2021版新高考生物培优大一轮复习讲义：必修1第4单元第3讲细胞的分化、衰老、凋亡和癌变

第3讲　细胞的分化、衰老、凋亡和癌变

细胞分化和细胞的全能性

1．细胞分化

(1)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。

(2)过程图解

(3)实质：在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息的执行情况不同(如图)，即基因的选择性表达。

(4)特点

①普遍性：是生物界普遍存在的生命现象。

②持久性：细胞分化贯穿于生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。

③稳定性和不可逆性：一般来说分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。

(5)结果

①分子水平的变化：mRNA种类不同→蛋白质种类不同。

②细胞水平的变化：细胞形态、结构和生理功能的变化，逐渐失去分裂能力。

③组织器官水平的变化：产生不同类型的细胞，构成不同的组织和器官。

(6)意义

①是生物个体发育的基础。

②使细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

2．细胞的全能性

(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)基础：每个细胞中都含有发育成生物体所需要的全套遗传信息。

(3)动物细胞和植物细胞全能性的差异

①虽然已分化的动物细胞的细胞核具有全能性，但分化的动物细胞全能性受到了限制，在一定的条件下经过培养只能形成细胞群。

②植物细胞在一定的条件下经过培养可以形成植物体。

(4)干细胞

①概念：动物和人体内少数具有分裂和分化能力的细胞。

②类型

(5)把实例和相应的原理或过程连线。

　　　实例　　　　　　　　　　依据原理或过程

①花粉培养成单倍体植株　　 a．动物细胞核具有全能性

②克隆羊多利的培养   b．植物细胞具有全能性

③植物导管组织的形成   c．细胞的有丝分裂

④受精卵发育成个体   d．细胞的分化

[提示]　①­b　②­a　③­d　④­c、d

1．人体肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。(×)

[提示]　基因相同，mRNA和蛋白质不完全相同。

2．胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，故可以产生胰岛素而不能产生抗体。(×)

[提示]　人体的每个细胞的基因相同，表达有差异。

3．ATP合成酶基因在不同细胞中选择性表达。(×)

[提示]　ATP合成酶基因在不同细胞中都表达。

4．同一个体茎尖分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强。(√)

5．克隆羊“多利”的诞生证明了动物体细胞仍然具有全能性。(×)

[提示]　动物细胞的细胞核具有全能性。

6．用动物胚胎干细胞培育出组织和器官体现了动物细胞的全能性。(×)

[提示]　体现全能性是指发育成完整的生物个体。

细胞分化与细胞的全能性的比较

1．如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态。

(1)在所有细胞中均表达的基因称为管家基因，在特定的细胞中表达的基因称为奢侈基因。a、b、c、d属于管家基因的是哪一个？属于奢侈基因的是哪些基因？

(2)若用胰岛素基因作探针检测A、B、C三类细胞的DNA分子，则其杂交带状况如何？若将探针改作检测胰岛素基因的mRNA，其杂交带状况如何？

[提示]　(1)a　b、c、d

(2)A、B、C三类细胞中均含胰岛素基因，但该基因只有在A细胞中才能转录产生mRNA，故用胰岛素基因作探针，三类细胞均可形成杂交带，但改为检测胰岛素基因的mRNA，则只有A细胞能产生杂交带。

2．从分子水平分析，细胞分化过程中不变和改变的生物大分子是什么？

[提示]　细胞分化过程中不变的是DNA、tRNA、rRNA等。改变的是mRNA和蛋白质的种类。

3．与体细胞相比生殖细胞中的遗传物质减少了一半，是否还具有全能性？为什么？

[提示]　生殖细胞仍然具有全能性。在生物的体细胞中染色体是成对的，基因也是成对的。生殖细胞中的染色体数目减少了一半，基因也减少了一半，但基因的种类没有少，仍然含有控制生长发育的全部遗传信息，因此仍然具有全能性。

考查细胞分化

1．(2019·广州一模)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

D　[细胞分化是基因选择性表达的结果，A正确；细胞分化形成不同组织，使多细胞生物体中的细胞功能趋向专门化，有利于提高各项生理功能的效率，B正确；红细胞来源于造血干细胞的增殖、分化，红细胞分化的标志是合成了其特有的血红蛋白，C正确；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，成肌细胞、造血干细胞及胚胎干细胞的分化程度依次降低，D错误。]

2．(2019·博雅闻道四月大联考)同一生物体内，不同组织中的细胞在形态上存在一定的差异，下列关于这些细胞说法，错误的是(　　)

A．通常情况下，这些不同形态的细胞中的核遗传物质是相同的

B．遗传信息的执行情况不同导致了细胞形态的不同

C．每种细胞具有的特定形态与其执行特定功能相适应

D．不同细胞间形态的差异是在细胞分裂完成时产生的

D　[除了哺乳动物成熟的红细胞等一些特殊细胞外，同一生物体内不同形态的细胞中，核遗传物质是相同的，A项正确；遗传信息的执行情况不同即基因的选择性表达，基因的选择性表达导致细胞分化，细胞分化使得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，B项正确；生物的形态结构是与其功能相适应的，C项正确；细胞分裂只是使细胞数目增加。不同细胞间形态的差异是在细胞分裂后经细胞分化形成的，D项错误。]

考查细胞的全能性

3．下列关于细胞全能性的叙述，正确的是 (　　)

A．水稻的正常体细胞及其卵细胞均具有全能性

B．细胞的全能性是指细胞具有全面的生理功能

C．玉米种子萌发长成新植株能体现细胞全能性

D．造血干细胞形成各种血细胞能体现细胞全能性

A　[水稻正常的体细胞及其卵细胞均含有本物种全套的遗传物质，均具有全能性；细胞的全能性是指高度分化的细胞仍然具有发育为完整个体的潜能；玉米种子萌发长成新植株是正常发育的结果，不能体现细胞的全能性；造血干细胞形成各种血细胞，没有形成完整的个体，该过程不能体现细胞全能性。]

4．(2019·青州质检)下列有关细胞全能性的叙述，正确的是(　　)

A．植物成熟的体细胞比动物的成熟体细胞更容易实现全能性

B．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高

C．克隆羊的诞生说明高度分化的动物细胞具有全能性

D．愈伤组织的形成说明高度分化的植物细胞具有全能性

A　[植物成熟的体细胞比动物的成熟体细胞更容易实现全能性，A正确；卵细胞已经分化了，B错误；克隆羊的诞生说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，C错误；细胞全能性以细胞形成个体为标志，故愈伤组织的形成不能说明离体分化的植物细胞具有全能性，D错误。]

细胞的衰老、凋亡和癌变

1．细胞衰老

(1)个体衰老与细胞衰老的关系

(2)细胞衰老的特征

①代谢变化

②细胞核体积增大，染色质收缩，核膜向内折叠。

(3)细胞衰老的假说

①自由基学说：细胞代谢中产生的自由基会攻击生物膜、DNA和蛋白质等，致使细胞衰老。

②端粒学说：染色体两端的端粒会随着细胞分裂次数的增加而缩短，导致正常的DNA序列损伤，使细胞逐渐衰老。

2．细胞的凋亡

(1)概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，又称为细胞编程性死亡。

(2)原因：多基因严格控制。

(3)类型

(4)意义

3．细胞的癌变

(1)癌细胞的概念：正常机体细胞在致癌因子的作用下，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。

(2)癌细胞的特征

(3)癌变机理

①致癌因子的类型(连线)

类型　　　　　　　 实例

Ⅰ.物理致癌因子　　　　　 a．肝炎病毒等

Ⅱ.化学致癌因子   b．X射线、紫外线等

Ⅲ.病毒致癌因子   c．亚硝胺、黄曲霉毒素等

[提示]　Ⅰ—b　Ⅱ—c　Ⅲ—a

②原癌基因和抑癌基因

a．原癌基因：主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。

b．抑癌基因：主要是阻止细胞不正常的增殖。

③癌症的发生不是单一基因突变的结果，至少在一个细胞中发生5～6个基因突变，才能导致细胞癌变，细胞癌变具有累积效应。

1．细胞的衰老和凋亡是生物体异常的生命活动。(×)

[提示]　细胞的衰老和凋亡是正常生命活动。

2．细胞普遍衰老会导致个体衰老。(√)

3．衰老细胞内染色质固缩影响DNA复制和转录。(√)

4．细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡。(×)

[提示]　细胞凋亡是基因控制的。

5．细胞凋亡受基因调控，不利于个体生长发育。(×)

[提示]　细胞凋亡对个体的生长发育是有利的。

6．原癌基因或抑癌基因发生多次变异累积可导致癌症，因此癌症可遗传。(×)

[提示]　体细胞中发生的癌变不能遗传给后代。

7．原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖。(×)

[提示]　原癌基因的功能是调控正常的细胞周期。

8．只有癌细胞中才有原癌基因。(×)

[提示]　原癌基因和抑癌基因普遍存在于所有体细胞中，并非只存在于癌细胞中，只不过在癌细胞中两种基因已发生突变。

9．癌细胞形态结构发生显著变化，因此容易扩散和转移。(×)

[提示]　癌细胞容易扩散和转移的原因是细胞膜上糖蛋白减少。

1．细胞分化、衰老、凋亡、坏死与癌变的比较

2.细胞各生命历程间的内在关系

1．人体内有细胞发生癌变，就一定会患癌症吗？为什么？为什么老年人癌症的发病率会提高？

[提示]　人体内有细胞发生癌变，不一定会患癌症。因为正常情况下，人体免疫系统会监控并清除体内产生的癌细胞。老年人免疫能力弱，免疫系统的监控和清除功能弱，因此癌症的发病率会提高。

2．实验室中有癌细胞、细胞培养液，如何通过实验验证某种抗癌药物x的抗癌作用，请写出实验思路。

[提示]　将癌细胞分成两组用培养液进行培养。实验组培养液中加入抗癌药物x，对照组不加，一段时间后记录并比较两组癌细胞的增殖代数(分裂次数)。实验组比对照组增殖代数少，则证明药物x具有抗癌作用。

3．根据你学习的知识，可以对身边的人进行怎样的防癌宣传？

[提示]　(1)不吃发霉、烤焦食品，少吃熏制和高脂肪的食品，多吃新鲜的蔬菜和水果；(2)不吸烟，少饮酒；(3)保持乐观的心理。

考查细胞的衰老和凋亡

1．(2019·潍坊检测)下列关于人体衰老细胞的叙述，错误的是(　　)

A．衰老的细胞染色质收缩，会影响DNA的复制和转录

B．衰老的红细胞细胞核体积变大，物质运输功能降低

C．衰老细胞内酪氨酸酶活性降低，使老年人头发变白

D．衰老细胞内水分减少，使细胞萎缩，体积变小

B　[衰老的细胞染色质收缩，DNA的复制和转录受影响，A项正确；人体成熟的红细胞无细胞核，B项错误；衰老细胞内酪氨酸酶的活性降低，黑色素不能合成，人的头发变白，C项正确；衰老细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，D项正确。]

2．(2019·潍坊期中)下列关于细胞凋亡的叙述，错误的是(　　)

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，由于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

B　[细胞凋亡是基因决定的细胞自动结束生命活动的过程，不是在不利因素影响下，由于细胞正常代谢受损或中断引起的。]

　细胞凋亡和细胞坏死的区别

(1)从方式看

(2)从结果看

考查细胞癌变及与人体健康的关系

3．(2019·聊城一中模拟)2018年诺贝尔生理学或医学奖授予美国免疫学家詹姆斯·艾利森和日本生物学家本庶佑，以表彰他们在癌症免疫治疗方面所作出的贡献。下列有关癌症和免疫的叙述正确的是(　　)

A．细胞内抑癌基因突变成原癌基因是细胞癌变的主要原因

B．细胞癌变后，细胞膜上的糖蛋白减少，使得癌细胞能够无限增殖

C．人体的免疫系统能够消灭癌细胞体现了免疫系统的防卫功能

D．人体免疫系统识别癌细胞过程受到干扰，会导致癌细胞“逃逸”而不被攻击

D　[细胞癌变是原癌基因和抑癌基因发生突变的结果，A错误；细胞癌变后，细胞膜上的糖蛋白减少，但这不是癌细胞能够无限增殖的原因，癌细胞无限增殖的原因是原癌基因和抑癌基因的突变导致的，B错误；免疫系统的功能之一是监控并清除人体内异常的细胞，癌变细胞属于异常细胞，所以人体的免疫系统能够消灭癌细胞，体现了免疫系统的监控和清除的功能，C错误；人体免疫系统识别癌细胞过程受到干扰，会导致癌细胞“逃逸”而不被攻击，D正确。故选D。]

4．(2019·衡水中学二调)科研人员在研究外源性PLCEI基因的作用时，将导入PLCEI基因并高度表达的结肠癌细胞注入裸小鼠(无毛且先天性胸腺发育不良)体内，与对照组相比，实验组裸小鼠形成的肿瘤较小，癌细胞被大量阻滞在分裂间期，部分癌细胞死亡。下列分析正确的是   (　　)

A．对照组的裸小鼠应不做任何处理

B．实验表明PLCEI基因具有原癌基因的功能

C．对癌症患者治疗选择的抗肿瘤药物，其发挥作用的时间最好是细胞分裂间期

D．实验组的裸小鼠体内大量癌细胞的细胞周期会变短

C　[实验的对照组应为将没有导入PLCEI基因的结肠癌细胞注入裸小鼠体内，A项错误；实验表明PLCEI基因具有抑癌基因的功能，B项错误；实验组癌细胞被大量阻滞在分裂间期，部分癌细胞死亡，因此癌细胞的细胞周期会变长，控制癌细胞增殖的药物发挥作用的时间最好是细胞分裂间期，C项正确，D项错误。]

细胞生命历程的综合考查

5．(2019·江苏高考)下列关于细胞生命活动的叙述，错误的是(　　)

A．细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制

B．细胞分化要通过基因的选择性表达来实现

C．细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动

D．细胞癌变由与癌有关基因的显性突变引起

D　[细胞分裂间期会发生DNA的复制和有关蛋白质的合成(基因表达)，A正确；细胞分化需要通过基因的选择性表达来实现，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，其受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，即细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动，C正确；细胞癌变的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生突变，并不单纯指发生显性突变，D错误。]

6．(2019·深圳一模)下列关于细胞生命历程的叙述，正确的是(　　)

A．干细胞均是未经分化的具有分裂能力的细胞

B．神经干细胞发育成神经细胞体现了细胞的全能性

C．神经细胞被病毒侵染后裂解死亡，属于细胞凋亡

D．细胞分裂、分化、癌变过程中均有核糖核酸的种类和数量的变化

D　[干细胞是一类具有分裂和分化能力的细胞，不同干细胞的分化程度是不同的，A错误；神经干细胞发育成神经细胞没有体现细胞的全能性，B错误；神经细胞被病毒侵染后裂解死亡，属于细胞坏死，C错误；细胞分裂、分化离不开基因的表达，会有mRNA的种类和数量的变化，细胞癌变是原癌基因与抑癌基因发生突变所致，也与基因表达密切相关，因此癌变过程中既有DNA的种类和数量的变化，又有mRNA的种类和数量的变化，D正确。]

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2019·全国卷Ⅰ)细胞凋亡是细胞死亡的一种类型。下列关于人体中细胞凋亡的叙述，正确的是(　　)

A．胎儿手的发育过程中不会发生细胞凋亡

B．小肠上皮细胞的自然更新过程中存在细胞凋亡现象

C．清除被病原体感染细胞的过程中不存在细胞凋亡现象

D．细胞凋亡是基因决定的细胞死亡过程，属于细胞坏死

B　[胎儿手的发育过程中发生细胞凋亡，才会形成成形的手指，A错误；小肠上皮细胞自然更新过程中存在细胞凋亡，B正确；清除被病原体感染的细胞的过程属于细胞凋亡，C错误；细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，不同于细胞坏死，D错误。]

2．(2019·天津高考)植物受病原菌感染后，特异的蛋白水解酶被激活，从而诱导植物细胞编程性死亡，同时病原菌被消灭。激活蛋白水解酶有两条途径：①由钙离子进入细胞后启动；②由位于线粒体内膜上参与细胞呼吸的细胞色素c含量增加启动。下列叙述正确的是(　　)

A．蛋白水解酶能使磷酸二酯键断开

B．钙离子通过自由扩散进入植物细胞

C．细胞色素c与有氧呼吸第一阶段有关

D．细胞编程性死亡避免了病原菌对邻近细胞的进一步感染

D　[蛋白水解酶是水解蛋白质的酶，能使肽键断开，本题中特异的蛋白水解酶会诱导植物细胞凋亡，不会使磷酸二酯键断开，A项错误；一般情况下，钙离子通过主动运输的方式进入植物细胞，B项错误；据题干信息可知，细胞色素c是位于线粒体内膜上参与细胞呼吸的一种化学物质，有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质，有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜，因此，细胞色素c与有氧呼吸的第三阶段有关，C项错误；植物受病原菌感染后，特异的蛋白水解酶被激活，从而诱导植物细胞编程性死亡，同时病原菌被消灭，这样就避免了病原菌对邻近细胞的进一步感染，D项正确。]

3．(2018·全国卷Ⅱ)在致癌因子的作用下，正常动物细胞可转变为癌细胞，有关癌细胞特点的叙述错误的是(　　)

A．细胞中可能发生单一基因突变，细胞间黏着性增加

B．细胞中可能发生多个基因突变，细胞的形态发生变化

C．细胞中的染色体可能受到损伤，细胞的增殖失去控制 

D．细胞中遗传物质可能受到损伤，细胞表面的糖蛋白减少

A　[根据大量的病例分析，癌症的发生并不是单一基因突变的结果，至少在一个细胞中发生5～6个基因突变，才能赋予癌细胞所有的特征，这是一种累积效应；癌细胞中遗传物质可能受到损伤，细胞表面的糖蛋白减少使得癌细胞之间的黏着性显著降低，A项错误、D项正确。癌细胞的形态结构发生显著变化，细胞中可能发生多个基因突变，B项正确。癌细胞中的染色体可能受到损伤，癌细胞具有无限增殖能力，C项正确。]

4．(2014·山东高考)神经系统正常发育过程中神经细胞数量的调节机制如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．细胞程序性死亡不利于神经系统正常发育

B．生存因子影响了神经细胞的基因表达

C．神经细胞与靶细胞间通过电信号传递信息

D．死亡细胞被吞噬细胞清除属于细胞免疫

B　[细胞程序性死亡是由基因决定的正常死亡，有利于神经系统正常发育，A错误；从图中可以看出，未得到足够生存因子的靶细胞，与凋亡有关的基因表达，神经细胞发生程序性死亡，说明生存因子影响了神经细胞的基因表达，B正确；神经细胞与靶细胞间通过化学信号传递信息，C错误；死亡细胞被吞噬细胞清除属于非特异性免疫的第二道防线，不是细胞免疫，D错误。]

5．(2020·山东等级考模拟)癌症是威胁人类健康的疾病之一，目前某些防癌疫苗已经投入临床使用。下列相关说法错误的是(　　)

A．癌细胞表面出现异常的抗原

B．在某部位发现的癌细胞可能并不来源于该部位

C．同种癌症的癌细胞基因组一定产生相同的突变

D．防癌疫苗可预防病毒致癌因子引起的细胞癌变

C　[细胞癌变后，细胞内特定基因表达产生异常抗原，如甲胎蛋白、癌胚抗原，A正确；癌细胞表面糖蛋白减少，导致黏着性降低，其可以扩散和转移，B正确；癌细胞的产生是多基因突变累加的结果，且基因突变具有不定向性，C错误；防癌疫苗主要预防生物致癌因子对人体的影响，如宫颈癌疫苗等，不能预防物理致癌因子、化学致癌因子引起的细胞癌变，D正确。]

6．(2020·山东等级考模拟)研究人员用三种基因探针，通过分子杂交技术分别对某动物三种细胞中的mRNA进行检测，结果如下表所示。下列说法错误的是(　　)

A．三种探针的核苷酸序列不同   

B．有杂交带出现表明相应基因发生了转录

C．用上述探针分别检测三种细胞的DNA，实验结果不变

D．可用mRNA逆转录产生的DNA制作相应基因的探针

C　[三种基因不同，三种探针的核苷酸序列也不相同，A正确；由题意可知，用基因探针检测的是三种细胞的mRNA，若出现杂交带说明该细胞中出现mRNA，即细胞发生了特定基因的转录，B正确；三种细胞来自同一生物体，则三种细胞所含DNA相同，若用上述探针检测三种细胞中的DNA，均会出现杂交带，C错误；分子探针可以通过逆转录过程获得，D正确。]