2023版高考生物一轮总复习第4单元细胞的生命历程第13课细胞的分化衰老和死亡教师用书

第13课　细胞的分化、衰老和死亡

►学业质量水平要求◄

1．运用结构与功能观等观念，说明细胞物质和结构的变化与细胞分化的关系。(生命观念)

2．通过归纳与概括等方法，举例说明细胞衰老的原因及特征。(生命观念)

3．联系生活实际，了解干细胞的应用前景，倡导健康的生活方式。(社会责任)

考点一　细胞的分化与全能性

1．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。

(2)特点。

①持久性：细胞分化是一种持久性的变化。

②不可逆性：一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。

③普遍性：细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。

(3)实质：在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，即基因的选择性表达。

(4)意义。

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，有利于提高生物体各种生理功能的效率。

2．细胞的全能性

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，这些细胞叫作干细胞。

(2)类型。

1．哺乳动物造血干细胞分化为成熟红细胞的过程不可逆。 (　√　)

2．胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，故可以产生胰岛素而不能产生抗体。(　×　)

3．断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。 (　√　)

4．胚胎干细胞仍然具有分化成生物体的其他各种细胞的能力，具有细胞的全能性。(　√　)

5．同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。 (　×　)

6．细胞分化后的不同细胞中核DNA、mRNA和蛋白质均不相同。 (　×　)

7．同一个体茎尖分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强。 (　√　)

8．细胞分化使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率。 (　√　)

1．细胞分化的六个关键点

(1)细胞分化的标志。

(2)过程图解。

(3)细胞分裂与细胞分化的区别和联系。

(4)分化细胞表达的基因。

(5)细胞分化的“变”与“不变”。

(6)细胞分化过程中遵循的中心法则。

2．细胞分化与细胞全能性的比较

提醒：(1)分化的细胞不一定不再进行分裂，如B淋巴细胞等，接受抗原刺激后仍可再分裂。

(2)并非所有干细胞都要发生分化。干细胞分裂后一部分细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞；还有一部分保持分裂能力，用于干细胞本身的自我更新。

(3)分化程度高的细胞其全能性不一定低。一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难表达，细胞分化程度越低，全能性越高，但卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。

(4)分化一般不会改变遗传物质。细胞分化是基因选择性表达的结果，一般不会导致遗传物质的改变。已分化的细胞一般都含有保持该物种遗传性状所需要的全套遗传物质，因而都具有全能性。

考向1| 细胞分化的实质和特点

1．下图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，下列分析错误的是(　　)

A．此图能说明细胞分化的实质

B．基因b可能控制RNA聚合酶的合成

C．细胞中mRNA差异最大的是细胞2和4

D．一般来说，这5种细胞的核遗传物质相同

C　解析：分析题图可知，同一个体的5种细胞中基因表达的情况有差异，说明基因在不同细胞中选择性表达，体现了细胞分化的实质，A正确；5种细胞中都有相关基因表达，基因表达的转录过程需要RNA聚合酶的催化，说明这5种细胞中都有RNA聚合酶，基因b在这5种细胞中都表达了，故其可能是控制RNA聚合酶合成的基因，B正确；细胞2和4中mRNA有2种不同，而细胞3和4中mRNA有4种不同，C错误；这5种细胞均最终来源于同一个受精卵，故它们细胞核中的遗传物质一般相同，D正确。

2．(2021·四川成都模拟)下表是人体内红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞内所含有的核基因及这些基因表达的情况(“＋”表示该基因能表达，“－”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是(　　)

A．①②③均表示“＋”

B．此表说明细胞分化导致基因的选择性表达

C．三种细胞中mRNA和蛋白质种类完全不同

D．三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是核基因种类不完全相同

A　解析：血红蛋白基因只在红细胞中表达，胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，抗体基因只在浆细胞中表达，有氧呼吸酶基因在三种细胞中都表达，A正确；细胞分化是基因选择性表达的结果，B错误；三种细胞中有氧呼吸酶基因都表达，C错误；三种细胞是同一个体中的体细胞，核基因种类相同，只是表达的基因不同，D错误。

【技法总结】“四看法”判断细胞分化——四项中共性为“分化细胞与众不同”

考向2| 细胞的全能性和干细胞

3．下列关于细胞全能性的叙述，错误的是(　　)

A．离体的植物细胞在一定条件下培养能表现出全能性

B．在生物体所有的细胞中，受精卵的全能性最高

C．克隆羊的诞生证明了高度分化的动物细胞具有全能性

D．卵细胞直接发育成雄蜂体现了动物细胞具有全能性

C　解析：处于离体状态的植物细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件下，可培养成完整植株，体现了植物细胞的全能性，A正确；在生物体所有的细胞中，受精卵的分化程度最低，全能性最高，B正确；高度分化的动物细胞，其全能性受到限制，不容易表达，克隆羊的诞生证明了高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性，C错误；由卵细胞直接发育成雄蜂的过程体现了卵细胞的全能性，D正确。

4．下图表示人体内干细胞的增殖、分化。下列有关叙述正确的是(　　)

A．干细胞与白细胞的基因型不同，因此合成的mRNA和蛋白质种类也不相同

B．图示所有的细胞中，干细胞不仅具有较强的分裂能力，而且分裂周期也较短

C．血小板和红细胞内遗传信息的流动方向是DNA→DNA→RNA→蛋白质

D．白细胞能够穿过血管壁去吞噬病菌，是因为细胞膜的选择透过性

B　解析：白细胞是由造血干细胞增殖、分化而来的，二者基因型相同，由于基因的选择性表达，二者合成的mRNA和蛋白质种类不完全相同，A错误；题图所有的细胞中，干细胞不仅具有较强的分裂能力，而且分裂周期也较短，B正确；成熟的红细胞和血小板内没有细胞核，不能进行DNA的复制和基因的表达，C错误；白细胞能够穿过血管壁去吞噬病菌，是因为细胞膜具有一定的流动性，D错误。

考点二　细胞的衰老与死亡

1．细胞衰老

(1)个体衰老与细胞衰老的关系。

(2)细胞衰老的特征。

①代谢变化。

②结构变化：细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。

(3)细胞衰老的原因。

①自由基学说：细胞代谢中产生的自由基会攻击和破坏生物膜、DNA、蛋白质等，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—蛋白质复合体，称为端粒。端粒会随着细胞分裂次数的增加而缩短，导致正常基因的DNA序列损伤，使细胞逐渐衰老。

2．细胞的死亡

(1)细胞死亡包括凋亡和坏死等方式。

(2)细胞凋亡。

①概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。

②类型

(3)细胞坏死：在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。

(4)细胞自噬：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用。

1．细胞普遍衰老会导致个体衰老。 (　√　)

2．衰老细胞内染色质固缩影响DNA复制和转录。 (　√　)

3．细胞凋亡受基因调控，不利于个体生长发育。 (　×　)

4．细胞毒性T细胞裂解含有病毒的组织细胞的过程属于细胞凋亡。 (　√　)

5．当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。 (　√　)

6．有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。 (　√　)

1．细胞自噬与细胞凋亡

(1)细胞自噬。

①处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。

②通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定。

③人类许多疾病的发生，可能与细胞自噬发生障碍有关，细胞自噬机制的研究对许多疾病的防治有重要意义。

(2)细胞凋亡。

(3)二者的区别与联系。

①形态学上的区别：自噬是形成双层膜的自噬泡，包裹细胞质内的物质，然后与溶酶体融合消化掉内容物；凋亡会使染色质固缩，染色加深，细胞膜内陷形成凋亡小体，最后细胞解体。

②生理意义上的区别：自噬只是细胞在高胁迫的环境中的一种应急机制，旨在为自身提供营养或者降解错误折叠的蛋白质等，不一定引起死亡；凋亡是正常的细胞死亡途径，凋亡后，细胞必定死亡。

③联系：有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。

2．细胞衰老与死亡的比较

3．细胞各生命历程的内在关系

考向1| 细胞凋亡与细胞坏死

1．(2021·河北石家庄模拟)细胞凋亡与细胞坏死是两个不同的过程，如下图所示。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

D　解析：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，A正确；由图可知，细胞坏死是细胞因细胞膜破裂，胞浆外溢而死亡，B正确；吞噬细胞吞噬凋亡小体后通过细胞内的溶酶体将其消化，C正确；在成人体内，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。

2．脊椎动物神经系统的发育过程中，只有约50%的原始神经细胞接受了足够的神经元而存活下来，存活下来的神经细胞与靶细胞建立连接，其他原始神经细胞则发生凋亡，这就保证了神经细胞的数量与由其支配的靶细胞的数量相适应，从而建立正确的神经网络联系。下列相关叙述正确的是(　　)

A．神经生长因子调控原始神经细胞的凋亡，细胞凋亡是基因和环境共同作用的

B．细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，所以也常常被称为细胞坏死

C．发育中的个体通过细胞凋亡维持适宜的细胞数量，成熟个体不再发生细胞凋亡

D．细胞的凋亡不等于个体的凋亡，单细胞生物也依靠细胞凋亡维持内部环境稳定

A　解析：只有接受了足够神经元的原始神经细胞才能生存，并与靶细胞建立联系，其他的则发生凋亡，该过程中神经生长因子调控原始神经细胞的凋亡，且细胞凋亡是基因和环境共同作用的结果，A正确；细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，而细胞坏死是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，细胞凋亡对机体有利，不等于细胞坏死，B错误；细胞凋亡贯穿整个生命历程，所以成熟个体也会发生细胞凋亡，C错误；对于多细胞个体，细胞的凋亡不等于个体的凋亡，对于单细胞生物，细胞凋亡等于个体的凋亡，D错误。

【技法总结】“三看法”判断细胞凋亡与细胞坏死

考向2| 细胞生命历程的综合考查

3．秀丽隐杆线虫的受精卵第一次卵裂产生AB和P1两种细胞，AB细胞经3次细胞分裂产生的ABalaa细胞继续分裂最终得到的17个细胞，均在幼虫中发育为环神经节，该过程中有13个细胞死亡。据此分析，下列相关叙述正确的是(　　)

A．上述过程中细胞死亡均属于程序性的细胞坏死

B．AB细胞与幼虫环神经节细胞中的RNA完全相同

C．若ABalaa细胞核基因突变，13个死亡细胞不含该突变基因

D．幼虫发育过程中发生了细胞分裂、分化、凋亡等生理过程

D　解析：题中所述过程中细胞死亡是细胞主动结束生命的过程，属于程序性的细胞凋亡，A错误；AB细胞发育到幼虫环神经节细胞过程中发生了细胞的分化，AB细胞与幼虫环神经节细胞中的RNA不完全相同，B错误；13个死亡细胞均是由ABalaa细胞分裂分化而来的，所以若ABalaa细胞核基因突变，13个死亡细胞都含有该突变基因，C错误；个体的发育过程离不开细胞分裂、分化、衰老和凋亡过程，所以幼虫发育过程中发生了细胞分裂、分化、凋亡等生理过程，D正确。

4．下图表示细胞的生命历程，其中甲～辛代表相关生理过程。下列描述正确的是(　　)

A．甲过程代表细胞有丝分裂，乙过程中细胞分化并不改变细胞内的遗传物质

B．戊过程的发生是由基因调控自己结束生命的结果

C．丁过程与基因表达有关，只发生在胚胎发育过程中，并与戊过程有区别

D．己过程中细胞内水分减少，细胞核体积变小，辛过程体现了细胞的全能性

A　解析：由题图可知，甲过程为细胞分裂(有丝分裂)，乙、庚和辛过程为细胞分化。乙过程细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞内的遗传物质并没有发生改变，A正确；戊过程是细胞坏死，丁过程为细胞凋亡，细胞凋亡是由基因调控细胞自己结束生命的过程，细胞坏死不是，B错误；细胞凋亡与基因表达有关，且细胞凋亡在个体发育的各个阶段均会发生，C错误；衰老的细胞内水分减少，细胞体积变小，但细胞核体积增大，D错误。

【命题动态】细胞的一生要经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命历程。本专题已出现的高考试题考查了细胞周期、细胞分化、细胞衰老与死亡等知识点。对“细胞分化”的考查常结合细胞的全能性进行；对“细胞的衰老与死亡”的考查常结合人体健康知识进行。试题情境多为基础判断，或结合人体健康等生产生活问题进行的探讨。需具备的素养要素有分析与推断、审视或论证、珍爱生命、健康生活方式等。

1．(2021·广东卷)研究表明，激活某种蛋白激酶PKR，可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡。下列叙述正确的是(　　)

A．上述病毒感染的细胞凋亡后其功能可恢复

B．上述病毒感染细胞的凋亡不是程序性死亡

C．上述病毒感染细胞的凋亡过程不受基因控制

D．PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究

[思维培养]

D　解析：被病毒感染的细胞凋亡后，丧失其功能且不可恢复，A错误；细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，是程序性死亡，且受基因控制，B、C错误；由题意可知，激活蛋白激酶PKR，可诱导被病毒感染的细胞发生凋亡，故PKR激活剂可作为潜在的抗病毒药物加以研究，D正确。

2．(2021·河北卷)关于细胞生命历程的叙述，错误的是(　　)

A．细胞凋亡过程中不需要新合成蛋白质

B．清除细胞内过多的自由基有助于延缓细胞衰老

C．紫外线照射导致的DNA损伤是皮肤癌发生的原因之一

D．已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性

[思维培养]

A　解析：细胞凋亡是指由基因决定的细胞自动结束生命的过程，细胞凋亡过程中有控制凋亡的基因表达，需要新合成蛋白质，A错误；在生命活动中，细胞会产生自由基，自由基会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子，导致细胞衰老，所以清除细胞内过多的自由基有助于延缓细胞衰老，B正确；细胞癌变的原因是原癌基因和抑癌基因发生突变，紫外线是一种物理致癌因子，紫外线照射会导致DNA损伤，引起基因突变，导致细胞癌变，是皮肤癌发生的原因之一，C正确；克隆羊“多莉”的诞生是将体细胞核移植到去核的卵细胞中培育成的，说明已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性，D正确。

3．(2021· 山东卷)细胞内分子伴侣可识别并结合含有短肽序列KFERQ的目标蛋白形成复合体，该复合体与溶酶体膜上的受体L结合后，目标蛋白进入溶酶体被降解。该过程可通过降解α­酮戊二酸合成酶，调控细胞内α­酮戊二酸的含量，从而促进胚胎干细胞分化。下列说法错误的是(　　)

A．α­酮戊二酸合成酶的降解产物可被细胞再利用

B．α­酮戊二酸含量升高不利于胚胎干细胞的分化

C．抑制L基因表达可降低细胞内α­酮戊二酸的含量

D．目标蛋白进入溶酶体的过程体现了生物膜具有物质运输的功能

C　解析：α­酮戊二酸合成酶是蛋白质，其降解产物是氨基酸，可以被细胞重新利用，A正确；据题意，通过降解 α­酮戊二酸合成酶，调控细胞内α­酮戊二酸的含量，可以促进胚胎干细胞分化，推知α­酮戊二酸合成酶被降解，α­酮戊二酸的合成量减少，可以促进胚胎干细胞的分化，故α­酮戊二酸含量升高不利于胚胎干细胞分化，B 正确；抑制 L 基因表达后，α­酮戊二酸合成酶的降解会减少，因此α­酮戊二酸的含量会增加，C 错误；目标蛋白通过胞吞作用进入溶酶体的过程体现了生物膜具有物质运输的功能，D正确。

1．(生活、学习和实践情境)正常情况下，甲胎蛋白(AFP)主要来自胚胎的肝细胞，胎儿出生后约两个月AFP基本从血液中消失。但慢性肝炎、肝硬化患者的肝细胞再生时，AFP会升高，尤其当肝细胞发生癌变时，血液中AFP含量会持续性异常升高，所以当血液中该指标超过正常值时需要进一步检查以确认体内是否出现了癌细胞。下列有关说法正确的是(　　)

A．可以推测当肝细胞分裂周期变长时，AFP合成量会增加

B．指导合成AFP的基因属于原癌基因，发生突变后才表达

C．可以推测AFP能对细胞的分化起促进作用

D．肝细胞中的内质网和高尔基体会参与AFP的加工与运输

D　解析：由题意“当肝细胞发生癌变时，血液中AFP含量会持续性异常升高”可知，当肝细胞癌变、分裂周期变短时，AFP合成会增加，A错误；正常情况下，甲胎蛋白(AFP)主要来自胚胎的肝细胞，胎儿出生后约两周AFP从血液中消失，可见指导合成AFP的基因是人体正常基因，正常时也会表达，B错误；由题干信息可知，慢性肝炎、肝硬化患者肝细胞再生时或肝细胞发生癌变时AFP的合成较多，但不能得出AFP能对细胞的分化起促进作用，C错误；甲胎蛋白(AFP)属于分泌蛋白，其加工与运输需要内质网和高尔基体的参与，D正确。

2．(科学实验和探究情境)科学家针对衰老细胞普遍具有的最典型特征增强的溶酶体β­半乳糖苷酶(β­gal)的活性，设计并合成了被称为SSK1的化合物。当SSK1进入小鼠的衰老细胞后，SSK1的β­半乳糖苷键会迅速被衰老细胞的β­gal切割，释放具有杀伤性的毒性分子，诱导衰老细胞死亡；当SSK1进入非衰老细胞时，由于细胞中β­gal的活性较低，SSK1不会被代谢激活，不会产生杀伤作用。下列相关叙述正确的是(　　)

A．SSK1不能降低小鼠组织器官中衰老细胞的数量

B．小鼠细胞的衰老是由机体衰老导致的

C．衰老细胞中的水分减少，酶的活性均降低

D．SSK1本身不能直接引起衰老细胞死亡

D　解析：SSK1能诱导衰老细胞死亡，故其能降低小鼠组织器官中衰老细胞的数量，A错误；机体未衰老的小鼠细胞中也有细胞的衰老，B错误；衰老细胞中的水分减少，但其酶的活性并不一定都降低，如β­半乳糖苷酶(β­gal)的活性升高，C错误；在衰老细胞中，SSK1的β­半乳糖苷键被切割后才可释放出有杀伤性的毒性分子，但其本身并不能引起细胞死亡，D正确。

3．(生命科学史情境)日本科学家大隅良典研究蛋白质在酵母菌液泡中降解的过程时阐释了细胞自噬的机理。他培养出缺乏液泡降解酶的酵母菌，当这些酵母菌饥饿时，自噬体就会在液泡中迅速累积。下列叙述错误的是(　　)

A．液泡在植物细胞中有调节渗透压的作用，在酵母菌中的作用和溶酶体类似

B．酵母菌液泡中合成的降解酶在液泡的酸性环境下活性较高

C．饥饿的酵母菌细胞产生自噬现象是为了获得维持生存所需的物质和能量

D．缺乏液泡降解酶的酵母菌可能是液泡降解酶基因发生了突变

B　解析：液泡在植物细胞中有调节渗透压的作用，据题意可知，酵母菌液泡中含有降解酶，能降解蛋白质等物质，液泡可参与细胞自噬过程，推测液泡在酵母菌中的作用和溶酶体类似，A正确；降解酶的化学本质是蛋白质，其在核糖体上合成，而不是在液泡中合成，B错误；细胞自噬是将一些损坏的蛋白质或细胞器进行降解，使物质能够得到循环利用，为了获得维持生存所需的物质和能量，饥饿的酵母菌细胞会产生自噬现象，C正确；缺乏液泡降解酶的酵母菌无法正常合成液泡降解酶，可能是液泡降解酶基因发生了突变，D正确。