人教版高中生物必修一学案：第6章细胞的生命历程第1节第1课时

第1节细胞的增殖
第1课时细胞周期和高等植物细胞的有丝分裂
一、细胞不能无限长大
1.细胞大小与物质运输关系的模拟实验
（1）实验原理
酚酞遇NAOH呈紫红色；用琼脂块的大小模拟细胞的大小；用NAOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比来表示物质运输效率。
（2）实验步骤
制备琼脂块：将琼脂块切成3块边长分别为3CM、2CM、1CM的正方体
↓
浸泡：将琼脂块同时放入质量分数为0.1％的NAOH溶液中，浸泡10MIN
↓
切割：捞取、干燥，将琼脂块切成两半
↓
测量：测量切面上NAOH扩散的深度
↓
计算、记录：计算不同琼脂块的体积、表面积、体积与相应表面积之比、NAOH扩散的
体积与整个琼脂块体积之比，记入相应的表格
（3）实验结果和结论
将上述实验结果进行计算得到下表，请据表分析：
琼脂块的
边长（CM）
表面积
（CM2）
体积
（CM3）
表面积与
体积之比
NAOH扩散
的深度（CM）
NAOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比
1
6
1
6
0.5
1
2
24
8
3
0.5
3
54
27
2
0.5
①在相同时间内，NAOH在每一琼脂块内扩散的深度基本相同，说明NAOH在每一琼脂块内扩散的速率相同。
②NAOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而减小，说明琼脂块的体积越大，物质运输的效率越低。
2.限制细胞大小的主要原因
（1）细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
（2）细胞核的控制能力制约细胞的长大。
1.为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是少数体积更大的细胞构成的？
提示细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。
2.细胞体积是不是越小越好？
提示不是。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。
二、细胞周期
1.细胞通过分裂进行增殖
（1）真核细胞的分裂方式有三种：有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。
（2）细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
2.细胞周期
（1）适用生物：真核生物。
（2）前提条件：连续分裂的细胞。
（3）起止点
起点：一次分裂完成时；止点：下一次分裂完成时。
（4）两个阶段：分裂间期和分裂期。
（5）细胞周期的不同表示方法
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
特别提醒细胞周期的两个易错点
（1）对细胞周期出现的条件“连续分裂的细胞”把握不够，误认为所有细胞都有细胞周期。
（2）对分裂间期和分裂期的时间长短掌握不到位或对细胞周期的起点理解不准确。
（1）在细胞周期中，分裂间期的持续时间通常比分裂期的短（）
（2）人体所有细胞的细胞周期持续时间相同（）
（3）连续分裂的细胞，计算细胞周期开始的时间应从细胞核开始形成时算起（）
答案（1）×（2）×（3）×
1.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.下列为不同细胞的细胞周期持续时间（H）：
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
据表中内容总结细胞周期的特点。
提示（1）不同类型的细胞细胞周期不一定相同。
（2）分裂间期所经历的时间远比分裂期长。
三、高等植物细胞有丝分裂的过程
1.分裂间期（约占细胞周期的90％～95％）
2.分裂期
时期图像变化特征
（1）前期
（2）中期
（3）后期
（4）末期
归纳总结染色体、染色单体、DNA之间的数量关系
（1）染色体经过复制后，形成的两条染色单体由一个着丝点连接，仍为一条染色体。两条染色单体完全相同，称为姐妹染色单体。
（2）染色体的数目是根据着丝点的数目来计数的，有几个着丝点就有几条染色体。
（3）有染色单体存在时，染色体数∶染色单体数∶核DNA分子数＝1∶2∶2；无染色单体存在时，染色体数∶核DNA分子数＝1∶1。
（4）染色质（间期、末期（染色体（前期、中期、后期（
（1）要观察细胞内染色体的形态和数目，最好选择处于有丝分裂后期的细胞（）
（2）有丝分裂过程中，细胞内染色体的数目发生规律性变化（）
（3）使用高倍镜可观察到赤道板和细胞板的时期分别是中期和末期（）
答案（1）×（2）√（3）×
1.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→散乱分布于纺锤体中央→着丝点排列在赤道板上→着丝点分裂→移向细胞两极→平均分配到两个子细胞中；②纺锤体：形成（前期）→消失（末期）；③核膜和核仁：核仁解体、核膜消失（前期）→重建（末期）。
2.若植物细胞染色体数、DNA数都为2N，请分析在细胞分裂过程中，染色体和DNA数量变化过程。
提示染色体：2N→4N→2N。DNA：2N→4N→2N。
3.细胞板与赤道板的区别是什么？
提示赤道板不是真实存在的具体结构，它指的是细胞中央假想的一个平面，因此在显微镜下无法观察到。细胞板是植物细胞在末期由高尔基体形成的结构，最终形成细胞壁，在显微镜下可观察到。
4.染色单体形成于何时？消失于何时？
提示染色单体形成于间期（染色体复制），消失于后期（着丝点分裂）。
1.（2018·河北唐山一中月考改编）细胞通过分裂进行增殖，下列相关说法正确的是（）
A.真核生物细胞只进行有丝分裂
B.原核生物细胞只进行无丝分裂
C.单细胞生物通过细胞增殖即可繁衍
D.生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础是新陈代谢
答案C
解析真核细胞的分裂方式包括有丝分裂、无丝分裂和减数分裂，A错误；原核生物细胞以二分裂方式进行增殖，B错误；单细胞生物通过细胞增殖而繁衍，C正确；细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础，D错误。
2.（2018·吉林省实验中学期中）真核细胞的直径一般为10～100μM，生物体细胞不能无限长大的原因是（）
①受细胞所能容纳的物质制约②相对表面积小，有利于物质的迅速转运和交换③受细胞核所能控制的范围制约④相对表面积大，有利于物质的迅速转运和交换
A.①②B.③④C.①④D.②③
答案B
解析细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。另外，细胞核是细胞的控制中心，如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。
3.下列关于细胞周期的叙述，正确的是（）
A.成熟的生殖细胞产生后立即进入下一个细胞周期
B.机体内所有的体细胞均处于细胞周期中
C.细胞种类不同，但细胞周期持续时间相同
D.细胞分裂间期为细胞分裂期提供物质基础
答案D
解析细胞周期是指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止所经历的全过程；只有连续分裂的细胞才有细胞周期，已分化的细胞无细胞周期；不同物种、不同组织的细胞周期所经历的时间不同；细胞分裂间期为分裂期打好了物质基础。
4.（2018·甘肃兰州一中期末）在一个细胞周期中，染色体数目倍增、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.⑤③④②
答案B
解析后期着丝点分裂，姐妹染色单体分开，成为2条子染色体，染色体数目倍增；间期染色体复制，一条染色体含有两条姐妹染色单体；染色质丝在前期螺旋化为染色体；中期染色体高度螺旋化，着丝点排列在赤道板上，形态和数目最为清晰。故选B。
5.（2018·大连质检）下面相关染色体行为变化与下图中有丝分裂的时期相对应的是（）
①染色体呈细丝状，数目加倍②染色体散乱排布③所有染色体的着丝点排列在细胞板上④着丝点分裂，染色单体移向两极⑤染色体变为染色质
A.②⑤ B.①②③⑤
C.②③④ D.①③④⑤
答案A
解析染色体数目加倍发生在有丝分裂后期；细胞板出现在植物细胞有丝分裂的末期，中期染色体的着丝点排列在赤道板上；有丝分裂后期着丝点分裂，不存在染色单体，染色体移向两极。
6.如图是一个植物细胞有丝分裂的示意图，请据图回答下列问题：
（1）此细胞处于有丝分裂的＿＿＿＿＿＿期。
（2）该细胞此时有染色体＿＿＿＿＿＿＿＿条。
（3）此细胞分裂结束以后，子细胞内的染色体有＿＿＿＿＿＿＿＿条。
（4）①和⑤两条染色体是经过＿＿＿＿＿＿＿＿期＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿形成的。
（5）此时期继续发展，将在＿＿＿＿＿＿＿＿位置出现＿＿＿＿＿＿＿＿，逐渐扩展形成＿＿＿＿＿＿＿＿，最终分裂为两个子细胞。
答案（1）后（2）8（3）4（4）间染色体复制（5）赤道板细胞板细胞壁
题组一细胞不能无限长大和细胞周期
1.将一块3CM×3CM×6CM的含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为1CM、2CM、3CM的正方体。将3块琼脂块放在装有NAOH溶液的烧杯内，淹没浸泡10分钟。下列说法正确的是（）
A.随琼脂块增大，NAOH扩散速率增大
B.随琼脂块增大，琼脂块的表面积与体积之比增大
C.随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积增大
D.随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积所占的比例增大
答案C
解析在“细胞表面积与体积关系”模拟实验中，用含酚酞的不同琼脂块模拟大小不同的细胞，用变红的琼脂块体积与琼脂块的总体积比模拟物质运输的效率，但各琼脂块中NAOH扩散速率相同，A项错误；随琼脂块增大，琼脂块的表面积与体积之比减小，B项错误；随琼脂块的增大，琼脂块中变红的体积增大，C项正确；随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积所占的比例减小，D项错误。
2.科学家通过模拟实验探究细胞大小与物质运输效率的关系。实验过程：将三个边长分别为1CM、2CM、3CM含有酚酞的琼脂块，浸泡在NAOH溶液中10MIN后取出，切成两半，每块NAOH溶液扩散的深度如图中阴影所示（琼脂块中数据表示未被扩散部分的长度）。关于该实验及相关推论的叙述正确的是（）
A.浸泡时，在翻动琼脂块的同时用勺子挖动其表面对实验结果无影响
B.NAOH溶液在边长为3CM的琼脂块内扩散的速率最大
C.细胞体积越大，相对表面积越大
D.细胞体积越小，物质运输效率越高，但细胞也不是越小越好
答案D
解析浸泡时不能用勺子挖动琼脂块表面，这样会影响实验结果；NAOH溶液在每块琼脂块中的扩散速率是相同的；细胞体积越大，相对表面积越小；细胞体积越小，相对表面积越大，物质运输效率越高，但细胞太小不利于细胞代谢的进行。
3.（2018·山西运城一中高一月考）细胞相对表面积、细胞对外的物质运输效率和细胞新陈代谢强度之间的关系正确的是（）
A.细胞的相对表面积越大，物质运输效率越高，细胞新陈代谢越旺盛
B.细胞的相对表面积越大，物质运输效率越低，细胞新陈代谢越缓慢
C.细胞的相对表面积越小，物质运输效率越高，细胞新陈代谢越缓慢
D.细胞的相对表面积越小，物质运输效率越低，细胞新陈代谢越旺盛
答案A
解析细胞的相对表面积越大，物质运输效率越高，细胞新陈代谢越旺盛；细胞的相对表面积越小，物质运输效率越低，细胞新陈代谢越缓慢。
4.下列关于细胞周期的叙述中，不正确的是（）
A.不是生物体的所有细胞都有细胞周期
B.在细胞周期中，分裂间期一般比分裂期时间长
C.利用药物抑制DNA合成，细胞将停留在分裂间期
D.细胞周期可分为前、中、后、末四个时期
答案D
解析只有连续进行有丝分裂的细胞才具有细胞周期，A正确；在细胞周期中，分裂间期时间一般长于分裂期，B正确；因为在分裂间期要进行DNA的复制，所以如果利用药物抑制了DNA的复制，则间期不能完成，细胞将停留在分裂间期，C正确；前、中、后、末指的是分裂期的四个时期，一个细胞周期除了分裂期外还包括分裂间期，D错误。
5.如图所示，图甲中A＋B表示一个细胞周期，C＋D表示另一个细胞周期。图乙中，按箭头方向表示细胞周期。从图中所示结果分析其细胞周期，不正确的是（）
A.图甲中的A、图乙中的B→A，细胞正在进行DNA复制
B.图甲中的B、图乙中的A→B，是会出现染色体数目加倍的时期
C.图乙中的细胞周期可以是从A到B再到A
D.图乙中的细胞周期可以是从B到A再到B
答案C
解析图甲中的A和图乙中的B→A都表示分裂间期，间期要进行DNA的复制，A正确；图甲中的B和图乙中的A→B都表示分裂期，分裂期的后期染色体数目会加倍，B正确；一个细胞周期中，间期在前，分裂期在后，图乙中从A到B表示分裂期，细胞周期应是从B到A再到B，C错误、D正确。
题组二高等植物细胞有丝分裂的过程
6.细胞有丝分裂过程中，DNA分子的复制、着丝点的分裂、纺锤体的形成及消失依次发生在（）
A.间期、前期、中期、间期 B.前期、中期、后期、末期
C.间期、后期、前期、后期 D.间期、后期、前期、末期
答案D
解析有丝分裂过程中，DNA分子的复制发生在间期，着丝点的分裂发生在后期，纺锤体的形成发生在前期，纺锤体的消失发生在末期，D项正确。
7.经测定发现，某植物细胞的染色体数和核DNA分子数之比为1∶2。下列判断不正确的是（）
A.该植物细胞是不再进行分裂的细胞
B.该植物细胞正在进行分裂
C.该植物细胞中存在染色单体
D.该时期的细胞可能没有核膜
答案A
解析染色体数和核DNA分子数之比为1∶2，此时每条染色体上有2个DNA分子，说明DNA分子已复制，形成了染色单体，细胞正在进行分裂，在前期核膜逐渐消失。
8.（2018·泰安一中期中）在细胞有丝分裂过程中，染色体和核DNA都有复制和加倍的过程，下列相关叙述不正确的是（）
A.染色体复制后其数量是之前的2倍
B.细胞中B、D过程发生在细胞分裂间期
C.细胞中A过程发生在细胞分裂间期，C过程发生在细胞分裂后期
D.染色体复制的实质是核DNA的复制以及相关蛋白质的合成
答案A
解析染色体复制后其数量不变，A错误；细胞分裂间期，核DNA进行复制，且复制后核DNA数目加倍，B正确；A表示染色体的复制，发生在细胞分裂间期，C表示染色体数目加倍，其原因是着丝点分裂，发生在细胞分裂后期，C正确；染色体主要由DNA和蛋白质组成，染色体复制的实质是核DNA的数量加倍以及相关蛋白质的合成，D正确。
9.（2018·福建福州一中高一上月考）在细胞有丝分裂过程中，细胞核内各组成成分之间的数量关系一定不相等的是（）
A.染色体数目与着丝点数目 B.染色体数目与染色单体数目
C.核DNA分子数目与染色单体数目 D.染色体数目与核DNA分子数目
答案B
解析染色体数目一定等于着丝点数目，A不符合题意；染色体数目与染色单体数目之比可能为1∶0或1∶2，二者一定不相等，B符合题意；有染色单体时核DNA分子数目与染色单体数目相等，C不符合题意；没有染色单体时，染色体数目等于核DNA分子数目，D不符合题意。
10.（2019·南昌月考）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，染色体复制
C.发生在细胞分裂期的前期，核膜逐渐消失
D.发生在细胞分裂期的中期，染色体螺旋变粗
答案C
解析由图可知，该细胞核中的染色体含有姐妹染色单体，核膜逐渐消失，核仁已经解体，故细胞处于细胞分裂期的前期。
11.科学家用含15N的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗，追踪蚕豆根尖细胞的分裂情况，得到蚕豆根尖分生区细胞连续分裂的数据如下，则下列叙述正确的是（）
A.一个细胞周期可以用0～19.3H、19.3～38.6H来表示
B.蚕豆根尖细胞的DNA分子复制时期有0～2H、19.3～21.3H、38.6～40.6H
C.蚕豆根尖细胞分裂的一个细胞周期为19.3H
D.高尔基体、线粒体、叶绿体在蚕豆根尖细胞分裂过程中活动旺盛
答案C
解析细胞周期包括分裂间期和分裂期，间期经历时间长，分裂期经历时间短。从图中可以看出，2～21.3H、21.3～40.6H各为一个细胞周期，一个细胞周期需要的时间是19.3H，故A错误、C正确；在细胞分裂过程中，间期要进行DNA分子的复制，即2～19.3H、21.3～38.6H，B错误；蚕豆根尖细胞中无叶绿体，D错误。
12.如图是高等植物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.图①②③④表示一个完整的细胞周期
B.图中染色体和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中无染色单体
答案B
解析图示仅为植物细胞有丝分裂期，不包括分裂间期，不能表示一个完整的细胞周期，A错误；细胞图②③中不含染色单体，染色体数与DNA数之比为1∶1，B正确；高等植物细胞无中心体，故该细胞图②中无中心体参与活动，有线粒体和高尔基体参与，C错误；细胞图①中一个着丝点连接两个DNA分子，有染色单体的存在，D错误。
13.下图为细胞周期的示意图，请据图回答，下列问题：
（1）一个细胞周期包括＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（用字母表示）两个阶段，其中极为关键的准备阶段是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（用字母表示）。B时期最明显的变化是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的变化。
（2）在细胞周期中，出现形态和数目完全相同的两套染色体的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案（1）A、BA细胞核中染色体（2）间期染色体的复制和后期着丝点的分裂
解析（1）一个细胞周期包括分裂期和分裂间期，极为关键的准备阶段是分裂间期，主要进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，比分裂期时间长。由图可知，A》B，A为分裂间期，B为分裂期，分裂期最明显的变化是细胞核中染色体的变化。（2）在二倍体生物的一个体细胞中，当细胞分裂至后期时，由于着丝点的分裂，细胞出现两套形态和数目完全相同的染色体。
14.如图是某生物细胞进行有丝分裂的简图，请据图回答下列问题：
（1）该图是＿＿＿＿＿＿＿＿（填生物种类）细胞有丝分裂简图，其分裂先后顺序依次是＿＿＿＿＿＿＿＿＿（用字母表示）。
（2）图示作为一个细胞周期还缺少处于＿＿＿＿＿＿＿＿期的细胞简图。
（3）图示的细胞分裂结束后，子细胞内含＿＿＿＿＿＿条染色体。
（4）图B表示细胞分裂＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿期，图C表示细胞分裂＿＿＿＿＿＿＿＿期。
（5）图A中染色体数为＿＿＿＿＿＿＿＿，染色单体数为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案（1）高等植物B→C→A→D（2）间（3）4（4）前中（5）80
解析图示细胞有细胞壁，无中心体，纺锤丝从细胞两极发出，故表示高等植物细胞有丝分裂简图。一个完整的细胞周期包括间期、前期、中期、后期和末期，图A表示后期，图B表示前期，图C表示中期，图D表示末期。有丝分裂保证了亲、子代细胞之间遗传物质的稳定性，因而图示细胞分裂结束后，子细胞内含4条染色体。图A表示细胞分裂后期，每个着丝点分裂，姐妹染色单体分开，成为两条子染色体，染色体数目暂时加倍。
15.生物体内的细胞代谢效率与物质扩散的速率有关。同种物质虽然在细胞中扩散的速度基本相同，但细胞大小不同，扩散发生的快慢会有差异。有人设计了一个实验，用于研究这一问题。
实验步骤：
①用塑料餐刀将含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为3CM、2CM、1CM的正方体；
②将以上三块琼脂块样品浸入质量分数为0.1％的NAOH溶液中，处理10MIN；
③取出琼脂块样品，吸干浮液后，分别将每一样品切成两半，观察切面，测量每一切面上NAOH扩散的深度，记录结果并分析。
（1）请你为此研究拟定一个课题名称：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
（2）该研究中所用的细胞模型是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，在样品中加酚酞是为了检测NAOH在琼脂块中的扩散深度，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）计算出样品相关数据如下表：
琼脂块样品边长
表面积／CM2
体积／CM3
表面积与体积之比
1号样品（3CM）
54
27
2∶1
2号样品（2CM）
24
8
3∶1
3号样品（1CM）
6
1
6∶1
通过分析上表，得出的结论是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（4）通常情况下，细胞边长小于0.1CM。根据上述实验，可以对细胞大小与物质扩散速率之间的关系作出合理解释：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答案（1）研究细胞大小与物质扩散速率的关系（2）不同大小的含酚酞的琼脂块酚酞遇NAOH呈紫红色（3）琼脂块边长越大，其表面积与体积之比越小（4）通常情况下，细胞的边长小于0.1CM，此时表面积与体积之比相对较大，物质扩散的速率快，细胞代谢效率高
解析该实验的研究目的是探究细胞大小（或细胞表面积和体积之比）与物质扩散速率的关系。由表中数据可以看出，细胞体积越大，其表面积与体积之比越小，物质扩散速率越慢；反之，细胞体积越小，物质扩散速率越快。故通常情况下细胞体积倾向于较小。