第03讲细胞分裂疑难点突破-备战2023年高考生物核心考点讲练

专题一细胞生物学第3讲细胞分裂中的疑难点突破【学习目标】⑴结合新情境或实验，探究、深挖、串联与细胞周期相关的知识点，通过构建网络加强知识联系。⑵通过对细胞周期的调控和同步化的学习，明确细胞周期的概念、组成，理解细胞周期调控的原理和意义。⑶通过对细胞分裂中同位素标记的问题的学习，明确细胞分裂中有关标记问题、变异问题的解题思路。【学习过程】探究点1细胞周期调控与细胞周期检验点【情境引领】细胞周期的调控关键在分裂间期。有两个起决定作用的控制点，从G1期进入S期和从G2期进入M期。这两个转变过程都是由一种称为成熟促进因子(MPF)的蛋白质复合体所触发的。组成MPF的是两种蛋白：cdc2激酶和细胞周期蛋白(cyclins)。cyclins有2种：S-cyclin和M-cyclin。其调控过程如图所示：真核细胞的细胞周期受多种物质的调节，CDK(细胞周期依赖性蛋白激酶)是细胞周期调控的核心物质，各种CDK在特定的时间被激活，驱使细胞完成细胞周期。其中CDK1能推动细胞由分裂间期进入分裂期，CDK2-cyclinE能促进细胞中DNA分子的复制。如果细胞中的DNA受损，会发生如图所示的调节过程。正常的细胞周期中的体细胞，在细胞周期的循环中严格受到检验点的调控。细胞周期检查点是一套很复杂的分子机制，牵涉到多条信号通路。根据“质量控制”的内容，可将细胞周期检查点分为以下几种：⑴G1期末检验点（G1/S期检验点）：主要检验分裂后的细胞是否足够大，G1期合成的蛋白质和糖是否充足，是否有生长因子调控，DNA是否损伤、能否启动DNA的复制。如果DNA有损伤，那么G1/S检验点就能防止DNA损伤或是突变的细胞进入S期。⑵S期内检验点：为了确保DNA复制完毕才能进入G2期，检验DNA在S期复制过程中是否受到损伤，如果有损伤，DNA复制的起点会受到阻碍，复制速度趋于停滞，同样是启动修复机制。⑶G2期末（G2/M期检验点）：是决定细胞一分为二的控制点，主要检测DNA是否损伤细胞中合成的物质是否够多，细胞的体积是不是足够大，如果细胞不够大是无法有丝分裂的。作用是使得细胞有充足的时间将损伤的DNA得以修复。⑷DNA复制检验点（S/M期检验点）：此检验点是通过调整复制叉移动的速度，调控DNA复制的速度。⑸纺锤体组装检验点（M中-后期检验点）：检查纺锤体是否正确组装，纺锤丝动粒微管是否正确连接在染色体的着丝粒，如果没有正确组装，通过抑制APC泛素连接酶的活性，来抑制姐妹染色体分离，从而延长分裂期。染色体的任何一个着丝点没有正确连接纺锤体上，都会引起细胞周期中断在有丝分裂中期和后期的交界处。人工诱导细胞周期同步化的秋水仙素会影响分裂期中期检验点。【教材追根】1.DNA发生损伤，通过活化p53蛋白，促进p21基因的________过程，表达出p21蛋白，p21蛋白与CDK2-cyclinE结合，使CDK2-cyclinE失活。失活的CDK2-cyclinE将导致处于DNA复制期的细胞比例________(填“上升”“下降”或“不变”)。2.研究发现，CDK2-cyclinE参与中心体复制的起始调控。如果中心体复制异常或细胞未能协调好中心体复制和DNA复制的关系，将形成单极或多极纺锤体，进而驱使染色体异常分离。简述细胞周期中，中心体的数量及行为变化。3.日常生活中体内细胞受到X射线照射后，p53基因激活不能恢复受损细胞的自杀程序——凋亡，这是一个正常的生理过程，这一过程对生物体有什么作用？【评价检测】1.(不定项)为了保证细胞周期的正常运转，细胞自身存在着一系列检验点(如图)，只有检测到相应的过程正常完成，细胞分裂才能进入下一个阶段。错误的是B.与检验点1相比，在检验点3时细胞中染色体数目加倍C.如果检验点4检测不到的纺锤体的形成，细胞将停在分裂期2.(单选)为了探究细胞周期运行的调控机制，研究人员取不同时期的细胞进行了融合实验，获得如下表结果。错误的是细胞融合的组合方式融合细胞中的现象M期细胞和G1期细胞原G1期细胞中染色质出现凝缩M期细胞和G2期细胞原G2期细胞中染色质出现凝缩S期细胞和G1期细胞原G1期细胞核中DNA进行复制S期细胞和G2期细胞原G2期细胞核中DNA没有启动复制C.将M期细胞和S期细胞融合，原M期细胞染色体DNA不会复制D.将M期细胞和S期细胞融合，原S期细胞中染色质不会凝缩探究点2细胞增殖的同步化【情境引领】根据细胞周期调控的原理，利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段，称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。DNA合成阻断法在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂，处于分裂期的细胞不受影响而继续细胞周期的运行，最终细胞会停滞在细胞周期的间期，以达到细胞周期同步化的目的秋水仙素阻断法在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素，秋水仙素能够抑制纺锤体形成，使细胞周期被阻断在中期，即可实现细胞周期同步化血清饥饿法培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，以实现细胞周期同步化利用DNA合成抑制剂实现细胞周期的同步化的时间控制⑴假设一个细胞周期时长＝G1＋S＋G2＋M＝10＋7＋3.5＋1.5＝22(h)。⑵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。⑶继续培养G2＋M＋G1＝3.5＋1.5＋10＝15(h)，则处于G2、M、G1期的细胞都将被抑制在G1/S期交界处。⑷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(7h)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7～15h。⑸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。【教材追根】1.请从细胞周期中染色体行为变化的角度，阐述细胞分裂过程中染色体精确分离的原因。2.比较同一时刻同一种生物不同细胞的染色体特点，来推测一个精母细胞在不同分裂时期的染色体变化情况。这一做法能够成立的逻辑前提是什么？3.研究发现，用某种化学药物处理洋葱根尖后，再观察细胞的有丝分裂，会发现有部分细胞染色体数目加倍，且处于分裂后期和末期的细胞数目减少了很多，这说明该化学药物的作用可能是_________________________4.有丝分裂后期着丝粒的分裂是不是纺锤丝牵引的结果？如何验证你的结论？【评价检测】1.(单选)胸腺嘧啶脱氧核苷(TdR)是一种低毒或无毒的DNA合成抑制剂，其可以将细胞最终抑制在G1/S期交界处狭窄的时间区段，即细胞周期同步化(细胞分裂间期依次分为G1、S、G2期，S期为DNA合成期)。具体做法如下：首先向细胞培养液中加入过量的TdR，培养t1时长后，将TdR洗脱，更换培养液，继续培养t2时长，然后再次向细胞培养液中加入TdR，培养t3时长后，所有细胞都会被抑制在G1/S期交界处。错误的是A.培养开始时，处于分裂期的细胞数目最少1时长的培养，培养液中的细胞均已进入S期2时长应不短于S期的时长2时长与t3时长之和可能等于一个细胞周期的时长2.(不定项)细胞周期同步化是指自然发生或人工造成的使细胞群体处于同一细胞周期同一阶段的过程。胸腺嘧啶核苷(TdR)是一种DNA合成可逆抑制剂(阻断S期，去除后S期可继续进行)。某同学设计了以下实验来获得全部处于G1/S期交界处的同步化细胞：①加入过量TdR，处理时间为T1；②移去TdR，加入新鲜培养液，处理时间为T2；③再次加入过量TdR，处理时间为T3；④移去TdR，加入新鲜培养液，将阻断的细胞全部释放，得到较高同步化的S期细胞。若用TG1、TS、TG2和TM分别表示细胞周期G1、S、G2和M的时长，正确的是1≥TG1＋TG2＋TMS＜T2＜TG1＋TG2＋TM3＜TG1＋TG2＋TMG1＋TG2＋TM>TS的细胞探究点3细胞分裂中同位素标记问题的分析【情境引领】细胞DNA复制一次，细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。在进行减数分裂之前，DNA复制一次，减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但DNA只复制一次，所以四个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。【教材追根】1.DNA复制有哪些特点？保证DNA能精确复制的原因有哪些？2.DNA复制与PCR扩增时，引物有什么异同？3.DNA复制时，会形成多个复制泡的原因是什么？4.在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都通过磷酸和戊糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′端(3′羟基)，另一端是5′端(5′磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？【评价检测】1.(单选)将两条单链均被32P标记的M基因导入某动物(2n＝4)精原细胞中(假定该精原细胞DNA不含32P)，选取插入2个M基因且位于非同源染色体上的精原细胞，再置于不含32P的培养液中培养，得到4个子细胞，检测子细胞中的情况。不考虑变异。正确的是32P，则一定进行减数分裂32P，则一定进行减数分裂32P，则一定进行有丝分裂D.若4个子细胞中，含有32P的染色体数分别是0、1、1、2条，则一定进行有丝分裂2.(不定项)在含有5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将兔(2n＝44)一个精原细胞置于含BrdU的培养液中，先进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，取减数分裂Ⅰ后期的细胞(甲)和减数分裂Ⅱ后期的细胞(乙)进行染色并观察。不考虑基因突变和互换。错误的是A.甲细胞中有44条染色体，共22种形态B.甲细胞中有22对同源染色体，1/4的脱氧核苷酸链被BrdU标记C.乙细胞中有2条Y染色体，全部DNA分子被BrdU标记D.乙细胞中有2个染色体组，22条染色体发出明亮荧光【跟踪检测】1.(不定项)一个细胞周期可分为分裂间期(G1、S、G2)和分裂期(M)。如图1所示，一个细胞周期存在多个检验点，只有经过各检验点检验合格后，细胞才能顺利进入下一个时期。研究发现，细胞中存在一种有丝分裂促进因子(MPF)，可使A时期细胞顺利通过检验点4进入B时期(已知核DNA复制是在D时期完成的)，图2表示MPF在细胞周期中的活性变化。错误的是A.A、B、C、D的顺序可表示一个细胞周期B.若用某种药物抑制DNA复制，则细胞不能通过的检验点是4C.若向A时期细胞显微注射适量的MPF，可使G2期细胞进入M期的时间提前D.若用某种药物抑制细胞纺锤体的形成，则细胞不能通过检验点52.(单选)有丝分裂的细胞周期为G1→S→G2→M(分裂期)。连续分裂的细胞中，一直存在一类周期蛋白依赖性激酶(CDK)，其活性受细胞周期蛋白(cyclin)的调控。周期蛋白cyclinE与蛋白激酶CDK2结合后，激活的CDK2促进细胞由G1期进入S期；周期蛋白cyclinB与蛋白激酶CDK1结合后，激活的CDK1促进细胞由G2期进入M期。错误的是1被激活后，可能具有促进染色质螺旋化的作用2通过增强cyclinE的活性推动细胞进入S期C.抑制细胞cyclinE的表达，细胞将被阻滞在G1/S交界期1的活性与cyclinB周期性的合成与分解有关3.(不定项)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入新合成的链中，形成BrdU标记链。若将一个玉米体细胞(含20条染色体)置于含BrdU的培养液中进行连续两次相同分裂方式产生4个子细胞(不考虑突变和片段互换)。正确的是A.在第一次细胞分裂中期，1个细胞中被标记的染色单体条数是20B.在第二次细胞分裂中期，核DNA中被标记的DNA链所占的比例是50%C.在第二次分裂完成后，形成的4个子细胞核中可能有2、3或4个细胞含亲代DNA链D.在第二次分裂完成后，形成的4个子细胞中未被标记的染色体的条数是：从0到20条都有可能4.(单选)图1表示的是细胞内DNA复制过程，图2表示图1中RNA引物去除并修复的过程。错误的是B.酶1、2可催化RNA降解，去除引物C.酶3是DNA聚合酶，催化游离的核糖核苷酸连接到DNA单链上D.酶4是DNA连接酶，催化两个DNA单链片段的连接5.科学家为了探究DNA复制方式，先用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，再将亲本大肠杆菌转移到含14NH4Cl原料中培养，收集不同时期的大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。(1)用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，培养若干代的目的是_________。(2)有科学家认为DNA的复制是全保留复制，复制形成的两条子链结合在一起，两条模板链重新结合在一起。若是全保留复制，则实验子一代的DNA位置是_____________________。(3)科学家进行实验，得到的实验结果是：子一代的DNA位置全在中带，子二代的DNA位置一半在中带一半在轻带。这个结果否定了全保留复制，请写出你对此的解释。(4)有人认为，将子一代的DNA分子用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式。如果50%为轻带，50%为重带，则一定为半保留复制。你认为这种说法是否正确，并说出你的理由。【归纳建模】通过本课题的深入探究，可以构建以“细胞增殖”为核心的知识网络体系，建构以下思维模型。请在空白处，拓展需要整理的知识内容。细胞分裂中同位素标记问题的分析方法常和细胞周期联系的5个“热点”参考答案探究点1【教材追根】1.提示：转录下降2.提示：两个互相垂直排列的中心粒及周围物质中心体在分裂间期复制倍增，进入分裂期后，两个中心体分别移向细胞两极，发出星射线形成纺锤体，随着细胞分裂的完成，每个子代细胞中只含有一个中心体3.提示：有利于维持机体内部环境的稳定探究点2【教材追根】1.提示：染色体(数目)染色质在分裂间期复制形成姐妹染色单体，分裂期螺旋缠绕成为染色体，在纺锤丝的牵引下排列在赤道板上，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条染色体，在纺锤丝的牵引下分别移向细胞两极2.提示：同一生物的细胞，所含遗传物质相同，增殖的过程相同；不同细胞可能处于细胞周期的不同阶段。3.抑制纺锤体的形成，使染色体无法移向细胞两极4.提示：着丝粒的分裂不是