第二节 细胞通过分化产生不同类型的细胞
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。 1．举例说明细胞的分化、全能性、干细胞等特征。(生命观念、科学思维) 2．鼓励学生搜集有关细胞研究和应用方面的信息及研究进展，进行交流。(科学探究、社会责任)
一、细胞能产生特异性变化
1．细胞分化
(1)概念：细胞分化是指细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程。
(2)来源：各种各样的细胞都来自干细胞。
2．干细胞
(1)概念：干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。
(2)类型：受精卵是全能干细胞，因为它能产生生物体所需要的所有类型的细胞。来源于早期胚胎的胚胎干细胞是多能干细胞，它的分化能力仅次于受精卵，虽不能发育成完整的个体，但可以发育成为除部分胎盘以外的所有成体组织。主要存在于骨髓中的造血干细胞，能够分化成各种血细胞，也能分化出造血系统以外的细胞。
3．细胞分化的实质
细胞分化并非由于遗传物质丢失造成的，它与遗传物质有选择地发挥作用有关。细胞中的遗传物质，有些是维持细胞生存所必需的，在各类细胞中都处于活动状态；有些则在不同的组织细胞中表现不同的活动状态，从而使具有相同遗传物质的细胞在不同的组织中呈现出形态、结构与功能的特异性变化。
4．细胞分化的意义
生物的个体发育就是通过细胞的分化过程来实现的。生物体的正常发育，是细胞分化受到高度精妙调控的结果。
二、细胞具有全能性
1．植物细胞的全能性
高度分化的细胞组织仍具有发育成完整植株的潜能，保持着发育的全能性。
2．动物细胞不表现出全能性
动物细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能越来越小，不表现出全能性，其原因是受到了细胞内物质的限制。
3．多莉羊的克隆
(1)研究者从一只母羊的乳房中取出乳腺细胞进行培养，从另外的母羊体内取出卵细胞并移去其细胞核。然后使培养的乳腺细胞核与无核的卵细胞融合。融合的细胞经体外培养形成早期胚胎。将胚胎移入其他母羊的子宫中发育后生下了多莉羊。
(2)证明的问题及意义
多莉羊的成功克隆证明了细胞核的全能性。多莉羊与提供乳腺细胞核的“母亲”在外貌上和染色体组成上都相同，而与另外两个“母亲”都不同。这是利用已分化细胞的细胞核克隆哺乳动物的第一个成功案例。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．植物根尖中各种细胞都是由根冠细胞分化形成的。 ( )
2．细胞分化过程中遗传物质发生了变化。 ( )
3．细胞癌变是细胞异常分化，导致细胞不受控制地分裂。 ( )
4．正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会返回原来的状态。 ( )
5．人和高等动物的受精卵，第1～2次分裂所形成的2～4个细胞已不具备这种全能性了。 ( )
提示：1．× 植物根尖中各种细胞都是由分生区细胞分化形成的。
2．× 细胞分化过程中遗传物质没有发生变化。
3．√ 4．√
5．× 仍具备这种全能性。
细胞分化
1．细胞分化的实质：基因的选择性表达，如图
2．细胞分裂和细胞分化的关系
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 细胞数目增多 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
用以下图示表示某种植物细胞分裂和分化的过程，探讨下列问题：
(1)图中①②③分别代表哪些过程？
提示：①细胞分裂，②细胞分化，③细胞分化。
(2)细胞b能够再形成细胞a或细胞c吗？这说明细胞分化具有什么特点？
提示：不能。说明细胞分化具有稳定性和不可逆性。
(3)细胞a、b、c的核遗传物质相同吗？为什么？
提示：相同。因为细胞b、c是由细胞a经过有丝分裂产生进一步分化得到的，而有丝分裂中遗传物质没有变化。
(4)造成细胞a、b、c在形态、结构和生理功能上出现差异的原因是什么？
提示：细胞中的遗传信息的执行情况不同，即基因的选择性表达。
1．下列关于细胞分化的叙述错误的是( )
A．细胞分化意味着不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质
B．细胞分化是动物和植物发育的基础，且贯穿于其整个生命进程中
C．通常体内已分化的细胞将一直保持分化后的状态直至衰老死亡
D．具有分裂能力的细胞一定会分化，且分化程度越高分裂能力就越低
D [细胞分化是基因选择性表达的结果，基因的选择性表达使细胞内蛋白质的种类产生差异，A正确；细胞分化贯穿于生物体的整个生命进程中，B正确；细胞分化一般是不可逆的，因此体内已分化的细胞将一直保持分化后的状态直至衰老死亡，C正确；具有分裂能力的细胞不一定会发生分化，D错误。]
2．如图为人体内几种类型的细胞模式图。下列相关叙述中，不正确的是( )
A．这些细胞最初来源于同一个受精卵
B．a的结构已发生很大变化，但仍属于真核细胞
C．这些细胞在结构上具有统一性
D．这些细胞在功能上是相同的
D [图示细胞都是由同一个受精卵分裂和分化形成的，A正确；a为精子细胞，其结构已发生很大变化，但仍属于真核细胞，B正确；这些细胞的形态虽然各不相同，但都具有细胞膜、细胞质和细胞核等结构，因此在结构上具有统一性，C正确；这些细胞在形态、结构和功能上已经发生稳定性差异，因此这些细胞在功能上各不相同，D错误。]
3．下列能说明某细胞已经发生分化的是( )
A．进行ATP的合成
B．合成呼吸氧化酶
C．存在血红蛋白
D．存在纤维蛋白原基因
C [所有细胞都能合成ATP，都合成与细胞呼吸有关的氧化酶，所以据此不能判断细胞已经分化，A、B错误；只有红细胞才能合成血红蛋白，存在血红蛋白说明其已经高度分化，C正确；同一个体的所有细胞都是由受精卵有丝分裂而来的，含有相同的遗传物质，D错误。]
细胞分化的“变”与“不变”
(1)“变”
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：细胞器的种类和数目及细胞溶胶的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：细胞内遗传物质有选择地发挥作用，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因。
(2)“不变”：细胞数目和细胞内的遗传物质不变。
细胞的全能性
1．“三看”法确认细胞“全能性”
2．细胞全能性的比较
(1)不同生物类型：植物细胞>动物细胞。
(2)不同细胞类型：受精卵>生殖细胞>体细胞。
(3)不同细胞分化程度：分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。
(4)不同细胞分裂能力：与细胞分裂能力呈正相关，即分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞。
3．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
1．科学家取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，得到相应的幼苗，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。其过程如图所示，回答下列问题：
(1)上述过程表明了什么？其原因是什么？
提示：上述过程表明高度分化的植物细胞仍具有全能性，细胞具有全能性的原因是细胞中具有发育成个体的全套遗传物质。
(2)图中的5是由2经过细胞怎样的过程形成的？
提示：细胞分裂、分化。
2．人体骨髓中存在的间充质干细胞(MSC)可分裂分化成多种组织细胞(如图)，回答下列问题。
(1)MSC具有全能性吗？为什么？
提示：不具有。MSC是多能干细胞，可以分化成多种组织细胞，但不能形成个体。
(2)b过程发生的根本原因是什么？
提示：基因的选择性表达。
1．胡萝卜根单个细胞经体外培养，能发育成完整的植株，其根本原因是胡萝卜根细胞( )
A．具有旺盛的分裂能力
B．具有该物种的全套基因
C．通过有丝分裂形成了植株
D．能合成胡萝卜所需的蛋白质
B [胡萝卜根单个细胞能发育成个体是因为该细胞具有物种发育的全套基因，具有全能性，B正确。]
2．以下不能说明细胞全能性的实验是( )
A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B．紫色糯性玉米种子培育出植株
C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
B [胡萝卜韧皮部细胞培育出植株是植物组织培养，体现了细胞的全能性，A不符合题意；紫色糯性玉米种子培育出植株是个体的正常发育，不能体现细胞的全能性，B符合题意；通过基因工程的方法获取含抗虫基因的重组细胞，经过植物组织培养获得抗虫棉，体现了细胞的全能性，C不符合题意；番茄体细胞与马铃薯体细胞融合后培育出植株是植物体细胞杂交，原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性，D不符合题意。]
3．下列关于细胞分化和全能性的说法，正确的是( )
A．正常情况下，细胞分化是不可逆的
B．细胞分化的程度越高，遗传物质的变化越大
C．高度分化的植物体细胞不具有全能性
D．胚胎干细胞能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型，这是细胞全能性的体现
A [正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会脱分化到原来的状态，A正确；细胞分化过程中遗传物质不改变，B错误；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，C错误；胚胎干细胞能诱导分化为机体几乎所有的细胞类型，不能体现全能性，全能性是以个体的实现为标志，D错误。]
“关键点法”区分细胞分化与细胞全能性的表达
诱导多功能干细胞(Induced pluripotent stem cell，iPSC)技术是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞。分化的细胞在特定条件下被逆转后，恢复到全能性状态，或者形成胚胎干细胞系，或者进一步发育成新个体的过程即为细胞重编程(Cell reprogramming)。分化是基因选择性表达的结果，并没有改变遗传物质，而重编程在某种意义上就是分化的一个逆转。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPSC技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学问题。此外，利用iPSC技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，从而大大降低了免疫排斥反应发生的可能性。iPSC的出现，在干细胞、表观遗传学以及生物医学等研究领域都引起了强烈的反响，使人们对多能性的调控机制有了突破性的新认识，进一步拉近了干细胞和临床疾病治疗的距离。
结合细胞的分化与细胞的全能性，理解iPS细胞的获取手段、应用方向、实质及优势，培养科学思维能力。
(1)成熟细胞被重新编程的过程中细胞的分化程度与全能性如何变化？(科学思维)
提示：成熟细胞被重新编程后成为诱导多功能干细胞，诱导多功能干细胞的分化程度比成熟细胞低，全能性升高。
(2)成熟的组织细胞为何不能再分化成其他种类的细胞？(科学思维)
提示：受到细胞内物质的限制。
(3)你能预测到iPS细胞的应用可能存在的风险吗？(科学思维)
提示：iPS细胞恢复了分裂分化能力，存在分裂失控，可能会导致肿瘤。
[课堂小结]
1．细胞分化是指细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程。各种各样的细胞都来自干细胞。
2．干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。
3．细胞分化并非由于遗传物质丢失造成的，它与遗传物质有选择地发挥作用有关。
4．细胞分化的意义
生物的个体发育就是通过细胞的分化过程来实现的。生物体的正常发育，是细胞分化受到高度精妙调控的结果。
5．高度分化的植物组织具有发育成完整植株的潜能，保持着发育的全能性。
6．动物细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能越来越小，不表现出全能性，其原因是受到了细胞内物质的限制。
7．已分化细胞的细胞核具有全能性。
1．下列对细胞分化的叙述不正确的是( )
A．一般来说，不同细胞分化后产生的差异是不可逆的
B．受精卵的分化程度低，全能性大于体细胞
C．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象
D．没有细胞分化，多细胞生物体也能正常生长发育
D [细胞分化的实质是基因的选择性表达，一般来说，不同细胞分化后产生的差异是不可逆的，A正确；受精卵的分化程度低，全能性大于体细胞，B正确；细胞分化具有普遍性，细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，C正确；没有细胞分化，就不能产生不同种类的细胞，多细胞生物体也就不能正常生长发育，D错误。]
2．下列对细胞分化不同水平的分析中，错误的是( )
A．从细胞水平分析，细胞分化时细胞形态、结构和功能发生了改变
B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构和功能改变的结果
C．从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果
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，这也是细胞分化的根本原因
D [从细胞水平分析，细胞分化时细胞形态、结构和功能发生了改变，A正确；从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构和功能改变的结果，B正确；从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果，C正确；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，但不是细胞分化的根本原因，D错误。]
3．人体造血干细胞可以增殖产生新的造血干细胞，也可以分化为红细胞、白细胞、血小板等多种血细胞。下列相关叙述错误的是( )
A．各种血细胞形成的实质是基因的选择性表达
B．成熟红细胞内可以合成血红蛋白
C．这些细胞内的蛋白质不完全相同
D．在这些细胞中，抑制DNA复制对造血干细胞影响最大
B [各种血细胞形成的实质是基因的选择性表达，A正确；成熟红细胞无核糖体，不可以合成血红蛋白，B错误；这些细胞已经发生了细胞分化，故蛋白质不完全相同，C正确；在这些细胞中，抑制DNA复制对造血干细胞(分裂能力最强)影响最大，D正确。]
4．下列有关植物细胞全能性的说法，不正确的是( )
A．体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因
B．高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一
D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性
D [植物体的体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因，即植物细胞的全能性，也是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]
5．如图是与细胞增殖和分化有关的图解，据图回答下列有关问题。
甲 乙
(1)甲图A表示的是________________过程，B表示的是________________过程。乙图处于有丝分裂的________________期。
(2)甲图中b、c、d、e具有相同的________________。
(3)若a为植物细胞，而d能在体外条件下培养成一个植物体，说明d具有________________性。
解析：(1)甲图中A、B分别是细胞数目增多和形态改变，说明其分别是细胞增殖和细胞分化。乙图中着丝粒分裂，且两极均有同源染色体，所以是有丝分裂的后期。(2)甲图中b、c、d、e细胞都是由a细胞分裂、分化而来的，所以遗传物质相同(遗传信息或染色体数)。(3)植物细胞能在体外条件下培养成一个植物体，说明植物细胞具有全能性。
答案：(1)细胞增殖 细胞分化 后 (2)遗传信息或染色体数 (3)全能
课时分层作业(17) 细胞通过分化产生不同类型的细胞
题组一 细胞的分化
1．如图表示人小肠结构中的两种细胞。关于这两种细胞的叙述，不正确的是( )
A．所含遗传信息相同
B．所含蛋白质种类相似
C．细胞结构相似
D．有些细胞器在数量上相差很大
B [这两种细胞都是同一个受精卵经有丝分裂产生的，故其所含遗传信息相同，A正确；由于它们是两种细胞，说明它们发生了分化，蛋白质是生命活动的承担者，分化后的细胞中的蛋白质种类和细胞器数量出现了差别，B错误，D正确；两种细胞都有细胞膜、细胞质和细胞核，细胞结构具有相似性，C正确。]
2．下列关于细胞分化的叙述，错误的是( )
A．细胞分化后产生多种类型细胞
B．分化后的细胞不再具有全能性
C．细胞无限增殖是细胞异常分化导致的
D．细胞分化导致细胞形态、结构、功能的改变
B [分化的结果是产生多种类型细胞，形成不同的组织，A正确；分化后的植物细胞具有全能性，B错误；细胞无限增殖是由于原癌基因和抑癌基因发生突变，导致细胞异常分化的结果，C正确；细胞分化过程中的基因选择性表达，将导致细胞形态、结构、功能的改变，D正确。]
3．下列关于细胞分化的叙述，错误的是( )
A．细胞沿一定方向分化，正常情况下大多是可逆的
B．细胞癌变是细胞异常分化的结果，使细胞变得失去控制
C．生物的个体发育是通过细胞分化来实现的，其过程受严格控制
D．根尖细胞在形态、结构和功能上有差异，但都由分生区细胞分裂分化而来
A [细胞分化一般是不可逆的，A错误；细胞癌变是细胞异常分化的结果，使细胞变得失去控制出现无限增殖，B正确；生物的个体发育是通过细胞分化来实现的，其过程受严格控制，经过基因的选择性表达形成多种细胞，C正确；根尖细胞都由分生区细胞分裂分化而来，由于基因的选择性表达，根尖细胞在形态、结构和功能上有差异，D正确。]
4．生物体内细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织器官，因为( )
A．细胞丧失了全能性
B．基因的选择性表达
C．不同的细胞内基因不完全相同
D．在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化
B [细胞的全能性并没有丧失，A错误；细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，B正确；同一生物体的不同体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂形成的，都含有相同的基因，C错误；在个体发育的不同时期，细胞内的基因不发生改变，D错误。]
5．蓝细菌在氮源不足时，群体中 5%～10%的细胞会分化成“异形胞”。“异形胞”个体大，细胞壁厚， 无法正常进行光合作用，但可以将 N2 转化为 NH3，以此提供氮源。下列叙述错误的是( )
A．“异形胞”细胞中的遗传物质与蓝细菌相同
B．“异形胞”中表达的基因与蓝细菌均不相同
C．环境可以影响细胞中的基因表达从而导致细胞分化
D．“异形胞”在形态、结构、功能上与蓝细菌有一定的差别
B [细胞生物的遗传物质都是DNA，故“异形胞”细胞中的遗传物质与蓝细菌相同，都是DNA，A正确；“异形胞”中表达的基因与蓝细菌不完全相同，如蓝细菌能进行光合作用，但异形胞不能进行光合作用，但蓝细菌和异形胞都能进行细胞呼吸，都能合成呼吸酶，B错误；蓝细菌在氮源不足时，群体中 5%～10%的细胞会分化成“异形胞”，说明环境可以影响细胞中的基因表达从而导致细胞分化，C正确；“异形胞”个体大，细胞壁厚， 无法正常进行光合作用，但可以将N2转化为NH3，说明“异形胞”在形态、结构、功能上与蓝细菌有一定的差别，D正确。]
6．下列关于细胞分化和细胞分裂的叙述，错误的是( )
A．生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果
B．细胞分化发生在生物体的整个生命进程中
C．细胞分裂是细胞分化的基础
D．细胞分化过程中细胞中的遗传物质逐渐减少
D [在生物个体发育的过程中，既存在细胞分裂，又有细胞分化，并且细胞分裂和细胞分化是生物体生长发育的基础，A正确；细胞分化发生在多细胞生物体个体发育的整个过程中，在胚胎时期最强，B正确；细胞分裂是细胞分化的基础，C正确；在细胞分化过程中遗传物质并没有发生变化，因为细胞核中含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质，正因为如此，一个细胞能培育成一个生物体，D错误。]
7．据图回答下列问题。
(1)①→②、①→④的过程叫作________________。
(2)①→③的过程叫作________________。
(3)③→⑤的过程叫作________________。
(4)②③④细胞的________、________、__________不同，因此它们属于不同的________________。
(5)①→⑤所示各细胞群中，具有分裂能力的是________________(填标号)所示的细胞群。
解析：分析题图：图中①→②、①→④表示细胞分化过程，该过程中细胞的形态、结构和生理功能发生了稳定性差异；①→③表示细胞增殖过程，该过程中细胞数目不断增多；③→⑤表示细胞生长过程，该过程中细胞的体积有所增大。(1)根据以上分析已知，①→②、①→④的过程叫作细胞分化，形成了不同形态结构的细胞。(2)图中①→③的过程细胞形态不变，数目增加，表示细胞分裂。(3)图中③→⑤的过程，细胞数目不变，体积变大，表示细胞的生长。(4)图中②③④细胞的形态、结构和生理功能各不相同，属于不同的组织。(5)高度分化的细胞不具有分裂能力，因此图中具有分裂能力的细胞是①③⑤。
答案：(1)细胞分化 (2)细胞分裂 (3)细胞生长 (4)形态 结构 生理功能 组织 (5)①③⑤
题组二 细胞的全能性
8．下列关于细胞全能性的叙述，错误的是( )
A．通常哺乳动物成熟红细胞无法表现出细胞的全能性
B．由未受精的卵细胞发育成雄蚁体现了细胞的全能性
C．基因的选择性表达使得动物体细胞难以表达全能性
D．细胞具有全能性是因含有本种群所有基因
D [通常哺乳动物成熟红细胞内没有细胞核，即没有控制生物全套的遗传物质，所以无法表现出细胞的全能性，A正确；根据细胞全能性的概念可知，只要是由单独的细胞直接发育成完整的生物个体则体现了该细胞的全能性，B正确；动物体细胞由于基因的选择性表达产生了一些特定物质，导致动物细胞难以表达其全能性，C正确；细胞具有全能性的原因是细胞内含有个体发育所需的全部基因，D错误。]
9．在生物体的所有细胞中，全能性最高的是( )
A．卵细胞 B．受精卵
C．肝细胞 D．植物花粉
B [所有细胞中，受精卵的分化程度最低，全能性最高。综上所述，ACD错误，B正确。]
10．多莉羊的培育成功证明了( )
A．动物细胞的再生能力
B．动物细胞的分化能力
C．动物细胞的全能性
D．动物细胞核的全能性
D [高度分化的动物细胞，从整个细胞来说，它的全能性受到限制，但它的细胞核仍保持着全能性，因为细胞核内含有保持物种遗传性状所需要的全套遗传物质。多莉羊就是用乳腺细胞的细胞核与去核卵细胞重组形成的一个细胞发育而成的，这证明动物细胞的细胞核具有全能性。D正确。]
11．诺贝尔生理学或医学奖获得者发现，利用逆转录病毒将Oct－4等4个关键基因导入已分化的体细胞中并表达，可使这个细胞成为类似干细胞的诱导多能干细胞(iPS细胞)。下图为该技术在人体细胞中的实验示意图。请回答下列问题。
(1)iPS细胞具有全能性的根本原因是________________________。由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为____________，其实质是____________________。
(2)利用患者的iPS细胞对其自身受损器官进行修复，与传统器官移植相比成功率更高的原因是其可避免________________。
(3)目前iPS细胞在实际应用中还存在许多问题，例如有研究发现iPS细胞的增殖难以控制，即iPS细胞具有________________细胞的特征。
解析：(1)iPS细胞内具有本物种的全套遗传信息，因此具有全能性。由iPS细胞产生其他种类细胞的过程称为细胞分化，其实质是基因的选择性表达。(2)用iPS细胞诱导分化成需要的器官后进行自体移植，没有免疫排斥反应，故可提高器官移植的成功率。(3)iPS细胞的增殖难以控制，即iPS细胞具有癌细胞的特征。
答案：(1)细胞内具有本物种的全套遗传信息 细胞分化 基因的选择性表达 (2)免疫排斥(或排异反应) (3)癌
12．取同种生物不同类型的正常体细胞，检测其基因表达，结果如图所示(横坐标表示细胞类型，纵坐标表示8种不同基因)。关于此图说法不正确的是( )
A．若基因1～8中只有一个是控制核糖体中蛋白质合成的基因，则该基因最有可能是基因2
B．图中7种细胞的遗传物质是相同的
C．图中7种细胞理论上都具有全能性，经合适条件诱导可在生物体内实现全能性
D．此图可用于说明细胞分化的本质
C [核糖体中蛋白质合成的基因几乎在人体所有的细胞中都会表达，而图示基因1～8中，只有基因2在7种类型细胞中都表达，基因2最有可能是控制核糖体中蛋白质合成的基因，A正确；由于7种细胞是取自同种生物不同类型的正常体细胞，由同一个受精卵分裂分化而来，它们的遗传物质都是DNA，所以是相同的，B正确；图中7种细胞理论上都具有全能性，植物细胞经合适条件诱导可在生物体外而不是体内实现全能性，C错误；此图可用于说明细胞分化的本质，即基因的选择性表达，D正确。]
13．如图表示动物干细胞进行的一系列生理过程。下列有关叙述正确的是( )
A．①过程是细胞生长，导致b细胞的相对表面积较a细胞大
B．d细胞分泌物质的过程主要体现了细胞膜的选择透过性
C．d细胞在适宜的条件下依然能发育为完整的个体
D．c细胞和d细胞中的蛋白质不完全相同
D [细胞体积越大，相对表面积越小，细胞的物质运输效率越低，A错误；d细胞分泌物质的过程体现了细胞膜具有一定的流动性，B错误；d细胞为高度分化的动物细胞，细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，在适宜的条件下细胞核能发育为完整的个体，C错误；c细胞和d细胞的种类不同，由于基因的选择性表达，二者的蛋白质不完全相同，D正确。]
14．科学家曾试图将神经组织中的施旺细胞移植到受伤的中枢神经区域内以治疗截瘫患者。但效果并不理想。某科学家用周围神经细胞——嗅鞘细胞代替了施旺细胞，使瘫痪的实验鼠站了起来。这表明( )
A．中枢神经细胞比周围神经细胞的再生能力差
B．嗅鞘细胞的分化程度比施旺细胞高
C．通过嗅鞘细胞移植治疗了瘫痪的实验鼠体现了细胞的全能性
D．嗅鞘细胞与中枢神经细胞的遗传物质的差异比施旺细胞小
A [将神经组织中的施旺细胞移植到受伤的中枢神经区域内以治疗截瘫患者，结果无效果，而用周围神经细胞时，结果使瘫痪的实验鼠站了起来，这说明中枢神经细胞比周围神经细胞的再生能力差，A正确；嗅鞘细胞代替施旺细胞后治疗效果较好，这说明嗅鞘细胞的分化程度比施旺细胞低，B错误；用周围神经细胞—嗅鞘细胞移植到受伤的中枢神经区域内治疗截瘫患者，不能体现全能性，全能性是以个体的实现为标志，C错误；嗅鞘细胞、施旺细胞和中枢神经细胞都是由同一个受精卵有丝分裂形成的，都具有相同的遗传物质，D错误。]
15．干细胞移植现已成为治疗糖尿病的一种临床新技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞，以替代损伤的胰岛细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是( )
A．骨髓干细胞分化为胰岛样细胞只有细胞分化过程
B．骨髓干细胞与胰岛样细胞大部分基因相同，所以可以表达出相同的蛋白质
C．在体外培养的条件下，骨髓干细胞经过分化形成胰岛样细胞可以体现细胞的全能性
D．骨髓干细胞比胰岛样细胞全能性高，分化程度低
D [骨髓干细胞分化为胰岛样细胞包括细胞分裂和细胞分化过程，A错误；骨髓干细胞与胰岛样细胞是由同一个受精卵有丝分裂形成的，它们所含基因都相同，B错误；细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整生物体的潜能，只分化成胰岛样细胞不能体现细胞的全能型，C错误；骨髓干细胞比胰岛样细胞全能性高，分化程度低，D正确。]
易错点 不能根据试题信息区分细胞分化与细胞全能性
16．上海生命科学研究院诱导人成纤维细胞重编程为肝细胞(hiHep细胞)获得成功，hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，包括分泌血清白蛋白、积累糖原、代谢药物等。下列相关叙述错误的是( )
A．该项成果表明，分化了的细胞其分化后的状态是可以改变的
B．人成纤维细胞与hiHep细胞的核DNA完全相同
C．人成纤维细胞重编程为hiHep细胞，并未体现细胞的全能性
D．hiHep细胞通过主动转运方式将血清白蛋白运出细胞
D [根据题干信息可知，人成纤维细胞可重编程为肝细胞(hiHep细胞)，且hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，这说明分化了的细胞其分化后的状态是可以改变的，A正确；人成纤维细胞与hiHep细胞的核DNA完全相同，只是选择表达的基因不同，B正确；人成纤维细胞重编程为hiHep细胞，hiHep细胞具有肝细胞的许多功能，但不能形成完整个体，因此并未体现细胞的全能性，C正确；血清白蛋白运出细胞的方式是胞吐，D错误。]
19/19第二节 细胞通过分化产生不同类型的细胞
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。 1．举例说明细胞的分化、全能性、干细胞等特征。(生命观念、科学思维) 2．鼓励学生搜集有关细胞研究和应用方面的信息及研究进展，进行交流。(科学探究、社会责任)
一、细胞能产生特异性变化
1．细胞分化
(1)概念：细胞分化是指细胞在__________、________和________上发生__________的、________变化的过程。
(2)来源：各种各样的细胞都来自________。
2．干细胞
(1)概念：干细胞是一类可以分化成为各种细胞的________。
(2)类型：受精卵是全能干细胞，因为它能产生生物体所需要的____________。来源于早期胚胎的胚胎干细胞是________干细胞，它的分化能力仅次于受精卵，虽不能发育成完整的个体，但可以发育成为除部分胎盘以外的____________。主要存在于骨髓中的________，能够分化成各种血细胞，也能分化出造血系统以外的细胞。
3．细胞分化的实质
细胞分化并非由于__________造成的，它与遗传物质________________有关。细胞中的遗传物质，有些是维持细胞生存所必需的，在各类细胞中都处于________；有些则在不同的组织细胞中表现____________，从而使具有相同遗传物质的细胞在不同的组织中呈现出形态、结构与功能的特异性变化。
4．细胞分化的意义
生物的个体发育就是通过细胞的________来实现的。生物体的正常发育，是细胞分化受到__________的结果。
二、细胞具有全能性
1．植物细胞的全能性
________的细胞组织仍具有发育成__________的潜能，保持着发育的全能性。
2．动物细胞不表现出全能性
动物细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能________，不表现出全能性，其原因是受到了________的限制。
3．多莉羊的克隆
(1)研究者从一只母羊的乳房中取出______进行培养，从另外的母羊体内取出________并移去其________。然后使培养的______与__________融合。融合的细胞经体外培养形成________。将胚胎移入其他母羊的子宫中发育后生下了多莉羊。
(2)证明的问题及意义
多莉羊的成功克隆证明了__________。多莉羊与提供乳腺细胞核的“母亲”在外貌上和染色体组成上都________，而与另外两个“母亲”都________。这是利用已分化细胞的细胞核克隆哺乳动物的______________。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．植物根尖中各种细胞都是由根冠细胞分化形成的。 ( )
2．细胞分化过程中遗传物质发生了变化。 ( )
3．细胞癌变是细胞异常分化，导致细胞不受控制地分裂。 ( )
4．正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会返回原来的状态。 ( )
5．人和高等动物的受精卵，第1～2次分裂所形成的2～4个细胞已不具备这种全能性了。 ( )
细胞分化
1．细胞分化的实质：基因的选择性表达，如图
2．细胞分裂和细胞分化的关系
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 细胞数目增多 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
用以下图示表示某种植物细胞分裂和分化的过程，探讨下列问题：
(1)图中①②③分别代表哪些过程？
(2)细胞b能够再形成细胞a或细胞c吗？这说明细胞分化具有什么特点？
(3)细胞a、b、c的核遗传物质相同吗？为什么？
(4)造成细胞a、b、c在形态、结构和生理功能上出现差异的原因是什么？
1．下列关于细胞分化的叙述错误的是( )
A．细胞分化意味着不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质
B．细胞分化是动物和植物发育的基础，且贯穿于其整个生命进程中
C．通常体内已分化的细胞将一直保持分化后的状态直至衰老死亡
D．具有分裂能力的细胞一定会分化，且分化程度越高分裂能力就越低
2．如图为人体内几种类型的细胞模式图。下列相关叙述中，不正确的是( )
A．这些细胞最初来源于同一个受精卵
B．a的结构已发生很大变化，但仍属于真核细胞
C．这些细胞在结构上具有统一性
D．这些细胞在功能上是相同的
3．下列能说明某细胞已经发生分化的是( )
A．进行ATP的合成
B．合成呼吸氧化酶
C．存在血红蛋白
D．存在纤维蛋白原基因
细胞分化的“变”与“不变”
(1)“变”
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：细胞器的种类和数目及细胞溶胶的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：细胞内遗传物质有选择地发挥作用，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因。
(2)“不变”：细胞数目和细胞内的遗传物质不变。
细胞的全能性
1．“三看”法确认细胞“全能性”
2．细胞全能性的比较
(1)不同生物类型：植物细胞>动物细胞。
(2)不同细胞类型：受精卵>生殖细胞>体细胞。
(3)不同细胞分化程度：分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。
(4)不同细胞分裂能力：与细胞分裂能力呈正相关，即分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞。
3．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
1．某科学家取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，得到相应的幼苗，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。其过程如图所示，回答下列问题：
(1)上述过程表明了什么？其原因是什么？
(2)图中的5是由2经过细胞怎样的过程形成的？
2．人体骨髓中存在的间充质干细胞(MSC)可分裂分化成多种组织细胞(如图)，回答下列问题。
(1)MSC具有全能性吗？为什么？
(2)b过程发生的根本原因是什么？
1．胡萝卜根单个细胞经体外培养，能发育成完整的植株，其根本原因是胡萝卜根细胞( )
A．具有旺盛的分裂能力
B．具有该物种的全套基因
C．通过有丝分裂形成了植株
D．能合成胡萝卜所需的蛋白质
2．以下不能说明细胞全能性的实验是( )
A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B．紫色糯性玉米种子培育出植株
C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
3．下列关于细胞分化和全能性的说法，正确的是( )
A．正常情况下，细胞分化是不可逆的
B．细胞分化的程度越高，遗传物质的变化越大
C．高度分化的植物体细胞不具有全能性
D．胚胎干细胞能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型，这是细胞全能性的体现
“关键点法”区分细胞分化与细胞全能性的表达
诱导多功能干细胞(Induced pluripotent stem cell，iPSC)技术是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞。分化的细胞在特定条件下被逆转后，恢复到全能性状态，或者形成胚胎干细胞系，或者进一步发育成新个体的过程即为细胞重编程(Cell reprogramming)。分化是基因选择性表达的结果，并没有改变遗传物质，而重编程在某种意义上就是分化的一个逆转。与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPSC技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学问题。此外，利用iPSC技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，从而大大降低了免疫排斥反应发生的可能性。iPSC的出现，在干细胞、表观遗传学以及生物医学等研究领域都引起了强烈的反响，使人们对多能性的调控机制有了突破性的新认识，进一步拉近了干细胞和临床疾病治疗的距离。
结合细胞的分化与细胞的全能性，理解iPS细胞的获取手段、应用方向、实质及优势，培养科学思维能力。
(1)成熟细胞被重新编程的过程中细胞的分化程度与全能性如何变化？(科学思维)
(2)成熟的组织细胞为何不能再分化成其他种类的细胞？(科学思维)
(3)你能预测到iPS细胞的应用可能存在的风险吗？(科学思维)
[课堂小结]
1．细胞分化是指细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程。各种各样的细胞都来自干细胞。
2．干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。
3．细胞分化并非由于遗传物质丢失造成的，它与遗传物质有选择地发挥作用有关。
4．细胞分化的意义
生物的个体发育就是通过细胞的分化过程来实现的。生物体的正常发育，是细胞分化受到高度精妙调控的结果。
5．高度分化的植物组织具有发育成完整植株的潜能，保持着发育的全能性。
6．动物细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能越来越小，不表现出全能性，其原因是受到了细胞内物质的限制。
7．已分化细胞的细胞核具有全能性。
1．下列对细胞分化的叙述不正确的是( )
A．一般来说，不同细胞分化后产生的差异是不可逆的
B．受精卵的分化程度低，全能性大于体细胞
C．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象
D．没有细胞分化，多细胞生物体也能正常生长发育
2．下列对细胞分化不同水平的分析中，错误的是( )
A．从细胞水平分析，细胞分化时细胞形态、结构和功能发生了改变
B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构和功能改变的结果
C．从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果
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，这也是细胞分化的根本原因
3．人体造血干细胞可以增殖产生新的造血干细胞，也可以分化为红细胞、白细胞、血小板等多种血细胞。下列相关叙述错误的是( )
A．各种血细胞形成的实质是基因的选择性表达
B．成熟红细胞内可以合成血红蛋白
C．这些细胞内的蛋白质不完全相同
D．在这些细胞中，抑制DNA复制对造血干细胞影响最大
4．下列有关植物细胞全能性的说法，不正确的是( )
A．体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因
B．高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一
D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性
5．如图是与细胞增殖和分化有关的图解，据图回答下列有关问题。
甲 乙
(1)甲图A表示的是________________过程，B表示的是________________过程。乙图处于有丝分裂的________________期。
(2)甲图中b、c、d、e具有相同的________________。
(3)若a为植物细胞，而d能在体外条件下培养成一个植物体，说明d具有________________性。
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