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第6章 細胞的生命歷程
第1節 細胞的增殖
第1課時 細胞增殖和有絲分裂
【素養導引】
1.生命觀念:運用結構與功能的觀念,說出細胞分裂中細胞核的周期性變化。
2.科學思維:采用模型與建模的方法,說明細胞分裂中染色體和DNA數量變化規律。
3.科學探究:分析實驗數據和結果,得出細胞周期各時期的長短。
一、細胞增殖
概念 通過細胞分裂,增加細胞數量的過程
意義 是重要的細胞生命活動
是生長、發育、繁殖、遺傳的基礎
過程 包括物質準備和細胞分裂兩個相連續的過程
二、細胞周期
1.概念:
(1)條件:連續分裂的細胞。
(2)起止:一次分裂完成時開始→下一次分裂完成時為止。
2.過程:包括分裂間期和分裂期:
三、有絲分裂
1.有絲分裂的過程及相關結構:
(1)有絲分裂正確的順序是:④②①③(用數字序號填寫)。
(2)填寫圖中字母代表細胞的結構:
A:紡錘絲　B:染色體　C:核膜 　D:細胞板
2.高等植物細胞的有絲分裂各個時期的特點(連一連):
[思考]　有絲分裂過程中,染色體出現在哪個時期 消失在哪個時期
提示:染色體出現在前期,消失在末期。
【走進生活】
新生兒體重一般只有3~4 kg,成人體重一般有50~70 kg。結合所學知識判斷:
1.人體體重的增加主要與細胞數目的增多有關。(√)
2.真核生物主要以有絲分裂的方式增加細胞數目。(√)
3.人體成熟的紅細胞具有周期性。(×)
分析:成熟的紅細胞不分裂,因此不具有周期性。
學習任務一:細胞周期的不同表示方法
1.直線模型:
模型分析:
時期 區段
分裂間期 a、c
分裂期 b、d
細胞周期 a+b、c+d
[思考探究]　上圖中的b+c能否表示一個細胞周期 為什么
提示:不能,因為細胞周期是從一次分裂完成時開始,到下一次分裂完成時為止。細胞周期包括分裂間期和分裂期,先分裂間期再分裂期。
【方法規律】判斷一個完整細胞周期的方法
(1)“先長后短”:一個細胞周期要先經過一個長的分裂間期,再經過一個短的分裂期。
(2)“終點到終點”:連續分裂的細胞,從一次分裂完成時開始,到下一次分裂完成時為止,為一個細胞周期。
2.扇形圖:
模型分析:
時期 區段
分裂間期 B
分裂期 C→A
細胞周期 A→B→C→A
【學習加點料】
思維易錯:分裂結束后不再分裂的細胞具有周期性嗎 為什么
提示:不具有,因為只有連續分裂的細胞才具有周期性。
【典題例析】
如圖A表示細胞進行有絲分裂的一個細胞周期所用的時間①,圖B表示連續分裂的細胞相鄰的兩個細胞周期圖②。下列敘述中,正確的是(　　)
①一個細胞周期是指乙→乙的全過程
②b段結束DNA含量增加一倍
③c、d兩段都要消耗ATP
④b段的主要變化是DNA的復制及有關蛋白質的合成
A.①④　　B.②③　　C.①③　　D.③④
[解題思維]
提取關鍵點 ①有絲分裂的一個細胞周期所用的時間②相鄰的兩個細胞周期圖
轉化知識點 細胞周期的表示方法,分裂間期的細胞及物質變化
排除障礙點 細胞間期的時間比較長,且細胞周期中,先進入分裂間期,再進入分裂期
【解析】選C。一個細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,包括分裂間期和分裂期,分裂間期持續的時間較長,所以一個細胞周期是指乙→乙的全過程,①正確;由于DNA的復制a段結束,DNA含量增加一倍,②錯誤;由分析可知,c表示分裂間期,間期主要完成DNA復制和有關蛋白質的合成,需要消耗能量,d過程表示分裂期,分裂期中存在染色體的移動以及核膜、核仁的變化等過程,同樣需要消耗ATP,③正確;b段為分裂期,而DNA的復制及有關蛋白質的合成發生在分裂的間期,④錯誤。綜上分析,C正確。
[借題發揮]　若用藥物抑制DNA的復制,則A圖中細胞周期將停留在哪個階段
提示:分裂間期,即乙→甲。
【即學即練】
1.下列有關細胞周期敘述錯誤的是(　　)
A.一個細胞周期包括分裂間期和分裂期
B.分裂間期為分裂期做好物質準備
C.細胞周期的精確調控對生命活動具有重要意義
D.不同細胞的細胞周期持續時間一定相同
【解析】選D。一個細胞周期包括分裂間期和分裂期,A正確;分裂間期進行DNA復制和有關蛋白質的合成,為分裂期做好物質準備,B正確;細胞分裂是生物體生長、發育的基礎,細胞周期的精確調控對生命活動具有重要意義,C正確;不同細胞的細胞周期持續時間不一定相同,D錯誤。
2.如圖是按順時針方向表示的4種植物細胞的細胞周期,其中說法正確的是(　　)
A.溫度對植物a→b段的生理活動沒有影響
B.圖中b→a→b表示細胞增殖過程的一個細胞周期
C.甲圖的b→a與丙圖的b→a所用的時間可能一樣長
D.圖中四種細胞可取自4種植物的任何部位
【解析】選C。a→b段為分裂間期,進行了染色體的復制,需要酶的催化,故溫度對植物a→b段的生理活動有影響,A錯誤;圖中a→b→a表示細胞增殖過程的一個細胞周期,B錯誤;圖中b→a表示分裂期占細胞周期的比例,由于一個細胞周期的具體時間不知道,故甲圖的b→a與丙圖的b→a所用的時間可能一樣長,C正確;只有分裂的細胞才有細胞周期,而植物體并不是所有細胞都能分裂,如成熟區細胞,D錯誤。
【拓展歸納】
影響細胞周期的因素
(1)內部因素:不同種類的細胞,細胞周期持續的時間不同。
(2)外部因素:主要有溫度、pH、射線等,這些因素主要通過影響酶的活性來影響細胞周期。因為DNA復制、有關蛋白質合成、能量供給等生理過程都需要酶的參與。
學習任務二:有絲分裂各時期的特征
有絲分裂的過程:
時期 核膜、核仁 染色體 紡錘體
前期 解體消失 出現,每條染色體由兩條染色單體組成 出現
中期 — 著絲粒排列在赤道板上,染色體形態穩定,數目清晰 有
后期 — 著絲粒分裂,染色單體分開 有
末期 重新出現 染色體解螺旋形成染色質 消失
[思考探究]　請用一句話概括染色質和染色體的關系。
提示:染色質和染色體是同一物質在細胞不同時期的兩種存在狀態。
【學習加點料】
思維易錯:有絲分裂過程中,哪些結構會周期性地消失和重建
提示:核膜、核仁。前期核膜、核仁消失,末期核膜、核仁重新出現。
【典題例析】
菠菜根①的分生區細胞不斷分裂使根生長,在分裂過程中不會出現②的是(　　)
A.細胞分裂間期,中心體的兩個中心粒各自產生一個新的中心粒
B.細胞分裂中期,染色體形態較固定、數目較清晰
C.細胞分裂前期,核膜和核仁逐漸消失
D.細胞分裂末期,高爾基體參與細胞壁的形成
[解題思維]
提取關鍵點 ①菠菜根②不會出現
轉化知識點 植物細胞周期各時期的特點
排除障礙點 菠菜屬于高等植物,細胞中沒有中心體
【解析】選A。菠菜屬于高等植物,根的分生區細胞中沒有中心粒,A錯誤;細胞分裂中期,染色體排列在赤道板上,染色體形態固定、數目清晰,B正確;有絲分裂前期,核膜和核仁逐漸解體消失,出現染色體和紡錘體,C正確;植物細胞有絲分裂末期,細胞中央出現細胞板,細胞板向四周延伸形成細胞壁,且細胞壁的形成與高爾基體有關,D正確。
[借題發揮]　顯微鏡下觀察菠菜根尖分生區細胞的有絲分裂,最好選擇哪個時期觀察染色體的形態和數目 為什么
提示:中期,因為中期染色體形態穩定,數目清晰,便于觀察。
【即學即練】
1.如圖為植物細胞分裂的模式圖,該細胞處于有絲分裂的(　　)
A.前期 B.中期 C.后期 D.末期
【解析】選A。圖中細胞中染色體散亂分布,可知該植物細胞正處于有絲分裂前期。
2.如圖表示一個細胞有絲分裂過程中染色體變化的不同情況,在整個細胞周期中,染色體變化的順序應該是(　　)
A.①⑤④③② B.②③①④⑤
C.①④⑤③② D.⑤④③②①
【解析】選C。分析可知,圖①為分裂間期,圖②為末期,圖③為后期,圖④為前期,圖⑤為中期,故在整個細胞周期中,染色體變化的順序為①④⑤③②,C正確,A、B、D錯誤。
學習任務三:細胞周期中染色體、DNA數目變化
1.細胞核中DNA、染色體數目變化:
項目 分裂間期 分裂期 子細胞
前期 中期 后期 末期
核DNA 2N→4N 4N 4N 4N 4N 2N
染色體 2N 2N 2N 4N 4N 2N
[思考探究]　結合上表,在下面的坐標系中畫出染色體和核DNA數目的變化曲線。
提示:
2.一條染色體上DNA數量變化:
項目 分裂間期 分裂期 子細胞
前期 中期 后期 末期
一條染色體上DNA數量 1→2 2 2 1 1 1
[思考探究]　結合上表,在下面的坐標系中畫出每條染色體上DNA數目的變化曲線。
提示:
【學習加點料】
1.思維易錯:有絲分裂過程中,染色體、染色單體、DNA三者的數量關系是怎樣的
提示:有染色單體時,染色體數∶染色單體數∶DNA數=1∶2∶2;無染色單體時,染色體數∶染色單體數∶DNA數=1∶0∶1。
2.教材開發:P117【概念檢測】
洋蔥根尖細胞中有16條染色體,分裂間期進行染色體復制后染色體的數目是多少 染色體形態發生怎樣的變化
提示:16,染色體從不含姐妹染色單體的形態變為含2條染色單體的形態。
【典題例析】
如圖表示某高等動物細胞的一個細胞周期中,每條染色體上的DNA含量變化曲線。錯誤的說法是(　　)
A.縱坐標中N=1
B.BC段細胞中存在姐妹染色單體
C.CD段染色體的數目為AB段的2倍
D.BC段從細胞兩極發出紡錘絲形成紡錘體
[解題思維]
提取關鍵點 每條染色體上的DNA含量變化曲線
轉化知識點 有絲分裂過程中DNA、染色體數量變化;各時期特點
排除障礙點 C點形成的原因是著絲粒分裂,姐妹染色單體分離,染色體數目加倍,此時一條染色體上只有一個DNA分子
【解析】選D?？v坐標中N=1,表示一條染色體含有1個DNA分子,A正確;BC段細胞中每條染色體含有2個DNA分子,所以BC段細胞中存在姐妹染色單體,B正確;CD表示有絲分裂的后期,由于著絲粒分裂,染色體數目增加一倍,是AB段的2倍,C正確;動物細胞進行有絲分裂時,在兩組中心粒的周圍發出大量星射線,形成紡錘體,D錯誤。
【即學即練】
1.(2022·重慶高一檢測)在有絲分裂過程中,染色體數和DNA分子數之比,依次為1∶1和1∶2的時期是(　　)
A.前期和后期 B.中期和末期
C.末期和前期 D.中期和前期
【解析】選C。有絲分裂后期和末期,著絲粒已分裂,姐妹染色單體分開成為染色體,染色體數和DNA分子數為1∶1;有絲分裂前期和中期,每條染色體含有兩條染色單體,染色體數和DNA分子數為1∶2。
2.(2022·雅安高一檢測)有絲分裂前的間期細胞內發生了復雜的變化,其結果是(　　)
A.核DNA含量增加一倍,染色體數目不變
B.核DNA含量和染色體數目都增加一倍
C.核DNA含量不變,染色體數目增加一倍
D.核DNA含量和染色體數目均不變
【解析】選A。有絲分裂前的間期完成DNA復制和有關蛋白質的合成,結果是DNA加倍,形成染色單體,染色體并不加倍,A正確。
染色單體分離機制
　　染色體在間期復制后,由稱為粘連蛋白的蛋白復合物把在S期DNA復制的各個姐妹染色單體沿其長軸捆綁。姐妹染色單體之間的粘連蛋白對正確的染色體分離至關重要,只有在有絲分裂后期才會完全分離以允許姐妹染色單體分開。這一運動把兩套相同的染色體向紡錘體的兩個相對終端方向分開。
粘連蛋白給予姐妹染色單體間的黏附力與有絲分裂紡錘體相反,與兩極對姐妹染色單體動粒的黏附力(或拉力)是相互對立的關系,只有精確地協調二者才能使兩條染色單體正確地分離。
探究:
(1)有絲分裂過程中,染色單體形成在________期,消失在________期。
(2)據資料分析,姐妹染色單體正確分離的條件是________________________。
【解析】(1)有絲分裂前的間期,DNA復制和有關蛋白質合成后,染色單體形成。后期隨著著絲粒的分裂,染色單體消失。
(2)據資料分析:精確協調粘連蛋白的黏附力與兩極給予的黏附力的對立關系,是姐妹染色單體正確分離的條件。
答案:(1)間　后　(2)精確協調粘連蛋白的黏附力與兩極給予的黏附力的對應關系
【關鍵能力·素養發展】
情境載體 情境類型為生活、學習和實踐情境,突出與生活的聯系
關鍵能力↓信息轉化 ①紡錘絲的作用
②著絲粒分裂機制
學科素養 培養生命觀念中的結構與功能觀、科學思維中的分析與比較等素養
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