高中生物 第六章 细胞的生命历程 第2节 细胞的分化学案 新人教版必修1.docx

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高中生物第六章细胞的生命历程第2节细胞的分化学案新人教版必修1

第2节　细胞的分化

学习目标

知识概览（教师用书独具）

1.说明细胞分化及其意义。

（重点）

2．举例说明细胞的全能性。

（重难点）

3．进行有关干细胞研究进展与人类健康的资料搜集和分析。

[自主预习·探新知]

一、细胞的分化

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，分化了的细胞一直保持分化后的状态，直到死亡。

（3）细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象。

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．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，有利于提高各种生理功能的效率。

二、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．类别

（1）植物细胞的全能性

①实验过程

胡萝卜韧皮部细胞＋植物激素、无机盐和糖类的培养液

完整的植株。

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。

（2）动物细胞细胞核的全能性

①实验过程

非洲爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞的细胞核＋去核的卵细胞

非洲爪蟾。

②结论：

已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。

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。

[基础自测]

1．判断对错

（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）细胞全能性是指已分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。

（　　）

（5）植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。

（　　）

（6）干细胞具有分裂和分化能力。

（　　）

（7）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）√

（7）×　细胞的全能性是分化的细胞发育成完整的个体。

2．细胞分化过程中，一般不会出现的是（　　）

【导学号：

92172223】

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

3．蝴蝶兰幼叶的叶肉细胞经离体组织培养能培育成蝴蝶兰幼苗，这说明植物细胞具有（　　）

A．专一性　　　　　B．全能性

C．恢复原状态的能力D．进一步分化的能力

[答案]　B

[合作探究·攻重难]

细胞的分化

[思考交流]

1．如图表示某人体内的几种细胞，它们的形态结构和功能各不相同。

各细胞的遗传物质是否相同？

为什么？

提示：

相同，因为这些细胞是通过有丝分裂产生的，有丝分裂的特点是遗传物质平均分配。

2．人体内分化形成的神经细胞和心肌细胞能否再恢复分裂能力？

提示：

　不能恢复分裂能力。

3．下图为人体中肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞的产生过程，仔细观察图示，探讨下列有关问题：

（1）细胞①、②、③含有的蛋白质种类一定不相同吗？

提示：

不完全相同。

（2）细胞①与细胞②形成的本质区别是什么？

提示：

遗传信息的执行情况不同。

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）分析：

①从细胞水平分析：

细胞的形态、结构和功能发生改变。

②从亚显微结构水平分析：

细胞器的数目及细胞质基质成分和功能发生改变。

③从分子水平分析：

a．蛋白质角度：

蛋白质种类、数量、功能发生改变。

b．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。

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

项目

细胞分裂

细胞分化

发生时间

从受精卵开始

发生在整个生命过程中

原因

细胞增殖需要

基因选择性表达

结果

细胞数量增多

细胞种类增多

意义

保持了亲子代间遗传性状的稳定性

保证了生物体正常发育

联系

细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的，随分化程度加大，分裂能力逐渐下降

易错提醒：

有关细胞分化的三点提醒

（1）细胞分化过程中遗传物质并没有发生改变，只是基因选择性表达。

（2）同一个体不同种类的体细胞中，DNA（基因）相同，而RNA、蛋白质不同。

（3）一般来说，细胞分化是不可逆的，但在离体人工培养条件下，高度分化的植物细胞能够脱分化恢复全能性。

　如图为人体某早期胚胎细胞所经历的生长发育阶段示意图，图中甲、乙、丙、丁、戊为各个时期的细胞，a、b表示细胞所进行的生理过程。

下列叙述不正确的是（　　）

A．a过程是有丝分裂，b是细胞分化

B．乙和丙的染色体组成相同

C．丁与戊因遗传物质不同而发生分化

D．甲、丁、戊中的蛋白质不完全相同

[技巧点拨]　

（1）关键信息：

图示中甲、乙、丙细胞的形态、大小基本相同，而丁、戊细胞的形态、结构不同。

（2）关键知识：

细胞分化的实质是遗传信息的执行情况不同，遗传物质没有发生变化。

[解析]　甲、乙、丙三个细胞形态一样，故a表示有丝分裂，丁、戊与甲比，细胞形态发生了变化，故b表示细胞分化；乙和丙来自甲的有丝分裂，有丝分裂前后亲子代遗传物质相同，染色体组成相同；乙、丙的遗传物质相同，由细胞分化形成丁、戊的过程中基因选择性表达；由于甲、丁、戊细胞形态不同，故三种细胞基因选择性表达产生的部分蛋白质不同。

[答案]　C

[活学活用]

下列关于细胞生长、细胞分裂与细胞分化的知识叙述，错误的是（　　）

A．细胞在生长、分裂、分化过程中，遗传物质并未发生改变

B．细胞分化时，细胞数目增多，其形态、结构和功能发生了变化

C．多细胞生物体能够由小长大离不开细胞的生长、分裂和分化

D．细胞的分化是建立在细胞生长和细胞分裂的基础上的，但分裂的细胞不一定进行细胞分化

B　[细胞在生长、分裂、分化过程中，进行有丝分裂，遗传物质并未发生改变，A正确；细胞分裂使细胞数目增多，细胞分化使细胞形态、结构和功能发生变化，B错误；多细胞生物体来源于受精卵，它经过分裂与分化形成不同的组织和器官，C正确；细胞分化离不开细胞分裂和细胞生长，具有分裂能力的细胞不一定进行细胞分化，如癌细胞只进行细胞分裂，D正确。

]

（备选习题）

如图示人体干细胞分化形成的各类功能细胞的过程，有关说法正确的是（　　）

A．干细胞分化成为各类功能细胞只发生在胚胎时期

B．细胞分化的直接原因是细胞内产生了不同的蛋白质

C．图中细胞形态功能出现差异的根本原因是基因不同

D．这些细胞在人体内能够转化为干细胞继续增殖分化

B　[细胞分化发生在整个生命的进程中，只是在胚胎期达到最大限度。

细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，使不同的细胞内产生了不同结构和功能的蛋白质，不同结构和功能的蛋白质使细胞形态和功能产生差异。

细胞分化是不可逆的，这些细胞在人体内是不能转化为干细胞继续增殖分化的。

]

细胞的全能性

[思考交流]（教师用书独具）

1．高度分化的细胞，只要给予适当的条件，仍然可能发育成一个完整的个体，这种潜能就是细胞的全能性。

请结合下列材料，探究细胞全能性的原理和应用。

胡萝卜的组织培养过程：

（1）为什么胡萝卜高度分化的韧皮部细胞，经培养能形成与原来性状相似的植株，表现出发育的全能性？

提示：

胡萝卜韧皮部细胞内含有该物种的全部遗传信息。

（2）在整个培养过程中，细胞需要从培养基中获得哪些物质？

提示：

水、无机盐、植物激素、糖类等。

2．断尾的小壁虎再次长出新的尾巴属于细胞的全能性吗？

提示：

不是。

细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。

3．一粒种子萌发为幼苗，并长成参天大树是否体现了细胞全能性？

提示：

没有体现细胞的全能性，因为种子是植物的幼体，不是一个细胞。

1．细胞具有全能性的原因

已分化的细胞一般都有一套和受精卵相同的遗传物质，因此，分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能。

2．细胞全能性实现的条件

（1）离体状态下。

（2）水、无机盐、有机营养及激素等。

（3）适宜的温度等外界环境条件。

3．不同细胞全能性的比较

（1）动植物细胞全能性区别：

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）与细胞分化的关系：

细胞分化程度不断提高，细胞的全能性逐渐变小。

（3）与细胞分裂能力的关系：

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

项目

细胞分化

细胞全能性

原因

不同细胞中的遗传信息执行情况不同

含有本物种全套遗传物质

结果

形成形态、结构、功能不同的细胞

形成新的个体

关系

①两者发生过程中遗传物质都不发生改变。

②细胞分化程度越高，具有的全能性越小

易错提醒：

细胞全能性的三点提示

（1）细胞全能性以产生完整个体为标志，若无完整个体产生，则不能体现全能性。

胚胎干细胞发育成各种组织、器官不能体现全能性。

（2）植物种子发育成植株不能体现全能性。

（3）动物细胞因具有该物种全套的遗传物质，尽管没有实验成功，但理论上具有全能性；而动物克隆只体现细胞核的全能性，二者并不矛盾。

[活学活用]

1．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。

]

2．下列有关细胞的全能性说法不正确的是（　　）

【导学号：

92172224】

A．植物组织培养成功表明高度分化的植物细胞具有全能性

B．动物克隆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具有该生物的全套遗传物质

D．全能性的大小依次为：

受精卵>生殖细胞；植物体细胞>动物体细胞

B　[细胞具有全能性的基础是因为细胞中含有该生物的全套遗传物质。

动物克隆成功表明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，因为该过程中处理的是动物细胞核。

分化程度低的细胞的全能性更易体现。

]

[当堂达标·固双基]

1．如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

D　[由图可知，全能干细胞经过一系列转换过程形成了红细胞，细胞在形态、结构和生理功能上出现了稳定性差异，属于细胞分化。

]

2．有关细胞分化的叙述，正确的是（　　）

【导学号：

92172225】

A．高等动物细胞的分化只发生在胚胎发育过程中

B．细胞分化过程中遗传物质发生了改变

C．细胞分化使细胞数目和种类增多

D．经细胞分化后，细胞的全能性降低

D　[细胞分化是细胞在形态、结构和功能上出现稳定性差异的现象，是基因在时间和空间上选择性表达的结果；细胞分化发生在整个生命过程中，但在胚胎时期达到最大限度；经分化后，细胞的种类增多，数目不变，全能性降低。

]

3．在下列自然现象或科学研究成果中，能为“动物细胞具有全能性”这一观点提供直接证据的是（　　）

【导学号：

92172226】

A．壁虎断尾后重新长出尾部

B．蜜蜂的未受精卵细胞发育成雄蜂

C．用体外培养的皮肤治疗烧伤病人

D．小鼠腺细胞的自我复制

B　[要证明一个细胞具有全能性，则这个细胞必须能够在一定条件下发育为个体，只有B项符合；A项属于器官的再生；C项属于细胞培养；D项属于细胞的增殖。

]

4．下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（　　）

A．玉米种子萌发成长为植株的过程体现了细胞的全能性

B．一般情况下，细胞的分化程度越高，细胞的全能性越低

C．生物体的每一个细胞都能完成该个体各方面的生理功能

D．胡萝卜韧皮部细胞在任何条件下都可以表现出全能性

B　[玉米种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现细胞全能性，A错误；一般情况下，细胞的分化程度越高，细胞的全能性越低，B正确；多细胞生物体内的任何一个细胞都不可能完成该个体的全部功能，C错误；胡萝卜韧皮部细胞在离体条件下才可以表现出其全能性，D错误。

]

5．细胞的基因可分为管家基因（所有细胞中均要表达的基因）和奢侈基因（不同类型细胞中特异性表达的基因）两类，下表为人体三种不同细胞中的基因存在及表达情况。

请回答下列问题：

基因存在情况

基因表达情况

甲

乙

丙

丁

甲

乙

丙

丁

胰岛B细胞

√

√

√

√

√

√

眼晶状体细

胞（胚胎中）

√

√

√

√

√

√

神经细胞

√

√

√

√

√

√

（1）四种基因中属于管家基因的是______________________________。

（2）甲基因________（填“能”或“不能”）表示控制胰岛素合成的基因，理由是____________________________________________________________

____________________________________________________________。

（3）细胞分化的实质是________（填“管家基因”或“奢侈基因”）的选择性表达。

（4）三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是____________________________。

三种细胞形态、功能表现不同，从细胞结构方面分析其原因是____________________________________________。

[解析]　

（1）由题干分析知，管家基因在所有细胞中均要表达，因此丁基因属于管家基因。

（2）甲基因只在胰岛B细胞中表达，胰岛素基因也只在胰岛B细胞中表达，因此甲基因能表示控制胰岛素合成的基因。

（3）细胞分化的实质是奢侈基因的选择性表达。

（4）由于人体的不同细胞都来源于同一个受精卵，因此不同的细胞都有相同的基因，但由于细胞中细胞器的种类和数量的不同，不同细胞的形态、功能也表现不同。

[答案]　

（1）丁　

（2）能　胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达　（3）奢侈基因　（4）人体细胞都来源于同一个受精卵　细胞器的种类和数量不同

（备选习题）

下列关于细胞分化的叙述，不正确的是（　　）

A．从个体水平分析，分化是生物个体发育的基础

B．从细胞水平分析，细胞功能趋向专门化

C．从细胞器水平分析，细胞器数目可发生改变

D．从分子水平分析，分化的本质是DNA发生改变

D　[从个体水平分析，分化是生物个体发育的基础，A正确；从细胞水平分析，细胞功能趋向专门化，B正确；从细胞器水平分析，细胞器数目可发生改变，C正确；从分子水平分析，分化的本质是基因的选择性表达，而DNA并没有发生改变，D错误。

]

[核心语句归纳]

1．细胞分化的实质是：

遗传信息的执行情况不同，遗传物质并未改变。

2．细胞分化的特点：

持久性、普遍性和稳定性。

3．细胞分化的意义：

（1）是个体发育的基础；

（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。

4．细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低。

5．植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。

6．实现细胞全能性的条件：

离体、一定的营养物质、激素和适宜的温度、pH等。