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第6章 第1节 细胞的增殖
学习目标 素养目标
1.简述细胞生长和增殖的周期性。 2.概述细胞有丝分裂的过程。 1.生命观念:认同细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础,形成科学的自然观和世界观。
2.科学思维:运用模型与建模的科学思维分析、讨论植物细胞有丝分裂的过程。
生物体的长大,是靠细胞数量的增多还是靠细胞体积的增大?
生物体的生长,既靠细胞分裂增加细胞的数量,还要靠细胞生长增大细胞的体积
象与鼠的个体大小相差十分悬殊,但是象与鼠相应器官和组织的细胞在大小上无明显差异
一、细胞不能无限长大的原因
大多数动(植)物细胞直径在20~30 μm之间。对多细胞生物体来说,生物体的大小与细胞的大小几乎没有关系,生物体的大小主要体现在细胞数量上。个体大,则细胞数量多;个体小,则细胞数量少。二者呈正比关系。
边长 表面积 体积 比值 (表面积/体积) 葡萄糖 扩散深度 比值
(扩散体积/总体积)
2
4
8
87.5%
0.5
3:1
8
24
57.8%
0.5
1.5:1
64
96
33%
0.5
0.75:1
512
384
物质运输效率
相对表面积
8mm
8mm
8mm
2mm
2mm
2mm
4mm
4mm
4mm
一、细胞不能无限长大的原因
扩散速率
教材115
细胞体积越大,其相对表面积越小,细胞与周围环境之间物质交换的面积相对越小,细胞的物质运输的效率就越低
①细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大
②细胞的核质比例限制了细胞的长大
既然细胞越小,细胞相对表面积就大,细胞的物质运输的效率就越高,细胞体积是不是越小越好?
细胞体积最小限度,是由完成细胞功能所必须的基本结构(如核糖体、线粒体等)和物质(如酶)所需要的空间决定的
一、细胞不能无限长大的原因
细胞不能无限长大的原因
(1)细胞的体积增大,相对表面积减小,细胞与外界的物质交换效率降低。
(2)细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心,细胞核所控制的细胞质范围有一定的限度。
教材115
定义:细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程
单细胞生物:通过细胞增殖进行繁殖
多细胞生物:
①从受精卵开始,经过细胞增殖和分化逐渐发育为成体
②通过细胞增殖产生新的细胞来补充已经衰老死亡的细胞
意义:①重要的细胞生命活动
②生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础
二、细胞增殖
细胞增殖的意义
(1)生长、发育的基础
①单细胞生物通过细胞分裂产生新个体;
②多细胞生物的受精卵经过细胞分裂、细胞分化发育成新个体;
③多细胞生物通过细胞分裂产生新细胞,取代衰老、死亡的细胞。
(2)繁殖的基础:对单细胞生物而言,细胞增殖意味着个体的繁衍;对多细胞生物而言,亲代细胞通过细胞增殖产生子代生殖细胞。
(3)遗传的基础:遗传物质由亲代细胞通过细胞增殖传递给子细胞。
细胞增殖包括____ ____和____ ____ 两个连续的过程
物质准备
细胞分裂
细胞增殖具有周期性
物质准备—细胞分裂—物质准备—细胞分裂······
过程:
特点:
真核细胞
有丝分裂
无丝分裂:如蛙的红细胞分裂
减数分裂
→产生体细胞
→产生生殖细胞
细胞增殖方式
原核细胞:
二分裂
二、细胞增殖
原核细胞:主要是二分裂。
注:非细胞生物病毒的繁殖方式是自我复制。
真核细胞
有丝分裂:真核生物体细胞增值的主
要方式
无丝分裂:蛙的红细胞等特殊细胞的
增值方式
减数分裂:真核生物产生生殖细胞的
方式
教材111
定义:连续分裂(前提)的真核细胞,从一次分裂完成(起点)时始,到下一次分裂完成(终点)时为止,为一个细胞周期
细胞类型 分裂间期 分裂期 细胞周期
蚕豆根尖分生区细胞 15.3 2.0 17.3
小鼠十二指肠上皮细胞 13.5 1.8 15.3
人的肝细胞 21 1 22
人的宫颈癌细胞 20.5 1.5 22
①细胞周期时间长短一般不同,也有相同的
②分裂间期在前,时间长(90%~95%),分裂期在后,时间短
三、细胞周期
思考:是否所有细胞都有细胞周期?
①分化程度高的细胞不再分裂,故不具有细胞周期,如神经细胞、表皮细胞
③有一些细胞会暂时停止分裂,但仍能返回细胞周期,如结缔组织中的成纤维细胞,记忆细胞、B细胞
④有一些细胞会持续分裂,如造血干细胞
②进行减数分裂和无丝分裂的细胞没有细胞周期
三、细胞周期
有丝分裂子细胞的变化
(1)保持分裂的能力(不分化),如造血干细胞、根尖分生区细胞。
(2)暂不分裂,生命活动需要时,恢复分裂能力,如肝脏细胞。
(3)彻底丧失分裂能力,分化为成熟细胞,行使具体功能,如叶肉细胞、神经细胞、根尖成熟区细胞等多数体细胞。
1、在生物体内,细胞分裂后产生的下列子细胞的分裂状况
a.根尖分生区细胞 b.根尖成熟区细胞 c.茎形成层细胞 d.芽生长点细胞 e.B细胞 f.记忆细胞 g.浆细胞 h.叶肉细胞 i.洋葱鳞片叶表皮细胞
①持续分裂:始终处于细胞周期中,如部分造血干细胞、卵裂期细胞、癌细胞、 (填字母,下同)等。
②暂不分裂:暂时脱离细胞周期,但仍具有分裂能力,在一定条件下可回到细胞周期中,如肝脏细胞、 等。
③永不分裂:永远脱离细胞周期,处于分化状态直到死亡,如肌纤维细胞、神经细胞、 等。
思考
a、c、d
e、f
b、g、h、i
三、细胞周期
细胞周期的表示方法
细胞周期:_____
分裂间期:_____
分 裂 期:_____
B- A -B
B-A
A-B
方法二:直线图
A B C D E F G
细胞周期:
分裂间期:
分 裂 期:
AC
AB
BC
CE
EG
CD
EF
DE
FG
先长后短
三、细胞周期
方法一:扇形图
A
B
判断一个完整细胞周期的方法
(1)“先长后短”:一个细胞周期要先经过一个长的间期,再经过一个短的分裂期。分裂间期为分裂期提供了物质基础,因此分裂间期在前,经历的时间长;分裂期在后,经历的时间短。
(2)“完成到完成”:从完成时开始,到完成时结束,为一个细胞周期。
(3)“先复制,后分裂”:一个细胞周期一定要先完成DNA的复制,才能完成细胞的分裂。
归纳总结
与细胞周期有关几种常考图形
(2)以“核DNA含量”为衡量指标:图3中a、a~b处的细胞,以及b处部分细胞,可分别对应图4中的a、b、c,即分别对应G1期、S期、G2期,均属于分裂间期。
(3)以“mRNA含量”为衡量指标:G1、G2期均有蛋白质合成,G1期在前,G2期在后。
三、细胞周期
G1期
S期
分裂期
G2期
分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备,完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞有适度的生长
G1 (Gap 1)
RNA、相关蛋白质的合成
S (Synthesis)
DNA的复制(合成)
G2 (Gap 2)
相关蛋白质合成
(DNA聚合酶等)
分裂间期
分
裂
间
期
分裂期
前期
中期
后期
末期
子细胞
90%-95%
分裂间期分为G1期、S期、G2期。G1期(DNA合成前期)的特点:G1期是从上次细胞增殖周期完成以后开始的。这一时期主要进行RNA、一些蛋白质和酶的生物合成,为复制作准备。细胞较快生长,体积随着细胞内物质的增多而增大。S期(DNA合成期)的特点:从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻。S期最主要的特征是DNA分子的复制,使DNA含量增加了一倍;另外还合成了一些组蛋白,供组成新的染色质。G2期(DNA合成后期)的特点:在G2期中,DNA的合成终止,但是还有RNA和蛋白质的合成,形成微管蛋白和细胞膜上的蛋白质,为细胞分裂期作准备。
分裂间期包括G1期、S期和G2期
(1)G1期:合成DNA的前体物质、DNA聚合酶和合成RNA所必不可少的其他酶系,储备能量。
(2)S期:合成、复制DNA。
(3)G2期:RNA和微管蛋白等蛋白质的合成。
复制
着丝粒
姐妹染色单体
缩短加粗螺旋化
着丝粒分裂
姐妹染色单体
着丝粒数
染色体数
染色单体数
DNA数
1
0
1
1
2
2
1
2
2
2
0
2
细胞中的染色体数目,以着丝粒的多少为准
DNA分子数以条形结构的数量为准
三、细胞周期
着丝粒
姐妹染色单体
复制
着丝粒
姐妹染色单体
复制
着丝粒分裂
着丝粒
姐妹染色单体
复制
1
1
1
2
细胞核先延长,核的中部向内凹进,缢裂成两个细胞核
整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞
2、特点:在分裂过程中,没有出现纺锤丝和染色体的变化,但有DNA的复制
3、实例:蛙的红细胞的分裂
1、过程
四、无丝分裂
1.科学家用32P标记的磷酸盐浸泡蚕豆幼苗,追踪放射性的去向以研究蚕豆根尖细胞分裂情况,得到根尖细胞连续分裂的时间(单位:h)数据如图所示。下列叙述正确的是
A.de阶段发生遗传物质的平均分配
B.bc阶段结束时核DNA含量增加一倍
C.cd阶段完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成
D.—个细胞周期可表示为cd+de
√
典题应用
随堂训练
2.如图是按顺时针方向表示的4种植物细胞的细胞周期,下列说法正确的是
A.图中的b→a→b表示细胞增殖过程的一个细胞周期
B.图甲的b→a与图丙的b→a所用的时间可能一样长
C.温度对植物a→b的生理活动没有影响
D.细胞中核DNA的复制发生在b→a段
√
随堂训练
一、易错辨析
1.任何具有分裂能力的细胞都具有细胞周期( )
2.洋葱的表皮细胞比分生区细胞的增殖周期长( )
3.细胞周期具有物种特异性,同一生物体内不同细胞的细胞周期是相同的
( )
4.同一细胞的细胞周期是一定的,不会受到环境条件的影响( )
5.间期细胞核中的主要变化是DNA分子的复制和有关蛋白质的合成( )
×
×
×
×
五分钟查落实
×
随堂训练
6.有丝分裂后期着丝粒的分裂是纺锤丝牵引的结果( )
7.赤道板不是真实存在的细胞结构,观察不到;细胞板的形成与高尔基体有关,可以观察到( )
8.除中心体之外的细胞器在子细胞中的分配是随机的( )
9.卵细胞的体积较大,这样可以提高细胞与外界物质交换的效率( )
√
√
×
×
随堂训练
二、填空默写
1.(必修1 P111)细胞周期:_________________________________________
_____________________,为一个细胞周期。
2(必修1 P111)细胞周期大部分时间处于分裂间期。分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备,完成 ________ ,同时细胞有适度的生长。
3.(必修1 P114)细胞有丝分裂的重要意义,是_________________________
______________________________________________________。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________
_______。
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
DNA分子的复制和有关蛋白质的合成
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
遗传的
稳定性
4.据下面两幅不同生物细胞有丝分裂图回答下列问题:
(1)A图表示 (填“高等动物细胞”
或“高等植物细胞”),判断的理由:_______
_________________________________________。
(2)B图表示 (填“植物”或“动物”)细胞
有丝分裂的 期,此时期细胞内发生的主要变化是_________________
__________________________________________________________。
高等植物细胞
具有细
胞壁;无中心体,两极发出纺锤丝形成纺锤体
动物
后
着丝粒分裂,姐妹染色单体分开成为两条子染色体,在纺锤丝牵引下移向细胞两极
四、高等植物有丝分裂
阅读教材112-113页内容,思考以下问题
①人为将有丝分裂过程分为几个时期,依据是什么?各个时期具有什么特点?
②如何理解这些染色体行为背后的意义?
③有丝分裂过程中细胞内染色体、姐妹染色单体、DNA的数目是如何改变的?如何用数学模型表示?
四、高等植物有丝分裂
四、高等植物有丝分裂
一个个体(成人)
约1014个体细胞
每个细胞的一个细胞核内有46条染色质(体),46个链状DNA
受精卵
1个细胞
细胞核内有46条染色质(体)
46个链状DNA
46个DNA
92个DNA
间期
DNA复制
有丝分裂均分
+
46个DNA
46个DNA
有丝分裂核心任务
四、高等植物有丝分裂
有丝分裂核心任务
46个DNA
92个DNA
间期
DNA复制
+
有丝分裂均分
46个DNA
46个DNA
前期
末期
间期(不属于有丝分裂)
中期
后期
四、高等植物有丝分裂
变化:完成DNA的复制和有关蛋白质的合成
结果:
每条染色体有两条姐妹染色单体(呈染色质形态)
细胞中DNA数目加倍,染色体数目不变
核膜
核仁
染色质
分裂间期
核膜核仁完整
染色体(质)数目 染色单体数目 DNA分子数 每条染色体上的DNA分子数
DNA复制前
DNA复制后
2N
2N
0
4N
2N
4N
1
2
四、高等植物有丝分裂
不属于有丝分裂
核膜
核仁
染色质
着丝粒
姐妹染色单体
特点:完成__________________和___________________
DNA分子的复制
蛋白质的合成
结果:每个着丝粒连接____________________,呈________形态
DNA数______,染色体数______
两条姐妹染色单体
染色质
加倍
不变
四、高等植物有丝分裂
分裂间期
① _____消失、_____解体
② 细胞两极发出纺锤丝,形成 _______
③ 染色质→_______(散乱分布)
每条染色体包括___条染色单体
纺锤丝
着丝粒
染色体
核膜
核仁
纺锤体
染色体
两
四、高等植物有丝分裂
有丝分裂前期
染色体数目 染色单体数目 DNA分子数 每条染色体上的
DNA分子数
2N
4N
4N
2
膜仁消两体现
间期
前期
染色体
①纺锤丝牵引染色体运动,着丝粒都排列在________(实际不存在)上
赤道板
四、高等植物有丝分裂
有丝分裂中期
形定数晰赤道齐
染色体数目 染色单体数目 DNA分子数 每条染色体上的
DNA分子数
2N
4N
4N
2
②染色体的数目和形态最清晰,用显微镜观察的最佳时期
前期
中期
子染色体
① 分裂成两个, 分开,成为两条染色体。由纺锤丝牵引分别移向细胞两极
②染色单体_________,染色体数目_____, DNA 数目_____
消失为0
加倍
不变
四、高等植物有丝分裂
有丝分裂后期
粒裂数增两极均
染色体数目 染色单体数目 DNA分子数 每条染色体上的
DNA分子数
4N
0
4N
1
着丝粒
姐妹染色单体
中期
后期
有丝分裂后期
四、高等植物有丝分裂
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?
着丝粒的分裂不是纺锤丝牵引的结果。用秋水仙素处理分裂中的细胞,抑制纺锤体形成,后期染色体的着丝粒照样可以分裂,从而使细胞中染色体数目加倍,这就说明着丝粒分裂不是纺锤丝牵引所致
提示:秋水仙素能够抑制纺锤体的形成
细胞板
核膜
_________________ 消失
____________重现
核膜、核仁
染色体、纺锤体
细胞板
①两消:
②两现:
③壁重建:在赤道板位置出现________
形成新的________
细胞壁
1个亲代细胞 2个完全相同的子代细胞
四、高等植物有丝分裂
两消两现新壁建
有丝分裂末期
染色体数目 染色单体数目 DNA分子数 每条染色体上的
DNA分子数
4N→2N
0
4N→2N
1
后期
末期
前期
末期
间期
中期
后期
DNA复制
蛋白质合成
细胞适度生长
粒裂数增
两极均
形定数清
赤道齐
膜仁消失两体现
两消两现
新壁建
四、高等植物有丝分裂
图形识别
细胞增殖过程中一个细胞内的核DNA分子数、染色体数和染色单体数变化的特殊时期归纳
(1)核DNA分子数目加倍的时期——分裂间期。
(2)姐妹染色单体形成的时期——分裂前期。
(3)染色体数目是体细胞中2倍的时期——有丝分裂后期和末期前段。
(4)染色单体数目为零的时期——有丝分裂后期、末期及分裂间期DNA分子复制前的时期。
(5)染色体数目与核DNA分子数目之比为1∶2的时期——分裂间期DNA分子复制完成后的时期及分裂期的前期和中期。
(6)染色体数目与核DNA分子数目之比为1∶1的时期——分裂间期DNA分子复制前及分裂期的后期和末期。
3.有丝分裂相关过程中染色体数与核DNA数比值的变化曲线
有丝分裂后期着丝粒分裂,染色单体消失
S期DNA的复制,染色体单体形成
G2
有丝分裂前期和中
4.根据柱状图判断细胞分裂时期的规律(以二倍体生物为例)
(1)根据染色单体变化判断各时期
染色单体
有→ (甲图)
无→后期、末期(乙图)、G1期(丙图)
G2期、前期、中期
(2)根据比例关系判断各时期
核DNA∶染色体∶染色单体
4n∶2n∶4n→ (甲图)
4n∶4n∶0→ (乙图)
2n∶2n∶0→ (丙图)
G2期、前期、中期
后期、末期
G1期
2.在下面坐标图中画出一个细胞周期中细胞内染色体数、核DNA分子数的变化曲线。
提示 如图所示
请思考:在一个连续分裂的细胞内发生的下列变化。
(1)核DNA在_________发生复制,含量加倍。
(2)核DNA含量在_______________减半,减半的原因是_______________
_______________________。
(3)染色体数目在_________加倍,加倍的原因是_____________________
_______________________________。
(4)染色体数目在_______________减半,减半的原因是_______________
_______________________。
分裂间期
分裂末期结束时
姐妹染色单体分
开后分别进入两个子细胞
分裂后期
每个着丝粒分裂成两个,
姐妹染色单体分开成为两条染色体
分裂末期结束时
姐妹染色单体分
开后分别进入两个子细胞
四、高等植物有丝分裂
4.在下面坐标图中画出一个细胞周期中每条染色体上DNA分子数的变化曲线,并在纵轴上标出正确的取值。
提示 如图所示
间期 前期 中期 后期 末期
DNA数目
染色体
染色单体
2N
4N
2N
4N
0
2N
4N
2N
4N
4N
4N
4N
0
0
2N
4N
4N
2N
4N
有丝分裂中染色体、染色单体及其DNA数目变化规律
2N
4N
五、拓展应用
有丝分裂过程中相关物质量的变化曲线分析(假定正常体细胞的细胞核中DNA含量为2C,染色体数目为2N)
细胞内核DNA分子、染色体、染色单体和每条染色体上DNA含量变化曲线如下:
(1)a→b,j→k,l→m的变化原因都是DNA分子复制。
(2)f→g,p→q,n→t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。
(3)c→d,h→i的变化原因都是一个细胞分裂形成两个子细胞。
(4)细胞周期中,染色单体数始于“0”终于“0”。
间期
0
4N
2N
前期
中期
后期
末期
1.染色体数目的变化规律
着丝粒分裂
姐妹染色单体分开
细胞分裂
形成子细胞
五、拓展应用
2.DNA数目的变化规律
0
4N
2N
间期
前期
中期
后期
末期
DNA
复制
细胞分裂
形成子细胞
五、拓展应用
0
4N
2N
着丝粒分裂
染色单体消失
间期
前期
中期
后期
末期
间期染色体复制形成染色单体
3.染色单体数目的变化规律
五、拓展应用
G1
前
中
后
末
G2
S
1
a
b
c
d
e
ab:间期DNA复制,一条染色体上有2条DNA分子
cd:后期着丝粒分裂,一条染色体上有1个DNA分子
五、拓展应用
4.染色体与核DNA之比
根据柱状图判断有丝分裂时期
甲
2N
4N
O
乙
2N
4N
O
丙
2N
4N
O
数量(个)
数量(个)
数量(个)
染色体
核DNA
染色单体
G2、前、中
后、末
G1、子细胞
五、拓展应用
甲、乙、丙为某生物有丝分裂某时期细胞中染色体、DNA和染色单体的数量
某些分裂时期不存在b,所以b为________
DNA的数量可以是染色体的2倍,染色体的数量不可能是DNA的2倍,所以a为______
染色单体
染色体
五、拓展应用
G2、前、中
后、末
G1、子细胞
DNA复制是个连续的过程
存在很多细胞的DNA含量介于2n和4n之间
五、拓展应用
1.下列变化发生在有丝分裂前期的是
A.染色体的着丝粒一分为二 B.纺锤体逐渐解体
C.赤道板的位置形成细胞板 D.染色质丝高度螺旋成棒状染色体
√
随堂训练
2.用光学显微镜的高倍镜观察植物细胞有丝分裂中期图像,清晰可见的细胞结构是
A.纺锤体、染色质 B.染色体、赤道板
C.染色体、细胞壁 D.纺锤体、核仁
√
3.下列关于高等植物细胞周期中出现的先后顺序,错误的是
A.核糖体的增生早于中心体的复制 B.细胞核的分裂早于细胞质的分裂
C.染色体的出现早于纺锤体的形成 D.囊泡的出现早于细胞板的形成
√
4.如图为某一高等生物有丝分裂某一时期的图像,下列叙述不正确的是
A.该生物为一种植物
B.该细胞中含有8条染色单体
C.该细胞处于有丝分裂后期
D.该细胞含有8条染色体
√
随堂训练
5.高等植物细胞有丝分裂过程中,下列事件与染色体均分无关的是
A.细胞板向四周扩展形成新的细胞壁,从而将一个细胞分成两个子细胞
B.染色质丝高度螺旋为染色体
C.核膜的周期性消失与重建
D.染色体被牵引着移向细胞两极
√
6.如图表示某植物细胞有丝分裂过程中不同时期的细胞图像,下列分析错误的是
A.图示细胞分裂的先后顺序
是②③①④
B.细胞分裂结束后子细胞内
含4条染色体
C.图②时期的明显变化是出现染色体和纺锤体
D.核DNA分子数与染色体数相同的时期是①③④
√
随堂训练
7.(2022·无锡高一期中)动粒是位于姐妹染色单体着丝粒两侧的多蛋白结构(如图所示),负责将着丝粒与纺锤体连接在一起。研究发现,纤冠层主要是由围绕在动粒外层的促使染色体分离的马达蛋白组成,与纺锤丝微管连接,支配染色体的运动和分离。下列相关叙述错误的是
A.纤冠层缺失,可导致核DNA无法平均分配
B.纺锤丝变短,导致着丝粒分裂,姐妹染色
单体分开
C.正常情况下,姐妹染色单体上含有相同的DNA
D.着丝粒丢失会影响染色体与纺锤丝的连接
√
随堂训练
8.如图1和图2表示细胞周期不同时期染色体和核DNA的数量关系,下列有关叙述不正确的是
A.观察染色体形态和数目的最佳时期处于图1的CD段
B.图1中DE段的细胞染色体数目加倍,但核DNA数量
不变
C.图2中a对应图1中的AB段,c对应图1中的EF段
D.有丝分裂过程不会出现图2中d所示的情况
√
随堂训练
如下图所示,图甲、图乙分别表示某种生物细胞有丝分裂过程中某一时期的模式图,图丙表示有丝分裂过程中不同时期每条染色体上DNA分子数量的变化,图丁表示有丝分裂过程中不同时期染色体和核DNA数量的关系。下列有关叙述不正确的是( )
A.图甲所示细胞中共有4条染色体、8个DNA分子;图乙所示细胞中共有0条姐妹染色单体
B.图甲所示细胞处于图丙的BC段,完成图丙中CD段变化的细胞分裂时期是后期
C.有丝分裂过程中不会出现图丁中d所示的情况
D.图丁中a可对应图丙的BC段;图丁中c对应图丙的AB段
随堂训练
√
9.如图甲、乙为某生物的体细胞分裂间期和有丝分裂过程中染色体行为变化示意图,图1和图2为核DNA数量变化图。下列有关叙述错误的是
A.甲图对应图1中曲线的CD段,对应图2中曲线的FG段
B.乙图为细胞分裂后期图,这一时期两曲线有不同的变化
C.甲图所示变化在光学显微镜下难以观察到
D.观察组织细胞有丝分裂时,可用同一细胞来观察甲、乙两种时期
√
随堂训练
1.(2021·全国乙卷高考真题)果蝇体细胞含有8条染色体。下列关于果蝇体细胞有丝分裂的叙述,错误的是( )
A.在间期,DNA进行半保留复制,形成16个DNA分子
B.在前期,每条染色体由2条染色单体组成,含2个DNA分子
C.在中期,8条染色体的着丝点排列在赤道板上,易于观察染色体
D.在后期,成对的同源染色体分开,细胞中有16条染色体
触摸云端
D
2.(2021·河北高考真题)关于细胞核的叙述,错误的是( )
A.有丝分裂过程中,核膜和核仁周期性地消失和重现
B.蛋白质合成活跃的细胞,核仁代谢活动旺盛
C.许多对基因表达有调控作用的蛋白质在细胞质合成,经核孔进入细 胞核
D.细胞质中的RNA均在细胞核合成,经核孔输出
触摸云端
D
3.CDK1是推动细胞由分裂间期进入分裂期的关键蛋白。在DNA复制开始后,CDK1发生磷酸化导致其活性被抑制,当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后,磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活,使细胞进入分裂期。大麦黄矮病毒( BYDV )的M蛋白通过影响细胞中CDK1的磷酸化水平而使农作物患病。正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.正常细胞中DNA复制未完成时,磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制
B.正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后,染色质螺旋化形成染色体
C.感染BYDV的细胞中,M蛋白通过促进CDK1的磷酸化而影响细胞周期
D.M蛋白发挥作用后,感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期
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C
1.(2021·天津,6)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是
A.用洋葱鳞片叶表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
√
1
2
3
4
5
洋葱鳞片叶不含叶绿体,不能用来提取和分离叶绿体中的色素,C错误。
2.(2019·北京,1)玉米根尖纵切片经碱性染料染色,用普通光学显微镜观察到的分生区图像如下。对此图像的观察与分析,错误的是
A.先用低倍镜再换高倍镜观察符合操作规范
B.可观察到箭头所指细胞的细胞核和细胞壁
C.在图像中可观察到处于分裂期前期的细胞
D.细胞不同结构成分与该染料结合能力不同
√
1
2
3
4
5
4.(2020年浙江省高考生物试卷(7月选考)·8)高等动物胚胎干细胞分裂过程中,发生在同一时期的是( )
A.核糖体的增生和环沟的形成
B.染色体的出现和纺锤体的出现
C.染色单体的形成和着丝粒的分裂
D.中心体的复制和染色体组数的加倍
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B
5.(2020年天津高考生物试卷)完整的核糖体由大、小两个亚基组成。下图为真核细胞核糖体大、小亚基的合成、装配及运输过程示意图,相关叙述正确的是( )
A.上图所示过程可发生在有丝分裂中期
B.细胞的遗传信息主要储存于rDNA中
C.核仁是合成rRNA和核糖体蛋白的场所
D.核糖体亚基在细胞核中装配完成后由核孔运出
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D
6.(2020年江苏省高考生物试卷·22)有研究者采用荧光染色法制片,在显微镜下观察拟南芥(2n=10)花药减数分裂细胞中染色体形态、位置和数目,以下为镜检时拍摄的4幅图片。下列叙述正确的是( )
A.图甲、丙中细胞处于减数第一次分裂时期
B.图甲细胞中同源染色体已彼此分离
C.图乙细胞中5个四分体排列在赤道板附近
D.图中细胞按照减数分裂时期排列的先后顺序为甲→乙→丙→丁
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CD
7.(2020年江苏省高考生物试卷·29)细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期),根据DNA合成情况,分裂间期又分为G1期、S期和G2期。为了保证细胞周期的正常运转,细胞自身存在着一系列监控系统(检验点),对细胞周期的过程是否发生异常加以检测,部分检验点如图所示。只有当相应的过程正常完成,细胞周期才能进入下一个阶段运行。请据图回答下列问题:
(1)与G1期细胞相比,G2期细胞中染色体及
核DNA数量的变化是__________。
(2)细胞有丝分裂的重要意义在于通过__________,
保持亲子代细胞之间的遗传稳定性。图中检验点1、
2和3的作用在于检验DNA分子是否__________
(填序号:①损伤和修复、②完成复制);
检验发生分离的染色体是否正确到达细胞两极,
从而决定胞质是否分裂的检验点是__________。
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(1)染色体数不变,核DNA数加倍
(2)染色体正确复制和平均分配 ①② 检验点5
(3)细胞癌变与细胞周期调控异常有关,
癌细胞的主要特征是_________。有些癌症
采用放射性治疗效果较好,放疗前用药物使
癌细胞同步化,治疗效果会更好。诱导细胞
同步化的方法主要有两种:DNA合成阻断法、
分裂中期阻断法。前者可用药物特异性抑制DNA合成,主要激活检验点__________,将癌细胞阻滞在S期;后者可用秋水仙碱抑制__________的形成,主要激活检验点__________,使癌细胞停滞于中期。
(3)细胞无限增殖 2 纺锤体 4
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第6章 第1节 细胞的增殖(第二课时)
学习目标 素养目标
1.概述动物细胞有丝分裂的过程,阐明细胞有丝分裂的重要意义。 2.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.生命观念:认同生命过程的精致和奇妙,尝试以审美的视角举例阐释生命过程。
2.科学思维:发展模型与建模的科学思维。
3.科学探究:能使用高倍显微镜观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂,并运用其中的操作技能对其他适宜材料进行观察。
前期
一、动物有丝分裂过程
根据植物有丝分裂过程,看图描述动物有丝分裂各阶段特点
二、动物的有丝分裂与高等植物异同点
思考讨论:
①动物细胞的有丝分裂与植物细胞相比,在染色体的行为、染色体和DNA数目的变化等方面有什么共同规律?
二、动物的有丝分裂与高等植物异同点
粒
着丝粒
②动、植物细胞有丝分裂有什么不同?
二、动物的有丝分裂与高等植物异同点
时期 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
间期 无_______的倍增(低等植物细胞除外) 完成_______的倍增
前期 _________发出_______形成纺锤体 两组_______分别移到细胞两极,并发出______形成纺锤体
末期 _______扩展为细胞壁,分割细胞质 _______从细胞的中部向内凹陷,细胞缢裂成两部分
中心粒
中心粒
细胞两极
纺锤丝
中心粒
星射线
细胞板
细胞膜
(1)无丝分裂在低等植物中普遍存在;在高等植物中也很常见,高等植物营养丰富的部位,无丝分裂很普遍。如胚乳细胞(胚乳发育过程中愈伤组织的形成)、表皮细胞、根冠等薄壁细胞占大多数;人体大多数腺体都有部分细胞进行无丝分裂,主要常见于高度分化的细胞,如肝细胞、肾小管上皮细胞、肾上腺皮质细胞等;蛙的红细胞、蚕的睾丸上皮细胞也进行无丝分裂。
(2)细胞分裂过程中细胞器的分配:子细胞获得的细胞器只能通过原有的细胞分裂增生,各种细胞器的增生都是在细胞分裂间期发生的,除中心体之外的细胞器在子细胞中的分配是不平均的。
与细胞有丝分裂相关的细胞器及其生理作用
三、有丝分裂
(1)与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用
细胞器 细胞类型 作用时期 生理作用
核糖体 动物细胞、植物细胞 间期(主要) 与相应蛋白质的合成有关
中心体 动物细胞、某些低等植物细胞 前期 与纺锤体的形成密切相关
高尔基体 植物细胞 末期 与细胞壁的形成密切相关
线粒体 动物细胞、植物细胞 整个细胞周期 提供能量
(2)有丝分裂过程中细胞器的分配
①中心体经复制后,均等分配到两个子细胞中;
②线粒体和叶绿体等细胞器随机、不均等地分配到两个子细胞中。
有丝分裂过程中的“加倍”分析
三、有丝分裂
着丝粒分裂
细胞有丝分裂的意义
①将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA的复制和相关蛋白质的合成)之后,精确地平均分配到两个子细胞中。
②由于染色上有 ,因而在细胞的_____和_____间保持了 。
遗传物质DNA
亲代
子代
遗传性状的稳定性
三、有丝分裂
染色体平均分配是细胞核中遗传信息的传递,使得亲子代核基因控制的性状保持稳定。细胞质中的DNA存在于真核细胞的一些细胞器当中,如线粒体、叶绿体等,其在细胞质分裂时是随机不均等地分配到两个子细胞中的,所以细胞质基因控制的性状不是绝对稳定的。
细胞分裂过程中细胞器的分配:子细胞获得的细胞器只能通过原有的细胞分裂增生,各种细胞器的增生都是在细胞分裂间期发生的,除中心体之外的细胞器在子细胞中的分配是不平均的
有丝分裂实现了核DNA的精确均分,那么那些细胞器呢?
体细胞一般能够分裂_______次,但是有的细胞受到_________的作用,细胞中__________发生变化,就变成了_____________的、___________的_________细胞,这种细胞就是癌细胞;
50-60
致癌因子
遗传物质
不受机体控制
连续进行分裂
恶性增殖
三、有丝分裂
阅读教材第116~117页“探究·实践”
一、实验原理
1.高等植物根尖、茎尖等分生区细胞能进行有丝分裂。
2.在高倍显微镜下,可根据细胞内染色体的 ,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 着色。
二、实验步骤
1.洋葱根尖的培养
实验前3~4天,将洋葱放在装满清水的广口瓶上,底部接触水,把装置放在温暖的地方,经常换水,以________,待根长约5cm时,取生长健壮的根尖制成临时装片观察。
存在状态
碱性染料
防止烂根
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
据染色体行为判断分裂时期
(1)内因:不同种类的细胞的不同发育时期,细胞周期持续的时间不同,分裂间期和分裂期所占的比例也不同。
(2)外因:温度、pH、射线、生理和病理状况等通过影响酶的活性影响细胞周期。
(1)染色体散乱排列,有同源染色体→有丝分裂前期。
(2)着丝粒排列在赤道板上,有同源染色体→有丝分裂中期。
(3)染色体移向两极,每一极都有同源染色体→有丝分裂后期。
2、装片的制作
制片流程: _____→ _____→ _____→ _____
解离
漂洗
染色
制片
步骤 时间 目的
1、解离:上午10时至下午2时,剪取根尖2-3mm,15%盐酸和95%酒精混合液(1∶1) 3-5 min 使组织中的细胞相互分离开来
2、漂洗:待根尖软化,用清水漂洗 约10 min 洗去药液,防止解离过度
3、染色:用碱性染料甲紫溶液(或醋酸洋红液)染色 3-5 min 使染色体着色
4、制片:根尖弄碎,盖上盖玻片,用拇指轻轻地按压盖玻片 使细胞分散开,有利于观察
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
碱性染料的pH并不一定大于7。酸性(碱性)染色剂的界定并非是由染料溶液的pH决定的,而是根据染料物质中助色基团电离后所带的电荷来决定的。一般来说,助色基团带正电荷的染色剂为碱性染色剂,反之则为酸性染色剂。如甲紫溶液是用质量分数为2%的醋酸溶液配制的,其pH小于7。
使根尖细胞相互分散的方法
(1)解离:盐酸可破坏细胞壁的果胶层,使组织细胞相互分离。
(2)制片时需用镊子将根尖捣碎。
(3)压片时需注意:用力要适当,严禁碾压盖玻片。
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
实验操作 注意问题
解离时间 太短 果胶未被完全溶解,压片时细胞不易分散
过长 导致细胞解离过度、根尖过于软化,影响染色
漂洗时间 适宜 洗去多余的药液,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
压片力度 过轻 细胞未分散开
过重 将组织压烂
观察洋葱根尖细胞有丝分裂装片时4种常见异常情况分析
①细胞重叠看不清
根尖解离和制片把握不好,使细胞重叠,难以观察到正常分裂的各时期图像
②大多数为长方形细胞
取材位置不当,不是分生区细胞
③找不到图像
未对好光或光线亮度不够好,也可能是未调好焦距
④装片中出现气泡
载玻片上滴的清水少或盖盖玻片的方法不对
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
3、观察
低倍显微镜观察,找到分生区细胞:细胞呈正方形,排列紧密
高倍显微镜仔细观察,先找中期图像,再找前期、后期、末期的细胞;注意观察各时期的染色体形态和分布特点。最后观察分裂间期的细胞
不能观察一个细胞的连续分裂过程,因为解离时细胞已死亡,可以寻找不同时期的细胞,连起来体现出细胞分裂的过程
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
成熟区
伸长区
分生区
根冠
酒精和盐酸的使用
名称 浓度 用途
酒精 体积分数为50% 在脂肪检测中用于洗去浮色
体积分数为70~75% 杀菌消毒
体积分数为95% 与质量分数为15%的盐酸混合用于有丝分裂实验中的解离
无水乙醇 用于光合色素的提取
盐酸 质量分数为15% 与体积分数为95%的酒精按1∶1混合成解离液,使组织中的细胞相互分离
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
DNA复制是个连续的过程
存在很多细胞的DNA含量介于2n和4n之间
五、拓展应用
五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
1、细胞分裂间期可依次划分为G1 期、S 期和G2 期,研究者将处于不同时期的细胞进行融合,实验结果如下图所示。其中灰色的部分是细胞核,黑点代表中心体。下列推断不合理的是 ( )
A. 引发中心体复制的物质持续存在到G2 期
B. 中心体和DNA 的复制可能同时进行
C. S 期细胞中存在使G1 期细胞核进入S 期的物质
D. 中心体的复制始于G1 期,在G2 期复制完毕
D
随堂训练
2.某生物细胞周期中的三个阶段(分别用①②③ 表示)示意图如下,每个阶段内绘有相应的流式细胞仪分析图谱。据图分析判断下列错误的是 ( )
A. 一个完整的细胞周期可表示为①→②→③过程
B. 核DNA 分子的复制发生在①阶段
C. 着丝粒分裂和染色体数目
加倍发生在②阶段
D. ③阶段的细胞可能是
刚刚完成分裂的细胞
A
随堂训练
3. 细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M 期),分裂间期又分为 DNA 合成前期(G1 期)、DNA 合成期(S 期)和 DNA 合成后期(G2期)。下表为体外培养的某种细胞的细胞周期各阶段所需时间(单位:小时),若在细胞的培养液中加入过量的 DNA 合成抑制剂,则 ( )
A. M 期的全部细胞经过 11.5 小时后都能到达 G 1 期和 S 期的交界处
B. G 2 期的细胞数目将保持不变
C. 22 小时之后,所有的细胞都将停留在 G 1 期和 S 期的交界处
D. 加入过量的 DNA 合成抑制剂之前,处于 S 期的细胞数量可能是最多的
A
随堂训练
4、在“观察植物细胞有丝分裂”的实验中,甲、乙、丙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: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
C
随堂训练
5、[不定项选择]某同学观察百合科植物风信子根尖细胞的有丝分裂,显微镜下拍摄的照片如下图所示。根据图示判断,下列表述不正确的是 ( )
A. 若要观察到具有甲图特征的细胞,应选择乙图视野作为观察区域
B. 甲图中①细胞染色体和核 DNA 的数量比为 1 ∶ 1,且染色体形态、数目最清晰
C. 甲图中②细胞将要形成细胞板,该过程和高尔基体有关
D. 丙图细胞大部分处于分裂间期,少数细胞染色体数目加倍
BD
随堂训练
6.用光学显微镜观察植物细胞有丝分裂过程,结果如左下图,如果仅从细胞分裂周期来看,下图中植物作为实验材料最合适的是
随堂训练
D
7.(2022·盐城高一期末)如右上图表示真核细胞一个细胞周期中染色体的变化,下列有关叙述正确的是
A.同一个体所有细胞的细胞周期持续时间相同
B.细胞中的DNA含量加倍是在e~a时期
C.植物细胞中,d~e时期囊泡的活动加强
D.动、植物细胞有丝分裂过程的不同之处主要发生在a~b时期和c~d时期
D
8.如图是某生物体细胞有丝分裂的不同分裂时期的图像,对图像的描述正确的是
A.该生物可能是低等植物
B.甲、乙、丙三细胞内染色体、染色单体与核DNA分子数比例都为1∶2∶2
C.甲细胞进行中心粒复制,发出星射线,形成了纺锤体
D.甲、乙、丙三细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期
D
随堂训练
9.用放射性同位素分别标记培养基中的U和T,将标记后的碱基用来培养某种生物的细胞,测定其培养过程中这两种碱基被细胞利用的速率,绘制成的曲线如图所示。下列对此结果的分析中不正确的是
A.在c~e段主要进行DNA分子的复制
B.细胞进行有丝分裂、减数分裂时都要经历a~f段
C.处于e点的细胞中染色体数目是处于a点细胞中的
两倍
D.用化学药物阻断碱基T的利用,可抑制癌细胞的
增殖
随堂训练
C
10.为了探究某杀虫剂对小麦根尖生长的影响,实验小组使用不同浓度杀虫剂溶液处理一定时间以后,观察并测定有丝分裂指数(分裂期细胞数占观察细胞数的比例),结果如图所示。下列叙述正确的是
A.剪取小麦根尖2~3 cm的部位,因为此处
细胞分裂旺盛
B.小麦根尖装片制作过程中需要清水漂洗解
离后的根尖以便于染色
C.杀虫剂浓度为0时,有丝分裂指数为10%,
说明大多数细胞处于分裂期
D.随着浓度的增加,杀虫剂对小麦根尖细胞的分裂能力抑制作用减弱
随堂训练
B
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1、(2022·广东·高考真题)用洋葱根尖制作临时装片以观察细胞有丝分裂,如图为光学显微镜下观察到的视野。下列实验操作正确的是( )
A.根尖解离后立即用龙胆紫溶液染色,以防解离过度
B.根尖染色后置于载玻片上捣碎,加上盖玻片后镜检
C.找到分生区细胞后换高倍镜并使用细准焦螺旋调焦
D.向右下方移动装片可将分裂中期细胞移至视野中央
C
2、(2022年6月·浙江·高考真题)用同位素示踪法检测小鼠杂交瘤细胞是否处于细胞周期的S期,放射性同位素最适合标记在( )
A.胞嘧啶 B.胸腺嘧啶 C.腺嘌呤 D.鸟嘌呤
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B
3、(2021·6月浙江月选考)"制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片"实验中,观察到的一个视野如图所示。下列属于箭头所指细胞分裂期的上一时期的特点是( )
A.出现染色体,核膜开始解体
B.着丝粒分裂,姐妹染色单体分离
C.染色体凝聚,着丝粒排列在赤道面上
D.纺锤体消失,细胞板扩展形成新的细胞壁
C
4、(2022年1月·浙江·高考真题)某多细胞动物具有多种细胞周期蛋白(cyclin)和多种细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK),两者可组成多种有活性的CDK-cyclin复合体,细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK-cyclin复合体调控。细胞周期如图所示,下列叙述错误的是( )
A.同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短有差异
B.细胞周期各阶段的有序转换受不同的CDK-cyclin复合体调控
C.抑制某种CDK-cyclin复合体的活性可使细胞周期停滞在特定阶段
D.一个细胞周期中,调控不同阶段的CDK-cyclin复合体会同步发生周期性变化
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D
5、(2020年山东省高考生物试卷(新高考)·5)CDK1是推动细胞由分裂间期进入分裂期的关键蛋白。在DNA复制开始后,CDK1发生磷酸化导致其活性被抑制,当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后,磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活,使细胞进入分裂期。大麦黄矮病毒( BYDV )的M蛋白通过影响细胞中CDK1的磷酸化水平而使农作物患病。正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.正常细胞中DNA复制未完成时,磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制
B.正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后,染色质螺旋化形成染色体
C.感染BYDV的细胞中,M蛋白通过促进CDK1的磷酸化而影响细胞周期
D.M蛋白发挥作用后,感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期
C
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6、(2020年浙江省高考生物试卷(7月选考)·8)高等动物胚胎干细胞分裂过程中,发生在同一时期的是( )
A.核糖体的增生和环沟的形成 B.染色体的出现和纺锤体的出现
C.染色单体的形成和着丝粒的分裂
D.中心体的复制和染色体组数的加倍
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B
7、(2019 江苏卷 T7)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
C
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下列叙述错误的是
A.装片制作过程中需用清水漂洗已解离的根尖便于染色
B.观察过程中先用低倍镜找到分生区细胞再换用高倍镜
C.图甲细胞所处时期发生DNA复制及相关蛋白质的合成
D.图丙细胞中的染色体数目比图乙细胞中的增加了一倍
8、2019·浙江4月选考,18)在“制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片”活动中,观察到不同分裂时期的细胞如图所示:
C
3、(2018 全国Ⅰ卷 T4)已知药物X对细胞增殖有促进作用,药物D可抑制药物X的作用。某同学将同一瓶小鼠皮肤细胞平均分为甲、乙、丙三组,分别置于培养液中培养,培养过程中进行不同的处理(其中甲组未加药物),每隔一段时间测定各组细胞数,结果如图所示。据图分析,下列相关叙述不合理的是( )
A.乙组加入了药物X后再进行培养
B.丙组先加入药物X,培养一段
时间后加入药物D,继续培养
C.乙组先加入药物D,培养一段
时间后加入药物X,继续培养
D.若药物X为蛋白质,则药物D
可能改变了药物X的空间结构
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C