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第二節　細胞分化、衰老和死亡
第1課時　細胞分化和細胞全能性
[學習目標]　1.說出細胞分化的概念。2.理解細胞分化的特點及意義。3.舉例說明細胞的全能性。
一、細胞分化形成復雜的多細胞生物體
1．概念：在個體發育中，由一個或一種細胞經細胞分裂產生的子代細胞，在形態結構和生理功能上逐漸發生穩定性差異的過程。
2．舉例：造血干細胞分化為紅細胞、血小板、白細胞等。
3．特點
(1)持久性：一般來說，分化后的細胞將一直保持分化后的狀態，直到死亡。
(2)普遍性：細胞分化是生物界普遍存在的生命現象。
4．結果：在個體發育中，細胞分化能增加細胞的類型，不同類型的細胞構成了多細胞生物體的各種組織和器官，執行不同的生理功能。
5．意義
(1)是生物體發育的基礎。
(2)有利于提高各種生命活動的效率。
判斷正誤
(1)變形蟲存在細胞的分裂和分化(　　)
(2)細胞分裂能增加細胞數量，細胞分化則可增加細胞種類(　　)
(3)細胞分化一般是不可逆的(　　)
(4)同一個體的小腸上皮細胞和平滑肌細胞所含遺傳物質不同(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×
分析細胞分化的原因和特點
科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞(有細胞核)和胰島細胞，對這3種細胞中的DNA和蛋白質進行了檢測，結果如下表。圖1表示細胞a形成細胞b和c的過程。
項目 細胞總DNA 蛋白質
卵清蛋白基因 β 珠蛋白基因 胰島素基因 卵清蛋白 β 珠蛋白 胰島素
輸卵管細胞 ＋ ＋ ＋ ＋ － －
紅細胞 ＋ ＋ ＋ － ＋ －
胰島B細胞 ＋ ＋ ＋ － － ＋
注：“＋”表示檢測發現相應的分子，“－”表示檢測未發現相應的分子。
(1)表中三種細胞的核DNA相同嗎？為什么？
提示　相同。因為三種細胞都是由同一個受精卵通過有絲分裂形成的，含有相同的核遺傳物質。
(2)表中三種細胞的蛋白質相同嗎？綜合上述分析，你能得出什么結論，說明細胞分化的實質是什么？
提示　不相同。不同細胞中遺傳信息相同，但合成的蛋白質不完全相同，由此說明細胞分化的實質是細胞中遺傳信息的表達情況不同。
(3)圖中①②③分別表示什么過程？
提示　①表示細胞分裂；②③表示細胞分化。
(4)正常情況下，細胞b還能恢復成細胞a以及轉變成細胞c或其他組織細胞嗎？這分別說明細胞分化具有什么特點？
提示　正常情況下，細胞b不能再恢復成細胞a，說明細胞分化具有不可逆性。細胞b也不能轉變成細胞c或其他組織細胞，說明細胞分化具有穩定性。
1．細胞分化的過程
(1)概念圖
(2)模式圖
2．細胞分化的基礎：各種細胞具有完全相同的遺傳物質，即攜帶本物種的全套遺傳信息。
特別提醒　(1)細胞分化發生在整個生命過程中。(2)細胞分化后，遺傳物質并沒有改變。
3．細胞分裂與細胞分化的比較
(1)結果不同：細胞分裂導致細胞數目增多，細胞分化導致細胞種類增多。
(2)聯系
①細胞分裂是細胞分化的基礎。大多數多細胞生物是由受精卵發育而來的，在細胞分裂的基礎上，通過細胞分化逐漸發育為成體。
②分化的細胞可能失去分裂能力：如神經細胞、肌肉細胞等。造血干細胞雖已分化，但仍保留分裂、分化能力。
4．細胞分化和細胞分裂的四個警示點
(1)細胞分化的過程中一定發生細胞分裂，但細胞分裂過程中不一定發生細胞分化。
(2)細胞分化強調的是在細胞數目增多時其形態結構和生理功能也發生變化。
(3)單純的細胞分裂強調的是細胞數目增多，其形態結構和生理功能不發生變化。
(4)細胞分化和細胞分裂后細胞所含的DNA都不發生變化。
1．下列有關細胞分化的敘述，不正確的是(　　)
A．細胞分化發生在生物體的整個生命過程中
B．生物體內含各種不同的細胞和組織是細胞分化的結果
C．細胞分化是一種持久性的變化
D．通過細胞分化，使細胞的數量和種類越來越多
答案　D
解析　細胞分化具有持久性，發生在生物體的整個生命過程中，A、C正確；細胞分化的結果是生成不同的細胞，增加細胞的類型，而細胞分裂會增加細胞數量，D錯誤。
2．下表表示人體三種不同細胞中的基因存在及表達情況。下列有關說法不正確的是(　　)
項目 基因存在情況 基因表達情況
甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁
胰島B細胞(合成胰島素) √ √ √ √ √ × × √
眼晶狀體細胞(胚胎中) √ √ √ √ × √ × √
神經細胞 √ √ √ √ × × √ √
注：表中“√”表示有，“×”表示無。
A．甲基因可能是控制胰島素合成的基因
B．丁基因可能是控制呼吸酶合成的基因
C．三種細胞都有甲、乙、丙、丁四種基因的根本原因是人體細胞都來源于同一個受精卵
D．三種細胞不同的根本原因是細胞中遺傳信息不同
答案　D
解析　甲基因只在胰島B細胞中表達，可能是控制胰島素合成的基因，A正確；丁基因在三種細胞中均得到表達，而所有活細胞都會進行細胞呼吸，所以丁可能是控制呼吸酶合成的基因，B正確；三種體細胞中都具有4種基因的根本原因是人體細胞都來源于同一個受精卵，含有相同的遺傳信息，C正確；同一人體所有體細胞都是由同一個受精卵有絲分裂后分化來的，細胞中遺傳信息相同，三種細胞不同的根本原因是細胞中遺傳物質的執行情況不同，D錯誤。
二、分化后的細胞仍然具有全能性
1．植物細胞的全能性：高度分化的植物細胞仍然具有發育成完整植株的能力，即植物細胞具有全能性。
2．細胞的全能性：細胞分裂和分化后，仍然具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。
3．動物細胞核移植技術
(1)實例
①非洲爪蟾的核移植
②克隆羊多莉
(2)結論：高等動物已分化的體細胞的細胞核仍然保持著全套的遺傳物質，是具有全能性的。
(3)與植物細胞相比，由單個高度分化的動物體細胞培育成新個體的過程更具有復雜性。
判斷正誤
(1)人體內所有活細胞均具有全能性(　　)
(2)一般來說，細胞的分化程度越高，全能性越低(　　)
(3)克隆羊“多莉”的誕生證明了動物體細胞仍然具有全能性(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×
分析細胞全能性的概念
1．根據教材P125圖4－2－3回答問題：
(1)從圖示的實驗可以得出什么結論？這說明了什么？
提示　已分化的植物細胞在離體的條件下可長成完整植株，這說明了已分化的植物細胞具有全能性。
(2)克隆羊多莉能否說明分化的動物細胞具有全能性？并說明理由。
提示　不能。多莉的形成不是由體細胞直接培育而來，不能說明動物細胞具有全能性，只能說明動物細胞核具有全能性。
2．探討下列實例是否體現細胞的全能性，并說明理由。
(1)種子萌發形成植株。
提示　否，種子屬于器官，種子萌發形成植株屬于自然生長過程，是種子中胚芽、胚軸、胚根等進一步分裂、分化的結果，不能體現細胞的全能性。
(2)誘導胚胎干細胞發育成特定的組織或器官。
提示　否，只形成了特定組織器官，未形成完整個體或分化成其他各種細胞。
(3)在蜂群中，未受精的卵發育成雄蜂。
提示　是，未受精的卵是高度分化的細胞，且形成了新個體。
1．細胞具有全能性的原因
生物體的每一個細胞都含有保持該物種遺傳特性的全套遺傳物質，都有發育成完整個體所必需的全套基因，在適宜的條件下，就能發育成完整的新個體。
2．植物細胞全能性表達的條件
(1)離體狀態。
(2)無菌環境。
(3)需要適宜的水分、無機鹽、有機營養和激素等。
(4)適宜的溫度等條件。
3．不同細胞全能性大小
(1)植物細胞的全能性易于表達，而動物細胞的全能性受到極大限制。
(2)同一生物體細胞全能性的高低：受精卵＞生殖細胞＞體細胞。
(3)隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞全能性的表達能力逐漸變小。
(4)與細胞的分裂能力呈正相關，即一般分裂能力越強，全能性越大。
3．下列實例可以說明細胞具有全能性的是(　　)
A．玉米種子萌發長成新植株
B．皮膚被劃破后，傷口重新愈合
C．蜥蜴受攻擊斷尾后重新長出尾部
D．胡蘿卜韌皮部細胞經離體培養產生完整植株
答案　D
解析　玉米種子萌發長成新植株，并非是細胞發育為完整個體，不能說明細胞具有全能性，A錯誤；皮膚被劃破后，傷口重新愈合，并非是細胞發育為完整個體，不能說明細胞具有全能性，B錯誤；蜥蜴受攻擊斷尾后重新長出尾部，并非是細胞發育為完整個體或分化成其他各種細胞，不能說明細胞具有全能性，C錯誤；胡蘿卜韌皮部細胞經離體培養產生完整植株，說明胡蘿卜韌皮部細胞經植物組織培養可發育為完整個體，能說明細胞具有全能性，D正確。
4．(2022·蘇州高一期末)2017年底，我國科學家成功培育出世界首例體細胞克隆猴“中中”和“華華”。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．克隆猴是通過細胞核移植技術實現的
B．克隆猴的性狀表現與供體猴基本相同
C．克隆猴的成功說明體細胞具有全能性
D．該技術有望增加瀕危動物的存活數量
答案　C
解析　克隆猴的成功說明動物體細胞核具有全能性，C錯誤。
題組一　細胞分化
1．同一葉片上有葉肉細胞、表皮細胞和儲藏細胞等，這些細胞在形態結構和生理功能上存在差異，是因為(　　)
A．細胞發生了增殖
B．遺傳物質發生改變
C．細胞具有全能性
D．不同細胞中遺傳信息的執行情況不同
答案　D
2．(2022·南京高一期末)下列關于細胞分化的敘述，錯誤的是(　　)
A．在個體發育的過程中，細胞分化能增加細胞的類型
B．細胞分化使細胞在形態結構和生理功能上發生穩定性差異
C．細胞分化是生物體發育的基礎且貫穿整個生命進程
D．細胞分化使各種細胞的遺傳物質發生改變
答案　D
解析　細胞分化不會使各種細胞的遺傳物質發生改變，D錯誤。
3．人的胰島細胞能產生胰島素，但不能產生血紅蛋白，據此推測胰島細胞中(　　)
A．只有胰島素基因
B．有胰島素基因和其他基因，但沒有血紅蛋白基因
C．比人受精卵基因要少
D．既有胰島素基因，也有血紅蛋白基因和其他基因
答案　D
解析　胰島細胞中既含有胰島素基因也含有血紅蛋白基因和其他基因，D正確。
4．有人把能夠在所有細胞中表達、維持細胞基本生命活動所必需的基因稱為“管家基因”，而把只在特定細胞中表達的基因稱為“奢侈基因”。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．細胞分化是奢侈基因選擇性表達的結果
B．ATP水解酶、蛋白質都是管家基因的表達產物
C．人的胰島素基因和抗體基因都屬于奢侈基因
D．根尖分生區細胞分化形成成熟區細胞過程中，奢侈基因的遺傳信息改變
答案　D
解析　ATP水解酶、蛋白質在所有細胞中都存在，控制這些物質合成的基因屬于管家基因，B正確；根尖分生區細胞分化形成成熟區細胞過程中，奢侈基因表達，但其遺傳信息不變，D錯誤。
5．科學家格登和山中伸彌，在“細胞核重編程技術”領域做出了革命性的貢獻。如圖為該技術的操作流程模式圖。據圖判斷，以下說法正確的是(　　)
A．干細胞分化形成的表皮細胞中核DNA數目發生了變化
B．干細胞分化形成的心肌細胞中染色體數目發生了變化
C．造血干細胞屬于未分化的細胞
D．某些干細胞可用于治療因胰島細胞受到損傷而引起的糖尿病
答案　D
解析　細胞的分化是遺傳信息的執行情況不同的過程，分化過程中細胞中的核DNA數目和染色體數目不變，A、B錯誤；造血干細胞是分化的細胞，但它們不是高度分化的細胞，它們有能力繼續分化成其他細胞，如血細胞，C錯誤；可以通過干細胞分化形成胰島B細胞，來治療因胰島B細胞受損而引起的糖尿病，D正確。
題組二　細胞全能性
6．下列事實中能說明細胞具有全能性的是(　　)
A．受精卵發育成個體
B．利用乳腺細胞和去核的卵細胞培育克隆羊多莉
C．蝌蚪發育成蛙
D．造血干細胞增殖分化產生各種血細胞
答案　A
解析　將乳腺細胞核移植到去核卵細胞中培育而成的克隆羊“多莉”，證明動物細胞核具有全能性，B錯誤；蝌蚪發育成蛙屬于細胞分化，C錯誤。
7．(2022·如皋高一期末)下列細胞的全能性最容易表達出來的是(　　)
A．蛙的口腔上皮細胞 B．蛔蟲的受精卵細胞
C．綿羊的卵細胞 D．蠶豆的葉肉細胞
答案　B
8．下列關于細胞全能性的敘述，錯誤的是(　　)
A．克隆猴“中中”和“華華”的誕生說明動物細胞核具有全能性
B．生物體內的細胞沒有表現出全能性的原因是分化中丟失了大量基因
C．將洋蔥根尖細胞培養成完整植株說明已分化的植物細胞具有全能性
D．人體胚胎干細胞的全能性比造血干細胞的全能性高
答案　B
解析　細胞的全能性是指細胞分裂和分化后，仍然具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性，克隆猴“中中”和“華華”的誕生說明動物細胞核具有全能性，A正確；生物體內的細胞沒有表現出全能性是因為遺傳信息的執行情況不同，在生物體內所有的細胞都是由同一個受精卵分裂分化而來，其中所含的核遺傳物質相同，B錯誤；一般來說，分化程度越高，細胞全能性越低，所以人體胚胎干細胞的全能性比造血干細胞的全能性高，D正確。
選擇題9～10題為單選題，11～13題為多選題。
9．干細胞移植現已成為治療糖尿病的一種臨床技術。自體骨髓干細胞植入胰腺組織后可分化為胰島樣細胞，以替代損傷的胰島B細胞，達到治療糖尿病的目的。下列敘述正確的是(　　)
A．骨髓干細胞與胰島樣細胞的基因組成不同，基因表達產物不同
B．胰腺組織微環境造成骨髓干細胞基因丟失，分化成為胰島樣細胞
C．骨髓干細胞與胰島樣細胞的基因組成相同，遺傳信息的執行情況不同形成的蛋白質不同
D．胰腺組織微環境對骨髓干細胞分化無影響，分化是由基因決定的
答案　C
解析　根據題意可知，胰島樣細胞是由骨髓干細胞分化產生的，因此骨髓干細胞與胰島樣細胞的基因組成相同，但是由于遺傳信息的執行情況不同，遺傳信息的表達產物不同，A錯誤，C正確；骨髓干細胞增殖分化成為胰島樣細胞過程中，遺傳信息的執行情況不同，但是遺傳物質并沒有發生改變，B錯誤；題中說“自體骨髓干細胞植入胰腺組織后可分化為胰島樣細胞”，因此胰腺組織微環境對骨髓干細胞分化是有影響的，在此微環境中遺傳信息的執行情況不同，D錯誤。
10．某實驗小組選取某生物不同類型的正常細胞，檢測其基因表達，結果如圖所示。據圖分析，下列說法錯誤的是(　　)
A．若基因1～8中只有一個是控制核糖體蛋白質合成的基因，則該基因最有可能是基因2
B．圖中7種細胞的遺傳物質是相同的，但蛋白質的種類不完全相同
C．圖中7種細胞中細胞器的種類和數量相同
D．題圖可說明遺傳信息的執行情況不同
答案　C
解析　由于7種細胞是取自同種生物不同類型的正常體細胞，由同一個受精卵分裂分化而來，它們的遺傳物質是相同的，由于遺傳信息的執行情況不同，蛋白質的種類不完全相同，B正確；圖中7種細胞中所表達的蛋白質不同，說明這7種細胞功能不同，故細胞器的種類和數量不同，C錯誤；圖中7種細胞中基因的表達情況有差異，可用于說明細胞分化的實質，即遺傳信息的執行情況不同，D正確。
11．下圖表示造血干細胞分化為多種血細胞的示意圖，相關敘述正確的是(　　)
A．該過程體現了造血干細胞具有全能性
B．干細胞分化產生的不同細胞中蛋白質種類有差異
C．干細胞及其分化產生的細胞都具有持續分裂的能力
D．臍帶血干細胞可以用于治療血液系統的疾病
答案　BD
解析　圖示造血干細胞沒有發育成個體，不能說明造血干細胞能夠表現出全能性，A錯誤；細胞分化的實質是遺傳信息的執行情況不同，所以干細胞分化產生的不同細胞中蛋白質種類有差異，B正確；干細胞分化產生的紅細胞不可以進行有絲分裂，C錯誤；臍帶血干細胞可以培養并分化成人體的各種細胞，可以用于治療血液系統的疾病，D正確。
12．某實驗室做了下圖所示的實驗研究，下列相關敘述不正確的是(　　)
A．肝細胞、神經細胞、上皮細胞中所含遺傳物質相同
B．與纖維母細胞相比，經過程a形成的誘導干細胞的全能性較低
C．過程b是誘導干細胞的形態結構和遺傳物質發生穩定性差異的過程
D．上述細胞中具有細胞周期的是誘導干細胞和神經細胞
答案　BCD
解析　誘導干細胞的全能性比纖維母細胞高，B錯誤；過程b是誘導干細胞的分化過程，細胞的形態結構發生穩定性差異，遺傳物質沒有發生改變，C錯誤；具有細胞周期的是能進行連續分裂的細胞，神經細胞是高度分化的細胞，已失去了分裂能力，D錯誤。
13．多能干細胞具有分化出多種細胞的潛能，但發育潛能受到一定的限制。某科研小組將豬的單個體細胞與去核卵細胞放在一起，使兩者融合，融合細胞具有分化出多種細胞的潛能。下列分析正確的是(　　)
A．細胞的分化有利于提高生物體各種生理功能的效率
B．卵細胞中可能含有促進胚胎發育的物質
C．多能干細胞分化出多種細胞是遺傳信息的執行情況不同的結果
D．細胞經分裂和分化后，最終只有產生完整的有機體才能體現全能性
答案　ACD
解析　單個體細胞與去核卵細胞放在一起，能融合并分化出多種細胞，說明卵細胞中可能含有促進細胞核(細胞)發育的物質，但是胚胎是多細胞的集合體，胚胎中沒有卵細胞，B錯誤；細胞分化的實質是遺傳信息的執行情況不同，C正確；細胞全能性是指細胞分裂和分化后，仍然具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性，D正確。
14．如圖是某細胞增殖和分化的概念圖，據圖回答下列有關問題：
(1)A表示的是________過程，B表示的是________過程。
(2)b、c、d、e具有相同的________________。
(3)若e能合成血紅蛋白，則b、c、d都________(填“不能”或“能”)合成，其主要原因是____________________________________________________________。
(4)若a為植物細胞，而d能在體外條件下培養成一個植物體，則說明d具有________性。
(5)a、b、c、d、e這五個細胞相比，細胞的全能性最高的是________。
答案　(1)細胞增殖　細胞分化　(2)遺傳信息(或染色體、遺傳物質)　(3)不能　控制合成血紅蛋白的有關基因處于關閉狀態　(4)全能　(5)a
解析　(1)A過程表示一個細胞分裂成多個細胞的過程，是細胞增殖過程；B過程表示分裂后的細胞形成各種不同形態結構和生理功能的細胞的過程，是細胞分化過程。(2)細胞分化不會導致遺傳物質改變，已分化的細胞都含有保持本物種遺傳特性所需要的全套遺傳信息，所以b、c、d、e具有相同的遺傳信息(或遺傳物質)。(3)e能合成血紅蛋白，其他種類的細胞內控制合成血紅蛋白的基因自然關閉。(4)植物細胞的全能性較高，可以在體外條件下培養成一個植物體。(5)一般分裂能力越強的細胞，全能性越高。a細胞的分裂能力最強，所以全能性最高。
15．科學家將取自胡蘿卜根部的單個細胞進行體外培養，可以得到完整的新植株，過程見下圖，①～⑥表示操作順序。請回答問題：
(1)①和②表示將胡蘿卜根的一部分分離成為單個細胞，③表示單個細胞進行有絲分裂，分裂后產生的每個細胞染色體數目________(填“相同”或“不同”)。
(2)愈傷組織經過④形成胚狀體的過程中，細胞在形態結構和生理功能上逐漸向不同方向發生了變化，這種現象叫______________。
(3)本實驗說明胡蘿卜根細胞仍具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能，這就是細胞的________。
(4)將黑色綿羊體細胞核移入白色綿羊的去核卵細胞中，能培育出克隆羊多莉。而單獨培養黑色綿羊的體細胞則不能得到完整新個體。說明______________________________________。
答案　(1)相同　(2)細胞分化　(3)全能性　(4)已分化的動物體細胞核具有全能性

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