高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化学案设计

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化学案设计，共10页。

1．说明细胞分化形成各种组织。
2．举例说明细胞的全能性。
核心素养
1．生命观念——明确细胞的生命历程，形成科学的自然观。
2．科学思维——归纳与概括：对比分析细胞分化、细胞全能性，明确相互关系。
3．社会责任——了解干细胞移植，关注健康的生活方式。
知识点一 细胞分化及其意义
必备知识·夯实双基
1．概念
2．特征：具有普遍性、_持久性__、遗传物质不变性、稳定性和不可逆性。
3．原因：不同种类的细胞中_遗传信息的表达情况__不同。
4．意义
(1)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。
活学巧练
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。( × )
深入探讨
如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态，据图分析下列问题：
(1)上述基因属于管家基因(基因产物是维持细胞基本生命活动所必需)的是_a__，属于奢侈基因(基因产物赋予不同细胞特异性的生理功能)的是_b、c、d__。
(2)这三种细胞“血红蛋白基因”均不能表达，所以这三种细胞_不是__(填“是”或“不是”)红细胞；A细胞可产生“肌动蛋白”，应为_肌细胞__。
(3)下列①～④能说明某细胞已经发生分化的是_③__。
①进行ATP的合成
②进行与呼吸相关的酶的合成
③可合成抗体
④存在纤维蛋白原基因
课内探究·名师点睛
1．细胞分化的过程
(1)图解
(2)分析
①从细胞水平分析：细胞的形态、结构和生理功能发生改变。
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，即遗传信息的表达情况不同，这是细胞分化的根本原因。
2．实质——基因的选择性表达
同一个体各种细胞具有完全相同的遗传物质，但不同的细胞中遗传信息的表达情况不同(基因的选择性表达)，如图所示：
拓展
(1)管家基因：在所有细胞中都表达的基因，与细胞分化无关，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等。
(2)奢侈基因：只在特定细胞中选择性表达的基因，如胰岛素基因、血红蛋白基因。
3．细胞分裂与细胞分化的比较
细胞分裂与细胞分化的区别和联系：
知识贴士
(1)在细胞分化的过程中遗传物质并没有发生改变。
(2)细胞分化是伴随整个生命进程的，但在胚胎时期达到了最大程度。
典例剖析
典例1 下列有关细胞分化的叙述，正确的是( D )
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，细胞的形态结构和生理功能发生改变
解析：细胞分化是细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，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进程中，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。
变式训练❶ 如图为人体早期胚胎细胞所经历的生长发育过程示意图，图中甲、乙、丙、丁、戊表示细胞，a、b表示生理过程，下列叙述错误的是( D )
A．过程a是有丝分裂
B．过程b是细胞分化
C．丁与戊的遗传物质相同
D．丙和戊的蛋白质组成相同
解析： a使细胞数目增多，为有丝分裂过程，A项正确；b使细胞的形态出现不同，为细胞分化，B项正确；一般来说，细胞分裂和细胞分化不会使遗传物质发生改变，C项正确；细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，会改变细胞的蛋白质组成，D项错误。
知识点二 细胞的全能性
必备知识·夯实双基
1．概念
(1)前提：_已经分化__的细胞。
(2)本质：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．基础：细胞中含有发育成完整生物体所需要的_全部遗传信息__。
3．植物细胞的全能性
(1)实验过程
(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。
4．动物细胞核的全能性
(1)实验过程
(2)结论：已分化的动物体细胞的_细胞核_是具有全能性的。
5．干细胞
(1)特点
①动物和人体内，数量少。
②具有_分裂和分化能力__。
(2)举例：人的骨髓中有许多_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。
名师点拨：植物细胞(或动物体细胞核)具有全能性的原因：多细胞生物的体细胞一般都是由受精卵通过有丝分裂增殖而来的，都有一套和受精卵相同的染色体，携带有相同的DNA分子，即已分化的体细胞(或细胞核)含有本物种个体发育所需要的全部基因。
活学巧练
1.细胞的分化程度越高，全能性越高。( × )
2．植物组织培养过程中不出现细胞的分化。( × )
3．已分化的动物肠上皮细胞核具有全能性。( √ )
4．造血干细胞不断产生红细胞、白细胞和血小板，体现了细胞的全能性。( × )
深入探讨
通过下图比较细胞全能性大小和分化程度高低之间的关系。
(1)正常情况下，图中哪些细胞不再分裂了？
提示：皮肤细胞、红细胞、白细胞、血小板、神经细胞和肝细胞，即高度分化的细胞。
(2)分化程度最低的细胞是_受精卵__。
(3)最容易表达全能性的细胞是_受精卵__。
细胞全能性大小与分化程度之间的关系为：_一般情况下，细胞分化程度越高，细胞全能性越低__。
(4)请解释细胞具有全能性的原因。
提示：细胞内含有生物生长发育所需的全套遗传物质。
课内探究·名师点睛
1．细胞的全能性
(1)实现细胞全能性的三个条件
①离体：细胞脱离原来的母体，单独培养。
②一定的营养物质和激素。
③适宜的环境条件。
(2)细胞全能性与细胞分化的比较
特别提醒：细胞全能性的三点提示
(1)细胞全能性以产生完整个体或其他各种细胞为标志。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)动物细胞也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。
知识贴士
证明细胞具有全能性实例的判断
eq \x(起点条件)——已分化的细胞
eq \x(中间条件)——离体(体外培养)
eq \x(终点条件)——形成完整个体或其他各种细胞
2．干细胞的种类
(1)根据干细胞的分化能力可分为：
全能干细胞：可以发育成完整的个体，如受精卵。
多能干细胞：可发育成多种组织和器官，如造血干细胞。
专能干细胞：可发育成专门的组织和器官，如神经干细胞。
(2)根据干细胞的来源可分为胚胎干细胞和成体干细胞两类。
典例剖析
典例2 (2023·广东湛江期末)皮肤生发层细胞分化成表皮细胞的过程中( C )
A．细胞的形态、数目不会发生变化
B．细胞内染色体数量发生改变
C．细胞内的遗传物质不改变
D．细胞全能性升高，分裂能力增强
解析：细胞分化过程中细胞的形态会发生变化，数目不会发生变化，A错误；细胞分化过程中细胞内染色体数量不发生改变，B错误；细胞分化过程中细胞内的遗传物质一般不改变，C正确；细胞分化过程中细胞全能性降低，分裂能力减弱，D错误。
变式训练❷ (2023·黑龙江大庆实验中学期末)下列有关细胞全能性的叙述，错误的是( C )
A．受精卵在自然条件下能发育成完整个体，因此具有较高的全能性
B．由未受精的卵细胞发育成雄蜂的过程体现了生殖细胞的全能性
C．细胞全能性的大小关系为生殖细胞>受精卵>体细胞
D．胡萝卜根细胞的植物组织培养能体现植物细胞具有全能性
解析：受精卵未分化，在自然条件适宜的情况下能发育成完整个体，因此全能性较高，A正确；未受精的卵细胞能发育成雄蜂，体现了生殖细胞的全能性，B正确；细胞全能性的大小关系为受精卵>生殖细胞>体细胞，C错误；胡萝卜根细胞经植物组织培养能获得完整植株，可体现植物细胞具有全能性，D正确。
细胞增殖、细胞生长及细胞分化的判断
1．根据结果进行判断
细胞增殖的结果是细胞数目增加，细胞生长引起细胞体积增大，而细胞分化的结果是引起细胞在形态、结构和生理功能三个方面的改变。
2．根据图解进行判断
细胞增殖和细胞分化在题目中往往会以图解的形式表示，如图所示。
(1)在过程①和③中，细胞在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异，这种变化叫作细胞分化。细胞分化的结果是产生了不同的组织。
(2)过程②表示一个细胞分成两个细胞，这是细胞的分裂。过程④表示细胞的体积由小变大，这是细胞的生长。
典例3 根据下图，回答问题：
(1)①→②、①→④的过程叫作_细胞的分化__。
(2)①→③的过程叫作_细胞的分裂__。
(3)③→⑤的过程叫作_细胞的生长__。
(4)组成②、③、④细胞的_形态__、_结构__、_生理功能__不同，因此它们属于不同的_组织__。
(5)①～⑤所示各细胞群中，具有分裂能力的是标号_①③⑤__所示细胞群。
解析：分析题图，可以得出细胞群②、③、④均是来自细胞群①经有丝分裂产生的子细胞，②、③、④三个细胞群的细胞形态不同，它们分属于不同的组织。从①→②、①→④过程中，细胞在形态、结构和生理功能上产生了稳定性差异，这种变化叫细胞的分化。①→③一个细胞分裂成两个细胞，这是细胞的分裂，③→⑤细胞的体积由小变大这是细胞的生长。③、⑤细胞和①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。
学霸记忆
1.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)实质：不同细胞中遗传信息的表达情况不同。遗传物质没有发生变化。
(3)特点：持久性，不可逆性、遗传物质不变性和普遍性。
(4)意义：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。
2．细胞全能性
(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)体细胞具有全能性的原因：由于体细胞是通过有丝分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的遗传物质，因此，分化的细胞具有发育成完整新个体或其他各种细胞的潜能。
(3)动物细胞全能性：高度分化的动物细胞，从整个细胞来说，全能性受到限制。但是，细胞核仍然保持着全能性。
(4)植物细胞全能性：高度分化的植物细胞仍然具有全能性。
1．(2023·绵阳高一检测)人胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，是因为胰岛细胞( B )
A．只有胰岛素基因
B．既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因，但基因选择性表达
C．比人的受精卵基因要少
D．有胰岛素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因
解析：胰岛细胞既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因，基因选择性表达使其只产生胰岛素，不产生血红蛋白。
2．以下能体现细胞具有全能性的实验是( A )
A．将一个棉花细胞培育成棉花植株
B．用小麦种子培育出小麦植株
C．去核蛙卵植入体细胞核后又发育成正常的蝌蚪
D．胚胎干细胞形成神经细胞
解析：将一个棉花细胞培育成棉花植株，体现了细胞的全能性，A正确；种子是新个体的幼体，用小麦种子培育出小麦植株属于自然生长过程，不能体现细胞的全能性，B错误；给去核蛙卵植入体细胞核后又发育成正常的蝌蚪，这说明了动物细胞的细胞核具有全能性，不能体现动物细胞具有全能性，C错误；胚胎干细胞形成神经细胞，但没有形成个体，因此不能说明细胞具有全能性，D错误。故选A。
3．请据图回答：
(1)①～⑤所示的各细胞群中，具有分裂能力的是标号_①③⑤__所示的细胞群，_分化__程度越高其分裂能力越低。
(2)若从②中取一个细胞，在适宜条件下培养，结果产生了一个新个体，这体现了_细胞的全能性__，原因是_已经分化的细胞含有发育为完整个体的全套遗传信息__。
(3)组成②③④的细胞在_形态__、_结构__和_功能__上是不同的，因此它们属于不同的_组织__。
解析：(1)由图可知，①③⑤细胞群的细胞为正方形，还没有完全分化，具有分裂能力。细胞的分化程度越高，分裂能力越低，呈负相关。
(2)②属于已分化的细胞，若从②中取一个细胞，在适宜条件下培养，结果产生了一个新个体，这体现了细胞的全能性。细胞在分裂和分化的过程中，遗传物质并不发生改变，故已经分化的细胞仍然含有发育为完整个体的全套遗传信息，所以在适宜条件下可以表现出全能性。
(3)②③④三个细胞群的形态不同，依据形态、结构与其功能相适应的原理，它们的结构、功能也不同，属于不同的组织。
项目
细胞分裂
细胞分化
细胞变化
细胞数量增多
细胞形态、结构和生理功能发生稳定性差异。细胞种类增多
发生时间
从受精卵开始
发生在整个生命过程中
意义
保持了亲子代细胞间遗传性状的稳定性
保证了生物体正常发育
联系
(1)细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的；
(2)分化程度大，分裂能力则逐渐下降
项目
细胞分化
细胞全能性
原理
细胞内基因的选择性表达
含有本物种全套遗传物质
结果
形成形态、结构、生理功能不同的细胞
形成新的个体或其他各种细胞
大小比较
细胞分化程度有高低之分：体细胞>生殖细胞>受精卵
细胞全能性有大小之分：受精卵>生殖细胞>体细胞(植物细胞>动物细胞)
关系
①细胞分化不会导致遗传物质改变，已分化的细胞仍具有全能性；
②一般说来，细胞分化程度越高，全能性越难以实现，细胞分化程度越低，全能性就越高