6.2细胞的分化（知识清单）（3知识4拓展）生物人教版必修1

第六章 细胞的生命历程 第2节 细胞的分化 漫画图谱·概览→必备知识·速记→关键能力·拓展 细胞分化 1.概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在　　、　　和 　　　　上发生　　　　　的过程。 2.特点： ①　　　：细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中，在　　时期达到最大限度； ②　　　　　　　　　：分化后的细胞一般保持分化后的状态，直到死亡；自然状态下不可逆，但在人工条件下（如植物组织培养的　　　）可以逆转； ③　　　：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　　。 3.实质（根本原因）：　　　　　　　　——在个体发育过程中，不同种类细胞中　　　　　　　　　　　。 实例：红细胞中　　　　　　表达、　　　　关闭；B细胞（浆细胞）则相反。 4.结果：形成形态、结构和功能不同的细胞，进而形成不同的　　　　　。 5.意义： ①形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，是生物体正常发育的　　　　； ②使多细胞生物体中的细胞趋向　　　，有利于提高各项生理功能的　　。 6.分化程度与分裂能力：分化程度　　，分裂能力　　（如根尖分生区细胞、造血干细胞）；分化程度越高，分裂能力越弱直至　　（如神经细胞、成熟红细胞）。 细胞的全能性 1.概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生　　　　　或分化成 　　　　　　　　　　　　的潜能和特性。 2.原因（物质基础）：生物体的每个细胞中都含有该物种的　　　　　　，都有发育成完整个体的潜能。 3.植物细胞的全能性： ①特点：高度分化的植物细胞仍然具有发育成　　　　的能力； ②实例：　　　　　　　　培养获得完整植株； ③技术：　　　　　　——外植体→　　　→愈伤组织→　　　→根、芽→完整植株； ④应用：快速繁殖花卉蔬菜、拯救濒危物种、培养微型观赏植株、培育　　　。 4.动物细胞核的全能性： ①特点：已分化的动物体细胞的　　　仍具有全能性； ②实例：非洲爪蟾核移植实验、克隆羊"　　"、克隆猴"中中""华华"； ③局限：目前无法将单个已分化的动物体细胞培养成　　　，必须借助　　　技术。 5.全能性大小的比较：　　　＞生殖细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞；幼嫩细胞＞衰老细胞；分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。 6.表达的条件：　　状态、适宜的营养、　　　　（生长素和细胞分裂素），以及适宜的外界条件（无菌、适宜的温度和pH等）。 干细胞 1.概念：动物和人体内仍保留着的少数具有　　　　　　　的细胞，叫作干细胞。 2.实例： ①　　　　　：存在于　　中，可通过增殖和分化产生红细胞、白细胞、血小板，补充到血液中去； ②　　　　　　：可分化成各种血细胞，用于治疗血液系统疾病。 3.类型：按分化潜能可分为　　　　　、　　　　　和　　　　　。 4.应用前景：医学上可通过　　　　　　　治疗白血病等疾病；体外培养干细胞形成组织器官，用于损伤组织器官的　　　　　（再生医学）。 温馨提示 细胞分化是基因选择性表达的结果，遗传物质（DNA）不发生改变；同一生物体不同体细胞中遗传信息相同，但mRNA和蛋白质种类不完全相同。 注意 ①细胞分化≠基因丢失，分化细胞的细胞核中仍含全套遗传物质；②分化程度越高，分裂能力通常越低，高度分化的细胞一般不再分裂；③"不可逆性"是相对的，人工条件下可脱分化。 高频易错 同一植株的叶肉细胞与根尖细胞基因组成相同，形态功能不同是基因选择性表达的结果，而非遗传物质不同；单细胞生物没有细胞分化。 高频易错 ①克隆羊"多莉"说明的是动物体细胞的细胞核具有全能性，而非整个体细胞；②细胞具有全能性≠一定能表达全能性，只有发育成完整个体（或分化出各种细胞）才算表达了全能性；③种子萌发长成植株属于正常的生长发育过程，一般不视为细胞全能性的体现。 拓展延伸 组织培养中脱分化阶段一般避光，再分化阶段需要光照；生长素与细胞分裂素的比例决定根、芽的分化方向——生长素相对较多有利于生根，细胞分裂素相对较多有利于生芽。 温馨提示 干细胞的分裂方式为有丝分裂，其分化同样是基因选择性表达的结果；干细胞分化程度低、全能性高，是研究细胞分化与组织修复的理想材料。 细胞分裂与细胞分化的比较 一、二者的联系与区别解读 ①细胞分裂是细胞分化的基础：没有细胞增殖产生足够数量的细胞，就谈不上分化出各种组织；二者往往相伴发生，共同完成个体的生长发育。 ②分化程度与分裂能力呈负相关：分化程度越低（如根尖分生区细胞、造血干细胞），分裂能力越强；分化程度越高（如神经细胞、成熟红细胞），分裂能力越弱直至丧失。 ③分子层面的理解：分裂时遗传物质复制后平均分配，子细胞获得与亲代相同的全套基因；分化时基因并不丢失，只是表达的“开关”组合不同——分裂是“复制同一份图纸”，分化是“选用不同的图纸页”。 二、列表比较 项目 细胞分裂 细胞分化 发生时间 从受精卵开始，贯穿于个体发育始终 发生在整个生命进程中，胚胎时期达到最大限度 结果 细胞数量增多 细胞种类增多 形态、结构、功能 子细胞与亲代细胞基本相同 发生稳定性差异 遗传物质 复制后平均分配，不发生改变 不发生改变 意义 生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础 生物个体发育的基础，使细胞趋向专门化 联系 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往相伴发生 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往相伴发生 三、命题链接：癌细胞的特点之一是无限增殖、分化异常，可以理解为细胞“只分裂、不分化”，失去了正常的分化调控——考题常借此考查细胞分裂与分化的关系以及分化失常的危害。 管家基因与奢侈基因——理解分化实质的关键 一、管家基因： 在所有细胞中都表达的基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的。常见实例：呼吸酶基因、ATP合成酶基因、核糖体蛋白基因、细胞骨架蛋白基因、糖酵解相关酶基因。这类基因的表达产物“每个细胞都有、时时刻刻都需要”，因此没有细胞类型的区分度。 二、奢侈基因： 只在特定类型细胞中选择性表达的基因，其产物赋予细胞特异的形态、结构和功能。常见实例：血红蛋白基因（红细胞）、胰岛素基因（胰岛B细胞）、抗体基因（浆细胞）、肌动蛋白基因（肌细胞）、唾液淀粉酶基因（唾液腺细胞）。 三、应用与检测： 判断某细胞是否分化、属于哪种细胞类型，关键不是看管家基因是否表达（所有细胞都表达，无区分度），而是看奢侈基因是否表达。检测手段上，可用分子杂交技术或PCR检测细胞中特定的mRNA——检出某奢侈基因的mRNA，说明该基因正在此细胞中表达，细胞已发生相应方向的分化。 四、命题角度与答题模板： 高考常给出几种细胞中若干基因的表达情况表（“＋”表示表达，“－”表示不表达），设问“哪些细胞可能属于同种类型”“哪个基因属于管家基因”。答题模板：①管家基因对应“所有细胞都标＋”的那一列；②奢侈基因表达谱完全相同的细胞属于同种类型；③解释原因时规范表述为“由于基因的选择性表达，不同细胞中表达的奢侈基因不同，合成的蛋白质种类不同，从而表现出不同的形态、结构和功能”。 五、易错提醒： ①“选择性表达”≠“基因丢失”——分化细胞的细胞核中仍含有全套遗传物质；②同一个体不同体细胞的mRNA“不完全相同”而非“完全不同”——管家基因的mRNA各种细胞都一样；③奢侈基因的表达还受转录因子、表观遗传修饰（如DNA甲基化）等调控，这是选考模块深入考查的接口。 脱分化与再分化——植物组织培养中全能性的表达 一、完整流程： 离体的植物器官、组织或细胞（外植体）→脱分化→愈伤组织→再分化→根、芽等器官→完整植株。 二、脱分化： 已分化的细胞经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞（愈伤组织）的过程。愈伤组织的细胞排列疏松、无规则，是高度液泡化的薄壁细胞团，具有旺盛的分裂能力——相当于让细胞“返老还童”，回到分生状态。 三、再分化： 愈伤组织在适宜的激素配比下重新分化，先形成芽或根的分生组织，再发育出完整的根、芽，进而长成完整植株。再分化形成的幼苗需要光照，以便进行光合作用转为自养。 四、激素调控（生长素与细胞分裂素的比例是关键）： 生长素∶细胞分裂素 主要作用 比例适中（约1∶1） 促进愈伤组织的形成与生长 生长素相对较多 有利于根的分化（生根） 细胞分裂素相对较多 有利于芽的分化（生芽） 五、培养条件： ①离体（细胞全能性表达的前提）；②无菌操作（培养基营养丰富，极易被微生物污染）；③适宜的营养（碳源、矿质元素、维生素等）与植物激素；④适宜的温度和pH；⑤脱分化阶段一般避光，再分化阶段需要光照。 六、应用与理论价值： ①快速繁殖优良品种（微型繁殖）、利用茎尖分生组织培育脱毒苗、制作人工种子；②花药离体培养获得单倍体植株，是单倍体育种的关键环节；③证明高度分化的植物细胞仍具有全能性，是细胞全能性理论最直接、最有力的证据。 细胞分化、全能性与细胞生命历程的综合辨析 一、分化程度与全能性呈“负相关”： 一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达。全能性大小排序：受精卵＞生殖细胞（精子、卵细胞）＞体细胞；植物细胞＞动物细胞；幼嫩细胞＞衰老细胞；分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。 原因解读：受精卵是个体发育的起点，尚未分化，全能性最高；生殖细胞虽高度分化，但含有本物种全套染色体，且卵细胞质中含有激发全能性的物质；体细胞分化程度最高，全能性受到的抑制最强。 二、植物细胞与动物细胞全能性表达途径的差异： 高度分化的植物体细胞在离体、适宜激素条件下可直接脱分化表达全能性；高度分化的动物体细胞单独培养不能发育成个体，必须借助核移植技术——把体细胞的细胞核移入去核的卵细胞中，利用卵细胞质中的调控因子“重编程”，才能表现细胞核的全能性（如克隆羊“多莉”）。这说明动物细胞全能性的表达受细胞质环境的制约，而其细胞核仍保留着全套遗传信息。 三、iPS细胞（诱导多能干细胞）： 2006年，日本科学家山中伸弥团队将Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四个转录因子基因导入小鼠成纤维细胞，使其“重编程”为类似胚胎干细胞的多能干细胞，证明了已分化细胞的分化状态可以逆转。iPS细胞不涉及胚胎破坏，避免了伦理争议，为再生医学（体外培育组织器官）、疾病模型构建和药物筛选开辟了新途径——该成果获2012年诺贝尔生理学或医学奖，是新高考生物科技情境的热点素材。 四、综合易错提醒： ①细胞全能性表达的终点是“完整个体”或“分化成其他各种细胞”，只分化出一种细胞不算表达了全能性；②干细胞的分裂方式是有丝分裂，其分化同样是基因选择性表达的结果；③同一植株的叶肉细胞和根尖细胞基因组成相同，形态功能不同是分化的结果，而非遗传物质不同；④细胞分化、细胞全能性都以细胞增殖为基础，单细胞生物没有细胞分化。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六章 细胞的生命历程 第2节 细胞的分化 漫画图谱·概览→必备知识·速记→关键能力·拓展 细胞分化 1.概念：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。 2.特点： ①持久性：细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度； ②稳定性（不可逆性）：分化后的细胞一般保持分化后的状态，直到死亡；自然状态下不可逆，但在人工条件下（如植物组织培养的脱分化）可以逆转； ③普遍性：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。 3.实质（根本原因）：基因的选择性表达——在个体发育过程中，不同种类细胞中遗传信息的表达情况不同。 实例：红细胞中血红蛋白基因表达、抗体基因关闭；B细胞（浆细胞）则相反。 4.结果：形成形态、结构和功能不同的细胞，进而形成不同的组织和器官。 5.意义： ①形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，是生物体正常发育的必要条件； ②使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各项生理功能的效率。 6.分化程度与分裂能力：分化程度越低，分裂能力越强（如根尖分生区细胞、造血干细胞）；分化程度越高，分裂能力越弱直至丧失（如神经细胞、成熟红细胞）。 细胞的全能性 1.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.原因（物质基础）：生物体的每个细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的潜能。 3.植物细胞的全能性： ①特点：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力； ②实例：胡萝卜韧皮部细胞培养获得完整植株； ③技术：植物组织培养——外植体→脱分化→愈伤组织→再分化→根、芽→完整植株； ④应用：快速繁殖花卉蔬菜、拯救濒危物种、培养微型观赏植株、培育脱毒苗。 4.动物细胞核的全能性： ①特点：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性； ②实例：非洲爪蟾核移植实验、克隆羊"多莉"、克隆猴"中中""华华"； ③局限：目前无法将单个已分化的动物体细胞培养成新个体，必须借助核移植技术。 5.全能性大小的比较：受精卵＞生殖细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞；幼嫩细胞＞衰老细胞；分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。 6.表达的条件：离体状态、适宜的营养、植物激素（生长素和细胞分裂素），以及适宜的外界条件（无菌、适宜的温度和pH等）。 干细胞 1.概念：动物和人体内仍保留着的少数具有分裂和分化能力的细胞，叫作干细胞。 2.实例： ①造血干细胞：存在于骨髓中，可通过增殖和分化产生红细胞、白细胞、血小板，补充到血液中去； ②脐带血干细胞：可分化成各种血细胞，用于治疗血液系统疾病。 3.类型：按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。 4.应用前景：医学上可通过造血干细胞移植治疗白血病等疾病；体外培养干细胞形成组织器官，用于损伤组织器官的修复和更换（再生医学）。 温馨提示 细胞分化是基因选择性表达的结果，遗传物质（DNA）不发生改变；同一生物体不同体细胞中遗传信息相同，但mRNA和蛋白质种类不完全相同。 注意 ①细胞分化≠基因丢失，分化细胞的细胞核中仍含全套遗传物质；②分化程度越高，分裂能力通常越低，高度分化的细胞一般不再分裂；③"不可逆性"是相对的，人工条件下可脱分化。 高频易错 同一植株的叶肉细胞与根尖细胞基因组成相同，形态功能不同是基因选择性表达的结果，而非遗传物质不同；单细胞生物没有细胞分化。 高频易错 ①克隆羊"多莉"说明的是动物体细胞的细胞核具有全能性，而非整个体细胞；②细胞具有全能性≠一定能表达全能性，只有发育成完整个体（或分化出各种细胞）才算表达了全能性；③种子萌发长成植株属于正常的生长发育过程，一般不视为细胞全能性的体现。 拓展延伸 组织培养中脱分化阶段一般避光，再分化阶段需要光照；生长素与细胞分裂素的比例决定根、芽的分化方向——生长素相对较多有利于生根，细胞分裂素相对较多有利于生芽。 温馨提示 干细胞的分裂方式为有丝分裂，其分化同样是基因选择性表达的结果；干细胞分化程度低、全能性高，是研究细胞分化与组织修复的理想材料。 细胞分裂与细胞分化的比较 一、二者的联系与区别解读 ①细胞分裂是细胞分化的基础：没有细胞增殖产生足够数量的细胞，就谈不上分化出各种组织；二者往往相伴发生，共同完成个体的生长发育。 ②分化程度与分裂能力呈负相关：分化程度越低（如根尖分生区细胞、造血干细胞），分裂能力越强；分化程度越高（如神经细胞、成熟红细胞），分裂能力越弱直至丧失。 ③分子层面的理解：分裂时遗传物质复制后平均分配，子细胞获得与亲代相同的全套基因；分化时基因并不丢失，只是表达的“开关”组合不同——分裂是“复制同一份图纸”，分化是“选用不同的图纸页”。 二、列表比较 项目 细胞分裂 细胞分化 发生时间 从受精卵开始，贯穿于个体发育始终 发生在整个生命进程中，胚胎时期达到最大限度 结果 细胞数量增多 细胞种类增多 形态、结构、功能 子细胞与亲代细胞基本相同 发生稳定性差异 遗传物质 复制后平均分配，不发生改变 不发生改变 意义 生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础 生物个体发育的基础，使细胞趋向专门化 联系 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往相伴发生 细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往相伴发生 三、命题链接：癌细胞的特点之一是无限增殖、分化异常，可以理解为细胞“只分裂、不分化”，失去了正常的分化调控——考题常借此考查细胞分裂与分化的关系以及分化失常的危害。 管家基因与奢侈基因——理解分化实质的关键 一、管家基因： 在所有细胞中都表达的基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的。常见实例：呼吸酶基因、ATP合成酶基因、核糖体蛋白基因、细胞骨架蛋白基因、糖酵解相关酶基因。这类基因的表达产物“每个细胞都有、时时刻刻都需要”，因此没有细胞类型的区分度。 二、奢侈基因： 只在特定类型细胞中选择性表达的基因，其产物赋予细胞特异的形态、结构和功能。常见实例：血红蛋白基因（红细胞）、胰岛素基因（胰岛B细胞）、抗体基因（浆细胞）、肌动蛋白基因（肌细胞）、唾液淀粉酶基因（唾液腺细胞）。 三、应用与检测： 判断某细胞是否分化、属于哪种细胞类型，关键不是看管家基因是否表达（所有细胞都表达，无区分度），而是看奢侈基因是否表达。检测手段上，可用分子杂交技术或PCR检测细胞中特定的mRNA——检出某奢侈基因的mRNA，说明该基因正在此细胞中表达，细胞已发生相应方向的分化。 四、命题角度与答题模板： 高考常给出几种细胞中若干基因的表达情况表（“＋”表示表达，“－”表示不表达），设问“哪些细胞可能属于同种类型”“哪个基因属于管家基因”。答题模板：①管家基因对应“所有细胞都标＋”的那一列；②奢侈基因表达谱完全相同的细胞属于同种类型；③解释原因时规范表述为“由于基因的选择性表达，不同细胞中表达的奢侈基因不同，合成的蛋白质种类不同，从而表现出不同的形态、结构和功能”。 五、易错提醒： ①“选择性表达”≠“基因丢失”——分化细胞的细胞核中仍含有全套遗传物质；②同一个体不同体细胞的mRNA“不完全相同”而非“完全不同”——管家基因的mRNA各种细胞都一样；③奢侈基因的表达还受转录因子、表观遗传修饰（如DNA甲基化）等调控，这是选考模块深入考查的接口。 脱分化与再分化——植物组织培养中全能性的表达 一、完整流程： 离体的植物器官、组织或细胞（外植体）→脱分化→愈伤组织→再分化→根、芽等器官→完整植株。 二、脱分化： 已分化的细胞经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞（愈伤组织）的过程。愈伤组织的细胞排列疏松、无规则，是高度液泡化的薄壁细胞团，具有旺盛的分裂能力——相当于让细胞“返老还童”，回到分生状态。 三、再分化： 愈伤组织在适宜的激素配比下重新分化，先形成芽或根的分生组织，再发育出完整的根、芽，进而长成完整植株。再分化形成的幼苗需要光照，以便进行光合作用转为自养。 四、激素调控（生长素与细胞分裂素的比例是关键）： 生长素∶细胞分裂素 主要作用 比例适中（约1∶1） 促进愈伤组织的形成与生长 生长素相对较多 有利于根的分化（生根） 细胞分裂素相对较多 有利于芽的分化（生芽） 五、培养条件： ①离体（细胞全能性表达的前提）；②无菌操作（培养基营养丰富，极易被微生物污染）；③适宜的营养（碳源、矿质元素、维生素等）与植物激素；④适宜的温度和pH；⑤脱分化阶段一般避光，再分化阶段需要光照。 六、应用与理论价值： ①快速繁殖优良品种（微型繁殖）、利用茎尖分生组织培育脱毒苗、制作人工种子；②花药离体培养获得单倍体植株，是单倍体育种的关键环节；③证明高度分化的植物细胞仍具有全能性，是细胞全能性理论最直接、最有力的证据。 细胞分化、全能性与细胞生命历程的综合辨析 一、分化程度与全能性呈“负相关”： 一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达。全能性大小排序：受精卵＞生殖细胞（精子、卵细胞）＞体细胞；植物细胞＞动物细胞；幼嫩细胞＞衰老细胞；分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。 原因解读：受精卵是个体发育的起点，尚未分化，全能性最高；生殖细胞虽高度分化，但含有本物种全套染色体，且卵细胞质中含有激发全能性的物质；体细胞分化程度最高，全能性受到的抑制最强。 二、植物细胞与动物细胞全能性表达途径的差异： 高度分化的植物体细胞在离体、适宜激素条件下可直接脱分化表达全能性；高度分化的动物体细胞单独培养不能发育成个体，必须借助核移植技术——把体细胞的细胞核移入去核的卵细胞中，利用卵细胞质中的调控因子“重编程”，才能表现细胞核的全能性（如克隆羊“多莉”）。这说明动物细胞全能性的表达受细胞质环境的制约，而其细胞核仍保留着全套遗传信息。 三、iPS细胞（诱导多能干细胞）： 2006年，日本科学家山中伸弥团队将Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四个转录因子基因导入小鼠成纤维细胞，使其“重编程”为类似胚胎干细胞的多能干细胞，证明了已分化细胞的分化状态可以逆转。iPS细胞不涉及胚胎破坏，避免了伦理争议，为再生医学（体外培育组织器官）、疾病模型构建和药物筛选开辟了新途径——该成果获2012年诺贝尔生理学或医学奖，是新高考生物科技情境的热点素材。 四、综合易错提醒： ①细胞全能性表达的终点是“完整个体”或“分化成其他各种细胞”，只分化出一种细胞不算表达了全能性；②干细胞的分裂方式是有丝分裂，其分化同样是基因选择性表达的结果；③同一植株的叶肉细胞和根尖细胞基因组成相同，形态功能不同是分化的结果，而非遗传物质不同；④细胞分化、细胞全能性都以细胞增殖为基础，单细胞生物没有细胞分化。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $