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第10讲 细胞的增殖第4单元2022
素养导读
必备知识固本夯基
一、细胞增殖和细胞周期1.细胞的生长(1)模拟探究实验①细胞模型:大小不同的。②运输效率表示法:。③检测方法:酚酞遇NaOH呈色。含酚酞的琼脂块NaOH扩散的体积/整个琼脂块的体积紫红
(2)细胞不能无限长大的原因表面积与体积细胞核
2.细胞增殖的方式及意义(1)方式:真核细胞为分裂、分裂和分裂;原核生物为二分裂。(2)过程:包括和细胞分裂整个连续的过程。(3)细胞增殖的意义:生物体的基础。有丝无丝减数物质准备生长、发育、繁殖、遗传
3.细胞增殖的周期性连续分裂下一次分裂完成分裂间期分裂期
二、细胞的有丝分裂1.有丝分裂过程——以高等植物细胞为例蛋白质染色体核膜纺锤丝着丝点赤道板着丝点染色质核膜和核仁
名师点睛着丝点分裂不是纺锤丝牵引的结果,而是相关酶的作用。比如,利用秋水仙素抑制纺锤体的形成,在没有纺锤丝牵引的情况下,染色体的着丝点也会分裂,从而导致染色体加倍。
2.动物细胞与高等植物细胞有丝分裂的主要区别纺锤丝中心体细胞板
3.细胞有丝分裂的意义将亲代细胞的染色体经过复制之后,精确地。由于染色体上有遗传物质DNA,因而在细胞的亲代和子代之间保持了的稳定性。平均分配到两个子细胞中遗传性状
4.无丝分裂的过程和实例细胞核纺锤丝染色体蛙的红细胞的无丝分裂
三、实验:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂1.实验原理(1)高等植物的组织细胞有丝分裂较旺盛。(2)细胞核内的染色体易被性染料(龙胆紫溶液或醋酸洋红液)染成深色。(3)由于各个细胞的分裂是独立进行的,在同一分生组织中可以通过高倍显微镜观察细胞内的存在状态,判断处于不同分裂时期的细胞。分生区碱染色体
2.实验过程5cm2~3mm相互分离开盖玻片使细胞分散开来,有利于观察分生区载玻片载玻片
概念检测1.判断下列关于细胞周期和有丝分裂的表述是否正确。(1)一个细胞周期是指从一个细胞分裂开始到这个细胞分裂完成为止。()(2)洋葱的表皮细胞比分生区细胞的增殖周期长。()(3)动、植物细胞有丝分裂的中期都会出现赤道板。()(4)细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目。()(5)分裂间期细胞核的主要变化是DNA的复制和有关蛋白质的合成。()
(6)前期染色质逐渐螺旋化形成了染色单体。()(7)有丝分裂后期,着丝点分裂导致DNA的数目是染色单体数目的两倍。()(8)在一个细胞周期中,DNA的复制和中心粒的倍增可能发生在同一时期。()(9)有丝分裂后期和末期,核DNA分子数与染色体数相同。()(10)细胞周期中染色质DNA比染色体DNA更容易复制。()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)√(9)√(10)√
2.判断下列关于“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验的表述是否正确。(1)制作细胞的有丝分裂装片时,洋葱根尖解离后直接用龙胆紫溶液染色。()(2)在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中,统计每一时期细胞数占计数细胞总数的比例,能比较细胞周期各时期的时间长短。()(3)盐酸解离根尖的同时也为龙胆紫溶液染色创造酸性环境。()(4)可以在显微镜的视野中观察到一个分生组织细胞的连续变化。()答案(1)×(2)√(3)×(4)×
教材拓展提示选择小鼠十二指肠上皮细胞或蚕豆根尖分生区细胞,原因是其细胞周期中分裂期持续时间相对较长。1.(人教版必修1P111“批判性思维”)既然细胞越小,细胞相对表面积越大,细胞的物质运输效率越高,为什么细胞体积不是越小越好?2.(人教版必修1P112表6-1)据表分析,若想用表中四种细胞观察细胞的有丝分裂,你会选择哪种细胞?说明理由。提示酶和各种细胞器需要一个相应的空间。
核心考点能力提升
考点一细胞增殖和细胞周期合作探究探究细胞周期(1)(教材链接:人教版必修1P112表6-1)下表是几种细胞的细胞周期的持续时间(t/h),据表回答下列问题。
①这些细胞有什么共同特点?其中哪些是高度分化的细胞?提示都是能进行连续分裂的细胞。小鼠十二指肠上皮细胞、人的肝细胞、人的宫颈癌细胞已高度分化。②不同生物细胞的细胞周期持续时间相同吗?提示不一定相同。
(2)图甲~丙是细胞周期的相关示意图,据图分析下列问题。
①诱导细胞的基因突变可使用物理或化学方法,作用于图甲的期或图丙的→段。②图乙中,一个完整的细胞周期是指段,b+c段(填“是”或“不是”)一个细胞周期的时间。③秋水仙素可作用于图丙细胞的→段。Sbaa+b或c+d不是ab
解疑释惑1.细胞分裂后产生的子细胞有三种去向(1)持续分裂:始终处于细胞周期中,如部分造血干细胞、卵裂期细胞、癌细胞、根尖分生区细胞、茎形成层细胞、芽生长点细胞等。此类细胞可被选作观察染色体的材料。(2)休眠暂不分裂:暂时脱离细胞周期,但仍具有分裂能力,在一定条件下可回到细胞周期中,如肝脏细胞、T细胞、B细胞、记忆细胞等。(3)不分裂:永远脱离细胞周期,处于分化状态直到死亡,如肌纤维细胞、神经细胞、浆细胞、叶肉细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞、根尖成熟区细胞等。
2.与细胞周期相联系的知识(1)基因突变:在细胞分裂间期,DNA复制时容易受到内外因素的干扰而发生差错,即发生基因突变。(2)染色体变异:在细胞分裂期的前期,秋水仙素或低温都可抑制纺锤体的形成,引起细胞内染色体数目加倍,继续进行有丝分裂,可形成多倍体植株。(3)细胞癌变:药物作用于癌细胞的分裂间期,DNA分子不能复制,可抑制癌细胞的无限增殖。(4)免疫:在淋巴因子的作用下,被抗原刺激后的B细胞将进入细胞周期迅速分裂,使细胞周期缩短。
考向突破考向细胞增殖和细胞周期1.(2020山东)CDK1是推动细胞由分裂间期进入分裂期的关键蛋白。在DNA复制开始后,CDK1发生磷酸化导致其活性被抑制,当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后,磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活,使细胞进入分裂期。大麦黄矮病毒(BYDV)的M蛋白通过影响细胞中CDK1的磷酸化水平而使农作物患病。正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平变化如下图所示。下列说法错误的是()
A.正常细胞中DNA复制未完成时,磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制B.正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后,染色质螺旋化形成染色体C.感染BYDV的细胞中,M蛋白通过促进CDK1的磷酸化而影响细胞周期D.M蛋白发挥作用后,感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期
答案C解析由题意知,当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后,磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活,使细胞进入分裂期,正常细胞中DNA复制未完成时,磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制,A项正确;正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后,使细胞进入分裂期,在分裂期的前期染色质螺旋化形成染色体,B项正确;由图可知,感染BYDV的细胞CDK1磷酸化水平升高后不再降低,说明M蛋白可能是通过抑制CDK1的去磷酸化而影响细胞周期,C项错误;M蛋白发挥作用后,抑制CDK1的去磷酸化,使感染BYDV的细胞不能进入分裂期而被阻滞在分裂间期,D项正确。
2.(2020山东烟台模拟)在细胞增殖过程中,周期蛋白依赖性激酶(CDK1)是细胞由DNA复制后进入分裂期的主要酶,CDK1的活性受周期蛋白(cyclinB)的调节,cyclinB的降解则是进入分裂期的必要条件,CDK1在连续分裂的细胞中一直存在。HIV感染T细胞可使CDK1失活,并使cyclinB积聚。下图表示cyclinB的含量与CDK1的活性在细胞周期中规律性的变化曲线,有关叙述不合理的是()
A.CDK1的活性下降是因为cyc1inB在M期不能合成B.CDK1持续保持较高活性的细胞,细胞周期会延长C.CDK1可能具有促进染色质凝缩的作用D.HIV感染会使T细胞停留在图中的G2期
答案A解析CDK1是细胞由DNA复制后进入分裂期的主要酶,其活性下降是因为cyclinB在M期含量逐渐减少,A项错误;若CDK1保持较高活性,细胞将停留在分裂期,细胞周期将会延长,B项正确;分裂间期染色质呈丝状,分裂期染色质高度螺旋,缩短变粗,CDK1是由DNA复制进入分裂期的主要酶,因此CDK1可能具有促进染色质凝缩的作用,C项正确;cyclinB的降解是细胞进入分裂期的必要条件,即cyclinB不降解,细胞就不能进入分裂期,因此HIV感染T细胞可使cyclinB积聚,从而使T细胞停留在图中G2期,D项正确。
考点二细胞的有丝分裂合作探究探究1有丝分裂中染色体与核DNA的数量关系(1)分析有丝分裂过程中染色体数目变化①当有染色单体(前、中期)时,染色体∶染色单体∶核DNA=。②当无染色单体(后、末期)时,染色体∶核DNA=。1∶2∶21∶1
(2)根据曲线图判断细胞分裂时期(以二倍体生物为例)①图中BC、B'C'段表示间期。②CD、C'D'段表示的时期,即有丝分裂完成DNA复制后的间期、前期和中期。③DE、D'E'段表示。DNA复制,染色单体形成含有姐妹染色单体有丝分裂后期着丝点分裂,染色单体消失
探究2有丝分裂过程中核DNA、染色体、染色单体含量变化(1)请以二倍体生物(体细胞染色体条数为2n)为例,在坐标图中画出有丝分裂过程中染色体、核DNA、染色单体数目变化曲线。
提示
(2)完成下表:间期DNA复制末期细胞一分为二后期着丝点分裂末期细胞一分为二间期DNA复制后期着丝点分裂,姐妹染色单体分离
探究3有丝分裂过程中的相关柱形图(1)图中5种细胞类型,属于有丝分裂的是哪些?提示a、b、c。
(2)将有丝分裂的细胞类型按照时期先后排序。提示c→b→a→c。(3)你能通过分析细胞图像和数学模型,解释说明有丝分裂与遗传有关的生物学意义吗?提示在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性,对于生物的遗传有重要意义。
【解疑释惑】有丝分裂过程中的四个易错点(1)有丝分裂全过程均存在同源染色体,但不联会、不分离。(2)姐妹染色单体在间期就已形成,只是呈染色质形态,而染色体形态出现于前期。(3)后期着丝点分裂是一种受遗传物质控制的自动分裂,与纺锤丝的牵引无关。若用秋水仙素抑制纺锤体的形成,没有纺锤丝的牵引,细胞中染色体的数目仍可加倍。(4)赤道板不是细胞结构,是一假想平面,在光学显微镜下看不到;细胞板是一真实结构,光学显微镜下能看到,出现在植物细胞有丝分裂的末期。
考向突破考向1有丝分裂的过程和特征1.关于细胞有丝分裂的叙述,正确的是()A.赤道板是细胞有丝分裂过程中出现的一种结构B.有丝分裂间期DNA复制的过程需要解旋酶的参与C.有丝分裂中期,发生联会的同源染色体排列在赤道板上D.在细胞周期中,分裂间期的持续时间通常比分裂期的短
答案B解析有丝分裂过程中提到的赤道板只是个位置,不是真正的细胞结构,A项错误;有丝分裂间期进行的DNA分子复制中的解旋需要解旋酶的参与,B项正确;有丝分裂过程中没有同源染色体的联会,C项错误;在细胞分裂周期中间期占的比例较大,D项错误。
2.(2020湖北黄冈调研)下列变化会出现在洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂过程中的是()A.间期,中心体进行复制和分离B.中期,可清晰地看到赤道板和染色体C.后期,在纺锤丝的牵引下着丝点分裂D.末期,高尔基体参与细胞板的形成
答案D解析洋葱根尖分生组织细胞是高等植物细胞,没有中心体,A项错误;赤道板不是真实存在的结构,B项错误;有丝分裂后期,着丝点的分裂与纺锤丝的牵引无关,纺锤丝只是牵引染色体均匀地向两极移动,C项错误;有丝分裂末期,细胞板逐渐扩展,形成新的细胞壁,高尔基体与细胞壁的形成有关,D项正确。
归纳总结关注有丝分裂过程中的“加倍”原因
考向2有丝分裂图像3.(2020豫南九校联考)如图是某动物细胞有丝分裂模式图,下列叙述错误的是()A.上述细胞有丝分裂的顺序是图1→图4→图2→图3B.在图2时期,细胞中的核DNA数目不变,但染色体数目加倍C.若某药物可抑制纺锤体形成,则它极可能作用于图2细胞所属时期D.开始出现染色体的时期是图4,染色体开始转变成染色质形态的时期是图3
答案C解析分析题图可知,图1细胞处于有丝分裂间期;图2细胞中着丝点分裂,染色体移向两极,细胞处于有丝分裂后期;图3细胞内形成两个新的细胞核,细胞膜从细胞中部向内凹陷,细胞处于有丝分裂末期;图4细胞中出现染色体,每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体,染色体分布散乱,细胞处于有丝分裂前期。由以上分析可知,上述细胞有丝分裂的顺序是图1→图4→图2→图3,A项正确;图2细胞处于有丝分裂后期,此时细胞中的核DNA数目不变,但着丝点分裂使染色体数目加倍,B项正确;纺锤体的形成发生在有丝分裂前期,即图4细胞所属时期,若某药物可抑制纺锤体的形成,则它极可能作用于图4细胞所属时期,C项错误;染色体出现于有丝分裂前期,即图4细胞所处时期,染色体解螺旋变成染色质丝的时期是有丝分裂末期,即图3细胞所处时期,D项正确。
【归纳总结】1.根据染色体变化识别细胞分裂时期(1)染色质变为染色体,染色体散乱分布→前期,如图1。(2)着丝点排列在赤道板上→中期,如图2。(3)着丝点分裂,染色体数目增加一倍→后期,如图3。(4)染色体变为染色质→末期,如图4。
2.“三看法”界定动物细胞和高等植物细胞有丝分裂图像
考向3有丝分裂相关曲线和柱状图分析4.如图为某二倍体植物有丝分裂过程中有关数量变化情况,下列相关叙述不正确的是()A.DE时间段染色单体数是AB时间段的两倍B.AD时间段有水生成C.FG段染色体数是该生物正常染色体数的两倍D.若用秋水仙素处理该植物,不会抑制分裂后期着丝点的分裂
答案A解析图中AB时间段还未进行DNA复制,此时没有染色单体,A项错误;AD段表示有丝分裂间期,细胞主要进行DNA的复制和相关蛋白质的合成,脱氧核苷酸间和氨基酸间的脱水缩合都有水的生成,B项正确;FG段由于着丝点分裂,细胞内染色体数目暂时加倍,C项正确;秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成,染色体着丝点是自主分裂的,与纺锤体无关,D项正确。
归纳总结1.有丝分裂中核DNA含量变化的两种曲线变式
(1)图乙表示有丝分裂过程中每条染色体上DNA含量变化曲线,图中EF段处于间期,FG段表示含有姐妹染色单体的时期,即DNA复制完成后的间期和分裂期的前期、中期,HI段表示有丝分裂的后期和末期。(2)图丙是图乙的变式,在有染色单体时,染色体与核DNA数目之比为1∶2,不存在染色单体的时期,染色体与核DNA数目之比为1∶1。图丙中B'C'段处于间期,C'D'段表示DNA复制完成后的间期和分裂期的前期、中期,E'F'段为有丝分裂的后期和末期。
2.快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:染色单体可能是0,而染色体和DNA不可能是0。(2)根据染色单体变化判断各时期
(3)根据比例关系判断各时期核DNA∶染色体∶染色单体=
考点三实验:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂合作探究探究1实验操作分析根据“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验,完成下表。压片解离过度盐酸深色未分散开
探究2细胞分裂时期与所观察细胞数目的关系及计算细胞分裂指数是衡量洋葱根尖细胞分裂状况的指标之一,分裂指数=观察视野中分裂期细胞的平均数/总细胞平均数×100%。仔细统计10个视野中各时期细胞数(每个视野平均有30个细胞),部分数据记录如下。
(1)在该实验中,可以观察到处于细胞分裂间期的细胞数目最多,原因是。(2)据表中数据计算细胞分裂指数是%,在实验过程中要提高细胞分裂指数,可以采取的方法是。(3)若该洋葱根尖分生组织细胞分裂周期为12h,且各期细胞数目所占比例与其分裂周期所占时间呈正相关,则据表中数据计算细胞分裂间期持续时间是h。(4)测定某种细胞的细胞周期的长短时,通常需要考虑温度因素。这是因为。在细胞周期中,分裂间期所占的时间长13.3选择更适当的时间取根尖(或控制洋葱根尖的培养条件)10.4细胞的代谢活动需要酶的催化,温度会影响酶的活性
整合提升观察细胞的有丝分裂实验的关键点(1)实验材料的选择①类型:选取分裂期占细胞周期比例相对较大的材料。②部位:应选分裂旺盛的部位(如根尖的分生区)。③时间:必须在分裂旺盛的时间取材。本实验一般选择生长旺盛、带有分生区的洋葱根尖,且一般在上午10时至下午2时进行实验,此时洋葱根尖分生区细胞处于分裂期的较多。(2)应该严格按照操作步骤进行:取材→解离→漂洗→染色→制片。
(3)在解离过程中细胞已被杀死(龙胆紫溶液或醋酸洋红液使染色体着色,表明细胞已丧失生物活性,生物膜已不具有选择透过性),因此,显微镜下观察到的都是死细胞,不能看到细胞分裂的动态变化。若视野中找不到处于某一时期的细胞,可通过移动装片从邻近的区域中寻找。
考向突破考向观察根尖分生组织细胞的有丝分裂1.(2019北京)玉米根尖纵切片经碱性染料染色,用普通光学显微镜观察到的分生区图像如下。对此图像的观察与分析,错误的是()A.先用低倍镜再换高倍镜观察符合操作规范B.可观察到箭头所指细胞的细胞核和细胞壁C.在图像中可观察到处于分裂期前期的细胞D.细胞不同结构成分与该染料结合能力不同
答案B解析观察有丝分裂图像时,先在低倍镜下找到所要观察的物像并移到视野中央,换用高倍镜观察,A项正确;图中箭头所指细胞染色体在纺锤丝的牵引下移向两极,处于有丝分裂后期,没有核膜,无法看到细胞核,B项错误;细胞分裂前期染色体散乱排布在纺锤体的中央,此视野中可找到,C项正确;碱性染料易将细胞中的染色体染成深色,而其他结构染色浅,D项正确。
2.(2019江苏)下列关于观察植物细胞有丝分裂实验的叙述,正确的是()A.只有从新生的根尖上取材,才能观察到有丝分裂B.解离时间要尽量长,以确保根尖组织细胞充分分离C.滴加清水、弄碎根尖以及压片都有利于细胞的分散D.临时装片镜检时,视野中最多的是处于分裂中期的细胞
答案C解析根尖、芽尖等的分生区细胞都能进行有丝分裂,A项错误;解离是使组织中的细胞相互分离开来,若解离时间不足,压片时细胞不易分散开,效果不好,若解离时间过长,细胞分离过度,无法取出根尖进行染色制片,B项错误;滴加清水、弄碎根尖以及压片都有利于细胞的分散,便于观察,C项正确;细胞周期中分裂间期所占的时间最长,因此视野中最多的是处于分裂间期的细胞,D项错误。
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归纳总结洋葱在生物学实验中的“一材多用”
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