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【备考2023】高中生物新教材一轮复习学案
第13讲　细胞的分化、衰老和死亡
[素养目标]
举例说明细胞的分化、衰老、死亡等生命现象，提倡健康的生活方式。(生命观念、社会责任)
　细胞的分化及全能性
1．细胞的分化
[提醒]　同一个体的不同细胞中的遗传物质数量不一定相等
同一个体不同细胞的细胞核中遗传物质数量相等，细胞质中由于细胞分化导致线粒体、叶绿体等数量不等，因此细胞质中的DNA数量有所差别。
2．细胞的全能性
(1)细胞全能性：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)植物细胞的全能性
(3)动物细胞细胞核的全能性
(4)干细胞
1．(必修1 P118“思考·讨论”)同一人体内的上皮细胞、骨骼肌细胞、软骨细胞、神经细胞等都源自早期胚胎中一群彼此相似的细胞。(√)
2．(必修1 P119正文)肌细胞与红细胞中的基因、mRNA、蛋白质均不同。(×)
3．(必修1 P121正文)利用植物组织培养技术快速繁殖花卉、蔬菜的原理是植物体细胞的全能性。(√)
4．(必修1 P121正文)非洲爪蟾的蝌蚪肠上皮细胞核移植实验证明了动物体细胞具有全能性。(×)
5．(必修1 P121正文)脐带血中含有大量的干细胞，可以培养并分化成人体的各种血细胞。(√)
必修1 P119正文拓展：一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡。在什么条件下，这些分化的细胞不再保持分化后的状态呢？
提示：在离体人工培养条件下，高度分化的细胞能够脱分化恢复分裂和分化能力。
1．细胞分化的七个关键点[科学思维]
(1)细胞分化的标志
(2)细胞分化的实质
细胞分化的实质就是不同种类的细胞中遗传信息的执行情况不同，即基因的选择性表达。
(3)细胞分裂与细胞分化的区别和联系
(4)分化细胞表达的基因
(5)细胞分化的“变”与“不变”
(6)细胞分化过程中遵循的中心法则
(7)并非所有干细胞都要发生分化
干细胞分裂后一部分细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞；还有一部分保持分裂能力，用于干细胞本身的自我更新。
2．细胞分化与全能性的比较[科学思维]
项目 细胞分化 细胞全能性
原因 细胞内基因选择性表达 含有本物种全套遗传信息
结果 形成形态、结构、功能不同的细胞 形成完整有机体或其他各种细胞
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物质，因而都具有全能性； ②一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达；细胞分化程度越低，全能性就越高
突破点1　围绕细胞分化的理解与分析，考查生命观念
1．下列关于人体内细胞分化的叙述，错误的是(　　)
A．细胞分化是基因在不同时间或空间选择性表达的结果
B．细胞分化使细胞功能专门化，提高了各项生理功能的效率
C．细胞内合成了血红蛋白是造血干细胞分化为红细胞的标志
D．胚胎干细胞、成肌细胞及造血干细胞的分化程度依次降低
解析：胚胎干细胞是全能干细胞，造血干细胞是多能干细胞，成肌细胞是专能干细胞，可见，胚胎干细胞、造血干细胞及成肌细胞的分化程度依次升高，D错误。
答案：D
2．下列数据是人体部分器官中所表达基因的数目，有关叙述正确的是(　　)
器官或细胞 眼 唾液腺 皮肤 甲状腺 血细胞 心脏
所表达基因的数目 1 932 186 3 043 2 381 23 505 9 400
A.人体各器官所表达的基因数目不同，种类也完全不同
B．血细胞所表达的基因数目最多，说明其遗传物质相对含量较高
C．人体各器官表达的基因数目有差异，说明不同细胞内所含基因不同
D．不同功能的细胞表达的基因不相同，这与细胞具有不同功能相适应
解析：人体各器官所表达的基因种类有所不同，而不是完全不同，如人体所有器官都表达呼吸酶基因，A错误；由同一个受精卵发育而来的各个细胞含有相同的基因，故人体所有体细胞中遗传物质的相对含量相同，B、C错误。
答案：D
突破点2　围绕对细胞全能性与干细胞的理解与分析，考查生命观念
3．有关细胞全能性的叙述，正确的是(　　)
A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因发生了改变
D．将紫色糯性玉米种子培育成植株，可反映植物种子具有全能性
解析：植物体的体细胞和生殖细胞都具有发育成完整个体所必需的全套基因，A错误；植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是基因的选择性表达，而不是所含基因发生了改变，C错误；将紫色糯性玉米种子培育成植株，属于植物的自然生长过程，不能反映植物种子具有全能性，D错误。
答案：B
4．(多选)人体骨髓中存在少量属于多能干细胞的间充质干细胞(MSC)，如图为MSC分裂、分化成多种组织细胞的示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．组织细胞中的DNA和RNA与MSC中的相同
B．MSC不断增殖分化，所以与组织细胞相比不易衰老
C．MSC中的基因都不能表达时，该细胞开始凋亡
D．不同诱导因素使MSC分化形成不同类型的细胞
解析：人体不同组织细胞中的DNA与MSC中的相同，因组织细胞与MSC中表达的基因种类不完全相同，故组织细胞中的RNA与MSC中的不完全相同，A错误；MSC细胞分化程度较低，所以比组织细胞更不易衰老，B正确；细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，在凋亡过程中，促使细胞凋亡的基因需要表达，C错误；不同诱导因素可使MSC分化形成不同类型的细胞，D正确。
答案：BD
(1)“三看”法确认细胞“全能性”
(2)“四看”法判断细胞分化
1．人的胰岛B细胞和神经细胞的核基因的种类和数量是相同的，请分析原因。
提示：人的胰岛B细胞和神经细胞都来源于受精卵的有丝分裂和细胞分化，有丝分裂和细胞分化都不会改变核遗传物质。
2．可否用肌细胞代替干细胞在体外培育出组织、器官用于器官移植等，实现对临床疾病的治疗？说明理由。
提示：不能。动物细胞特别是高等动物细胞随着胚胎的发育，细胞分化潜能变窄。肌细胞是已分化的细胞，它通常不能转化为其他类型的细胞，因而不能用肌细胞代替干细胞在体外培育组织和器官。
　细胞的衰老和死亡
1．细胞衰老
(1)特征
[提醒]　老年人头发变白≠白化病
老年人头发变白与白化病的白发机理不同。老年人头发变白是酪氨酸酶活性降低，合成的黑色素减少所致；而白化病病人的白发是由于病人体内缺少酪氨酸酶。
(2)原因
①自由基学说
②端粒学说
(3)细胞衰老与个体衰老的关系
(4)意义：细胞衰老是人体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。
2．细胞死亡
1．(必修1 P123图6 8)衰老细胞内染色质收缩、染色加深，这样会影响DNA复制和转录。(√)
2．(必修1 P124正文)对单细胞生物来说，细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。(√)
3．(必修1 P125正文)正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。(√)
4．(必修1 P126正文)细胞凋亡受基因调控，不利于个体生长发育。(×)
5．(必修1 P126正文)蝌蚪尾的消失、被病原体感染的细胞的清除属于细胞凋亡。(√)
1．必修1 P127“思维训练”拓展：有人认为“细胞寿命与细胞分裂能力之间有明显对应关系——寿命越短的细胞，其分裂能力一定越强”，你认为题表数据是否支持上述观点？请分析说明。
提示：不支持。表中数据显示，细胞的寿命与分裂能力无明显对应关系。寿命短的细胞不一定能分裂(如白细胞)，寿命长的细胞可能能分裂(如平滑肌细胞)。
2．必修1 P127“拓展应用”：同样是血细胞，白细胞与红细胞的功能不同，凋亡的速率也不一样，白细胞凋亡的速率比红细胞快得多。细胞凋亡的速率与它们的功能有关系吗？请结合这一实例说明细胞凋亡的生物学意义。
提示：细胞凋亡的速率与它们的功能有关系。因为白细胞的功能是吞噬病菌等，所以白细胞凋亡的速率很快。细胞凋亡不仅保证了多细胞生物个体发育的正常进行，而且在维持生物体内部环境的稳定、抵御外界各种因素的干扰方面也都起着非常关键的作用。
1．细胞自噬与细胞凋亡[结构与功能观]
(1)细胞自噬
①概念：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用，这就是细胞自噬。
②意义：a.处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量；b.通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定；c.人类许多疾病的发生，可能与细胞自噬发生障碍有关，细胞自噬机制的研究对许多疾病的防治有重要意义。
(2)细胞凋亡
①概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。
②机理
(3)二者的区别与联系
①形态学上的区别：凋亡会使染色质固缩，染色加深，细胞膜内陷形成凋亡小体，最后细胞解体；自噬是形成双层膜的自噬泡，包裹细胞质内的物质，然后与溶酶体融合消化掉内容物。
②生理意义上的区别：凋亡是正常的细胞死亡途径，凋亡后，细胞必定死亡；自噬只是细胞在高胁迫的环境中的一种应急机制，旨在为自身提供营养或者降解错误折叠的蛋白等，不一定引起死亡。
③联系：有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。
2．细胞分化、衰老、凋亡、坏死的比较[科学思维]
实质 遗传物质的变化 结果 对机体 的影响
细胞分化 基因的选择性表达 遗传物质不发生改变　　 形成不同组织、器官 有利
细胞衰老 内因和外因共同作用的结果 遗传物质可能发生改变 细胞走向死亡 有利
细胞凋亡 由遗传机制决定的程序性调控 遗传物质不发生改变　　 细胞走向死亡 有利
细胞坏死 电、热、冷、机械等不利因素引起的，不受基因控制 遗传物质不发生改变 细胞走向死亡，同时伤害周围细胞，引发炎症等 有害
突破点1　
1．细胞衰老时，一部分发生衰老的细胞会被机体自身清除，但另一些衰老的细胞会随着时间的推移在体内积累增多，并分泌一些免疫刺激因子，导致低水平炎症，进而引起周围组织细胞衰老或癌变。下列相关叙述错误的是(　　)
A．衰老的细胞内水分减少，细胞核体积增大
B．细胞衰老时，细胞核中的染色质收缩、染色加深
C．低水平炎症的发生可促进机体对衰老细胞的清除
D．衰老细胞的细胞膜通透性改变，物质运输功能降低
解析：水分减少，细胞核体积增大属于细胞衰老的特征，A正确；细胞衰老时，细胞核中的核膜内折，染色质收缩、染色加深，B正确；低水平炎症的发生会引起周围组织细胞衰老或癌变，不能促进机体对衰老细胞的清除，C错误；衰老细胞的细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低，D正确。
答案：C
2．自由基学说是一种细胞衰老假说。如图是自由基学说示意图，下列有关叙述正确的是(　　)
A．过程②①引起的作用效果属于负反馈调节
B．若过程③使酪氨酸酶活性降低，将引起白化病
C．若过程③使细胞膜上葡萄糖的载体活性下降，葡萄糖将会自由进出细胞
D．过程④可能导致细胞膜上的蛋白质种类或数量发生改变
解析：自由基攻击磷脂分子会产生更多的自由基，该过程属于正反馈调节，A项错误；白化病是由基因突变导致酪氨酸酶不能合成引起的，在全身所有相关细胞内酪氨酸酶都缺失，而自由基攻击导致的酪氨酸酶活性下降只发生在局部细胞内，B项错误；细胞膜上的葡萄糖载体蛋白能运送葡萄糖进入细胞，若载体活性下降，则葡萄糖进入细胞的速率会减慢，C项错误；过程④自由基攻击DNA可能会引起基因突变，基因突变可能会导致蛋白质种类或数量发生改变，D项正确。
答案：D
突破点2　围绕细胞的死亡，考查生命观念与社会责任
3．下列关于细胞凋亡的叙述，不正确的是(　　)
A．一般情况下，细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控
B．细胞凋亡是在不利因素影响下，由细胞正常代谢受损或中断引起的
C．脊椎动物神经系统在发育过程中约有50%的细胞凋亡，说明细胞凋亡对多细胞生物体完成正常发育起着非常关键的作用
D．白细胞凋亡的速率比红细胞快，说明细胞凋亡的速率与细胞的功能有关
解析：细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命活动的过程。在不利因素影响下，由细胞正常代谢受损或中断引起的细胞损伤和死亡是细胞坏死，B错误。
答案：B
4．(多选)下面为动物机体的细胞凋亡及清除示意图。据图分析，下列相关叙述正确的是(　　)
―→
A．①过程表明细胞凋亡是特异性的，体现了生物膜的信息传递功能
B．②过程中凋亡细胞被吞噬表明细胞凋亡是细胞被动死亡过程
C．细胞凋亡过程中有新蛋白质合成体现了基因的选择性表达
D．凋亡相关基因也存在于分裂旺盛的细胞中，对动物完成正常发育发挥重要作用
解析：分析题图可知，①是凋亡诱导因子与膜受体结合，受体具有特异性，因此①过程表明细胞凋亡是特异性的，体现了生物膜的信息传递功能，A项正确；分析题图可知，细胞凋亡是细胞的编程性死亡，是主动死亡的过程，B项错误；细胞凋亡过程中有新蛋白质合成，体现了基因的选择性表达，C项正确；凋亡相关基因是机体固有的，在动物生长发育过程中的不同时期表达，发挥重要作用，D项正确。
答案：ACD
1．细胞衰老过程中细胞代谢会减慢，原因有______________________。
提示：水分减少，多种酶活性降低，细胞膜通透性改变，染色质收缩等
2．老年人体内有没有幼嫩的细胞？年轻人的体内有没有衰老的细胞？
提示：老年人体内仍会有幼嫩的细胞，如精原细胞仍能增殖产生精子、造血干细胞一生都能增殖产生各种类型的血细胞；年轻人体内也有衰老的细胞，如皮肤表皮细胞衰老形成角质层细胞，最后细胞凋亡、脱落。
[构建知识网络]
[强化生命观念]
1．细胞分化：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．细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整有机体或分化成各种细胞的潜能和特性。
3．干细胞：动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
4．细胞凋亡：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，也常常被称为细胞程序性死亡。
5．细胞分化的实质是基因的选择性表达，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同。
6．细胞分化的意义：①是个体发育的基础；②使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。
7．在成熟的生物体中，细胞的自然更新，某些被病原体感染的细胞的清除，也是通过细胞凋亡完成的。
真题再现　感悟考情
1．(2021·广东卷)研究表明，激活某种蛋白激酶PKR，可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡。下列叙述正确的是(　　)
A．上述病毒感染的细胞凋亡后其功能可恢复
B．上述病毒感染细胞的凋亡不是程序性死亡
C．上述病毒感染细胞的凋亡过程不受基因控制
D．PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究
解析：被病毒感染的细胞凋亡后，其功能不可恢复，A错误；由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，因此它是一种程序性死亡，B错误；细胞凋亡过程受基因控制，C错误；PKR激活剂可以激活蛋白激酶PKR，蛋白激酶PKR能诱导被病毒感染的细胞发生凋亡，使病毒失去藏身之所，进而使病毒被免疫系统消灭清除，所以PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物进行研究，D正确。
答案：D
2．(2021·河北卷)关于细胞生命历程的叙述，错误的是(　　)
A．细胞凋亡过程中不需要新合成蛋白质
B．清除细胞内过多的自由基有助于延缓细胞衰老
C．紫外线照射导致的DNA损伤是皮肤癌发生的原因之一
D．已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性
解析：细胞凋亡是由基因控制的细胞自动结束生命活动的过程，具体体现在相关基因控制一些水解酶的合成，A错误；细胞衰老的自由基学说认为，自由基是引起细胞衰老的因素之一，清除细胞内过多的自由基有助于延缓细胞的衰老，B正确；紫外线、X射线及其他辐射可以通过损伤细胞的DNA引起皮肤细胞癌变，C正确；已分化的动物细胞全能性表达困难，但若将已分化的动物细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中，其可表达全能性，这说明已分化的动物细胞的细胞核具有全能性，D正确。
答案：A
3．(2021·浙江卷)将蝌蚪肠细胞的细胞核移植到去核的蛙卵中，形成重建的“合子”。有些“合子”发育成正常的蝌蚪，而单独培养肠细胞却不能发育成蝌蚪。下列叙述错误的是(　　)
A．肠细胞不能表达全能性是受某些物质的限制
B．“合子”第一次分裂后形成的细胞已失去全能性
C．“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着细胞分化
D．细胞核具有全能性是由于其含有该物种的全套基因
解析：动物细胞在分化过程中，细胞内的物质组成和化学成分发生了改变，导致动物体细胞受某些物质的限制而不能表达出全能性，A正确；“合子”发育即胚胎发育，在胚胎发育的早期(如卵裂期)，细胞还没有分化，胚胎细胞仍然具有全能性，B错误；“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着细胞分化，C正确；动物细胞核具有全能性，其根本原因是细胞核内含有该物种的全套基因，D正确。
答案：B
4．(2020·江苏卷)下列关于细胞生命活动的叙述，正确的是(　　)
A．高度分化的细胞执行特定的功能，不能再分裂增殖
B．癌变细胞内发生变异的基因都不再表达
C．正常组织细胞在体外长时间培养，一般会走向衰老
D．凋亡细胞内有活跃的基因表达，主动引导走向坏死
解析：高度分化的细胞也可以进行增殖，如精原细胞等，A项错误；癌变细胞内已变异的基因也可以表达，使细胞表现出癌细胞的特征，B项错误；正常组织细胞长时间在体外培养，一般会走向衰老，C项正确；细胞凋亡是由基因控制的细胞程序性死亡，不是细胞坏死，D项错误。
答案：C
5．(2020·海南卷)下列关于人体造血干细胞的叙述，错误的是(　　)
A．造血干细胞比胚胎干细胞的分化程度高
B．造血干细胞分化产生的B细胞在胸腺中发育成熟
C．造血干细胞可不断增殖和分化，捐献造血干细胞不影响人体健康
D．造血干细胞移植是治疗白血病的有效手段
解析：造血干细胞可以分化成红细胞、白细胞和血小板，胚胎干细胞可以分化为任何一种组织细胞，所以造血干细胞分化程度更高，A正确；造血干细胞分化产生的T细胞在胸腺中发育成熟，B细胞在骨髓中成熟，B错误；骨髓中的造血干细胞可不断增殖和分化，捐献后可以由分裂得到补充，所以捐献造血干细胞不影响人体健康，C正确；造血干细胞移植可以取代白血病患者病变的造血干细胞，是治疗白血病的有效手段，D正确。
答案：B

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