对净化水质有一定意义。
四、“藻类”与我们的生活
1.食用藻类
藻类营养价值很高，含有大量糖、蛋白质、脂肪、无机盐、各种维生素和有机盐，特别是碘盐。人们常食用的蓝藻有发菜和螺旋藻属的螺旋藻，螺旋藻的藻丝体蛋白质含量高达60%以上，比牛肉高3倍，具有人体必需的氨基酸，螺旋藻对贫血、溃疡病、糖尿病、视觉障碍和患肝脏病症均有较高疗效，所以现在螺旋藻经常作为保健食品受到欢迎；绿藻有浒苔、海松、水绵、石莼等；褐藻有海带、鹿角菜、裙带菜；红藻有紫菜、石花菜等，晒干的紫菜含有25%～35%的粗蛋白和50%的碳水化合物，在碳水化合物中有2/3是可溶性能消化的五碳糖，在紫菜中维生素C的含量是橘橙的1/2。
2.水华和赤潮
水华和赤潮都是水生生态系统中的异常现象，水华是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后，蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”现象在我国古代历史上就有记载。另外，海水中出现此现象（一般呈红色）则为赤潮。水华和赤潮使水变质有毒，致使鱼类因中毒或缺氧窒息而死，给渔业带来严重危害。
3.“藻类”在工农业生产中的作用
1材料与方法
1．1材料
1．1．1实验动物
健康成年新西兰大白兔30只(由北京大学医学部实验中心提供)，雌雄不限，体质量1．0～1．5kg。
1．1．2主要试剂和仪器
ABCG2单克隆抗体(美国MILLIPORE公司)，细胞角蛋白(cytokeratin，CK)3单克隆抗体(美国MILLIPORE公司)，ANTI-BCRP1FITC(美国MILLIPORE公司)，黏蛋白5AC(MUC5AC)单克隆抗体(美国Abcam公司)，MTT(美国SCICRESTBIOTECH公司)。倒置相差显微镜(OLIMPUS，日本)，CO2培养箱(MCO-18AIC，SANYO公司，日本)，流式细胞仪(BD公司，美国)，酶标仪(SLT．SPETRAN公司，德国)，共聚焦显微镜(Zeiss公司，美国)，荧光显微镜(OLIMPUS公司，日本)。
1．2实验方法
1．2．1LSC的原代培养
采用组织块培养法。将兔子以过量乌拉坦静脉注射处死后，用碘伏棉球消毒眼睑周围3次，迅速取出眼球，在显微镜下去除眼球周围肌肉组织，生理盐水冲洗3次。在无菌条件下将处理后的眼球用含硫酸妥布霉素的生理盐水(硫酸妥布霉素注射液生理盐水=120配制)浸泡2次，每次15min;剪下角膜片，去除结膜、虹膜等组织，在体视显微镜下剪去角膜中央部分。无菌条件下将兔角膜缘组织剪成约1mm×2mm的组织块，将3～5枚组织块蘸取少量培养基后上皮细胞面向下置于培养皿中，放入37℃、体积分数5%CO2培养箱中培养，2h后待其贴附良好时加入适量含体积分数10%胎牛血清的DMEM/F12培养液，继续置于恒温CO2培养箱中培养。每2d更换1次培养基，每日在倒置相差显微镜下观察细胞生长情况并拍照记录。
1．2．2LSC的传代培养
当细胞生长达到培养板的80%～90%时，PBS冲洗2次后，加入适量胰蛋白酶与细胞充分接触2～3min，待细胞变圆、细胞连接松弛时，加入含体积分数10%胎牛血清的培养基终止消化，吸管吹打使细胞脱离培养皿底，收集细胞悬液，1000r•min－1离心8min，按照12的比例接种于细胞培养皿及涂有多聚赖氨酸的细胞爬片上待测，每2d更换1次培养基，待细胞融合后，以同样方式继续传代。
1．2．3细胞形态学观察
倒置相差显微镜下观察各代LSC的爬出过程及生长状态，并将不同代数LSC固定(体积比为甲醇丙酮=11)，进行HE染色，显微镜下观察并拍照。
1．2．4LSC功能蛋白的表达
细胞免疫荧光检测:用固定液(体积比为甲醇丙酮=11)固定细胞爬片10min，将固定后的LSC爬片用PBS洗3次，然后用进口山羊血清封闭液封闭爬片30min，分别加入CK3(1100)、ABCG2(1100)、p63(150)、MUC5AC(1100)单克隆抗体，并以PBS代替一抗设阴性对照，4℃过夜孵育后分别加入IgG荧光二抗，室温孵育1h，DAPI复染细胞核，封片后激光共焦显微镜观察并照相，鉴定培养细胞CK3、p63、ABCG2及MUC5AC(1100)单克隆抗体的表达并拍照。
1．2．5流式细胞仪检测
将原代和传代后的LSC培养至形成单层，PBS洗2次，胰蛋白酶消化，1000r•min－1离心8min后，制成细胞悬液，用牛血清孵育30min，1000r•min－1离心8min后，细胞计数，然后每106细胞加入ABCG2-FITC单克隆抗体10μL进行标记，孵育30min，每10min摇匀1次，PBS洗2次，过细胞筛，流式细胞检测仪检测LSCAB-CG2-FITC单克隆抗体在培养细胞中所占的比例，比较原代和传代后LSCABCG2-FITC单克隆抗体的含量变化。
1．2．6MTT比色法测细胞活性
将50mgMTT溶于10mLPBS中，用0．22μm滤膜过滤后配制新鲜MTT液。细胞达到对数生长期时，消化、离心细胞，按照每孔2000个细胞的密度接种于96孔板，分别设12h、24h、48h、72h共4个时间点，每个时间点设5个复孔。每个时间点分别加入5g•L－1MTT溶液20μL，CO2培养箱中继续孵育4h后小心吸弃孔内培养液，每孔加入150μLDMSO，脱色摇床振荡10min，酶标仪测定各孔吸光度(A)值，参考波长为490nm。以时间为横坐标，OD值为纵坐标绘制各代细胞的生长曲线图，比较原代和传代细胞的增殖活性。
2结果
2．1培养细胞形态学观察
角膜缘组织块在置于培养皿上2～3h后贴附良好。倒置相差显微镜下可见，24h后有细胞从组织块边缘个体迁移，贴壁生长，呈多边形，体积较小，48h后细胞局部可见拉网样生长趋势，72h后出现大片细胞，细胞呈现多边形或多角形，96h细胞几乎铺满整个培养板(图1)。显微镜下可见3种细胞形态:(1)圆形、卵圆形，类似基底的柱状细胞，核浆比大;(2)多边形，类似翼状细胞;(3)大而扁平状，类似表层上皮细胞。细胞以卵圆形或多边形为主，多为2～3个核仁，部分可见丝状骨架结构。显微镜下可见，原代细胞生长状态良好，细胞以多边形及卵圆形为主，可见双核细胞、多核细胞及核分裂相，细胞间连接紧密;传代后第1代细胞呈规则多边形，可见双核细胞，细胞间连接紧密，类似上皮样细胞，可见少量纤维细胞;第2代细胞形态呈不规则状，几乎无双核细胞，无细胞间连接，完全失去上皮细胞的特性(图2)。
2．2培养细胞免疫荧光染色和检测结果
2．2．1细胞免疫荧光染色
经鉴定，培养的细胞CK3、ABCG2、p63单克隆抗体染色均呈阳性，MUC5AC单克隆抗体染色呈阴性，证明为LSC细胞(图3)。原代LSCCK3单克隆抗体间接免疫荧光染色多数细胞不着色，少数细胞着色，细胞质呈红色荧光，细胞核呈蓝色荧光;第1代LSCCK3染色阳性细胞较原代细胞增多，第2代LSCCK3染色阳性细胞进一步增多。原代LSCp63单克隆抗体表达有很高的阳性率，圆形及卵圆形细胞的细胞核均呈红色荧光;第1代LSCp63的表达与原代细胞无明显差异，第2代LSCp63的表达明显下降(图3-4)。
2．2．2流式细胞仪检测
流式细胞仪检测结果显示，原代、第1代和第2代LSCABCG2单克隆抗体阳性率分别为13．41%、22．96%和4．43%。2．3细胞增殖活性检测传代后细胞与原代细胞比较生长曲线有明显的下降，而且原代细胞有明显的细胞增长期，但第1代细胞生长曲线对数增长期不明显，第2代细胞几乎无增长期。各代细胞增殖活性差别显著(图5)。
3讨论
3．1LSC的培养
目前，LSC的培养方法主要有酶消化培养法和组织块培养法［11］，其中，组织块培养法应用最为广泛。Short等［12］通过比较酶消化培养法和组织块培养法表明，组织块培养法培养的细胞能更好地保持细胞原有形态，具有更多的桥粒连接和更紧密的细胞连接，能更好的保持角膜上皮细胞的功能。有文献报道，组织块培养法培养的LSC并不是单一的细胞，而是混合细胞，细胞包含一定量的LSC、短暂扩充细胞、分化的角膜上皮细胞及少量纤维细胞。在本实验中，利用组织块培养法体外培养兔角膜缘上皮组织，培养4d左右可达到80%～90%的融合状态，说明培养的角膜缘上皮细胞具有较强的分裂增殖能力;另外，形态学上细胞具有体积小，圆形或卵圆形，可见双核细胞、多核细胞及核分裂相，细胞间连接紧密等原始细胞生物学特性，说明组织块培养法培养的LSC具备作为LSC移植的种子细胞的特点。
3．2LSC的鉴定
现阶段国内外对LSC的基础研究仍然很薄弱，尤其是在LSC的标记物方面，迄今为止尚未找到一种LSC特异性表达分子标记物［1，6，13-14］，因此，只能选择几种目前比较确切的标记物组合如ABCG2、p63、CK3来鉴定LSC;在LSC中ABCG2、p63表达呈阳性，而CK3表达为阴性。AB-CG2蛋白在细胞膜和细胞浆内表达，阳性表达细胞分布于角膜缘上皮基底层的小细胞簇，其增生能力显著高于阴性细胞，最符合角膜上皮干细胞的特征。p63为一种白，表达于全角膜的基底层和基底细胞上层，其阳性表达是角膜缘强增殖能力细胞的标志［1，6，13-16］。CK3是一组非水溶性细胞骨架蛋白，在角膜上皮细胞特异地表达，被认为是角膜上皮分化细胞的标记物;然而CK3角膜基底层细胞不表达，呈现未分化的自然状态，为LSC鉴定的阴性标志物。MUC5AC是结膜细胞特异性表达标记物。本研究免疫荧光染色结果显示，培养的细胞CK3、ABCG2、p63抗体均呈阳性表达，而MUC5AC单克隆抗体为阴性表达，说明培养的细胞为角膜分化上皮细胞、LSC和短暂扩充细胞的混合细胞，且无结膜细胞的污染。本研究结果显示，p63在大部分原代细胞中表达阳性，第1代细胞p63表达与原代细胞比较无明显差异，而第2代细胞p63表达明显下降;CK3仅在少量原代细胞中表达，随着传代次数增加CK3表达阳性率逐渐增加。综合分析后表明，原代和第1代细胞能较好地保持LSC特性，可作为临床角膜缘上皮细胞移植的种子细胞。
3．3LSC含量的测定
从电生理角度看，Cl-通道平衡电位与静息电位相似，其功能与K+通道相类似，抑制细胞的兴奋性，同时促进去极化后复极，进而维持细胞静息膜电位。在胞膜及胞内细胞器上的Cl-通道的功能主要表现为电转运和物质转运，尤其在神经和肌肉细胞的细胞膜上，Cl-电流是参与兴奋性调节的重要离子流。在一定程度上影响细胞的容积，执行物质转运的任务，调节并维持着细胞的体积。就Cl-通道蛋白自身结构而言，暂可分为：电压依赖性Cl-通道(ClC家族)、囊性纤维转膜电导调节体型（CFTR）、Cl-通道及配体门控Cl-通道。此通道是动态大分子复合物，其细胞质的附属蛋白参与分子间作用调节并为其通道的功能可塑性提供分子基础[5]。
1电压依赖性Cl-通道（ClC家族）广泛存在于原核、真核生物细胞，在哺乳动物体内主要在细胞的质膜及胞内各细胞器的膜上，其分子结构相对复杂，目前已发现9个亚基，包括ClCO-7、ClC-Ka、ClC-Kb,其跨膜结构比较复杂，有较好的功能研究价值大多数ClC通道都有电压依赖门控效应。Cl-通道受阴离子和pH值调节的影响。同时受到蛋白激酶(PKA、PKC)或胞内信使的调控作用，研究发现，很多生物疾病发生与Cl-通道蛋白基因序列变化有关，其中的几种特殊的遗传疾病都与ClC通道基因发生突变有密切关联，另外，ClC-K通道的β亚基的突变也在很大程度上影响人类部分疾病的发生。在哺乳动物体内，其疾病发生的部位较复杂，主要分布于骨骼肌、小肠、肾脏、心脏及肝脏等器官上。心脏的发病因素比较特殊，目前也有部分研究认为该病是由HCN4离子通道作为领头突变体而导致[6]。Cl-通道电流特征主要表现为CFTR依赖Cl-通道电流或cAMP依赖的Cl-通道,其特性可以有以下表现：a.普遍外向整流性；b.非时间依赖性；c.对β-受体阻断剂敏感；d.对离子通透性有一定的顺序。
2囊性纤维转膜电导调节体型（CFTR）Cl-通道家族CFTR主要发挥跨膜离子转运功能，上皮细胞缺乏Cl-转运功能、组织缺水、盐分泌和重吸收的平衡失调是囊性纤维变性（CF）致命性遗传性疾病的主要的细胞微环境病理表现。多种研究表明，CFTR在这种遗传性疾病中起着决定性作用，其中CF基因已经被发现，研究也证实了CFTR是cAMP-依赖性的Cl-通道。其开放需要足够量的AMP，存在能量及物质转换过程,当胞内、胞外氯离子浓度相当时，CFTR的I-V呈线性关系，但是在胞内与胞外Cl-浓度相差较大时，其I-V线性关系不是很明显。在心肌细胞上，CFTR通道电流表现较为突出。CFTR有两种类型：PKA激活的Cl-通道（Icl,PKA）和PKC激活的Cl-通道（Icl,PKC）,有些综合肽也行使着Cl-选择性通道功能[7]，其中它参与细胞活性及其他离子通道的调节作用。其磷酸化后结构域起着重要的功能导向作用。基于电生理考虑，离子通道大多是涉及到离子相位改变的电化学体系。其通道介质间的离子的转移对离子通道阻抗的变化发挥重要的作用[8]。
3甘氨酸和γ-氨基酸受体（GABA）相关的配体门控Cl-通道聚焦中枢神经系统，作为神经介质的GABA和甘氨酸通过控制Cl-的内流使神经元超级化而发挥抑制性调节作用。神经介质主要使Cl-内流，神经细胞超级化而抑制其活性，成年动物中枢神经系统中表现突出。在中枢神经系统发育早期，GABA和甘氨酸使神经细胞发生较强的去极化并使Ca2+内流进而促发神经递质释放。随着神经细胞的发育，细胞内Cl-浓度逐渐下降，再是阳离子反转体KCC2上调，使GABA和甘氨酸介导的电流也从兴奋向抑制转化。就通道结构而言，GABA和甘氨酸及烟碱同属配体门控离子通道超家族（LGLC）体系，常规通道蛋白上含有5个亚基，每个亚基约有200个氨基酸组成的巨大胞外氨基酸结构域，4个跨膜结构域和一个较为短大的胞外羧基末梢。从分子层面看，氨基酸末端结构域含有一个保守序列，被称为：Cys环，由不同长度的胞内环相连接而成，其三维晶体结构尚未明朗，需进一步探究。目前随着微尺度技术研究的进展，结构和功能研究已趋向成熟，应用纳米微管及微孔技术研究离子通道相关蛋白生物分子的转运已成为现实[9]。
4Ca2+激活的Cl-通道Ca2+激活的Cl-通道在细胞正常的生理活动中起着非同寻常的作用，包含了上皮细胞电解质和水的分泌、神经和心肌细胞兴奋性调节、感觉换能及血管紧张长度的调节等作用。其中离子通道电流-电压的关联具有离子浓度的依赖性[10]，部分Cl-通道的激活还依赖于细胞外Ca2+，其中ClC-K1通道为典型表现。和K+通道一样，原核生物中的有丰富的ClC家族基因，为通道蛋白表达和结构分析提供良好的环境[11]。相反，有种特殊的Cl-通道能被细胞外Ca2+所阻断，譬如：蟾蜍卵母细胞上就有一种特殊的Cl-通道。遗传学研究已经结合通道研究分别通过动物体内有害物质的检测进一步研究部分生物分子功能特征和信号通路[12]，就电生理而论，瞬时外向K+电流主要包括两种成分:一种为4-AP(4-氨基吡啶)敏感的K+电流（Ito1），另外一种被称为Ito2，它对4-AP不敏感，可被阴离子转运抑制剂阻滞。其电流即为Ca2+激活的Cl-电流（Id,ca）,它不被4-AP所抑制。当然，若细胞缺乏或根本就没有K+，而细胞内K+由Ca2+所代替，该离子流依然存在，所以它不是K+电流，而是由Ca2+所激活。当细胞内或细胞外Cl-浓度降低时，能明显减弱该离子流，与Cl-密切相关，其激活曲线可以随细胞外Cl-的浓度发生变化，当细胞外无Cl-时，该电流消失。随着膜片钳技术应用，离子通道对待试离子的选择性已被较好的掌握，当通道中多种离子被K+或Cl-替代后，其翻转电位仅以6mV或更小的幅度变化，提示此通道对待试离子的选择性较低[13]。从翻转电位中可以发现，Cl-通道选择性不是很完美，其中KCl转膜电流的变化也需要一定的电压来调制[14]。
5肿胀激活的Cl-通道（Icl,swel）在肾小球及胃肠上皮细胞上广泛分布有肿胀激活的Cl-通道参与调节细胞体积。通常此通道通过激活Na+/H+和Cl-/Hco3-交换使细胞内外离子浓度达到平衡从而调节维持细胞体积稳定。而且通过不同的跨膜电压模拟装置可以容易判断膜通道两侧的离子是否转运和其转运方向[15]，Icl,swell通道的激活通常依赖于细胞内的ATP,存在明显的能量消耗，其通道本身具有外向整流特性，没有明显的时间依赖性激活。当ATP浓度较低时，Mg2+能阻断Icl,swell通道，胞内高ATP浓度改变Icl,swell通道最大激活位点并降低激活速率。ClC家族中Cl-阴离子通道同时存在于真核生物和原核生物细胞内[16]，了解Cl-通道数量通常选用最佳定量化学计算法进行推断,也有些离子通道模型成功建立，其中BD模型比较深入地阐述了Cl-和K+通道电活动及离子走向[17]。ClC-7作为家族成员之一，是阴离子通道和转运体，在溶酶体破骨细胞类似物中起着决定性作用，其丢失直接导致骨质缺乏病变[18]，目前情况下，膜蛋白生物物理学研究的核心问题还是离子通道门控机制[19]，可以深入研究。ClC-3的PKC的磷酸化的位点为N端Serine51（丝氨酸51）,通常用alanine（丙氨酸）代替Serine(S51A)可消除PKC的抑制作用，也同样消除8-Br-cAMP的抑制作用，尤其在动物心房肌中表现明显。在心肌细胞和血管内皮细胞上，因细胞暴露于低渗液引起肿胀可诱发Icl,swell或容积依赖的Cl-通道（Icl,vol）电流,该通道为非时间和电压依赖性的，同时也不依赖于细胞内Ca2+，电流不能被一些阻断剂阻断。很可能是通过细胞骨架成分或质膜牵张而引起，其电流对渗透压非常敏感。除此之外，蛋白激酶C(PKC)激活的Cl-电流在部分动物心室肌细胞中被发现，在细胞内用弗波脂能诱导出时间依赖性且不对称Cl-电流，同时有研究发现此中电流可以被芳香族单羧酸阻断。其中，弗波脂作为PKC惯用激动剂。最为突出的ATP激活的Cl-通道电流（Icl,ATP）和内向电流Cl-电流（Icl,ir）存在于动物心肌等诸细胞中，细胞外的ATP可以通过三种作用机制作用于心肌细胞：通过嘌呤相关受体增加K+电导和抑制β肾上腺素能激动的腺甘酸环化酶；通过嘌呤能P2受体可以增加Ca2+电流，在G蛋白参与下并刺激磷酸肌醇的降解产生IP3和DG,并最后激活PKC；通过嘌呤能P2受体也可以刺激Cl-/HCO3-交换体而导致细胞内酸化，同时激活非选择性的阳离子电流。当ATP与其对应的嘌呤受体结合时，即可产生相关电流，此电流具有外向整流性，但无时间依赖性，其中对肾上腺素能受体激动剂较为敏感。大鼠心室肌细胞相关研究表明，ADP和ATP能激活Icl,ATP,而AMP和腺苷酸无特殊作用，因而可以推断这种作用是通过嘌呤能P2受体。在通道研究过程中，为了更进一步证实推断的正确性，通常借助模型进行模拟研究，譬如，在与记忆退行性病变的脑疾病相关蛋白研究中，淀粉样β蛋白（A-β）离子通道结构模型已有较完整阐述[20]。
6P64基因家族表达的胞内Cl-通道（ClC）Landry等人在牛肾细胞上分离出ClC通道。其分子量具有64KD,被命名为P64表达的Cl-通道
7Cl-通道的药理和生理意义a.不同细胞中作用于Cl-通道的工具药不尽相同。Cl-通道无明显的特异性阻断剂，其非阻断剂较多，且被广泛应用，不同的Cl-电流可能对不同的阻断剂较为敏感，因而我们针对不同的细胞需要选相应的阻断剂。b.Cl-通道的生理功能：Cl-通常作为背景电流，由于它在静息电位时活动，在一些特定类型的细胞中通常决定该类型细胞静息电位的作用，尤其在非可兴奋细胞上一般没有Ik1电流，根据细胞内的Cl-的活动度来计算，其翻转电位在生理条件下为-65～-45Mv,正于这个电位时，为外向电流，负于这个电位时多为内向电流。就Cl-通道在细胞上分布的情况而言，其功能特点可分为一下几个方面：
（一）细胞膜上Cl-通道主要功能特点：（1）维持正常细胞容积及内环境稳定。（2）有较强的跨膜转运功能，Cl-通道是多数上皮细胞离子和水分跨膜转运所必须的，细胞膜上Cl-通道表达的极性强弱和继发激活Cl-重吸收机制共同决定转运的方向。（3）大多存在兴奋性调节机制：Cl-通道能够调节细胞膜兴奋性，尤其在骨骼肌细胞，对电压门控Cl-通道ClC-1调节兴奋性作用尤为突出。
（二）细胞内Cl-通道功能特点：正常情况下，阴离子或转运体对阴性基团的生物合成起着关键作用。在胞内，Cl-通道可以调节相关细胞器的体积。在溶酶体和高尔基体中表现较为明显。
（三）细胞膜上Cl-通道在心肌细胞中的主要生理作用：Cl-电流在心肌细胞上电活动通常不是很明显，而在一些特殊情况下产生的作用较为显著。
（四）cAMP依赖性的氯电流（Icl,cAMP）的生理作用。在正常生理状态下，氯电位（Ecl）与实际膜电位相比可以为正，也可以为负，当膜电位比Ecl为负时，Icl，cAMP的激活产生内向电流，使静息电位去极化，相反为外向电流，可加逐复极化过程。
关键词:细胞分化 基因选择性表达 基因表达调控
一、细胞分化
多细胞生物的个体发育是指从受精卵发育成为性成熟个体的过程。在该过程中,受精卵的分裂是有丝分裂,产生的是一个克隆的细胞,那机体又如何形成不同的组织和器官呢?说明在个体发育过程中,除了细胞分裂还有一个更重要的事件,那就是细胞分化。细胞分化是在个体发育过程中,由一种相同的细胞类型经过细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定差异的过程。可见,生物在个体发育过程中,通过细胞分裂增加细胞的数目,通过细胞分化增加细胞的种类,形成不同的组织器官,最终形成生命有机体。
细胞分化遵循以下特点:第一,分化细胞来自共同的母细胞――受精卵;第二,在个体发育中,细胞分化是不可逆的,一旦分化启动,即使诱导分化的因子不存在时,分化也继续进行,而且是稳定的;第三,对于大多数生物种类来说,虽然形态各异,功能不同,但仍保持全部基因组;第四,细胞的分化是有限的活动,不是无限的,在几百万亿个细胞组成的有机体中,只有几百种类型的细胞构成若干组织和器官。
Southern杂交实验证实,一个生物机体中不同种类的分化细胞具有共同的基因组。Northern杂交实验证实,同一生物机体中不同种类的分化细胞中只表达其中一小部分遗传信息,即每种类型的细胞只选择性表达特定的基因,产生每一类型细胞特有的一套蛋白质,从而使其在形态、结构和功能上区别于其它细胞。可见细胞分化的直接原因是在细胞中产生了不同于其它细胞的特异性蛋白质,细胞分化的实质是基因的选择性表达。
分化细胞基因组中所表达的基因大致可分为两种基本类型:一类是管家基因(house-keeping genes,),是所有细胞中均表达的一类基因,产物是维持细胞基本生命活动所必须的。如微管蛋白基因、组蛋白基因、核糖体蛋白基因等。另一类是组织特异性基因(tissue-specific genes,)是指不同类型细胞异性表达的基因,产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能。如输卵管细胞特异表达的卵清蛋白基因、胰岛B细胞特异表达的胰岛素基因等。因此可以说,细胞分化的实质是组织特异性基因在时间与空间上的差异性表达。
二、分化细胞的基因选择性表达
分化细胞是如何从它的基因组中筛选出所要表达的基因呢?或者说它是如何关闭它所不表达的基因?可能的选择方式有以下几种:
1.基因失活
基因失活是个体发育过程中独特的调节机制。是指在某些细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质聚缩,并丧失基因转录活性,变为异染色质。这种兼性异染色质在胚胎细胞中很少,而高度分化的细胞中含量较多,说明随细胞的分化,较多的基因渐次以聚缩状态而关闭。如雌性胎生哺乳动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随机失活,以确保与只有一条X染色体的雄性个体细胞内的X染色体基因的剂量相同。一旦发生X染色体失活,这个信息便能稳定地传递给子代细胞,使该细胞有丝分裂所产生的后代细胞都保持同一条X染色体失活。因为人的X染色体上有1.28亿个碱基对,包含1465个基因,所以X染色体的失活是永久性关闭基因的一种措施。
2.基因丢失
基因丢失是在细胞分化时,清除某个基因活性的方式之一。如马蛔虫的受精卵细胞内只有一对染色体(2n=2),这对染色体上排列着许多着丝点。在由受精卵发育为成体的早期阶段只有一个着丝点行使功能,保证了有丝分裂的正常进行。当个体发育到一定阶段后,在将来分化产生体细胞的细胞中,这对染色体断裂形成许多小的染色体,其有的含有着丝点的小片段,在以后的细胞分裂中都将保持下去。那些不含有着丝点的染色体片段因不能在细胞分裂中正常分配而丢失。在将来形成生殖细胞的细胞中,不存在染色体丢失的情况。
3.基因扩增
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的过程,它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要,是基因活性调节的一种方式。如非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因约500个拷贝,在减数分裂期Ⅰ的粗线期,这个基因开始迅速复制,到双线期其拷贝数约200万个,扩增了4000倍,可用于合成1012个核糖体,以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
4.基因重排
是某些基因片段改变原来存在顺序,通过调整有关基因片段的衔接顺序,重排为一个完整的转录单位,是增加基因编码产物种类的一种措施,也是调节基因活性的一种方式。如B淋巴细胞成熟过程中免疫球蛋白结构基因的表达就是经过多次重排而实现的。免疫球蛋白的肽链主要由可变区(V区)、恒定区(C区)以及两者之间的连接区(J区和D区)组成,V、C、J和D基因片段均有多个,而且在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时,通过染色体内DN段的重排把4个相隔较远的基因片段连在一起,从而产生了具有表达活性的免疫球蛋白基因。在重排过程中,四种基因的组合类型不同,所形成的免疫球蛋白的基因就不同,从而使机体可以表达出多达1011种免疫球蛋白。
三、基因选择性表达的调控
1.组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控理论认为,在一个生物体中,启动为数众多的特异细胞类型分化程序的是有限的少量蛋白质,即调控一个生物体中细胞分化的蛋白质的种类是一定的,只是这些蛋白质的组合方式不同,就启动了不同类型细胞的分化。这样,如果调控蛋白的数目为n,则其调控的组合在理论上可以启动分化的细胞类型为2n。在启动细胞分化的各类调控蛋白中,往往存在一两种起决定作用的蛋白质,有时单一调控蛋白表达就有可能启动整个细胞的分化过程。如MyoD是一种在成肌细胞分化为骨骼肌细胞过程中的关键调控蛋白。如将其转移到体外培养的成纤维细胞中表达,结果使来自皮肤结缔组织的成纤维细胞表现出骨骼肌细胞的特征。显然,在成纤维细胞中已经具备了肌细胞特异性基因表达所需要的其他必要的调控蛋白,一旦加入MyoD后,即形成了启动肌细胞分化的特异性调控蛋白组合。
2.基因活性的调控
(1)基因组DNA的甲基化和去甲基化与基因活性调控DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中
研究表明,DNA的甲基化过程不但与DNA的复制起始及错误修正时的定位有关,还可通过改变基因的表达参与细胞的生长、分化和发育过程的调控。基因组DNA的甲基化是指由S-腺苷甲硫氨酸(SAM)提供甲基基团,在DNA甲基转移酶(DNA-MTs)的作用下,将基因组DNA序列中CpG二核苷酸的胞嘧啶甲基化为5―甲基化胞嘧啶的一种反应。甲基化修饰是基因组后天修饰的重要机制之一。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而调控基因表达。甲基化导致某些区域DNA构象变化,抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率,抑制基因表达。研究表明,启动区DNA分子上甲基化的密度与基因转录受抑制的程度密切相关。有些研究还表明,成体干细胞的分化过程中至少部分的通过多余基因的沉默来抑制不和谐表型的表达,而甲基化很可能是基因选择性表达的重要调控机制,以维持干细胞的定向分化。相反,甲基化程度的降低或去甲基化可使基因表达活性提高。可见,细胞分化过程中,在不同时空进行有序的DNA甲基化和去甲基化是基因选择性表达的有效调节方式。
(2)组蛋白的乙酰基化及去乙酰基化对基因活性的调控
构成染色质的核心组蛋白的N端部分可被组蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltransferase HAT)和组蛋白去乙酰基酶(histone deacetylase HDAC)修饰,加上或去掉乙酰基团。组蛋白N端的赖氨酸残基的乙酰基化中和了组蛋白尾巴的正电荷,降低了与DNA的亲和力,导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化,从而提高了基因的转录活性。研究发现,受乙酰化修饰的组蛋白形成的核小体的结构比未经修饰的组蛋白形成的核小体松散。实验证明,HAT并不是染色质结合蛋白,但可以通过与其他蛋白质相互作用来影响染色质结构。许多转录激活因子如通用转录起始复合物中的一些亚基、与激素受体协同作用的转录共激活子ACTR都具有乙酰基转移酶活性。哺乳动物和酵母中得到的实验数据都表明,转录抑制主要是由于新产生的组蛋白去乙酰化酶(HDAC)/酵母去乙酰化酶(Rpd3)形成的复合物专一性结合于某个或某类基因启动子区附近的组蛋白位点并使之去乙酰化,导致染色质结构发生不利于基因转录的变化。
综上所述,细胞生命活动过程中的基因表达是受基因中的调控元件和相应的蛋白质因子相互作用来实现对基因表达的调控。细胞分化过程中的基因选择性表达是通过改变或修饰基因中的调控元件,改变其与蛋白质因子的相互作用,达到抑制或激活某些基因表达,从而实现基因的选择性表达。
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[5]陈晓鹏,刘志强,周春燕.基因组DNA甲基化修饰在胚胎干细胞分化过程中的作用.医学分子生物学杂志,2007,4(6):514-517.
生物材料在组织工程中占据非常重要的地位，同时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向。由于传统的人工器官（如人工肾、肝）不具备生物功能（代谢、合成），只能作为辅助治疗装置使用，研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。构建组织工程人工器官需要三个要素，即“种子”细胞、支架材料、细胞生长因子。最近，由于干细胞具有分化能力强的特点，将其用作“种子”细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展现出美好的应用前景。
专家预计，新型组织工程的开发具有广阔的市场前景。目前，发达国家都投入巨资开展组织工程产品的研发。我国“十五”、“十一五”规划也将组织工程列入重点发展的领域之一，是“973”、“863”计划等资助的重要方向。福建是海洋大省，贝壳类海产品极为丰富，支架材料的来源非常广泛，且成本比现有的合成材料低三分之二，发展这一项目具有得天独厚的条件。
替代输尿管缺损的组织工程学材料
简介：随着组织工程学技术的发展,组织工程学材料之一--ECM作为修复缺损区的材料得到了广泛应用。该材料具备二个特点:(1)作为异体组织材料,在经特殊脱细胞处理后,已无含细胞抗原的细胞成分,仅保留了由胶原蛋白,蛋白多糖,糖蛋白等低抗原物质构成的ECM。ECM的种属差异小,抗原性弱,移植后不易产生排斥反应。(2)该材料可为细胞提供生存的三维空间,有利于细胞获得足够的营养物质,进行气体交换并排除废物。将输尿管ECM移植于缺损区后,保持输尿管完整性,保证尿液流通的作用,同时还可作为自体输尿管细胞生长框架,诱导自体细胞长入其内。因输尿管有极强的再生能力,移植后自体输尿管将形成新的具有原来功能和形态的输尿管,达到修复和重建的目的。
意义：为寻求理想的输尿管替代材料，该项目应用组织工程学材料--同种异体脱细胞输尿管细胞外基质作为输尿管替代材料,并在动物实验取得满意结果的基础上,成功应用于临床。
项目负责：北京积水医院泌尿外科；申鹏飞
湖南医科大学湘雅医院泌尿外科；胡杰
杰雅莱福生物技术公司技术部。
组织工程角膜生物材料载体制备
简介：成年York猪角膜基质材料，以Triton联合0.25%胰酶，处理30 min～3 h为材料1；Triton联合DNA、RNA酶，处理8～14 h为材料2；Triton联合0.25%胰酶、DNA-RNA酶，处理3～5 h为材料3。3种材料用无水氯化钙脱水干燥保存。在材料上接种兔角膜基质成纤维细胞，观察细胞生长情况。
结果：材料1、2细胞脱出不完全，处理最佳时间分别是2h和10～12h，角膜基质网状间隙无明显增大；接种兔角膜基质成纤维细胞后，3～4d细胞死亡；植入兔角膜基质中有明显的免疫排斥反应。材料3脱出细胞完全，其脱细胞处理的最佳时间为4 h，角膜基质纤维结构无破坏，呈三维网状结构，网状间隙明显增大；接种兔角膜基质成纤维细胞后，细胞在材料上贴附生长良好；将其植入兔角膜基质中无炎性及排斥反应，可逐渐降解吸收，有良好的生物相容性。
意义：比较用不同的方法脱细胞处理异种（猪）角膜基质制备组织工程角膜支架材料，并对其生物相容性进行研究。试验证明：Triton联合0.25%胰酶、DNA、RNA酶法处理的异种（猪）角膜基质具有良好的生物相容性,可作为一种组织工程角膜的支架材料。
项目单位：武警陕西总队医院
第四军医大学口腔医学院组织病理学教研室组织工程实验中心
第四军医大学西京医院。
应用于心肌组织工程的支架材料
简介：本发明属于组织工程领域，具体涉及一种应用于心肌组织工程的支架材料的制造方法。该支架在组成上尽量模拟心肌细胞的细胞外基质成分。它的原始形态为一种液态水凝胶，主要由液态胶原(I型和III型等)、弹性蛋白、层粘连蛋白、鸡胚抽提物、2×DMEM和胎牛血清等组成。将这些成分按适当的比例混合即可形成类似于天然心肌组成的支架材料，与心肌细胞混合后可铸成各种形状心肌细胞-支架材料构建物。用这种支架材料可构建出一致跳动的组织工程化心肌组织。
意义：一种应用于心肌组织工程的支架材料的制造方法。根据天然心肌细胞外基质的主要组成分按适当的比例和步骤混合而成，具有促进心肌细胞生长和跳动的生物学特性和力学性能。
项目负责：中国人民军事医学科学院基础医学研究所。
可降解聚合物用作骨组织工程细胞外基质材料
简介：现有的骨替代材料用作骨组织工程细胞外基质材料都或多或少的存在一些缺点。人工合成可降解聚合物材料由于其组成成分、分子量、表面微结构、大体形态、机械性能、降解时间等都能预先设计和调控，最后基本降解完全，避免了长期异物反应的危险，但是相比天然生物材料，人工合成材料最大的缺点是缺乏细胞识别信号，不利于细胞特异性粘附及特异基因的激活。为了增强材料对成骨细胞的粘附力，采取吸附或溶剂链接的方法，将纤维连接蛋白(fibronectin,FN)、胶原或某些促细胞粘附氨基酸短肽如精氨酸-甘氨酸一天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)短肽和天冬氨酸-甘氨酸-谷氨酸-丙氨酸(Asp-Gly-Glu-Ala，DGEA)短肽引入基质材料的表面或整体，必将促进细胞粘附，增强生长代谢。
意义：该项目进一步相信随着材料科学及其制作加工工艺的不断发展，以及对材料-细胞相互作用研究的不断深入，以合成可降解聚合物为主要成分的有利于成骨细胞粘附和分化的新型基质材料在骨组织工程研究领域必将展现喜人的应用前景。
骨组织工程多孔支架材料
简介：本项目研究包括钙磷生物陶瓷粉末的合成，可降解聚合物聚乳酸的合成，以及生物陶瓷、聚乳酸及天然聚合物材料多孔体的制备，应用多孔支架对兔胫骨骨缺损进行修复的研究。
1） 对钙磷生物陶瓷粉末的合成工艺过程进行了改进，应用Ca(OH)2与H3PO4中和反应，成功制备了β-TCP和HA粉末，具有工艺简单、合成量大的优点。
2）以Al、Mg酸式磷酸盐为粘结剂，钙磷陶瓷粉体为原料，采用有机泡沫浸渍工艺制备了骨组织工程多孔支架。通过对原料和成形过程的控制，可以改变支架中磷酸盐组成，调控支架的降解速度。
3）以冰微粒为致孔剂，开发了制备块状聚合物多孔支架的冷冻干燥―粒子滤出复合方法，用此方法制备的聚乳酸块状多孔支架无致孔剂残留，可解决目前国际上大孔、块状聚合物多孔支架成形的工艺难题。
4）将种子细胞种植于多孔支架上进行培养，构成种子细胞―支架复合体，研究了支架的细胞相容性。并制备了动物骨缺损模型，将种子细胞―支架复合体植入，修复骨缺损，初步结果满意。
5）掌握了纳米抗菌材料粒子单分散工艺，在天然聚合物多孔膜片上复合纳米抗菌材料，制备了多孔生物材料复合膜片，可作为新型密闭性伤口敷料用于伤口治疗。
意义：合成的生物陶瓷和聚乳酸材料在生物材料领域具有广泛的用途，研制的多孔体可应用于骨、软骨组织工程及用作药物缓释载体。
项目单位：东南大学。
骨髓间充质干细胞生物特性及其构造组织工程软骨
简介：软骨构建及软骨缺损的修复组织工程学是20世纪80年代末发展起来的一门新兴边缘学科。MSCs在适宜的体内或体外环境下，不仅可分化为间充质组织，还可以保持内外胚层的组织发育分化潜能，可以分化成神经系统、肝、肺、上皮组织等。干细胞中的MSCs固有的优势和特性将在软骨组织修复中成为首选种子细胞, 可通过取自体且体外扩增的MSC回植自体内修复重建软骨组织缺损。多项实验表明在地塞米松的作用下，MSCs可以向骨、软骨、脂肪甚至肌细胞等方向分化。在体外培养的骨膜细胞中加入TGF-β1后，可诱导其分化为软骨细胞。TGF-β1在MSCs定向分化为软骨细胞的过程中起到了非常关键的作用。TGF-β1能诱导MSCs转化为软骨细胞，同时对软骨细胞的分化和功能具有双向调节作用，促进未分化或分化早期软骨细胞DNA 合成、增殖、分化及细胞外基质的合成，抑制成熟软骨细胞的增殖和分化。TGF-β1在MSCs生成软骨诱导分化中发挥重要作用，其作用机制目前尚不清楚。
意义：作为细胞移植的细胞源，MSCs具有独特的优越性：①骨髓组织取材容易，可以通过穿刺获得。②骨髓干细胞分离扩增方法简单，成人的MSCs仍保持了多方向分化的潜能。③可以用于自体移植，避免的排斥反应和疾病传播。④人骨髓干细胞移植的方法已经经过临床验证。随着MSCs及其在软骨组织工程中研究的不断深入，相信组织工程软骨将成为软骨缺损修复的最有效方法。
项目负责：河北省唐山市华北煤炭医学院附属医院；
软骨组织工程用生物降解型可注射的改性水凝胶支架
简介：将水溶性氧化、还原引发体系、去离子水、二种生物相容性聚合物的单体按重量比相混合配制成均匀溶液，在恒温水浴中反应，则可得到可用于软骨组织工程的可注射性水凝胶。1.一种软骨组织工程用生物降解型可注射的改性水凝胶支架，其特征在于：将水溶性氧化还原引发体系、去离子水、二种生物相容性聚合物的单体按重量比相混合；其氧化剂∶还原剂∶去离子水∶聚合物单体1∶聚合物单体2为1～120mg∶ 1～70mg∶1～30g∶1g∶0.1～30g配制成均匀溶液，在20℃-50℃恒温水浴中反应1min-60min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。