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第2節(jié) 細胞的分化 一、細胞分化及其意義 1．概念：在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代，在_________、______________和________上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。 2．特點： 細胞分化是一種_______的變化，具有穩(wěn)定性、不可逆性，是生物界中普遍存在的生命現(xiàn)象。 3．意義 （1）細胞分化是生物_________的基礎。 （2）細胞分化使多細胞生物體的細胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高_____________的效率。 4．原因（實質(zhì)）：不同的細胞中________________________的執(zhí)行情況是不同的。 二、細胞的全能性 1．概念：已經(jīng)分化的細胞，仍然具有_________________的潛能。 2．植物細胞的全能性 （1）_________________的植物仍具有全能性。 （2）應用：通過______________的方法，快速繁殖花卉和蔬菜等作物，拯救珍稀______________，還可以和__________相結(jié)合，培育作物新類型。 3．動物細胞的全能性 （1）已經(jīng)分化的動物體細胞的___________仍有全能性。 （2）目前，不能將單個已分化的動物體細胞培養(yǎng)成新的個體。 4．干細胞：動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有___________和______________的能力的細胞，如人的骨髓中的_______________________能增殖分化產(chǎn)生紅細胞、白細胞和血小板。 一、1．形態(tài) 結(jié)構(gòu) 生理功能 2．持久性 3．（1）個體發(fā)育 （2）各種生理功能 4．遺傳信息 二、1．發(fā)育成完整個體 2．（1）高度分化 （2）植物組織培養(yǎng) 瀕危物種 基因工程 3．（1）細胞核 4．分裂 分化 造血干細胞 一、細胞分化 1．細胞分化的特點 （1）持久性：細胞分化貫穿于生物體整個生命進程中，在胚胎時期達到最大限度。 （2）穩(wěn)定性和不可逆轉(zhuǎn)性：一般來講，分化了的細胞將一直保持分化之后的狀態(tài)，直至死亡。 2．細胞分化的原因 （1）分化的基礎：高等生物的發(fā)育是從一個受精卵開始的，通過有絲分裂形成多個細胞，每個細胞都應含有一套與受精卵完全相同的染色體，即攜帶有本物種的全部遺傳信息。 （2）分化的實質(zhì)：細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果，如圖所示 不同細胞中不同的基因的活性是有差別的。不同基因在不同時間不同條件下處于不同的活動狀態(tài)，從而控制合成不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，進而形成特定形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的細胞，即細胞分化。 3．細胞分化的結(jié)果： 形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能都有很大差異的組織和器官。 4．細胞分化的意義： （1）細胞分化是生物界普遍存在的生命現(xiàn)象，是生物個體發(fā)育的基礎。 （2）細胞分化使多細胞生物體內(nèi)的細胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。 5．細胞分裂與細胞分化的比較： 項目 細胞分裂 細胞分化 細胞變化 細胞數(shù)量增多 細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生穩(wěn)定性差異，細胞種類增多 發(fā)生時間 發(fā)生在整個生命過程中 意義 在細胞的親代和子代之間保持了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定 保證了生物體正常發(fā)育 聯(lián)系 細胞分裂是細胞分化的基礎，兩者往往是相伴相隨的，一般來說，分化程度越大，分裂能力越低 1．細胞分化是生物個體發(fā)育中普遍存在的生命現(xiàn)象，如圖為胚胎干細胞的分化過程，下列分析合理的是 A．某些動物成熟的紅細胞沒有細胞核，也沒有DNA，說明細胞分化可能導致遺傳物質(zhì)發(fā)生改變 B．從分子水平看，細胞分化表示各種細胞內(nèi)合成了不同的蛋白質(zhì) C．胚胎干細胞、造血干細胞、白細胞的全能性依次提高 D．分化后的細胞一定會一直保持分化后的狀態(tài)直到細胞死亡 【參考答案】B 二、細胞全能性 1．細胞全能性的概念： 已分化的細胞，仍然具有發(fā)育成完整個體的潛能，叫做細胞的全能性。 （1）全能性是一種潛在能力，一種發(fā)育成完整個體的潛在能力。因每一個細胞都具有本物種的全套遺傳物質(zhì)，所以從理論上講每一個細胞都具有這種潛能，即全能性。 （2）由于細胞分化程度的不同，不同細胞的這種潛能表現(xiàn)難易程度不同。 2．植物細胞全能性和動物細胞全能性 （1）高度分化的植物細胞具有全能性。高度分化的組織和細胞仍具有發(fā)育成完整植株的能力，也就是說仍具有全能性。 ①植物細胞全能性表現(xiàn)的條件：離體的情況下，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他適宜的外界條件下，細胞才能表現(xiàn)其全能性。 ②應用：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，進行快速繁殖，拯救瀕危物種，培育轉(zhuǎn)基因植物等。 （2）動物已分化的體細胞的細胞核具有全能性。例如，動物克隆技術(shù)。 （3）動植物的體細胞一般是通過有絲分裂增殖而來的，已分化的體細胞都有一套和受精卵相同的遺傳物質(zhì)，這是體細胞具有全能性產(chǎn)生的原因。 【特別提醒】 ①細胞全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎。 ②一般情況下，分化程度越高，全能性越低，二者呈負相關。同一生物體內(nèi)細胞的全能性高低為：受精卵＞生殖細胞＞體細胞，增殖細胞＞不增殖細胞 ③早期胚胎細胞和干細胞都具有明顯的全能性。 3．不同細胞全能性的比較 （1）受精卵（全能性最高）＞卵細胞（具有較高的全能性）＞體細胞（全能性較低） （2）未分化或分化程度低的細胞＞分化程度高的體細胞。 （3）植物細胞的全能性＞動物細胞。 細胞分化和細胞全能性： 細胞分化 細胞全能性 原因 不同細胞中遺傳信息的執(zhí)行情況不同 含有本物種全套遺傳物質(zhì) 結(jié)果 形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理功能不同的細胞 形成新的個體 大小或高低比較 細胞分化程度有高低之分：體細胞>生殖細胞> 受精卵 細胞全能性有大小之分：受精卵>生殖細胞>體細胞 關系 ①兩者的遺傳物質(zhì)都不發(fā)生改變 ②細胞分化程度越高，具有的全能性越小 4．干細胞 （1）干細胞的定義：干細胞是一類尚未分化發(fā)育的細胞，能分化成個各種組織器官的原始細胞。機體內(nèi)的各種細胞、組織和器官都是由干細胞分化發(fā)育而來的。即干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。 （2）干細胞的特點 ①干細胞本身不是出于分化途徑的終端 ②干細胞能無限增殖分裂 ③干細胞可連續(xù)分裂幾代，也可在較長時間內(nèi)出于靜止狀態(tài) 2．下列發(fā)生了細胞分化且能體現(xiàn)體細胞全能性的生物學過程是 A．玉米種子萌發(fā)長成新植株 B．胡蘿卜根韌皮部細胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)發(fā)育成新植株 C．蜜蜂沒有經(jīng)過受精作用的卵細胞直接發(fā)育成雄峰 D．人骨髓中的造血干細胞形成各種血細胞 【參考答案】B 1．下列有關細胞分化的敘述不正確的是 A．細胞分化發(fā)生在生物體的整個生命過程中 B．生物體內(nèi)含各種不同的細胞和組織是細胞分化的結(jié)果 C．細胞分化是一種持久性的變化 D．通過細胞分化，使細胞的數(shù)量和種類越來越多 2．圖中甲、乙、丙分別表示某人體內(nèi)的幾種細胞，它們的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能各不相同的根本原因是 A．遺傳信息的執(zhí)行情況不同 B．DNA的結(jié)構(gòu)不同 C．遺傳物質(zhì)不同 D．線粒體結(jié)構(gòu)不同 3．人體胰腺細胞的外分泌部分泌消化液，內(nèi)分泌部（胰島細胞）分泌激素，功能各不相同，它們所含核酸的特點是 A．DNA和RNA均基本相同 B．DNA和RNA均基本不同 C．DNA基本相同，RNA則不同 D．DNA不同，RNA則基本相同 4．下列對于細胞分化不同水平的分析，不正確的是 A．從細胞水平分析，細胞分化是細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能改變的結(jié)果 B．從細胞亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析，細胞分化是細胞器的數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及細胞質(zhì)基質(zhì)成分和功能改變的結(jié)果 C．從蛋白質(zhì)分子的角度分析，細胞分化是由于蛋白質(zhì)種類、數(shù)目、功能發(fā)生了改變，這是細胞分化的根本原因 D．從核酸分子的角度分析，細胞分化是基因選擇性表達的結(jié)果 5．取同種生物的不同類型細胞，檢測其基因表達，結(jié)果如圖。 圖中所示細胞中功能最為近似的兩個細胞是 A．1與6 B．2與3 C．2與6 D．4與5 6．細胞分化是生物界普遍存在的一種生命現(xiàn)象，下列敘述不正確的是 ①老年人體內(nèi)仍然存在著具有分裂和分化能力的細胞 ②分化后的不同組織細胞其蛋白質(zhì)種類完全不同 ③細胞分化有利于提高多細胞生物各種生理功能的效率 ④造血干細胞分化形成白細胞的過程是不可逆的 ⑤從細胞水平分析，細胞分化是由于細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能改變的結(jié)果 ⑥從細胞亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析，細胞分化是由于細胞器的數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及細胞質(zhì)基質(zhì)成分和功能改變的結(jié)果 ⑦從蛋白質(zhì)分子的角度分析，細胞分化是蛋白質(zhì)種類、數(shù)量、功能改變的結(jié)果 ⑧從核酸分子的角度分析，細胞分化是由于基因選擇性表達的結(jié)果 A．①③ B．①② C．②⑦ D．③⑦ 7．如圖是某細胞增殖和分化的概念圖，據(jù)圖回答下列有關問題： （1）圖中A表示的是___________過程，圖中________（字母表示）過程表示的是細胞分化過程。 （2）圖中b、c、d、e所代表的細胞含有的遺傳信息是否相同？___________。（填“相同”或者“不相同”） （3）若a為植物細胞，而d能在體外條件下培養(yǎng)成一個植物體，則說明d具有___________性。 8．人胰島細胞能產(chǎn)生胰島素，但不能產(chǎn)生血紅蛋白。下列有關敘述正確的是 A．胰島細胞中只含胰島素基因 B．胰島細胞比受精卵中的基因要少 C．胰島細胞中既含胰島素基因，也含血紅蛋白基因 D．胰島細胞中含胰島素基因和其他基因，不含血紅蛋白基因 9．下表表示人體三種不同細胞中的基因存在及表達情況： 基因存在情況 基因表達情況 甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁 幼嫩紅細胞 √ √ √ √ √ √ 眼晶狀體細胞 √ √ √ √ √ √ 神經(jīng)細胞 √ √ √ √ √ √ 下列有關說法不正確的是 A．甲基因可能是控制血紅蛋白合成的基因 B．丁基因可能是控制呼吸酶合成的基因 C．三種細胞不同的根本原因是細胞中遺傳信息不同 D．三種細胞都有甲、乙、丙、丁四種基因的根本原因是人體細胞都來源于同一個受精卵 10．高度分化的動物細胞分化潛能變窄，它的全能性受到限制，但它的細胞核仍具有全能性。請用性成熟的青蛙作實驗材料，設計一個實驗方案證明上述說法。 （1）實驗的大體思路是：______________。 （2）根據(jù)上述思路設計的實驗步驟如下： 第一步，取正常的雄性青蛙的體細胞直接進行組織培養(yǎng)，觀察能否形成完整的青蛙。 第二步，準備若干個正常雄性青蛙的體細胞和雌性青蛙的卵細胞。 第三步，____________________________。 第四步，將第三步形成的重組細胞進行細胞培養(yǎng)克隆，觀察能否形成完整的青蛙。 （3）實驗結(jié)果及分析：_________________________________________。 （4）問題討論：第四步若能克隆出小型青蛙，其性別應為________，主要性狀應與________相同；上述實驗能否說明細胞的分化受細胞質(zhì)的影響?________________________。 11．（2018江蘇卷，23）人體骨髓中存在少量屬于多能干細胞的間充質(zhì)干細胞（MSC），下圖為MSC分裂、分化成多種組織細胞的示意圖，下列敘述錯誤的是 A．組織細胞中的DNA和RNA與MSC中的相同 B．MSC不斷增殖分化，所以比組織細胞更易衰老 C．MSC中的基因都不能表達時，該細胞開始凋亡 D．不同誘導因素使MSC分化形成不同類型的細胞 12．（2017江蘇卷）下列關于人體細胞分化、衰老、凋亡與癌變的敘述，錯誤的是 A．細胞分裂能力隨細胞分化程度的提高而減弱 B．衰老細胞中各種酶的活性顯著降低 C．細胞凋亡有助于機體維持自身的穩(wěn)定 D．癌細胞無接觸抑制特征 13．（2016年新課標II）在細胞的生命歷程中，會出現(xiàn)分裂、分化等現(xiàn)象。下列敘述錯誤的是 A．細胞的有絲分裂對生物性狀的遺傳有貢獻 B．哺乳動物的造血干細胞是未經(jīng)分化的細胞 C．細胞分化是細胞內(nèi)基因選擇性表達的結(jié)果 D．通過組織培養(yǎng)可將植物葉肉細胞培育成新的植株 1．【答案】D 【解析】細胞分化是指在個體發(fā)育過程中，由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程，發(fā)生在生物體的整個生命過程中，是一種持久性的變化，A、C正確，同一個體的各種細胞具有相同的遺傳信息，在個體發(fā)育過程中，不同的細胞中遺傳信息的執(zhí)行情況不同，使各種細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能出現(xiàn)很大差異，這是細胞分化的結(jié)果，B正確。通過細胞增殖，細胞數(shù)量才會增多，D錯誤。 2．【答案】A 【解析】同一生物體內(nèi)的細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能各不相同的根本原因是基因的選擇性表達，即遺傳信息的執(zhí)行情況不同，A正確；同一生物體內(nèi)的細胞所含DNA的結(jié)構(gòu)都相同，均為雙螺旋結(jié)構(gòu)，B錯誤；同一生物體內(nèi)所有的體細胞都是由同一個受精卵有絲分裂形成的，都含有相同的遺傳物質(zhì)，C錯誤；同一生物體內(nèi)的細胞所含線粒體結(jié)構(gòu)相同，D錯誤。 3．【答案】C 【解析】人體所有細胞都來自受精卵的有絲分裂，細胞核中的DNA相同，但由于基因的選擇性表達，轉(zhuǎn)錄出不同的mRNA，合成不同的蛋白質(zhì)，從而導致細胞的功能不同。 5．【答案】A 【解析】在不同的細胞中表達的基因相同的越多，細胞中蛋白質(zhì)種類就越相似，細胞的功能就越相似。 6．【答案】C 【解析】①個體衰老與細胞衰老不同，老年人體內(nèi)仍然存在著具有分裂和分化能力的細胞，①正確；②分化后的不同組織細胞其蛋白質(zhì)種類不完全相同，由特定的基因表達，而呼吸酶基因和ATP合成酶具有在所有細胞中都表達，與細胞分化無關，②錯誤；③細胞分化可以使多細胞生物體中的細胞趨于專門化形成各種不同細胞，進而形成具有特定形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的組織和器官，而每一種器官都可以相對獨立地完成特定的生理功能，這樣就使得機體內(nèi)可以同時進行多項生理活動，而不相互干擾，這樣有利于提高各種生理功能的效率，③正確；④在生物體內(nèi)細胞分化是不可逆的，一般來說，分化的細胞一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡，④正確；⑤細胞分化就是指細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生穩(wěn)定差異的過程，⑤正確；⑥從細胞亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析，細胞分化導致細胞器的數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及細胞質(zhì)基質(zhì)成分和功能改變，⑥正確；⑦從蛋白質(zhì)分子的角度分析，蛋白質(zhì)種類、數(shù)量的改變是細胞分化的直接原因，⑦錯誤；⑧從核酸分子的角度分析，細胞分化是由于基因選擇性表達的結(jié)果；所以選C。 【名師點睛】注意：（1）人體是多細胞個體，細胞衰老和死亡與人體衰老和死亡不同步，而個體衰老的過程就是組成個體的細胞普遍衰老的過程；（2）細胞分化是指在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。同一生物體內(nèi)不同部位的細胞DNA、基因相同，但RNA和蛋白質(zhì)不完全相同，細胞器的數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及細胞質(zhì)基質(zhì)成分和功能改變。 7．【答案】（1）細胞增殖 B （2）相同 （3）全能 【解析】（1）由以上分析可知：圖A表示細胞增殖過程，圖B表示細胞分化過程。（2）圖中b、c、d、e都是由同一個受精卵有絲分裂形成的，具有相同的遺傳信息（或遺傳物質(zhì)）。（3）d細胞能在體外條件下培養(yǎng)成一個植物體，則說明d細胞具有全能性。 9．【答案】C 【解析】甲基因只在幼嫩紅細胞中表達，很可能是控制血紅蛋白合成的基因，A正確；由于幼嫩紅細胞、眼晶狀體細胞和神經(jīng)細胞都要進行細胞呼吸，故呼吸酶基因在三個細胞中都可表達，B正確；三種細胞功能不同的根本原因是基因的選擇性表達，三種細胞的遺傳信息是相同的，C錯誤；三種細胞都來自同一個受精卵，故遺傳信息相同，D正確。 10．【答案】（1）直接培養(yǎng)青蛙的體細胞和將高度分化的青蛙的體細胞的細胞核移植到去核的卵細胞中形成 重組細胞進行培養(yǎng)，形成對照，分別觀察能否形成完整的青蛙 （2）第三步：取出正常雄性青蛙的體細胞的細胞核移植到雌性青蛙的去核卵細胞中 （3）第一步實驗不能形成完整的青蛙，第四步實驗能培養(yǎng)出完整的青蛙。說明了高度分化的動物細胞的細胞核仍具有全能性 （4）雄性 提供細胞核的雄蛙 能 【解析】在本題中，要特別注意“高度分化的動物細胞分化潛能變窄，它的全能性受到限制，但它的細胞核仍具有全能性”這句話。實驗中應將體細胞的細胞核移到去核的卵細胞中，然后培養(yǎng)觀察。相同的細胞核處于正常體細胞的細胞質(zhì)中不能分化，而處于去核的卵細胞的細胞質(zhì)中能分化，說明細胞的分化受細胞質(zhì)的影響。 11．【答案】ABC 【解析】組織細胞中的DNA與MSC細胞中的DNA相同，但是RNA不同，A錯誤；組織細胞是MSC細胞增殖分化形成的，因此組織細胞比MSC細胞更容易衰老，B錯誤；當MSC中的基因都不能表達時，說明該細胞早就已經(jīng)開始凋亡了，C錯誤；不同誘導因素能夠使MSC分化形成不同類型的細胞，D正確。 【名師點睛】本題主要考查細胞的生命歷程，要求學生理解細胞分裂與細胞分化的關系，理解細胞衰老的特點，理解細胞凋亡的意義。 13．【答案】B 【解析】細胞有絲分裂的重要意義是將親代細胞的染色體經(jīng)過復制后，精確地平均分配到兩個子細胞中，從而使細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性，A正確；哺乳動物的造血干細胞是一種專能干細胞，分化程度不高，但也是經(jīng)過分化了的細胞，B錯誤；細胞分化是細胞內(nèi)基因選擇性表達的結(jié)果，C正確；高度分化了的植物細胞仍具有全能性，通過組織培養(yǎng)可以將植物葉肉細胞培育成新植株，D正確。