第六章 第26课时.docx

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第六章第26课时

第26课时　细胞的分化

[目标导读]　1.从“分化与个体形成间的关系”、“遗传物质是否会变化”来概述细胞分化的概念、过程、特点和实质。

2.结合植物的组织培养和克隆羊培育过程，概述细胞全能性的概念。

3.结合教材P119图6－12，了解干细胞的概念和研究意义。

[重难点击]　1.细胞分化的概念、过程、特点和实质。

2.细胞全能性的概念。

1．细胞有丝分裂过程中，细胞核内的DNA在分裂间期进行复制加倍，分裂末期伴随着细胞一分为二，DNA数量又减半，这样保证了子代细胞和亲代细胞核内的DNA数量完全相同。

2．核酸是遗传信息的携带者，蛋白质是生命活动的承担者，核酸控制蛋白质的合成。

3．人体是由一个受精卵发育而来的，在发育过程中，细胞的数目在增加，种类也在增加，多种多样的细胞构成了组织，进一步构成器官和系统，形成复杂的人体。

4．克隆是指通过无性生殖而产生的遗传上相同的生物群，即具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。

5．植物组织培养技术是植物的一种无性繁殖方式，是将离体的植物组织或细胞在一定的营养和激素条件下培养成一个新个体的技术手段。

课堂导入

“小蝌蚪找妈妈”的故事大家都很熟悉，小蝌蚪经过一系列的变化最终形成了能在陆地生活的青蛙，这个过程中发生了很多的变化：

逐渐的长出后腿、前腿，尾部变短最终消失，用腮呼吸变成用肺呼吸，这种种变化的细胞学基础就是细胞分化。

探究点一　细胞分化及其意义

细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，它是生物个体发育的基础。

请结合下面材料，探究细胞分化的特点和实质。

1．细胞分化的概念和过程

（1）据图归纳细胞分化的概念：

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）复杂生物体所有体细胞都是由一个受精卵经过有丝分裂形成的，因此细胞分化形成的各种细胞细胞核内的遗传物质没有（有、没有）发生变化。

2．细胞分化的特点

（1）将蛙的原肠胚时期将来发育成后肢的部分细胞移植到将来发育成背部的细胞中，这部分细胞不会随着周围细胞发育成背部，而是继续沿着原有的分化方向发育成一条后肢。

这种现象说明细胞分化具有稳定性（不可逆性）。

（2）细胞分化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，说明细胞分化具有持久性。

（3）细胞分化在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础，说明细胞分化具有普遍性。

3．细胞分化的实质

据图，A、B基因中，细胞甲含有的是A和B基因，表达的是A基因；细胞乙含有的是A和B基因，表达的是B基因。

因此，细胞分化的实质是基因选择性表达的结果。

4．细胞分化的意义

（1）多细胞生物只有通过细胞分化才能形成具有特定形态、结构和生理功能的组织和器官，所以说细胞分化是个体发育的基础。

（2）细胞分化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。

归纳提炼

细胞分裂与细胞分化是两种完全不同的生理过程。

但又不是毫无关联、绝对孤立的。

列表比较如下：

细胞分裂

细胞分化

细胞变化

细胞数目增多

细胞种类增多

发生时间

从受精卵开始

发生在整个生命进程中

意义

保持了亲代和子代之间遗传性状的稳定性

是生物体个体发育的基础

联系

（1）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。

（2）随着细胞分化程度的增大，细胞的分裂能力逐渐下降

活学活用

1．判断下面说法的正误。

（1）细胞分化是个体发育的基础（　　）

（2）单细胞生物的细胞分化现象更加明显（　　）

（3）细胞分裂是细胞分化的基础（　　）

（4）细胞分化过程中细胞内的遗传物质种类发生了变化（　　）

（5）细胞分化的方向在胚胎早期已经决定，一般不能逆转（　　）

（6）生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果（　　）

（7）细胞分化导致细胞的数目增加（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）√　（7）×

探究点二　细胞的全能性

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。

1．胡萝卜的组织培养过程

（1）一个高度分化的植物细胞经过细胞分裂和细胞分化，最终形成了完整的植物体，这说明植物细胞整体具有全能性。

（2）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在离体条件下进行。

（3）图中试管里的培养液应该含有植物激素、无机盐和糖类等物质。

（4）植物细胞全能性的应用：

可以利用植物组织培养技术，对花卉和蔬菜等作物进行快速繁殖，还可以和基因工程结合培育作物新类型。

2．克隆羊的培育过程

（1）如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养，不能（能、不能）发育成完整个体，说明动物分化的体细胞全能性受到限制，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B羊一致。

3．根据以上内容归纳分化的细胞仍具有全能性的原因

答案　由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，因此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。

所以，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。

4．全能性的比较

一般来说，分化程度越高，细胞表达潜能越窄，全能性越低；但是生殖细胞分化程度高，全能性也较高，是个例外。

据此比较下列细胞全能性的大小（填“>”或“<”）：

（1）植物细胞>动物细胞。

（2）受精卵>生殖细胞>体细胞。

（3）叶肉细胞<形成层细胞。

5．干细胞

动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。

小贴士　按分化潜能的大小，干细胞基本上可分为3种类型：

①全能干细胞：

具有形成所有组织和器官的潜能，如胚胎干细胞；②多能干细胞：

具有分化出多种组织细胞的潜能，如造血干细胞；③专能干细胞：

只能分化成某一类型细胞，如神经干细胞。

归纳提炼

活学活用

2．下列关于细胞全能性的理解中，正确的是（　　）

A．从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有全能性

B．未脱离植株的幼叶，在适当的情况下能表现出全能性

C．在个体发育的不同时期，由于细胞内的基因发生变化，细胞不能表现出全能性

D．脱离了植株的芽，一定能表现出全能性

答案　A

解析　生物体的每一个细胞都与受精卵具有相同的遗传物质，从理论上来说都具有全能性。

离体的组织在适宜条件下才能表现出全能性。

在个体发育的不同时期，由于基因的选择性表达，导致细胞不能表现出全能性而形成不同的组织、器官。

1．在上海世博会上，荷兰馆展出该国的国花郁金香，鲜艳夺目，它是用名贵的郁金香品种的茎尖细胞人工培育而成的。

这一培育技术反映了（　　）

A．细胞具有增殖的功能

B．细胞具有分化的功能

C．分化的细胞具有全能性

D．生物体具有顽强的生命力

答案　C

解析　植物组织培养体现了细胞的全能性，细胞全能性是细胞分化的基础。

2．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．存在纤维蛋白基因

答案　C

解析　特异性蛋白合成的实质在于基因选择性表达，因此，看某细胞是否已发生分化，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。

纤维蛋白基因在细胞中普遍存在，不能作为细胞分化的依据。

3．细胞分化是由于分化的细胞（　　）

A．具有与受精卵不同的染色体组成

B．具有与受精卵不同的DNA分子组成

C．内部化学物质（如组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶）的变化

D．失去了永久分裂的能力

答案　C

解析　细胞分化的原因是细胞内部化学物质的变化。

4．下列有关细胞分化的叙述，不正确的是（　　）

A．细胞分化是指相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程

B．细胞分化是一个持久性的变化过程

C．细胞分化在任何条件下都是不可逆的

D．细胞分化在一定条件下是一个可逆的过程

答案　C

解析　细胞分化是一种持久性的变化，它伴随在生物体的整个生命过程中；在生物体内，细胞的分化是不可逆的，但细胞脱离母体后，在一定的营养物质和其他外界条件的作用下，就可脱分化，恢复到未分化的状态，并且可以再分化发育成完整个体，如胡萝卜的组织培养。

5．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。

基础过关

知识点一　细胞分化及其意义

1．构成人体的细胞约有230多种，其中胰岛细胞合成胰岛素，甲状腺细胞合成甲状腺激素。

植物的叶肉细胞中含有叶绿素，根尖成熟区表皮细胞形成根毛。

正常情况下，分化的细胞还具有一定的寿命。

例如，红细胞分化成熟后的寿命约是120天，白细胞的寿命约为12天。

下列说法不正确的是（　　）

A．个体发育过程中的细胞分化对于生物体是有积极意义的

B．在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型

C．由不同类型的细胞构成生物体的组织和器官，并且具备不同的功能

D．细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致细胞的形态和功能各不相同

答案　D

解析　细胞分化使细胞形态、结构、生理功能发生了稳定性的差异，而遗传物质不变。

2.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。

下列对右图的相关叙述错误的是（　　）

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过程中细胞的遗传信息表达情况不同

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　干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

它包括胚胎干细胞和成体干细胞。

干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。

胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。

而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。

3．下图所示是细胞分化的实例，其中不正确的是（　　）

答案　B

解析　细胞分化是细胞在形态、结构和功能上发生差异的过程，结果是形成不同的细胞、组织。

4．在下列植物体细胞培养形成完整植株的过程中，属于细胞分化现象的是（　　）

A．制作植株根的切片

B．从根部分离出细胞

C．由单个细胞分裂后形成细胞团

D．细胞团形成胚状体，最终形成新植株

答案　D

解析　本题给出的四个选项中，A项只是获得植株根的许多细胞；B项是从根的许多细胞中分离出单个细胞；C项也只是由单个细胞分裂形成的细胞团，细胞团的细胞并无形态、结构和生理功能的个性差异；只有D项，由细胞团形成胚状体并进一步形成新植株，新植株各部分如茎、叶等的细胞，在形态、结构和生理功能上具有明显的不同，且这种不同稳定存在。

而就其来源看，新植株的每个细胞都来源于细胞团中各个相同的细胞。

D项符合细胞分化的概念。

知识点二　细胞的全能性

5．取高度分化的烟草叶肉细胞，经离体组织培养，培育成一株完整的烟草幼苗，说明植物细胞（　　）

A．具有全能性

B．分化后恢复原状态

C．在母体也能形成完整个体

D．该过程很容易实现，不需要什么特殊条件

答案　A

解析　植物组织培养体现了细胞的全能性，植物细胞全能性的体现需要离体并提供一定的外界条件。

6．科学家将棕鼠体细胞的细胞核移植到去掉细胞核的黑鼠卵细胞内，再移入白鼠的子宫，经过孕育后，白鼠产下一只克隆鼠。

该克隆鼠的体色是（　　）

A．黑B．棕C．白D．灰

答案　B

解析　克隆动物绝大多数性状与提供细胞核的动物相同。

7．正常人体内的造血干细胞能分裂产生各种血细胞，在体外和某些因素的诱导下，却可以分化为神经细胞和肝细胞。

其根本原因是这些造血干细胞（　　）

A．有旺盛的分裂能力

B．能合成神经细胞或肝细胞需要的蛋白质

C．还没有分化

D．具有与受精卵相同的全套遗传物质

答案　D

解析　细胞具有全能性的原因是分化的细胞都有一整套和受精卵相同的遗传物质。

8．有关细胞全能性的叙述，不正确的是（　　）

A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高

B．由于分化，在生物体内细胞的全能性不能表达

C．与受精卵一样，卵细胞属于未分化的细胞，分裂能力强，全能性高

D．在一定条件下，离体培养的植物细胞能表现出全能性

答案　C

解析　不同细胞的全能性不同。

一般来说，分化程度越低的细胞，分裂能力越强，全能性越高。

受精卵是未分化的细胞，在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高；但是卵细胞虽然属于高度分化的细胞，也具有较强的全能性。

能力提升

9．哈佛大学的科学家研究发现，从怀孕妇女胎盘的羊水中发现的干细胞在实验室培养后形成了多种人体器官组织，如骨骼、血管、肌肉、神经以及肝脏等，以下有关说法不正确的是（　　）

A．这个实验证明了干细胞具有一定的全能性

B．这些骨骼、肌肉、血管、神经等的形成是细胞全能性得以实现的结果

C．从羊水中提取的干细胞与其生成的肌肉细胞中的遗传物质组成一样

D．这些干细胞可以生成更多种类、更有价值的人体细胞，将有助于更多的医学研究

答案　B

解析　这些骨骼、肌肉、血管、神经等的形成是细胞分化的结果。

10．下列有关细胞全能性的叙述，错误的是（　　）

A．克隆绵羊“多利”的诞生证明动物细胞具有全能性

B．细胞全能性产生的根本原因是细胞内有一套发育成完整个体的全部遗传信息

C．斯图尔德组织培养实验的成功表明植物细胞具有全能性

D．一般来说，细胞分化程度越高，它的全能性就越低

答案　A

解析　克隆绵羊“多利”的诞生仅表明了动物细胞核的全能性，不能说明整个动物细胞具有全能性。

植物细胞具有全能性，一般来说，细胞分化程度越高，全能性也就越低。

全能性的根本原因是来自细胞核内的全套遗传信息。

11．下列有关细胞分化的叙述，不正确的是（　　）

A．细胞分化不使细胞数目增加

B．分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的改变

C．细胞分化的前途在胚胎发育的早期就已决定不能逆转

D．动物体细胞不具有发育成完整新个体的潜能

答案　D

解析　细胞分化不能使细胞增殖；由于细胞的生命活动都有其特定的物质基础，细胞在形态、结构和生理功能上的差异肯定与细胞内的化学物质组成有关，如红细胞内主要合成血红蛋白，心肌细胞内合成肌动蛋白和肌球蛋白；红细胞和心肌细胞都起源于中胚层，但是二者的稳定性差异是不可逆转的，因此细胞分化的前途在胚胎发育的早期就已决定，不能逆转；由于体细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的DNA分子，因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能，只是高度分化的动物细胞的全能性受到限制而已，早期的胚胎细胞仍具有全能性。

12．下列对细胞分化不同水平的分析中，不正确的是（　　）

A．从细胞水平分析，细胞分化是细胞形态、结构和功能改变的结果

B．从蛋白质分子角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果

C．从细胞亚显微结构水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构、功能及细胞质基质成分和功能改变的结果

D．从核酸分子角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果，这是细胞分化的根本原因

答案　C

解析　从细胞水平分析，细胞分化是细胞形态、结构和功能发生改变的结果；从蛋白质分子角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量、功能发生改变的结果；从细胞亚显微结构水平分析，细胞分化是细胞器的数目及细胞质基质成分和功能发生改变的结果，而细胞器的形态、结构、功能在各细胞中是相同的；从核酸分子角度看，细胞分化是基因选择性表达的结果，即遗传信息的执行情况不同。

13．据下图回答问题：

（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）②、③、④细胞的________、________、________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______所示的细胞群。

答案　

（1）细胞分化　

（2）细胞分裂　（3）细胞生长

（4）形态　结构　功能　组织　（5）①③⑤

解析　①→②、①→④的过程中，细胞在形态、结构和功能上产生了差异，这种变化叫细胞分化。

①→③的过程中，一个细胞分裂成两个细胞，这是细胞分裂，③→⑤的过程中，细胞的体积由小变大，这是细胞的生长。

①③⑤细胞群的细胞均有壁薄、质浓、核大、液泡小或无的特点，均具有分裂能力。

14．将分离得到的成熟胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成完整的新植株，如图所示，请分析：

（1）所用的生物技术称为________________。

（2）分离出来的胡萝卜根细胞成为细胞团是通过________分裂方式来完成的。

（3）细胞团中相同的细胞在发育成胚状体和植株的过程中，形态、结构和功能逐渐向不同方向变化，这种现象称为________________。

（4）该实验说明________________________________________________________________________。

（5）在整个过程中，细胞必须从培养基中吸取的物质是

________________________________________________________________________。

（6）在试管苗形成的过程中，要给予一定的光照，其目的是________________________________________________________________________。

答案　

（1）植物组织培养　

（2）有丝　（3）再分化（细胞分化）　（4）植物细胞具有全能性　（5）水、无机盐、小分子有机物、激素等营养物质　（6）试管苗形成后要进行光合作用合成有机物

个性拓展

15．如图是高等生物个体发育过程中发生的细胞变化，请仔细观察，回答问题：

（1）图示的高等生物个体发育是从____________开始的。

（2）由①到②，细胞的体积增大、数目增多，细胞经历了________和________的过程。

（3）由②到③，由于细胞__________，细胞的__________、__________和__________发生了稳定性的差异，细胞的这种变化是基因在机体发育过程中________________的结果。

（4）若此过程发生在人体内，则由4种细胞构成组织，如小肠中具有吸收作用的________________、组成真皮的________________、具有收缩特性的________________和调节人体各种生命活动的________________。

答案　

（1）受精卵　

（2）生长　分裂　（3）分化　形态　结构　生理功能　选择性表达　（4）上皮组织　结缔组织　肌肉组织　神经组织

解析　由图示可以看出，生物个体发育起源于同一个细胞，就是受精卵，受精卵经过一次分裂形成两个相同的细胞，这两个细胞长大后再连续分裂、生长、分化，最后形成各种形态、结构、生理功能不同的细胞，组成各种组织，各种组织构成不同的器官执行不同的功能。