資源簡介

第6章 細(xì)胞的生命歷程
第2節(jié) 細(xì)胞的分化
　【素養(yǎng)導(dǎo)引】
1.生命觀念:運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能的觀念,闡明個(gè)體發(fā)育是通過細(xì)胞分化實(shí)現(xiàn)的。
2.科學(xué)思維:采用假說與推理的方法,說明細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)。
3.科學(xué)探究:體驗(yàn)胡蘿卜組織培養(yǎng)的過程,理解植物細(xì)胞的全能性。
4.社會(huì)責(zé)任:關(guān)注干細(xì)胞的特點(diǎn)和應(yīng)用,認(rèn)同科學(xué)技術(shù)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。
一、細(xì)胞分化及其意義
1.概念:
(1)發(fā)生時(shí)期:個(gè)體發(fā)育過程中。
(2)起點(diǎn):一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代。
(3)細(xì)胞變化:形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生穩(wěn)定性差異。
2.過程:
3.實(shí)質(zhì):基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,即在個(gè)體發(fā)育過程中,不同種類的細(xì)胞中遺傳信息的表達(dá)情況不同。
4.特點(diǎn):普遍性、持久性、穩(wěn)定性。
5.意義:
(1)細(xì)胞分化是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。
(2)細(xì)胞分化使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向?qū)ｉT化,有利于提高各種生理功能的效率。
[思考]　細(xì)胞分化的過程中遺傳物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化嗎
提示:不會(huì),細(xì)胞分化過程只是不同細(xì)胞遺傳信息的表達(dá)情況不同,細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變。
二、細(xì)胞的全能性
1.概念:
(1)前提:已經(jīng)分裂、分化的細(xì)胞。
(2)潛能和特性:產(chǎn)生完整有機(jī)體或分化成其他各種細(xì)胞。
2.細(xì)胞具有全能性的原因:細(xì)胞內(nèi)含有本物種全套的遺傳信息。
3.干細(xì)胞:
(1)概念:動(dòng)物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞。
(2)舉例:骨髓造血干細(xì)胞、臍帶血干細(xì)胞。
[思考]　種子萌發(fā)長成新植株能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性嗎
提示:不能,種子萌發(fā)的過程只是個(gè)體的生長發(fā)育過程。
【走進(jìn)生活】
細(xì)胞分化是生物個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ),使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向?qū)ｉT化。結(jié)合所學(xué)知識(shí)判斷:
1.藍(lán)細(xì)菌也存在細(xì)胞分化的過程。(×)
分析:藍(lán)細(xì)菌為單細(xì)胞生物,細(xì)胞不分化。
2.通常體內(nèi)已分化的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài),直至衰老死亡。(√)
學(xué)習(xí)任務(wù)一:細(xì)胞分化
1.三個(gè)水平分析細(xì)胞分化:
細(xì)胞水平 細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變
亞顯微結(jié)構(gòu)水平 細(xì)胞器的數(shù)目及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)成分發(fā)生改變
分子水平 蛋白質(zhì)角度 蛋白質(zhì)種類、數(shù)量、功能發(fā)生改變
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
2.細(xì)胞分裂與細(xì)胞分化的比較:
項(xiàng)目 細(xì)胞分裂 細(xì)胞分化
細(xì)胞變化 細(xì)胞數(shù)量增多 細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生穩(wěn)定性差異,細(xì)胞種類增多
發(fā)生時(shí)間 從受精卵開始 發(fā)生在生物體的整個(gè)生命過程中
意義 保持了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性 保證了生物體正常發(fā)育
聯(lián)系 細(xì)胞分裂是細(xì)胞分化的基礎(chǔ),兩者往往是相伴相隨的,一般而言,分化程度越高,分裂能力則逐漸降低
[思考探究]　同一個(gè)體內(nèi)肌肉細(xì)胞、骨骼細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和肝細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)相同嗎 為什么
提示:一般相同。同一個(gè)體的不同細(xì)胞來源于同一個(gè)受精卵的有絲分裂,有絲分裂保證了親子代細(xì)胞遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。
【拓展歸納】
管家基因和奢侈基因
(1)管家基因:所有細(xì)胞均表達(dá)的一類基因,如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。
(2)奢侈基因:不同類型的細(xì)胞特定表達(dá)的一類基因,其產(chǎn)物賦予不同細(xì)胞特定的生理功能,如血紅蛋白基因、胰島素基因等。
【典題例析】
研究人員發(fā)現(xiàn)人視網(wǎng)膜色素上皮組織也存在神經(jīng)干細(xì)胞,對(duì)此種干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)后能得到多種細(xì)胞(如圖所示)。下列敘述正確的是(　　)
A.圖中所示過程中不發(fā)生DNA分子的復(fù)制
B.圖中各種細(xì)胞的蛋白質(zhì)完全不同
C.各種細(xì)胞功能的不同決定了其具有不同的結(jié)構(gòu)
D.分化后的細(xì)胞中某些細(xì)胞器的數(shù)量會(huì)存差異
[解題思維]
提取關(guān)鍵點(diǎn) 干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)后能得到多種細(xì)胞
轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn) 細(xì)胞分裂、細(xì)胞分化的原因
排除障礙點(diǎn) DNA復(fù)制只發(fā)生在細(xì)胞分裂前的間期,細(xì)胞分化的過程不發(fā)生DNA復(fù)制
【解析】選D。圖中細(xì)胞分化之前發(fā)生了細(xì)胞分裂,而細(xì)胞分裂過程中有DNA的復(fù)制,A錯(cuò)誤;細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,但是不同的細(xì)胞中也有相同的基因表達(dá),因此圖中各種細(xì)胞的蛋白質(zhì)不完全相同,而不是完全不同,B錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)決定功能,圖中各種細(xì)胞功能是由其結(jié)構(gòu)決定的,C錯(cuò)誤;分化后的細(xì)胞中某些細(xì)胞器的數(shù)量會(huì)有差異,如耗能多的細(xì)胞中線粒體多些,D正確。
[借題發(fā)揮]　圖中神經(jīng)元、色素上皮組織細(xì)胞等細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)各不相同的直接原因是什么 根本原因是什么
提示:直接原因是蛋白質(zhì)的種類不完全相同;根本原因是基因的選擇性表達(dá)。
【即學(xué)即練】
1.(2022·鹽城高一檢測)同一葉片上有葉肉細(xì)胞、表皮細(xì)胞和儲(chǔ)藏細(xì)胞等,這些細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上存在差異,是因?yàn)?　　)
A.細(xì)胞發(fā)生了增殖 B.遺傳物質(zhì)發(fā)生改變
C.細(xì)胞具有全能性 D.不同細(xì)胞中基因選擇性表達(dá)
【解析】選D。同一葉片上葉肉細(xì)胞、表皮細(xì)胞和儲(chǔ)藏細(xì)胞等不同細(xì)胞含有相同的遺傳物質(zhì),由于不同細(xì)胞中基因的選擇性表達(dá),這些細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上出現(xiàn)差異,A、B、C錯(cuò)誤,D正確。
2.下列關(guān)于細(xì)胞分化的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)
A.細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)
B.細(xì)胞分化過程中蛋白質(zhì)種類和數(shù)量會(huì)發(fā)生改變
C.細(xì)胞分化導(dǎo)致細(xì)胞中遺傳物質(zhì)改變
D.細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物體發(fā)育的基礎(chǔ)
【解析】選C。由于不同細(xì)胞中基因選擇性表達(dá)情況不完全相同,所以會(huì)得到不同的產(chǎn)物蛋白質(zhì),細(xì)胞出現(xiàn)了不同的結(jié)構(gòu)和功能,這就是細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì),A正確;所以細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)種類和數(shù)量會(huì)改變,B正確;細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá),該過程遺傳物質(zhì)并未改變,C錯(cuò)誤;從個(gè)體水平分析,細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ),D正確。
【方法規(guī)律】判斷細(xì)胞發(fā)生分化的技巧
(1)細(xì)胞形態(tài)的改變:如肌細(xì)胞的梭形、紅細(xì)胞的圓餅狀、神經(jīng)細(xì)胞的突起狀等。
(2)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化:形成不同種類的細(xì)胞(尤其是細(xì)胞器種類和數(shù)量有較大差異)。
(3)細(xì)胞功能的特化:運(yùn)動(dòng)功能、運(yùn)輸功能、儲(chǔ)存功能、反射功能、免疫功能等。
學(xué)習(xí)任務(wù)二:細(xì)胞的全能性
1.植物細(xì)胞的全能性:
植物組織培養(yǎng):
(1)過程:胡蘿卜韌皮部細(xì)胞→放入特定培養(yǎng)液中→形成細(xì)胞團(tuán)塊根、莖和葉→新的植株。
(2)結(jié)論:高度分化的植物細(xì)胞具有全能性。
2.動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞核的全能性:
(1)實(shí)例:非洲爪蟾的核移植實(shí)驗(yàn)、克隆羊“多莉”、體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”。
(2)結(jié)論:已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核是具有全能性的。
3.細(xì)胞具有全能性的原因及條件:
(1)物質(zhì)基礎(chǔ):細(xì)胞中有發(fā)育成生物體所需的全套遺傳信息。
(2)植物細(xì)胞全能性表達(dá)的條件:
①離體狀態(tài)。
②適宜的水分、無機(jī)鹽、營養(yǎng)物質(zhì)、激素和溫度等條件。
4.細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性的比較:
項(xiàng)目 細(xì)胞分化 細(xì)胞全能性
原理 細(xì)胞內(nèi)基因的選擇性表達(dá) 含有本物種全套遺傳物質(zhì)
結(jié)果 形成形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理功能不同的細(xì)胞 形成新的個(gè)體或分化成其他各種細(xì)胞
大小比較 細(xì)胞分化程度有高低之分:體細(xì)胞>生殖細(xì)胞>受精卵 細(xì)胞全能性有大小之分:受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞(植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞)
關(guān)系 ①細(xì)胞分化不會(huì)導(dǎo)致遺傳物質(zhì)改變,已分化的細(xì)胞仍具有全能性②一般來說,細(xì)胞分化程度越高,全能性越難以實(shí)現(xiàn);細(xì)胞分化程度越低,全能性就越容易實(shí)現(xiàn)
【拓展歸納】
細(xì)胞“具有”全能性和“體現(xiàn)”全能性的辨析
(1)理論上活細(xì)胞都具有全能性。
(2)只有細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后,仍能發(fā)育為完整有機(jī)體或分化成其他各種細(xì)胞,才能“體現(xiàn)”或“表現(xiàn)”細(xì)胞的全能性。
(3)克隆動(dòng)物只能“體現(xiàn)”動(dòng)物體細(xì)胞核的全能性。
【學(xué)習(xí)加點(diǎn)料】
思維易錯(cuò):壁虎斷尾后長出新尾巴的過程是細(xì)胞的全能性的體現(xiàn)嗎
提示:不是,該過程不是由一個(gè)細(xì)胞經(jīng)分裂、分化產(chǎn)生的,也不是產(chǎn)生各類細(xì)胞的過程,沒有體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。
【典題例析】
綿羊的乳腺細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞,但用乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核與卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)融合成一個(gè)細(xì)胞①后,這個(gè)細(xì)胞核仍然保持著全能性②,這主要是因?yàn)?　　)
A.細(xì)胞核內(nèi)含有本物種生長發(fā)育所需要的全套遺傳物質(zhì)
B.卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有物種發(fā)育所需要的全套遺傳信息
C.卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)為細(xì)胞核提供營養(yǎng)物質(zhì)
D.細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)是相互依存的關(guān)系
[解題思維]
提取關(guān)鍵點(diǎn) ①乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核與卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)融合成一個(gè)細(xì)胞②細(xì)胞核仍然保持著全能性
轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn) 動(dòng)物細(xì)胞核具有全能性的原因
排除障礙點(diǎn) 核質(zhì)相互依存的關(guān)系,細(xì)胞質(zhì)為細(xì)胞核提供營養(yǎng)物質(zhì),但不是細(xì)胞核保持全能性的原因
【解析】選A。動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核保持著全能性的原因是其中含有本物種生長發(fā)育所需要的全套遺傳物質(zhì),A正確,B錯(cuò)誤;細(xì)胞質(zhì)為細(xì)胞核提供營養(yǎng)與細(xì)胞核保持全能性無關(guān),C錯(cuò)誤;細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)相互依存的關(guān)系也不是細(xì)胞核具有全能性的原因,D錯(cuò)誤。
【即學(xué)即練】
1.(2022·連云港高一檢測)下列事實(shí)中,能說明細(xì)胞具有全能性的是(　　)
A.受精卵發(fā)育成個(gè)體
B.利用乳腺細(xì)胞和去核的卵母細(xì)胞培育克隆羊“多莉”
C.蝌蚪發(fā)育成蛙
D.將燒傷者皮膚培養(yǎng)后移植
【解析】選A。受精卵發(fā)育成完整個(gè)體體現(xiàn)了細(xì)胞具有全能性,A正確;將乳腺細(xì)胞核移植到去核卵母細(xì)胞中培育而成的克隆羊“多莉”,證明動(dòng)物細(xì)胞核具有全能性,B錯(cuò)誤;蝌蚪發(fā)育成蛙是生物的生長發(fā)育過程,不能說明細(xì)胞具有全能性,C錯(cuò)誤;將燒傷者皮膚培養(yǎng)后移植,該過程中沒有形成完整個(gè)體或分化形成其他各種細(xì)胞,不能說明細(xì)胞具有全能性,D錯(cuò)誤。
2.不同細(xì)胞的全能性高低不同,下列有關(guān)細(xì)胞全能性大小的比較,正確的是(　　)
A.細(xì)胞分裂能力越弱,細(xì)胞全能性越高
B.分化程度越高,全能性越高
C.動(dòng)物細(xì)胞的全能性高于植物細(xì)胞
D.衰老細(xì)胞的全能性低于幼嫩細(xì)胞
【解析】選D。一般而言,細(xì)胞的分裂能力越弱,分化程度越高,細(xì)胞的全能性越低,A、B錯(cuò)誤;植物細(xì)胞的全能性高于動(dòng)物細(xì)胞,C錯(cuò)誤;衰老細(xì)胞的全能性低于幼嫩細(xì)胞,D正確。
【補(bǔ)償訓(xùn)練】
下列人體細(xì)胞中全能性最高的是(　　)
A.胚胎干細(xì)胞　　　　 B.神經(jīng)細(xì)胞
C.胰腺細(xì)胞 D.肌肉細(xì)胞
【解析】選A。細(xì)胞全能性大小的比較:受精卵>全能干細(xì)胞(胚胎干細(xì)胞)>多能干細(xì)胞(如造血干細(xì)胞)>專能干細(xì)胞(如生發(fā)層細(xì)胞)>生殖細(xì)胞(卵細(xì)胞、精子)>體細(xì)胞,故選A。
人造血與健康
　　據(jù)美國《大眾科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道:人造血可能會(huì)變成一個(gè)常見的事實(shí),因?yàn)榉▏茖W(xué)家首次成功地將實(shí)驗(yàn)室中用造血干細(xì)胞培育出的人造血輸入了人體內(nèi),而且其表現(xiàn)與正常的血液一樣。
如圖是造血干細(xì)胞的應(yīng)用,據(jù)圖回答下列問題。
探究:
(1)造血干細(xì)胞是人體內(nèi)保留的少數(shù)具有____________________能力的細(xì)胞,造血干細(xì)胞分化成其他細(xì)胞是__________________的結(jié)果。
(2)在漿細(xì)胞中________(填“有”或“無”)血紅蛋白基因;巨噬細(xì)胞的吞噬作用說明細(xì)胞膜具有____________________________________________________。
(3)將已分化體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中,可以發(fā)育成新的個(gè)體,說明已分化的體細(xì)胞______________________________________。
【解析】(1)干細(xì)胞是人體內(nèi)保留的少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞;細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。
(2)在漿細(xì)胞中有血紅蛋白基因,但該基因不表達(dá);巨噬細(xì)胞的吞噬作用說明細(xì)胞膜具有(一定的)流動(dòng)性。
(3)將已分化體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中,可以發(fā)育成新的個(gè)體,說明已分化的體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。
答案:(1)分裂和分化　基因選擇性表達(dá)(遺傳信息的表達(dá)情況不同)
(2)有　(一定的)流動(dòng)性 (3)細(xì)胞核具有全能性
【關(guān)鍵能力·素養(yǎng)發(fā)展】
情境載體 情境類型為生活、學(xué)習(xí)和實(shí)踐情境,突出與生活的聯(lián)系
關(guān)鍵能力↓圖文轉(zhuǎn)化 ①造血干細(xì)胞培育出人造血
②造血干細(xì)胞可以分化成紅細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、巨核細(xì)胞等各種細(xì)胞
學(xué)科素養(yǎng) 培養(yǎng)生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀、科學(xué)思維中的分析與比較等素養(yǎng)
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