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高中生物第二节 细胞通过分化产生不同类型的细胞导学案
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这是一份高中生物第二节 细胞通过分化产生不同类型的细胞导学案，共12页。
知识点一 美洲爪蟾的核移植实验
英国科学家约翰·伯特兰·格登爵士是2012年诺贝尔生理学或医学奖得主。他曾在20世纪60年代做了一个非常重要的实验如图：将美洲爪蟾的小肠上皮__细胞核__注入去核的__卵细胞__，结果发现一部分卵细胞依然可以发育成蝌蚪，其中的一部分蝌蚪可以继续发育成成熟的爪蟾。这是人类第一次利用__动物体细胞__“复制”出一个新的动物。
美洲爪蟾的核移植实验示意图
知识点二 细胞能产生特异性变化
1．细胞分化
(1)概念：细胞在形态、结构和__功能__上发生持久的、差异性变化的过程。
(2)实质：基因的__选择性__表达。
(3)特点：稳定性、持久性和__不可逆性__。
(4)结果：产生很多不同__类型__的细胞。
(5)意义：增加细胞的种类，使细胞功能趋于专门化，由不同的细胞类群构成多种组织，再进一步形成结构完整和功能统一的多细胞生物体。
2．干细胞：干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。不同干细胞的分化潜能是__不同的__。受精卵是__全能干细胞__，因为它能产生生物体所需要的所有类型的细胞。来源于早期胚胎的胚胎干细胞是__多能干细胞__，它的分化能力仅次于受精卵，虽不能发育成完整的个体，但可以发育成为除部分胎盘以外的所有成体组织。主要存在于骨髓中的__造血干细胞__，能够分化成各种血细胞(红细胞、白细胞和血小板等)，也能分化出造血系统以外的细胞。
小思考：细胞的分化可逆吗，是否会出现异常情况？
【答案】生物的个体发育就是通过细胞的分化过程来实现的。生物体的正常发育，是细胞分化受到高度精妙调控的结果。一旦失去控制，细胞分化就会发生异常。正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会返回原来的状态。细胞癌变是细胞异常分化，导致细胞不受控制地分裂。
知识点三 细胞具有全能性
1．全能性的概念：已分化的细胞，仍具有发育成__完整个体__的潜能。
2．细胞具有全能性的原因：已分化的细胞一般都与受精卵一样，每个细胞都包含该物种所特有的全套__遗传物质__，都有发育成完整个体所必需的全部基因。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
3．细胞全能性的大小
(1)分化程度越高的细胞，其全能性相对就较弱，发育为新个体的潜能较__小__。
(2)动物细胞的全能性__<__(填“>”或“<”)植物细胞。
(3)同一生物体内细胞：受精卵__>__生殖细胞__>__体细胞(填“>”或“<”)。
4．实例
(1)植物细胞的全能性：20世纪50年代初期，美国科学家发现将胡萝卜根中的细胞取出，放在液体培养基中培养，单个细胞就会__分裂__并__分化__，最后形成植株。将这种植株移植到土壤中，它生长正常，并能开花结实。
(2)动物细胞的全能性：多莉羊的成功克隆证明了__细胞核__的全能性。研究者从一只母羊的乳房中取出乳腺细胞进行培养，从另外的母羊体内取出卵细胞并移去其__细胞核__，然后使培养的乳腺细胞核与无核的卵细胞融合。融合的细胞经体外培养形成__早期胚胎__。将胚胎移入其他母羊的子宫中发育后生下了多莉羊。多莉羊与提供__乳腺细胞核__的“母亲”在外貌上和染色体组成上都相同，而与另外两个“母亲”都不同。这是利用已分化细胞的细胞核克隆哺乳动物的第一个成功案例。
小思考：如何确定细胞是否实现全能性？
【答案】确定细胞是否实现全能性必须关注“两点”——起点和终点。起点为一个细胞，终点为个体，而不是某个组织和器官。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)分化后的细胞内遗传物质不变。( √ )
(2)壁虎断尾重生体现了细胞全能性。( × )
(3)动物细胞的全能性易于表达。( × )
(4)细胞的分裂能力越强，全能性越大。( √ )
(5)细胞分化导致细胞数目和种类增多。( × )
2．案例分析：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：
(1)四种基因中可能属于管家基因的是__丁__。
(2)甲基因__能__(填“能”或“不能”)表示控制胰岛素合成的基因，理由是__胰岛素基因只在胰岛β细胞中表达__。
(3)细胞分化的实质是__奢侈基因__(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__人体细胞都来源于同一个受精卵__。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__细胞器的种类和数量不同__。
【解析】(1)由表可知，丁基因在三种细胞中均表达，结合题中信息可知其应属于管家基因。(2)甲基因只在胰岛β细胞中表达，而胰岛素为胰岛β细胞的特定分泌物，故甲基因能表示控制胰岛素合成的基因。(3)根据表中信息可知，细胞分化的实质是奢侈基因的选择性表达，管家基因在每种细胞中都能表达。(4)人体所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，有丝分裂过程中细胞内的遗传物质不变，因此三种细胞中均含有四种基因；从细胞结构方面分析，细胞中所含细胞器的种类和数量不同导致细胞的形态和功能不同。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 细胞分裂和细胞分化的比较))
eq \a\vs4\al(典例) 下列关于细胞分裂、分化的叙述，正确的是( A )
A．细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献
B．哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞
C．细胞分化使细胞内遗传物质发生稳定性差异
D．细胞分化会降低各种生理功能的效率
【解析】有丝分裂能将亲代细胞的染色体经过复制，精确地平均分配到两个子细胞中，由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，A正确；哺乳动物的造血干细胞是由受精卵经过分裂、分化后产生的，只是分化程度较低，仍具有分裂、分化的能力，B错误；细胞分化时细胞的遗传物质未改变，而是通过基因的选择性表达，使细胞的形态、结构和生理功能发生稳定性差异，C错误；细胞分化可形成具有特定形态、结构和功能的各种细胞，使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率，D错误。
1．下列关于细胞分化和细胞分裂的叙述，错误的是( D )
A．生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果
B．细胞分化发生在生物体的整个生命进程中
C．细胞分裂是细胞分化的基础
D．细胞分化过程中细胞中的遗传物质逐渐减少
【解析】在生物个体发育的过程中，既存在细胞分裂，又有细胞分化，并且细胞分裂和分化是生物体生长发育的基础，A正确；细胞分化发生在多细胞生物体个体发育的整个过程中，在胚胎时期最强，B正确；细胞分裂是细胞分化的基础，C正确；在细胞分化过程中遗传物质并没有发生变化，因为细胞核中含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质，正因为如此，一个细胞能培育成一个生物体，D错误。
2．如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)甲图A表示的是__细胞增殖__过程，B表示的是__细胞分化__过程。乙图处于有丝分裂的__后__期。
(2)甲图中b、c、d、e具有相同的__遗传物质__。
(3)甲图中，若e能合成血红蛋白，则b、c、d都__不能__(填“不能”或“能”)合成血红蛋白，其主要原因是__b、c、d中控制合成血红蛋白的遗传信息处于关闭状态__。
(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__全能__性。
(5)甲图中的a、b、c、d、e这五个细胞相比，哪一个细胞的全能性最大？__a__。
(6)乙图中细胞有__8__条染色体，①和⑤两条染色体是经过分裂间期__复制__形成的。
【解析】甲图中A、B分别是细胞数目增多和形态改变的过程，说明其分别表示细胞增殖和细胞分化。乙图中着丝粒分裂，染色单体分开成为染色体，在纺锤丝牵引下向两极移动，所以是有丝分裂的后期。甲图中b、c、d、e细胞都是由a细胞分裂、分化而来的，所以遗传物质相同，五个细胞中a的分化程度最低，全能性最高。不同细胞功能不同的原因是基因的选择性表达。植物细胞能在体外条件下培养成一个植物体，说明植物细胞具有全能性。乙图细胞中染色体有8条，①和⑤两条染色体是在细胞分裂间期经复制形成的。
拓展延伸
(1)在细胞分裂的基础上，通过细胞分化形成不同细胞、组织等，从而促进个体发育。在细胞分化过程中，细胞中的遗传物质并没有改变。
(2)细胞分裂和细胞分化共同完成个体发育，但细胞分化是个体发育的主要过程。
(3)在发育过程中，高度分化的细胞逐渐丧失分裂能力，如红细胞、神经细胞等。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 干细胞的分类)) 按分化潜能大小来分类：
全能干细胞： 它具有形成完整个体的分化潜能，如受精卵。
多能干细胞：具有分化出多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制，如骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞。
专能干细胞：这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞等。
eq \a\vs4\al(典例) 人体骨髓中存在少量的干细胞(MSC)，如图为MSC分裂、分化示意图，下列叙述正确的是( B )
A.干细胞(MSC)属于全能干细胞
B．干细胞(MSC)属于多能干细胞
C．干细胞(MSC)属于单能干细胞
D．干细胞(MSC)属于胚胎干细胞
【解析】全能干细胞具有形成完整个体的潜能，MSC不能形成完整的个体，A错误；多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，MSC可以分化出脂肪、成纤维、肌细胞等多种细胞或组织，B正确； 单能干细胞只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化，C错误； 胚胎干细胞能发育为除部分胎盘以外的所有成体组织，D错误。
1．下列关于干细胞的描述，不正确的是( C )
A．干细胞是具有正常分化能力的细胞
B．造血干细胞属于多能干细胞
C．胚胎干细胞只能分化，不能分裂
D．干细胞发生的分化一般是不可逆的
【解析】动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞为干细胞，A正确；造血干细胞能分化形成多种血细胞，属于多能干细胞，B正确；胚胎干细胞能分裂分化形成多种体细胞，C错误；干细胞发生的分化一般是不可逆转的，将一直保持分化状态，直到死亡，D正确。
2．骨骼肌中的肌肉干细胞具有制造新肌肉组织的强大能力，而且还可以不断分裂产生更多的干细胞。但是它们的相关能力会随着年龄的增长而减弱。最新研究发现，所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋白，肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复。下列相关叙述正确的是( C )
A．肌肉干细胞制造新肌肉组织是干细胞全能性的体现
B．幼嫩肌肉干细胞和衰老肌肉干细胞中的遗传信息不同
C．GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂
D．衰老肌肉干细胞中的酶活性均比幼嫩肌肉干细胞中的低
【解析】肌肉干细胞制造新肌肉组织的过程没有形成新个体，故没有体现干细胞的全能性，A错误；同一生物体内的所有体细胞都是经过受精卵的有丝分裂和分化形成的，有丝分裂和细胞分化过程都不改变细胞的遗传物质，所以幼嫩肌肉干细胞和衰老肌肉干细胞中的遗传信息相同，B错误；由题意“所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋白，肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复”，说明GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂，C正确；由题意“所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白”，可说明衰老肌肉干细胞中的酶活性不一定均比幼嫩肌肉干细胞中的低，D错误。
3．小肠干细胞通过增殖分化产生潘氏细胞和小肠上皮细胞。潘氏细胞能合成并分泌溶菌酶等抗菌物质，抵抗外来病原体，而小肠上皮细胞与营养吸收有关。
(1)潘氏细胞与小肠上皮细胞所含的遗传信息__相同__(填“相同”或“不同”)，两者出现功能差异是__基因选择性表达__的结果。
(2)小肠干细胞一旦分化为潘氏细胞后就不能再转化为小肠干细胞，也不能转化为小肠上皮细胞，此现象说明了细胞分化具有__稳定性和不可逆性__特点。
(3)体细胞与早期胚胎干细胞都起源于受精卵，理论上都具有全能性。下列是研究细胞全能性的历程中的几个事实：
事实1：通过培养体细胞到目前为止还没有得到任何动物个体；
事实2：通过早期胚胎干细胞培养已经得到了某些动物个体；
事实3：通过将体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中形成重组细胞，已经培育出某些动物个体。
通过上述事实进行推理，得出结论__动物细胞的全能性会随着分化程度的提高而受到抑制；动物细胞的细胞核具有全能性__。
【解析】(1)潘氏细胞与小肠上皮细胞是由同一个受精卵增殖分化形成的，具有相同的遗传信息，但由于基因的选择性表达，两者的功能不同。(2)小肠干细胞一旦分化为潘氏细胞后就不能再转化为小肠干细胞，也不能转化为小肠上皮细胞，此现象说明了细胞分化具有稳定性和不可逆性的特点。(3)通过上述事实进行推理，得出结论：动物细胞的全能性会随着分化程度的提高而受到抑制；动物细胞的细胞核具有全能性。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 细胞全能性的应用))
快速繁殖花卉和蔬菜，拯救珍稀濒危物种等。
由离体的植物器官、组织或细胞，利用植物细胞的全能性发展出来的快速繁殖植物的新技术称为植物组织培养。
植物组织培养过程中，分离的单个细胞首先通过脱分化和有丝分裂形成愈伤组织，然后经过再分化形成胚状体。
eq \a\vs4\al(典例) 下列能体现细胞全能性的实例是( C )
A．水稻种子→幼苗
B．人体造血干细胞→红细胞、白细胞和血小板
C．胡萝卜韧皮部细胞→幼苗
D．爪蟾蝌蚪→爪蟾幼体
【解析】种子是器官，由种子发育形成植株不能说明细胞具有全能性，A错误；人体造血干细胞分化形成各种血细胞时没有形成完整个体，因此不能体现细胞具有全能性，B错误；胡萝卜韧皮部细胞培养形成幼苗体现细胞的全能性，C正确；爪蟾蝌蚪形成爪蟾幼体的过程，属于自然生长过程，不能体现全能性，D错误。
1．下列关于全能性的叙述错误的是( A )
A．植物体只有生长点细胞具有全能性，而其他部位细胞没有全能性
B．植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有细胞都能表达全能性
C．理论上，生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性
D．植物细胞具有全能性，而其他生物细胞一般不具有全能性
【解析】正常的植物细胞都具有全能性，A错误；植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有细胞都能表达全能性，B正确；理论上生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性，C正确；植物细胞具有全能性，而其他生物细胞一般不具有全能性，D正确。
2．下列关于细胞全能性的叙述，正确的是( A )
A．水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性
B．细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能
C．克隆羊多莉能够体现细胞全能性
D．造血干细胞形成各种血细胞能体现细胞全能性
【解析】水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性，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，B错误；克隆羊多莉能够体现动物细胞核的全能性，不能体现细胞全能性，C错误；造血干细胞形成各种血细胞，不是产生新个体，故不能体现细胞全能性，D错误。
3．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，请分析回答下列问题：
(1)分离出来的胡萝卜根细胞成为细胞团是通过__有丝__分裂方式来完成的。
(2)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__再分化(细胞分化)__。
(3)该实验说明__植物细胞具有全能性__。
(4)在试管苗形成的过程中，要给予一定的光照，其目的是__试管苗形成后要进行光合作用合成有机物__。
【解析】(1)细胞团的分裂是有丝分裂。(2)细胞形态、结构和功能出现差异的现象是细胞分化。(3)该现象说明植物细胞具有全能性。(4)光照有利于植物进行光合作用。
1．多细胞生物体的个体发育起始于一个受精卵，在其成为成熟个体的过程中，起决定性作用的是( D )
A细胞全能性
B．细胞生长
C．细胞增殖
D．细胞分化
【解析】多细胞生物体的发育起点是受精卵，受精卵经过有丝分裂使细胞数目增加，通过细胞分化形成形态、结构和生理功能不同的细胞，进而形成不同的组织、器官，并进一步发育成成熟个体，因此在多细胞生物体发育成熟过程中，起决定作用的是细胞分化。
2．下列关于人体造血干细胞的叙述，错误的是( C )
A．造血干细胞分化形成的红细胞和白细胞寿命不同
B．造血干细胞的移植可应用于血液系统疾病的治疗
C．造血干细胞分化形成T淋巴细胞的过程是可逆的
D．造血干细胞与成熟的红细胞的呼吸作用类型不同
【解析】造血干细胞分化形成的红细胞和白细胞寿命不同，A正确；造血干细胞可分化成多种血细胞，应用于血液系统疾病的治疗，B正确；造血干细胞分化形成T淋巴细胞的过程是不可逆的，分化具有不可逆性，C错误；造血干细胞进行需氧呼吸，成熟的红细胞无线粒体，进行厌氧呼吸，呼吸作用类型不同，D正确。
3．下列对细胞分化的相关叙述，错误的是( B )
A．从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果
B．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类不变、数量改变的结果
C．从细胞水平分析，细胞分化是细胞在形态、结构和功能方面发生了改变
D．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目均改变的结果
【解析】基因表达的产物有核酸和蛋白质，故从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果，A正确；从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类和数量改变的结果，B错误；从细胞水平分析，细胞分化是细胞在形态、结构和功能方面发生了改变，C正确；从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目均改变的结果，D正确。
4．人类干细胞的研究一直是科技热点之一，利用干细胞在体外培育出组织和器官，对治疗癌症和其他多种恶性疾病具有重要意义。下列有关干细胞的描述正确的是( B )
A．干细胞比受精卵分化程度低
B．干细胞中也存在与癌有关的基因
C．干细胞培育出组织和器官，体现了干细胞的全能性
D．干细胞分化成相应组织的过程中，细胞内核酸种类和数量不变
【解析】受精卵的分化程度比干细胞的要低，A错误；干细胞含有整套遗传信息，包括与癌有关的原癌基因和抑癌基因，B正确；干细胞培育出组织和器官，能说明干细胞具有分化能力，不能说明其具有全能性，C错误；干细胞分化成相应组织的过程中，细胞内DNA不变，但由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量会有所区别，D错误。
5．下列关于细胞分化的叙述中，不正确的是( A )
A．一般来说，细胞分化后产生的差异是可逆的
B．植物细胞的全能性大于动物细胞的全能性
C．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象
D．分化是指相同细胞的后代，在形态、结构和生理功能上出现稳定性的差异
【解析】细胞分化的实质是基因的选择性表达，一般来说，细胞分化后产生的差异是不可逆的，A错误；由于植物细胞能够离体培养形成新个体，而动物细胞不能，所以植物细胞的全能性大于动物细胞的全能性，B正确；细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，C正确；细胞分化是指在个体发育中，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，D正确。
6．下列关于细胞分化与细胞全能性的叙述，不正确的是( D )
A．高度分化的植物细胞仍然保持着全能性
B．细胞内含有全套的遗传物质是已分化细胞具有全能性的基础
C．利用组织培养的方法快速繁殖花卉的原理是植物细胞具有全能性
D．克隆羊多莉的诞生证明了动物细胞具有全能性
【解析】高度分化的植物细胞仍然保持着全能性，在一定的条件下，可以发育成完整的个体，A正确；细胞的全能性指已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能，故细胞内含有全套的遗传物质是已分化细胞具有全能性的基础，B正确；植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，C正确；克隆羊多莉的诞生证明了动物细胞的核具有全能性，D错误。
知识目标
核心素养
1.举例说明细胞分化的含义，概述细胞分化的意义。
2．说出细胞全能性的概念和特点，举例说明细胞的全能性理论在动植物克隆技术中的应用。
3．举例说明干细胞的种类、特点和应用
在一定的生命观念下通过比较等科学思维分析不同形态差异的外在与内在表现，感悟分化对多细胞生物体发育的意义，明确干细胞的作用
项目
基因存在情况
基因表达情况
甲
乙
丙
丁
甲
乙
丙
丁
胰岛β细胞
√
√
√
√
√
√
眼晶状体细胞
(胚胎中)
√
√
√
√
√
√
神经细胞
√
√
√
√
√
√
项目
细胞分裂
细胞分化
原因
①细胞表面积和体积发展不平衡；②细胞核与细胞质发展不平衡；③增殖的需要
基因的选择性表达
细胞数量
增加
不变
发生时间
从受精卵开始，有些部位的细胞终生保持分裂能力，有的发育到一定时期停止分裂
整个生命进程中
结果
产生相同的细胞
产生不同的细胞
意义
①多细胞生物个体形成、生长和发育的需要；
②单细胞生物形成新个体的需要
①组织、器官的形成；
②组织、器官的修复
特点
①局部性；②周期性
①持久性；②稳定性和不可逆性；③普遍性
知识点一 美洲爪蟾的核移植实验
英国科学家约翰·伯特兰·格登爵士是2012年诺贝尔生理学或医学奖得主。他曾在20世纪60年代做了一个非常重要的实验如图：将美洲爪蟾的小肠上皮__细胞核__注入去核的__卵细胞__，结果发现一部分卵细胞依然可以发育成蝌蚪，其中的一部分蝌蚪可以继续发育成成熟的爪蟾。这是人类第一次利用__动物体细胞__“复制”出一个新的动物。
美洲爪蟾的核移植实验示意图
知识点二 细胞能产生特异性变化
1．细胞分化
(1)概念：细胞在形态、结构和__功能__上发生持久的、差异性变化的过程。
(2)实质：基因的__选择性__表达。
(3)特点：稳定性、持久性和__不可逆性__。
(4)结果：产生很多不同__类型__的细胞。
(5)意义：增加细胞的种类，使细胞功能趋于专门化，由不同的细胞类群构成多种组织，再进一步形成结构完整和功能统一的多细胞生物体。
2．干细胞：干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。不同干细胞的分化潜能是__不同的__。受精卵是__全能干细胞__，因为它能产生生物体所需要的所有类型的细胞。来源于早期胚胎的胚胎干细胞是__多能干细胞__，它的分化能力仅次于受精卵，虽不能发育成完整的个体，但可以发育成为除部分胎盘以外的所有成体组织。主要存在于骨髓中的__造血干细胞__，能够分化成各种血细胞(红细胞、白细胞和血小板等)，也能分化出造血系统以外的细胞。
小思考：细胞的分化可逆吗，是否会出现异常情况？
【答案】生物的个体发育就是通过细胞的分化过程来实现的。生物体的正常发育，是细胞分化受到高度精妙调控的结果。一旦失去控制，细胞分化就会发生异常。正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会返回原来的状态。细胞癌变是细胞异常分化，导致细胞不受控制地分裂。
知识点三 细胞具有全能性
1．全能性的概念：已分化的细胞，仍具有发育成__完整个体__的潜能。
2．细胞具有全能性的原因：已分化的细胞一般都与受精卵一样，每个细胞都包含该物种所特有的全套__遗传物质__，都有发育成完整个体所必需的全部基因。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
3．细胞全能性的大小
(1)分化程度越高的细胞，其全能性相对就较弱，发育为新个体的潜能较__小__。
(2)动物细胞的全能性__<__(填“>”或“<”)植物细胞。
(3)同一生物体内细胞：受精卵__>__生殖细胞__>__体细胞(填“>”或“<”)。
4．实例
(1)植物细胞的全能性：20世纪50年代初期，美国科学家发现将胡萝卜根中的细胞取出，放在液体培养基中培养，单个细胞就会__分裂__并__分化__，最后形成植株。将这种植株移植到土壤中，它生长正常，并能开花结实。
(2)动物细胞的全能性：多莉羊的成功克隆证明了__细胞核__的全能性。研究者从一只母羊的乳房中取出乳腺细胞进行培养，从另外的母羊体内取出卵细胞并移去其__细胞核__，然后使培养的乳腺细胞核与无核的卵细胞融合。融合的细胞经体外培养形成__早期胚胎__。将胚胎移入其他母羊的子宫中发育后生下了多莉羊。多莉羊与提供__乳腺细胞核__的“母亲”在外貌上和染色体组成上都相同，而与另外两个“母亲”都不同。这是利用已分化细胞的细胞核克隆哺乳动物的第一个成功案例。
小思考：如何确定细胞是否实现全能性？
【答案】确定细胞是否实现全能性必须关注“两点”——起点和终点。起点为一个细胞，终点为个体，而不是某个组织和器官。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)分化后的细胞内遗传物质不变。( √ )
(2)壁虎断尾重生体现了细胞全能性。( × )
(3)动物细胞的全能性易于表达。( × )
(4)细胞的分裂能力越强，全能性越大。( √ )
(5)细胞分化导致细胞数目和种类增多。( × )
2．案例分析：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：
(1)四种基因中可能属于管家基因的是__丁__。
(2)甲基因__能__(填“能”或“不能”)表示控制胰岛素合成的基因，理由是__胰岛素基因只在胰岛β细胞中表达__。
(3)细胞分化的实质是__奢侈基因__(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__人体细胞都来源于同一个受精卵__。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__细胞器的种类和数量不同__。
【解析】(1)由表可知，丁基因在三种细胞中均表达，结合题中信息可知其应属于管家基因。(2)甲基因只在胰岛β细胞中表达，而胰岛素为胰岛β细胞的特定分泌物，故甲基因能表示控制胰岛素合成的基因。(3)根据表中信息可知，细胞分化的实质是奢侈基因的选择性表达，管家基因在每种细胞中都能表达。(4)人体所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，有丝分裂过程中细胞内的遗传物质不变，因此三种细胞中均含有四种基因；从细胞结构方面分析，细胞中所含细胞器的种类和数量不同导致细胞的形态和功能不同。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 细胞分裂和细胞分化的比较))
eq \a\vs4\al(典例) 下列关于细胞分裂、分化的叙述，正确的是( A )
A．细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献
B．哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞
C．细胞分化使细胞内遗传物质发生稳定性差异
D．细胞分化会降低各种生理功能的效率
【解析】有丝分裂能将亲代细胞的染色体经过复制，精确地平均分配到两个子细胞中，由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，A正确；哺乳动物的造血干细胞是由受精卵经过分裂、分化后产生的，只是分化程度较低，仍具有分裂、分化的能力，B错误；细胞分化时细胞的遗传物质未改变，而是通过基因的选择性表达，使细胞的形态、结构和生理功能发生稳定性差异，C错误；细胞分化可形成具有特定形态、结构和功能的各种细胞，使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率，D错误。
1．下列关于细胞分化和细胞分裂的叙述，错误的是( D )
A．生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果
B．细胞分化发生在生物体的整个生命进程中
C．细胞分裂是细胞分化的基础
D．细胞分化过程中细胞中的遗传物质逐渐减少
【解析】在生物个体发育的过程中，既存在细胞分裂，又有细胞分化，并且细胞分裂和分化是生物体生长发育的基础，A正确；细胞分化发生在多细胞生物体个体发育的整个过程中，在胚胎时期最强，B正确；细胞分裂是细胞分化的基础，C正确；在细胞分化过程中遗传物质并没有发生变化，因为细胞核中含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质，正因为如此，一个细胞能培育成一个生物体，D错误。
2．如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)甲图A表示的是__细胞增殖__过程，B表示的是__细胞分化__过程。乙图处于有丝分裂的__后__期。
(2)甲图中b、c、d、e具有相同的__遗传物质__。
(3)甲图中，若e能合成血红蛋白，则b、c、d都__不能__(填“不能”或“能”)合成血红蛋白，其主要原因是__b、c、d中控制合成血红蛋白的遗传信息处于关闭状态__。
(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__全能__性。
(5)甲图中的a、b、c、d、e这五个细胞相比，哪一个细胞的全能性最大？__a__。
(6)乙图中细胞有__8__条染色体，①和⑤两条染色体是经过分裂间期__复制__形成的。
【解析】甲图中A、B分别是细胞数目增多和形态改变的过程，说明其分别表示细胞增殖和细胞分化。乙图中着丝粒分裂，染色单体分开成为染色体，在纺锤丝牵引下向两极移动，所以是有丝分裂的后期。甲图中b、c、d、e细胞都是由a细胞分裂、分化而来的，所以遗传物质相同，五个细胞中a的分化程度最低，全能性最高。不同细胞功能不同的原因是基因的选择性表达。植物细胞能在体外条件下培养成一个植物体，说明植物细胞具有全能性。乙图细胞中染色体有8条，①和⑤两条染色体是在细胞分裂间期经复制形成的。
拓展延伸
(1)在细胞分裂的基础上，通过细胞分化形成不同细胞、组织等，从而促进个体发育。在细胞分化过程中，细胞中的遗传物质并没有改变。
(2)细胞分裂和细胞分化共同完成个体发育，但细胞分化是个体发育的主要过程。
(3)在发育过程中，高度分化的细胞逐渐丧失分裂能力，如红细胞、神经细胞等。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 干细胞的分类)) 按分化潜能大小来分类：
全能干细胞： 它具有形成完整个体的分化潜能，如受精卵。
多能干细胞：具有分化出多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制，如骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞。
专能干细胞：这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞等。
eq \a\vs4\al(典例) 人体骨髓中存在少量的干细胞(MSC)，如图为MSC分裂、分化示意图，下列叙述正确的是( B )
A.干细胞(MSC)属于全能干细胞
B．干细胞(MSC)属于多能干细胞
C．干细胞(MSC)属于单能干细胞
D．干细胞(MSC)属于胚胎干细胞
【解析】全能干细胞具有形成完整个体的潜能，MSC不能形成完整的个体，A错误；多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，MSC可以分化出脂肪、成纤维、肌细胞等多种细胞或组织，B正确； 单能干细胞只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化，C错误； 胚胎干细胞能发育为除部分胎盘以外的所有成体组织，D错误。
1．下列关于干细胞的描述，不正确的是( C )
A．干细胞是具有正常分化能力的细胞
B．造血干细胞属于多能干细胞
C．胚胎干细胞只能分化，不能分裂
D．干细胞发生的分化一般是不可逆的
【解析】动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞为干细胞，A正确；造血干细胞能分化形成多种血细胞，属于多能干细胞，B正确；胚胎干细胞能分裂分化形成多种体细胞，C错误；干细胞发生的分化一般是不可逆转的，将一直保持分化状态，直到死亡，D正确。
2．骨骼肌中的肌肉干细胞具有制造新肌肉组织的强大能力，而且还可以不断分裂产生更多的干细胞。但是它们的相关能力会随着年龄的增长而减弱。最新研究发现，所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋白，肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复。下列相关叙述正确的是( C )
A．肌肉干细胞制造新肌肉组织是干细胞全能性的体现
B．幼嫩肌肉干细胞和衰老肌肉干细胞中的遗传信息不同
C．GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂
D．衰老肌肉干细胞中的酶活性均比幼嫩肌肉干细胞中的低
【解析】肌肉干细胞制造新肌肉组织的过程没有形成新个体，故没有体现干细胞的全能性，A错误；同一生物体内的所有体细胞都是经过受精卵的有丝分裂和分化形成的，有丝分裂和细胞分化过程都不改变细胞的遗传物质，所以幼嫩肌肉干细胞和衰老肌肉干细胞中的遗传信息相同，B错误；由题意“所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白。人为地从衰老肌肉干细胞中去除GASI蛋白，肌肉干细胞的肌肉再生功能得以恢复”，说明GASI蛋白会抑制肌肉干细胞的有丝分裂，C正确；由题意“所有衰老的肌肉干细胞中都存在一种GASI蛋白，而幼嫩肌肉干细胞中均不存在GASI蛋白”，可说明衰老肌肉干细胞中的酶活性不一定均比幼嫩肌肉干细胞中的低，D错误。
3．小肠干细胞通过增殖分化产生潘氏细胞和小肠上皮细胞。潘氏细胞能合成并分泌溶菌酶等抗菌物质，抵抗外来病原体，而小肠上皮细胞与营养吸收有关。
(1)潘氏细胞与小肠上皮细胞所含的遗传信息__相同__(填“相同”或“不同”)，两者出现功能差异是__基因选择性表达__的结果。
(2)小肠干细胞一旦分化为潘氏细胞后就不能再转化为小肠干细胞，也不能转化为小肠上皮细胞，此现象说明了细胞分化具有__稳定性和不可逆性__特点。
(3)体细胞与早期胚胎干细胞都起源于受精卵，理论上都具有全能性。下列是研究细胞全能性的历程中的几个事实：
事实1：通过培养体细胞到目前为止还没有得到任何动物个体；
事实2：通过早期胚胎干细胞培养已经得到了某些动物个体；
事实3：通过将体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中形成重组细胞，已经培育出某些动物个体。
通过上述事实进行推理，得出结论__动物细胞的全能性会随着分化程度的提高而受到抑制；动物细胞的细胞核具有全能性__。
【解析】(1)潘氏细胞与小肠上皮细胞是由同一个受精卵增殖分化形成的，具有相同的遗传信息，但由于基因的选择性表达，两者的功能不同。(2)小肠干细胞一旦分化为潘氏细胞后就不能再转化为小肠干细胞，也不能转化为小肠上皮细胞，此现象说明了细胞分化具有稳定性和不可逆性的特点。(3)通过上述事实进行推理，得出结论：动物细胞的全能性会随着分化程度的提高而受到抑制；动物细胞的细胞核具有全能性。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 细胞全能性的应用))
快速繁殖花卉和蔬菜，拯救珍稀濒危物种等。
由离体的植物器官、组织或细胞，利用植物细胞的全能性发展出来的快速繁殖植物的新技术称为植物组织培养。
植物组织培养过程中，分离的单个细胞首先通过脱分化和有丝分裂形成愈伤组织，然后经过再分化形成胚状体。
eq \a\vs4\al(典例) 下列能体现细胞全能性的实例是( C )
A．水稻种子→幼苗
B．人体造血干细胞→红细胞、白细胞和血小板
C．胡萝卜韧皮部细胞→幼苗
D．爪蟾蝌蚪→爪蟾幼体
【解析】种子是器官，由种子发育形成植株不能说明细胞具有全能性，A错误；人体造血干细胞分化形成各种血细胞时没有形成完整个体，因此不能体现细胞具有全能性，B错误；胡萝卜韧皮部细胞培养形成幼苗体现细胞的全能性，C正确；爪蟾蝌蚪形成爪蟾幼体的过程，属于自然生长过程，不能体现全能性，D错误。
1．下列关于全能性的叙述错误的是( A )
A．植物体只有生长点细胞具有全能性，而其他部位细胞没有全能性
B．植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有细胞都能表达全能性
C．理论上，生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性
D．植物细胞具有全能性，而其他生物细胞一般不具有全能性
【解析】正常的植物细胞都具有全能性，A错误；植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有细胞都能表达全能性，B正确；理论上生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性，C正确；植物细胞具有全能性，而其他生物细胞一般不具有全能性，D正确。
2．下列关于细胞全能性的叙述，正确的是( A )
A．水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性
B．细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能
C．克隆羊多莉能够体现细胞全能性
D．造血干细胞形成各种血细胞能体现细胞全能性
【解析】水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性，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，B错误；克隆羊多莉能够体现动物细胞核的全能性，不能体现细胞全能性，C错误；造血干细胞形成各种血细胞，不是产生新个体，故不能体现细胞全能性，D错误。
3．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，请分析回答下列问题：
(1)分离出来的胡萝卜根细胞成为细胞团是通过__有丝__分裂方式来完成的。
(2)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__再分化(细胞分化)__。
(3)该实验说明__植物细胞具有全能性__。
(4)在试管苗形成的过程中，要给予一定的光照，其目的是__试管苗形成后要进行光合作用合成有机物__。
【解析】(1)细胞团的分裂是有丝分裂。(2)细胞形态、结构和功能出现差异的现象是细胞分化。(3)该现象说明植物细胞具有全能性。(4)光照有利于植物进行光合作用。
1．多细胞生物体的个体发育起始于一个受精卵，在其成为成熟个体的过程中，起决定性作用的是( D )
A细胞全能性
B．细胞生长
C．细胞增殖
D．细胞分化
【解析】多细胞生物体的发育起点是受精卵，受精卵经过有丝分裂使细胞数目增加，通过细胞分化形成形态、结构和生理功能不同的细胞，进而形成不同的组织、器官，并进一步发育成成熟个体，因此在多细胞生物体发育成熟过程中，起决定作用的是细胞分化。
2．下列关于人体造血干细胞的叙述，错误的是( C )
A．造血干细胞分化形成的红细胞和白细胞寿命不同
B．造血干细胞的移植可应用于血液系统疾病的治疗
C．造血干细胞分化形成T淋巴细胞的过程是可逆的
D．造血干细胞与成熟的红细胞的呼吸作用类型不同
【解析】造血干细胞分化形成的红细胞和白细胞寿命不同，A正确；造血干细胞可分化成多种血细胞，应用于血液系统疾病的治疗，B正确；造血干细胞分化形成T淋巴细胞的过程是不可逆的，分化具有不可逆性，C错误；造血干细胞进行需氧呼吸，成熟的红细胞无线粒体，进行厌氧呼吸，呼吸作用类型不同，D正确。
3．下列对细胞分化的相关叙述，错误的是( B )
A．从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果
B．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类不变、数量改变的结果
C．从细胞水平分析，细胞分化是细胞在形态、结构和功能方面发生了改变
D．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目均改变的结果
【解析】基因表达的产物有核酸和蛋白质，故从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果，A正确；从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类和数量改变的结果，B错误；从细胞水平分析，细胞分化是细胞在形态、结构和功能方面发生了改变，C正确；从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目均改变的结果，D正确。
4．人类干细胞的研究一直是科技热点之一，利用干细胞在体外培育出组织和器官，对治疗癌症和其他多种恶性疾病具有重要意义。下列有关干细胞的描述正确的是( B )
A．干细胞比受精卵分化程度低
B．干细胞中也存在与癌有关的基因
C．干细胞培育出组织和器官，体现了干细胞的全能性
D．干细胞分化成相应组织的过程中，细胞内核酸种类和数量不变
【解析】受精卵的分化程度比干细胞的要低，A错误；干细胞含有整套遗传信息，包括与癌有关的原癌基因和抑癌基因，B正确；干细胞培育出组织和器官，能说明干细胞具有分化能力，不能说明其具有全能性，C错误；干细胞分化成相应组织的过程中，细胞内DNA不变，但由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量会有所区别，D错误。
5．下列关于细胞分化的叙述中，不正确的是( A )
A．一般来说，细胞分化后产生的差异是可逆的
B．植物细胞的全能性大于动物细胞的全能性
C．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象
D．分化是指相同细胞的后代，在形态、结构和生理功能上出现稳定性的差异
【解析】细胞分化的实质是基因的选择性表达，一般来说，细胞分化后产生的差异是不可逆的，A错误；由于植物细胞能够离体培养形成新个体，而动物细胞不能，所以植物细胞的全能性大于动物细胞的全能性，B正确；细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，C正确；细胞分化是指在个体发育中，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，D正确。
6．下列关于细胞分化与细胞全能性的叙述，不正确的是( D )
A．高度分化的植物细胞仍然保持着全能性
B．细胞内含有全套的遗传物质是已分化细胞具有全能性的基础
C．利用组织培养的方法快速繁殖花卉的原理是植物细胞具有全能性
D．克隆羊多莉的诞生证明了动物细胞具有全能性
【解析】高度分化的植物细胞仍然保持着全能性，在一定的条件下，可以发育成完整的个体，A正确；细胞的全能性指已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能，故细胞内含有全套的遗传物质是已分化细胞具有全能性的基础，B正确；植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，C正确；克隆羊多莉的诞生证明了动物细胞的核具有全能性，D错误。
知识目标
核心素养
1.举例说明细胞分化的含义，概述细胞分化的意义。
2．说出细胞全能性的概念和特点，举例说明细胞的全能性理论在动植物克隆技术中的应用。
3．举例说明干细胞的种类、特点和应用
在一定的生命观念下通过比较等科学思维分析不同形态差异的外在与内在表现，感悟分化对多细胞生物体发育的意义，明确干细胞的作用
项目
基因存在情况
基因表达情况
甲
乙
丙
丁
甲
乙
丙
丁
胰岛β细胞
√
√
√
√
√
√
眼晶状体细胞
(胚胎中)
√
√
√
√
√
√
神经细胞
√
√
√
√
√
√
项目
细胞分裂
细胞分化
原因
①细胞表面积和体积发展不平衡；②细胞核与细胞质发展不平衡；③增殖的需要
基因的选择性表达
细胞数量
增加
不变
发生时间
从受精卵开始，有些部位的细胞终生保持分裂能力，有的发育到一定时期停止分裂
整个生命进程中
结果
产生相同的细胞
产生不同的细胞
意义
①多细胞生物个体形成、生长和发育的需要；
②单细胞生物形成新个体的需要
①组织、器官的形成；
②组织、器官的修复
特点
①局部性；②周期性
①持久性；②稳定性和不可逆性；③普遍性
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