第1節(jié)細胞的增殖 學習目標1簡述細胞生長和增殖的周期性。(重點)2觀察細胞的有絲分裂并概述其過程。(重點)3真核細胞有絲分裂過程中，各時期染色體行為和數(shù)目的變化以及DNA的數(shù)量變化。(難點)4描述細胞的無絲分裂。5模擬探究細胞大小與物質運輸?shù)年P系，探討細胞不能無限長大的原因。, 知識結構 細胞不能無限長大1生物體的生長與細胞的關系(1)生物體體積增大的原因(2)不同生物同類器官或組織體積不同的原因：細胞大小一般無明顯差異，主要取決于細胞數(shù)目的多少。多細胞生物的大小主要與細胞的數(shù)量有關。如大多數(shù)動植物。單細胞生物的大小只與細胞的大小有關。如草履蟲、變形蟲等。2實驗：細胞大小與物質運輸?shù)年P系(1)實驗原理含酚酞的瓊脂塊酚酞變?yōu)樽霞t色。NaOH在瓊脂塊中擴散的速率相同。在相同時間內，NaOH擴散的體積和與瓊脂塊的總體積的比值可反映出NaOH的擴散的效率，由此模擬細胞大小與物質運輸效率的關系。(2)實驗目的：通過探究細胞大小，即細胞的表面積與體積之比，與物質運輸效率之間的關系，探討細胞不能無限長大的原因。(3)材料用具：3 cm×3 cm×6 cm的含酚酞的瓊脂塊，塑料餐刀，防護手套，毫米尺，塑料勺紙巾，燒杯，質量分數(shù)為0.1%的NaOH溶液。(4)方法步驟(6)結論細胞越大，物質運輸?shù)男试降?，所以體積大的生物都是由許多細胞而不是由少數(shù)體積更大的細胞構成的。相對表面積是指表面積與體積之比。細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞與周圍環(huán)境之間物質交流的面積相對減小，所以物質運輸?shù)男试降汀?7)實驗操作注意事項翻動瓊脂時要防止破壞瓊脂塊表面。用塑料餐刀切割瓊脂塊時，每次切割都要用干凈刀，以防塑料餐刀上的NaOH對實驗造成干擾。 (1)細胞的體積并非越小越好，細胞體積的最小限度是由完成細胞功能所必需的基本結構(如各種細胞器)和物質(如酶、ATP)所需的空間決定的。(2)并非所有細胞體積都較小，如鴕鳥卵細胞直徑可達5 cm。教材第110111頁參考答案問題探討1象與鼠相應器官大小有一定差異；組織的細胞大小無明顯差異。2生物體的生長，既靠細胞分裂增加細胞的數(shù)量，還要靠細胞生長增大細胞的體積。實驗討論1當NaOH與含酚酞的瓊脂塊相遇時，其中的酚酞變成紫紅色，這是常用的檢測NaOH的方法。從瓊脂塊的顏色變化就知道NaOH擴散到多遠；在相同時間內，NaOH在每一瓊脂塊內擴散的深度基本相同，說明NaOH在每一瓊脂塊內擴散的速率是相同的。2根據(jù)球的體積公式：Vr3，表面積公式S4r2，計算結果見下表。細胞直徑/cm表面積/cm2體積/cm3比值(表面積/體積)201 2564 1870.30302 82614 1300.203.細胞越大，物質運輸?shù)男试降停远嗉毎矬w是由許多細胞而不是由少數(shù)體積更大的細胞構成的。細胞越大，需要與外界環(huán)境交流的物質越多；但是細胞體積越大，其表面積相對越小，細胞與周圍環(huán)境之間物質交流的面積相對就小了，所以，物質運輸?shù)男试降?。【?】下列有關細胞不能無限長大的原因的敘述，不正確的是()A與細胞表面積和體積的比例有關B細胞核的大小是有一定限度的C細胞體積過大不利于細胞內的物質交流D細胞的體積與細胞核無關解析：細胞體積的大小受以下幾個因素的制約：一是細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞與外界的物質交換效率就越低，而且還會影響到細胞內部的物質交流；二是細胞核是細胞的控制中心，細胞核中的DNA一般不會隨著細胞體積的增大而增加，即細胞核控制的范圍是有限的，因此細胞不能無限長大。答案：D點撥：細胞保持較小的體積，一方面單位體積內表面積較大，細胞代謝率高；另一方面可節(jié)約有用物質擴散進入細胞的時間，并且有助于快速運出廢物。 細胞通過分裂進行增殖1生物體生長發(fā)育的方式(1)單細胞生物：通過細胞增殖繁衍。(2)多細胞生物：經過細胞的分裂和分化逐漸發(fā)育。2細胞增殖的過程細胞在分裂之前，必須進行一定的物質準備，因此細胞的增殖包括物質準備和細胞分裂整個連續(xù)的過程。3細胞增殖的方式細胞的增殖方式可分為有絲分裂，無絲分裂和減數(shù)分裂三種。(1)有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式。(2)無絲分裂時無紡錘絲和染色體的變化，是一種簡單的分裂方式。(3)減數(shù)分裂是一種特殊的分裂方式，它與真核生物有性生殖細胞的形成有關。4細胞增殖的意義細胞增殖是重要的生命活動，是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎。 (1)有絲分裂和無絲分裂是形成體細胞的方式，減數(shù)分裂與生殖細胞的形成有關。(2)有絲分裂、無絲分裂、減數(shù)分裂均是指真核細胞的分裂方式，不要誤認為無絲分裂是原核細胞的分裂方式。(3)原核生物的細胞以二分裂方式增殖。【例2】人體小塊擦傷的皮膚能重新長好，主要是由于細胞能進行()A無絲分裂 B減數(shù)分裂C有絲分裂 D有絲分裂和減數(shù)分裂解析：擦傷的皮膚能重新長好，主要是由于皮膚生發(fā)層細胞進行有絲分裂，以補充損傷的細胞。答案：C點撥：本題考查細胞增殖的方式和意義，真核生物體細胞的增殖方式是有絲分裂，真核生物個體生長和發(fā)育過程中，體細胞的分裂方式主要是有絲分裂。 有絲分裂1細胞周期(1)前提條件：只有連續(xù)分裂的細胞才有細胞周期，如根尖分生區(qū)細胞、莖形成層細胞、皮膚生發(fā)層細胞和胚胎干細胞等。(2)時間：從一次分裂完成時開始下一次分裂完成時結束。(3)兩個階段分裂間期在前，經歷時間較長，占整個細胞周期的90%95%。分裂期在后，經歷時間較短，可劃分為前期、中期、后期和末期四個連續(xù)的時期。圖解a圓周圖解法(圖6­1­1)細胞周期b線段圖解法(圖6­1­2)圖示中AC段為一個細胞周期，CE段也為一個細胞周期。(1)不同生物細胞的細胞周期長短不同。(2)細胞周期分裂間期分裂期。一個細胞周期，一定是分裂間期在前，分裂期在后，分裂間期時間長，分裂期時間短。分裂間期為分裂期進行活躍的物質準備，完成DNA的復制和有關蛋白質的合成，在觀察有絲分裂裝片時，大多數(shù)細胞處于分裂間期。(3)要抓住兩個要點：連續(xù)分裂：只有連續(xù)分裂的細胞才有細胞周期，已分化的細胞(如卵細胞、神經細胞等)沒有細胞周期。時間起點：上一次分裂結束下一次分裂結束。2有絲分裂過程(1)高等動、植物細胞有絲分裂過程時期植物細胞示意圖動物細胞示意圖主要特點(植物)分裂間期DNA分子的復制和有關蛋白質的合成。每個染色體都形成兩個完全一樣的姐妹染色單體分裂期前期出現(xiàn)染色體；核膜逐漸消失，核仁逐漸解體；從細胞兩極發(fā)現(xiàn)許多紡錘絲，形成紡錘體中期染色體的著絲點排列在赤道板上，染色體數(shù)目清晰，形態(tài)比較穩(wěn)定后期每個著絲點分裂成兩個，姐妹染色單體分開，成為兩條子染色體末期兩套染色體分別到達細胞兩極后，又變成細長而盤曲的染色質絲；核膜、核仁重新出現(xiàn)；紡錘絲逐漸消失利用口訣記憶各時期的變化特征(1)前期：膜仁消失顯兩體(核膜、核仁消失，顯現(xiàn)紡錘體和染色體)。(2)中期：形定數(shù)晰赤道齊(染色體的形態(tài)穩(wěn)定，數(shù)目清晰，著絲點排列在赤道板上)。(3)后期：點裂數(shù)加均兩極(著絲點分裂，染色體數(shù)目加倍，并平均移向兩極)。(4)末期：兩消兩現(xiàn)重開始(紡錘體消失，染色體變成染色質，核膜、核仁重新出現(xiàn))。(2)動、植物細胞有絲分裂過程的異同點動物細胞的有絲分裂與植物細胞的有絲分裂相比較，有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方表現(xiàn)在動植物細胞有絲分裂的實質是一樣的，但動物細胞與植物細胞在結構上的差異，導致動植物細胞在有絲分裂的形式上有所不同。具體見下表：類型植物細胞有絲分裂動物細胞有絲分裂不同點前期細胞兩極產生紡錘絲，形成紡錘體由中心粒發(fā)出的星射線形成紡錘體末期細胞中部形成細胞板，擴展形成細胞壁，形成兩個子細胞細胞膜從中部內陷，細胞質縊裂成兩部分，一個細胞分裂成兩個子細胞相同點分裂過程基本相同。染色體變化規(guī)律相同；分裂間期染色體復制；分裂期實現(xiàn)染色體平均分配到兩個子細胞中去動、植物細胞的圖像的判斷(1)圖像畫成方形或圖像中出現(xiàn)細胞板結構、無中心粒結構的，一般為植物細胞圖。(2)圖像畫成圓形或有中心粒結構，通過縊裂方式平分細胞的，一般為動物細胞圖。(3)圖像既出現(xiàn)中心粒，又出現(xiàn)細胞板結構，一般是低等植物細胞圖。3有絲分裂過程中染色體、染色單體和DNA含量的變化(1)染色體、染色單體和DNA的關系，如圖6­1­3所示。姐妹染色單體是指經過復制后仍連接在同一個著絲點上的兩條染色單體；當著絲點分裂后，兩姐妹染色單體就分開成為獨立的染色體。染色體數(shù)目是根據(jù)著絲點數(shù)目來計算的，有幾個著絲點就有幾條染色體。無染色單體時，染色體DNA11，有染色單體存在時，染色體染色單體DNA122。(2)染色體(DNA)的行為、形態(tài)、數(shù)目變化時期染色體變化數(shù)目(形態(tài))變化染色體形態(tài)、數(shù)目DNA數(shù)目分裂間期由于DNA復制，使每條染色體包含由著絲點相連的兩條染色單體(呈染色質狀態(tài))2n2n2n4n分裂期前期染色質不斷螺旋形成染色體，每條染色體包括著絲點相連的平行著的兩條染色單體2n 4n中期染色體的著絲點排列在赤道板上(易辨認染色體形態(tài)、數(shù)目)2n 4n后期每條染色體兩條形態(tài)相同染色體，使染色體分成數(shù)目和形態(tài)相同的兩套，在紡錘絲的牽引下移向兩極4n (一個母細胞)4n(一個母細胞)末期染色體到達兩極后，解旋變成細長而盤曲的染色質絲(3)用曲線圖表示有絲分裂過程中核內染色體數(shù)目、DNA含量、染色單體數(shù)目變化規(guī)律核內染色體數(shù)目變化規(guī)律：2n4n2n(圖6­1­4)核內DNA含量變化規(guī)律：2n4n2n(圖6­1­5)染色單體數(shù)目變化規(guī)律：04n0(圖6­1­6)有絲分裂中，染色體及核內DNA分子不同時加倍，但隨著細胞分裂為兩個子細胞而減半，最終保持染色體數(shù)目恒定。4有絲分裂的意義(1)特征(2)意義：將親代細胞的染色體經過復制后，精確地平均分配到兩個子細胞中，因而在細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性。 (1)染色體平均分配使DNA平均分配，是指細胞核中的DNA平均分配，而細胞質中的DNA在分裂時則是隨機的，如線粒體DNA，隨細胞質隨機分配到兩個子細胞中。(2)分裂全過程所需的能量主要由線粒體進行有氧呼吸產生。(3)分裂間期有關的蛋白質是在核糖體上合成的。(4)分裂末期，高等植物細胞壁的形成與高爾基體有關。教材第113114頁參考答案旁欄思考題有絲分裂的絲指的是紡錘絲。技能訓練限制細胞長大的因素主要有兩方面：(1)細胞表面積與體積的比。原生動物細胞中的伸縮泡就可增大膜表面積與體積的比。(2)細胞的核質比。細胞核所控制的細胞大小與核的大小成比例，所以像草履蟲這樣個體較大的細胞有兩個細胞核，以保證正常的核質比?！纠?】圖6­1­7中A、B、C是不同生物細胞有絲分裂圖，據(jù)圖回答下列問題。圖6­1­7(1)A圖表示的是動物細胞還是植物細胞：_，理由是：_，_。該細胞所處的分裂期是_，判斷的依據(jù)是_。該細胞染色體數(shù)目是_條，DNA分子是_個。該細胞有絲分裂的結果是形成_個子細胞，每個子細胞中染色體數(shù)目有_條。(2)B圖細胞處于_期，判斷的依據(jù)是_。(3)C圖表示的是_細胞的有絲分裂，判斷的依據(jù)是_，該細胞處于_期。解析：A、B圖均呈方形，無中心粒結構，C圖呈圓形，有中心粒結構，所以A、B是植物細胞圖，C是動物細胞圖。A圖中核仁消失，染色體散亂地排在細胞內，形成了紡錘體，因此是植物細胞有絲分裂前期，圖中清晰可見染色體數(shù)目有6條，DNA分子有12個，有絲分裂的結果是形成2個子細胞，每個細胞中有6條染色體。B、C圖中著絲點已分裂，染色單體分開形成了子染色體，因此B是植物細胞有絲分裂后期，C是動物細胞有絲分裂后期。答案：(1)植物細胞有細胞壁無中心體有絲分裂前期核仁、核膜逐漸消失，染色體散亂地排在細胞內，紡錘絲形成紡錘體612兩6(2)有絲分裂后著絲點分裂成兩個，姐妹染色單體分開成為兩條子染色體(3)動物由中心體發(fā)出星射線形成紡錘體有絲分裂后點撥：圖像的識別包括三個方面：一是動物細胞和植物細胞的識別；二是識別細胞分裂的各個時期；三是識別細胞內染色體、染色單體及DNA的數(shù)目。判斷是植物細胞分裂還是動物細胞分裂依據(jù)兩點：在有絲分裂前期，紡錘體的形成過程；在有絲分裂末期，細胞質的分裂方式。識別各個時期要根據(jù)有絲分裂各個時期的特點，特別是染色體的變化行為。判斷細胞內染色體、染色單體及DNA數(shù)目，主要參照中期或后期時的圖像進行分析判斷。 無絲分裂1無絲分裂的過程：核延長核縊裂質縊裂形成2個子細胞。2無絲分裂的特點：不出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化，但有遺傳物質的復制。3實例：蛙的紅細胞。4無絲分裂與有絲分裂的比較無絲分裂有絲分裂特點無紡錘絲和染色體的變化有紡錘絲和染色體的變化細胞核始終存在周期性地解體和重建舉例蛙的紅細胞的分裂蛙的體細胞的分裂 (1)無絲分裂速度快，消耗能量少，所以經常出現(xiàn)在生命力旺盛、生長迅速的組織中。(2)無絲分裂不能保證母細胞的遺傳物質平均地分配到兩個子細胞中去?！纠?】無絲分裂與有絲分裂的最主要的區(qū)別是()A無染色體的變化和紡錘絲的出現(xiàn)B無染色體的復制C形成的子細胞染色體數(shù)目減少D形成的兩個子細胞大小不同解析：因為在分裂過程中沒有出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化，所以叫做無絲分裂，這也是與有絲分裂相比的最主要的區(qū)別。答案：A點撥：無絲分裂沒有出現(xiàn)染色體，但在分裂前也進行DNA復制和蛋白質合成，即有染色體(質)復制，B項是本題的易錯選項。 實驗：觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂1實驗原理(1)高等植物的根尖、芽尖的分生區(qū)細胞在適宜條件下有絲分裂旺盛。(2)細胞分裂具有獨立性：某一時刻，同一組織的不同細胞，可處于細胞周期的不同分裂時期。(3)質量分數(shù)為15 %的鹽酸和體積分數(shù)為95%的酒精可將細胞固定于分裂的某一時期。(4)質量濃度為0.01 g/mL的龍膽紫溶液可將染色體染成紫色，便于觀察。(5)在高倍鏡下，根據(jù)染色體的形態(tài)和數(shù)目，識別有絲分裂的不同時期。(6)每一時期的時間細胞周期×細胞周期的不同時期經歷的時間長短是根據(jù)各個時期中細胞數(shù)目多少來體現(xiàn)的，某時期細胞數(shù)目越多，說明該時期在細胞周期中所占時間越長。2目的要求(1)制作洋蔥根尖細胞有絲分裂裝片。(2)觀察植物細胞有絲分裂的過程，識別有絲分裂的不同時期，比較細胞周期不同時期的時間長短。(3)繪制植物細胞有絲分裂簡圖。3材料用具洋蔥(可用蔥、蒜代替)，顯微鏡，載玻片，蓋玻片，玻璃皿，剪子，鑷子，滴管，質量分數(shù)為15%的鹽酸，體積分數(shù)為95%的酒精，質量濃度為0.01 g/mL或0.02g/mL的龍膽紫溶液(將龍膽紫溶解在質量分數(shù)為2%的醋酸溶液中配制而成)或醋酸洋紅液、洋蔥根尖細胞有絲分裂固定裝片。4方法步驟操作名稱圖示具體步驟及目的洋蔥根尖的培養(yǎng)實驗前34 d，將洋蔥放在裝滿清水的廣口瓶上，底部接觸水；裝置放在溫暖處；常換水，待根長約5 cm時取用臨時裝片的制作解離剪取根尖23 mm，立即放入盛有質量分數(shù)為15%的鹽酸和體積分數(shù)為95%的酒精溶液的混合液(11)的玻璃皿中，室溫下解離35 min用藥液使組織中的細胞相互分離開來漂洗用鑷子取出根尖，放入清水中漂洗約10 min洗去藥液，防止解離過度，便于染色染色將根尖放進盛有質量濃度為0.01 g/mL或0.02 g/mL 的龍膽紫溶液(或醋酸洋紅液)的玻璃皿中染色35 min龍膽紫溶液(或醋酸洋紅液)為堿性染料，可使染色體著色制片將染色后的根尖放在載玻片上，加一滴清水，用鑷子尖弄碎根尖，蓋上蓋玻片，其上再加一片載玻片，用拇指輕壓載玻片使細胞分散開來，有利于觀察觀察低倍顯微鏡觀察移至視野中央高倍顯微鏡觀察移動裝片找其余各時期圖像繪圖用鉛筆繪出植物細胞有絲分裂各時期示意圖5.實驗注意事項(1)實驗材料的選擇選擇染色體數(shù)目較少的生物，便于染色體的計數(shù)。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。選材部位一般為根尖，選材時不要用莖尖的分生區(qū)細胞，細胞中含有葉綠體，會影響對細胞內染色體的觀察。(2)根尖培養(yǎng)：培養(yǎng)時應經常換水，防止根細胞長期缺氧，進行無氧呼吸，產生酒精，使根細胞中毒、腐爛。(3)剪取生長旺盛、帶有分生區(qū)的根尖(23 mm)，同時注意剪取的時間，一般在上午10時至下午2時左右，此時分生區(qū)細胞分裂旺盛。(4)解離：通過解離將細胞殺死，使細胞停留在不同的分裂時期。解離時間不宜過長或過短：過長會使根尖過分酥軟且染色體成分被破壞；過短使根尖細胞解離不充分，不能相互分離。 (5)漂洗：漂洗一定要徹底，防止殘留的解離液(鹽酸)繼續(xù)破壞細胞，同時鹽酸也影響染色和腐蝕鏡頭。(6)染色時，染色液的濃度和染色時間必須掌握好，應注意染色不能過深，否則鏡下一片紫色，無法觀察。(7)壓片時用力必須恰當，過重會將組織壓爛，過輕則細胞未分散開來，二者都將影響觀察。(8)觀察時，先在低倍鏡下找到分生區(qū)細胞，其特點是：呈正方形，排列緊密；再換用高倍鏡。因細胞已死亡，因此要不斷移動載玻片尋找不同時期的細胞分裂圖像。觀察到的不同時期細胞數(shù)目的多少，可反映出各時期經歷時間的長短?！纠?】有一位同學做根尖有絲分裂實驗，在顯微鏡中觀察到的圖像如圖6­1­8所示。造成這個情況的原因可能是()圖6­1­8取材位置不合適取材時間不合適制片時壓片力量不合適解離時間不合適視野選擇不合適A BC D解析：由題圖可知，細胞多處于未分裂狀態(tài)， 故可能是取材時間不合適，細胞分裂不旺盛；視野中有一些細胞為長形，可能取自伸長區(qū)細胞，故取材位置不合適，應取分生區(qū)細胞；也有可能是視野選擇不當，沒有找到合適的視野觀察；由題圖知細胞均分散開，故不可能為所述原因。答案：C點撥：實驗評估改錯是高考中常見的一類題型，解決這類題的方法，一是熟練掌握并理解實驗的基本原則，二是掌握教材中常規(guī)實驗中正確操作步驟及注意事項。14