生物：5.1《细胞增殖》学案02（苏教版必修1）

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第1节 细胞增殖
【学习目标】
1．知道细胞增殖的方式及意义。
2．知道无丝分裂过程和特点。
3．理解有丝分裂细胞周期的概念，动植物细胞有丝分裂过程的异同点。
4．理解有丝分裂的特征及意义。
5．能够应用有丝分裂过程各时期的特点。
【学习障碍】
1．理解障碍
(1)如何理解有丝分裂的细胞周期的概念及特点？
(2)如何理解有丝分裂的必然性和分裂过程中遗传物质(染色质)的复制和平均分配？
(3)如何理解和掌握有丝分裂的各时期？
2．解题障碍
有丝分裂过程中染色体、染色单体、DNA三者的变化规律。
【学习策略】
1．理解障碍的突破
(1)用“咬文嚼字法”和“层析综合法”来分析理解细胞周期。
①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，是一个细胞周期。由教材中细胞周期图可知，整个细胞周期分为分裂间期和分裂期两个阶段，且分裂间期时间远长于分裂期。
［例1］下图四图，能正确反映细胞周期概念的是
解析：用“咬文嚼字法”解。由细胞周期的概念可知前一次分裂结束为起点，到下一次分裂结束为终点，既是起点，又是终点。再结合两个时期所需时间的长短即可作出判断。
答案：A
②用“层析综合法”从以下几个方面来理解细胞周期的概念：
A．一个细胞周期内，分裂间期所占时间为整个周期的90%～95%，占绝对长的时间。
B．细胞的种类不同，一个细胞周期的时间也不相同。例如，小鼠十二指肠细胞周期为15．3小时，蚕豆根尖细胞为17．3小时。且分裂间期和分裂期时间各不相同。
C．不是任何细胞都处于细胞周期中。就细胞周期来分，有三种类型的细胞存在，第一，始终处于细胞周期之中的，一直进行分裂的细胞。例如人体皮肤生发层细胞、人体造血干细胞以及其他的干细胞、植物的根尖生长点细胞、茎尖分生区细胞以及形成层细胞等；第二，处于休眠期(又称为G0期)的细胞，这些细胞仍然具有分裂能力，在合适条件下仍可以回到分裂周期之中继续进行细胞分裂增殖。例如肝脏细胞、肾脏细胞、黄骨髓造血细胞等；第三，完全脱离细胞周期，不能再分裂的走向成熟和衰老的细胞。例如骨骼细胞、白细胞、植物的韧皮部细胞等。
[例2]下列四组人体细胞中，能够通过细胞分裂使组织得以修复和更新的一组是
A．成骨细胞和白细胞
B．口腔上皮细胞
C．肝细胞和生发层细胞
D．神经元和骨骼肌细胞
解析：用“排除法”解。题中所列具有分裂能力的细胞只有成骨细胞、肝细胞和生发层细胞。其他五种细胞均已经高度分化而失去了分裂能力。
答案：C
(2)用“借比法”和“成因法”理解有丝分裂及其意义。
细胞的有丝分裂是一种生命活动，而且由整个的分裂活动体现出了生命活动高度的有序性，如果从理解进而感悟生命的神奇与奥妙的情感中去理解有丝分裂的整个过程及其意义。那有丝分裂的知识就不会枯燥无味，只是机械记忆了。
首先，需要了解细胞分裂的原因，加深理解细胞分裂的过程。
活细胞不停地进行着代谢，在一定范围内就可以不断地生长。细胞为什么不能无限地长大而要进行分裂呢？我们可以将细胞比喻为一个生物体，就像咱们人，要进行一系列活动的原因是什么呢？这是因为细胞的生长要受到细胞核与细胞质以及细胞表面积与体积的比例等因素的制约。
①受到细胞表面积与体积之比的限制。
细胞要通过它的表面(细胞膜)不断地和周围环境或邻近细胞进行物质交换，这样它就必须有足够的表面积，否则它的代谢作用就很难进行。当细胞的体积由于生长而逐步增大时，细胞表面积和体积的比例就会变得越来越小，导致表面积不够，使细胞内部和外界的物质交换适应不了细胞的需要，这就会引起细胞的分裂，以恢复其原来的表面积与体积的适宜比例。就像煤粉比煤块燃烧会更充分和迅速一样，适宜的大小是有利于物质的高效交流的。
②要维持细胞核与细胞质体积之间的平衡状态。
细胞质中的生理、生化过程都受到细胞核中遗传物质的指引和控制。就好比人的行为活
动受控于大脑一样。因此，当细胞质的体积增大太大时，细胞核对这样大范围的细胞质的调控作用就会相对减弱，以致造成核、质的不平衡，从而引起细胞分裂，以恢复其细胞核与细胞质体积之间的稳定状态。科学家曾做过这样的实验：当人工培养的变形虫快要分裂的时候，把它的细胞质切去一块，这个变形虫就不再分裂，等它长大起来又要分裂时，又切去一块，它也不再分裂。但如果让其继续生长，体积达到一定大小时，它又会开始分裂。
③细胞分裂生成子细胞，要使子细胞具有和母细胞一样的功能特性，关键还是核中的遗传物质——染色质(染色体)的合理传递。
由以上分析不难理解，细胞分裂是必然的，并且还要尽可能保证遗传物质合理的分配，这样一个难题就摆在了分裂细胞的面前。
长期的进化选择的结果，细胞选择了“复制、平分”(先复制遗传物质，再平均分配到两个子细胞中去)。就好比是基本路线定下了，具体怎么实现呢？
(3)用“并列比较法”掌握细胞分裂的各时期。
①分裂间期 这一时期为细胞分裂进行物质上的准备，主要是完成组成染色体的DNA的复制和有关蛋白质的合成。因此，间期是整个细胞周期中极为关键的准备阶段。
由于DNA的复制，导致细胞核内遗传物质的加倍。在DNA复制之前，细胞核中的每条染色体上(间期实际上呈染色质的状态)含有一个DNA分子，复制后，每条染色体上有两个相同的DNA分子，但仍然连在同一个着丝点上，形成两个完全一样的姐妹染色单体，也就是说，姐妹染色单体是在间期形成的。此时，细胞核中的DNA分子数增加一倍，但染色体数目由于着丝点没断开，而保持不变，只有到了分裂后期染色体数目才因着丝点分开，姐妹染色单体变成两条子染色体，染色体数目加倍。
②分裂期 分裂期是一个连续的过程，为了研究的方便，可以人为地分为前期、中期、后期、末期四个时期，这四个时期的主要特点如下表所示：
细胞周期 主要变化特点分析 记忆小窍门
分裂前期 两消：核膜、核仁消失；两现：染色质变成染色体、纺锤体出现；一着一移：纺锤丝附着在染色体的着丝点上，牵拉染色体向中央移动 膜仁消失两体现
分裂中期 三清晰：染色体的形态清晰、数目清楚、纺锤体最清晰；一排列：着丝点排列在细胞中央的赤道板上 形定数清赤道面
分裂后期 分开加倍：着丝点分开，由一条染色体上的两个姐妹染色单体变成两条子染色体，使染色体数目加倍；两极移：染色体在纺锤丝牵拉下向两极移动 点裂数增两极移
分裂末期 三现：核膜、核仁重现，(植物细胞)细胞板出现；两消：染色体解旋变成染色质而在光镜下消失，纺锤体解体消失 三现两消分裂完
注意：细胞中央的赤道板是假想平面，实际不存在，而细胞板是实际存在的，细胞板由细胞中央向四周扩展，逐渐形成新的细胞壁将植物细胞一分为二。
仔细体会，在有丝分裂过程中，DNA和染色体数目都有一个加倍过程，但加倍的时期是不同的。DNA在间期加倍，而染色体是在后期加倍，这样在形成的两个子细胞中，DNA和染色体数目都保持不变，从而保证了细胞的前后代遗传物质的稳定性。
2．解题障碍的突破
在有丝分裂过程中存在着以下的几种变化规律，用“图解法”和“并列比较法”掌握有丝分裂中染色体、染色单体、DNA三者的变化规律。
(1)染色体形态变化规律
(2)染色体行为变化规律
复制→螺旋化，散乱分布于细胞中→着丝点排列在赤道板上→着丝点分裂→移向两极
(3)有丝分裂过程中DNA、染色体、染色单体数目的变化(假设正常体细胞的细胞核中DNA含量为2a，染色体数目为2N)
间期 前期 中期 后期 末期
DNA含量 2a→4a 4a 4a 4a 2a
染色体数目 2N 2N 2N 4N 2N
染色单体数目 0→4N 4N 4N 0 0
染色体、DNA在坐标内的变化曲线如下图所示：
[例3]在细胞有丝分裂过程中,DNA分子数目相同,但染色体数目不同的时期是
A．间期和前期
B．前期和中期
C．前期和后期
D．间期和中期
解析：用“图文转换法”解。
答案： C
[例4]下图表示根尖分生区细胞在有丝分裂过程中染色体的运动,其中A图表示染色体的着丝点与纺锤丝的相应的极之间的平均距离,请回答下列问题:
(1)细胞周期的第_________分钟,两个染色单体开始分裂形成染色体并移向细胞两极。
(2)B图中直线c代表_______________________________。
(3)在细胞周期的第9分钟时,测得DNA的数目为32,则分裂到细胞周期的第15分钟时,细胞内的染色体数、染色单体数、DNA数依次是_________。
解析：用“图文转换法”先读图分析。
(1)从A图所示的曲线可以看出，从第10分钟开始，染色体的着丝点与纺锤丝的相应的极之间的平均距离在逐渐缩短，说明两个染色单体开始分裂形成染色体并移向细胞两极。
(2) B图中直线c的数学含义是从第10分钟开始，距离随时间的增大而增大。联系到有丝分裂，已知从第10分钟开始，两个染色单体开始分裂形成染色体并移向细胞两极，那么，随时间的增大而增大的是发生分离的姐妹染色单体所形成的两条染色体之间的距离。
(3)从第10分钟开始，两个染色单体开始分裂形成染色体并移向细胞两极，可以判断出从细胞周期的第10分钟开始是后期，因此，细胞周期的第9分钟是前期或中期，染色体已经复制。分裂到细胞周期的第15分钟时，着丝点已分裂，染色单体已变成染色体，染色单体数为0，还没有分裂成子细胞,因此,染色体数和DNA数均为32。
答案：(1)10 (2)发生分离的姐妹染色单体所形成的两条染色体之间的距离 (3)32、0、32
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