第四章 细胞增殖、分化、衰老和死亡（知识清单）生物苏教版2019必修1

第四章 细胞增殖、分化、衰老和死亡（知识清单） 学习导航站 知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、陷阱规避 第1节 细胞增殖（4个考点+1个易错辨析） 考点1细胞增殖的周期性★★★☆☆ 考点2有丝分裂和无丝分裂★★★★★ 考点3 有丝分裂过程中相关物质、结构变化的规律★★★★★ 考点4 观察根尖细胞的有丝分裂★★★★★ 第2节 细胞分化、衰老和死亡（3个考点+4个易错辨析） 考点1 细胞分化与细胞的全能性 ★★★★☆ 考点2 细胞的衰老★★★★★ 考点3 细胞的死亡★★★★★ 素养加油站：跨学科内容与热点问题分析、聚焦考点预测 方法储备库：高频考点，方法归纳 第1节 细胞增殖 考点1 细胞增殖的周期性★★★☆☆ 1.细胞周期的表示方法 方法名称 表示方法 用字母表示 细胞周期 扇形图 A→B→C→D→E→A为一个细胞周期，其中A→E为分裂间期，M期为分裂期 直线图 (a＋b)或(c＋d)为一个细胞周期 坐标图 (a＋b＋c＋d＋e)为一个细胞周期 直方图 A组细胞处于DNA复制前期；B组细胞处于DNA复制期；C组细胞处于DNA复制后的间期和分裂期 2. 影响细胞周期的因素 (1)内部因素：不同种类的细胞(控制细胞周期的相关基因有差异)，细胞周期持续的时间不完全相同，分裂间期和分裂期所占的比例也不同。 (2)外部因素：温度、pH、射线、生理和病理状况等通过影响酶活性来影响细胞周期。 考点2 有丝分裂和无丝分裂★★★☆☆ 知识1　有丝分裂 1. 有丝分裂的过程 有丝分裂是真核细胞分裂期的主要分裂方式之一，包括前、中、后、末四个时期。 时期 植物细胞 动物细胞 主要特点 前期 ①出现染色体； ②核仁逐渐解体，核膜逐渐消失； ③形成纺锤体； ④染色体散乱分布 中期 染色体的着丝粒排列在赤道板上，染色体的形态和数目比较清晰 后期 ①着丝粒一分为二； ②纺锤丝牵引染色体移向细胞的两极； ③染色体数目加倍 末期 ①染色体变成细长而盘曲的染色质丝； ②纺锤丝逐渐消失； ③核膜、核仁重新出现； ④一个细胞分裂成两个子细胞 [识记口诀] 膜仁消失现两体，形定数晰赤道齐，粒裂数增均两极，两消两现重开始。 2. 动植物细胞有丝分裂的主要区别 时期 间期 前期 末期 高等 植物 细胞 无中心体的倍增 由两极发出的纺锤丝构成纺锤体 细胞中部形成细胞板，扩展形成新细胞壁，分裂成两个子细胞 动物 细胞 有中心体的倍增 (包括低等植物) 两组中心粒发出星射线构成纺锤体(包括低等植物) 细胞膜从细胞的中部向内凹陷，把细胞缢裂成两部分 易错警示 (1)中心粒在间期倍增，在前期两组中心粒分别移向细胞两极，在末期随着细胞分裂进入两个子细胞。 (2)星射线和纺锤丝都由微管蛋白组装而成，在前期形成纺锤体。 (3)除了动物，低等植物中也有中心体，故不能通过中心体或纺锤体的形成方式鉴别动植物细胞， 可以通过有无细胞壁或末期是否会形成细胞板(细胞质的分裂方式)鉴别。 3.与细胞有丝分裂有关的细胞器 细胞器 所在细胞类型 作用时期 生理作用 核糖体 动植物细胞 整个时期 合成蛋白质 中心体 动物、低等植物细胞 前期 与纺锤体的形成有关 高尔 基体 动植物细胞 末期 与植物细胞壁的形成有关 线粒体 动植物细胞 整个时期 提供能量 知识2　无丝分裂 考点3有丝分裂过程中相关物质、结构变化的规律★★★★★ 1.动植物细胞有丝分裂过程中相关结构行为变化的规律 结构 变化规律 染色体 注：染色体数目＝着丝粒数目，存在染色单体时，染色体数∶核DNA分子数 ＝1∶2；不存在染色单体时，该比值为1∶1 纺锤体 (前期)形成→(末期)消失 核膜、核仁 (前期)消失→(末期)重建 2. 细胞周期过程中相关物质或结构的数量变化规律(以二倍体生物为例) (1)列表比较各时期的变化 时期 分裂 间期 有丝分裂 前期 中期 后期 末期 染色体 2n 2n 2n 4n 4n→2n 染色单体 0→4n 4n 4n 0 0 核DNA分子 2n→4n 4n 4n 4n 4n→2n (2)曲线图表示各时期的变化 　　 　　 ①a→b、l→m、p→q的变化原因都是核DNA分子复制。 ②g→h、n→o、r→s的变化原因都是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体。 ③c→d、i→j的变化原因都是随着细胞一分为二而减少。 （3）核DNA数量变化曲线的两种变式模型 图2表示有丝分裂过程中每条染色体上DNA含量变化曲线。 ①图中ef段表示分裂间期，变化的原因是DNA分子复制。 ②fg段是存在染色单体的时期，包括间期的G2期、前期和中期，每条染色体中含有2个DNA分子。 ③gh段变化的原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体，染色单体消失，每条染色体中只含有1个DNA分子。 ④hi段表示有丝分裂的后期和末期。 图3表示染色体与核DNA数目比。 ①在有染色单体时，染色体数与核DNA数之比为1∶2；不存在染色单体的时期，染色体数与核DNA数之比为1∶1。 ②图中BC段表示分裂间期的S期，CD段表示有丝分裂前的间期的G2期、前期和中期，EF段表示有丝分裂的后期和末期。 （4）根据柱状图判断细胞分裂的时期(以二倍体生物为例) 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的复制和相关蛋白质的合成)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间保持了遗传性状的稳定性。 考点4 观察根尖细胞的有丝分裂★★★★★ 1. 实验原理 (1)高等植物根尖、茎尖的分生区细胞能进行有丝分裂。 (2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的变化情况，识别该细胞所处的时期。 (3)细胞核内的染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。 2. 实验步骤 3.实验成功的关键及注意事项 选材 类型 选取分裂期占细胞周期比例相对较大的材料 部位 选取分裂旺盛的部位(如根尖、茎尖的分生区) 时间 选取细胞分裂旺盛的时间(一般在上午10时至下午2时) 操作 解离 时间 太短 细胞间质未被完全溶解，压片时细胞不易分散 过长 导致细胞解离过度、根尖酥软，影响染色 漂洗 时间 适宜 洗去多余的盐酸，防止解离过度而影响染色 染色 时间 太短 染色体或染色质不能完全着色 过长 使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体 压片 过轻 细胞未分散开 过重 将组织压烂 观察 部位 只有分生区细胞才可以作为观察对象 细胞状态 不能观察到细胞有丝分裂的动态变化过程，因为解离时细胞就已死亡。观察到的单个细胞只是处于某一种状态，只有移动装片，才能观察到处于不同分裂时期的细胞 易错 不清楚细胞具有的相应结构，误认为赤道板也能观察到 3.细胞周期和各期的计算 (1)原理：细胞周期中不同时期持续时间长短与处于该时期的细胞数呈正相关。 (2)计算公式：由T/N＝t/n 公式推导出T＝tN/n或t＝nT/N。其中T为细胞周期，t为完成各期所需时间，n为各期的细胞数，N为取样的总细胞数。 4.实验材料的选择和处理 （1）下面是植物根尖示意图，请据图回答问题： (1)观察植物细胞有丝分裂实验中，取材时为什么只能剪取根尖2～3 mm，而不能过长？ 提示：若剪得过长会包括伸长区，伸长区细胞不分裂，这样会很难找到处于细胞周期的细胞。 (2)观察植物细胞的有丝分裂需要先在低倍镜下找到分生区的细胞，请结合图示，描述一下分生区细胞的特点：细胞呈正方形且排列紧密。 （2）洋葱在实验中的“一材多用” 取材部位 实验名称 取材原因 叶 鳞片叶 植物细胞的质壁分离和复原 外表皮细胞含紫色大液泡 使用高倍显微镜观察细胞的多样性 细胞较大，外表皮细胞有大液泡，内表皮细胞有明显的细胞核 管状叶 绿叶中色素的提取和分离 色素含量多 根 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 材料易得，且分生区细胞分裂能力强，染色体数目少，易于观察 第2节 细胞分化、衰老和死亡 考点1细胞分化与细胞的全能性★★★★☆ 知识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。 易错警示 细胞分化的“变”与“不变” 2. 特点 (1)普遍性：是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。 (2)持久性：细胞分化贯穿于整个生命过程中，且在胚胎时期达到最大限度。 (3)稳定性：一般分化后的细胞会一直保持分化后的状态。 3. 意义 (1)多细胞生物只有通过细胞分化才能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，所以说细胞分化是个体发育的基础。 (2)使多细胞生物体中细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。 4. 实质：基因的选择性表达。 易错警示 (1)细胞分裂是细胞分化的基础。一般情况下，细胞分化程度越高，细胞分裂的能力就越低。 (2)分化细胞表达的基因 ①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。 ②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。 知识2　细胞的全能性 1. 概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 2. 表现及证明： (1)高度分化的植物细胞具有全能性。证明：植物组织培养。 (2)已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。证明：动物体细胞核移植(动物克隆)。 3. 原因：细胞内含有形成完整个体所需的全套遗传信息。 易错警示 1.分化程度高的细胞全能性不一定低，如生殖细胞——卵细胞、精子，属于高度分化的细胞，但全能性依然较高。 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。 4. 干细胞： (1)概念：动物和人体内仍保留着的少数具有分裂和分化能力的细胞。 (2)类型： 项目 胚胎干细胞 成体干细胞 来源 来自早期胚胎或原始性腺组织 来自各式各样的组织 功能 可以分化成各种组织和器官 具有分化成特定功能细胞的能力 举例 来自囊胚的内细胞团细胞 骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞 考点2 细胞的衰老★★★★★ 1．衰老的细胞主要具有以下特征： ①细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小； ②细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢； ③细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递； ④细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深； ⑤细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。 2. 细胞衰老的原因： (1)自由基学说 (2)端粒学说 ①端粒：染色体两端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体。 ②机理：端粒会随细胞分裂次数的增加而被“截短”，进而损伤端粒内侧正常基因的DNA序列，使细 胞活动趋向异常。 3. 细胞衰老的意义 细胞衰老是人体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 考点3 细胞的死亡★★★★★ 1. 细胞凋亡意义:在成熟的生物体中，细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除 ，也是通过细胞凋亡完成的。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。 2. 细胞凋亡与细胞坏死: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而引起的细胞损伤和死亡。细胞凋亡是一种正常的自然现象，受遗传物质的控制。 3．在成熟的生物体中，细胞的自然更新、某些被病原体感染的细胞的清除，也是通过细胞凋亡完成的。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。 4.细胞衰老、凋亡和坏死的比较 项目 细胞衰老 细胞凋亡 细胞坏死 与基因的关系 与基因表达有关 受基因控制 与基因表达有关 细胞膜的变化 皱缩 内陷 破裂 形态变化 细胞萎缩 形成凋亡小体 外形不规则变化 对机体的影响 有利 有利 有害 特别提醒 1、 细胞凋亡有以下几种类型： （1）程序性死亡；（2）细胞的自动更新；（3）被病原体感染的细胞的清除； 2、细胞自噬，发生在以下几种情况： （1）营养缺乏条件下，细胞自噬，获得所需物质和能量； （2）细胞受损或细胞衰老时，细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器； （3）微生物入侵，通过细胞自噬，可清除感染的微生物和毒素； 有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡，尤其是在被病原体入侵的组织细胞，会通过细胞凋亡，来暴露病原体以实现清除的目的。 一、前沿科学动态 复旦团队发现HDAC8通过乙酰化修饰调控粘连蛋白SMC3的稳定性，影响姐妹染色单体分离和G2/M期进程；北京大学团队证实FRMD8通过抑制CDK4激活和稳定RB蛋白，阻滞结直肠癌细胞周期；北京大学邓宏奎团队首次实现化学小分子将人体细胞转化为多能干细胞，避免伦理争议；美国团队发现小分子化合物TAC通过表观遗传恢复TERT表达，逆转衰老表型，代谢酶FBP1的非代谢功能：浙江大学团队证实FBP1通过抑制TERT核转位，调控端粒长度和细胞衰老。 考点预测：1.端粒酶激活剂TAC 2.化学小分子诱导iPSC 3.衰老与端粒调控 二、热点问题分析 癌症治疗新策略CAR-T细胞疗法：通过基因工程改造T细胞靶向肿瘤抗原（如CD19），但实体瘤疗效受限。衰老疗法（Senolytics）：TAC通过清除衰老细胞改善神经肌肉功能，为阿尔茨海默病治疗提供新思路。透射电镜观察显示小檗碱通过线粒体途径诱导卵巢癌细胞凋亡，形成凋亡小体，自噬-凋亡平衡：矽肺中Lp-PLA2通过抑制线粒体自噬，加剧氧化应激诱导的细胞凋亡 。 考点预测：1.细胞凋亡与疾病干预 2.代谢与细胞历程调控 三、科学史实引荐 CDK激酶的发现-1988年Tim Hunt发现周期蛋白（Cyclin）与CDK结合驱动细胞周期；端粒酶的诺贝尔奖-2009年Elizabeth Blackburn等因揭示端粒和端粒酶保护染色体机制获奖；2006年山中伸弥通过Oct4/Sox2等转录因子实现体细胞重编程；胚胎干细胞的分离-1981年Martin Evans首次从小鼠囊胚中分离ES细胞。 考点预测：1.细胞周期调控 2.比较iPSC与ES细胞的多能性 四、跨学科知识整合 化学与生物的结合：①乙酰化修饰调控：HDAC8的乙酰化状态影响其与SMC3的结合能力，②荧光探针应用：Annexin V-FITC/PI双染法检测凋亡细胞的膜磷脂外翻 。物理与生物的结合：透射电子显微镜：观察凋亡细胞的染色质凝聚与线粒体肿胀。 考点预测：1.流式细胞术 2.CRISPR-Cas9基因编辑 1.下图为某生物一个体细胞有丝分裂过程中相关物质的数量变化和分裂模式图，请据图回答下列问题： （1）图乙中含有的染色体数是8条。 （2）图乙为细胞有丝分裂的后期图像。该时期的主要特征是染色体的着丝粒分裂，染色体在纺锤丝的牵引下移向细胞两极。 （3）若②染色体的遗传信息来自父方，那么与之遗传信息完全相同的染色体为⑥，其遗传信息完全相同的原因是它们是由同一条染色体复制、分离后形成的。 （4）图乙对应于图甲中的e～f段，图丙对应于图甲中的c～e段。 解析：（1）（2）图乙是处于有丝分裂后期的图像，该时期着丝粒分裂后，染色体在纺锤丝的牵引下移向细胞两极，染色体数目加倍，共有8条。（3）由于两条姐妹染色单体上的两个DNA分子是由同一个DNA分子复制而来，所以②⑥的遗传信息是相同的。（4）图乙处于有丝分裂后期，对应于图甲的e～f段，而图丙可以表示DNA复制结束之后着丝粒分裂之前的一段，即c～e段。 【解题方法归纳】 根据柱状图判断有丝分裂各时期 （1）先判断各柱状图代表的含义 ①染色单体有数目为0的时期，故表示染色单体； ②当有染色单体存在时，核DNA分子数是染色体数的2倍；当无染色单体存在时，核DNA分子数等于染色体数，故表示染色体，表示核DNA分子。 （2）再根据三者的比例关系判断各时期 染色体∶ 染色单体∶ 核DNA分子 2.小明同学观察马蛔虫(2n＝4)细胞分裂过程时，绘制了如下三幅图。下列有关叙述正确的是( ) A. 图1中结构1最终解螺旋，变成细长的染色质丝 B. 图1由中心粒发出纺锤丝形成了纺锤体 C. 图1与图2细胞中染色体数目之比为1∶2，染色单体数目之比为1∶1 D. 图1和图2分别对应图3中的d和a时期 【答案】D 【解析】图1中结构1为纺锤体，是由中心粒发出星射线形成的，解螺旋形成染色质丝的应该是染色体，A、B错误；图1细胞中有4条染色体，8条染色单体，图2细胞中有8条染色体，没有染色单体，C错误；图1含有同源染色体，且着丝粒都排列在赤道板上，处于有丝分裂中期，图2含有同源染色体，且着丝粒分裂，处于有丝分裂后期。图3 a中染色体与核DNA之比为1∶1，且染色体数目是体细胞的2倍，表示有丝分裂后期；d中染色体∶核DNA＝1∶2，表示有丝分裂前期和中期；c中染色体与核DNA之比为1∶1，表示有丝分裂末期结束形成的子细胞及间期DNA复制前的细胞，D正确。  【解题方法归纳】 如果柱状图中无图注，如何迅速识别柱形图中的染色体、染色单体和核DNA? (1)先看染色单体：染色单体数可能是0，而染色体数和核DNA数不可能是0。 (2)再看核DNA和染色体：核DNA数可能是染色体数的2倍，而染色体数不可能是核DNA数的2倍。 3.下图是某生物体细胞有丝分裂不同时期的图像，下列对其描述正确的是（　　） A.甲、乙、丙细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期 B.甲、乙、丙细胞的染色体数、染色单体数与核DNA分子数的比例都为1∶2∶1 C.甲细胞进行中心体复制，发出星射线，形成了纺锤体 D.该生物可能是低等植物细胞 【答案】A 【解析】该细胞无细胞壁有中心体，可判定为动物细胞。甲细胞处于有丝分裂前期，主要特征是核仁、核膜消失，染色体和纺锤体出现。中心体的复制在间期。乙细胞处于有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分离（染色单体数为0），染色体数目暂时加倍。丙细胞处于有丝分裂中期，染色体数目和形态清晰，着丝粒排列在细胞中央的赤道板上。 【解题方法归纳】 “三看法”界定动、植物细胞分裂图像 4.在“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验中，三位实验人员制作洋葱根尖装片的操作步骤（“＋”表示操作，“－”表示未操作）如下表所示。则甲、乙、丙观察到的实验现象分别是（　　） 实验 人员 操作 取材 解离 漂洗 染色 压片 甲 根尖1～3 mm处 － ＋ ＋ ＋ 乙 根尖1～3 mm处 ＋ － ＋ ＋ 丙 根尖5～7 mm处 ＋ ＋ ＋ ＋ A.细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚 B.细胞分散但看不到染色体、染色体着色清楚、细胞分散染色体清楚 C.细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞着色清楚但看不到染色体 D.染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚、细胞分散染色体清楚 【答案】C 【解析】　根据表格分析可知，由于甲没有进行解离，所以细胞没有分离开来而重叠在一起；由于乙没有进行漂洗，解离液会与染色剂发生反应，导致染色效果不好，所以染色体着色很浅不清楚；由于丙取材是在根尖5～7 mm处，此处已不是分生区，细胞已失去分裂能力，所以染色质不会变成染色体，但操作过程正确，所以细胞着色清楚但看不到染色体。 【解题方法归纳】 归纳概括使根尖细胞相互分散的方法 （1）解离，盐酸可破坏细胞壁的果胶层，使组织细胞分离。 （2）制片时用镊子尖把根尖弄碎。 （3）压片可使细胞尽可能呈单层铺展。 5.秀丽隐杆线虫具有身体透明、细胞数量少、发育周期短等特点，在细胞凋亡的研究中发挥了极其重要的作用。雌雄同体型秀丽隐杆线虫从受精卵到发育成熟，共产生1 090个体细胞，其中131个细胞发生凋亡而被清除，最终成体共有959个体细胞，下图为苏尔斯顿揭示的秀丽隐杆线虫的细胞谱系（字母代表细胞谱系的分支）。下列分析错误的是（　　） A.EMS、P2、MS、P3等分支中，细胞中基因的执行情况不同 B.131个细胞凋亡而被清除的过程发生在特定的时间和空间 C.线虫发育过程中细胞数量的减少，是细胞衰老死亡的结果 D.细胞凋亡是在信号分子作用下由基因决定的程序性死亡 【答案】C 【解析】EMS、P2、MS、P3等分支是由同一个受精卵发育而来的，由于基因的选择性表达，细胞中基因的执行情况不同，A正确；由题干信息“131个细胞发生凋亡而被清除”可知，这一过程发生在特定的时间和空间下（从受精卵到发育成熟的过程中），B正确；线虫发育过程中细胞数量的减少，是细胞衰老凋亡的结果，C错误；细胞凋亡是在信号分子作用下由基因决定的程序性死亡，D正确。 【解题方法归纳】 “三看”法判断细胞凋亡与细胞坏死 （1）从“方式”看 （2）从“机制”看 （3）从“结果”看 6.表是人体内幼红细胞、胰岛细胞和唾液腺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）。下列有关叙述不正确的是（　　） 细胞 血红蛋白基因 胰岛素基因 唾液淀粉酶基因 丙酮酸激酶基因 幼红细胞 ＋ － － ＋ 胰岛细胞 － ① － ＋ 唾液腺细胞 － － ② ＋ A.表格中的①②都应该是“＋” B.幼红细胞中存在血红蛋白基因，缺乏胰岛素和唾液淀粉酶基因 C.丙酮酸激酶基因的表达产物，很可能对维持人体细胞的基本生命活动很重要 D.上述细胞在形态、结构和功能上的差异会一直保持，直到死亡 【答案】B 【解析】胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，唾液淀粉酶基因只在唾液腺细胞中表达，故①②均应是“＋”，A正确；幼红细胞和其他细胞均由受精卵有丝分裂而来，含有人体所有基因，B错误；表格中三类细胞中丙酮酸激酶基因都表达，说明丙酮酸激酶基因的表达产物对维持人体细胞的基本生命活动很重要，C正确；一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡，这是细胞分化的持久性特点，D正确。 【解题方法归纳】 判断细胞分化的标志 （1）分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如血红蛋白、唾液淀粉酶、胰岛素等。 （2）细胞水平：形成了不同种类的细胞。 学科网（北京）股份有限公司第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 细胞增殖、分化、衰老和死亡（知识清单） 学习导航站 知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、陷阱规避 第1节 细胞增殖（4个考点+1个易错辨析） 考点1细胞增殖的周期性★★★☆☆ 考点2有丝分裂和无丝分裂★★★★★ 考点3 有丝分裂过程中相关物质、结构变化的规律★★★★★ 考点4 观察根尖细胞的有丝分裂★★★★★ 第2节 细胞分化、衰老和死亡（3个考点+4个易错辨析） 考点1 细胞分化与细胞的全能性 ★★★★☆ 考点2 细胞的衰老★★★★★ 考点3 细胞的死亡★★★★★ 素养加油站：跨学科内容与热点问题分析、聚焦考点预测 方法储备库：高频考点，方法归纳 第1节 细胞增殖 考点1 细胞增殖的周期性★★★☆☆ 1.细胞周期的表示方法 方法名称 表示方法 用字母表示 细胞周期 扇形图 A→B→C→D→E→A为一个细胞周期，其中A→E为分裂间期，M期为分裂期 直线图 (a＋b)或(c＋d)为一个细胞周期 坐标图 (a＋b＋c＋d＋e)为一个细胞周期 直方图 A组细胞处于DNA复制前期；B组细胞处于DNA复制期；C组细胞处于DNA复制后的间期和分裂期 2. 影响细胞周期的因素 (1)内部因素：不同种类的细胞(控制细胞周期的相关基因有差异)，细胞周期持续的时间不完全相同，分裂间期和分裂期所占的比例也不同。 (2)外部因素：温度、pH、射线、生理和病理状况等通过影响酶活性来影响细胞周期。 考点2 有丝分裂和无丝分裂★★★☆☆ 知识1　有丝分裂 1. 有丝分裂的过程 有丝分裂是真核细胞分裂期的主要分裂方式之一，包括前、中、后、末四个时期。 时期 植物细胞 动物细胞 主要特点 前期 ①出现染色体； ②核仁逐渐解体，核膜逐渐消失； ③形成纺锤体； ④染色体散乱分布 中期 染色体的着丝粒排列在赤道板上，染色体的形态和数目比较清晰 后期 ①着丝粒一分为二； ②纺锤丝牵引染色体移向细胞的两极； ③染色体数目加倍 末期 ①染色体变成细长而盘曲的染色质丝； ②纺锤丝逐渐消失； ③核膜、核仁重新出现； ④一个细胞分裂成两个子细胞 [识记口诀] 膜仁消失现两体，形定数晰赤道齐，粒裂数增均两极，两消两现重开始。 2. 动植物细胞有丝分裂的主要区别 时期 间期 前期 末期 高等 植物 细胞 无中心体的倍增 由两极发出的纺锤丝构成纺锤体 细胞中部形成细胞板，扩展形成新细胞壁，分裂成两个子细胞 动物 细胞 有中心体的倍增 (包括低等植物) 两组中心粒发出星射线构成纺锤体(包括低等植物) 细胞膜从细胞的中部向内凹陷，把细胞缢裂成两部分 易错警示 (1)中心粒在间期倍增，在前期两组中心粒分别移向细胞两极，在末期随着细胞分裂进入两个子细胞。 (2)星射线和纺锤丝都由微管蛋白组装而成，在前期形成纺锤体。 (3)除了动物，低等植物中也有中心体，故不能通过中心体或纺锤体的形成方式鉴别动植物细胞， 可以通过有无细胞壁或末期是否会形成细胞板(细胞质的分裂方式)鉴别。 3.与细胞有丝分裂有关的细胞器 细胞器 所在细胞类型 作用时期 生理作用 核糖体 动植物细胞 整个时期 合成蛋白质 中心体 动物、低等植物细胞 前期 与纺锤体的形成有关 高尔 基体 动植物细胞 末期 与植物细胞壁的形成有关 线粒体 动植物细胞 整个时期 提供能量 知识2　无丝分裂 考点3有丝分裂过程中相关物质、结构变化的规律★★★★★ 1.动植物细胞有丝分裂过程中相关结构行为变化的规律 结构 变化规律 染色体 注：染色体数目＝着丝粒数目，存在染色单体时，染色体数∶核DNA分子数 ＝1∶2；不存在染色单体时，该比值为1∶1 纺锤体 (前期)形成→(末期)消失 核膜、核仁 (前期)消失→(末期)重建 2. 细胞周期过程中相关物质或结构的数量变化规律(以二倍体生物为例) (1)列表比较各时期的变化 时期 分裂 间期 有丝分裂 前期 中期 后期 末期 染色体 2n 2n 2n 4n 4n→2n 染色单体 0→4n 4n 4n 0 0 核DNA分子 2n→4n 4n 4n 4n 4n→2n (2)曲线图表示各时期的变化 　　 　　 ①a→b、l→m、p→q的变化原因都是核DNA分子复制。 ②g→h、n→o、r→s的变化原因都是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体。 ③c→d、i→j的变化原因都是随着细胞一分为二而减少。 （3）核DNA数量变化曲线的两种变式模型 图2表示有丝分裂过程中每条染色体上DNA含量变化曲线。 ①图中ef段表示分裂间期，变化的原因是DNA分子复制。 ②fg段是存在染色单体的时期，包括间期的G2期、前期和中期，每条染色体中含有2个DNA分子。 ③gh段变化的原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体，染色单体消失，每条染色体中只含有1个DNA分子。 ④hi段表示有丝分裂的后期和末期。 图3表示染色体与核DNA数目比。 ①在有染色单体时，染色体数与核DNA数之比为1∶2；不存在染色单体的时期，染色体数与核DNA数之比为1∶1。 ②图中BC段表示分裂间期的S期，CD段表示有丝分裂前的间期的G2期、前期和中期，EF段表示有丝分裂的后期和末期。 （4）根据柱状图判断细胞分裂的时期(以二倍体生物为例) 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的复制和相关蛋白质的合成)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间保持了遗传性状的稳定性。 考点4 观察根尖细胞的有丝分裂★★★★★ 1. 实验原理 (1)高等植物根尖、茎尖的分生区细胞能进行有丝分裂。 (2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的变化情况，识别该细胞所处的时期。 (3)细胞核内的染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。 2. 实验步骤 3.实验成功的关键及注意事项 选材 类型 选取分裂期占细胞周期比例相对较大的材料 部位 选取分裂旺盛的部位(如根尖、茎尖的分生区) 时间 选取细胞分裂旺盛的时间(一般在上午10时至下午2时) 操作 解离 时间 太短 细胞间质未被完全溶解，压片时细胞不易分散 过长 导致细胞解离过度、根尖酥软，影响染色 漂洗 时间 适宜 洗去多余的盐酸，防止解离过度而影响染色 染色 时间 太短 染色体或染色质不能完全着色 过长 使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体 压片 过轻 细胞未分散开 过重 将组织压烂 观察 部位 只有分生区细胞才可以作为观察对象 细胞状态 不能观察到细胞有丝分裂的动态变化过程，因为解离时细胞就已死亡。观察到的单个细胞只是处于某一种状态，只有移动装片，才能观察到处于不同分裂时期的细胞 易错 不清楚细胞具有的相应结构，误认为赤道板也能观察到 3.细胞周期和各期的计算 (1)原理：细胞周期中不同时期持续时间长短与处于该时期的细胞数呈正相关。 (2)计算公式：由T/N＝t/n 公式推导出T＝tN/n或t＝nT/N。其中T为细胞周期，t为完成各期所需时间，n为各期的细胞数，N为取样的总细胞数。 4.实验材料的选择和处理 （1）下面是植物根尖示意图，请据图回答问题： (1)观察植物细胞有丝分裂实验中，取材时为什么只能剪取根尖2～3 mm，而不能过长？ 提示：若剪得过长会包括伸长区，伸长区细胞不分裂，这样会很难找到处于细胞周期的细胞。 (2)观察植物细胞的有丝分裂需要先在低倍镜下找到分生区的细胞，请结合图示，描述一下分生区细胞的特点：细胞呈正方形且排列紧密。 （2）洋葱在实验中的“一材多用” 取材部位 实验名称 取材原因 叶 鳞片叶 植物细胞的质壁分离和复原 外表皮细胞含紫色大液泡 使用高倍显微镜观察细胞的多样性 细胞较大，外表皮细胞有大液泡，内表皮细胞有明显的细胞核 管状叶 绿叶中色素的提取和分离 色素含量多 根 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 材料易得，且分生区细胞分裂能力强，染色体数目少，易于观察 第2节 细胞分化、衰老和死亡 考点1细胞分化与细胞的全能性★★★★☆ 知识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。 易错警示 细胞分化的“变”与“不变” 2. 特点 (1)普遍性：是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。 (2)持久性：细胞分化贯穿于整个生命过程中，且在胚胎时期达到最大限度。 (3)稳定性：一般分化后的细胞会一直保持分化后的状态。 3. 意义 (1)多细胞生物只有通过细胞分化才能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官，所以说细胞分化是个体发育的基础。 (2)使多细胞生物体中细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。 4. 实质：基因的选择性表达。 易错警示 (1)细胞分裂是细胞分化的基础。一般情况下，细胞分化程度越高，细胞分裂的能力就越低。 (2)分化细胞表达的基因 ①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。 ②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。 知识2　细胞的全能性 1. 概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 2. 表现及证明： (1)高度分化的植物细胞具有全能性。证明：植物组织培养。 (2)已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。证明：动物体细胞核移植(动物克隆)。 3. 原因：细胞内含有形成完整个体所需的全套遗传信息。 易错警示 1.分化程度高的细胞全能性不一定低，如生殖细胞——卵细胞、精子，属于高度分化的细胞，但全能性依然较高。 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。 4. 干细胞： (1)概念：动物和人体内仍保留着的少数具有分裂和分化能力的细胞。 (2)类型： 项目 胚胎干细胞 成体干细胞 来源 来自早期胚胎或原始性腺组织 来自各式各样的组织 功能 可以分化成各种组织和器官 具有分化成特定功能细胞的能力 举例 来自囊胚的内细胞团细胞 骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞 考点2 细胞的衰老★★★★★ 1．衰老的细胞主要具有以下特征： ①细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小； ②细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢； ③细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递； ④细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深； ⑤细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。 2. 细胞衰老的原因： (1)自由基学说 (2)端粒学说 ①端粒：染色体两端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体。 ②机理：端粒会随细胞分裂次数的增加而被“截短”，进而损伤端粒内侧正常基因的DNA序列，使细 胞活动趋向异常。 3. 细胞衰老的意义 细胞衰老是人体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 考点3 细胞的死亡★★★★★ 1. 细胞凋亡意义:在成熟的生物体中，细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除 ，也是通过细胞凋亡完成的。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。 2. 细胞凋亡与细胞坏死: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而引起的细胞损伤和死亡。细胞凋亡是一种正常的自然现象，受遗传物质的控制。 3．在成熟的生物体中，细胞的自然更新、某些被病原体感染的细胞的清除，也是通过细胞凋亡完成的。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。 4.细胞衰老、凋亡和坏死的比较 项目 细胞衰老 细胞凋亡 细胞坏死 与基因的关系 与基因表达有关 受基因控制 与基因表达有关 细胞膜的变化 皱缩 内陷 破裂 形态变化 细胞萎缩 形成凋亡小体 外形不规则变化 对机体的影响 有利 有利 有害 特别提醒 1、 细胞凋亡有以下几种类型： （1）程序性死亡；（2）细胞的自动更新；（3）被病原体感染的细胞的清除； 2、细胞自噬，发生在以下几种情况： （1）营养缺乏条件下，细胞自噬，获得所需物质和能量； （2）细胞受损或细胞衰老时，细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器； （3）微生物入侵，通过细胞自噬，可清除感染的微生物和毒素； 有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡，尤其是在被病原体入侵的组织细胞，会通过细胞凋亡，来暴露病原体以实现清除的目的。 一、前沿科学动态 复旦团队发现HDAC8通过乙酰化修饰调控粘连蛋白SMC3的稳定性，影响姐妹染色单体分离和G2/M期进程；北京大学团队证实FRMD8通过抑制CDK4激活和稳定RB蛋白，阻滞结直肠癌细胞周期；北京大学邓宏奎团队首次实现化学小分子将人体细胞转化为多能干细胞，避免伦理争议；美国团队发现小分子化合物TAC通过表观遗传恢复TERT表达，逆转衰老表型，代谢酶FBP1的非代谢功能：浙江大学团队证实FBP1通过抑制TERT核转位，调控端粒长度和细胞衰老。 考点预测：1.端粒酶激活剂TAC 2.化学小分子诱导iPSC 3.衰老与端粒调控 二、热点问题分析 癌症治疗新策略CAR-T细胞疗法：通过基因工程改造T细胞靶向肿瘤抗原（如CD19），但实体瘤疗效受限。衰老疗法（Senolytics）：TAC通过清除衰老细胞改善神经肌肉功能，为阿尔茨海默病治疗提供新思路。透射电镜观察显示小檗碱通过线粒体途径诱导卵巢癌细胞凋亡，形成凋亡小体，自噬-凋亡平衡：矽肺中Lp-PLA2通过抑制线粒体自噬，加剧氧化应激诱导的细胞凋亡 。 考点预测：1.细胞凋亡与疾病干预 2.代谢与细胞历程调控 三、科学史实引荐 CDK激酶的发现-1988年Tim Hunt发现周期蛋白（Cyclin）与CDK结合驱动细胞周期；端粒酶的诺贝尔奖-2009年Elizabeth Blackburn等因揭示端粒和端粒酶保护染色体机制获奖；2006年山中伸弥通过Oct4/Sox2等转录因子实现体细胞重编程；胚胎干细胞的分离-1981年Martin Evans首次从小鼠囊胚中分离ES细胞。 考点预测：1.细胞周期调控 2.比较iPSC与ES细胞的多能性 四、跨学科知识整合 化学与生物的结合：①乙酰化修饰调控：HDAC8的乙酰化状态影响其与SMC3的结合能力，②荧光探针应用：Annexin V-FITC/PI双染法检测凋亡细胞的膜磷脂外翻 。物理与生物的结合：透射电子显微镜：观察凋亡细胞的染色质凝聚与线粒体肿胀。 考点预测：1.流式细胞术 2.CRISPR-Cas9基因编辑 1.下图为某生物一个体细胞有丝分裂过程中相关物质的数量变化和分裂模式图，请据图回答下列问题： （1）图乙中含有的染色体数是8条。 （2）图乙为细胞有丝分裂的后期图像。该时期的主要特征是染色体的着丝粒分裂，染色体在纺锤丝的牵引下移向细胞两极。 （3）若②染色体的遗传信息来自父方，那么与之遗传信息完全相同的染色体为⑥，其遗传信息完全相同的原因是它们是由同一条染色体复制、分离后形成的。 （4）图乙对应于图甲中的e～f段，图丙对应于图甲中的c～e段。 2.小明同学观察马蛔虫(2n＝4)细胞分裂过程时，绘制了如下三幅图。下列有关叙述正确的是( ) A. 图1中结构1最终解螺旋，变成细长的染色质丝 B. 图1由中心粒发出纺锤丝形成了纺锤体 C. 图1与图2细胞中染色体数目之比为1∶2，染色单体数目之比为1∶1 D. 图1和图2分别对应图3中的d和a时期 3.下图是某生物体细胞有丝分裂不同时期的图像，下列对其描述正确的是（　　） A.甲、乙、丙细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期 B.甲、乙、丙细胞的染色体数、染色单体数与核DNA分子数的比例都为1∶2∶1 C.甲细胞进行中心体复制，发出星射线，形成了纺锤体 D.该生物可能是低等植物细胞 4.在“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验中，三位实验人员制作洋葱根尖装片的操作步骤（“＋”表示操作，“－”表示未操作）如下表所示。则甲、乙、丙观察到的实验现象分别是（　　） 实验 人员 操作 取材 解离 漂洗 染色 压片 甲 根尖1～3 mm处 － ＋ ＋ ＋ 乙 根尖1～3 mm处 ＋ － ＋ ＋ 丙 根尖5～7 mm处 ＋ ＋ ＋ ＋ A.细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚 B.细胞分散但看不到染色体、染色体着色清楚、细胞分散染色体清楚 C.细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞着色清楚但看不到染色体 D.染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚、细胞分散染色体清楚 5.秀丽隐杆线虫具有身体透明、细胞数量少、发育周期短等特点，在细胞凋亡的研究中发挥了极其重要的作用。雌雄同体型秀丽隐杆线虫从受精卵到发育成熟，共产生1 090个体细胞，其中131个细胞发生凋亡而被清除，最终成体共有959个体细胞，下图为苏尔斯顿揭示的秀丽隐杆线虫的细胞谱系（字母代表细胞谱系的分支）。下列分析错误的是（　　） A.EMS、P2、MS、P3等分支中，细胞中基因的执行情况不同 B.131个细胞凋亡而被清除的过程发生在特定的时间和空间 C.线虫发育过程中细胞数量的减少，是细胞衰老死亡的结果 D.细胞凋亡是在信号分子作用下由基因决定的程序性死亡 6.表是人体内幼红细胞、胰岛细胞和唾液腺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）。下列有关叙述不正确的是（　　） 细胞 血红蛋白基因 胰岛素基因 唾液淀粉酶基因 丙酮酸激酶基因 幼红细胞 ＋ － － ＋ 胰岛细胞 － ① － ＋ 唾液腺细胞 － － ② ＋ A.表格中的①②都应该是“＋” B.幼红细胞中存在血红蛋白基因，缺乏胰岛素和唾液淀粉酶基因 C.丙酮酸激酶基因的表达产物，很可能对维持人体细胞的基本生命活动很重要 D.上述细胞在形态、结构和功能上的差异会一直保持，直到死亡 学科网（北京）股份有限公司第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $