第2节 细胞的分化

第2节细胞的分化内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.说明细胞分化形成各种组织。

2.举例说明细胞的全能性。

1.生命观念——明确细胞的生命历程，形成科学的自然观。

水平一2.科学思维——归纳与概括：对比分析细胞分化、细胞全能性，明确相互关系。

水平二3.社会责任——了解干细胞移植，关注健康的生活方式。

水平一研读教材·梳理探究细胞分化———————————————知识梳理———————————————1.概念2.特征具有普遍性、持久性、稳定性和不可逆性。

3.原因不同的细胞中遗传信息的执行情况不同。

4.意义(1)细胞分裂与细胞分化是生物体生长发育的基础。

细胞分裂增加细胞数量属细胞“量变”，而细胞分化增加细胞种类，属细胞“质变”(2)细胞分化使生物体中的细胞功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

———————————————素养提升———————————————生命观念——细胞分化的特点及实质下图表示某种植物细胞分裂和分化的过程，探讨下列问题。

1.细胞分化的特点(1)判断图中①②③分别代表的过程。

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？提示一般不可以，说明细胞分化具有不可逆性。

2.细胞分化的实质(1)细胞a、b、c的核遗传物质相同吗？为什么？提示相同，因为它们是同一个受精卵经过有丝分裂形成的，有丝分裂过程中遗传物质保持相对稳定。

(2)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？提示遗传信息的执行情况不同(或“基因的选择性表达”)。

3.从不同水平分析细胞分化的结果(1)细胞水平：细胞的发生改变。

(2)亚显微结构水平：的数目及细胞质基质成分发生改变。

(3)分子水平：①蛋白质角度：。

②基因角度：基因，即遗传信息的不同。

提示(1)形态、结构和功能(2)细胞器(3)①蛋白质种类、数量、功能发生改变②选择性表达执行情况[典例1]人体不同细胞中基因的表达是不同的，下表为三种细胞的基因表达情况：基因存在情况基因表达情况甲乙丙丁甲乙丙丁甲状腺细胞√√√√√√骨骼肌细胞√√√√√√肝细胞√√√√√√理解细胞分化需要注意的几个问题(1)细胞分化的关键是特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质的合成是基因选择性表达的结果。

(2)细胞分化过程中遗传物质并未改变。

(3)细胞分化不改变细胞数目，而改变细胞种类。

下列有关说法不正确的是()A.甲基因可能是控制甲状腺激素合成有关酶的基因B.丁基因可能是控制ATP合成酶的合成有关的基因C.三种细胞基因表达不同的根本原因是遗传信息不同D.三种细胞都有四种核基因的根本原因是人体细胞都来源于同一个受精卵解析由表格可知，丁基因在所有细胞中都表达，应该为维持细胞生命活动的基因，与ATP合成有关酶的基因满足此条件；控制甲状腺激素合成的基因只在甲状腺细胞中表达，甲基因满足此条件，因此可能是与甲状腺激素合成有关酶的基因；由表格可知，甲、乙、丙、丁四种基因存在于这三种细胞中，只是不同细胞中表达的基因不完全相同，这才使细胞出现了形态、结构和功能的差异；这三种细胞均来自受精卵的有丝分裂，而有丝分裂产生子细胞核的遗传物质不变，因此同一个体不同类型的细胞遗传物质相同。

答案 C[变式训练1]细胞分化的根本原因是()A.细胞核中基因发生突变B.细胞中细胞器的种类发生改变C.细胞核中基因的选择性表达D.细胞中合成的蛋白质发生改变解析细胞分化是指在个体发育中，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，由于同一个生物体内不同的细胞都来自于同一个受精卵，所以不同细胞中遗传物质相同，但是不同的细胞表达的基因不同，所以不同的细胞形态结构和功能不同，即这是基因选择性表达的结果。

答案 C联想质疑★细胞分化的结果是形成形态、结构和功能不同的细胞。

管家基因和奢侈基因管家基因——指所有细胞均要表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因。

奢侈基因——指不同类型细胞特异性表达的基因，其产物赋予细胞特异的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。

★细胞分化的机理判断细胞发生分化的方法(1)细胞形态的改变：变为梭形的肌细胞、圆饼状的红细胞、突起状的神经细胞等。

(2)细胞结构的变化：形成不同种类的细胞(尤其是细胞器种类和数量有较大差异)。

(3)细胞功能的特化：运动功能、运输功能、储存功能、反射功能、免疫功能等。

(4)特殊分子的合成：合成了唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白、肌动蛋白等。

同一个体的不同体细胞的形态、结构和生理功能不同的直接原因及根本原因是什么？提示：直接原因是所含的蛋白质种类有所不同，根本原因是不同的细胞表达的基因不同。

细胞的全能性———————————————知识梳理———————————————1.概念指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。

2.实例(1)植物细胞的全能性：细胞实现全能性的前提是具备“细胞核”，故无核的细胞(如哺乳动物成熟红细胞)不能实现全能性。

a.胡萝卜经组织培养产生完整植株的过程如图①～⑥表示操作顺序：①取胡萝卜韧皮部组织②培养液中的韧皮部组织③细胞分裂形成细胞团④细胞分化⑤根茎叶的形成⑥移栽b.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，即：细胞的全能性。

(2)动物细胞核的全能性a.非洲爪蟾的核移植过程①去核②核移植③8细胞胚结论：高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。

3.干细胞(1)特点：①具有分裂和分化能力。

②在动物和人体内，数量很少。

(2)举例：人的骨髓中有许多造血干细胞，它们能通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板。

造血干细胞是血液组织中的成体干细胞，具有长期自我更新的能力和分化成各类成熟血细胞的潜能，是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血、胎盘组织中。

在临床治疗中，骨髓移植就是利用造血干细胞的替换来治疗血液方面的疾病。

———————————————素养提升———————————————生命观念——细胞的全能性与“干细胞”1.细胞具有全能性的基础是什么？如何确认实现了全能性？提示细胞具有全能性的基础是细胞拥有发育成完整个体所必需的全部遗传信息(全套基因)；确认全能性实现的标准一是看起点，二是看终点，起点是“离体的细胞”，终点是发育成了“完整有机体”或分化成其他各种细胞。

2.人的成熟红细胞是否具有全能性？为什么？提示不具有，因为人的成熟红细胞无细胞核，不具备发育成完整个体的遗传物质。

3.判断细胞的全能性探讨下列实例是否体现了细胞的全能性，并说明理由。

(1)种子萌发形成植株。

判断：否(填“是”或“否”)。

理由：种子萌发形成植株属于自然生长过程，是种子中胚芽、胚轴、胚根等进一步分裂、分化的结果，不能体现细胞的全能性。

(2)诱导胚胎干细胞发育成特定的组织或器官。

判断：否(填“是”或“否”)。

理由：只形成了特定细胞未形成完整有机体或其他各种细胞。

(3)在蜂群中，未受精的卵发育成雄蜂。

判断：是(填“是”或“否”)。

理由：未受精的卵是高度分化的细胞，且形成了新个体。

[典例2]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植物细胞全能性的表达需要一定的条件，即离体、无菌、一定的营养物质、植物激素等。

未脱离植物体的细胞，其全能性受到抑制，不能表现全能性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解析细胞全能性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染色体，携带相同的DNA分子，因此，从理论上讲，生物体的体细胞都具有全能性，A正确、C错误。

答案 A[变式训练2]在下列自然现象或科学研究成果中，能为“动物细胞具有全能性”观点提供直接证据的是()A.壁虎断尾后重新长出尾部B.蜜蜂的未受精卵细胞发育成雄蜂C.用体外培养的皮肤治疗烧伤病人D.小鼠腺细胞的自我复制答案 B联想质疑★细胞具有全能性与细胞全能性的表达不是一个概念，全能性表达是指形成新个体或分化成其他各种细胞。

细胞分化与细胞全能性的比较细胞分化细胞全能性原因细胞内基因选择性表达含有本物种全套遗传物质特点①持久性②稳定性和不可逆性③普遍性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结果形成形态、结构和生理功能不同的细胞群形成完整有机体或分化成其他各种细胞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，全能性大小不同，如受精卵>生殖细胞>体细胞联系①两者的遗传物质都不发生改变②已分化的细胞(动物细胞核)仍然保持全能性③一般情况下，分化程度越高，全能性相对越低课堂小结随堂检测1.同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是()A.二者所处的细胞周期不同B.二者合成的特定蛋白不同C.二者所含有的基因组不同D.二者核DNA的复制方式不同解析同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上不同是细胞分化的结果，其实质是基因的选择性表达，合成了特定的蛋白质，从而表现出特定的生理功能，B 正确；二者都是高度分化的细胞，均不具有分裂能力，所以二者均没有细胞周期，核DNA也不能进行复制，A、D错误；细胞分化过程中基因组不变，所以二者基因组相同，C错误。

答案 B2.人的造血干细胞能增殖分化产生各种血细胞，此过程()A.体现了细胞的全能性B.细胞的形态、结构和生理功能不变C.细胞中基因选择性表达D.细胞中不会出现染色体和纺锤丝的变化解析细胞的全能性是指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，故该细胞分化未体现细胞的全能性；细胞分化过程中细胞的形态、结构和生理功能均发生改变；细胞分化是基因选择性表达的结果；细胞增殖过程中会出现染色体和纺锤丝的变化。

答案 C3.如图是细胞分化实例，其中错误的是()解析细胞分化是指在个体发育中，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。

细胞分化的结果是形成不同的细胞。

答案 B4.研究发现，诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞的活动特征，且这些细胞可以转变为心脏和神经细胞。

下列与此有关的说法不正确的是()A.诱导后的细胞具有分裂和分化能力B.人体表皮细胞具有全能性C.该研究说明细胞分化是可以逆转的D.该研究可以为治疗心血管绝症提供帮助解析诱导后的细胞可转变为心脏和神经细胞，说明其具有分裂和分化能力，A 正确；诱导后的细胞没有发育成人体或分化成人体的各种细胞，因此不能说明人体表皮细胞具有全能性，B错误；诱导人体表皮细胞可使之具有胚胎干细胞的活动特征，这说明细胞分化是可以逆转的，C正确；根据题干信息“这些细胞可以转变为心脏和神经细胞”可知，该研究可以为治疗心血管绝症提供帮助，D正确。