第4章 第2节 第1课时 细胞分化和细胞全能性（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（苏教版）

本讲义聚焦高中生物学“细胞分化和细胞全能性”核心知识点，系统梳理细胞分化的概念、特点、意义及实质，衔接细胞全能性的概念、植物细胞与动物细胞核全能性实例，通过概念解析、实例分析、对比归纳构建完整学习支架。 资料以任务驱动式探究（如鸡三种细胞DNA与蛋白质检测分析）和表格对比归纳（细胞分裂与分化关系等）为特色，培养科学思维与探究实践能力，课中辅助教师引导学生主动建构知识，课后通过对点练强化理解，助力学生深化生命观念中的结构与功能观，有效查漏补缺。

第二节　细胞分化、衰老和死亡 第1课时　细胞分化和细胞全能性 [学习目标]　1.说出细胞分化的概念。2.理解细胞分化的特点及意义。3.举例说明细胞的全能性。 一、细胞分化形成复杂的多细胞生物体 1．概念：在个体发育中，由一个或一种细胞经细胞分裂产生的子代细胞，在形态结构和生理功能上逐渐发生稳定性差异的过程。 2．举例：造血干细胞分化为红细胞、血小板、白细胞等。 3．特点 (1)持久性：一般来说，分化后的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。 (2)普遍性：细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。 4．结果：在个体发育中，细胞分化能增加细胞的类型，不同类型的细胞构成了多细胞生物体的各种组织和器官，执行不同的生理功能。 5．意义 (1)是生物体发育的基础。 (2)有利于提高各种生命活动的效率。 判断正误 (1)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同(　　) (2)蛙的红细胞和人的红细胞形态不同的原因是基因的选择性表达(　　) (3)细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，提高了生物体各种生理功能的效率(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√ 提示　(1)同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂而来的，所含基因相同。(2)蛙的红细胞和人的红细胞形态不同的原因是基因不同。 任务一：分析细胞分化的原因和特点 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和蛋白质进行了检测，结果如表。如图表示细胞a形成细胞b和c的过程。 项目 细胞总DNA 蛋白质 卵清蛋白基因 β-珠蛋白基因 胰岛素基因 卵清蛋白 β-珠蛋白 胰岛素 输卵管细胞 ＋ ＋ ＋ ＋ － － 红细胞 ＋ ＋ ＋ － ＋ － 胰岛B细胞 ＋ ＋ ＋ － － ＋ 注：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。 (1)表中三种细胞的核DNA相同吗？为什么？ 提示　核DNA相同。因为三种细胞都是由同一个受精卵通过有丝分裂形成的，含有相同的核遗传物质。 (2)表中三种细胞的蛋白质相同吗？综合上述分析，你能得出什么结论，说明细胞分化的实质是什么？ 提示　蛋白质不相同。不同细胞中的遗传信息相同，但合成的蛋白质不完全相同，由此说明细胞分化的实质是细胞中遗传信息的表达情况不同。 (3)图中①②③分别表示什么过程？ 提示　①表示细胞分裂；②③表示细胞分化。 (4)正常情况下，细胞b还能恢复成细胞a以及转变成细胞c或其他组织细胞吗？这分别说明细胞分化具有什么特点？ 提示　正常情况下，细胞b不能再恢复成细胞a，说明细胞分化具有不可逆性；细胞b也不能转变成细胞c或其他组织细胞，说明细胞分化具有持久性。 核心归纳　 1．细胞分化的过程 2．细胞分裂和细胞分化的关系 项目 细胞分裂 细胞分化 发生时间 从受精卵开始 发生在整个生命过程中 原因 细胞增殖需要 基因的选择性表达 结果 细胞数目增加 细胞类型增加 意义 保持了亲子代间遗传的稳定性 保证了生物体正常发育 联系 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的，随分化程度加大，分裂能力逐渐下降 3.细胞分化的“变”与“不变” 4．细胞分化和细胞分裂的四个警示点 (1)细胞分化的过程中一定发生细胞分裂，但细胞分裂过程中不一定发生细胞分化。 (2)细胞分化强调的是在细胞数目增多时其形态结构和生理功能也发生变化。 (3)单纯的细胞分裂强调的是细胞数目增多，其形态结构和生理功能不发生变化。 (4)细胞分化和细胞分裂后细胞所含的DNA都不发生变化。 5．管家基因和奢侈基因 (1)管家基因是指所有细胞中均要稳定表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因等。 (2)奢侈基因即组织特异性基因，是指不同类型细胞中特异性表达的基因，奢侈基因的产物赋予各种类型细胞特异的形态结构和生理功能。 (3)管家基因是维持细胞生存不可缺少的，奢侈基因和细胞分化有关，是与组织特异性表达有关的基因。 1．下列有关细胞分化的叙述，不正确的是(　　) A．细胞分化发生在生物体的整个生命过程中 B．生物体内含各种不同的细胞和组织是细胞分化的结果 C．细胞分化是一种持久性的变化 D．通过细胞分化，使细胞的数量和种类越来越多 答案　D 解析　细胞分化具有持久性，发生在生物体的整个生命过程中，A、C正确；细胞分化的结果是生成不同的细胞，增加细胞的类型，而细胞分裂会增加细胞数量，D错误。 2．如图为人体某早期胚胎细胞所经历的生长发育阶段示意图，图中甲、乙、丙、丁、戊为各个时期的细胞，a、b表示细胞所进行的生理过程。下列叙述正确的是(　　) ①a过程是有丝分裂，b过程是细胞分化　②乙和丙的染色体数目不同　③丁与戊因遗传物质不同而发生分化　④甲、丁、戊中的蛋白质不完全相同 A．①② B．①④ C．③④ D．②③④ 答案　B 解析　分析题图可知，该过程是细胞的有丝分裂及分化过程。经有丝分裂得到的乙、丙两个细胞的染色体数目相同，经分化得到的丁、戊两种细胞遗传物质相同；由于细胞中遗传信息的表达情况不同，甲、丁、戊中的蛋白质不完全相同。 二、分化后的细胞仍然具有全能性 1．植物细胞的全能性：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，即植物细胞具有全能性。 2．细胞的全能性：细胞分裂和分化后，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。 3．动物细胞核移植技术 (1)实例 ①美洲爪蟾的核移植 ②克隆羊多莉 (2)结论：高等动物已分化的体细胞的细胞核仍然保持着全套的遗传物质，是具有全能性的。 (3)与植物细胞相比，由单个高度分化的动物体细胞培育成新个体的过程更具有复杂性。 判断正误 (1)一般来说，细胞的分化程度越高，全能性越低(　　) (2)植物组织培养说明高度分化的植物细胞仍然具有全能性(　　) (3)卵细胞与受精卵一样，都是未分化细胞，全能性很高(　　) (4)壁虎断尾后重新长出尾巴体现了细胞的全能性(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 提示　(3)卵细胞是分化的细胞。(4)断尾壁虎新长出的尾巴，没有发育成完整的有机体或分化成其他各种细胞，不能体现细胞的全能性。 任务二：分析细胞全能性的概念 1．如图是胡萝卜的组织培养过程，请分析回答下列问题： (1)从图示实验可以得出什么结论？ 提示　已分化的植物细胞具有全能性。 (2)植物细胞具有全能性的根本原因是什么？ 提示　已分化的细胞具有发育成一个完整个体所需要的全部遗传信息。 2．如图是克隆羊的培育过程，请分析： (1)如果直接用B羊的乳腺细胞进行培养，能不能形成完整的个体？和植物细胞相比，有什么不同？ 提示　不能形成完整个体。与植物细胞相比，高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但是其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B(填“A”“B”或“C”)羊相同。 核心归纳　 1．细胞的全能性 2．“三看法”确认细胞“全能性” 3．细胞分化与细胞全能性的关系 项目 细胞分化 细胞全能性 原因 不同细胞中的遗传信息表达情况不同 含有本物种全套遗传物质 结果 形成形态、结构、生理功能不同的细胞 产生完整有机体或分化成其他各种细胞 关系 ①两者发生过程中遗传物质都不发生改变； ②细胞分化程度越高，具有的全能性越小 3．下列实例可以说明细胞具有全能性的是(　　) A．骨髓造血干细胞分裂、分化成各种血细胞 B．皮肤被划破后，伤口重新愈合 C．蜥蜴受攻击断尾后重新长出尾部 D．胡萝卜韧皮部细胞经离体培养产生完整植株 答案　D 解析　骨髓造血干细胞分裂、分化成各种血细胞，皮肤被划破后，伤口重新愈合，蜥蜴受攻击断尾后重新长出尾部，都没有形成完整个体或分化成其他各种细胞，不能说明细胞具有全能性，A、B、C不符合题意；胡萝卜韧皮部细胞经离体培养产生完整植株，说明胡萝卜韧皮部细胞经植物组织培养可发育为完整个体，能说明细胞具有全能性，D符合题意。 4．(多选)(2024·盐城高一期末)下列关于细胞全能性的叙述，错误的是(　　) A．克隆羊的诞生可以说明动物细胞具有全能性 B．一粒种子萌发长成一个植株可以说明植物细胞具有全能性 C．将菠菜的叶肉细胞培养成菠菜植株说明植物细胞具有全能性 D．细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能 答案　ABD 解析　克隆羊的诞生可以说明动物体细胞核具有全能性，A错误；细胞的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，一粒种子萌发长成一个植株属于自然生长过程，不能说明植物细胞具有全能性，B、D错误。 课时对点练 [分值：100分] 第1～8题，每题5分；第9～13题，每题6分，共70分。 题组一　细胞分化 1．同一叶片上有叶肉细胞、表皮细胞和储藏细胞等，这些细胞在形态结构和生理功能上存在差异，是因为(　　) A．细胞发生了增殖 B．遗传物质发生改变 C．细胞具有全能性 D．不同细胞中遗传信息的执行情况不同 答案　D 题点　细胞分化的实质和意义 2．下列能说明某细胞已经发生分化的是(　　) A．进行ATP的合成 B．进行蛋白质的合成 C．存在血红蛋白 D．进行细胞呼吸 答案　C 解析　ATP是细胞内绝大多数生命活动能够直接利用的能源物质，所有细胞内都可以进行ATP的合成，与细胞是否发生分化无关，A不符合题意；几乎所有细胞都能进行蛋白质的合成和细胞呼吸，与细胞是否发生分化无关，B、D不符合题意。 题点　细胞分化的实质和意义 3．下列有关细胞分化的叙述，错误的是(　　) A．从核酸角度分析，细胞分化是基因选择性表达的结果 B．从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类不变、数量改变的结果 C．从细胞水平分析，细胞分化是细胞在形态、结构和生理功能上发生了改变 D．从细胞器水平分析，细胞分化是细胞器的种类、数目均改变的结果 答案　B 解析　从蛋白质角度分析，细胞分化是蛋白质种类和数量均改变的结果，B错误。 题点　细胞分化的综合 4．(2025·南京高一期中)如图所示为来自同一人体的5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含量相同 B．因为各细胞中携带的遗传物质不同，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 答案　C 解析　同一人体的各细胞形态、功能不同是基因选择性表达的结果，B错误；各细胞大小虽然不同，但细胞中含量最多的化合物都是水，C正确；葡萄糖一般进行主动运输，但红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，D错误。 题点　细胞分化的实质和意义 题组二　细胞全能性 5．下列细胞的全能性最容易表达出来的是(　　) A．蛙的口腔上皮细胞 B．蛔虫的受精卵细胞 C．绵羊的卵细胞 D．蚕豆的叶肉细胞 答案　B 题点　细胞全能性大小的比较 6．绞股蓝被称为“神仙草”，药用价值极高。研究人员利用其茎尖细胞培育出植株，建立快繁体系解决其野生资源匮乏的问题。绞股蓝茎尖细胞能形成完整植株的根本原因是(　　) A．细胞分化程度低 B．细胞含全部遗传信息 C．细胞分裂能力旺盛 D．细胞遗传物质发生改变 答案　B 解析　利用绞股蓝的茎尖细胞能培育出完整植株的根本原因是茎尖细胞含有本物种的全部遗传信息，B符合题意。 题点　细胞全能性的概念、表达的原因和条件 7．(2024·宿迁实验高级中学高一期末)如图表示人体造血干细胞在离体条件下，经诱导形成神经细胞和肝细胞的过程。下列有关叙述错误的是(　　) A．①过程发生了细胞的有丝分裂 B．图中各细胞的遗传信息相同 C．该图说明造血干细胞具有全能性 D．②过程是基因选择性表达的结果 答案　C 解析　图示说明造血干细胞经诱导具有分裂和分化能力，但未说明能形成各种组织细胞或完整有机体，因此不能说明造血干细胞具有全能性，C错误。 题点　细胞分化和全能性综合应用 8．(2025·扬州高一期末)如图表示人体内红细胞的发育，其中②过程为细胞增殖过程，④过程中会出现核糖体、线粒体等细胞器丢失。下列叙述正确的是(　　) A．网织红细胞的分化能力大于早期胚胎干细胞 B．分化后的细胞在形态、结构与功能上存在差异 C．只有④体现了细胞分化，成熟红细胞仍可分裂 D．图中干细胞与有核红细胞的遗传信息存在差异 答案　B 解析　网织红细胞是有核红细胞进一步分化形成的，网织红细胞中无细胞核，分化程度较高，而早期胚胎干细胞属于未分化的细胞，故早期胚胎干细胞的分化能力大于网织红细胞，A错误。 题点　细胞分化和全能性综合应用 9．研究人员给中风小鼠脑内移植神经干细胞并注射了3K3A－APC化合物，一个月后对小鼠进行测试，发现神经干细胞发育成的神经细胞数量增多，小鼠的运动和感觉功能明显恢复。下列对此研究的分析，正确的是(　　) A．大多数神经干细胞的染色体数目是神经细胞的两倍 B．神经干细胞发育为功能正常的神经细胞体现了细胞的全能性 C．植入神经干细胞的数量和注射3K3A－APC化合物的浓度是该实验的自变量 D．神经干细胞发育为神经细胞的过程中，细胞质膜上的蛋白质种类、数量发生了稳定性改变 答案　D 解析　大多数神经干细胞处在分裂间期，而分裂间期细胞中染色体数目与神经细胞的相等，A错误；神经干细胞发育成功能正常的神经细胞，并没有发育成完整的个体或分化成其他各种细胞，因此不能体现细胞的全能性，B错误；植入神经干细胞的数量和注射3K3A－APC化合物的浓度是该实验的无关变量，自变量为是否移植神经干细胞和是否注射3K3A－APC化合物，C错误；神经干细胞发育为神经细胞的过程是细胞分化的过程，该过程中细胞质膜上的蛋白质种类、数量发生了稳定性改变，D正确。 题点　细胞分化和全能性综合应用 10．某实验小组选取某生物不同类型的正常细胞，检测其基因表达情况，结果如图所示。据图分析，下列说法错误的是(　　) A．若基因1～8中只有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因，则该基因最有可能是基因2 B．图中7种细胞的遗传物质是相同的，但蛋白质的种类不完全相同 C．图中7种细胞中细胞器的种类和数量相同 D．题图可说明遗传信息的执行情况不同 答案　C 解析　由于7种细胞是取自同种生物不同类型的正常体细胞，由同一个受精卵分裂分化而来，它们的遗传物质是相同的，由于遗传信息的执行情况不同，蛋白质的种类不完全相同，B正确；图中7种细胞中所表达的蛋白质不同，说明这7种细胞功能不同，故细胞器的种类和数量不同，C错误；图中7种细胞中基因的表达情况有差异，可用于说明细胞分化的实质，即遗传信息的执行情况不同，D正确。 题点　细胞分化的综合 11．(多选)(2024·扬州高一期末)科学家在“神舟”飞船上成功完成了多能干细胞向早期造血干细胞分化的实验，并带回了研究样品，首次实现了人类干细胞的“太空造血”。下列说法正确的是(　　) A．患者的多能干细胞和造血干细胞遗传物质不同 B．多能干细胞参与损伤部位修复时要经历细胞分裂和分化 C．细胞分化增加了细胞的类型，有利于提高生命活动的效率 D．太空的微重力环境能为增强干细胞诱导分化效率提供新途径 答案　BCD 解析　患者的多能干细胞和造血干细胞都是由同一个受精卵经过有丝分裂、分化形成的，故它们的遗传物质相同，A错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，能增加细胞种类，故多能干细胞参与损伤部位修复时要经历细胞分裂和分化，B正确；细胞分化的结果是产生了形态、结构和功能不同的细胞，因而增加了细胞的类型，有利于提高生命活动的效率，C正确；科学家在“神舟”飞船上成功完成了多能干细胞向早期造血干细胞分化的实验，据此可推测，太空的微重力环境能为增强干细胞诱导分化效率提供新途径，D正确。 题点　细胞分化与全能性综合 12．(多选)某实验室做了如图所示的实验研究，下列相关叙述不正确的是(　　) A．肝细胞、神经细胞、上皮细胞中所含遗传物质相同 B．与纤维母细胞相比，经过程a形成的诱导干细胞的全能性较低 C．过程b是诱导干细胞的形态结构和遗传物质发生稳定性差异的过程 D．上述细胞中具有细胞周期的是诱导干细胞和神经细胞 答案　BCD 解析　诱导干细胞的全能性比纤维母细胞高，B错误；过程b是诱导干细胞的细胞分化过程，细胞在形态结构和生理功能上发生稳定性差异，遗传物质没有发生改变，C错误；具有细胞周期的是能进行连续分裂的细胞，神经细胞是高度分化的细胞，已失去了分裂能力，不具有细胞周期，D错误。 题点　细胞分化与全能性综合 13．(多选)如表为不同浓度的环腺苷酸(cAMP)和环鸟苷酸(cGMP)对细胞分化的影响情况(M1、M2、M3、M4表示浓度，且M1＜M2＜M3＜M4)。下列叙述正确的是(　　) 浓度 M1 M2 M3 M4 cAMP － ＋ ＋＋ ＋＋＋ cGMP ＋＋ ＋ － －－ 注：“＋”表示促进分化，“－”表示抑制分化。 A．cAMP和cGMP的浓度对细胞分化具有调控作用 B．cAMP浓度增高时，则促进细胞分化 C．cGMP浓度增高时，则促进细胞分裂 D．cAMP和cGMP对细胞分裂没有影响 答案　AB 解析　从表中数据可以看出，随着cAMP浓度的增加，促进细胞分化的强度增大；随着cGMP浓度的增加，促进细胞分化的强度减弱，即cAMP和cGMP的浓度对细胞分化具有调控作用，A、B正确。通过此表不能看出这两种物质对细胞分裂有何影响，C、D错误。 题点　细胞分化综合 14．(14分)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，细胞的全能性最高的是________。 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　控制合成血红蛋白的有关基因处于关闭状态　(4)全能　(5)a 解析　(1)A表示一个细胞分裂成多个细胞的过程，是细胞增殖过程；B表示分裂后的细胞形成各种不同形态结构和生理功能的细胞的过程，是细胞分化过程。(2)细胞分化不会导致遗传物质改变，已分化的细胞都含有保持本物种遗传特性所需要的全套遗传信息，所以b、c、d、e具有相同的遗传信息(或遗传物质)。(3)e能合成血红蛋白，其他种类的细胞内控制合成血红蛋白的基因自然关闭。(4)植物细胞的全能性较高，可以在体外条件下培养成一个植物体。(5)一般分裂能力越强的细胞，全能性越高。a细胞的分裂能力最强，所以全能性最高。 题点　细胞分化与全能性的综合 15．(16分)iPS细胞是将某些基因导入成纤维细胞中诱导而成的，让普通体细胞“初始化”，从而具有干细胞功能。请回答下列问题： (1)与成纤维细胞相比，iPS细胞分化程度更______，具有更高的分化潜能。 (2)科学家对人类iPS细胞定向诱导，再分化成胰岛细胞、肝细胞、心肌细胞等在________________________上发生稳定性差异的多种细胞，为解决当前器官移植面临的诸多问题带来了希望。 (3)科学家实施了iPS细胞的器官移植手术，利用患者自身成纤维细胞获得的iPS细胞进行定向诱导，制作出一层0.5毫米厚的“眼角膜”细胞薄膜，进行移植并获得成功。如表是在定向诱导培养细胞的过程中，成纤维细胞、iPS细胞和角膜细胞的三种基因(FSP－1、SOX－2、K12)及其控制合成的蛋白质的情况。 项目 FSP－1 SOX－2 K12 基因 蛋白质 基因 蛋白质 基因 蛋白质 成纤维细胞 ＋ ＋ ＋ － ＋ － iPS细胞 ＋ － ＋ ＋ ＋ － 角膜细胞 ＋ － ＋ － ＋ ＋ 注：“＋”代表有，“－”代表无。 ①根据表格信息填写上述三种基因“开启/关闭”的情况，完成填空。 ②有人提出假设：细胞分化是遗传物质(基因)丢失造成的。据表分析，该假设是否成立并解释原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③综上所述，细胞分化的根本原因是_________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)低　(2)形态结构和生理功能　(3)①SOX－2　FSP－1　K12　SOX－2　②不成立，因为三种细胞中都存在FSP－1、SOX－2、K12基因　③基因的选择性表达 解析　(1)细胞的分化程度越低，其分化的潜能越高，故与成纤维细胞相比，iPS细胞分化程度更低。(3)①由表格可知，成纤维细胞的FSP－1基因表达，而SOX－2和K12基因不表达；iPS细胞的FSP－1和K12基因不表达，而SOX－2基因表达，故成纤维细胞分化成iPS细胞需要开启SOX－2基因，关闭FSP－1基因。同理，iPS细胞分化成角膜细胞需要开启K12基因，关闭SOX－2基因。③综上所述，细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，即不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同。 题点　细胞分化的综合 学科网（北京）股份有限公司 $