第1課時 細(xì)胞周期和植物細(xì)胞有絲分裂
知識點一 活動:模擬探究細(xì)胞的大小與擴(kuò)散作用的關(guān)系
1.方法步驟
(1)用塑料餐刀將瓊脂塊切成三塊邊長分別為3 cm、2 cm、1 cm的立方體。
(2)把三塊立方體的瓊脂塊放在燒杯內(nèi),加入0.1%的NaOH溶液將瓊脂塊淹沒。用塑料勺不停地翻動瓊脂塊3 min。
(3)取出瓊脂塊,放在墊著__吸水紙__的培養(yǎng)皿中將溶液吸干。盡量不讓液體與皮膚直接接觸,建議戴上手套。用塑料餐刀把每一瓊脂塊切成兩半。__觀察切面__,記錄觀察結(jié)果,測量每一塊瓊脂塊上NaOH擴(kuò)散的__深度__。
(4)記錄數(shù)據(jù)。
2.?dāng)U散作用可以給細(xì)胞提供必需的物質(zhì),并且有助于運出廢物,但是物質(zhì)的長距離擴(kuò)散需要很長時間。細(xì)胞需要相對__較大__的表面積,以保證__營養(yǎng)物質(zhì)__和__廢物__向細(xì)胞內(nèi)外擴(kuò)散。
3.為了保證細(xì)胞進(jìn)行正常__生命活動__,細(xì)胞體積不能太__大__。當(dāng)一些細(xì)胞體積達(dá)到一定大小時,就開始了一系列的變化,即從一個細(xì)胞分裂成__兩個__細(xì)胞。
4.細(xì)胞數(shù)目的增多是靠__細(xì)胞分裂__來實現(xiàn)的。真核細(xì)胞的分裂方式主要包括有絲分裂和減數(shù)分裂。其中,__有絲分裂__是真核生物體細(xì)胞增殖的主要方式;__減數(shù)分裂__是一種特殊的__有絲分裂__,與真核生物產(chǎn)生__有性生殖細(xì)胞__有關(guān)。
小思考:細(xì)胞越小,越有利于細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換,那么,細(xì)胞是越小越好嗎?
【答案】細(xì)胞中細(xì)胞器的存在需要一定的空間,各種反應(yīng)的進(jìn)行也需要一定的空間,這樣才能做到互不干擾,保證細(xì)胞內(nèi)的基本活動有序進(jìn)行,所以細(xì)胞不可能無限小下去。
知識點二 細(xì)胞的分裂經(jīng)歷細(xì)胞周期
細(xì)胞周期
(1)概念:__連續(xù)分裂__的細(xì)胞從一次分裂結(jié)束到下一次分裂__結(jié)束__所經(jīng)歷的整個過程。
(2)組成:包括__分裂期__(簡稱M期)和分裂間期。分裂間期包括__DNA合成期__(簡稱S期),以及S期前后的G1期和G2期。G1期主要是合成DNA復(fù)制所需的蛋白質(zhì),以及__核糖體__的增生;S期主要發(fā)生__DNA復(fù)制__,G2期主要是合成M期所必需的一些__蛋白質(zhì)__。
(3)時間長短:不同細(xì)胞的周期,時間長短__各不相同__。哺乳動物細(xì)胞的細(xì)胞周期中,M期為1 h左右,G1期則從2~3 h到幾天。胡蘿?根尖細(xì)胞的細(xì)胞周期共7.5 h,其中M期0.6 h、S期2.7 h、G1期1.3 h、G2期2.9 h。
小思考:所有的細(xì)胞都有細(xì)胞周期嗎?
【答案】只有連續(xù)分裂的細(xì)胞才有細(xì)胞周期,如植物形成層細(xì)胞、根尖分生區(qū)細(xì)胞、動物皮膚生發(fā)層細(xì)胞。高度分化的細(xì)胞,如神經(jīng)細(xì)胞、表皮細(xì)胞等沒有細(xì)胞周期。原核生物無染色體,不能進(jìn)行有絲分裂,所以也沒有細(xì)胞周期。
知識點三 染色體在有絲分裂過程中呈現(xiàn)規(guī)律性變化
有絲分裂是真核細(xì)胞最常見的細(xì)胞分裂方式。植物細(xì)胞和動物細(xì)胞的有絲分裂過程基本相同。為了便于描述,常將有絲分裂的M期分為前期、中期、后期、末期。現(xiàn)以植物細(xì)胞為例,說明有絲分裂的基本過程。
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)在細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系實驗中,NaOH在每一瓊脂塊內(nèi)擴(kuò)散的速率相同。( √ )
(2)細(xì)胞不能無限長大,體積的增大導(dǎo)致相對表面積縮小,影響細(xì)胞代謝。( √ )
(3)細(xì)胞都能進(jìn)行有絲分裂。( × )
(4)在細(xì)胞有絲分裂的中期,每條染色體是由兩條染色單體組成的,所以DNA的復(fù)制也是在這個時期完成的。( × )
(5)有絲分裂中期是最佳觀察時期。( √ )
(6)染色體的成分是染色質(zhì)和蛋白質(zhì)。( × )
2.案例分析:圖甲為某高等植物細(xì)胞的細(xì)胞周期示意圖,圖乙為該植物細(xì)胞有絲分裂某時期的顯微圖像,圖丙為細(xì)胞處于有絲分裂不同階段的模式圖。請據(jù)圖回答問題:
(1)圖甲中可以表示一個完整的細(xì)胞周期的是__e→a→b→c→d→e__(用圖中字母和箭頭表示)。圖甲中存在姐妹染色單體的時期有__a、b__(用圖中字母表示),發(fā)生__著絲粒分裂__后,姐妹染色單體分開。
(2)與圖乙的顯微圖像相對應(yīng)的是圖丙中的__①__(填“①”“②”或“③”),此時細(xì)胞內(nèi)功能明顯增強(qiáng)的細(xì)胞器是__高爾基體__。與植物細(xì)胞不同的是,動物細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)分裂的過程為__細(xì)胞膜的中部向內(nèi)凹陷,把細(xì)胞縊裂成兩部分__。
(3)圖丙中結(jié)構(gòu)f的名稱是__紡錘體__,它形成于圖甲中的__a__(用圖中字母表示)時期;結(jié)構(gòu)g的名稱是__核膜__,它在分裂過程中會發(fā)生周期性解體和重建,解體于__前__期。
【解析】(1)由圖甲可知,a表示有絲分裂前期,b表示中期,c表示后期,d表示末期,e表示分裂完成;而細(xì)胞周期是指從一次分裂完成時開始到下一次分裂完成時為止,所以圖甲中可以表示一個完整的細(xì)胞周期的是e→a→b→c→d→e。圖甲中存在姐妹染色單體的時期有前期和中期,發(fā)生著絲粒分裂后,姐妹染色單體分開。(2)圖乙為染色體移向細(xì)胞兩極,為分裂后期,圖丙中①為分裂后期,②為末期,③為分裂結(jié)束,所以與圖乙的顯微圖像相對應(yīng)的是圖丙中的①,此時細(xì)胞內(nèi)功能明顯增強(qiáng)的細(xì)胞器是高爾基體。與植物細(xì)胞不同的是,動物細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)分裂的過程為細(xì)胞膜的中部向內(nèi)凹陷,把細(xì)胞縊裂成兩部分。(3)圖丙中結(jié)構(gòu)f的名稱是紡錘體,它形成于a有絲分裂前期;結(jié)構(gòu)g的名稱是核膜,它在分裂過程中會發(fā)生周期性解體和重建,解體于前期。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 細(xì)胞周期的表示方法))
(1)扇形圖
從A點→B點→A點(順時針),表示一個細(xì)胞周期。
(2)直線圖
圖中a+b或c+d均表示為一個細(xì)胞周期。
eq \a\vs4\al(典例) 如圖表示連續(xù)分裂細(xì)胞的兩個細(xì)胞周期,下列敘述中正確的是( A )
A.a和b為一個細(xì)胞周期
B.b結(jié)束DNA含量增加一倍
C.遺傳物質(zhì)平分一般發(fā)生在c段
D.b和c為一個細(xì)胞周期
【解析】細(xì)胞周期指從一次細(xì)胞分裂結(jié)束開始,到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止。一個完整的細(xì)胞周期包括分裂間期和分裂期。分裂間期占的比例大,完成DNA的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成,間期(a或c)結(jié)束后DNA含量加倍。分裂期(b或d)完成遺傳物質(zhì)的平均分配。圖中a+b和c+d都可以看作一個完整的細(xì)胞周期。
1.如圖為某二倍體生物體細(xì)胞增殖的細(xì)胞周期示意圖。下列敘述正確的是( D )
A.完整的細(xì)胞周期依次為M期、G1期、S期和G2期
B.S期的主要變化是通過復(fù)制使染色體數(shù)目加倍
C.G2期的染色體和核DNA數(shù)目均為G1期的2倍
D.M期會發(fā)生染色體數(shù)目的加倍和減半現(xiàn)象
【解析】完整的細(xì)胞周期依次為G1期、S期、G2期和M期,A錯誤;S期的主要變化是DNA的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成,染色體數(shù)目并未加倍,B錯誤;G2期的核DNA數(shù)目為G1期的2倍,染色體數(shù)目并未改變,C錯誤;M期的后期和末期會發(fā)生染色體數(shù)目的加倍和減半現(xiàn)象,D正確。
2.實驗室培養(yǎng)甲、乙、丙、丁四種不同類型細(xì)胞,測得分裂間期占細(xì)胞周期的比例如下圖所示,有關(guān)說法正確的是( C )
A.四種細(xì)胞中丙分裂間期持續(xù)的時間最長
B.加入DNA復(fù)制抑制劑,停留在分裂間期細(xì)胞數(shù)量最少的是丁
C.不同溫度下培養(yǎng)以上四種細(xì)胞,細(xì)胞周期持續(xù)的時間都會發(fā)生變化
D.正常情況下四種細(xì)胞在分裂間期可發(fā)生染色體數(shù)目變化
【解析】四種細(xì)胞中,丙分裂間期占細(xì)胞周期的比例最大,但分裂間期持續(xù)的時間不一定最長,A錯誤;加入DNA復(fù)制抑制劑,停留在分裂間期細(xì)胞數(shù)量都會增多,但最少的不一定是丁,B錯誤;溫度通過影響酶的活性而影響細(xì)胞周期,所以不同溫度下培養(yǎng)以上四種細(xì)胞,細(xì)胞周期持續(xù)的時間都會發(fā)生變化,C正確;正常情況下四種細(xì)胞在分裂后期,因著絲粒分裂,可發(fā)生染色體數(shù)目變化,D錯誤。
3.下圖中a→d表示連續(xù)分裂細(xì)胞的兩個細(xì)胞周期。下列敘述中不正確的是( D )
A.只有連續(xù)分裂的細(xì)胞才具有細(xì)胞周期
B.c段結(jié)束時DNA含量增加一倍
C.d段過程中會發(fā)生染色體數(shù)目加倍
D.b和c為一個完整的細(xì)胞周期
【解析】只有連續(xù)分裂的細(xì)胞才具有細(xì)胞周期,A正確;c段表示分裂間期,主要進(jìn)行DNA的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成,所以結(jié)束時DNA含量增加一倍,B正確;d段表示分裂期,其后期染色體數(shù)目加倍,C正確;b、c屬于兩個細(xì)胞周期,D錯誤。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 有絲分裂中核DNA、染色體等的數(shù)量變化))
以體細(xì)胞中核DNA數(shù)目為2c、染色體數(shù)目為2n為例:
eq \a\vs4\al(典例) 下圖表示一個植物細(xì)胞有絲分裂過程中染色體變化的不同情況。在整個細(xì)胞周期中染色體變化的順序是( C )
A.①④⑤③② B.⑤④③②①
C.①⑤④③② D.②③①④⑤
【解析】細(xì)胞分裂間期染色體呈現(xiàn)染色質(zhì)狀態(tài),故應(yīng)首先選①,排除了B、D兩項。在細(xì)胞有絲分裂的前期和中期,每條染色體都包含兩條染色單體,但是,在細(xì)胞分裂的中期,每條染色體的著絲粒的兩側(cè)都有紡錘絲附著在上面,因此⑤表示分裂前期,④表示的是有絲分裂的中期,分裂后期的變化特點是每條染色體的著絲粒一分為二并在紡錘絲的牽引下向細(xì)胞的兩極移動,因此,③表示有絲分裂的后期,②表示有絲分裂的末期。
1.如圖所示植物細(xì)胞有絲分裂中,最便于觀察和研究染色體的是( C )
A. B.
C. D.
【解析】A細(xì)胞處于間期,此時呈染色質(zhì)狀態(tài),無染色體,A錯誤;B細(xì)胞處于前期,不是觀察和研究染色體的最佳時期,B錯誤;C細(xì)胞處于有絲分裂中期,染色體著絲粒整齊地排列在赤道面上,此時染色體形態(tài)固定、數(shù)目清晰,便于觀察和研究染色體,C正確;D細(xì)胞處于后期,著絲粒分裂,不是觀察和研究染色體的最佳時期,D錯誤。
2.如圖是某植物體細(xì)胞有絲分裂過程中,染色體和DNA數(shù)量比值的變化曲線,下列說法不正確的是( C )
A.BC段主要進(jìn)行DNA的復(fù)制,細(xì)胞適度生長
B.在CD段始終有染色單體存在
C.出現(xiàn)DE段變化的原因是細(xì)胞分裂
D.EF段高爾基體活動非常活躍
【解析】在BC段主要進(jìn)行DNA的復(fù)制,細(xì)胞適度生長,A正確;CD段每條染色體含有2條染色單體,即該階段始終有染色單體存在,B正確;DE段形成的原因是著絲粒分裂,C錯誤;EF段包括有絲分裂后期和末期,其中末期有細(xì)胞壁的形成,而植物細(xì)胞壁的形成與高爾基體有關(guān),因此該階段高爾基體活動非?;钴S,D正確。
3.人體細(xì)胞有絲分裂各時期相關(guān)物質(zhì)(圖中的a、b、c表示)的變化如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是( C )
A.甲、乙、丙中的染色體都高度螺旋化
B.由圖甲到圖乙與細(xì)胞的凹陷有關(guān)
C.圖乙細(xì)胞含有4條性染色體
D.由圖丙到圖甲與著絲粒斷裂有關(guān)
【解析】丙細(xì)胞處于末期結(jié)束或者間期的開始,染色體呈染色質(zhì)形態(tài),A錯誤;由圖甲到圖乙屬于中期到后期,與著絲粒斷裂有關(guān),B錯誤;圖乙為有絲分裂后期,含有4條性染色體,C正確;由圖丙到圖甲屬于末期(間期開始)到前期,經(jīng)過DNA復(fù)制,D錯誤。
1.在一個細(xì)胞周期中,最可能發(fā)生在同一時期的是( D )
A.著絲粒的分裂和細(xì)胞質(zhì)的分裂
B.染色體數(shù)加倍和姐妹染色單體形成
C.細(xì)胞板的出現(xiàn)和紡錘體的出現(xiàn)
D.染色體復(fù)制和中心粒復(fù)制
【解析】著絲粒的分裂發(fā)生在后期,細(xì)胞質(zhì)的分裂發(fā)生在末期,A錯誤;染色體數(shù)加倍發(fā)生在后期,姐妹染色單體形成發(fā)生在間期,B錯誤;細(xì)胞板在末期出現(xiàn),紡錘體在前期出現(xiàn),C錯誤;染色體復(fù)制和中心粒復(fù)制均在間期,D正確。
2.在細(xì)胞有絲分裂過程中,DNA分子復(fù)制、著絲粒分裂、紡錘體形成及消失分別發(fā)生在( D )
A.間期、前期、中期、間期
B.前期、中期、后期、末期
C.間期、后期、中期、后期
D.間期、后期、前期、末期
【解析】DNA分子復(fù)制發(fā)生在間期、著絲粒分裂發(fā)生在后期、紡錘體形成發(fā)生在前期,紡錘體的消失發(fā)生在末期,D正確。
3.如圖為細(xì)胞分裂過程中部分結(jié)構(gòu)的變化示意圖,此過程( C )
A.發(fā)生在細(xì)胞分裂期的末期,核膜再度合成
B.發(fā)生在細(xì)胞周期的分裂間期,染色質(zhì)復(fù)制
C.發(fā)生在細(xì)胞分裂期的前期,核膜逐漸解體
D.發(fā)生在細(xì)胞分裂期的中期,染色體螺旋變粗
【解析】圖中是細(xì)胞核的一部分,有核膜與染色單體,說明處于細(xì)胞分裂的前期,核膜逐漸解體,A、B、D錯誤,C正確。
4.下列關(guān)于高等動物細(xì)胞的細(xì)胞周期的敘述,正確的是( A )
A.用缺乏營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液培養(yǎng)細(xì)胞,會使M期細(xì)胞減少
B.用蛋白質(zhì)合成抑制劑處理細(xì)胞,不影響G1期細(xì)胞進(jìn)入S期
C.用促進(jìn)細(xì)胞分裂的試劑處理細(xì)胞,G2期細(xì)胞中染色體數(shù)目增加
D.細(xì)胞都有細(xì)胞周期
【解析】用缺乏營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液培養(yǎng)細(xì)胞,會使細(xì)胞不能在分裂間期完成DNA的復(fù)制及有關(guān)蛋白質(zhì)的合成,所以細(xì)胞周期不能正常進(jìn)行,M期細(xì)胞減少,A正確;G1期發(fā)生的主要是合成DNA所需蛋白質(zhì)的合成和核糖體的增生,用蛋白質(zhì)合成抑制劑處理,G1期細(xì)胞不能合成相應(yīng)的蛋白質(zhì),無法進(jìn)入S期,B錯誤;有絲分裂過程中的染色體數(shù)目加倍發(fā)生在后期,用促進(jìn)細(xì)胞分裂的試劑處理,G2期細(xì)胞中染色體數(shù)目不會增加,C錯誤;具有連續(xù)分裂能力的細(xì)胞才會有細(xì)胞周期,D錯誤。
5.在一群連續(xù)分裂的細(xì)胞培養(yǎng)液中,抽樣檢測細(xì)胞,分別測到細(xì)胞中的DNA含量,得到細(xì)胞數(shù)目分布如下圖所示。已知該細(xì)胞周期為20小時,間期分G1(復(fù)制前期)、S(復(fù)制期)、G2(復(fù)制后期),且S期是8小時。下列敘述正確的是( B )
A.分裂期的細(xì)胞數(shù)目是8 000個
B.S期的細(xì)胞數(shù)目是18 000個
C.G1期和G2期的細(xì)胞數(shù)目是19 000個
D.分裂期的時間是12小時
【解析】由于S期DNA分子的復(fù)制,導(dǎo)致細(xì)胞中的DNA含量由2C變?yōu)?C,故G2和M期細(xì)胞中DNA含量均為4C,由圖示可知DNA含量為4C的細(xì)胞數(shù)為8 000個,所以處于分裂期(M)的細(xì)胞數(shù)應(yīng)小于8 000個,A錯誤;由于DNA分子的復(fù)制在S期,故DNA含量由2C變?yōu)?C的細(xì)胞均是S期細(xì)胞,即DNA含量介于2C~4C之間的細(xì)胞,由于S期的時長為8小時,細(xì)胞周期時長為20小時,說明G1+G2+M時期共占12小時,而G1+G2+M時期的細(xì)胞總數(shù)為19 000+8 000=27 000個,所以S期細(xì)胞數(shù)為27 000÷12×8=18 000個,B正確;由圖可知,處于G2和M期細(xì)胞數(shù)共8 000個,但不知道具體哪個時期為多少,所以無法計算G1+G2細(xì)胞數(shù)量之和,C錯誤;由于S期的時長為8小時,細(xì)胞周期時長為20小時,說明G1+G2+M時期共占12小時,故分裂期時長小于12小時,D錯誤。知識目標(biāo)
核心素養(yǎng)
1.了解細(xì)胞體積大小與物質(zhì)運輸速率之間的關(guān)系。
2.說出什么是細(xì)胞周期。
3.描述分裂間期、分裂期細(xì)胞不同階段的主要特點,概述有絲分裂的主要特征。
4.制作植物細(xì)胞有絲分裂裝片,觀察動植物細(xì)胞的有絲分裂過程。
5.區(qū)分植物細(xì)胞和動物細(xì)胞有絲分裂的異同。
6.理解有絲分裂的意義。
7.說出癌細(xì)胞的特征及致癌因素
以科學(xué)思維掌握細(xì)胞周期的概念、構(gòu)建物理模型比較植物和動物有絲分裂的異同、找出分裂過程中各種物質(zhì)變化的規(guī)律;基于歸納與概括,科學(xué)思維和一定的社會責(zé)任比較癌變發(fā)生機(jī)制,基于批判性思維,分析引起癌變的因素,關(guān)注相關(guān)的社會議題,主動向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和意義
時期
植物細(xì)胞示意圖
主要特點





①最明顯的變化就是細(xì)胞核內(nèi)__染色體__的出現(xiàn);
前期中較晚的時候出現(xiàn)了由絲狀纖維組成的__紡錘體__,__核膜、核仁__開始解體


②染色體繼續(xù)凝聚變短,清晰地排列在紡錘體的__中央__,染色體的著絲粒也都排列在細(xì)胞中央的平面上。這個平面垂直于紡錘體的中軸,與地球赤道的位置相似,被稱為__赤道面__。中期的染色體縮短到最小的程度,便于觀察和研究??梢酝ㄟ^__著絲粒__的數(shù)目來確認(rèn)染色體的數(shù)目


③染色體的著絲粒分為兩個、姐妹染色單體分離成兩條獨立的染色體,染色體的數(shù)目__增加一倍__;
分離的染色體以相同的速率分別被__紡錘絲__拉向兩極,原來的一套染色體變成了__完全相同__的兩套染色體


④兩套染色體分別到達(dá)兩極后,染色體伸展,呈現(xiàn)__染色質(zhì)__狀態(tài);
__核膜__重新形成,__核仁__出現(xiàn),細(xì)胞核內(nèi)的染色體數(shù)目與分裂前相同;
胞質(zhì)分裂一般在末期開始,最終形成新的__細(xì)胞壁__
項目
時期
染色體形
態(tài)變化
核DNA
分子數(shù)目
染色體
數(shù)目
染色單
體數(shù)目
原因分析
分裂
間期
2c→4c
2n
0→4n
DNA復(fù)制,核DNA分子數(shù)加倍,染色體數(shù)目不變,出現(xiàn)染色單體,一條染色體上有兩條染色單體
分裂
前期
4c
2n
4n
無變化
分裂
中期
4c
2n
4n
無變化
分裂
后期
4c
4n
0
著絲粒一分為二,核DNA分子數(shù)不變,染色體數(shù)目加倍,染色單體消失
分裂
末期
4c→2c
4n→2n
0
末期結(jié)束,細(xì)胞一分為二,核DNA分子數(shù)、染色體數(shù)目、染色單體數(shù)恢復(fù)到體細(xì)胞時的數(shù)目

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高中生物浙科版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》電子課本

第一節(jié) 細(xì)胞通過分裂增殖

版本: 浙科版 (2019)

年級: 必修1《分子與細(xì)胞》

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