第18讲 细胞的增殖
[课标要求]
描述细胞通过不同的方式进行分裂,其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。
考点一 细胞增殖的周期性
1.细胞增殖
2.细胞周期
提醒 (1)细胞周期必须是分裂间期在前,分裂期在后,不能颠倒。
(2)G1期与G2期的区别是G1期合成的RNA和有关蛋白质大多是与DNA复制有关的,如解旋酶、DNA聚合酶等;而G2期合成的RNA和有关蛋白质大多是与分裂期有关的,如微管蛋白,以形成纺锤丝等结构。
3.细胞不能无限长大
细胞的大小影响 ,即细胞越大,细胞的表面积与体积的比值越 ,物质运输的效率越 ,不利于细胞与外界进行物质交换。
1.判断正误
(1)(必修1 P110正文)单细胞生物通过细胞增殖而繁衍。( )
(2)(必修1 P111正文)只有连续分裂的细胞才有细胞周期。( )
(3)(必修1 P111表61)人体所有细胞的细胞周期持续时间相同。( )
(4)(必修1 P111正文)洋葱的表皮细胞比分生区细胞的增殖周期长。( )
(5)(必修1 P111正文)细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P111正文)观察细胞有丝分裂装片时不断移动视野,视野中的细胞绝大多数是分裂间期的细胞,原因是 。
(2)(必修1 P115思维训练拓展)细胞不能太大,也不是越小越好,原因是
。
1.细胞周期4种常用表示方法
2.常与细胞周期联合考查的5个“热点”
能力1 围绕细胞周期的概念和应用,考查理解能力
1.(2024·广东中山模拟)图1中,ab表示一个细胞周期,cd表示另一个细胞周期。图2中,按箭头方向,表示细胞周期。下列叙述错误的是( )
[A] 图1中的a、图2中B→A时的细胞正在进行DNA复制
[B] 图1中的b、图2中A→B时的细胞会出现染色体数目加倍的时期
[C] 图1、图2中会发生同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合
[D] 根据在细胞周期中阻断DNA复制的原理,可以控制癌细胞的增殖
2.(2024·重庆模拟)细胞周期控制器是由细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)和细胞周期蛋白(cyclin)两种蛋白质构成的复合物。如图为多种cyclin在细胞周期中的表达情况,Wee1蛋白激酶可抑制cyclin BCDK复合物的活性。下列相关叙述错误的是( )
[A] cyclin A蛋白可能参与DNA的复制
[B] cyclin B可能与启动纺锤体的组装及纺锤丝与染色体的连接有关
[C] 若细胞要顺利进入M期,则此时Wee1蛋白激酶的活性减弱
[D] 若Wee1蛋白激酶活性降低,则细胞分裂间期的时间增加
考点二 有丝分裂和无丝分裂
1.有丝分裂
时期 植物细胞 动物细胞 主要特点
前期 ①出现 ; ②核仁逐渐解体,核膜逐渐消失; ③形成
中期 染色体的着丝粒排列在 上
后期 ①着丝粒一分为二; ②纺锤丝牵引染色体移向细胞的两极; ③染色体数目
末期 ①染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝; ②纺锤丝逐渐消失; ③ 重新出现
[思考] 赤道板和细胞板的区别是什么
2.动植物细胞有丝分裂的主要区别
提醒 (1)中心粒在间期倍增,在前期两组中心粒分别移向细胞两极,在末期随着细胞分裂进入两个子细胞。
(2)星射线和纺锤丝都由微管蛋白组装而成,在前期形成纺锤体。
(3)除了动物,低等植物中也有中心体,故不能通过中心体或纺锤体的形成方式鉴别动植物细胞,可以通过有无细胞壁或末期是否会形成细胞板(细胞质的分裂方式)鉴别。
3.有丝分裂的意义
将亲代细胞的 经过复制之后,精确地平均分配到两个子细胞中,在细胞的亲代和子代之间保持了 的稳定性。
4.无丝分裂
提醒 原核细胞以二分裂方式增殖,二分裂不属于无丝分裂,也不属于有丝分裂。无丝分裂和有丝分裂都是真核细胞的分裂方式。
1.判断正误
(1)(必修1 P111正文)有丝分裂包含分裂间期和分裂期。( )
(2)(必修1 P112~113图62)观察有丝分裂的各个时期,中期时细胞中染色体的形态最为清晰。( )
(3)(必修1 P112~113图62)有丝分裂后期和末期,核DNA分子数与染色体数相同。( )
(4)(必修1 P114正文)动物细胞分裂间期有DNA的复制和中心体的倍增。( )
(5)(必修1 P115楷体字)细菌的细胞分裂是无丝分裂。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P111正文拓展)细胞分裂间期是蛋白质合成的主要时期,分裂期蛋白质合成得很少,原因是 。
(2)(必修1 P112~113图62拓展)有丝分裂后期着丝粒的分裂是不是纺锤丝牵引的结果 如何验证结论
能力2 围绕有丝分裂的过程及特点,考查理解能力
3.(2024·四川乐山模拟)如图表示某植物细胞在细胞周期过程中染色体的行为变化,下列相关分析错误的是( )
[A] a→b过程高尔基体活动活跃,有细胞板的形成
[B] b→c表示在分裂间期发生了DNA的复制
[C] c→d过程染色质和核膜、核仁逐渐解体
[D] e时期染色体形态数目最清晰
4.(2024·广东肇庆模拟)如图为一条染色体的结构示意图。高等植物细胞两极发出的纺锤丝和动物中心体周围发出的星射线都属于微管蛋白,它们形成的纺锤体必须有附着支点,即动粒,才能实现对染色体的牵拉移动。下列有关说法正确的是( )
[A] 细胞分裂间期,细胞核内会完成DNA分子的复制和微管蛋白等的合成
[B] 有丝分裂前期,动物细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体
[C] 有丝分裂中期,细胞中央形成一个赤道板,染色体的着丝粒排列在其中
[D] 有丝分裂后期,染色体着丝粒分裂形成的两条染色体在纺锤体和动粒的共同作用下移向细胞两极
考向 从生命观念角度,考查有丝分裂过程
1.(2024·湖北卷,13)芽殖酵母通过出芽形成芽体进行无性繁殖(图1),出芽与核DNA复制同时开始。一个母体细胞出芽达到最大次数后就会衰老、死亡。科学家探究了不同因素对芽殖酵母最大分裂次数的影响,实验结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
[A] 芽殖酵母进入细胞分裂期时开始出芽
[B] 基因和环境都可影响芽殖酵母的寿命
[C] 成熟芽体的染色体数目与母体细胞的相同
[D] 该实验结果为延长细胞生命周期的研究提供新思路
2.(2023·辽宁卷,11)下图为眼虫在适宜条件下增殖的示意图(仅显示部分染色体)。下列叙述正确的是( )
[A] ②时期,细胞核的变化与高等动物细胞相同
[B] ③时期,染色体的着丝粒排列在赤道板上
[C] ④时期,非同源染色体自由组合
[D] ⑤时期,细胞质的分裂方式与高等植物细胞相同
3.(2022·天津卷,6)用荧光标记技术显示细胞中心体和DNA,获得有丝分裂某时期荧光图。有关叙述正确的是( )
[A] 中心体复制和染色体加倍均发生在图示时期
[B] 图中两处DNA荧光标记区域均无同源染色体
[C] 图中细胞分裂方向由中心体位置确定
[D] 秋水仙素可促使细胞进入图示分裂时期
4.(2021·海南卷,7)真核细胞有丝分裂过程中核膜解体和重构过程如图所示。下列有关叙述错误的是( )
[A] Ⅰ 时期,核膜解体后形成的小泡可参与新核膜重构
[B] Ⅰ→Ⅱ过程中,核膜围绕染色体重新组装
[C] Ⅲ时期,核膜组装完毕,可进入下一个细胞周期
[D] 组装完毕后的核膜允许蛋白质等物质自由进出核孔
热点情境6 细胞周期的调控
[情境链接]
1.细胞周期的调控
细胞周期的调控关键在分裂间期。有2个起决定作用的控制点,从G1期进入S期和从G2期进入M期。这2个转变过程都是由一种称为成熟促进因子(MPF)的蛋白质复合体所触发的。裂殖酵母中组成MPF的是两种蛋白:cdc2激酶和细胞周期蛋白(cyclin)。cyclin有2种:Scyclin和Mcyclin。其调控过程如图所示。
细胞周期的调控关键是掌握2个起决定作用的控制点,即在G1期Scyclin与cdc2结合调控DNA复制,使细胞进入S期;在G2期Mcyclin与cdc2结合调控有丝分裂,使细胞进入分裂期。
2.动物细胞周期同步化的方法
根据细胞周期调控的原理,利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的两种方法。
(1)DNA合成阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂,会阻断分裂间期中S期的DNA复制过程,使处于分裂间期的S期细胞停滞;处于S期之外的细胞不受影响而继续细胞周期的运转,最终细胞群体会停滞在细胞周期的G1/S期交界处,从而实现细胞周期同步化的目的。
假设一个细胞周期时长=G1+S+G2+M=10+7+3.5+1.5=22(h)。操作过程如下。
①向细胞的培养液中加入过量的DNA合成可逆抑制剂,处于S期的细胞立刻被抑制。
②继续培养G2+M+G1=3.5+1.5+10=15(h),则处于G2、M、G1期的细胞都将被抑制在G1/S期交界处。
③除去抑制剂,更换新鲜培养液,细胞将继续沿细胞周期运行,运行时间既要保证处于G1/S期交界处的细胞经过S期(7 h)进入G2期,又要保证处于S期的细胞不能再次进入S期(时间少于G2+M+G1的15 h),即运行时间应控制在7~15 h。
④再加入DNA合成可逆抑制剂,则可实现全部细胞都被阻断在G1/S期交界处,实现细胞周期同步化。
(2)秋水仙素阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素,秋水仙素能够抑制纺锤体形成,使细胞周期被阻断,从而实现细胞周期同步化。
[典型例题]
(2022·浙江1月选考,18)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CDKcyclin复合体,细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDKcyclin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CDKcyclin 复合体调控
[C] 抑制某种CDKcyclin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CDKcyclin 复合体会同步发生周期性变化
[迁移应用]
1.(2024·福建厦门月考)CDK蛋白和P27蛋白都参与调控细胞周期。P27蛋白可以插入CDK蛋白中,使CDK蛋白的空间结构改变,导致细胞周期停滞于DNA复制之前。下列叙述错误的是( )
[A] P27蛋白插入CDK蛋白中,分裂间期的细胞数量增多
[B] 若促进P27蛋白基因的表达,细胞增殖速率会迅速加快
[C] 若敲除细胞中的CDK蛋白基因,有丝分裂过程可能受阻
[D] 若敲除细胞中的P27蛋白基因,可能会引发细胞产生癌变
2.(2024·安徽合肥模拟)某种连续分裂的动物细胞细胞周期如图所示,包括G1期(8 h)、S期(8 h)、G2期(6 h)和M期(2 h)。现有该种细胞若干,为使所有细胞处于细胞周期同一时期,需按如下步骤操作:①在培养液中添加过量TdR(一种DNA合成抑制剂),培养细胞足够时间;②去除TdR,培养细胞10 h;③再次添加过量TdR,培养细胞足够时间。下列叙述错误的是( )
[A] 操作①后,原处于S期的细胞停滞于S/G2交界处
[B] 操作①后,原处于M期的细胞停滞于G1/S交界处
[C] 操作②后,培养液中没有处于S期的细胞
[D] 操作③后,所有细胞都停滞于G1/S交界处
第18讲 细胞的增殖
考点一 细胞增殖的周期性
必备知识·梳理
1.细胞分裂 发育 遗传 物质准备 细胞分裂 周期 无丝分裂
2.连续分裂 下一次分裂完成 分裂间期 分裂期
3.物质运输效率 小 低
深挖教材
1.(1)√ (2)√
(3)× 人体不是所有的细胞都有细胞周期,而且持续时间不一定相同。
(4)× 洋葱的表皮细胞是已分化的细胞,不再进行细胞增殖。
(5)√
2.(1)细胞周期的大部分时间处于分裂间期,占细胞周期的90%~95% (2)细胞如果太大,物质运输效率会降低,所以细胞不能太大;而细胞体积的最小限度,是由完成细胞功能所必需的基本结构(如核糖体)和物质(如酶)所需要的空间决定的
关键能力·提升
能力1
1.C 同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合只发生在减数分裂过程中,而图1、图2都表示细胞周期,为有丝分裂,不会发生同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合。
2.D 细胞在S期进行DNA分子的复制,cyclin A蛋白在S期合成和增加,与DNA的复制同步,推测cyclin A蛋白可能参与DNA的复制;cyclin B蛋白在G2期开始合成,在M期前期达到最多,之后逐渐降低,可能与前期的细胞分裂活动相关,如启动纺锤体的组装及纺锤丝与染色体的连接等;Wee1蛋白激酶可抑制cyclin BCDK复合物的活性,而细胞进入M期,cyclin B有较高表达水平,说明cyclin BCDK复合物的合成及活性的保持有利于细胞进入M期,则此时Wee1蛋白激酶的活性减弱;Wee1蛋白激酶的活性增强会抑制细胞从分裂间期进入分裂期,它的活性减弱会让细胞提前进入分裂期,分裂间期时间减少。
考点二 有丝分裂和无丝分裂
必备知识·梳理
1.染色体 纺锤体 赤道板 加倍 核膜、核仁
[思考] 赤道板是一个假想的结构,类似于地球赤道,是一个位置;而细胞板出现在植物细胞有丝分裂末期,向四周扩展形成新的细胞壁,细胞板是真实存在的结构。
2.纺锤丝 中心粒 细胞板 细胞膜
3.染色体 遗传
4.纺锤丝 染色体 蛙的红细胞
深挖教材
1.(1)× 有丝分裂不包含分裂间期。
(2)√ (3)√ (4)√
(5)× 无丝分裂是真核细胞的分裂方式,细菌的细胞分裂是二分裂。
2.(1)分裂期染色体高度螺旋化,DNA难以解旋,无法正常转录
(2)不是。用秋水仙素处理分裂中的细胞,秋水仙素抑制纺锤体的形成,后期染色体中的着丝粒依然可以分裂,从而使细胞中染色体数目加倍,这说明着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果。
关键能力·提升
能力2
3.C 据题图可知,a→b过程染色体解螺旋变成染色质,为有丝分裂末期,植物细胞有丝分裂末期在赤道板的位置上出现细胞板,它向四周扩展形成新的细胞壁,细胞板和细胞壁的形成与高尔基体有关;b→c过程染色质复制,表示有丝分裂前的间期,发生了DNA的复制;c→d过程表示有丝分裂前期,此时期核膜、核仁逐渐解体,但染色质高度螺旋、缩短变粗,形成染色体;e时期可表示有丝分裂中期,此时期染色体形态数目最清晰。
4.D 细胞分裂间期细胞核中完成DNA分子复制,微管蛋白的合成是由核糖体在细胞质中完成的;有丝分裂前期,动物细胞中心体周围发出星射线形成纺锤体;有丝分裂中期,染色体的着丝粒排列在赤道板上,但赤道板是假想的平面,并不是真实存在的结构;有丝分裂后期,染色体着丝粒分裂,姐妹染色单体分开并在纺锤体和动粒的共同作用下移向细胞两极。
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考向
1.A 细胞周期包括分裂间期和分裂期,分裂间期主要进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,由题干“出芽与核DNA复制同时开始”可知,芽殖酵母在细胞分裂间期开始出芽;由图2可知,基因甲超量表达可提高芽殖酵母的最大分裂次数,而敲除基因乙和溶液丙均可降低芽殖酵母的最大分裂次数,而一个母体细胞出芽达到最大次数后就会衰老、死亡,说明基因和环境都可影响芽殖酵母的寿命;芽殖酵母通过出芽形成芽体进行无性繁殖,无性繁殖不会改变染色体的数目;一个母体细胞出芽达到最大次数后就会衰老、死亡,基因甲超量表达可提高芽殖酵母的最大分裂次数,因此,该实验结果为延长细胞生命周期的研究提供新思路。
2.B ②时期已经完成了DNA的复制,相当于高等动物的有丝分裂前期,但题图中还能观察到核膜,高等动物有丝分裂前期核仁、核膜消失;由题图可知,③时期,染色体的着丝粒排列在赤道板上;④时期,着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,分别移向两极,图示类似有丝分裂过程,没有非同源染色体的自由组合;⑤时期,细胞质的分裂方式与高等动物细胞相同,都是直接从细胞中缢裂开。
3.C 中心体的复制发生在分裂间期,染色体加倍发生在有丝分裂后期;由于题图为有丝分裂某时期荧光图,有丝分裂过程一直存在同源染色体,所以图中两处DNA荧光标记区域均有同源染色体;中心体周围发出星射线形成纺锤体,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,由星射线将分裂开的子染色体拉向两极,因而中心体位置决定细胞分裂的方向;秋水仙素能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,不会使细胞进入题图所示分裂时期。
4.D 真核细胞有丝分裂前期会发生核膜解体,即题图中的Ⅰ时期,核膜解体后形成的小泡可参与新核膜重构;根据题图可知,Ⅰ→Ⅱ过程中,核膜围绕染色体重新组装;真核细胞有丝分裂末期核膜会重新合成,即对应题图中的Ⅲ时期,重新合成的核膜为下一次细胞分裂做准备;核膜上的核孔可以允许蛋白质等大分子物质进出细胞核,但核孔具有选择性,大分子物质不能自由进出核孔。
热点情境6 细胞周期的调控
[典型例题]
D 由于一个细胞周期中,不同阶段的变化不是同步的,因此调控不同阶段的CDKcyclin复合体不可能同步发生周期性变化。
[迁移应用]
1.B P27蛋白插入CDK蛋白中,导致细胞周期停滞于DNA复制之前,而DNA复制发生在分裂间期,故P27蛋白插入CDK蛋白中,分裂间期的细胞数量增多;若促进P27蛋白基因的表达,P27蛋白的含量增加,导致更多的CDK蛋白的空间结构改变,停滞于DNA复制之前的细胞增加,故细胞增殖速率会减慢;CDK蛋白构象改变,使细胞周期停滞于DNA复制之前,推测CDK蛋白缺失也会有类似的结果,因此若敲除细胞中的CDK蛋白基因,有丝分裂过程可能受阻;由题意可知,P27蛋白有减缓细胞分裂的作用,若敲除细胞中的P27蛋白基因,细胞分裂加快,可能会引发细胞癌变。
2.A 操作①后,原处于S期的细胞DNA复制中断,会停滞于S期,不会继续复制直到停滞于S/G2交界处。(共79张PPT)
第18讲
细胞的增殖
[课标要求]
描述细胞通过不同的方式进行分裂,其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。
细胞增殖的周期性
考点一
1.细胞增殖
细胞分裂
发育
遗传
物质准备
细胞分裂
周期
无丝分裂
2.细胞周期
连续分裂
下一次分
裂完成
分裂间期
分裂期
提醒 (1)细胞周期必须是分裂间期在前,分裂期在后,不能颠倒。
(2)G1期与G2期的区别是G1期合成的RNA和有关蛋白质大多是与DNA复制有关的,如解旋酶、DNA聚合酶等;而G2期合成的RNA和有关蛋白质大多是与分裂期有关的,如微管蛋白,以形成纺锤丝等结构。
3.细胞不能无限长大
细胞的大小影响 ,即细胞越大,细胞的表面积与体积的比值越 ,物质运输的效率越 ,不利于细胞与外界进行物质交换。
物质运输效率
小
低
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P110正文)单细胞生物通过细胞增殖而繁衍。( )
√
(2)(必修1 P111正文)只有连续分裂的细胞才有细胞周期。( )
√
(3)(必修1 P111表6-1)人体所有细胞的细胞周期持续时间相同。( )
×
【提示】 人体不是所有的细胞都有细胞周期,而且持续时间不一定相同。
(4)(必修1 P111正文)洋葱的表皮细胞比分生区细胞的增殖周期长。( )
×
【提示】 洋葱的表皮细胞是已分化的细胞,不再进行细胞增殖。
(5)(必修1 P111正文)细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制。( )
√
2.规范表达
(1)(必修1 P111正文)观察细胞有丝分裂装片时不断移动视野,视野中的细胞绝大多数是分裂间期的细胞,原因是
。
(2)(必修1 P115思维训练拓展)细胞不能太大,也不是越小越好,原因是
。
细胞周期的大部分时间处于分裂间期,
占细胞周期的90%～95%
细胞
如果太大,物质运输效率会降低,所以细胞不能太大;而细胞体积的最小限度,是由完成细胞功能所必需的基本结构(如核糖体)和物质(如酶)所需要的空间决定的
1.细胞周期4种常用表示方法
2.常与细胞周期联合考查的5个“热点”
能力1 围绕细胞周期的概念和应用,考查理解能力
1.(2024·广东中山模拟)图1中,ab表示一个细胞周期,cd表示另一个细胞周期。图2中,按箭头方向,表示细胞周期。下列叙述错误的是( )
[A] 图1中的a、图2中B→A时的细胞正在进行DNA复制
[B] 图1中的b、图2中A→B时的细胞会出现染色体数目加倍的时期
[C] 图1、图2中会发生同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合
[D] 根据在细胞周期中阻断DNA复制的原理,可以控制癌细胞的增殖
C
【解析】 同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合只发生在减数分裂过程中,而图1、图2都表示细胞周期,为有丝分裂,不会发生同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合。
2.(2024·重庆模拟)细胞周期控制器是由细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)和细胞周期蛋白(cyclin)两种蛋白质构成的复合物。如图为多种cyclin在细胞周期中的表达情况,Wee1蛋白激酶可抑制cyclin B-CDK复合物的活性。下列相关叙述错误的是( )
[A] cyclin A蛋白可能参与DNA的复制
[B] cyclin B可能与启动纺锤体的组装及纺锤丝与染色体的连接有关
[C] 若细胞要顺利进入M期,则此时Wee1蛋白激酶的活性减弱
[D] 若Wee1蛋白激酶活性降低,则细胞分裂间期的时间增加
D
【解析】 细胞在S期进行DNA分子的复制,cyclin A蛋白在S期合成和增加,与DNA的复制同步,推测cyclin A蛋白可能参与DNA的复制;cyclin B蛋白在G2期开始合成,在M期前期达到最多,之后逐渐降低,可能与前期的细胞分裂活动相关,如启动纺锤体的组装及纺锤丝与染色体的连接等;Wee1蛋白激酶可抑制cyclin B-CDK复合物的活性,而细胞进入M期,cyclin B有较高表达水平,说明cyclin B-CDK复合物的合成及活性的保持有利于细胞进入M期,则此时Wee1蛋白激酶的活性减弱;Wee1蛋白激酶的活性增强会抑制细胞从分裂间期进入分裂期,它的活性减弱会让细胞提前进入分裂期,分裂间期时间减少。
考点二
有丝分裂和无丝分裂
1.有丝分裂
时期 植物细胞 动物细胞 主要特点
前期 ①出现 ;
②核仁逐渐解体,核膜逐渐消失;
③形成
染色体
纺锤体
中期 染色体的着丝粒排列在 上
后期 ①着丝粒一分为二;
②纺锤丝牵引染色体移向细胞的两极;
③染色体数目
赤道板
加倍
末期 ①染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝;
②纺锤丝逐渐消失;
③ 重新出现
核膜、核仁
[思考] 赤道板和细胞板的区别是什么
【提示】 赤道板是一个假想的结构,类似于地球赤道,是一个位置;而细胞板出现在植物细胞有丝分裂末期,向四周扩展形成新的细胞壁,细胞板是真实存在的结构。
2.动植物细胞有丝分裂的主要区别
纺锤丝
中心粒
细胞
板
细胞膜
提醒 (1)中心粒在间期倍增,在前期两组中心粒分别移向细胞两极,在末期随着细胞分裂进入两个子细胞。
(2)星射线和纺锤丝都由微管蛋白组装而成,在前期形成纺锤体。
(3)除了动物,低等植物中也有中心体,故不能通过中心体或纺锤体的形成方式鉴别动植物细胞,可以通过有无细胞壁或末期是否会形成细胞板(细胞质的分裂方式)鉴别。
3.有丝分裂的意义
将亲代细胞的 经过复制之后,精确地平均分配到两个子细胞中,在细胞的亲代和子代之间保持了 的稳定性。
4.无丝分裂
染色体
遗传
纺锤丝
染色体
蛙的红细胞
提醒 原核细胞以二分裂方式增殖,二分裂不属于无丝分裂,也不属于有丝分裂。无丝分裂和有丝分裂都是真核细胞的分裂方式。
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P111正文)有丝分裂包含分裂间期和分裂期。( )
×
【提示】 有丝分裂不包含分裂间期。
(2)(必修1 P112～113图6-2)观察有丝分裂的各个时期,中期时细胞中染色体的形态最为清晰。( )
√
(3)(必修1 P112～113图6-2)有丝分裂后期和末期,核DNA分子数与染色体数相同。( )
√
(4)(必修1 P114正文)动物细胞分裂间期有DNA的复制和中心体的倍增。
( )
√
(5)(必修1 P115楷体字)细菌的细胞分裂是无丝分裂。( )
×
【提示】 无丝分裂是真核细胞的分裂方式,细菌的细胞分裂是二分裂。
2.规范表达
(1)(必修1 P111正文拓展)细胞分裂间期是蛋白质合成的主要时期,分裂期蛋白质合成得很少,原因是
。
分裂期染色体高度螺旋化,DNA难以解旋,无法正常
转录
(2)(必修1 P112～113图6-2拓展)有丝分裂后期着丝粒的分裂是不是纺锤丝牵引的结果 如何验证结论
【提示】 不是。用秋水仙素处理分裂中的细胞,秋水仙素抑制纺锤体的形成,后期染色体中的着丝粒依然可以分裂,从而使细胞中染色体数目加倍,这说明着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果。
能力2 围绕有丝分裂的过程及特点,考查理解能力
3.(2024·四川乐山模拟)如图表示某植物细胞在细胞周期过程中染色体的行为变化,下列相关分析错误的是( )
[A] a→b过程高尔基体活动活跃,有细胞板的形成
[B] b→c表示在分裂间期发生了DNA的复制
[C] c→d过程染色质和核膜、核仁逐渐解体
[D] e时期染色体形态数目最清晰
C
【解析】 据题图可知,a→b过程染色体解螺旋变成染色质,为有丝分裂末期,植物细胞有丝分裂末期在赤道板的位置上出现细胞板,它向四周扩展形成新的细胞壁,细胞板和细胞壁的形成与高尔基体有关;b→c过程染色质复制,表示有丝分裂前的间期,发生了DNA的复制;c→d过程表示有丝分裂前期,此时期核膜、核仁逐渐解体,但染色质高度螺旋、缩短变粗,形成染色体;e时期可表示有丝分裂中期,此时期染色体形态数目最清晰。
4.(2024·广东肇庆模拟)如图为一条染色体的结构示意图。高等植物细胞两极发出的纺锤丝和动物中心体周围发出的星射线都属于微管蛋白,它们形成的纺锤体必须有附着支点,即动粒,才能实现对染色体的牵拉移动。下列有关说法正确的是( )
[A] 细胞分裂间期,细胞核内会完成DNA分子的复制和微管蛋白等的合成
[B] 有丝分裂前期,动物细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体
[C] 有丝分裂中期,细胞中央形成一个赤道板,染色体的着丝粒排列在其中
[D] 有丝分裂后期,染色体着丝粒分裂形成的两条染色体在纺锤体和动粒的共同作用下移向细胞两极
D
【解析】 细胞分裂间期细胞核中完成DNA分子复制,微管蛋白的合成是由核糖体在细胞质中完成的;有丝分裂前期,动物细胞中心体周围发出星射线形成纺锤体;有丝分裂中期,染色体的着丝粒排列在赤道板上,但赤道板是假想的平面,并不是真实存在的结构;有丝分裂后期,染色体着丝粒分裂,姐妹染色单体分开并在纺锤体和动粒的共同作用下移向细胞两极。
考向 从生命观念角度,考查有丝分裂过程
1.(2024·湖北卷,13)芽殖酵母通过出芽形成芽体进行无性繁殖(图1),出芽与核DNA复制同时开始。一个母体细胞出芽达到最大次数后就会衰老、死亡。科学家探究了不同因素对芽殖酵母最大分裂次数的影响,实验结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
[A] 芽殖酵母进入细胞分裂期时开始出芽
[B] 基因和环境都可影响芽殖酵母的寿命
[C] 成熟芽体的染色体数目与母体细胞的相同
[D] 该实验结果为延长细胞生命周期的研究提供新思路
研练真题·感悟高考
A
【解析】 细胞周期包括分裂间期和分裂期,分裂间期主要进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,由题干“出芽与核DNA复制同时开始”可知,芽殖酵母在细胞分裂间期开始出芽;由图2可知,基因甲超量表达可提高芽殖酵母的最大分裂次数,而敲除基因乙和溶液丙均可降低芽殖酵母的最大分裂次数,而一个母体细胞出芽达到最大次数后就会衰老、死亡,说明基因和环境都可影响芽殖酵母的寿命;
芽殖酵母通过出芽形成芽体进行无性繁殖,无性繁殖不会改变染色体的数目;一个母体细胞出芽达到最大次数后就会衰老、死亡,基因甲超量表达可提高芽殖酵母的最大分裂次数,因此,该实验结果为延长细胞生命周期的研究提供新思路。
2.(2023·辽宁卷,11)下图为眼虫在适宜条件下增殖的示意图(仅显示部分染色体)。下列叙述正确的是( )
[A] ②时期,细胞核的变化与高等动物细胞相同
[B] ③时期,染色体的着丝粒排列在赤道板上
[C] ④时期,非同源染色体自由组合
[D] ⑤时期,细胞质的分裂方式与高等植物细胞相同
B
【解析】 ②时期已经完成了DNA的复制,相当于高等动物的有丝分裂前期,但题图中还能观察到核膜,高等动物有丝分裂前期核仁、核膜消失;由题图可知,③时期,染色体的着丝粒排列在赤道板上;④时期,着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,分别移向两极,图示类似有丝分裂过程,没有非同源染色体的自由组合;⑤时期,细胞质的分裂方式与高等动物细胞相同,都是直接从细胞中缢裂开。
3.(2022·天津卷,6)用荧光标记技术显示细胞中心体和DNA,获得有丝分裂某时期荧光图。有关叙述正确的是( )
[A] 中心体复制和染色体加倍均发生在图示时期
[B] 图中两处DNA荧光标记区域均无同源染色体
[C] 图中细胞分裂方向由中心体位置确定
[D] 秋水仙素可促使细胞进入图示分裂时期
C
【解析】 中心体的复制发生在分裂间期,染色体加倍发生在有丝分裂后期;由于题图为有丝分裂某时期荧光图,有丝分裂过程一直存在同源染色体,所以图中两处DNA荧光标记区域均有同源染色体;中心体周围发出星射线形成纺锤体,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,由星射线将分裂开的子染色体拉向两极,因而中心体位置决定细胞分裂的方向;秋水仙素能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,不会使细胞进入题图所示分裂时期。
4.(2021·海南卷,7)真核细胞有丝分裂过程中核膜解体和重构过程如图所示。下列有关叙述错误的是( )
[A] Ⅰ 时期,核膜解体后形成的小泡可参与新核膜重构
[B] Ⅰ→Ⅱ过程中,核膜围绕染色体重新组装
[C] Ⅲ时期,核膜组装完毕,可进入下一个细胞周期
[D] 组装完毕后的核膜允许蛋白质等物质自由进出核孔
D
【解析】 真核细胞有丝分裂前期会发生核膜解体,即题图中的Ⅰ时期,核膜解体后形成的小泡可参与新核膜重构;根据题图可知,Ⅰ→Ⅱ过程中,核膜围绕染色体重新组装;真核细胞有丝分裂末期核膜会重新合成,即对应题图中的Ⅲ时期,重新合成的核膜为下一次细胞分裂做准备;核膜上的核孔可以允许蛋白质等大分子物质进出细胞核,但核孔具有选择性,大分子物质不能自由进出核孔。
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细胞周期的调控
[情境链接]
1.细胞周期的调控
细胞周期的调控关键在分裂间期。有2个起决定作用的控制点,从G1期进入S期和从G2期进入M期。这2个转变过程都是由一种称为成熟促进因子(MPF)的蛋白质复合体所触发的。裂殖酵母中组成MPF的是两种蛋白:cdc2激酶和细胞周期蛋白(cyclin)。cyclin有2种:
S-cyclin和M-cyclin。其调控过程如图所示。
细胞周期的调控关键是掌握2个起决定作用的控制点,即在G1期S-cyclin与cdc2结合调控DNA复制,使细胞进入S期;在G2期M-cyclin与cdc2结合调控有丝分裂,使细胞进入分裂期。
2.动物细胞周期同步化的方法
根据细胞周期调控的原理,利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的两种方法。
(1)DNA合成阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂,会阻断分裂间期中S期的DNA复制过程,使处于分裂间期的S期细胞停滞;处于S期之外的细胞不受影响而继续细胞周期的运转,最终细胞群体会停滞在细胞周期的G1/S期交界处,从而实现细胞周期同步化的目的。
假设一个细胞周期时长=G1+S+G2+M=10+7+3.5+1.5=22(h)。操作过程如下。
①向细胞的培养液中加入过量的DNA合成可逆抑制剂,处于S期的细胞立刻被抑制。
②继续培养G2+M+G1=3.5+1.5+10=15(h),则处于G2、M、G1期的细胞都将被抑制在G1/S期交界处。
③除去抑制剂,更换新鲜培养液,细胞将继续沿细胞周期运行,运行时间既要保证处于G1/S期交界处的细胞经过S期(7 h)进入G2期,又要保证处于S期的细胞不能再次进入S期(时间少于G2+M+G1的15 h),即运行时间应控制在7～15 h。
④再加入DNA合成可逆抑制剂,则可实现全部细胞都被阻断在G1/S期交界处,实现细胞周期同步化。
(2)秋水仙素阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素,秋水仙素能够抑制纺锤体形成,使细胞周期被阻断,从而实现细胞周期同步化。
[典型例题]
(2022·浙江1月选考,18)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
D
【解析】 由于一个细胞周期中,不同阶段的变化不是同步的,因此调控不同阶段的CDK-cyclin复合体不可能同步发生周期性变化。
思维建模
[迁移应用]
1.(2024·福建厦门月考)CDK蛋白和P27蛋白都参与调控细胞周期。P27蛋白可以插入CDK蛋白中,使CDK蛋白的空间结构改变,导致细胞周期停滞于DNA复制之前。下列叙述错误的是( )
[A] P27蛋白插入CDK蛋白中,分裂间期的细胞数量增多
[B] 若促进P27蛋白基因的表达,细胞增殖速率会迅速加快
[C] 若敲除细胞中的CDK蛋白基因,有丝分裂过程可能受阻
[D] 若敲除细胞中的P27蛋白基因,可能会引发细胞产生癌变
B
【解析】 P27蛋白插入到CDK蛋白中,导致细胞周期停滞于DNA复制之前,而DNA复制发生在分裂间期,故P27蛋白插入到CDK蛋白中,分裂间期的细胞数量增多;若促进P27蛋白基因的表达,P27蛋白的含量增加,导致更多的CDK蛋白的空间结构改变,停滞于DNA复制之前的细胞增加,故细胞增殖速率会减慢;CDK蛋白构象改变,使细胞周期停滞于DNA复制之前,推测CDK蛋白缺失也会有类似的结果,因此若敲除细胞中的CDK蛋白基因,有丝分裂过程可能受阻;由题意可知,P27蛋白有减缓细胞分裂的作用,若敲除细胞中的P27蛋白基因,细胞分裂加快,可能会引发细胞癌变。
2.(2024·安徽合肥模拟)某种连续分裂的动物细胞细胞周期如图所示,包括G1期(8 h)、S期(8 h)、G2期(6 h)和M期(2 h)。现有该种细胞若干,为使所有细胞处于细胞周期同一时期,需按如下步骤操作:①在培养液中添加过量TdR(一种DNA合成抑制剂),培养细胞足够时间;②去除TdR,培养细胞10 h;③再次添加过量TdR,培养细胞足够时间。下列叙述错误的是( )
[A] 操作①后,原处于S期的细胞停滞于S/G2交界处
[B] 操作①后,原处于M期的细胞停滞于G1/S交界处
[C] 操作②后,培养液中没有处于S期的细胞
[D] 操作③后,所有细胞都停滞于G1/S交界处
A
【解析】 操作①后,原处于S期的细胞DNA复制中断,会停滞于S期,不会继续复制直到停滞于S/G2交界处。
(时间:30分钟 满分:35分)
基础强化练
选择题:1～7题,每题2分。
1.(有丝分裂的过程|2024·福州质检)长春碱能阻碍纺锤丝微管蛋白的聚合,使纺锤体无法形成。用长春碱处理分裂间期的细胞,会导致细胞分裂时( )
[A] DNA无法复制
[B] 着丝粒无法形成
[C] 染色质无法螺旋化
[D] 染色体无法向两极移动
D
【解析】 在有丝分裂后期纺锤体的作用是牵引染色体移向细胞两极,故用长春碱处理分裂间期的细胞,会使有丝分裂前期纺锤体无法形成,导致细胞有丝分裂后期时染色体无法向两极移动。
2.(细胞分裂的过程|2024·重庆模拟)下表为细胞分裂的相关信息,下列说法正确的是
( )
真核细胞分裂方式 部分特点
甲 无纺锤丝或星射线出现
乙 具有周期性
丙 产生生殖细胞
[A] 甲不发生DNA复制,在分裂过程中没有出现染色体的变化
[B] 蛙的红细胞能通过甲方式增殖,人的成熟红细胞能通过乙方式增殖
[C] 动物细胞通过乙方式进行分裂时,一对中心粒在前期倍增为两组
[D] 哺乳动物的精原细胞可通过乙或丙的方式进行分裂
D
【解析】 甲为无丝分裂,乙为有丝分裂,丙为减数分裂,甲过程会发生DNA复制;人的成熟红细胞不能增殖;动物细胞通过乙方式(有丝分裂)进行分裂时,一对中心粒在分裂间期倍增为两组;哺乳动物的精原细胞既可以进行有丝分裂,又可以进行减数分裂。
3.(染色质的结构|2024·龙岩模拟)分裂间期每条染色质可分为常染色质和异染色质两部分。常染色质是进行活跃转录的部位,呈疏松的环状;异染色质无转录活性,处于凝缩状态,是遗传惰性区。下列说法错误的是( )
[A] 两种染色质的化学组成相同
[B] 异染色质在分裂间期不进行复制
[C] 异染色质通常不编码蛋白质
[D] 分裂期常染色质与异染色质都变成染色体
B
【解析】 两种染色质的化学组成都为DNA和蛋白质,故两种染色质的化学组成相同;异染色质和常染色质在分裂间期都进行复制;异染色质无转录活性,处于凝缩状态,故异染色质通常不编码蛋白质;在细胞分裂期,常染色质与异染色质都能高度螺旋,缩短变粗,成为染色体。
4.(乳酸积累对癌细胞有丝分裂的影响|2023·湖北卷,13)快速分裂的癌细胞内会积累较高浓度的乳酸。研究发现,乳酸与锌离子结合可以抑制蛋白甲的活性,蛋白甲活性下降导致蛋白乙的SUMO化修饰加强,进而加快有丝分裂后期的进程。下列叙述正确的是( )
[A] 乳酸可以促进DNA的复制
[B] 较高浓度乳酸可以抑制细胞的有丝分裂
[C] 癌细胞通过无氧呼吸在线粒体中产生大量乳酸
[D] 敲除蛋白甲基因可升高细胞内蛋白乙的SUMO 化水平
D
【解析】 根据题目信息可知乳酸与锌离子结合可以抑制蛋白甲的活性,甲活性下降导致蛋白乙的SUMO化修饰加强,进而加快有丝分裂后期的进程,进而促进有丝分裂,乳酸不能促进DNA复制,能促进有丝分裂后期的进程;无氧呼吸产生乳酸发生在细胞质基质,不发生在线粒体中;根据题目信息,甲活性下降导致蛋白乙的SUMO化修饰加强,故敲除蛋白甲基因可升高细胞内蛋白乙的SUMO化水平。
5.(动、植物细胞分裂的区别|2024·合肥模拟)如图为动物和植物细胞的有丝分裂模式图,下列相关分析正确的是( )
[A] 甲为分裂间期,乙为分裂末期
[B] ①在前期完成倍增,发出星射线
[C] 甲细胞中无同源染色体,甲产生的子细胞为生殖细胞
[D] ⑤的内含物成分和④基本相同
D
【解析】 图甲没有细胞壁,两组中心粒分别移向细胞两极,因此图甲表示动物细胞有丝分裂前期,图乙含有细胞壁,赤道板位置正在形成细胞板,因此图乙表示植物细胞有丝分裂末期;①为中心粒,在分裂间期复制,在前期移向细胞两极发出星射线;图甲细胞处于有丝分裂前期,图甲细胞中有同源染色体,产生的子细胞为体细胞;④为细胞壁,⑤为细胞板,细胞板最后形成细胞壁,故⑤的内含物成分和④基本相同。
6.(分裂图像识别|2024·亳州月考)如图是某动物细胞分裂的模式图,下列相关叙述错误的是( )
[A] 上述细胞分裂的顺序是图1→图4→图2→图3
[B] 图2与图4相比,细胞中的核DNA数目不变,但染色体数目加倍
[C] 若某药物可抑制纺锤体形成,则它极可能作用于图2细胞所属时期
[D] 开始出现染色体的时期是图4,染色体开始转变成染色质形态的时期是图3
C
【解析】 据题图可知,细胞分裂的顺序是图1(分裂间期)→图4(前期)→图2(后期)→图3(末期);图2为有丝分裂后期,与图4相比,该细胞中的核DNA数目不变,着丝粒分裂导致染色体数目加倍;纺锤体形成于分裂前期,即图4时期,若某药物可抑制纺锤体形成,则它极可能是作用于图4细胞所属时期;图4是有丝分裂前期,细胞中出现染色体,且染色体散乱分布,图3是有丝分裂末期,染色体开始转变成染色质形态。
7.(细胞周期的调控|2024·青岛一模)真核细胞的细胞周期受到环境因素及多种周期蛋白的调控。研究发现,芽殖酵母中的抑制因子Whi5可以记录环境信息并调控细胞周期起始,复杂的环境信息可定量转化为Whi5蛋白水平。SBF是一种促进细胞周期起始的关键转录因子,在G1期Whi5蛋白能结合并抑制SBF,Whi5失活标志着细胞周期的起始。下列说法错误的是( )
[A] 酵母细胞的G1期可合成DNA聚合酶和解旋酶等
[B] 酵母细胞在G1期感受周围环境,由此决定细胞周期起始的时机
[C] 当酵母细胞缺少营养或处于不良环境时,Whi5蛋白水平会降低
[D] 研发Whi5蛋白合成促进剂,可为治疗癌症提供思路
C
【解析】 酵母细胞的G1期可合成DNA聚合酶和解旋酶等,为S期进行物质准备;依据“芽殖酵母中的抑制因子Whi5……细胞周期的起始”,推测酵母细胞在G1期感受周围环境,由此决定细胞周期起始的时机;当酵母细胞缺少营养或处于不良环境时,酵母细胞的细胞周期可能会变长,Whi5蛋白水平会升高;癌细胞的细胞周期短,Whi5蛋白水平升高会使细胞周期变长,因此研发Whi5蛋白合成促进剂,可减慢癌细胞的分裂,为治疗癌症提供思路。
选择题:8～9题,每题4分。
8.(动粒|2024·东莞模拟)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丝连结在一起。经研究发现,纤维冠主要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。下列相关叙述正确的是( )
[A] 在正常情况下,图中所示的姐妹染色单体含有等位基因
[B] 若动粒外层的纤维冠缺失,可导致核DNA无法平均分配
[C] 纺锤丝变短导致着丝粒分离,姐妹染色单体移向细胞两极
[D] 有丝分裂后期,秋水仙素能作用于动粒抑制纺锤体的形成
B
能力提升练
【解析】 在正常情况下,等位基因位于同源染色体的非姐妹染色单体上,题图中所示的姐妹染色单体含有相同基因;由题中信息“纤维冠主要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”可知,若动粒外层的纤维冠缺失,则会导致染色体的运动和分离受影响,可能导致核DNA无法平均分配;动粒负责将着丝粒与纺锤丝连结在一起,纺锤丝变短不会导致着丝粒分离,姐妹染色单体分开后成为两条子染色体,两条子染色体移向细胞两极;秋水仙素通过抑制纺锤体的形成使染色体数目加倍,纺锤体在有丝分裂前期形成。
9.(细胞周期|2025·福州期中)利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步化,如图是动物细胞周期同步化的方法之一,下列说法正确的是( )
[A] 阻断Ⅰ处理需在培养液中添加DNA合成抑制剂,不可逆地抑制DNA复制
[B] 解除阻断时应更换正常的新鲜培养液,培养的时间控制在大于S即可
[C] 阻断Ⅱ处理与阻断Ⅰ处理相同,经过处理后,所有细胞都应停滞在G1/S期交界处
[D] 可根据阻断Ⅱ处理后细胞的染色体形态和数目检测是否实现细胞周期同步化
C
【解析】 阻断Ⅰ处理需在培养液中添加DNA合成抑制剂,抑制DNA复制,而这种抑制作用能被解除,使得DNA复制可继续进行,说明这种阻断是可逆的;解除阻断时,应更换正常的新鲜培养液,以恢复DNA复制,培养的时间应大于S,小于G2+M+G1,保证所有细胞都不在S期内;阻断Ⅰ处理和阻断Ⅱ处理都是加入DNA合成抑制剂,经过两次处理后,所有细胞就都停留在S期的开始点,即所有细胞都停留在细胞周期的G1期/S期交界处,从而实现细胞周期的同步化;理论上,经阻断处理后细胞都停留在G1期/S期交界处(分裂间期),此时观察不到染色体形态。
10.(13分)(细胞周期调控|2024·日照模拟)研究发现,细胞周期的控制有三个关键点:从G1期到S期、从G2期到M期、从中期到后期。细胞中染色体的正确排列、分离与染色单体之间的黏连蛋白有关,细胞分裂过程中,蛋白质复合物(APC)、分离酶(SEP)、保全素(SCR)是调控的关键因素,其中分离酶(SEP)能将黏连蛋白水解,蛋白质复合物(APC)是细胞周期从中期到后期的调控因子。分离酶(SEP)的活性需要被严密调控,保全素(SCR)能与分离酶(SEP)紧密结合,并充当假底物而阻断其活性。细胞分裂过程中三种物质的含量变化如图所示。请回答下列问题。
(1)正常情况下,小鼠受精卵以 分裂方式增殖,将亲代细胞的染色体 ,从而保证亲子代细胞间遗传物质的稳定性。该分裂过程中黏连蛋白被水解的时期是 。
有丝
经过复制并均分到两个子细胞中
有丝分裂后期
【解析】 (1)正常情况下,小鼠受精卵的分裂方式为有丝分裂;通过有丝分裂,可将亲代细胞的染色体复制并均分到两个子细胞中,从而保证亲子代细胞间遗传物质的稳定性;据题干信息“细胞中染色体的正确排列、分离与染色单体之间的黏连蛋白有关”,结合有丝分裂过程可知,黏连蛋白被水解的时期是在有丝分裂后期姐妹染色单体分离时。
(2)在人类细胞中,分离酶在分裂间期时被阻挡在细胞核外,如果此时核膜的通透性发生不恰当地改变,最终会导致无法保证DNA平均分配,其原因是
。
核膜的通透性发生改变,使分离酶进入细胞核内,水解黏连蛋白,使得姐妹染色单体提早分离,进而使得染色体分配混乱,导致DNA无法平均分配
【解析】 (2)结合题干信息“细胞中染色体的正确排列、分离与染色单体之间的黏连蛋白有关”及“分离酶(SEP)能将黏连蛋白水解”可知,若核膜的通透性发生改变,使分离酶进入细胞核内,水解黏连蛋白,使得姐妹染色单体提早分离,进而使得染色体分配混乱,导致DNA无法平均分配。
(3)根据题中信息,推测蛋白质复合物APC在细胞周期中的具体作用是
。
APC在分裂中期将保全素(SCR)分解,释放分离酶,分离酶分解染色单体之间的黏连蛋白,为染色单体移向细胞两极、完成DNA均分做准备
【解析】 (3)据题干信息“蛋白质复合物(APC)是细胞周期从中期到后期的调控因子”,结合题图信息可进一步推知APC在分裂中期将保全素(SCR)分解,释放分离酶,分离酶分解染色单体之间的黏连蛋白,为染色单体移向细胞两极、完成DNA均分做准备。
(4)细胞分裂过程中还伴随着一系列周期相关分子信号的启动,研究发现蛋白Numb参与细胞周期进程的调控。为了研究Numb蛋白的功能,研究者对实验组细胞(通过干扰RNA以抑制Numb蛋白的表达)和对照组细胞(不做处理)中处于各时期的细胞比例进行了统计,结果如下表所示。
时期 G1 S G2 M(分裂期)
实验组 34% 29% 28% 9%
对照组 34% 29% 34% 3%
请据表分析,Numb蛋白与细胞分裂进入 期有关,说明理由:
。
M
因抑制了Numb蛋白的
表达,使得实验组中G2期的细胞比例明显低于对照组,而M期细胞比例明显高于对照组
【解析】 (4)由题干信息可知,实验组通过干扰RNA抑制了Numb蛋白的表达,不能合成Numb蛋白,对照组能合成Numb蛋白,与对照组相比,实验组G2期的细胞比例降低,M期的细胞比例升高,推测Numb蛋白的作用可能是阻止细胞分裂由G2期进入M期。第18讲 细胞的增殖
(时间:30分钟 满分:35分)
基础强化练
选择题:1~7题,每题2分。
1.(有丝分裂的过程|2024·福州质检)长春碱能阻碍纺锤丝微管蛋白的聚合,使纺锤体无法形成。用长春碱处理分裂间期的细胞,会导致细胞分裂时( )
[A] DNA无法复制
[B] 着丝粒无法形成
[C] 染色质无法螺旋化
[D] 染色体无法向两极移动
2.(细胞分裂的过程|2024·重庆模拟)下表为细胞分裂的相关信息,下列说法正确的是( )
真核细胞分裂方式 部分特点
甲 无纺锤丝或星射线出现
乙 具有周期性
丙 产生生殖细胞
[A] 甲不发生DNA复制,在分裂过程中没有出现染色体的变化
[B] 蛙的红细胞能通过甲方式增殖,人的成熟红细胞能通过乙方式增殖
[C] 动物细胞通过乙方式进行分裂时,一对中心粒在前期倍增为两组
[D] 哺乳动物的精原细胞可通过乙或丙的方式进行分裂
3.(染色质的结构|2024·龙岩模拟)分裂间期每条染色质可分为常染色质和异染色质两部分。常染色质是进行活跃转录的部位,呈疏松的环状;异染色质无转录活性,处于凝缩状态,是遗传惰性区。下列说法错误的是( )
[A] 两种染色质的化学组成相同
[B] 异染色质在分裂间期不进行复制
[C] 异染色质通常不编码蛋白质
[D] 分裂期常染色质与异染色质都变成染色体
4.(乳酸积累对癌细胞有丝分裂的影响|2023·湖北卷,13)快速分裂的癌细胞内会积累较高浓度的乳酸。研究发现,乳酸与锌离子结合可以抑制蛋白甲的活性,蛋白甲活性下降导致蛋白乙的SUMO化修饰加强,进而加快有丝分裂后期的进程。下列叙述正确的是( )
[A] 乳酸可以促进DNA的复制
[B] 较高浓度乳酸可以抑制细胞的有丝分裂
[C] 癌细胞通过无氧呼吸在线粒体中产生大量乳酸
[D] 敲除蛋白甲基因可升高细胞内蛋白乙的SUMO 化水平
5.(动、植物细胞分裂的区别|2024·合肥模拟)如图为动物和植物细胞的有丝分裂模式图,下列相关分析正确的是( )
[A] 甲为分裂间期,乙为分裂末期
[B] ①在前期完成倍增,发出星射线
[C] 甲细胞中无同源染色体,甲产生的子细胞为生殖细胞
[D] ⑤的内含物成分和④基本相同
6.(分裂图像识别|2024·亳州月考)如图是某动物细胞分裂的模式图,下列相关叙述错误的是( )
[A] 上述细胞分裂的顺序是图1→图4→图2→图3
[B] 图2与图4相比,细胞中的核DNA数目不变,但染色体数目加倍
[C] 若某药物可抑制纺锤体形成,则它极可能作用于图2细胞所属时期
[D] 开始出现染色体的时期是图4,染色体开始转变成染色质形态的时期是图3
7.(细胞周期的调控|2024·青岛一模)真核细胞的细胞周期受到环境因素及多种周期蛋白的调控。研究发现,芽殖酵母中的抑制因子Whi5可以记录环境信息并调控细胞周期起始,复杂的环境信息可定量转化为Whi5蛋白水平。SBF是一种促进细胞周期起始的关键转录因子,在G1期Whi5蛋白能结合并抑制SBF,Whi5失活标志着细胞周期的起始。下列说法错误的是( )
[A] 酵母细胞的G1期可合成DNA聚合酶和解旋酶等
[B] 酵母细胞在G1期感受周围环境,由此决定细胞周期起始的时机
[C] 当酵母细胞缺少营养或处于不良环境时,Whi5蛋白水平会降低
[D] 研发Whi5蛋白合成促进剂,可为治疗癌症提供思路
能力提升练
选择题:8~9题,每题4分。
8.(动粒|2024·东莞模拟)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丝连结在一起。经研究发现,纤维冠主要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。下列相关叙述正确的是( )
[A] 在正常情况下,图中所示的姐妹染色单体含有等位基因
[B] 若动粒外层的纤维冠缺失,可导致核DNA无法平均分配
[C] 纺锤丝变短导致着丝粒分离,姐妹染色单体移向细胞两极
[D] 有丝分裂后期,秋水仙素能作用于动粒抑制纺锤体的形成
9.(细胞周期同步化|2025·福州期中)利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步化,如图是动物细胞周期同步化的方法之一,下列说法正确的是( )
[A] 阻断Ⅰ处理需在培养液中添加DNA合成抑制剂,不可逆地抑制DNA复制
[B] 解除阻断时应更换正常的新鲜培养液,培养的时间控制在大于S即可
[C] 阻断Ⅱ处理与阻断Ⅰ处理相同,经过处理后,所有细胞都应停滞在G1/S期交界处
[D] 可根据阻断Ⅱ处理后细胞的染色体形态和数目检测是否实现细胞周期同步化
10.(13分)(细胞周期调控|2024·日照模拟)研究发现,细胞周期的控制有三个关键点:从G1期到S期、从G2期到M期、从中期到后期。细胞中染色体的正确排列、分离与染色单体之间的黏连蛋白有关,细胞分裂过程中,蛋白质复合物(APC)、分离酶(SEP)、保全素(SCR)是调控的关键因素,其中分离酶(SEP)能将黏连蛋白水解,蛋白质复合物(APC)是细胞周期从中期到后期的调控因子。分离酶(SEP)的活性需要被严密调控,保全素(SCR)能与分离酶(SEP)紧密结合,并充当假底物而阻断其活性。细胞分裂过程中三种物质的含量变化如图所示。请回答下列问题。
(1)正常情况下,小鼠受精卵以 分裂方式增殖,将亲代细胞的染色体 ,
从而保证亲子代细胞间遗传物质的稳定性。该分裂过程中黏连蛋白被水解的时期是
。
(2)在人类细胞中,分离酶在分裂间期时被阻挡在细胞核外,如果此时核膜的通透性发生不恰当地改变,最终会导致无法保证DNA平均分配,其原因是
。
(3)根据题中信息,推测蛋白质复合物APC在细胞周期中的具体作用是
。
(4)细胞分裂过程中还伴随着一系列周期相关分子信号的启动,研究发现蛋白Numb参与细胞周期进程的调控。为了研究Numb蛋白的功能,研究者对实验组细胞(通过干扰RNA以抑制Numb蛋白的表达)和对照组细胞(不做处理)中处于各时期的细胞比例进行了统计,结果如下表所示。
时期 G1 S G2 M(分裂期)
实验组 34% 29% 28% 9%
对照组 34% 29% 34% 3%
请据表分析,Numb蛋白与细胞分裂进入 期有关,说明理由:
。
第18讲 细胞的增殖
1.D 在有丝分裂后期纺锤体的作用是牵引染色体移向细胞两极,故用长春碱处理分裂间期的细胞,会使有丝分裂前期纺锤体无法形成,导致细胞有丝分裂后期时染色体无法向两极移动。
2.D 甲为无丝分裂,乙为有丝分裂,丙为减数分裂,甲过程会发生DNA复制;人的成熟红细胞不能增殖;动物细胞通过乙方式(有丝分裂)进行分裂时,一对中心粒在分裂间期倍增为两组;哺乳动物的精原细胞既可以进行有丝分裂,又可以进行减数分裂。
3.B 两种染色质的化学组成都为DNA和蛋白质,故两种染色质的化学组成相同;异染色质和常染色质在分裂间期都进行复制;异染色质无转录活性,处于凝缩状态,故异染色质通常不编码蛋白质;在细胞分裂期,常染色质与异染色质都能高度螺旋,缩短变粗,成为染色体。
4.D 根据题目信息可知乳酸与锌离子结合可以抑制蛋白甲的活性,甲活性下降导致蛋白乙的SUMO化修饰加强,进而加快有丝分裂后期的进程,进而促进有丝分裂,乳酸不能促进DNA复制,能促进有丝分裂后期的进程;无氧呼吸产生乳酸发生在细胞质基质,不发生在线粒体中;根据题目信息,甲活性下降导致蛋白乙的SUMO化修饰加强,故敲除蛋白甲基因可升高细胞内蛋白乙的SUMO化水平。
5.D 图甲没有细胞壁,两组中心粒分别移向细胞两极,因此图甲表示动物细胞有丝分裂前期,图乙含有细胞壁,赤道板位置正在形成细胞板,因此图乙表示植物细胞有丝分裂末期;①为中心粒,在分裂间期复制,在前期移向细胞两极发出星射线;图甲细胞处于有丝分裂前期,图甲细胞中有同源染色体,产生的子细胞为体细胞;④为细胞壁,⑤为细胞板,细胞板最后形成细胞壁,故⑤的内含物成分和④基本相同。
6.C 据题图可知,细胞分裂的顺序是图1(分裂间期)→图4(前期)→图2(后期)→图3(末期);图2为有丝分裂后期,与图4相比,该细胞中的核DNA数目不变,着丝粒分裂导致染色体数目加倍;纺锤体形成于分裂前期,即图4时期,若某药物可抑制纺锤体形成,则它极可能是作用于图4细胞所属时期;图4是有丝分裂前期,细胞中出现染色体,且染色体散乱分布,图3是有丝分裂末期,染色体开始转变成染色质形态。
7.C 酵母细胞的G1期可合成DNA聚合酶和解旋酶等,为S期进行物质准备;依据“芽殖酵母中的抑制因子Whi5……细胞周期的起始”,推测酵母细胞在G1期感受周围环境,由此决定细胞周期起始的时机;当酵母细胞缺少营养或处于不良环境时,酵母细胞的细胞周期可能会变长,Whi5蛋白水平会升高;癌细胞的细胞周期短,Whi5蛋白水平升高会使细胞周期变长,因此研发Whi5蛋白合成促进剂,可减慢癌细胞的分裂,为治疗癌症提供思路。
8.B 在正常情况下,等位基因位于同源染色体的非姐妹染色单体上,题图中所示的姐妹染色单体含有相同基因;由题中信息“纤维冠主要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”可知,若动粒外层的纤维冠缺失,则会导致染色体的运动和分离受影响,可能导致核DNA无法平均分配;动粒负责将着丝粒与纺锤丝连结在一起,纺锤丝变短不会导致着丝粒分离,姐妹染色单体分开后成为两条子染色体,两条子染色体移向细胞两极;秋水仙素通过抑制纺锤体的形成使染色体数目加倍,纺锤体在有丝分裂前期形成。
9.C 阻断Ⅰ处理需在培养液中添加DNA合成抑制剂,抑制DNA复制,而这种抑制作用能被解除,使得DNA复制可继续进行,说明这种阻断是可逆的;解除阻断时,应更换正常的新鲜培养液,以恢复DNA复制,培养的时间应大于S,小于G2+M+G1,保证所有细胞都不在S期内;阻断Ⅰ处理和阻断Ⅱ处理都是加入DNA合成抑制剂,经过两次处理后,所有细胞就都停留在S期的开始点,即所有细胞都停留在细胞周期的G1期/S期交界处,从而实现细胞周期的同步化;理论上,经阻断处理后细胞都停留在G1期/S期交界处(分裂间期),此时观察不到染色体形态。
10.【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)有丝 经过复制并均分到两个子细胞中 有丝分裂后期
(2)核膜的通透性发生改变,使分离酶进入细胞核内,水解黏连蛋白,使得姐妹染色单体提早分离,进而使得染色体分配混乱,导致DNA无法平均分配(3分)
(3)APC在分裂中期将保全素(SCR)分解,释放分离酶,分离酶分解染色单体之间的黏连蛋白,为染色单体移向细胞两极、完成DNA均分做准备(3分)
(4)M 因抑制了Numb蛋白的表达,使得实验组中G2期的细胞比例明显低于对照组,而M期细胞比例明显高于对照组(3分)
【解析】 (1)正常情况下,小鼠受精卵的分裂方式为有丝分裂;通过有丝分裂,可将亲代细胞的染色体复制并均分到两个子细胞中,从而保证亲子代细胞间遗传物质的稳定性;据题干信息“细胞中染色体的正确排列、分离与染色单体之间的黏连蛋白有关”,结合有丝分裂过程可知,黏连蛋白被水解的时期是在有丝分裂后期姐妹染色单体分离时。(2)结合题干信息“细胞中染色体的正确排列、分离与染色单体之间的黏连蛋白有关”及“分离酶(SEP)能将黏连蛋白水解”可知,若核膜的通透性发生改变,使分离酶进入细胞核内,水解黏连蛋白,使得姐妹染色单体提早分离,进而使得染色体分配混乱,导致DNA无法平均分配。(3)据题干信息“蛋白质复合物(APC)是细胞周期从中期到后期的调控因子”,结合题图信息可进一步推知APC在分裂中期将保全素(SCR)分解,释放分离酶,分离酶分解染色单体之间的黏连蛋白,为染色单体移向细胞两极、完成DNA均分做准备。(4)由题干信息可知,实验组通过干扰RNA抑制了Numb蛋白的表达,不能合成Numb蛋白,对照组能合成Numb蛋白,与对照组相比,实验组G2期的细胞比例降低,M期的细胞比例升高,推测Numb蛋白的作用可能是阻止细胞分裂由G2期进入M期。
