第1节 细胞的增殖

一、细胞不能无限长大的原因1.细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。细胞体积越大,其相

对表面积越小,细胞的物质运输速率就越低。2.细胞核占细胞体积的相对比值限制了细胞长大,细胞核中的DNA不

会随细胞体积增大而增加。

细胞不能无限长大,能不能太小呢?思考感悟提示:不能,细胞核及各种细胞器具有一定的体积,细胞进行生化反应

需一定的场所,决定了细胞不能太小。二、有丝分裂1.真核细胞的分裂方式:有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。3.有丝分裂过程(以高等植物细胞为例)4.动植物细胞有丝分裂的比较

植物细胞有丝

分裂动物细胞有丝

分裂相同点

①分裂过程基本相同②染色体的行为、形态、数目的变化规律相同③分裂间期都完成了染色体的复制④分裂期实现染色体平均分配到两个子细胞中

不同点前期纺锤体的形成方式不同

细胞两极发出

纺锤丝中心粒发出星

射线

末期细胞分裂方式不同

细胞板形成细

胞壁细胞膜向内凹

陷使细胞缢裂三、无丝分裂1.过程:细胞核延长

核中央向内凹进,缢裂成两个细胞核

整个细胞向中央凹陷

缢裂成两个子细胞。2.特点:没有出现纺锤丝和染色体的变化。3.实例:蛙的红细胞。

菠菜根尖分生区细胞有丝分裂过程中能进行复制的成分或结构有哪些?动物细胞呢?提示:DNA分子和线粒体;动物细胞中除上述两者外还有中心体在间

期复制。思考感悟提示四、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂实验1.有关试剂及作用(1)解离所用药液是由质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒

精按1∶1混合而成的,其作用是使组织中的细胞相互分离开来。(2)漂洗所用的液体是清水,其作用是洗去药液,利于染色。(3)染色用0.01g/mL或0.02g/mL的龙胆紫溶液,能使染色体着色。2.装片制作步骤:解离→漂洗→染色→制片。3.观察装片的步骤(1)先放在低倍镜下观察,找到分生区细胞:细胞呈正方形,排列紧密。(2)再用高倍镜观察。(3)统计视野中各时期细胞数。

用清水漂洗的目的是什么?提示:一是洗去解离液,便于染色;二是防止解离过度,造成压片时细胞破损。思考感悟提示解析2.无丝分裂与有丝分裂的主要区别是

(

)A.无染色体的变化和纺锤丝的出现B.无染色体的复制C.形成的子细胞染色体数目减少D.形成的两个子细胞大小不同答案:A解析3.某细胞在进行正常的有丝分裂过程中,染色体、染色单体、DNA分

子数目关系如图所示,则该细胞所处的分裂时期是

(

)

A.前期或后期B.后期或末期C.间期或末期D.前期或中期答案:D解析4.(密码改编)请根据有丝分裂的分裂图像判断正误:

(1)有丝分裂过程是:③→②→①→④→⑤。

(

)解析

要点一细胞周期连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止,

称为一个细胞周期;它包括分裂间期和分裂期。具体分析如下:1.具有细胞周期的条件(1)只有连续分裂的细胞才有细胞周期,有些细胞分裂结束后不再进

行分裂,它们就没有细胞周期,也有的细胞是暂时停止分裂。(2)生物体有细胞周期的细胞有:受精卵、干细胞、分生区细胞、形

成层细胞、生发层细胞、癌细胞(不正常分裂)。(3)减数分裂形成的细胞和已分化的细胞没有周期性。细胞分裂能力

与细胞分化程度成反比。2.细胞周期的表示方法(1)扇形图A→A为一个完整的细胞周期(2)直线图

a+b、c+d各为一个完整的细胞周期(3)曲线图

a→i为一个完整的细胞周期(4)柱形图

B组DNA相对含量在2C到4C之间,说明细胞正处于DNA复制时期;C

组细胞中DNA已经加倍说明细胞处于分裂期。(1)细胞周期以分裂间期为起点,而不是以分裂期为起点。(2)分裂间期的时间远远长于分裂期。(3)分裂后产生的子细胞有三种去路:继续分裂、暂不分裂和细胞分

化。【典题例析】细胞周期包括分裂间期(分为G1期、S期和G2期)和分

裂期(M期)。如图标注了甲动物(体细胞染色体数为12)肠上皮细胞的

细胞周期各阶段的时长及DNA含量。请回答下列问题:

(1)若用含放射性同位素的胸苷(DNA复制的原料之一)短期培养甲动

物肠上皮细胞后,处于S期的细胞都会被标记。洗脱含放射性同位素

的胸苷,换用无放射性的新鲜培养液培养,定期检测。预计最快约

h后会检测到被标记的M期细胞。(2)从被标记的M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到

最大值时,所经历的时间为

期的时间,处于该期的一个细胞

中染色体数目的变化情况是

。(3)若向甲动物肠上皮细胞培养液中加入过量胸苷,处于S期的细胞立

刻被抑制,而处于其他时期的细胞不受影响。预计加入过量胸苷约

h后,细胞都将停留在S期。(4)乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为24h,M期时长为1.9h。若要

在显微镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化,选用

(填“甲”或“乙”)动物肠上皮细胞更合适。(5)在光学显微镜下观察,同处于分裂末期的动物肠上皮细胞与洋葱根尖细胞,形态上最主要的区别是

。解析:(1)S期与M期间隔G2期,所以检测到被标记的M期细胞的最快时

间是一个G2期持续的时间,即2.2h。(2)分裂间期持续时间较长,所以处于间期的细胞数目很多。当第一

个进入M期的被标记细胞完成分裂时,仍然有很多细胞不断进入M期,

所以被标记细胞占M期细胞总数的比例达到最大值(100%),经历时间

为M期所占时间。在M期的前期、中期染色体数目不变,后期数目加

倍,应为24条,末期细胞内染色体数目又变为12条。解析(3)没有被抑制的细胞经G2期、M期、G1期后,再次回到S期时,才被抑制。故预计加入过量胸苷约2.2+1.8+3.4=7.4(h)后,细胞都将停留在S

期。(4)M期占整个细胞周期的比例越大,则处于M期的细胞数目相对越

多,越便于观察染色体的变化。甲细胞中,M期所占比例约为1.8/(3.4+

7.9+2.2+1.8)≈12%;乙细胞中,M期所占比例约为1.9/24≈8%,故选用

甲动物肠上皮细胞更合适。(5)动物细胞分裂末期,细胞膜从细胞的中部向内凹陷,最后细胞缢裂

成两部分,这样,一个细胞就分裂成了两个子细胞。而在高等植物细

胞分裂末期时在赤道板的位置形成细胞板,细胞板由细胞中央向周围

延展形成细胞壁,最后把一个植物细胞分为两个。答案:(1)2.2

(2)M12→24→12

(3)7.4

(4)甲

(5)动物肠上皮细

胞膜凹陷,细胞缢裂;洋葱根尖细胞形成细胞板【规律方法】判断细胞周期中某个时期长短,可以根据该时期细胞

数目多少作为依据。如果某个时期时间越长,则处于该时期的细胞数

目相对越多,反之就越少。有丝分裂过程中相关结构和数目的规律性变化1.细胞周期中几种细胞结构的变化(1)纺锤体的变化:形成(前期)解体(末期)(2)核膜、核仁的变化:解体(前期)重建(末期)要点二(3)中心体变化规律(动物细胞、低等植物细胞)

(4)染色体行为变化规律

2.与细胞有丝分裂有关的细胞器及相应的生理作用细胞器细胞类型作用时期生理作用核糖体动物、植物整个时期各种蛋白质的

合成中心体动物、低等植

物前期纺锤体的形成高尔基体植物末期细胞壁的形成线粒体动物、植物整个时期提供能量3.DNA、染色体、染色单体、同源染色体对数、染色体组数的变化

(以二倍体生物的一个细胞为例)

间期前期中期后期末期DNA数(2C)2C→4C4C4C4C2C染色体数(2N)2N2N2N4N2N染色单体数0→4N4N4N00同源染色体对数NNN2NN染色体组数222424.DNA、染色体、每条染色体上的DNA含量的变化曲线

(1)a→b、l→m的变化原因都是DNA分子复制。(2)g→h、n→o变化的原因都是着丝点分裂,姐妹染色单体分开,形成子染色体。(3)c→d,n→o的变化很相似,但时期不同。有丝分裂过程中相关量发生变化的时期(1)DNA数目加倍发生的时期——间期;(4)染色体数目加倍的时期——后期;(5)中心体数目加倍发生的时期——间期。(2)姐妹染色单体形成的时期——间期;(3)姐妹染色单体消失的时期——后期;【典题例析】图中的甲、乙、丙表示动物细胞有丝分裂过程中的三

个阶段,a是染色体数,b是染色单体数,c是DNA分子数,a、b、c的数量

关系正确的是

(

)

A.甲、乙B.甲、丙C.乙、丙D.甲、乙、丙答案试解:B

解析:由于染色单体是染色体复制后形成的,所以只要存在染色单体,

其数目就比染色体多一倍(如题图甲);在分裂后期,由于着丝点分裂,解析染色单体消失,染色单体数为零(如图丙)。【规律方法】(1)凡是有染色单体的时期,染色单体的数目=DNA数

目,且染色体数目∶染色单体数目∶DNA数目=1∶2∶2,不可能出现

乙图中的情形。(2)染色单体出现的原因是染色体的复制,消失的原因是着丝点的分

裂,只要染色单体消失了,染色体数目与DNA数目相等。动植物细胞有丝分裂异同点的比较要点三比较类别

不同点

相同点

有丝分裂过程

末期:胞质分裂方式间期分裂期

是否有中心体复制前期:纺锤

体形成机制

(1)动植物细胞的识别①细胞为圆形;有中心体;细胞缢裂

动物细胞【对点训练】(2011·重庆南开中学)对如图细胞分裂的有关叙述正确的是

(

)A.细胞中有两对同源染色体,两个四分体B.④是由一个着丝点相连的两条染色体C.其后期移向同一极的染色体均为非同源染色体D.细胞有中心体,无细胞壁,可以断定该细胞为动物细胞解析:题图为有丝分裂中期细胞,细胞内有两对同源染色体,四分体是

减数分裂过程中形成的,有丝分裂过程中不形成四分体;④是由两条

染色单体组成,由于连接在一个着丝点上,仍为一条染色体,有丝分裂

后期,移向细胞同一极的染色体为细胞中所有染色体,包括同源染色

体;细胞中含有中心体,无细胞壁,故判断该细胞为动物细胞。答案:D解析

观察根尖分生组织细胞的有丝分裂【实验归纳】1.实验原理(1)高等植物根尖、茎尖的分生区细胞能进行有丝分裂。(2)在高倍显微镜下,可根据细胞内染色体的变化情况,识别该细胞处

于有丝分裂的哪个时期。(3)细胞核内的染色体容易被碱性染料(如龙胆紫溶液)着色。2.方法步骤(1)洋葱根尖的培养①提前3~4d,将洋葱放在装满清水的广口瓶上,底部接触水。②装置放在温暖处,常换水,待根尖长至约5cm时备用。(2)装片的制作与观察(如图所示)

3.讨论(1)处于间期的细胞最多,因为在细胞周期中间期时间最长。(2)每一时期的时间=洋葱的细胞周期(12h)×每一时期的细胞数占计

数细胞总数的比例。(3)为何观察不到细胞分裂的动态连续变化?解离时根尖细胞被杀死,

细胞被杀死时处在什么时期,观察到的细胞形态就始终停止在那一时

期。(1)以根尖分生区为实验材料是由于该部位细胞分裂旺盛。(2)解离的目的是用药液使组织中的细胞相互分离开来。(3)漂洗的目的是洗去药液,防止解离过度,同时避免药液与染色剂发生作用,影响染色。(4)要严格控制染色时间。若染色时间过短,染色体或染色质没有被

染成深色;若染色时间过长,则细胞的其他部分也被染成深色,这些都

不利于观察。(5)制片时,在盖玻片上再加上一块载玻片,目的是使受力均匀,防止盖

玻片移动;同时,避免压碎盖玻片。制片结束后,要移去上面的载玻片,

再进行显微镜观察。(6)观察时,先在低倍镜下找到分生区,再在高倍镜下观察分裂图像。【对点训练】下图表示洋葱根尖细胞有丝分裂临时装片的制作与观

察,请据图回答问题。

(1)A过程叫

,作用是

。(2)C过程叫

,主要目的是

。(3)D过程中需要对载玻片上的根尖进行按压,以促使细胞

。(4)E过程中需要先在低倍镜下找到根尖的

,才能进行下一步的

观察。解析:A过程是把根尖放在15%盐酸和95%酒精混合液(1∶1)中解离,

使组织中的细胞分离开来。B过程是漂洗,洗去酸液,防止解离过度,

利于染色。C过程是利用龙胆紫溶液对根尖组织染色,便于观察。D

过程是制片,在制片时需要对载玻片上的根尖进行按压,以促使细胞

分散开。E过程是显微镜观察,一般说来首先在低倍镜下找到根尖的

分生区细胞,这部分细胞较小,呈正方形,排列紧密。有的正在进行分

裂,找到分生区细胞,才可进行下一步的观察。答案:(1)解离使组织中的细胞分离开来(2)染色使染色体(或染色质)着色(3)分散开(4)分生区拓展:观察植物有丝分裂实验的问题分析(1)剪取洋葱根尖2~3mm的原因:洋葱根尖结构包括根冠、分生区、

伸长区和成熟区,只有分生区细胞进行有丝分裂。选取2~3mm是保

证所取部位主要是分生区,选取太长,会因分生区细胞所占比例太小

不容易在视野中找到。(2)漂洗的目的:①防止解离过度,根尖过分酥软。②洗去盐酸,防止与

碱性染液发生作用,便于染色。

解析

A.处于图甲、图乙的细胞不会出现同源染色体分离B.处于图甲a时期和图乙B→A时期的细胞可进行DNA复制C.处于图甲、图乙各时期的细胞一定有同源染色体的存在D.处于图甲b时期的细胞,若着丝点分裂,染色体数目一定加倍解析:题图甲中a和c、图乙中B→A时期都为细胞有丝分裂的间期,图

甲中b和d、图乙中A→B时期都为细胞有丝分裂的分裂期;在细胞的

有丝分裂过程中,间期完成DNA复制和有关蛋白质的合成,后期着丝

点分裂,染色体数目加倍;若为某单倍体生物的体细胞,细胞中不一定

有同源染色体存在。答案:C解析3.在人体体细胞增殖的一个细胞周期中,在纺锤体形成时,一个细胞中

的染色体数为N,DNA含量为m;则当该细胞中染色单体消失时,此细胞中的染色体数和DNA含量分别是

(

)A.2N和mB.N/2和m/2C.2N和m/2D.N和m解析:纺锤体形成发生在细胞有丝分裂前期,染色单体消失发生在细

胞有丝分裂后期。有丝分裂后期由于着丝点分裂使染色体数加倍,但

DNA含量不变。答案:A解析4.如图为某真核生物细胞分裂过程中DNA含量变化的图解,下列叙述

中正确的是

(

)

①从AB段开始合成大量蛋白质②若该细胞是植物细胞,则在CD段

该细胞中将出现赤道板③若该细胞是动物细胞,则在CE段该细胞

中有中心体A.①②B.②③

C.①③D.①②③解析:由题图可知BC段进行DNA分子复制,在DNA分子复制前,细胞

要合成相关的蛋白质,①正确。植物细胞的分裂前期没有赤道板,②

错误。动物细胞中具有中心体,在细胞分裂的各个阶段都存在,③正

确。在中期,着丝点排列在细胞中央的一个称为赤道板的平面上,但

赤道板并不是真实存在的结构。答案:C解析5.(2011·安皖南八校一次联考)用高倍显微镜观察洋葱根尖细胞的有

丝分裂,下列叙述正确的是

(

)A.同一视野中各个细胞的染色体数目相等B.在一个视野中处于分裂前期和中期的细胞数目可能相等C.观察处于分裂中期的细胞,可清晰地看到赤道板和染色体D.每个细胞是独立分裂的,任选一个细胞可持续观察它的整个分裂过

程解析:同一视野中各个细胞所处的时期可能不一样,各个细胞的染色

体数目不一定相等,在分裂后期染色体会加倍;在一个视野中处于分

裂前期和中期的细胞数目可能相等;观察处于分裂中期的细胞,可清

晰地看到染色体,但看不到赤道板,赤道板是假想的一个结构;每个细

胞是独立分裂的,但在解离的时候已经杀死了细胞,所以我们看到的

是细胞分裂某个阶段的静态图。答案:B6.(2011·福州调研)洋葱是中学生物实验常用材料之一,如图是与洋葱

有关实验的部分步骤,请据图回答下列问题。

(1)①表示提取洋葱叶色素时的研磨步骤,研钵中除了加无水乙醇外,

还需加入的化学试剂有

;②表示符合要求的滤纸

条,但层析一段时间后,该滤纸条上没有一条色素带,则最可能的原因

是

。(2)③表示观察洋葱根尖细胞有丝分裂时装片制作的压片步骤,该步

骤的目的是

;数染色体数目最好是在

期,

此时细胞内染色