第2节 细胞的分化
学习目标
1．说出细胞分化的概念及特点(重点)。2.阐述细胞分化的实质(难点)。3.举例说明细胞的全能性。
|基础知识|
一、细胞分化 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)生物个体发育的基础。
(2)有利于提高各种生理功能的效率。 二、细胞的全能性 1．概念
(1)前提：已经分化的细胞。
(2)本质：具有发育成完整个体的潜能。 2．基础
细胞中含有发育成完整个体所需要的全部遗传信息。 3．植物细胞的全能性 (1)实验过程： 胡萝卜韧皮部细胞 ＋
――→完整的植株 发育
培养
含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液
(2)实验结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。 4．动物细胞核的全能性 (1)实验过程：
乳腺细胞的细胞核＋去核的卵细胞――→克隆动物 发育
(2)结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
..
培养
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5．干细胞
(1)概念：是指动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。 (2)举例：如人骨髓中的造血干细胞。
|自查自纠|
1．细胞分化使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率。( ) 2．不同分化细胞的遗传信息相同。( )
3．玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性。( )
4．骨髓干细胞与胰岛细胞的遗传信息不同，遗传信息的执行情况也不同。( ) 5．同一植物体的叶肉细胞和贮藏细胞来自一群彼此相似的早期胚胎细胞。( ) 6．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。( ) 答案 1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.√
|图解图说|
★细胞分化形成不同形态、结构和功能的细胞。
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★细胞具有全能性与细胞全能性的表达不是一个概念，全能性表达的终点是形成新个体。
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克隆羊的培育属于有性生殖吗？
提示：克隆羊的培育没有经过两性生殖细胞的结合，属于无性生殖方式。 ________________________________________________________________________
探究点一 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，因为细胞在分化过程中细胞核遗传物质不改变。
(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．细胞分化与细胞分裂的区别和联系
(1)区别：细胞分化使细胞种类增加，细胞分裂使细胞数量增加。 (2)联系：①细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往相伴发生。 ②一般来讲，细胞分化程度越高，细胞的分裂能力越低。
细胞分裂与细胞分化的区别和联系
时间 能力，有的发育到一定时期停止 ①局部性(有的不分裂) 特点 结果 ②周期性 增加细胞数目 最大程度 ①持久性，②不可逆性，③普遍性，④稳定性 增加细胞的种类 细胞分裂 从受精卵开始。有些细胞终生保持分裂细胞分化 整个生命历程中，胚胎时期达到..
..
保持了亲子代细胞间遗传性状的稳定意义 性 保证了生物体的正常发育 联系
【典例1】 如图所示为来自同一人体的3种细胞，下列叙述正确的是( )
A．因为来自同一人体，所以各细胞中的DNA、蛋白质种类相同 B．因为各细胞中携带的基因不同，所以形态、功能不同 C．虽然各细胞大小不同，但细胞中含量最多的化合物相同 D．虽然各细胞的生理功能不同，但吸收葡萄糖的方式相同
解析 图中三种细胞是受精卵分裂、分化的结果。细胞分化的实质是基因的选择性表达，遗传物质(基因、DNA)不发生变化，但细胞的形态、功能发生稳定性差异，蛋白质的种类发生变化。虽然各细胞的大小不同，但细胞中含量最多的化合物相同，都是水。葡萄糖进入不同细胞的方式可能不同，为协助扩散或主动运输。
答案 C
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。 【跟踪训练】
1．理论上，同一个人的表皮细胞的细胞核与神经细胞的细胞核内所含DNA的量相同，但所含的蛋白质的量不同，其原因不包括( )
A．不同细胞被活化的基因不一样多，所以合成的蛋白质不一样多 B．不同组织细胞内同一基因的差异性表达
C．不同细胞的基因数量不同，所以合成的蛋白质数量不同
D．不同细胞基因的表达具有特异性的调节机制，所以合成的蛋白质不同
解析 分化的体细胞具有本物种个体分化所需的全部基因，所以同一生物体的不同细胞
..
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的基因数量是相等的。细胞分化是基因在不同空间、时间选择性表达的结果，这种表达具有一定的调节机制。
答案 C
探究点二 细胞的全能性
1．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，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：只形成了组织或器官未形成新个体。 (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。 2．细胞全能性大小的差异
(1)已分化的胡萝卜韧皮部细胞等植物细胞在体外培养时可长成植株，这体现了细胞具有怎样的特点？植物细胞为什么具有这样的特点？
提示 这说明了植物细胞具有全能性。植物细胞具有该特点的原因是含有该物种的全套遗传信息。
(2)克隆羊多利能否说明分化的动物细胞具有全能性？ 提示 不能，该实例只能说明动物细胞核具有全能性。
(3)比较受精卵、生殖细胞和体细胞全能性的大小：受精卵>生殖细胞>体细胞。 (4)细胞分化与细胞全能性的关系：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
3．细胞全能性实现的条件
(1)胡萝卜韧皮部细胞在胡萝卜植株上能够发育成一个完整的个体吗？为什么？ 提示 不能，因为植物细胞必须在离体条件下才能发育成一个完整的个体。 (2)尝试总结胡萝卜韧皮部细胞发育成一个完整植株需要哪些条件。
①离体。②水、无机盐、有机营养等营养条件。③植物激素。④适宜的温度等环境条件。
细胞分化与细胞全能性的比较
原因 细胞分化 细胞内基因选择性表达 ..
细胞全能性 含有本物种全套遗传物质 ..
①持久性 特点 ②稳定性和不可逆性 ③普遍性 形成形态、结构和生理功能不结果 同的细胞群 细胞分化程度有高低之分，如大小比较 体细胞>生殖细胞>受精卵 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 形成新的个体 细胞全能性表达的难易程度不同，如受精卵>生殖细胞>体细胞 ①两者的遗传物质都不发生改变 联系 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
【典例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
解析 壁虎断尾后重新长出尾部、用体外培养的皮肤治疗烧伤病人、小鼠腺细胞的自我复制均是通过细胞的有丝分裂进行增殖，均未发育成一个新的个体；只有蜜蜂的未受精卵细胞发育成雄蜂符合细胞全能性的概念。
答案 B
细胞分化与细胞全能性的易错辨析
(1)多细胞生物的个体发育离不开细胞的分化，但细胞分化后的不同细胞中核DNA相同，mRNA和蛋白质一般不同。
(2)细胞分化不改变细胞数目，却导致细胞种类增多。
(3)细胞全能性的体现以产生个体为标志，若无个体产生，不能体现全能性。 (4)细胞全能性表达的条件是离体、一定的营养物质和适宜的环境条件等。 【跟踪训练】
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
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
..
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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
知识脉络 要点晨背 1.细胞分化指的是细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。 2.细胞分化具有持久性、普遍性、稳定性和不可逆性等特点。 3.细胞分化的实质是基因选择性表达的结果。 4.已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体 的潜能。 5.植物细胞表现细胞全能性需要离体、营养、激素和适宜的环境等条件。 6.动物细胞核具有全能性。
1．下列关于细胞分化的叙述，错误的是( ) A．植物器官的形成是细胞分化的结果 B．造血干细胞属于未分化的细胞
C．机体不同的组织细胞中，蛋白质的种类和数量不同 D．细胞分化一般是不可逆转的
解析 细胞分化的结果是形成形态、结构和功能不同的细胞，A正确；造血干细胞属于分化程度低的细胞，B错误；机体不同的组织细胞中基因的表达不同，故蛋白质种类不同，
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C正确；细胞分化在生物体内是不可逆的，D正确。
答案 B
2．图中甲、乙、丙分别表示某人体内的几种细胞，它们的形态、结构和功能各不相同的根本原因是( )
A．DNA的结构不同
B．遗传信息的执行情况不同 C．遗传物质不同 D．线粒体结构不同
解析 题中甲、乙、丙是同一受精卵经过增殖、分化形成的，它们的形态、结构和功能各不相同的根本原因是遗传信息的执行情况不同。
答案 B
3．对图中人体细胞的分析错误的是( )
A．图示中四种细胞的基本组成元素相同。但所含大分子化合物的种类有差异 B．上图充分证明了细胞分化是基因选择性表达的结果 C．造血干细胞有增殖、分化的能力
D．细胞a是研究细胞膜的理想材料，细胞a中Fe的含量远高于细胞b
解析 图中细胞a是红细胞，细胞b是白细胞。组成细胞的基本元素都是C、H、O、N，人体成熟的红细胞中不含核酸，且细胞中蛋白质种类与其他细胞也有差异，因此这四类细胞中大分子化合物种类有差异。从图中观察到造血干细胞能增殖、分化为形态、结构等有稳定性差异的细胞，但并不能证明细胞分化的实质是基因发生选择性表达的结果。人体成熟的红细胞中无细胞器膜和核膜的干扰，其内含有大量的血红蛋白，而Fe是构成血红蛋白不可缺少的元素。
答案 B
4．取高度分化的月季韧皮部细胞，经离体组织培养得到月季幼苗，说明( ) A．细胞的全能性 C．细胞的应激性
B．细胞分化后恢复原状 D．细胞的适应性
解析 已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能，题中所述属于植物细胞的全能性。
答案 A
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5．据下图回答问题：
(1)①→②、①→④的过程叫做________。 (2)①→③的过程叫做________。 (3)③→⑤的过程叫做________。
(4)组成②③④的细胞的________、________和________不同，因此它们属于不同的________。
(5)①～⑤所示各细胞群中，具有分裂能力的是标号为________的细胞群。
解析 分析图可以得出细胞群②③④均是来自细胞群①，②③④三个细胞群的细胞形态不同，结构基本相同(都有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核)。依据形态结构与其功能相适应的原理，②③④细胞的功能不同，它们分别属于不同的组织。①→②、①→④的过程中，细胞在形态、结构和生理功能上产生了稳定性差异，这种变化叫细胞分化，①→③过程中，一个细胞分裂成两个细胞，这是细胞分裂，③→⑤过程中。细胞的体积由小变大，这是细胞的生长。①③⑤细胞群的细胞均具有分裂能力。
答案 (1)细胞分化 (2)细胞分裂 (3)细胞生长 (4)形态 结构 生理功能 组织 (5)①③⑤
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