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：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。
[归纳总结]
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：不是。细胞的全能性是指已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。
[归纳总结]
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．下列生物过程不能体现细胞全能性的是( )
A．玉米种子萌发长成新植株
B．马铃薯根尖细胞培养成脱毒马铃薯苗
C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株
D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株
A [细胞的全能性是分化的细胞发育成为完整生物个体的能力。玉米种子萌发长成新植株是植物生殖器官的自然生长发育现象，没有体现细胞的全能性。小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株，体现的是生殖细胞具有全能性。马铃薯根尖细胞培养成脱毒马铃薯和胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株都体现了体细胞的全能性。]
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因为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
核心语句背诵
1．细胞分化的实质是：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．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
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．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．细胞的基因可分为管家基因(所有细胞中均要表达的基因)和奢侈基因(不同类型细胞中特异性表达的基因)两类，下表为人体三种不同细胞中的基因存在及表达情况。请回答下列问题：
基因存在情况
基因表达情况
甲
乙
丙
丁
甲
乙
丙
丁
胰岛B细胞
√
√
√
√
√
√
眼晶状体细
胞(胚胎中)
√
√
√
√
√
√
神经细胞
√
√
√
√
√
√
(1)四种基因中属于管家基因的是_________________________。
(2)甲基因________(填“能”或“不能”)表示控制胰岛素合成的基因，理由是____________________________________________
______________________________________________________。
(3)细胞分化的实质是________(填“管家基因”或“奢侈基因”)的选择性表达。
(4)三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是____________________________。三种细胞形态、功能表现不同，从细胞结构方面分析其原因是_________________________。
[解析] (1)由题干分析知，管家基因在所有细胞中均要表达，因此丁基因属于管家基因。(2)甲基因只在胰岛B细胞中表达，胰岛素基因也只在胰岛B细胞中表达，因此甲基因能表示控制胰岛素合成的基因。(3)细胞分化的实质是奢侈基因的选择性表达。(4)由于人体的不同细胞都来源于同一个受精卵，因此不同的细胞都有相同的基因，但由于细胞中细胞器的种类和数量的不同，不同细胞的形态、功能也表现不同。
[答案] (1)丁 (2)能 胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达
(3)奢侈基因
(4)人体细胞都来源于同一个受精卵 细胞器的种类和数量不同
课件50张PPT。第6章 细胞的生命历程第2节 细胞的分化一个或一种细胞形态、结构生理功能稳定性差异持久性分化后普遍存在遗传信息组织和器官个体发育专门化各种生理功能的效率已经分化完整个体韧皮部细胞无机盐和糖类完整植株细胞核去核细胞核分裂分化造血干细胞细胞的分化 细胞的全能性 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(二十三) 细胞的分化
(建议用时：25分钟)
[合格基础练]
1．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．存在纤维蛋白原基因
C [所有活细胞中，不管是否分化，都能合成ATP用于各项生命活动，都能进行蛋白质的合成，都含有控制该个体所有性状的基因；红细胞中含有与运输氧气相适应的血红蛋白，是基因选择性表达的结果，表明该细胞已经发生分化。]
2．关于细胞分化的叙述错误的是( )
A．白细胞和红细胞都是由造血干细胞分化来的
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．同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞基因不完全相同
D．同一个体茎尖分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强
C [同一个体是由受精卵经分裂分化形成的，不同组织细胞中所含基因均相同，由此判定C项叙述有误。]
3．图示为细胞分化的原因描述，下列有关说法不正确的是( )
A．图示各种细胞含有完全相同的遗传信息
B．②细胞中也含有与①一样的全套基因(包括A、B)
C．不同的细胞中遗传信息的执行情况不同
D．合成蛋白质A时，基因B也处于活跃状态
D [合成蛋白质A时，基因A处于活跃状态，而基因B则处于关闭状态，由此判断D项错误。]
4．在多细胞生物体内，细胞并没有表现出全能性，这是因为( )
A．细胞内的基因表达有特定的时空性
B．由于细胞分化而丧失了全能性
C．细胞经过多次分裂而丧失了全能性
D．不同细胞所含的基因不同
A [由于基因的表达具有选择性即不同的时间地点执行的功能不同，细胞要表现出全能性需离体培养。]
5．下列关于植物细胞的叙述，错误的是( )
A．高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能
B．植物细胞在有氧条件下的呼吸终产物与无氧条件下的不同
C．种子胚根和胚芽中的所有细胞都是由受精卵分裂、分化而来的
D．叶肉细胞和根尖细胞在结构和功能上的差异是细胞分化的结果
A [高度分化的细胞含有该生物全套的遗传信息，具有发育的全能性，A项错误；植物细胞无氧条件下产生有氧条件下没有的产物酒精，B项正确；种子中的胚由受精卵经有丝分裂、分化而来，C项正确；叶肉细胞和根尖细胞在结构和功能上的不同是细胞分化的结果，D项正确。]
6．如图是高等生物个体发育过程中细胞发生的变化，请仔细观察，请据图回答问题：
(1)图示的高等生物个体发育是从__________开始的。
(2)由①到②，细胞的体积增大、数目增多，细胞经历了__________和__________过程。
(3)由②到③，由于细胞__________，细胞的__________、__________和__________发生了稳定性的差异，细胞的这种变化是基因在机体发育过程中__________的结果。
[答案] (1)受精卵 (2)生长 分裂 (3)分化 形态 结构 生理功能 选择性表达
[等级过关练]
7.如图表示人体干细胞发生的变化过程。下列有关此图的叙述，正确的是( )
A．a、b、c均代表细胞分化过程
B．图中各细胞中蛋白质种类相同
C．b、c过程产生的细胞一般都具有细胞周期
D．a、b、c过程产生的各细胞遗传物质没有发生变化
D [a过程表示干细胞的生成，即干细胞的自我更新；干细胞通过b、c生成了不同形态结构的细胞，所以b、c过程表示细胞分化的过程，A项错误。细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，导致各细胞中蛋白质种类存在差异，B项错误。高度分化的细胞会丧失分裂能力，不具有细胞周期，C项错误。在细胞的分裂和分化过程中，遗传物质不发生变化，D项正确。]
8．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．所含蛋白质种类不完全相同
C．细胞结构相似
D．细胞中的细胞器在数量上相差不大
D [同一生物个体的不同细胞所含的遗传信息相同；但基因的表达具有选择性，所以不同的细胞中合成的蛋白质种类不完全相同；图示不同的小肠细胞结构相似；因不同的细胞功能不同，所以不同的细胞中细胞器的数量差别较大。]
9．在细胞的生命历程中，会出现分裂、分化等现象。下列叙述错误的是( )
A．细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献
B．哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞
C．细胞分化是细胞内基因选择性表达的结果
D．通过组织培养可将植物叶肉细胞培育成新的植株
B [细胞有丝分裂的重要意义是将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA的复制)之后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于细胞核中的DNA位于染色体上，DNA是生物的主要遗传物质，因而有丝分裂使细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。可见细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有很大贡献，A项正确。哺乳动物的受精卵是未经分化的细胞，而哺乳动物的造血干细胞是由受精卵分化形成的，属于已分化的细胞，只是分化程度不高，仍保留分裂和分化能力，B项错误。细胞分化的根本原因是在个体发育的过程中，同一生物的不同细胞中遗传信息的执行情况不同，即基因的选择性表达，C项正确。高度分化的植物细胞仍具有全能性，故通过植物组织培养技术可将离体的植物叶肉细胞培育成新的植株，D项正确。]
10．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
