第2节 细胞的分化（教师用书）-【勤径学升】2024-2025学年高中生物必修1同步练测（人教版2019）

第2节　细胞的分化 [学习目标] 1．结合教材实例，理解细胞分化的概念、特点、实质及意义。 2．结合细胞全能性的实例，理解细胞全能性的概念。 3．结合教材实例，概述干细胞的概念，同时关注干细胞的研究意义。 一、细胞分化及其意义 1．概念 2．特点（连线） 3．原因 在个体发育过程中，不同种类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）使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。 二、细胞的全能性 1．概念 细胞经分裂和分化后，仍然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）植物组织培养：胡萝卜韧皮部细胞→放入特定培养基→形成细胞团块根、茎和叶→植株。 （2）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。 3．动物细胞核的全能性 （1）非洲爪蟾的核移植实验：将肠上皮细胞的核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新个体。 （2）克隆羊多利和克隆猴的培育：将体细胞核移植到去核的卵细胞中培育而成。 （3）结论：已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。 4．干细胞 （1）特点 ①具有分裂和分化的能力。 ②在动物和人体内，数量很少。 （2）举例：人骨髓中的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。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 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。(√) 2．一般情况下，同一个体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．同一人体中，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储藏细胞来自一群彼此相似的早期胚细胞。(√) 6．克隆羊培育成功说明高度分化的动物细胞具有全能性。(×) 知识点一　细胞分化及其意义 　　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）判断图中①②③分别代表的过程。 ①　　　　；②　　　　；③　　　　。  （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？ （3）细胞a、b、c的核遗传物质相同吗？为什么？ （4）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：（1）①细胞分裂　②细胞分化　③细胞分化 （2）一般不可以，说明细胞分化具有不可逆性。 （3）相同，因为细胞在分化过程中细胞核内的遗传物质不改变。 （4）遗传信息的执行情况不同（或“基因的选择性表达”）。 1．细胞分化的“变”与“不变” (1)“变” ①从细胞水平分析：细胞的形态、结构和生理功能发生改变。 ②从亚显微结构水平分析：细胞器的种类和数目及细胞质基质的成分和功能发生改变。 ③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)“不变”：细胞数目和细胞内的遗传物质不变。 2．管家基因和奢侈基因 (1)管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。 (2)奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。 3．细胞分化的实质：基因的选择性表达 (1)从起源上看，甲、乙两种细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂增殖而来的，根据有丝分裂的特征，染色体经复制后平均分配到两个子细胞中，所以甲、乙中的遗传信息是一样的。 (2)从发育过程上看，不同细胞中遗传信息的执行情况不同，于是就产生了与不同细胞功能相适应的蛋白质。 4．细胞分裂与细胞分化的区别和联系 细胞分裂 细胞分化 时间 从受精卵开始。有些细胞终生保持分裂能力，有的发育到一定时期停止 整个生命历程中，胚胎时期达到最大程度 特点 ①局部性(有的不分裂)　②周期性 ①持久性　②不可逆性　③普遍性　④稳定性 结果 增加细胞数目 增加细胞种类 意义 保持了亲子代细胞间遗传性状的稳定性 保证了生物体的正常发育 联系 ②一般来讲，细胞分化程度越高，细胞的分裂能力越低 1．分别用β-珠蛋白基因、卵清蛋白基因和丙酮酸激酶（与细胞呼吸相关的酶）基因的片段为探针，与鸡的成红细胞、输卵管细胞和胰岛细胞中提取的总RNA进行分子杂交，结果见下表（注：“＋”表示阳性，“－”表示阴性）。下列叙述不正确的是 （　　） 细胞总RNA 探针 β-珠蛋白基因 卵清蛋白基因 丙酮酸激酶基因 成红细胞 ＋ － ＋ 输卵管细胞 － ＋ ＋ 胰岛细胞 － － ＋ A．在成红细胞中，β-珠蛋白基因处于活动状态，卵清蛋白基因处于关闭状态 B．输卵管细胞的DNA中存在卵清蛋白基因，缺少β-珠蛋白基因 C．丙酮酸激酶基因的表达产物对维持鸡细胞的基本生命活动很重要 D．上述不同类型细胞的生理功能差异与基因的选择性表达有关 解析　依题意，以基因的片段为探针，可以检测不同细胞中基因的表达情况。依表格信息，在成红细胞中，β-珠蛋白基因获得表达，而卵清蛋白基因未表达，A正确；同一生物体的不同组织细胞中都具有相同的基因，B错误；丙酮酸激酶基因在三种细胞中都表达，说明其表达产物对维持细胞生命活动很重要，C正确；不同细胞功能的差异是细胞分化的结果，与基因的选择性表达有关，D正确。 答案　B 2．形态结构各异，执行不同功能的多种细胞构成了一个生命有机体。如图所示为来自同一个人的4种细胞，下列叙述正确的是 （　　） A．因为来自同一人体，所以各细胞中的蛋白质种类均相同 B．因为各细胞中携带的基因不同，所以形态、结构和功能不同 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．各细胞的生理功能不同，细胞核中的遗传物质也不同 解析　因为来自同一人体，所以各细胞核中的DNA相同，由于细胞分化，各细胞中的蛋白质种类不完全相同，A错误；各细胞中携带的基因相同，但由于基因的选择性表达，因此形态、结构和功能不同，B错误；4种细胞形态、大小不同，但细胞中含量最多的化合物相同，都是水，C正确；各细胞的生理功能不同，是细胞分化的结果，但是细胞核中的遗传物质相同，D错误。 答案　C 知识点二　细胞的全能性 1．如图是胡萝卜的组织培养过程，请分析回答下列问题： (1)植物体上的细胞没有表现出全能性，而是分化成了不同的组织和器官，这说明植物细胞全能性的表达需要在________条件下并需要________________。 (2)图中试管里的培养液应该含有哪些物质？ 提示：(1)离体　一定的外界条件 (2)植物激素、无机盐和糖类等物质。 2．如图是非洲爪蟾的核移植过程，请分析回答下列问题： 如果直接将蝌蚪的肠上皮细胞进行培养，能不能形成完整的个体？和植物细胞的实验相比，你能从该实验得出什么结论？ 提示：不能；已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。 3．通过如图比较细胞全能性大小和分化程度高低之间的关系。 (1)正常情况下，图中哪些细胞不再分裂了？ (2)分化程度最低的细胞是________。 (3)最容易表达全能性的细胞是________。细胞全能性大小与分化程度之间的关系为____________________________________。 (4)请解释细胞具有全能性的原因。 提示：(1)皮肤细胞、红细胞、白细胞、血小板、神经细胞和肝细胞，即高度分化的细胞。 (2)受精卵 (3)受精卵　一般情况下，细胞分化程度越高，细胞全能性越低 (4)细胞内含有生物生长发育所需的全套遗传物质。 1．细胞全能性的比较 一般而言，分化程度越高，细胞表达潜能越低，细胞全能性越低，但生殖细胞例外。细胞全能性大小关系如下： （1）植物细胞＞动物细胞。 （2）受精卵＞生殖细胞＞体细胞。 （3）分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。 2．细胞全能性的应用 （1）植物组织培养 ①理论基础：植物细胞具有全能性。 ②过程：离体的组织或细胞（外植体）愈伤组织胚状体→幼体→新植株。 ③应用：快速繁殖花卉和蔬菜等作物；拯救濒危物种等。 （2）动物细胞核仍保留全能性 动物细胞的全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性——克隆猴的培育过程表明动物细胞核具有全能性。 1．关于细胞全能性的理解，不确切的是 （　　） A．动物细胞培养获得大量骨髓瘤细胞，证明了动物体细胞也具有全能性 B．细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在因素 C．经植物组织培养得到的试管苗，是植物细胞在一定条件下表现全能性的结果 D．大量的科学事实证明，高度分化的植物体细胞仍具有全能性 解析　细胞的全能性是指已经分裂和分化的细胞，仍然具有发育成完整个体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。通过细胞培养获得大量骨髓瘤细胞是利用了细胞增殖的原理，不能说明动物体细胞具有全能性。故A错误。 答案　A 2．2022年，某杂志在线报道了某大学的研究成果——用小分子化学物质诱导人成体细胞转变为多潜能干细胞(CiPSC)。用CiPSC制备的胰岛细胞能安全有效地降低糖尿病猴的血糖，凸显CiPSC在治疗疾病上的广阔前景。下列叙述错误的是(　　) A．CiPSC具有正常的细胞周期 B．CiPSC的分化程度低于胰岛细胞 C．小分子化学物质通过改变体细胞的遗传物质获得了CiPSC D．与体内已高度分化的体细胞相比，CiPSC的全能性更高 解析　正常分裂的细胞都具有正常的细胞周期，CiPSC作为多潜能干细胞，具有正常的细胞周期，A正确；CiPSC能分化为其他细胞，其分化程度低于胰岛细胞，B正确；与体内已高度分化的体细胞相比，CiPSC的分化程度更低，全能性更高，D正确。 答案　C 　　　　　　　　　　　　　素养发展　探究应用　　　　　　　　　　　　　  [情境] 　　胚胎干细胞被认为是一种“全能”细胞，可以分化成所有类型的细胞，而成人干细胞和实验室培养的人工胚胎干细胞都没有这种“全能性”。之前研究发现，甲基化程度越低，基因组就越开放，细胞分化潜力越大。“多能性”成人干细胞只能调用与自身功能相关的遗传物质，与其他类型细胞有关的遗传物质都被甲基化，基因表达被抑制，从而很难分化成其他类型的细胞，比如利用脂肪干细胞很难获得神经或肝脏细胞。 苏黎世大学拉斐拉·桑托罗和苏黎世大学医院的保罗·西内里共同领导的研究团队发现，关闭与“Prame17”蛋白有关的基因表达后，基因组甲基化水平会急剧升高，干细胞停止发育，导致胚胎死亡。研究还发现，加强该基因在人工胚胎干细胞里的表达，就可以生成更多的“Prame17”蛋白，降低整个基因组的甲基化水平。这一发现或可提高人工胚胎干细胞的分化潜力，用于医学研究和器官修复。西内里表示，他们希望能利用这一最新发现，通过人工胚胎干细胞培育出可移植的骨骼组织，开发出治疗严重骨骼损伤的全新方法。 [探究] （1）通读全文，说出“利用脂肪干细胞很难获得神经或肝脏细胞”的原因。 （2）教材119页有这样一句话：“这是细胞中的基因选择性表达的结果”，结合本材料，说说你对此话的理解。 （3）细胞分化后，细胞内的基因发生了什么样的改变？ （4）教材119页有这样一句话：“细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡”，结合本材料，说说细胞分化的状态可以改变吗？具体应怎样做？ （5）列举本材料中提到的“人工胚胎干细胞”的作用。 答案　（1）Prame17蛋白有关基因关闭。 （2）细胞分化的本质是基因发生了选择性表达，Prame17蛋白有关基因就与细胞分化有关。 （3）没有。 （4）可以。激活Prame17蛋白有关基因。 （5）医学研究、器官移植、治疗严重骨骼损伤。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）已分化的细胞都能进一步分化成其他细胞。 （×） （2）生物体内的所有细胞都要发生细胞分化。 （×） （3）细胞分化使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率。 （√） （4）不同分化细胞的遗传信息相同。 （√） （5）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。 （×） （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。 （√） （7）种子发育成完整个体可体现细胞全能性。 （×） （8）一般来说，细胞的分化程度越高，全能性越低。 （√） 2．下列有关细胞分化的叙述，错误的是 （　　） A．细胞分裂能力随细胞分化程度的提高而减弱 B．哺乳动物造血干细胞分化为成熟红细胞的过程不可逆 C．细胞分化过程中，蛋白质种类和数量未发生改变 D．细胞分化过程中，不同类型细胞的细胞器数量存在差异 解析　通常细胞分化程度越高，分裂能力越弱，A不符合题意；细胞分化是指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程；细胞分化具有普遍性、持久性、稳定性和不可逆性，B不符合题意；细胞分化是基因选择性表达的结果，使不同细胞中合成的蛋白质种类和数量出现差异，C符合题意；细胞分化过程中，细胞的功能发生差异，因此不同类型细胞的细胞器数量存在差异，D不符合题意。 答案　C 3．下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（　　） A．植物体只有高度分化的体细胞才具有全能性 B．人体成熟红细胞在一定条件下可以体现出全能性 C．植物细胞的全能性是指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 D．高度分化的植物细胞随时可以表现出全能性 解析　植物体内的活细胞都具有全能性，A错误；人体成熟红细胞没有细胞核和线粒体，没有DNA，所以没有全能性，B错误；细胞的全能性是指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，C正确；高度分化的植物细胞在离体和适宜的条件下可以表现出全能性，D错误。 答案　C 4．干细胞移植现已成为治疗糖尿病的一种临床新技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为“胰岛样”细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是 （　　） A．骨髓干细胞与“胰岛样”细胞的基因组成不同，基因表达产物不同 B．骨髓干细胞与“胰岛样”细胞的基因组成相同，基因表达存在差异 C．胰腺组织微环境造成骨髓干细胞基因丢失，分化成为“胰岛样”细胞 D．胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化无影响，分化是由基因决定的 解析　自体骨髓干细胞与“胰岛样”细胞都来自同一个受精卵，两者所含基因相同，但分化方向和程度不同。在细胞分化过程中，基因选择性表达，基因不会丢失，分化方向受基因控制，也受环境影响。故B正确。 答案　B 5．如图是某细胞增殖和分化的概念图，据图回答下列有关问题： （1）A表示的是　　　　过程，B表示的是　　　　过程。  （2）b、c、d、e具有相同的　　　　。  （3）若e能合成血红蛋白，则b、c、d都　　　　（填“不能”或“能”）合成，其主要原因是　　　　。  （4）若a为植物细胞，而d能在体外条件下培养成一个植物体，则说明d具有　　　　性。  （5）a、b、c、d、e这五个细胞相比，　　　　细胞的全能性是最高的。  （6）由相同的b或相同的c共同组成的结构层次叫　　　　，由b、c、d、e共同组成的结构层次叫　　　　。  答案　（1）细胞增殖　细胞分化 （2）遗传信息（或染色体、遗传物质） （3）不能　b、c、d中控制合成血红蛋白的有关基因处于关闭状态 （4）全能　 （5）a　 （6）组织　器官 学科网（北京）股份有限公司 $$