1、第 1 节 细胞的增殖 学习目标 1简述细胞生长和增殖的周期性。(重点) 2观察细胞的有丝分裂并概述其过程。(重点) 3真核细胞有丝分裂过程中，各时期染色体行为和数目的变化以及 DNA 的数量变化。(难 点) 4描述细胞的无丝分裂。 5模拟探究细胞大小与物质运输的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。, 知识结构 细胞不能无限长大 1生物体的生长与细胞的关系 (1)生物体体积增大的原因 细 胞 体 积 增 大 细 胞 生 长细 胞 数 目 增 多 细 胞 分 裂 ) (2)不同生物同类器官或组织体积不同的原因：细胞大小一般无明显差异，主要取决于细胞 数目的多少。 多细胞生物的大小主要与细胞的数量有
2、关。如大多数动植物。 单细胞生物的大小只与细胞的大小有关。如草履虫、变形虫等。 2实验：细胞大小与物质运输的关系 (1)实验原理 含酚酞的琼脂块 酚酞变为紫红色。 NaOH溶 液 浸 泡 NaOH 在琼脂块中扩散的速率相同。 在相同时间内，NaOH 扩散的体积和与琼脂块的总体积的比值可反映出 NaOH 的扩散的效 率，由此模拟细胞大小与物质运输效率的关系。 (2)实验目的：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，探讨细胞不能无限长大的原因。 (3)材料用具：3 cm3 cm6 cm 的含酚酞的琼脂块，塑料餐刀，防护手套，毫米尺，塑 料勺纸巾，烧杯，质量分数为 0
3、.1%的 NaOH 溶液。 (4)方法步骤 (6)结论 细胞越大，物质运输的效率越低，所以体积大的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。 相对表面积是指表面积与体积之比。细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞与周围环 境之间物质交流的面积相对减小，所以物质运输的效率越低。 (7)实验操作注意事项 翻动琼脂时要防止破坏琼脂块表面。 用塑料餐刀切割琼脂块时，每次切割都要用干净刀，以防塑料餐刀上的 NaOH 对实验造成 干扰。 (1)细胞的体积并非越小越好，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 (如各种细胞器)和物质(如酶、ATP)所需的空间决定的。 (2)并非所有细胞体
4、积都较小，如鸵鸟卵细胞直径可达 5 cm。 教材第 110111 页参考答案 问题探讨 1象与鼠相应器官大小有一定差异；组织的细胞大小无明显差异。 2生物体的生长，既靠细胞分裂增加细胞的数量，还要靠细胞生长增大细胞的体积。 实验讨论 1当 NaOH 与含酚酞的琼脂块相遇时，其中的酚酞变成紫红色，这是常用的检测 NaOH 的方 法。从琼脂块的颜色变化就知道 NaOH 扩散到多远；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。 2根据球的体积公式： V r3，表面积公式 S4 r2，计算结果见下表。 43 细胞直径/cm 表面积/cm
5、 2 体积/cm 3 比值(表面积/体积) 20 1 256 4 187 0.30 30 2 826 14 130 0.20 3.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。细胞越大，需要与外界环境交流的物质越多；但是细胞体积越大，其表 面积相对越小，细胞与周围环境之间物质交流的面积相对就小了，所以，物质运输的效率越低。 【例 1】 下列有关细胞不能无限长大的原因的叙述，不正确的是( ) A与细胞表面积和体积的比例有关 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细胞的体积与细胞核无关 解析：细胞体积的大小受以下几个因
6、素的制约：一是细胞体积越大，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流；二是细胞核是细胞 的控制中心，细胞核中的 DNA 一般不会随着细胞体积的增大而增加，即细胞核控制的范围是有 限的，因此细胞不能无限长大。 答案：D 点拨：细胞保持较小的体积，一方面单位体积内表面积较大，细胞代谢率高；另一方面可 节约有用物质扩散进入细胞的时间，并且有助于快速运出废物。 细胞通过分裂进行增殖 1生物体生长发育的方式 (1)单细胞生物：通过细胞增殖繁衍。 (2)多细胞生物：经过细胞的分裂和分化逐渐发育。 2细胞增殖的过程 细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备，因此细胞
7、的增殖包括物质准备和细胞分裂整 个连续的过程。 3细胞增殖的方式 细胞的增殖方式可分为有丝分裂，无丝分裂和减数分裂三种。 (1)有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。 (2)无丝分裂时无纺锤丝和染色体的变化，是一种简单的分裂方式。 (3)减数分裂是一种特殊的分裂方式，它与真核生物有性生殖细胞的形成有关。 4细胞增殖的意义 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。 (1)有丝分裂和无丝分裂是形成体细胞的方式，减数分裂与生殖细胞的形成有关。 (2)有丝分裂、无丝分裂、减数分裂均是指真核细胞的分裂方式，不要误认为无丝分裂是原 核细胞的分裂方式。 (3)原核生物的细胞以二分
8、裂方式增殖。 【例 2】 人体小块擦伤的皮肤能重新长好，主要是由于细胞能进行( ) A无丝分裂 B减数分裂 C有丝分裂 D有丝分裂和减数分裂 解析：擦伤的皮肤能重新长好，主要是由于皮肤生发层细胞进行有丝分裂，以补充损伤的 细胞。 答案：C 点拨：本题考查细胞增殖的方式和意义，真核生物体细胞的增殖方式是有丝分裂，真核生 物个体生长和发育过程中，体细胞的分裂方式主要是有丝分裂。 有丝分裂 1细胞周期 (1)前提条件：只有连续分裂的细胞才有细胞周期，如根尖分生区细胞、茎形成层细胞、皮 肤生发层细胞和胚胎干细胞等。 (2)时间：从一次分裂完成时开始下一次分裂完成时结束。 (3)两个阶段 分裂间期在前，
9、经历时间较长，占整个细胞周期的 90%95%。 分裂期在后，经历时间较短，可划分为前期、中期、后期和末期四个连续的时期。 图解 a圆周图解法(图 611) 细胞周期 分 裂 间 期 （ G1、 S、 G2期 ） 分 裂 期 （ M期 ） 前 期 （ 1）中 期 （ 2）后 期 （ 3）末 期 （ 4） ) b线段图解法(图 612) 图示中 AC 段为一个细胞周期， CE 段也为一个细胞周期。 (1)不同生物细胞的细胞周期长短不同。 (2)细胞周期分裂间期分裂期。一个细胞周期，一定是分裂间期在前，分裂期在后，分 裂间期时间长，分裂期时间短。分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备，完成 DNA 的复
10、制和有 关蛋白质的合成，在观察有丝分裂装片时，大多数细胞处于分裂间期。 (3)要抓住两个要点：连续分裂：只有连续分裂的细胞才有细胞周期，已分化的细胞(如 卵细胞、神经细胞等)没有细胞周期。时间起点：上一次分裂结束 下一次分裂结束。 2有丝分裂过程 (1)高等动、植物细胞有丝分裂过程 时期 植物细胞示意图 动物细胞示意图 主要特点(植物) 分裂间期 DNA 分子的复制和有关蛋白质的合 成。每个染色体都形成两个完全一 样的姐妹染色单体 前期 出现染色体；核膜逐渐消失， 核仁逐渐解体；从细胞两极发现 许多纺锤丝，形成纺锤体 中期 染色体的着丝点排列在赤道板上， 染色体数目清晰，形态比较稳定 后期 每
11、个着丝点分裂成两个，姐妹染色 单体分开，成为两条子染色体 分 裂 期 末期 两套染色体分别到达细胞两极后， 又变成细长而盘曲的染色质丝； 核膜、核仁重新出现；纺锤丝逐 渐消失 利用口诀记忆各时期的变化特征 (1)前期：膜仁消失显两体(核膜、核仁消失，显现纺锤体和染色体)。 (2)中期：形定数晰赤道齐(染色体的形态稳定，数目清晰，着丝点排列在赤道板上)。 (3)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)。 (4)末期：两消两现重开始(纺锤体消失，染色体变成染色质，核膜、核仁重新出现)。 (2)动、植物细胞有丝分裂过程的异同点 动物细胞的有丝分裂与植物细胞的有丝分裂相比较，
12、有相同的地方，也有不同的地方。相 同的地方表现在动植物细胞有丝分裂的实质是一样的，但动物细胞与植物细胞在结构上的差异， 导致动植物细胞在有丝分裂的形式上有所不同。具体见下表： 类型 植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂 前期 细胞两极产生纺锤丝，形成纺锤体 由中心粒发出的星射线形成纺锤体 不 同 点 末期 细胞中部形成细胞板，扩展形成细胞壁， 形成两个子细胞 细胞膜从中部内陷，细胞质缢裂成两 部分，一个细胞分裂成两个子细胞 相同点 分裂过程基本相同。染色体变化规律相同；分裂间期染色体复制；分裂期实现染色体平均分配到两个子细胞中去 动、植物细胞的图像的判断 (1)图像画成方形或图像中出现细胞板结构
13、、无中心粒结构的，一般为植物细胞图。 (2)图像画成圆形或有中心粒结构，通过缢裂方式平分细胞的，一般为动物细胞图。 (3)图像既出现中心粒，又出现细胞板结构，一般是低等植物细胞图。 3有丝分裂过程中染色体、染色单体和 DNA 含量的变化 (1)染色体、染色单体和 DNA 的关系，如图 613 所示。 姐妹染色单体是指经过复制后仍连接在同一个着丝点上的两条染色单体；当着丝点分裂后， 两姐妹染色单体就分开成为独立的染色体。染色体数目是根据着丝点数目来计算的，有几个着 丝点就有几条染色体。无染色单体时，染色体DNA11，有染色单体存在时，染色体染色 单体DNA122。 (2)染色体(DNA)的行为、
14、形态、数目变化 数目(形态)变化 时期 染色体变化 染色体形态、数目 DNA 数目 分裂间期 由于 DNA 复制，使每 条染色体包含由着丝 点相连的两条染色单 体(呈染色质状态) 2n 2 复 制 n2n4 n 前期 染色质不断螺旋形成 染色体，每条染色体 包括着丝点相连的平 行着的两条染色单体 2n 4n 中期 染色体的着丝点排列 在赤道板上(易辨认染 色体形态、数目) 2n 4n 后期 每条染色体 两条形态 着 丝 点 分 裂 相同染色体，使染色 体分成数目和形态相 同的两套，在纺锤丝 的牵引下移向两极 4n (一个母细胞) 4n (一个母细胞) 分 裂 期 末期 染色体到达两极后， 解旋
15、变成细长而盘曲 的染色质丝 (3)用曲线图表示有丝分裂过程中核内染色体数目、DNA 含量、染色单体数目变化规律 核内染色体数目变化规律：2 n4 n2 n(图 614) 核内 DNA 含量变化规律：2 n4 n2 n(图 615) 染色单体数目变化规律：04 n0(图 616) 有丝分裂中，染色体及核内 DNA 分子不同时加倍，但随着细胞分裂为两个子细胞而减半， 最终保持染色体数目恒定。 4有丝分裂的意义 (1)特征 过 程 ： 染 色 体 复 制 （ 实 质 是 DNA的 复 制 ） 一 次 ，细 胞 分 裂 一 次 结 果 ： 染 色 体 平 均 分 配 到 两 个 子 细 胞 中 去 )
16、 (2)意义：将亲代细胞的染色体经过复制后，精确地平均分配到两个子细胞中，因而在细胞 的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。 (1)染色体平均分配使 DNA 平均分配，是指细胞核中的 DNA 平均分配，而细胞质中的 DNA 在分裂时则是随机的，如线粒体 DNA，随细胞质随机分配到两个子细胞中。 (2)分裂全过程所需的能量主要由线粒体进行有氧呼吸产生。 (3)分裂间期有关的蛋白质是在核糖体上合成的。 (4)分裂末期，高等植物细胞壁的形成与高尔基体有关。 教材第 113114 页参考答案 旁栏思考题 有丝分裂的丝指的是纺锤丝。 技能训练 限制细胞长大的因素主要有两方面：(1)细胞表面积与体积的比
17、。原生动物细胞中的伸缩泡 就可增大膜表面积与体积的比。(2)细胞的核质比。细胞核所控制的细胞大小与核的大小成比例， 所以像草履虫这样个体较大的细胞有两个细胞核，以保证正常的核质比。 【例 3】 图 617 中 A、B、C 是不同生物细胞有丝分裂图，据图回答下列问题。 图 617 (1)A 图表示的是动物细胞还是植物细胞：_，理由是： _，_。该细胞所处的分裂期是_，判断的依据是_。该细胞 染色体数目是_条，DNA 分子是_个。该细胞有丝分裂的结果是形成_个 子细胞，每个子细胞中染色体数目有_条。 (2)B 图细胞处于_期，判断的依据是_。 (3)C 图表示的是_细胞的有丝分裂，判断的依据是_，
18、该细胞处于_ 期。 解析：A、B 图均呈方形，无中心粒结构，C 图呈圆形，有中心粒结构，所以 A、B 是植物细 胞图，C 是动物细胞图。A 图中核仁消失，染色体散乱地排在细胞内，形成了纺锤体，因此是植 物细胞有丝分裂前期，图中清晰可见染色体数目有 6 条，DNA 分子有 12 个，有丝分裂的结果是 形成 2 个子细胞，每个细胞中有 6 条染色体。B、C 图中着丝点已分裂，染色单体分开形成了子 染色体，因此 B 是植物细胞有丝分裂后期，C 是动物细胞有丝分裂后期。 答案：(1)植物细胞 有细胞壁 无中心体 有丝分裂前期 核仁、核膜逐渐消失，染色体 散乱地排在细胞内，纺锤丝形成纺锤体 6 12 两
19、 6 (2)有丝分裂后 着丝点分裂成两个， 姐妹染色单体分开成为两条子染色体 (3)动物 由中心体发出星射线形成纺锤体 有丝分裂后 点拨：图像的识别包括三个方面：一是动物细胞和植物细胞的识别；二是识别细胞分裂的 各个时期；三是识别细胞内染色体、染色单体及 DNA 的数目。判断是植物细胞分裂还是动物细 胞分裂依据两点：在有丝分裂前期，纺锤体的形成过程；在有丝分裂末期，细胞质的分裂方式。 识别各个时期要根据有丝分裂各个时期的特点，特别是染色体的变化行为。判断细胞内染色体、 染色单体及 DNA 数目，主要参照中期或后期时的图像进行分析判断。 无丝分裂 1无丝分裂的过程：核延长 核缢裂 质缢裂 形成
20、2 个子细胞。 2无丝分裂的特点：不出现纺锤丝和染色体的变化，但有遗传物质的复制。 3实例：蛙的红细胞。 4无丝分裂与有丝分裂的比较 无丝分裂 有丝分裂 特点 无纺锤丝和染色体的变化 有纺锤丝和染色体的变化 细胞核 始终存在 周期性地解体和重建 举例 蛙的红细胞的分裂 蛙的体细胞的分裂 (1)无丝分裂速度快，消耗能量少，所以经常出现在生命力旺盛、生长迅速的组织中。 (2)无丝分裂不能保证母细胞的遗传物质平均地分配到两个子细胞中去。 【例 4】 无丝分裂与有丝分裂的最主要的区别是( ) A无染色体的变化和纺锤丝的出现 B无染色体的复制 C形成的子细胞染色体数目减少 D形成的两个子细胞大小不同 解
21、析：因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，所以叫做无丝分裂，这也是与 有丝分裂相比的最主要的区别。 答案：A 点拨：无丝分裂没有出现染色体，但在分裂前也进行 DNA 复制和蛋白质合成，即有染色体 (质)复制，B 项是本题的易错选项。 实验：观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 1实验原理 (1)高等植物的根尖、芽尖的分生区细胞在适宜条件下有丝分裂旺盛。 (2)细胞分裂具有独立性：某一时刻，同一组织的不同细胞，可处于细胞周期的不同分裂时 期。 (3)质量分数为 15 %的盐酸和体积分数为 95%的酒精可将细胞固定于分裂的某一时期。 (4)质量浓度为 0.01 g/mL 的龙胆紫溶液可将染色体染
22、成紫色，便于观察。 (5)在高倍镜下，根据染色体的形态和数目，识别有丝分裂的不同时期。 (6)每一时期的时间细胞周期Error! 细胞周期的不同时期经历的时间长短是根据各个时期中细胞数目多少来体现的，某时期细 胞数目越多，说明该时期在细胞周期中所占时间越长。 2目的要求 (1)制作洋葱根尖细胞有丝分裂装片。 (2)观察植物细胞有丝分裂的过程，识别有丝分裂的不同时期，比较细胞周期不同时期的时 间长短。 (3)绘制植物细胞有丝分裂简图。 3材料用具 洋葱(可用葱、蒜代替)，显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，剪子，镊子，滴管，质量分 数为 15%的盐酸，体积分数为 95%的酒精，质量浓度为 0.01
23、g/mL 或 0.02g/mL 的龙胆紫溶液(将 龙胆紫溶解在质量分数为 2%的醋酸溶液中配制而成)或醋酸洋红液、洋葱根尖细胞有丝分裂固 定装片。 4方法步骤 操作名称 图 示 具体步骤及目的 洋葱根尖 的培养 实验前 34 d，将洋葱放在装满清水的广口瓶上，底部 接触水；装置放在温暖处；常换水，待根长约 5 cm 时取 用 解离 剪取根尖 23 mm，立即放入盛 有质量分数为 15%的盐酸和体积 分数为 95%的酒精溶液的混合液 (11)的玻璃皿中，室温下解离 35 min 用药液使组织中的细 胞相互分离开来 漂洗 用镊子取出根尖，放入清水中漂 洗约 10 min 洗去药液，防止解离 过度，
24、便于染色 染色 将根尖放进盛有质量浓度为 0.01 g/mL 或 0.02 g/mL 的龙胆紫溶 液(或醋酸洋红液)的玻璃皿中染 色 35 min 龙胆紫溶液(或醋酸洋 红液)为碱性染料，可 使染色体着色 临时装 片的制 作 制片 将染色后的根尖放在载玻片上， 加一滴清水，用镊子尖弄碎根尖， 盖上盖玻片，其上再加一片载玻 片，用拇指轻压载玻片 使细胞分散开来，有 利于观察 观察 低倍显微镜观察 移至视野中央 高倍显微镜观察 移动装片找其余 呈 正 方 形 排 列 紧 密 先 找 中 期 图 像 各时期图像 绘图 用铅笔绘出植物细胞有丝分裂各时期示意图 5.实验注意事项 (1)实验材料的选择 选
25、择染色体数目较少的生物，便于染色体的计数。 选择分裂期占细胞周期时间比例大的细胞，易观察到分裂期细胞。 选材部位一般为根尖，选材时不要用茎尖的分生区细胞，细胞中含有叶绿体，会影响对 细胞内染色体的观察。 (2)根尖培养：培养时应经常换水，防止根细胞长期缺氧，进行无氧呼吸，产生酒精，使根 细胞中毒、腐烂。 (3)剪取生长旺盛、带有分生区的根尖(23 mm)，同时注意剪取的时间，一般在上午 10 时 至下午 2 时左右，此时分生区细胞分裂旺盛。 (4)解离：通过解离将细胞杀死，使细胞停留在不同的分裂时期。解离时间不宜过长或过短： 过长会使根尖过分酥软且染色体成分被破坏；过短使根尖细胞解离不充分，不
26、能相互分离。 (5)漂洗：漂洗一定要彻底，防止残留的解离液(盐酸)继续破坏细胞，同时盐酸也影响染 色和腐蚀镜头。 (6)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。 (7)压片时用力必须恰当，过重会将组织压烂，过轻则细胞未分散开来，二者都将影响观察。 (8)观察时，先在低倍镜下找到分生区细胞，其特点是：呈正方形，排列紧密；再换用高 倍镜。因细胞已死亡，因此要不断移动载玻片寻找不同时期的细胞分裂图像。观察到的不 同时期细胞数目的多少，可反映出各时期经历时间的长短。 【例 5】 有一位同学做根尖有丝分裂实验，在显微镜中观察到的图像如图 618 所示。 造成这个情况的原因可能是( ) 图 618 取材位置不合适 取材时间不合适 制片时压片力量不合适 解离时间不合适 视野选择不合适 A B C D 解析：由题图可知，细胞多处于未分裂状态， 故可能是取材时间不合适，细胞分裂不旺盛； 视野中有一些细胞为长形，可能取自伸长区细胞，故取材位置不合适，应取分生区细胞；也有 可能是视野选择不当，没有找到合适的视野观察；由题图知细胞均分散开，故不可能为所 述原因。 答案：C 点拨：实验评估改错是高考中常见的一类题型，解决这类题的方法，一是熟练掌握并理解 实验的基本原则，二是掌握教材中常规实验中正确操作步骤及注意事项。
