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第6章 細(xì)胞的生命歷程
第2節(jié)細(xì)胞的分化
1.闡述細(xì)胞分化的概念，闡明細(xì)胞分化是細(xì)胞中的基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，是形成多細(xì)胞生物體的必要過程。（生命觀念）
2.舉例說明細(xì)胞的全能性在植物組織培養(yǎng)和動物克隆等方面的應(yīng)用。（科學(xué)思維）
3.闡述干細(xì)胞的特點，關(guān)注干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。（社會責(zé)任）
一、細(xì)胞的分化
1.細(xì)胞分化的概念
個體發(fā)育中
形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能
2.細(xì)胞分化的特點
（1）持久性：細(xì)胞分化是一種________的變化，貫穿于生物體整個生命進(jìn)程中。
（2）不可逆性、穩(wěn)定性：一般來說，分化的細(xì)胞將一直保持________的狀態(tài)，直至死亡。
（3）普遍性：細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物__________的生命現(xiàn)象。
3.細(xì)胞分化的原因
細(xì)胞中的________________的結(jié)果，即在個體發(fā)育過程中，不同種類的細(xì)胞中_______
___的表達(dá)情況不同。
持久性
分化后
普遍存在
基因選擇性表達(dá)
遺傳信息
4.細(xì)胞分化的意義
（1）是生物__________的基礎(chǔ)。
（2）使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向________，有利于提高生物體__________________
___。
個體發(fā)育
專門化
各種生理功能的效率
二、細(xì)胞的全能性
1.概念：細(xì)胞經(jīng)____________后，仍具有產(chǎn)生____________或分化成其他各種細(xì)胞的
____________。
分裂和分化
完整有機體
潛能和特性
2.類別
（1）植物細(xì)胞的全能性
Ⅰ.實驗過程
胡蘿卜____________ 含植物激素、______________等物質(zhì)的培養(yǎng)液 完整
的植株。
Ⅱ.結(jié)論：高度分化的植物細(xì)胞仍然具有發(fā)育成__________的能力。
Ⅲ.應(yīng)用： .__________花卉和蔬菜等作物； .培養(yǎng)______________； .拯救________
___。
（2）動物體細(xì)胞細(xì)胞核的全能性
Ⅰ.實例：非洲爪蟾、克隆羊“多莉”、體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”。
Ⅱ.結(jié)論：已分化的動物________________具有全能性。
韌皮部細(xì)胞
無機鹽和糖類
完整植株
快速繁殖
微型觀賞植株
瀕危物種
體細(xì)胞的細(xì)胞核
3.干細(xì)胞
（1）概念：動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有____________能力的細(xì)胞。
（2）舉例：人骨髓中的許多____________，能通過增殖和分化，不斷產(chǎn)生紅細(xì)胞、白
細(xì)胞和血小板。
分裂和分化
造血干細(xì)胞
任務(wù)1 探究細(xì)胞的分化
活動1 閱讀以下資料，探究細(xì)胞分化的本質(zhì)及意義，思考以下問題
資料1 血液中的血細(xì)胞主要是紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。其中紅細(xì)胞的壽命是120
天，白細(xì)胞的壽命有長有短，短的可能幾天，血小板的壽命為 天。正常情況下，
血細(xì)胞可以通過如圖1所示生理過程得到更新和補充。白血病又稱為血癌，是一類由造
血干細(xì)胞惡性增殖引起的疾病。白血病細(xì)胞因增殖失控、分化障礙、凋亡受阻等在骨
髓和其他造血組織中大量增殖累積，并浸潤其他組織和器官，同時正常造血受抑制。
目前，很多白血病患者的治療方法為干細(xì)胞移植。
資料2 人的受精卵通過細(xì)胞分裂、分化，最終會形成不同的組織細(xì)胞，如圖2所示。
1.骨髓與血細(xì)胞的形成有什么關(guān)系？
提示 骨髓中的造血干細(xì)胞能夠通過增殖和分化，不斷產(chǎn)生不同類型的血細(xì)胞。
2.圖1和圖2所示主要體現(xiàn)細(xì)胞的什么生命歷程？
提示 細(xì)胞的分化。
3.圖2所示細(xì)胞均來自一個細(xì)胞——受精卵。受精卵通過哪種細(xì)胞分裂方式產(chǎn)生數(shù)量眾多的細(xì)胞？正常情況下，圖2中的骨骼肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞及軟骨細(xì)胞中的核遺傳物質(zhì)是否相同？
提示 有絲分裂。相同。
4.這些細(xì)胞都源自早期胚胎中一群彼此相似的細(xì)胞，正常情況下，它們還能恢復(fù)成早期胚胎細(xì)胞嗎？ 就這四種組織來說，正常人體內(nèi)的一種組織的細(xì)胞會不會轉(zhuǎn)變成其他組織的細(xì)胞？
提示 不能。不會。
5.細(xì)胞分化的過程中遺傳物質(zhì)有沒有發(fā)生變化？
提示 沒有。
6.請結(jié)合下列人體兩種細(xì)胞中物質(zhì)的檢測結(jié)果，說出細(xì)胞分化的根本原因。
細(xì)胞種類 細(xì)胞中的基因 細(xì)胞中的蛋白質(zhì)
肌動蛋白基因 胰島素基因 肌動蛋白 胰島素
肌細(xì)胞 -
胰島細(xì)胞 -
注：“ ”表示含有，“-”表示不含。
提示 細(xì)胞分化的根本原因：基因的選擇性表達(dá)。
7.請分析以下基因在不同分化細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)情況，并據(jù)此判斷細(xì)胞內(nèi)的基因是否都只
在特定的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。
①核糖體合成酶基因 合成酶基因 ③呼吸酶基因
④血紅蛋白基因 ⑤肌動蛋白基因 ⑥胰島素基因
提示 肌動蛋白基因只在肌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，血紅蛋白基因只在紅細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，胰島素基因
只在胰島B細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，而核糖體合成酶基因、 合成酶基因、呼吸酶基因在所有
細(xì)胞中均表達(dá)，因此細(xì)胞內(nèi)的基因不都只在特定的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。
認(rèn)知生成
一、細(xì)胞分化的“變”與“不變”
1.“變”
（1）從細(xì)胞水平分析：細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變。
（2）從亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析：細(xì)胞器的種類和數(shù)目及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分和功能發(fā)生改變。
（3）從分子水平分析
．蛋白質(zhì)角度：蛋白質(zhì)的種類、數(shù)目和功能發(fā)生改變。
．基因角度：基因選擇性表達(dá)，即遺傳信息的表達(dá)情況不同，這是細(xì)胞分化的根本原因。
2.“不變”：細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不變。
二、細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化的比較
項目 細(xì)胞分裂 細(xì)胞分化
發(fā)生時間 發(fā)生在整個生命歷程程中
原因 細(xì)胞增殖需要 基因選擇性表達(dá)
結(jié)果 細(xì)胞數(shù)量增多 細(xì)胞種類增多
意義 保持了細(xì)胞親子代間遺傳性狀的穩(wěn) 定性 保證了生物體正常發(fā)育
聯(lián)系 細(xì)胞分裂是細(xì)胞分化的基礎(chǔ)，兩者往往是相伴相隨的，隨分化程度加 大，分裂能力逐漸下降
例1 下列與細(xì)胞分裂、分化有關(guān)的敘述，正確的是( )。
C
A.通過細(xì)胞分化能使細(xì)胞種類和數(shù)量增加 B.已分化的細(xì)胞不可能有分裂能力
C.人體各種器官的形成離不開細(xì)胞分化 D.所有的生物均存在明顯的細(xì)胞分化現(xiàn)象
[解析] 通過細(xì)胞分化能使細(xì)胞種類增加，但細(xì)胞數(shù)量的增加是通過細(xì)胞分裂完成的，A錯誤；已分化的細(xì)胞可能有分裂能力，如造血干細(xì)胞，B錯誤；病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不存在細(xì)胞分化現(xiàn)象，單細(xì)胞生物也不存在細(xì)胞分化現(xiàn)象，D錯誤。
對點練1 下圖為人體某早期胚胎細(xì)胞所經(jīng)歷的生長發(fā)育階段示意圖，圖中甲、乙、丙、
丁、戊為各個時期的細(xì)胞， 、 表示細(xì)胞所進(jìn)行的生理過程。下列敘述正確的是
( )。
C
過程是有絲分裂， 過程是細(xì)胞分化
②乙和丙的染色體組成不同
③丁與戊因遺傳物質(zhì)不同而發(fā)生分化
④乙、戊中的蛋白質(zhì)不完全相同
A.②③④ B.①② C.①④ D.③④
[解析] 分析題圖可知， 過程為細(xì)胞有絲分裂， 過程為細(xì)胞分化，①正確；乙和丙
的染色體組成是相同的，②錯誤； 過程為細(xì)胞分化，其實質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，
遺傳物質(zhì)不會發(fā)生變化，但蛋白質(zhì)不完全相同，③錯誤，④正確。
任務(wù)2 探索細(xì)胞的全能性
活動2 閱讀以下資料，理解細(xì)胞的全能性
1.下圖是胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程，請分析：
注：①~⑥表示操作順序。
（1）根據(jù)上述實驗過程可以得出什么結(jié)論？
提示已經(jīng)分化的植物細(xì)胞在離體培養(yǎng)條件下可以發(fā)育成完整植株。
（2）如果將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞換成其他已高度分化的植物細(xì)胞，在適宜的條件下，這些細(xì)胞也能形成新的植株嗎？請舉出人們利用這一原理的應(yīng)用。
[答案] 能。快速繁殖花卉和蔬菜等作物，培養(yǎng)微型觀賞植株，拯救瀕危物種等。
2.下圖是非洲爪蟾的核移植過程，請分析：
（1）如果直接將蝌蚪的腸上皮細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，能不能形成完整的個體？和植物細(xì)胞的實驗相比，你能從該實驗得出什么結(jié)論？
提示不能。已經(jīng)分化的動物細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。
（2）為什么已經(jīng)分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性？
提示 已經(jīng)分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核中含有該動物幾乎全部的遺傳物質(zhì)（少數(shù)遺傳
物質(zhì)存在于線粒體的 中）。
3.你能歸納細(xì)胞的全能性的概念嗎？
提示 細(xì)胞的全能性是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能和特性。
4.通過下圖比較細(xì)胞全能性表達(dá)的難易程度和分化程度高低之間的關(guān)系。
（1）正常情況下，圖中哪些細(xì)胞不再分裂了？
提示皮膚細(xì)胞、紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板、神經(jīng)細(xì)胞和肝細(xì)胞，即高度分化的細(xì)胞。
（2）分化程度最低的細(xì)胞是________。
受精卵
（3）最容易表達(dá)全能性的細(xì)胞是受精卵。嘗試歸納出細(xì)胞全能性表達(dá)的難易程度與分化程度之間的關(guān)系。
提示 一般情況下，細(xì)胞分化程度越高，細(xì)胞全能性表達(dá)越難，但也有特例，如卵細(xì)胞分化程度很高，全能性也容易表達(dá)。
認(rèn)知生成
1.在蜂群中，由未受精的卵細(xì)胞發(fā)育成雄蜂的過程體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。
2.全能性表達(dá)的難易程度:受精卵 生殖細(xì)胞 體細(xì)胞；植物細(xì)胞的全能性表達(dá)比動
物細(xì)胞更容易。
3.細(xì)胞分化與細(xì)胞的全能性的關(guān)系:一般來說，隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高，細(xì)胞的全能性的表達(dá)逐漸變難。
4.卵細(xì)胞與受精卵的全能性均很容易表達(dá)，但是卵細(xì)胞屬于高度分化的細(xì)胞，而受精卵屬于未分化的細(xì)胞。
例2 下列關(guān)于細(xì)胞全能性的敘述，錯誤的是( )。
B
A.受精卵在自然條件下能形成完整個體，因此全能性最容易表達(dá)
B.生物體內(nèi)的細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性的原因是其在分化過程中丟失了大量基因
C.將洋蔥根尖細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株說明已分化的植物細(xì)胞具有全能性
D.人體胚胎干細(xì)胞的全能性比造血干細(xì)胞的全能性更容易表達(dá)
[解析] 生物體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性是因為基因的選擇性表達(dá)，生物體內(nèi)所有的細(xì)胞都是由同一個受精卵分裂、分化而來的，其中所含的基因均相同，B錯誤。
1.植物細(xì)胞的全能性需要適宜條件才能體現(xiàn)。（三個條件）
（1）離體。
（2）給予一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素等。
（3）適宜的溫度、 等環(huán)境條件。
2.種子萌發(fā)形成植株屬于個體發(fā)育，未體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。
對點練2 研究人員給中風(fēng)小鼠腦內(nèi)移植神經(jīng)干細(xì)胞并注射了 化合物，一個
月后對小鼠進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育成的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量增多，小鼠的運動和感
覺功能明顯恢復(fù)。下列對此研究的分析，正確的是( )。
D
A.大多數(shù)神經(jīng)干細(xì)胞的染色體數(shù)目是神經(jīng)細(xì)胞的2倍
B.神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為功能正常的神經(jīng)細(xì)胞體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性
C.植入神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量和注射 化合物的濃度是該實驗的自變量
D.神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)細(xì)胞的過程中，細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生了穩(wěn)定性改變
[解析] 大多數(shù)神經(jīng)干細(xì)胞處在分裂間期，而分裂間期細(xì)胞中染色體數(shù)目與神經(jīng)細(xì)胞的
相等，A錯誤；神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育成功能正常的神經(jīng)細(xì)胞，并沒有發(fā)育成完整的個體或
分化成其他各種細(xì)胞，因此不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性，B錯誤；植入神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量
和注射 化合物的濃度是該實驗的無關(guān)變量，自變量為是否移植神經(jīng)干細(xì)胞
和是否注射 化合物，C錯誤；神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)細(xì)胞是細(xì)胞分化的過
程，該過程中細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生穩(wěn)定性改變，如出現(xiàn)能識別神經(jīng)遞質(zhì)
的蛋白質(zhì)等，D正確。
活動3 閱讀課本P121，理解造血干細(xì)胞及其作用
1.造血干細(xì)胞可以分化成紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等，什么是干細(xì)胞？干細(xì)胞的兩個突出特點是什么？
提示 干細(xì)胞是指動物和人體內(nèi)仍然保留著的少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞。特點是具有分裂和分化的能力。
2.通常在哪里可以獲取大量的干細(xì)胞？干細(xì)胞有何用途？
提示 臍帶血。臍帶血干細(xì)胞可以用于治療血液系統(tǒng)疾病。
例3 骨髓移植是治療白血病常用的有效方法之一，最主要的原因是移植的骨髓中的造
血干細(xì)胞可在患者體內(nèi)( )。
B
A.正常生長 B.增殖并分化成多種血細(xì)胞
C.分泌抗體 D.殺死各種病原菌
[解析] 白血病是一類由骨髓造血干細(xì)胞惡性增殖引起的疾病。患者血液和骨髓中的白細(xì)胞及其前體細(xì)胞出現(xiàn)異常增殖和分化障礙，成為白血病細(xì)胞。健康人的骨髓中的造血干細(xì)胞可以增殖分化為紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等血細(xì)胞，因此骨髓移植是目前治療白血病的一種比較有效的方法，B符合題意。
對點練3 （不定項）關(guān)于右圖的敘述正確的是( )。
BCD
A. 過程僅發(fā)生于早期胚胎形成過程中
B. 、 過程表示干細(xì)胞具有分化能力
C. 、 過程細(xì)胞中遺傳信息表達(dá)的情況不同
D. 、 、 過程遺傳物質(zhì)一般不會發(fā)生改變
[解析] 過程為干細(xì)胞的自我增殖，在個體的整個發(fā)育過程中都有發(fā)生，A錯誤；
、 過程即形成不同種類的細(xì)胞的過程，說明干細(xì)胞具有分化能力，B正確；細(xì)胞分
化的實質(zhì)是細(xì)胞中遺傳信息表達(dá)的情況不同，即基因的選擇性表達(dá)，C正確；細(xì)胞分
裂和分化不會導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的改變，D正確。
素能提升 分析克隆猴的形成過程的機理（科學(xué)探究能力）
世界上首個體細(xì)胞克隆猴在我國誕生！這是我國科學(xué)家歷經(jīng)五年攻關(guān)取得的重大突破。利用克隆技術(shù)可以得到許多在遺傳上相同的克隆猴。猴與人在進(jìn)化上親緣關(guān)系很近，它比鼠更適合用作研究人類疾病和進(jìn)行藥物實驗的模型動物；遺傳上相同的克隆猴用于藥物對照實驗有利于更準(zhǔn)確地評估藥效。這一研究成果的確意義非凡。右圖表示克隆猴的培育過程：
實現(xiàn)克隆猴主要有三道難關(guān)需要攻克：一是卵母細(xì)胞的核遺傳物質(zhì)區(qū)域不易識別，
去掉猴卵母細(xì)胞核遺傳物質(zhì)的難度很大；二是卵母細(xì)胞“喚醒”時機難把握，克隆過程
中，體細(xì)胞進(jìn)入卵母細(xì)胞時，需先“喚醒”卵母細(xì)胞，然后才啟動一系列發(fā)育“程序”；
三是體細(xì)胞克隆胚胎的發(fā)育成功率低。我國科學(xué)家攻克了這些難關(guān)，將克隆技術(shù)的應(yīng)
用推向了新的高度。克隆猴的誕生，標(biāo)志著我國克隆技術(shù)走在了世界的最前列！
經(jīng)過五年的研究攻關(guān)，我國科學(xué)家成功克隆出世界首例體細(xì)胞克隆猴。體細(xì)胞克
隆猴的成功，將有效縮短我國基于克隆猴疾病模型的藥物的研發(fā)周期，助力“健康中國
2030”目標(biāo)實現(xiàn)。
A.克隆猴的誕生說明了細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心
B.克隆猴的唾液腺細(xì)胞中的核仁較口腔上皮細(xì)胞的大
C.克隆猴體細(xì)胞核上的核孔允許 和蛋白質(zhì)等分子進(jìn)出
D.克隆猴的誕生將為治療老年癡呆、惡性腫瘤等的藥物研發(fā)提供動物模型
[解析] 克隆猴的唾液腺細(xì)胞分泌活動較口腔上皮細(xì)胞旺盛，因此其核仁較大，B正確；
克隆猴體細(xì)胞核上的核孔不允許 進(jìn)出，C錯誤。
C
下列說法錯誤的是( )。
課堂小結(jié)
課堂小測
判斷正誤。
（1）已分化的細(xì)胞都能進(jìn)一步分化成其他細(xì)胞。( )
×
（2）生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都要發(fā)生細(xì)胞分化。( )
×
（3）細(xì)胞分化使細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，提高了機體生理功能的效率。( )
√
（4）骨髓干細(xì)胞與胰島細(xì)胞的遺傳信息不同，遺傳信息的執(zhí)行情況也不同。( )
×
（5）一般來說，細(xì)胞的分化程度越高，全能性越低。( )
√第2節(jié)　細(xì)胞的分化
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.闡述細(xì)胞分化的概念,闡明細(xì)胞分化是細(xì)胞中的基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,是形成多細(xì)胞生物體的必要過程。(生命觀念)
2.舉例說明細(xì)胞的全能性在植物組織培養(yǎng)和動物克隆等方面的應(yīng)用。(科學(xué)思維)
3.闡述干細(xì)胞的特點,關(guān)注干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。(社會責(zé)任)
【自主預(yù)習(xí)】
一、細(xì)胞的分化
1.細(xì)胞分化的概念
2.細(xì)胞分化的特點
(1)持久性:細(xì)胞分化是一種　持久性　的變化,貫穿于生物體整個生命進(jìn)程中。
(2)不可逆性、穩(wěn)定性:一般來說,分化的細(xì)胞將一直保持　分化后　的狀態(tài),直至死亡。
(3)普遍性:細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物　普遍存在　的生命現(xiàn)象。
3.細(xì)胞分化的原因
細(xì)胞中的　基因選擇性表達(dá)　的結(jié)果,即在個體發(fā)育過程中,不同種類的細(xì)胞中　遺傳信息　的表達(dá)情況不同。
4.細(xì)胞分化的意義
(1)是生物　個體發(fā)育　的基礎(chǔ)。
(2)使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向　專門化　,有利于提高生物體　各種生理功能的效率　。
二、細(xì)胞的全能性
1.概念:細(xì)胞經(jīng)　分裂和分化　后,仍具有產(chǎn)生　完整有機體　或分化成其他各種細(xì)胞的　潛能和特性　。
2.類別
(1)植物細(xì)胞的全能性
Ⅰ.實驗過程
胡蘿卜　韌皮部細(xì)胞　+含植物激素、　無機鹽和糖類　等物質(zhì)的培養(yǎng)液完整的植株。
Ⅱ.結(jié)論:高度分化的植物細(xì)胞仍然具有發(fā)育成　完整植株　的能力。
Ⅲ.應(yīng)用:a.　快速繁殖　花卉和蔬菜等作物;b.培養(yǎng)　微型觀賞植株　;c.拯救　瀕危物種　。
(2)動物體細(xì)胞細(xì)胞核的全能性
Ⅰ.實例:非洲爪蟾、克隆羊“多莉”、體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”。
Ⅱ.結(jié)論:已分化的動物　體細(xì)胞的細(xì)胞核　具有全能性。
3.干細(xì)胞
(1)概念:動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有　分裂和分化　能力的細(xì)胞。
(2)舉例:人骨髓中的許多　造血干細(xì)胞　,能通過增殖和分化,不斷產(chǎn)生紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。
【合作探究】
任務(wù)1　探究細(xì)胞的分化
活動1　閱讀以下資料,探究細(xì)胞分化的本質(zhì)及意義,思考以下問題
　　資料1　血液中的血細(xì)胞主要是紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。其中紅細(xì)胞的壽命是120天,白細(xì)胞的壽命有長有短,短的可能幾天,血小板的壽命為7~14天。正常情況下,血細(xì)胞可以通過如圖1所示生理過程得到更新和補充。白血病又稱為血癌,是一類由造血干細(xì)胞惡性增殖引起的疾病。白血病細(xì)胞因增殖失控、分化障礙、凋亡受阻等在骨髓和其他造血組織中大量增殖累積,并浸潤其他組織和器官,同時正常造血受抑制。目前,很多白血病患者的治療方法為干細(xì)胞移植。
　　資料2　人的受精卵通過細(xì)胞分裂、分化,最終會形成不同的組織細(xì)胞,如圖2所示。
1.骨髓與血細(xì)胞的形成有什么關(guān)系
　　【提示】　骨髓中的造血干細(xì)胞能夠通過增殖和分化,不斷產(chǎn)生不同類型的血細(xì)胞。
2.圖1和圖2所示主要體現(xiàn)細(xì)胞的什么生命歷程
　　【提示】　細(xì)胞的分化。
3.圖2所示細(xì)胞均來自一個細(xì)胞——受精卵。受精卵通過哪種細(xì)胞分裂方式產(chǎn)生數(shù)量眾多的細(xì)胞 正常情況下,圖2中的骨骼肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞及軟骨細(xì)胞中的核遺傳物質(zhì)是否相同
　　【提示】　有絲分裂。相同。
4.這些細(xì)胞都源自早期胚胎中一群彼此相似的細(xì)胞,正常情況下,它們還能恢復(fù)成早期胚胎細(xì)胞嗎 就這四種組織來說,正常人體內(nèi)的一種組織的細(xì)胞會不會轉(zhuǎn)變成其他組織的細(xì)胞
　　【提示】　不能。不會。
5.細(xì)胞分化的過程中遺傳物質(zhì)有沒有發(fā)生變化
　　【提示】　沒有。
6.請結(jié)合下列人體兩種細(xì)胞中物質(zhì)的檢測結(jié)果,說出細(xì)胞分化的根本原因。
細(xì)胞 種類 細(xì)胞中的基因 細(xì)胞中的蛋白質(zhì)
肌動蛋 白基因 胰島素 基因 肌動蛋白 胰島素
肌細(xì)胞 + + + -
胰島細(xì)胞 + + - +
注:“+”表示含有,“-”表示不含。
　　【提示】　細(xì)胞分化的根本原因:基因的選擇性表達(dá)。
7.請分析以下基因在不同分化細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)情況,并據(jù)此判斷細(xì)胞內(nèi)的基因是否都只在特定的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。
①核糖體合成酶基因　②ATP合成酶基因　③呼吸酶基因
④血紅蛋白基因　⑤肌動蛋白基因　⑥胰島素基因
　　【提示】　肌動蛋白基因只在肌細(xì)胞內(nèi)表達(dá),血紅蛋白基因只在紅細(xì)胞內(nèi)表達(dá),胰島素基因只在胰島B細(xì)胞內(nèi)表達(dá),而核糖體合成酶基因、ATP合成酶基因、呼吸酶基因在所有細(xì)胞中均表達(dá),因此細(xì)胞內(nèi)的基因不都只在特定的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。
認(rèn)知生成
一、細(xì)胞分化的“變”與“不變”
1.“變”
(1)從細(xì)胞水平分析:細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變。
(2)從亞顯微結(jié)構(gòu)水平分析:細(xì)胞器的種類和數(shù)目及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分和功能發(fā)生改變。
(3)從分子水平分析
a.蛋白質(zhì)角度:蛋白質(zhì)的種類、數(shù)目和功能發(fā)生改變。
b.基因角度:基因選擇性表達(dá),即遺傳信息的表達(dá)情況不同,這是細(xì)胞分化的根本原因。
2.“不變”:細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不變。
二、細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化的比較
項目 細(xì)胞分裂 細(xì)胞分化
發(fā)生時間 發(fā)生在整個生命歷程程中
原因 細(xì)胞增殖需要 基因選擇性表達(dá)
結(jié)果 細(xì)胞數(shù)量增多 細(xì)胞種類增多
意義 保持了細(xì)胞親子代間遺傳性狀的穩(wěn)定性 保證了生物體正常發(fā)育
聯(lián)系 細(xì)胞分裂是細(xì)胞分化的基礎(chǔ),兩者往往是相伴相隨的,隨分化程度加大,分裂能力逐漸下降
例1　下列與細(xì)胞分裂、分化有關(guān)的敘述,正確的是(　　)。
A.通過細(xì)胞分化能使細(xì)胞種類和數(shù)量增加
B.已分化的細(xì)胞不可能有分裂能力
C.人體各種器官的形成離不開細(xì)胞分化
D.所有的生物均存在明顯的細(xì)胞分化現(xiàn)象
　　【答案】　C
【解析】　通過細(xì)胞分化能使細(xì)胞種類增加,但細(xì)胞數(shù)量的增加是通過細(xì)胞分裂完成的,A錯誤;已分化的細(xì)胞可能有分裂能力,如造血干細(xì)胞,B錯誤;病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu),不存在細(xì)胞分化現(xiàn)象,單細(xì)胞生物也不存在細(xì)胞分化現(xiàn)象,D錯誤。
對點練1　下圖為人體某早期胚胎細(xì)胞所經(jīng)歷的生長發(fā)育階段示意圖,圖中甲、乙、丙、丁、戊為各個時期的細(xì)胞,a、b表示細(xì)胞所進(jìn)行的生理過程。下列敘述正確的是(　　)。
①a過程是有絲分裂,b過程是細(xì)胞分化
②乙和丙的染色體組成不同
③丁與戊因遺傳物質(zhì)不同而發(fā)生分化
④乙、戊中的蛋白質(zhì)不完全相同
A.②③④　　　　　　　 B.①②
C.①④ D.③④
　　【答案】　C
【解析】　分析題圖可知,a過程為細(xì)胞有絲分裂,b過程為細(xì)胞分化,①正確;乙和丙的染色體組成是相同的,②錯誤;b過程為細(xì)胞分化,其實質(zhì)是基因的選擇性表達(dá),遺傳物質(zhì)不會發(fā)生變化,但蛋白質(zhì)不完全相同,③錯誤,④正確。
任務(wù)2　探索細(xì)胞的全能性
活動2　閱讀以下資料,理解細(xì)胞的全能性
1.下圖是胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程,請分析:
注:①~⑥表示操作順序。
(1)根據(jù)上述實驗過程可以得出什么結(jié)論
(2)如果將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞換成其他已高度分化的植物細(xì)胞,在適宜的條件下,這些細(xì)胞也能形成新的植株嗎 請舉出人們利用這一原理的應(yīng)用。
　　【提示】　(1)已經(jīng)分化的植物細(xì)胞在離體培養(yǎng)條件下可以發(fā)育成完整植株。
(2)能。快速繁殖花卉和蔬菜等作物,培養(yǎng)微型觀賞植株,拯救瀕危物種等。
2.下圖是非洲爪蟾的核移植過程,請分析:
(1)如果直接將蝌蚪的腸上皮細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),能不能形成完整的個體 和植物細(xì)胞的實驗相比,你能從該實驗得出什么結(jié)論
(2)為什么已經(jīng)分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性
　　【提示】　(1)不能。已經(jīng)分化的動物細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。
(2)已經(jīng)分化的動物體細(xì)胞的細(xì)胞核中含有該動物幾乎全部的遺傳物質(zhì)(少數(shù)遺傳物質(zhì)存在于線粒體的DNA中)。
3.你能歸納細(xì)胞的全能性的概念嗎
　　【提示】　細(xì)胞的全能性是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后,仍具有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能和特性。
4.通過下圖比較細(xì)胞全能性表達(dá)的難易程度和分化程度高低之間的關(guān)系。
(1)正常情況下,圖中哪些細(xì)胞不再分裂了
(2)分化程度最低的細(xì)胞是　　　　。
(3)最容易表達(dá)全能性的細(xì)胞是受精卵。嘗試歸納出細(xì)胞全能性表達(dá)的難易程度與分化程度之間的關(guān)系。
　　【提示】　(1)皮膚細(xì)胞、紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板、神經(jīng)細(xì)胞和肝細(xì)胞,即高度分化的細(xì)胞。
(2)受精卵
(3)一般情況下,細(xì)胞分化程度越高,細(xì)胞全能性表達(dá)越難,但也有特例,如卵細(xì)胞分化程度很高,全能性也容易表達(dá)。
認(rèn)知生成
1.在蜂群中,由未受精的卵細(xì)胞發(fā)育成雄蜂的過程體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。
2.全能性表達(dá)的難易程度:受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞;植物細(xì)胞的全能性表達(dá)比動物細(xì)胞更容易。
3.細(xì)胞分化與細(xì)胞的全能性的關(guān)系:一般來說,隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高,細(xì)胞的全能性的表達(dá)逐漸變難。
4.卵細(xì)胞與受精卵的全能性均很容易表達(dá),但是卵細(xì)胞屬于高度分化的細(xì)胞,而受精卵屬于未分化的細(xì)胞。
例2　下列關(guān)于細(xì)胞全能性的敘述,錯誤的是(　　)。
A.受精卵在自然條件下能形成完整個體,因此全能性最容易表達(dá)
B.生物體內(nèi)的細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性的原因是其在分化過程中丟失了大量基因
C.將洋蔥根尖細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株說明已分化的植物細(xì)胞具有全能性
D.人體胚胎干細(xì)胞的全能性比造血干細(xì)胞的全能性更容易表達(dá)
　　【答案】　 B
【解析】　生物體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性是因為基因的選擇性表達(dá),生物體內(nèi)所有的細(xì)胞都是由同一個受精卵分裂、分化而來的,其中所含的基因均相同,B錯誤。
【易錯辨析】
1.植物細(xì)胞的全能性需要適宜條件才能體現(xiàn)。(三個條件)
(1)離體。
(2)給予一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素等。
(3)適宜的溫度、pH等環(huán)境條件。
2.種子萌發(fā)形成植株屬于個體發(fā)育,未體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。
對點練2　研究人員給中風(fēng)小鼠腦內(nèi)移植神經(jīng)干細(xì)胞并注射了3K3A-APC化合物,一個月后對小鼠進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育成的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量增多,小鼠的運動和感覺功能明顯恢復(fù)。下列對此研究的分析,正確的是(　　)。
A.大多數(shù)神經(jīng)干細(xì)胞的染色體數(shù)目是神經(jīng)細(xì)胞的2倍
B.神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為功能正常的神經(jīng)細(xì)胞體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性
C.植入神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量和注射3K3A-APC化合物的濃度是該實驗的自變量
D.神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)細(xì)胞的過程中,細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生了穩(wěn)定性改變
　　【答案】　D
【解析】　大多數(shù)神經(jīng)干細(xì)胞處在分裂間期,而分裂間期細(xì)胞中染色體數(shù)目與神經(jīng)細(xì)胞的相等,A錯誤;神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育成功能正常的神經(jīng)細(xì)胞,并沒有發(fā)育成完整的個體或分化成其他各種細(xì)胞,因此不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性,B錯誤;植入神經(jīng)干細(xì)胞的數(shù)量和注射3K3A-APC化合物的濃度是該實驗的無關(guān)變量,自變量為是否移植神經(jīng)干細(xì)胞和是否注射3K3A-APC化合物,C錯誤;神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)細(xì)胞是細(xì)胞分化的過程,該過程中細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)種類、數(shù)量發(fā)生穩(wěn)定性改變,如出現(xiàn)能識別神經(jīng)遞質(zhì)的蛋白質(zhì)等,D正確。
活動3　閱讀課本P121,理解造血干細(xì)胞及其作用
1.造血干細(xì)胞可以分化成紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等,什么是干細(xì)胞 干細(xì)胞的兩個突出特點是什么
　　【提示】　干細(xì)胞是指動物和人體內(nèi)仍然保留著的少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞。特點是具有分裂和分化的能力。
2.通常在哪里可以獲取大量的干細(xì)胞 干細(xì)胞有何用途
　　【提示】　臍帶血。臍帶血干細(xì)胞可以用于治療血液系統(tǒng)疾病。
例3　骨髓移植是治療白血病常用的有效方法之一,最主要的原因是移植的骨髓中的造血干細(xì)胞可在患者體內(nèi)(　　)。
　A.正常生長
B.增殖并分化成多種血細(xì)胞
C.分泌抗體
D.殺死各種病原菌
　　【答案】　B
【解析】　白血病是一類由骨髓造血干細(xì)胞惡性增殖引起的疾病。患者血液和骨髓中的白細(xì)胞及其前體細(xì)胞出現(xiàn)異常增殖和分化障礙,成為白血病細(xì)胞。健康人的骨髓中的造血干細(xì)胞可以增殖分化為紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等血細(xì)胞,因此骨髓移植是目前治療白血病的一種比較有效的方法,B符合題意。
對點練3　(不定項)關(guān)于下圖的敘述正確的是(　　)。
A.a過程僅發(fā)生于早期胚胎形成過程中
B.b、c過程表示干細(xì)胞具有分化能力
C.b、c過程細(xì)胞中遺傳信息表達(dá)的情況不同
D.a、b、c過程遺傳物質(zhì)一般不會發(fā)生改變
　　【答案】　BCD
【解析】　a過程為干細(xì)胞的自我增殖,在個體的整個發(fā)育過程中都有發(fā)生,A錯誤;b、c過程即形成不同種類的細(xì)胞的過程,說明干細(xì)胞具有分化能力,B正確;細(xì)胞分化的實質(zhì)是細(xì)胞中遺傳信息表達(dá)的情況不同,即基因的選擇性表達(dá),C正確;細(xì)胞分裂和分化不會導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的改變,D正確。
素能提升　分析克隆猴的形成過程的機理(科學(xué)探究能力)
　　世界上首個體細(xì)胞克隆猴在我國誕生!這是我國科學(xué)家歷經(jīng)五年攻關(guān)取得的重大突破。利用克隆技術(shù)可以得到許多在遺傳上相同的克隆猴。猴與人在進(jìn)化上親緣關(guān)系很近,它比鼠更適合用作研究人類疾病和進(jìn)行藥物實驗的模型動物;遺傳上相同的克隆猴用于藥物對照實驗有利于更準(zhǔn)確地評估藥效。這一研究成果的確意義非凡。下圖表示克隆猴的培育過程:
實現(xiàn)克隆猴主要有三道難關(guān)需要攻克:一是卵母細(xì)胞的核遺傳物質(zhì)區(qū)域不易識別,去掉猴卵母細(xì)胞核遺傳物質(zhì)的難度很大;二是卵母細(xì)胞“喚醒”時機難把握,克隆過程中,體細(xì)胞進(jìn)入卵母細(xì)胞時,需先“喚醒”卵母細(xì)胞,然后才啟動一系列發(fā)育“程序”;三是體細(xì)胞克隆胚胎的發(fā)育成功率低。我國科學(xué)家攻克了這些難關(guān),將克隆技術(shù)的應(yīng)用推向了新的高度。克隆猴的誕生,標(biāo)志著我國克隆技術(shù)走在了世界的最前列!
　　經(jīng)過五年的研究攻關(guān),我國科學(xué)家成功克隆出世界首例體細(xì)胞克隆猴。體細(xì)胞克隆猴的成功,將有效縮短我國基于克隆猴疾病模型的藥物的研發(fā)周期,助力“健康中國2030”目標(biāo)實現(xiàn)。下列說法錯誤的是(　　)。
A.克隆猴的誕生說明了細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心
B.克隆猴的唾液腺細(xì)胞中的核仁較口腔上皮細(xì)胞的大
C.克隆猴體細(xì)胞核上的核孔允許DNA和蛋白質(zhì)等分子進(jìn)出
D.克隆猴的誕生將為治療老年癡呆、惡性腫瘤等的藥物研發(fā)提供動物模型
　　【答案】　C
【解析】　克隆猴的唾液腺細(xì)胞分泌活動較口腔上皮細(xì)胞旺盛,因此其核仁較大,B正確;克隆猴體細(xì)胞核上的核孔不允許DNA進(jìn)出,C錯誤。
【隨堂檢測】
課堂小結(jié) 課堂小測
判斷正誤。 (1)已分化的細(xì)胞都能進(jìn)一步分化成其他細(xì)胞。 (×) (2)生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都要發(fā)生細(xì)胞分化。 (×) (3)細(xì)胞分化使細(xì)胞趨向?qū)ｉT化,提高了機體生理功能的效率。 (√) (4)骨髓干細(xì)胞與胰島細(xì)胞的遺傳信息不同,遺傳信息的執(zhí)行情況也不同。 (×) (5)一般來說,細(xì)胞的分化程度越高,全能性越低。 (√)
2

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