2024-2025学年高一生物必修第一册（人教版）课件 第6章 细胞的生命历程 第2节 细胞的分化

第2节细胞的分化学有目标——课标要求必明1.阐明细胞分化的概念，说出细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果，是形成多细胞生物体的必要过程。2.举例说明细胞的全能性在植物组织培养和动物克隆等方面的应用。3.说出干细胞的特点，关注干细胞在医学上的应用。记在平时——核心语句必背1.细胞分化的实质是基因的选择性表达。2.细胞分化是一种持久性的变化，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。3.细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低，没有分化的细胞，如受精卵、早期胚胎细胞等也具有全能性。4.克隆猴核移植的成功，说明已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。5.实现细胞全能性的条件：离体、一定的营养物质、激素和适宜的温度、pH等。【主干知识梳理】一、细胞分化1．概念在个体发育中，由____________细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生___________的过程。一个或一种稳定性差异2．特点(1)细胞分化是一种_______的变化。(2)一般来说，分化的细胞将一直保持_______的状态，直到死亡。(3)细胞分化是生物界__________的生命现象。3．意义(1)是生物_________的基础。(2)使多细胞生物体中的细胞趋向_______，有利于提高各种生理功能的_____。持久性分化后普遍存在个体发育专门化效率4．原因细胞分化是细胞中的基因___________的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中__________的表达情况不同。二、细胞的全能性1．概念细胞经分裂和分化后，仍具有产生___________或分化成____________的潜能和特性。选择性表达遗传信息完整有机体其他各种细胞2．实例(1)植物组织培养。①过程：

②结论：高度分化的植物细胞仍具有_______。全能性(2)动物细胞核移植。①过程：②结论：已分化的动物体细胞的________具有全能性。细胞核【教材微点发掘】1．结合教材第121页图6－7骨髓中造血干细胞分化出各种血细胞的过程图解回答有关问题：(1)干细胞是动物和人体内________________________________的细胞。(2)人骨髓中的许多造血干细胞能通过增殖和分化不断产生________________________。(3)脐带血干细胞可以培养并分化成人体的______，可用于治疗血液系统疾病。答案：(1)仍保留着少数具有分裂和分化能力(2)红细胞、白细胞和血小板(3)各种血细胞2．下图是克隆羊的培育过程模式图，请据图及教材第121页相关内容分析回答下列问题：(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？与植物细胞相比，有什么不同？___________________________________________________________________________。(2)得到的克隆羊的性别等绝大部分的性状应该和________(填“A”“B”或“C”)羊相同。答案：(1)不能发育成完整个体。这说明与植物细胞相比，动物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)B教材问题提示思考·讨论(一)比较构成人体组织的细胞1．这些细胞在形态上相差很大，结构上也有区别，功能上各不相同，但总体上都由细胞膜、细胞质、细胞核组成。2．在正常情况下，它们是不能恢复成早期胚胎细胞的；这四种组织中的某种细胞不会转变成其他组织的细胞。(二)细胞的全能性1．从资料1中可以得出的结论是：已经分化的植物细胞在离体培养下能够形成完整的植物体。2．能。3．将肠上皮细胞单独培养不能获得新的个体；与资料1中的实验相比，资料2中的实验说明已分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性。新知探究(一)细胞分化【探究·深化】[情境质疑]下图表示细胞分化的过程，据图回答有关问题：(1)据图，基因A、B中，细胞甲、乙含有的基因和表达的基因分别是哪种？提示：细胞甲含有的是基因A和B，表达的是基因A；细胞乙含有的是基因A和B，表达的是基因B。(2)细胞甲、乙都要进行呼吸作用，都要合成相关的酶，据此推断细胞甲、乙中DNA和蛋白质的种类是否相同？提示：DNA相同，蛋白质不完全相同。(3)通过以上推理可知，细胞分化的实质是什么？提示：基因的选择性表达(或程序性表达)。(4)细胞分裂和细胞分化与个体的生长发育有什么关系？提示：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)一个生物体内各种体细胞的遗传信息相同吗？为什么？提示：相同。因为复杂生物体的所有体细胞都是由一个受精卵经过有丝分裂形成的，即细胞分化形成的各种细胞的细胞核内遗传物质没有发生变化。[重难点拨]1．细胞分化的机制(1)不同细胞中基因“执行情况”不同，即基因“选择性表达”，如胰岛B细胞中胰岛素基因表达，抗体基因关闭，而浆细胞则与之相反。(2)由于基因的选择性表达，导致含遗传信息相同的细胞中mRNA和蛋白质“各不相同”，从而导致出现细胞形态、结构或生理功能的“与众不同”(即分化)。2．对细胞分化过程的理解(1)从细胞水平分析：细胞的形态、结构和功能发生改变。(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：①蛋白质角度：蛋白质种类、数量、功能发生改变。②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。【典题·例析】[典例1]下列有关细胞分化的分析，错误的是(

)A．在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型B．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果C．细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异，导致细胞的形态和功能各不相同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，这是细胞分化的直接原因[答案]

C[解析]

在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型，A正确；从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果，B正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，不会改变细胞中的遗传物质，C错误；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，这是细胞分化的直接原因，D正确。[典例2]

有人取同种生物的不同细胞，检测其基因表达，结果如图。下列分析错误的是(

)A．若基因1～8中有一个是控制细胞呼吸酶的基因，则最可能是基因2B．判断图中细胞功能近似程度的依据是表达相同基因的多少C．功能最为近似和差异最大的细胞分别是1与6、5与7D．细胞分化使不同细胞中蛋白质完全不同，导致细胞的形态和功能各不相同[答案]

D[解析]

细胞呼吸酶基因在所有的活细胞中都表达，图中基因2在每种细胞中都表达，所以控制细胞呼吸酶的基因最有可能是基因2；判断图中细胞功能近似程度的依据是表达相同基因的多少，表达的相同基因越多，差异表达的基因越少，细胞功能越相似；由题图可知，细胞1表达1～5基因，细胞6表达2～5基因，两者表达的相同基因最多，差异表达的基因最少，则功能最近似。细胞5与细胞7表达的相同基因最少，功能差异最大；细胞分化使不同细胞中蛋白质不完全相同。归纳拓展分化细胞表达的基因(1)管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。(2)奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。【应用·体验】1．下列四个选项中关于细胞增殖和细胞分化的叙述，错误的是(

)A．细胞增殖可以增加细胞的数量，细胞分化可以增加细胞的种类B．受精卵发育成个体的过程中有细胞增殖和细胞分化的发生C．细胞增殖和细胞分化均可改变细胞核中的遗传信息D．细胞增殖过程中和细胞分化过程中均需要合成蛋白质答案：C

解析：细胞增殖可以增加细胞的数量，细胞分化可以增加细胞的种类，A正确；受精卵发育成个体的过程中有细胞的增殖和分化，B正确；细胞增殖和细胞分化均没有改变细胞核中的遗传信息，C错误；细胞增殖和细胞分化过程中均需要合成相关的酶等蛋白质，D正确。2.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列关于右图的叙述错误的是(

)A．a过程表示干细胞能自我更新B．b、c过程表示干细胞具有分化能力C．a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同D．b过程形成的细胞直接组成器官，可供器官移植使用答案：D

解析：细胞分化形成不同的细胞和组织，不同组织组成器官，而不是细胞直接组成器官。新知探究(二)细胞的全能性【探究·深化】[情境质疑]1．下图是胡萝卜的组织培养过程，请分析：(1)植物体中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个体所需要的全部遗传信息。2．脐带血是胎儿娩出、脐带结扎并离断后残留在胎盘和脐带中的血液，通常是废弃不用的。近十几年的研究发现，脐带血中含有可以重建人体造血和免疫系统的造血干细胞，可用于造血干细胞移植，治疗多种疾病。请思考下列问题：(1)脐带血含有干细胞，请问脐带血中的干细胞有哪些用途？提示：可以重建人体造血和免疫系统的造血干细胞，可用于造血干细胞移植、治疗血液系统疾病等。(2)查阅有关资料，了解存在人体的干细胞有哪些？提示：人体内干细胞的种类有胚胎干细胞、成体干细胞、造血干细胞、神经干细胞、周边血干细胞、脂肪干细胞、骨髓间充质干细胞等。按分化潜能分为全能干细胞，多能干细胞，单能干细胞。[重难点拨]细胞分化与细胞的全能性比较项目细胞分化细胞的全能性原理细胞内基因选择性表达已分化的细胞含有本物种全套遗传物质特点①持久性②普遍性③不可逆性④稳定性①高度分化的植物体细胞具有全能性②动物已分化的体细胞全能性受限制，但细胞核仍具有全能性③全能性的体现要进行诱导和离体培养结果形成形态、结构、功能不同的细胞群形成新的个体大小比较细胞分化程度有高低之分，如体细胞＞生殖细胞＞受精卵细胞全能性表达的难易程度不同，如受精卵＞生殖细胞＞体细胞关系①二者的遗传物质都未发生改变②已分化的植物细胞仍然保持全能性③一般情况下，分化程度越高，全能性相对越低续表【典题·例析】[典例1]

下列对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．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]细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然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。同一植物体内所有的体细胞都是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的，都具有相同的基因。[典例2]研究人员给中风小鼠脑内移植神经干细胞并注射了3K3A－APC化合物，一个月后对小鼠进行测试，发现神经干细胞发育成的神经细胞数量增多，小鼠的运动和感觉功能明显恢复。下列对此研究的分析，正确的是(

)A．大多数神经干细胞的染色体数目是神经细胞的2倍B．神经干细胞发育为功能正常的神经细胞体现了细胞的全能性C．植入神经干细胞的数量和注射3K3A－APC化合物的浓度是该实验的自变量D．神经干细胞发育为神经细胞过程中，细胞膜上的蛋白质种类、数量发生了稳定性改变[答案]

D[解析]

大多数神经干细胞处在分裂间期，而分裂间期细胞中染色体数目与神经细胞的相等。神经干细胞发育成功能正常的神经细胞，并没有发育成完整的个体或分化成其他各种细胞，因此不能体现细胞的全能性。植入神经干细胞的数量和注射3K3A－APC化合物的浓度是该实验的无关变量，自变量是是否移植神经干细胞和是否注射3K3A－APC化合物。神经干细胞发育为神经细胞过程是细胞分化的过程，该过程中细胞膜上的蛋白质种类、数量发生稳定性改变，如出现能识别神经递质的蛋白质等。方法规律证明细胞表达全能性的三个条件(1)起点条件：已分化的细胞。(2)中间条件：离体状态(体外培养)。(3)终点条件：形成完整个体或产生其他各种细胞。【应用·体验】1．下列哪种细胞的全能性最容易表达出来(

)A．青蛙的上皮细胞

B．胡萝卜根的韧皮部细胞C．大白鼠的肝脏细胞

D．人的皮肤生发层细胞答案：B

解析：细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然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。从理论上讲，每一个分化的细胞中都含有一整套控制该生物个体形成的遗传物质(基因)，在合适的条件下，它们都有可能重新被激活并开始表达，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，其次是生殖细胞，再次是体细胞，而在体细胞中，无论植物细胞还是动物细胞，都能在一定程度上表现出全能性，但动物细胞的全能性受到限制，不如植物细胞的全能性容易表达出来。2．有人用哺乳动物小鼠进行胚细胞培养和成体细胞核移植，实验步骤如下：①分离小鼠8细胞胚胎的一个细胞，培养到胚泡时期，移植到代孕母体子宫中，结果发育成小鼠；②分离囊胚期细胞，移植到代孕母体子宫中，结果不能发育成小鼠；③分离囊胚期细胞，将其核移植到去核的卵细胞中，经相关处理后可发育成小鼠；④分离小鼠肠上皮细胞，将其核移植到去核的卵细胞中，经相关处理后可发育成小鼠。该实验不能说明(

)A．动物细胞分化程度越高，它的全能性的发挥越受到限制B．已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性C．人类还不能将单个已分化的动物体细胞培育成新的个体D．只有小鼠胚细胞中含有本物种全套的遗传信息答案：D

解析：实验①和②说明动物细胞分化程度越高，它的全能性的发挥越受到限制。实验②③④说明已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。小鼠的体细胞中均含有本物种全套的遗传信息，而不仅仅是小鼠胚细胞中含有本物种全套的遗传信息。科学视野——克隆猴“中中”和“华华”

体细胞克隆猴“中中”“华华”的诞生是我国科学家历经五年攻关取得的重大突破。利用克隆技术可以得到许多在遗传上相同的克隆猴。猴与人在进化上亲缘关系很近，它比鼠更适合用作研究人类疾病和进行药物实验的模型动物；遗传上相同的克隆猴用于药物对照实验有利于更准确地评估药效。这一研究成果的确意义非凡。下图表示克隆猴的培育过程：

实现克隆猴主要有三道难关需要攻克。一是卵母细胞的核遗传物质区域不易识别，去掉猴卵母细胞核遗传物质的难度很大。二是卵母细胞“唤醒”时机难把握。克隆过程中，体细胞的细胞核进入