2021-2022新教材浙科版生物学必修1学案：4.1第1课时探究细胞表面积与体积的关系、细胞周期及各时期的特征Word版含答案

第一节细胞通过分裂增殖第1课时探究细胞表面积与体积的关系、细胞周期及各时期的特征考试内容核心素养1.细胞的有丝分裂经历细胞周期1.科学探究——通过分析与讨论，探究细胞表面积与体积的关系2．科学思维——归纳与概括细胞周期的概念，明确不同生物细胞周期存在差异；基于模型与建模，分析动、植物细胞有丝分裂的过程，并比较两者在有丝分裂过程中的异同2.染色体在有丝分裂过程中呈现规律性变化知识点(一)eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,))探究细胞表面积与体积的关系1．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)问题探究细胞体积大小与物质进出细胞的关系。2．细胞体积与细胞分裂的关系(1)为保证细胞进行正常生命活动，细胞体积不能太大。当细胞体积达到一定大小时，可从一个细胞分裂成两个细胞。(2)真核生物常见分裂方式：有丝分裂(体细胞增殖的主要方式)和减数分裂(产生有性生殖细胞)。1．判断题(1)生物体体积越大，其细胞体积也越大(×)(2)细胞体积过大不利于细胞内的物质交流(√)(3)通过建立模型法探究细胞大小与物质交换效率的关系(√)(4)细胞表面积与体积的关系限制了细胞长大(√)(5)细胞体积越大，相对表面积越大，物质运输效率越高(×)(6)在“模拟探究细胞的大小与扩散作用的关系”实验中，琼脂块体积越大，NaOH运输速率越小(×)2．细胞不能无限长大，原因之一是随着细胞体积的增大，物质运输的()A．方式减少 B．速度降低C．效率降低 D．总量减少解析：选C细胞不能无限长大，原因之一是随着细胞体积的增大，相对表面积减小，物质运输的效率降低。3．细胞相对表面积与细胞的物质运输效率之间的关系正确的是()A．细胞的相对表面积大小，与物质运输效率无关B．细胞的相对表面积越大，物质运输效率越低C．细胞的相对表面积越小，物质运输效率越高D．细胞的相对表面积越大，物质运输效率越高解析：选D细胞体积越小，其相对表面积越大，其物质运输效率越高。1．经过实验已经证实：细胞的表面积与体积之比越大，细胞与环境之间进行物质交换的效率越高。现利用琼脂块模拟细胞来设计实验，思考并回答以下问题：(1)实验操作中能说明NaOH扩散进琼脂块的现象是什么？不同大小琼脂块，NaOH的扩散速率是否相同？提示：能说明NaOH扩散进琼脂块的现象是琼脂块变红。相同时间内NaOH扩散的深度相同，即NaOH扩散的速率相同。(2)相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比可以反映什么？说明了什么问题？提示：相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比可以反映细胞的物质运输效率。细胞越大，物质的运输效率越低，原因是细胞越大，其表面积与体积之比就越小。2.老鼠和大象的个体大小相差十分悬殊，但研究发现，组成大象和老鼠相应器官和组织的细胞在大小上没有明显差异，这说明组成大象和老鼠相应器官和组织大小的差异主要在于细胞数目的多少。大象为什么不能通过无限增大细胞体积的方式使个体增长？提示：细胞的体积越大，相对表面积就越小，物质的运输效率就会越低；细胞核内的遗传物质不会随着细胞体积增大而增加，细胞核的控制范围是有限的。探究细胞表面积与体积关系的实验操作与分析1．下列关于“模拟探究细胞的大小与扩散作用的关系”实验的说法，错误的是()A．含酚酞的琼脂块的大小模拟细胞的大小B．NaOH在不同大小的琼脂块中扩散速度相同C．琼脂块的表面积与体积之比随琼脂块的增大而增大D．通过模拟实验可以看出细胞体积越大，物质运输的效率越低解析：选C该模拟实验是用含酚酞的琼脂块的大小模拟细胞的大小，A正确；NaOH在不同大小琼脂块中扩散的速率是相同的，B正确；通过此实验得出：琼脂块的表面积与体积之比随琼脂块的增大而减小，C错误；通过模拟实验可以看出，细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞物质运输的效率越低，D正确。2．下列有关细胞体积与物质运输的关系的模拟实验的说法，错误的是()A．随着细胞体积增大，细胞的相对表面积减小，细胞的物质运输速率也减小B．该实验中可用含酚酞的琼脂块遇氢氧化钠变红模拟物质进入细胞的情况C．细胞体积不能无限增大也不能无限缩小，这与细胞内的各细胞器与酶需要一定空间相关D．细胞之所以不能无限增大，还与细胞的核质比有关解析：选A随着细胞体积增大，细胞的相对表面积减小，细胞的物质转运效率降低，A错误；该实验中可用含酚酞的琼脂块表示细胞的大小，氢氧化钠遇酚酞变红的体积模拟物质进入细胞的情况，B正确；细胞内的各细胞器的协调性以及酶催化反应需要一定空间的条件决定了细胞体积不能无限增大也不能无限缩小，C正确；细胞的核质比也决定了细胞不能无限增大，D正确。3.在探究细胞大小与物质运输关系的实验中，用NaOH溶液浸泡不同边长的含酚酞的琼脂立方块一定时间后，取出立方块切成两半。其剖面如图所示，其中x为NaOH扩散的深度，y为立方块的边长，阴影代表红色。则()A．该实验的自变量为x，因变量为yB．x的值随y值的增大而增大C．NaOH扩散的体积为(y－x)3D．y值越小，扩散体积的比例越大解析：选D本实验的目的是探究细胞大小与物质运输关系，故该实验的自变量为y，因变量为NaOH扩散的体积与琼脂块体积的比例，A错误；x的值并不随y值的增大而增大，B错误；NaOH扩散的体积为y3－(y－2x)3，C错误；从实验的结果来说，细胞体积越小，其相对表面积越大，细胞的物质运输效率就越高，D正确。知识点(二)eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,))细胞周期及各时期的特征1．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：每一个细胞周期包括一个分裂期和一个分裂间期(包括S期、G1期和G2期)。(3)特点：不同细胞的周期，时间长短各不相同。2．有丝分裂过程中染色体的规律性变化(以高等植物细胞为例)时期图示特点及物质变化间期①G1期：主要是合成DNA复制所需的蛋白质和核糖体的增生②S期：主要是DNA复制③G2期：合成M期所必需的一些蛋白质M期前期①最明显的变化是细胞核内染色体的出现②每个染色体是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③前期中较晚的时候出现纺锤体。此时，核膜、核仁开始解体中期①染色体的着丝粒都排列在细胞中央的一个平面上②中期的染色体缩短到最小的程度，便于观察和研究后期①染色体的着丝粒分为两个②变成两个独立的染色体，染色体数目增加一倍③分离的染色体分别被纺锤丝以相同的速率拉向两极末期①染色体伸展，重新呈染色质状态②核膜重新形成，核仁出现③细胞核内染色体数目与分裂前相同，有丝分裂结束④两个新细胞间出现含有纤维素的囊泡→聚集成细胞板→形成新的细胞壁→两个新细胞1．判断题(1)有丝分裂周期包括S期和M期(×)(2)有丝分裂过程中，细胞内的染色体的数目发生规律性变化(√)(3)染色体数目加倍的同时染色单体消失(√)(4)动物细胞中DNA和中心体的复制都发生在间期(√)(5)植物细胞有丝分裂末期细胞板逐渐形成新的细胞壁(√)(6)植物细胞有丝分裂中期形成了赤道面，其化学本质为蛋白质(×)(7)在植物有丝分裂的末期，高尔基体的活动较活跃(√)2．在细胞周期中，DNA的复制发生在()A．G1期 B．S期C．G2期 D．M期解析：选BDNA复制发生在间期的S期。3．下列关于细胞周期的说法，错误的是()A．细胞周期长短与外界条件无关B．细胞周期的大部分时间处于分裂间期C．细胞的种类不同，其细胞周期的时间也可能不相同D．一个细胞周期是指连续分裂的细胞从一次分裂完成开始到下次分裂完成为止解析：选A细胞周期长短与外界条件有关，A错误；细胞周期的大部分时间处于分裂间期，B正确；细胞的种类不同，其细胞周期的时间也可能不相同，C正确；一个细胞周期是指连续分裂的细胞从一次分裂完成时开始，到下次分裂完成时为止，D正确。4．下列关于细胞有丝分裂的叙述，错误的是()A．前期，纺锤体形成 B．中期，着丝粒一分为二C．后期，染色体数目加倍 D．末期，核膜重新形成解析：选B纺锤体形成于前期，A正确；着丝粒分裂发生在后期，B错误；后期，着丝粒分裂后染色体数目加倍，C正确；末期，核膜和核仁重新形成，D正确。5．关于高等动、植物细胞有丝分裂的叙述，正确的是()A．细胞分裂时，染色体的变化不同B．胞质的分裂方式相同C．纺锤体的形成和消失方式相同D．细胞分裂末期高尔基体的作用不同解析：选D动、植物细胞有丝分裂过程中，染色体变化是相同的；胞质的分裂方式不同，动物细胞从中央向内凹陷，形成环沟缢裂均分细胞质，植物细胞中央出现细胞板，分隔细胞质形成两个子细胞；高等植物细胞有丝分裂前期出现由细胞两极发生丝状纤维组成纺锤体，动物细胞分裂前期，由中心体发出的纺锤丝形成纺锤体；在末期高尔基体的作用不同，动物细胞高尔基体与细胞分裂无直接关系，植物细胞高尔基体与细胞壁的形成有关。1．下表为不同细胞的细胞周期持续时间(t/h)。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人的成纤维细胞19.30.720人的肝细胞21122人的宫颈癌细胞20.51.522请思考并回答以下问题：(1)分析表中数据，可以提炼出与细胞周期有关的什么信息？提示：不同物种的细胞分裂周期的时间长短不同；同一物种的不同细胞，其细胞分裂周期时间长短可能不同；一个细胞分裂周期中，分裂间期所占的时间比例最大。(其他合理答案也可)(2)若在表中的细胞类型中选择一种细胞观察分裂期的变化，你认为哪一种细胞最合适？说明理由。提示：小鼠十二指肠上皮细胞。该细胞的分裂期所占细胞周期比例最大。(3)表中所列举的5种类型细胞体积都相对比较小，对于细胞而言有什么意义？提示：细胞体积小，表面积与体积之比(即相对表面积)就比较大，有利于细胞进行物质交换。2．下图是动物细胞和高等植物细胞有丝分裂的对比图，据图回答有关问题。时期间期前期末期植物细胞动物细胞(1)动植物细胞分裂间期的区别主要是什么？提示：发生复制的结构不完全相同，动物还有中心体的复制。(2)动植物细胞分裂前期形成纺锤体的方式有什么不同？提示：高等植物细胞是由细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体，动物是由中心粒周围发出纺锤丝形成纺锤体。(3)动植物细胞分裂末期细胞一分为二的方式有什么不同？提示：高等植物细胞中央出现细胞板，向四周扩展形成细胞壁，一个细胞形成两个子细胞；动物细胞膜从细胞的中部向内凹陷，一个细胞缢裂成两个子细胞。(4)动植物细胞有丝分裂过程中与细胞分裂有关的细胞器及作用有何异同？提示：相同点：①线粒体，为细胞分裂提供能量。②核糖体，合成与细胞分裂有关的蛋白质。不同点：①动物细胞有中心体，分裂前期，两组中心粒发出的纺锤丝形成纺锤体，牵引染色体移动，某些低等植物细胞也有中心体。②植物细胞高尔基体参与分裂，合成纤维素和果胶，形成细胞壁。1．细胞周期的表示方法方法名称表示方法说明扇形图A→B→C→A为一个细胞周期直线图a＋b或c＋d为一个细胞周期坐标图a＋b＋c＋d＋e为一个细胞周期直方图依据此图可以判断复制前、复制时和复制后所占时长的比例2.细胞周期概念理解的5点易错(1)并不是所有的细胞分裂都具有周期性。高度分化的体细胞和减数分裂产生的生殖细胞不具有细胞周期。(2)有丝分裂产生的子细胞有的仍可继续进行分裂，有的暂不分裂，也有的进行细胞分化。(3)细胞周期的长短由遗传物质决定，同时受环境因素的影响。(4)在观察有丝分裂时，应选择分裂期相对较长的材料，有利于观察到处于不同分裂时期的图像。(5)G1期完成DNA复制所需蛋白质的合成和核糖体的增生，但场所不在细胞核，而在细胞质。3．图解有丝分裂过程(以动物和高等植物细胞为例)时期植物细胞动物细胞染色体形态变化典型考查间期①DNA在S期加倍，染色体数量不变②动物和低等植物在G2期已有一对中心体M期前期①染色体形成时间早于纺锤体②核膜、核仁解体与纺锤体形成时间基本同步③该时期不存在染色体与DNA数量变化中期①染色体形态稳定、数目最清晰，便于观察②纺锤体与赤道面垂直，染色体的着丝粒整齐地排列在赤道面上后期①染色单体消失，染色体数量加倍，DNA数量不变②染色体被纺锤丝拉向两极的速率相同末期①染色体伸展，恢复染色质状态②动物细胞膜向内凹陷，形成环沟，植物细胞形成细胞板，进而形成细胞壁4．动、植物细胞有丝分裂的异同项目植物细胞动物细胞不同点间期无中心体的复制(高等植物)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两个中心体之间的纺锤丝形成纺锤体末期细胞中央出现细胞板并形成细胞壁细胞在两极之间的“赤道面”上向内凹陷，形成环沟相同点①分裂过程及分裂时期相同；②细胞核内染色体的行为、形态、数目变化规律相同；③分裂间期都完成了DNA复制(或完成染色体复制)；④染色体平均分配到两个子细胞中5.与有丝分裂有关的细胞器及相应的生理作用细胞器名称细胞类型作用时期生理作用核糖体动、植物细胞主要是间期有关蛋白质的合成中心体动物、某些低等植物细胞前期参与纺锤体的形成高尔基体植物细胞末期参与细胞壁的形成线粒体动、植物细胞整个时期提供能量1．下列关于细胞周期的叙述，正确的是()A．S期不合成蛋白质B．G1期细胞核中进行蛋白质合成C．动物细胞处于G2期时已有两对中心体D．G2期主要是RNA和蛋白质的合成解析：选DS期主要进行DNA的复制，但也合成蛋白质，A错误；G1期主要进行蛋白质的合成，而蛋白质的合成场所是细胞质，不是细胞核，B错误；动物细胞处于G2期时已有1对中心体，C错误；G2期主要是RNA和蛋白质的合成，D正确。2．下列关于动物细胞有丝分裂的叙述，正确的是()A．间期，细胞核内进行DNA的复制和蛋白质的合成B．前期，一对中心粒分开，由纺锤丝相连C．中期，着丝粒排列在垂直于纺锤体的中轴的平面上D．末期，细胞中央出现许多小囊泡聚集成一个细胞板解析：选C蛋白质的合成场所是核糖体，A错误；前期，一对中心体分开，由纺锤丝相连，B错误；中期，着丝粒排列在垂直于纺锤体的中轴的平面上，C正确；动物细胞有丝分裂过程中不会形成细胞板，D错误。3．下表为实验测得离体培养的胡萝卜根尖细胞的细胞周期各阶段时间，下列叙述正确的是()时期G1SG2M合计时间(h)1.32.72.90.67.5A．G1期的细胞中主要进行有关蛋白质的合成及核糖体的增生B．用含DNA合成抑制剂的培养液培养1.3h后，细胞都被阻断在S期C．G2期的细胞中每个染色体含2条并列的染色单体，导致染色体数目加倍D．胡萝卜各组织细胞周期时间长短相同，但G1、S、G2和M期的时间长短不同解析：选AG1期细胞中主要进行有关蛋白质的合成及核糖体的增生，A正确；用含DNA合成抑制剂的培养液培养细胞，并不是所有的细胞在1.3h后都被阻断在S期，如有的细胞刚刚进入G2期，在1.3h后这些细胞仍处在G2期，B错误；G2期的细胞已经完成染色体复制，此时细胞中的每个染色体上含有两个染色单体，但这两条染色单体由一个着丝粒相连，染色体仍为1条，染色体数目不变，C错误；胡萝卜一些组织细胞无细胞周期，而具有细胞周期的细胞其细胞周期时间的长短也不一定相同，D错误。4．下图是某生物体细胞有丝分裂不同时期的图像，下列对其描述正确的是()A．甲、乙、丙细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期B．甲、乙、丙细胞的染色体数、染色单体数与DNA分子数的比例都为1∶2∶1C．甲细胞进行中心体复制，发出纺锤丝，形成了纺锤体D．该生物可能是低等植物细胞解析：选A该细胞无细胞壁有中心体，可判定为动物细胞。甲细胞处于有丝分裂前期，主要特征是核仁、核膜消失，染色体和纺锤体出现，中心体的复制在间期。乙细胞处于有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分离(染色单体数为0)，染色体数目暂时加倍。丙细胞处于有丝分裂中期，染色体数目和形态清晰，着丝粒排列在细胞中央的赤道板上。1．下列关于动物细胞有丝分裂的叙述中，正确的是()A．有丝分裂周期包括合成期和分裂期B．有丝分裂前期、中期及后期细胞中核DNA数量不变C．若在G2期加入DNA合成抑制剂，则前期核DNA数量无法加倍D．分裂间期细胞核中主要进行DNA的复制和有关蛋白质的合成解析：选B有丝分裂周期包括分裂间期(间期包括S合成期及合成期前后的G1期和G2期)和分裂期，A错误；有丝分裂前期、中期及后期核DNA均为体细胞状态的2倍，B正确；G2期DNA已完成加倍，此时再加入DNA合成抑制剂，不会影响核DNA数量，C错误；蛋白质的合成场所是细胞质的核糖体，不是细胞核，D错误。2．图A表示某动物细胞进行有丝分裂的一个细胞周期所用的时间，图B表示该动物连续分裂的细胞相邻的两个细胞周期图，下列叙述中正确的是()A．图B中a、c两段发生了DNA的复制和相关蛋白质的合成B．中心体的复制发生在图B的b或d时段C．图A中的甲→乙→甲为一个细胞周期，图B中的ab为一个细胞周期D．温度不影响图B中b段或d段的进行速率解析：选A图B中a、c两段为分裂间期，分裂间期发生了DNA的复制和相关蛋白质的合成，A正确；中心体的复制发生在间期，即图B的a、c段，B错误；一个细胞周期，从分裂间期开始，止于分裂期结束，图A中的乙→甲→乙为一个细胞周期，图B中的ab为一个细胞周期，C错误；b段或d段纺锤丝牵引染色体移向细胞两极需要能量，温度影响细胞呼吸，进而影响细胞内的能量供应，从而影响图B中b段或d段的进行速率，D错误。3．真核细胞的直径在10～100微米之间。细胞体积趋向于小的原因是()①相对表面积小，有利于物质的转运和交换②受核质比的制约③相对表面积大，有利于物质转运和交换④受细胞所能容纳的物质制约A．①③ B．②③C．②④D．①④解析：