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第2节细胞的分化
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
特点
解释
持久性
发生在生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度
相对稳定性（不可逆性）
一般来说，分化了的细胞，不会再演变成原始的细胞，将一直保持分化后的状态，直到死亡
遗传物质不变性
分化后的细胞内遗传物质不发生改变
普遍性
在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础
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.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。
5.细胞分化与细胞分裂的区别和联系
项目
细胞分裂
细胞分化
结果
细胞数目增多
细胞种类增多
意义
保持了亲代和子代之间遗传性状的稳定性
是生物个体发育的基础
联系
细胞分裂是细胞分化的基础。细胞的分裂与分化往往是相伴相随的，随着细胞分化程度的进行，细胞的分裂能力逐渐下降
归纳总结细胞分化的实质：基因的选择性表达
（1）从起源上看，甲、乙两种细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂增殖而来的，根据有丝分裂的特征，染色体经复制后平均分配到两个子细胞中，所以甲、乙中遗传信息是一样的。
（2）从发育过程上看，不同细胞中遗传信息的执行情况不同，于是就产生了与不同细胞功能相适应的蛋白质。
（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）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（）
（4）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（）
答案（1）√（2）√（3）√（4）×
二、细胞的全能性
1.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）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→形成细胞团块根、茎、叶→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：将肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新个体。
②克隆羊多利的培育：将乳腺细胞的核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仍具有全能性。
特别提醒（1）全能性表达的标志：细胞形成了完整的个体。
（2）不同细胞全能性比较
①受精卵（全能性最高）》生殖细胞（具有较高的全能性）》干细胞》体细胞（全能性较低）。
②未分化或分化程度低的细胞》分化程度高的体细胞。
③植物细胞的全能性大于动物细胞的全能性。
（3）细胞全能性与细胞的分裂能力呈正相关，即分裂能力越强，全能性越大。
2.干细胞
（1）特点
①具有分裂和分化的能力。
②在动物和人体内，数量很少。
（2）举例：人骨髓中的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。
（1）玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性（）
（2）干细胞是指动物和人体内无分裂、有分化能力的细胞（）
（3）精子、卵细胞只含有生物体细胞内一半的遗传物质，所以没有全能性（）
（4）动物体内所有的干细胞经培养后都能发育为一个成熟的个体（）
答案（1）×（2）×（3）×（4）×
1.下图是胡萝卜的组织培养过程，请分析：
（1）植物体上的细胞没有表现出全能性，而是分化成了不同的组织和器官，这说明植物细胞全能性的表达需要什么条件？
提示植物细胞全能性的表达需要在离体条件下并需要一定的外界条件。
（2）图中试管里的培养液应该含有哪些物质？
提示植物激素、无机盐和糖类等物质。
（3）植物细胞具有全能性的根本原因是什么？
提示已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的遗传物质，具有发育成一个完整个体所需要的全部遗传信息。
2.下图是克隆羊的培育过程，请分析：
（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？和植物细胞相比，有什么不同？
提示不能发育成完整个体。这说明和植物细胞相比，动物分化的体细胞的全能性受到限制，但是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和哪只羊相同？
提示和B羊相同。
1.（2019·牡丹江高一检测）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
解析细胞分化的实质是基因的选择性表达，使细胞内蛋白质的种类和数量往往不完全相同，B正确；发生分化后的细胞，一般不能进行细胞分裂，C正确；细胞分化会改变细胞的种类，但不会改变细胞的数目，D正确。
2.如图表示某生物体细胞发生的一系列变化过程，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①表示细胞体积由小到大，为细胞生长；②表示细胞一分为二，细胞数目增加，为细胞分裂；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；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。
3.（2019·漳州高一检测）有人取同种生物的不同细胞，检测其基因表达，结果如图。下列分析不正确的是（）
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.判断图中细胞功能近似程度的依据是表达的相同基因最多，差异表达的基因最少
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
解析细胞呼吸酶基因在所有的活细胞中都表达，图中基因2在每种细胞中都表达，所以控制细胞呼吸酶的基因最有可能是基因2，A正确；判断图中细胞功能近似程度的依据是表达的相同基因最多，差异表达的基因最少，由图可知，细胞1表达1～5基因，细胞6表达2～5基因，表达的相同基因最多，差异表达的基因最少，则细胞1和6中基因表达最相似，差异最大的是5和7，B、C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，使不同细胞中的蛋白质不完全相同，而不是完全不同，D错误。
4.下列实例中能体现细胞全能性的是（）
①用胡萝卜已分化的单个细胞培养成了可育的植株②植物用种子繁殖后代③用烟草某种组织培养出了可育的完整植株
A.①②B.①③C.②③D.①②③
答案B
解析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。其中①和③都是由已分化的细胞经过培养形成可育的植株，均体现了细胞的全能性。
5.将经处理后的胚胎干细胞移植到因胰岛受损而患糖尿病的小白鼠体内后，该鼠血糖浓度趋近正常。上述事实说明（）
A.该过程体现了胚胎干细胞的全能性
B.移植的细胞中所有基因都得到表达
C.干细胞经处理后进行了定向分化
D.移植的细胞具有无限增殖的能力
答案C
解析体现细胞的全能性需要形成一个完整的个体，A错误；移植的细胞中只有部分基因表达，B错误；胚胎干细胞进行了定向分化，分化成了胰岛B细胞，使小鼠体内胰岛素分泌正常，C正确；移植的细胞不具有无限增殖的能力，D错误。
6.（2018·济南模拟）如图是某细胞增殖和分化的概念图，据图回答下列有关问题：
（1）A表示的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿过程，B表示的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿过程。
（2）B、C、D、E具有相同的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）若E能合成血红蛋白，则B、C、D都＿＿＿＿＿＿＿＿（填“不能”或“能”）合成，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，则说明D具有＿＿＿＿＿＿性。
（5）A、B、C、D、E这五个细胞相比，哪一个细胞的全能性是最高的？＿＿＿＿＿＿＿＿。
（6）由相同的B或相同的C共同组成的结构层次叫＿＿＿＿＿＿＿＿＿，由B、C、D、E共同组成的结构层次叫＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案（1）细胞增殖细胞分化（2）遗传信息（或染色体、遗传物质）（3）不能控制合成血红蛋白的有关基因处于关闭状态（4）全能（5）A（6）组织器官
解析（1）A过程是一个细胞分裂成多个细胞的过程，是细胞增殖过程；B过程是分裂后的细胞形成各种不同形态、结构和生理功能的细胞的过程，是细胞分化过程。（2）细胞分化不会导致遗传物质改变，已分化的细胞都含有保持本物种遗传特性所需要的全套遗传信息，所以B、C、D、E具有相同的遗传信息（或染色体、遗传物质）。（3）细胞分化是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果，E能合成血红蛋白，其他种类的细胞内控制合成血红蛋白的基因自然关闭。（4）植物细胞的全能性较高，可以在体外条件下培养成一个植物体。（5）分裂能力越强的细胞，全能性越高。A细胞的分裂能力最强，所以全能性最高。（6）形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起构成组织，不同的组织按照一定的次序结合在一起构成器官。
题组一细胞的分化
1.（2018·北京海淀区期末）一颗种子长成参天大树，离不开细胞的分裂与分化。下列关于细胞分裂、分化的叙述，不正确的是（）
A.细胞的分化必然伴随着细胞的分裂，但分裂的细胞不一定发生分化
B.细胞分化有利于提高多细胞生物各种生理功能的效率
C.细胞的分裂与分化是多细胞生物个体发育的基础，并发生在整个生命进程中
D.细胞分化后形成的各种细胞中的蛋白质完全不同，但遗传物质相同
答案D
解析细胞分化的基础是细胞分裂，即细胞分化必然伴随着细胞分裂，但分裂的细胞可能接着分裂，也可能发生分化，A正确；细胞分化可以使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，形成各种不同细胞，进而形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，而每一种器官都可以相对独立地完成特定的生理功能，这样就使得机体内可以同时进行多项生理活动而不相互干扰，这样有利于提高各种生理功能的效率，B正确；细胞分裂和细胞分化发生在整个生命进程中，是多细胞生物个体发育的基础，C正确；细胞分化后不同的细胞内蛋白质不完全相同，有些蛋白质如呼吸酶相同，但遗传物质不发生改变，D错误。
2.细胞分化过程中，不会出现的变化是（）
A.细胞表面结构的改变
B.蛋白质种类和数量的改变
C.细胞器种类和数量的改变
D.细胞内的遗传物质的改变
答案D
解析细胞分化是指细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。在分化过程中，细胞内的遗传物质并没有发生改变。
3.（2019·长沙高一检测）构成人体的细胞，根据其形态、结构和功能上的差异，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.细胞内的遗传物质不同的结果
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错误；细胞生长能使细胞体积增大，不会使细胞的种类增多，B错误；细胞分化能使细胞种类增多，C正确；同一人体的所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂而来的，含有相同的遗传物质，D错误。
4.下图为某人体内几种类型的细胞模式图。下列相关叙述中不正确的是（）
A.这些细胞最初来源于同一个受精卵
B.A的结构已发生很大变化，但仍属于真核细胞
C.这些细胞在结构上具有统一性
D.这些细胞在功能上是相同的
答案D
解析人体所有的细胞都是由受精卵经分裂和分化产生的，所以图中所有的细胞都来源于同一个受精卵；A细胞为精子，虽然形态发生了改变，但是仍属于真核细胞；图中所有的细胞都具有细胞核、细胞膜和细胞质，这体现了它们在结构上的统一性；图中细胞形态不同，是其内部基因选择性表达的结果，不同基因的表达使得细胞具有不同的功能。
5.如图为根尖的结构及细胞分裂和分化的情况。下列相关叙述正确的是（）
A.观察细胞质壁分离时可选择A区和B区细胞
B.观察根尖有丝分裂时应选择D区细胞
C.②过程所经历的时间明显比①过程长
D.③和④过程中细胞核内的遗传物质不发生改变
答案D
解析图中A为根冠，B为分生区，C为伸长区，D为成熟区。观察细胞质壁分离时应选D区细胞，A错误；观察根尖有丝分裂时应选B区细胞，B错误；①过程为细胞生长，即间期为细胞分裂作准备，②过程为细胞分裂期，①过程比②过程经历时间长，C错误；③和④过程为细胞分化，细胞分化过程中，细胞核内的遗传物质不发生改变，D正确。
题组二细胞的全能性
6.下列生命现象中能体现细胞全能性的是（）
A.精子和卵细胞结合形成受精卵
B.用马铃薯块茎繁殖出新的植株
C.体外培养皮肤细胞得到皮肤组织
D.用植物的花粉经组织培养得到完整植株
答案D
解析精子和卵细胞结合形成受精卵，属于正常的受精作用，不能体现细胞的全能性，A错误；用马铃薯块茎繁殖出新的植株，属于营养繁殖（无性繁殖），不能体现细胞的全能性，B错误；体外培养皮肤细胞得到皮肤组织，没有得到完整的个体，不能体现细胞的全能性，C错误；用植物的花粉经组织培养得到完整植株，体现了植物细胞的全能性，D正确。
7.（2019·兰州高一检测）在生物体内，细胞不表现出全能性，这是因为（）
A.细胞丧失了全能性
B.基因选择性表达
C.不同的细胞内基因不完全相同
D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化
答案B
解析在生物体内的细胞中仍然含有该生物全部的遗传物质，因此仍具有全能性，A错误；在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不表现出全能性，B正确；不同的细胞内基因相同，C错误；在个体发育的不同时期，细胞内的基因一般不变，D错误。
8.（2018·河北衡水中学二调）2017年11月27日，世界上首只体细胞克隆猴“中中”诞生，12月5日第二只克隆猴“华华”诞生，该成果标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代，实现了我国在非人灵长类研究领域由国际“并跑”到“领跑”的转变。下列有关细胞全能性的叙述错误的是（）
A.克隆猴“中中”和“华华”的诞生证明了动物细胞具有全能性
B.细胞具有全能性的根本原因是细胞内含有一套本物种个体发育所需要的全部遗传信息
C.斯图尔德的组织培养实验表明植物细胞具有全能性
D.植物体细胞分化程度越高，它的全能性越低
答案A
解析克隆猴“中中”和“华华”的诞生仅表明已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性，不能说明动物细胞具有全能性，A错误。
9.（2018·辽宁师大附中月考）下列哪种细胞的全能性最容易表达出来（）
A.青蛙的上皮细胞 B.胡萝卜根的韧皮部细胞
C.大白鼠的肝脏细胞 D.人的皮肤生发层细胞
答案B
解析从理论上讲，每一个分化的细胞中都含有一整套控制该生物个体形成的遗传物质，在合适的条件下，它们都有可能重新被激活并开始表达，即重新分裂和分化。在体细胞中，动物细胞的全能性受到限制，不如植物细胞的全能性容易表达出来。
10.（2018·江苏盐城校级月考）动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列相关叙述，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，细胞中遗传信息的执行情况不同
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过程表示干细胞生成干细胞，即干细胞的自我更新，A正确；干细胞通过B、C过程形成了不同形态、结构的细胞，故B、C过程为细胞的分化过程，B正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，故A、B、C过程中遗传信息的执行情况是不同的，C正确；细胞分化形成的是各种细胞，各种细胞先构成不同组织，再由不同组织构成器官，D错误。
11.下列数据是人体部分器官中所表达基因的估计数目，有关叙述不正确的是（）
器官或细胞
眼
唾液腺
皮肤
甲状腺
血细胞
心脏
所表达基因的估计数目
1932
186
3043
2381
23505
9400
A.人体各器官表达的基因数目有差异是细胞内基因选择性表达的结果
B.血细胞所表达的基因数目最多说明其遗传物质相对含量较高
C.人体各器官表达的基因数目有差异说明细胞中所含蛋白质有差异
D.不同功能的细胞表达的基因不相同，这与细胞具有不同功能相适应，这种分化的方向在胚胎发育早期就已经决定，不可逆转
答案B
解析细胞分化的实质是细胞中基因的选择性表达，A正确；体细胞均是由同一个受精卵经有丝分裂而形成的，所以体细胞内的遗传物质相同，B错误；基因表达的产物是蛋白质，因此细胞中表达的基因数目有差异说明细胞中所含蛋白质也有差异，C正确；蛋白质是生命活动的主要承担者，而基因控制蛋白质的合成，因此不同功能的细胞表达的基因不相同，这与细胞具有不同功能相适应，这种分化方向在胚胎发育早期就已经决定，不可逆转，D正确。
12.（2018·河南郑州一中测试）英国和日本的两位生物学家因在细胞核重编程研究领域作出杰出贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。所谓“细胞核重编程”，即将人类成熟的体细胞重新诱导回干细胞状态，它们就有再分化形成多种类型细胞的可能，该研究可应用于临床医学。下列有关叙述错误的是（）
A.细胞核重编程与细胞内基因的选择性表达密切相关
B.该项研究为临床上解决器官移植的排斥反应带来希望
C.“动物细胞的分化是一个不可逆的过程”将可能被改写
D.他们的实验验证了动物细胞的全能性
答案D
解析根据题意，“细胞核重编程”是指将人类成熟的体细胞重新诱导成干细胞，该过程与细胞内基因的选择性表达有密切关系，A正确；临床医学上利用该研究可以解决器官移植中的排斥反应，B正确；利用“细胞核重编程”技术可以使已经分化了的动物细胞重新回到干细胞状态，C正确；细胞的全能性必须由细胞发育成完整个体才能体现，D错误。
13.据图回答下列问题：
（1）①→②、①→④的过程叫做＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（2）①→③的过程叫做＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）③→⑤的过程叫做＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（4）组成②③④的细胞的＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿不同，因此它们属于不同的＿＿＿＿＿＿。
（5）①～⑤所示各细胞群中，具有分裂能力的是标号为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的细胞群。
答案（1）细胞分化（2）细胞分裂（3）细胞生长（4）形态结构生理功能组织（5）①③⑤
解析分析题图可以得出细胞群②③④均是来自细胞群①，②③④三个细胞群的细胞形态不同，依据形态、结构与其功能相适应的原理，②③④细胞的功能不同，它们分别属于不同的组织。①→②、①→④的过程中，细胞在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异，这种变化叫细胞分化，①→③过程中，一个细胞分裂成两个细胞，这是细胞分裂，③→⑤过程中，细胞的体积由小变大，这是细胞的生长。①③⑤细胞群的细胞均具有分裂能力。
14.如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请据图回答下列问题：
（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题图中的＿＿＿＿＿＿＿＿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，红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选为供体细胞的是成熟的＿＿＿＿＿＿＿＿，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。
答案（1）选择性表达（2）造血干（3）红细胞细胞中无细胞核（4）间
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中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。
15.下图是克隆绵羊的培育程序，请据图分析回答：
（1）该实验操作时不选择完整的动物细胞而是将动物细胞核移植到去核卵细胞中形成重组细胞，重组细胞发育成子代“盼盼”和“灵灵”，说明重组细胞具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，这样操作及全能性得以表达的原因是：
①动物细胞核具有全能性，但受到＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的限制，所以动物体细胞全能性不能像植物细胞那样易于表达。
②＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿可激发动物细胞核的全能性。
（2）“盼盼”和“灵灵”的产生是重组细胞经＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的结果。“盼盼”和“灵灵”的性别及性状几乎完全相同，反映了＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案（1）全能性①细胞内物质②去核卵细胞内的物质
（2）细胞分裂细胞分化细胞核是生物遗传性状的控制中心

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