2020年高考生物一轮复习讲义：必修1 第四单元 第13讲 细胞的分化、衰老、凋亡及癌变

第13讲　细胞的分化、衰老、凋亡及癌变

[考纲明细]　1.细胞的分化(Ⅱ)　2.细胞的全能性(Ⅱ)　3.细胞的衰老和凋亡以及与人体健康的关系(Ⅱ)　4.癌细胞的主要特征及防治(Ⅱ)

课前自主检测

判断正误并找到课本原话

1．细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。(P118—正文)(√)

2．受精卵和早期胚胎细胞都是具有全能性的细胞。(P119—相关信息)(√)

3．动物和人体内仍保留着少数干细胞，这些细胞只增殖不分化。(P119—正文)(×)

4．如果能够在体外保存和培养各种干细胞，使之形成组织或器官，可以对受到损伤的组织或器官进行修复或更换。(P120—与社会的联系)(√)

5．人体细胞每天的更新率为1%～2%，其中肝细胞寿命约为18个月，皮肤细胞的寿命为十多天，消化道内壁细胞寿命只有几十个小时。(P121—相关信息)(√)

6．关于细胞衰老的机制，目前普遍接受的是自由基学说和端粒学说。(P122—细胞衰老的原因)(√)

7．正在发育以及发育成熟的生物体中，不存在细胞凋亡。(P124—相关信息)(×)

8．物理致癌因子主要指辐射，如紫外线、X射线等。(P126—图6－16)(√)

9．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。(P126—小字)(√)

(2015·山东高考)关于细胞生命历程的叙述，正确的是(　　)

A．胚胎细胞中存在与细胞凋亡有关的基因

B．原癌基因与抑癌基因在正常细胞中不表达

C．真核细胞不存在无丝分裂这一细胞增殖方式

D．细胞分化过程中蛋白质种类和数量未发生改变

答案　A

解析　细胞凋亡是由基因控制的细胞程序性死亡，胚胎发育过程中也存在细胞凋亡，A正确；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，抑癌基因主要阻止细胞不正常的增殖，在正常细胞中原癌基因和抑癌基因均表达，B错误；真核细胞可进行无丝分裂，例如蛙的红细胞，C错误；细胞分化是基因的选择性表达过程，蛋白质的种类和数量会发生改变，D错误。

知识自主梳理

一、细胞的分化与全能性

1．细胞的分化

(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)时间：个体发育的整个生命进程均可发生，但在胚胎时期达到最大限度。

(3)结果：形成不同的组织和器官。

(4)特点：持久性、普遍性、稳定性和不可逆性。

(5)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，即基因的选择性表达。

(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)原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。

[特别提醒]

细胞分化使细胞种类增多，是个体发育的基础；细胞分裂使细胞数目增多，是个体生长的基础。

[特别提醒]

在个体发育中，不同的细胞中含有的遗传物质相同(分化不会改变遗传物质)，转录出不完全相同的mRNA，控制合成出不完全相同的蛋白质。

(3)全能性强弱的比较(特殊情况除外)

植物细胞＞动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)

受精卵＞生殖细胞(精子、卵细胞)＞体细胞

幼嫩的细胞＞衰老的细胞

分化程度低的体细胞＞分化程度高的体细胞

细胞分裂能力强的体细胞＞细胞分裂能力弱的体细胞

(4)植物细胞全能性表达的条件：①离体(必要条件)、②一定的营养物质(水、无机盐、维生素、氨基酸等)、③植物激素(细胞分裂素、生长素)、④适宜的条件(适宜的温度、pH等)。

3．干细胞

(1)概念：动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。

(2)类型：对哺乳动物来说，干细胞分为两大类：胚胎干细胞与成体干细胞。

(3)来源

①胚胎干细胞：来自早期胚胎或原始性腺组织。如可以来自囊胚的内细胞团细胞。

②成体干细胞：来自各式各样的组织。例如：骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞。

(4)功能

①胚胎干细胞：可以分化成各种组织和器官。

②成体干细胞：可以分化成具有特定功能的细胞。

二、细胞的衰老和凋亡

1．细胞衰老

(1)个体衰老与细胞衰老的关系

①单细胞生物：个体由一个细胞组成，细胞的衰老或死亡就意味着个体的衰老或死亡。

②多细胞生物：细胞的衰老，并不能说明个体的衰老。个体的衰老是组成个体的细胞普遍衰老的过程。

(2)细胞衰老的特征

①细胞内水分减少，体积变小，新陈代谢速度减慢。

②细胞内多种酶的活性降低。

③细胞内的色素积累。

④细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，线粒体数量减少。

⑤细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。

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。又称细胞编程性死亡。

(2)类型

①个体发育中细胞的编程性死亡。

②成熟个体中细胞的自然更新。

③被病原体感染的细胞的清除。

(3)意义

①保证多细胞生物体完成正常发育。

②维持内部环境的稳定。

③抵御外界各种因素的干扰。

3．细胞坏死：细胞在种种不利因素影响下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。

[易错判断]

1．壁虎断尾后长出新尾体现细胞的全能性。(×)

2．玉米种子萌发成新植株体现了植物细胞的全能性。(×)

3．克隆羊“多利”的诞生证明了动物体细胞仍具有全能性。(×)

4．未脱离植物体的细胞不能表现出全能性。(√)

[深入思考]

1．细胞癌变属于可遗传的变异吗？癌症属于人类遗传病吗？

提示　细胞癌变是原癌基因和抑癌基因发生基因突变的结果，基因突变是可遗传变异。人类体细胞的基因突变不会遗传给下一代，所以不属于遗传病。

三、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

(1)在适宜的条件下，癌细胞能够无限增殖。

(2)癌细胞的形态结构发生显著变化。

(3)癌细胞的表面发生了变化，细胞膜上糖蛋白等物质减少，使癌细胞彼此之间的黏着性降低，导致癌细胞容易在体内分散和转移。

3．致癌因子举例

物理：X射线、紫外线等。

化学：亚硝胺、黄曲霉素等。

生物：Rous肉瘤病毒等。

4．癌变的机理

(1)内因

(2)外因：环境中致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。

2．原癌基因与抑癌基因只存在于癌细胞吗？

提示　原癌基因和抑癌基因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。

3．“细胞的畸形分化与癌细胞产生有直接关系”这句话对吗？

提示　对。细胞正常分化的结果是产生具有特定功能的成熟细胞和组织，并失去分裂能力。这些成熟细胞最终会衰老和死亡，若细胞发生畸形分化，则可能使细胞失去机体的制约持续增殖，从而表现出癌变，所以细胞的畸形分化与癌细胞产生有直接关系。

考点题型突破

考点　　细胞的分化与细胞的全能性

题型一 细胞分化的实质和过程

1．(2019·吉林毓文中学高三月考)皮肤生发层细胞分化成表皮细胞的过程中(　　)

A．细胞的形态、数目不会发生变化

B．细胞内染色体数量发生改变

C．细胞内蛋白质的种类发生变化

D．细胞全能性升高，分裂能力增强

答案　C

解析　细胞分化过程就是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，A错误；细胞分化过程只是基因选择性表达的过程，遗传物质并没有改变，B错误；在基因选择性表达的过程中，不同基因转录形成的mRNA不同，导致翻译生成的蛋白质也有差异，C正确；细胞分化过程中，分化程度升高，全能性降低，分裂能力下降，D错误。

2．(2018·株洲质检)下列关于细胞分化的叙述，不正确的是(　　)

A．从个体水平分析，分化是生物个体发育的基础

B．从细胞水平分析，细胞功能趋向专门化

C．从细胞器水平分析，细胞器数目可发生改变

D．从分子水平分析，分化的本质是DNA发生改变

答案　D

解析　细胞分化是生物个体发育的基础，A正确；细胞分化使细胞功能趋向专门化，B正确；细胞分化会产生不同的细胞、组织和器官，细胞中的细胞器数目可发生改变，C正确；细胞分化是基因的选择性表达，其DNA没有发生改变，D不正确。

知识拓展

1.细胞分化的拓展

(1)管家基因：指所有细胞均要表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP酶基因。

(2)奢侈基因：指不同类型细胞特异性表达的基因，其产物赋予不同细胞特异的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因等。

2．细胞分化的标志

在所有细胞中都表达的基因，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等的表达不能证明细胞发生分化；只有在特定细胞中选择性表达的基因，如胰岛素基因、血红蛋白基因等的表达可以证明细胞发生了分化。

3．同一个体不同体细胞的遗传分析

同一生物不同体细胞内基因的组成都是相同的，因为都是由同一个受精卵经有丝分裂而形成的。不同体细胞在形态、结构和功能上不同的根本原因是基因的选择性表达，直接原因是细胞中的蛋白质不同。

题型二 细胞全能性判断

3．下列实例可以体现细胞全能性的是(　　)

A．皮肤被划破后，伤口重新愈合

B．蜥蜴受攻击断尾后重新长出尾部

C．造血干细胞增殖分化产生各种血细胞

D．胡萝卜组织块经离体培养产生完整植株

答案　D

解析　皮肤被划破后，伤口重新愈合属于细胞的分裂和分化，A错误；蜥蜴受攻击断尾后重新长出尾部属于细胞的增殖和分化，B错误；造血干细胞增殖分化产生各种血细胞，并没有形成完整的个体，不体现细胞的全能性，C错误；胡萝卜组织块经过植物组织培养产生完整植株，体现了植物细胞的全能性，D正确。

4．对植物细胞全能性的叙述，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部基因

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．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性

答案　B

解析　植物体中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；高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性，B正确；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，而不是所含基因不同，C错误；紫色糯性玉米种子培育成植株，这属于自然生长过程，不是全能性，D错误。

技法提升

判断细胞全能性标准

由一个细胞发育成一个完整个体才能称为全能性。判断的标准是：“细胞→个体”。如一个体细胞经植物组织培养形成幼苗称为全能性，而将一个细胞培养成叶片不是全能性，因为叶片不是个体。将一个干细胞培养成一个幼小动物可以称为全能性，而培养成一个跳动的心脏不是全能性。

题型三 干细胞的特征与应用

5．干细胞是一种未充分分化、具有再生出各种组织或器官潜在功能的“万用细胞”。如图是干细胞发育过程中的三个途径，下列说法正确的是(　　)

A．干细胞经诱导分裂、分化形成组织或器官是其细胞全能性的体现

B．同一个体不同组织细胞形态结构不同，原因是它们各自的遗传物质不同

C．组织细胞的衰老受基因调控，但细胞的结构不发生改变

D．组织细胞的凋亡也受到基因的调控

答案　D

解析　由离体的细胞(或组织)发育成完整的个体才能体现出细胞的全能性，发育成组织或器官不能体现出细胞的全能性，A错误；同一个体不同组织细胞内的遗传物质相同，其形态结构不同是由于基因的选择性表达，B错误；衰老的细胞会萎缩，体积变小，故衰老细胞的形态结构会发生改变，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，故受到基因的调控，D正确。

考点　　细胞的衰老、凋亡和癌变

题型一 细胞衰老与凋亡

1．如图是人体细胞生命历程的概括，下列叙述错误的是(　　)

A．能进行①②⑥过程的细胞都具有细胞周期，但周期长短不同

B．③过程可发生在整个生命历程中

C．④过程中因为酪氨酸酶活性降低，使细胞内色素沉积

D．⑤过程中细胞的遗传物质发生了变化

答案　C

解析　图中①②⑥过程代表细胞分裂，能连续进行分裂的细胞都具有细胞周期，但周期长短不同，A正确；③过程代表细胞分化，可发生在整个生命历程中，B正确；④过程代表细胞衰老，细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累，酪氨酸酶活性降低，会导致黑色素合成减少，头发变白，C错误；⑤过程代表细胞癌变，是由细胞内的原癌基因与抑癌基因发生突变引起的，D正确。

2．(2018·石家庄模拟)细胞凋亡与细胞坏死是两个不同的过程，如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A.细胞凋亡是由基因控制的，对生物的个体生长发育和机体稳态的维持具有重要作用

B．细胞坏死最终细胞因细胞膜破裂，胞浆外溢而死亡

C．吞噬细胞吞噬凋亡小体与溶酶体有关

D．在成人体内，被病原体感染的细胞的清除是通过细胞坏死实现的

答案　D

解析　由图可知，细胞坏死是细胞膜被破坏，胞浆外溢造成死亡，B正确；吞噬细胞吞噬凋亡小体后在细胞内的溶酶体中将其消化，C正确；成人体内，被病原体感染的细胞的清除是通过细胞凋亡实现的，D错误。

知识拓展 

1.结合图解理解凋亡机理

2．细胞凋亡与细胞坏死的区别

题型二 癌细胞的特征与癌变机理

3．(2019·江苏连云港高三月考)癌症是危害人类健康的严重疾病，研究发现抑制癌细胞中ArK5酶的活性，癌细胞将无法平衡代谢与增殖的能量，在能量稀缺时癌细胞仍无限增殖，最终因缺乏足够能量供应而死亡，ArK5酶能够(　　)

A．降低癌细胞的代谢速率

B．减少癌细胞的营养供应

C．减少癌细胞的无限制增殖

D．确保癌细胞的代谢能量需求

答案　D

解析　ArK5酶能够平衡代谢与增殖的能量，因此对癌细胞的代谢速率没有受到影响，A错误；ArK5酶能够平衡代谢与增殖的能量，并没有减少癌细胞的营养供应，B错误；癌细胞的无限增殖与ArK5酶无关，C错误；ArK5酶能够平衡代谢与增殖的能量，在能量稀缺情况下，首先确保癌细胞自身基本新陈代谢的能量需求，D正确。

4．下列关于抑癌基因、原癌基因和癌细胞的叙述，正确的是(　　)

A．原癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖

B．细胞癌变是遗传物质改变引起的

C．正常人的染色体上不存在抑癌基因和原癌基因

D．癌细胞中的线粒体活动减弱

答案　B

解析　抑癌基因主要是阻止细胞不正常增殖，A错误；细胞癌变的机理是原癌基因和抑癌基因发生突变，所以细胞癌变是遗传物质发生改变引起的，B正确；抑癌基因和原癌基因是正常基因，正常人的染色体上也存在，C错误；癌细胞中的线粒体的活动增强，D错误。

题型三 细胞分裂、分化、衰老、凋亡、癌变的综合

5．(2017·江苏高考)下列关于人体细胞分化、衰老、凋亡与癌变的叙述，错误的是(　　)

A．细胞分裂能力随细胞分化程度的提高而减弱

B．衰老细胞中各种酶的活性显著降低

C．细胞凋亡有助于机体维持自身的稳定

D．癌细胞无接触抑制特征

答案　B

解析　细胞分化程度越高，分裂能力越弱，A正确；衰老细胞中大多数酶的活性普遍降低，但与衰老有关的酶的活性升高，B错误；细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除等，也是通过细胞凋亡完成的，它们对于多细胞生物体完成正常发育、维持内部环境的稳定等都起着非常关键的作用，C正确；癌细胞能无限增殖，失去了接触抑制的特征，D正确。

6．如图为人体细胞分裂、分化、衰老、凋亡的示意图，图中①～⑥为各个时期的细胞，a～c表示细胞进行的生理过程，下列说法正确的是(　　)

A．图中c过程发生的根本原因是基因的选择性表达

B．一个人的⑤和⑥中的mRNA一定都不同

C．细胞凋亡是由不利因素引起的细胞坏死，不是由基因决定的细胞自动死亡的过程

D．癌细胞可能发生图中a～c表示的所有过程

答案　A

解析　图中c过程是细胞分化过程，细胞分化的根本原因是基因的选择性表达，A正确；人体不同细胞中有的基因都表达，有的基因选择性表达，因此⑤和⑥中的mRNA部分相同，部分不同，B错误；细胞凋亡是由基因控制的细胞编程性死亡，而细胞坏死是在不利条件下发生的，C错误；癌细胞能够无限增殖，不能进行正常的细胞分化，D错误。

知识拓展

1.细胞分裂、分化、癌变、坏死及凋亡的关系

2.细胞分裂、分化、癌变、凋亡、衰老的区别和联系

(1)区别

(2)联系：细胞分裂、细胞分化、细胞衰老、细胞调亡是细胞的正常生理现象，细胞分裂是生物生长发育、繁殖和遗传的基础，细胞分化是生物个体发育的细胞学基础，仅有细胞分裂而没有细胞分化，生物体不能进行正常的生长发育，细胞衰老是正常生理现象，细胞癌变是正常细胞在致癌因子的影响下畸形分化的结果，内在原因是原癌基因和抑癌基因发生突变。

方向真题体验

1．(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

答案　A

解析　细胞癌变的发生并不是单一基因突变的结果，而是多个基因发生突变逐渐积累的结果，癌细胞的形态结构发生显著变化，其细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞间的黏着性降低，A错误，B正确；细胞癌变，可能是由于细胞中染色体受到损伤，从而导致原癌基因和抑癌基因发生突变造成的，癌变的细胞，增殖不受控制，可以无限增殖，同时细胞膜上的糖蛋白减少，C、D正确。

2．(2017·全国卷Ⅲ)下列与细胞相关的叙述，错误的是(　　)

A．动物体内的激素可以参与细胞间的信息传递

B．叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中

C．癌细胞是动物体内具有自养能力并快速增殖的细胞

D．细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程

答案　C

解析　动物体内的激素可随血液循环到达相应的靶细胞，并与靶细胞表面的相应受体结合，将信息传递给靶细胞，A正确；叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中，B正确；癌细胞可快速增殖，但其同化作用方式为异养，不具有自养能力，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，又称细胞编程性死亡，D正确。

3．(2016·天津高考)在培养人食管癌细胞的实验中，加入青蒿琥酯(Art)，随着其浓度升高，凋亡蛋白Q表达量增多，癌细胞凋亡率升高。下列叙述错误的是(　　)

A．为初步了解Art对癌细胞的影响，可用显微镜观察癌细胞的形态变化

B．在癌细胞培养液中加入用放射性同位素标记的Art，可确定Art能否进入细胞

C．为检测Art对凋亡蛋白Q表达的影响，须设置不含Art的对照实验

D．用凋亡蛋白Q饲喂患癌鼠，可确定该蛋白能否在动物体内诱导癌细胞凋亡

答案　D

解析　细胞癌变后形态结构会发生显著变化(如变成球形)，此类变化可使用显微镜观察判断，A正确；利用同位素标记法可追踪物质的转移途径，B正确；依据生物实验设计的对照原则，为检测Art对凋亡蛋白Q表达的影响，还必须设置不含Art的对照组，C正确；因为凋亡蛋白Q饲喂后会在消化道内分解而失去作用，所以研究凋亡蛋白Q的作用时，应该使用注射法，D错误。

4．(2016·江苏高考)下列关于细胞的分化、衰老、凋亡和癌变的叙述，正确的是(　　)

A．线虫发育过程中细胞数量减少，是细胞衰老死亡的结果

B．恶性肿瘤细胞有无限增殖的特性，所以不易被化疗药物杀死

C．人的造血干细胞是全能干细胞，可以分化为多种细胞

D．体外培养时，儿童的成纤维细胞传代次数多于成人的成纤维细胞

答案　D

解析　线虫发育过程中细胞数量减少，是细胞凋亡的结果，A错误；恶性肿瘤细胞虽有无限增殖的特性，但也容易被化疗药物杀死，B错误；人的造血干细胞是多能干细胞，可以分化为多种血细胞，C错误。

5．(2016·四川高考)研究发现，直肠癌患者体内存在癌细胞和肿瘤干细胞。用姜黄素治疗，会引起癌细胞内BAX等凋亡蛋白高表达，诱发癌细胞凋亡；而肿瘤干细胞因膜上具有高水平的ABCG2蛋白，能有效排出姜黄素，从而逃避凋亡，并增殖分化形成癌细胞。下列说法不正确的是(　　)

A．肿瘤干细胞与癌细胞中基因的执行情况不同

B．肿瘤干细胞的增殖及姜黄素的排出都需要消耗ATP

C．编码BAX蛋白和ABCG2蛋白的基因都属于原癌基因

D．用ABCG2抑制剂与姜黄素联合治疗，可促进肿瘤干细胞凋亡

答案　C

解析　肿瘤干细胞与癌细胞是两种不同的细胞，由于基因的选择性表达，二者细胞内基因的执行情况不同，A正确；细胞增殖需要消耗能量，姜黄素的排出需要载体蛋白，也需要消耗能量，B正确；BAX蛋白属于凋亡蛋白，编码其基因属于控制细胞凋亡的基因，不属于原癌基因，C错误；姜黄素能诱发癌细胞凋亡，而ABCG2蛋白能有效排出姜黄素，逃避凋亡，故利用ABCG2抑制剂与姜黄素联合治疗，可促进肿瘤干细胞凋亡，D正确。