第2课时 动植物有丝分裂过程的比较和观察植物根尖细胞有丝分裂
新课标 核心素养
1.通过比较，说明动、植物细胞有丝分裂过程的不同点。2.了解无丝分裂过程。3.使用显微镜，观察有丝分裂各时期的图像。 1.生命观念——基于观察有丝分裂过程，掌握有丝分裂各个时期特点。2.科学思维——模型法构建细胞周期及某一分裂时期的图像。
知识点(一)动植物有丝分裂过程的比较及无丝分裂、减数分裂
1．动植物细胞有丝分裂的不同点
时期 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
间期 无中心体 有中心体，且完成倍增
前期 细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体 中心体移向细胞两极，并发出星射线形成纺锤体
末期 细胞板扩展形成细胞壁，分割细胞 细胞质膜由中部向内凹陷，缢裂细胞
2.有丝分裂的特征、结果和意义
(1)特征：染色体复制(主要是DNA复制)一次，细胞分裂一次。
(2)结果：染色体平均分配到两个子代细胞。
(3)意义：保证了子代细胞与亲代细胞中遗传信息的一致性。
3．无丝分裂
(1)过程：细胞核延长，核缢裂，细胞缢裂。
(2)特点：不出现纺锤体和染色体等结构的变化。
(3)实例：草履虫细胞的分裂。
4．减数分裂
(1)产生有性生殖细胞。
(2)特点：染色体复制一次，细胞连续分裂两次，产生的生殖细胞染色体数量减半。
(1)动物细胞有丝分裂的前期出现星射线(√)
(2)动、植物细胞有丝分裂的中期都会出现赤道面(×)
(3)在细胞的亲代和子代之间通过有丝分裂保持了遗传性状的稳定性(√)
(4)大肠杆菌细胞分裂过程中无纺锤体和染色体的变化，属于无丝分裂(×)
(5)细胞分裂过程中出现中心体的一定是动物细胞(×)
1．(生命观念)动、植物细胞有丝分裂的相同点和不同点有哪些？
提示：相同点：染色体变化相同，都是间期完成染色体的复制，分裂期染色体平均分配到两个子代细胞中。
不同点：前期纺锤体形成的方式不同，末期母细胞分裂成子代细胞的方式不同。
2．(科学思维)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：(1)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。
(2)不同点：①动物细胞有中心体：分裂前期，两组中心体发出的星射线形成纺锤体，牵引染色体移动，某些低等植物细胞也有中心体。
②植物细胞分裂末期，高尔基体参与细胞壁的形成。
1．下列各项中，能正确说明动、植物细胞有丝分裂区别的是( )
A．染色体和纺锤体的形成方式不同
B．间期的时间长短不同
C．纺锤体的形成和细胞质的分裂方式不同
D．染色体的活动规律不同
解析：选C 由于动、植物细胞结构的不同，导致有丝分裂过程中出现差异，具体表现在前期纺锤体的形成以及末期细胞质的分裂方式上。
2．下表为某同学观察到的4个装片中细胞有丝分裂的结果，能表示动物细胞有丝分裂前期与末期装片的依次是( )
编号 观察结果
1 中心体发出星射线，染色体散乱排列
2 细胞中部凹陷
3 细胞中部形成了细胞板
4 细胞两极发出纺锤丝，染色体散乱排列
A．1、3号 B．4、2号
C．1、2号 D．4、3号
解析：选C 动物细胞有丝分裂前期由中心粒发出星射线形成纺锤体，而植物细胞则由细胞两极发出的纺锤丝形成纺锤体；动物细胞有丝分裂末期细胞质膜中部向内凹陷，细胞缢裂为两部分，而植物细胞则通过形成细胞板将细胞一分为二。
[归纳提升]
1．“三看法”界定动植物细胞有丝分裂图像
2．与细胞分裂有关的细胞器及其生理作用
细胞器 细胞类型 生理作用
核糖体 动物、植物 各种蛋白质的合成场所
中心体 动物、低等植物 前期参与纺锤体的形成
高尔基体 植物 末期参与细胞壁的形成
线粒体 动物、植物 提供能量
知识点(二)观察植物根尖细胞有丝分裂
1．实验材料：洋葱或大蒜的根尖。
2．实验用到的试剂及作用
(1)解离液：质量分数为15%的盐酸＋体积分数为95%酒精，作用是使细胞分离开。
(2)苯酚品红溶液：碱性染料，将染色质(体)染成色。
3．制片步骤：解离→漂洗→染色→压片。
4．观察装片
(1)先用低倍镜观察找到分生区细胞，将分生区细胞移到视野中央再用高倍镜观察。
(2)分生区细胞特点：细胞呈正方形，排列紧密，有的细胞正在分裂。
(3)视野中处于间期的细胞多。
(1)解离的目的是用药液使组织细胞彼此分离开来(√)
(2)压片之前要通过漂洗洗去碱性染料，便于显微镜下观察(×)
(3)压片是为了将根尖细胞压成薄层，避免相互重叠影响观察(√)
(4)一个细胞中染色体连续的动态变化是观察的主要内容(×)
1．(科学探究)从细胞周期角度考虑对选材有什么要求？
提示：应选择分裂期占细胞周期比例大的细胞。
2．(科学思维)装片中细胞相互重叠，会导致观察效果不理想，请思考实验中有哪些操作可以保证细胞相互分散开。
提示：①解离要充分；②制片时用镊子尖把根尖弄碎；③压片可使细胞尽可能呈单层铺展。
3．(科学探究)能否对细胞有丝分裂装片中同一细胞进行连续观察，以观察细胞分裂各个时期？为什么？要找全各个分裂时期的细胞应如何操作？
提示：不能；解离过程中细胞已经死亡，观察到的只是一个时期；如果要找到各个分裂时期的细胞，要不断地移动装片，在不同的视野中寻找。
1．下面是关于“观察植物根尖细胞有丝分裂”实验的部分操作示意图，下列叙述合理的是( )
A．剪取洋葱根尖3～5 mm，因为该区域属于根毛区，细胞有丝分裂旺盛
B．该实验步骤中唯一错误的是在②和③之间缺少用清水漂洗这一环节
C．在观察的图像中，b区域属于分生区的细胞，细胞已死亡
D．若用图中b区域的细胞观察质壁分离和复原，实验现象明显
解析：选C 洋葱根尖3～5 mm的区域属于分生区。实验过程中在②和③之间应增加清水漂洗这一环节，而③和⑤之间的清水漂洗环节应删除。分生区的细胞呈正方形，细胞经解离已死亡。b区域的细胞属于分生区细胞，其液泡很小，若用来观察质壁分离和复原，实验现象不明显。
2．在“观察植物细胞有丝分裂”实验中，三位实验人员制作洋葱根尖装片的操作步骤(“＋”表示操作，“－”表示未操作)如下表所示：
实验人员 操作
取材 解离 漂洗 染色 压片
甲 根尖1～3 mm处 － ＋ ＋ ＋
乙 根尖1～3 mm处 ＋ － ＋ ＋
丙 根尖5～7 mm处 ＋ ＋ ＋ ＋
则甲、乙、丙观察到的实验现象分别是( )
A．细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚
B．细胞分散但看不到染色体、染色体着色清楚、细胞分散染色体清楚
C．细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞着色清楚但看不到染色体
D．染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚、细胞分散染色体清楚
解析：选C 解离的目的是使细胞相互分散开，甲未解离，细胞相互重叠；漂洗的目的是洗去解离液，便于染色，乙未漂洗，影响染色效果，染色体着色很浅不清楚；根尖5～7 mm处为伸长区，伸长区细胞已失去分裂能力，染色体呈染色质状态，观察不到染色体。
[归纳提升]
1．实验原理
(1)高等植物分生区细胞有丝分裂较旺盛。
(2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的存在状态，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(如苯酚品红溶液)染成深色，便于观察。
2．实验材料和试剂
(1)实验材料：洋葱或大蒜的根尖。
(2)试剂：质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精，苯酚品红溶液。
3．方法步骤
4．实验中的注意事项
(1)解离时间不宜过长或过短：过长会使根尖过分酥软且根尖细胞的结构被破坏；过短使根尖细胞解离不充分，不能相互分离。
(2)漂洗一定要彻底，防止残留的解离液继续破坏细胞，且解离液(主要是其中的盐酸)也影响染色。
(3)染色时，染色液的浓度和染色时间必须掌握好，应注意染色不能过深，否则无法观察细胞图像。
(4)压片时用力必须适度，过重会将组织压烂，过轻则细胞未分散开来，二者都将影响观察效果。
[学习小结]
1．在细胞分裂过程中，只在植物细胞中出现的结构是( )
A．中心体 B．纺锤体
C．细胞板 D．姐妹染色单体
解析：选C 中心体存在于动物细胞和低等植物细胞中；动物细胞和植物细胞有丝分裂过程中都形成纺缍体；动植物细胞有丝分裂末期细胞的分裂方式不同：动物细胞有丝分裂末期，细胞质膜中央向内凹陷，最后缢裂成两个子细胞，而植物细胞有丝分裂末期，细胞中央出现细胞板，并向四周延伸形成细胞壁，最终将细胞一分为二；动物细胞和植物细胞在有丝分裂间期，染色体复制后都出现姐妹染色单体。
2．光学显微镜下可用于区别动植物细胞有丝分裂的一项是( )
A．染色体数目 B．有无纺锤体
C．细胞质分裂方式 D．细胞核分裂方式
解析：选C 动植物细胞有丝分裂过程中染色体形成方式相同，都是染色质高度螺旋、缩短变粗，A错误；动植物细胞有丝分裂过程中都有丝状物形成纺锤体，B错误；动植物细胞有丝分裂过程中，前期纺锤体的形成过程不同，动物细胞中纺锤体是由中心体发出星射线形成的；植物细胞中纺锤体是由细胞两极发出纺锤丝形成的；末期细胞质的分开方式不同，动物细胞中部出现细胞内陷，把细胞质缢裂为二，形成两个子细胞；植物赤道板出现细胞板，扩展形成新细胞壁，并把细胞分为两个子细胞，C正确；动植物细胞有丝分裂过程中细胞核中核仁、核膜、染色体的活动规律相同，D错误。
3．下面是某同学绘制的动物体细胞分裂模式图，其中错误的是( )
解析：选C 细胞板出现在植物细胞的分裂过程中，动物细胞分裂过程中不会出现。
4．下图表示蛙的红细胞无丝分裂过程，和有丝分裂相比，下列叙述正确的是( )
A．没有DNA和染色体的复制
B．分裂过程中没有出现纺锤体和染色体的变化
C．分裂过程中细胞核缢裂成两个细胞核，因此子代细胞中染色体减少一半
D．真核生物的细胞分裂方式有无丝分裂和有丝分裂两种
解析：选B 由无丝分裂产生的子代细胞的遗传特性与亲代细胞一样，所以在分裂时也有DNA的复制，只是在分裂过程中没有染色体和纺锤体的出现。真核生物的细胞分裂方式包括无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。
5．下列材料中，适合观察植物细胞有丝分裂的是( )
A．豌豆叶肉细胞
B．小麦叶表皮细胞
C．蚕豆根尖分生区细胞
D．洋葱根尖成熟区细胞
解析：选C 豌豆叶肉细胞、小麦叶表皮细胞和洋葱根尖成熟区细胞不能进行细胞分裂，蚕豆根尖分生区细胞为正方形，细胞分裂旺盛。
6．如图为动物细胞和高等植物细胞的有丝分裂图，据图分析下列说法错误的是( )
A．甲细胞在分裂前期时，一对①分开，①周围发出星射线形成纺锤体
B．乙细胞在分裂前期时，无①出现，但仍有纺锤体形成
C．甲细胞在分裂末期时，③向内凹陷，细胞质一分为二
D．乙细胞在分裂末期时，⑤聚集发展成新的细胞质膜
解析：选D 甲细胞为动物细胞，处于有丝分裂前期，①为中心体，一个中心体由一对中心粒构成，中心粒在有丝分裂间期倍增，成为两组，进入前期后，两组中心粒分别移向细胞两极，在这两组中心粒的周围发出星射线形成纺锤体，A正确；乙细胞为高等植物细胞，不含中心体，处于有丝分裂前期的高等植物细胞的两极发出纺锤丝形成纺锤体，B正确；③为细胞质膜，动物细胞在分裂末期，细胞质膜从细胞的中部向内凹陷，细胞质一分为二，C正确；⑤为囊泡，高等植物细胞在分裂末期，在赤道面处囊泡聚集形成细胞板，细胞板由细胞中央向四周扩展，逐渐形成新的细胞壁，D错误。
一、动植物细胞有丝分裂图像及各时期的判定
(1)根据细胞有丝分裂图像判定各时期：
首先，判定细胞分裂的种类：如下图，根据①为子代细胞的形成方式，即有无细胞板形成。动物细胞一般画成圆形，外面代表细胞质膜；植物细胞一般画成长方形，外面代表细胞壁。根据②为有无中心体。
其次，根据染色体行为变化判定各时期(如图)：
①染色质呈细丝状；②染色质变为染色体，染色体散乱分布；③所有染色体的着丝粒均排列在赤道面上；④着丝粒分裂，染色体数目增加一倍，染色体移向细胞两极；⑤染色体变为染色质。
(2)根据姐妹染色单体的有无判断各时期：
姐妹染色单体
(3)根据DNA分子含量、染色体数、姐妹染色单体数、每条染色体上DNA含量的变化情况判断各时期(如下图)：
由图可得：
(4)根据不同DNA含量的细胞数目判断各时期所占时长的比例：
A：DNA复制前(G1期或末期)。
B：DNA复制(S期)。
C：DNA复制后(G2期、前期、中期、后期)。
1．下图是同一细胞不同分裂时期的图像，据图分析下列判断正确的是( )
A．该细胞是动物细胞
B．染色体数和DNA数相等的有②③
C．该细胞图②中有中心体、线粒体和高尔基体参与活动
D．该细胞图①中无姐妹染色单体
解析：选B 图中细胞有细胞壁，且在末期形成细胞板，为植物细胞，A错误；②③细胞中不含姐妹染色单体，染色体数与DNA数之比为1∶1，B正确；图②中无中心体参与活动，有线粒体和高尔基体参与，C错误；图①中一个着丝粒连接两个DNA分子，有姐妹染色单体，D错误。
2．下图中的甲、乙、丙表示植物细胞有丝分裂中的三个阶段，a是染色体数，b是姐妹染色单体数，c是核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
解析：选B 在有丝分裂过程中，存在姐妹染色单体时细胞核中染色体数∶姐妹染色单体数∶DNA数＝1∶2∶2，当不存在姐妹染色单体时，染色体数∶姐妹染色单体数∶DNA数＝1∶0∶1。不存在染色体数∶姐妹染色单体数∶DNA数＝2∶1∶2的关系。
二、有丝分裂过程中的数量变化及曲线
1．有丝分裂过程中的“加倍”
成分或结构 时期 原因
DNA 间期 DNA复制
染色体 后期 着丝粒分裂
中心体 间期 中心体复制
细胞核 末期 新核膜已经形成，细胞质尚未分裂
2.细胞核中DNA、染色体、姐妹染色单体、每条染色体上的DNA等的数量变化
设正常体细胞中DNA含量为2C，染色体数为2N，见表。
项目 间期 前期 中期 后期 末期
DNA分子数 2C→4C 4C 4C 4C 4C→2C
姐妹染色单体数 0→4N 4N 4N 4N→0 0
染色体数 2N 2N 2N 2N→4N 4N→2N
每条染色体上DNA数量 1→2 2 2 2→1 1
由上表可看出：
(1)染色体数目的加倍发生在细胞有丝分裂后期，DNA数目的加倍发生在间期。
(2)姐妹染色单体形成于间期，出现于前期，消失于后期。
3．DNA分子、染色体、姐妹染色单体、每条染色体上DNA分子的含量变化曲线
(1)a→b、p→q的变化原因都是DNA分子的复制，发生在细胞有丝分裂间期。
(2)g→h、n→o、r→s的变化原因都是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开形成染色体，发生在后期。
(3)c→d、i→j的变化原因是DNA分子随染色体的均分进入两个子代细胞，发生在末期。
(4)姐妹染色单体数在有丝分裂开始时为0，在有丝分裂结束时也为0。
(5)注意每条染色体上DNA分子含量的变化曲线与核DNA分子含量变化曲线的区别。
①每条染色体中只能含有1个或者2个DNA分子，因此，每条染色体上DNA分子含量的变化曲线中，纵坐标只能是1或者2。
②pq段，DNA分子进行复制，姐妹染色单体形成；qr段(前期和中期)是存在姐妹染色单体的时期，每条染色体中含有2个DNA分子；rs段，着丝粒一分为二，姐妹染色单体消失，每条染色体中只含有1个DNA分子。
3.右图是细胞周期过程中每条染色体上的DNA含量变化图解，下列叙述中正确的是( )
A．在AB段主要进行蛋白质的合成，细胞生长速度快
B．出现CD段变化的原因是细胞质分裂
C．在BC段，该细胞中始终有姐妹染色单体
D．若该细胞是植物细胞，则CD段高尔基体活动非常活跃
解析：选C AB段主要进行DNA分子复制，A点之前主要进行蛋白质的合成；出现CD段变化的原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成染色体；BC段表示有丝分裂前期和中期，此阶段细胞中始终有姐妹染色单体；CD段表示有丝分裂后期，而植物细胞中高尔基体与有丝分裂末期细胞壁的形成有关。
4．下图表示某动物细胞周期的不同时期，细胞内染色体与核DNA数目比的变化关系，相关叙述错误的是( )
A．ab段细胞中核糖体的活动很活跃
B．bc段只进行DNA复制
C．处于cd段的细胞中染色体数是核DNA数的一半
D．着丝粒分裂发生在de段
解析：选B bc段处于间期，进行DNA复制和有关蛋白质的合成。
1．下图中能正确表示某植物细胞(2n＝4)一个细胞周期内染色体数目变化的曲线是( )
答案：B
2．下图是植物细胞一个细胞周期中核内染色体数及DNA数量变化的曲线图，下列分析错误的是( )
A．实线是DNA数量变化的曲线图
B．虚线是染色体数量变化的曲线图
C．AB段进行DNA复制
D．B点开始着丝粒分裂
解析：选D b点开始着丝粒分裂。
3．下面的a、b、c、d分别是一些生物细胞某个分裂时期的示意图，有关描述正确的是( )
A．图a表示植物细胞有丝分裂中期
B．图b表示人红细胞分裂的某个阶段
C．图c表示细胞分裂过程，甲→甲是一个细胞周期
D．图d细胞中含有8条姐妹染色单体
解析：选D 图a中出现了细胞板，表示植物细胞处于有丝分裂末期；图b为无丝分裂，人的红细胞只能由造血干细胞分裂形成，不能由其自身分裂产生；图c中乙→乙是一个细胞周期；根据“着丝粒排中央”的特点，图d判定为有丝分裂中期，姐妹染色单体数为8条。
4．下图为细胞分裂的某一时期，有关此图的相关叙述中，错误的是( )
A．细胞中的中心体⑨，与纺锤体的形成有关
B．④是一条染色体，包含两条姐妹染色单体①和③，两条姐妹染色单体由一个着丝粒②相连
C．细胞中有4条染色体，8条姐妹染色单体
D．在后期时，细胞中有8条染色体，8条姐妹染色单体
解析：选D 细胞中的中心体⑨发出星射线，形成纺锤体，A正确；④是一条染色体，由两条姐妹染色单体①③组成，两条姐妹染色单体由一个着丝粒②相连，B正确；由图可知，细胞中有4条染色体，8条姐妹染色单体，C正确；后期时，姐妹染色单体分开形成两条子染色体，此时不存在姐妹染色单体，D错误。
5．下面是动物细胞有丝分裂不同时期染色体(a)数目、核DNA分子(b)数目的柱形统计图，有关叙述正确的是( )
A．①时期染色体还未复制，核DNA已完成了复制
B．③时期核膜、核仁重建，细胞中部出现细胞板
C．①→②表示着丝粒分裂，染色体数目加倍，但核DNA分子数目不变
D．②→③表示姐妹染色单体相互分离，染色体和核DNA分子数目也随之减半
解析：选C ①时期染色体与核DNA数目之比是1∶2，说明DNA已经完成了复制，即染色体已经复制；③时期核DNA数和染色体数都为2N，说明是分裂结束，此时核膜、核仁已重建，但动物细胞不会出现细胞板；①→②表示染色体数目加倍，说明着丝粒分裂，②时期核DNA数和染色体数相同；图③表示细胞分裂为两个细胞，染色体和核DNA分子数目恢复为正常体细胞数。
6．下图表示某高等动物细胞的一个细胞周期中每条染色体上的DNA含量变化曲线。下列有关说法错误的是( )
A．ab段处于细胞分裂的间期
B．bc段细胞中存在姐妹染色单体
C．cd段表示分裂期的后期
D．de段细胞中出现细胞板
解析：选D ab段处于细胞分裂的间期，完成DNA的复制；bc段细胞每条染色体上有2个DNA，处于有丝分裂的前期和中期，说明存在姐妹染色单体；cd段表示分裂期的后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分离，被纺锤丝牵引着移向细胞两极；动物细胞有丝分裂末期不出现细胞板，而是细胞质膜从细胞的中部向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部分。
7．图1为光学显微镜视野中某植物细胞有丝分裂不同时期的图像，图2为该植物细胞有丝分裂不同时期染色体与核DNA数目比曲线请据图回答：
(1)图1中染色单体的出现是在________(填字母)，染色体的出现是在________(填字母)，观察染色体数目的时期是________(填字母)。
(2)图1中与图2的ef段对应的细胞有________(填字母)。
(3)植物细胞与动物细胞的有丝分裂过程相比，除了E时期显著不同外，还有前期的不同的表现是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)图2中发生bc段变化的原因是____________，发生de段变化的原因是____________。
(5)图1中A～E细胞分裂时期的先后顺序是________________(用字母和“→”表示)。
解析：(1)姐妹染色单体是在染色体复制时形成，即分裂间期(D图)，在有丝分裂前期(A图)，染色质螺旋加粗形成染色体，在有丝分裂中期(B图)，染色体着丝点排列在赤道板上，形态稳定，数目清晰，是观察的最佳时期。(2)图2的ef段没有姐妹染色体单体，对应分裂后期和末期，即C和E。(3)在分裂前期植物从细胞的两极发出纺锤丝，形成梭形的纺锤体；动物则是由中心粒发出星射线形成纺锤体。(4)bc段每条染色体上DNA分子数目加倍，是因为在间期进行DNA的复制，de段每条染色体的DNA分子数目减半，是因为着丝点分裂。(5)细胞分裂的过程顺序是间期、前期、中期、后期和末期，即D→A→B→C→E。
答案：(1)D A B (2)C、E (3)植物从细胞的两极发出纺锤丝，形成梭形的纺锤体；动物则是由中心粒发出星射线形成纺锤体 (4)DNA复制 着丝点分裂 (5)D→A→B→C→E
8．如图为某连续分裂的细胞在有丝分裂过程中细胞内核DNA含量变化的曲线图，据图回答：
(1)完整的细胞周期从________开始到________为止(用字母表示)。
(2)k～l表示细胞处于有丝分裂________期，这一时期的特点是_____________________
_______________________；研究染色体的数目和形态最好在有丝
分裂________(填时期名称)，该时期细胞内染色体数、核DNA分子数、姐妹染色单体数之比为________。
(3)完成细胞内染色体数目变化曲线图。
解析：分析题图中细胞内核DNA含量变化曲线可知，g～n可表示一个细胞周期。k～l表示细胞处于有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条染色体，并移向细胞两极。有丝分裂中期染色体形态稳定，数目清晰，是观察染色体的最佳时期，该时期细胞内染色体数∶核DNA分子数∶姐妹染色单体数＝1∶2∶2。
答案：(1)g n (2)后 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条染色体，并移向细胞两极 中期 1∶2∶2 (3)如图所示
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15细胞分化、衰老和死亡
新课标 核心素养
1.阐明细胞分化的概念、过程、特点和实质。2.举例说明细胞的全能性。3.说出干细胞的概念和研究意义。4.阐明细胞衰老的特征及原因。5.说明个体衰老与细胞衰老的关系。6.阐明细胞凋亡的概念和意义。 1.生命观念——结构与功能观：不同细胞遗传信息执行不同，合成蛋白质不同决定了细胞形态、结构、生理功能的不同。2.科学思维——归纳与概括：基于基因选择性表达的本质，掌握细胞分化的特点；基于各类细胞的遗传信息，理解细胞的全能性。3.生命观念——结构与功能观：基于细胞衰老的物质及结构变化，理解细胞衰老的特征。4.科学思维——演绎与推理：基于细胞凋亡与坏死的特点，理解二者区别。
知识点(一)细胞分化
1．含义
在个体发育中，由一个或一种细胞经细胞分裂产生的子代细胞，在形态结构和生理功能上逐渐发生稳定性差异的过程。
2．特点(连线)
3．意义
(1)生物个体发育的基础。
(2)增加细胞的类型。有利于提高各种生命活动的效率。
4．原因
在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息的表达情况不同。
(1)已分化的细胞都能进一步分化成其他细胞(×)
(2)生物体内的所有细胞都要发生细胞分化(×)
(3)细胞分化使细胞趋向专门化，提高了机体生理功能的效率(√)
(4)不同分化细胞的遗传信息相同(√)
(5)骨髓干细胞与胰岛细胞的遗传信息不同，遗传信息的执行情况也不同(×)
(6)细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础(√)
1．(生命观念)下图表示某种植物细胞分裂和分化的过程，探讨下列问题。
(1)判断图中①②③分别代表的过程。
提示：①细胞分裂；②细胞分化；③细胞分化。
(2)细胞b能够再形成细胞a或细胞c吗？这说明细胞分化具有什么特点？
提示：一般不可以，说明细胞分化具有不可逆性。
2．(科学思维)细胞a、b、c的核遗传物质相同吗？为什么？
提示：相同，因为细胞在分化过程中细胞核中的遗传物质不改变。
3．(科学思维)造成细胞a、b、c在形态、结构和生理功能上出现差异的原因是什么？
提示：遗传信息的执行情况不同(或“基因的选择性表达”)。
4．(科学思维)细胞分化与细胞分裂有哪些区别和联系？
提示：(1)区别：细胞分化使细胞种类增加，细胞分裂使细胞数量增加。
(2)联系：①细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往相伴发生；②一般来讲，细胞分化程度越高，细胞的分裂能力越低。
1．下图为人体某早期胚胎细胞所经历的生长发育阶段示意图，图中甲、乙、丙、丁、戊为各个时期的细胞，a、b表示细胞所进行的生理过程。下列叙述正确的是( )
①a过程是有丝分裂，b过程是细胞分化
②乙和丙的染色体组成不同
③丁与戊因遗传物质不同而发生分化
④甲、乙、戊中的蛋白质不完全相同
A．②③④ B．①②
C．①④ D．③④
解析：选C 由图可知，a过程为细胞有丝分裂，b过程为细胞分化；乙、丙的染色体组成是相同的；b过程为细胞分化，其实质是基因的选择性表达，遗传物质不会发生变化，但蛋白质不完全相同。
2．下列能说明细胞已经发生分化的是( )
A．进行ATP的合成 B．进行蛋白质的合成
C．存在血红蛋白 D．进行细胞呼吸
解析：选C ATP是直接能源物质，所有细胞都进行ATP的合成，与细胞是否发生分化无关，A错误；所有细胞都能进行蛋白质的合成，与细胞是否发生分化无关，B错误；所有细胞都含有血红蛋白基因，但该基因只有在红细胞中表达，这体现了细胞分化中基因选择性表达，说明细胞已经发生分化，C正确；所有细胞都要进行细胞呼吸，与细胞是否发生分化无关，D错误。
[归纳提升]
1．细胞分裂与细胞分化的区别和联系
项目 细胞分裂 细胞分化
时间 从受精卵开始 发生在整个生命过程中，在胚胎时期达到最大限度
原因 细胞增殖的需要 基因的选择性表达
结果 细胞数量增多，生成相同的细胞 细胞种类增多，生成不同的细胞，形成组织和器官
意义 ①多细胞个体形成、生长和发育的需要；②单细胞生物形成新个体的需要；③保持了亲、子代之间遗传性状的稳定性 细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理活动的效率
关系 ①细胞分裂是细胞分化的基础，两者往往是相伴相随的；②一般来说，随着细胞分化程度的增大，细胞分裂能力逐渐下降
2.细胞分裂、细胞分化与个体发育的关系
(1)从分子水平看，个体发育是基因选择性表达的结果；
(2)从细胞水平看，个体发育是细胞分裂、分化的结果。
知识点(二)细胞全能性
1．植物细胞全能性的概念
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，即植物细胞具有全能性。
2．原因：离体的植物细胞具有本物种的全套遗传信息。
3．动物的核移植技术：将供体细胞的细胞核注入去核的未受精的卵细胞。
(1)人体内所有活细胞均具有全能性(×)
(2)种子发育成完整的个体可体现出全能性(×)
(3)一般来说，细胞的分化程度越高，全能性越低(√)
(4)皮肤被划破后，伤口重新愈合可以体现细胞全能性(×)
(5)克隆羊“多莉”的诞生证明了动物体细胞核仍然具有全能性(√)
1．(科学思维)探讨下列实例是否体现了细胞的全能性，并说明理由。
(1)种子萌发形成植株。
判断：(填“是”或“否”)。
理由：细胞全能性指的是高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，而种子是植物的生殖器官，由它发育成植株不能体现细胞的全能性。
(2)诱导胚胎干细胞发育成特定的组织或器官。
判断：(填“是”或“否”)。
理由：细胞全能性体现的发育终点是完整的生物个体，而不是某种组织或器官。
(3)在蜂群中，未受精的卵发育成雄蜂。
判断：(填“是”或“否”)。
理由：未受精的卵是高度分化的细胞，且形成了新个体。
2．(科学思维)已分化的胡萝卜韧皮部细胞等植物细胞在体外培养时可长成植株，这体现了细胞的全能性。植物细胞具有该特点的原因是什么？
提示：植物体内的每个细胞都具有该生物个体生长发育所需要的全套遗传信息。
3．(科学思维)克隆羊多莉能否说明分化的动物细胞具有全能性？
提示：不能。多莉的形成不是体细胞直接培育而来，不能说明动物细胞具有全能性，只能说明动物细胞核具有全能性。
4．(科学思维)为什么已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性？
提示：已分化的动物体细胞的细胞核中具有本物种的全套遗传物质。
5．(科学思维)胡萝卜韧皮部细胞在胡萝卜植株上能够发育成一个完整的个体吗？为什么？
提示：不能。因为植物细胞必须在离体条件下才能发育成一个完整的个体。
1．分析以下事实：①胡萝卜韧皮部细胞通过培养能发育成完整植株；②绵羊乳腺细胞核移入去核卵细胞中，能发育成有生殖能力的绵羊。
基于上述事实，下列叙述错误的是( )
A．高度分化的动物细胞都具有全能性
B．动物细胞的细胞核具有全能性
C．分化的细胞中不表达的基因仍存在于细胞核中，并未消失
D．植物细胞具有全能性
解析：选A 事实①可证明植物细胞具有全能性，事实②只能证明动物细胞的细胞核具有全能性。细胞具有全能性的原因是生物体的每个细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因。
2．绵羊的乳腺细胞是高度分化的细胞，但用乳腺细胞的细胞核与卵细胞的细胞质融合成一个细胞后，这个细胞核仍然保持着全能性，这主要是因为( )
A．细胞核内含有本物种生长发育所需要的全套遗传物质
B．卵细胞的细胞质内含有物种发育所需要的全套遗传物质
C．卵细胞的细胞质为细胞核提供营养物质
D．细胞核与细胞质是相互依存的关系
解析：选A 动物细胞的细胞核之所以保持着全能性，是因为其中含有本物种生长发育所需要的全套遗传物质。
[归纳提升]
1．细胞全能性的概念
细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。
2．细胞具有全能性的原因
生物体的每一个细胞都含有保持该物种遗传特性的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全套基因，在适宜的条件下，就能发育成完整的新个体。
3．植物细胞全能性实现的条件
离体(必要条件)的植物器官、组织或细胞，一定的营养物质(水、无机盐、维生素、氨基酸等)，激素(细胞分裂素、生长素)，其他适宜的条件(温度、pH等)。
4．植物组织培养技术
(1)理论基础：植物细胞的全能性。
(2)基本过程：
离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织胚状体试管苗―→植物体。
教材延伸：(1)愈伤组织：指一团没有分化或处于“无分化”状态的细胞团块。愈伤组织的特点是细胞排列疏松而无规则，高度液泡化，呈无定形状态，可诱导再分化长出根、叶、芽、茎，形成完整的植株。
(2)胚状体：指植物组织培养中由植物体细胞诱导分化形成的胚状结构，能进一步发育成具有根、茎、叶的完整植株。
(3)植物细胞全能性表达的标志：离体的植物组织或细胞形成了完整的植株。
(4)脱分化是在人工条件下细胞分化的逆过程，是使已分化细胞回到未分化状态的过程，但在植物体内，细胞分化是不可逆的。
(5)动物细胞的全能性：对于高度分化的动物细胞来说，它的细胞的全能性受到限制。但是，它的细胞核仍然具有全能性。例如，克隆羊多莉是将动物的一个乳腺细胞的细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为新的个体，说明动物细胞的细胞核具有全能性。
5．细胞分化与细胞全能性的比较
细胞分化 细胞全能性
原理 细胞内基因选择性表达 含有本物种全套遗传物质
特点 ①持久性：细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中，在胚胎期达到最大限度；②不可逆性：一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡；③普遍性：生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础 ①高度分化的植物体细胞具有全能性(植物细胞在离体的情况下，在一定的营养物质、激素和其他适宜的外界条件下，才能表现其全能性)；②已分化的动物体细胞全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性
结果 形成形态、结构、功能不同的细胞 形成新的个体
大小比较 细胞分化程度有高低之分：体细胞>生殖细胞>受精卵 细胞全能性有大小之分：受精卵>生殖细胞>体细胞
关系 ①两者的遗传物质都不发生改变；②一般来说，细胞分化程度越低，全能性越高，分化程度越高，全能性越难以表达。但是卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高
知识点(三)细胞衰老
1．概念：是一系列复杂的生理生化反应过程，发生的变化最终反映在细胞的形态结构和生理功能上。
2．衰老的表现
①细胞萎缩，细胞内的水分减少，体积变小；
②细胞核体积增大，核膜皱折，染色质固缩；
③细胞质膜的通透性改变，物质运输功能降低；
④细胞内多种酶的活性降低，代谢速率减慢，色素逐渐积累，细胞内物质交换和信息传递受阻。
3．衰老的原因
①自由基学说：自由基攻击和破坏细胞内各种具有正常功能的生物分子。
②端粒学说：
a．端粒：是真核生物染色体末端的DNA重复序列。
b．特点：每次细胞分裂后，端粒DNA序列就会缩短一截。
(1)端粒存在于所有细胞中(×)
(2)同一种体细胞端粒长度与其有丝分裂能力呈正相关(√)
(3)自由基只有攻击蛋白质才会导致细胞衰老(×)
(4)衰老的生物体中，细胞都处于衰老状态(×)
(5)多细胞生物幼嫩的个体中也含衰老的细胞(√)
1．(生命观念)李白有诗云：“君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪”。从生物学的角度分析，在这个过程中出现的变化有哪些？
提示：细胞内有些酶的活性降低，细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜皱折，染色质固缩等。
2．(科学思维)从细胞水平解释老年人心脏为什么没有年轻人的心脏收缩有力？老年人骨折后为什么比年轻人恢复慢？
提示：老年人的细胞普遍衰老，衰老细胞的细胞质膜通透性改变，物质运输功能降低，细胞呼吸速率减慢；老年人骨折后由于成骨细胞衰老，细胞代谢减慢，影响细胞的生长。
3．(科学思维)为什么老年人皮肤出现皱纹和老年斑？
提示：出现皱纹的原因：细胞内的水分减少，使细胞萎缩，从而出现皱纹；出现老年斑的原因：细胞内色素的积累，表现为老年斑。
4．(科学思维)从分子水平分析老年人出现白发和肌肉无力的原因。
提示：白发原因：细胞内酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少；肌肉无力原因：细胞内酶活性降低，细胞供能不足。
1．下列有关细胞衰老主要特征的描述，属于结构改变并且错误的是( )
A．细胞质膜通透性改变，使物质运输功能降低
B．细胞核体积增大，染色质固缩
C．细胞内色素积累
D．细胞萎缩，体积变大
解析：选D 根据题意，A项的描述属于细胞功能的改变；B项的描述属于细胞结构的改变；C项属于衰老细胞的特征，不属于细胞结构改变；D项属于衰老细胞的主要特征，描述的是衰老细胞的结构变化，并且衰老细胞体积变大是错误的，与题意相符。
2．下列关于衰老的相关叙述，错误的是( )
A．多细胞生物个体衰老的过程，也是组成个体的细胞普遍衰老的过程
B．细胞代谢产生的自由基，会攻击蛋白质分子，致使细胞衰老
C．端粒DNA序列变短后，细胞活动渐趋异常
D．衰老细胞的体积减小，从而使细胞的相对表面积增大，物质运输效率增大
解析：选D 多细胞生物个体衰老是组成个体的细胞普遍衰老的过程，A正确；自由基学说认为，细胞进行的各种氧化反应会产生自由基，自由基攻击蛋白质分子，使细胞衰老，B正确；随着分裂次数增加，端粒DNA序列会变短，使细胞活动渐趋异常，C正确；衰老的细胞，其细胞膜通透性改变，物质运输功能降低，D错误。
[归纳提升]
1．细胞衰老与个体衰老
个体衰老与细胞衰老都是生物体正常的生命活动，其对应关系如下表：
个体衰老的表现 从细胞衰老的角度分析个体衰老的原因
皮肤干燥、发皱 细胞内水分减少，细胞体积减小
头发变白 细胞内的酶活性降低
老年斑 细胞内色素(脂褐素)的累积
无力 细胞内代谢速率减慢
吸收能力下降 细胞质膜通透性功能改变
由上表可以看出，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
名师提醒：(1)单细胞生物的细胞衰老与个体衰老是同步的。
(2)多细胞生物的细胞衰老与个体衰老是不同步的，衰老个体中也存在没有衰老的细胞和新生的细胞。
2．细胞衰老的特征可概括为“一大一小、一多一少、两低两慢”。
①一大：细胞核体积增大；
一小：细胞体积变小。
②一多：色素逐渐积累增多；
一少：细胞内水分减少。
③两低：酶活性降低，物质运输功能降低；
两慢：细胞代谢速率减慢，呼吸速率减慢。
知识点(四)细胞的死亡
1．死亡方式：自噬性细胞死亡、细胞坏死和细胞凋亡。
2．细胞自噬：是细胞通过溶酶体(动物)或液泡(酵母菌和植物)与双层膜包裹的细胞自身物质融合，从而降解细胞自身物质的过程。
3．细胞坏死：多为细胞在强烈的理化因素或生物因素作用下受到严重损伤，引起自身死亡的过程。
4．细胞凋亡：是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。
(1)在细胞凋亡过程中，细胞内酶的活性均降低(×)
(2)细胞的凋亡，从根本上来看，是基因选择性表达的结果(√)
(3)细胞的衰老和凋亡是生物体异常的生命活动(×)
(4)细胞凋亡和细胞坏死都属于细胞的死亡，二者死亡的机理相同(×)
1．(生命观念)判断下列实例中属于细胞凋亡和细胞坏死的分别是哪些？
①成熟个体中细胞的自然更新 ②被病原体感染的细胞的清除 ③烫伤后的皮肤、黏膜的脱落 ④骨折时部分骨细胞死亡 ⑤吸烟者肺部细胞因尼古丁而死亡
提示：细胞凋亡：①②；细胞坏死：③④⑤。
2．(科学思维)结合细胞器的知识思考，人的胚胎时期尾的消失、人类指间细胞的自动死亡这些细胞凋亡现象与细胞中的哪种细胞器有直接关系？为什么？
提示：溶酶体。溶酶体内有多种水解酶，能够使自动死亡的细胞发生分解。
3．(科学思维)影响细胞凋亡和细胞坏死的因素分别是什么？
提示：影响细胞凋亡的因素：细胞内遗传物质的调控；影响细胞坏死的因素：由外界种种不利因素引起，导致细胞被动死亡。
4．(科学思维)细胞凋亡会造成细胞数目的减少，这对生物体的生命活动是不利的，你认为这句话正确吗？试分析原因。
提示：这句话的表述是不正确的。在胚胎发育阶段通过细胞凋亡清除多余的和已完成使命的细胞，保证了胚胎的正常发育；在成年阶段通过细胞凋亡清除衰老和病变的细胞，保证了机体的健康。
1．下列关于细胞凋亡的叙述，错误的是( )
A．蝌蚪在变态期，尾部细胞将发生凋亡，从而使其能转变成正常的成体蛙
B．细胞凋亡有助于消除体内衰老的细胞
C．细胞凋亡是由致病因子引发的急性损伤，引起细胞破裂，导致炎症反应
D．细胞凋亡是由遗传物质控制的细胞正常死亡，机体无炎症反应
解析：选C 细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，并非是由致病因子引发的。
2．科学家探究了不同浓度的醋酸铅对小鼠胸腺细胞凋亡率的影响，结果如下表。下列分析正确的是( )
组别 醋酸铅浓度(mg/L) 胸腺细胞凋亡率(相对值)
甲 0 0.35±0.05
乙 125 1.03±0.52
丙 250 1.65±0.40
丁 500 3.08±0.56
A．甲组为实验组，乙、丙、丁三组为对照组
B．在正常的生活环境中小鼠胸腺细胞不会发生凋亡
C．实验说明醋酸铅可导致小鼠胸腺细胞凋亡率升高
D．细胞凋亡是环境因素引起的，与基因无关
解析：选C 根据题干信息分析，该实验的目的是探究不同浓度的醋酸铅对小鼠胸腺细胞凋亡率的影响，表格中甲组醋酸铅浓度为0，是对照组，其余三组是实验组，A错误；甲组实验说明在正常的生活环境中小鼠胸腺细胞也会发生凋亡，B错误；根据表格数据分析，随着醋酸铅浓度增加，胸腺细胞凋亡率不断升高，说明醋酸铅可导致小鼠胸腺细胞凋亡率升高，C正确；细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，D错误。
[归纳提升]
细胞衰老、细胞凋亡和细胞坏死的区别
项目 细胞衰老 细胞凋亡 细胞坏死
实质 内因和外因共同作用的结果 受到由遗传机制决定的程序性调控 受电、热、冷、机械等不利因素影响，与基因无关
形态变化 细胞萎缩，细胞质膜皱缩 多为单个细胞，形成凋亡小体，细胞质膜内陷 外形呈不规则变化，细胞质膜破裂
意义 ①生物体的绝大多数细胞都经历未分化—分化—衰老—死亡的过程；②细胞衰老是时刻都在发生的 ①清除多余的，无用的细胞；②清除完成正常使命的衰老细胞；③清除体内的有害细胞；④维持器官和组织中细胞数目的相对稳定 对周围细胞造成伤害，引发炎症
对机体的影响 对机体有利 对机体有利 对机体有害
名师提醒：细胞凋亡≠细胞坏死
细胞凋亡和细胞坏死都是细胞的死亡过程，但两者的死亡机理不同。细胞凋亡是一个主动的、有利于个体生存的过程，细胞坏死是一个被动的、对个体生存有害的过程。
[学习小结]
1．下列关于细胞分化的叙述，错误的是( )
A．是基因选择性表达的结果
B．是生物界中普遍存在的现象
C．有利于提高多细胞生物体各种生理功能的效率
D．由于细胞分化，肌细胞中已经不存在血红蛋白基因了
解析：选D 细胞分化是基因选择性表达的结果，A正确；细胞分化是生物界普遍存在的现象，B正确；细胞分化有利于提高多细胞生物体各种生理功能的效率，C正确；细胞分化后遗传物质不变，肌细胞中仍然存在血红蛋白基因，D错误。
2．生物体内各种类型的细胞中，分化程度最低的是( )
A．根尖细胞 B．受精卵
C．卵细胞 D．表皮细胞
解析：选B 受精卵的分裂能力最强，分化程度最低。
3．下列关于细胞全能性的叙述，错误的是( )
A．从理论上讲，生物体的每一个活细胞都具有全能性
B．卵细胞虽然分化程度较高，但仍具有较高的潜在全能性
C．高度分化的动物细胞从整个细胞来说，它的全能性受到抑制
D．植物器官、组织或细胞，经过一定的培养、激素等因素作用，就能表现出全能性
解析：选D 从理论上讲，生物体的每一个活细胞都含有本物种的全套遗传物质，都具有全能性，A正确；卵细胞虽然分化程度较高，但仍具有较高的潜在全能性，B正确；高度分化的动物细胞，从整个细胞来说，它的全能性受到抑制，C正确；植物的组织、器官或细胞必须在离体的条件下，经过一定的培养、激素等因素作用，才能表现出全能性，D错误。
4．关于细胞衰老的特征，下列叙述错误的是( )
A．细胞内的水分减少，导致细胞萎缩、细胞新陈代谢的速率减慢
B．细胞质膜通透性改变，使物质运输功能降低
C．细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累，从而影响细胞正常的生理功能
D．细胞内呼吸速率减慢，细胞核的体积减小，染色质固缩
解析：选D 细胞衰老后，细胞内的水分减少，导致细胞萎缩、细胞新陈代谢的速率减慢，A正确；细胞衰老后，细胞质膜通透性改变，使物质运输功能降低，B正确；细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累，从而影响细胞正常的生理功能，C正确；细胞衰老后细胞内呼吸速率减慢，细胞核的体积增大，染色质固缩，D错误。
5．关于细胞凋亡与细胞坏死，下列说法正确的是( )
A．细胞凋亡是细胞在特定条件下的被动死亡过程
B．细胞死亡就是细胞坏死
C．细胞坏死受基因调控
D．在成熟的生物体中，细胞的自然更新是通过细胞凋亡完成的
解析：选D 细胞死亡包括细胞主动死亡(细胞凋亡)和细胞被动死亡(细胞坏死)，A、B错误；细胞坏死是在种种不利因素影响下，由于细胞正常的代谢活动受损或中断而引起的细胞损伤和死亡，并不是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，C错误；在成熟的生物体中，细胞的自然更新是通过细胞凋亡完成的，D正确。
6．科学家用专门的染料标记正在发生凋亡的细胞，下图表示处于胚胎发育阶段的小鼠脚趾。下列叙述错误的是( )
A．发育过程中小鼠脚趾之间的细胞发生了凋亡
B．细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程
C．细胞凋亡是细胞正常代谢活动意外中断引起的细胞死亡
D．小鼠整个生命历程中都会发生细胞凋亡过程
解析：选C 细胞坏死是在种种不利因素影响下，细胞正常代谢活动意外中断引起的细胞损伤和死亡，C错误。
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12第1课时 细胞增殖的过程及特点
新课标 核心素养
1.说明细胞增殖的方式。2.阐明细胞周期的概念及包括的阶段。3.描述动物细胞有丝分裂过程中各阶段的主要变化。 1.生命观念——基于观察有丝分裂过程，掌握有丝分裂各个时期的特点。2.科学思维——模型法构建细胞周期及某一分裂时期图像。
知识点(一)细胞的生长与细胞周期
1．生物的生长
(1)主要原因：通过细胞分裂增加细胞的数量。
(2)次要原因：通过细胞生长增大细胞的体积。
2．细胞不能无限长大的原因
(1)细胞的体积越大，表面积与体积的比值越小。
(2)细胞的体积越大，相同时间内物质扩散的体积与整个细胞体积的比值越小，即物质运输的效率越低。
3．细胞增殖
(1)概念：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。
(2)过程：包括物质准备和细胞分裂两个连续的过程。
(3)主要方式：有丝分裂。
(4)意义：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、生殖和遗传的基础。
4．细胞周期
(1)前提条件：连续分裂的细胞。
(2)时间：从一次细胞分裂结束开始，直到下一次细胞分裂结束为止。
(3)两个阶段：分裂间期和分裂期。
(1)多细胞生物体的生长依赖于细胞的生长和细胞的增殖(√)
(2)任何具有分裂能力的细胞都具有细胞周期(×)
(3)洋葱的表皮细胞比分生区细胞的细胞周期长(×)
(4)细胞分裂产生的子细胞都将进入下一个细胞周期的分裂间期状态(×)
1．(生命观念)试判断下列细胞有无细胞周期，并说明理由。
①根尖分生区细胞 ②胚胎干细胞 ③皮肤生发层细胞 ④神经细胞 ⑤茎的形成层细胞
提示：①②③⑤有细胞周期，它们都是连续分裂的细胞；④是高度分化的细胞，不分裂，没有细胞周期。
2．(科学思维)下图为细胞分裂的一个细胞周期，请用甲、乙表示出一个细胞周期、分裂间期和分裂期。
提示：细胞周期：乙→乙；分裂间期：乙→甲；分裂期：甲→乙。
1．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，一个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时开始到下次分裂完成时为止
解析：选A 细胞周期长短受外界条件的影响，A错误；细胞周期的大部分时间进行物质的准备，即分裂间期时间占整个细胞周期的大部分，B正确；不同细胞的细胞周期时间往往不同，C正确；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为一个细胞周期，D正确。
2．下表所示为不同细胞的细胞周期持续时间(单位：h)。据表分析可以得出的结论是( )
细胞 分裂间期 分裂期 细胞周期
十二指肠细胞 13.5 1.8 15.3
肿瘤细胞 18.0 0.5 18.5
成纤维细胞 19.3 0.7 20.0
A．分裂期和细胞周期均最短的是肿瘤细胞
B．分裂期占细胞周期时间比例最小的是十二指肠细胞
C．不同种类细胞的细胞周期持续时间不同
D．不同种类细胞的分裂都是同步进行的
解析：选C 从表中分析可知，分裂期最短的是肿瘤细胞，但细胞周期最短的是十二指肠细胞，只有15.3 h，A错误；分裂期占细胞周期时间比例最小的是肿瘤细胞，B错误；三种细胞的细胞周期持续时间各不相同，说明不同种类细胞的细胞周期持续时间不同，C正确；不同种类细胞的细胞周期持续时间不同，它们的分裂也不是同步进行的，D错误。
[归纳提升]
1．细胞周期的定义
连续分裂的细胞，从一次细胞分裂结束开始，经过物质准备，到下一次细胞分裂结束为止的过程，称为一个细胞周期。
2．研究方法
科学家采用放射性同位素标记法，用32P标记蚕豆根尖细胞中的DNA并观察细胞有丝分裂的过程。
名师提醒：只有连续分裂的细胞才具有细胞周期，如发育中的受精卵、干细胞、洋葱根尖分生区细胞、茎的形成层细胞、皮肤生发层细胞等。有些细胞分裂结束后不再进行分裂，它们没有细胞周期。
3．细胞周期的组成及表示方法
—个细胞周期分为两个阶段，第—个阶段是分裂间期，第二个阶段是分裂期。
(1)分裂间期：占整个细胞周期的90%～95%，完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成。
(2)分裂期：占整个细胞周期的5%～10%，完成细胞的分裂。
(3)细胞周期的表示方法：
方法名称 表示方法 说明
扇形图 A→B→A(顺时针)为一个细胞周期
直线图 a＋b或c＋d为一个细胞周期
名师提醒：(1)细胞周期中，分裂间期经历的时间要长于分裂期，且分裂间期在前，分裂期在后。因此扇形图中，B→A→B(顺时针)不是一个细胞周期；直线图中，b＋c也不是一个细胞周期。
(2)影响细胞周期长短的因素：
①不同种类的细胞，其细胞周期长短不同。
②细胞周期的长短由遗传因素决定，同时受环境因素的影响，如温度通过影响酶的活性，进而影响细胞周期。
知识点(二)动物细胞的有丝分裂过程
1．着丝粒和着丝点：是染色体结构的重要组成部分，着丝粒连接两条姐妹染色单体，在电镜下，着丝点为圆盘状结构，其外侧主要与纺锤体微管相连，内侧与着丝粒相互交织。
2．中心体：常在细胞分裂间期进行复制。
3．纺锤体：主要由微管及其结合蛋白组成，动物细胞分裂前期星射线的形成和两个中心体向两极的运动，标志着纺锤体装配的开始。
4．过程
时期 图像 主要特点 快速记忆
间期 完成DNA的复制和有关蛋白质的合成 复制又合成
前期 丝状染色质变粗形成染色体，中心体移向细胞两极并发出星射线形成纺锤体，核膜解体、核仁消失 膜仁消失现两体
中期 着丝点与纺锤丝相连，染色体的着丝粒排列在赤道面上。染色体形态稳定、数目清晰 形定数清赤道齐
后期 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍，分别移向细胞两极 点分数倍均两极
末期 染色体逐渐变为染色质，核膜、核仁重新出现，细胞质膜内陷一分为二，形成两个子代细胞 膜仁重现失两体
(1)核膜、核仁的消失发生在中期(×)
(2)有丝分裂后期，在纺锤丝的牵引下，着丝粒会分裂，染色体数加倍(×)
(3)能连续分裂的细胞都可实现无限增殖(×)
(4)赤道面形成的时期发生在末期(×)
(5)间期染色体复制后染色体的数目加倍(×)
(6)姐妹染色单体形成于间期，在末期消失(×)
1．(生命观念)有丝分裂过程中，细胞内DNA分子数和染色体数加倍分别发生在什么时期？姐妹染色单体形成于何时，消失于何时？哪些时期存在姐妹染色单体？
提示：细胞内DNA分子数加倍在间期，染色体数加倍在后期。姐妹染色单体形成于间期(染色体复制)，消失于后期(着丝粒分裂)。前、中期存在姐妹染色单体。
2．(科学思维)请分析在有丝分裂过程中下列细胞结构主要有哪些变化。
(1)染色体；(2)纺锤体；(3)核膜和核仁。
提示：(1)染色体：复制→散乱分布于细胞中→着丝粒排列在赤道面上→着丝粒分裂→移向细胞两极→平均分配到两个子代细胞中；(2)纺锤体：形成(前期)→解体消失(末期)；(3)核膜和核仁：解体消失(前期)→重建(末期)。
1．在一个细胞周期中，染色体数目倍增、姐妹染色单体形成、染色体在细胞核中最早显现、染色体形态和数目最为清晰的时期依次为( )
①分裂间期 ②分裂前期 ③分裂中期 ④分裂后期 ⑤分裂末期
A．①②③④ B．④①②③
C．②③①④ D．⑤③②④
解析：选B 后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分离成为染色体，染色体数目倍增；间期染色体复制，结果一条染色体含有两条姐妹染色单体；染色质在前期螺旋化成为染色体；中期染色体的着丝粒排列在赤道面上，形态和数目最为清晰。
2．下列叙述中，可表明动物细胞正在进行有丝分裂的是( )
A．核糖体合成活动加强
B．线粒体产生大量ATP
C．中心体周围发出星射线
D．高尔基体数目显著增多
解析：选C 核糖体活动加强和线粒体产生大量ATP只能说明细胞代谢旺盛，不一定进行有丝分裂。高尔基体一般与细胞分泌物的形成有关，在植物细胞中，高尔基体还与细胞壁的形成有关，故动物细胞的高尔基体数目增多，说明细胞分泌活动加强，与有丝分裂无直接关系。选项中只有中心体周围发出星射线是动物细胞进行有丝分裂的特征。
[归纳提升]
1．染色体、姐妹染色单体、DNA分子三者之间的关系
(1)图示：
(2)说明：
①姐妹染色单体是染色体经过复制后仍连接在同一个着丝粒上的两条姐妹染色单体；当着丝粒分裂后，两条姐妹染色单体分开成为独立的染色体。
②染色体数目是根据着丝粒数目来计数的，有几个着丝粒就有几条染色体。
③无姐妹染色单体时，染色体∶DNA＝1∶1；有姐妹染色单体时，染色体∶姐妹染色单体∶DNA＝1∶2∶2。
2．一个细胞周期中细胞内染色体、DNA分子等的变化
时期 项目
染色体形态变化 染色体行为变化 染色体(2N)数目变化 姐妹染色单体数目变化 DNA(2C)数目变化
间期 复制 2N 0→4N 2C→4C
前期 散乱分布在细胞中 2N 4N 4C
中期 着丝粒排列在赤道面上 2N 4N 4C
后期 着丝粒分裂移向两极 2N→4N 4N→0 4C
末期 平均分配到两个子代细胞中去 4N→2N 0 4C→2C
名师提醒：(1)在间期，核DNA数目复制加倍，但染色体数目并未改变，染色体数目是在后期随着丝粒分裂而加倍的。
(2)着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果，而是相关酶的作用。
(3)姐妹染色单体形成于有丝分裂间期，因着丝粒分裂消失于后期。
(4)赤道面是人为假想的平面，不是真实的细胞结构，植物细胞的有丝分裂末期在赤道面位置上形成细胞板，进而扩展成为细胞壁。
(5)细胞板扩展形成细胞壁，与高尔基体有关。
[学习小结]
1．下列关于细胞周期的叙述中，错误的是( )
A．只有连续进行细胞分裂的细胞才具有细胞周期
B．细胞周期中间期时间较长
C．分裂间期要完成DNA的复制和蛋白质的合成
D．同一生物个体的不同细胞，细胞周期长短都相同
解析：选D 不同细胞的细胞周期长短一般不同。
2．下图表示细胞周期，有关叙述错误的是( )
A．按箭头所示方向，a→a或b→b表示一个细胞周期
B．染色体的平均分配发生于a→b段
C．细胞中核DNA含量的加倍发生在b→a段
D．机体内大多数细胞不在b→b中
解析：选A 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，为一个细胞周期，据图可知，a→b段为细胞分裂期，b→a段为分裂间期，故细胞周期可以表示为b→b；染色体平均分配发生在细胞分裂的后期，即a→b段；b→a段为细胞分裂间期，该时期完成DNA的复制，细胞中核DNA含量加倍；多细胞生物体内大多数细胞是无法连续分裂的，大多数细胞不在细胞周期中。
3.如图为细胞周期中部分细胞核的变化示意图，此过程( )
A．发生在细胞分裂期的末期，核膜再度合成
B．发生在细胞周期的分裂间期，染色质复制
C．发生在细胞分裂期的前期，核膜逐渐解体
D．发生在细胞分裂期的中期，染色质螺旋变粗
解析：选C 由图可知，该细胞核中染色体已完成复制，每条染色体含有两条姐妹染色单体，核膜逐渐解体，这是细胞分裂前期的特点。
4．下图表示一个细胞有丝分裂过程中染色体变化的不同情况，在整个细胞周期中，染色体变化的顺序应该是( )
A．①④⑤③② B．②③①④⑤
C．①⑤④③② D．⑤④③②①
解析：选C 细胞分裂的间期DNA分子复制后每条染色体上含有两个DNA分子，但在间期呈染色质状态，如图①所示；在前期变成染色体，如图⑤所示；在中期由于纺锤丝的牵引，着丝粒排列在赤道面上，如图④所示；在分裂的后期着丝粒分裂，形成两条染色体，分别移向细胞的两极，如图③所示；在分裂的末期时，只存在含有一个DNA分子的染色体，如图②所示。
5．如图是对某动物细胞有丝分裂过程中细胞内染色体数(a)、姐妹染色单体数(b)和核DNA分子数(c)的统计图。下列叙述中不正确的是( )
A．图①可用于表示细胞有丝分裂的前期
B．分裂后期可用图②表示
C．间期用图②表示最恰当
D．图③可表示细胞分裂完成
解析：选C 先判断图①②③可表示哪些时期，再根据各时期的特点逐项分析。图①中存在姐妹染色单体，且姐妹染色单体数、核DNA分子数均为染色体数的2倍，故可表示有丝分裂间期DNA复制完成后及分裂期的前期和中期。与图①相比，图②中染色体数目加倍，姐妹染色单体数为零，可表示有丝分裂后期和末期。与图②相比，图③中染色体数和核DNA分子数恢复为正常值，可表示有丝分裂完成或间期DNA复制前。
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