第4章 第2节 细胞通过分化产生不同类型的细胞（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一生物必修1 分子与细胞学习笔记（浙科版）

本讲义聚焦高中生物学“细胞通过分化产生不同类型的细胞”核心内容，系统梳理细胞分化的概念、特点、实质及意义，衔接细胞全能性的概念、动植物细胞全能性差异，结合干细胞类型与实例，构建从分化现象到本质再到潜能的知识支架。 该资料通过任务驱动（如分析胰岛β细胞与红细胞基因表达表格）和实例探究（克隆羊、胡萝卜组织培养），培养科学思维与生命观念，课中辅助教师引导学生理解分化实质，课后通过判断正误、对点练习帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第二节　细胞通过分化产生不同类型的细胞 [学习目标]　1.说出细胞分化的概念、特点和意义。2.概述细胞的全能性。 一、细胞能产生特异性变化 1．细胞分化 (1)概念：细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程。 (2)原因(实质)：遗传物质有选择地发挥作用。 ①细胞中的遗传物质，有些是维持细胞生存所必需的，在各类细胞中都处于活动状态。 ②有些遗传物质则在不同的组织细胞中表现不同的活动状态，从而使具有相同遗传物质的细胞在不同的组织中呈现出形态、结构与功能的特异性变化。 (3)特点 ①普遍性：细胞分化是多细胞生物普遍具有的。 ②持久性：细胞的分化伴随着生物体整个生命进程。 ③稳定性和不可逆性：正常情况下，细胞分化是不可逆的，一旦沿着一定方向分化，便不会返回原来的状态。 ④遗传物质不变性：细胞分化后，细胞内的遗传物质一般不发生变化。 (4)意义：生物的个体发育是通过细胞的分化过程来实现的。 2．干细胞 (1)特点：是一类可以分化成为各种细胞的未分化细胞。不同干细胞的分化潜能是不同的。 (2)种类 ①全能干细胞：如受精卵，能产生生物体所需要的所有类型的细胞。 ②多能干细胞：如胚胎干细胞，分化能力仅次于受精卵，虽不能发育成完整的个体，但可以发育成为除部分胎盘以外的所有成体组织。 (3)主要存在于骨髄中的造血干细胞，能够分化成各种血细胞(红细胞、白细胞和血小板等)，也能分化出造血系统以外的细胞。 判断正误 (1)细胞分化过程中细胞内的遗传物质发生了稳定性变化(　　) (2)细胞分化在正常情况下是不可逆的过程(　　) (3)干细胞只存在于胚胎发育期的个体中(　　) (4)造血干细胞主要存在于骨髓中，只能分化成各种血细胞(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 提示　(1)细胞分化过程中细胞内的遗传物质一般不发生变化。(3)人体成熟以后体内也存在干细胞，如造血干细胞。(4)造血干细胞也能分化出造血系统以外的细胞。 任务一：分析细胞分化的原因 分析胰岛β细胞和红细胞(未成熟)中的基因和蛋白质(注：“＋”表示有，“－”表示无)，回答下列问题： 项目 基因 红细胞 胰岛β细胞 细胞中的基因 血红蛋白基因 ＋ ＋ 胰岛素 ＋ ＋ 角蛋白基因 ＋ ＋ ATP合成酶基因 ＋ ＋ 呼吸酶基因 ＋ ＋ 细胞中的蛋白质 血红蛋白 ＋ － 胰岛素 － ＋ 角蛋白 － － ATP合成酶 ＋ ＋ 呼吸酶 ＋ ＋ (1)胰岛β细胞和红细胞中的遗传物质(基因)有没有差别，为什么？ 提示　遗传物质没有差别，因为两种细胞都来自同一个受精卵，经过有丝分裂产生，与亲代细胞遗传物质相同。 (2)在红细胞和胰岛β细胞中都发挥作用的基因：ATP合成酶基因和呼吸酶基因；仅在红细胞中发挥作用的基因：血红蛋白基因；仅在胰岛β细胞中发挥作用的基因：胰岛素基因。 (3)由此说明细胞分化的根本原因：细胞内遗传物质有选择地发挥作用。 核心归纳　细胞分化的“变”与“不变” (1)“变” ①从细胞水平分析：细胞的形态、结构和功能发生改变。 ②从细胞器水平分析：细胞器的种类和数目及细胞溶胶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：细胞内遗传物质有选择地发挥作用，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。 1．下列关于细胞分化的叙述，正确的是(　　) A．细胞分化可以发生在所有生物中 B．细胞分化仅仅引起细胞形态的改变 C．细胞分化是细胞中的遗传物质有选择地发挥作用的结果 D．只有在胚胎时期才会发生细胞分化 答案　C 解析　细胞分化不仅会引起细胞形态的改变，还会引起细胞结构和生理功能的改变，B错误；细胞分化是细胞中的遗传物质有选择地发挥作用的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传物质活动状态不同，C正确；细胞分化发生在多细胞生物的整个生命过程中，D错误。 2．如图表示人体内干细胞的增殖和分化。下列有关叙述正确的是(　　) A．造血干细胞与白细胞的DNA不同，因此合成的蛋白质种类也不同 B．造血干细胞增殖分化形成白细胞的过程中，遗传物质发生了不可逆的转变 C．图示细胞中，红细胞可以通过无丝分裂增殖 D．细胞分化持续存在于整个人体发育过程中 答案　D 解析　白细胞由造血干细胞增殖分化而来，故造血干细胞和白细胞中包含的DNA是相同的，但由于遗传物质有选择地发挥作用，二者合成的蛋白质种类不完全相同，A错误；造血干细胞增殖分化形成白细胞的过程中，遗传物质一般没有发生改变，B错误；人体内的红细胞已经是高度分化的细胞，不能进行分裂，C错误。 二、细胞具有全能性 1．细胞全能性的概念：指细胞具有分化出各种细胞或发育成完整个体的潜能。 2．动、植物细胞的全能性 (1)高度分化的植物组织仍具有发育成完整植株的潜能，保持着发育的全能性。 (2)动物细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能越来越小，不表现出全能性，但动物细胞核仍具有全能性。 (3)多莉羊的成功克隆证明了动物细胞核的全能性。 判断正误 (1)玉米种子形成新植株体现了细胞的全能性(　　) (2)人体的早期胚胎细胞没有细胞分化，故没有全能性(　　) (3)已分化的动物体细胞不能表现出全能性，但细胞核具有全能性(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√ 提示　(1)玉米种子形成新植株的过程属于个体发育，不能体现植物细胞的全能性。 任务二：分析细胞具有全能性 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什么条件？ 提示　植物细胞全能性的表达需要在离体条件下并需要一定的外界条件。 (2)植物细胞具有全能性的根本原因是什么？ 提示　已分化的植物细胞都有一整套和受精卵相同的遗传物质，具有发育成一个完整有机体所需要的全套遗传信息。 2．如图是克隆羊的培育过程，请分析回答下列问题： (1)如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养，能不能发育成完整的个体？和植物细胞相比，有什么不同？ 提示　不能发育成完整个体。和植物细胞相比，动物高度分化的体细胞不能表现出全能性，但是细胞核仍具有全能性。 (2)得到的克隆羊的性别等绝大部分的性状应该和哪只羊相同？ 提示　和提供细胞核的B羊相同。 3．通过图示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？ 提示　皮肤细胞、红细胞、白细胞、血小板、神经细胞和肝细胞，即高度分化的细胞不再分裂。 (2)分化程度最低的细胞是受精卵。 (3)最容易表达全能性的细胞是受精卵。细胞全能性大小与分化程度之间的关系：一般情况下，细胞分化程度越高，细胞全能性越低。 3．细胞全能性是指细胞分裂和分化后，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。下列关于细胞全能性的叙述，错误的是(　　) A．细胞表现出全能性的条件包括离体、适宜的营养条件、适宜的环境条件等 B．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性 C．体细胞克隆羊的成功培育，体现动物细胞核具有全能性 D．细胞全能性的物质基础是细胞具有该生物全套遗传信息 答案　B 解析　种子由受精卵发育而来，是新个体的幼体，种子发育成植株不能体现全能性，B错误。 4．下列有关细胞分化与全能性的关系的表述，错误的是(　　) A．受精卵没有分化，所以没有全能性 B．一般情况下，细胞分化程度越高，其全能性越弱 C．生殖细胞虽高度分化，但也可能有全能性 D．分化形成的哺乳动物成熟红细胞没有全能性 答案　A 解析　受精卵没有分化，其全能性最高，A错误。 课时对点练 [分值：100分] 第1～4题，每题5分；第5～12题，每题6分，共68分。 题组一　细胞的分化和干细胞 1．(2025·绍兴高一期末)细胞通过分化可产生不同类型的细胞。下列关于细胞分化的叙述，错误的是(　　) A．细胞在形态、结构、功能发生差异时就体现了细胞分化 B．婴儿体内也存在细胞分化，其体内不同的干细胞分化潜能有差异 C．细胞分化过程与遗传物质丢失及遗传物质选择性地发挥作用有关 D．受精卵分化成各种结构、功能不同的细胞的过程一般是不可逆的 答案　C 解析　细胞在形态、结构、功能上发生差异，正是细胞分化的结果，A正确；细胞分化并不是遗传物质丢失造成的，C错误。 题点　细胞分化的概念和特点 2．(2025·杭州高一阶段检测)我国科学家将人皮肤纤维母细胞诱导成为多能干细胞，如图中①②代表过程，甲～戊代表不同的细胞。下列相关叙述错误的是(　　) A．甲、乙的细胞核具有全能性 B．乙具有分裂和分化能力 C．甲、乙、丁、戊细胞中都含有血红蛋白基因 D．②过程中细胞的形态结构和遗传物质发生稳定性差异 答案　D 解析　多能干细胞具有分化成多种类型的细胞的能力，而人皮肤纤维母细胞的细胞核在特定条件下也可以表现出全能性，因此甲、乙的细胞核具有全能性，A正确；乙为多能干细胞，保留了分裂和分化能力，B正确；甲经人工诱导分化成乙，而乙又分化出丁、戊细胞，细胞分化前后遗传物质保持不变，因此甲、乙、丁、戊细胞中都含有血红蛋白基因，C正确；②过程属于细胞分化，细胞的形态、结构和功能发生稳定性差异，但遗传物质一般没有改变，D错误。 题点　干细胞的分裂和分化 3.(2024·宁波高一期末)取某小鼠体内的不同类型细胞，检测其基因表达，结果如图。下列相关叙述错误的是(　　) A．基因2可能是ATP合成酶基因 B．控制胰岛素合成的基因最可能是基因8 C．细胞1～7中含有的核酸不完全相同 D．细胞5与7的功能最为相近 答案　D 解析　基因2在细胞1～7中都表达，应该是维持细胞基本生命活动的基因，ATP是细胞内的直接能源物质，ATP合成酶催化ATP的合成，A正确；由于遗传物质有选择地发挥作用，来自同一个体的不同类型体细胞中DNA相同，RNA有所不同，C正确；细胞5和7表达的相同基因最少，二者的功能差异可能最大，D错误。 题点　细胞分化的实质和意义 4.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。下列相关叙述错误的是(　　) A．a过程表示干细胞能自我更新 B．b、c过程表示干细胞具有分化能力 C．a、b、c过程中，细胞中遗传信息的执行情况不同 D．b过程形成的细胞直接组成器官，可供器官移植使用 答案　D 解析　a过程表示干细胞生成干细胞，即干细胞的自我更新，A正确；干细胞通过b、c过程形成了不同形态和结构的细胞，故b、c过程为细胞的分化，B正确；细胞分化的实质是遗传物质有选择地发挥作用，故a、b、c过程中遗传信息的执行情况是不同的，C正确；细胞分化形成的是各种细胞，各种细胞先构成不同的组织，再由不同的组织构成不同的器官，D错误。 题点　干细胞的特点 5．(2024·浙江6月选考，4)同一个体的肝细胞和上皮细胞都会表达一些组织特异性的蛋白质。下列叙述错误的是(　　) A．肝细胞和上皮细胞没有相同的蛋白质 B．肝细胞和上皮细胞所含遗传信息相同 C．肝细胞的形成是细胞分裂、分化的结果 D．上皮细胞的形成与基因选择性表达有关 答案　A 解析　肝细胞和上皮细胞虽然具有各自的组织特异性蛋白质，但它们作为同一个体的细胞，也会表达一些共同的、非特异性的蛋白质，如呼吸酶类、结构蛋白等，这些蛋白质在维持细胞基本生命活动和结构上起着重要作用，A错误；肝细胞和上皮细胞都是由同一个受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的，因此所含的遗传信息是相同的，细胞分化的实质是基因的选择性表达，B、C、D正确。 题点　细胞分化的综合 题组二　细胞具有全能性 6．高度分化的植物细胞仍具有全能性的根本原因是(　　) A．细胞具有增殖能力 B．细胞可与环境进行物质交换 C．细胞分化是可逆的 D．细胞具有全套遗传物质 答案　D 题点　细胞全能性的概念、表达的原因和条件 7．下列自然现象或科学研究成果中，能体现细胞全能性的是(　　) A．壁虎断尾后重新长出尾部 B．胡萝卜的根细胞培养成完整植株 C．正常细胞转变成无限增殖的细胞 D．用体外培养的皮肤治疗烧伤病人 答案　B 题点　细胞全能性的实例 8．动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫作干细胞。例如，人的骨髓中有许多造血干细胞，它们能够通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞、血小板，并补充到血液中去。下列相关叙述正确的是(　　) A．人的骨髓造血干细胞是未经分化的细胞 B．造血干细胞的增殖分化体现了干细胞的全能性 C．各种血细胞随着分化程度提高，细胞分化潜能越来越小 D．在人体内诱导红细胞可使其恢复到造血干细胞的状态 答案　C 解析　人的骨髓造血干细胞是分化程度低的细胞，A错误；全能性的终点是发育为完整个体或分化成各种细胞，造血干细胞的增殖分化没有体现，B错误；正常情况下，细胞的分化具有不可逆性，在人体内诱导红细胞不能使其恢复到造血干细胞的状态，D错误。 题点　细胞分化和全能性综合应用 9．(2025·丽水高一期末)荠菜植株的叶肉细胞、表皮细胞等多种细胞在形态、结构和功能上各不相同，但都是由一群相似的早期胚细胞发育而来。下列叙述错误的是(　　) A．叶肉细胞和表皮细胞中细胞器的种类、数量存在差异 B．叶肉细胞和表皮细胞的差异是基因选择性表达的结果 C．叶肉细胞和表皮细胞已完全分化，不具有细胞全能性 D．叶肉细胞和表皮细胞中都存在处于活跃状态的基因 答案　C 解析　叶肉细胞和表皮细胞是由同一受精卵经过分裂、分化而来的，它们的形态、结构和功能存在差异，同时表现为其中的细胞器的种类、数量存在差异，A正确；由于同一植株的叶肉细胞和表皮细胞都由同一受精卵发育而来，因此具有相同的遗传物质，但由于基因的选择性表达，这两种细胞表现出不同的形态、结构和功能，B正确；叶肉细胞和表皮细胞已完全分化，不具有分裂能力，但其细胞中包含本植株全套的遗传信息，因而具有细胞全能性，C错误。 题点　细胞分化和全能性综合应用 10．如图表示人体部分细胞的形成过程，PU、GATA是细胞内两种调控因子。下列说法错误的是(　　) A．根据图中信息可证明N细胞具有全能性 B．图中自然发育过程是基因选择性表达的结果 C．推测人为调控细胞因子比例可能影响分化方向 D．细胞分化有利于提高人体各种生理功能的效率 答案　A 解析　图示没有体现出N细胞能发育成完整个体或分化成各种细胞，不能表现全能性，A错误；个体自然发育过程是基因选择性表达(遗传物质有选择地发挥作用)的结果，B正确；结合题图，在自然发育过程中，单核细胞前体分化为单核细胞，红细胞前体分化成幼红细胞，而在人为调控下，单核细胞前体分化为幼红细胞，红细胞前体发育为单核细胞，故人为调控细胞因子比例可能影响分化方向，C正确；细胞分化使细胞在形态、结构和生理功能上发生持久的、差异性变化，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率，D正确。 题点　细胞分化和全能性综合应用 11．(2024·金华高一期末)研究小组在研究秀丽隐杆线虫发育与细胞分化时发现，其体内的直肠细胞不经过细胞分裂可自然转变为运动神经元，这种从一种已分化细胞转变为另一种分化细胞的现象称为转分化。下列叙述错误的是(　　) A．转分化现象说明直肠细胞具有全能性 B．转分化过程不会导致细胞数目增加 C．转分化过程涉及细胞中遗传物质选择性发挥作用 D．转分化过程细胞中蛋白质种类发生了变化 答案　A 题点　细胞分化和全能性综合应用 12．某科学家证实皮肤细胞经过“基因直接重组”后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。他们所使用的方法都是利用病毒将四个基因送入皮肤细胞，促使普通的皮肤细胞重新发生分化，最后成为带有胚胎干细胞性质的细胞，称为诱导多功能干细胞。如图为科学成果示意图，下列相关叙述正确的是(　　) 皮肤细胞诱导多功能干细胞肝细胞、神经细胞和其他体细胞 A．过程b是诱导多功能干细胞的形态、结构和遗传物质发生差异性变化的过程 B．与皮肤细胞相比，经过程a形成的诱导多功能干细胞的全能性较低 C．这一科学发现纠正了动物细胞分化“不可逆转”的观点 D．上述细胞中具有细胞周期的是诱导多功能干细胞和神经细胞 答案　C 解析　细胞分化是细胞在形态、结构和功能上发生持久的、差异性变化的过程，其实质是遗传物质有选择地发挥作用，遗传物质不发生变化，A错误；过程a形成的诱导多功能干细胞分化程度较低，全能性较高，B错误；据图可知，已经分化的成熟的动物细胞在一定条件下也是可以逆转的，C正确；神经细胞是高度分化的体细胞，不能进行分裂，因此没有细胞周期，D错误。 题点　细胞分化和全能性综合应用 13．(12分)(2024·嘉兴一中月考)如图是人体皮肤细胞利用外源DNA重新编程为诱导多功能干细胞的示意图(1、2、3、4代表可使细胞重编程的关键基因)。请据图回答下列问题： (1)上述实验得到的表皮细胞与提供实验材料的人表皮细胞基因组成________(填“不同”或“相同”)。神经细胞和肌肉细胞内，DNA组成________(填“相同”“不同”或“不完全相同”)，蛋白质种类____________(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。 (2)①过程的主要增殖方式是________；②过程称为________，其根本原因是_______________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)不同　相同　不完全相同　(2)有丝分裂　细胞分化　遗传物质有选择地发挥作用 解析　(1)由图可知，实验得到的表皮细胞导入了4个外源基因，所以和提供实验材料的人表皮细胞的基因组成是不同的。神经细胞和肌肉细胞都是由干细胞分裂和分化形成的，因此，神经细胞和肌肉细胞内，DNA组成相同，由于遗传物质有选择地发挥作用，两者细胞内的蛋白质种类不完全相同。(2)①过程干细胞的主要增殖方式是有丝分裂，形成相同细胞种类的细胞群体。②过程为细胞分化，形成了不同种类的细胞，细胞分化的根本原因是遗传物质有选择地发挥作用。 题点　细胞分化的综合 14．(20分)高度分化的动物细胞分化潜能变窄，它的全能性受到限制，但它的细胞核仍具有全能性。请利用性成熟的青蛙作为实验材料，设计一个实验方案证明上述说法。 (1)实验的基本思路：先把完整的体细胞单独培养，证明_____________________________；再将____________________植入__________________，看能否表现出全能性。 (2)根据上述思路设计实验步骤： 第一步：取正常的雄性青蛙的体细胞直接进行细胞培养，观察其能否发育成一只完整的青蛙。 第二步：准备若干个正常雄性青蛙的体细胞和雌性青蛙的卵细胞。 第三步：将________细胞的细胞核去除，取______细胞的细胞核导入去核的________细胞中，形成重组细胞。 第四步：将第三步形成的重组细胞进行细胞培养，观察能否发育成完整的青蛙。 (3)实验结果：________________________________________________________________。 (4)结论：_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (5)(4分)有人推测，卵细胞的细胞质中的物质X是促进体细胞的细胞核全能性发挥的物质，若要证明这一推断，请写出简单的设计思路：________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)高度分化的动物细胞的全能性受到限制　体细胞的细胞核　去核的卵细胞中　 (2)卵　体　卵　(3)直接单独培养青蛙体细胞不能发育成完整的青蛙，培养重组细胞，则能发育成完整的青蛙 (4)高度分化的动物细胞其全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性　(5)将物质X注入正常青蛙体细胞的细胞质中，在离体状态下，给予适宜条件培养，观察其能否发育成一只完整的青蛙 题点　细胞全能性的实例 学科网（北京）股份有限公司 $