4.1 细胞通过分裂增殖（第一课时）（共42张PPT）高一生物学（浙科版2019必修1）

(共42张PPT)
第4章 细胞的生命历程
细胞通过分裂增殖（一）
课程导入
大象和老鼠体内的细胞，谁更大呢？
细胞数量的多少 or 体积的大小？
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？
单细胞生物靠细胞体积的增大
多细胞生物靠细胞数目的增加
人体大约有1014 个细胞
思考：为什么生物体大都是由许多体积很小的细胞组成的，细胞为什么不能一直生长形成大型的单细胞生物呢？
细胞不能无限长大。
一、模拟探究细胞大小与扩散作用的关系
目的要求
通过建构物理模型，推断细胞大小与物质扩散的关系，领悟细胞不能无限长大的原因。
探究问题
细胞体积越小，物质进出细胞就越容易吗？
材料用具
含酚酞的琼脂块，塑料餐刀，塑料勺，培养皿，吸水纸，直尺，250mL的烧杯，0.1%的NaOH溶液等。
方法步骤
1. 用塑料餐刀将琼脂块切成三块边长分别为3cm、2cm、1cm的立方体。
2. 把3块立方体的琼脂块放在烧杯内，加入0.1%的NaOH溶液将琼脂块淹没。用塑料勺不停地翻动琼脂块3min。
3. 取出琼脂块，放在垫着吸水纸的培养皿中将溶液吸干。尽量不让液体与皮肤直接接触，建议戴上手套。用塑料餐刀把每一琼脂块切成两半。观察切面，记录观察结果，测量每一块琼脂块上NaOH扩散的深度。
注：NaOH与酚酞相遇，呈紫红色。
1cm
3cm
2cm
0.3cm
0.3cm
0.3cm
实验结果
结论：葡萄糖的表面积与体积之比随着整个“细胞”的体积的增大而减小；葡萄糖扩散的体积与整个“细胞”的体积之比随着整个“细胞”的增大而减小。
边长(cm) 表面积(cm2) 体积 (cm3) 表面积/体积比值 NaOH扩散的深度/cm 扩散效率
1
2
3
6
24
54
1
8
27
6
3
2
0.3
0.3
0.3
0.936
0.657
0.488
0.3cm
扩散效率=
NaOH扩散的体积
整个琼脂块的体积
相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比是否相同
可以反映细胞的物质运输效率
细胞越大，其表面积与体积之比就越小，物质的运输效率越低。
实验结论
细胞不能无限长大的原因有很多。细胞的大小影响物质运输的效率，可以作为一种解释。
物质在细胞中的扩散速率是一定的，但细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞与环境之间物质交流的面积相对变小。即细胞体积越大，其物质运输的效率越低。细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
相同时间内NaOH在每一个琼脂块内扩散的深度相同
(1)什么证据可以说明在每一琼脂块内扩散的速率大致相等？
(2)以琼脂块大小为序由大到小排列，再以它们的表面积与体积之比为序由大到小排列，这两个序列有什么关系？
琼脂块越大，琼脂块的表面积与体积之比随着变小
(3)计算边长为0.01 cm的细胞模型的表面积与体积之比，你能预测到什么？
表面积与体积之比为600，其物质运输效率非常高
【思考】
(6)分析细胞大小的微小变化会对细胞活动产生很大影响的原因。
(4)大多数细胞和微生物边长不到0.01 cm。扩散作用与细胞大小之间的关系是什么？
(5)为什么大的生物体是由许多细胞而不是由比较大的细胞发展起来的？
细胞越小，表面积与体积之比越大，物质扩散作用越快。
细胞表面积与体积的比值限制了细胞不能无限长大，细胞体积越小，物质运输效率越高。
细胞的大小会影响细胞的物质运输效率。
为什么细胞如此之小？是什么限制了细胞增长？
1. 相对表面积即细胞表面积与体积之比限制了细胞无限增长
细胞与外界的物质交换效率限制了细胞不能无限长大，因此当细胞达到一定的大小后就会分裂或者停止生长。
2．核质之比限制了细胞无限增长。
细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心，是遗传物质的储存库。细胞核中的DNA是有限的，其能够控制的细胞质的范围有限，所控制的细胞大小与核的大小成比例。
如何解决？
真核细胞的分裂方式
有丝分裂
减数分裂
——真核生物体细胞增殖的主要方式
一种特殊的有丝分裂
与真核生物产生有性生殖细胞有关
二、细胞的有丝分裂经历细胞周期
★细胞周期：连续分裂的细胞，从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的整个过程。
细胞周期开始
M期
G1期
G2期
S期
DNA合成
分裂期（mitosis phase，简称M期）
分裂间期（interphase）
细胞周期
DNA合成期（简称S期）
DNA合成前期（G1期）
DNA合成后期（G2期）
不同细胞，细胞周期的时间长短各不相同
哺乳动物细胞
M期为1h左右
G1期则从2~3h到几天
M期0.6h
S期2.7h
G1期1.3h
G2期2.9h
胡萝卜细胞
DNA复制和相关蛋白质的合成
G1期（DNA合成前期）
是合成DNA复制所需的蛋白质（DNA聚合酶），以及核糖体的增生
S期（DNA合成期）
DNA的复制
G2期（DNA合成后期）
合成M期所必需的一些蛋白质。
分裂间期
下图表示细胞连续分裂的过程：
1. 其中表示分裂间期的是哪一段？为什么？
2. 能表示一个完整的细胞周期的是哪一段？
a 和 c
a+b c+d
b+c？
根据右图所示，细胞有丝分裂的一个细胞周期应如何表示？
乙→甲→乙
甲
乙
可以用哪些材料观察细胞有丝分裂的过程？
动物受精卵
植物茎尖
植物根尖
为什么用根尖细胞进行观察呢？
有丝分裂常见与根尖、芽尖等分生区细胞
各个细胞的分裂是独立进行的，同一分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞。
如何对这些细胞进行观察呢？
高倍显微镜
染色体容易被碱性染料（龙胆紫溶液）着色
1. 实验原理
盐酸能够破坏细胞间的 ，用盐酸处理植物的根尖，可以使根尖细胞彼此 。用水洗去盐酸后，再用 染色，制成装片，就可以观察到细胞内部的某些结构，尤其是细胞中 的差异。
果胶
容易分开
碱性染料
染色体形态
2. 材料要求及试剂分析
(1)实验材料：
①选取具有持续分裂能力的组织细胞，如根尖分生区细胞。
②选择染色体数目较少的生物，便于染色体计数。
③选择分裂期占细胞周期时间比例大的细胞，易观察到分裂期细胞。
活动：制作和观察根尖细胞有丝分裂临时装片
(2)试剂的成分及作用：
项　目 成　分 作　用
解离液 质量分数为10%的盐酸 ①使细胞丧失活性，碱性染料容易进入细胞，将染色体
(质)染成深色
②破坏细胞间的果胶，使细胞分离开
漂洗液 清水 用于漂洗过多的盐酸，防止解离过度且便于染色
染色液 0.01 g/mL的龙胆紫溶液 (或醋酸洋红溶液) 使染色体着色，便于观察
(3)显微镜：注意观察时先使用低倍物镜，后使用高倍物镜。
（1）根尖的培养
取洋葱（或大蒜），使其底部接触到水，待根生长到2~5cm长时就可以用于观察
3. 实验步骤
（2）制作临时装片
解离
2~3滴10%盐酸解离3~5min，用镊子轻轻夹一下根尖，感觉根尖变得酥软，此时细胞彼此分离
目的：使组织细胞分离开（破坏细胞壁的果胶层）
漂洗
清水洗去盐酸，持续1min
目的：1 防止解离过度
2 防止盐酸与碱性染液发生作用，影响染色
染色
一滴0.01g/ml龙胆紫溶液染色1~2min，
目的：使染色质（体）着色
吸水纸吸去多余染液，取根尖2—3mm（根尖分生区所在部位）
取材
制片
将分生区根尖置于载玻片，滴加3~4滴清水。盖上盖玻片，用拇指垂直快速下压，将根尖压散成雾状。可用橡皮或笔端轻轻敲击盖玻片几下。
目的：使细胞分散开来
（3）观察
低倍镜下寻找根尖分生区细胞（近正方形的细胞）
高倍镜观察染色体的形态和位置，辨别有丝分裂不同时期的细胞
分裂间期
分裂期
绝大多数细胞处于分裂间期
根冠
分生区
（无液泡）
伸长区
（方形、紧密）
（有液泡）
成熟区/根毛区
（有液泡）
（长条形）
吸收水和无机盐
保护分生区细胞
连续分裂的细胞
伸长生长的位置
补充：根尖的结构
根冠
分生区
伸长区
成熟区
1. 通过按压为什么能够将根尖细胞分散开来？
2 在显微镜的视野中，根尖分生区中处于分裂期的细胞数目少于不分裂的细胞。这一现象说明什么？
3. 有同学认为“如果时间足够长，就能在临时装片中看到一个细胞连续分裂的全过程”。对此你有什么想法？
根尖经过盐酸解离，将细胞间的化学结构破坏，是细胞间的联系被打断，所以按压就能将细胞分散开。
细胞周期中，分裂间期时间长，分裂期时间短。
这个说法是错误的，经过解离的过程细胞已经死亡，不能再继续分裂。
【思考】
注意：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。
在下图中标出细胞分裂各时期图像
视野中细胞
重叠严重
染色体几乎
未被染色
观察不到
分裂期细胞
实验异常现象分析
解离不充分，
没有压片
染色时间不够，
漂洗不充分
视野选择不合适，
取材位置、时间不合适
4.实验成功的关键及注意事项
实验操作错误 不良后果
解离 时间 太短
过长
漂洗 时间 适宜
染色 时间 太短
过长
压片 力度 过轻
过重
实验操作错误及不良后果
果胶未被完全溶解，压片时细胞不易分散
导致细胞解离过度、根尖过于软化，影响染色
洗去多余的药液，防止解离过度而影响染色
染色体或染色质不能完全着色
使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体
细胞未分散开
将组织压烂
想一想：观察有丝分裂实验材料的选择有什么要求
（1）对象：植物分裂旺盛的部位（根尖、茎尖的分生区）；细胞周期短，分裂期占细胞周期比例高的材料——这样保证制作的装片可观察到较多的细胞处于分裂期。
（2）本实验中，一般选择生长旺盛、带有分生区的洋葱根尖，且在上午10时至下午2时细胞分裂旺盛的时期进行实验。
（3）剪取根尖2-3mm——保证所取部位主要在分生区，剪取太长，分生区细胞所占比例太小而不容易在视野中找到。
观察时的注意点
（1）由于在根尖只有分生区的细胞能够进行有丝分裂，所以要寻找分生区。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。
（2）不能用高倍镜直接找分生区，因为高倍镜所观察的视野范围很小，难以发现分生区。
（3）分生区细胞中，间期的细胞最多，因为在细胞周期中，间期所占时间最长。
（4）在显微镜下，不能观察到细胞能从中期到后期的变化过程，因为在解离时就已将细胞杀死，所观察的细胞都是停留在某一时期的死细胞。
（5）若观察洋葱根尖时不能看到染色体，其原因可能是：①没有找到分生区细胞；②没有找到处于分裂期的细胞；③染液过稀或染色时间过短等。
巩固练习
1. 下列有关“制作和观察洋葱根尖细胞有丝分裂临时装片”实验的叙述，错误的是(　　)
A．临时装片制作的基本步骤为解离、漂洗、染色、制片
B．解离和压片都有利于根尖分生区细胞的分散，便于观察
C．高倍镜下观察装片，如需调亮视野可调节光圈和反光镜
D．实验效果与根尖的处理时间有关，显微镜下大多数分生区细胞能观察到染色体
D
A. 该实验的自变量为x，因变量为y
B. x的值随y值的增大而增大
C. y值越小，NaOH扩散的体积占整个琼脂块体积的比例越大
D. 实验结果表明，细胞体积越大，其相对表面积越大，细胞的物质运输效率就高
2. 在探究细胞大小与物质运输关系的实验中，用NaOH溶液浸泡不同边长的含酚酞的琼脂立方块，一定时间后取出立方块切成两半。其剖面如图所示，其中x为NaOH扩散的深度，y为立方块的边长，阴影代表红色。则（ ）
C
3. 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2～3 mm处 － ＋ ＋ ＋
乙 根尖2～3 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
C
4. 下列有关细胞不能无限长大的原因的叙述，不正确的是（ ）
A. 与细胞表面积和体积的比有关
B. 细胞核的大小是有一定限度的
C. 细胞体积过大不利于细胞的物质交流
D. 细胞内各种细胞器的数目和种数限制
D
5. 取生长健壮的小麦根尖，经过解离、漂洗、染色、制片过程，制成临时装片，放在显微镜下观察。欲观察到处于分裂期的细胞，通常采取的方法是（ ）
A. 应该选一个处于间期的细胞，持续观察它从间期进入分裂期的过程
B. 如果在低倍镜下看不到细胞，可改用高倍镜进行寻找
C. 如果在一个视野中看不到处于分裂期的细胞，可移动装片在周围进行寻找
D. 如果视野过暗，可以转动细准焦螺旋增加视野的亮度
C
6. 下列关于高中生物实验的叙述，正确的是（ ）
A. 将解离、染色、漂洗的根尖置于载玻片上，盖上盖玻片后即可在显微镜下观察
B. 选择根尖分生区作为观察细胞有丝分裂的材料是因为该区细胞易被龙胆紫染色
C. 研磨菠菜叶提取光合色素时，应加一定量的有机溶剂，如乙醇等
D. 检测梨汁是否含葡萄糖，加入适量斐林试剂后即可观察颜色变化
C
THANKS