【主干知識(shí)梳理】一、細(xì)胞分化1．概念在個(gè)體發(fā)育中，由____________細(xì)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___________的過程。
2．特點(diǎn)(1)細(xì)胞分化是一種_______的變化。(2)一般來說，分化的細(xì)胞將一直保持_______的狀態(tài)，直到死亡。(3)細(xì)胞分化是生物界__________的生命現(xiàn)象。3．意義(1)是生物_________的基礎(chǔ)。(2)使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向_______，有利于提高各種生理功能的_____。
4．原因細(xì)胞分化是細(xì)胞中的基因___________的結(jié)果，即在個(gè)體發(fā)育過程中，不同種類的細(xì)胞中__________的表達(dá)情況不同。二、細(xì)胞的全能性1．概念細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生___________或分化成____________的潛能和特性。
2．實(shí)例(1)植物組織培養(yǎng)。①過程： ②結(jié)論：高度分化的植物細(xì)胞仍具有_______。
(2)動(dòng)物細(xì)胞核移植。①過程：②結(jié)論：已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的________具有全能性。
【教材微點(diǎn)發(fā)掘】1．結(jié)合教材第121頁圖6－7骨髓中造血干細(xì)胞分化出各種血細(xì)胞的過程圖解回答有關(guān)問題：(1)干細(xì)胞是動(dòng)物和人體內(nèi)________________________________的細(xì)胞。(2)人骨髓中的許多造血干細(xì)胞能通過增殖和分化不斷產(chǎn)生________________________。(3)臍帶血干細(xì)胞可以培養(yǎng)并分化成人體的______，可用于治療血液系統(tǒng)疾病。答案：(1)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力　(2)紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板　(3)各種血細(xì)胞
2．下圖是克隆羊的培育過程模式圖，請(qǐng)據(jù)圖及教材第121頁相關(guān)內(nèi)容分析回答下列問題：
(1)如果直接用B羊的乳腺細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，能不能形成完整的個(gè)體？與植物細(xì)胞相比，有什么不同？___________________________________________________________________________。(2)得到的克隆羊的性別等絕大部分的性狀應(yīng)該和________(填“A”“B”或“C”)羊相同。答案：(1)不能發(fā)育成完整個(gè)體。這說明與植物細(xì)胞相比，動(dòng)物分化的體細(xì)胞的全能性受到限制，但是細(xì)胞核仍具有全能性　(2)B
教材問題提示思考·討論(一)比較構(gòu)成人體組織的細(xì)胞1．這些細(xì)胞在形態(tài)上相差很大，結(jié)構(gòu)上也有區(qū)別，功能上各不相同，但總體上都由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核組成。2．在正常情況下，它們是不能恢復(fù)成早期胚胎細(xì)胞的；這四種組織中的某種細(xì)胞不會(huì)轉(zhuǎn)變成其他組織的細(xì)胞。
(二)細(xì)胞的全能性1．從資料1中可以得出的結(jié)論是：已經(jīng)分化的植物細(xì)胞在離體培養(yǎng)下能夠形成完整的植物體。2．能。3．將腸上皮細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)不能獲得新的個(gè)體；與資料1中的實(shí)驗(yàn)相比，資料2中的實(shí)驗(yàn)說明已分化的動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性。
新知探究(一)　細(xì)胞分化【探究·深化】[情境質(zhì)疑]下圖表示細(xì)胞分化的過程，據(jù)圖回答有關(guān)問題：
(1)據(jù)圖，基因A、B中，細(xì)胞甲、乙含有的基因和表達(dá)的基因分別是哪種？提示：細(xì)胞甲含有的是基因A和B，表達(dá)的是基因A；細(xì)胞乙含有的是基因A和B，表達(dá)的是基因B。(2)細(xì)胞甲、乙都要進(jìn)行呼吸作用，都要合成相關(guān)的酶，據(jù)此推斷細(xì)胞甲、乙中DNA和蛋白質(zhì)的種類是否相同？提示：DNA相同，蛋白質(zhì)不完全相同。(3)通過以上推理可知，細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是什么？提示：基因的選擇性表達(dá)(或程序性表達(dá))。
(4)細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化與個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育有什么關(guān)系？提示：細(xì)胞分裂使細(xì)胞數(shù)量增多，是個(gè)體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)；細(xì)胞分化使細(xì)胞種類增多，是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育是細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化共同作用的結(jié)果。(5)一個(gè)生物體內(nèi)各種體細(xì)胞的遺傳信息相同嗎？為什么？提示：相同。因?yàn)閺?fù)雜生物體的所有體細(xì)胞都是由一個(gè)受精卵經(jīng)過有絲分裂形成的，即細(xì)胞分化形成的各種細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生變化。
[重難點(diǎn)撥]1．細(xì)胞分化的機(jī)制(1)不同細(xì)胞中基因“執(zhí)行情況”不同，即基因“選擇性表達(dá)”，如胰島B細(xì)胞中胰島素基因表達(dá)，抗體基因關(guān)閉，而漿細(xì)胞則與之相反。(2)由于基因的選擇性表達(dá)，導(dǎo)致含遺傳信息相同的細(xì)胞中mRNA和蛋白質(zhì)“各不相同”，從而導(dǎo)致出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)或生理功能的“與眾不同”(即分化)。
2．對(duì)細(xì)胞分化過程的理解(1)從細(xì)胞水平分析：細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變。(2)從亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析：細(xì)胞器的數(shù)目及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)成分和功能發(fā)生改變。(3)從分子水平分析：①蛋白質(zhì)角度：蛋白質(zhì)種類、數(shù)量、功能發(fā)生改變。②基因角度：基因選擇性表達(dá)，即遺傳信息的表達(dá)情況不同，這是細(xì)胞分化的根本原因。
【典題·例析】[典例1]　下列有關(guān)細(xì)胞分化的分析，錯(cuò)誤的是(　　)A．在個(gè)體發(fā)育過程中，有序的細(xì)胞分化能夠增加細(xì)胞的類型B．從細(xì)胞器水平分析，細(xì)胞分化是細(xì)胞器的種類、數(shù)目改變的結(jié)果C．細(xì)胞分化使各種細(xì)胞的遺傳物質(zhì)有所差異，導(dǎo)致細(xì)胞的形態(tài)和功能各不相同D．從蛋白質(zhì)角度分析，細(xì)胞分化是蛋白質(zhì)種類、數(shù)量改變的結(jié)果，這是細(xì)胞分化的直接原因
[答案]　C[解析]　在個(gè)體發(fā)育過程中，有序的細(xì)胞分化能夠增加細(xì)胞的類型，A正確；從細(xì)胞器水平分析，細(xì)胞分化是細(xì)胞器的種類、數(shù)目改變的結(jié)果，B正確；細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，不會(huì)改變細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)，C錯(cuò)誤；從蛋白質(zhì)角度分析，細(xì)胞分化是蛋白質(zhì)種類、數(shù)量改變的結(jié)果，這是細(xì)胞分化的直接原因，D正確。
[典例2]　有人取同種生物的不同細(xì)胞，檢測(cè)其基因表達(dá)，結(jié)果如圖。下列分析錯(cuò)誤的是(　　)
A．若基因1～8中有一個(gè)是控制細(xì)胞呼吸酶的基因，則最可能是基因2B．判斷圖中細(xì)胞功能近似程度的依據(jù)是表達(dá)相同基因的多少C．功能最為近似和差異最大的細(xì)胞分別是1與6、5與7D．細(xì)胞分化使不同細(xì)胞中蛋白質(zhì)完全不同，導(dǎo)致細(xì)胞的形態(tài)和功能各不相同
[答案]　D[解析]　細(xì)胞呼吸酶基因在所有的活細(xì)胞中都表達(dá)，圖中基因2在每種細(xì)胞中都表達(dá)，所以控制細(xì)胞呼吸酶的基因最有可能是基因2；判斷圖中細(xì)胞功能近似程度的依據(jù)是表達(dá)相同基因的多少，表達(dá)的相同基因越多，差異表達(dá)的基因越少，細(xì)胞功能越相似；由題圖可知，細(xì)胞1表達(dá)1～5基因，細(xì)胞6表達(dá)2～5基因，兩者表達(dá)的相同基因最多，差異表達(dá)的基因最少，則功能最近似。細(xì)胞5與細(xì)胞7表達(dá)的相同基因最少，功能差異最大；細(xì)胞分化使不同細(xì)胞中蛋白質(zhì)不完全相同。
歸納拓展分化細(xì)胞表達(dá)的基因(1)管家基因：所有細(xì)胞均表達(dá)的一類基因，其表達(dá)產(chǎn)物是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。(2)奢侈基因：不同類型細(xì)胞特異性表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物賦予不同細(xì)胞特異性的生理功能，如血紅蛋白基因、胰島素基因。
【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．下列四個(gè)選項(xiàng)中關(guān)于細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)A．細(xì)胞增殖可以增加細(xì)胞的數(shù)量，細(xì)胞分化可以增加細(xì)胞的種類B．受精卵發(fā)育成個(gè)體的過程中有細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化的發(fā)生C．細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化均可改變細(xì)胞核中的遺傳信息D．細(xì)胞增殖過程中和細(xì)胞分化過程中均需要合成蛋白質(zhì)
答案：C　解析：細(xì)胞增殖可以增加細(xì)胞的數(shù)量，細(xì)胞分化可以增加細(xì)胞的種類，A正確；受精卵發(fā)育成個(gè)體的過程中有細(xì)胞的增殖和分化，B正確；細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化均沒有改變細(xì)胞核中的遺傳信息，C錯(cuò)誤；細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化過程中均需要合成相關(guān)的酶等蛋白質(zhì)，D正確。
2.動(dòng)物和人體內(nèi)具有分裂和分化能力的細(xì)胞稱為干細(xì)胞。下列關(guān)于右圖的敘述錯(cuò)誤的是(　　)A．a(chǎn)過程表示干細(xì)胞能自我更新B．b、c過程表示干細(xì)胞具有分化能力C．a(chǎn)、b、c過程中細(xì)胞的遺傳信息表達(dá)情況不同D．b過程形成的細(xì)胞直接組成器官，可供器官移植使用答案：D　解析：細(xì)胞分化形成不同的細(xì)胞和組織，不同組織組成器官，而不是細(xì)胞直接組成器官。
新知探究(二)　細(xì)胞的全能性【探究·深化】[情境質(zhì)疑]1．下圖是胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程，請(qǐng)分析：
(1)植物體中的細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成了不同的組織和器官，這說明植物細(xì)胞全能性的表達(dá)需要什么條件？提示：植物細(xì)胞全能性的表達(dá)需要在離體條件下并需要一定的外界條件。(2)圖中試管里的培養(yǎng)液應(yīng)該含有哪些物質(zhì)？提示：植物激素、無機(jī)鹽和糖類等物質(zhì)。(3)植物細(xì)胞具有全能性的根本原因是什么？提示：已分化的細(xì)胞都有一整套和受精卵相同的遺傳物質(zhì)，具有發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體所需要的全部遺傳信息。
2．臍帶血是胎兒娩出、臍帶結(jié)扎并離斷后殘留在胎盤和臍帶中的血液，通常是廢棄不用的。近十幾年的研究發(fā)現(xiàn)，臍帶血中含有可以重建人體造血和免疫系統(tǒng)的造血干細(xì)胞，可用于造血干細(xì)胞移植，治療多種疾病。請(qǐng)思考下列問題：
(1)臍帶血含有干細(xì)胞，請(qǐng)問臍帶血中的干細(xì)胞有哪些用途？提示：可以重建人體造血和免疫系統(tǒng)的造血干細(xì)胞，可用于造血干細(xì)胞移植、治療血液系統(tǒng)疾病等。(2)查閱有關(guān)資料，了解存在人體的干細(xì)胞有哪些？提示：人體內(nèi)干細(xì)胞的種類有胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、周邊血干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞等。按分化潛能分為全能干細(xì)胞，多能干細(xì)胞，單能干細(xì)胞。
[重難點(diǎn)撥]細(xì)胞分化與細(xì)胞的全能性比較
【典題·例析】[典例1]　下列有關(guān)細(xì)胞全能性的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)A．已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性B．生物體內(nèi)由于細(xì)胞分化，全能性不能表達(dá)C．卵細(xì)胞與受精卵一樣，細(xì)胞未分化，全能性最高D．植物細(xì)胞在一定條件下離體培養(yǎng)能表現(xiàn)全能性
[答案]　C[解析]　已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性，A正確；生物體內(nèi)的細(xì)胞，由于分化沒有表現(xiàn)出全能性，B正確；卵細(xì)胞屬于已分化的細(xì)胞，與受精卵相比，全能性較低，C錯(cuò)誤；處于離體狀態(tài)的植物細(xì)胞，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件下，能表現(xiàn)出全能性，D正確。
[典例2]　研究人員給中風(fēng)小鼠腦內(nèi)移植神經(jīng)干細(xì)胞并注射了3K3A－APC化合物，一個(gè)月后對(duì)小鼠進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育成的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量增多，小鼠的運(yùn)動(dòng)和感覺功能明顯恢復(fù)。下列對(duì)此研究的分析，正確的是(　　)A．大多數(shù)神經(jīng)干細(xì)胞的染色體數(shù)目是神經(jīng)細(xì)胞的2倍B．神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為功能正常的神經(jīng)細(xì)胞體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性C．植入神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量和注射3K3A－APC化合物的濃度是該實(shí)驗(yàn)的自變量D．神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)細(xì)胞過程中，細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生了穩(wěn)定性改變
[答案]　D[解析]　大多數(shù)神經(jīng)干細(xì)胞處在分裂間期，而分裂間期細(xì)胞中染色體數(shù)目與神經(jīng)細(xì)胞的相等。神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育成功能正常的神經(jīng)細(xì)胞，并沒有發(fā)育成完整的個(gè)體或分化成其他各種細(xì)胞，因此不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。植入神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量和注射3K3A－APC化合物的濃度是該實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量，自變量是是否移植神經(jīng)干細(xì)胞和是否注射3K3A－APC化合物。神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)細(xì)胞過程是細(xì)胞分化的過程，該過程中細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生穩(wěn)定性改變，如出現(xiàn)能識(shí)別神經(jīng)遞質(zhì)的蛋白質(zhì)等。
方法規(guī)律證明細(xì)胞表達(dá)全能性的三個(gè)條件(1)起點(diǎn)條件：已分化的細(xì)胞。(2)中間條件：離體狀態(tài)(體外培養(yǎng))。(3)終點(diǎn)條件：形成完整個(gè)體或產(chǎn)生其他各種細(xì)胞。
【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．下列哪種細(xì)胞的全能性最容易表達(dá)出來(　　)A．青蛙的上皮細(xì)胞B．胡蘿卜根的韌皮部細(xì)胞C．大白鼠的肝臟細(xì)胞D．人的皮膚生發(fā)層細(xì)胞
答案：B　解析：細(xì)胞的全能性是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整有機(jī)體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能和特性。從理論上講，每一個(gè)分化的細(xì)胞中都含有一整套控制該生物個(gè)體形成的遺傳物質(zhì)(基因)，在合適的條件下，它們都有可能重新被激活并開始表達(dá)，即重新分裂和分化。就目前的研究成果看，受精卵的全能性最高，其次是生殖細(xì)胞，再次是體細(xì)胞，而在體細(xì)胞中，無論植物細(xì)胞還是動(dòng)物細(xì)胞，都能在一定程度上表現(xiàn)出全能性，但動(dòng)物細(xì)胞的全能性受到限制，不如植物細(xì)胞的全能性容易表達(dá)出來。
2．有人用哺乳動(dòng)物小鼠進(jìn)行胚細(xì)胞培養(yǎng)和成體細(xì)胞核移植，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①分離小鼠8細(xì)胞胚胎的一個(gè)細(xì)胞，培養(yǎng)到胚泡時(shí)期，移植到代孕母體子宮中，結(jié)果發(fā)育成小鼠；②分離囊胚期細(xì)胞，移植到代孕母體子宮中，結(jié)果不能發(fā)育成小鼠；③分離囊胚期細(xì)胞，將其核移植到去核的卵細(xì)胞中，經(jīng)相關(guān)處理后可發(fā)育成小鼠；④分離小鼠腸上皮細(xì)胞，將其核移植到去核的卵細(xì)胞中，經(jīng)相關(guān)處理后可發(fā)育成小鼠。該實(shí)驗(yàn)不能說明(　　)A．動(dòng)物細(xì)胞分化程度越高，它的全能性的發(fā)揮越受到限制B．已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性C．人類還不能將單個(gè)已分化的動(dòng)物體細(xì)胞培育成新的個(gè)體D．只有小鼠胚細(xì)胞中含有本物種全套的遺傳信息
答案：D　解析：實(shí)驗(yàn)①和②說明動(dòng)物細(xì)胞分化程度越高，它的全能性的發(fā)揮越受到限制。實(shí)驗(yàn)②③④說明已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性。小鼠的體細(xì)胞中均含有本物種全套的遺傳信息，而不僅僅是小鼠胚細(xì)胞中含有本物種全套的遺傳信息。
科學(xué)視野——克隆猴“中中”和“華華” 體細(xì)胞克隆猴“中中”“華華”的誕生是我國(guó)科學(xué)家歷經(jīng)五年攻關(guān)取得的重大突破。利用克隆技術(shù)可以得到許多在遺傳上相同的克隆猴。猴與人在進(jìn)化上親緣關(guān)系很近，它比鼠更適合用作研究人類疾病和進(jìn)行藥物實(shí)驗(yàn)的模型動(dòng)物；遺傳上相同的克隆猴用于藥物對(duì)照實(shí)驗(yàn)有利于更準(zhǔn)確地評(píng)估藥效。這一研究成果的確意義非凡。下圖表示克隆猴的培育過程：
實(shí)現(xiàn)克隆猴主要有三道難關(guān)需要攻克。一是卵母細(xì)胞的核遺傳物質(zhì)區(qū)域不易識(shí)別，去掉猴卵母細(xì)胞核遺傳物質(zhì)的難度很大。二是卵母細(xì)胞“喚醒”時(shí)機(jī)難把握?？寺∵^程中，體細(xì)胞的細(xì)胞核進(jìn)入卵母細(xì)胞時(shí)，需先“喚醒”卵母細(xì)胞，然后才啟動(dòng)一系列發(fā)育“程序”。三是體細(xì)胞克隆胚胎的發(fā)育成功率低。我國(guó)科學(xué)家攻克了這些難關(guān)，將克隆技術(shù)的應(yīng)用推向了新的高度?？寺『锏恼Q生，標(biāo)志著我國(guó)克隆技術(shù)走在了世界的最前列！
【素養(yǎng)評(píng)價(jià)】1．經(jīng)過多年的研究攻關(guān)，我國(guó)科學(xué)家成功克隆出世界首例體細(xì)胞克隆猴。體細(xì)胞克隆猴的成功，將有效縮短我國(guó)基于克隆猴疾病模型的藥物研發(fā)周期，助力“健康中國(guó)2030”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．克隆猴的誕生說明了細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心B．克隆猴的唾液腺細(xì)胞中的核仁較口腔上皮細(xì)胞的大C．克隆猴體細(xì)胞核上的核孔能允許DNA和蛋白質(zhì)等分子進(jìn)出D．克隆猴的誕生將為治療老年癡呆、惡性腫瘤等藥物研發(fā)提供動(dòng)物模型
答案：C　解析：克隆猴的誕生說明了細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心，A正確；克隆猴的唾液腺細(xì)胞分泌活動(dòng)較口腔上皮細(xì)胞旺盛，因此其核仁較大，B正確；克隆猴體細(xì)胞核上的核孔不允許DNA進(jìn)出，C錯(cuò)誤；克隆猴的誕生將為治療老年癡呆、惡性腫瘤等藥物研發(fā)提供動(dòng)物模型，D正確。
2．世界上首個(gè)體細(xì)胞克隆猴在上海誕生，如圖是簡(jiǎn)要的克隆過程示意圖。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)A．a(chǎn)細(xì)胞是卵細(xì)胞B．克隆猴的性狀與乙相同C．重組細(xì)胞具有全能性D．①過程運(yùn)用了細(xì)胞核移植技術(shù)

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》電子課本

第2節(jié) 細(xì)胞的分化

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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