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第6章 细胞的生命历程
第一节 细胞的增殖
细胞增殖与细胞周期
生物体的生长与细胞的关系：
细胞增值：
概念：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。
意义：细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
过程：包括物质准备和细胞分裂两个相连续的过程，细胞增殖具有周期性。
细胞周期要点：
概念：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。
适用范围：连续分裂的细胞
时间起止：起点：一次分裂结束时；终点：下一次分裂结束时
两个阶段：分裂间期：主要完成DNA的复制和有关蛋白质的合成，细胞有适度的生长。分裂期：通过染色体平均分配，完成细胞的分裂。
长短：不同细胞的细胞周期，时间长短各不相同。
易错点：
只有连续分裂的细胞才有细胞周期，如发育中的受精卵、根尖分生区细胞等。
细胞周期必须是分裂间期在前，分裂期在后，不能颠倒。
一些外界因素，如温度、pH等会影响细胞周期的长短。
有丝分裂
高等植物有丝分裂过程
时期 高等植物细胞示意图 动物细胞示意图 主要特点 记忆口诀
分裂间期 完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的增长。每条染色体经复制后形成两条完全一样的姐妹染色单体，动物细胞还完成中心粒的倍增 复制合成有单体
有丝分裂（分裂期） 前期 核仁消失，核膜解体；出现染色体（散乱分布）；植物细胞从细胞两极发出纺锤丝，进而形成纺锤体；动物细胞两组中心粒分别移向细胞两级，发出星射线，形成纺锤体。 膜仁消失现两体
中期 染色体的着丝粒排列在赤道板位置上，染色体形态稳定，数目清晰（观察染色体的最佳时期） 形定数晰赤道齐
后期 每个着丝粒一分为二，每条染色体的两条姐妹染色单体分开，成为两条子染色体。（染色体数目加倍，单体数为零） 纺锤丝收缩，牵引着子染色体向细胞两级移动，形成两套数目和形态完全相同的染色体 粒裂数增均两级
末期 染色体变成染色质丝，纺锤体消失，核膜核仁重新出现。植物细胞在赤道板位置出现细胞板，进而形成新的细胞壁，最后一个细胞分裂为两个子细胞；动物细胞细胞膜从细胞的中部向内凹陷，一个细胞缢裂成两个子细胞 膜仁重现失两体
注意事项：
赤道板只表示一个位置，不是真实存在的结构。而细胞板是一种结构在显微镜下可以看见。
分裂间期为分裂期作活跃的物质准备，分裂间期结束后，开始进行有丝分裂。有丝分裂不包括分裂间期。
染色体和染色质是同一物质不同时期的两种形态。
动物细胞与高等植物细胞周期过程的比较
有丝分裂的特点与意义
特点：
注意：染色体平均分配会使DNA平均分配，是指细胞核中的DNA平均分配，而细胞质中的DNA在分裂时是随机分配的，如线粒体DNA。
意义：将亲代细胞的染色体经过复制之后，精确地平均分配到两个子细胞中，由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。
无丝分裂
过程：细胞核延长 核缢裂 细胞质缢裂 形成两个细胞
特点：没有出现纺锤丝和染色体变化，但是染色质、DNA也要进行复制，并且细胞要增大
实例：蛙的红细胞的无丝分裂
细胞周期中细胞内染色体、染色单体、核DNA分子等的规律性变化
ab 段变化的原因：分裂间期，DNA分子的复制，DNA数目加倍
cd 段变化的原因：有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成子染色体，染色体数目加倍。
ef 段变化的原因：有丝分裂末期，一个细胞分裂形成两个子细胞
ab 段变化的原因：分裂间期，DNA分子的复制，一条染色体上出现两条姐妹染色单体。
cd段变化的原因：有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成子染色体。
观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
实验原理：
选材 在高等植物内，有丝分裂常见于根尖、芽尖等分生区细胞
染色 染色质（体）容易被碱性燃料（如甲紫溶液，旧称龙胆紫溶液）着色，便于观察
时期确定 各个细胞的分裂是独立进行的，在同一分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞，可以利用高倍显微镜，根据染色体的形态和数目，识别细胞有丝分裂的不同时期
其中分生区细胞呈正方形，排列紧密。分生区有较多细胞处于分裂期，适宜作为有丝分裂观察材料。
方法步骤：
实验的选材及注意事项
实验材料的选择 类型 选取细胞周期短、分裂期占细胞周期比例相对较大的材料
部位 选取分裂旺盛的部位（如根尖、芽尖的分生区）
时间 选择分裂旺盛的时间
操作注意事项 解离时间 太短 细胞解离过轻，压片时细胞不易分散
过长 细胞解离过度、根尖过分酥软，影响染色和制片
漂洗时间 适宜 洗去多余的盐酸，防止因解离过度而影响染色和制片
染色时间 太短 染色体或染色质不能完全着色
太长 使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体
压片 过轻 细胞未分散开
过重 将组织压烂
显微镜观察 细胞状态 显微镜下观察的都是死细胞，不能看到动态变化
细胞数目 处于分裂间期的细胞数目最多，原因是分裂间期历时最长
最佳观察时期 中期，原因是中期染色体形态稳定、数目清晰
第二节 细胞的分化
细胞分化及其意义
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。
过程及实质：细胞中基因的选择性表达（不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同）。
特点
普遍性 在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础
持久性 发生在生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度
相对稳定性（不可逆性） 一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡
遗传物质不变性 一般情况下，分化后的细胞内遗传物质不发生改变
结果：形成不同形态、结构、功能的细胞，不同类型的细胞构成不同的器官和组织。
意义：①是个体发育的基础，能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官；②使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
从不同水平理解细胞分化
细胞分化 细胞水平 细胞形态、结构和生理功能上发生稳定性差异
细胞器水平 细胞器的数目及细胞质基质成分发生变化
分子水平 蛋白质种类、数量、功能发生变化
分子水平 基因的选择性表达（细胞分化的根本原因）
说明：基因控制RNA和蛋白质的合成，基因的选择性表达会使RNA和蛋白质的种类和数量发生改变。
二、 细胞的全能性
概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化为其他各种细胞的潜能和特性。
实例：① 植物的组织培养，得出结论：高度分化的植物细胞具有全能性。
② 克隆动物的培育（动物体细胞核移植），得出结论：已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。
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。② 实例：全能干细胞（胚胎干细胞）、多能干细胞（造血干细胞）、专能干细胞（神经干细胞）
三、 比较细胞分裂、细胞分化与细胞全能性
细胞分裂与细胞分化的比较
类别 细胞分裂 细胞分化
时间 从受精卵开始 发生在整个生命过程中
结果 细胞数量增多，生成相同的细胞 细胞种类增多，生成不同的细胞，形成组织和器官
意义 重要的生命活动，生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础 生物体发育的基础；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
关系 细胞分裂时=是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的；一般来说，分化程度越高，细胞的分裂能力就越低
细胞分化与细胞的全能性的比较
类别 细胞分化 细胞全能性
原理 细胞内基因选择性表达 已分化的细胞依旧含有本物种的全套遗传信息
特点 持久性；不可逆性；普遍性；遗传物质不变性 高度分化的植物细胞具有全能性；已分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性
结果 形成形态、结构、功能不同的细胞 产生完整的有机体或分化为其他各种细胞
大小（程度）比较 细胞分化程度有高低之分： 高低分化的体细胞＞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 一般来说，两者的遗传物质都不发生变化；一般来说，细胞分化程度越低，全能性越高；分化程度越高，全能性越难以表达
第三节 细胞的衰老和死亡
细胞的衰老
细胞衰老的概念：细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。
细胞衰老的特征：① 水分减少——细胞萎缩，体积变小；② 多种酶的活性降低——呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢；③ 细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低；④ 细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深；⑤ 细胞内色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递。
衰老细胞影响个体的表现
细胞衰老的原因
自由基学说
端粒学说
细胞衰老和个体衰老的关系
单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡
多细胞生物：细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡并不是一回事。多细胞生物体内的细胞总是在不断更新着，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态。从总体上看，个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
细胞衰老的意义
有利： 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。
有害：众多细胞的衰老会导致人体的衰老，会出现免疫力下降、适应环境能力减弱等现象。
二、 细胞的死亡
1. 细胞死亡的方式
细胞死亡包括凋亡和坏死等方式，其中凋亡是细胞死亡的一种主要方式。
2. 细胞凋亡
概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫细胞凋亡。是细胞内遗传机制程序性调控的结果，又叫细胞程序性死亡。
实例：人体和蝌蚪尾的消失（细胞的自动死亡）；胎儿手发育过程中，手指连接处细胞的自动死亡；脊椎动物神经系统在发育过程中，约有50%的细胞凋亡；清除受损、突变、衰老的细胞；某些被病原体感染的细胞的清除。
意义：完成正常生长发育，维持内部环境的稳定，抵御外界因素的干扰。
3. 细胞坏死
概念：指在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由于细胞的正常代谢活动受损或中断，从而引起细胞的损伤和死亡。
实例：烫伤的皮肤细胞的死亡；骨折后骨细胞的死亡；吸烟者肺部细胞因尼古丁作用的死亡
4.细胞自噬
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。
对象：受损或功能退化的细胞结构等。
作用：在营养缺乏条件下，获得维持生存所需的物质和能量，克服营养缺乏条件；细胞受到损伤或衰老时，清除受损或衰老的细胞器；微生物入侵时，清除感染的微生物和毒素。
有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。
三、 细胞凋亡和细胞坏死的比较
类别 细胞凋亡 细胞坏死
原因 正常生理变化 病理性变化或剧烈损伤
范围 多为单个细胞 大片组织或成群细胞
细胞膜 内陷 破损
细胞器形态 无明显变化 肿胀
细胞体积 收缩变小 肿胀变大
炎症反应 无炎症反应 引发炎症

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