高中生物第五章细胞增殖分化衰老和死亡521细胞分化和全能性学案新人教版必修.docx

高中生物第五章细胞增殖分化衰老和死亡521细胞分化和全能性学案新人教版必修.docx

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高中生物第五章细胞增殖分化衰老和死亡521细胞分化和全能性学案新人教版必修

第二节　细胞分化、衰老和凋亡

第1课时　细胞分化和全能性

目标导航　1.结合教材P100～102，概述细胞分化的概念、特点和实质。

2.结合教材P103～104，举例说明细胞全能性的概念。

一、细胞分化（阅读P100～101）

2.特点：

细胞分化是一种持久性变化。

3.原因：

细胞分化与基因选择性的表达有关。

4.意义：

在个体发育中，细胞分化能够增加细胞的类型，不同类型的细胞构成了生物体的组织和器官，执行不同的生理功能。

细胞分化是生物个体发育的基础，是生物界中普遍存在的生命现象。

二、细胞的全能性（阅读P102～104）

1.概念：

已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。

2.植物组织培养技术是利用植物细胞的全能性发展出来的。

具体地说，通过植物组织培养技术，可以将离体的植物组织或细胞（如植物的花药、根尖、茎尖、幼胚等）在适宜的条件下培养成完整的植株。

3.植物组织培养的意义：

可以在较短时间内繁殖大量的苗木，产生较好的经济价值。

一、细胞分化

1.细胞分化的实质

各种细胞具有完全相同的遗传物质，但不同的细胞中遗传信息的执行情况不同（基因的选择性表达），如图所示：

2.细胞分化的特点

（1）细胞分化发生在生物体的整个个体发育的进程中，说明细胞分化具有持久性。

（2）细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，说明细胞分化具有普遍性。

（3）研究表明：

将蛙的原肠胚时期将来发育成后肢的部分细胞移植到将来发育成背部的细胞中，这部分细胞不会随着周围细胞发育成背部，而是继续沿着原有的分化方向发育成一条后肢。

这种现象说明细胞分化具有不可逆性。

3.细胞分裂、分化与个体发育的关系

1.观察植物的不同组织和细胞：

用天竺葵的叶制作临时装片进行观察，将观察到的细胞与其形态结构进行连线。

（1）由上可知，同一片叶片中的不同细胞的形态结构和生理功能不同，但它们的最初来源都相同。

（2）在个体发育中，细胞分化能够增加细胞的类型，不同的细胞构成了生物体的组织和器官，执行不同的功能，所以细胞分化是生物个体发育的基础。

2.下表表示鸡的细胞所含有的基因和mRNA的种类，其中“＋”代表“有”，“－”代表“没有”。

　项目

类型　

卵清蛋

白基因

β珠蛋

白基因

胰岛素

基因

卵清蛋白

mRNA

β珠蛋白

mRNA

胰岛素

mRNA

输卵管

细胞

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

－

－

－

－

成红

细胞

＋

－

＋

－

＋

－

－

－

＋

－

－

－

胰岛B

细胞

＋

－

＋

－

＋

－

－

－

－

－

＋

－

表中信息显示三种不同细胞的mRNA不同，其原因是什么？

答案　原因是不同细胞中基因表达不同，即基因选择性表达的结果。

3.同一生物体的红细胞和肌细胞等体细胞的遗传信息相同吗？

为什么？

不同细胞合成的蛋白质不同的根本原因是什么？

答案　相同，因为都是由一个受精卵经有丝分裂而来。

基因的选择性表达的结果。

4.比较细胞分裂和分化，完善下表

项目

细胞分裂

细胞分化

细胞变化

细胞数目增多

细胞种类增多

发生时间

从受精卵开始

发生在整个生命进程中

意义

保持了亲代和子代之间遗传性状的稳定性

是生物体个体发育的基础

联系

（1）细胞分裂是细胞分化的基础，细胞的分裂与分化往往是相伴相随的

（2）随着细胞分化程度的增大，细胞的分裂能力逐渐下降

1.下列关于细胞分裂和细胞分化的叙述，错误的是（　　）

A.生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果

B.生物体通过细胞分化，细胞之间逐渐发生了稳定性的差异

C.细胞分裂是细胞分化的基础

D.细胞分化过程中细胞内的遗传物质发生了变化

问题导析　

（1）个体发育首先是细胞经有丝分裂使细胞数目增多，在此基础上，不同细胞选择表达不同的基因，从而实现细胞分化，但分化的细胞内含有相同的遗传物质。

（2）分裂是分化的基础，分化是基因选择性表达的结果。

答案　D

一题多变

判断正误：

（1）细胞分化是个体发育的基础。

（　　）

（2）单细胞生物的细胞分化现象更加明显。

（　　）

（3）细胞分裂是细胞分化的基础。

（　　）

（4）细胞分化过程中细胞内的遗传物质种类发生了变化。

（　　）

（5）细胞分化的方向在胚胎早期已经决定，一般不能逆转。

（　　）

（6）生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果。

（　　）

（7）细胞分化导致细胞的数目增加。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）√　（7）×

二、细胞的全能性

1.细胞全能性的原因

已分化的细胞一般都有一套和受精卵相同的遗传物质，因此，分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能。

2.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执行情况不同

含有本物种全套遗传物质

结果

形成形态、结构、功能不同的细胞

形成新的个体

大小比较

细胞分化程度有高低之分：

体细胞>生殖细胞>受精卵

细胞全能性有大小之分：

受精卵>生殖细胞>体细胞

关系

①两者的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

观察教材P103“胡萝卜组织块的离体培养过程”，尝试回答：

1.一个高度分化的韧皮部细胞如何形成一个完整植株呢？

这一现象说明了什么问题？

答案　经过细胞分裂和分化最终形成了完整的胡萝卜植株。

这说明植物细胞具有全能性。

2.植物细胞具有全能性的原因是什么？

答案　具有全能性的原因：

由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，因此已分化的细胞仍具有全部遗传信息。

3.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器官，组织培养时要加入多种营养物质和植物激素等，据此推测植物细胞全能性表达需要什么条件？

答案　离体；一定的外界条件。

4.动物细胞的全能性是怎样的？

试进行描述。

答案　动物细胞通常不能表现出全能性，但动物细胞核是具有全能性。

2.下列关于细胞全能性的理解，正确的是（　　）

A.从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有全能性

B.未脱离植株的幼叶，在适当的情况下能表现出全能性

C.在个体发育的不同时期，由于细胞内的基因发生变化，细胞不能表现出全能性

D.脱离了植株的芽，一定能表现出全能性

问题导析　

（1）生物体的每一个细胞都与受精卵具有相同的遗传物质，从理论上来说都具有全能性。

（2）离体的组织在适宜条件下才能表现出全能性。

在个体发育的不同时期，由于基因的选择性表达，导致细胞不能表现出全能性而形成不同的组织、器官。

答案　A

一题多变

判断正误：

（1）蜜蜂由未受精的卵细胞发育成雄蜂证明了动物细胞具有全能性。

（　　）

（2）壁虎断尾后重新长出尾部证明动物细胞具有全能性。

（　　）

（3）紫色糯性玉米种子培育出植株，证明了植物细胞的全能性。

（　　）

（4）细胞的全能性以产生个体为标志，若无个体产生，不能体现全能性。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√

1.下列与生物体正常生长发育密切相关的生理过程是（　　）

A.细胞分裂B.细胞分化

C.细胞生长D.A、B、C均是

答案　D

解析　生物体的生长与细胞分裂和细胞生长有直接关系；在细胞分裂的基础上通过细胞分化形成各种细胞，完成个体发育。

2.下列实例中，能体现细胞全能性的是（　　）

①用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育

的植株　②植物用种子进行繁殖　③用烟草组织培养的单个细胞培育出了可育的完整植株

A.①②B.①③

C.②③D.①②③

答案　B

解析　题中①和③都属已分化的体细胞经过培养形成可育的植株，体现了细胞的全能性；植物用种子繁殖后代，实际上是由一个受精卵，通过细胞的增殖和分化发育成新个体，所以是由未经分化的细胞（受精卵）发育成新个体的过程。

3.在上海世博会上，荷兰馆展出该国的国花郁金香，鲜艳夺目，它是用名贵的郁金香品种的茎尖细胞人工培育而成的。

这一培育技术反映了（　　）

A.细胞具有增殖的功能

B.细胞具有分化的功能

C.分化的细胞具有全能性

D.生物体具有顽强的生命力

答案　C

解析　植物组织培养体现了细胞的全能性，细胞全能性是细胞分化的基础。

4.细胞分化过程中不会出现的是（　　）

A.细胞的形态结构可能发生改变

B.细胞器种类和数量可能改变

C.蛋白质种类和数量会改变

D.细胞核中的遗传物质肯定改变

答案　D

解析　细胞分化过程中遗传物质不会改变。

5.下图是高等生物个体发育过程中发生的细胞变化，请仔细观察，回答问题：

（1）图示的高等生物其个体发育是从________开始的。

（2）由①到②，细胞的体积增大、数目增多，细胞经历了________和________的过程。

（3）由②到③，由于细胞________，细胞的______、______和________________发生了稳定性的差异，细胞的这种变化是基因在机体发育过程中____________的结果。

（4）若此过程发生在人体中，则由4种细胞构成的组织如：

小肠中具有吸收作用的________、组成真皮的__________、具有收缩特性的________和调节人体各种生命活动的________。

答案　

（1）受精卵

（2）细胞生长　细胞分裂

（3）分化　形态　结构　生理功能　选择性表达

（4）上皮组织　结缔组织　肌肉组织　神经组织

解析　由图示可以看出生物个体发育起源于同一细胞，就是受精卵，受精卵经过一次分裂形成两个相同的细胞，这两个细胞长大后再连续分裂、生长、分化，最后形成各种形态、结构、功能不同的细胞，组成各种组织，各种组织构成不同的器官执行不同的功能。

基础巩固

1.如图1、图2表示同一人体内的两种细胞，这两种细胞（　　）

A.组成元素种类相差很大

B.C元素含量一定相等

C.蛋白质的种类和含量相同

D.组成染色体的成分均是DNA和蛋白质

答案　D

解析　两种细胞均已分化，蛋白质的种类和含量均不同，C元素含量也不一定相等，但组成元素种类基本相同。

2.细胞分化不同于细胞增殖的主要特点是（　　）

A.细胞数量增多

B.细胞体积增大

C.细胞的化学成分含量的变化

D.能形成各种不同的细胞和组织

答案　D

解析　细胞分化会形成各种细胞，进而形成各种不同的细胞和组织。

3.细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列叙述不正确的是（　　）

A.老年人体内仍然存在着具有分裂和分化能力的细胞

B.分化后的不同组织细胞其蛋白质种类完全不同

C.细胞分化有利于提高多细胞生物各种生理功能的效率

D.造血干细胞分化形成白细胞的过程是不可逆的

答案　B

解析　分化后的不同细胞蛋白质种类部分不同，部分相同。

4.下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①～⑥为各个时期的细胞，a～c表示细胞所进行的生理过程。

据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A.与①细胞相比，②细胞的相对表面积增大，物质运输的效率增强

B.③④细胞均来源于早期胚胎细胞的有丝分裂，遗传物质相同，基因表达功能也将相同

C.⑤⑥细胞发生了细胞分化，这是基因选择性表达的结果

D.⑤⑥所在细胞遗传物质不同

答案　C

解析　细胞越大，相对表面积越小；③④来源相同，基因表达有差异；⑤⑥的遗传物质相同。

5.细胞的全能性是指（　　）

A.细胞具有全面的生理功能

B.细胞既能分化也能恢复到分化前的状态

C.已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能

D.已经分化的细胞全部能进一步分化

答案　C

6.细胞具有全能性，但在生物体内细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，原因是（　　）

A.细胞丧失了全能性

B.不同的细胞内基因不完全相同

C.基因的表达具有选择性

D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化

答案　C

解析　体内细胞不能表现出全能性是因为体内细胞基因的选择性表达。

巩固提升

7.人体的表皮细胞和神经细胞同属外胚层细胞的后代，但它们的形态、结构和生理功能却迥然不同。

这两种细胞的差异是稳定不变的，它们都不能恢复到原来外胚层细胞的形态和结构，这说明（　　）

A.细胞分化具有持久性

B.细胞分化一般是不可逆的

C.细胞分化是基因选择性表达的结果

D.分化的细胞仍具有全能性

答案　B

解析　人体的表皮细胞和神经细胞同属外胚层细胞的后代，其形态、结构和生理功能发生差异，这显然是细胞分化的结果。

细胞分化是稳定的，不可逆转的，并且在胚胎发育的早期细胞分化的方向就已确定，因此它们都不能恢复到原来外胚层细胞的形态和结构。

8.图中甲、乙、丙分别表示某人体内的几种细胞，它们的形态结构和功能各不相同的根本原因是（　　）

A.DNA的结构不同B.基因选择性表达

C.遗传物质不同D.线粒体结构不同

答案　B

解析　细胞形态、结构和功能不同是细胞分化的结果，而细胞分化的根本原因是基因选择性表达。

9.有人把细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”。

“管家基因”在所有细胞中表达，是维持细胞基本生命活动所必需的，“奢侈基因”在特定组织细胞中表达。

下列物质中属于“奢侈基因”表达产物的是（　　）

A.ATP水解酶B.血红蛋白

C.呼吸酶D.膜载体

答案　B

解析　血红蛋白只存于红细胞中。

10.科学家将人体皮肤细胞改造成了多能干细胞——“iPS细胞”，人类“iPS细胞”可以形成神经元等人体多种组织细胞。

以下有关“iPS细胞”的说法正确的是（　　）

A.iPS细胞分化为神经细胞的过程体现了细胞的全能性

B.iPS细胞有细胞周期，它分化形成的神经细胞一般不具有细胞周期

C.iPS细胞可分化形成多种组织细胞，说明“iPS细胞”不能再进行细胞分裂

D.iPS细胞可分化成人体多种组织细胞，是因为它具有不同于其他细胞的特定基因

答案　B

解析　iPS细胞分化为神经细胞，没有发育成一个完整的个体，故不能体现全能性；iPS细胞能分化成其他细胞，必须具有分裂能力；一个生物体内的各种细胞都具有相同的遗传信息。

11.据图回答问题：

（1）①→②、①→④的过程叫做________。

（2）①→③的过程叫做________。

（3）③→⑤的过程叫做________。

（4）②、③、④细胞的________、________、________不同，因此它们属于不同的________。

（5）①→⑤所示各细胞群中，具有分裂能力的是______（标号）所示的细胞群。

答案　

（1）细胞分化

（2）细胞分裂

（3）细胞生长

（4）形态　结构　生理功能　组织　（5）①③⑤

解析　①→②、①→④的过程中，细胞在形态、结构和生理功能上产生了稳定性差异，这种变化叫细胞分化。

①→③的过程中，一个细胞分裂成两个细胞，这是细胞分裂。

③→⑤的过程中，细胞的体积由小变大，这是细胞的生长。

①③⑤细胞群的细胞均有壁薄、质浓、核大、液泡小或无的特点，均具有分裂能力。

12.科学家将分离得到的成熟胡萝卜的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成完整的植株，如图所示。

请分析并回答下面的问题：

（1）科学家所用的技术称为________________。

（2）分离出来的胡萝卜细胞成为细胞团是通过________来完成的。

（3）细胞团中，相同的细胞在发育成胚状体和新植株的过程中，形态、结构和生理功能逐渐向不同方向变化，这种现象叫做__________。

（4）该实验说明植物细胞具有________。

（5）在整个过程中，细胞必须从培养基中获得________、________、________和________等营养物质。

答案　

（1）植物组织培养　

（2）有丝分裂

（3）细胞分化　（4）全能性

（5）水　无机盐　植物激素　糖类

解析　单个细胞发育成完整的新植株要先进行有丝分裂的增殖，再通过细胞分化在个体发育中使相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上产生稳定性差异。

成熟胡萝卜的韧皮部细胞是已经分化的细胞，仍然具有分化的潜能，称为细胞的全能性。

植物细胞在离体培养条件下，需提供适宜的营养和外界条件才能表现其全能性。

走进高考

13.同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种差异的主要原因是（　　）

A.二者所处的细胞周期不同

B.二者合成的特定蛋白不同

C.二者所含有的基因组不同

D.二者核DNA的复制方式不同

答案　B

解析　A项，神经细胞与肌细胞都是高度分化的细胞，一般情况下不再进行分裂，故都不存在细胞周期。

B项，同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上不同，源于基因的选择性表达，即在不同的时间和空间条件下合成了不同的蛋白质，因此二者合成的特定蛋白不同。

C项，同一动物个体的所有细胞都是通过受精卵的分裂和分化形成的，因此所含的基因组相同。

D项，DNA的复制方式是半保留复制，因此二者核DNA的复制方式相同。

14.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（　　）

　　　　　探针

细胞总RNA　　　　

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.输卵管细胞的基因组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

答案　B

解析　A项，根据题意和表中内容分析可知，β珠蛋白基因在成红细胞中表达，卵清蛋白基因在输卵管细胞中表达，丙酮酸激酶基因在三种细胞中都能表达，说明在成红细胞中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项，由于鸡的体细胞是由一个受精卵分裂、分化而来的，体细胞中的遗传物质相同，因此，输卵管细胞的基因组DNA中既有卵清蛋白基因，又有β珠蛋白基因，但β珠蛋白基因在输卵管细胞中因关闭而无法表达。

C项，由于丙酮酸激酶基因控制丙酮酸激酶的合成，与细胞呼吸有关，所以该基因的表达产物能够保障鸡的正常细胞呼吸，对维持鸡的基本生命活动中能量的供应起重要作用。

D项，同一生物体不同的体细胞中基因组成相同，功能不同是细胞中基因选择性表达的结果。

15.下列生命过程中，没有发生细胞分化的是（　　）

A.断尾壁虎长出新尾巴

B.砍伐后的树桩上长出新枝条

C.蝌蚪尾巴消失的过程

D.胚胎发育中出现造血干细胞

答案　C

16.如图所示的细胞类型转换过程为（　　）

A.细胞分裂B.细胞生长

C.细胞分化D.细胞融合

答案　C

解析　题干图示细胞形态发生稳定性差异，为细胞分化。