第2節細胞的分化1.通過對細胞分化過程的分析,歸納細胞分化的概念、過程、特點和實質,發展科學思維。2.結合植物組織培養和動物體細胞核移植的經典實驗過程,闡述細胞全能性的概念,形成生命觀念。3.了解干細胞的分類和應用,關注人類健康,培養社會責任。目標素養知識概覽一、細胞分化1.概念2.特點(1)細胞分化是一種持久性的變化。(2)一般來說,分化的細胞將一直保持分化后的狀態,直到死亡。(3)細胞分化是生物界普遍存在的生命現象。3.意義(1)是生物個體發育的基礎。(2)使多細胞生物體中的細胞趨向專門化,有利于提高生物體各種生理功能的效率。4.實質細胞分化是細胞中的基因選擇性表達的結果,即在個體發育過程中,不同種類的細胞中遺傳信息的表達情況不同。微思考

細胞分化過程中細胞內的遺傳物質會發生變化嗎?提示:不會,細胞分化過程只是不同細胞遺傳信息的表達情況不同,細胞內的遺傳物質沒有發生改變。微判斷1基于細胞分化及其意義,判斷下列表述是否正確。1.細胞分化使細胞趨向專門化,提高了機體生理功能的效率。()2.同一個體不同分化細胞的遺傳信息一般相同。()3.已分化的細胞都能進一步分化成其他細胞。(

)4.同一植物體的葉肉細胞和儲藏細胞來自一群彼此相似的早期胚細胞。()5.細胞分化是生物界中普遍存在的生命現象,是生物個體發育的基礎。()√√×√√6.細胞分化過程中細胞內的遺傳物質種類發生了變化。(

)7.細胞分化的方向在胚胎早期已經決定,一般不能逆轉。(

)×√微訓練11.下列能說明某細胞已經發生分化的是(

)A.進行ATP的合成 B.進行蛋白質的合成C.存在血紅蛋白 D.存在呼吸氧化酶答案:C解析:特異性蛋白合成的實質在于基因的選擇性表達,因此,判斷某細胞是否已發生分化,關鍵看細胞是否合成了特異性蛋白。血紅蛋白是紅細胞的特異性蛋白,具有運輸氧的作用,某細胞中存在血紅蛋白說明該細胞已發生分化。2.細胞分化過程中,一般不會出現的是(

)A.細胞表面結構的改變B.細胞器種類和數量的改變C.蛋白質種類和數量的改變D.細胞核中遺傳物質的改變答案:D解析:細胞分化的過程即基因選擇性表達的過程,細胞核中的遺傳物質并未發生改變。二、細胞的全能性1.概念細胞經分裂和分化后,仍具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。2.植物細胞的全能性(1)植物組織培養過程:(2)結論:高度分化的植物細胞仍然具有發育成完整植株的能力。3.動物細胞核的全能性(1)非洲爪蟾的核移植實驗:(2)克隆猴“中中”“華華”的培育:將體細胞移植到去核的卵細胞中。(3)結論:已分化的動物體細胞的細胞核是具有全能性的。4.干細胞(1)特點:①具有分裂和分化能力。②在動物和人體內,數量很少。(2)舉例:人骨髓中的許多造血干細胞能夠通過增殖和分化,不斷產生紅細胞、白細胞和血小板,補充到血液中去。微判斷2基于對細胞的全能性的認識,判斷下列表述是否正確。1.玉米種子萌發長成新植株體現了細胞的全能性。()2.壁虎斷尾后重新長出尾巴體現了細胞的全能性。()3.細胞的全能性是指細胞具有全面的生理功能。()4.受精卵能在自然狀態下發育成個體,因此其全能性最高。()×××√微訓練2植物細胞表現出全能性的必要條件是(

)A.給予適宜的營養和外界條件B.導入其他植物細胞的基因C.脫離母體后,給予適宜的營養和外界條件D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內答案:C解析:離體的植物細胞、組織、器官,在一定的營養物質、激素和其他外界條件的作用下,就可以表現出全能性,發育成完整的植株。一

細胞分化問題探究人的受精卵通過細胞分裂、分化,最終會形成不同的組織細胞,請回答下列問題。(1)受精卵經過什么過程產生眾多不同的組織細胞?提示:細胞分裂和分化。(2)從細胞水平分析,細胞分化發生了哪些變化?從分子水平分析,細胞分化的實質是什么?提示:細胞的形態、結構和生理功能發生改變。基因的選擇性表達。(3)人體中已分化的細胞都源自受精卵。這些已分化的細胞還能恢復成受精卵細胞嗎?這體現了細胞分化的什么特點?提示:不能,一般來說,分化的細胞將一直保持分化后的狀態,直到死亡。持久性。(4)人體在發育過程中分化形成不同的組織細胞,執行特定的生理功能,維持人體的生理穩態。由此你認為細胞分化有什么意義?提示:細胞分化是生物個體發育的基礎,使多細胞生物體中的細胞趨向專門化,有利于提高生物體各種生理功能的效率。歸納總結1.細胞分化過程圖解2.對細胞分化過程的理解(1)從細胞水平上分析:細胞的形態、結構和生理功能發生改變。(2)從亞顯微結構水平上分析:細胞器的數目及細胞質基質成分和功能發生改變。(3)從分子水平上分析。①蛋白質角度:蛋白質的種類、數量、功能發生改變。②基因角度:基因選擇性表達,即遺傳信息的表達情況不同,這是細胞分化的根本原因。(4)細胞數目和細胞內的遺傳物質不因細胞分化而改變。3.實質各種細胞具有完全相同的遺傳物質,但不同的細胞中遺傳信息的表達情況不同(基因的選擇性表達),如下圖所示。4.特點(1)持久性、穩定性:細胞分化是一種持久性的變化,一般來說,分化的細胞將一直保持分化后的狀態,直到死亡。(2)遺傳物質不改變:細胞分化不改變細胞的遺傳物質。(3)普遍性:細胞分化是生物界普遍存在的生命現象。5.細胞分裂與細胞分化的區別和聯系

比較項目細胞分裂細胞分化區別時間從受精卵開始。有些細胞終生保持分裂能力,有的發育到一定時期停止整個生命歷程中,胚胎時期達到最大限度特點①局部性(有的不分裂);②周期性①持久性;②穩定性(不可逆性);③普遍性;④遺傳物質不改變比較項目細胞分裂細胞分化區別結果增加細胞數目增加細胞種類意義在細胞的親代和子代之間保持了遺傳的穩定性是生物個體發育的基礎,使多細胞生物體中的細胞趨向專門化,有利于提高生物體各種生理功能的效率聯系

知識拓展管家基因和奢侈基因(1)管家基因:所有細胞均表達的一類基因,如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。(2)奢侈基因:不同類型的細胞特定表達的一類基因,其產物賦予不同細胞特定的生理功能,如血紅蛋白基因、胰島素基因等。典例剖析【例1】有人取同種生物的不同細胞,檢測其基因表達,結果如下圖所示。下列分析錯誤的是(

)A.若基因1~8中有一個是控制合成細胞呼吸酶的基因,則最可能是基因2B.不同的細胞功能越相近,表達的相同基因越多C.功能最為近似和差異最大的細胞分別是1與6、5與7D.細胞分化使不同細胞中的蛋白質完全不同,導致細胞的形態和功能各不相同

D解析:細胞分化使不同細胞中的蛋白質不完全相同。學以致用1.人胰島細胞能合成胰島素,但不能合成血紅蛋白,胰島細胞(

)A.只有胰島素基因B.既有胰島素基因,也有血紅蛋白基因和其他基因C.比人的受精卵基因要少D.有胰島素基因和其他基因,但沒有血紅蛋白基因答案:B解析:胰島細胞既有胰島素基因,也有血紅蛋白基因和其他基因,基因的選擇性表達使其能合成胰島素,不能合成血紅蛋白。二

細胞的全能性問題探究下圖是克隆羊的培育過程。請分析并回答下列問題。(1)如果直接用B羊的乳腺細胞進行培養,能不能形成完整的個體?與植物細胞相比,有什么不同?提示:不能形成完整的個體。與植物細胞相比,高度分化的動物體細胞的全能性受到限制,但是其細胞核仍具有全能性。(2)得到的克隆羊的性別等絕大部分的性狀應該與哪只羊相同?提示:得到的克隆羊的絕大部分性狀與B羊相同。(3)為什么已經分化的乳腺細胞的細胞核具有全能性?提示:已經分化的乳腺細胞的細胞核中含有該羊幾乎全部的遺傳物質(少數遺傳物質存在于線粒體的DNA中)。歸納總結1.細胞具有全能性的物質基礎細胞中有發育成生物體或其他各種細胞所需要的全套遺傳信息。2.細胞具有全能性的原因體細胞一般都是由受精卵通過有絲分裂增殖而來的,一般已分化的細胞都有一套和受精卵相同的染色體,攜帶有相同的DNA分子。因此,已分化的細胞仍具有產生完整個體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。3.細胞全能性的表達(1)細胞全能性表達的條件:①離體狀態。②需要適宜的水分、無機鹽、有機營養和激素等。③適宜的溫度等外界條件。(2)不同細胞全能性的大小:①植物細胞的全能性易于表達,動物細胞的全能性受到極大限制,但動物細胞的細胞核的全能性仍可以表達。②同種生物不同細胞全能性的大小:受精卵>生殖細胞>體細胞。③隨著細胞分化程度的不斷提高,細胞全能性逐漸變低。④與細胞的分裂能力呈正相關,即分裂能力越強,全能性越高。4.細胞分化與細胞全能性的比較

比較項目細胞分化細胞全能性原因不同細胞中的遺傳信息的表達情況不同含有本物種的全套遺傳物質結果形成形態、結構、生理功能不同的細胞形成新的個體或分化成其他各種細胞關系①兩者發生過程中遺傳物質都不發生改變②一般情況下,細胞分化程度越高,全能性越低典例剖析【例2】

下列有關細胞全能性的說法,錯誤的是(

)A.植物組織培養的成功表明高度分化的植物細胞具有全能性B.動物克隆的成功表明高度分化的動物細胞具有全能性C.細胞具有全能性是因為細胞中具有該生物的全套遺傳物質D.全能性的大小為受精卵>生殖細胞,植物體細胞>動物體細胞B解析:動物克隆的成功表明高度分化的動物細胞的細胞核具有全能性。學以致用2.下列有關細胞全能性的敘述,正確的是(

)A.植物體只有體細胞才具有發育成完整個體所必需的全套基因B.高度分化的植物細胞只有處于離體狀態時才有可能表現出全能性C.植物體內某些體細胞沒有表現出全能性,其原因是所含基因發生了改變D.將紫色糯性玉米種子培育成植株,這體現了植物細胞的全能性B解析:細胞具有全能性的原因是細胞具有發育成完整個體所必需的全套基因,而配子也具有這樣的全套基因,同樣具有全能性,A項錯誤。細胞表達全能性的前提是處于離體狀態,B項正確。植物體內細胞沒有表現出全能性是細胞內基因選擇性表達的結果,C項錯誤。種子發育成植株是個體正常發育的過程,不能體現細胞的全能性,D項錯誤。1.下列關于細胞分裂和分化的敘述,錯誤的是(

)A.細胞分裂產生的新細胞都可以繼續進行分裂B.已分化的細胞內蛋白質的種類和數量往往不完全相同C.發生分化后的細胞遺傳物質不變

D.細胞分化前后細胞數目不變答案:A解析:細胞分裂產生的新細胞,有的可以繼續進行分裂,有的不能再進行分裂。2.由細胞形態判斷,下列細胞中最可能具有細胞周期的是(

)答案:B解析:由題圖可知,A是精子,是成熟的生殖細胞;C是肌細胞,D是神經細胞,它們是高度分化的細胞,三者皆喪失了分裂能力。而B所示細胞從形態上看,仍處于原始狀態,最可能具有細胞周期。3.下圖為人體某早期胚胎細胞所經歷的生長發育階段示意圖,圖中甲、乙、丙、丁、戊為各個時期的細胞,a、b表示細胞所進行的生理過程。下列敘述正確的是(

)①a過程是有絲分裂,b過程是細胞分化②乙和丙的染色體組成不同③丁與戊因遺傳物質不同而發生分化④甲、乙、戊中的蛋白質不完全相同A.②③④

B.①②

C.①④

D.③④答案:C解析:由題圖可知