高中生物苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第二节 细胞分化、衰老和死亡学案及答案

第二节　细胞分化、衰老和死亡

一、细胞分化和细胞全能性

1．细胞分化形成复杂的多细胞生物体

(1)细胞分化概念：在个体发育中，由一个或一种细胞经细胞分裂产生的子代细胞，在形态结构和生理功能上逐渐发生稳定性差异的过程，称为细胞分化。

(2)细胞分化实例

①骨髓中造血干细胞分裂产生的细胞发生特异性变化，形成红细胞、血小板和多种白细胞。

②在被子植物中，叶表皮细胞外侧有角质层，具有保护作用；叶肉细胞内有大量的叶绿体，能进行光合作用；营养组织细胞能储藏营养物质；输导组织参与营养物质的运输。

(3)细胞分化特点

①细胞分化是一种持久性的变化。

②一般来说，分化后的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。

③细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，是生物体发育的基础。

(4)细胞分化意义

在个体发育中，细胞分化能增加细胞的类型，不同类型的细胞构成了多细胞生物体的各种组织和器官，执行不同的生理功能，从而有利于提高各种生命活动的效率。

2．分化后的细胞仍然具有全能性

(1)1902年，德国植物学家哈伯兰特预言：离体的植物细胞既然具有本物种全套遗传信息，那么，在一定条件下应该能发育成为完整的植物体。

(2)1958年，美国植物学家斯图尔德等人，证实了哈伯兰特50多年前的预言，即离体的植物细胞能发育成完整的植物体。

(3)植物细胞具有全能性：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，即植物细胞具有全能性。细胞的全能性是指细胞分裂和分化后，仍然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。

(4)高等动物已分化的体细胞的细胞核仍然保持着全套的遗传物质，是具有全能性的。

二、细胞衰老和细胞死亡

1．细胞衰老

(1)定义：细胞衰老是一系列复杂的生理生化反应过程，发生的变化最终反映在细胞的形态结构和生理功能上。

(2)特征

①细胞萎缩，细胞内的水分减少，体积变小。

②细胞核体积增大，核膜皱折，染色质固缩。

③细胞质膜通透性改变，物质运输功能降低。

④细胞内多种酶的活性降低，代谢速率减慢，色素逐渐积累。

⑤细胞内物质交换和信息传递受阻。

(3)细胞衰老机制的学说

①端粒学说

a．端粒是真核生物染色体末端的DNA重复序列，能维持染色体的稳定性。

b．端粒酶是细胞中一种延长端粒的酶，可以延缓细胞的衰老。

c．端粒学说：每次细胞分裂后，端粒DNA序列就会缩短一截，随着细胞分裂次数的增多，端粒不断缩短，当端粒长度缩短到一定程度时，细胞就无法继续分裂，从而导致细胞衰老与死亡。

②自由基学说

细胞内活泼的带电分子或基团在氧化反应中会产生大量的自由基。自由基常带有未配对的电子，表现出高度的反应活跃性，会攻击和破坏细胞内各种具有正常功能的生物分子。当自由基破坏生物膜成分中的磷脂分子时，又会产生许多新的自由基，这些自由基将会参与攻击其他生物分子，如DNA或蛋白质分子，最终导致细胞衰老。

2．细胞死亡

(1)细胞程序性死亡

研究发现，不论单细胞生物还是多细胞生物，在正常情况下，细胞死亡往往受细胞内遗传机制决定的“死亡程序”控制，是一个主动而非被动的生理过程，所以细胞死亡常被称为细胞程序性死亡。

(2)细胞死亡方式：细胞自噬导致的自噬性细胞死亡、细胞坏死和细胞凋亡。

①细胞自噬是细胞通过溶酶体(动物)或液泡(酵母菌和植物)与双层膜包裹的细胞自身物质融合，从而降解细胞自身物质的过程。

②细胞坏死多为细胞在强烈的理化因素或生物因素作用下受到严重损伤，引起自身死亡的过程，表现为细胞胀大、核膜和细胞质膜破裂、细胞内容物外溢等。

③细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。

(3)对生物个体的正常发育、生命活动稳定状态的维持以及抵御外界各种因素的干扰等，细胞程序性死亡具有重要作用。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．细胞分化是一种持久性的变化，一般分化后的细胞将一直保持分化后的状态。(　　)

2．细胞分化只发生于个体发育的胚胎时期。 (　　)

3．植物组织培养说明高度分化的植物细胞具有全能性。 (　　)

4．干细胞具有分裂和分化能力。 (　　)

5．细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡。 (　　)

6．细胞凋亡和细胞坏死的本质是一回事。 (　　)

7．生物体都存在着细胞衰老的现象。 (　　)

8．端粒受损可能会导致细胞衰老。 (　　)

提示：1.√

2．×　细胞分化发生在整个生命进程中。

3．√　4.√

5．×　细胞凋亡是由基因控制的。

6．×　细胞凋亡是由基因控制的，细胞坏死是不利的因素引起的，两者的本质不同。

7．√　8.√

　细胞分化和细胞全能性

1．细胞分化

(1)过程

①概念图

②模式图

(2)基础：各种细胞具有完全相同的遗传物质，即携带有本物种的全部遗传信息。

(3)特点归纳

①持久性：细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中。

②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。

③普遍性：生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础。

④不变性：分化后的细胞内的遗传物质并未发生变化。

细胞分化的实质

就一个个体来说，各种细胞具有完全相同的遗传物质，但不同细胞中遗传信息的执行情况不同，控制合成的蛋白质不同。细胞分化的实质就是基因的选择性表达。如图：

2．细胞分裂和细胞分化

(1)区别

(2)联系

①细胞分裂是细胞分化的基础，细胞的分裂与分化往往是相伴相随的。

②随着细胞分化程度的增大，细胞的分裂能力逐渐下降。

3．细胞分化和细胞的全能性的比较

细胞分化与细胞全能性易错辨析

(1)多细胞生物的个体发育离不开细胞的分化，但细胞分化后的不同细胞中核DNA相同，蛋白质一般不同。细胞分化过程中，改变的是细胞的形态、结构、功能，不变的是细胞内的遗传物质。

(2)细胞分化不改变细胞数目，却导致细胞种类增多。

(3)细胞全能性的体现以产生个体为标志，若无个体产生，不能体现全能性。

(4)细胞全能性表达的条件是离体、一定的营养物质和适宜的环境条件等。

4．植物组织培养的过程

(1)材料：离体的细胞、组织或器官。

(2)条件：①脱离母体；②一定的营养物质(水、无机盐、糖类等物质)；③激素，主要是生长素和细胞分裂素；④适宜的环境(温度、pH等)。

(3)理论基础：植物细胞的全能性。

(4)过程：离体的细胞、组织或器官愈伤组织(未分化)胚状体(已分化)―→幼苗―→新植株

(1)愈伤组织：一个没有分化的细胞团块。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，液泡比较大，细胞无固定形状。愈伤组织可经过进一步诱导再分化，长出根、叶、芽、茎，形成完整植株。

(2)胚状体：愈伤组织经再分化后形成的具有类似于胚芽、胚轴、胚根的结构，能进一步发育成完整植株。

1．如图表示人体骨髓造血干细胞的生命历程，下列相关叙述错误的是(　　)

A．a过程表示细胞生长，该过程中细胞与外界环境进行物质交换的效率提高

B．b过程是细胞增殖，该过程是c过程的基础

C．c过程是细胞分化，该过程中基因进行了选择性表达

D．三种血细胞一般不会再变成细胞③或④

A　[a过程引起细胞体积增大，所以为细胞生长，细胞体积变大后细胞表面积与体积的比值变小，所以细胞与外界环境进行物质交换的效率降低，A错误；b、c过程分别是细胞增殖与细胞分化，细胞增殖是细胞分化的基础，细胞分化是基因选择性表达的结果，B、C正确；细胞分化一般是不可逆的，所以三种血细胞一般不会再变成细胞③或④，D正确。]

2．下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程的是(　　)

A．玉米种子萌发长成新植株

B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞

C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株

D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株

D　[细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整新个体的潜能。选项A所述内容是细胞分化；全能性表达的结果是得到完整新个体；由于题干中要求体现的是“体细胞全能性”，花粉属于生殖细胞；胡萝卜根韧皮部细胞是已分化的细胞，经组织培养后得到了完整的新植株，故D正确。]

　细胞衰老和细胞死亡

1．对细胞衰老的理解

通过以上图示更能说明组成→结构→功能的关系。衰老细胞的结构行使正常功能的能力降低。从分子水平上看，有用的功能分子含量降低，而色素或有害分子出现并增加。

2．细胞凋亡与细胞坏死

深化探究：1.根据自由基学说，自由基攻击磷脂分子，引发雪崩式的反应，对膜损伤比较大，据此可判断人体细胞中哪些细胞器不会受自由基的影响？

提示：核糖体和中心体。

2．并指形成的可能原因是什么？

提示：在胚胎发育过程中，手指细胞出现不正常的凋亡，导致出现并指。

1．下图是动物体内细胞凋亡和细胞坏死的过程示意图。细胞凋亡时，细胞崩溃，分解成多个凋亡小体。下列叙述正确的是(　　)

A．坏死细胞和凋亡细胞的内容物都会释放到内环境中

B．凋亡小体出现的根本原因是细胞中相关凋亡基因的表达

C．细胞凋亡和细胞坏死都受环境的影响，不受机体控制

D．细胞凋亡只发生在个体发育的特定时期，而细胞坏死在任何时期都能发生

B　[由图示可知，凋亡细胞的内容物在凋亡小体内被溶酶体水解吸收；细胞凋亡受基因的调控，为细胞程序性死亡，凋亡小体出现的根本原因是细胞中相关凋亡基因的表达；细胞凋亡发生在个体发育的各个阶段，细胞坏死是由外界环境因素引起的，任何时期都能发生。]

2．(多选)下列关于细胞衰老的叙述，正确的是(　　)

A．细胞衰老是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程

B．白化病病人的头发呈白色，是毛囊中的黑色素细胞内酪氨酸酶活性降低所致

C．衰老细胞的细胞质膜通透性改变，使物质运输功能降低

D．衰老细胞内水分减少，体积变小，新陈代谢速率减慢

ACD　[细胞衰老是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，A项正确；老年人头发呈白色，是毛囊中的黑色素细胞内酪氨酸酶活性降低所致；白化病是由酪氨酸酶缺乏或功能减退引起的一种遗传病，患者的皮肤及附属器官黑色素缺乏或合成障碍，B项错误；细胞衰老的主要特征之一是细胞质膜通透性改变，使物质运输功能降低，C项正确；衰老细胞内水分减少，体积变小，新陈代谢速率减慢，D项正确。  ]

[课堂小结]

1．造血干细胞分化为血细胞的实质是(　　)

A．蛋白质种类和数目的改变

B．细胞的形态、结构和功能发生改变

C．基因的选择性表达

D．细胞亚显微结构的改变

C　[细胞分化并不改变细胞原有的基因组成，表观上看是蛋白质的种类、数量，细胞器种类等发生变化，实质上是基因的选择性表达。]

2．(多选)下列有关细胞分化和细胞全能性的叙述，正确的是(　　)

A．细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生理功能的效率

B．细胞分化使细胞类型和细胞数目增多

C．上皮细胞与早期胚胎细胞遗传物质相同，因此它们的全能性高低应该相同

D．水稻种子萌发长成新植株不能体现植物细胞的全能性

AD　[细胞分化是细胞内基因的选择性表达，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生理功能的效率，A正确；细胞分化使细胞类型增多，细胞数目没有增多，B错误；上皮细胞与早期胚胎细胞遗传物质相同，但是早期胚胎细胞的全能性高于上皮细胞，C错误；水稻种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D正确。]

3．下列有关细胞衰老的叙述，错误的是(　　)

A．在衰老的细胞内水分减少，细胞萎缩，体积减小

B．衰老的细胞新陈代谢缓慢

C．衰老细胞的形态、结构和功能都发生了变化

D．衰老细胞的细胞质膜选择透过性增强，物质运输功能增强

D　[衰老的细胞内水分减少，细胞萎缩，结果细胞体积变小，细胞新陈代谢的速度减慢，A、B正确；细胞衰老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，C正确；衰老细胞的细胞质膜通透性改变，使物质运输功能降低，D错误。]

4．下列关于细胞生命历程的叙述，正确的是(　　)

A．正常细胞会随着分裂次数的增多而逐渐衰老

B．凋亡的细胞中必定没有新蛋白质合成

C．清除被病原体感染的细胞的过程属于细胞坏死

D．造血干细胞分化成红细胞过程体现细胞的全能性

A　[正常细胞会随着分裂次数的增加而逐渐衰老，其一生一般能分裂50次左右，A正确；凋亡的细胞中一些水解酶的合成增加，B错误；清除被病原体感染的细胞的过程属于细胞凋亡，C错误；造血干细胞分化成红细胞是细胞分化，实质是基因的选择性表达，D错误。]

5．如图为细胞重要的生命活动图解。请据图回答下面的问题：

(1)A、B、C、D中，染色体结构动态变化主要发生在________过程中。

(2)细胞增殖的主要方式是________________。

(3)细胞分化是指在个体发育中，由____________细胞经细胞分裂产生的________，在________和________上逐渐发生____________的过程。

(4)随着年龄的增长，一根根青丝变成了白发；额角也渐渐爬满皱纹，这与____________有关。

(5)细胞的凋亡是由____________________________________的过程。当HIV病毒侵入机体的淋巴细胞后，会使淋巴细胞大量死亡，淋巴细胞大量死亡是否属于细胞凋亡？

_____________________________________________________________。

[解析]　细胞增殖的主要方式是有丝分裂，而染色体的动态变化就发生在细胞分裂的过程中，细胞增殖使细胞数目增多，而细胞分化使细胞的形态和功能发生改变；人变老时，细胞会衰老，细胞内水分减少，细胞内酪氨酸酶活性降低，黑色素的合成减少等；HIV病毒侵入机体T细胞后，会使细胞正常代谢受损和中断，从而引起细胞的坏死。

[答案]　(1)A　(2)有丝分裂  (3)一个或一种　子代细胞　形态结构　生理功能　稳定性差异　(4)细胞的衰老  (5)基因所决定的细胞自动结束生命　不属于