高中生物一轮复习讲课文稿——细胞分裂与细胞生命历程

高中生物一轮复习讲课文稿

——细胞分裂与细胞生命历程

（涵盖：减数分裂与受精作用·有丝分裂与减数分裂综合·细胞分化衰老和死亡）

开场导入

同学们好，今天我们用一节课的时间，把高中生物必修一当中非常核心的两大块内容串起来复习——第一块是细胞分裂，重点讲减数分裂和受精作用，以及有丝分裂和减数分裂的综合比较；第二块是细胞的生命历程，包括细胞分化、细胞的全能性、干细胞、细胞衰老和细胞死亡。这两块内容在高考当中占的分量很重，而且它们之间是有内在逻辑联系的：细胞分裂解决的是'细胞从哪里来、数量怎么增加'的问题，细胞分化解决的是'细胞为什么长得不一样、功能不一样'的问题，细胞衰老和死亡解决的是'细胞到哪里去'的问题。把这条主线抓住了，整个知识体系就通了。

好，我们先从第一大块开始——减数分裂与受精作用。

第一部分　减数分裂与受精作用

一、减数分裂是什么——先把概念吃透

什么是减数分裂？我给大家拆成几个关键词来记。

第一，发生范围：减数分裂是进行有性生殖的生物才有的。像水螅、酵母菌那种出芽生殖，属于无性生殖，就不进行减数分裂。

第二，发生时期：性成熟之后，到生殖机能衰退之前。不是一出生就开始减数分裂的，得等到性成熟。

第三，发生场所：雌性在卵巢，雄性在睾丸或者叫精巢。

第四，核心特点：染色体只复制一次，但是细胞连续分裂两次。这是减数分裂最本质的特征——复制一次、分裂两次。

第五，结果：成熟生殖细胞（也就是精子和卵细胞）当中的染色体数目，是原始生殖细胞（精原细胞、卵原细胞）的一半。

【重点】减数分裂的目的是什么？就是让配子中的染色体数目减半，这样精子和卵细胞结合之后，受精卵的染色体数目才能恢复到体细胞的数目，从而保持亲子代之间染色体数目的恒定。如果不减半，精子46条、卵细胞46条，结合之后就是92条，那就乱套了。

二、精子的形成过程——减一分同源，减二分姐妹

（一）间期：做好准备

在正式分裂之前，跟有丝分裂一样，有一个间期。间期干什么呢？主要完成DNA的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。间期结束之后，精原细胞就改名叫初级精母细胞了，正式进入减数分裂。

（二）减数第一次分裂（减一）：分同源

减数第一次分裂的核心任务就一个字——分，分什么？分同源染色体。你就记住'减一分同源'这五个字。

1.减一前期：联会形成四分体，可能发生交叉互换

要分同源，你得先把同源染色体配成一对一对的，才能平均分对吧？所以在减一前期，同源染色体两两配对，这个现象叫做联会。联会之后的一对同源染色体，因为每条都已经复制了，含有两条姐妹染色单体，所以一对同源染色体就有四条染色单体，这就叫做四分体。

【同源染色体的概念】什么是同源染色体？充要条件是：在减数第一次分裂前期能够联会的一对染色体。我们通常说的'大小形态一般相同，一条来自父方一条来自母方'，这是充分不必要条件——能联会的一定大小形态一般相同、一条来自父方一条来自母方，但反过来，大小形态相同、一条来自父方一条来自母方的不一定就是同源染色体（比如有丝分裂后期姐妹分开后形成的两条相同染色体）。这个判断在选择题里经常考，大家要注意。

在减一前期，还有一个非常重要的事件——同源染色体的非姐妹染色单体之间可能发生交叉互换。什么意思呢？就是一对同源染色体上，来自父方的那条的非姐妹染色单体，和来自母方的那条的非姐妹染色单体，可能交换一段。这个交叉互换会导致什么结果？它实现了同源染色体上非等位基因的重新组合，这是我们高中阶段学的第一种基因重组。

举例：假设一对同源染色体上，一条是大A大B，另一条是小a小b。如果不发生交叉互换，这条染色体上永远是大A和大B在一起，小a和小b在一起。但如果大B和小b之间发生了交叉互换，那就可能出现大A和小b在一条染色体上、小a和大B在一条染色体上的情况，这就实现了基因重组。

还要注意：交叉互换不是一定会发生的，只是有一定概率；而且互换的片段一定要比不互换的片段少，不能整条都换了。

2.减一中期：同源染色体成对排列在赤道板两侧

联会好了之后，到了中期，这一对一对的同源染色体就整齐地排列在赤道板的两侧，准备分开。注意是'两侧'，不是'中央'——有丝分裂中期是着丝粒排列在赤道板中央，而减一中期是同源染色体成对排在赤道板两侧，这个区别要记清楚。

3.减一后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合

到了后期，在纺锤丝的牵引之下，同源染色体分开，一条移向这一极，一条移向那一极。在同源染色体分离的同时，非同源染色体之间就可以自由组合了——这一对分完了，那一条可以跟另一对的任意一条组合到同一个细胞里去。

【第二种基因重组】非同源染色体的自由组合，实现了非同源染色体上非等位基因的自由组合，这是第二种基因重组，也就是孟德尔自由组合定律的细胞学基础。所以说，减数分裂学明白了，分离定律、自由组合定律、伴性遗传才能真正搞懂，减数分裂就是遗传学的基础。

4.减一末期：形成两个次级精母细胞，染色体数目减半

减一结束，一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞。因为同源染色体分开了，所以每个次级精母细胞里的染色体数目是初级精母细胞的一半——这就是减数分裂中染色体数目第一次减半，发生在减一结束的时候。

（三）减数第二次分裂（减二）：分姐妹

减二的过程跟有丝分裂非常像，几乎一模一样，唯一的区别就是——减二的细胞里已经没有同源染色体了。你就记住'减二分姐妹'。

减二前期：染色体散乱地排布在细胞中央。

减二中期：着丝粒整齐地排列在赤道板上。（注意这次是着丝粒在中央，跟有丝分裂中期一样）

减二后期：着丝粒自动断裂，姐妹染色单体分开，在纺锤丝牵引下移向两极。这个时候因为着丝粒断了，染色体数目会短暂加倍——但注意，这只是暂时的，因为紧接着细胞就要分裂了。

减二末期：形成精细胞，染色体数目再次减半。

最后，精细胞还要经过一个变形阶段，变成我们熟悉的小蝌蚪形状的精子。

（四）精子形成的数量关系

一个精原细胞→一个初级精母细胞→两个次级精母细胞→四个精细胞→四个精子。

如果不考虑基因突变和交叉互换，这四个精子只有两种基因型——因为来自同一个次级精母细胞的两个精子是姐妹染色单体分开来的，基因型完全一样。如果考虑交叉互换，那四个精子就可能四种基因型，各不相同。

三、卵细胞的形成与精卵形成的差异

卵细胞的形成过程跟精子大的框架是一样的，也是减一分同源、减二分姐妹，但有几个关键区别，我给大家列一个对比。

为什么卵细胞要不均等分裂？因为一个卵原细胞最终只产生一个卵细胞，我们要把尽可能多的细胞质和营养物质留给这一个卵细胞，所以每次分裂都是一个大一个小——大的叫次级卵母细胞/卵细胞，小的叫极体。第一极体在哺乳动物中一般不再分裂了，非哺乳动物的第一极体可能再均等分裂一次形成两个第二极体。三个极体最后都退化消失，只有一个卵细胞保留下来。

四、减数分裂中的数目变化——折线图怎么看

减数分裂的数目变化是高考的高频考点，经常以折线图、柱状图的形式出现。我教大家一个'找大变法'，不管什么图都能搞定。

（一）三条线怎么区分

第一步，先找到哪条线是DNA、哪条是染色体、哪条是染色单体。记住三个特征：

DNA分子：复制的时候是斜线上升的（因为DNA复制是逐渐进行的），而且DNA是复制一次、减半两次。

染色体：着丝粒断裂的时候是直线上升（直上直下），因为着丝粒一断，染色体数目瞬间加倍。

染色单体：最好找，因为只有染色单体可以为0——有丝分裂后期和减二后期着丝粒一断，染色单体就变成0了。而且有染色单体的时候，染色单体的数量一定跟DNA分子数相等。

（二）上升和下降的原因

【找大变法】DNA上升→DNA复制（间期S期，斜线）；染色体上升→着丝粒断裂（有丝后期或减二后期，直线）；染色单体出现→DNA复制（从0变成跟DNA一样多）。

所有的下降——不管是DNA下降还是染色体下降——原因都是细胞分裂（细胞质分裂，一个细胞变成两个）。染色单体下降的原因是着丝粒断裂（直接变成0）。

（三）减数分裂数目变化的关键节点

我给大家梳理一下以2n为体细胞染色体数的精原细胞减数分裂过程中各物质的数量变化：

精原细胞（间期前）：染色体2n，DNA2n，染色单体0。

初级精母细胞（间期后~减一）：染色体2n，DNA4n，染色单体4n。

次级精母细胞（减二前中期）：染色体n，DNA2n，染色单体2n。（减一结束，同源分离，全部减半）

次级精母细胞（减二后期）：染色体2n，DNA2n，染色单体0。（着丝粒断裂，染色体短暂加倍，单体消失）

精细胞：染色体n，DNAn，染色单体0。（减二结束，细胞分裂，再次减半）

五、配子类型的计算——2的n次方

这也是一个常考的计算点，我给大家分情况说清楚。

第一种情况：一个精原细胞，不考虑交叉互换。那只能产生4个精子、2种基因型。因为减一的时候同源怎么分是确定的，减二姐妹分开是一样的。

第二种情况：一个精原细胞，考虑交叉互换。那就可能产生4个精子、4种基因型，四个都不一样。

第三种情况：一个卵原细胞。不管考不考虑交叉互换，都只能产生1个卵细胞、1种基因型。因为最后只有一个卵细胞留下来。

第四种情况：一个个体（有很多个精原细胞或卵原细胞），有n对同源染色体，不考虑交叉互换。那能产生2的n次方种配子。这个怎么理解？每一对同源染色体在减一后期都有两种分法，n对就是2×2×…×2，一共n个2相乘，就是2^n。

举例：基因型为大A小a、大B小b、大C小c的个体（三对同源染色体），不考虑交叉互换，能产生多少种配子？2的3次方=8种。分别是ABC、ABc、AbC、Abc、aBC、aBc、abC、abc。

如果考虑交叉互换，那配子类型就大于2^n种了，因为交叉互换会产生更多的基因组合。

六、受精作用——生命的起点

（一）概念和过程

受精作用就是精子和卵细胞相互识别、相互融合，形成受精卵的过程。具体过程是这样的：精子的头部（主要是细胞核）进入卵细胞，尾部留在外面；然后卵细胞膜发生复杂的生理反应（卵细胞膜反应），阻止其他精子再进入，这叫防止多精入卵；最后精子的细胞核和卵细胞的细胞核融合，这就是受精作用的实质。

（二）结果——一个容易错的点

【易错点】受精卵中的染色体，确实是一半来自精子（父方）、一半来自卵细胞（母方）。但是，如果说'受精卵中的遗传物质一半来自父方、一半来自母方'，那就错了！为什么？因为受精卵里除了细胞核里的遗传物质，还有细胞质里的遗传物质（线粒体DNA），而细胞质几乎全部来自卵细胞，所以细胞质遗传物质主要来自母方。也就是说，核遗传物质一半一半，但总的遗传物质是母方多一些。这个点在选择题里特别容易挖坑，大家一定要注意。

（三）减数分裂和受精作用的意义

第一，保持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，维持生物遗传的稳定性。

第二，减数分裂形成的配子具有多样性（交叉互换+自由组合），加上受精过程中精子和卵细胞结合的随机性，使得双亲的后代呈现多样性，有利于生物适应多变的环境，也为生物的进化提供了原材料。

七、减数分裂异常分析——减一错还是减二错

减数分裂异常是高考当中的难点，经常考。但只要你抓住'减一分同源、减二分姐妹'这个核心，就不难判断。

第一种情况：减一异常——同源染色体没有分开。如果大A小a这对同源染色体在减一后期没有分离，都进入了同一个次级精母细胞，那会怎么样？这个次级精母细胞将来产生的两个精子都含有大A和小a（即Aa型），另一个次级精母细胞产生的两个精子都不含a这条染色体（即0型）。所以减一异常的结果是：4个精子都异常，2个多一条、2个少一条。

第二种情况：减二异常——姐妹染色单体没有分开。减一正常分了同源，大A去了一个次级精母细胞，小a去了另一个。但在减二后期，含大A的那个次级精母细胞中，姐妹染色单体没有分开，都进入了同一个精细胞。那结果就是：一个精子是大A大A型，一个精子是0型，另外两个（来自小a的次级精母细胞）是正常的小a型。所以减二异常的结果是：4个精子中2个异常、2个正常。

【判断口诀】配子中出现等位基因（如Aa）→减一异常（同源没分开）；配子中出现相同基因（如AA或aa）→减二异常（姐妹没分开）。这个口诀非常好用，大家记下来。

第二部分　有丝分裂与减数分裂综合

学完了减数分裂，我们要把它跟有丝分裂放在一起比较，因为高考经常考综合题。这一部分我给大家讲三个核心能力：图像判断、曲线分析、柱状图分析。

一、图像判断——三步法快速识别

给你一个细胞分裂图，让你判断是有丝分裂、减一还是减二，是什么时期。我教大家三步法：

第一步：先判断时期（前、中、后）

前期：染色体散乱地分布在细胞中，没有整齐排列。

中期：染色体整齐地排列——着丝粒在赤道板中央（有丝/减二），或者同源染色体成对排在赤道板两侧（减一）。

后期：染色体正在向两极移动，'你一半我一半'。

第二步：判断是哪种分裂方式

先看减一——减一最好认，因为不管前中后，它都是'一对一对'的：前期联会形成四分体，中期同源成对排在两侧，后期同源一对一对地分开。只要看到成对的同源染色体在联会或者在分离，那就是减一，没跑。

再区分有丝和减二——这两个最容易混，因为减二的过程跟有丝几乎一模一样。区分的关键就一条：有没有同源染色体。有同源染色体的是有丝分裂，没有同源染色体的是减二。

【有丝vs减二的区分】有丝分裂全程都有同源染色体，但同源染色体之间不联会、不成对；减二全程都没有同源染色体（因为减一的时候已经分开了）。注意：减二后期着丝粒断裂后，移向同一极的两条染色体虽然大小形态相同，但它们是姐妹染色单体分开来的，要么都来自父方要么都来自母方，所以不是同源染色体，是'相同染色体'。这个点特别容易错。

第三步：综合判断

举例练习：一个细胞，染色体散乱排布，找了一圈没有大小形态相同的染色体——这是什么时期？散乱排布是前期，没有同源是减二，所以是减二前期。

再练一个：染色体的着丝粒排列在赤道板中央，有同源染色体但不联会——着丝粒在中央是中期，有同源不联会是有丝，所以是有丝分裂中期。

再练一个：染色体正在向两极移动，每一极都能找到同源染色体——正在分离是后期，每一极都有同源说明分的是姐妹（如果分同源的话，每一极就没有同源了），所以是有丝分裂后期。

二、数量变化曲线综合——减数+有丝+受精

高考中经常出现这样的图：横坐标是时间，纵坐标是数量，一条曲线从减数分裂开始，经过受精作用，再到有丝分裂。这种综合图怎么分析？

（一）先确定哪段是减数、哪段是有丝

看DNA分子的变化：如果是复制一次、分裂两次、最后数目减半了，那就是减数分裂；如果是复制一次、分裂一次、最后数目跟原来一样，那就是有丝分裂。

如果减数分裂后面跟着一个有丝分裂，那中间一定有一个受精作用——因为减数分裂形成的配子自己不能再进行有丝分裂了，必须受精形成受精卵之后才能进行有丝分裂。当然，这个图也可以反过来画——有丝分裂在前，减数分裂在后，这种情况下中间就没有受精作用了。

（二）每条染色体上的DNA含量变化图

还有一种图，纵坐标是'每条染色体上的DNA含量'，这个图也很常考。这个图特别简单，因为它只有两个值：1和2。

当染色体是'叉'形的时候（有姐妹染色单体），每条染色体上有2个DNA分子，对应图中数值为2的区段。

当染色体是'棒'形的时候（没有姐妹染色单体），每条染色体上只有1个DNA分子，对应图中数值为1的区段。

【上升和下降】上升的原因是DNA复制（间期，每条染色体从1个DNA变成2个DNA）；下降的原因是着丝粒断裂（有丝分裂后期或减二后期，每条染色体从2个DNA变回1个DNA）。

如果这个图表示有丝分裂：数值为2的区段对应前期和中期，下降点对应后期着丝粒断裂。

如果这个图表示减数分裂：数值为2的区段对应减一的全部时期加上减二的前期和中期，下降点对应减二后期着丝粒断裂。

三、柱状图分析——从单体入手

柱状图是大家掌握得最不好的一种题型，但其实有窍门。我教大家从染色单体入手。

第一步：找染色单体。染色单体的特征是可以为0，所以柱状图中出现0的那个就是染色单体。

第二步：找DNA。有染色单体的时候，染色单体的数量一定等于DNA的数量（因为每个单体上有一个DNA），所以跟染色单体在有单体时数值相等的那个就是DNA。

第三步：剩下的那个就是染色体。

找到三个物质之后，再根据数量关系判断时期：

有丝分裂：染色体出现4n的一定是有丝分裂后期（因为减数分裂怎么着都到不了4n——减一是先分同源再加倍，最多到2n）。

减数分裂：先出现一个全部减半（染色体、DNA、单体都减半），那就是减一结束分同源了；然后出现单体消失、染色体短暂加倍，那就是减二后期着丝粒断裂了；最后再全部减半，就是减二结束形成配子了。

四、有丝分裂核心考点快速回顾

虽然这节课的重点是减数分裂，但有丝分裂的基础知识点大家也不能丢。我快速带大家过一遍有丝分裂各时期的核心特征。

细胞周期：包括分裂间期（G1期+S期+G2期）和分裂期（M期）。间期时间远长于分裂期。不同细胞的细胞周期时间长短不同。

间期：G1期合成RNA和蛋白质；S期进行DNA复制；G2期DNA合成终止，继续合成RNA和蛋白质。中心体的复制也在间期完成。

前期：染色质螺旋化形成染色体，核膜核仁逐渐消失，纺锤体形成（动物细胞由中心体发出星射线形成纺锤体）。

中期：着丝粒整齐排列在赤道板上，染色体形态最稳定、数目最清晰，是观察染色体的最佳时期。

后期：着丝粒断裂，姐妹染色单体分开，在纺锤丝牵引下移向两极，染色体数目加倍。

末期：染色体解螺旋变回染色质，核膜核仁重新出现，纺锤体消失。植物细胞在赤道板位置形成细胞板，向四周扩展形成新的细胞壁；动物细胞细胞膜从中央向内凹陷，缢裂成两个子细胞。

【有丝与减数的核心区别】有丝分裂：同源染色体不联会、不交叉互换、不分离，子细胞与亲代细胞遗传物质完全相同。减数分裂：同源染色体联会、可能交叉互换、后期分离，子细胞遗传物质减半且多样。

第三部分　细胞分化、衰老和死亡

好，前面我们讲了细胞怎么分裂、数量怎么增加。但光有数量增加还不够——一个受精卵分裂产生的细胞如果都一模一样，那我们就只是一团细胞，不可能有心脏、肝脏、大脑这些不同的器官。所以细胞在分裂的基础上，还要进行分化。我们先来讲细胞分化。

一、细胞分化——为什么细胞长得不一样

（一）定义

细胞分化是指在个体发育过程中，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。这里面有几个关键词：'个体发育中'、'增殖产生的后代'、'稳定性差异'，这些都是定义里的得分点。

（二）实质——基因的选择性表达

细胞分化的实质是什么？是基因的选择性表达。也就是说，同一个体的所有体细胞都是由受精卵有丝分裂来的，所以它们含有的基因（DNA）是完全一样的。但是在不同的细胞中，表达的基因不一样——有的基因打开了，有的基因关闭了，所以合成的蛋白质不一样，最终细胞的形态结构和功能就不一样了。

基因可以分成两大类：

第一类叫管家基因——就是所有细胞中都要表达的基因，它指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的。比如跟细胞呼吸有关的酶的基因、核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等等。这些基因在每个细胞里都得表达，因为不管你是什么细胞，你都得呼吸、都得合成蛋白质、都得用ATP。

第二类叫奢侈基因——就是只在特定细胞中特异性表达的基因，它指导合成的蛋白质具有组织特异性。比如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，肌动蛋白基因只在肌肉细胞中表达。

【分子水平的结论】同一个体的不同体细胞中：DNA相同（都是有丝分裂来的）；mRNA不完全相同（因为选择性表达，有的基因转录有的不转录）；蛋白质不完全相同（翻译的结果）。注意是'不完全相同'，不是'完全不同'——因为管家基因在所有细胞中都表达，所以有一部分mRNA和蛋白质是所有细胞共有的。

（三）特点

细胞分化有四个特点，我给大家解释一下每个特点是什么意思：

第一，普遍性——细胞分化在生物界普遍存在。但要注意：只有多细胞生物才有细胞分化，单细胞生物就一个细胞，不存在分化的问题；没有细胞结构的病毒就更不用说了。

第二，持久性——细胞分化贯穿于生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。不是说只有胚胎发育的时候才分化，成年之后、老年之后也有细胞分化，比如造血干细胞不断分化产生各种血细胞。

第三，稳定性——一般来说，分化了的细胞会一直保持分化后的状态，直到死亡。比如皮肤表皮细胞分化成表皮细胞了，它就一直是表皮细胞，不会哪天不想当了变回受精卵。

第四，不可逆性——已经分化的细胞，一般不能再回到分化前的状态了。这个跟稳定性是一脉相承的。

（四）意义

细胞分化的意义有两点：第一，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——你想，如果每个细胞都得干所有的活，那效率肯定很低，分工之后效率就高了；第二，细胞分化是生物个体发育的基础——个体发育就是建立在细胞分裂和细胞分化的基础之上的。

（五）不同水平的分化表现

细胞水平：细胞的形态、结构和生理功能发生改变。

细胞器水平：不同细胞中细胞器的种类和数目不同。比如有吞噬功能的细胞，溶酶体的数量就多；专门合成分泌蛋白的细胞，核糖体、内质网、高尔基体就特别发达。这体现了结构和功能相适应。

分子水平：DNA不变，RNA和蛋白质的种类和数量不同（前面已经讲过了）。

二、细胞的全能性——已分化的细胞还能变回个体吗

（一）定义

细胞的全能性是指已经分裂和分化的细胞，仍然具有产生完整有机体或者分化成其他各种细胞的潜能和特性。

【怎么判断是否体现了全能性】最实用的判断标准：看起点是不是细胞，终点是不是个体（或者各种细胞）。如果从一个细胞开始，最后发育成了一个完整的个体，那就体现了全能性。

举例：胡萝卜的韧皮部细胞经过植物组织培养，长成了一棵完整的胡萝卜植株——起点是细胞，终点是个体，体现了全能性。

反例：种子萌发长成一棵完整的植株——有没有体现全能性？没有！因为种子不是一个细胞，种子里已经有胚根、胚芽、胚轴、子叶了，它是一个早期的胚胎（幼体），从幼体长成成体是正常的发育过程，不能叫体现了细胞的全能性。这个点特别容易考，大家一定要注意。

还要注意：定义里说'分化成其他各种细胞'也可以，但这里的'各种'是指能分化成什么就能分化成什么——如果只分化成一种或两种细胞，那不叫体现全能性。所以在考试中，最常见、最明确的描述还是'从细胞到个体'。

（二）为什么细胞具有全能性

因为已分化的细胞（细胞核）仍然具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质。你想啊，体细胞都是受精卵有丝分裂来的，有丝分裂保证了亲子代细胞遗传物质完全相同，所以每个体细胞里都含有跟受精卵一样的全套基因，理论上都能发育成完整个体。

（三）植物细胞和动物细胞的区别

植物细胞：已分化的植物细胞仍然具有全能性。经典实验就是胡萝卜韧皮部细胞的组织培养，这个我们在选择性必修三里还会详细讲。

动物细胞：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一个完整的动物个体——也就是说，已分化的动物体细胞的全能性受到了限制。但是，已分化的动物细胞的细胞核仍然具有全能性——经典证据就是克隆动物，比如克隆羊多莉、克隆猴中中华华，都是把已分化的体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中，然后发育成完整个体的。

【表述要准确】植物可以说'已分化的植物细胞具有全能性'；动物只能说'已分化的动物细胞的细胞核具有全能性'，不能说'已分化的动物体细胞具有全能性'。这个表述在选择题里经常挖坑。

（四）体现全能性的条件

第一，必须离体——在生物体内，细胞是不会表现出全能性的，因为在体内细胞受到机体的调控，只能按照既定的方向分化。必须把细胞从体内取出来，在体外培养，才有可能表现出全能性。

第二，需要一定的营养物质和激素（主要指植物组织培养）——培养基里要有各种营养，还要有生长素和细胞分裂素等植物激素来调控脱分化和再分化。

第三，需要适宜的环境条件——比如适宜的温度、pH、避光或光照等。

（五）全能性大小的比较

一般来说：受精卵>生殖细胞（配子）>体细胞。受精卵的全能性最高，这个毫无疑问。

分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞。

植物细胞>动物细胞（动物细胞全能性受限制，只有细胞核有全能性）。

【易错点】一般来说，细胞分化程度越高，分裂能力越低，全能性越难以实现。但是！分化程度高的细胞，全能性不一定低——最典型的例子就是生殖细胞（精子和卵细胞），它们的分化程度已经非常高了，但全能性相对于普通体细胞来说还是比较高的。所以这个'一般来说'是有例外的，做题的时候要注意。

三、干细胞——人体内的'储备细胞'

干细胞是动物和人体内保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。注意：干细胞是动物（包括人）才有的概念，植物没有所谓的'干细胞'（植物有分生组织，但不叫干细胞）。

根据分化潜能的大小，干细胞可以分成三类：

第一类，全能干细胞——比如胚胎干细胞。它可以分化成动物体内任何一种组织和器官的细胞，潜能最大，所以叫'全能'。

第二类，多能干细胞——比如造血干细胞。它已经没有胚胎干细胞那么厉害了，但还可以分化成多种类型的细胞。造血干细胞可以分化成红细胞、白细胞、血小板等各种血细胞。

第三类，专能干细胞——只能分化成一种类型或密切相关的两种类型的细胞。比如成肌干细胞只能分化形成肌肉细胞，精原细胞只能分化形成精细胞，神经干细胞只能分化形成神经细胞。

【干细胞的自我更新】干细胞分裂之后，并不全部分化——它会有一部分子细胞仍然保持干细胞的状态（自我更新），另一部分子细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞。这样才能保证干细胞不会越用越少。比如造血干细胞，它一方面不断分化产生各种血细胞，另一方面也通过自我更新维持自身数量的稳定。所以捐献造血干细胞不会影响人体健康，因为它可以自我补充。

四、细胞衰老——细胞也会'老'

（一）细胞衰老的特征

细胞衰老的特征，大家可以联想一下老年人的特点来记，这样就好记多了。

第一，细胞内的水分减少，细胞体积变小——老年人皮肤干燥、出现皱纹，就是因为细胞里水少了、细胞萎缩了。

第二，多种酶的活性降低——注意是'多种'不是'所有'！比如酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，头发就变白了；呼吸酶活性降低，细胞呼吸速率减慢，新陈代谢变慢。但不是所有酶的活性都降低，跟衰老相关的一些酶活性可能还会升高。

第三，细胞内的色素逐渐积累——老年人出现老年斑，就是因为色素（比如脂褐素）在细胞内积累了，排不出去。

第四，细胞膜的通透性改变，物质运输功能降低——老年人吸收能力下降，跟这个有关系。

第五，细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深——这是细胞核层面的变化。注意是细胞核体积增大，不是细胞体积增大（细胞体积是变小的），别搞反了。

（二）细胞衰老的原因——两个学说

关于细胞为什么会衰老，目前有两个主要的学说：

第一个，自由基学说。自由基是异常活泼的带电分子或基团，它会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子——攻击细胞膜上的磷脂分子，导致细胞膜损伤；攻击DNA，可能引起基因突变；攻击蛋白质，使蛋白质活性下降。而且自由基在攻击的过程中还会产生新的自由基，这就像滚雪球一样，越滚越大，导致细胞衰老。什么情况下容易产生自由基呢？辐射、有害物质入侵、细胞内的氧化反应、压力过大、环境污染等等。

第二个，端粒学说。端粒是染色体两端的一段特殊的DNA-蛋白质复合体，它就像染色体两端的'保护帽'，保护着染色体内部的正常基因。细胞每分裂一次，端粒就会缩短一截——因为DNA复制的时候，末端的序列是复制不完整的。刚开始端粒比较长，缩短一点不影响正常基因；但如果分裂次数多了，端粒越来越短，最后端粒没了，就会损伤到正常的基因，细胞就会出现衰老的特征。

【端粒酶】有一种酶叫端粒酶，它可以修复（延长）变短的端粒。端粒酶在正常体细胞中活性很低，但在癌细胞中活性非常强——这就是为什么癌细胞可以无限增殖而不衰老，因为它的端粒被端粒酶不断修复，不会因为分裂而缩短。这个知识点经常跟细胞癌变结合起来考。

（三）细胞衰老的意义与个体衰老的关系

正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新——老的细胞衰老凋亡了，新的细胞补充上来，这是正常的生命活动。

细胞衰老跟个体衰老是什么关系呢？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，因为它就一个细胞。但对于多细胞生物来说，细胞的衰老和死亡不等于个体的衰老和死亡——比如一个新生婴儿，体内也有细胞在衰老和死亡（比如表皮细胞、血细胞）。反过来，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程——但不能说个体衰老时所有细胞都衰老了，比如造血干细胞在老年人体内仍然保持分裂和分化能力。

五、细胞凋亡——细胞的'程序性自杀'

（一）定义

细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常被称为细胞编程性死亡。你可以把它理解为细胞的'自杀'——是细胞自己主动启动的、有计划的死亡。

（二）细胞凋亡的三种类型

第一，个体发育过程中的程序性死亡。比如蝌蚪在发育成青蛙的过程中，尾巴会消失——尾巴的细胞就是通过凋亡消失的；再比如人在胚胎发育时期，手指之间是有蹼的，后来指间的细胞凋亡了，我们的手指才分开。

第二，成熟个体中细胞的自然更新。比如人体内的白细胞，寿命很短，衰老之后就会通过凋亡被清除，然后由造血干细胞分化产生新的白细胞补充上来。

第三，被病原体感染的细胞的清除。比如被病毒感染的靶细胞，细胞毒性T细胞会跟它接触，激活靶细胞内的凋亡程序，使靶细胞裂解死亡——注意，虽然靶细胞是被'裂解'的，但这不是坏死，而是靶细胞在基因调控下主动启动的凋亡程序，是为了整个机体的利益而'牺牲'自己。

（三）细胞凋亡的意义

第一，保证多细胞生物体完成正常的发育（比如蝌蚪尾巴消失、手指分开）。

第二，维持内部环境的稳定（比如衰老细胞的自然更新）。

第三，抵御外界各种因素的干扰（比如清除被病原体感染的细胞）。

（四）细胞凋亡的特点

细胞凋亡是一个有秩序的过程：细胞会形成凋亡小体，然后凋亡小体被周围的吞噬细胞吞噬消化，整个过程不会引起炎症反应。这跟细胞坏死有本质区别。

六、细胞坏死——细胞的'意外死亡'

跟细胞凋亡相对的是细胞坏死。细胞坏死是在种种不利因素的影响下（比如极端的物理因素、化学因素，或者严重的病理性刺激），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。你可以把它理解为细胞的'他杀'或'意外死亡'——是被动的、不正常的死亡。

举例：骨折时骨细胞的死亡、烫伤后皮肤细胞的脱落和死亡、摔倒磕破皮后皮肤细胞的死亡、病毒大量释放导致宿主细胞破裂死亡——这些都属于细胞坏死。

细胞坏死的特点：细胞突然破裂，内容物释放出来，会引起周围组织的炎症反应。

（一）细胞凋亡与细胞坏死的对比

【跟病原体感染有关的细胞死亡怎么区分】如果细胞是被病原体感染后，由免疫系统激活凋亡程序而死亡的（比如细胞毒性T细胞裂解靶细胞），那属于细胞凋亡；如果细胞是因为病原体大量增殖、直接把细胞撑破了而死亡的，那属于细胞坏死。关键看是不是基因调控的主动过程。

七、细胞自噬——细胞的'自我消化'

除了凋亡和坏死，还有一种跟细胞死亡相关的过程叫细胞自噬，也需要大家了解。

细胞自噬是指在一定条件下，细胞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的过程。简单说就是细胞自己'吃'自己——把自己内部那些坏了的、没用了的细胞器或结构分解掉，分解产生的物质可以重新利用。

细胞自噬有什么意义呢？

第一，在营养缺乏的情况下，细胞通过自噬可以获得维持生存所需的物质和能量——把自己内部一些不太重要的结构分解了，用分解产物来供能和合成关键物质，度过饥荒。

第二，清除衰老、损伤的细胞器，清除入侵的病原体（比如病毒、细菌），维持细胞内部环境的稳定。

细胞自噬跟细胞死亡是什么关系呢？一般来说，自噬是细胞的一种自我保护机制，是为了让细胞更好地活下来。但是，如果自噬过于剧烈，把细胞自己的关键结构都分解了，那就可能导致细胞凋亡。

全章总结

好，同学们，我们这节课把细胞分裂和细胞生命历程这两大块内容串起来复习了一遍。最后我用几句话帮大家把整个知识体系收个尾。

第一，细胞分裂是细胞数量增加和遗传信息传递的基础。有丝分裂保证了亲子代细胞之间遗传物质的稳定性，减数分裂和受精作用保证了有性生殖生物前后代之间染色体数目的恒定，同时通过基因重组和配子多样性为生物进化提供了原材料。

第二，细胞分化是个体发育的基础。其实质是基因的选择性表达，使细胞在形态、结构和功能上产生稳定性差异，从而形成不同的组织和器官。已分化的细胞（细胞核）仍然具有全能性，这是植物组织培养和动物克隆的理论基础。

第三，细胞衰老和凋亡是正常的生命活动。细胞衰老有自由基学说和端粒学说两种解释；细胞凋亡是基因调控的程序性死亡，对机体有利；细胞坏死是不利因素引起的意外死亡，对机体有害；细胞自噬是细胞的自我保护机制。

整个细胞的生命历程——分裂、分化、衰老、凋亡——共同保证了多细胞生物体的正常生长发育和内部环境的稳定。把这条主线抓住了，这部分知识就融会贯通了。

好，今天的课就讲到这里，同学们课后要结合习题多加练习，尤其是图像判断题和曲线分析题，一定要多做多总结。我们下次课再见！