浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第二节 细胞通过分化产生不同类型的细胞教学设计

第二节　细胞通过分化产生不同类型的细胞

一、细胞能产生特异性变化

1．细胞分化

(1)概念　细胞分化是指细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程。

(2)来源　各种各样的细胞都来自于干细胞。

2．干细胞

(1)概念　干细胞是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。

(2)类型　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，也能分化出造血系统以外的细胞。

3．细胞分化的实质

细胞分化并非由于遗传物质丢失造成的，它与遗传物质有选择地发挥作用有关。细胞中的遗传物质，有些是维持细胞生存所必需的，在各类细胞中都处于活动状态；有些则在不同的组织细胞中表现不同的活动状态，从而使具有相同遗传物质的细胞在不同的组织中呈现出形态、结构与功能的特异性变化。

4．细胞分化的意义

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。

二、细胞具有全能性

1．概念

高度分化的植物组织具有发育成完整植株的潜能，保持着发育的全能性。

2．动物细胞不表现出全能性

动物细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能越来越小，不表现出全能性，其原因是受到了细胞内物质的限制。

3．多莉羊的克隆

(1)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。

(2)证明的问题及意义

多莉羊的成功克隆证明了细胞核的全能性。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。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．植物根尖中各种细胞都是由根冠细胞分化形成的。 (　　)

2．细胞分化过程中遗传物质发生了变化。 (　　)

3．细胞癌变是细胞异常分化，导致细胞不受控制地分裂。 (　　)

4．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。               (　　)

5．人和高等动物的受精卵，第1～2次分裂所形成的2～4个细胞已不具备这种全能性了。               (　　)

提示：1.×　植物根尖中各种细胞都是由分生区细胞分化形成的。

2．×　细胞分化过程中遗传物质没有发生变化。

3．√　4.√

5．×　仍具备这种全能性。

　细胞分化

1．细胞分化的实质：基因的选择性表达，如图

2．细胞分裂和细胞分化的关系

合作探究：用以下图示表示某种植物细胞分裂和分化的过程，探讨下列问题：

1．图中①②③分别代表哪些过程？

提示：①细胞分裂， ②细胞分化，③细胞分化。

2．细胞b能够再形成细胞a或细胞c吗？这说明细胞分化具有什么特点？

提示：不能。说明细胞分化具有稳定性和不可逆性。

3．细胞a、b、c的核遗传物质相同吗？为什么？

提示：相同。因为细胞b、c是由细胞a经过有丝分裂产生进一步分化得到的，而有丝分裂中遗传物质没有变化。

4．造成细胞a、b、c在形态、结构和生理功能上出现差异的原因是什么？

提示：细胞中的遗传信息的执行情况不同，即基因的选择性表达。

1．下列关于细胞分化的叙述错误的是(　　)

A．细胞分化意味着不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质

B．细胞分化是动物和植物发育的基础，且贯穿于其整个生命进程中

C．通常体内已分化的细胞将一直保持分化后的状态直至衰老死亡

D．具有分裂能力的细胞一定会分化，且分化程度越高分裂能力就越低

D　[细胞分化是基因选择性表达的结果，基因的选择性表达使细胞内蛋白质的种类产生差异；细胞分化贯穿于生物体的整个生命进程中；细胞分化一般是不可逆的，因此体内已分化的细胞将一直保持分化后的状态直至衰老死亡；具有分裂能力的细胞不一定会发生分化。]

2．如图为人体内几种类型的细胞模式图。下列相关叙述中，不正确的是(　　)

A．这些细胞最初来源于同一个受精卵

B．a的结构已发生很大变化，但仍属于真核细胞

C．这些细胞在结构上具有统一性

D．这些细胞在功能上是相同的

D　[图示细胞都是由同一个受精卵分裂和分化形成的，A正确；a为精子细胞，其结构已发生很大变化，但仍属于真核细胞，B正确；这些细胞的形态虽然各不相同，但都具有细胞膜、细胞质和细胞核等结构，因此在结构上具有统一性，C正确；这些细胞在形态、结构和功能上已经发生稳定性差异，因此这些细胞在功能上各不相同，D错误。]

3．下列能说明某细胞已经发生分化的是(　　)

A．进行ATP的合成

B．合成呼吸氧化酶

C．存在血红蛋白

D．存在纤维蛋白原基因

    C　[所有细胞都能合成ATP，都合成与细胞呼吸有关的氧化酶，所以据此不能判断细胞已经分化，故A、B错误；只有红细胞才能合成血红蛋白，存在血红蛋白说明其已经高度分化，故C正确；同一个体的所有细胞都是由受精卵有丝分裂而来的，含有相同的遗传物质，故D错误。]

　细胞的全能性

1．“三看”法确认细胞“全能性”

2．细胞全能性的比较

(1)不同生物类型：植物细胞>动物细胞。

(2)不同细胞类型：受精卵>生殖细胞>体细胞。

(3)不同细胞分化程度：分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。

(4)不同细胞分裂能力：与细胞分裂能力呈正相关，即分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞。

3．细胞分化与细胞全能性的关系

合作探究：1.1958年， 美国科学家斯图尔德取胡萝卜韧皮部的一些细胞， 放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，得到相应的幼苗，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。其过程如图所示，回答下列问题：

(1)上述过程表明了什么？其原因是什么？

提示：上述过程表明高度分化的植物组胞仍具有全能性，细胞具有全能性的原因是细胞中具有发育成个体的全套遗传物质。

(2)图中的5是由2经过细胞怎样的过程形成的？

提示：细胞分裂、分化(脱分化、再分化)。

2．人体骨髓中存在的间充质干细胞(MSC)可分裂分化成多种组织细胞(如图)，回答下列问题。

(1)MSC具有全能性吗？为什么？

提示：不具有。MSC是多能干细胞，可以分化成多种组织，但不能形成个体。

(2)b过程发生的根本原因是什么？

提示：基因的选择性表达。

1．以下不能说明细胞全能性的实验是(　　)

A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株

B．紫色糯性玉米种子培育出植株

C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株

D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株

B　[胡萝卜韧皮部细胞培育出植株是植物组织培养，体现了细胞的全能性，A不符合题意；紫色糯性玉米种子培育出植株是个体的正常发育，不能体现细胞的全能性，B符合题意；通过基因工程的方法获取含抗虫基因的重组细胞，经过植物组织培养获得抗虫棉，体现了细胞的全能性，C不符合题意；番茄体细胞与马铃薯体细胞融合后培育出植株是植物体细胞杂交，原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性，D不符合题意。]

2．壁虎的尾巴断裂后能再生，这是由于(　　)

A．细胞的全能性　　　 B．细胞的增殖分化

C．细胞的凋亡 D．细胞的衰老

B　[壁虎的尾巴断裂后能再生，未产生新的完整个体，没有体现细胞的全能性，A错误；壁虎的尾巴断裂后再生的过程，细胞数目及种类增多，是由于细胞的增殖分化，B正确；壁虎的尾巴断裂后再生过程中细胞数目增多，未体现细胞的凋亡，C错误；壁虎的尾巴断裂后再生过程中细胞数目增多，未体现细胞的衰老，D错误。]

3．下列关于细胞分化和全能性的说法，正确的是(　　)

A．正常情况下，细胞分化是不可逆的

B．细胞分化的程度越高，遗传物质的变化越大

C．高度分化的植物体细胞不具有全能性

D．胚胎干细胞能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型，这是细胞全能性的体现

A　[正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会脱分化到原来的状态，A正确；细胞分化过程中遗传物质不改变，B错误；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，C错误； 胚胎干细胞能诱导分化为机体几乎所有的细胞类型，不能体现全能性，全能性是以个体的实现为标志，D错误。]

“关键点法”区分细胞分化与细胞全能性的表达

[课堂小结]

1．下列对细胞分化的叙述不正确的是(　　)

A．一般来说，不同细胞分化后产生的差异是不可逆的

B．受精卵的分化程度低，全能性大于体细胞

C．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象

D．没有细胞分化，多细胞生物体也能正常生长发育

D　[细胞分化的实质是基因的选择性表达，一般来说，不同细胞分化后产生的差异是不可逆的，A正确；受精卵的分化程度低，全能性大于体细胞，B正确；细胞分化具有普遍性，细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，C正确；没有细胞分化，就不能产生不同种类的细胞，生物体也就不能正常生长发育，D错误。]

2．下列对细胞分化不同水平的分析中，错误的是(　　)

A．从细胞水平分析，细胞分化时细胞形态、结构和功能发生了改变

B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构和功能改变的结果

C．从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果

D．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，这也是细胞分化的根本原因

D　[从细胞水平分析，细胞分化时细胞形态、结构和功能发生了改变，A正确；从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的数目、形态、结构和功能改变的结果，B正确；从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果，C正确；从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果，但不是细胞分化的根本原因，D错误。]

3．人体造血干细胞可以增殖产生新的造血干细胞，也可以分化为红细胞、白细胞、血小板等多种血细胞。下列相关叙述错误的是(　　)

A．各种血细胞形成的实质是基因的选择性表达

B．成熟红细胞内可以合成血红蛋白

C．这些细胞内的蛋白质不完全相同

D．在这些细胞中，抑制DNA复制对造血干细胞影响最大

B　[各种血细胞形成的实质是基因的选择性表达，A正确；成熟红细胞无核糖体，不可以合成血红蛋白，B错误；这些细胞已经发生了细胞分化，故蛋白质不完全相同，C正确；在这些细胞中，抑制DNA复制对造血干细胞(分裂能力最强)影响最大，D正确。]

4．下列有关植物细胞全能性的说法，不正确的是(　　)

A．体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因

B．高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性

C．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一

D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性

D　[植物体的体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因，即植物细胞的全能性，也是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]

5．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：

甲　　　　　　　　　　　　乙

(1)甲图 A 表示的是________________过程，B 表示的是________________过程。乙图处于有丝分裂的________________期。

(2)甲图中 b、c、d、e 具有相同的________________。

(3)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________________性。

解析：(1)甲图中A、B分别是细胞数目增多和形态改变，说明其分别是细胞增殖和细胞分化。乙图中着丝粒分裂，且两极均有同源染色体，所以是有丝分裂的后期。(2)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(遗传信息或染色体数)。(3)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。

答案：(1)细胞增殖　细胞分化　后　(2)遗传信息或染色体数　(3)全能