2024-2025學(xué)年高一生物必修第一冊（人教版）課件 第6章 細胞的生命歷程 第2節(jié) 細胞的分化

第2節(jié)細胞的分化學(xué)有目標(biāo)——課標(biāo)要求必明1.闡明細胞分化的概念，說出細胞分化是細胞中的基因選擇性表達的結(jié)果，是形成多細胞生物體的必要過程。2.舉例說明細胞的全能性在植物組織培養(yǎng)和動物克隆等方面的應(yīng)用。3.說出干細胞的特點，關(guān)注干細胞在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。記在平時——核心語句必背1.細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達。2.細胞分化是一種持久性的變化，分化的細胞將一直保持分化后的狀態(tài)，直到死亡。3.細胞的分化程度越高，細胞全能性相對越低，沒有分化的細胞，如受精卵、早期胚胎細胞等也具有全能性。4.克隆猴核移植的成功，說明已分化的動物體細胞的細胞核具有全能性。5.實現(xiàn)細胞全能性的條件：離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和適宜的溫度、pH等?！局鞲芍R梳理】一、細胞分化1．概念在個體發(fā)育中，由____________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___________的過程。一個或一種穩(wěn)定性差異2．特點(1)細胞分化是一種_______的變化。(2)一般來說，分化的細胞將一直保持_______的狀態(tài)，直到死亡。(3)細胞分化是生物界__________的生命現(xiàn)象。3．意義(1)是生物_________的基礎(chǔ)。(2)使多細胞生物體中的細胞趨向_______，有利于提高各種生理功能的_____。持久性分化后普遍存在個體發(fā)育專門化效率4．原因細胞分化是細胞中的基因___________的結(jié)果，即在個體發(fā)育過程中，不同種類的細胞中__________的表達情況不同。二、細胞的全能性1．概念細胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生___________或分化成____________的潛能和特性。選擇性表達遺傳信息完整有機體其他各種細胞2．實例(1)植物組織培養(yǎng)。①過程：

②結(jié)論：高度分化的植物細胞仍具有_______。全能性(2)動物細胞核移植。①過程：②結(jié)論：已分化的動物體細胞的________具有全能性。細胞核【教材微點發(fā)掘】1．結(jié)合教材第121頁圖6－7骨髓中造血干細胞分化出各種血細胞的過程圖解回答有關(guān)問題：(1)干細胞是動物和人體內(nèi)________________________________的細胞。(2)人骨髓中的許多造血干細胞能通過增殖和分化不斷產(chǎn)生________________________。(3)臍帶血干細胞可以培養(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)紅細胞、白細胞和血小板(3)各種血細胞2．下圖是克隆羊的培育過程模式圖，請據(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羊的乳腺細胞進行培養(yǎng)，能不能形成完整的個體？與植物細胞相比，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)育成完整個體。這說明與植物細胞相比，動物分化的體細胞的全能性受到限制，但是細胞核仍具有全能性(2)B教材問題提示思考·討論(一)比較構(gòu)成人體組織的細胞1．這些細胞在形態(tài)上相差很大，結(jié)構(gòu)上也有區(qū)別，功能上各不相同，但總體上都由細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核組成。2．在正常情況下，它們是不能恢復(fù)成早期胚胎細胞的；這四種組織中的某種細胞不會轉(zhuǎn)變成其他組織的細胞。(二)細胞的全能性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．將腸上皮細胞單獨培養(yǎng)不能獲得新的個體；與資料1中的實驗相比，資料2中的實驗說明已分化的動物細胞的細胞核仍具有全能性。新知探究(一)細胞分化【探究·深化】[情境質(zhì)疑]下圖表示細胞分化的過程，據(jù)圖回答有關(guān)問題：(1)據(jù)圖，基因A、B中，細胞甲、乙含有的基因和表達的基因分別是哪種？提示：細胞甲含有的是基因A和B，表達的是基因A；細胞乙含有的是基因A和B，表達的是基因B。(2)細胞甲、乙都要進行呼吸作用，都要合成相關(guān)的酶，據(jù)此推斷細胞甲、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，細胞分化的實質(zhì)是什么？提示：基因的選擇性表達(或程序性表達)。(4)細胞分裂和細胞分化與個體的生長發(fā)育有什么關(guān)系？提示：細胞分裂使細胞數(shù)量增多，是個體生長的基礎(chǔ)；細胞分化使細胞種類增多，是個體發(fā)育的基礎(chǔ)。個體生長發(fā)育是細胞分裂和細胞分化共同作用的結(jié)果。(5)一個生物體內(nèi)各種體細胞的遺傳信息相同嗎？為什么？提示：相同。因為復(fù)雜生物體的所有體細胞都是由一個受精卵經(jīng)過有絲分裂形成的，即細胞分化形成的各種細胞的細胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生變化。[重難點撥]1．細胞分化的機制(1)不同細胞中基因“執(zhí)行情況”不同，即基因“選擇性表達”，如胰島B細胞中胰島素基因表達，抗體基因關(guān)閉，而漿細胞則與之相反。(2)由于基因的選擇性表達，導(dǎo)致含遺傳信息相同的細胞中mRNA和蛋白質(zhì)“各不相同”，從而導(dǎo)致出現(xiàn)細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)或生理功能的“與眾不同”(即分化)。2．對細胞分化過程的理解(1)從細胞水平分析：細胞的形態(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：細胞器的數(shù)目及細胞質(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，即遺傳信息的表達情況不同，這是細胞分化的根本原因。【典題·例析】[典例1]下列有關(guān)細胞分化的分析，錯誤的是(

)A．在個體發(fā)育過程中，有序的細胞分化能夠增加細胞的類型B．從細胞器水平分析，細胞分化是細胞器的種類、數(shù)目改變的結(jié)果C．細胞分化使各種細胞的遺傳物質(zhì)有所差異，導(dǎo)致細胞的形態(tài)和功能各不相同D．從蛋白質(zhì)角度分析，細胞分化是蛋白質(zhì)種類、數(shù)量改變的結(jié)果，這是細胞分化的直接原因[答案]

C[解析]

在個體發(fā)育過程中，有序的細胞分化能夠增加細胞的類型，A正確；從細胞器水平分析，細胞分化是細胞器的種類、數(shù)目改變的結(jié)果，B正確；細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達，不會改變細胞中的遺傳物質(zhì)，C錯誤；從蛋白質(zhì)角度分析，細胞分化是蛋白質(zhì)種類、數(shù)量改變的結(jié)果，這是細胞分化的直接原因，D正確。[典例2]

有人取同種生物的不同細胞，檢測其基因表達，結(jié)果如圖。下列分析錯誤的是(

)A．若基因1～8中有一個是控制細胞呼吸酶的基因，則最可能是基因2B．判斷圖中細胞功能近似程度的依據(jù)是表達相同基因的多少C．功能最為近似和差異最大的細胞分別是1與6、5與7D．細胞分化使不同細胞中蛋白質(zhì)完全不同，導(dǎo)致細胞的形態(tài)和功能各不相同[答案]

D[解析]

細胞呼吸酶基因在所有的活細胞中都表達，圖中基因2在每種細胞中都表達，所以控制細胞呼吸酶的基因最有可能是基因2；判斷圖中細胞功能近似程度的依據(jù)是表達相同基因的多少，表達的相同基因越多，差異表達的基因越少，細胞功能越相似；由題圖可知，細胞1表達1～5基因，細胞6表達2～5基因，兩者表達的相同基因最多，差異表達的基因最少，則功能最近似。細胞5與細胞7表達的相同基因最少，功能差異最大；細胞分化使不同細胞中蛋白質(zhì)不完全相同。歸納拓展分化細胞表達的基因(1)管家基因：所有細胞均表達的一類基因，其表達產(chǎn)物是維持細胞基本生命活動所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。(2)奢侈基因：不同類型細胞特異性表達的一類基因，其產(chǎn)物賦予不同細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】1．下列四個選項中關(guān)于細胞增殖和細胞分化的敘述，錯誤的是(

)A．細胞增殖可以增加細胞的數(shù)量，細胞分化可以增加細胞的種類B．受精卵發(fā)育成個體的過程中有細胞增殖和細胞分化的發(fā)生C．細胞增殖和細胞分化均可改變細胞核中的遺傳信息D．細胞增殖過程中和細胞分化過程中均需要合成蛋白質(zhì)答案：C

解析：細胞增殖可以增加細胞的數(shù)量，細胞分化可以增加細胞的種類，A正確；受精卵發(fā)育成個體的過程中有細胞的增殖和分化，B正確；細胞增殖和細胞分化均沒有改變細胞核中的遺傳信息，C錯誤；細胞增殖和細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.動物和人體內(nèi)具有分裂和分化能力的細胞稱為干細胞。下列關(guān)于右圖的敘述錯誤的是(

)A．a(chǎn)過程表示干細胞能自我更新B．b、c過程表示干細胞具有分化能力C．a(chǎn)、b、c過程中細胞的遺傳信息表達情況不同D．b過程形成的細胞直接組成器官，可供器官移植使用答案：D

解析：細胞分化形成不同的細胞和組織，不同組織組成器官，而不是細胞直接組成器官。新知探究(二)細胞的全能性【探究·深化】[情境質(zhì)疑]1．下圖是胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程，請分析：(1)植物體中的細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成了不同的組織和器官，這說明植物細胞全能性的表達需要什么條件？提示：植物細胞全能性的表達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、無機鹽和糖類等物質(zhì)。(3)植物細胞具有全能性的根本原因是什么？提示：已分化的細胞都有一整套和受精卵相同的遺傳物質(zhì)，具有發(fā)育成一個完整個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)的造血干細胞，可用于造血干細胞移植，治療多種疾病。請思考下列問題：(1)臍帶血含有干細胞，請問臍帶血中的干細胞有哪些用途？提示：可以重建人體造血和免疫系統(tǒng)的造血干細胞，可用于造血干細胞移植、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胞有哪些？提示：人體內(nèi)干細胞的種類有胚胎干細胞、成體干細胞、造血干細胞、神經(jīng)干細胞、周邊血干細胞、脂肪干細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞等。按分化潛能分為全能干細胞，多能干細胞，單能干細胞。[重難點撥]細胞分化與細胞的全能性比較項目細胞分化細胞的全能性原理細胞內(nèi)基因選擇性表達已分化的細胞含有本物種全套遺傳物質(zhì)特點①持久性②普遍性③不可逆性④穩(wěn)定性①高度分化的植物體細胞具有全能性②動物已分化的體細胞全能性受限制，但細胞核仍具有全能性③全能性的體現(xiàn)要進行誘導(dǎo)和離體培養(yǎng)結(jié)果形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能不同的細胞群形成新的個體大小比較細胞分化程度有高低之分，如體細胞＞生殖細胞＞受精卵細胞全能性表達的難易程度不同，如受精卵＞生殖細胞＞體細胞關(guān)系①二者的遺傳物質(zhì)都未發(fā)生改變②已分化的植物細胞仍然保持全能性③一般情況下，分化程度越高，全能性相對越低續(xù)表【典題·例析】[典例1]

下列對于細胞全能性的理解，不確切的是(

)A．植物體內(nèi)某些體細胞沒有表現(xiàn)全能性，其原因是所含基因不同B．細胞內(nèi)含有個體發(fā)育所需的全部基因是細胞具有全能性的內(nèi)在因素C．經(jīng)植物組織培養(yǎng)得到的試管苗，是植物細胞在一定條件下表現(xiàn)全能性的結(jié)果D．大量的科學(xué)事實證明，高度分化的植物體細胞仍具有全能性[答案]

A[解析]細胞的全能性是指細胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。同一植物體內(nèi)所有的體細胞都是由同一個受精卵經(jīng)過有絲分裂形成的，都具有相同的基因。[典例2]研究人員給中風(fēng)小鼠腦內(nèi)移植神經(jīng)干細胞并注射了3K3A－APC化合物，一個月后對小鼠進行測試，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細胞發(fā)育成的神經(jīng)細胞數(shù)量增多，小鼠的運動和感覺功能明顯恢復(fù)。下列對此研究的分析，正確的是(

)A．大多數(shù)神經(jīng)干細胞的染色體數(shù)目是神經(jīng)細胞的2倍B．神經(jīng)干細胞發(fā)育為功能正常的神經(jīng)細胞體現(xiàn)了細胞的全能性C．植入神經(jīng)干細胞的數(shù)量和注射3K3A－APC化合物的濃度是該實驗的自變量D．神經(jīng)干細胞發(fā)育為神經(jīng)細胞過程中，細胞膜上的蛋白質(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)干細胞處在分裂間期，而分裂間期細胞中染色體數(shù)目與神經(jīng)細胞的相等。神經(jīng)干細胞發(fā)育成功能正常的神經(jīng)細胞，并沒有發(fā)育成完整的個體或分化成其他各種細胞，因此不能體現(xiàn)細胞的全能性。植入神經(jīng)干細胞的數(shù)量和注射3K3A－APC化合物的濃度是該實驗的無關(guān)變量，自變量是是否移植神經(jīng)干細胞和是否注射3K3A－APC化合物。神經(jīng)干細胞發(fā)育為神經(jīng)細胞過程是細胞分化的過程，該過程中細胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生穩(wěn)定性改變，如出現(xiàn)能識別神經(jīng)遞質(zhì)的蛋白質(zhì)等。方法規(guī)律證明細胞表達全能性的三個條件(1)起點條件：已分化的細胞。(2)中間條件：離體狀態(tài)(體外培養(yǎng))。(3)終點條件：形成完整個體或產(chǎn)生其他各種細胞?！緫?yīng)用·體驗】1．下列哪種細胞的全能性最容易表達出來(

)A．青蛙的上皮細胞

B．胡蘿卜根的韌皮部細胞C．大白鼠的肝臟細胞

D．人的皮膚生發(fā)層細胞答案：B

解析：細胞的全能性是指細胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。從理論上講，每一個分化的細胞中都含有一整套控制該生物個體形成的遺傳物質(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，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，其次是生殖細胞，再次是體細胞，而在體細胞中，無論植物細胞還是動物細胞，都能在一定程度上表現(xiàn)出全能性，但動物細胞的全能性受到限制，不如植物細胞的全能性容易表達出來。2．有人用哺乳動物小鼠進行胚細胞培養(yǎng)和成體細胞核移植，實驗步驟如下：①分離小鼠8細胞胚胎的一個細胞，培養(yǎng)到胚泡時期，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分離囊胚期細胞，將其核移植到去核的卵細胞中，經(jīng)相關(guān)處理后可發(fā)育成小鼠；④分離小鼠腸上皮細胞，將其核移植到去核的卵細胞中，經(jīng)相關(guān)處理后可發(fā)育成小鼠。該實驗不能說明(

)A．動物細胞分化程度越高，它的全能性的發(fā)揮越受到限制B．已分化的動物體細胞的細胞核仍具有全能性C．人類還不能將單個已分化的動物體細胞培育成新的個體D．只有小鼠胚細胞中含有本物種全套的遺傳信息答案：D

解析：實驗①和②說明動物細胞分化程度越高，它的全能性的發(fā)揮越受到限制。實驗②③④說明已分化的動物體細胞的細胞核仍具有全能性。小鼠的體細胞中均含有本物種全套的遺傳信息，而不僅僅是小鼠胚細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”

體細胞克隆猴“中中”“華華”的誕生是我國科學(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行藥物實驗的模型動物；遺傳上相同的克隆猴用于藥物對照實驗有利于更準(zhǔn)確地評估藥效。這一研究成果的確意義非凡。下圖表示克隆猴的培育過程：

實現(xiàn)克隆猴主要有三道難關(guān)需要攻克。一是卵母細胞的核遺傳物質(zhì)區(qū)域不易識別，去掉猴卵母細胞核遺傳物質(zhì)的難度很大。二是卵母細胞“喚醒”時機難把握?？寺∵^程中，體細胞的細胞核進入