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第1節(jié)　細胞的增殖 學習目標 1．說出細胞不能無限長大的原因。 2．闡述細胞周期的概念。(重點) 3．描述細胞有絲分裂的過程。(重點、難點) 核心概念 細胞增殖　細胞周期　有絲分裂 一、細胞不能無限長大的原因 1．細胞大小與物質運輸的關系(模擬實驗) 2．細胞不能無限長大 → 二、細胞增殖 三、有絲分裂 1．細胞周期 2．高等植物細胞有絲分裂各時期分裂圖像和變化特征 時期　圖像　　　　變化特征 3．動、植物細胞有絲分裂的不同點 (1)間期：動物細胞有中心體的復制，植物細胞沒有。 (2)前期：紡錘體的形成方式不同，植物細胞由兩極發(fā)出紡錘絲形成紡錘體；動物細胞由兩組中心粒之間發(fā)出星射線形成紡錘體。 (3)末期：細胞質的分裂方式不同：植物細胞中央赤道板位置出現細胞板，擴展為細胞壁，分割細胞；動物細胞細胞膜由中部向內凹陷，縊裂細胞。 4．有絲分裂的特征和意義 (1)特征：將經過復制的親代細胞的 染色體 ，精確地平均分配到 兩個子細胞 中。 (2)意義：在細胞的親代和子代間保持了 遺傳性狀 的穩(wěn)定性。 四、無絲分裂 ？思考 1．在有絲分裂過程中，細胞質中的遺傳物質是否也能均等分配？ 提示：不是均等分配，而是隨機地、不均等地分配到兩個子細胞。 2．菠菜根尖分生區(qū)細胞有絲分裂過程中能進行復制的成分或結構有哪些？動物細胞呢？ 提示：DNA分子和線粒體；動物細胞中除上述兩者外還有中心體在間期復制。 3．無絲分裂過程中，會發(fā)生DNA復制嗎？ 提示：發(fā)生DNA復制。 H　　判斷題 1．在細胞周期中，分裂間期的持續(xù)時間通常比分裂期的短。(　　) 2.在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中，統(tǒng)計每一時期細胞數占計數細胞總數的比例，能比較細胞周期各時期的時間長短。(　√　) 3.人體所有細胞的細胞周期持續(xù)時間相同。(　　) 4.在植物細胞有絲分裂末期，高爾基體參與細胞壁的形成。(　√　) 5．分裂期的細胞不進行DNA復制和蛋白質合成。(　　) 6．無絲分裂過程中核膜不消失。(　√　) 7．鹽酸解離根尖的同時也為龍膽紫溶液染色創(chuàng)造酸性環(huán)境。(　　) 8．解離和壓片都有利于根尖分生區(qū)細胞分散。(　√　) 9．剪取5 cm根尖，用酒精和吡羅紅混合液解離染色。(　　) 10．在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中，持續(xù)觀察，視野中處于中期的細胞將分裂成兩個子細胞。 (　　) 知識點1　細胞周期 Z　 1．細胞周期的三個特點 (1)周期性：只有連續(xù)分裂的細胞才具有細胞周期，如根尖分生區(qū)細胞、皮膚生發(fā)層細胞等。 (2)次序性：完整的細胞周期必須由分裂間期進入分裂期。 (3)不均衡性：分裂間期時間遠大于分裂期時間。 2．細胞周期的表示方法 (1)扇型圖 圖中A→B為分裂間期，B→A為分裂期，故A→A(或A→B→A)為一個細胞周期。 (2)線段圖 B＋C或D＋E是一個完整的細胞周期，A＋B不是一個細胞周期，因為細胞周期的起點是上次分裂完成時，也就是細胞分裂的間期。 (3)曲線圖 (4)柱形圖 B組細胞DNA含量在變化，說明細胞處于分裂間期；C組細胞DNA含量已經加倍，說明細胞處于分裂期；分裂間期時間長，A組細胞數目最多，處于分裂間期。 Y　 對細胞周期理解的四點提醒 (1)細胞周期不是固定值：不同種類細胞或者同種細胞的不同生理時期，細胞周期的時間不同。 (2)分裂間期和分裂期不能間斷：分裂間期和分裂期是為了方便研究而人為劃分的，事實上它們是一個連續(xù)的過程。 (3)根尖分生區(qū)細胞并不都處于分裂期。大部分細胞處于分裂間期。因為細胞周 期中，分裂間期所占的時間長，分裂期所占的時間短。 (4)子細胞并不都會繼續(xù)分裂，分裂產生的子細胞有三種去向：繼續(xù)分裂、暫不分裂、不再分裂(細胞分化)。 D　 典例1　下表所列為不同細胞的細胞周期持續(xù)時間(h)。據表分析可以得出的結論是(　C　) 細胞 分裂間期 分裂期 細胞周期 十二指腸細胞 13.5 1.8 15.3 腫瘤細胞 18.0 0.5 18.5 成纖維細胞 19.3 0.7 20.0 A．分裂期和細胞周期均最短的是腫瘤細胞 B．分裂期占細胞周期比例最小的是十二指腸細胞 C．不同種類細胞的細胞周期持續(xù)時間不同 D．不同種類細胞的分裂都是同步進行的 [解析]　連續(xù)分裂的細胞，從一次分裂完成時開始到下一次分裂完成時為止是一個細胞周期，包括分裂間期和分裂期。從表中三種細胞各時期的時間數據可看出，不同細胞的細胞周期時間長短不一，分裂期和分裂間期的時間也不相同。分裂期最短的是腫瘤細胞，細胞周期最短的是十二指腸細胞，分裂期占細胞周期比例最小的是腫瘤細胞。 〔變式訓練1〕　下列關于細胞周期的敘述，正確的是(　C　) A．抑制DNA的合成，細胞將停留在分裂期 B．細胞周期包括前期、中期、后期、末期 C．細胞分裂間期為細胞分裂期提供物質基礎 D．成熟的生殖細胞產生后立即進入下一個細胞周期 知識點2　動、植物有絲分裂及無絲分裂 Z　 1．真核細胞的分裂方式 2．細胞增殖的意義 細胞增殖是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎。 (1)單細胞生物：細胞新個體。 (2)多細胞生物：受精卵多細胞生物體新細胞(補充衰老和死亡的細胞)。 3．有絲分裂的過程及特點 (1)分裂間期的特點 G1期(DNA合成前期)：主要進行RNA和有關蛋白質的生物合成，并為S期的DNA合成做準備。 S期(DNA合成期)：主要進行DNA的合成。 G2期(DNA合成后期)：相關RNA和蛋白質的合成。 (2)有絲分裂過程中各時期特點 細胞周期各時期的特點較多，容易混淆，利用下面的口訣輔助記憶可以事半功倍。 主要變化特點分析 記憶口訣 間期 DNA復制和有關蛋白質的合成完畢，每一條染色體包含兩條姐妹染色單體 復制合成姐妹生 前期 兩消：核膜、核仁消失；兩現：染色質變成染色體、紡錘體出現 膜仁消失兩體現 中期 染色體的形態(tài)固定，數目清晰，著絲點排列在赤道板上 形定數晰點道齊 后期 著絲點分裂，染色體數目加倍，并平均移向兩極 點裂數加兩極移 末期 兩消：紡錘體消失，染色體變成染色質；兩現：核膜、核仁重新出現，細胞板擴展形成細胞壁 兩消兩現新壁建 (3)動、植物細胞細胞周期的不同 時期 高等植物細胞有絲分裂 動物細胞有絲分裂 間期 完成中心粒的復制 前期 細胞兩極發(fā)出紡錘絲構成紡錘體 中心粒移到細胞兩極，并發(fā)出星射線，構成紡錘體 末期 細胞板擴展為細胞壁，分割細胞質 細胞膜向中央凹陷，縊裂細胞質 4．無絲分裂 (1)概念 無絲分裂是指在細胞分裂過程中沒有出現紡錘絲和染色體變化的細胞分裂方式。 (2)過程 細胞核延長→細胞核縊裂→整個細胞縊裂→兩個子細胞。 (3)特點 不出現染色體和紡錘絲的變化，但有遺傳物質的復制和平均分配。 (4)實例 蛙的紅細胞的無絲分裂。 D　 典例2　下列關于動物細胞有絲分裂的敘述正確的是(　A　) A．分裂間期有DNA和中心體的復制 B．分裂間期DNA含量和染色體數都加倍 C．紡錘體形成于分裂前期，消失于分裂后期 D．染色單體形成于分裂前期，消失于分裂后期 [解析]　考查動物有絲分裂過程，要求熟練掌握有絲分裂各個時期的特點及變化。細胞分裂間期，完成DNA的復制和有關蛋白質的合成，動物細胞還需完成中心體的復制，A正確；間期DNA復制，DNA數目加倍，但兩條DNA分子連在一個著絲點上，染色體數沒有發(fā)生改變，B錯誤；紡錘體形成于分裂前期，消失于分裂末期，C錯誤；染色單體形成于間期，出現在分裂前期，消失于分裂后期，D錯誤。 〔變式訓練2〕 右圖是細胞有絲分裂過程中每條染色體上的DNA含量變化圖解，下列敘述正確的是(　C　) A．在AB段主要進行蛋白質的合成，細胞生長速度快 B．出現CD段變化的原因是細胞質分裂 C．該細胞中，在BC段始終有染色單體存在 D．若該細胞是植物細胞，則CD段高爾基體和內質網活動非?；钴S [解析]　AB段主要進行DNA的復制和有關蛋白質的合成，A項錯誤；出現CD段的原因是著絲點分裂，姐妹染色單體成為子染色體，每條染色體上只含有1個DNA分子，B項錯誤；BC段每條染色體上始終有2個DNA分子，說明每條染色體始終有2條姐妹染色單體，C項正確；若該細胞是植物細胞，CD段為有絲分裂后期，而不是末期，末期時高爾基體和內質網活動才開始活躍，D項錯誤。 知識點3　觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂 Z　 一、實驗原理 項目 原理 選材 高等植物的分生組織細胞有絲分裂較旺盛 染色 細胞核內的染色體易被堿性染料(如龍膽紫溶液)染成深色 觀察 在同一分生組織中可以通過高倍顯微鏡觀察細胞內染色體的存在狀態(tài)，從而判斷處于哪個分裂時期 二、用品分析 1．實驗材料： (1)選擇生長旺盛，具有持續(xù)分裂能力的部位，如根尖、芽尖。 (2)選擇染色體數目較少的生物，以便于染色體的計數。 (3)選擇分裂期占細胞周期時間比例大的細胞，易觀察到分裂期細胞。 2．試劑及其成分、作用： 試劑 成分 作用 解離液 質量分數為15%的鹽酸與體積分數為95%的酒精以11的比例混合 使組織中的細胞相互分離開來 漂洗液 清水 洗去組織中的解離液，防止解離過度，影響染色 染色液 質量濃度為0.01 g/mL或0.02 g/mL的龍膽紫溶液(或醋酸洋紅液) 使染色體著色 3．顯微鏡的使用： (1)先用低倍顯微鏡找到分生區(qū)的細胞：分生區(qū)細胞呈正方形，排列緊密。 (2)再用高倍顯微鏡找到分裂中期的細胞，因為中期細胞中染色體的形態(tài)更為清晰和固定，然后再找前期、后期、末期的細胞。 三、方法步驟 1．洋蔥根尖的培養(yǎng) 在上實驗課之前的3～4d內，取洋蔥一個，放在廣口瓶上。瓶內裝滿清水，讓洋蔥的底部接觸到瓶內的水面。把這個裝置放在溫暖的地方培養(yǎng)。待根長約5cm時，取生長健壯的根尖制成臨時裝片觀察。 2．裝片的制作 制作流程為：解離→漂洗→染色→制片。 (1)解離　上午10時至下午2時(洋蔥根尖分生區(qū)細胞處于分裂期的較多，這會因洋蔥品種、室溫等的差異而有所不同)，剪取洋蔥根尖2～3mm，立即放入盛有鹽酸和酒精混合液(1:1)的玻璃皿中，在室溫下解離3～5min，使組織中的細胞相互分離開來。 (2)漂洗　待根尖酥軟后，用鑷子取出，放入盛有清水的玻璃皿中漂洗10min。洗去藥液，防止解離過度。 (3)染色　把根尖放進盛有質量濃度為0.01g/mL或0.02g/mL的龍膽紫溶液(或醋酸洋紅液)的玻璃皿中染色3～5min。龍膽紫溶液或醋酸洋紅液能使染色體著色。 (4)制片　用鑷子將這段根尖取出來，放在載玻片上，加一滴清水，并用鑷子尖把根尖弄碎，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上再加一片載玻片。然后，用拇指輕輕地按壓載玻片，以使細胞分散開來，有利于觀察。 D　 典例3　用高倍顯微鏡觀察洋蔥根尖細胞的有絲分裂，下列敘述正確的是(　B　) A．同一視野中各個細胞的染色體數目相等 B．在一個視野中處于分裂前期和中期的細胞數目可能相等 C．觀察處于分裂中期的細胞，可清晰地看到赤道板和染色體 D．每個細胞是獨立分裂的，任選一個細胞可持續(xù)觀察它的整個分裂過程 [解析]　同一視野中各個細胞所處的時期可能不一樣，各個細胞的染色體數目不一定相等，在分裂后期染色體會加倍；在一個視野中處于分裂前期和中期的細胞數目可能相等；觀察處于分裂中期的細胞，可清晰地看到染色體，但看不到赤道板，赤道板是假想的一個結構；每個細胞是獨立分裂的，但在解離的時候已經殺死了細胞，所以我們看到的是細胞分裂某個階段的靜態(tài)圖。 知識貼士： (1)實驗過程應注意的問題 ①解離充分是實驗成功的必備條件；解離的目的是用藥液溶解細胞間質，使組織細胞相互分離開。 ②漂洗的目的是洗去根中多余的解離液。如果不把多余的解離液洗去，一方面會影響染色效果，另一方面還會腐蝕顯微鏡的鏡頭。 ③本實驗觀察的重點是染色質、染色體，而染色質和染色體都容易被堿性染料染色。通過染色，染色質和染色體與細胞的其他部分區(qū)別明顯，便于觀察。 (2)實驗觀察應注意的問題 ①低倍鏡觀察時要慢慢移動裝片，以便找到分生區(qū)細胞。 ②高倍鏡觀察時要先找到分生區(qū)細胞后，把低倍鏡移走，換上高倍鏡，用細準焦螺旋和反光鏡把視野調整清晰，直到看清細胞物像為止。 〔變式訓練3〕　觀察洋蔥根尖細胞有絲分裂并制作裝片。請分析下列操作中可能導致染色不深的步驟是(　B　) A．剪取洋蔥根尖2～3 mm，放入解離液中3～5 min B．待根尖酥軟后，將其放在龍膽紫溶液中染色 C．3～5 min后，取出根尖，放在載玻片上，加一滴清水，蓋上蓋玻片 D．在蓋玻片上再加一片載玻片，用拇指按壓 [解析]　解離后應漂洗，以洗去解離液，然后再染色。 各種有絲分裂的圖像分析 1．有絲分裂過程的圖像識別方法 確定細胞種類及分裂方式的基本思路：首先判斷細胞類別，是動物細胞、高等植物細胞還是低等植物細胞；其次確定分裂方式，是有絲分裂還是無絲分裂，如果是有絲分裂，可再根據染色體的形態(tài)確定細胞所屬的分裂時期。 (1)不同細胞的標志 ①植物細胞的標志：有細胞壁，一般呈方形，分裂后期出現細胞板，一般無中心體；既有中心體又有細胞板的細胞為低等植物細胞。 ②動物細胞的標志：沒有細胞壁，最外層是細胞膜，一般呈圓形，有中心粒，無細胞板，分裂末期通過縊裂方式分裂為兩個細胞。 ③原核細胞的標志：無細胞核，沒有染色體，只能進行二分裂，不能進行有絲分裂。 (2)二分裂方式和無絲分裂的區(qū)別：二分裂時核物質大致均分，沒有核膜包被，而無絲分裂時細胞核是從中間凹陷縊裂。 (3)根據下表所示特點判斷有絲分裂各時期 項目 間期 前期 中期 后期 末期 識圖 特征 有核膜，染色體呈染色質狀態(tài) 染色體散亂地分布在紡錘體的中央 染色體的著絲點排列在赤道板上 著絲點分裂，姐妹染色單體分開 核膜、核仁出現，染色體變成細長而盤曲的染色質 2．坐標圖(如圖) (1)間期完成復制，1個DNA分子變成2個DNA分子，而染色體數目未加倍(形成姐妹染色單體)。 (2)染色體在分裂后期暫時加倍(著絲點分裂，姐妹染色單體分開，成為2條子染色體)。 (3)染色體與DNA的數量關系在復制前及后期、末期為11，而在前期、中期為12。 (4)a→b、l→m的變化原因都是DNA分子的復制。 (5)g→h、n→o的變化原因都是著絲點分裂，姐妹染色單體分開，形成子染色體。 3．柱狀圖(如圖) (1)有絲分裂前期和中期染色體已完成復制，每條染色體上有兩條染色單體(DNA分子)，染色體、染色單體、DNA分子三者數目之比為122，如圖甲所示。 (2)有絲分裂后期，著絲點分裂，姐妹染色單體分開成為兩條子染色體，染色體暫時加倍，染色單體數目為0，DNA、染色體數目之比為11，如圖乙所示。 (3)有絲分裂末期結束，一個細胞分成兩個子細胞，DNA、染色體數目恢復到復制前的數目，DNA、染色體數目之比為11，如圖丙所示。 綜上所述，前期和中期有染色單體時，染色單體與DNA分子數目之比為11，染色體與染色單體數目之比為12；DNA未復制之前、后期和末期無染色單體時，染色體與DNA分子數目之比為11。 典例4　(2018重慶高三模擬)下圖為某生物細胞有絲分裂模式圖和細胞有絲分裂過程中相關物質的數量變化曲線，請據圖回答問題： (1)圖乙所示細胞是植物細胞還是動物細胞？ 動物細胞 。判斷理由是 細胞有中心體，無細胞壁；細胞質分裂是由細胞膜內陷引起的 。圖乙為細胞有絲分裂 后 期圖像，該時期的主要特征是 著絲點分裂，姐妹染色單體分開成為兩條染色體，并在紡錘絲的牽引下分別向細胞兩極移動 。 (2)圖乙所示細胞有 8 條染色體、 0 條染色單體、 8 個DNA分子；其剛形成的子細胞中有 4 個DNA分子。 (3)圖乙中，與①的大小、形態(tài)完全相同的染色體為 ⑤ (填序號)，原因是 它們是由同一條染色體復制后分離形成的 。 (4)圖乙所示的細胞分裂時期對應圖甲中的 e～f 段，圖丙對應圖甲中的 c～e 段。 (5)請畫出細胞中染色體數目的變化曲線。 [解析]　圖乙中，著絲點分裂，染色單體分開成為兩條染色體，并分別移向細胞兩極，因此應是有絲分裂后期。①和⑤是一條染色體復制后分離形成的，所以①和⑤完全一樣。圖甲中a～c為有絲分裂間期，c～d為前期，d～e為中期，e～f為后期，f～g(h)為末期，所以圖乙對應圖甲中的e～f段。圖丙中染色體數染色單體數DNA分子數＝122，可表示有絲分裂的前期和中期，對應圖甲中的c～e段。 1．限制細胞長大的原因：(1)細胞表面積與體積之比。(2)細胞的核質比。 2．有絲分裂的細胞周期 (1)分裂間期：①細胞在一次分裂結束之后到下一次分裂之前。②完成DNA的復制和有關蛋白質的合成。 ③每條染色體都形成兩條姐妹染色單體，呈染色質形態(tài)。④分裂間期所占時間最長。 (2)分裂期：①前期：出現染色體和紡錘體，核膜、核仁消失。②中期：所有染色體的著絲點都排列在赤道板上，染色體的形態(tài)和數目最清晰。③后期：著絲點一分為二，姐妹染色單體分開，成為兩條子染色體，并分別向兩極移動，染色體數目加倍。 ④末期：染色體變成染色質，紡錘體消失，核膜、核仁重現。植物細胞在赤道板位置出現細胞板，進一步形成細胞壁，形成兩個子細胞，動物細胞的細胞膜向內凹陷，縊裂成兩個子細胞。 3．有絲分裂的意義：將親代細胞的染色體經過復制以后，精確地平均分配到兩個子細胞中去。從而保持生物的親代和子代之間遺傳性狀的穩(wěn)定性。 4．觀察植物根尖組織的有絲分裂：(1)細胞核內的染色體(質)易被堿性染料(如龍膽紫溶液)染成深色。(2)由于各個細胞的分裂是獨立進行的，在同一分生組織中可以通過高倍顯微鏡觀察細胞內染色體的存在狀態(tài)，判斷其處于哪個分裂時期。 5．無絲分裂：在分裂過程中沒有出現紡錘絲和染色體的變化。 2．細胞 增殖