人教新课标高中生物必修一章节知识要点（细胞的增殖）

教育汇-专业教育培训网站,上万家培训机构,海量培训课程 www.eduhui.cn ［教材优化全析］ 问题探究 任何生物都能从小到大，即有生长的特性。那么单细胞生物和多细胞生物的生长有何不同呢? 单细胞生物的生长是细胞的生长，即体积增大的结果。多细胞生物的生长既有细胞的分裂又有细胞的生长，细胞的分裂使细胞的数目增多，细胞的生长使细胞的体积增大。 组成人和鱼的心脏的心肌细胞大小无明显差异，但人和鱼的个体大小差别很大。这主要是什么原因呢? 不同生物的同类组织或器官的细胞大小相近，但不同生物的个体大小不同，这说明了起决定作用的主要不是细胞大小而是细胞数量的多少。 一、细胞不能无限长大 问题聚焦： 为什么细胞不能无限长大，长大到一定程度就进行细胞分裂? 问题释疑： 一方面，生物生长发育过程中，当细胞的体积逐步增加时，表面积和体积的比例即相对表面积就越来越小，细胞与周围环境之间进行物质运输所需要的时间就越长，使细胞内部和外界的物质交换适应不了细胞生命活动的需要而引起细胞分裂。 全析提示 细胞分裂和生长是生命的重要特征之一。生物体通过细胞的分裂、分化和生长完成个体发育。 另一方面，细胞体积增大，细胞核中的DNA不会增加，而细胞核是细胞的控制中心，当细胞质的体积太大时，细胞核对其控制作用就减弱，结果就造成核质不平衡，细胞核的“负担”就会过重。从而引起细胞分裂。 实例说明： 1.同样是64立方厘米体积的物体，如果是边长4厘米的正方体，则表面积为96平方厘米，如果是8个边长1厘米的正方体，则表面积可达192平方厘米。 2.有人做过这样的实验：把就要分裂的变形虫的细胞质切去一部分，这个变形虫就不再分裂了，等它长大又要分裂时，再切去一部分细胞质，它又停止分裂，只有当它体积达到一定大小时，它才会进行分裂。 模拟实验——细胞大小与物质运输的关系 1.实验目的 感悟细胞的大小，即细胞体积与表面积的比例和细胞分裂的关系。 2.实验原理 要点提炼 细胞表面积与体积的关系、细胞核和细胞质的关系限制了细胞的长大。 1.细胞表面积与体积的比例不适应。 2.细胞核和细胞质的不平衡。 用内含酚酞试剂的琼脂块模拟细胞，用NaOH溶液模拟被吸收的物质。因NaOH溶液遇酚酞试剂变红色，通过观察琼脂块“细胞”变成红色的过程，测量扩散进入“细胞”的深度，比较不同体积的“细胞”吸收物质的速度，从而预测细胞的大小，即细胞的表面积和体积之比与物质扩散至整个细胞的时间之间的关系。 3.材料用具、方法步骤（见课本） 问题讨论：（课本116页） 思维拓展 本实验也可以预测：细胞的大小即细胞的表面积和体积之比与细胞代谢的关系。 1.答案：（1）因为琼脂块内含酚酞，实验后琼脂块内部变为红色，说明NaOH扩散进入了琼脂块。（2）不相同，因为琼脂块越大其表面积与体积之比越小，物质扩散得越慢。 2.提示：比较细胞周期中不同时期的时间长短，可以通过数一数视野中不同时期的细胞数目，求其平均值，然后进行比较，数目多者时间较长。 3.答案：物质扩散至整个细胞的时间与细胞大小成反比关系。因为细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞与周围环境之间进行物质运输所需的时间就越长；细胞核协调控制细胞的整体功能就越困难。 二、细胞通过分裂进行增殖 实例说明： 人的皮肤角质层不断脱落，然后由生发层的细胞分裂来补充。植物茎的形成层细胞不断分裂，向内补充木质部向外补充韧皮部，使植物的茎不断长粗。如果将小鼠的肝脏切去三分之一，几周后就能长成一个完整的肝脏。将细菌培养在一个营养丰富的环境中，一段时间内它会以2n基数递增。 要点： 全析提示 NaOH溶液遇酚酞试剂变红色。 特别提醒：并不是细胞越小越好。 单细胞生物，如细菌、酵母菌等，通过细胞增殖直接使生物个体数量增加。多细胞生物通过细胞增殖以弥补代谢过程中的细胞损失，如皮肤细胞、血细胞等，要维持细胞数量的平衡和机体的正常功能必须依赖细胞增殖，机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。 重点全析： 特别强调：细胞增殖是细胞分化、组织与器官形成的基础，是生物体生长、发育、生殖和遗传的基础。 细胞以细胞分裂的方式进行增殖。细胞分裂方式包括有丝分裂、无丝分裂和减数分裂三种。 三、有丝分裂 有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。细胞有丝分裂具有周期性。 （一）细胞周期 1.概念：从一次细胞分裂结束开始，直到下一次分裂结束为止的过程。 2.时期：分为分裂间期和分裂期。 全析提示 减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂，它与有性生殖细胞的形成有关。 分裂间期经历的时间长，约占90％~95％，分裂期经历的时间短，约占5％~10％，包括核分裂和胞质分裂。 误区警示： 不是所有有丝分裂的细胞都有细胞周期，只有连续分裂的细胞才有细胞周期。 根据细胞形态和结构的变化，人们把有丝分裂过程分为分裂间期和分裂期，分裂期又人为地分为前期、中期、后期、末期四个时期，这其中包括细胞核分裂和细胞质分裂两个方面。 注意：细胞周期的起止点。同种细胞之间细胞周期的时间长短相似或相同，不同细胞种类之间长短差别很大。 有丝分裂细胞周期图 （二）有丝分裂的过程 有丝分裂的过程各时期的特点 1.分裂间期 图示说明： 根据细胞形态和结构的变化，人们把有丝分裂过程分为分裂间期和分裂期，分裂期又人为地分为前期、中期、后期、末期四个时期，这其中包括核分裂和胞质分裂两个方面。 经历的时间最长，大约占细胞周期的90％~95％，是细胞增殖的物质准备和积累阶段。它包括DNA合成前期、DNA合成期和DNA合成后期。 DNA合成前期（G1期）：是从上次细胞增殖完成以后开始的。在这一时期主要进行RNA和蛋白质的生物合成，为下一阶段DNA的合成做准备，特别是合成DNA聚合酶和DNA复制过程不可少的其他酶系，以及储备能量。 DNA合成期（S期）：DNA分子的复制在这个时期进行。因此，DNA的含量逐渐增加一倍。 DNA合成后期（G2期）：DNA合成终止，但还有RNA和蛋白质的合成，不过合成量逐渐减少。特别是微管蛋白的合成，为分裂期（M期）纺锤体的形成提供原料。 要点提炼 分裂间期主要特点：主要完成DNA的复制和有关蛋白质的合成。 分裂间期是DNA含量加倍，染色单体形成，中心粒复制的时期。 　　　　　 在S期DNA逐渐加倍。 2.前期 问题聚焦： 染色体怎样出现的?纺锤体怎样出现的? 间期染色体经过复制后，每条染色体含有两条染色单体，并呈染色质形态，在光学显微镜下是看不见的。分裂前期丝状染色质高度螺旋化，缩短变粗，形成在光学显微镜下可辨的染色体，并且能够看到每个染色体含有两个染色单体，两个染色单体由一个共同的着丝点连接着。对于植物细胞来说，从细胞的两极发出一些原生质丝，纵行排列（垂直于赤道板）形成纺锤体。对于动物细胞来说，中心体在间期复制形成两组中心粒，到分裂前期分别移向细胞两极，并发出星状射线形成纺锤体。 这个时期核膜解体核仁逐渐消失。染色体的着丝点还没有与纺锤丝相连，因此，染色体、散乱地分布在纺锤体的中央。 前期主要特点：两现（染色体出现，纺锤体出现）两消（核膜、核仁逐渐解体消失）一散乱（染色体分布在纺锤体的中央） 图示说明： 以动物细胞中4条染色体为例。间期光镜下看不出明显的变化。 3.中期 问题聚焦： 中期细胞内的每条染色体上的着丝点的两侧都与纺锤丝相连，位于着丝点两侧的纺锤丝长度相等，作用力相等，受纺锤丝的牵引将会出现什么现象? 染色体的着丝点整齐排列在细胞中央的赤道板上。这是细胞分裂已进入中期的标志。 想一想：细胞中的染色体数目是如何知道的? 中期主要特点：染色体的着丝点整齐排列在赤道板上。 染色体的形态比较固定，数目比较清晰。 早期的人们把细胞有丝分裂细胞放在显微镜下观察找到处于中期的细胞，然后对染色体进行记数。因为这个时期细胞中的染色体的形态比较固定,数目比较清晰。 中期是对染色体记数最好的时期。 每条染色体中的两条染色单体从着丝点处分开，形成两组均等的染色体，在纺锤丝的牵引下移向细胞两极，使细胞的两极各 有一套染色体，这两套染色体的形态和数目是完全相同的。 误区警示： 染色体的着丝点分裂不是纺锤丝牵引过程中牵拉开的，而是细胞分裂的内在规律性。 后期主要特点：染色体着丝点分裂，两条姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下向细胞两极移动。染色体数目加倍。 图示说明： 以动物细胞中4条染色体为例。后期由于染色体的加倍应画8条染色体。 5.末期 染色体到达细胞两极即进入了末期。 到达细胞两极的染色体逐渐解开螺旋，变细变长，成为丝状染色质形态；核膜、核仁重新出现。对于植物细胞，在赤道板位置形成一个细胞板，向四周扩展形成细胞壁。对于动物细胞来说，赤道板处细胞膜向内凹陷，细胞质一分为二，一个细胞缢裂成为 两个体积基本相等的子细胞。 末期主要特点：两消（染色体变成染色质形态，纺锤丝消失），两现（核膜、核仁） 末期 图示说明： 以动物细胞有丝分裂为例。 胞质分裂：开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。对于动物细胞来说，胞质分裂开始时，在赤道板周围，细胞表面下陷形成分裂沟，随细胞由后期向末期转化，分裂沟逐渐加深，最后缢裂成两部分。分裂沟定位与纺锤体的位置相关，人为改变纺锤体的位置可以使分裂沟的位置改变。 对细胞分裂各时期特点的记忆可编成口诀帮助记忆： 膜仁消失两体现（前期） 形定数晰赤道板（中期） 点裂数加均两极（后期） 两体消失膜仁现（末期） 思维拓展 由中心体形成的纺锤体位置决定细胞分裂的方向。 要点总结： 动物细胞有丝分裂和植物细胞有丝分裂的不同点： 前期纺锤体的形成情况不同：植物细胞是由细胞两极发出的 纺锤丝构成纺锤体；动物细胞是由中心粒发出星射线，由两组中 心粒之间的星射线组成纺锤体。 末期形成子细胞的方式不同：植物细胞是在赤道板位置形成细胞板，然后，细胞板向四周扩展形成细胞壁，把一个细胞分隔成两个子细胞。动物细胞是靠细胞膜从中部内陷，最后缢裂成两个子细胞。 有丝分裂的意义： 亲代细胞的染色体经过复制之后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代与子代之间保持了遗传性状的稳定性。 注意：前期纺锤体的形成和末期子细胞的形成。 重点警示： 1.染色质、染色体、染色单体、DNA之间的关系： 染色质和染色体是同一物质在细胞周期的不同时期的两种形态，其主要成分都是DNA和蛋白质，它们都易被减性染料着色。染色质是间期细胞核内的丝状物，细胞分裂时染色质螺旋化缩短变粗成为染色体。每条染色体上有一个着丝点，分裂间期染色体经过复制后，每条染色体含有两条染色单体，有一个共同的着丝点连着，称为姐妹染色单体，有丝分裂后期着丝点一分为二，两条姐妹染色单体分开，各自有了自己的着丝点，这时就不再是染色单体而是染色体。在细胞周期中，DNA未复制时，一条染色体含有一个DNA分子，DNA复制完成后，也就是出现染色单体后，DNA分子数等于染色单体数，这时一条染色体含有两条染色单体，也含有两个DNA分子。 要点提炼 有丝分裂对生物遗传的重要意义。 掌握这部分知识的关键是抓住染色体的动态变化：复制—出现—排列于赤道板—着丝点分裂—平均分配。抓住这条线索，灵活把握染色质、染色体、染色单体、DNA之间的数量变化关系。 2.细胞有丝分裂过程中，染色体的形态变化： 3.有丝分裂过程中，DNA、染色体、染色单体的变化规律： （假定正常体细胞的细胞核中染色体含量为2N，DNA含量为 2a）见下表： 图示说明： 此图只是一条染色体或染色质的形态变化模式图。 　　分裂时期 比较项目 间期 前期 中期 后期 末期 DNA含量 2a→4a 4a 4a 4a 4a→2a 染色体数目 2N 2N 2N 4N 4N→2N 染色单体数目 0→4N 4N 4N 0 0 四、无丝分裂 要理解掌握此表。 问题思考： 无丝分裂概念中的“无丝”有什么含义? 此问题主要是了解无丝分裂的特征，即在无丝分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。 此过程首先是细胞核先延长，核从中部向内凹进，缢裂成两个细胞核，接着，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。 实例列举： 蛙的红细胞增殖，原生动物的细胞增殖等。 无丝分裂的特征：没有纺锤丝的出现和染色体的变化。 五、实验——观察植物细胞的有丝分裂 （一）材料用具 洋葱（可用蒜、葱代替）。 广口瓶、显微镜、载玻片、盖玻片、玻璃皿（三个）、剪刀、镊子、滴管、滤纸。 质量分数为15％的盐酸、体积分数为95％的酒精溶液、质量浓度为0．01 g/mL或0．02 g/mL的龙胆紫溶液（或醋酸洋红溶液）。 （二）方法步骤 1.洋葱根尖的培养 特别提示： 选择底盘大的洋葱做生根材料，剥去外层老皮，用刀削去老根，注意不要削去四周的“根芽”。培养洋葱生根时，避免用新采收的洋葱，不易生根，因它尚处于休眠状态。若要用当年新采收的洋葱，则应设法打破它的休眠。常用的方法是用低浓度的赤霉素溶液浸泡洋葱底盘，这样可以促其生根。 注意： A.要让洋葱底部接触到瓶内的水面，以利于生根。 B.把装置放在温暖的地方，这样细胞分裂旺盛。 C.经常换水。防止水中缺氧洋葱烂根。 D.待根长到5 cm时可剪取。 通过实践进一步掌握有丝分裂各个时期的特点。 2.玻片标本的制作 （1）解离 要点提示： A.解离时间：上午10时至下午2时 B.切取根尖的长度：2~3 mm，此段内包含有洋葱根尖的根冠、全部分生区和一小部分伸长区，可以在光镜下更快地找到分生区。 全析提示 此时是洋葱根尖细胞有丝分裂的活跃期。 C.解离液：质量分数为15％的盐酸和体积分数为95％的酒精溶液混合液（1∶1）。 D.解离的目的：用药液使组织中的细胞互相分离开。 E.解离的时间长度：3~5 min，过短会解离不充分，压片时细胞难以分离。 F.解离的状态：根尖酥软，乳白色或微带黄色。 （2）漂洗 要点提示： A.漂洗液：清水 B.漂洗时间：10 min 用药液将细胞间隙的物质腐蚀掉。 C.漂洗目的：洗去组织中多余的解离液，防止解离液继续腐蚀组织，还防止解离液中的盐酸与染色剂发生反应影响染色。 龙胆紫（或醋酸洋红）属于碱性染色剂，与盐酸进行酸碱反应。 （3）染色 A.染色液：质量浓度为0．01 g/mL或0．02 g/mL的龙胆紫溶液（或醋酸洋红溶液）。 B.染色时间：3~5 min，过短染色不充分，颜色较浅，影响观察；过长会使细胞核以外的部分染上颜色，影响观察染色体。 注意掌握染色时间。 C.染色目的：使细胞核中的染色质或染色体着色。 （4）制片 A.用镊子尖把洋葱根尖弄碎。 染色体（或染色质）易被碱性染料染成深色。 B.盖上盖玻片再加一块载玻片，用拇指轻压载玻片。 1.观察 先用低倍镜观察，要求找到分生区。分生区细胞的特点是：细胞成正方形，排列紧密。 找到分生区后，将要观察的部分移到视野中央，然后转动转换器，移走低倍镜，换上高倍镜，这时就能看见物像，只需要转动细准焦螺旋把物像调清晰即可。 目的是为了进一步使细胞分散开，使细胞分离成一层。 低倍镜换高倍镜后，一定不要转动粗准焦螺旋。 特别提醒： 在一个视野中，往往不容易找全有丝分裂过程中各个时期的细胞，需要慢慢移动装片，从临近的分生区细胞中寻找。 常见错误分析： 1.洋葱根尖解离和制片把握不好，使细胞重叠较多，难以观察到正确的各时期图像。 洋葱根尖细胞染色体数目为8对。 2.找不到图像。原因是显微镜使用不当，或未对好光或光线亮度不够等。 3.不能很快地找到分生区。原因是根尖切得过长，根尖伸长区充满视野。 4.视野中有很多气泡。原因是盖盖玻片的方法不对。 讨论： 1.答案：分裂间期。因为分裂间期经历的时间长。 2.提示：数一数视野中5个不同时期的细胞数目，根据全班的结果，计算出每个时期细胞数目的平均值，平均值越大的经历的时间越长。还可以根据洋葱根尖有丝分裂的一个细胞周期大约为12小时，每个时期细胞数目的平均值，计算出每一个时期大约所占的时间百分比。 教育汇-专业教育培训网站,上万家培训机构,海量培训课程 www.eduhui.cn