第二節細胞分化、衰老和死亡課標內容要求核心素養對接說明在個體發育過程中，細胞在形態、結構和功能方面發生特異性的分化，形成了復雜的多細胞生物體。1．生命觀念——利用結構和功能觀，說明細胞分化的實質和意義，以及衰老的特征。2．科學思維——通過比較和分類，明確不同細胞全能性大小的不同，以及細胞死亡方式的不同。3．社會責任——關注我國的老齡化問題。一、細胞分化和細胞全能性1．細胞分化形成復雜的多細胞生物體(1)細胞分化概念：在個體發育中，由一個或一種細胞經細胞分裂產生的子代細胞，在形態結構和生理功能上逐漸發生穩定性差異的過程，稱為細胞分化。(2)細胞分化實例①骨髓中造血干細胞分裂產生的細胞發生特異性變化，形成紅細胞、血小板和多種白細胞。②在被子植物中，葉表皮細胞外側有角質層，具有保護作用；葉肉細胞內有大量的葉綠體，能進行光合作用；營養組織細胞能儲藏營養物質；輸導組織參與營養物質的運輸。(3)細胞分化特點①細胞分化是一種持久性的變化。②一般來說，分化后的細胞將一直保持分化后的狀態，直到死亡。③細胞分化是生物界普遍存在的生命現象，是生物體發育的基礎。(4)細胞分化意義在個體發育中，細胞分化能增加細胞的類型，不同類型的細胞構成了多細胞生物體的各種組織和器官，執行不同的生理功能，從而有利于提高各種生命活動的效率。2．分化后的細胞仍然具有全能性(1)1902年，德國植物學家哈伯蘭特預言：離體的植物細胞既然具有本物種全套遺傳信息，那么，在一定條件下應該能發育成為完整的植物體。(2)1958年，美國植物學家斯圖爾德等人，證實了哈伯蘭特50多年前的預言，即離體的植物細胞能發育成完整的植物體。(3)植物細胞具有全能性：高度分化的植物細胞仍然具有發育成完整植株的能力，即植物細胞具有全能性。細胞的全能性是指細胞分裂和分化后，仍然具有產生完整有機體或分化成其他各種細胞的潛能和特性。(4)高等動物已分化的體細胞的細胞核仍然保持著全套的遺傳物質，是具有全能性的。二、細胞衰老和細胞死亡1．細胞衰老(1)定義：細胞衰老是一系列復雜的生理生化反應過程，發生的變化最終反映在細胞的形態結構和生理功能上。(2)特征①細胞萎縮，細胞內的水分減少，體積變小。②細胞核體積增大，核膜皺折，染色質固縮。③細胞質膜通透性改變，物質運輸功能降低。④細胞內多種酶的活性降低，代謝速率減慢，色素逐漸積累。⑤細胞內物質交換和信息傳遞受阻。(3)細胞衰老機制的學說①端粒學說a．端粒是真核生物染色體末端的DNA重復序列，能維持染色體的穩定性。b．端粒酶是細胞中一種延長端粒的酶，可以延緩細胞的衰老。c．端粒學說：每次細胞分裂后，端粒DNA序列就會縮短一截，隨著細胞分裂次數的增多，端粒不斷縮短，當端粒長度縮短到一定程度時，細胞就無法繼續分裂，從而導致細胞衰老與死亡。②自由基學說細胞內活潑的帶電分子或基團在氧化反應中會產生大量的自由基。自由基常帶有未配對的電子，表現出高度的反應活躍性，會攻擊和破壞細胞內各種具有正常功能的生物分子。當自由基破壞生物膜成分中的磷脂分子時，又會產生許多新的自由基，這些自由基將會參與攻擊其他生物分子，如DNA或蛋白質分子，最終導致細胞衰老。2．細胞死亡(1)細胞程序性死亡研究發現，不論單細胞生物還是多細胞生物，在正常情況下，細胞死亡往往受細胞內遺傳機制決定的“死亡程序”控制，是一個主動而非被動的生理過程，所以細胞死亡常被稱為細胞程序性死亡。(2)細胞死亡方式：細胞自噬導致的自噬性細胞死亡、細胞壞死和細胞凋亡。①細胞自噬是細胞通過溶酶體(動物)或液泡(酵母菌和植物)與雙層膜包裹的細胞自身物質融合，從而降解細胞自身物質的過程。②細胞壞死多為細胞在強烈的理化因素或生物因素作用下受到嚴重損傷，引起自身死亡的過程，表現為細胞脹大、核膜和細胞質膜破裂、細胞內容物外溢等。③細胞凋亡是由基因所決定的細胞自動結束生命的過程。(3)對生物個體的正常發育、生命活動穩定狀態的維持以及抵御外界各種因素的干擾等，細胞程序性死亡具有重要作用。判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．細胞分化是一種持久性的變化，一般分化后的細胞將一直保持分化后的狀態。 ()2．細胞分化只發生于個體發育的胚胎時期。 ()3．植物組織培養說明高度分化的植物細胞具有全能性。 ()4．干細胞具有分裂和分化能力。 ()5．細胞凋亡是各種不利因素引起的細胞死亡。 ()6．細胞凋亡和細胞壞死的本質是一回事。 ()7．生物體都存在著細胞衰老的現象。 ()8．端粒受損可能會導致細胞衰老。 ()提示：1.√2．×細胞分化發生在整個生命進程中。3．√4.√5．×細胞凋亡是由基因控制的。6．×細胞凋亡是由基因控制的，細胞壞死是不利的因素引起的，兩者的本質不同。7．√8.√細胞分化和細胞全能性1．細胞分化(1)過程①概念圖②模式圖(2)基礎：各種細胞具有完全相同的遺傳物質，即攜帶有本物種的全部遺傳信息。(3)特點歸納①持久性：細胞分化貫穿于生物體整個生命進程中。②穩定性和不可逆性：一般來說，分化了的細胞將一直保持分化后的狀態，直到死亡。③普遍性：生物界中普遍存在，是生物個體發育的基礎。④不變性：分化后的細胞內的遺傳物質并未發生變化。細胞分化的實質就一個個體來說，各種細胞具有完全相同的遺傳物質，但不同細胞中遺傳信息的執行情況不同，控制合成的蛋白質不同。細胞分化的實質就是基因的選擇性表達。如圖：2．細胞分裂和細胞分化(1)區別比較項目細胞分裂細胞分化時間從受精卵開始發生在整個生命進程中結果細胞數目增多，生成相同的細胞細胞種類增多。生成不同的細胞，形成組織和器官意義①多細胞生物個體形成以及生長發育的需要；②單細胞生物形成新個體的需要；③保持了親代和子代之間遺傳性狀的穩定性①是生物體發育的基礎；②細胞分化能增加細胞的類型，不同類型的細胞構成了多細胞生物體的各種組織和器官，執行不同的生理功能，有利于提高各種生命活動的效率(2)聯系①細胞分裂是細胞分化的基礎，細胞的分裂與分化往往是相伴相隨的。②隨著細胞分化程度的增大，細胞的分裂能力逐漸下降。3．細胞分化和細胞的全能性的比較細胞分化細胞的全能性原因細胞內基因選擇性表達含有本物種全套遺傳物質特點①持久性②穩定性和不可逆性：一般來說，分化了的細胞將一直保持分化后的狀態，直到死亡③普遍性：在生物界中普遍存在④不變性①高度分化的植物體細胞具有全能性②動物已分化的體細胞全能性受限制，但細胞核仍具有全能性結果形成形態、結構、功能不同的細胞群形成新的個體大小比較細胞分化程度有高低之分，如體細胞＞生殖細胞＞受精卵細胞全能性表達的難易程度不同，如受精卵＞生殖細胞＞體細胞聯系①兩者的遺傳物質都不發生改變②已分化的細胞仍然保持全能性③一般情況下，分化程度越高，全能性相對越低細胞分化與細胞全能性易錯辨析(1)多細胞生物的個體發育離不開細胞的分化，但細胞分化后的不同細胞中核DNA相同，蛋白質一般不同。細胞分化過程中，改變的是細胞的形態、結構、功能，不變的是細胞內的遺傳物質。(2)細胞分化不改變細胞數目，卻導致細胞種類增多。(3)細胞全能性的體現以產生個體為標志，若無個體產生，不能體現全能性。(4)細胞全能性表達的條件是離體、一定的營養物質和適宜的環境條件等。4．植物組織培養的過程(1)材料：離體的細胞、組織或器官。(2)條件：①脫離母體；②一定的營養物質(水、無機鹽、糖類等物質)；③激素，主要是生長素和細胞分裂素；④適宜的環境(溫度、pH等)。(3)理論基礎：植物細胞的全能性。(4)過程：離體的細胞、組織或器官eq\o(→,\s\up10(脫分化))愈傷組織(未分化)eq\o(→,\s\up10(再分化))胚狀體(已分化)→幼苗→新植株(1)愈傷組織：一個沒有分化的細胞團塊。愈傷組織的細胞排列疏松而無規則，液泡比較大，細胞無固定形狀。愈傷組織可經過進一步誘導再分化，長出根、葉、芽、莖，形成完整植株。(2)胚狀體：愈傷組織經再分化后形成的具有類似于胚芽、胚軸、胚根的結構，能進一步發育成完整植株。1．如圖表示人體骨髓造血干細胞的生命歷程，下列相關敘述錯誤的是()A．a過程表示細胞生長，該過程中細胞與外界環境進行物質交換的效率提高B．b過程是細胞增殖，該過程是c過程的基礎C．c過程是細胞分化，該過程中基因進行了選擇性表達D．三種血細胞一般不會再變成細胞③或④A[a過程引起細胞體積增大，所以為細胞生長，細胞體積變大后細胞表面積與體積的比值變小，所以細胞與外界環境進行物質交換的效率降低，A錯誤；b、c過程分別是細胞增殖與細胞分化，細胞增殖是細胞分化的基礎，細胞分化是基因選擇性表達的結果，B、C正確；細胞分化一般是不可逆的，所以三種血細胞一般不會再變成細胞③或④，D正確。]2．下列發生了細胞分化且能體現體細胞全能性的生物學過程的是()A．玉米種子萌發長成新植株B．小鼠骨髓造血干細胞形成各種血細胞C．小麥花粉經離體培養發育成單倍體植株D．胡蘿卜根韌皮部細胞經組織培養發育成新植株D[細胞全能性是指已經分化的細胞，仍然具有發育成完整新個體的潛能。選項A所述內容是細胞分化；全能性表達的結果是得到完整新個體；由于題干中要求體現的是“體細胞全能性”，花粉屬于生殖細胞；胡蘿卜根韌皮部細胞是已分化的細胞，經組織培養后得到了完整的新植株，故D正確。]細胞衰老和細胞死亡1．對細胞衰老的理解通過以上圖示更能說明組成→結構→功能的關系。衰老細胞的結構行使正常功能的能力降低。從分子水平上看，有用的功能分子含量降低，而色素或有害分子出現并增加。2．細胞凋亡與細胞壞死細胞壞死細胞凋亡原因細胞在強烈的理化因素或生物因素作用下受到嚴重損傷由基因所決定的細胞自動結束生命過程染色質不發生凝集，線粒體膨大→細胞質膜破損，破碎的細胞器、染色質片段釋放出去→解體后釋放細胞內容物細胞凋亡開始，細胞與周圍細胞脫離，染色質凝集、分離并沿核膜分布，細胞發生皺縮→凋亡中的細胞，細胞質膜反折，包裹細胞器等碎片，形成凋亡小體→凋亡小體被吞噬細胞吞噬影響或意義對周圍細胞產生傷害，并引發炎癥反應①影響：細胞的內容物沒有釋放到細胞外，不會導致炎癥②意義：清除被病原體感染的細胞；在生物個體發育過程中具有重要作用深化探究：1.根據自由基學說，自由基攻擊磷脂分子，引發雪崩式的反應，對膜損傷比較大，據此可判斷人體細胞中哪些細胞器不會受自由基的影響？提示：核糖體和中心體。2．并指形成的可能原因是什么？提示：在胚胎發育過程中，手指細胞出現不正常的凋亡，導致出現并指。1．下圖是動物體內細胞凋亡和細胞壞死的過程示意圖。細胞凋亡時，細胞崩潰，分解成多個凋亡小體。下列敘述正確的是()A．壞死細胞和凋亡細胞的內容物都會釋放到內環境中B．凋亡小體出現的根本原因是細胞中相關凋亡基因的表達C．細胞凋亡和細胞壞死都受環境的影響，不受機體控制D．細胞凋亡只發生在個體發育的特定時期，而細胞壞死在任何時期都能發生B[由圖示可知，凋亡細胞的內容物在凋亡小體內被溶酶體水解吸收；細胞凋亡受基因的調控，為細胞程序性死亡，凋亡小體出現的根本原因是細胞中相關凋亡基因的表達；細胞凋亡發生在個體發育的各個階段，細胞壞死是由外界環境因素引起的，任何時期都能發生。]2．(多選)下列關于細胞衰老的敘述，正確的是()A．細胞衰老是細胞的生理狀態和化學反應發生復雜變化的過程B．白化病病人的頭發呈白色，是毛囊中的黑色素細胞內酪氨酸酶活性降低所致C．衰老細胞的細胞質膜通透性改變，使物質運輸功能降低D．衰老細胞內水分減少，體積變小，新陳代謝速率減慢ACD[細胞衰老是細胞的生理狀態和化學反應發生復雜變化的過程，A項正確；老年人頭發呈白色，是毛囊中的黑色素細胞內酪氨酸酶活性降低所致；白化病是由酪氨酸酶缺乏或功能減退引起的一種遺傳病，患者的皮膚及附屬器官黑色素缺乏或合成障礙，B項錯誤；細胞衰老的主要特征之一是細胞質膜通透性改變，使物質運輸功能降低，C項正確；衰老細胞內水分減少，體積變小，新陳代謝速率減慢，D項正確。][課堂小結]知識網絡構建核心語句背誦1.在個體發育中，由一個或一種細胞經細胞分裂產生的子代細胞，在形態結構和生理功能上逐漸發生穩定性差異的過程，稱為細胞分化。2．高度分化的植物細胞仍然具有發育成完整植株的能力，即植物細胞具有全能性。3．高等動物已分化的體細胞的細胞核仍然保持著全套的遺傳物質，是具有全能性的。4．細胞衰老是一系列復雜的生理生化反應過程，發生的變化最終反映在細胞的形態結構和生理功能上。5．有關細胞衰老機制的學說有多種，如端粒學說和自由基學說。6．不論單細胞生物還是多細胞生物，在正常情況下，細胞死亡往往受細胞內遺傳機制決定的“死亡程序”控制，是一個主動而非被動的生理過程，所以細胞死亡常被稱為細胞程序性死亡。7．細胞死亡方式主要包括由細胞自噬導致的自噬性細胞死亡、細胞壞死和細胞凋亡。8．對生物個體的正常發育、生命活動穩定狀態的維持以及抵御外界各種因素的干擾等，細胞程序性死亡具有重要作用。1．造血干細胞分化為血細胞的實質是()A．蛋白質種類和數目的改變B．細胞的形態、結構和功能發生改變C．基因的選擇性表達D．細胞亞顯微結構的改變C[細胞分化并不改變細胞原有的基因組成，表觀上看是蛋白質的種類、數量，細胞器種類等發生變化，實質上是基因的選擇性表達。]2．(多選)下列有關細胞分化和細胞全能性的敘述，正確的是()A．細胞分化使多細胞生物體中的細胞趨向專門化，有利于提高生理功能的效率B．細胞分化使細胞類型和細胞數目增多C．上皮細胞與早期胚胎細胞遺傳物質相同，因此它們的全能性高低應該相同D．水稻種子萌發長成新植株不能體現植物細胞的全能性AD[細胞分化是細胞內基因的選擇性表達，使多細胞生物體中的細胞趨向專門化，有利于提高生理功能的效率，A正確；細胞分化使細胞類型增多，細胞數目沒有增多，B錯誤；上皮細胞與早期胚胎細胞遺傳物質相同，但是早期胚胎細胞的全能性高于上皮細胞，C錯誤；水稻種子萌發長成新植株屬于自然生長過程，不能體現植物細胞的全能性，D正確。]3．下列有關細胞衰老的敘述，錯誤的是()A．在衰老的細胞內水分減少，細胞萎縮，體積減小B．衰老的細胞新陳代謝緩慢C．衰老細胞的形態、結構和功能都發生了變化D．衰老細胞的細胞質膜選擇透過性增強，物質運輸功能增強D[衰老的細胞內水分減少，細胞萎縮，結果細胞體積變小，細胞新陳代謝的速度減慢，A、B正確；細胞衰老是細胞的生理狀態和化學反應發生復雜變化的過程，最終表現為細胞的形態、結構和功能發生變化，C正確；衰老細胞的細胞質膜通透性改變，使物質運輸功能降低，D錯誤。]4．下列關于細胞生命歷程的敘述，正確的是()A．正常細胞會隨著分裂次數的增多而逐漸衰老B．凋亡的細胞中必定沒有新蛋白質合成C．清除被病原體感染的細胞的過程屬于細胞壞死D．造血干細胞分化成紅細胞過程體現細胞的全能性A[正常細胞會隨著分裂次數的增加而逐漸衰老，其一生一般能分裂50次左右，A正確；凋亡的細胞中一些水解酶的