1、第一节 细胞通过分裂增殖描述细胞通过不同的方式进行分裂,细胞有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的连续性和一致性。1.运用结构与功能观,归纳总结植物细胞和动物细胞有丝分裂的不同点和相同点。2.采用归纳与概括的方法概述有丝分裂各个时期的特点。3.运用建模分析的方法,探究细胞不能无限长大的原因。4.了解细胞癌变原因和特点,宣传健康生活方式,预防癌症发生。课时1细胞周期及有丝分裂过程中染色体的行为变化一、细胞周期1.含义连续分裂的细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的整个过程。2.组成细胞周期包括分裂期(简称M期)和分裂间期。3.分裂间期(1)G1期:发生的主要是合成DNA复制所需蛋白质,以
2、及核糖体的增生。(2)S期:主要是DNA复制。(3)G2期:合成M期所必需的一些蛋白质。4.特点分裂间期的时间总是长于分裂期。二、模拟探究细胞的大小与扩散作用的关系1.实验目的通过建构物理模型,推断细胞大小与物质扩散的关系,领悟细胞不能无限长大的原因。2.方法步骤(1)制备边长分别为3 cm、2 cm、1 cm的立方体琼脂块。(2)将琼脂块分别放入烧杯内,加入0.1%的NaOH溶液将琼脂块淹没,并不停翻动琼脂块3 min。(3)取出琼脂块,放在垫着吸水纸的培养皿中将琼脂块上的溶液吸干,将琼脂块切成两半,观察切面,记录观察结果,测量每一块琼脂块上NaOH扩散的深度。如表是几种细胞的细胞周期持续时
3、间(单位是h),据表分析回答问题。细胞类型分裂间期分裂期细胞周期蚕豆根尖分生区细胞15.32.017.3小鼠十二指肠上皮细胞13.51.815.3人的肝细胞21122人的宫颈癌细胞20.51.5221.不同生物细胞的细胞周期持续时间相同吗?同种生物的不同细胞的细胞周期持续时间相同吗?提示:都不一定相同。2.若要观察细胞的有丝分裂,你会选择哪种细胞?说明理由。提示:选择小鼠十二指肠上皮细胞,原因是其细胞周期中分裂期所占时间比例相对较高。三、染色体在有丝分裂过程中呈现规律性变化及有丝分裂的意义1.有丝分裂过程中染色体行为变化(1)前期。最明显的变化是细胞核内染色体的出现。染色体是由染色质丝经螺旋缠
4、绕而形成的,在前期,染色体缩短变粗。每个染色体由两条并列的姐妹染色单体组成,由一个着丝粒连接在一起。前期中较晚的时候出现由丝状纤维组成的纺锤体。此时,核膜、核仁开始解体。(2)中期。各染色体的着丝粒都排列在细胞中央的一个平面(赤道面)上。中期的染色体缩短到最小的程度,便于观察和研究。(3)后期。染色体的着丝粒分为两个。姐妹染色单体分离成两条独立的染色体,染色体数目增加一倍。分离的染色体以相同的速率分别被纺锤丝拉向两极。(4)末期。染色体伸展,呈现染色质状态。核膜重新形成,核仁出现。细胞核内的染色体数目与分裂前相同,有丝分裂结束。2.有丝分裂的意义将亲代细胞的染色体经过复制后,精确地平均分配到两
5、个子细胞中,从而在亲代细胞和子代细胞之间保证了遗传性状的稳定性。四、制作和观察根尖细胞有丝分裂临时装片,或观察其永久装片1.实验原理(1)盐酸能够破坏细胞间的果胶,使根尖细胞在后续的操作中彼此容易被分开。(2)碱性染料可以使染色体着色。(3)盐酸会影响染色剂染色的效果,要用清水把处理根尖的盐酸充分冲洗干净。2.方法步骤如图为洋葱根尖细胞有丝分裂显微照片,请按照有丝分裂的过程排序。提示:图2图3图1图4图5。自主学习检测教材基础熟记于心1.玉米植株不同的细胞均具有细胞周期。()提示:只有连续分裂的细胞才具有细胞周期。2.细胞分裂间期DNA复制使染色体数目加倍。()提示:细胞分裂间期DNA复制后,
6、DNA含量加倍,分裂后期着丝粒分裂使染色体数目加倍。3.中期染色体凝聚变短,全部整齐地排列在细胞板上。()提示:中期染色体的着丝粒整齐地排列在赤道面上。4.解离和压片过程都有利于根尖分生区细胞分散。()5.细胞有丝分裂的不同时期之间存在明显界限。()提示:有丝分裂的过程是连续的,不存在明显界线,不同时期是人为划分的。6.纺锤体形成于分裂前期,消失于分裂后期。()提示:纺锤体消失于末期。7.时间允许的情况下,在观察洋葱根尖细胞有丝分裂实验中可以观察到一个细胞从间期到末期的连续分裂过程。()提示:经过解离细胞已死亡,不能观察到一个细胞的连续有丝分裂过程。8.前期和末期,细胞的染色体均由染色单体组成
7、。()提示:后期着丝粒分裂,染色单体消失,末期不存在染色单体。9.细胞有丝分裂实现了细胞中所有物质的平均分配,保证了亲子代遗传性状的稳定性。()提示:有丝分裂实现了核遗传物质的平均分配,其他物质不一定均分。任务一探究细胞表面积与体积的关系任务突破探究细胞表面积与体积关系的实验操作与分析迁移应用典例1 在“模拟探究细胞的大小与扩散作用的关系”活动中,将含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为1 cm、2 cm、3 cm的立方体,把三块琼脂块放在装有0.1%的NaOH溶液的烧杯内,淹没浸泡并用塑料勺不停地翻动3 min。下列叙述正确的是(C)A.随边长增大,琼脂块的表面积与体积之比增大B.随边长增大,Na
8、OH在琼脂块内扩散的速率增大C.随边长增大,琼脂块中变红的体积增大D.若时间允许,琼脂块浸泡时间越长越好解析:随边长增大,琼脂块的表面积与体积之比减小;不同大小的琼脂块中NaOH扩散的深度相同,即扩散速率相同;不同大小的琼脂块中NaOH扩散的深度相同,因此随琼脂块的增大,琼脂块中变红的体积增大;琼脂块浸泡时间过长,各琼脂块全部被NaOH扩散,无法得出结论,因此浸泡时间不是越长越好。任务二理解细胞周期的概念,明确有丝分裂各时期的特征任务突破1构建细胞周期4种常用表示方法的概念模型迁移应用典例2-1 如图是某高等植物细胞周期图。下列叙述正确的是(C)A.一个细胞周期是指甲甲的全过程B.乙甲的过程中
9、会发生染色体数目的加倍C.甲乙的过程会发生核膜的解体与重建D.在甲时期,细胞中有一对中心体解析:一个细胞周期是指乙乙的全过程;乙甲的过程中会进行DNA的复制,发生核DNA数量加倍、核糖体增生和蛋白质的合成,但染色体数目不加倍;甲乙的过程为分裂期,会发生核膜的解体与重建;高等植物细胞中没有中心体。任务突破2利用DNA合成抑制剂实现细胞周期的同步化(1)假设一个细胞周期时长=G1+S+G2+M=10+7+3.5+1.5=22(h)。(2)向细胞的培养液中加入过量的DNA合成抑制剂,处于S期的细胞立刻被抑制。(3)再培养G2+M+G1=3.5+1.5+10=15(h),则处于G2、M、G1期的细胞都
10、将被抑制在G1/S期交界处。(4)除去抑制剂,更换新鲜培养液,细胞将继续沿细胞周期运行,运行时间既要保证处于G1/S期交界处的细胞经过S期(7 h)进入G2期,又要保证处于S期的细胞不能再次进入S期,即运行时间应控制在715 h。(5)再加入DNA合成抑制剂,则可实现全部细胞都被阻断在G1/S期交界处,实现细胞周期同步化。迁移应用典例2-2 利用一定的方法,使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步。高浓度TdR(胸腺嘧啶核苷)双阻断法是常用的同步化方法,它可逆地起作用,且不影响其他时期细胞的活动,最终可使细胞停留在S期或G1/S交界处。研究人员利用胡萝卜细胞,经如图过程的处理,成功将
11、所有细胞阻断在G1/S交界处。下列叙述正确的是(A)细胞群体洗脱转移检测注:胡萝卜细胞周期中G1为1.3 h,S为2.7 h,G2为2.9 h,M为0.6 h。A.t14.8 hB.t22.7 hC.t34.6 hD.t1+t2+t3=7.5 h解析:经过t1时间处理,G2、M、G1期细胞被抑制在G1/S期交界处,处理时间不少于G2+M+G1之和,故t12.9+0.6+1.3=4.8(h);正常处理时既要保证G1/S期交界处细胞经过S期,又要保证S期细胞不能再进入S期,故t2应不短于S期时间,且小于G2+M+G1期时间,故4.8 ht22.7 h;t3与t1时间处理原理相同,故t34.8 h;
12、综上所述,t14.8 h,4.8 ht22.7 h,t34.8 h,故t1+t2+t312.3 h。任务突破3比较有丝分裂各时期的特征(1)有丝分裂过程及各时期特征。时期特征染色体形态变化分裂间期DNA复制和有关蛋白质合成(动物和低等植物细胞间期有中心体复制)分裂期前期染色质染色体(排列散乱);核膜解体,核仁消失;形成纺锤体中期每条染色体的着丝粒两侧均有纺锤丝牵引,着丝粒整齐排列在“赤道面”上;染色体形态固定、数目清晰后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,一条染色体变成两条染色体,移向细胞两极末期染色体染色质;纺锤体消失;核膜、核仁重新形成;细胞质分裂(2)归纳总结有丝分裂过程中几种结构或物质的变
13、化规律及原因。项目变化规律DNADNA复制含量加倍(S期)恢复为正常状态(末期细胞分裂)染色体形态变化行为变化复制(间)散乱排列(前)着丝粒排列在赤道面上(中)着丝粒分裂(后)染色体进入子细胞(末)纺锤体形成(前期)消失(末期)核仁、核膜消失(前期)重建(末期)核糖体增生(G1期)中心体复制加倍(间期)移向两极(前期)平均分配(末期)细胞壁囊泡(聚集)细胞板(末期)细胞壁迁移应用典例2-3 洋葱根尖细胞有丝分裂过程中,下列行为发生在前期的是(B)A.中心体数目倍增并移向两极B.染色质丝螺旋缠绕形成染色体C.染色体的着丝粒排列在赤道面上D.染色质开始复制并形成姐妹染色单体解析:中心体数目发生倍增
14、的时期是间期,且高等植物细胞中无中心体;分裂前期,染色质丝螺旋缠绕形成染色体;分裂中期,染色体的着丝粒都排列在细胞中央的赤道面上;染色质开始复制并形成姐妹染色单体发生在间期。典例2-4 下列关于洋葱根尖分生区细胞有丝分裂的叙述,正确的是(B)A.前期,中心体完成复制后发出纺锤丝组成纺锤体B.中期,染色体的着丝粒排列在垂直于纺锤体中轴的一个平面上C.后期,着丝粒分裂后细胞中染色体的形态和数目与亲代细胞完全相同D.末期,细胞膜从细胞中部向内凹陷将两套染色体平均分到两个子细胞中解析:洋葱属于高等植物,根尖分生区细胞中没有中心体;中期,染色体高度螺旋,缩短变粗,染色体的着丝粒排列在垂直于纺锤体中轴的一
15、个平面(赤道面)上;后期,着丝粒分裂后细胞中染色体的形态和数目与亲代细胞不同,染色体数目是亲代细胞的2倍,且亲代细胞中是染色质,呈丝状;末期,可观察到许多囊泡聚集形成的细胞板,细胞板向四周延伸形成细胞壁,将细胞分裂成两个子细胞。任务突破4比较动、植物细胞有丝分裂异同(1)列表比较动、植物细胞有丝分裂过程异同。项目植物细胞动物细胞不同点间期无中心体的复制一个中心体复制成一对中心体前期细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体由中心体发出纺锤丝形成纺锤体末期细胞中央出现细胞板,并发展成为新的细胞壁细胞在两极之间的“赤道面”上向内凹陷,形成环沟,环沟渐渐加深,缢裂为2个子细胞相同点分裂过程均包括间期和分裂期;细胞
16、核内染色体的行为、形态、数目变化规律相同;分裂间期都完成了DNA复制(或完成染色体复制);染色体平均分配到两个子细胞中(2)基于“三看法”界定动、植物细胞有丝分裂图像。迁移应用典例2-5 下列关于动、植物细胞有丝分裂相同点的叙述,不正确的是(B)A.在分裂间期,核DNA复制含量加倍B.在分裂前期,由中心粒周围发出的纺锤丝形成纺锤体C.在分裂中期,染色体的着丝粒排列在赤道面上,含染色单体D.在分裂后期,染色体的着丝粒分为两个,染色体数目加倍,不含染色单体解析:动、植物细胞有丝分裂间期,都进行核DNA的复制,且复制后核DNA含量都加倍;动、植物细胞有丝分裂前期纺锤体的形成方式不同,动物细胞中纺锤体
17、是由中心体发出纺锤丝形成的,植物细胞中纺锤体是由细胞两极发出纺锤丝形成的;动、植物细胞有丝分裂中期,染色体的着丝粒都排列在赤道面上,且都含染色单体;动、植物细胞有丝分裂后期,染色体的着丝粒都分为两个,染色体数目加倍,不含染色单体。典例2-6 如图为动物和高等植物细胞的有丝分裂示意图,下列据图分析错误的是(D)A.甲细胞在分裂前期时,一对分开,其间有纺锤丝相连B.乙细胞在分裂前期时,无出现,但仍有纺锤丝出现形成纺锤体C.甲细胞在分裂末期时,向内凹陷,形成环沟D.乙细胞在分裂末期时,聚集发展成新的细胞膜解析:甲细胞为动物细胞,为中心体,为着丝粒,为细胞膜。动物细胞有丝分裂前期,一对中心体分开移向两
18、极,其间有纺锤丝相连;乙细胞为高等植物细胞,细胞中不存在中心体,由细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体;动物细胞在分裂末期时,细胞膜向内凹陷形成环沟;高等植物细胞在分裂末期时,聚集发展成新的细胞壁。任务三制作并观察有丝分裂临时装片任务突破制作和观察有丝分裂临时装片实验的关键点及注意事项实验材料的选择类型选取细胞分裂期占细胞周期比例相对较大的材料部位选取细胞分裂旺盛的部位(如根尖、芽尖的分生区)时间选择细胞分裂旺盛的时间操作注意事项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细胞解离过度、根尖过于酥软,影响染色漂洗时间适宜洗去多余的解离液,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
19、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显微镜观察细胞状态显微镜观察的都是死细胞,不能看到动态变化细胞数目处于间期的细胞数目最多,原因是间期历时最长迁移应用典例3-1 如图是显微镜下观察到的洋葱根尖细胞有丝分裂图像,下列叙述正确的是(C)A.制作临时装片的步骤依次为解离染色制片B.在显微镜下可观察到细胞转变为细胞的过程C.细胞中的染色体数目与核DNA数目相等D.为进一步观察细胞图像,应先升高镜筒以便移动装片解析:“制作和观察根尖细胞有丝分裂临时装片”的实验中,装片制作步骤依次为解离、漂洗、染色、制片;由于解离时细胞已经死亡,故无法观察到有丝分裂动态变
20、化过程;表示有丝分裂后期,每条染色体含有1个DNA分子,则细胞中的染色体数目与核DNA数目相等;由低倍镜转换为高倍镜时,不升高镜筒,应直接转动转换器。典例3-2 如图为某同学进行“制作和观察根尖细胞有丝分裂临时装片”实验的操作步骤,下列叙述错误的是(C)A.解离液通常使用质量分数为10%的盐酸溶液B.龙胆紫染液的作用是将细胞中的染色体(染色质)染成紫色C.制作临时装片时压片的目的是使细胞间的果胶质层松散D.图中操作步骤的顺序正确解析:解离液通常使用质量分数为10%的盐酸;龙胆紫染液的作用是将细胞中的染色体(染色质)染成紫色;制作临时装片时压片的目的是使细胞彼此分散开,解离的目的是使细胞间果胶质层松散;该实验的步骤为解离、漂洗、染色、制片和观察,因此题图中操作步骤的顺序正确。