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第二节 细胞分化（课时1）
【学习目标】
1.通过比较不同细胞在形态、结构和功能方面发生的特异性变化，归纳细胞分化的概念及特点。
2.通过分析不同细胞的遗传物质及蛋白质特点，阐明细胞分化是基因选择性表达的结果。
3.在理解细胞分化的基础上，形成生命活动是内外因素综合作用下发生的复杂过程的观念，并在此观念下对生命现象进行全面和综合的分析。
【课前学习】
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____________和生理功能上发生_______差异的过程，叫作细胞分化。
2.特点
（1）细胞分化是一种_______的变化，一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
（2）细胞分化是生物界_______的生命现象。
（3）分化后的细胞内遗传物质____________。
3.原因
细胞中的______________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_______情况不同。
4.意义
（1）是生物________的基础。
（2）使多细胞生物体中的细胞趋向________，有利于提高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___________或分化成___________的潜能和特性。
2.基础：细胞中含有发育成完整生物体所需要的__________。
3.植物细胞的全能性：
植物组织培养：胡萝卜韧皮部细胞→放入特定__________→形成________→分化出根、茎、和叶→长成植株。
4.动物细胞核的全能性
（1）非洲爪蟾的核移植实验：将肠上皮细胞的_______移植到去核的________中，结果获得了新个体。
（2）体细胞克隆猴“中中”“华华”的培育及克隆羊“多莉”的培育:将体细胞移植到去核的_______中。
参考答案：一、1. 形态、结构 稳定性 2.（1）持久性 （2）普遍存在 （3）不发生改变 3. 基因选择性表达 表达 4.（1）个体发育 （2）专门化
二、1.完整有机体 其他各种细胞 2.全部遗传信息 3.培养基 细胞团块 4.（1）核 卵细胞 （2）卵细胞
【合作探究】
活动一：分子水平分析细胞分化，总结细胞分化的实质
细胞总DNA 蛋白质
卵清蛋白基因 β-珠蛋白基因 胰岛素基因 卵清蛋白 β-珠蛋白 胰岛素
输卵管细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛B细胞 + + + - - +
1．分析讨论：三种细胞的DNA相同吗？蛋白质相同吗？为什么？
2．四种颜色的卡片：四种基因（卵清蛋白基因、β-珠蛋白基因、胰岛素基因和微管蛋白基因）
（1）模拟表示分化成输卵管细胞时基因的开启或关闭情况
（2）模拟表示分化成红细胞时基因的开启或关闭情况
（3）模拟表示分化成胰岛B细胞时基因的开启或关闭情况
活动二：比较细胞分裂与细胞分化
列表比较细胞分裂和细胞分化
比较项 细胞分裂 细胞分化
细胞数量
细胞形态、结构
遗传物质种类
蛋白质种类
联系
【课后练习】
一、单选题
1．下列四种细胞中，不是由造血干细胞分化产生的是（　　）
A．红细胞 B．血小板 C．白细胞 D．心肌细胞
2．人体红细胞和白细胞都由造血干细胞增殖、分化而来，红细胞和白细胞结构和功能不同的根本原因是（　　）
A．细胞的衰老 B．遗传物质发生改变
C．染色体变异 D．基因的选择性表达
3．下列细胞中，能再恢复到原来分化前状态的是（　　）
A．种皮细胞 B．神经细胞
C．人体表皮细胞 D．以上三种都不能
4．一种细胞增殖产生的后代，在形态结构和功能上发生稳定性差异的过程称为（　　）
A．细胞分化 B．胚胎发育
C．细胞凋亡 D．细胞衰老
5．MyoD基因是一个控制肌细胞发育的主导基因，其表达产物MyoD蛋白可以调控其他与肌肉发育相关基因的转录，还能促进MyoD基因的表达，最终使前体细胞分化为肌细胞。下列叙述错误的是（　　）
A．前体细胞分化为肌细胞的过程一般不可逆
B．与肌细胞相比，前体细胞的分化程度更低
C．含有MyoD基因的细胞只能分化为肌细胞
D．肌细胞中控制胰岛素合成的基因处于关闭状态
6．细胞分化过程中，一般不发生改变的是（ ）
A．蛋白质种类 B．遗传物质 C．细胞的功能 D．基因表达的数目
7．下图是淋巴细胞的发生历程，主要体现了（　　）
A．细胞分裂 B．细胞生长 C．细胞分化 D．细胞融合
8．虎文鱼生长周期为16—28小时，从卵长成鱼的过程中发生了 （ ）
A．仅有细胞分化 B．既有细胞分裂，也有细胞分化
C．仅有细胞分裂 D．无细胞分裂，无细胞分化
9．下列各项中，能描述图中所示细胞变化过程的是（ ）
A．细胞融合 B．细胞生长 C．细胞分裂 D．细胞分化
10．人体红细胞和白细胞都由造血干细胞增殖分化而来，但是红细胞和白细胞的结构与功能不同，其根本原因是（ ）
A．DNA不同 B．蛋白质不同
C．基因突变 D．mRNA不同
二、非选择题
11．如图所示为植物细胞的生命历程中的部分现象。据图回答以下问题：
（1）①→②、①→④的过程叫作_____。
（2）①→③的过程叫作_____。③→⑤的过程叫作_____。图示全过程中，细胞的_____都没有变。
（3）组成②③④的细胞，在细胞的_____、_____、_____上有所不同，因此它们属于不同的_____。
（4）科学家在人早期胚胎中发现了干细胞，它能在体外形成不同组织或器官。这些干细胞是在一定条件下通过细胞有丝分裂和_____形成不同的组织或器官的。除了胚胎外，在脐带血、骨髓、脑组织中也发现了干细胞，有希望通过进一步的研究用于患者的组织修复或器官移植。但在进行器官移植时，如果患者细胞表面的蛋白质类物质与移植器官的不相同，则会引起排斥反应，所以最好选用_____（填“患者本人”“父母”“子女”或“配偶”）的干细胞培育的器官。
参考答案
1．D 人体骨髓中的许多造血干细胞，可以不断增殖分化，产生红细胞、白细胞和血小板。造血干细胞在骨髓中可以分化为T细胞和B细胞 ，T细胞是造血干细胞在胸腺中分化而来（不是合成）；B细胞是造血干细胞在骨髓中分化而来。故造血干细胞可分化产生ABC。
2．D 人体红细胞和白细胞都由造血干细胞增殖、分化而来，红细胞和白细胞结构功能不同的根本原因是细胞内基因的选择性表达，导致其在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异，D符合题意。
3．D 细胞分化具有不可逆，种皮细胞、神经细胞和人体表皮细胞都是高度分化的细胞，在正常情况下都不能再恢复到未分化前状态，D符合题意。
4．A 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叫做细胞分化，即A正确。
5．C 一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。前体细胞分化为肌细胞的过程一般不可逆，A正确；肌细胞是由前体细胞分化来的，前体细胞的分化程度更低，B正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，所有细胞都含有MyoD基因，含有MyoD基因的细胞可以分化为其他细胞，只是可能在其他细胞中不表达，C错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，控制胰岛素合成的基因只在胰岛B细胞内表达，在肌细胞中处于关闭状态，D正确。
6．B 细胞分化过程中，遗传物质不发生改变，只是在不同时间和空间遗传物质进行选择性的表达，进而造成蛋白质种类有变化，A错误；细胞分化过程中，遗传物质不发生改变，B正确；细胞分化使细胞功能趋向于专门化，C错误；细胞分化过程实质是遗传物质在不同时间和空间进行选择性的表达，故表达数目也会发生变化，D错误。
7．C 分析可知，题图所示为胚胎干细胞转化为造血干细胞，再由造血干细胞转化为淋巴细胞的过程，在该过程中，细胞的形态、结构和功能发生了变化，形成了新的组织细胞，是细胞分化过程，因此，ABD错误，C正确。
8．B 多细胞生物从受精卵开始，要经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体，故虎文鱼从卵长成鱼的过程中既有细胞分裂，也有细胞分化，B正确。
9．D 分析题图：该图为细胞的形态、功能发生改变的过程，为细胞的分化过程，D正确。
10．D 细胞分化是基因选择性表达的结果，但是细胞的遗传物质不变，即两个细胞的DNA相同，A错误；红细胞和白细胞中蛋白质不同，这是两种细胞的结构与功能不同的直接原因，B错误；细胞分化过程中基因没有发生突变，C错误；红细胞和白细胞的结构与功能不同，这是由于基因的选择性表达，mRNA不同，D正确。
11．【答案】细胞分化 细胞分裂 细胞的生长 遗传物质 形态 结构 生理功能 组织 分化 患者本人
【解析】（1）分析题图可知，①→②、①→④过程起源相同的细胞在形态、结构上发生了差异，该过程是细胞分化。（2）①→③的过程，细胞数量增多，是细胞分裂过程，③→⑤的过程，细胞的体积增大，是细胞生长过程。细胞分裂、生长和分化过程中，细胞中的遗传物质没有发生改变。（3）分析题图可知，②③④的细胞形态、结构、生理功能不同，它们属于不同的组织。（4）干细胞通过细胞有丝分裂和分化形成不同的组织或器官。选用患者本人的干细胞培育的器官进行移植不会引起排斥反应。第二节 细胞分化(课时2）
【学习目标】
1.举例说明细胞的全能性在植物组织培养和动物克隆等方面的应用。
2.说出干细胞的特点，关注干细胞在医学上的应用。
3.运用辩证分析的手段，提出技术发展有利于解决人类社会中的一些问题，但也会随之产生新的挑战的观点，形成正确利用技术服务社会的意识。
【课前学习】
干细胞
（1）特点：动物和人体内，数量_____；具有分裂和_______能力。
（2）举例：人的骨髓中有许多造血干细胞能通过增殖和分化，不断产生_______、白细胞和血小板。
答案：（1）少 分化 （2）红细胞
【课上学习】
任务一：分析植物组织培养技术，总结细胞全能性的概念，分析细胞全能性的原因。
思考：
胡萝卜韧皮部细胞是不是已分化的细胞？
2．韧皮部细胞如何才能再度分裂和分化？
3．胡萝卜的组织培养过程需要哪些条件？
4．换成胡萝卜其他部位的细胞，该实验能否成功？
5．植物组织培养技术有哪些特点？
任务二：
分析动物的克隆技术，总结动物细胞全能性的特点。
思考：
动物的克隆技术说明了什么？有何实践意义？
任务三：
结合自己所查阅的资料，讨论分析干细胞的特点及应用
任务四：
本节内容进行小结。
【课后练习】
一、单选题
1．如图为人体早期胚胎细胞所经历的生长发育过程示意图，其中甲乙丙丁戊表示细胞，a和b表示生理过程。下列表述正确的是（ ）
A．过程a和b表示的生理过程相同
B．细胞丙和戊的蛋白质组成相同
C．过程a和b中基因表达的状况相同
D．细胞丁与戊的遗传物质组成相同
2．“渐冻症”是一种慢性、进行性神经系统病变，患者因肌肉逐渐不能动弹，就像被冻住了一样而得名。研究表明，利用诱导多功能干细胞（IPS细胞）制作前驱细胞，然后移植给渐冻症实验鼠，能有效缓解其症状。下列相关描述正确的是（ ）
A．IPS细胞能分裂形成多种细胞，体现了细胞的全能性
B．IPS细胞分化成不同细胞的过程中发生了基因碱基序列的改变
C．IPS细胞与其分化成的子细胞中所含蛋白质的种类不完全相同
D．IPS细胞的全能性低于其分化出的子细胞
3．下列最容易表达细胞全能性的是（ ）
A．变形虫 B．噬菌体 C．棉花的愈伤组织 D．大熊猫的成熟红细胞
4．如图为动物细胞发生一系列变化的示意图，相关叙述错误的是（ ）
A．过程①表示细胞的生长，细胞能从周围环境中吸收营养物质而持续生长
B．过程②、③表示细胞分裂，结果是使细胞的数量增加
C．过程④的结果是形成了不同的组织
D．细胞分裂过程中，染色体会进行复制
5．人的骨髓中的造血干细胞可通过增殖和分化产生各种血细胞，并补充到血液中，产生这一现象的根本原因是（　　）
A．造血干细胞属于干细胞的一种，具有旺盛的分裂能力
B．造血干细胞还未进行细胞分化，具有细胞全能性
C．造血干细胞能合成不同血细胞中的相关蛋白质
D．造血干细胞中的基因发生了选择性表达
6．中风，也叫脑卒中，起因一般是由脑部血液循环障碍导致局部神经结构损伤、功能缺失，一般发病快，病死率高。近期，科研人员运用神经干细胞进行脑内移植治疗缺血性中风取得了一定的进展，中风患者局部神经结构损伤、功能缺失得到了一定程度的修复和重建。下列叙述错误的是（　　）
A．神经干细胞与神经细胞形态、结构、功能不同的根本原因是基因的选择性表达
B．神经干细胞在参与损伤部位修复过程中发生了细胞分裂、分化等过程
C．脑部血液循环障碍导致局部神经细胞死亡属于细胞坏死
D．神经干细胞是未经分化的细胞，具有全能性
7．如图所示不同细胞间的转化过程主要是（　　）
A．细胞分化 B．细胞生长
C．细胞分裂 D．细胞融合
8．科学家利用植物组织培养技术将胡萝卜韧皮部细胞培育成新植株。下列错误的是（ ）
A．新植株的形成与细胞的分裂和分化密切相关
B．该实验的结果说明胡萝卜韧皮部细胞具有全能性
C．新植株的培育过程中没有细胞的衰老
D．细胞分化程度越高，细胞的全能性越低
9．下列有关植物细胞全能性的说法，正确的是（ ）
A．配子不能表现出全能性的原因是它所含的基因比体细胞减少一半
B．高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．动物细胞的全能性是进行造血干细胞培养的理论基础之一
D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性
10．不同细胞的全能性高低不同，下列有关细胞全能性大小的比较，正确的是（ ）
A．细胞分裂能力越弱，细胞全能性越高 B．分化程度越高，全能性越高
C．动物细胞的全能性高于植物细胞 D．衰老细胞的全能性低于幼嫩细胞
二、非选择题
11．如图是1958年美国科学家斯图尔德以一小块胡萝卜韧皮部的一些细胞为材料培育出能开花结果的胡萝卜植株的简要流程图。请回答下列问题：
（1）上述培养过程说明，植物细胞具有________。
（2）图中开花的胡萝卜植株的韧皮部细胞和叶肉细胞在形态、结构、功能上存在差异的根本原因是____________________。
（3）早在19世纪，魏斯曼提出“体细胞分化是由于遗传物质的丢失”的假说以解释细胞分化的原因，斯图尔德的实验结果是否支持魏斯曼的假说？________（填“是”或“否”）。原因是__________________________________________________。
参考答案
1．D a过程是有丝分裂，增加细胞数量，b过程是细胞分化，增加细胞种类，过程a和b表示的生理过程不相同，A错误；细胞丙通过细胞分化形成戊，由于基因的选择性表达，细胞丙和戊的蛋白质组成不完全相同，B错误；a过程是有丝分裂，b过程是细胞分化，过程a和b中基因表达的状况不完全相同，C错误；丁与戊都是由同一个受精卵分裂和分化形成的，遗传物质相同，D正确。
2．C IPS细胞能分裂形成多种细胞，但该过程没有形成完整个体，因此并没有体现IPS细胞的全能性，A错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，使得细胞内的mRNA和蛋白质改变，但基因碱基序列不变，B错误；IPS细胞与其分化成的子细胞中所含有的DNA相同，由于基因的选择性表达，mRNA和蛋白质的种类不完全相同，C正确；IPS细胞比其分化出的子细胞分化程度低，因此全能性高于其分化出的子细胞，D错误。
3．C 变形虫属于单细胞生物，不容易表现出全能性，A错误；噬菌体属于病毒，不具有细胞的全能性，B错误；棉花的愈伤组织是脱分化而成的产物，细胞的全能性较高，C正确；大熊猫的成熟红细胞属于高度分化的细胞，全能性较低，D错误。
4．A 过程①表示细胞的生长，但受到核质比的限制，细胞不会持续生长，A错误；过程②、③表示细胞分裂，结果是使细胞的数量增加，B正确；过程④是细胞分化，是由一个或一种细胞增值产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，细胞种类增加，C正确；细胞分裂过程中，有丝分裂间期染色体随着DNA的复制而复制，但是数目不增加，出现姐妹染色单体，D正确。
5．D 造血干细胞属于干细胞的一种，具有旺盛的分裂能力，但这不属于产生题述现象的根本原因，A错误；造血干细胞已经发生了细胞分化，B错误；由于基因的选择性表达，造血干细胞不能合成不同血细胞中的相关蛋白质，C错误；造血干细胞可通过增殖和分化产生各种血细胞的根本原因是造血干细胞中的基因发生了选择性表达，D正确。
6．D 神经干细胞与神经细胞是由同一个受精卵发育而来的，其形态、结构、功能不同的根本原因是基因的选择性表达，A正确；神经干细胞经受刺激后可分化为特定的细胞、组织、器官，发生了细胞分裂、分化、衰老等过程，B正确；细胞坏死是在种种不利因素的影响下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。脑部血液循环障碍导致局部神经细胞死亡是一种由病理性刺激引起的死亡，属于细胞坏死，C正确；神经干细胞与受精卵、早期胚胎细胞相比，发生了轻度的分化，D错误。
7．A 图示为全能干细胞经一系列分化形成了红细胞，经过图示变化过程后，细胞的形态、结构和生理功能发生了稳定性差异，这种变化过程称为细胞分化，A正确；细胞生长是细胞体积有适度长大，其结构不会明显变化，B错误；细胞分裂，细胞数目会增加，而图示细胞数量没有变化，C错误；细胞融合是指两个或多个细胞融合为一个细胞的过程，而图示是一个细胞变为一个细胞，D错误。
8．C 细胞分裂使细胞数目增多，细胞分化使细胞种类增多，植物的生长发育离不开细胞的分裂和分化，A正确；细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能，该实验的结果说明胡萝卜韧皮部细胞具有全能性，B正确；个体发育的各个阶段都有细胞的衰老和更新，新植株的培育过程中有细胞的衰老，C错误；一般来说，分化程度越高的细胞全能性越低，D正确。
9．B 体细胞和配子都含有发育成完整个体所必需的全部基因，A错误；细胞全能性表现的前提条件是离体，B正确；造血干细胞培养的理论基础是细胞增殖，C错误；玉米种子是合子，是有性生殖经过受精作用形成的，不能体现细胞的全能性，D错误。
10．D 一般而言，细胞的分裂能力越弱，分化程度越高，细胞的全能性越低，AB错误；植物细胞的全能性高于动物细胞，C错误；衰老细胞的全能性低于幼嫩细胞，D正确。
故选D。
11．【答案】（1）全能性（2）基因的选择性表达（3） 否 高度分化的植物细胞中的遗传物质并没有丢失，仍然有发育成完整植株的能力
【解析】植物组织培养过程是：离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，然后再分化生成根、芽，最终形成植物体。植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性。
细胞的全能性是指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。（1）根据题意可知，此实验是将胡萝卜韧皮部的一些细胞培育出开花的胡萝卜植株，体现了植物细胞的全能性。（2）图中开花的胡萝卜植株韧皮部细胞和叶肉细胞在形态、结构和功能上存在差异是细胞分化的结果，细胞分化的本质是基因的选择性表达。（3）根据题意分析可知，斯图尔德利用植物组织培养技术得到了完整的胡萝卜植株，显然并没有发生遗传物质的丢失，因此该实验不支持魏斯曼的假说，因为高度分化的植物细胞经过脱分化和再分化过程获得了完整的植株，即高度分化的细胞仍然有发育成完整植株的能力。

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