课件45张PPT。第2节
细胞的分化一、细胞分化
1.含义:在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的
后代,在_____________________上发生稳定性差异的
过程。形态、结构和生理功能2.特点(连线):3.意义:
(1)生物_________的基础。
(2)使细胞趋向_______。有利于提高各种_________的
效率。
4.原因:在个体发育过程中,不同的细胞中_________的
表达情况不同。个体发育专门化生理功能遗传信息【激疑】
细胞分化在分子水平上的主要标志是什么?
提示:合成了具有特定结构和功能的蛋白质。 二、细胞的全能性
1.细胞的全能性概念:
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.植物细胞的全能性:
(1)_________的植物细胞仍具有全能性。
(2)应用:
①通过_____________,快速繁殖花卉和蔬菜等作物。
②拯救濒危物种。高度分化植物组织培养3.动物细胞的全能性:
(1)已分化的动物体细胞的_______仍具有全能性。
(2)目前,还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培
养成_________。细胞核新的个体4.干细胞:
(1)特点:
①具有___________能力。
②在动物和人体内,数量_____。
(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。分裂和分化很少【激疑】
造血干细胞通过增殖和分化产生红细胞、白细胞和血小板,是否体现了细胞的全能性?
提示:造血干细胞通过增殖和分化产生红细胞、白细胞和血小板,体现了细胞的全能性。 知识点一 细胞分化
1.细胞分化的过程:
(1)图解:(2)分析:
①从细胞水平分析:细胞的形态、结构和生理功能发生改变。
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,即遗传信息的表达情况不同,这是细胞分化的根本原因。2.细胞分裂与细胞分化的比较:
(1)结果不同:细胞分裂导致细胞数目增多,细胞分化导致细胞种类增多。
(2)联系:
①细胞分裂是细胞分化的基础。大多数多细胞生物是由受精卵发育而来的,在细胞分裂的基础上,通过细胞分化逐渐发育为成体。②分化的细胞可能失去分裂能力:如神经细胞、肌肉细胞等。造血干细胞虽已分化,但仍保留分裂、分化能力。【思考·讨论】
人的神经细胞和心肌细胞都是由受精卵发育而来,但是它们的形态、结构和功能不同,其根本原因和直接原因分别是什么?(生命观念)
提示:根本原因是遗传信息的表达情况不同;直接原因是合成了具有特定结构和功能的蛋白质。 一个人体内肌肉细胞、骨骼细胞、神经细胞和肝细胞内的遗传物质相同吗?为什么?(生命观念)
提示:一般相同。同一个体的不同细胞来源于同一个受精卵的有丝分裂,有丝分裂保证了母细胞和子细胞遗传物质的稳定性。 【素养案例】
有人取同一生物的不同细胞,检测其基因表达,结果如图。下列分析不正确的是( )A.若基因1～8中有一个是控制细胞呼吸酶的基因,则最可能是基因2
B.判断图中细胞功能近似程度的依据是表达的相同基因最多,差异表达的基因最少
C.功能最为近似的细胞是1与6
D.细胞分化使不同细胞中蛋白质完全不同,导致细胞的形态和功能各不相同【解题导引】解答本题应注意两点:
(1)明确横轴表示细胞类型,纵轴表示1～8个基因,且阴影部分为表达的基因,而空白部分为未表达的基因。
(2)认同细胞分化的实质是基因的选择性表达。 【解析】选D。细胞呼吸酶基因在所有的活细胞中都表
达,图中基因2在每种细胞中都表达,所以控制细胞呼吸
酶的基因最有可能是基因2,A正确;判断图中细胞功能
近似程度的依据是表达的相同基因最多,差异表达的基
因最少,由图可知,细胞1表达1～5基因,细胞6表达2～5
基因,表达的相同基因最多,差异表达的基因最少,则细胞1和6中基因表达最相似,B、C正确;细胞分化的实质是基因的选择性表达,使不同细胞中的蛋白质不完全相同,而不是完全不同,D错误。【素养·探究】——母题追问
(1)科学思维——分析与讨论
上题中7种细胞能否由1个细胞分裂产生呢?请说明理由。
提示:细胞1～7是同一生物的不同类型的细胞,它们的基因相同,可由同一细胞即受精卵分裂产生。 (2)生命观念——结构与功能观
若上题中基因6为血红蛋白基因,则哪个细胞为红细胞?
提示:细胞2。【方法规律】判断细胞发生分化的技巧
(1)细胞形态的改变:如肌细胞的梭形、红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。
(2)细胞结构的变化:形成不同种类的细胞(尤其是细胞器种类和数量有较大差异)。
(3)细胞功能的特化:运动功能、运输功能、储存功能、反射功能、免疫功能等。(4)特殊分子的合成:如合成了唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白、肌动蛋白等。【补偿训练】
1.如图所示的细胞类型转换过程为 ( ) A.细胞融合 B.细胞生长
C.细胞分裂 D.细胞分化【解析】选D。由图可知,全能干细胞经过一系列转换过程形成了红细胞,细胞在形态、结构和生理功能上出现了稳定性差异,属于细胞分化。2.由细胞形态判断,下列细胞中最可能具有细胞周期的是 ( ) 【解析】选B。由图可知,A是精子、C是肌细胞、D是神经细胞,均是已分化的细胞,丧失了分裂能力。而B所示的细胞从形态上看,仍处于原始状态,没有分化,可连续分裂,具有细胞周期。知识点二 细胞的全能性
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随着细胞分化程度的不断提高,细胞全能性的表现能力逐渐变小。
④与细胞的分裂能力呈正相关,即分裂能力越强,全能性越大。【思考·讨论】
1.一粒种子萌发为幼苗,并长成参天大树是否体现细胞的全能性?(生命观念)
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。 2.高度分化的细胞是否一定难以表达全能性?试举例说明。(科学思维)
提示:不一定,如生殖细胞是高度分化的细胞,但一定条件下可以表达细胞的全能性。【素养案例】
有关细胞全能性的叙述,正确的是 ( )
A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
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.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因发生了改变
D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这体现了植物种子具有全能性【解题导引】解答本题需明确以下两点:
(1)细胞具有全能性的原因是含有形成完整个体所需要的全套基因。
(2)细胞表达全能性需要一定的条件。 【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全套基因,同样具有全能性;离体状态是高度分化的植物细胞表现出全能性的必要条件;植物体内细胞没有表现出全能性是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果;种子是器官,种子发育成植株是个体正常发育的过程,不能体现全能性。【素养·探究】——情境迁移
脐带血是胎儿娩出、脐带结扎并离断后残留在胎盘和
脐带中的血液,通常是废弃不用的。近十几年的研究发
现,脐带血中含有可以重建人体造血和免疫系统的造血
干细胞,可用于造血干细胞移植,治疗80多种疾病。因
此,脐带血已成为造血干细胞的重要来源,特别是无血缘关系造血干细胞的来源。也是一种非常重要的人类生物资源。 思考:(1)脐带血含有干细胞,请问脐带血中的干细胞有哪些用途?
提示:可以重建人体造血和免疫系统的造血干细胞,可用于造血干细胞移植等。(2)查阅有关资料,了解人体存在的干细胞有哪些?
提示:人体内干细胞的种类有:胚胎干细胞、成体干细胞、造血干细胞、神经干细胞、周边血干细胞、脂肪干细胞、骨髓间充质干细胞等。按分化潜能分为:全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞。【补偿训练】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 【解析】选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。【课堂回眸】课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.在理解全能性含义的基础上,分析下列能体现细胞全能性的有__________。?
①玉米花粉粒培育出植株
②转入某蛋白基因的向日葵细胞培育出植株
③烧伤病人的健康细胞培育出皮肤
④核移植获得的重组细胞培育出鲤鲫移核鱼
⑤植物用种子繁殖后代
⑥用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成可育的植株
【解析】选①②③⑥。玉米花粉粒培育出植株,体现了生殖细胞的全能性,①正确;转入某蛋白基因的向日葵细胞培育出植株,体现了植物体细胞的全能性,②正确;烧伤病人的健康细胞培育出皮肤,能体现动物细胞的全能性,③正确;核移植获得鲤鲫移核鱼,体现动物细胞核具有全能性,但不能体现动物细胞具有全能性,④错误;种子不是一个细胞,因此用植物种子繁殖后代不能体现细胞的全能性,⑤错误;用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成可育的植株,体现植物体细胞具有全能性,⑥正确。
2.下列有关细胞分化的说法错误的是 ( )
A.细胞分化与生物发育有密切关系
B.细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象
C.细胞分化仅发生在胚胎时期
D.细胞分化是细胞在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程
【解析】选C。细胞分化是生物个体发育的基础,是生物界普遍存在的生命现象;细胞分化发生在生物个体发育的整个生命过程中,在胚胎时期达到最大程度;细胞分化是细胞在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程,其实质是基因的选择性表达。
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.进行蛋白质的合成
C.存在血红蛋白 D.存在呼吸氧化酶
【解析】选C。特异性蛋白合成的实质在于基因的选择性表达,因此,看某细胞是否已发生分化,关键看细胞的特异性蛋白质是否合成。血红蛋白是红细胞的特异性蛋白,具有运输氧气的作用,故C正确。
4.细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象,下列说法错误的是 ( )
A.细胞分化发生在生物体的整个生命进程中
B.细胞分化是由于在个体发育过程中,不同细胞中遗传信息的表达情况不同造成的
C.未离体的植物体细胞不会表现出全能性
D.细胞分化过程中细胞的功能不发生改变
【解析】选D。分化的细胞在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异,这是基因选择性表达的结果。
【思维·跃迁】
5.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列对图中的相关叙述中,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,不同组织构成器官,而不是细胞直接构成器官。
【补偿训练】
诺贝尔生理学或医学奖被授予英国科学家约翰·格登和日本医学教授山中伸弥,以表彰他们在“细胞核重编程技术”领域做出的革命性贡献。如图为该技术的操作流程模式图:
据图推断,以下说法正确的是 ( )
A.干细胞的叶绿体、线粒体、细胞核均具有双层膜结构
B.干细胞分化形成的表皮细胞中染色体数目发生了变化
C.干细胞分化形成各种类型的细胞并未体现细胞的全能性
D.干细胞可用于治疗因胰岛B细胞受损而引起的糖尿病
【解析】选D。干细胞中不含叶绿体,A错误;细胞分化过程中,遗传物质不发生变化,所以干细胞分化形成的表皮细胞中染色体数目不发生变化,B错误;干细胞分化成各种类型的细胞能体现细胞的全能性,C错误;干细胞可以分化形成胰岛B细胞,移植入患者体内,可以治疗因胰岛B细胞受损而引起的糖尿病,D正确。
【拓展·探究】
6.骨髓移植是器官移植的一种,将正常骨髓由静脉输入患者体内,取代病变骨髓,重建患者的造血功能和免疫功能,达到治疗某些疾病的目的。骨髓移植是各种血液肿瘤、再生不良性贫血症、重度地中海贫血症以及一些先天性免疫缺乏症或代谢性疾病的根本治疗方法。约60%的成人急性白血病患者,经过异基因或同基因骨髓移植可达3年以上生存期,部分可达5～6年以上。
问题:
(1)骨髓移植可以治疗哪些疾病 ( )
A.再生不良性贫血症
B.重度地中海贫血症
C.血液肿瘤
(2)骨髓移植治疗依据的原理是什么?
(3)新血细胞的产生需要经历_____________和_____________两个阶段。?
(4)骨髓移植治疗具有什么意义?
【解析】(1)根据上述材料分析,骨髓移植可以治疗各种血液肿瘤、再生不良性贫血症、重度地中海贫血症以及一些先天性免疫缺乏症或代谢性疾病。
(2)骨髓移植治疗依据的原理是骨髓中含有造血干细胞。
(3)新血细胞的产生需要经历造血干细胞分裂和分化。(4)骨髓移植可以从根本上治疗一些疾病,延长患者的生存时间。
答案:(1)A、B、C (2)骨髓中含有造血干细胞。(3)分裂 分化 (4)治疗疾病,延长寿命。
课时素养评价 二十三
细胞的分化
(20分钟 50分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
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、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
【解析】选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.如图表示人体造血干细胞在离体条件下,经诱导形成神经细胞和肝细胞的过程。下列有关叙述正确的是 ( )
A.该图不能说明造血干细胞具有全能性
B.图中各细胞的遗传信息的表达情况相同
C.①过程可发生DNA的复制
D.②过程的实质是基因数量的变化
【解析】选C。图示内容得到肝细胞和神经细胞,体现细胞的全能性,A错误;图中细胞已分化,各细胞的遗传信息的表达情况不同,B错误;①过程是细胞增殖,涉及DNA的复制,C正确;②过程是细胞分化,实质是基因的选择性表达,其基因的种类和数量不变,D错误。
3.下列有关细胞分化的分析中错误的是 ( )
A.在个体发育过程中,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】选C。在个体发育的细胞分化过程中,细胞会在形态、结构等方面发生稳定性差异,故能够增加细胞的类型,A正确;细胞分化的过程中,细胞的功能会出现差异,细胞器的种类、数目均会发生改变,B正确;细胞分化的过程中,各种细胞的核遗传物质不发生改变,C错误;细胞分化的实质是基因的选择性表达,故蛋白质种类、数量的改变是细胞分化的直接原因,D正确。
4.有关细胞全能性的叙述,不正确的是 ( )
A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此全能性最高
B.克隆羊“多莉”的培育过程体现了动物细胞的细胞核具有全能性
C.利用人体干细胞培育出完整的肾脏用于器官移植的过程并未体现细胞的全能性
D.在一定条件下,胡萝卜韧皮部的细胞经过植物组织培养形成胡萝卜植株的过程体现了植物细胞的全能性
【解析】选C。受精卵是未分化的细胞,全能性最高,A正确;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,B正确;利用人体干细胞培育出完整的肾脏用于器官移植的过程体现了细胞的全能性,C错误;在一定条件下,胡萝卜韧皮部的细胞经过植物组织培养形成胡萝卜植株的过程体现了植物细胞的全能性,D正确。
5.人的胰岛细胞能产生胰岛素,但不能产生血红蛋白,据此推测胰岛细胞中
( )
A.只有胰岛素基因
B.比人受精卵基因要少
C.有胰岛素基因和其他基因,但没有血红蛋白基因
D.既有胰岛素基因,也有血红蛋白基因和其他基因
【解析】选D。胰岛细胞含有人体全部的基因,A错误;胰岛细胞是由受精卵有丝分裂而来的,所含的基因与受精卵相同,B错误;胰岛细胞除了含有胰岛素基因,还有血红蛋白基因和其他基因,C错误,D正确。
6.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。下列叙述正确的是
( )
A.甲、乙、戊中的蛋白质完全不相同
B.乙和丙的染色体组成不同
C.丁与戊因遗传物质不同而发生分化
D.a过程是有丝分裂,b过程是细胞分化
【解析】选D。不同细胞中的蛋白质是不完全相同的,而不是完全不同,A错误;有丝分裂形成的子细胞染色体组成相同,B错误;分化后的细胞遗传物质组成相同,只是遗传信息的表达情况不同,C错误;a过程增加细胞数量,是有丝分裂;b过程增加细胞种类,是细胞分化,D正确。
7.脊椎动物的一些基因活性与特定胞嘧啶的甲基化有关,甲基化使基因失活,相应的非甲基化能活化基因的表达,以下推测正确的是 ( )
A.肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态
B.肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态
C.肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D.胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
【解析】选D。分析题意可知,相应的非甲基化能活化基因的表达,肝细胞和胰岛B细胞中均存在呼吸酶,表明呼吸酶基因均处于非甲基化状态;肝细胞中胰岛素基因处于甲基化状态,胰岛B细胞中胰岛素基因处于非甲基化状态。
二、非选择题(共15分)
8.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:
(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。?
(4)乙图中细胞有染色体________条,①和⑤两条染色体是经过分裂间期________形成的。?
【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(遗传信息或染色体数)相同。
(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。
(4)乙图处于有丝分裂后期,细胞中染色体有8条,①和⑤两条染色体是在细胞分裂间期经复制形成的。
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 (4)8 复制
【补偿训练】
研究人员通过划痕实验(原理如图所示)检测不同物质对成纤维细胞增殖能力的影响,一段时间后,结果如表所示。
组别
向创面皮下四周注射的物质
对成纤维细胞增殖能力的影响
划痕距离
1
缓冲液
4.8
1
2
间充质干细胞外泌体+缓冲液
9.5
0.5
3
去除外泌体和间充质干细胞的培养基+缓冲液
5.0
1
(1)上述实验中,组别3的作用是排除___________________________________
_______________。?
(2)综合实验结果,可以看出间充质干细胞外泌体促进伤口愈合且皮肤瘢痕较小的原因是___________________________________________________________
_______________________________________________。?
(3)用绿色染料标记外泌体与成纤维细胞混合12小时后发现,绿色标记出现在成纤维细胞内部,表明__________。?
(4)外泌体中含有多种物质,确定外泌体中发挥作用的关键物质的实验思路是________________________________________。以利于更进一步地深入研究。
【解析】(1)在表中,通过组2和组3的比较,发现间充质干细胞外泌体是影响创面愈合的主要物质。组别3的作用是排除培养基中的成分和间充质干细胞的非外泌体分泌物对实验的影响。
(2)通过组1和组2的比较,发现间充质干细胞外泌体能增强成纤维细胞的增殖能力和迁移能力,使伤口愈合更快,皮肤瘢痕较小。
(3)被染料标记外泌体与成纤维细胞混合后,绿色标记出现在成纤维细胞内部,说明外泌体进入细胞内部发挥作用。
(4)想要确定外泌体中的关键物质,首先需要将外泌体中的各种物质进行有效分离,然后再分别研究它们的作用。
答案:(1)培养基中的成分和间充质干细胞的非外泌体分泌物对实验的影响
(2)增强成纤维细胞的增殖能力和迁移能力,同时抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的转变 (3)外泌体进入细胞内部发挥作用 (4)将外泌体中的物质分离,分别观察它们的作用?
