高一生物-细胞分化和细胞的全能性

1.细胞分化中细胞内的遗传物质是否发生改变？提示：分化的细胞是通过有丝分裂产生的，其核内遗传物质完全相同，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，遗传物质并没有发生改变。2.人体血液中每时每刻都有血细胞在死亡，但是血液中各种血细胞的数量却基本保持不变，为什么?提示：骨髓造血干细胞不断增殖产生新细胞，并分化成相应的血细胞，维持了血细胞总量基本不变。3.由同一受精卵发育来的叶肉细胞、表皮细胞、储藏细胞为什么形态、结构、功能各不相同?上述细胞的DNA数目、结构有何关系?提示：(1)是细胞分化的结果，由于基因的选择性表达，导致细胞在形态、结构、功能上出现差异。(2)上述细胞由同一受精卵发育而来，因此细胞的DNA数目、结构相同。4．细胞分化发生在生物体的什么时期？提示：生物体的整个生命进程中。5．细胞分化与细胞分裂有何联系？提示：（1）细胞的分裂与分化往往是相伴相随的，常常表现出边分裂边分化的现象；（2）随着细胞分化程度的增进，细胞的分裂能力逐渐下降，最后高度分化的细胞同时失去了分裂能力，这种现象从另一个侧面也反映出两者之间的伴随关系；（3）细胞的分化并不是单个细胞或少数细胞的孤立变化，而必须以细胞增殖生成的一定数量的细胞作基础。细胞分化与细胞内遗传物质变化(1)从最终来源看，生物体不同细胞均来自受精卵的有丝分裂，由于有丝分裂中遗传物质几乎不发生变化，因而，同一生物体内不同细胞含有几乎相同的遗传物质。(2)在个体发育过程中，由于各种因素的影响，在基因调控下，不同部位的不同细胞在不同时期选择表达不同的基因，合成不同的蛋白质，使细胞表现不同的形态及生理特性。分化能力与分化程度的关系两者成反比关系：（1）分化程度越高，分化能力越低；（2）分化能力越高，证明分化程度越低。典例细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果。下列属于奢侈基因的是A．血红蛋白基因B．ATP合成酶基因C．呼吸酶基因D．核糖体蛋白基因（1）细胞分化是基因选择性表达的结果；（2）血红蛋白基因只在红细胞中才进行表达。【规范解答】选A。奢侈基因既然是选择性表达，说明它只在特定细胞内表达。血红蛋白基因只在红细胞内表达，因此血红蛋白基因是奢侈基因。而ATP合成酶、呼吸酶、核糖体蛋白广泛存在于多种细胞中，其基因的表达不具有选择性，因此这些基因不是奢侈基因。1．细胞的全能性指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能，这里为什么强调“潜能”二字？提示：分化后的细胞尽管在形态、结构、功能上发生了变化，但仍保留着保持本物种遗传特性的全套基因，基因并未因分化而丢失或改变，所以高度分化的细胞仍然具有发育成完整个体的能力，要真正实现全能性的表达，往往需要给予一定的条件，这种潜在的能力才可以实现表达。2.结合教材P88图5-7思考：该实验能证明植物细胞具有生长发育的全能性吗？为什么？提示：能。植物体中单个已经分化的细胞具有发育成完整个体的全部遗传物质，在适宜条件下，具有发育成完整新植株的潜能。3.为什么已分化的细胞仍具有全能性？提示：已分化的细胞都由受精卵经有丝分裂而来，都具有和受精卵相同的全套遗传物质。4.干细胞具有一定的分裂和分化能力，随着医学技术的发展，人们有望通过诱导干细胞发育成特定的组织或器官，此技术将会给需要器官移植的患者带来福音。根据以上材料，思考下列问题：（1）诱导干细胞发育成特定的组织或器官是否体现了细胞的全能性？提示：不能体现出全能性。因为只是发育形成组织或器官，而没有发育成完整个体。（2）总结判断体现细胞全能性的条件。提示：判断体现全能性需满足以下两个条件:①发育的起点是高度分化的组织或细胞。②发育的终点是完整的生物个体。1.细胞在生物体内没有表现全能性的原因在生物体内细胞不表现全能性，而是分化为不同的组织、器官，其原因在于基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。2.实现植物细胞全能性的条件离体（必要条件）、一定的营养物质（水、无机盐、维生素、氨基酸等）、激素（细胞分裂素、生长素）、适宜的条件（适宜的温度、pH）。【特别提醒】①细胞全能性是植物组织培养的理论基础，早期胚胎细胞和干细胞都具有明显的全能性。②在同一生物体内，不同部位的细胞核的遗传物质都是一样的，但是在个体发育的不同时期，细胞内表达的基因是不相同的，合成的蛋白质分子也不一样，从而形成了不同的组织器官。【拓展链接】愈伤组织与胚状体愈伤组织的形态发生方式主要有不定芽方式和胚状体方式两种。（1）不定芽方式是在某些条件下，愈伤组织中的分生细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根。（2）胚状体方式是由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。这种由愈伤组织中的薄壁细胞不经过有性生殖过程，直接产生类似于胚的结构，叫做胚状体。典例将分离得到的成熟的胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成完整的新植株，如图所示。请分析：(1)所用的生物技术称为_______技术。(2)分离出来的胡萝卜根的韧皮部细胞成为愈伤组织是通过_______分裂方式来完成的。(3)愈伤组织中相同的细胞在发育成胚状体和植株的过程中，形态结构和生理功能逐渐向不同方向变化，这种现象称为____________。(4)该实验说明_________________。(5)该试管苗的形成经历了____________等几个过程。解答本题时注意以下三点：（1）植物组织培养的原理是细胞的全能性；（2）植物组织培养通过脱分化形成愈伤组织，再分化形成胚状体，然后发育成幼苗；（3）植物组织培养需要离体细胞及适宜的营养物质和外界条件。【规范解答】(1)由离体的器官、组织或细胞，利用植物细胞的全能性发展起来的快速繁殖植物的新技术称为植物组织培养技术。(2)分离出的单个细胞首先通过脱分化和分裂形成愈伤组织，再经过再分化形成胚状体。(3)同一种类型的细胞经细胞分裂后，逐渐在形态结构和生理功能上形成稳定性的差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化。(4)植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。(5)该试管苗的形成需先经细胞分裂形成愈伤组织，再经细胞分化形成各种组织、器官。答案：(1)植物组织培养（2）有丝(3)细胞分化（4）已分化的植物细胞仍具有全能性（5）细胞分裂、细胞分化、组织器官的形成、新个体的形成植物细胞潜在的全能性在生物体上无法表现，只能在离体的条件下才能表现。1.细胞分化与细胞增殖的主要不同是（）A.细胞的数量增多B.细胞的形态、结构相同C.细胞的生理功能上相似D.相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程【解析】选D。细胞分化是在个体发育过程中，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．下列实例中能体现细胞全能性的是（）①用胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株②植物用种子繁殖后代③用烟草某种组织培养出了可育的完整植株A．①②B.①③C.②③D.①②③【解析】选B。细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。其中①和③都是属于由分化的细胞或组织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，实际上就是由一个受精卵，通过细胞的增殖和分化发育成的新个体，所以是由未经分化的细胞（受精卵）发育成新个体的过程，因此不能体现细胞的全能性。3.在细胞工程中，需要利用细胞的全能性。下列细胞中全能性最高的是（）A.胡萝卜的韧皮部细胞B.水稻的花粉C.绵羊的乳腺细胞D.大白鼠的受精卵【解析】选D。胡萝卜韧皮部细胞属于体细胞，水稻的花粉细胞属于生殖细胞，大白鼠的受精卵全能性高于生殖细胞和胡萝卜韧皮部细胞。绵羊的乳腺细胞全能性受到限制。4.（2010·广东高考改编）骨髓移植是治疗白血病常用的有效方法之一，最主要的原因是移植骨髓中的造血干细胞可在患者体内（）A.正常生长B.增殖并分化成多种细胞C.杀死癌细胞D.杀死各种病原菌【解析】选B。白血病又称血癌，病人产生大量的异常白细胞，而正常的白细胞、红细胞和血小板产生量减少。移植骨髓中的造血干细胞可以增殖分化形成各种血细胞，因此骨髓移植是目前治疗白血病的一种比较有效的方法。5.将植物的离体细胞培养成一株完整植物体是利用（）A.细胞的分裂B.细胞分化C.细胞的全能性D.细胞的生长【解析】选C。将离体的植物细胞、组织或器官培养成一株完整的植物体的原理是植物细胞的全能性。在其生长、发育的过程中，包含细胞的分裂、分化和生长等生理现象。6.细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列叙述正确的是（）①细胞分化就是细胞在形态结构和生理功能上发生稳定性差异的过程②分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果③未离体的体细胞一般不会表现出全能性④分化过程中遗传物质会改变A.①②B.①②③C.②③④D.①②③④【解析】选B。细胞分化是同一种类型的细胞经细胞分裂后，逐渐在形态结构和生理功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类群的过程，所以①正确。对于所有的体细胞来说，它们都是由一个受精卵发育而来，其遗传物质完全相同，并未发生改变,只是不同的细胞在个体发育的不同阶段，其遗传信息的表达不同导致其形态、结构和生理功能出现差异，所以②正确，④错误。未离体的体细胞由于受机体基因组的控制，一般不会表现出全能性，故③正确。7.如图是高等生物个体发育过程中细胞发生的变化，请仔细观察，回答问题。（1）图示的高等生物个体发育是从______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。【解析】（1）高等生物个体发育的起点是受精卵。细胞分裂、细胞分化形成不同的组织、器官和系统，进而发育成完整的生物体。（2）细胞生长过程中细胞体积增大，细胞数目增多。①到②为细胞增殖，②到③为细胞分化。（3）细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞分化的结果是形成了不同形态、结构及功能的细胞。答案：（1）受精卵（2）生长分裂（3）分化形态结构生理功能选择性表达一、选择题（本题包括7小题，每小题4分，共28分）1.生物体内既具有分化能力又具有全能性的细胞是（）A.神经细胞B.心肌细胞C.红细胞D.早期胚胎细胞【解析】选D。生物体内的神经细胞、心肌细胞和红细胞都是高度分化的细胞，不具有分化能力，而早期胚胎细胞是由受精卵分裂形成的，由彼此相似的细胞组成，尚未分化，在以后的个体发育中，经过细胞分化，形成不同类型的细胞和组织。2.有关细胞分化的叙述，正确的是（）A．种子形成幼苗与细胞的分裂和分化直接相关B．红细胞的形成与基因表达有关而与细胞分化无关C．胡萝卜叶肉细胞脱分化形成愈伤组织后不具有全能性D．肌肉细胞的产生与细胞分化无关【解析】选A。种子萌发的过程是细胞分裂和分化的过程，通过细胞分化形成植物体的各种器官，A正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达；愈伤组织是由胡萝卜叶肉细胞通过有丝分裂形成的，具有全能性；肌肉细胞的产生是细胞分化的结果。3.一般情况下，下列细胞中分化程度由高到低的顺序依次是（）①卵细胞②受精卵③胚胎干细胞④造血干细胞⑤神经细胞A．⑤①②③④B．①⑤③④②C．②③④①⑤D．⑤①④③②【解析】选D。细胞全能性由高到低依次是受精卵、胚胎干细胞、造血干细胞、卵细胞、神经细胞；细胞分化程度由高到低依次是神经细胞、卵细胞、造血干细胞、胚胎干细胞、受精卵。【规律方法】细胞全能性大小比较（1）植物细胞动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）；（2）受精卵生殖细胞（配子、精子、卵细胞）体细胞；（3）幼嫩的细胞衰老的细胞；（4）体细胞：分化程度低的分化程度高的；（5）细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。4.近日，科学家发现一种新干细胞，可发育成心肌组织。有关干细胞说法正确的是（）A．心脏干细胞分化形成心肌组织的过程表现了细胞的全能性B．造血干细胞分化形成各种血细胞的过程是不可逆的C．心脏干细胞可以分化形成各种组织、器官D．心脏干细胞的全能性与受精卵的全能性相同【解析】选B。细胞的全能性是指已