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第2节　细胞的分化
目标素养
1.运用进化的观点学习细胞的分化和细胞的全能性,形成多细胞生物由细胞分化形成的生命观念。
2.了解干细胞的分类和应用,关注人类健康,培养社会责任意识。
知识概览
一、细胞分化
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)细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。
3.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。
4.实质
细胞分化是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。
微思考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。
微判断1基于细胞分化及其意义,判断下列表述是否正确。
1.细胞分化使细胞趋向专门化,提高了机体生理功能的效率。( )
2.同一个体不同分化细胞的遗传信息一般相同。( )
3.同一个体骨髓干细胞与胰岛细胞的遗传信息不同,遗传信息的执行情况也不同。( )
√
√
×
4.同一植物体的叶肉细胞和储藏细胞来自一群彼此相似的早期胚细胞。( )
5.细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。( )
√
√
微训练1
1.细胞分化的实质是(　　)
A.基因组的改变
B.基因的选择性表达
C.细胞器数量和种类的变化
D.细胞亚显微结构的变化
答案:B
2.细胞分化过程中,一般不会出现的是(　　)
A.细胞表面结构的改变
B.细胞器种类和数量的改变
C.蛋白质种类和数量的改变
D.细胞核中遗传物质的改变
答案:D
解析:细胞分化的过程即基因选择性表达的过程,细胞核中的遗传物质并未发生改变。
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.植物细胞的全能性
(1)植物组织培养:胡萝卜韧皮部细胞→放入特定培养基→形成细胞团块→分化出根、茎和叶 新的植株。
(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。
3.动物细胞核的全能性
(1)非洲爪蟾的核移植实验:将非洲爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中,结果获得了新的个体。
(2)克隆羊“多莉”的培育:将乳腺细胞移植到去核的卵细胞中。
(3)结论:已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。
4.干细胞
(1)特点:
①具有分裂和分化能力。
②在动物和人体内,数量很少。
(2)举例:人骨髓中的许多造血干细胞能够通过增殖和分化,不断产生红细胞、白细胞和血小板,补充到血液中去。
微判断2基于对细胞的全能性的认识,判断下列表述是否正确。
1.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性。( )
2.壁虎断尾后重新长出尾巴体现了细胞的全能性。( )
3.细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能。( )
4.受精卵能在自然状态下发育成个体,因此其全能性最高。( )
×
×
×
√
微训练2
1.下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
答案:D
解析:由题图可知,全能干细胞经过一系列过程形成了红细胞,细胞在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异,属于细胞分化。
2.植物细胞表现出全能性的必要条件是(　　)
A.给予适宜的营养和外界条件
B.导入其他植物细胞的基因
C.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件
D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
答案:C
解析:离体的植物细胞、组织、器官,在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下,就可以表现出全能性,发育成完整的植株。
一 细胞分化
重难归纳
1.细胞分化过程图解
2.对细胞分化过程的理解
(1)从细胞水平上分析:细胞的形态、结构和生理功能发生改变。
(2)从亚显微结构水平上分析:细胞器的数目及细胞质基质成分和功能发生改变。
(3)从分子水平上分析:
①蛋白质角度:蛋白质的种类、数量、功能发生改变。
②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。
3.实质
各种细胞具有完全相同的遗传物质,但不同的细胞中遗传信息的执行情况不同(基因的选择性表达),如下图所示。
4.特点
(1)持久性:细胞分化是一种持久性的变化,即细胞分化贯穿于生物体的整个生命过程中,且在胚胎时期达到最大限度。
(2)稳定性:一般来说,分化的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。
(3)不可逆性:已分化的细胞一般不能再回到分化前的状态。
(4)普遍性:细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。
5.细胞分裂、细胞分化与个体发育的关系
个体发育是细胞分裂、分化的结果。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,其中,细胞分化是生物个体发育的主要过程。
已知细胞中的管家基因所
控制合成的基因产物是维持
细胞基本生命活动所必需的,
而奢侈基因所控制合成的基
因产物可赋予不同细胞特异
性的生理功能。下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态,请思考并回答下列问题。
(1)上述基因中属于管家基因和奢侈基因的分别有哪些
提示:a是管家基因;b、c、d是奢侈基因。
(2)在细胞分化过程中哪些发生了改变 哪些没有发生改变 请举例说明细胞分化中的“变”与“不变”。
提示:细胞分化过程中由于基因的选择性表达,蛋白质的种类以及细胞的形态、结构和功能发生了改变,但细胞的数目和核内的遗传物质没有发生改变。
典例剖析
有人取同种生物的不同细胞,检测其基因表达,
结果如下图所示。下列分析错误的是(　　)
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.不同的细胞功能越相近,表达的相同基因越多
C.功能最为近似和差异最大的细胞分别是1与6、5与7
D.细胞分化使不同细胞中的蛋白质完全不同,导致细胞的形态和功能各不相同
答案:D
解析:细胞分化使不同细胞中的蛋白质不完全相同。
学以致用
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
答案:C
解析: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限度。
二 细胞的全能性
重难归纳
1.细胞具有全能性的物质基础
细胞中有发育成生物体或其他各种细胞所需要的全套遗传信息。
2.细胞具有全能性的原因
体细胞一般都是由受精卵通过有丝分裂增殖而来的,一般已分化的细胞都有一套和受精卵相同的染色体,携带有相同的DNA分子。因此,已分化的细胞仍具有产生完整个体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
3.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)不同细胞全能性的大小:
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,但动物细胞核的全能性仍可以表达。
②同种生物不同细胞全能性的大小: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。
4.细胞分化与细胞全能性的关系
下图是克隆羊的培育过程。请分析并回答下列问题。
(1)如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养,能不能形成完整的个体 与植物细胞相比,有什么不同
提示:不能形成完整的个体。与植物细胞相比,动物高度分化的体细胞的全能性受到限制,但是其细胞核仍具有全能性。
(2)得到的克隆羊的性别等绝大部分的性状应该与哪只羊相同
提示:得到的克隆羊的绝大部分性状与B羊相同。
典例剖析
下列有关细胞全能性的说法,错误的是(　　)
A.植物组织培养的成功表明高度分化的植物细胞具有全能性
B.动物克隆的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细胞中具有该生物的全套遗传物质
D.全能性的大小为受精卵>生殖细胞,植物体细胞>动物体细胞
答案:B
解析:动物克隆的成功表明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性。
学以致用
下列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.将紫色糯性玉米种子培育成植株,这体现了植物细胞的全能性
答案:B
解析: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,A项错误。细胞表达全能性的前提是处于离体状态,B项正确。植物体内细胞没有表现出全能性是细胞内基因选择性表达的结果,C项错误。种子中的胚是由受精卵发育而成的,因此种子发育成植株是个体正常发育的过程,不能体现细胞的全能性,D项错误。
1.下列关于细胞分裂和分化的叙述,错误的是(　　)
A.细胞分裂产生的新细胞都可以继续进行分裂
B.已分化的细胞内蛋白质的种类和数量往往不完全相同
C.发生分化后的细胞一般不能进行细胞分裂
D.细胞分化前后细胞数目不变
答案:A
解析:细胞分裂产生的新细胞,有的可以继续进行分裂,有的不能再进行分裂。
2.由细胞形态判断,下列细胞中最可能具有细胞周期的是(　　)
答案:B
解析:由题图可知,A是精子,C是肌细胞,D是神经细胞,它们均是已分化的细胞,丧失了分裂能力。而B所示细胞从形态上看,仍处于原始状态,没有分化,最可能具有细胞周期。
3.下图表示某生物体细胞发生的一系列变化过程。下列有关分析正确的是(　　)
A.过程①表示细胞生长
B.过程②表示细胞分化
C.过程③表示细胞分裂
D.过程②染色体数目会减半
答案:A
解析:过程①表示细胞体积由小到大,为细胞生长,A项正确。过程②表示细胞一分为二,细胞数目增加,为细胞分裂,B项错误。过程③表示细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异,为细胞分化,C项错误。体细胞分裂的方式为有丝分裂,子细胞和母细胞染色体数目一致,D项错误。
4.下列能说明某细胞已经发生分化的是(　　)
A.进行ATP的合成 B.进行酶的合成
C.存在血红蛋白 D.存在纤维蛋白原基因
答案:C
解析:特异性蛋白合成的实质是基因的选择性表达,因此,看某细胞是否发生分化,关键看细胞的特异性蛋白是否合成。血红蛋白是红细胞的特异性蛋白。纤维蛋白原基因在各细胞中普遍存在,不能作为细胞分化的依据。
5.构成人体的细胞,根据其形态、结构和生理功能上的差异,分为600多种不同的类型,这是(　　)
A.细胞分裂的结果
B.细胞生长的结果
C.细胞分化的结果
D.细胞内的遗传物质发生变化的结果
答案:C
解析:细胞分裂能增加细胞的数目,不会使细胞的种类增多,A项不符合题意。细胞生长能使细胞体积增大,不会使细胞的种类增多,B项不符合题意。细胞分化能使细胞种类增多,C项符合题意。同一人体的所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂产生的,含有相同的遗传物质,D项不符合题意。
6.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列关于右图相关的叙述,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过程中细胞中遗传信息的表达
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
答案:D
解析:a过程表示细胞增殖,实现了细胞的自我更新,A项正确。b、c过程表示细胞分化,形成不同种类的细胞,行使特定的功能,B项正确。细胞分化的实质是基因的选择性表达,使得遗传信息的表达情况不同,但遗传物质不会发生改变,C项正确。b过程形成的细胞先形成组织,再由组织构成器官,可供器官移植使用,D项错误。
7.下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)图中A表示　　　　　　过程,B表示　　　　　过程。
(2)图中b、c、d、e具有相同的　　　　　　　　　　　。
(3)图中,若e能合成血红蛋白,则b、c、d都　　　　(填“不能”或“能”)合成血红蛋白,其主要原因是　　　　　　　　　。
(4)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。
(5)图中的a、b、c、d、e这五个细胞相比,细胞的全能性最大的是　　　。
答案:(1)细胞增殖(细胞的分裂)　细胞分化　(2)遗传信息或染色体数　(3)不能　控制合成血红蛋白的基因处于关闭状态　(4)细胞的全能　(5)a
解析:(1)题图中A、B分别表示细胞数目增多和细胞形态改变,说明分别是细胞增殖和细胞分化过程。(2)题图中b、c、d、e细胞都是由a细胞分裂、分化而来的,所以遗传信息相同。(3)不同细胞功能不同的内因是基因的选择性表达,血红蛋白基因只在红细胞中表达,在其他细胞中控制合成血红蛋白的基因处于关闭状态。因此,若e能合成血红蛋白,则b、c、d都不能合成血红蛋白。(4)植物细胞能在体外条件下培养成一个植物体,说明植物细胞具有细胞的全能性。(5)在细胞分裂、分化的过程中,细胞的全能性逐渐降低,故题图中的a、b、c、d、e这五个细胞相比,细胞的全能性最大的是a。

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