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2021-2022学年高中生物 第6章 细胞的生命历程 第2节 细胞的分化学案 新人教版必修1

2021-2022学年高中生物 第6章 细胞的生命历程 第2节 细胞的分化学案 新人教版必修1

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- 10 -

第2节　细胞的分化
学 习 目 标
核 心 素 养
1.说明细胞分化及其意义。(重点)
2．举例说明细胞的全能性。(重难点)
1.通过学习细胞分化和细胞的全能性，形成结构与功能相适应的生命观念。
2．通过比较细胞分化和细胞的全能性，养成归纳与比较的科学思维方法。

一、细胞的分化
1．概念：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。
2．特点
(1)细胞分化是一种持久性的变化。
(2)一般来说，分化了的细胞一直保持分化后的状态，直到死亡。
(3)细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象。
3．原因：在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息的执行情况不同。
4．结果：形成形态、结构和功能都有很大差别的组织和器官。
5．意义
(1)是生物个体发育的基础。
(2)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。
二、细胞的全能性
1．概念：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
2．类别
(1)植物细胞的全能性
①实验过程
胡萝卜韧皮部细胞＋植物激素、无机盐和糖类的培养液完整的植株。
②结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。
(2)动物细胞细胞核的全能性
①实验过程
非洲爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞的细胞核＋去核的卵细胞非洲爪蟾。
②结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
3．干细胞
(1)概念：动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
(2)举例：人骨髓中的许多造血干细胞，能通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板，补充到血液中去。

1．细胞分化是一种持久性的变化，一般分化后的细胞将一直保持分化后的状态。 (　　)
2．细胞分化只发生于个体发育的胚胎时期。 (　　)
3．细胞分化后遗传物质会发生一定改变。 (　　)
4．细胞全能性是指已分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。
(　　)
5．植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。 (　　)
6．干细胞具有分裂和分化能力。 (　　)
7．诱导干细胞发育成特定的组织、器官体现了动物细胞具有全能性。
(　　)
提示：1.√
2．×　细胞分化发生在整个生命进程中。
3．×　细胞分化后遗传物质不发生改变。
4．√　5.√　6.√
7．×　细胞的全能性是分化的细胞发育成完整的个体。

细胞的分化
[问题探究]
1．如图表示某人体内的几种细胞，它们的形态结构和功能各不相同。各细胞的遗传物质是否相同？为什么？

提示：相同。因为这些细胞是通过有丝分裂产生的，有丝分裂的特点是遗传物质平均分配。
2．人体内分化形成的神经细胞和心肌细胞能否再恢复分裂能力？
提示：　不能恢复分裂能力。
3．下图为人体中肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞的产生过程，仔细观察图示，探讨下列有关问题：

(1)细胞①、②、③含有的蛋白质种类一定不相同吗？
提示：细胞①、②、③含有的蛋白质种类不完全相同。
(2)细胞①与细胞②形成的本质区别是什么？
提示：遗传信息的执行情况不同。

1．细胞分化的过程
(1)图示

|→细胞分裂←|→细胞分化←|→分化的结果←|
(2)分析
①从细胞水平分析：细胞的形态、结构和功能发生改变。
②从亚显微结构水平分析：细胞器的数目及细胞质基质成分和功能发生改变。
③从分子水平分析：
a．蛋白质角度：蛋白质种类、数量、功能发生改变。
b．基因角度：基因选择性表达，即遗传信息的执行情况不同，这是细胞分化的根本原因。
2．细胞分化的实质
就一个个体来说，各种细胞具有完全相同的遗传物质，但不同细胞中遗传信息的执行情况不同，控制合成的蛋白质不同。细胞分化的实质就是基因的选择性表达。如图：

3．细胞分裂和细胞分化的比较
项目
细胞分裂
细胞分化
发生时间
从受精卵开始
发生在整个生命过程中
原因
细胞增殖需要
基因选择性表达
结果
细胞数量增多
细胞种类增多
意义
保持了亲子代间遗传性状的稳定性
保证了生物体正常发育
联系
细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的，随分化程度加大，分裂能力逐渐下降

易错提醒：有关细胞分化的三点提醒
(1)细胞分化过程中遗传物质并没有发生改变，只是基因选择性表达。
(2)同一个体不同种类的体细胞中，DNA(基因)相同，而RNA、蛋白质不同。
(3)一般来说，细胞分化是不可逆的，但在离体人工培养条件下，高度分化的植物细胞能够脱分化恢复全能性。

1．如图为人体某早期胚胎细胞所经历的生长发育阶段示意图，图中甲、乙、丙、丁、戊为各个时期的细胞，a、b表示细胞所进行的生理过程。下列叙述不正确的是(　　)

A．a过程是有丝分裂，b是细胞分化
B．乙和丙的染色体组成相同
C．丁与戊因遗传物质不同而发生分化
D．甲、丁、戊中的蛋白质不完全相同
[解析]　甲、乙、丙三个细胞形态一样，故a表示有丝分裂，丁、戊与甲比，细胞形态发生了变化，故b表示细胞分化；乙和丙来自甲的有丝分裂，有丝分裂前后亲子代遗传物质相同，染色体组成相同；乙、丙的遗传物质相同，由细胞分化形成丁、戊的过程中基因选择性表达；由于甲、丁、戊细胞形态不同，故三种细胞基因选择性表达产生的部分蛋白质不同。
[答案]　C
2．如图示人体干细胞分化形成的各类功能细胞的过程，有关说法正确的是(　　)

A．干细胞分化成为各类功能细胞只发生在胚胎时期
B．细胞分化的直接原因是细胞内产生了不同的蛋白质
C．图中细胞形态功能出现差异的根本原因是基因不同
D．这些细胞在人体内能够转化为干细胞继续增殖分化
B　[细胞分化发生在整个生命的进程中，只是在胚胎期达到最大限度。细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，使不同的细胞内产生了不同结构和功能的蛋白质，不同结构和功能的蛋白质使细胞形态和功能产生差异。细胞分化是不可逆的，这些细胞在人体内是不能转化为干细胞继续增殖分化的。]

细胞的全能性
[问题探究]
1．为什么胡萝卜高度分化的韧皮部细胞，经培养能形成与原来性状相似的植株，表现出发育的全能性？
提示：胡萝卜韧皮部细胞内含有该物种的全部遗传信息。
2．断尾的小壁虎再次长出新的尾巴属于细胞的全能性吗？
提示：不属于。细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。
3．一粒种子萌发为幼苗，并长成参天大树是否体现了细胞全能性？
提示：没有体现细胞的全能性，因为种子是植物的幼体，不是一个细胞。

1．细胞具有全能性的原因
已分化的细胞一般都有一套和受精卵相同的遗传物质，因此，分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能。
2．细胞全能性实现的条件
(1)离体状态下。
(2)水、无机盐、有机营养及激素等。
(3)适宜的温度等外界环境条件。
3．不同细胞全能性的比较
(1)动植物细胞全能性区别：植物细胞的全能性易于表达，而动物细胞的全能性虽受到极大限制，但动物细胞核的全能性仍可以表达。
(2)与细胞分化的关系：细胞分化程度不断提高，细胞的全能性逐渐变小。
(3)与细胞分裂能力的关系：呈正相关，即分裂能力越强，全能性越大。
4．细胞分化与细胞全能性的关系
项目
细胞分化
细胞全能性
原因
不同细胞中的遗传信息执行情况不同
含有本物种全套遗传物质
结果
形成形态、结构、功能不同的细胞
形成新的个体
关系
①两者发生过程中遗传物质都不发生改变。
②细胞分化程度越高，具有的全能性越小

易错提醒：细胞全能性的三点提示
(1)细胞全能性以产生完整个体为标志，若无完整个体产生，则不能体现全能性。胚胎干细胞发育成各种组织、器官不能体现全能性。
(2)植物种子发育成植株不能体现全能性。
(3)动物细胞因具有该物种全套的遗传物质，尽管没有实验成功，但理论上具有全能性；而动物克隆只体现细胞核的全能性，二者并不矛盾。

1．下列实例中能体现细胞全能性的是(　　)
①将胡萝卜单个细胞培养成可育的植株　②植物用种子繁殖后代　③将植物的花粉培养成植株　④将母羊A的乳腺细胞的细胞核移植到母羊B的去核卵细胞中获得克隆羊多利
A．①③ B．①②③
C．①②③④ D．①③④
A　[细胞全能性是指已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。其中①和③都属于由已经分化的细胞经过培养发育成可育植株，体现了细胞的全能性。植物用种子繁殖后代实际上是由一个受精卵通过细胞的增殖和分化发育成新个体，属于由未分化的受精卵发育成新个体的过程。克隆羊多利的获得体现了动物细胞的细胞核的全能性，并没有体现动物细胞的全能性。]
2．下列有关细胞的全能性说法不正确的是(　　)
A．植物组织培养成功表明高度分化的植物细胞具有全能性
B．动物克隆成功表明高度分化的动物细胞具有全能性
C．细胞具有全能性是因为具有该生物的全套遗传物质
D．全能性的大小依次为：受精卵>生殖细胞；植物体细胞>动物体细胞
B　[细胞具有全能性的基础是细胞中含有该生物的全套遗传物质。动物克隆成功表明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，因为该过程中处理的是动物细胞核。分化程度低的细胞的全能性更易体现。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳

1.细胞分化的实质：遗传信息的执行情况不同，遗传物质并未改变。
2．细胞分化的特点：持久性、普遍性和稳定性。
3．细胞分化的意义：(1)是个体发育的基础；(2)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。
4．细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低。
5．植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。

1．细胞分化过程中，不会出现的变化是(　　)
A．细胞表面结构的改变
B．蛋白质种类和数量的改变
C．细胞器种类和数量的改变
D．细胞核遗传物质的改变
D　[细胞分化是指细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。在分化过程中，细胞核内的遗传物质并没有改变。]
2．有关细胞分化的叙述，正确的是(　　)
A．高等动物细胞的分化只发生在胚胎发育过程中
B．细胞分化过程中遗传物质发生了改变
C．细胞分化使细胞数目和种类增多
D．经细胞分化后，细胞的全能性降低
D　[细胞分化是细胞在形态、结构和功能上出现稳定性差异的现象，是基因在时间和空间上选择性表达的结果；细胞分化发生在整个生命过程中，但在胚胎时期达到最大限度；经分化后，细胞的种类增多，数目不变，全能性降低。]
3．在下列自然现象或科学研究成果中，能为“动物细胞具有全能性”这一观点提供直接证据的是(　　)
A．壁虎断尾后重新长出尾部
B．蜜蜂的未受精卵细胞发育成雄蜂
C．用体外培养的皮肤治疗烧伤病人
D．小鼠腺细胞的自我复制
B　[要证明一个细胞具有全能性，则这个细胞必须能够在一定条件下发育为个体，只有B项符合；A项属于器官的再生；C项属于细胞培养；D项属于细胞的增殖。]
4．下列有关细胞全能性的叙述，正确的是(　　)
A．玉米种子萌发成长为植株的过程体现了细胞的全能性
B．一般情况下，细胞的分化程度越高，细胞的全能性越低
C．生物体的每一个细胞都能完成该个体各方面的生理功能
D．胡萝卜韧皮部细胞在任何条件下都可以表现出全能性
B　[玉米种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现细胞的全能性，A错误；一般情况下，细胞的分化程度越高，细胞的全能性越低，B正确；多细胞生物体内的任何一个细胞都不可能完成该个体的全部功能，C错误；胡萝卜韧皮部细胞在离体条件下才可以表现出其全能性，D错误。]
5．如图所示为植物细胞的生命历程中的部分现象。据图回答以下问题：

(1)①→②、①→④的过程叫做________。
(2)①→③的过程叫做________。③→⑤的过程叫做________。图示全过程中，细胞的________都没有变。
(3)组成②③④的细胞，在细胞的________、________、________上有所不同，因此它们属于不同的________。
(4)科学家在人早期胚胎中发现了干细胞，它能在体外形成不同组织或器官。这些干细胞是在一定条件下通过细胞有丝分裂和________形成不同的组织或器官的。除了胚胎外，在脐带血、骨髓、脑组织等也发现了干细胞，通过进一步的研究，有希望用于患者的组织修复或器官移植。但在进行器官移植时，如果患者细胞表面的蛋白质类物质与移植器官的不相同，则会引起排斥反应，所以最好选用________(填“患者本人”“父母”“子女”或“配偶”)的干细胞培育的器官。
[解析]　(1)分析题图可知，①→②、①→④过程起源相同的细胞形态、结构发生了差异，该过程是细胞分化。(2)①→③的过程，细胞数量增多，是细胞分裂过程，③→⑤的过程，细胞的体积增大，是细胞生长过程。细胞分裂、生长和分化过程中，细胞中的遗传物质没有发生改变。(3)分析题图可知，②③④细胞的形态、结构、生理功能不同，它们属于不同的组织。(4)干细胞通过细胞有丝分裂和分化形成不同的组织或器官。选用患者本人的干细胞培育的器官进行移植不会引起排斥反应。
[答案]　(1)细胞分化　(2)细胞分裂　细胞的生长　遗传物质　(3)形态　结构　生理功能　组织　(4)分化　患者本人