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第 6 章 细胞的生命历程
知识目标 1 .简述细胞增殖的周期性
2.熟悉细胞有丝分裂过程、各时期变化特点、
染色体及 DNA 数目变化
3.了解细胞的分化及细胞的全能性
4.了解细胞衰老与死亡的特征
5.理解细胞凋亡与细胞死亡的区别
6.说出癌细胞的主要特征
能力目标 学会制作植物根尖细胞有丝分裂装片和使用高
倍显微镜观察细胞有丝分裂
第1节
细胞的增殖
1.细胞不能无限长大
表面积
体积
小
细胞核
(1)细胞______________与________比例关系的限制;细胞
体积越大,相对表面积就越________。
(2)____________是细胞遗传和代谢的控制中心,它也制约
了细胞体积不能无限增大。
分裂
细胞增殖
2.细胞的增殖
(1)细胞通过____________进行增殖。
(2)单细胞生物体通过______________而繁洐。
(3) 多 细 胞 生 物 从 ____________ 开 始 , 要 经 过 细 胞 的
____________和____________逐渐发育为成体。
(4)细胞增殖是重要的细胞生命活动,是生物体________、
发育、繁殖、________的基础。
(5)细胞增殖包括______________和______________整个连
续的过程。
(6)真核细胞的分裂方式:________分裂、________分裂和
________分裂。
受精卵
增殖
分化
遗传
物质准备
细胞分裂
有丝
无丝
减数
生长
3.有丝分裂
连续
完成
完成
分裂间
分裂
(1)细胞周期的概念
指________分裂的细胞,从一次分裂________时开始,到下
一次分裂________时为止的这一段时期,包括____________期和
________期。
DNA 复制
蛋白质
物质准备
(2)分裂间期:最大的特征是完成____________________和
____________的合成,对于细胞分裂来说,它是整个周期中的
__________________阶段。
(3)分裂期是一个连续的过程,人们人为地把它分为四个时
期:
染色体
染色单体
姐妹染色单体
核仁
核膜
①前期:最明显的变化是__________的出现,此时每条染色
体 都 含 有 两 条 ____________ , 由 一 个 着 丝点相连,称为
____________________。同时,________解体,________消失,
纺锤丝形成纺锤体。
赤道板
稳定
清晰
②中期:每条染色体的着丝点都排列在细胞中央的
____________上,染色体的形态________,数目________,便于
观察。
着丝点
姐妹染色单体
子染色体
纺锤丝
细胞两极
③后期:每个____________ 一分为二,________________
随之分离,形成两条____________,在__________的牵引下向
______________移动。
④末期:染色体到达两极后,逐渐变成丝状的__________,
同时__________消失,________和________重新出现,将染色质
包围起来,形成两个新的__________,然后细胞一分为二。
染色质
纺锤丝
核膜
核仁
细胞核
植物 动物
纺锤体形
成方式 由①_______________
发出②____________形成 由③___________
发出④___________形成
细胞一分
为二方式 ⑤在_________的位置出
现⑥___________,逐渐形
成⑦_________ ⑧________从中部向内
凹陷,缢裂成两部分
(4)动、植物细胞有丝分裂的区别
细胞板
细胞壁
(5)有丝分裂的意义:将亲代细胞的____________经复制后,
平均地分配到__________细胞,保证了亲子代之间____________
的稳定性。
细胞膜
染色体
两个子
遗传性状
细胞的两极
纺缍丝
中心体
星射线
赤道板
4.无丝分裂
(1) 过 程 : 比 较 简 单 , 一 般是 ____________ 先延长,从
______________向内凹进,缢裂为两个____________,接着整个
细胞从中间分裂为两个子细胞。
(2)特点:过程中没有出现____________和____________的
变化,故名无丝分裂,如蛙的红细胞的分裂。
细胞核
核的中部
细胞核
纺锤丝
染色体
1.(双选)真核细胞的直径一般在 10~100 μm 之间,生物体
细胞体积趋向于小的原因是(
)
A.受细胞所能容纳的物质制约
B.相对表面积小,有利于物质的迅速转运和交换
C.受细胞核所能控制的范围制约
D.相对表面积大,有利于物质的迅速转运和交换
【解析】相对表面积为细胞表面积与细胞体积的比值,细胞
体积越小,其相对表面积越大,细胞与周围环境或邻近细胞交换
物质的能力也越大,细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心,它也
制约了细胞体积不能无限增大。
【答案】CD
2.植物细胞有丝分裂过程中一定出现的是(
)
A.星射线
B.中心体向两极移动
C.DNA 分子的复制
D.赤道板
【解析】植物细胞没有星射线和中心体,赤道板是个位置概
念,实际上并不存在。
【答案】C
)
3.右图为细胞分裂某一时期的模式图,则该细胞处于(
A.有丝分裂前期
B.有丝分裂中期
C.有丝分裂后期
D.有丝分裂间期
【答案】C
4.在高倍显微镜下观察处于有丝分裂中期的植物细胞,都
能看到的结构是(
)
A.赤道板、染色体
B.纺锤丝、赤道板
C.细胞壁、染色体
D.细胞壁、核膜
【解析】赤道板是个位置概念,实际上并不存在;有丝分裂
前期,核膜逐渐消失,末期才出现。
【答案】C
5.菠菜根的分生区细胞不断分裂使根向远处生长,在分裂
过程中不会出现的是(
)
A.细胞分裂前期,核仁一分为二
B.细胞分裂中期,染色体形态较固定、数目较清晰
C.细胞分裂前期,核膜逐渐消失
D.细胞分裂末期,在赤道板位置形成细胞板,成为细胞壁
【解析】细胞分裂前期,核仁逐渐解体。
【答案】A
6.某生物体细胞中染色体数为 2N,下图中属于有丝分裂中
期和有丝分裂后期的依次是(
)
A.①②
B.②③
C.④③
D.③④
【解析】有丝分裂中期染色体数是染色单体数和 DNA 分子
数的一半;有丝分裂后期,着丝点分裂,染色单体分开,染色体
数加倍。
【答案】C
1.限制细胞体积的因素
(1)细胞的相对表面积与体积之比:细胞体积越小,其相对表
面积越大,细胞与周围环境或邻近细胞交换物质的能力也越大。
(2)细胞核与细胞质之比:该比值一般为 1/3,一个细胞核
所含的遗传信息是有一定限度的,能控制的细胞活动也有一定的
限度。
(3)细胞内物质交流的限制:细胞体积过大,影响细胞质流
动速度,细胞内的生命活动也就不能灵敏地控制与缓冲。
【例 1】细胞不能无限长大的原因中,不正确的是(
)
A.跟细胞的体积与表面积之比有关
B.细胞核控制能力有一定限制
C.细胞体积过大不利于细胞内物质运输
D.细胞内各种物质的数量限制
【名师点拨】细胞越大,相对表面积就越小,物质运输效率
就越低;细胞核所含遗传信息有一定限度,控制细胞活动的能力
也有一定的限度;细胞体积过大,影响细胞质流动速度,影响细
胞内物质运输。
【答案】D
【变式训练 1】一般来说,细胞都较微小,与此有关的原因
是(
)
A.细胞太大将增加物质运输所需的时间
B.细胞越小细胞核更容易控制
C.细胞越大则能容纳更多细胞器
D.生物个体越大,组成个体的细胞就越大
【解析】细胞过大,细胞内部与外界进行物质交换的能力就
会减低,不利于细胞的代谢活动。细胞越小,细胞内所容纳的物
质就越少,也不适于细胞的生命活动。生物个体的大小与细胞的
大小无关,而只是取决于组成的细胞的数目。
【答案】A
2.细胞周期
(1)概念: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。
(2)条件:只有连续分裂的细胞才有细胞周期,不再分裂或
已进入分化的细胞没有细胞周期。
(3)分裂后子细胞的状态
细胞分裂后,根据细胞的种类和分工不同,可有三种情况:
①继续增殖:此类细胞始终处于细胞周期中,保持连续分裂
状态,如动物的红骨髓细胞、皮肤生发层细胞,植物的形成层细
胞、根尖分生区细胞、芽的顶端分生组织等。
②暂不增殖:此类细胞暂时脱离细胞周期,但始终保持分裂
能力,在适当刺激下可重新进入细胞周期,如动物肝细胞、肾细
胞等。
③不增殖:此类细胞不可逆的脱离细胞周期,高度分化,丧
失分裂能力。但保持生理机能活动,如动物的神经细胞、肌纤维
细胞、成熟的红细胞、植物的筛管细胞等。
【例 2】下图表示某动物体细胞(含 4 条染色体)有丝分裂的
细胞周期,以下叙述不正确的是(
)
A.细胞周期是指连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,
到下一次分裂完成时为止
B.从 b 到 b 是一个完整的细胞周期
C.细胞 f 可能继续增殖,也可能暂不增殖或永不增殖
D.人的神经细胞不具有细胞周期
【名师点拨】图中的 a 时间最长,是细胞分裂间期;b、c、
d、e 为分裂期。从 f 到 f 是一个完整的细胞周期;人的神经细胞
不能增殖,不具有细胞周期。
【答案】B
【变式训练 2】某科学家用含15N 的培养基培养蚕豆根尖分
生区细胞,测得一个细胞中的放射性含量变化如下图所示。下列
分析中,不正确的是(
)
A.DG 可表示为一个细胞周期
B.AB 可表示 DNA 的复制
C.可在细胞质中测到放射性物质
D.BD 表示着丝点复制到分裂的过程
【解析】15N可以标记 DNA、RNA 和蛋白质等含 N 的化合
物,根据放射性的含量变化可知细胞周期和细胞内物质的变化;
由于根尖细胞质存在线粒体,也可在细胞质中测到放射性;着丝
点的复制是在间期,分裂是在后期。
【答案】D
3.有丝分裂各时期的特点
(1)分裂间期
(2)分裂期
①细胞结构的连续变化
a.染色体形态变化
b.纺锤体的变化:前期形成→末期解体消失。
c.核仁、核膜的变化:前期解体消失→末期重建。
d.染色体行为变化
复制→散乱分布于细胞中→着丝点排列在赤道板上→着丝
点分裂→移向两极
e.中心粒的变化(动物、低等植物细胞):中心粒在间期复制,
在分裂前期逐渐移向两极。
f.末期出现细胞板(植物):高尔基体参与新的细胞壁的形成。
②染色体平均分配到两个子细胞中。
细胞周期 分裂各期的特点 光学显微镜下细胞
的行为变化
分裂间期 染色体复制成单体 绝大多数细胞无明显变化
分裂
期 前期 膜、仁两失现两体 细胞核中:染色体、纺锤体、
核仁、核膜出现相应变化→
核分裂→质分裂
中期 赤道板上点整齐
后期 均分牵引到两极
末期 膜、仁重现失两体
(3)归纳总结
【例 3】下列有关细胞有丝分裂的叙述中,正确的是(
)
A.在植物细胞有丝分裂间期能观察到纺锤体
B.在植物细胞有丝分裂末期形成了赤道板
C.在动物细胞有丝分裂中期,两个中心体复制形成两组中
心粒
D.在动物细胞有丝分裂末期,细胞膜内陷形成两个子细胞
【名师点拨】纺锤体是在有丝分裂前期才开始形成的,在间
期看不到;赤道板是一个位置概念,实际并不存在这样一个结构;
在动物细胞有丝分裂间期进行中心粒的复制。
【答案】D
【变式训练 3】将细胞分裂过程中细胞内的变化进行排序,
正确的是(
)
①两个相同 DNA 分子完全分开
②出现放射状排列的细丝
④着丝点排列在一个平面上
③中心体发生倍增
A.②③①④
B.②④③①
C.③②④①
D.②③④①
【答案】C
有丝
分裂 不同点 相同点
间期(中心
体的复制) 前期(纺锤体
的形成方式) 末期(细胞质
的分裂方式) 间期 分裂
期
植物
细胞 无 细胞两极发
出纺锤丝形
成纺锤体 细胞中央形成
细胞板,并由
中央向四周扩
散形成新的细
胞壁 染色
体复
制 染色
体平
均分
配
动物
细胞 有 中心体发出
星射线形成
纺锤体 细胞膜从中央
凹陷,缢裂成
两个子细胞
4.动植物细胞有丝分裂的异同
【例 4】与高等植物细胞有丝分裂相比,下列叙述中不是动
物细胞有丝分裂显著特点的是(
)
A.染色体经过复制后精确均分到两个子细胞中
B.中心体周围发出星射线
C.在细胞分裂末期,细胞缢裂成两部分
D.在细胞分裂前期,两组中心粒分别移向细胞两极
【名师点拨】不论是动物细胞的有丝分裂还是植物细胞的有
丝分裂,都会将复制后的染色体精确均分到两个子细胞中。
【答案】A
【变式训练 4】在电子显微镜下观察到植物细胞有丝分裂末
期细胞板的周围聚集着许多小囊泡,这些小囊泡属于细胞的哪种
)
结构?小囊泡可能含有何种物质?(
A.内质网,蛋白质、磷脂
B.高尔基体,蛋白质、磷脂
C.内质网,纤维素、果胶
D.高尔基体,纤维素、果胶
【解析】与植物细胞有丝分裂末期细胞板的形成有关的细胞
器是高尔基体,细胞板最终形成细胞壁,其主要成分是纤维素和
果胶。
【答案】D
5.与细胞分裂直接相关的细胞器
(1)线粒体:为分裂全过程提供所需能量。
(2)核糖体:分裂间期蛋白质的合成场所。
(3)高尔基体:参与末期植物细胞细胞壁的形成。
(4)中心体:分裂前期动物细胞中心体发出星射线,形成纺
锤体。
【例 5】通过显微技术破坏玉米根尖分生区细胞中的高尔基
体。培养几天后,再观察该根尖细胞,预测会有什么样的结果?
(
)
A.细胞停止分裂
B.产生多核细胞或染色体数目加倍
C.正常分裂
D.不能形成纺锤体
【名师点拨】破坏了高尔基体,植物细胞细胞壁无法形成,
导致细胞无法正常分裂,可能会产生多核细胞或染色体数目加
倍。
【答案】B
【变式训练 5】在动物细胞有丝分裂过程中,下列直接参与
该活动的细胞器有(
)
A.液泡、叶绿体、核糖体
B.纺锤体、叶绿体
C.叶绿体、核糖体
D.中心体、线粒体、核糖体
【解析】动物细胞的中心体与纺锤体的形成有关,线粒体为
细胞分裂全过程提供能量,核糖体是蛋白质的合成场所。
【答案】D
项目
时期 细胞
图像 染色体形
态变化 染色体
数目 DNA 分
子数(个) 染色
单体数
分裂
间期 4(染色
质形态) 4→8 0→8
6.有丝分裂过程中 DNA 含量、染色体数目的变化(2N=4)
(1)有丝分裂过程的相关图像和数目变化
项目
时期 细胞
图像 染色体形
态变化 染色体
数目 DNA 分
子数(个) 染色
单体数
分
裂
期 前期 4 8 8
中期 4 8 8
后期 4→8 8 8→0
末期 8→4 8→4 0
续表
(2)用坐标图画出染色体数目(a)、 DNA 分子数目(b)和染色
单体数目(c)的变化情况(如下图所示):
【例 6】下列能正确表明有丝分裂过程中 DNA 变化的是
(
)
【名师点拨】在有丝分裂间期,DNA 分子的含量逐渐增加,
数目加倍;前、中、后期保持不变,在末期减半而恢复到原有的
含量。
【答案】A
【变式训练 6】下图的甲、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。以下能正确表示 a、b、c 数量关系的是(
)
A.甲、乙
C.乙、丙
B.甲、丙
D.甲、乙、丙
【解析】有染色单体时,其数目一定与 DNA 分子数相同。
【答案】B
7.实验:细胞大小与物质运输的关系
(1)实验原理
①含酚酞的琼脂块遇到 NaOH,酚酞呈紫红色。
②在相同时间内,NaOH 在琼脂块中扩散的深度与琼脂块的
总体积的比值可以反映 NaOH 扩散的效率。此过程可模拟细胞大
小与物质运输效率的关系。
(2)实验要点
①酚酞琼脂块的制备: 制备琼脂块要将琼脂条加水,小火
慢煮,一直搅拌。在凝固前加入酚酞,搅拌。
②将切好的琼脂块放入烧杯中,加入 NaOH 溶液后要稍微搅
拌。
【例 7】探究细胞大小与物质运输的关系的实验原理不包括
(
)
A.酚酞遇到 NaOH 呈现紫红色
B.以琼脂块的大小表示细胞大小
C.以 NaOH 的扩散深度表示吸收速度
D.以 NaOH 的扩散深度与体积比表示吸收速度
【名师点拨】NaOH 在琼脂块中扩散的速度相同,在相同时
间内,NaOH 扩散的深度(或琼脂块中变红的体积)与琼脂块的总
体积的比值,可以反映其扩散效率。所以 C 选项的说法是错误
的。
【答案】C
【变式训练 7】生物体内细胞代谢速率与物质扩散的速率有
关。同种物质虽然在细胞中扩散的速率基本相同,但细胞大小不
同,扩散的快慢会有差异。有人设计了一种模型,用于研究这一
问题。
实验步骤:
(1)将琼脂块(内含酚酞)切成边长分别为 3 cm、2 cm 和 1 cm
的三个立方体。
(2)将以上三块琼脂样品浸在 0.1%NaOH 溶液中,处理 10 分
钟。
(3)取出琼脂块样品,吸干浮液,分别将每一样品切成两半,
观察切面,测量每一切面上 NaOH 扩散的深度,记录结果并分析
回答下列问题。
①请你为此研究拟定一个课题名称:__________________。
②该研究中所用的细胞模型是________________________。
③该实验在样品中加入的酚酞可以检测 NaOH 在琼脂块中
的扩散深度,原因是____________________________________。
琼脂块样品 表面积
2
/cm 体积
3
/cm 比值
(表面积∶体积)
1 号(3 cm) 54 27 2∶1
2 号(2 cm) 24 8 3∶1
3 号(1 cm) 6 1 6∶1
④计算得出样品有关数据,如下表:
通过上表比值分析,你得出的结论是:__________________,
据此推测三个样品中,NaOH 扩散深度依次为_____________。
⑤通常情况下,细胞边长小于 0.1 cm。根据上述研究,可以
对细胞大小与物质扩散之间的关系作出合理的解释__________。
【答案】①细胞大小与物质扩散快慢之间的关系的研究
②不同大小的琼脂块
③酚酞遇 NaOH 变紫红色
④边长越大,其表面积与体积之比越小
3 号>2 号>1 号
⑤当细胞的边长小于 0.1 cm 时,表面积与体积之比较大,
物质扩散得快,细胞代谢效率高
8.实验:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
(1)实验原理
①植物的分生组织细胞有丝分裂较旺盛。
②有丝分裂各个时期,细胞内染色体行为变化不同。根据各
个时期内染色体的变化情况,可用高倍镜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(质)易被碱性染料(龙胆紫或醋酸洋红)
染色。
(2)实验材料选取
要取植物分生组织的细胞,如根尖的分生区。由于分生区很
短,因此取材时要将根尖的伸长区一起取下,便于操作。
(3)实验过程
①洋葱根尖的培养:将洋葱鳞茎基部的黑坏部分清除,置于
水—空气界面,将装置放在温暖的地方,常换水。
②取材:在上午 9:00~11:00,下午 3:00~5:00 取材,
此时洋葱根尖分生区的分裂相比较多。
③解离:解离的目的是使根尖分生区的细胞分散开来。外界
温度高时,解离的时间稍短。此时的细胞已经死亡。
④漂洗:洗去盐酸,便于碱性染料染色。漂洗一定要彻底,
否则将会影响染色的效果。
⑤染色:运用碱性染料,使染色体着色。注意碱性染料的定
义是阳离子是生色基团,而不是根据 pH 而定,所以醋酸洋红
溶液是碱性染料。
染色液的浓度和染色时间必须掌握好,染色不能过深,否则
标本全部为紫色,无法观察。
⑥制片:加盖玻片后,在盖玻片上加载玻片轻压,使细胞分
散开,便于观察。
压片时,不可移动盖玻片,否则会使细胞错位重叠,不易找
到观察目标。压片时用力必须恰当,过重会将组织压烂,过轻则
细胞未分散,都将影响观察。
⑦观察
a.根尖分生区细胞的特征是:细胞呈正方形,排列整齐,
有的细胞正在分裂。
b.先在低倍镜下找到生长点细胞,并移至视野中央,然后
再用高倍镜观察。
c.观察时应先找到呈正方形的分生区细胞,在一个视野里,
往往不容易找全有丝分裂过程中各个时期的细胞图像,因此,观
察时要注意边观察边移动装片,观察有丝分裂各个时期。
d.换高倍镜时,要先把低倍镜下的物像移到视野中央,再
转动转换器,调节光圈与反光镜,直至视野中的图像清晰。
【例 8】用高倍显微镜观察洋葱根尖分生区细胞的有丝分裂,
下列叙述正确的是(
)
A.处于分裂间期和中期的细胞数目大致相等
B.视野中不同细胞的染色体数目可能不相同
C.选择某个细胞可持续观察它的整个分裂过程
D.处于分裂中期的细胞,可清晰地看到赤道板和染色体
【名师点拨】在一个细胞周期中,分裂间期所占的时间比分
裂期长,因此,处于分裂间期的细胞数目会比分裂期的多;制作
洋葱根尖分生区细胞的装片时经历了解离阶段,此时的细胞已经
死亡。因此,不可能持续观察细胞的分裂;赤道板不是一个具体
的结构,而是指细胞中轴这个位置。
【答案】B
【变式训练 8】使用显微镜观察洋葱根尖细胞染色体的基本
步骤包括:①调节细准焦螺旋;②转换高倍镜;③把分裂相的细
胞移至视野中央;④将洋葱根尖永久装片放在低倍镜下观察。正
)
确的操作顺序是(
A.④③②①
B.②①④③
C.③②④①
D.①②③④
【答案】A
1.细胞周期的计算方法
计算细胞周期必须从间期开始:
图 6-1-6
(1)方法一中,BA+AB 为一个完整的细胞周期。
(2)方法二中,a+b 或 c+d 为一个完整的细胞周期,b+c 不
能叫做一个细胞周期。
2.具有细胞周期的细胞
(1)植物体内:根尖分生区、芽的顶端分生组织、形成层等。
(2)动物体内:皮肤的生发层、造血干细胞等。
只有能连续分裂的细胞才有细胞周期,高度分化的细胞不再
继续分裂,如神经细胞、精子和卵细胞等不具有细胞周期。细胞
种类不同,细胞周期经历的时间不同。