2021高考生物人教版一轮教师用书第四单元第11讲　细胞的增殖

第四单元　细胞的生命历程

第11讲　细胞的增殖

考点一　细胞的生长和细胞周期

1.细胞不能无限长大

(1)模拟实验:探究细胞大小与物质运输的关系

①细胞模型:大小不同的琼脂块。

②模拟运输的物质:NaOH。

③检测方法:NaOH遇酚酞呈紫红色。

④物质运输效率的表示法:NaOH扩散的体积/整个琼脂块的体积。

⑤实验结论:细胞越大,细胞的相对表面积越小,物质运输效率越低;细胞越小,细胞的相对表面积越大,物质运输效率越高。

(2)细胞不能无限长大的限制因素

①细胞表面积与体积的关系。

②细胞核的控制范围有限。

2.细胞增殖的方式及意义

(1)真核细胞的分裂方式:有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。

(2)细胞增殖的意义:生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

3.细胞周期

(1)概念的理解

①条件:连续分裂的细胞。

②起点:一次分裂完成时。

③终点:下一次分裂完成时。

④特点:不同种类的细胞细胞周期不同(填“相同”或“不同”),分裂间期与分裂期所占比例也不同(填“相同”或“不同”)。

(2)组成

①分裂间期:时间较长,完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞有适度的生长。

②分裂期:经历时间较短,包括前期、中期、后期和末期。

[纠误诊断]

(1)细胞越小,相对表面积也越小,这有利于提高物质交换效率。(　×　)

提示:细胞越小,相对表面积越大,有利于提高物质交换效率。

(2)琼脂块越小,NaOH在琼脂块中扩散的速度越快。(　×　)

提示:NaOH在不同大小的琼脂块中扩散的速度是一样的。

(3)任何具有分裂能力的细胞都具有细胞周期。(　×　)

提示:连续分裂的细胞才有细胞周期。

(4)洋葱的表皮细胞比分生区细胞的增殖周期长。(　×　)

提示:洋葱表皮细胞不具有分裂能力。

(5)进行减数分裂的细胞不具有细胞周期。(　√　)

1.细胞分裂产生的子细胞都将继续分裂吗?它们的去向有哪些?

提示:细胞分裂产生的子细胞有三种去向。

①继续分裂,始终处于细胞周期中,保持连续分裂状态,如动物红骨髓细胞、植物形成层细胞、卵裂期细胞、癌细胞、根尖分生区细胞、芽生长点细胞等。

②暂不分裂,仍具有分裂能力,在一定条件下可回到细胞周期中继续分裂,如肝脏细胞、T细胞、B细胞、记忆细胞等。

③细胞分化,失去分裂能力,分化为其他组织器官细胞,如骨骼肌细胞、洋葱表皮细胞、神经细胞、浆细胞、叶肉细胞、根尖成熟区细胞等。

2.用不同的方法表示细胞周期

3.细胞周期与相关知识的联系

(1)基因突变:在细胞分裂间期,DNA复制时容易受到内外因素的干扰而发生差错,即发生基因突变。

(2)染色体变异:在细胞分裂前期,秋水仙素或低温都可抑制纺锤体的形成,出现多倍体细胞。

(3)抑制癌细胞增殖:药物作用于癌细胞的分裂间期,DNA分子不能复制,可抑制癌细胞的增殖。

题型一　考查细胞不能无限长大的原因及模拟实验

1.下列关于“细胞大小与物质运输的关系”的实验的说法,错误的是(　B　)

A.琼脂中的酚酞遇到NaOH呈现紫红色

B.琼脂块越小,NaOH扩散的速率就越快

C.以琼脂块的大小表示细胞大小

D.NaOH扩散体积与总体积比表示细胞物质运输效率

解析:实验所用的琼脂小块上含有酚酞,NaOH和酚酞相遇,呈紫红色,便于观察;NaOH在不同大小的琼脂块中扩散的速率相同;该实验中,用琼脂块的大小表示细胞大小;NaOH扩散体积与总体积之比可表示细胞物质运输效率。

2.以下有关细胞大小和分裂的叙述正确的是(　D　)

A.细胞体积越小,表面积也越小,物质运输效率越低

B.原核细胞只能通过无丝分裂增加数目

C.人的红细胞可以进行有丝分裂,蛙的红细胞能进行无丝分裂

D.细胞不能无限长大的原因之一是细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加

解析:细胞体积越小,表面积也越小,但相对表面积就越大,物质运输效率越高;原核细胞只能通过二分裂来增加数目;人的红细胞没有细胞核,是已经分化了的细胞,故不再进行有丝分裂;细胞核中的DNA对细胞的生命活动起到主要的调控作用,当细胞体积增大时,细胞核中的DNA不会随之增加,这是细胞不能无限长大的原因之一。

题型二　考查细胞周期

3.如图是关于细胞周期的示意图(G0期是有分裂能力的细胞反复分裂数次之后处于停止分裂状态的时期、M期为分裂期、G1期为DNA合成前期、S期为DNA合成期、G2期为DNA合成后期)。下列叙述错误的是(　C　)

A.一个完整的细胞周期为G1→S→G2→M

B.相同抗原再次入侵时会将处于G0期的记忆细胞激活

C.S期DNA复制后染色体加倍,为M期的进行提供所需物质

D.处于G1期的细胞数量远多于M期+G2期的

解析:一个完整的细胞周期包括G1期、S期、G2期、M期; 记忆细胞对抗原保持一定的记忆能力,当相同抗原再次入侵时会将处于G0期的记忆细胞激活; S期主要进行DNA复制和有关蛋白质的合成,为M期的进行提供所需物质,但染色体不加倍; 根据图示,G1期时间远大于M期和G2期之和可知,处于G1期的细胞数量远多于M期+G2期的细胞。

4.(2017·全国Ⅲ卷)利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。回答下列问题:

(1)DNA合成阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂,处于 

期的细胞不受影响而继续细胞周期的运转,最终细胞会停滞在细胞周期的　　　　　期,以达到细胞周期同步化的目的。 

(2)秋水仙素阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素,秋水仙素能够抑制　　　　　　　　　　　,使细胞周期被阻断,即可实现细胞周期同步化。经秋水仙素处理的细胞　　　　　　　　(填“会”或“不会”)被阻断在间期。 

(3)血清饥饿法:培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期,以实现细胞周期同步化。分裂间期的特点是　(答出1点即可)。 

解析:(1)DNA复制发生在细胞分裂间期。DNA合成被阻断后,处于分裂间期的细胞受到影响因而分裂过程停滞;处于分裂期的细胞不受影响,继续分裂直到进入下一个细胞周期的分裂间期后分裂过程停滞。

(2)秋水仙素通过抑制纺锤体的形成来使染色体数目加倍,而纺锤体形成于有丝分裂前期,因此经秋水仙素处理的细胞不会被阻断在间期。

(3)分裂间期的特点是完成DNA复制和有关蛋白质的合成,为分裂期准备物质。

答案:(1)分裂　间(或答S)

(2)纺锤体形成　不会　(3)完成DNA复制和有关蛋白质的合成,为分裂期准备物质

考点二　细胞的有丝分裂和无丝分裂

1.植物细胞有丝分裂过程

(1)有丝分裂图像辨别

①图像与对应的时期连线。

提示:Ⅰ—d　Ⅱ—e　Ⅲ—c　Ⅳ—a　Ⅴ—b

②图中表示高等植物(填“动物”或“高等植物”)细胞,判断的依据是图中细胞有细胞壁,无中心体。

(2)有丝分裂各时期的主要特征(以高等植物细胞为例)

细胞周期　　　　主要特征

间期

前期

中期⑥染色体的着丝点排列在赤道板上

后期⑦着丝点分裂,姐妹染色单体分开成为两条子染色体,在纺锤丝的牵引下移向两极

末期

2.动植物细胞有丝分裂的主要区别

3.有丝分裂的意义

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,保持了细胞的亲子代间遗传性状的稳定性。

4.无丝分裂

[纠误诊断]

(1)着丝点分裂一定导致DNA数目加倍。(　×　)

提示:DNA数目加倍的原因是DNA复制,不是着丝点分裂。

(2)赤道板是细胞有丝分裂过程中出现的一种结构。(　×　)

提示:赤道板是想象的一个面,不是结构。

(3)染色单体形成于分裂前期,消失于分裂后期。(　×　)

提示:染色单体形成于间期,出现于前期,消失于后期。

(4)有丝分裂后期和末期,核DNA分子数与染色体数相同。(　√　)

(5)在一个细胞周期中,DNA的复制和中心粒的倍增发生在不同时期。(　×　)

提示:在一个细胞周期中,DNA的复制和中心粒的倍增都发生在间期。

(6)无丝分裂发生在原核细胞中,且无DNA复制。(　×　)

提示:原核细胞的分裂方式为二分裂。无丝分裂中有DNA复制。

1.有丝分裂过程中核DNA、染色体数目的变化

(1)一个细胞中核DNA、染色体数量变化规律(以二倍体为例)

①列表比较数量变化

②曲线表示数量变化

Ⅰ.a→b的变化原因是DNA分子复制。

Ⅱ.g→h变化的原因是着丝点分裂,姐妹染色单体分开,成为子染色体。

(2)每条染色体上DNA含量变化

①图中p→q变化的原因是DNA分子复制。

②图中r→s变化的原因是着丝点分裂。

(3)有丝分裂过程中染色体行为变化规律

①当有染色单体(前、中期)时,染色体∶染色单体∶DNA=1∶2∶2。

②当无染色单体(后、末期)时,染色体∶DNA=1∶1。

2.根据柱状图判断细胞分裂时期(以二倍体生物为例)

甲图表示的时期为染色体复制后的间期 、前期、中期。 

乙图表示的时期为后期、末期。

丙图表示的时期为染色体复制前的间期。

[深度思考]

有丝分裂是如何保证亲代细胞的核遗传物质平均分配的?

提示:亲代细胞的染色体经过复制之后,精确地平均分配到两个子细胞中。

题型一　有丝分裂各时期的特点

1.(2019·山东德州期中)下列关于植物细胞有丝分裂的叙述,不正确的是(　C　)

A.在分裂间期,染色体复制,但数目不变

B.在分裂中期,染色体形态和数目最清晰

C.在分裂后期,着丝点分裂,DNA含量加倍

D.在分裂末期,染色体平均分配进入两个子细胞

解析:在有丝分裂后期,着丝点分裂,DNA含量不变。

2.(2019·北京丰台区期末)洋葱根尖分生区细胞的有丝分裂活动旺盛,下列表述正确的是(　A　)

A.染色体上DNA的复制与转录在细胞核内完成

B.分裂过程中染色单体和DNA的数目变化一致

C.分裂末期细胞中央赤道板逐渐延伸形成细胞板

D.分裂完成后的细胞全部进入下一个细胞周期

解析:染色体上DNA的复制与转录在细胞核内完成;分裂过程中染色单体和DNA的数目变化不一致;分裂末期细胞中央细胞板逐渐延伸形成细胞壁;分裂完成后的细胞若继续分裂才进入下一个周期。

题型二　有丝分裂过程中染色体和DNA分子数的变化

3.(2019·青海师范大学附中期末)图表示某动物细胞在有丝分裂过程中染色体的行为变化,相关分析错误的是(　A　)

A.a→b过程高尔基体活动活跃,有细胞板的形成

B.b→c表示在分裂间期发生了复制过程

C.c→d过程核膜逐渐解体

D.e时期染色体形态数目最清晰

解析:由分析可知,a→b时期染色体解螺旋变成染色质,为有丝分裂末期,动物细胞有丝分裂末期不需要高尔基体的参与,无细胞板的形成;b→c时期染色质复制,表示有丝分裂间期,此时期完成DNA的复制;c→d过程表示有丝分裂前期,此时期核膜逐渐解体;e可表示有丝分裂中期,此时期染色体形态数目最清晰。

4.(2019·河北衡水金卷)如图表示洋葱根尖分生组织内的细胞进行有丝分裂时,每个细胞核中DNA含量的变化。下列分析错误的是(　D　)

A.在细胞周期中,分裂间期消耗的能量往往多于分裂期

B.当细胞核体积增大到最大体积的一半时,DNA的含量开始急剧增加

C.DNA含量的相对稳定是限制细胞不能无限长大的因素之一

D.分裂末期DNA含量恢复的原因是着丝点发生了分裂

解析:在分裂间期,需要完成DNA复制和有关蛋白质的合成,消耗的能量往往多于分裂期;据图可知,当细胞核体积增大到最大体积的一半时,DNA的含量开始急剧增加;DNA含量的相对稳定、细胞体积与表面积的关系是限制细胞不能无限长大的两个因素;分裂末期DNA含量恢复的原因是染色体平均分配到两个子细胞中。

考点三　实验:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

1.实验原理

(1)植物的根尖分生组织细胞有丝分裂较为旺盛。

(2)根据有丝分裂各个时期内染色体的存在状态,识别该细胞所处时期。

(3)细胞核内的染色体(质)易被碱性染料着色。

2.实验步骤

(1)洋葱根尖的培养

实验前培养3～4 d,待根长到约 5 cm。

(2)装片的制作

取材:取根尖 2～3 mm

漂洗

用镊子尖将根尖弄碎,盖上盖玻片,复加一片

载玻片,用拇指轻压使其分散开

(3)观察

低倍镜观察:根据根尖细胞特点找到分生区细胞(分生区细胞的特点:细胞呈正方形,排列紧密)

高倍镜观察:先找到中期细胞,再找前、后、末期细胞,最后找间期细胞

(4)绘图

绘制植物细胞有丝分裂中期简图。

1.选材:保证选取的是分生区细胞。

2.解离时间:解离时间要严格控制,解离时间不能太短,否则细胞间果胶未溶解,压片时细胞不易分散,达不到较好的效果;时间过长则细胞解离过度、过于酥软,无法取出根尖进行染色和制片。

3.压片:压片时用力必须恰当,过重会将盖玻片压破;过轻则细胞未分散,二者都会影响观察效果。

4.观察:对细胞有丝分裂过程的观察不可能看到连续的分裂过程,因为在解离过程中细胞已经死亡,需要不断移动装片,在不同的视野中找到各个时期的分裂图像。

题型一　实验原理和操作

1.(2019·海南卷)若要观察植物细胞有丝分裂中期的染色体,适宜的材料和染液组合是(　A　)

A.大蒜根尖细胞,龙胆紫溶液

B.玉米根尖细胞,台盼蓝染液

C.菠菜叶肉细胞,碘液

D.番茄果肉细胞,吡罗红染色剂

解析:大蒜根尖细胞可以进行有丝分裂,龙胆紫溶液可以把染色体染成深色;玉米根尖细胞可以进行有丝分裂,但台盼蓝染液不能对染色体进行染色;菠菜叶肉细胞不能进行有丝分裂,碘液也不能对染色体进行染色;番茄果肉细胞不能进行有丝分裂,吡罗红染色剂不能对染色体进行染色。

2.(2019·江苏卷)下列关于观察植物细胞有丝分裂实验的叙述,正确的是(　C　)

A.只有从新生的根尖上取材,才能观察到有丝分裂

B.解离时间要尽量长,以确保根尖组织细胞充分分离

C.滴加清水、弄碎根尖以及压片都有利于细胞的分散

D.临时装片镜检时,视野中最多的是处于分裂中期的细胞

解析:高等植物的根尖、茎尖等部位的分生区细胞都能进行有丝分裂;解离时间不宜过长或过短,解离时间过长会使根尖过分软化,且细胞内染色体结构被破坏;解离时间过短,根尖细胞未完全分散开,细胞可能会重叠;在实验过程中,滴加清水、弄碎根尖以及压片等操作都有利于细胞的分散;分裂间期在细胞周期中历时最长,故在显微镜下,可观察到处于分裂间期的细胞数目最多。

题型二　实验结果观察

3.(2019·山师附中检测)下列关于“观察洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂”的叙述,正确的是(　D　)

A.处于分裂间期和中期的细胞数目大致相等

B.显微镜下绝大多数细胞中能观察到染色体

C.观察到分裂末期有的细胞内细胞板正在向四周扩展形成新的细胞壁

D.如果在一个视野中不能看各个时期,可移动装片从周围细胞中寻找

解析:分裂间期占细胞周期的时间长,所以处于分裂间期的细胞数目远多于处于中期的细胞数目;由于大多数细胞处于间期,间期为染色质的形态,而染色体是分裂期的形态,故显微镜下只有少数细胞中能观察到染色体;经过解离后细胞已经死亡,故不能看到细胞的动态变化,即观察不到分裂末期有的细胞内细胞板正在向四周扩展形成新的细胞壁;由于不同细胞可能处于不同的分裂时期,故若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。

4.(2019·北京卷)玉米根尖纵切片经碱性染料染色,用普通光学显微镜观察到的分生区图像如下。

对此图像的观察与分析,错误的是(　B　)

A.先用低倍镜再换高倍镜观察符合操作规范

B.可观察到箭头所指细胞的细胞核和细胞壁

C.在图像中可观察到处于分裂期前期的细胞

D.细胞不同结构成分与该染料结合能力不同

解析:用普通光学显微镜观察细胞的有丝分裂时,先用低倍镜观察,再用高倍镜观察;箭头所指细胞处于有丝分裂后期,原有细胞核已解体,没有形成新的细胞核;处于有丝分裂前期的细胞,染色体散乱地分布在纺锤体的中央,图中有染色体散乱地分布在纺锤体的中央的细胞;细胞不同结构成分与该碱性染料的结合能力不同,染色体与碱性染料结合能力强,故被染成深色。

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.细胞体积越大,细胞的表面积与体积之比就越小,物质运输的效率就越低。

2.细胞分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备,完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞有适度的生长。

3.动物细胞的一个细胞周期中,DNA复制和中心粒的倍增均发生在分裂间期。

4.真核细胞的分裂方式有三种:无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。

5.有丝分裂最重要的变化是间期DNA经过复制后数目倍增;分裂期在纺锤体作用下将复制后的亲代细胞染色体精确地平均分配到两个子细胞中,在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。