河南省许昌市重点中学2011生物新课标复习课同步学案（必修一）：6-1细胞的增殖

自主梳理
1．细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低，所以细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
2．细胞核是细胞的控制中心，其中的DNA不会随细胞体积的扩大而增加，也限制了细胞体积不能无限增大。
[互动探究]　细胞不能无限长大，能不能太小呢？
[提示]　不能，细胞核及各种细胞器具有一定的体积，细胞进行生化反应需一定的场所，决定了细胞不能太小。
要点归纳
一、如何正确探究细胞大小和物质运输的关系
通过探究细胞大小，即细胞的表面积与体积之比，与物质运输效率之间的关系，明白细胞不能无限长大的原因。实验的具体分析如下：
1．原理
(1)酚酞遇NaOH呈红色
(2)琼脂块大小模拟细胞大小
(3)物质扩散体积与总体积之比表示物质运输效率。
2．实验过程
制备琼脂块：3块边长分别为3 cm、2 cm、1 cm的正方体
↓
浸泡10 min：质量分数为0.1%的NaOH溶液
↓
切割：捞取、干燥，平分两半
↓
测量→记录→计算
3．结果讨论
(1)从琼脂块的颜色变化可知NaOH扩散的距离。
(2)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是相同的。
(3)NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随琼脂块的增大而减小。
4．实验结论
细胞越小，S/V越大，物质运输效率越高，反之则低。因此细胞表面积与体积的关系限制了细胞的生长，所以多细胞生物都是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。
感悟拓展
对以上实验应注意以下几点：
(1)实验步骤2中应防止勺子破坏琼脂块的表面。
(2)分割琼脂块之前，应用纸巾吸干NaOH溶液。
(3)每次切割之前必须把刀擦干。
典例导悟
1下列有关细胞不能无限长大的原因中，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内的物质交流D．细胞内各种细胞器的数目和种类限制
解析　细胞体积的大小受以下两个因素的制约：(1)细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞与外界的物质交换效率就越低，而且还会影响到细胞内部的物质交换。
(2)细胞核是细胞的控制中心，细胞核中的DNA一般不会随着细胞体积的扩大而增加，即细胞核控制的范围是有限的。
答案　D
真核细胞的直径一般在10～100μm之间，生物体细胞体积趋向于小的原因是(多选)(　　)
A．受细胞所能容纳的物质制约 B．相对面积小，有利于物质的迅速转运和交换
C．受细胞核所能控制范围的制约 D．相对面积大，有利于物质的迅速转运和交换
答案　CD
自主梳理
一、细胞增殖
1．意义：单细胞生物体：通过细胞增殖而繁衍。多细胞生物体：从受精卵开始，经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体。同时还要通过细胞增殖产生新的细胞来补充已经衰老死亡的细胞。因此，细胞增殖是重要的生命活动，是生物体生长发育、繁殖、遗传的基础。
2．过程：包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
3．方式：真核细胞的分裂方式包括：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂三种。
二、有丝分裂
1．细胞周期
连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂分裂间期时为止，为一个细胞周期，包括和分裂期。
2．分裂间期
主要变化：大约占细胞周期的90%～95%。本时期主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成；同时细胞有适度生长。
3．分裂期(以高等植物细胞为例)
(1)前期：主要特点是染色质高度螺旋化变成染色体，每条染色体含有两条染色单体；核仁逐渐解体，核膜逐渐消失；细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体。
(2)中期：每条染色体的着丝点两侧都有纺锤体附着，并在纺锤丝的牵引下运动，最后着丝点排列在赤道板上；染色体的形态比较稳定，数目比较清晰，便于观察。
(3)后期：着丝点分裂，姐妹染色单体分开，变成了染色体，在纺锤体的牵引下向细胞的两极运动。分向两极的两套染色体的形态和数目完全相同。
(4)末期：染色体到达细胞的两极后，变成细丝状的染色质；纺锤体逐渐消失，出现了新的核仁和核膜，在赤道板位置出现了细胞板，最后形成新的细胞壁。
4．动物细胞与植物细胞有丝分裂的异同
(1)动物细胞有丝分裂与植物细胞的基本相同。
(2)不同特点：
①纺锤体的形成：动物细胞中纺锤体是由两组中心粒之间的形成星射线；
②子细胞的形成方式：动物细胞分裂的末期不形成细胞板，而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部分，每部分都含有一个细胞核。
5．重要意义
将亲代细胞的染色体经过复制，平均分配到两个子细胞中，在亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，对于生物的遗传具有重要意义。
[互动探究]　在有丝分裂过程中，细胞质中的遗传物质是否也能均等分配？
[提示]　不是均等分配，而是随机地、不均等地分配到两个子细胞中。
三、无丝分裂
一般是细胞核先延长，核的中部向内凹进，缢裂成为两个细胞核；接着，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，所以叫无丝分裂。例如，蛙的红细胞的无丝分裂。
[互动探究]　菠菜根尖分生区细胞有丝分裂过程中能进行复制的成分或结构有哪些？动物细胞呢？
[提示]　DNA分子和线粒体；动物细胞中除上述两者外还有中心体在间期复制。
要点归纳
一、关于细胞周期的理解
连续分裂的细胞，从一次分裂完成开始，到下一次分裂完成时为止，称为一个细胞周期；它包括分裂间期和分裂期。具体分析如下：
1．具有细胞周期的条件
(1)只有连续分裂的细胞才有细胞周期，有些细胞分裂结束后不再进行分裂，它们就没有周期性。
(2)生物体有细胞周期的细胞有：受精卵、干细胞、分生区细胞、形成层细胞、生发层细胞、癌细胞(不正常分裂)。
(3)减数分裂形成的细胞和已分化的细胞没有周期性。细胞分裂能力与细胞分化程度成反比。
2．细胞周期的图解：常规表示方法(扇形图、直形图、曲线图)
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A→A为一个完整细胞周期 a＋b，c＋d各都为一个完整的细胞周期
3．细胞周期的起止点
从一次分裂完成时开始到下一次分裂完成时结束。结合细胞周期图解要正确理解。在方法一中，A→A为一个完整的细胞周期，在方法二中，a＋b或c＋d是完整的细胞周期。
感悟拓展
1．每个细胞周期必须以间期为起点。
2．不同生物、同一生物不同组织，其细胞周期长短不同。
典例导悟
2在一个细胞周期中，能够发生在同一时期的是(　　)
A．着丝点的分裂和细胞质的分裂B．染色体加倍和染色单体形成
C．染色体出现和纺锤体出现D．染色体复制和细胞质分裂
解析　在有丝分裂过程中，着丝点分裂、染色体加倍发生在后期；染色体出现、纺锤体出现发生在前期；染色体复制、染色单体形成、中心粒复制都发生在间期；细胞质分裂发生在末期。
答案　C
下图表示一个细胞有丝分裂过程中染色体变化的不同情况。在整个细胞周期中，染色体的变化顺序是(　　)
A．①④⑤③②　　　　　 B．②③①④⑤ C．①⑤④③② D．⑤④③②①
答案　C
解析　细胞分裂间期是新细胞周期的开始，该时期发生的主要变化是染色体的复制，并且染色体呈现染色质状态，故应首先选①，排除了B、D两项。在A、C两项中关键的是④⑤两项哪一项应该排在前。在细胞有丝分裂的前期和中期，每条染色体都包含两条染色单体，但是，在细胞分裂的中期，每条染色体的着丝点的两侧都有纺锤丝附着在上面，因此⑤表示有丝分裂前期，④表示的是有丝分裂的中期。分裂后期的变化特点是每条染色体的着丝点一分为二，并在纺锤丝的牵引下向细胞的两极移动，因此，③表示有丝分裂的后期，②表示有丝分裂的末期。
二、如何正确理解细胞周期不同时期的特点
有丝分裂的主要特征是细胞内染色体经复制后，平均分配到两个子细胞中去。掌握有丝分裂各时期特征要以染色体的变化为主线。
1．细胞周期不同时期的比较(以植物细胞为例)
时间21世纪教育网 染色体特点21世纪教育网 其他特点21世纪教育网[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
图象 数目 变化规律
间期 2N 呈细丝状染色质状态，每条染色体经复制后就含有2条姐妹染色单体 ①合成了大量的蛋白质②时间比分裂期长得多③细胞有适度的生长
前期 2N 由细丝状染色质变成染色体，排列散乱 ①出现纺锤体②核仁、核膜逐渐消失
中期 2N 每条染色体的着丝点两侧均有纺锤丝牵引，着丝点排列在赤道板上；染色体形态稳定，数目清晰 ①赤道板并非板，是细胞中央的一个平面②观察染色体的最佳时期
后期 4N 着丝点分裂，姐妹染色单体变成子染色体，在纺锤丝牵引下向两极运动 纺锤丝缩短，分向两极的两套染色体形态和数目完成相同
末期 2N 染色体变成丝状染色质 ①核仁、核膜重新出现②纺锤体消失③赤道板位置上出现细胞板，向四周扩展，形成新的细胞壁，将一个细胞分成2个子细胞
2.有丝分裂过程中有关数据的变化规律
(1)DNA、染色体、染色单体、同源染色体对数、染色体组数的变化(二倍体生物)
间期 前期 中期 后期 末期
DNA数(2C) 2C→4C 4C 4C 4C 2C
染色单体数 0→4N 4N 4N 4N→0 0
染色体数2(N) 2N 2N 2N 2N→4N 2N
同源染色体对数 N N N N→2N N
染色体组数 2 2 2 4 2
(2)DNA、染色体、染色单体、每条染色体上DNA含量的变化曲线
①a→b，l→m，p→q的变化原因都是DNA分子的复制。
②c→d，g→h，n→o，r→s变化的原因都是着丝点分开，姐妹染色单体分开，形成子染色单体。
三、怎样正确理解动、植物细胞有丝分裂的异同及形成原因
1．动、植物细胞有丝分裂的异同点
不同点 相同点
间期中心体复制 前期：纺锤体形成机制 末期：细胞分割方式 间期 分裂期
植物细胞 无 两极↓纺锤丝↓纺锤体 细胞板↓细胞壁↓分割细胞(质) 染色体完成复制 染色体平均分配
动物细胞 有 两组中心粒(复制于间期) ↓星射线↓纺锤体 细胞膜↓中央内陷↓缢裂细胞(质)
2.原因
细胞结构上的差异是造成它们不同的原因。动物细胞中心体发生星射线形成纺锤体，植物细胞中的高尔基体在其分裂末期能合成并分泌纤维素，从而在赤道板处形成细胞板，进而形成细胞壁。
3．与细胞分裂有关的细胞器
(1)分裂全过程所需的能量主要由线粒体进行有氧呼吸产生。
(2)间期有关的蛋白质是在核糖体中合成的。
(3)分裂前期，动物细胞中的中心体发出星射线，形成纺锤体。
(4)分裂末期，高等植物细胞细胞壁的形成与高尔基体有关。
感悟拓展
1．利用口诀巧记各时期的变化特征
前期：膜仁消失显两体(核膜、核仁消失，显现纺锤体和染色体)。
中期：形定数晰赤道齐(染色体的形态固定，数目清晰，着丝点排列在赤道板上)。
后期：点裂数加均两极(着丝点分裂，染色体数目加倍，并平均移向两极)。
末期：两消两现重开始(两消：纺锤体消失，染色体变染色质；两现：核膜、核仁重新出现)。
2．有丝分裂过程
(1)有丝分裂后期着丝点分裂不是纺锤体牵拉的结果，是因为此处DNA分子的螺旋化程度太高，在间期未能完成复制，直至中期结束时才完成复制。若用秋水仙素抑制纺锤体形成，没有纺锤丝牵引，细胞中的染色体数目也加倍(着丝点仍能够分裂)。
(2)姐妹染色单体是在分裂间期形成的，在分裂前期可以用显微镜观察到每条染色体含有两条姐妹染色单体。不要认为姐妹染色单体形成于前期，只能说染色单体在前期出现。
3．细胞分裂图像识别
(1)动、植物细胞的识别
①图像画成方形或图像中有细胞板结构，无中心粒结构，可判断为高等植物细胞；有中心粒结构，可判断为低等植物细胞。
②图像画成圆形或有中心粒结构，无细胞板结构，缢裂方式平分细胞，可判断为动物细胞。
(2)细胞分裂时期的识别
图像在具备同源染色体的前提下还有下列特点之一，便可判断为有丝分裂：
①染色体数目加倍——有丝分裂后期。
②所有染色体着丝点排列在赤道板上——有丝分裂中期。
③子细胞中染色体数目相同——有丝分裂末期。
典例导悟
3人体细胞增殖过程中，如果纺锤体不能形成，则会发生 (　　)
A．细胞中的个别染色体增加 B．染色体不能复制
C．在后期，染色体不能平均分开 D．对细胞增殖无任何影响
解析　纺锤体在细胞增殖过程中的作用是，牵引染色体运动，使增倍的染色体能平均分开。如果纺锤体不能形成，则在分裂后期染色体不能平均分开，导致染色体以染色体组的形式成倍增加，而不是个别染色体增加。染色体的复制在纺锤体形成以前，所以纺锤体对染色体的复制无影响。
答案　C
动物细胞的有丝分裂中，可以复制的结构是(　　)
A．着丝点和核仁 B．染色体和中心体 C．染色体和核仁 D．染色体和纺锤体
答案　B
解析　在动物细胞有丝分裂的间期染色体要进行复制，每条染色体上含两条染色单体。中心体也要进行复制，形成两个中心体，它与纺锤体形成有关。
1．有关试剂及应用
(1)解离所用药液是由质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1:1混合而成的，其作用是使组织中的细胞相互分离开来。
(2)漂洗所用的液体是清水，其作用是洗去药液、利于染色。
(3)染色用0.01 g/mL或0.02 g/mL的龙胆紫溶液，能使染色体着色。
2．装片制作步骤： 解离→漂洗→染色→制片。
3．观察装片的步骤
(1)先放在低倍镜下观察，找到分生区细胞：细胞呈正方形，排列紧密。
(2)再用高倍镜观察。
(3)统计视野中各时期细胞数。
[互动探究]　用清水漂洗的目的是什么？
[提示]　一是洗去解离液，便于染色；二是防止解离过度，造成压片时细胞破损。
要点归纳
一、正确分析“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验
1．实验原理
(1)植物的分生组织细胞有丝分裂较为旺盛，盐酸能使组织细胞解离开来。
(2)细胞核内的染色体(质)易被碱性染料染色，用龙胆紫(或醋酸洋红)将染色体染色。
(3)有丝分裂各个时期细胞内染色体行为变化不同，根据各个时期染色体的变化情况。识别该细胞处于哪个时期。
2．实验过程分析
洋葱根尖培养：实验前3～4d培养洋葱，待根长到5cm
↓
装片制作
↓
观察 先低倍镜：据细胞特点找到分生区
后高倍镜：先找中期细胞，后找前、,后、末期细胞
↓
绘画：绘制有丝分裂中期图
3．实验成功的关键
(1)剪取生长旺盛、带有分生区的根尖，同时注意剪取的时间，一般在上午10点至下午2点左右，此时分生区细胞分裂旺盛。
(2)解离充分，细胞才能分散，才不会重叠。
(3)染色时，染色液的浓度和染色时间必须掌握好，应注意染色不能过深，否则镜下一片紫色，无法观察。
(4)压片时用力必须恰当，过重会将组织压烂，过轻则细胞未分散，二者都将影响观察。
感悟拓展
1．有丝分裂是染色体复制一次，细胞分裂一次，结果是染色体平均分配到两个子细胞中去；而减数分裂是染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果是子细胞中的染色体数目减半，它是一种特殊方式的有丝分裂。
2．植物细胞可通过盐酸解离、捣碎、压片等方法使细胞分散开；动物细胞可借助于胰蛋白酶，将动物组织分散成单个细胞。
3．绘制生物图的要求
①图的大小适当，位置适中。一般稍偏左上方，以便在右侧和下方留出注字和写图名的地方。
②先用削尖的铅笔轻轻画出轮廓，经过修改再正式画好。
③图中比较暗的地方，用铅笔点上细点来表示。
④字尽量注在图的右侧，用尺子引出水平的指示线，然后注字。
⑤在图的下方写出所画图形的名称。
典例导悟
4用高倍显微镜观察洋葱根尖细胞的有丝分裂。下列描述正确的是 (　　)
A．处于分裂间期和中期的细胞数目大致相等
B．视野中不同细胞的染色体数目可能不相等
C．观察处于分裂中期的细胞，可清晰看到赤道板和染色体
D．细胞是独立分裂的，因此可选一个细胞持续观察它的整个分裂过程
解析　在细胞分裂过程中，处于间期的细胞最多，因间期时间最长；处于分裂期的细胞，前期、中期与后期的染色体数不相等；赤道板不是一个实体结构，显微镜下不可能看见；在该实验中，细胞已死亡。
答案　B
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。欲观察到细胞有丝分裂的前、中、后、末几个时期(　　)
A．应该选一个间期的细胞，持续观察它从间期到末期的全过程
B．如果在低倍镜下看不到细胞，可改用高倍物镜继续观察
C．如果在一个视野中不能看全各个时期，可移动装片从周围细胞中寻找
D．如果视野过暗，可以转动细准焦螺旋增加视野的亮度
答案　C
解析　本题考查观察植物细胞有丝分裂的实验过程和有关显微镜知识。观察细胞有丝分裂实验中，由于盐酸的解离，被观察的细胞为处于不同分裂时期的死细胞，所以不能选一个处于间期的细胞持续观察它从间期到末期的全过程；在用显微镜观察物像过程中，应先用低倍镜找到要观察的物像，然后再用高倍镜；如果视野过暗，应换用大光圈或用凹面镜调节光亮度。