【学案】 第6章　第2节　细胞的分化 人教版（2019）生物学 必修1

中小学教育资源及组卷应用平台
第2节　细胞的分化
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
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，关注干细胞在医学上的应用。 1.细胞分化的实质是基因的选择性表达。2.细胞分化的特点：持久性、普遍性、稳定性和不可逆性。3.细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低。4.植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。5.实现细胞全能性的条件：离体、一定的营养物质、激素和适宜的温度、pH等。
[主干知识梳理]
一、细胞分化
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，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
(3)细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。
3．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。
4．原因：细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的执行情况不同。
二、细胞的全能性
1．概念：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。
2．实例
(1)植物组织培养
①过程：
②结论：高度分化的植物细胞仍具有全能性。
(2)动物细胞核移植
①过程：
②结论：已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
[边角知识发掘]
1．下图为骨髓中造血干细胞分化为各种血细胞的过程图解(教材P121图6 7)，据图回答有关问题：
(1)干细胞是动物和人体内________________________________的细胞。
(2)人骨髓中的许多造血干细胞能通过增殖和分化不断产生________________________。
(3)脐带血干细胞可以培养并分化成人体的__________，可用于治疗血液系统疾病。
答案：(1)仍保留着少数具有分裂和分化能力　(2)红细胞、白细胞和血小板　(3)各种血细胞
2．下图是克隆羊的培育过程模式图，请据图及教材P121相关内容分析回答下列问题：
(1)如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养，能不能形成完整的个体？与植物细胞相比，有什么不同？____________________________________________________。
(2)得到的克隆羊的性别等绝大部分的性状应该和________(填“A”“B”或“C”)羊相同。
答案：(1)不能发育成完整个体。这说明与植物细胞相比，动物分化的体细胞的全能性受到限制，但是细胞核仍具有全能性　(2)B
[教材问题提示]
思考·讨论
(一)比较构成人体组织的细胞(教材P118、119)
1．这些细胞在形态上相差很大，结构上也有区别，功能上各不相同，但总体上都由细胞膜、细胞质、细胞核组成。
2．在正常情况下，它们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。
(二)细胞的全能性(教材P120)
1．从资料1中可以得出的结论是：已经分化的植物细胞在离体培养下能够形成完整的植物体。
2．能。
3．将肠上皮细胞单独培养不能获得新的个体；与资料1中的实验相比，资料2中的实验说明已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。
新知探究一　细胞分化
[在探究中学]
[任务驱动]　
下图表示细胞分化的过程，据图回答有关问题：
(1)据图，基因A、B中，细胞甲、乙含有的基因和表达的基因分别是哪种？
提示：细胞甲含有的是基因A和B，表达的是基因A；细胞乙含有的是基因A和B，表达的是基因B。
(2)细胞甲、乙都要进行呼吸作用，都要合成相关的酶，据此推断细胞甲、乙中DNA和蛋白质的种类是否相同？
提示：DNA相同，蛋白质不完全相同。
(3)通过以上推理可知，细胞分化的实质是什么？
提示：基因的选择性表达(或程序性表达)。
(4)细胞分裂和细胞分化与个体的生长发育有什么关系？
提示：细胞分裂使细胞数量增多，是个体生长的基础；细胞分化使细胞种类增多，是个体发育的基础。个体生长发育是细胞分裂和细胞分化共同作用的结果。
(5)一个生物体内各种体细胞的遗传信息相同吗？为什么？
提示：相同。因为复杂生物体的所有体细胞都是由一个受精卵经过有丝分裂形成的，即细胞分化形成的各种细胞的细胞核内遗传物质没有发生变化。
[师说重难]　
1．细胞分化的机制
(1)不同细胞中基因“执行情况”不同，即基因“选择性表达”，如胰岛B细胞中胰岛素基因表达，抗体基因关闭，而浆细胞则与之相反。
(2)由于基因的选择性表达，导致含遗传信息相同的细胞中mRNA和蛋白质“各不相同”，从而导致出现细胞形态、结构或生理功能的“与众不同”(即分化)。
2．对细胞分化过程的理解
(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
①蛋白质角度：蛋白质种类、数量、功能发生改变。
②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。
[在应用中悟]
[典例1]　下列有关细胞分化的分析，错误的是(　　)
A．在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型
B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果
C．细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致细胞的形态和功能各不相同
D．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，这是细胞分化的直接原因
[解析]　在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型，A正确；从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果，B正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，不会改变细胞中的遗传物质，C错误；从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，这是细胞分化的直接原因，D正确。
[答案]　C
[典例2]　 (2020·临沂高一检测)下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。下列叙述正确的是(　　)
①a过程是有丝分裂，b过程是细胞分化
②乙和丙的染色体组成不同
③丁与戊因遗传物质不同而发生分化
④甲、乙、戊中的蛋白质不完全相同
A．②③④　 B．①②　　
C．①④　　 D．③④
[解析]　由图可知，a过程为细胞有丝分裂，b过程为细胞分化；乙、丙的染色体组成是相同的；b过程为细胞分化，其实质是基因的选择性表达，遗传物质不会发生变化，但蛋白质不完全相同。
[答案]　C
■归纳拓展
分化细胞表达的基因
①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。
②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。
[在训练中评]
1．下列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
解析：选D　细胞分化是细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，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。
2.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列关于右图的叙述错误的是(　　)
A．a过程表示干细胞能自我更新
B．b、c过程表示干细胞具有分化能力
C．a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同
D．b过程形成的细胞直接组成器官，可供器官移植使用
解析：选D　细胞分化形成不同的细胞和组织，不同组织组成器官，而不是细胞直接组成器官。
新知探究二　细胞的全能性
[在探究中学]
[任务驱动]　
下图是胡萝卜的组织培养过程，请分析：
(1)植物体中的细胞没有表现出全能性，而是分化成了不同的组织和器官，这说明植物细胞全能性的表达需要什么条件？
提示：植物细胞全能性的表达需要在离体条件下并需要一定的外界条件。
(2)图中试管里的培养液应该含有哪些物质？
提示：植物激素、无机盐和糖类等物质。
(3)植物细胞具有全能性的根本原因是什么？
提示：已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的遗传物质，具有发育成一个完整个体所需要的全部遗传信息。
[师说重难]　
细胞分化与细胞的全能性比较
项目 细胞分化 细胞的全能性
原理 细胞内基因选择性表达 已分化的细胞含有本物种全套遗传物质
特点 ①高度分化的植物体细胞具有全能性②动物已分化的体细胞全能性受限制，但细胞核仍具有全能性③全能性的体现要进行诱导和离体培养
结果 形成形态、结构、功能不同的细胞群 形成新的个体
大小比较 细胞分化程度有高低之分，如体细胞＞生殖细胞＞受精卵 细胞全能性表达的难易程度不同，如受精卵＞生殖细胞＞体细胞
关系 ①二者的遗传物质都未发生改变②已分化的植物细胞仍然保持全能性③一般情况下，分化程度越高，全能性相对越低
[在应用中悟]
[典例1]　下列对于细胞全能性的理解，不确切的是(　　)
A．植物体内某些体细胞没有表现全能性，其原因是所含基因不同
B．细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在因素
C．经植物组织培养得到的试管苗，是植物细胞在一定条件下表现全能性的结果
D．大量的科学事实证明，高度分化的植物体细胞仍具有全能性
[解析]　细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然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。同一植物体内所有的体细胞都是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的，都具有相同的基因。
[答案]　A
[典例2]　研究人员给中风小鼠脑内移植神经干细胞并注射了3K3A APC化合物，一个月后对小鼠进行测试，发现神经干细胞发育成的神经细胞数量增多，小鼠的运动和感觉功能明显恢复。下列对此研究的分析，正确的是(　　)
A．大多数神经干细胞的染色体数目是神经细胞的2倍
B．神经干细胞发育为功能正常的神经细胞体现了细胞的全能性
C．植入神经干细胞的数量和注射3K3A APC化合物的浓度是该实验的自变量
D．神经干细胞发育为神经细胞过程中，细胞膜上的蛋白质种类、数量发生了稳定性改变
[解析]　大多数神经干细胞处在分裂间期，而分裂间期细胞中染色体数目与神经细胞的相等。神经干细胞发育成功能正常的神经细胞，并没有发育成完整的个体或分化成其他各种细胞，因此不能体现细胞的全能性。植入神经干细胞的数量和注射3K3A APC化合物的浓度是该实验的无关变量，自变量是是否移植神经干细胞和是否注射3K3A APC化合物。神经干细胞发育为神经细胞过程是细胞分化的过程，该过程中细胞膜上的蛋白质种类、数量发生稳定性改变，如出现能识别神经递质的蛋白质等。
[答案]　D
■方法规律
证明细胞表达全能性的三个条件
(1)起点条件：已分化的细胞。
(2)中间条件：离体状态(体外培养)。
(3)终点条件：形成完整个体或产生其他各种细胞。
[在训练中评]
1．(2020·华东师大附中期末)下列哪种细胞的全能性最容易表达出来(　　)
A．青蛙的上皮细胞
B．胡萝卜根的韧皮部细胞
C．大白鼠的肝脏细胞
D．人的皮肤生发层细胞
解析：选B　细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然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。从理论上讲，每一个分化的细胞中都含有一整套控制该生物个体形成的遗传物质(基因)，在合适的条件下，它们都有可能重新被激活并开始表达，即重新分裂和分化。就目前的研究成果看，受精卵的全能性最高，其次是生殖细胞，再次是体细胞，而在体细胞中，无论植物细胞还是动物细胞，都能在一定程度上表现出全能性，但动物细胞的全能性受到限制，不如植物细胞的全能性容易表达出来。
2．科学家将糖尿病患者的骨髓干细胞植入其胰腺组织后可分化为胰岛样细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗的目的。下列相关叙述正确的是(　　)
A．上述资料表明骨髓干细胞具有全能性
B．骨髓干细胞移入胰腺后发生了基因的选择性表达
C．骨髓干细胞能够植入胰腺说明其细胞形态与胰腺细胞相同
D．胰岛样细胞与骨髓干细胞相比遗传物质发生了改变
解析：选B　糖尿病患者的骨髓干细胞植入其胰腺组织后可分化为胰岛样细胞，但没有形成完整个体或产生其他各种细胞，因此不能表明骨髓干细胞具有全能性；骨髓干细胞移入胰腺后可分化为胰岛样细胞，而细胞分化的实质是基因的选择性表达；骨髓干细胞与胰腺细胞的形态不同；与骨髓干细胞相比，胰岛样细胞中遗传物质没有发生改变。
科学视野——克隆猴“中中”和“华华”
世界上首个体细胞克隆猴在我国诞生！这是我国科学家历经五年攻关取得的重大突破。利用克隆技术可以得到许多在遗传上相同的克隆猴。猴与人在进化上亲缘关系很近，它比鼠更适合用作研究人类疾病和进行药物实验的模型动物；遗传上相同的克隆猴用于药物对照实验有利于更准确地评估药效。这一研究成果的确意义非凡。下图表示克隆猴的培育过程：
实现克隆猴主要有三道难关需要攻克。一是卵母细胞的核遗传物质区域不易识别，去掉猴卵母细胞核遗传物质的难度很大。二是卵母细胞“唤醒”时机难把握。克隆过程中，体细胞的细胞核进入卵母细胞时，需先“唤醒”卵母细胞，然后才启动一系列发育“程序”。三是体细胞克隆胚胎的发育成功率低。我国科学家攻克了这些难关，将克隆技术的应用推向了新的高度。克隆猴的诞生，标志着我国克隆技术走在了世界的最前列！
[素养评价]
1．(2020·济南高一期末)经过五年的研究攻关，我国科学家成功克隆出世界首例体细胞克隆猴。体细胞克隆猴的成功，将有效缩短我国基于克隆猴疾病模型的药物研发周期，助力“健康中国2030”目标实现。下列说法错误的是(　　)
A．克隆猴的诞生说明了细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心
B．克隆猴的唾液腺细胞中的核仁较口腔上皮细胞的大
C．克隆猴体细胞核上的核孔能允许DNA和蛋白质等分子进出
D．克隆猴的诞生将为治疗老年痴呆、恶性肿瘤等药物研发提供动物模型
解析：选C　克隆猴的诞生说明了细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，A正确；克隆猴的唾液腺细胞分泌活动较口腔上皮细胞旺盛，因此其核仁较大，B正确；克隆猴体细胞核上的核孔不允许DNA进出，C错误；克隆猴的诞生将为治疗老年痴呆、恶性肿瘤等药物研发提供动物模型，D正确。
2．世界上首只体细胞克隆猴在我国诞生，标志着我国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代，实现了我国在非人灵长类研究领域由国际“并跑”到“领跑”的转变。下列有关细胞全能性的叙述，错误的是(　　)
A．克隆猴“中中”和“华华”的诞生证明了动物细胞具有全能性
B．细胞具有全能性的根本原因是细胞内含有一套本物种个体发育所需的全部遗传信息
C．斯图尔德的胡萝卜韧皮部细胞的组织培养实验表明植物细胞具有全能性
D．植物体细胞分化程度越高，它的全能性越低
解析：选A　克隆猴“中中”和“华华”的诞生证明了动物细胞的细胞核具有全能性，A错误；细胞具有全能性的根本原因是细胞内含有一套本物种个体发育所需的全部遗传信息，B正确；斯图尔德的胡萝卜韧皮部细胞的组织培养实验表明植物细胞具有全能性，C正确；植物体细胞分化程度越高，它的全能性越低，D正确。
3．世界上首个体细胞克隆猴在上海诞生，如图是简要克隆过程模式图。下列相关叙述错误的是(　　)
A．a细胞是卵细胞
B．克隆猴的性状与乙相同
C．重组细胞具有全能性
D．①过程运用了细胞核移植技术
解析：选B　据图分析可知，a细胞是卵细胞，去核以后作为核移植的受体细胞，A正确；由于细胞核来自甲，因此克隆猴的性状主要与甲相同，B错误；重组细胞最终发育成克隆猴，说明其具有全能性，C正确；①过程表示将甲的体细胞核移植到乙的去核卵细胞中，利用了核移植技术，D正确。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)