高三生物教案：《细胞的生命历程》教学设计
52fw.cn 07-27 次遇见 第6章细胞的生命历程
第1节细胞的增殖
增殖：增加、繁殖。即亲代细胞以分裂的方式产生子代细胞的过程。
知识点一
多细胞生物体体积的增大，即生物体的生长依靠两方面实现：（1）细胞生长增大细胞的体积，细胞生长中有细胞分化；（2）细胞分裂增加细胞的数量。
不同动植物同类器官或组织的细胞大小一般无明显差异，器官大小主要取决于细胞数量的多少。
知识点二、制约细胞无限长大的因素
1、相对表面积的大小（细胞表面积与体积之比）
细胞需要通过细胞膜表面与环境进行物质交换，细胞体积增大，相对表面积减小，细胞物质交换的效率降低（如营养物质、氧气、代谢废物）。这时就会引起细胞分裂，以恢复原来的表面积与体积的适宜比例。
2、细胞内物质的分配
细胞体积增大后，细胞内通过扩散进行的物质分配需要耗费更长的时间。细胞中的许多组分缺少用于生长所需的重要能源物质或其他重要的分子。
3、核、质体积的平衡
细胞质中的生理、生化过程都受到细胞核中遗传信息的指导和控制。细胞体积增大所带来的距离的增加，使控制的效率降低，造成核、质的不平衡，从而引起细胞分裂。
知识点三、细胞通过分裂进行增殖
1、细胞分裂与生物体生长、发育、繁殖、遗传和变异的关系
（1）细胞分裂是生物体生长、发育和繁殖的基础。①单细胞生物体：通过细胞分裂而繁衍新个体。②多细胞生物：从受精卵经过分裂和分化逐渐发育为成体。也能使多细胞生物衰老、死亡的细胞及时得到补充。通过细胞分裂，可以将亲代细胞复制的遗传物质，平均分配到两个子细胞中去。因此，细胞分裂是生物体生长、发育和繁殖的基础。
（2）细胞分裂对于生物的遗传有重要意义：有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，多细胞生物体的有丝分裂增加体细胞数目。有丝分裂过程中，在分裂间期亲代细胞染色体经过复制，经过分裂期一系列变化，精确地平均分配到两个子细胞中去。由于染色体上有遗传物质（DNA、基因），因而在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，对于生物的遗传有重要意义。
（3）细胞分裂与生物变异密切相关：①细胞分裂间期，DNA复制时，由于生物内部因素或外界环境条件的作用，使染色体上的基因发生基因突变，从而导致子代（或子细胞）发生变异。②减数分裂中，同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换，非同源染色体的自由组合，导致基因重组，使亲代产生多种类型（基因型）的配子，从而使后代具有更大的变异性和更强的生活力及适应性。③有丝分裂过程中，一些外界条件或因素（如秋水仙素），抑制纺锤体的形成，使有丝分裂过程受阻，使细胞核中染色体数目加倍，形成多倍体，导致生物变异。
2、细胞以分裂的方式进行增殖。
3、真核细胞的分裂方式有三种：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。原核细胞一般为二分裂，不属于无丝分裂。如细菌，其DNA复制并附着于质膜，随着质膜延长，DNA分配到两个细胞中。
★思考：“蓝藻在分裂中期，染色体着丝点有序排列于细胞赤道板上，末期细胞中央由高尔基体囊泡形成细胞板，之后形成细胞壁。”这个说法是否正确？答：不正确。蓝藻属于原核细胞，没有以上行为。
知识点四、细胞周期
1、概念：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。
概念分析：（1）连续分裂的细胞才有细胞周期，如进行有丝分裂的细胞。
（2）分裂间期在前，分裂间期占细胞周期的90%—95%。所以用显微镜观察有丝分裂装片中细胞分裂图像时（此时装片中的细胞已被杀死），视野中大多数的细胞处于间期。分裂期在后，经历的时间短。
（3）细胞种类不同，细胞周期的长短也不同。
（4）一般来说，高度分化的细胞无细胞周期，如骨骼肌细胞、神经细胞、减数分裂形成的细胞等。尚未分化的细胞才有细胞周期，如受精卵、干细胞、形成层细胞、生发层细胞、癌细胞、植物分生组织的细胞等。
（5）从增殖的角度看，细胞分为连续分裂的细胞、暂不增殖的细胞和终端分化细胞。连续分裂的细胞如小肠绒毛上皮腺窝细胞、表皮基底层细胞、部分骨髓造血细胞等，可在细胞周期中连续运转。暂不增殖细胞如某些免疫淋巴细胞、肝、肾细胞及大部分骨髓干细胞等，它们在适当刺激下可重新进入细胞周期。终端分化细胞如神经、肌纤维细胞等，它们不可逆地脱离细胞周期。所以，一个处于有丝分裂的细胞周期中细胞，其发育方向有三种可能：①继续处于有丝分裂的细胞周期中；②分化形成各种组织；③分化为暂不分裂的细胞。
★思考：具有细胞周期的细胞不会出现同源染色体的分离？对，因为减数分裂没有细胞周期。
2、图解
1、分裂间期：要求正确识别模式图（见上图）
（1）分裂间期又可分为G1、S、G2三个时期。其中，S期为DNA复制的时期，所以根据诱变育种原理，诱变剂发挥作用的时期也是此阶段。G1、G2期均有RNA和蛋白质的合成，所以也是核糖体功能较为活跃的时期。细胞也有适度生长，体积变大。
★思考1：在细胞分裂的G1期细胞中的mRNA主要用于指导合成与DNA复制有关的蛋白质。同时思考处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因是：分裂期细胞中的DNA处于高度螺旋化的染色体中，无法解旋，转录形成mRNA。
★思考2：“分裂期的细胞不进行DNA的复制和蛋白质的合成”这个说法是否正确？不正确，分裂期的细胞也要进行蛋白质的合成，如酶。
补充说明：①G1期发生细胞器的生长和数目增加，合成RNA和一定量的非组蛋白，DNA与组蛋白的结合变得疏松，那些可进行分裂的细胞经常停留在细胞周期的G1期。
②S期DNA的复制和组蛋白的合成同时进行，二者相互联动，如抑制蛋白质合成，DNA复制也受到抑制。RNA的合成继续，非组蛋白的合成也继续，如对于复制的启动有重要作用的促S期因子。
③G2期核膜开始有破裂的迹象，细胞合成微管蛋白和一些非组蛋白，tRNA仍有合成，rRNA、mRNA合成停止，具有特殊结构的染色体开始移动，细胞复制所需要的物质。
（2）联系必修2第3章第3节DNA的复制，回顾DNA的复制过程。
①复制的时期：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
②过程：首先，DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，解开两条螺旋的双链。这个过程叫解旋。然后，以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶的作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对的原则，各自合成与母链互补的一段子链。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。通过复制，遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
（3）复制结束后，1个DNA分子形成了2个完全相同的DNA分子，细胞内DNA分子数目加倍。此时，一条染色体含两条染色单体（呈染色质状态），由于它们共用1个着丝点，由1个着丝点连在一起，彼此并不独立，因此只能算是一条染色体，但含有两个DNA分子，所以细胞内染色体数目不变。
2、分裂期：分裂期是连续的过程，人们为了研究方便，把分裂期分为四个时期：前、中、后、末期。分裂期RNA的合成全部停止，蛋白质少量合成，染色质高度螺旋化，形成浓缩的染色体。所以整个细胞周期中，各时期都合成不同的特异性蛋白质，RNA除分裂期都合成，而DNA仅在S期合成。
（1）前期：要求正确识别模式图（见上图）
前期核仁逐渐解体，核膜逐渐消失。同时，间期的染色质细丝高度螺旋化，缩短变粗，形成了光学显微镜下可见的染色体。另外，从细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体。判断图示所给细胞处于有丝分裂前期的判断理由是：染色体含有染色单体，散乱分布于纺锤体中央。
（2）中期：要求正确识别并会画中期模式图
中期最主要的特点是染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上。这是染色体受附着在着丝点上纺锤丝牵引的结果。此时，细胞内染色体的形态最清晰，是我们观察细胞中染色体形态和数目的最佳时期。注意：赤道板是一个假想的平面，并不真实存在。
（3）后期：要求正确识别并会画模式图
每条染色体的着丝点一分为二，两条姐妹染色单体随之分开，拥有各自的着丝点，成为染色体。所以，此时细胞内染色体数目加倍。随后，由于纺锤丝的牵引，两套染色体分别移向细胞两极。这时细胞核中的染色体就平均分配到了细胞的两极，使细胞的两极各有一套染色体。这两套染色体的形态和数目完全相同，每一套染色体与分裂前亲代细胞中的染色体的形态和数目也相同。
注意：此时，细胞中染色体数目加倍，DNA数目不变，染色单体数目为0。
3、有丝分裂的意义：将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。
★思考：在有丝分裂过程中，染色体发生的一系列形态变化和活动都是与染色体及DNA平均分配到两个子细胞中去相适应的。染色体的活动决定于纺锤丝牵引的作用。
知识点六、染色体、染色单体与DNA的数量关系
1、计算染色体数目时，以染色体着丝点的数目为依据，有一个着丝点，就是一条染色体。
2、未复制的一条染色体上无染色单体，有一个DNA分子。复制后一条染色体上有两个DNA分子，分别位于一个着丝点连接的两条染色单体上。当染色体的着丝点分裂后，原来的一条染色体就成为两条染色体。因为这两条染色体由一条染色体复制而来，所以一般情况下，二者是完全相同的（基因突变、染色体变异除外）。
★思考1：处于有丝分裂各时期的细胞一定有同源染色体的存在？不正确，例如人工诱导二倍体植物的单倍体的形成过程或单倍体生物的有丝分裂。
★思考2：细胞增殖过程中，可能不会发生的是：①DNA含量的变化；②纺锤体的形成；③基因突变；④染色体自由组合。答：②③④ 解析：无丝分裂不形成纺锤体。
知识点七、有丝分裂涉及的几种变化规律
※相关信息：在刚刚完成分裂的子细胞中只含有一对由母细胞而来的中心粒，它必须再复制一对才能在有丝分裂时形成完整的纺锤体。中心粒要经过一个复杂的发育周期，才能复制并成熟。细胞进入间期的G1晚期时，两个中心粒开始稍稍分离，并成为母中心粒。在间期的S期和间期的G2期中，每个母中心粒上逐渐形成一个相对应的中心粒，所以在一对新中心粒中包括一个母中心粒和一个子中心粒。在新的中心粒形成的同时，作为基质的周围物质也不断聚集，并且两对中心粒沿着核膜移向两极，有丝分裂期M早期时，中心粒不仅复制完成，而且处在两极位置。这样中心粒的复制与移动，一方面保证了纺锤体的形成，另一方面决定了纺锤体的两极，也就是最终决定了细胞分裂的方向。
知识点九、与有丝分裂相关的细胞器
1、线粒体：提供能量（DNA复制、DNA转录、蛋白质合成、染色体运动等）
2、中心体：复制、形成纺锤体（动物、低等植物细胞）
3、高尔基体：形成细胞板，进而形成细胞壁（植物细胞）
4、核糖体：合成蛋白质（染色体中与DNA结合的组蛋白、纺锤丝成分微管蛋白等）。
知识点十、无丝分裂
无丝分裂是最早发现的一种细胞分裂方式，早在1841年就在鸡胚的血细胞中看到了，因为分裂时没有纺锤丝与染色体的变化而得名。
1、过程：细胞进行无丝分裂时，首先是细胞核延长，核的中部向内凹进，呈哑铃型，缢裂成为两个细胞核；然后整个细胞从中部缢裂成两部分（即细胞质分裂），形成两个子细胞。
2、模式图：见课本114页。
3、特点：分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，核膜、核仁也不消失，但无丝分裂中遗传物质也要复制，并且细胞要增大，当细胞核体积增大一倍时，细胞核就分裂，核中物质就分配到子细胞中去，由于不产生纺锤体和染色体，所以不能保证遗传物质平均分配到两个子细胞中去。
无丝分裂的优越性是：比有丝分裂消耗能量少，分裂迅速，分裂时细胞核保持正常的生理功能，在不利条件下仍可进行细胞分裂。
4、实例：这种分裂方式常出现于生活力旺盛、生长迅速的高度分化成熟的组织中，如蛙的红细胞、鸡胚血细胞、增殖迅速的肿瘤细胞、某些植物的胚乳细胞、肝细胞、肾小管上皮细胞、肾上腺皮质细胞。但要注意哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和其他细胞器，因而没有分裂的能力，当然也不能进行基因的表达和有氧呼吸，尽管红细胞内的血红蛋白运输O2。
注：酵母菌在营养充足时进行出芽生殖，营养贫乏时进行有性生殖。
知识点十一、实验—观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
1、原理：在高等植物体内，有丝分裂常见于根尖、芽尖等分生区细胞。由于各个细胞的分裂是独立进行的，因此在同一分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞。通过在高倍显微镜下观察各个时期细胞内染色体的存在状态，就可以判断这些细胞各处于有丝分裂的哪个时期，进而认识有丝分裂的完整过程。染色体因容易被碱性染料（如龙胆紫溶液、醋酸洋红溶液）着色而得名。
2、材料用具：洋葱（葱、蒜），显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，剪子，镊子，滴管，质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精，质量浓度为0.01g/ml或0.02g/ml的龙胆紫溶液（将龙胆紫溶解在质量分数为2%的醋酸溶液中配制而成）或醋酸洋红溶液，洋葱根尖细胞有丝分裂固定装片。
3、方法步骤：
（1）洋葱根尖的培养：上课前3—4天，取洋葱，放在广口瓶上。瓶内装满清水，让洋葱的底部接触到瓶内的水面。把这个装置放在温暖的地方培养，每天换水3次。待根长约5cm时，取生长健壮的根尖制成临时装片观察。
（2）临时装片的制作：制作流程为：解离→漂洗→染色→制片。
①解离：上午10时至下午2时（洋葱根尖分生区细胞处于分裂期的较多，这会因洋葱品种、室温等的差异而有所不同），剪取洋葱根尖2—3mm，立即放入盛有盐酸和酒精混合液（1:1）的玻璃皿中，在室温下解离。时间为3—5min。这一步的目的是：用药液使组织中的细胞相互分离开来。同时解离充分细胞才能分散，细胞才不会在制片时重叠。
②漂洗：待根尖酥软后，用镊子取出，放入盛有清水的玻璃皿中漂洗。时间为10min。这一步的目的是：洗去药液，防止解离过度。
③染色：把根尖放进盛有质量浓度为0.01g/ml或0.02g/ml的龙胆紫溶液（或醋酸洋红液）的玻璃皿中染色。时间为3—5min。这一步的目的是：龙胆紫溶液或醋酸洋红液能使染色体着色。在这一步中染色液的浓度和时间应掌握好，染色过深则不利于观察。
④制片：用镊子将这段根尖取出来，放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，在盖玻片上再加一片载玻片。然后，用拇指轻轻地按压载玻片，使根尖成薄雾状。这一步的目的是：使根尖细胞分散开来，有利于观察。按压时用力过重容易将组织压烂，过轻则细胞未分散，二者都对观察有影响。
（3）洋葱根尖细胞有丝分裂的观察：①把制成的装片先放在低倍显微镜下观察，扫视整个装片，找到分生区细胞。再换成高倍显微镜仔细观察，首先找出分裂中期的细胞，然后再找前期、后期、末期的细胞，注意观察各时期细胞内染色体形态和分布的特点。最后观察分裂间期的细胞。②也可观察洋葱根尖固定装片。③调节显微镜的放大倍数，统计视野中处于各时期的细胞数记录在记录表中。把视野移动到分生区一个新的区域再进行统计，再记录。
4、实验现象及结论：
植物的分生组织一般位于根和茎的生长尖端，以及茎向外加粗生长的部位。洋葱根尖分生区细胞特点：细胞呈正方形，小而排列紧密，核大，有的正在分裂，不含叶绿体和大液泡。
各时期细胞：同一个视野中所有分裂期细胞不会全部看到，慢慢移动装片，找全各时期细胞。间期细胞最多。
注意：①实验中剪取根尖的长度（出过高考题）。②实验中为了统计的细胞分裂指数（视野内分裂期细胞数占细胞总数的百分比）更加科学，计数时应采取的方法是：每组装片观察多个视野（为了使数据更准确，误差更小，就要在每组装片中观察多个视野，再取这些数据的平均值作为结果）。
※补充资料：鸡蛋有受精和未受精两种情况。未受精鸡蛋的形成：母鸡在卵巢内形成成熟卵细胞，不经受精就排入输卵管，在输卵管的下行过程中，被输卵管中、后段管壁的分泌物依次包裹，形成卵白、卵壳膜、卵壳，进入子宫时已经是蛋的形式。产蛋前子宫壁色素细胞分泌色素于壳表面，形成各种色斑。因此，未受精鸡蛋的卵细胞是卵黄部分，由卵黄膜、卵黄、胚盘（细胞核所在部位，如果受精，细胞在此处开始分裂）组成。鸡蛋（见课本粘贴资料中的图片）的卵黄外还包含卵白、卵壳膜和卵壳等卵膜。卵壳有保护内容物和供给胚胎发育所需钙的作用。卵壳膜能保护蛋内部不受细菌、霉菌等微生物的侵袭。卵白含有丰富的营养物质，其成分是：水分占85.5%，蛋白质占12.8%，脂肪占0.25%，碳水化合物占0.77%。此外，还含有微量元素、无机盐等。
受精鸡蛋的形成：如果卵细胞在输卵管前端的喇叭部与精子结合，则受精卵顺管而下，裹上卵白等。受精鸡蛋在母鸡体内就已经开始进行卵裂，它从母体产出时已包含一个早期胚胎。
★思考1：在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中，若持续观察视野中某一正在分裂的细胞，将会看到该细胞分裂成两个子细胞？错误，因为在解离过程中，细胞已被杀死，我们所看到的是已经固定的分裂相。
★思考2：用显微镜观察洋葱根尖有丝分裂后期的图像，可见纺锤丝牵引着染色体平均分成两组向两极缓慢移动。这个说法是否正确？答：错误，因为细胞在固定解离的过程中已被杀死。
★思考3：在完成了观察洋葱根尖分生区细胞有丝分裂实验后，教师给学生提供了2份资料。其中：资料二：全班20个实验小组的实验数据汇总表（注：各小组计数50个细胞，实验条件与观察计数方法相同）
细胞周期
间期
分裂期
前期
中期
后期和末期
实验小组1计数细胞个数
43
4
1
2
实验小组2计数细胞个数
44
3
0
3
……
……
……
……
……
全班计数细胞个数
880
67
18
35
计数细胞总数
1000
各时期细胞数的百分比
88.0
6.7
1.8
3.5
#p#分页标题#e# （2）若已知洋葱根尖分生区细胞的细胞周期为12.0h，请根据“资料二”，在饼状图中表示出间期、前期、中期以及后期和末期所占的时间（单位：h，精确到小数点后一位）。
解析：因众多细胞分裂处于非同步状态，根据细胞分裂各时期细胞数的百分比，可以推测细胞分裂各时期的比例。又题干告知洋葱根尖分生区细胞的细胞周期为12.0h，对各时期细胞数的百分比和洋葱根尖分生区细胞的细胞周期进行求积，可以求得细胞分裂各时期的时间，如表所示。（作图略）
细胞周期
间期
分裂期
前期
中期
后期和末期
各时期细胞数的百分比
88.0
6.7
1.8
3.5
各时期所占时间（h）
10.6
0.8
0.2
0.4
#p#分页标题#e# ★思考4：用放射性同位素标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，观察其有丝分裂，根据胸腺嘧啶脱氧核苷酸被细胞利用的速率为纵坐标，细胞周期时间为横坐标绘制曲线（曲线略），则是不是曲线的最高点对应的时刻，细胞中DNA含量达到最大值？不是，最高点对应的时刻表示细胞正在大量合成DNA。
第2节 细胞的分化
知识点一、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，叫做细胞分化。
补充说明：生物的个体发育是指受精卵经过细胞分裂、组织分化和器官的形成，直到发育成性成熟个体的过程。在这一过程中生物体的各种性状（或表现型）得以逐渐表现。
2、细胞分化在生物界是普遍存在的生命现象。
3、细胞分化的过程：在细胞外观尚未出现明显变化之前，细胞分化的前途就由遗传信息的执行情况决定了。分化的细胞内首先出现化学物质的变化，如结构蛋白和催化化学反应的酶不同，进而出现细胞形态、结构和生理功能上的不同。
如图：受精卵→有丝分裂→相同细胞→分化→首先出现化学成分上的不同→继续分化→继而出现形态、结构和生理功能上的不同（染色体数、核内DNA数相同）。
4、细胞分化的时期：细胞分化发生在生物体的整个生命过程中，在胚胎时期达到最大限度。
5、细胞分化的特点
（1）细胞分化的持久性：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。
注：①植物组织培养证明已经分化的细胞仍具有从分化状态恢复到具有潜在分裂能力的状态。
②持久性也有稳定性、不可逆性的含义。
（2）普遍性：生物界中普遍存在。
（3）高等生物比低等生物分化显著；动物比植物分化显著。
6、细胞分化的本质：多细胞生物个体由受精卵发育为新个体是受一系列基因调控的，是通过细胞增殖和细胞分化实现的。这些基因在发育过程中，按照时间和空间的顺序启动和关闭，互相协调，对胚胎细胞的生长和分化进行调节，产生的众多体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而含有相同的遗传物质和基因，但生物体不同部位的细胞表现出不同的性状，并且不同性状出现的时间并不相同，可见这是基因选择性表达（和基因顺序表达）的结果。也就是说是特定的基因在特定的时间内在特定的组织中表达。这句话可以作以下两方面的理解：①不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞表达不同的基因。②某一部位组织细胞内能表达的基因并非同时表达，而是在个体发育的不同时期有顺序地表达不同基因。分化的结果是在空间上细胞之间出现差异，在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。从分子水平看，细胞分化意味着各种细胞内合成了不同的专一蛋白质（蛋白质是生命活动的体现者），所以分化虽然常伴随着显著的细胞外观变化，但细胞的基因组总是保持不变，即细胞分化过程中，细胞中的遗传物质不改变。
补充说明：选择性表达：不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞表达不同的基因。顺序性表达：某一部位组织细胞内能表达的基因并非同时表达，而是在个体发育的不同时期有顺序地表达不同的基因。
分子杂交实验证明，在任何时间细胞基因组中只有少数基因表达（活动），这些表达的基因大致可分为两类：一类是维持细胞生存所必需的，它们在各种细胞中都处于活动状态，这类基因称为“持家基因”。如编码核糖体蛋白、线粒体蛋白、呼吸酶、细胞膜结构蛋白、ATP合成酶的基因。另一类是在各种组织细胞中有不同的选择表达的基因，这些基因称为“奢侈基因”。如幼红细胞中的血红蛋白基因，皮肤的角质蛋白基因等。组织专一基因的选择表达，合成了组织专一的蛋白质，如胰岛B细胞合成胰岛素、胰岛A细胞合成胰高血糖素。
★思考：某组织的细胞内都存在将葡萄糖分解为丙酮酸的酶，说明这些细胞还没有分化，这个说法是否正确？不正确。这些酶是持家基因表达的产物。
7、影响细胞分化的因素
细胞分化是基因选择性表达的结果，但细胞质、相邻的细胞、激素等也会对细胞分化产生重要影响。
8、细胞分化的结果：经过细胞分化，多细胞生物体形成各种不同的细胞和组织、器官。
9、细胞分化的意义：
①是生物个体发育的基础。②细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，有利于提高各种生理功能的效率。
10、细胞分裂（增殖）和细胞分化的关系：
（1）细胞分裂使细胞增多，是个体发育过程中的“量变”，是生物体生长、发育和繁殖的基础，也是细胞分化的基础；细胞分化则使细胞种类多样化，是个体发育过程中的“质变”。没有细胞分化，生物体就不能正常发育。
（2）细胞在分裂的过程中通常就有分化，在有些分化过程中也有细胞分裂。
（3）生物的个体发育是通过细胞分裂和细胞分化过程共同实现的。
★思考：“细胞分化既能使细胞数量增加，也能使细胞种类增加。”这个说法是否正确？不正确。
★思考：某种药物能阻断DNA的复制，如果用加入了该药物的培养基进行植物组织培养，则结果是：
答案：植物细胞既不能进行增殖，也不能进行分化。
知识点二、细胞的全能性
1、概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。选修3中的概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。即在合适的条件下，有些分化的细胞具有恢复分裂，重新分化发育成完整新个体的能力。全能性的表现需要离体，而且需要激素、营养物质等适宜的外界条件。
2、细胞具有全能性的原因：生物体的每个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质（遗传信息），都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
★思考：由皮肤干细胞可以诱导形成各种体细胞，其根本原因是皮肤干细胞含有人体全套的遗传物质（遗传信息）。
3、植物细胞的全能性：联系选修3的内容
（1）植物组织培养过程：离体的植物器官、组织或细胞→脱分化→愈伤组织→再分化→幼根和芽→植物体（小植株）
（2）植物细胞工程的实际应用：①微型繁殖（快速繁殖）；②作物脱毒：植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒；③人工种子；④单倍体育种；⑤突变体的利用；⑥细胞产物的工厂化生产；⑦转基因植物的培育。
4、动物细胞的全能性
（1）体细胞的全能性：到目前为止，人们还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体。
（2）生殖细胞的全能性：某些动物的生殖细胞可发育为个体。如雄蜂是由未受精的卵细胞发育而来的。雄白蚁也是由未受精的卵细胞发育而来的。
（3）细胞核的全能性：动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，细胞分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。而动物细胞的细胞核，由于含有保持本物种遗传特性所需的全套基因，因此，高度分化的细胞的细胞核仍然具有全能性。这可以从细胞核移植实验得到证实。
（4）动物细胞工程技术的应用：①动物细胞培养技术的应用：生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等生物制品；用于动物基因工程；检测有毒物质；培养正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理方面的研究。
②体细胞核移植技术的应用：利用体细胞克隆技术加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；保护濒危物种；利用转基因动物作为生物反应器，生产珍贵医用蛋白；作为器官移植的供体；了解胚胎发育及衰老的过程；用克隆动物作疾病模型。③动物细胞融合技术的应用：产生杂交瘤，生产单克隆抗体。
5、细胞全能性高低的比较：
（1）受精卵＞卵细胞（精子）＞体细胞
自然条件下卵细胞全能性高于精子，更易发育成新个体。
（2）植物体细胞＞动物体细胞
（3）桑椹胚及这一阶段前的每一个细胞都属于全能细胞。胚胎干细胞（由早期胚胎—囊胚的内细胞团细胞或原始性腺中分离出来）也具有全能性。干细胞既有分化潜能又有自我更新能力。
（4）细胞的分化程度越高，全能性越小。
★思考1：下列能说明某细胞已经发生分化的是：A、进行ATP的合成；B、进行mRNA的合成；C、存在血红蛋白；D、存在纤维蛋白原基因
★思考2：皮肤细胞在体内无法转变成其他体细胞，这是因为它是高度分化的细胞，其分化的根本原因是___。
答：基因的选择性表达或在个体发育过程中遗传信息的执行情况不同。
★思考3：将小鼠胚胎干细胞定向诱导分化成一种特定的细胞(命名为M细胞)，再将M细胞移植到糖尿病模型小鼠(胰岛细胞被特定药物破坏的小鼠)体内，然后测定小鼠的血糖浓度，结果如图所示(虚线表示正常小鼠的血糖浓度值)。请回答相关问题：
第3节 细胞的衰老和凋亡
知识点一、个体衰老与细胞衰老的关系
1、个体衰老与细胞衰老有关，但二者又不能完全画等号。
2、对于单细胞生物来说：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。
3、对于多细胞生物来说：细胞的衰老和死亡并不等于个体的衰老或死亡。如幼年个体每天都有细胞衰老或死亡，而老年个体每天也有新细胞产生。
4、从总体上看，个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程。体内正常细胞的寿命受分裂次数的限制，细胞会随着分裂次数的增多而衰老。
联系选修3动物细胞培养的内容：
（1）过程：动物组织块→剪碎→用胰蛋白酶处理，使其分散成单个细胞→用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液→培养瓶中的细胞出现细胞贴壁生长，即原代培养→出现细胞接触抑制→贴满瓶壁的细胞重新用胰酶处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，即传代培养。
（2）传代培养的细胞一般传至10代以后就不易传下去了。一般来说，细胞在传至10—50代左右时，增殖会减慢，以至于完全停止，这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化。继续传代培养，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。
（3）动物细胞培养的条件：①无菌、无毒的环境：培养液和所有培养用具要进行无菌处理。培养液中添加抗生素。定期更换培养液，清除代谢废物。②营养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。一般用合成培养基并添加血清、血浆等天然成分。有时出于研究需要也使用无血清培养基。③温度和PH：哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜，PH为7.2—7.4。④气体环境：O2、CO2。CO2的作用是维持培养液的PH。通常在含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养。
知识点二、细胞衰老的特征
1、应该说细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化后，最终表现出来的细胞形态、结构和功能发生变化的过程。
2、衰老的细胞的特征：
形态及生理变化：①细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小。细胞新陈代谢速率因此减慢。使人出现皮肤干燥、皱纹等特征。②细胞核体积增大。细胞核体积增大的原因是细胞衰老，物质运输或吸收变得困难，为了增强吸收，细胞核进行代偿性增大。同时，核膜通透性的改变也导致正常的渗透压改变，使得细胞核肿胀。③核膜内折（陷），通透性改变。④染色质收缩、染色加深。DNA的复制与转录均受到影响，细胞内呼吸速率减慢。⑤细胞膜流动性降低，通透性改变，选择透过性功能减弱。⑥细胞内色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和信号传递，影响细胞生理功能。如老年人出现的老年斑是长寿命蛋白质与DNA及脂质共价缩合形成的叫做脂褐素的色素在细胞内积累的结果，它结构致密，不能彻底水解，又不能排出细胞。⑦细胞内多种酶的活性降低。如头发黑色素细胞衰老，细胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，引起老年人的头发变白。⑧细胞内细胞器，如线粒体、高尔基体数量减少，结构遭到破坏。
★思考：细胞衰老时，细胞内蛋白质和RNA的总量均会下降。将一完整的烟草叶片，一半用细胞分裂素处理，另一半用水处理，放置暗处一段时间后，测得叶片中蛋白质和RNA的含量如图所示。由实验结果不能推出的结论是：C
A．蛋白质量的变化和RNA量的变化有着必然的联系
B．N、P等的缺乏可能会加速叶片的衰老
C．细胞衰老是由基因决定的，与环境因素无关
D．细胞分裂素能延缓细胞衰老，可用于某些蔬菜的保鲜
知识点三、细胞衰老的原因
1、自由基学说：自由基指异常活泼的带电分子或基团。自由基含有未配对电子，表现出高度的反应活泼性。在生命活动中，细胞不断进行各种氧化反应，在这些反应中产生了自由基。此外，辐射及有害物质入侵也刺激细胞产生自由基。自由基产生后，会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子。糟糕的是，自由基攻击生物膜的组成成分磷脂分子时，产物同样是自由基。这些新产生的自由基再去攻击别的分子，引发雪崩式的反应，对生物膜损伤较大。此外，自由基还攻击DNA，可能引起基因突变。自由基攻击蛋白质，使蛋白质活性下降，致使细胞衰老。
2、端粒学说：每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA，称为端粒。端粒DNA序列在每次细胞分裂后都会缩短一截。随着细胞分裂次数的增加，截短的部分会逐渐向内延伸。在端粒DNA序列被“截”短后，端粒内侧的正常基因的DNA序列就会受到损伤，结果使细胞活动渐趋异常。
知识点四、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。
2、特点：是一种自然的生理过程。
3、另一个名称：由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，因而也称为细胞编程性死亡。
4、实例：①人在胚胎时期，要经历有尾的阶段，后来尾部细胞自动死亡，尾才消失。②蝌蚪尾的消失。③在胎儿手的发育过程中，五个手指最初是愈合在一起的，像一把铲子，后来随着指间的细胞自动死亡，才发育为成形的手指。
5、意义：①在胚胎发育期：清除多余的细胞；有利于器官建构，保证多细胞生物体完成正常发育。例如：人的早期胚胎有尾，尾部细胞随着发育逐渐凋亡。②在成熟的生物体中，细胞的更新，被病原体感染或发生癌变时通过细胞凋亡加以清除，维持稳态。应该说，在健康的机体中，细胞的生生死死总是处于一个良性的动态平衡中，在人体发育成熟之前的阶段，总体来说，细胞诞生的多，死亡的少，身体不断发育。一个成年人体内每天都有无数细胞诞生，同时又有无数细胞“程序性死亡”。如果这种平衡被破坏，人就会患病。如该“程序性死亡”的细胞没有死亡，就可能形成癌症，所以促进细胞凋亡可以治疗癌症。如果不该死亡的细胞过多的死亡，比如受艾滋病病毒攻击，不该死亡的T淋巴细胞大量死亡，就会破坏人体免疫能力，导致艾滋病发作。
★补充：动物机体细胞凋亡及清除示意图：
注：细胞凋亡是特异性的，体现了生物膜的信息传递功能。细胞凋亡过程中有新蛋白质的合成，体现了基因的选择性表达。凋亡相关基因是机体固有的，在动物生长发育过程中发挥重要作用。
6、细胞坏死：
（1）定义：坏死是外界不利因素引起的细胞代谢活动受损或中断而导致细胞损伤或死亡的病理现象。
（2）细胞凋亡是由特定基因控制的正常生理死亡过程，是主动性死亡，而细胞坏死是细胞的被动性死亡，是病理性死亡，往往因细胞内容物流出而导致机体炎症。而细胞凋亡是会出现凋亡小体，而不会出现细胞内容物流出的。
※补充资料：2002年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了来自英国的两位和来自美国的一位科学家以表彰他们发现了在器官发育程序性细胞死亡过程中的基因规则。他们发现控制“程序性细胞死亡”的基因有两类：一类是抑制细胞死亡的，另一类是启动或促进细胞死亡的。如果能发现所有的调控基因，分析其功能，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物，那就可以加速癌细胞自杀，达到治疗癌症的目的。还可以提高免疫细胞的生命力，达到抵抗艾滋病的目的。
第4节 细胞的癌变
知识点一、癌细胞
1、概念：有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中的遗传物质发生变化，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。
※补充说明：肿瘤可分为良性肿瘤和恶性肿瘤，前者生长缓慢，不发生转移，后者生长迅速，能发生转移，还能产生有害物质，后者也就是我们通常所说的癌症。但良性肿瘤和恶性肿瘤的细胞均可无限增殖。
2、癌细胞的特征：
（1）适宜条件下，能够无限增殖；（2）形态结构发生显著变化。癌细胞的细胞核较正常细胞的大，有时形态也变得不规则，核仁也变大。（3）癌细胞的表面发生变化。如细胞膜上的糖蛋白减少，导致癌细胞彼此之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。也就是癌细胞具有迁移性和失去接触抑制。即我们在选修3学习《动物细胞培养》时学到的，正常细胞体外培养时表现出的细胞贴壁生长和贴壁细胞分裂生长到表面相互接触，汇合成单层后，细胞停止分裂增殖的细胞的接触抑制现象。由于癌细胞失去接触抑制因而在培养条件下没有正常细胞体外培养时表现出的贴壁生长和汇合成单层后停止生长的特点，可生长成多层，甚至堆积成群。（4）分化程度低。正常情况下，细胞分化使得细胞内的基因选择性表达，使细胞成为具有某种特定功能的细胞，高度分化的细胞寿命有限。癌变恰恰相反，细胞发生癌变后，迅速去分化，成为分化程度极低的细胞，细胞寿命理论上无限长。由于不分化和去分化都可能产生癌细胞，癌变和分化是两个截然相反的过程，故认为癌变是分化出现畸变的结果。
★思考：“细胞癌变，则其代谢增强。”这个说法是否正确？正确。
知识点二、引起细胞发生癌变的原因
1、外部原因：（1）物理致癌因子：主要是辐射，如紫外线、X射线等；（2）化学致癌因子：非常多，可分为无机化合物如石棉、砷化物、铬化物、镉化物等，有机化合物如联苯胺、烯环烃、亚硝胺、黄曲霉素等；（3）病毒致癌因子：是指能使细胞发生癌变的病毒。致癌病毒能够引起细胞发生癌变，主要是因为它们含有病毒癌基因以及与致癌有关的核酸序列。它们通过感染人的细胞后，将其基因组整合进人的基因组中，从而诱发人的细胞癌变。
2、内因：首先，我们应明确肿瘤是一种基因病，但并非是遗传的。癌症不同于各类病原体入侵机体所引起的传染病，它是由机体内正常细胞基因突变而完全改变了原有性质而发生的。
（1）原癌基因：需明确，原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必需的，在进化上高度保守。当原癌基因的结构或调控区发生突变（或称激活、活化），原癌基因突变成癌基因，导致基因产物增多或活性增强时，细胞会过度增殖，形成肿瘤。原癌基因可以看作是肿瘤病毒中的癌基因和癌细胞中的癌基因的原型。
（2）抑癌基因：抑癌基因也称为抗癌基因。功能是阻止细胞不正常的增殖，促进细胞分化和抑制细胞迁移，因此起负调控作用。抑癌基因的丢失、突变或失去功能，使突变的癌基因发挥作用而致癌。
3、细胞癌变图解
正常细胞→致癌因子导致原癌基因和抑癌基因发生突变→细胞生长和分裂失控→癌细胞
知识点三、癌症的预防和治疗
1、预防：（1）注意防护，避免接触各种致癌因子。（2）增强体质，保持心态健康。（3）养成良好的生活习惯。比如，绿茶中的多酚具有抗癌作用。因为绿茶的细胞中具有控制合成多酚的酶的基因。
2、治疗：检查手段；治疗手段
手术治疗中，如果癌细胞没转移，可以通过手术切除挽救患者生命，一旦部分癌细胞脱离原发病部位，通过血管或淋巴管转移至其他部位继续生长，治疗就非常困难了。
知识点四、根据细胞癌变的比例检测有毒物质的毒性
1、原理：许多致畸、致癌物质加入动物细胞培养液后，培养细胞会发生染色体结构和数目的变异。根据变异细胞占全部培养细胞的百分数，可以判断某种物质的毒性。
2、步骤
（1）利用待测物质配制成动物细胞培养液。
（2）选取正常的动物细胞进行培养。
（3）一段时间后检测癌变细胞占培养细胞的比例，推测有毒物质的毒性。
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