生物必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化教案

这是一份生物必修1《分子与细胞》第2节 细胞的分化教案，共12页。教案主要包含了细胞分化及其意义，细胞的全能性等内容，欢迎下载使用。

一、细胞分化及其意义
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
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执行情况不同。
4.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。
(1)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同( )
(2)蛙的红细胞和人的红细胞形态不同的原因是基因的选择性表达的结果( )
(3)同一细胞内往往含有不同的蛋白质，这是基因选择性表达的结果( )
答案 (1)× (2)× (3)×
下图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态，请思考：
(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需)的是________，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________。
(2)这三种细胞是否包括红细胞？
(3)通过以上推理可知，细胞分化的实质___________________________________________。
(4)细胞分裂和细胞分化与个体的生长发育有什么关系？
(5)在细胞分化过程中发生改变的是________________、____________________，未发生改变的是______________、________________。
提示 (1)a b、c、d (2)因为在这三种细胞中“血红蛋白基因”均不能表达，所以这三种细胞不包括红细胞。 (3)基因的选择性表达(程序性表达) (4)细胞分裂使细胞数量增多，是个体生长的基础；细胞分化使细胞种类增多，是个体发育的基础。个体生长发育是细胞分裂和细胞分化共同作用的结果。 (5)蛋白质的种类 细胞的形态、结构和功能 细胞的数目 核内遗传物质
二、细胞的全能性
1.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。一些没有分化的细胞，如受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞、植物体的分生组织细胞也具有全能性。
(2)植物细胞的全能性
①植物组织培养：胡萝卜韧皮部细胞→放入特定培养基→形成细胞团块eq \(――→,\s\up7(分化))根、茎和叶→新的植株。
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)动物细胞核的全能性
①非洲爪蟾的核移植实验：将非洲爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新的个体。
②体细胞羊多利的培育：将乳腺细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中。
③结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
2.干细胞
(1)特点
①具有分裂和分化的能力。
②在动物和人体内，数量很少。
(2)举例：人骨髓中的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。
(1)已分化的细胞都能进一步分化成其他细胞( )
(2)生物体内的所有细胞都要发生细胞分化( )
(3)种子发育成完整个体可体现细胞全能性( )
(4)细胞的分化程度越高，表现出的全能性越弱( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)×
解析 (1)分化程度高的细胞，一般无法再继续分化成其他细胞，分化程度低的细胞如造血干细胞，可继续分化为血细胞。
(2)如植物体的分生组织细胞和动物的干细胞可保持不分化的状态。
(3)种子中含有胚根、胚芽、胚轴等构成的新的生命体，由种子长成新植株的发育过程，不体现细胞全能性。
(4)一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达。分化程度越低，全能性越高。但卵细胞的分化程度高，全能性也高。
1.下图是胡萝卜的组织培养过程，请分析：
(1)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什么条件？
提示 植物细胞全能性的表达需要在离体条件下并需要一定的外界条件。
(2)图中试管里的培养液应该含有哪些物质？
提示 植物激素、无机盐和糖类等物质。
(3)植物细胞具有全能性的根本原因是什么？
提示 已分化的植物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有机体所需要的全部遗传信息。
2.下图是克隆羊的培育过程，请分析：
(1)如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养，能不能形成完整的个体？和植物细胞相比，有什么不同？
提示 不能发育成完整个体。和植物细胞相比，动物高度分化的体细胞的全能性受到限制，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哪只羊相同？
提示 和B羊相同。
1.图中甲、乙、丙分别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的根本原因是( )
A.DNA的结构不同
B.遗传信息的表达情况不同
C.细胞核内遗传物质不同
D.线粒体结构不同
答案 B
解析 题中甲、乙、丙是由同一受精卵经过增殖、分化形成的，它们的细胞核内遗传物质相同，DNA的结构相同，线粒体的结构也相同，只是含量不同而已。它们的形态、结构和功能各不相同的根本原因是基因的选择性表达，即遗传信息的表达情况不同。
2.下列关于细胞分裂和细胞分化的叙述，错误的是( )
A.生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果
B.生物体通过细胞分化，细胞之间逐渐发生了稳定性的差异
C.细胞分裂是细胞分化的基础
D.细胞分化过程中细胞核内的遗传物质发生了变化
答案 D
解析 细胞分裂是细胞分化的基础，个体发育首先是细胞经有丝分裂使细胞数目增多，在此基础上，不同细胞选择表达不同的基因，从而实现细胞分化，但分化的细胞内含有相同的遗传物质。
3.下列关于细胞全能性的理解，不确切的是( )
A.植物体内某些体细胞没有表现全能性，其原因是所含基因不同
B.每个细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在因素
C.经植物组织培养得到的试管苗，是植物细胞在一定条件下表现全能性的结果
D.大量的科学事实证明，高度分化的植物体细胞仍具有全能性
答案 A
解析 同一植物体内所有的体细胞都是由一个受精卵经过有丝分裂、分化形成的，都具有相同的基因。
4.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基因
答案 D
解析 细胞具有全能性的根本原因是分化的细胞有一整套和受精卵相同的遗传物质。
5.中国科学家倡导的以脐带血作储存的“生命银行”，是利用脐带血中的( )
A.红细胞 B.营养物质
C.遗传基因 D.干细胞
答案 D
解析 脐带血中的干细胞具有分裂、分化为特定细胞、组织、器官的能力，可用于移植。
6.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，由于细胞的__________，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__________和调节人体各项生命活动的________。
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、结构和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。
题组一 细胞分化及其意义
1.下列现象中能说明某细胞已经发生分化的是( )
A.进行ATP的合成 B.进行蛋白质的合成
C.存在血红蛋白 D.进行细胞呼吸
答案 C
解析 所有活细胞中，不管是否分化，都能合成ATP用于各项生命活动，都能进行蛋白质的合成，都能进行细胞呼吸；红细胞中含有与运输氧气相适应的血红蛋白，是基因选择性表达的结果，表明该细胞已经发生分化。
2.下列有关细胞分化的叙述，正确的是( )
A.细胞分化使细胞结构和功能发生改变
B.分化的细胞核体积变大，代谢增强
C.细胞分化是基因发生突变的结果
D.细胞分化增强了细胞的增殖能力
答案 A
3.如图为根尖的结构及细胞分裂和分化的情况。下列相关叙述正确的是( )
A.观察细胞质壁分离时可选择a区和b区细胞
B.观察根尖有丝分裂时应选择d区细胞
C.②过程所经历的时间明显比①过程长
D.③和④过程中细胞核内的遗传物质不发生改变
答案 D
解析 图中a为根冠，b为分生区，c为伸长区，d为成熟区。观察细胞质壁分离时应选d区细胞，A错误；观察根尖有丝分裂时应选b区细胞，B错误；①过程为细胞生长，即间期为细胞分裂作准备，②过程为细胞分裂期，①过程比②过程经历时间长，C错误；③和④过程为细胞分化，细胞分化过程中，细胞核内的遗传物质不发生改变，D正确。
4.如图表示人体骨髓造血干细胞的生命历程，下列相关叙述错误的是( )
A.a过程表示细胞生长，该过程中细胞与外界环境进行物质交换的效率提高
B.b过程表示细胞增殖，该过程是c过程的基础
C.c过程表示细胞分化，该过程中基因进行了选择性表达
D.三种血细胞一般不会再变成细胞③或④
答案 A
解析 a过程细胞体积增大，表示细胞生长，细胞体积变大后细胞表面积与体积的比值变小，所以细胞与外界环境进行物质交换的效率降低，A错误；b、c过程分别是细胞增殖与细胞分化，细胞增殖是细胞分化的基础，细胞分化是基因选择性表达的结果，B、C正确；细胞分化一般是不可逆的，所以三种血细胞不会再变成细胞③或④，D正确。
题组二 细胞的全能性
5.在实验条件下，矮牵牛叶片细胞能发育成完整的植株。这说明该细胞具有( )
A.普遍性 B.统一性
C.全能性 D.特异性
答案 C
解析 叶片细胞经培养可发育成完整的植株，这体现了植物细胞的全能性，故选C。
6.下列有关细胞的全能性的说法，不正确的是( )
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
答案 B
解析 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。
7.下列有关细胞全能性的理解，正确的是( )
A.从理论上讲，生物体的体细胞都具有全能性
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，细胞内基因发生变化导致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 细胞全能性得以表现的条件是离体状态、一定的营养物质以及适宜的其他外界条件，B、D错误；细胞具有全能性的原因是已经分化的体细胞具有一套和受精卵相同的遗传物质，含有本物种发育所需的全部遗传信息，因此，从理论上讲，细胞分化不会使细胞内基因发生变化，生物体的体细胞都具有全能性，A正确、C错误。
8.(2018·湖北部分重点中学高一上期末)美国斯坦福医学院成功绕过干细胞阶段，将老鼠的皮肤细胞直接转化为神经前体细胞，得到的细胞能发育成三种脑细胞，而且能在实验室里大量培育，该方法为受损神经细胞再生提供了一条新途径。下列说法正确的是( )
A.老鼠皮肤细胞能够直接转化为神经前体细胞，是遗传物质改变的结果
B.大脑细胞和皮肤细胞形态结构不同的根本原因是核糖体上翻译的蛋白质不同
C.神经前体细胞是一种具有分裂、分化能力的细胞
D.利用该技术，老鼠皮肤细胞只能直接转化为神经前体细胞，不能转化成其他细胞
答案 C
解析 老鼠皮肤细胞直接转化为神经前体细胞，细胞中的遗传物质没有改变，A项错误；大脑细胞和皮肤细胞形态结构不同的根本原因是基因的选择性表达，B项错误；神经前体细胞能发育成三种脑细胞，具有分裂、分化能力，C项正确；使用该技术，可能将皮肤细胞转化成任何类型的细胞，D项错误。
9.如图是人体干细胞分化形成各类功能细胞的过程，下列有关说法正确的是( )
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
答案 B
解析 分化过程贯穿于生物体整个生命历程中，在胚胎时期达到最大限度，A错误；细胞分化的直接原因是细胞内产生了不同的蛋白质，根本原因是基因的选择性表达，B正确、C错误；因为在人体内，分化是不可逆的，因此分化形成的各类细胞不可能转化为干细胞，D项错误。
10.高等动物随着胚胎发育，仅有少数细胞依然具有分化成其他类型细胞和构建组织器官的能力，这类细胞称为干细胞。下图中最能完整显示正常机体内干细胞基本特征的是( )
答案 D
解析 干细胞是生物体内保留的少数仍具有分裂和分化能力的细胞，它能不断分裂产生子细胞。有的子细胞仍然具有细胞周期，有的子细胞不再分裂，将分化成具有特定功能的细胞。细胞分化具有不可逆转的特性，D项正确。
11.下列关于细胞分化的说法正确的是( )
①分化是稳定的，而且一般是不可逆的 ②细胞分化后，细胞中的蛋白质不完全相同 ③分化的结果是赋予相同种类的细胞特异的结构和功能 ④一般不会出现细胞核遗传物质的改变 ⑤细胞分化的实质是基因的选择性表达
A.②③④⑤ B.①②④⑤
C.①②③⑤ D.①②③④⑤
答案 B
解析 细胞分化有不可逆性；因为基因的选择性表达，分化后的细胞中的蛋白质不完全相同；细胞分化不会引起遗传物质的改变；细胞分化的实质是基因的选择性表达。
12.下表为环腺苷酸(cAMP)和环鸟苷酸(cGMP)的浓度(M1、M2、M3、M4表示浓度，且M1A.cAMP和cGMP的浓度对细胞分化具有调控作用
B.cAMP浓度增高时，则促进细胞分裂
C.cGMP浓度增高时，则促进细胞分化
D.cAMP和cGMP对细胞分裂没有影响
答案 A
解析 从表中数据可以看出，随着cAMP浓度的增加，促进细胞分化的强度增大；随着cGMP浓度的增加，促进细胞分化的强度减弱，即cAMP和cGMP的浓度对细胞分化具有调控作用。通过此表不能看出这两种物质对细胞分裂有何影响。
13.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__________。
(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________________________。
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
14.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。
15.高度分化的动物细胞分化潜能变窄，它的全能性受到限制，但它的细胞核仍具有全能性。请利用性成熟的青蛙作为实验材料，设计一个实验方案证明上述说法。
(1)实验的大体思路：先把完整的体细胞单独培养，证明_____________________________；再将____________________植入__________________，看能否表现出全能性。
(2)根据上述思路设计实验步骤：
第一步：取正常的雄性青蛙的体细胞直接进行细胞培养，观察其能否发育成一只完整的青蛙。
第二步：准备若干个正常雄性青蛙的体细胞和雌性青蛙的卵细胞。
第三步：____________________________________________________________________。
第四步：将第三步形成的重组细胞进行细胞培养，观察能否发育成完整的青蛙。
(3)实验结果：________________________________________________________________。
(4)结论：____________________________________________________________________。
(5)有人推测，卵细胞细胞质中的物质X是促进体细胞的细胞核全能性发挥的物质，若要证明这一推断，请写出简单的设计思路：____________________________________________。
答案 (1)高度分化的动物细胞的全能性受到限制 体细胞的细胞核 去核的卵细胞中
(2)将卵细胞的细胞核去除，取体细胞的细胞核导入去核的卵细胞中，形成重组细胞
(3)直接单独培养青蛙体细胞不能发育成完整的青蛙，培养重组细胞，则能发育成完整的青蛙
(4)高度分化的动物细胞其全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性
(5)将物质X注入正常青蛙体细胞的细胞质中，在离体状态下，给予适宜条件培养，观察其能否发育成一只完整的青蛙特点
解释
持久性
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
相对稳定性(不可逆性)
一般来说，分化了的细胞，不会再演变成原始的细胞，将一直保持分化后的状态，直到死亡
遗传物质不变性
分化后的细胞核内遗传物质不发生改变
普遍性
在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础
浓度
M1
M2
M3
M4
cAMP
－
＋
＋＋
＋＋＋
cGMP
＋＋
＋
－
－－
项目
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
√
√
√
√
√
√