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第二节细胞分化、衰老和凋亡学习目标核心素养1.说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。1.结合具体实例，说明细胞分化的现象；从物质和结构两方面分析细胞衰老的特征；结合个体发育中器官的形成，说明细胞凋亡现象。并认识到这三种生命现象都是生物体在个体发育中所进行的正常的生命现象，对于生物体的生命活动具有积极的意义。2.描述在正常情况下，细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。2.通过观察胡萝卜的组织培养，体会细胞的全能性，并解释其在生产实践中的应用。一、细胞分化和细胞的全能性1．细胞分化(1)概念一个或一种细胞经细胞分裂产生的细胞――→（细胞分化）不同的细胞类型形态结构生理功能上发生稳定性的差异(2)实例：造血干细胞的分化造血干细胞红细胞血小板多种白细胞(3)时期发生在生物体的整个生命进程中。(4)实质：基因选择性表达的结果。(5)结果在个体发育过程中，有序的细胞分化能够增加细胞的类型，进而构成生物体的组织和器官，执行不同的生理功能。2．细胞的全能性(1)细胞的全能性：已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。(2)植物组织培养①原理：植物细胞的全能性。②基本过程：离体植物组织或细胞―→愈伤组织―→试管苗―→新植株。(3)应用①将离体的植物组织或细胞(如植物的花药、根尖、茎尖、幼胚等)培育成正常植株的技术。②在较短时间内繁殖大量的苗木，产生较好的经济价值。二、细胞的衰老和凋亡1．细胞衰老(1)含义细胞衰老的过程是一系列复杂的生理生化反应过程，最终反映在细胞的形态结构和生理功能上发生变化。(2)主要特征2．细胞凋亡(1)概念①决定因素：基因。②过程：细胞自行结束生命。③机制：遗传机制决定的程序性调控。④别名：细胞程序性死亡。(2)实例①蝌蚪：变态发育过程中尾的消失。②女性：月经期子宫内膜的脱落。③鸡：胚胎发育时蹼状物凋亡。3．细胞坏死(1)机理是极端的物理、化学因素或受到严重的病理性刺激引起的细胞损伤和死亡。(2)与细胞凋亡的区别细胞坏死时，其内容物释放到细胞外，对周围细胞产生伤害，引发炎症反应；而细胞凋亡不会引发炎症反应。1．将紫色糯性玉米种子培育出植株，体现了植物细胞的全能性。()2．体现细胞的全能性以产生个体为标志，若无个体产生，则不能体现细胞的全能性。()3．细胞凋亡是由基因调控的，细胞坏死是由外界因素引起的。()4．细胞凋亡对生物个体有害。()5．细胞分化导致细胞中的遗传物质发生改变。()6．对于多细胞生物来说，体内总有一部分细胞处于衰老或走向死亡。()[答案]1.×提示：种子中的胚是植物的幼体，由种子长成植株，不能体现细胞的全能性。2．√3.√4．×提示：细胞凋亡是正常的生命现象，对生物个体有利。5．×提示：细胞分化不会导致细胞中的遗传物质发生改变。6．√细胞分化和细胞全能性[问题探究]在我们体内，红细胞的寿命为120d左右，白细胞的寿命为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地治疗白血病。1．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？提示：健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。2．骨髓与血细胞的形成有什么关系？提示：骨髓中造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生不同种类的血细胞。[讲解归纳]1．细胞分化的理解(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)实质：不同的细胞中遗传信息的执行情况不同，控制合成的蛋白质也不同(或基因的选择性表达)。如图所示：(4)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。2．细胞分裂和细胞分化(1)区别比较项目细胞分裂细胞分化时间从受精卵开始发生在整个生命进程中原因细胞增殖的需要基因的选择性表达结果细胞数目增多，生成相同的细胞细胞种类增多。生成不同的细胞，形成组织和器官意义①多细胞生物个体形成以及生长发育的需要；②单细胞生物形成新个体的需要；③保持了亲代和子代之间遗传性状的稳定性①是生物个体发育的基础；②使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率(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细胞的全能性原因细胞内基因选择性表达含有本物种全套遗传物质特点①持久性①高度分化的植物体细胞具有全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：在生物界中普遍存在能性②动物已分化的体细胞全能性受限制，但细胞核仍具有全能性结果形成形态、结构、功能不同的细胞群形成新的个体大小比较细胞分化程度有高低之分，如体细胞＞生殖细胞＞受精卵细胞全能性表达的难易程度不同，如受精卵＞生殖细胞＞体细胞联系①两者的遗传物质都不发生改变②已分化的细胞仍然保持全能性③一般情况下，分化程度越高，全能性相对越低特别提醒：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。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④A[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所述内容是玉米的胚后发育过程；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。]细胞的衰老和凋亡[问题探究]分析数据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。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？提示：细胞的寿命与分裂能力无关。寿命短的细胞不一定能分裂，如白细胞。2．细胞的寿命和分裂能力与它们承担的功能有关系吗？提示：有关系。3．根据以上分析，请推测皮肤表皮细胞的寿命和分裂能力。提示：学生可进行各种推测。皮肤表皮细胞的寿命约为10d，生发层细胞分裂能力强。[讲解归纳]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．细胞凋亡的意义有利于清除①无用细胞，如蝌蚪变成青蛙时，尾细胞的退化②发育不正常的细胞③有害细胞，如病毒感染的细胞④衰老细胞，如人的成熟红细胞120天后自然死亡综上可以看出，细胞凋亡是一个主动的、利于个体生存的过程，细胞坏死是一个被动的、对于个体生存有害的过程。3．细胞凋亡与细胞坏死细胞凋亡细胞坏死性质生理性过程，为正常死亡的过程病理性过程实质主要由与凋亡相关的基因引起和基因无关现象细胞分为多个凋亡小体胞浆外溢与周围的细胞脱离；染色质浓缩并凝集在细胞核的周边，细胞质也发生浓缩染色质不规则地浓缩，线粒体、细胞核、内质网肿胀细胞核裂解，细胞膜内陷细胞膜破坏结果被周围细胞或专门的巨噬细胞吞噬引起炎症1．关于细胞衰老的说法中，正确的是()A．对于单细胞生物而言，细胞衰老过程等于个体衰老过程B．对于多细胞生物而言，个体衰老过程中组成机体的细胞都处于衰老状态C．细胞会随着分裂次数的增加而更旺盛D．年幼的个体处于生长发育阶段，几乎没有细胞的衰老A[多细胞生物体内的细胞总是处于不断更新的过程中，在生长发育阶段中，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡；总体看，个体衰老的过程实际上是组成个体的细胞普遍衰老的过程，但并不等于组成机体的细胞全部处于衰老状态。细胞会随着分裂次数增加而衰老。]2．细胞凋亡又称细胞程序性死亡，其大致过程如图所示。下列有关叙述不正确的是()A．细胞凋亡是细胞在特定条件下的被动死亡过程B．细胞凋亡过程中以小泡形式形成凋亡小体，需要消耗能量C．细胞凋亡发生过程中，细胞内容物不释放出来D．吞噬细胞吞噬凋亡小体与溶酶体释放的水解酶密切相关A[细胞凋亡是由基因决定的细胞自行结束生命的过程；依图示可知，细胞凋亡过程中细胞崩溃，分解成多个凋亡小体，被小泡包裹，使细胞内容物不释放出来，然后被吞噬细胞吞噬，这一过程需要消耗能量。吞噬细胞中含有大量的溶酶体，能释放出水解酶消化凋亡小体。](1)细胞凋亡过程中细胞皱缩和吞噬细胞吞噬凋亡小体体现了细胞膜的什么特点？提示：细胞膜具有一定的流动性。(2)细胞凋亡过程是基因的选择性表达吗？提示：是。[课堂小结]知识网络构建核心语句归纳1.细胞分化的实质是基因的选择性表达。2.细胞的分化程度越高，细胞全能性相对越低。3.植物细胞具有全能性，动物细胞的细胞核具有全能性。4.实现细胞全能性的条件：离体、一定的营养物质、激素和适宜的温度、pH等。5.衰老的细胞内水分减少、酶活性降低、呼吸速率减慢、色素积累和膜通透性改变。6.细胞凋亡是由基因调控的细胞自动结束生命的过程。7.细胞的衰老性死亡、免疫细胞裂解靶细胞、蝌蚪尾部的消失等都属于细胞凋亡。8.细胞凋亡属于正常性死亡，细胞坏死是指由于外伤等的非正常死亡。1．下列有关细胞分化的叙述，正确的是()A．是一种临时性的变化，在胚胎时期达到最大限度B．人的胰岛细胞产生胰岛素，不产生血红蛋白，是因为胰岛细胞中无血红蛋白基因C．是一种持久性的变化，其稳定性差异是不可逆转的D．细胞分化过程中遗传物质发生了改变C[细胞分化不是临时性的变化，而是一种持久性的变化，且具有不可逆性。细胞分化过程中，遗传物质没有发生改变，因此，人的胰岛细胞中也含有血红蛋白基因，只是血红蛋白基因不表达，不能产生血红蛋白。]2．对于细胞全能性的理解正确的是()A．从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有全能性B．未脱离植株的幼叶，在适当的情况下能表现出全能性C．在个体发育的不同时期，由于细胞内基因发生变化，导致细胞不能表现出全能性D．脱离了植株的芽，一定能表现出全能性A[从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有本物种的全套遗传信息，所以具有发育成一个完整个体的潜能，应该具有全能性；植物细胞全能性表现的条件是：在离体的情况下，在一定浓度的营养物质、激素和其他适宜的外界条件下，细胞才能表现其全能性；细胞内基因发生变化，并不影响细胞全能性的表达。]3．下列对人体细胞生命历程的描述，正确的是()A．细胞生长：细胞体积增大，核糖体数量增加，染色体复制加快B．细胞分化：细胞形态改变，遗传物质发生变异，功能趋向专门化C．细胞衰老：细胞核体积变小，细胞膜通透性增大