专题11 细胞的增殖（串讲）-备战2024年高考生物一轮复习串讲精练（新高考专用）（解析版）

专题11 细胞的增殖

考点一　细胞的生长和细胞周期

1．细胞增殖

（1）概念：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。

（2）方式

真核生物：无丝分裂、有丝分裂和减数分裂；原核生物：二分裂。

（3）意义：是重要的生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

2．细胞周期

（1）条件：连续分裂的细胞才有细胞周期。

（2）从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。细胞周期包括分裂间期和分裂期，分裂间期G1期主要合成RNA和蛋白质，S期完成DNA复制，G2期主要合成蛋白质，分裂间期为分裂期进行物质准备，同时细胞有适度的生长。

（3）特点：不同种类的细胞周期不同，分裂间期与分裂期所占比例也不同。

（4）不同图形所表示的细胞周期

1.不同生物细胞的细胞周期持续时间不一定相同，同种生物的不同细胞的细胞周期持续时间不一定相同。

2.显微镜下观察某植物组织的有丝分裂时，大部分细胞处于分裂间期，是因为细胞周期中，分裂间期所占的时间长，因此观察细胞所处时期时，大部分细胞都处于分裂间期。

3.若要观察细胞的有丝分裂，应选择细胞周期中分裂期所占时间相对较长的细胞，容易观察到处于分裂期的细胞。

4.细胞分裂后产生的子细胞有三种去向

(1)持续分裂：始终处于细胞周期中，如部分造血干细胞、卵裂期细胞、癌细胞、根尖分生区细胞、茎形成层细胞、芽生长点细胞等。

(2)暂不分裂：暂时脱离细胞周期，但仍具有分裂能力，在一定条件下可回到细胞周期中，如肝脏细胞、T细胞、B细胞、记忆细胞等。

(3)永不分裂：永远脱离细胞周期，处于分化状态直到死亡，如肌纤维细胞、神经细胞、浆细胞、叶肉细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞、根尖成熟区细胞等。

典例1.如图是关于细胞周期的示意图(G0期是具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期主要进行RNA和有关蛋白质的合成，S期主要进行DNA的复制，G2期为有丝分裂的准备期，还有一些RNA和有关蛋白质的合成)。下列叙述错误的是(　　)

A．一个完整的细胞周期为G1期→S期→G2期→M期

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复制后染色体数目加倍，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处于(M＋G2)期的细胞数量

【答案】C

【解析】S期主要进行DNA复制，为M期的进行提供所需物质，但染色体数目不加倍，C错误。

典例2.(2021山东潍坊五县市10月联考）利用一定的方法,使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步。高浓度TdR(胸腺嘧啶核苷)双阻断法是常用的同步化方法。它可逆地起作用,且不影响其他时期细胞的活动,最终可使细胞停留在S期或G1/S交界处。研究人员利用胡萝卜细胞,经下图过程的处理,成功将所有细胞阻断在G1/S交界处。下列叙述错误的是              (　　)

注:胡萝卜细胞周期中G1为1.3 h、S为2.7 h、G2为2.9 h、M为0.6 h。

A.细胞周期同步利于研究某一时期细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡

B.通过抑制纺锤体的形成,可使细胞同步于M期

C.t1、t3的处理时长都应大于或等于4.8 h

D.t1、t2和t3三次处理的总时长为7.5 h

【答案】D

【解析】细胞周期同步有利于研究某一时期细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡,A正确;通过抑制纺锤体的形成,会使细胞周期停留在M期,从而使细胞同步于M期,B正确;由题意分析,高浓度TdR双阻断法可使细胞停留在S 期或G1/S 交界处,细胞群体经t1时长的高浓度TdR处理之后,洗脱,再进行t2时长的正常处理,转移至高浓度TdR中处理t3时长,最终所有细胞都阻断在G1/S 交界处,则第1次阻断时长相当于G2、M和G1期时长的总和或稍长,洗脱后处理时间不短于S期时长,而小于G2+M+G1期时长,这样才能使所有位于G1/S期的细胞通过S期,而又不使沿周期前进最快的细胞进入下一个S期,第2次阻断时间同第1次,当细胞继续运转至G1/S交界处时,被高浓度TdR阻断而停止。经过t1时间处理,处理时间至少不少于G2、M和G1期时长的总和,故t1≥2.9+0.6+1.3=4.8(h),t3和t1类似,故t3≥4.8 h,C正确;据分析可知,t1≥4.8 h,4.8 h>t2≥2.7 h,t3≥4.8 h,故t1+t2+t3>7.5 h,D错误。

考点二　细胞的有丝分裂

1．有丝分裂过程

Ⅰ　间期 Ⅱ前期　 Ⅲ中期 　Ⅳ　后期

Ⅴ末期

（2）有丝分裂各时期的主要特征（以高等植物细胞为例）：

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→

（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，由于染色体上有遗传物质DNA，保持了细胞的亲子代之间遗传的稳定性。

2．无丝分裂

1．有丝分裂过程中核DNA、染色体、染色单体含量变化曲线分析

(1)染色体行为变化

核DNA、染色体、染色单体的数目变化(以二倍体生物为例)

（2）有丝分裂过程中相关成分或结构“加倍”的时期和原因

（3）与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用

（4）动植物细胞有丝分裂的主要区别

“三看法”界定动植物细胞有丝分裂图像

典例1.如图所示某动物细胞的有丝分裂过程图。下列相关叙述正确的是(　　)

A．图中从时期1到8可表示一个完整的细胞周期

B．图中时期2的染色体空间结构最稳定

C．图中时期3同源染色体两两配对并形成四分体

D．图中时期6、7体现了细胞膜的流动性

【答案】D

【解析】细胞周期从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，因此图中可表示一个完整的细胞周期的应该是从时期8到8，A错误；有丝分裂中期的染色体空间结构最稳定，时期2为前期，B错误；同源染色体联会形成四分体发生于减数第一次分裂前期，有丝分裂过程中不发生联会现象，C错误；时期6、7出现了细胞膜的收缩，体现了细胞膜的流动性，D正确。

典例2.如图为高等植物细胞(2n)处于有丝分裂不同时期的模式图，图中1代表囊泡，2代表细胞壁，3代表纺锤丝。下列分析正确的是(　　)

A．图甲细胞中的着丝点断裂导致DNA数目加倍

B．图乙细胞中的2是通过1与赤道板融合而形成的

C．若加入DNA合成抑制剂，将会阻止图丙细胞的继续分裂

D．若用秋水仙素抑制3的形成，则图甲细胞中的着丝点不能正常分裂

【答案】C

【解析】图甲为处于有丝分裂后期的细胞，图乙为处于有丝分裂末期的细胞，图丙为分裂形成的子细胞或间期细胞。DNA数目加倍的原因是DNA复制，着丝点分裂导致染色体数目加倍，A错误；2是细胞板，是由1融合而形成的，而赤道板不是真实的结构，B错误；若加入DNA合成抑制剂，将使细胞停留在间期，图丙细胞不能继续分裂，C正确；着丝点分裂与纺锤丝无关，D错误。

考点三　观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

1．实验原理

（1）选材：高等植物的分生区组织细胞有丝分裂较旺盛。

（2）染色：细胞核内的染色体（质）易被碱性染料（甲紫溶液）染成深色。

（3）时期确定：在同一分生组织中可以通过高倍显微镜观察细胞内染色体的存在状态，判断细胞所处的分裂时期。

2．实验操作步骤

（1）洋葱根尖的培养：实验前培养3～4 d，待根长到约5 cm。

（2）装片的制作过程：解离、漂洗、染色、制片。

（3）观察

①先低倍镜观察：根据根尖特点找到分生区细胞。后高倍镜观察：先找中期，后找前、后、末期细胞。

②分生区细胞特点：细胞呈正方形，排列紧密。

1．实验操作的注意事项

2.关于实验的4点提醒

（1）根尖中只有分生区细胞才可以进行分裂，伸长区和成熟区细胞不能分裂。

（2）不能观察一个细胞的连续分裂过程，因为解离时细胞已死亡，可以寻找处于不同时期的细胞，连起来体现出细胞分裂的连续过程。

（3）细胞板是一个真实的结构，赤道板不是真实存在的结构，而是人为定义的平面。

（4）“解离→漂洗→染色→制片”的步骤顺序不能颠倒、不能缺失，否则不易观察到预期现象。

3．细胞分裂时期与所观察细胞数目的关系及计算

（1）细胞周期中不同时期持续时间长短与处于该时期的细胞数呈正相关。

（2）某时期持续时间（t）＝×细胞周期（T）。

洋葱在生物学实验中的“一材多用”

典例1.如图是关于“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验的部分操作，下列叙述正确的是(　　)

A．剪取洋葱根尖2～3 mm，因为该区域属于根毛区，细胞有丝分裂旺盛

B．该实验步骤中唯一错误的是在②和③之间缺少用清水漂洗这一环节

C．在观察的图像中，b属于分生区的细胞，细胞已死亡

D．若用图中b区域的细胞观察质壁分离与复原，实验现象明显

【答案】C

【解析】洋葱根尖2～3 mm的区域属于分生区，A项错误；在②和③之间应增加清水漂洗这一环节，而在③和⑤之间的清水漂洗环节应删除，B项错误；分生区的细胞呈正方形，排列紧密，细胞经解离已死亡，C项正确；b区域的细胞属于分生区细胞，其液泡较小，渗透作用不明显，用于观察质壁分离与复原，实验现象不明显，D项错误。

典例2.在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中，三位实验人员制作洋葱根尖装片的操作步骤如表所示(注：“＋”表示操作，“－”表示未操作)。

则甲、乙、丙观察到的实验现象分别是(　　)

A．细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚

B．细胞分散但看不到染色体、染色体着色清楚、细胞分散染色体清楚

C．细胞重叠、染色体着色很浅不清楚、细胞着色清楚但看不到染色体

D．染色体着色很浅不清楚、细胞分散染色体清楚、细胞分散染色体清楚

【答案】C

【解析】解离的目的是使组织中的细胞相互分离开来，甲未解离，细胞相互重叠；漂洗的目的是洗去药液，防止解离过度，乙未漂洗，影响染色效果，染色体着色很浅不清楚；根尖5～7 mm处为伸长区，伸长区细胞已失去分裂能力，染色体呈染色质状态，故观察不到染色体。

与细胞周期相联系的知识

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

(2)染色体变异：在细胞分裂期的前期，秋水仙素或低温都可抑制纺锤体的形成，引起细胞内染色体数目加倍，继续进行有丝分裂，可出现多倍体植株。

(3)细胞癌变：用药物作用于癌细胞，在分裂间期，DNA不能复制，可抑制癌细胞的增殖。

(4)免疫：在淋巴因子的作用下，被抗原刺激后的B细胞将进入细胞周期迅速分裂，使细胞周期缩短。

1.(2020·山东高三模拟)在细胞周期中有一系列的检验点对细胞增殖进行严密监控，确保细胞增殖有序进行。周期蛋白cyclin B与蛋白激酶CDK1结合形成复合物MPF后，被激活的CDK1促进细胞由G2期进入M期；周期蛋白cyclin E与蛋白激酶CDK2结合形成复合物后，被激活的CDK2促进细胞由G1期进入S期。上述调控过程中MPF的活性和周期蛋白的浓度变化如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A．抑制cyclin B基因的表达或CDK1的活性都可使细胞周期停滞在G2/M检验点

B．cyclin E可能与细胞内染色质螺旋化和纺锤体的形成密切相关

C．若将G2期和M期细胞融合，则G2期细胞进入M期的时间会提前

D．蛋白激酶CDK2可能参与了中心体复制的起始调控

【答案】B

【解析】由题干可知，周期蛋白cyclin E与蛋白激酶CDK2结合，促进细胞由G1期进入S期，而细胞内染色质螺旋化和纺锤体的形成发生在细胞分裂前期，B错误。

2.(2020·山东高三二模)细胞周期包括分裂间期(分为G1期、S期和G2期)和分裂期(M期)。下图标注了某动物(2n＝12)甲种细胞细胞周期各阶段的时长及DNA含量，若向该种细胞的培养液中加入过量胸苷，处于S期的细胞立刻被抑制，处于其他时期的细胞不受影响。下列叙述错误的是(　　)

A．处于M期的染色体数目变化是12→24→12

B．加入过量胸苷约7.4 h后，甲种细胞都将停留在S期

C．G1期发生的变化主要是DNA的复制和有关蛋白质的合成

D．若乙种细胞周期为24 h，M期为1.9 h，选择甲种细胞观察有丝分裂染色体变化更合适

【答案】C

【解析】M期的前期和中期染色体数目为12，后期染色体数目加倍为24条，而分裂结束又恢复12条，A正确；加入过量的胸苷后，DNA的复制被抑制，而复制刚结束的(G2期细胞)经过2.2＋1.8＋3.4＝7.4(h)进入S期，分裂过程被抑制，所以加入过量胸苷约7.4 h后，甲种细胞都将停留在S期，B正确；从图中看出DNA的复制发生在S期，C错误；观察有丝分裂染色体变化应该选择分裂期比例较大的细胞，而甲细胞分裂期的比例为1.8/(3.4＋7.9＋2.2＋1.8)，而乙细胞分裂期的比例为1.9/24，甲细胞分裂期比例较大，所以选择甲种细胞观察有丝分裂染色体变化更合适，D正确。

3.(2020·北京，5)为探究干旱对根尖细胞有丝分裂的影响，用聚乙二醇溶液模拟干旱条件，处理白刺花的根尖，制片(压片法)后用显微镜观察染色体变异的情况，细胞图像如图。相关叙述正确的是(　　)

A．制片需经龙胆紫染色→漂洗→盐酸解离等步骤

B．直接使用高倍物镜寻找分生区细胞来观察染色体

C．染色体的形态表明该细胞正处于细胞分裂的间期

D．观察结果表明该细胞染色体发生了变异

【答案】D

【解析】观察根尖细胞有丝分裂图像的实验中，需经过解离→漂洗→染色(龙胆紫)→制片等步骤，A错误；应先在低倍物镜下找到分生区细胞并移至视野中央，再换高倍物镜仔细观察，B错误；由图示染色体的形态和位置，表明该细胞正处于有丝分裂的后期，C错误；由于图示中出现了断裂的染色体片段，表明该细胞染色体的结构发生了变异，D正确。

4.(2020·天津，8)完整的核糖体由大、小两个亚基组成。下图为真核细胞核糖体大、小亚基的合成、装配及运输过程示意图，下列相关叙述正确的是(　　)

A．上图所示过程可发生在有丝分裂中期

B．细胞的遗传信息主要储存于rDNA中

C．核仁是合成rRNA和核糖体蛋白的场所

D．核糖体亚基在细胞核中装配完成后由核孔运出

【答案】D

【解析】有丝分裂前期，核膜消失，核仁解体，有丝分裂中期没有核仁，不会发生图示的过程，A项错误；细胞的遗传信息主要储存于核仁外组成染色体的DNA分子中，而rDNA中仅储存着合成rRNA的遗传信息，B项错误；核仁是合成rRNA的场所，但核糖体蛋白是在核糖体上合成的，核糖体蛋白合成后通过核孔进入细胞核，在核仁中与rRNA组装成核糖体的大、小亚基，C项错误；由图可知，核糖体的亚基在细胞核的核仁中完成装配后由核孔运出，D项正确。

5.(2020·山东，5)CDK1是推动细胞由分裂间期进入分裂期的关键蛋白。在DNA复制开始后，CDK1发生磷酸化导致其活性被抑制，当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后，磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活，使细胞进入分裂期。大麦黄矮病毒(BYDV)的M蛋白通过影响细胞中CDK1的磷酸化水平而使农作物患病。正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平变化如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．正常细胞中DNA复制未完成时，磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制

B．正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后，染色质螺旋化形成染色体

C．感染BYDV的细胞中，M蛋白通过促进CDK1的磷酸化而影响细胞周期

D．M蛋白发挥作用后，感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期

【答案】C

【解析】正常细胞中DNA复制未完成时，CDK1处于磷酸化状态，去磷酸化过程被抑制，A项正确；正常细胞中，CDK1去磷酸化之后使细胞进入分裂期，染色质变为染色体，B项正确；感染BYDV的细胞中，CDK1磷酸化水平高，无法去磷酸化，M蛋白是通过抑制CDK1的去磷酸化过程而影响细胞周期的，C项错误；感染BYDV的细胞中，CDK1磷酸化水平高，去磷酸化受抑制，不能正常进入分裂期，停留在分裂间期，D项正确。

6.(2020·江苏，29)细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期)，根据DNA合成情况，分裂间期又分为G1期、S期和G2期。为了保证细胞周期的正常运转，细胞自身存在着一系列监控系统(检验点)，对细胞周期的过程是否发生异常加以检测，部分检验点如图所示。只有当相应的过程正常完成，细胞周期才能进入下一个阶段运行。请据图回答下列问题：

(1)与G1期细胞相比，G2期细胞中染色体及核DNA数量的变化是_____________________。

(2)细胞有丝分裂的重要意义在于通过______________________________________________

____________________，保持亲子代细胞之间的遗传稳定性。图中检验点1、2和3的作用在于检验DNA分子是否________(填序号：①损伤和修复、②完成复制)；检验发生分离的染色体是否正确到达细胞两极，从而决定胞质是否分裂的检验点是____________。

(3)细胞癌变与细胞周期调控异常有关，癌细胞的主要特征是______________。有些癌症采用放射性治疗效果较好，放疗前用药物使癌细胞同步化，治疗效果会更好。诱导细胞同步化的方法主要有两种：DNA合成阻断法、分裂中期阻断法。前者可用药物特异性抑制DNA合成，主要激活检验点________，将癌细胞阻滞在S期；后者可用秋水仙碱抑制________的形成，主要激活检验点______，使癌细胞停滞于中期。

【答案】(1)染色体数不变，核DNA数加倍

(2)染色体正确复制和平均分配　①②　检验点5

(3)细胞无限增殖　2　纺锤体　4D

【解析】据图分析，检验点1位于细胞分裂间期的G1期，检验点2位于细胞分裂间期的S期，检验点3位于细胞分裂间期的G2期，检验点4大概位于细胞分裂中期，检验点5大概位于细胞分裂后期至末期的过程中。(1)细胞分裂间期包括G1期、S期和G2期，细胞从G1期经过S期到G2期，在S期会进行核DNA的复制，使核DNA数加倍，形成染色单体，两条染色单体由一个着丝点连接，故染色体数不变。(2)细胞有丝分裂的重要意义是将亲代细胞的染色体经过复制(实质是核DNA的复制)之后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。图中检验点1、2和3分别位于G1期即将结束处、S期过程中和G2期即将结束处，通过对细胞分裂间期的3次检验可以判断DNA在复制过程中是否出现了损伤和修复以及DNA复制是否完成。细胞分裂后期染色体的着丝点分裂，姐妹染色单体分离并开始移向细胞两极，因此在检验点5处(细胞分裂的后期至末期)可以检验染色体是否正确到达细胞两极，从而决定胞质是否分裂。(3)癌细胞的主要特征是能够无限增殖。DNA合成阻断法可以阻止癌细胞中DNA的复制，检验点2位于细胞分裂间期的S期，主要激活检验点2，将癌细胞阻滞在S期。纺锤体在分裂前期形成，分裂中期阻断法可用秋水仙碱抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成，主要激活检验点4，使癌细胞分裂停滞在中期。

7.(2021·山东滕州模拟)如图甲中a、b、c、d表示某植物根尖的不同区域，图乙是用高倍显微镜观察到的该植物组织切片有丝分裂的模式图。请回答下列问题：

(1)观察根尖有丝分裂时应选择____________(填图甲中字母)区细胞，请按细胞有丝分裂过程排列图乙中细胞A、B、C、D：________________(用字母和箭头表示)。

(2)细胞是独立分裂的，但不能选定一个细胞持续观察它的整个分裂过程，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)观察细胞质壁分离时可选择________(填图甲中字母)区细胞，③和④过程中细胞核遗传物质________(填“会”或“不会”)发生改变。

(4)动植物细胞有丝分裂的区别主要反映在图乙中的 ________(填字母)。

(5)某同学通过多次实验汇总得到各时期的细胞数记录如下，数值最大的字母是________，理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

【答案】(1)b　B→A→D→C　(2)解离过程中细胞已经死亡　(3)d　不会　(4)B、C　(5)W　分裂间期持续时间最长

【解析】(1)只有分生区细胞能进行有丝分裂，所以应选择b区细胞。图乙中细胞有丝分裂过程的顺序为B→A→D→C。(2)由于在制作装片标本时，解离液已使细胞死亡，所以不能选定一个细胞持续观察它的整个分裂过程。(3)由于只有成熟区的细胞具有大液泡，所以观察细胞质壁分离时可选择d区细胞，③和④过程表示细胞分化，是基因选择性表达的结果，细胞核遗传物质没有发生改变。(4)动植物细胞有丝分裂的区别主要反映在前期(B)和末期(C)。(5)由于分裂间期时间最长，大约占了整个细胞周期的90%～95%，因此表格中数值最大的字母是W。