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第六章 细胞的生命历程
目录
细胞的增殖
第一节
细胞的分化
第二节
细胞的衰老和死亡
第三节
1、问题探讨
非洲象
高4.5m ，重8-11吨
蓝鲸
长 25m，重 150吨
小鼠
重300g
（1）请推测象与鼠相应器官或组织的细胞大小是否也有很大差异。
象与鼠相应器官和组织的细胞在大小上无明显差异。
（2）生物体的长大，是靠细胞数量的增多还是靠细胞体积的增大？
生物体的生长，既靠细胞分裂增加细胞的数量，还要靠细胞生长增大细胞的体积。
2、细胞增殖的概念、意义、过程
概念：
细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程，叫作细胞增殖。细胞分裂是一个细胞分成两个细胞的过程
意义：
细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础
过程：
细胞增殖包括物质准备和细胞分裂两个相连续的过程。物质准备—细胞分裂—物质准备—再细胞分裂
…
物质准备
再分裂
分裂一次
物质准备
分裂
分裂一次
3、细胞周期的定义、阶段
定义：
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
阶段:
分裂间期
分裂期
物质准备
细胞适度的生长
(前、中、后、末）
90%-95%
5%-10%
①“连续分裂的细胞” 才具有细胞周期；
②间期在前，分裂期在后；
③间期长，分裂期短；
④以分裂完成时为“界限”。
Ａ
Ｂ
分
裂
间
期
分
裂
期
4、问题探讨
细胞类型 分裂间期 分裂期 细胞周期
蚕豆根尖分生区细胞 15.3 2.0 17.3
小鼠十二指肠上皮细胞 13.5 1.8 15.3
人的肝细胞 21 1 22
人的宫颈癌细胞 20.5 1.5 22
结论：
（1）不同细胞的细胞周期不同
（2）同种生物不同部位细胞的周期大致相同
（3）细胞周期分为分裂间期和分裂期，分裂间期较长(90%-95%)
复制
着丝粒
姐妹染色单体
缩短加粗，螺旋化
着丝粒分裂
姐妹染色单体
染色体数
染色单体数
DNA数
1
0
1
1
2
2
1
2
2
2
0
2
细胞中的染色体数目，以着丝粒的多少为准
DNA分子数以条形结构的数量为准
5、细胞周期中染色体的变化
6、植物细胞有丝分裂的过程
间期
前期
中期
后期
末期
子细胞
活跃的物质准备：
① 主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成
②细胞有适度的生长：DNA数目加倍，出现染色单体，染色体数目不变
① 核膜消失、核仁解体；
② 细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体。染色质→染色体;（染色体散乱分布）
① 着丝粒排列在细胞中央的一个平面—赤道板上(实际不存在的)；
② 染色体形态固定，数目清晰。
① 着丝点分裂，姐妹染色单体分开；
② 染色单体消失，染色体数目加倍；
③ 染色体平均分配到两极。
① 染色体消失，纺锤体消失；
②核膜出现，核仁出现 ；
③ 赤道板位置出现细胞板形成细胞壁。
一个细胞分裂为两个子细胞，每个子细胞中含有的染色体数目与亲代细胞相等。
膜仁消失现两体
形定数清赤道齐
粒裂数增均两极
两消两现板新壁
7、动物细胞与植物细胞有丝分裂的不同点
动物细胞
高等植物细胞
细胞分裂方式
有无中心体倍增
间期
纺锤体形成方式
前期
无
有
细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体
由两组中心粒周围
发出星射线，形成纺锤体
赤道板位置出现细胞板，向四周扩展形成细胞壁
细胞膜内陷，细胞缢裂成两个子细胞
（1）间期完成DNA的复制和有关蛋白质合成
（3）核膜、核仁的变化相同
（2）染色体、DNA变化规律相同，分裂期染色体的平均分配
相同点：
不同点：
末期
8、无丝分裂
项目 有丝分裂 无丝分裂
特点
细胞核
举例
菜根尖分生区细胞有丝分裂过程中能进行复制的成分或结构有哪些？动物细胞呢？
有纺锤体和染色体的变化
无纺锤体和染色体的变化
核有规律性解体和重建
核始终存在
生长发育过程中体细胞的产生
常出现于高度分化的成熟组织，如蛙红细胞的分裂
DNA分子和线粒体，动物细胞中除上述两者外还有中心体在间期复制。
无丝分裂过程中，会发生DNA复制吗？
发生DNA复制。
无丝分裂时，一般是细胞核先延长，核的中部向内凹陷，镒裂成两个细胞核。接着整个细胞从中部镒裂成两部分，形成两个子细胞。
9、细胞周期中细胞器的作用
细胞器名称 所在细胞类型 作用时期 生理作用
核糖体
中心体
高尔基体
线粒体
动植物细胞
间期（主要）
与相关蛋白质的合成有关
动物、某些低等植物细胞
前期
与纺锤体的形成有关
植物细胞
动植物细胞
末期
整个细胞周期
与细胞壁的形成有关
提供能量
中心体：复制在间期，移动在前期
1
间期
前期
中期
后期
末期
子细胞
间期 前期 中期 后期 末期
染色体
DNA
染色单体
2N
4N
前期
中期
后期
末期
染色体的变化
DNA的变化
2N
2N
4N
4N→2N
2N→4N
4N
4N
4N
4N→2N
4N
4N
0
0
2N
间 期
0→4N
染色单体的变化
复制
着丝粒分裂
细胞分裂
形成子细胞
10、细胞周期中核DNA、染色体、染色单体的数目变化
(设：正常体细胞内核DNA数和染色体数均为2N)
11、实验探究：细胞大小与物质运输的关系
将含有酚酞的琼脂切成不同大小的方块
放入盛有NaOH溶液的烧杯中浸泡
慢慢地，含酚酞的琼脂块随着NaOH溶液的扩散变成紫红色
切开、测量、记录
用纸巾吸干，并切割成两半
0.875
0.58
0.330
相对表面积
速率
≠
物质运输效率
物质在细胞中的扩散速率是一定的，假定某种物质如葡萄糖通过“细胞膜”后，向内扩散的深度都为0.5mm。计算这三个“细胞”中物质扩散的体积与整个“细胞”体积的比值。
12、实验探究：细胞大小与物质运输的关系
13、细胞不能无限长大的原因
（1）保证物质有效进出细胞
（3）核质比限制
核 ∕ 质：细胞核占细胞体积的相对比值限制了细胞的长大，细胞核中的DNA不会随细胞体积的
增大而增加。
细胞V越大， （相对表面积）越小，物质运输效率越低。
(2) NaOH(葡萄糖)扩散的体积与整个“细胞”的体积之比随细胞增大而减小。
因此，多细胞生物的生长主要靠细胞数量的增加
14、观察根尖分生区细胞的有丝分裂
2-3mm
15%盐酸
95%的酒精
相互分离开来
清水
解离过度
甲紫
染色体
盖玻片
15、实验成功的关键及注意事项
实验 材料 类型
部分
时间
操作注意事项 解离 时间 太短
过长
漂洗 时间 适宜
操作注意事项 染色 时间 太短
过长
压片 时间 过轻
过重
显微镜观察 细胞状态
细胞数目
选取分裂期占细胞周期比例相对较大的材料
选取分裂旺盛的部位(如根尖、茎尖的分生区)
必须在分裂旺盛的时间
细胞间质未被完全溶解，压片时细胞不易分散
导致细胞解离过度、根尖酥软，影响染色
洗去多余的盐酸，防止解离过度而影响染色
将组织压烂
显微镜观察的都是死细胞，不能看到动态变化
间期的细胞数目最多，原因是间期历时最长
染色体或染色质不能完全着色
使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体
细胞未分散开
间期的细胞数目最多，原因是间期历时最长
目录
细胞的增殖
第一节
细胞的分化
第二节
细胞的衰老和死亡
第三节
16、问题探讨
在人体内，红细胞的寿命为120d左右。白细胞的寿命约为5~7d。这些血细胞都是失去分裂能力的细胞。
白血病患者的血液中出现大量的异常白细胞。而正常的血细胞明显减少。通过骨髓移植可以有效的治疗白血病。
为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的死亡而减少？
骨髓与血细胞的形成有什么关系？
健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
骨髓中的造血干细胞能够通过细胞增殖和分化不断产生不同种类的血细胞。
讨论：
17、细胞分化的问题探讨
骨骼肌细胞
软骨细胞
神经细胞
上皮细胞
这些细胞在形态、结构和功能上有什么不同？
这些细胞形态相差很大，结构上也有区别，功能上各不相同，但总体上都由细胞膜、细胞质和细胞核构成。
这些细胞都源自早期胚胎中一群彼此相似的细胞，正常情况下，它们还能恢复成早期胚胎细胞吗？一种组织的细胞会不会转变成其他组织的细胞？
正常情况下，它们不能恢复成早期胚胎细胞，也不会转变成其他组织的细胞。
18、细胞分化的概念和特点
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。
持久性：细胞分化发生在整个生命进程中
稳定性：离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。
不可逆性：一般来说，已经分化的细胞一直保持分化后的状态，直到死亡，都不能恢复到原来胚胎细胞的形态和结构
普遍性：在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础
特点：
19、细胞分化的实质和意义
实质：
同一个体内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（即基因的选择性表达）
红细胞
肌肉细胞
血红蛋白基因
肌动蛋白基因
血红蛋白
肌动蛋白
（开）
（关）
血红蛋白基因
肌动蛋白基因
（开）
（关）
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和组织器官的修复。
意义：
20、细胞分裂与细胞分化的关系
细胞分裂 细胞分化
不同点 细胞数量
形态结构功能
相同点
联系
增加
相同
不变
差异
染色体和遗传信息都不变
①先分裂，后分化；
②细胞分裂是分化的基础，共同完成生物个体发育过程；
③分化程度越高，分裂能力越低。
小肠上皮细胞
受精卵
血红细胞
神经细胞
细胞群
21、思考讨论
1958年，美国科学家斯图尔德用胡萝卜韧皮部细胞成功地培育出了一棵完整的植株。
细胞分化具有稳定性、持久性、不可逆性，那么已经发生高度分化的细胞，是否就不再具有分裂分化的能力呢？
胚状体
细胞团
愈伤组织
韧皮部细胞
幼苗
植株个体
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的潜能，即植物细胞具有全能性。
22、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成其他各种细胞的潜能和特性。
原因：
体细胞中都具有该物种全套的遗传物质，都具有发育成完整个体所必需的全部基因。
细胞全能性表现的必要条件：
（1）离体（必要条件）；
（2）一定的营养物质（无机盐、维生素、氨基酸等）和植物激素；
（3）适宜的外界条件（适宜的温度、pH等）、无菌无毒的环境。
23、植物细胞和动物细胞的全能性
离体的植物器官组织或细胞
植物激素
愈伤组织
根、芽
植物体
脱分化
由胡萝卜的韧皮部细胞培养成完整的胡萝卜植株充分说明高度分化的植物组织细胞仍具有发育成完整植株的能力，即具有全能性。
高度分化的植物体细胞具有全能性
植物组织培养技术：
再分化
动物细胞核具有全能性
细胞核含有本物种遗传所需的全套基因
动物细胞核具有全能性
目前为止，人们还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体
24、干细胞
除受精卵外，生物体内有没有具有分裂分化能力的细胞？
植物体内的分生组织细胞（如根尖分生区细胞），动物体内的干细胞
干细胞：
动物和人体内保留的少数具有分裂和分化能力的细胞
干细胞
全能干细胞
能分化发育成完整个体，如胚胎干细胞
多能干细胞
能分化发育成组织或器官，如造血干细胞
专能干细胞
只能分化成某一类型的细胞，如神经干细胞
用途：
a.干细胞移植治疗白血病；
b.在体外培养出组织和器官，并最终通过组织和器官移植实现对临床疾病的治疗。
白细胞
造血干细胞
红细胞
血小板
25、细胞全能性的应用
植物组织培养——快速繁殖花卉、蔬菜等
白鳍豚
百合花杜鹃
拯救珍稀、濒危动植物——克隆技术
克隆人体器官，用于器官移植
干细胞用于治疗疾病（如白血病）
26、细胞的分化与细胞的全能性的比较
项目 细胞的分化 细胞的全能性
原理
特点
结果
大小 比较
关系
细胞内基因选择性表达
细胞含有本物种全套遗传物质
①持久性 ②稳定性
③不可逆性 ④普遍性
①高度分化的植物细胞具有全能性
②已分化的动物体细胞全能性受到限制，但细胞核仍具有全能性
形成形态、结构、功能不同的细胞
形成新的个体
体细胞>生殖细胞>受精卵；
动物细胞>植物细胞等
受精卵>生殖细胞>体细胞；
植物细胞>动物细胞等
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物种遗传特性所需要的全套遗传物质；
②一般地，细胞分化程度越高，全能性越难以实现，细胞分化程度越低，全能性就越高。
目录
细胞的增殖
第一节
细胞的分化
第二节
细胞的衰老和死亡
第三节
27、问题探讨
人到了一定的年龄就会出现白头发，并且随着年龄的增长，白头发往往会越来越多。白头发生成的直接原因是毛囊细胞合成黑色素的功能下降
讨论：
1. 老年人白头发的形成与毛囊细胞的衰老有怎样的关系？
毛囊黑色素细胞衰老，细胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，头发就会变白。
2. 老年人体内有没有幼嫩的细胞？年轻人体内有没有衰老的细胞？
老年人体内还会有幼嫩细胞，如造血干细胞一生都能增殖和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成角质层细胞，最后凋亡、脱落。
3.细胞衰老与个体衰老有什么关系？
人体衰老与细胞衰老并不是一回事。人体内的细胞总是不断更新着，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡状态。但从总体上看，个体衰老过程也是组成人体细胞普遍衰老的过程。
28、细胞衰老的特征
细胞衰老的过程是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。
①细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低
②细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深
③细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小
④细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢
⑤细胞内的色素逐渐积累增多，妨碍细胞内物质的交流和传递
一大一小一多一少两慢两低
29、细胞衰老的原因
自由基学说
自由基：异常活泼的带电分子或基团
超氧化物歧化酶(SOD) 可以清除自由基，延缓细胞衰老。
端粒学说
（1）端粒的概念：每条染色体的两端含有的一段特殊序列的DNA-蛋白质复合体。
（2）端粒的特点：每次细胞分裂，端粒DNA会缩短一截。随细胞分裂次数的增加，截短的部分会逐渐向内延伸。端粒DNA序列截短后，使端粒内侧正常基因的DNA序列受到损伤，结果使细胞活动渐趋异常。细胞会随着分裂次数的增多而衰老。
30、端粒与生物体衰老的经典例证
克隆多莉时，使用的是6岁的成年羊的体细胞核经检测多莉细胞中的染色体端粒比正常的同龄山羊的端粒短20%左右， 因此有人称多莉是“披着小羊皮的老羊”。
1996年7月，克隆羊多莉出生，6年后，她得了 一般老年时才会得的关节炎和肺病而死亡。
羊的平均寿命是12岁。
尝试运用端粒学说的内容，为多莉羊的早衰提出假说
31、细胞衰老与个体衰老的关系
细胞衰老或死亡 ≠ 个体衰老或死亡
多细胞生物
单细胞生物
细胞衰老或死亡 = 个体衰老或死亡
个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程
意义：细胞衰老是机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。
32、实验讨论
实验1 在相同的条件下，分别单独培养胎儿、中年人和老年人的肺成纤维细胞，结果如下表所示。
细胞来源 胎儿 中年人 老年人
增殖代数 50 20 2~4
讨论：从实验1中你能得出什么结论？
年龄越大的个体的体细胞可增殖代数越少，年龄越小的个体的体细胞可增殖代数越多
实验2 将年轻人的体细胞去核后与老年人的细胞核融合；将老年人的体细胞去核后与年轻人的细胞核融合。分别在体外培养。结果是前者不分裂，后者分裂旺盛。
讨论：是细胞核还是细胞质对细胞分裂的影响大一些？为什么？
细胞核对细胞分裂的影响大一些。
老年人的核
青年人的质
不分裂
青年人的核
老年人的质
分裂
细胞核是遗传信息库，是遗传和代谢的控制中心
33、细胞死亡：凋亡和坏死
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。
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，有于细胞凋亡受到严格的遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种程序性死亡
实质： 基因选择性表达
意义：
（1）有利于多细胞生物体完成正常发育
（2）维持内部稳定
（3）抵御外界各种因素的干扰
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，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤或死亡
例如骨细胞坏死，神经细胞坏死等
正常细胞
细胞损伤或死亡
正常代谢活动
种种不利因素
进行
受损
中断
凋亡
线粒体形态学保持
34、细胞凋亡和坏死的过程
细胞膜内陷，形成凋亡小体
被吞噬细胞吞噬消化
细胞膜破裂
胞浆外溢，引起周围炎症反应
DNA
不可逆性肿胀
基因决定
外界刺激
正常
凋亡小体
线粒体形态学变化 膜破裂
坏死
可逆性肿胀
染色质样式保守
解体
凋亡
碎片化
浓缩
正常
完整的膜
项 目 细胞坏死 细胞凋亡
基因调控 不受基因控制 受基因控制
诱因 强烈的病理因子刺激，随机发生 生理性刺激
非随机发生
形态变化 细胞结构全面解体、破坏 膜泡、细胞器相对完整，
形成凋亡小体
炎症反应 有 无
对机体的 影响 有害 有利
35、细胞坏死与细胞凋亡的比较
36、细胞自噬的定义和意义
定义：通俗地说，是细胞吃掉自身的结构和物质。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。
意义：
①处于营养条件缺乏下的细胞，通过细胞自噬获得维持生存所需的物质和能量。
②在细胞受损、微生物入侵或细胞衰老时，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。
③有些激烈的细胞自噬可能诱导细胞凋亡，细胞自噬障碍会引发疾病。
37、思维训练
人体不同细胞的寿命和分裂能力不同（见下表）。请分析表中有关数据。
讨论:
1、细胞的寿命与分裂能力之间有对应关系吗？比如寿命短的细胞是否一定能分裂？
2、细胞的寿命和分裂能力与它们承担的功能有关系吗？
3、根据以上分析，请推测皮肤表皮细胞的寿命和分裂能力。
无关。寿命短的细胞不一定能分裂，如白细胞。
有关系。比如白细胞吞噬细菌病毒，寿命较短。
细胞种类 小肠上皮细胞 平滑肌细胞 （分布于内脏器官） 心肌细胞 神经细胞 白细胞
寿命 1～2d 很长 很长 很长 5～7d
能否分裂 能 能 不能 绝大多数不能 不能
皮肤表皮细胞的寿命约10d。生发层的分裂能力强。

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