人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化教案及反思

第2节　细胞的分化

一、细胞的分化

1．概念

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：细胞中的基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同。

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，有利于提高生物体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，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。

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。

③应用：a.快速繁殖花卉和蔬菜；

b．培养微型观赏植株；

c．拯救濒危物种。

(2)动物细胞细胞核的全能性

①实例：非洲爪蟾、克隆羊“多莉”、体细胞克隆猴“中中”和“华华”。

②结论：已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。

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。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

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．植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。 (　　)

5．干细胞具有分裂和分化能力。  (　　)

6．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．×　细胞的全能性是细胞经过分裂和分化后，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。

　细胞的分化

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，即在个体发育中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，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

1．下列关于细胞分化的叙述，不正确的是 (　　)

A.细胞分化可使细胞内合成特异性蛋白质 

B.细胞分化使细胞的全能性逐渐增强

C.细胞分化是细胞固有基因的正常表达过程

D.细胞分化使细胞的形态、结构和生理功能向专一性状态转变

B　[细胞分化的实质是基因的选择性表达，所以细胞分化可使细胞内合成特异性蛋白质，A项正确。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，细胞分化使细胞的全能性逐渐减弱，B项错误。细胞分化是细胞固有基因的正常表达过程，而且是选择性表达，C项正确。细胞分化是细胞由非专一性状态向形态、结构和生理功能的专一性状态转变的过程，D项正确。]

2．下列有关细胞分化的叙述，正确的是  (　　)

A.细胞分化使细胞数量和细胞种类均增多

B.一般来说，细胞经分化后，其分裂能力降低、全能性提高

C.细胞分化是基因选择性表达的结果，如呼吸酶基因的表达

D.细胞分化使细胞的化学组成趋向差异化，功能趋向专门化

D　[细胞分化不能使细胞数量增多，A项错误。一般来说，细胞经分化后其分裂能力和全能性均降低，B项错误。呼吸酶基因在所有活细胞中均能表达，C项错误。细胞分化是基因的选择性表达，导致不同细胞内物质种类(即细胞的化学组成)出现差异，从而使细胞的功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率，D项正确。]

解答细胞分化类题目时，要注意以下三个关键点

(1)细胞分化的标志

①分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素等。

②细胞水平：形成了不同种类的细胞。   

(2)分化细胞表达的基因   

①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是

维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等。

②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其表达产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因等。   

(3)细胞分化的“变”与“不变”   

①不变：DNA、细胞的数目等。   

②改变：蛋白质的种类，细胞的形态、结构和生理功能等。   

　细胞的全能性

1．细胞全能性的概念

(1)表达的标志：细胞发育成完整有机体或分化成其他各种细胞。

(2)表达的原因：①细胞具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质。②分化细胞的遗传物质相同，具有发育成完整个体的潜能。

2．植物组织培养的过程

(1)材料：离体的细胞、组织或器官。

(2)条件：①脱离母体。②一定的营养物质(水、无机盐、糖类等物质)。③激素，主要是生长素和细胞分裂素。④适宜的环境(温度、pH等)。

(3)理论基础：植物细胞的全能性。

(4)过程：离体的细胞、组织或器官愈伤组织(未分化)胚状体(已分化)―→幼苗―→新植株。

(1)愈伤组织：一个没有分化的细胞团块。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，液泡比较大，细胞无固定形状。愈伤组织可经过进一步诱导再分化，长出根、叶、芽、茎，形成完整植株。

(2)胚状体：愈伤组织经再分化后形成的具有类似于胚芽、胚轴、胚根的结构，能进一步发育成完整植株。

3．细胞全能性高低的比较

(1)一般来说，细胞分化程度越高，全能性越低。

(2)植物细胞>动物细胞

受精卵>生殖细胞>体细胞。

未分化或分化程度低的体细胞>分化程度高的体细胞。

注意：分化程度高的细胞，其全能性不一定低。一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达，但卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。

4．细胞分化与细胞全能性的关系

下列有关细胞全能性的叙述，正确的是  (　　)

A.植物成熟的体细胞比动物成熟的体细胞更容易表达全能性

B.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高

C.克隆羊的诞生说明高度分化的动物细胞具有全能性

D.愈伤组织的形成说明高度分化的植物细胞具有全能性

A　[植物细胞全能性比动物细胞高，A正确；卵细胞分化程度较高，B错误；克隆羊的诞生说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，C错误；愈伤组织的形成不能说明高度分化的植物细胞具有全能性，必须发育成完整个体才能说明高度分化的植物细胞具有全能性，D错误。]

[课堂小结]

1．造血干细胞分化为血细胞的实质是(　　)

A.蛋白质种类和数目的改变

B.细胞的形态、结构和功能发生改变

C.基因的选择性表达

D.细胞亚显微结构的改变

C　[细胞分化并不改变细胞原有的基因组成，表观上看是蛋白质的种类、数量，细胞器种类等发生变化，实质上是基因的选择性表达。]

2．细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列叙述不正确的是    (　　)

A.老年人体内仍然存在着具有分裂和分化能力的细胞

B.细胞分化过程中遗传物质发生了改变

C.细胞分化有利于提高多细胞生物各种生理功能的效率

D.造血干细胞分化形成白细胞的过程是不可逆的

B　[细胞分化过程中遗传物质没有变化。]

3．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。]

4．下列有关细胞分化和细胞全能性的描述中正确的是(　　)

A.细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生理功能的效率

B.细胞分化使细胞类型和细胞数目增多

C.上皮细胞与早期胚胎细胞遗传物质相同，因此它们的全能性高低应该相同

D.水稻种子萌发长成新植株体现了植物细胞的全能性

A　[细胞分化是细胞内基因的选择性表达，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生理功能的效率，A正确；细胞分化使细胞类型增多，细胞数目没有增多，B错误；上皮细胞与早期胚胎细胞遗传物质相同，但是早期胚胎细胞的全能性高于上皮细胞，C错误；水稻种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]

5．如图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下列问题。

(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，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的____________，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。

[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。

[答案]　(1)选择性表达　(2)造血干

(3)红细胞　成熟的红细胞中无细胞核　(4)间