【学案】 第6章　第1节　第2课时　动物细胞的有丝分裂与观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 人教版（2019）生物学 必修1

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第2课时　动物细胞的有丝分裂与观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.说明动植物细胞有丝分裂的异同。2.阐明有丝分裂中染色体和DNA等物质变化规律。3.能制作植物根尖分生区组织细胞有丝分裂的临时装片，观察、描述有丝分裂各个时期的特点。 1.动物细胞区别于高等植物细胞有丝分裂的主要特征在于：①间期要进行中心粒倍增；②前期纺锤体由中心粒发出的星射线组成；③末期细胞膜从中部凹陷并把细胞缢裂为两部分。2.洋葱根尖细胞有丝分裂装片制作的流程为：解离→漂洗→染色→制片。
[主干知识梳理]
一、动物细胞的有丝分裂
1．动植物细胞有丝分裂的区别
时期 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
间期 无中心粒的倍增(低等植物细胞除外) 中心粒倍增
前期 细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体 中心粒发出星射线，形成纺锤体
末期 细胞板扩展为细胞壁，分割细胞质 细胞膜从中部向内凹陷，缢裂细胞质
2.有丝分裂的特征和意义
(1)特征：将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后，精确地平均分配到两个子细胞中。
(2)意义：由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。
二、无丝分裂
(1)特点：分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。
(2)过程：
①细胞核先延长，核的中部向内凹陷，缢裂成两个细胞核。
②整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。
(3)实例：蛙的红细胞的无丝分裂。
三、观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
1．实验原理
(1)高等植物根尖、芽尖的分生区细胞能进行有丝分裂。
(2)在高倍显微镜下观察各个时期细胞内染色体的存在状态，就可以判断这些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(如甲紫溶液)着色。
2．实验步骤
[边角知识发掘]
1．下图是动植物细胞分裂示意图(教材P112～114图6 2、图6 3)，请按照要求归类。
(1)表示高等植物细胞有丝分裂的是________________________________。
(2)表示动物细胞有丝分裂的是___________________________________________。
答案：(1)图2、图3、图5　(2)图1、图4、图6
2．细胞是否能够无限分裂？癌细胞为什么能够恶性增殖？(教材P115楷体字部分)
提示：正常细胞不会无限分裂，在人的一生中，体细胞一般能够分裂50～60次。但是，有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。
[教材问题提示]
(一)思考·讨论(教材P114)
1．动物细胞有丝分裂和植物细胞有丝分裂在染色体的行为、染色体和DNA数量变化的共同规律是：在前期，染色质丝螺旋缠绕、缩短变粗形成染色体，每条染色体由两条并列的姐妹染色单体组成，此时染色体的数量不变，但DNA的数量较体细胞加倍；在中期，染色体的着丝粒都排列在赤道板上；在后期，染色体的着丝粒分裂成两个，两条姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下分别移向细胞的两极，此时染色体的数量加倍，而DNA的数量保持不变；在末期，染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝，末期结束后子细胞中染色体和DNA的数量与亲代相同。
2．动物细胞的有丝分裂过程与植物细胞的不同点是：第一，动物细胞有由一对中心粒构成的中心体，中心粒在间期倍增，成为两组。进入分裂期后，两组中心粒分别移向细胞两极。在这两组中心粒的周围，发出大量放射状的星射线，两组中心粒之间的星射线形成了纺锤体；第二，动物细胞分裂的末期不形成细胞板，而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部分，每部分都含有一个细胞核。
3．细胞有丝分裂的重要意义是：将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)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，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。
(二)思维训练(教材P115)
1．细胞越小，表面积与体积的比值越大。
2．细胞越大，表面积与体积的比值越小，物质运输的效率就越低。
3．细胞不是越小越好，因为细胞中有众多的必需物质和细胞器，细胞太小，就没有足够的空间，细胞就不能进行相应的生命活动，发挥出相应的生理功能。
新知探究一　动植物细胞有丝分裂的区别及无丝分裂
[在探究中学]
[任务驱动]　
1．据动物细胞有丝分裂模式图归纳动植物细胞有丝分裂的区别
(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，动物细胞是由中心粒周围发出星射线形成纺锤体。
(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，一个细胞分裂成两个子细胞；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，两组中心粒周围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植物细胞高尔基体参与分裂，合成纤维素和果胶，形成细胞壁。
2．无丝分裂过程中是否要进行DNA复制？
提示：无丝分裂过程中要进行DNA复制。
[师说重难]　
1．比较动物细胞与高等植物细胞有丝分裂的主要区别
2．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
[在应用中悟]
[典例1]　如图是某生物体细胞有丝分裂不同时期的图像，下列对其叙述正确的是(　　)
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、染色单体数与核DNA分子数的比例都为1∶2∶1
C．甲细胞进行中心体复制，发出星射线，形成了纺锤体
D．该生物可能是低等植物细胞
[解析]　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，主要特征是核仁解体、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。
[答案]　A
[典例2]　下表为某同学观察到的4块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 中心粒周围发出星射线，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]　动物细胞有丝分裂前期由中心粒周围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膜凹陷把细胞缢裂为两部分，而植物细胞则通过形成细胞板将细胞一分为二。
[答案]　C
■归纳拓展
动物细胞和高等植物细胞有丝分裂的区别的“三、二、一”
(1)三个时期：区别较大的集中在分裂间期、前期和末期；
(2)二个结构：变化集中于中心体和细胞板两个结构；
(3)一个特例：低等植物细胞兼具动物和高等植物细胞的特点。
[在训练中评]
1．与高等植物细胞有丝分裂相比，下列叙述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地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
解析：选A　高等植物细胞中没有中心体，动物细胞中有中心体，在动物细胞有丝分裂前期，两组中心粒分别移向细胞两极，并发出星射线形成纺锤体，末期细胞缢裂形成两个子细胞；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地均分到两个子细胞中。
2．(2020·荆门期末)a、b、c、d分别是一些生物细胞某个分裂时期的示意图，下列有关叙述正确的是(　　)
A．a图表示植物细胞有丝分裂中期
B．b图表示人的红细胞分裂的某个阶段
C．c图细胞可能来自d图所示细胞
D．d图细胞中含有8条染色体
解析：选C　a图中细胞正逐步形成细胞板，表示植物细胞有丝分裂末期，A错误；人的成熟的红细胞没有细胞核，不能进行无丝分裂，人的红细胞是由骨髓造血干细胞增裂、分化而来的，b图可表示蛙的红细胞分裂的某个阶段，B错误；c图中细胞处于有丝分裂的后期，有8条染色体，d图中细胞处于有丝分裂的中期且有4条染色体，故c图细胞可能来自d图所示细胞，C正确；d图表示动物细胞有丝分裂中期，细胞中含有4条染色体、8条染色单体，D错误。
新知探究二　观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
[在探究中学]
[任务驱动]　
根据下图和教材内容完成下列问题
(1)该实验的选材有什么要求？
提示：由于处于分裂期的细胞数目较少，因此选材时要选分裂期占细胞周期的比例相对较高的生物细胞，这样可以使处于分裂期的细胞相对较多，容易观察。
(2)解离完了要进行漂洗，而且一定要彻底，这样处理的目的是什么？
提示：防止残留的解离液(盐酸)继续破坏细胞，同时盐酸也腐蚀镜头。
(3)视野中处于哪个分裂时期的细胞数目最多？为什么？
提示：处于间期的细胞最多，因为细胞周期中间期所占的时间最长。
(4)为何要找分生区？分生区的特点是什么？能用高倍物镜找分生区吗？为什么？
提示：因为在根尖中只有分生区的细胞能够进行细胞分裂；分生区的特点是：细胞呈正方形，排列紧密，有的细胞处于分裂状态；不能用高倍物镜找分生区，因为高倍物镜观察的实际范围很小，难以发现分生区。
(5)所观察的细胞能从中期变化到后期吗？为什么？
提示：不能，因为所观察的细胞都是停留在某一时期的死细胞。
[师说重难]　
实验成功的关键及注意事项
实验材料的选择 类型 选取分裂期占细胞周期比例相对较大的材料
部位 选取分裂旺盛的部位(如根尖、芽尖的分生区)
时间 必须在分裂旺盛的时间
操作注意事项 解离时间 太短 细胞间质未被完全溶解，压片时细胞不易分散
过长 导致细胞解离过度、根尖酥软，影响染色
漂洗时间 适宜 洗去多余的盐酸，防止解离过度而影响染色
染色时间 太短 染色体或染色质不能完全着色
过长 使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体
压片 过轻 细胞未分散开
过重 将组织压烂
显微镜观察 细胞状态 显微镜观察的都是死细胞，不能看到动态变化
细胞数目 间期的细胞数目最多，原因是间期历时最长
易错提醒 ①不清楚“解离”的作用原理，误认为可以观察细胞有丝分裂的动态变化过程②不清楚细胞具有的相应结构，误认为赤道板也能观察到③对取材原理不清楚，误认为根尖任何部位的细胞都可作为观察对象，实际上只有分生区细胞才可以作为观察对象
[在应用中悟]
[典例1]　下面是关于观察洋葱根尖细胞有丝分裂实验的部分操作示意图，有关评价合理的是(　　)
A．剪取洋葱根尖2～3 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]　洋葱根尖2～3 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，用来观察质壁分离和复原时，实验现象不明显。
[答案]　C
[典例2]　回答与观察细胞染色体实验有关的问题：
(1)右图表示洋葱根尖细胞的细胞周期。假设洋葱根尖细胞的细胞周期大多开始于夜晚22：00时，若要观察洋葱根尖细胞有丝分裂过程，取材的最佳时间是________。
(2)某同学检查了洋葱根尖6 000个处于有丝分裂中的细胞，其中有692个处于前期，105个处于中期，35个处于后期，168个处于末期。据此判断，下列有关叙述错误的是(　　)
A．分裂期中各时期相对持续时间是前期＞末期＞中期＞后期
B．细胞周期中分裂期持续的时间比分裂间期要短
C．分裂期中前期持续的时间最短
D．分裂中期持续的时间约为0.21 h
[解析]　(1)分裂间期是一个新的细胞周期的开始，观察洋葱根尖细胞的有丝分裂过程主要是观察分裂期的各期图像，结合题干信息和题图计算得出：分裂期所处的时间是次日8：00～10：00。(2)由题干可知，处于前期的细胞数目＞处于末期的细胞数目＞处于中期的细胞数目＞处于后期的细胞数目，根据细胞数目推测细胞有丝分裂过程中各个时期的时间关系为前期＞末期＞中期＞后期。分裂中期持续时间为105÷6 000×12＝0.21(h)。
[答案]　(1)次日8：00～10：00　(2)C
■方法规律
细胞分裂时期与所观察细胞数目的关系及计算
(1)细胞周期中不同时期持续时间长短与处于该时期的细胞数呈正相关。
(2)某时期持续时间(t)＝×细胞周期(T)。
[在训练中评]
1．(2019·江苏高考)下列关于观察植物细胞有丝分裂实验的叙述，正确的是(　　)
A．只有从新生的根尖上取材，才能观察到有丝分裂
B．解离时间要尽量长，以确保根尖组织细胞充分分离
C．滴加清水、弄碎根尖以及压片都有利于细胞的分散
D．临时装片镜检时，视野中最多的是处于分裂中期的细胞
解析：选C　高等植物的根尖、茎尖等部位的分生区细胞都能进行有丝分裂，A错误。解离时间不宜过长或过短，解离时间过长会使根尖过分软化，且细胞内染色体结构被破坏；解离时间过短，根尖细胞未完全分散开，细胞可能会重叠，B错误。在实验过程中，滴加清水、弄碎根尖以及压片等操作都有利于细胞的分散，C正确。分裂间期在细胞周期中历时最长，故在显微镜下，可观察到处于分裂间期的细胞数目最多，D错误。
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如下表所示：(“＋”表示操作，“－”表示未操作)
实验人员 操作
取材 解离 漂洗 染色 制片
甲 根尖1～3 mm处 － ＋ ＋ ＋
乙 根尖1～3 mm处 ＋ － ＋ ＋
丙 根尖5～7 mm处 ＋ ＋ ＋ ＋
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。
科学思维——构建模型与运用模型
1．有丝分裂中核DNA数量变化曲线的两种变式模型
(1)图2表示有丝分裂过程中每条染色体上DNA含量变化曲线。
①图中ef段表示分裂间期，变化的原因是DNA分子复制。
②fg段是存在染色单体的时期，包括间期的G2期、前期和中期，每条染色体中含有2个DNA分子。
③g→h变化的原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体，染色单体消失，每条染色体中只含有1个DNA分子。
④hi段表示有丝分裂的后期和末期。
(2)图3表示染色体与核DNA数目之比，是图2的变式。
①在有染色单体时，染色体数与核DNA数之比为1∶2；不存在染色单体的时期，染色体数与核DNA数之比为1∶1。
②图中BC段表示分裂间期，CD段表示有丝分裂的间期的G2期、前期和中期，EF段表示有丝分裂的后期和末期。
2．运用模型解释细胞不能无限长大
(1)细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞与周围环境的物质交换能力越小。
(2)细胞内物质的交换受到细胞体积的制约，细胞体积过大，会影响物质运输的效率，细胞内的生命活动也不能得到有效的控制。
[素养评价]
1．以下有关细胞大小和分裂的叙述，正确的是(　　)
A．细胞体积越小，表面积也越小，物质运输效率越低
B．原核细胞只能通过无丝分裂增加数目
C．人的成熟红细胞可以进行有丝分裂，蛙的红细胞能进行无丝分裂
D．细胞不能无限长大的原因之一是细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加
解析：选D　细胞体积越小，表面积也越小，但相对表面积增大，物质运输效率升高；原核细胞可通过二分裂增加数目，无丝分裂是真核细胞的分裂方式；人的成熟红细胞在分化过程中会失去细胞核，不能再进行分裂；细胞核是细胞的控制中心，细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加，这是细胞不能无限长大的原因之一。
2．如图是细胞有丝分裂过程中一条染色体上的DNA含量变化图解，下列叙述正确的是(　　)
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．该细胞中，在bc段始终有染色单体存在
D．若该细胞是植物细胞，则cd段高尔基体和内质网活动非常活跃
解析：选C　ab段一条染色体上的DNA分子由一个变为两个，表示的是DNA复制。出现cd段的原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为染色体，每条染色体上只含有一个DNA分子。bc段每条染色体上始终有两个DNA分子，说明始终有2条姐妹染色单体。cd段为有丝分裂后期，而不是末期，若该细胞是植物细胞，末期时高尔基体活动才开始活跃。
3．如图表示细胞分裂的不同时期，细胞内染色体与核DNA数目比的变化关系，下列相关叙述错误的是(　　)
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段属于间期，进行DNA复制和有关蛋白质的合成。
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