人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化学案

第2节　细胞的分化

一、细胞的分化

1．概念

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，即具有不可逆性。

(3)细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象。

3．原因：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。

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，有利于提高生物体各种生理功能的效率。

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．类别

(1)植物细胞的全能性

①实例：植物组织培养。

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。

③植物组织培养的应用：a.快速繁殖花卉和蔬菜；

b．培养微型观赏植株；

c．拯救濒危物种。

(2)动物细胞细胞核的全能性

①实例：非洲爪蟾、克隆羊“多莉”、体细胞克隆猴“中中”和“华华”。

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。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

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．植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。(　　)

5．干细胞具有分裂和分化能力。(　　)

6．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．×　细胞的全能性是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。

　细胞分化

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)三个水平层次上解读细胞分化

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

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水解酶基因等。

(2)奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其表达产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因等。

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。]

解答细胞分化类题目时，关注以下两个关键点的判断

(1)利用细胞分化的标志

①分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素等。

②细胞水平：形成了不同种类的细胞。

(2)利用细胞分化过程中的不变与变解答细胞分化问题

①不变：DNA、基因。生物体内的细胞来自受精卵，遗传物质相同，细胞分化不会改变细胞内的遗传物质。

②变：mRNA、蛋白质。细胞分化的实质是基因的选择性表达，其导致同一生物个体不同种类的细胞中的mRNA存在差异，进而导致蛋白质存在差异，从而使细胞在形态、结构和生理功能上出现差异。

2．下列有关细胞分化的叙述，正确的是  (　　)

A．细胞分化使细胞数量和细胞种类均增多

B．一般来说，细胞经分化后，其分裂能力降低、全能性提高

C．细胞分化是基因选择性表达的结果，如呼吸酶基因的表达

D．细胞分化使细胞的化学组成趋向差异化，功能趋向专门化

D　[细胞分化不能使细胞数量增多，A项错误。一般来说，细胞经分化后其分裂能力和全能性均降低，B项错误。呼吸酶基因在所有活细胞中均能表达，C项错误。细胞分化是基因的选择性表达，导致不同细胞内物质种类(即细胞的化学组成)出现差异，从而使细胞的功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率，D项正确。]

　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，细胞全能性的表达能力逐渐变小。

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。

3．细胞分化与细胞全能性的关系

(1)分化程度高的细胞，其全能性不一定低。一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达，但卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。

(2)“具有”全能性与“体现”全能性：

①理论上活细胞都具有全能性。

②只有由细胞发育为完整个体或分化成其他各种细胞，才能“体现”或“实现”细胞的全能性。

3．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。]

(1)用种子繁衍后代不能体现细胞的全能性，因为种子是植物的幼体，不是一个细胞。

(2)体现细胞全能性的起点是细胞，终点不只是形成完整的个体，分化成其他各种细胞也可体现细胞全能性。

英国科学家约翰·格登和日本医学教授山中伸弥因在细胞核重新编程研究领域作出了杰出贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。他们把多种组织(包括肝、胃和大脑)的细胞转变成了诱导多功能干细胞，并让诱导多功能干细胞分化成了皮肤、肌肉、软骨、神经细胞以及可以同步搏动的心脏细胞。

由材料分析知，细胞核重新编程过程把多种组织的细胞转变成了诱导多功能干细胞，并使多功能干细胞分化成不同细胞、组织、器官，由此形成了科学思维的学科思想。

(1)成熟细胞被重新编程的过程中细胞的分化程度如何变化？(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。

(2)诱导多功能干细胞与成熟细胞相比，细胞核内的DNA含量一样吗？(科学思维)

提示：两种细胞都是由一个受精卵发育而来的，细胞核内的DNA含量一样。

[课堂小结]

1．造血干细胞分化为血细胞的实质是(　　)

A．蛋白质种类和数目的改变

B．细胞的形态、结构和功能发生改变

C．基因的选择性表达

D．细胞亚显微结构的改变

C　[细胞分化并不改变细胞原有的基因组成，表观上看是蛋白质的种类、数量，细胞器种类等发生变化，实质上是基因的选择性表达。]

2．细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列叙述不正确的是    (　　)

A．老年人体内仍然存在着具有分裂和分化能力的细胞

B．细胞分化过程中遗传物质发生了改变

C．细胞分化有利于提高多细胞生物各种生理功能的效率

D．造血干细胞分化形成白细胞的过程是不可逆的

B　[细胞分化过程中遗传物质没有变化。]

3．下列有关细胞全能性的叙述，正确的是(　　)

A．植物成熟的体细胞比动物成熟的体细胞更容易表达全能性

B．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高

C．克隆羊的诞生说明高度分化的动物细胞具有全能性

D．愈伤组织的形成说明高度分化的植物细胞具有全能性

A　[植物细胞全能性比动物细胞高，A正确；卵细胞分化程度较高，B错误；克隆羊的诞生说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，C错误；愈伤组织的形成不能说明高度分化的植物细胞具有全能性，必须发育成完整个体才能说明高度分化的植物细胞具有全能性，D错误。]

4．下列有关细胞分化和细胞全能性的描述中正确的是(　　)

A．细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生理功能的效率

B．细胞分化使细胞类型和细胞数目增多

C．上皮细胞与早期胚胎细胞遗传物质相同，因此它们的全能性高低应该相同

D．水稻种子萌发长成新植株体现了植物细胞的全能性

A　[细胞分化是细胞内基因的选择性表达，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生理功能的效率，A正确；细胞分化使细胞类型增多，细胞数目没有增多，B错误；上皮细胞与早期胚胎细胞遗传物质相同，但是早期胚胎细胞的全能性高于上皮细胞，C错误；水稻种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，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