第2节 细胞的分化
说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。
知识点1 细胞分化
1．概念
在__________中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和__________上发生__________的过程。
2．过程
3．特点(连线)
特点 特点理解
①普遍性 a．贯穿于生物体整个生命进程中
②持久性 b．一般来说，已分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡
③稳定性 c．多细胞生物普遍具有
④不可逆性 d．遗传物质不变
4．实质：细胞中的__________的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中__________的表达情况不同。
5．结果：形成形态、结构和功能都有很大差别的__________。
6．意义
(1)是生物__________的基础。
(2)使多细胞生物体中的细胞趋向__________，有利于提高生物体__________。
(P118思考·讨论)人体的上皮细胞和神经细胞的核基因的种类和数量________(填“相同”或“不同”)，它们形态结构和功能不同的直接原因是___________________________________________________________________，
根本原因是________________________________________________________。
基于对细胞分化的认识，判断下列表述是否正确。
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．同一细胞内往往含有不同的蛋白质，这是基因选择性表达的结果。 ( )
5．同一个体不同分化细胞的遗传信息相同。 ( )
探究细胞分化的原因和结果
1．下图表示某种细胞的变化过程。
(1)判断图中①②③分别代表的过程。
①________________；②___________________；③________________。
(2)图中肌肉组织和神经组织中的遗传信息相同的原因是什么？这说明细胞分化过程中细胞中的基因会发生改变吗？
(3)肌肉组织和神经组织中的遗传信息是相同的，为什么它们在形态、结构和功能上存在这么大的差异？
2．在细胞中表达的基因分为两类：一类是在所有细胞中都表达的基因，这类基因指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，这类基因被称为管家基因；另一类是在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达的产物赋予各种类型细胞特定的形态结构特征与功能，这类基因被称为奢侈基因。据此对下列基因进行归类。
①核糖体蛋白基因 ②ATP合成酶基因 ③血红蛋白基因 ④卵清蛋白基因 ⑤呼吸酶基因 ⑥胰岛素基因 ⑦抗体基因 ⑧唾液淀粉酶基因
(1)属于管家基因的是________________________________________________。
(2)属于奢侈基因的是________________________________________________。
[深化归纳]
1．细胞分化的“变”与“不变”
变 细胞水平 细胞的形态、结构和生理功能发生改变
亚显微结构水平 细胞器的种类和数目及细胞质基质的成分和功能发生改变
分子 水平 蛋白质 角度 蛋白质种类、数量、功能发生改变
基因 角度 基因选择性表达，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因
不变 细胞数目和细胞内的遗传物质不变
2．细胞分裂和细胞分化的比较
项目 细胞分裂 细胞分化
开始 时间 从受精卵开始，发生在整个生命过程中 从受精卵分化出多种形态的细胞开始，发生在整个生命过程中
原因 细胞增殖的需要 基因选择性表达
结果 细胞数量增多 细胞种类增多
意义 保持了亲代细胞和子代细胞之间遗传物质的稳定性 ①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
特点 ①局部性； ②周期性 ①持久性；②不可逆性；③普遍性；④稳定性
关系 ①生物的个体发育是细胞分裂与分化共同作用的结果，细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的； ②分化程度越高，细胞的分裂能力就越弱；如分化程度为体细胞>生殖细胞>受精卵，分裂能力为体细胞<生殖细胞<受精卵
1．如图所示为来自同一人体的4种细胞，下列叙述正确的是( )
A．因为来自同一人体，所以各细胞中的蛋白质种类均相同
B．因为各细胞中携带的基因不同，所以形态、结构和功能不同
C．虽然各细胞大小不同，但细胞中含量最多的化合物相同
D．各细胞的生理功能不同，遗传物质也不同
2．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
知识点2 细胞的全能性
1．概念：细胞经__________后，仍具有产生__________或分化成其他各种细胞的__________。
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__________。
③应用
快速繁殖花卉和蔬菜等；培养__________植株；拯救濒危物种。
(2)动物细胞核移植
①过程
②结论：已分化的动物体细胞的__________是具有全能性的。
3．干细胞
(1)概念：动物和人体内仍保留着少数具有__________能力的细胞。
(2)举例：人骨髓中的许多__________，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。
种子萌发成新植株能体现细胞的全能性吗？
基于对细胞全能性的认识，判断下列表述是否正确。
1．植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。 ( )
2．干细胞具有分裂和分化能力。 ( )
3．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。 ( )
分析细胞的全能性
材料1 如图是1958年科学家斯图尔德以一小块胡萝卜韧皮部的一些细胞为材料培育出能开花结果的胡萝卜植株的简要流程图。
材料2 2017年11月25日，中国科学院神经科学研究所研究团队利用类似克隆羊“多莉”的体细胞克隆技术克隆的猕猴“中中”和“华华”，登上了全球顶尖学术期刊《细胞》的封面，该成果标志着中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。如图是体细胞克隆猴的技术流程图。
1．图中开花的胡萝卜植株的韧皮部细胞和叶肉细胞在形态、结构、功能上存在差异的根本原因是什么？
2．早在19世纪，魏斯曼提出“体细胞分化是由于遗传物质的丢失”的假说以解释细胞分化的原因，斯图尔德的实验结果是否支持魏斯曼的假说？原因是什么？
3．若直接用甲猕猴的体细胞进行培养，能否发育成完整的个体？和植物细胞相比，有何不同？
4．得到的克隆猕猴“中中”和“华华”的性别等绝大部分的性状应该和哪只猕猴相同？
[深化归纳]
1．物质基础：细胞中有发育成生物体所需要的全套遗传信息。
2．细胞全能性的表达
(1)细胞全能性表达的条件
①离体状态。
②需要适宜的水分、无机盐、有机营养和激素等。
③适宜的温度等条件。
(2)不同细胞全能性大小(表达难易程度)
①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，但动物细胞细胞核的全能性仍可以表达。
②同一生物体细胞全能性的高低：受精卵>生殖细胞>体细胞。
③与细胞的分裂能力呈正相关，即分裂能力越强，全能性越大。
3．细胞分化与细胞全能性的关系
细胞分化 细胞全能性
原因 不同细胞中的遗传信息表达情况不同 含有本物种全套遗传物质
结果 形成形态、结构、生理功能不同的细胞 形成新的个体或分化成其他各种细胞
关系 ①两者发生过程中遗传物质都不发生改变； ②一般来说，细胞分化程度越高，具有的全能性越小
3．关于细胞全能性的理解不正确的是( )
A．动物细胞培养获得大量骨髓瘤细胞，证明了动物体细胞具有全能性
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
4．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
有关细胞全能性的两点提醒
(1)细胞全能性以产生完整个体或分化成其他各种细胞为标志，“其他各种细胞”应理解为生物体所有类型的细胞。有些干细胞能分化出多种细胞、组织或器官，不能体现细胞的全能性。
(2)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．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。
2．细胞的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。
3．干细胞是指动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
4．细胞分化的实质：细胞中的基因选择性表达的结果，即不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，遗传物质并未改变。
5．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，有利于提高生物体各种生理功能的效率。
6．细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低。
7．植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。
1．(链接P119图6-5)同一个植物体中存在不同的细胞，比如叶肉细胞、表皮细胞和储藏细胞，这些细胞都来自一群彼此相似的早期胚细胞，下列相关叙述正确的是( )
A．细胞分化不受遗传物质的控制
B．细胞分化可以发生在个体发育的任何时期
C．细胞分化的程度为受精卵>生殖细胞>叶肉细胞
D．细胞分化使细胞趋向全能化，有利于提高细胞代谢的效率
2．(链接P120思考·讨论)科学家取胡萝卜韧皮部的一些细胞，在含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中成功培养出一棵胡萝卜植株，体现了植物细胞具有全能性。下列叙述错误的是( )
A．胡萝卜细胞分化程度越高，表现出全能性就越弱
B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．同传统的生产方式相比，以上方法具有繁殖速度快和保持优良品质等优势
D．用类似的方法可以将非洲爪蟾的蝌蚪的肠上皮细胞培养成新个体
3．(链接P121与社会的联系)脐带血中有多种类型的干细胞，能产生不同种类的体细胞，如神经细胞、肝脏细胞和成纤维细胞等。脐带血干细胞在医学上有广泛的应用，有些患白血病等血液系统疾病的儿童，可通过移植自己的脐带血干细胞得到治愈。下列相关叙述错误的是( )
A．已分化的成纤维细胞的细胞核具有全能性
B．神经细胞中血红蛋白合成基因处于活动状态
C．人体中多种分化的细胞有利于提高各种生理功能的效率
D．脐带血干细胞可用于治疗血液系统疾病、组织损伤修复
4．多细胞生物体内存在着具有差异的细胞，在个体发育过程中，细胞分裂与细胞分化相互伴随，下列相关叙述正确的是( )
A．肝细胞和肌细胞在形态、遗传信息及生理功能等方面均存在差异
B．体细胞克隆猴实验说明已分化的动物体细胞具有全能性
C．白血病患者血液中出现大量异常增殖、分化的白细胞，可通过骨髓移植治疗
D．人体内大多数乳腺细胞仍然具有分裂和分化能力
5．如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下列问题。
(1)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因____________的结果。
(2)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将图中的______细胞移植到患者体内。
(3)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的____________，其原因是_________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的____________________________________________________期。
10/10第2节 细胞的分化
说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。
知识点1 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．过程
3．特点(连线)
特点 特点理解
①普遍性 a．贯穿于生物体整个生命进程中
②持久性 b．一般来说，已分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡
③稳定性 c．多细胞生物普遍具有
④不可逆性 d．遗传物质不变
提示：①—c ②—a ③—d ④—b
4．实质：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表达情况不同。
5．结果：形成形态、结构和功能都有很大差别的组织和器官。
6．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，有利于提高生物体各种生理功能的效率。
(P118思考·讨论)人体的上皮细胞和神经细胞的核基因的种类和数量________(填“相同”或“不同”)，它们形态结构和功能不同的直接原因是___________________________________________________________________________________，
根本原因是________________________________________________________。
提示：相同 细胞中的蛋白质不完全相同 基因的选择性表达
基于对细胞分化的认识，判断下列表述是否正确。
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。 (×)
提示：细胞分化发生在整个生命进程中。
3．细胞分化后遗传物质会发生一定改变。 (×)
提示：细胞分化后遗传物质不发生改变。
4．同一细胞内往往含有不同的蛋白质，这是基因选择性表达的结果。 (×)
提示：是控制不同蛋白质合成的基因不同，不是基因选择性表达。
5．同一个体不同分化细胞的遗传信息相同。 (√)
探究细胞分化的原因和结果
1．下图表示某种细胞的变化过程。
(1)判断图中①②③分别代表的过程。
①________________；②___________________；③________________。
提示：①细胞分裂 ②细胞分化 ③细胞分化
(2)图中肌肉组织和神经组织中的遗传信息相同的原因是什么？这说明细胞分化过程中细胞中的基因会发生改变吗？
提示：因为它们来源于同一个受精卵；细胞分化过程中细胞中的基因不会发生改变。
(3)肌肉组织和神经组织中的遗传信息是相同的，为什么它们在形态、结构和功能上存在这么大的差异？
提示：不同细胞中基因的执行情况不同，是细胞中基因选择性表达的结果。
2．在细胞中表达的基因分为两类：一类是在所有细胞中都表达的基因，这类基因指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，这类基因被称为管家基因；另一类是在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达的产物赋予各种类型细胞特定的形态结构特征与功能，这类基因被称为奢侈基因。据此对下列基因进行归类。
①核糖体蛋白基因 ②ATP合成酶基因 ③血红蛋白基因 ④卵清蛋白基因 ⑤呼吸酶基因 ⑥胰岛素基因 ⑦抗体基因 ⑧唾液淀粉酶基因
(1)属于管家基因的是________________________________________________。
(2)属于奢侈基因的是________________________________________________。
(1)提示：①②⑤
(2)提示：③④⑥⑦⑧
[深化归纳]
1．细胞分化的“变”与“不变”
变 细胞水平 细胞的形态、结构和生理功能发生改变
亚显微结构水平 细胞器的种类和数目及细胞质基质的成分和功能发生改变
分子 水平 蛋白质 角度 蛋白质种类、数量、功能发生改变
基因 角度 基因选择性表达，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因
不变 细胞数目和细胞内的遗传物质不变
2．细胞分裂和细胞分化的比较
项目 细胞分裂 细胞分化
开始 时间 从受精卵开始，发生在整个生命过程中 从受精卵分化出多种形态的细胞开始，发生在整个生命过程中
原因 细胞增殖的需要 基因选择性表达
结果 细胞数量增多 细胞种类增多
意义 保持了亲代细胞和子代细胞之间遗传物质的稳定性 ①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
特点 ①局部性； ②周期性 ①持久性；②不可逆性；③普遍性；④稳定性
关系 ①生物的个体发育是细胞分裂与分化共同作用的结果，细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的； ②分化程度越高，细胞的分裂能力就越弱；如分化程度为体细胞>生殖细胞>受精卵，分裂能力为体细胞<生殖细胞<受精卵
1．如图所示为来自同一人体的4种细胞，下列叙述正确的是( )
A．因为来自同一人体，所以各细胞中的蛋白质种类均相同
B．因为各细胞中携带的基因不同，所以形态、结构和功能不同
C．虽然各细胞大小不同，但细胞中含量最多的化合物相同
D．各细胞的生理功能不同，遗传物质也不同
C [因为来自同一人体，所以各细胞核中的DNA相同，由于细胞分化，每种细胞的蛋白质不完全相同，A错误；各细胞中携带的基因相同，但由于基因的选择性表达，因此形态、结构和功能不同，B错误；4种细胞形态、大小不同，但细胞中含量最多的化合物相同，都是水，C正确；各细胞的生理功能不同，是细胞分化的结果，但是细胞核中的遗传物质相同，D错误。]
2．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
C [由图可知，a过程为细胞的有丝分裂，b过程为细胞分化，①正确；乙和丙的染色体组成是相同的，②错误；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，③错误，④正确。]
知识点2 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发育成完整植物的能力。
③应用
快速繁殖花卉和蔬菜等；培养微型观赏植株；拯救濒危物种。
(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是具有全能性的。
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。
种子萌发成新植株能体现细胞的全能性吗？
提示：不能，种子萌发的过程只是个体正常的生长发育过程。
基于对细胞全能性的认识，判断下列表述是否正确。
1．植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。 (√)
2．干细胞具有分裂和分化能力。 (√)
3．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：细胞的全能性是指细胞经过分裂和分化后，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。
分析细胞的全能性
材料1 如图是1958年科学家斯图尔德以一小块胡萝卜韧皮部的一些细胞为材料培育出能开花结果的胡萝卜植株的简要流程图。
材料2 2017年11月25日，中国科学院神经科学研究所研究团队利用类似克隆羊“多莉”的体细胞克隆技术克隆的猕猴“中中”和“华华”，登上了全球顶尖学术期刊《细胞》的封面，该成果标志着中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。如图是体细胞克隆猴的技术流程图。
1．图中开花的胡萝卜植株的韧皮部细胞和叶肉细胞在形态、结构、功能上存在差异的根本原因是什么？
提示：基因的选择性表达(遗传信息的执行情况不同)。
2．早在19世纪，魏斯曼提出“体细胞分化是由于遗传物质的丢失”的假说以解释细胞分化的原因，斯图尔德的实验结果是否支持魏斯曼的假说？原因是什么？
提示：否。高度分化的植物细胞中的遗传物质并没有丢失，仍然有发育成完整植株的能力。
3．若直接用甲猕猴的体细胞进行培养，能否发育成完整的个体？和植物细胞相比，有何不同？
提示：不能发育成完整个体。和植物细胞相比，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。
4．得到的克隆猕猴“中中”和“华华”的性别等绝大部分的性状应该和哪只猕猴相同？
提示：和甲猕猴相同。
[深化归纳]
1．物质基础：细胞中有发育成生物体所需要的全套遗传信息。
2．细胞全能性的表达
(1)细胞全能性表达的条件
①离体状态。
②需要适宜的水分、无机盐、有机营养和激素等。
③适宜的温度等条件。
(2)不同细胞全能性大小(表达难易程度)
①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，但动物细胞细胞核的全能性仍可以表达。
②同一生物体细胞全能性的高低：受精卵>生殖细胞>体细胞。
③与细胞的分裂能力呈正相关，即分裂能力越强，全能性越大。
3．细胞分化与细胞全能性的关系
细胞分化 细胞全能性
原因 不同细胞中的遗传信息表达情况不同 含有本物种全套遗传物质
结果 形成形态、结构、生理功能不同的细胞 形成新的个体或分化成其他各种细胞
关系 ①两者发生过程中遗传物质都不发生改变； ②一般来说，细胞分化程度越高，具有的全能性越小
3．关于细胞全能性的理解不正确的是( )
A．动物细胞培养获得大量骨髓瘤细胞，证明了动物体细胞具有全能性
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
A [细胞的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。通过细胞培养获得大量骨髓瘤细胞是利用了细胞增殖的原理，不能说明动物体细胞具有全能性。]
4．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
D [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，A错误；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，B错误；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，自变量为是否移植神经干细胞和是否注射3K3A-APC化合物，C错误；神经干细胞发育为神经细胞是细胞分化的过程，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，D正确。]
有关细胞全能性的两点提醒
(1)细胞全能性以产生完整个体或分化成其他各种细胞为标志，“其他各种细胞”应理解为生物体所有类型的细胞。有些干细胞能分化出多种细胞、组织或器官，不能体现细胞的全能性。
(2)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．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。
2．细胞的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。
3．干细胞是指动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
4．细胞分化的实质：细胞中的基因选择性表达的结果，即不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，遗传物质并未改变。
5．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，有利于提高生物体各种生理功能的效率。
6．细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低。
7．植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。
1．(链接P119图6-5)同一个植物体中存在不同的细胞，比如叶肉细胞、表皮细胞和储藏细胞，这些细胞都来自一群彼此相似的早期胚细胞，下列相关叙述正确的是( )
A．细胞分化不受遗传物质的控制
B．细胞分化可以发生在个体发育的任何时期
C．细胞分化的程度为受精卵>生殖细胞>叶肉细胞
D．细胞分化使细胞趋向全能化，有利于提高细胞代谢的效率
B [细胞分化的实质是基因的选择性表达，受遗传物质的控制，A错误；细胞分化的程度依次为叶肉细胞>生殖细胞>受精卵，C错误；细胞分化使细胞趋向专门化，有利于提高细胞代谢的效率，D错误。]
2．(链接P120思考·讨论)科学家取胡萝卜韧皮部的一些细胞，在含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中成功培养出一棵胡萝卜植株，体现了植物细胞具有全能性。下列叙述错误的是( )
A．胡萝卜细胞分化程度越高，表现出全能性就越弱
B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．同传统的生产方式相比，以上方法具有繁殖速度快和保持优良品质等优势
D．用类似的方法可以将非洲爪蟾的蝌蚪的肠上皮细胞培养成新个体
D [一般情况下，细胞的分化程度越高，细胞的全能性越低，A正确；高度分化的植物细胞只有处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，才有可能表现出全能性，B正确；植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性，同传统的生产方式相比，该方法具有繁殖速度快和保持优良品质等优势，C正确；非洲爪蟾属于动物，其蝌蚪的肠上皮细胞不能培养成新个体，D错误。]
3．(链接P121与社会的联系)脐带血中有多种类型的干细胞，能产生不同种类的体细胞，如神经细胞、肝脏细胞和成纤维细胞等。脐带血干细胞在医学上有广泛的应用，有些患白血病等血液系统疾病的儿童，可通过移植自己的脐带血干细胞得到治愈。下列相关叙述错误的是( )
A．已分化的成纤维细胞的细胞核具有全能性
B．神经细胞中血红蛋白合成基因处于活动状态
C．人体中多种分化的细胞有利于提高各种生理功能的效率
D．脐带血干细胞可用于治疗血液系统疾病、组织损伤修复
B [已分化的成纤维细胞的细胞核含有本物种的所有遗传信息，所以具有全能性，A正确；神经细胞不表达血红蛋白，所以血红蛋白合成基因处于关闭状态，B错误；人体中多种分化的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率，C正确；脐带血中的造血干细胞能分化形成血细胞，所以脐带血干细胞可用于治疗血液系统疾病、组织损伤修复，D正确。]
4．多细胞生物体内存在着具有差异的细胞，在个体发育过程中，细胞分裂与细胞分化相互伴随，下列相关叙述正确的是( )
A．肝细胞和肌细胞在形态、遗传信息及生理功能等方面均存在差异
B．体细胞克隆猴实验说明已分化的动物体细胞具有全能性
C．白血病患者血液中出现大量异常增殖、分化的白细胞，可通过骨髓移植治疗
D．人体内大多数乳腺细胞仍然具有分裂和分化能力
C [同一个体的肝细胞和肌细胞都是由受精卵分裂、分化而来的，它们的遗传信息相同，但形态、生理功能均存在差异，A错误；体细胞克隆猴实验只能说明已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性，并不能说明动物体细胞具有全能性，B错误；白血病患者血液中出现大量异常增殖、分化的白细胞，可通过将健康人的骨髓移植到白血病患者体内进行治疗，C正确；人体内大多数乳腺细胞是高度分化的细胞，已失去分裂和分化能力，D错误。]
5．如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下列问题。
(1)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因____________的结果。
(2)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将图中的______细胞移植到患者体内。
(3)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的____________，其原因是_________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的____________________________________________________________________期。
[解析] (1)细胞分化是基因选择性表达的结果。(2)骨髓是人体的造血组织，存在造血干细胞，骨髓治疗的实质是将题图中的造血干细胞移植到患者体内。(3)克隆某种哺乳动物需要供体提供细胞核，而成熟的红细胞没有细胞核，所以不能作为供体。
(4)DNA分子的复制在细胞分裂间期进行。
[答案] (1)选择性表达 (2)造血干 (3)红细胞 成熟的红细胞中无细胞核 (4)间
课时分层作业(24) 细胞的分化
题组一 细胞分化
1．中国科学家对皮肤干细胞基因进行重新编辑，编辑后的皮肤干细胞可分化为心脏细胞。下列叙述错误的是( )
A．皮肤干细胞编辑后遗传信息发生改变
B．干细胞分裂过程中遗传物质先复制再均分
C．该分化过程需要在遗传物质的控制下完成
D．皮肤干细胞与心脏细胞基本结构不同
D [由于中国科学家通过对皮肤干细胞基因进行重新编辑，编辑的是基因，基因控制生物的性状，因此皮肤干细胞编辑前后遗传信息发生改变，A正确；干细胞能进行有丝分裂，遗传物质在间期复制，末期均分，故干细胞分裂过程中遗传物质先复制再均分，B正确；细胞的分化是基因选择性表达的结果，细胞的分化过程是在遗传物质的控制下完成的，C正确；细胞的分化使细胞的形态和功能发生了变化，但细胞的基本结构是相同的，D错误。]
2．小肠干细胞能够分化形成小肠上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞和肠内分泌细胞。下列关于这几种细胞的叙述，错误的是( )
A．小肠干细胞分化程度最低，具有全能性
B．一般情况下，分化形成的4种细胞中遗传物质相同
C．杯状细胞和潘氏细胞中基因的表达情况不同
D．小肠上皮细胞能行使保护功能，寿命较短
A [在这几种细胞中，小肠干细胞的分化程度最低，但没有全能性，A错误；细胞分化实质是基因的选择性表达，在细胞分化过程中遗传物质不变，但某些基因的表达情况不同，B、C正确；小肠上皮细胞能行使保护功能，寿命较短，一般为1～2天，D正确。]
3．科学家通过体外诱导成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为iPS细胞。该细胞能够“转化”为各种类型的动物体细胞，其培养流程如图所示。下列叙述正确的是( )
成纤维细胞iPS细胞胰岛细胞、神经元、肠上皮细胞、肝细胞、心肌细胞、血细胞等各种细胞
A．iPS细胞分化为心肌细胞是基因突变的结果
B．成纤维细胞与胰岛细胞形态结构不同，说明两细胞所含遗传物质不同
C．在体外培养环境，成纤维细胞的分化状态一直保持不变
D．由iPS细胞能培育出各种体细胞的过程体现了细胞的全能性
D [iPS细胞分化为心肌细胞是基因选择性表达的结果，A错误；成纤维细胞与胰岛细胞所含的遗传物质相同，B错误；在体外培养环境，成纤维细胞的分化状态可以改变，转变为未分化状态，C错误；细胞的全能性是指细胞经分裂分化后，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，iPS细胞可培育出各种体细胞体现了细胞的全能性，D正确。]
4．下列有关细胞正常分化的叙述，错误的是( )
A．该图能表示细胞分化的实质
B．细胞分化过程中，细胞内的A、B、C、D、E等遗传信息没有发生改变
C．神经细胞和唾液腺细胞中细胞器的种类和数量都不同
D．不同细胞中蛋白质的种类不同
C [细胞分化的实质是基因的选择性表达，而细胞内的遗传信息不会改变，A、B正确；神经细胞和唾液腺细胞是高度分化的细胞，细胞器的种类相同，但数量会有差异，C错误；不同细胞表达的遗传信息不同，合成的蛋白质有差异，D正确。]
题组二 细胞的全能性
5．下列有关细胞全能性的说法，正确的是( )
A．高度分化的植物细胞仍然具有全能性，受精卵不具有全能性
B．造血干细胞可以分化形成各种类型的血细胞，体现了其具有全能性
C．油桃枝条嫁接到毛桃的主干上发育成油桃树，体现了植物细胞的全能性
D．细胞具有全能性的原因是细胞中含有发育成完整个体的全套遗传物质
D [高度分化的植物细胞仍然具有全能性，受精卵是未分化的细胞，具有全能性，A错误；造血干细胞可以分化成各种类型的血细胞，而不是各种组织细胞，不能体现其具有全能性，B错误；油桃枝条嫁接到毛桃主干上发育成油桃树，属于无性生殖，没有体现植物细胞的全能性，C错误；细胞具有全能性的原因是细胞中含有发育成完整个体的全套遗传物质，D正确。]
6．人体脂肪细胞来源于间充质干细胞(MSC)，MSC先产生前体脂肪细胞，成熟后形成成熟脂肪细胞，下列叙述正确的是( )
A．同一个体的MSC与脂肪细胞的基因组成不同，基因表达情况也不同
B．MSC产生成熟脂肪细胞的过程中存在细胞的分裂和分化
C．MSC可分化成脂肪、骨、肌肉等多种组织细胞，体现了动物细胞的全能性
D．细胞分化的实质是基因的选择性表达，分化后的细胞均失去全能性
B [同一个体的MSC与脂肪细胞都来自最初的受精卵细胞，因此二者的基因组成相同，但是由于发生了细胞分化，因此基因表达情况不同，A 错误；MSC产生成熟脂肪细胞的过程中先发生细胞分裂，然后子细胞中一部分发生细胞分化形成脂肪细胞，B 正确；MSC可分化成脂肪、骨、肌肉等多种组织细胞，但是不能分化形成各种不同的组织细胞，因此不能体现动物细胞的全能性，C错误；分化后的细胞没有失去全能性，因为分化前后遗传物质一般没有发生改变，仍具有发育成完整有机体的全套遗传物质，只是随着分化程度的升高，全能性降低，D 错误。]
7．肌卫星细胞是骨骼肌中除肌细胞外的一种干细胞。力量训练时肌细胞受损会激活肌卫星细胞进行增殖分化，产生新的肌细胞与现有的肌细胞融合来修复肌肉损伤。下列叙述正确的( )
A．肌细胞和肌卫星细胞的细胞核都具有全能性
B．力量训练造成的肌细胞损伤会使肌肉萎缩，危害人体健康
C．肌细胞与肌卫星细胞的功能不同是因为它们含有的基因不同
D．肌卫星细胞可进行增殖分化产生新的肌细胞，体现了细胞的全能性
A [已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性，由此可知，肌细胞和肌卫星细胞的细胞核都具有全能性，A正确；力量训练造成的肌细胞损伤，会激活肌卫星细胞进行增殖分化，产生新的肌细胞与现有的肌细胞融合来修复肌肉损伤，B错误；肌卫星细胞与肌细胞基因组成相同，只是基因表达的情况不相同，C错误；肌卫星细胞可进行增殖分化产生新的肌细胞，没有体现细胞的全能性，D错误。]
8．毛囊干细胞是毛囊中的原始细胞，人的毛发都由毛囊中的细胞分化而来；毛囊干细胞也可以分化为皮脂腺，产生皮肤所需要的油脂。毛囊干细胞具有多向分化潜能、高增殖能力和保持休眠状态的能力。下列叙述正确的是( )
A．毛囊干细胞分化为不同种类细胞的过程中遗传物质发生选择性改变
B．毛囊干细胞的增殖具有周期性，且绝大多数毛囊干细胞处于分裂期
C．休眠状态的毛囊干细胞内物质的合成与分解均处于停止状态
D．由毛囊干细胞分化而来的不同细胞内，细胞器的功能一般不发生改变
D [毛囊干细胞分化为不同种类细胞的过程中遗传物质不改变，A错误；绝大多数毛囊干细胞处于分裂间期，因为在细胞周期中，分裂间期的时间最长，B错误；休眠状态的毛囊干细胞为维持正常的生命活动，细胞内物质的合成与分解仍然在进行，C错误；由毛囊干细胞分化来的不同细胞内，细胞器的功能一般不变，D正确。]
9．转分化是指一种已分化的细胞转变成另一种分化细胞的现象。将发育中的蝾螈晶状体摘除，虹膜上一部分含黑色素的平滑肌细胞会失去黑色素和肌纤维蛋白，然后转变为能产生晶状体蛋白的晶状体细胞，最终再生晶状体。下列说法错误的是( )
A．晶状体的再生过程发生了细胞的分裂和分化
B．与转分化之前相比，转分化后的细胞中遗传物质未发生改变
C．与转分化之前相比，转分化后的细胞中蛋白质的种类均不相同
D．一些哺乳动物在体内缺乏Cu2+的条件下，胰岛外分泌细胞会转化为肝细胞，这个过程是一种转分化现象
C [由题意“将发育中的蝾螈晶状体摘除，虹膜上一部分含黑色素的平滑肌细胞会失去黑色素和肌纤维蛋白，然后转变为能产生晶状体蛋白的晶状体细胞，最终再生晶状体”可知，晶状体的再生过程发生了细胞的分裂和分化，A正确；转分化是指一种类型的分化细胞在结构和功能上转变成另一种分化细胞的过程，所以转分化的实质与细胞分化一致，都是基因的选择性表达，细胞内的遗传物质都没发生改变，B正确；与转分化之前相比，转分化后的细胞中蛋白质的种类和数量发生了较大的变化，但并不是所有的蛋白质的种类均不相同，例如都有相同的呼吸酶，C错误；转分化是指一种已分化的细胞转变成另一种分化细胞的现象，一些哺乳动物在体内缺乏Cu2+的条件下，胰岛外分泌细胞会转化为肝细胞，这个过程是一种转分化现象，D正确。]
10．人体成熟的红细胞经过几个阶段发育而来，各阶段细胞特征如下表。下列叙述不正确的是( )
阶段 阶段1 阶段2 阶段3 阶段4
细胞 特征 无血红蛋白，有较强的分裂能力 核糖体丰富，开始合成血红蛋白，有分裂能力 核糖体 等细胞器逐渐减少， 分裂能力减弱 无细胞核，无核糖体等细胞器，血红蛋白含量高，无分裂能力
A．阶段1至阶段4是红细胞分化的过程
B．细胞特征发生变化的根本原因是基因的选择性表达
C．阶段4失去分裂能力与红细胞的功能无关
D．核糖体增多有利于红细胞合成较多的血红蛋白
C [由表格可知，每个阶段细胞的形态结构是不同的，说明阶段1至阶段4是红细胞分化的过程，A正确；细胞特征发生变化的原因是细胞分化，而细胞分化的实质是基因的选择性表达，B正确；红细胞在发育过程中随着血红蛋白的合成逐渐增多，分裂能力逐渐减弱、消失，血红蛋白的功能主要是运输氧气和二氧化碳，因此分裂能力减弱、消失与其执行特定功能有关，C错误；核糖体是合成蛋白质的场所，故核糖体增多有利于红细胞合成较多的血红蛋白，D正确。]
11．(10分)哺乳动物的脂肪细胞来源于前脂肪细胞。请回答下列问题：
(1)脂肪是细胞中良好的____________物质，前脂肪细胞与脂肪细胞的遗传物质
________(填“相同”或“不同”)，脂肪组织体积增加是前脂肪细胞_______________________________________________________________________________
及脂肪细胞______________的结果。
(2)为了研究前脂肪细胞的分化机制，在不同条件下体外培养前脂肪细胞，检测细胞中脂肪的含量，以判断前脂肪细胞的分化程度，实验结果如图所示。
①可以用____________(填写试剂名称)检测脂肪，然后用分光光度计定量测定。
②该实验是为了研究____________________________________________________________________。
③实验结果显示：实验组与对照组脂肪量的最显著差异出现在第__________天，前脂肪细胞培养至第16天时，不同浓度TSH处理的细胞的分化程度________，上述结果说明________________更有利于延缓前脂肪细胞的分化。
[解析] (1)脂肪是细胞中良好的储能物质。细胞分化后细胞中的遗传物质不变，因此前脂肪细胞与脂肪细胞的遗传物质相同。脂肪组织体积增加是前脂肪细胞分裂、分化及脂肪细胞生长(体积增长)的结果。(2)①脂肪可用苏丹Ⅲ染液鉴定，呈橘黄色，然后用分光光度计定量测定。②图中曲线表明该实验的自变量是TSH的浓度，因变量是细胞中脂肪的相对含量，因此该实验的目的是研究TSH浓度对前脂肪细胞分化的影响。③实验结果显示，实验组与对照组细胞中脂肪量的最显著差异出现在第12天，前脂肪细胞培养至第16天时，不同浓度TSH处理的细胞的分化程度相同，题述结果说明TSH浓度越高，细胞中脂肪含量增加越缓慢，即延缓细胞分化效果越好。
[答案] (除标注外，每空1分，共10分)(1)储能 相同 分裂、分化 生长(体积增长) (2)①苏丹Ⅲ染液 ②TSH浓度对前脂肪细胞分化的影响(2分) ③12 相同 高浓度TSH
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