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1、细胞的分化 一、细胞分化 1.含义:在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的 后代,在_上发生稳定性差异的 过程。 形态、结构和生理功能 2.特点(连线): 3.意义: (1)生物_的基础。 (2)使细胞趋向_。有利于提高各种_的 效率。 4.原因:在个体发育过程中,不同的细胞中_的 表达情况不同。 个体发育 专门化生理功能 遗传信息 【激疑】 细胞分化在分子水平上的主要标志是什么? 提示:合成了具有特定结构和功能的蛋白质。 二、细胞的全能性 1.细胞的全能性概念: 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.植物细胞的全能性: (1)_的植物细胞仍具有全
2、能性。 (2)应用: 通过_,快速繁殖花卉和蔬菜等作物。 拯救濒危物种。 高度分化 植物组织培养 3.动物细胞的全能性: (1)已分化的动物体细胞的_仍具有全能性。 (2)目前,还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培 养成_。 细胞核 新的个体 4.干细胞: (1)特点: 具有_能力。 在动物和人体内,数量_。 (2)举例:人骨髓中的许多造血干细胞能通过增殖和分 化不断产生红细胞、白细胞和血小板。 分裂和分化 很少 【激疑】 造血干细胞通过增殖和分化产生红细胞、白细胞和血 小板,是否体现了细胞的全能性? 提示:造血干细胞通过增殖和分化产生红细胞、白细胞 和血小板,体现了细胞的全能性。 知识点一
3、 细胞分化 1.细胞分化的过程: (1)图解: (2)分析: 从细胞水平分析:细胞的形态、结构和生理功能发生 改变。 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。 从分子水平分析: a.蛋白质角度:蛋白质种类、数量、功能发生改变。 b.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。 2.细胞分裂与细胞分化的比较: (1)结果不同:细胞分裂导致细胞数目增多,细胞分化导 致细胞种类增多。 (2)联系: 细胞分裂是细胞分化的基础。大多数多细胞生物是 由受精卵发育而来的,在细胞分裂的基础上,通过细胞 分化逐渐发育为成体。 分化的细胞可能失去分裂能
4、力:如神经细胞、肌肉细 胞等。造血干细胞虽已分化,但仍保留分裂、分化能 力。 【思考讨论】 人的神经细胞和心肌细胞都是由受精卵发育而来,但是 它们的形态、结构和功能不同,其根本原因和直接原因 分别是什么?(生命观念) 提示:根本原因是遗传信息的表达情况不同;直接原因 是合成了具有特定结构和功能的蛋白质。 一个人体内肌肉细胞、骨骼细胞、神经细胞和肝细胞 内的遗传物质相同吗?为什么?(生命观念) 提示:一般相同。同一个体的不同细胞来源于同一个受 精卵的有丝分裂,有丝分裂保证了母细胞和子细胞遗传 物质的稳定性。 【素养案例】 有人取同一生物的不同细胞,检测其基因表达,结果如 图。下列分析不正确的是(
5、 ) A.若基因18中有一个是控制细胞呼吸酶的基因,则最 可能是基因2 B.判断图中细胞功能近似程度的依据是表达的相同基 因最多,差异表达的基因最少 C.功能最为近似的细胞是1与6 D.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 【解题导引】解答本题应注意两点: (1)明确横轴表示细胞类型,纵轴表示18个基因,且阴 影部分为表达的基因,而空白部分为未表达的基因。 (2)认同细胞分化的实质是基因的选择性表达。 【解析】选D。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,A正确;判断图中细胞功能 近似程度的
6、依据是表达的相同基因最多,差异表达的基 因最少,由图可知,细胞1表达15基因,细胞6表达25 基因,表达的相同基因最多,差异表达的基因最少,则细 胞1和6中基因表达最相似,B、C正确;细胞分化的实质 是基因的选择性表达,使不同细胞中的蛋白质不完全相 同,而不是完全不同,D错误。 【素养探究】母题追问 (1)科学思维分析与讨论 上题中7种细胞能否由1个细胞分裂产生呢?请说明理 由。 提示:细胞17是同一生物的不同类型的细胞,它们的 基因相同,可由同一细胞即受精卵分裂产生。 (2)生命观念结构与功能观 若上题中基因6为血红蛋白基因,则哪个细胞为红细胞? 提示:细胞2。 【方法规律】判断细胞发生分化
7、的技巧 (1)细胞形态的改变:如肌细胞的梭形、红细胞的圆饼 状、神经细胞的突起状等。 (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:如合成了唾液淀粉酶、抗体、胰 岛素、血红蛋白、肌动蛋白等。 【补偿训练】 1.如图所示的细胞类型转换过程为 ( ) A.细胞融合 B.细胞生长 C.细胞分裂D.细胞分化 【解析】选D。由图可知,全能干细胞经过一系列转换 过程形成了红细胞,细胞在形态、结构和生理功能上出 现了稳定性差异,属于细胞分化。 2.由细胞形态判断,下列细胞中
8、最可能具有细胞周期的 是( ) 【解析】选B。由图可知,A是精子、C是肌细胞、D是 神经细胞,均是已分化的细胞,丧失了分裂能力。而B所 示的细胞从形态上看,仍处于原始状态,没有分化,可连 续分裂,具有细胞周期。 知识点二 细胞的全能性 1.物质基础:细胞中有发育成生物体所需要的全套遗传 信息。 2.细胞全能性的表达: (1)细胞全能性表达的条件: 离体状态; 需要适宜的水分、无机盐、有机营养和激素等; 适宜的温度等条件。 (2)不同细胞全能性大小(表达难易程度): 植物细胞的全能性易于表达,而动物细胞的全能性虽 受到极大限制,但动物细胞细胞核的全能性仍可以表 达。 同一生物体细胞全能性的高低:
9、受精卵生殖细胞体 细胞。 随着细胞分化程度的不断提高,细胞全能性的表现能 力逐渐变小。 与细胞的分裂能力呈正相关,即分裂能力越强,全能 性越大。 【思考讨论】 1.一粒种子萌发为幼苗,并长成参天大树是否体现细胞 的全能性?(生命观念) 提示:没有体现细胞的全能性,因为种子是植物的幼体, 不是一个细胞。 2.高度分化的细胞是否一定难以表达全能性?试举例说 明。(科学思维) 提示:不一定,如生殖细胞是高度分化的细胞,但一定条 件下可以表达细胞的全能性。 【素养案例】 有关细胞全能性的叙述,正确的是( ) A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的 全套基因 B.高度分化的植物细胞只有处于离体
10、状态时才有可能 表现出全能性 C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所 含基因发生了改变 D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这体现了植物种子具 有全能性 【解题导引】解答本题需明确以下两点: (1)细胞具有全能性的原因是含有形成完整个体所需要 的全套基因。 (2)细胞表达全能性需要一定的条件。 【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育 成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全 套基因,同样具有全能性;离体状态是高度分化的植物 细胞表现出全能性的必要条件;植物体内细胞没有表现 出全能性是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择 性表达的结果;种子是器官,种子发育成植株是个体正
11、 常发育的过程,不能体现全能性。 【素养探究】情境迁移 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80多种疾病。因 此,脐带血已成为造血干细胞的重要来源,特别是无血 缘关系造血干细胞的来源。也是一种非常重要的人类 生物资源。 思考: (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等。 (2)查阅有关资料,了解人体存在的干细胞有哪些? 提示:人体内干细胞的种类有:胚胎干细胞、成
12、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。 【补偿训练】下列有关细胞的全能性说法不正确的是 ( ) A.植物组织培养成功表明高度分化的植物细胞具有全 能性 B.动物克隆成功表明高度分化的动物细胞具有全能性 C.细胞具有全能性是因为具有该生物的全套遗传物质 D.全能性的大小依次为:受精卵生殖细胞;植物体细胞 动物体细胞 【解析】选B。细胞具有全能性的基础是细胞中含有该 生物的全套遗传物质。动物克隆成功表明高度分化的 动物细胞的细胞核具有全能性,因为该过程中处理的是 动物细胞核。分化程度低的细胞的全能性更易体现。 【课堂回眸】