2021高三生物人教版一轮教师用书：必修1第4单元第1讲　细胞的增殖

第1讲　细胞的增殖

细胞生长和增殖的周期性

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．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在琼脂块中的扩散的速度越快。 (×)

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．不同图形所表示的细胞周期

2.与细胞周期相联系的重要知识点

(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)细胞癌变：药物作用于癌细胞的分裂间期，DNA分子不能复制，因此可抑制癌细胞的无限增殖。

1．由细胞形态判断，下列①～⑤细胞中哪一类细胞最可能具有细胞周期？说明理由。

①　　 　②　　　 ③　　 　④　　　⑤

提示：②，①③④⑤都是具有特定形态、结构和功能的细胞，说明发生了分化，失去分裂能力。②为球形，可能是干细胞。

2．既然细胞越小，细胞相对表面积越大，细胞的物质运输效率越高，细胞的体积是不是越小越好呢？理由是什么？

提示：细胞的体积并不是越小越好，最小限度是由完成细胞功能所必需的基本结构(如核糖体)和物质(如酶)所需要的空间所决定。

3．下表是几种细胞的细胞周期的持续时间(t/h)，据表分析：

(1)这些细胞有什么共同特点？

(2)不同生物细胞的细胞周期持续时间相同吗？同种生物的不同细胞的细胞周期持续时间相同吗？

(3)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，为什么？

提示：(1)都是能进行连续分裂的细胞。

(2)都不一定相同。

(3)细胞周期中，间期所占的时间长，分裂期所占的时间短，因此观察细胞所处时期时，大部分细胞都处于间期。

考查细胞不能无限长大的原因及实验探究

1．下列有关细胞的表面积、细胞与外界物质交换效率和细胞新陈代谢强度之间的关系的叙述中，正确的是(　　)

A．细胞的相对表面积越大，物质交换效率越高，细胞新陈代谢越旺盛

B．细胞的相对表面积越大，物质交换效率越低，细胞新陈代谢越缓慢

C．细胞的相对表面积越小，物质交换效率越高，细胞新陈代谢越缓慢

D．细胞的相对表面积越小，物质交换效率越低，细胞新陈代谢越旺盛

A　[细胞相对表面积、细胞与外界物质交换效率和细胞新陈代谢强度之间的关系为：细胞的相对表面积越大，物质交换效率越高，细胞新陈代谢越旺盛，A正确。]

2．将一块3 cm×3 cm×6 cm的含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为1 cm、2 cm、3 cm的正方体。将3块琼脂块放在装有NaOH的烧杯内，淹没浸泡10分钟。下列说法正确的是(　　)

A．随琼脂块增大，NaOH扩散速率增大

B．随琼脂块增大，琼脂块的表面积与体积之比增大

C．随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积增大

D．随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积所占的比例增大

C　[在相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比可以反映细胞的物质运输效率；细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。随琼脂块增大，NaOH扩散速率不变，A错误。随琼脂块增大，琼脂块的表面积与体积之比变小，B错误。在一定时间内，随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积所占的比例变小，D错误。随琼脂块增大，琼脂块中变红的体积增大，C正确。]

考查细胞周期

3．(2019·五省创优联考)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(　　)

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

C　[一个完整的细胞周期包括G1、S、G2、M，A正确；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，B正确；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，C错误；根据图示，处于G1期的细胞数量远多于M期＋G2期的细胞，D正确。]

4．(2017·全国卷Ⅲ)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合成可逆抑制剂能抑制DNA的复制，DNA复制发生在细胞分裂的间期，因此，加入DNA合成可逆抑制剂会使细胞停滞在细胞周期的间期(或S期)，而处于分裂期的细胞不受影响。(2)秋水仙素能抑制细胞分裂前期纺锤体的形成，使染色体数目加倍，不会将细胞分裂阻断在间期。(3)细胞在分裂间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。

[答案]　(1)分裂　间(或S)　(2)纺锤体形成　不会 　(3)完成DNA复制和有关蛋白质的合成

细胞的有丝分裂和无丝分裂

1．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。

Ⅰ间期　Ⅱ前期　Ⅲ中期　Ⅳ后期　Ⅴ末期

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之间遗传性状的稳定性。

4．细胞的无丝分裂

(1)过程：细胞核延长→核中部向内凹进→整个细胞从中部缢裂为两个子细胞。

(2)特点：没有出现纺锤丝和染色体的变化。

(3)实例：蛙的红细胞。

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可发生在同一时期。

  (√)

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．有丝分裂过程中染色体行为变化规律

(1)有染色单体时(染色体复制后的间期、前期、中期)，染色体数∶染色单体数∶DNA分子数＝1∶2∶2。

(2)无染色单体时(染色体复制前的间期、后期、末期)，染色体数∶DNA分子数＝1∶1。

2．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．有丝分裂过程中相关成分或结构“加倍”的时期和原因

1．根据柱状图判断细胞有丝分裂时期(以二倍体生物为例)

图甲、乙、丙分别表示有丝分裂的什么时期？

提示：甲表示染色体复制后的间期、前期和中期；乙表示后期和末期；丙表示染色体复制前的间期。

2．与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用

考查细胞有丝分裂过程中各时期的特点

1．(2019·德州期中)下面关于植物细胞有丝分裂的叙述，不正确的是(　　)

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

C　[在有丝分裂后期，着丝点分裂，DNA含量不变。]

2．(2019·广东六校联考)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(　　)

图甲　   　图乙　   　图丙

A．图甲细胞中的着丝点断裂导致DNA数目加倍

B．图乙细胞中的结构2是通过结构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．若用秋水仙素抑制结构3的形成，则图甲细胞中的着丝点不能正常断裂

C　[DNA数目加倍原因是DNA复制，着丝点分裂导致染色体数目加倍，A错误；结构2是细胞板，是由结构1融合而形成的，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；着丝点分裂与纺锤体无关，D错误。]

考查有丝分裂过程中染色体和DNA分子数目的变化

3．(2019·青海师大学附中期末)如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→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

A　[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，A错误；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，B正确；c→d过程表示有丝分裂前期，此时期核膜逐渐解体，C正确；d～e可表示有丝分裂中期，此时期染色体形态数目最清晰，D正确。]

4．(2019·武汉模拟)如图为与有丝分裂相关的坐标曲线。下列相关说法不正确的是(　　)

A．若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量，则c→d过程细胞中DNA含量不变

B．若纵坐标表示一个细胞中DNA的含量，则e点时一条染色体中DNA的含量与a点相同

C．若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量，则a→c过程染色体数目不变

D．若纵坐标表示一个细胞中DNA的含量，则a→c过程染色体数目不变

D　[若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量，则c→d过程为有丝分裂后期，着丝点分裂，染色体数目加倍，但该过程细胞中DNA含量不变，A正确；若纵坐标表示一个细胞中DNA的含量，则e点时一条染色体中DNA的含量与a点相同，B正确；若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量，则a→c过程中着丝点没有分裂，所以染色体数目不变，C正确；若纵坐标表示一个细胞中DNA的含量，则a→c过程包括有丝分裂后期，其中有丝分裂后期时染色体数目加倍，D错误。]

观察根尖分生组织细胞的有丝分裂(实验)

1．实验原理

(1)高等植物的分生组织细胞有丝分裂较旺盛。

(2)细胞核内的染色体(质)易被碱性染料(龙胆紫溶液)染成深色。

(3)由于各个细胞的分裂是独立进行的，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，判断处于不同分裂时期的细胞。

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

取材：取根尖2～3 mm

　↓

解离

　↓

漂洗

　↓

染色

　↓

制片：用镊子尖将根尖弄碎，盖上盖玻片，复加一块载玻片，

用拇指轻压使其呈絮状

(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．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；时间过长则细胞分离过度、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。

1．(2019·天津模拟)下列关于观察洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂实验的叙述，不正确的是    (　　)

A．解离的目的是使组织细胞彼此分离开来

B．制片之前要通过漂洗洗去染料，便于显微镜下观察

C．压片是为了将根尖细胞分散开，使之不相互重叠影响观察

D．处于分裂间期的细胞数更多

B　[解离的目的是使组织细胞相互分离开来，A正确；制片之前要通过漂洗洗去解离液，防止解离过度，B错误；压片是为了将根尖细胞分散开来，使之不相互重叠，C正确；由于分裂间期占有的时间较长，所以处于分裂间期的细胞数更多，D正确。]

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

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

C　[高等植物的根尖、芽尖等分生区的细胞均可进行有丝分裂，A错误；解离的目的是用药液使组织中的细胞相互分离开来，解离时间过长，细胞会被破坏，将会影响实验结果，B错误；制片是用镊子将之前处理的根尖取出来，放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子把根尖弄碎，盖上盖玻片，在盖玻片上再加一片载玻片，然后，用拇指轻轻地按压载玻片，可以使细胞分散开来，有利于观察，因此，滴加清水、弄碎根尖以及压片都有利于细胞的分散，C正确；临时装片镜检时，视野中最多的是处于分裂间期的细胞，D错误。]

3．(2019·合肥检测)如图是某同学实验时拍摄的洋葱根尖分生区细胞分裂图，①～⑤表示不同的细胞分裂时期。下列叙述正确的是  (　　)

A．①时期整个细胞的DNA与染色体数量之比等于1

B．②时期染色体的着丝点都排列在细胞中央的细胞板上

C．④时期细胞内两组中心粒发出纺锤丝构成纺锤体

D．细胞周期中各时期的顺序是⑤→④→②→①→③

D　[据图分析，①时期为有丝分裂后期，细胞核中的DNA与染色体数量之比等于1，A错误；②时期为有丝分裂中期，所有染色体的着丝点都排列在细胞中央的赤道板上，B错误；洋葱属于高等植物，细胞中没有中心体，C错误；图中的①→⑤分别表示后期、中期、末期、前期和间期，因此细胞周期中各时期的顺序是⑤→④→②→①→③，D正确。]

1.模拟细胞大小与物质运输的关系实验中，NaOH在每一琼脂块内扩散的速度相同，但是运输的效率不同。

2．原核生物只能进行二分裂，二分裂不是无丝分裂。

3．减数分裂和无丝分裂没有细胞周期，高度分化的成熟细胞无细胞周期。

4．无丝分裂中不出现纺锤体和染色体，但是仍有遗传物质的复制和分配。

5．蛙的红细胞能进行无丝分裂，哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，不能分裂。

6．染色体的数目始终和着丝点的数目相等；间期DNA复制时，着丝点数目不变，染色体数目不加倍。

7．着丝点分裂不是纺锤丝牵引导致的，而是在相关酶的作用下自主分裂的结果。

8．赤道板不是细胞结构，观察不到；细胞板是由高尔基体形成的细胞结构，可以观察到。

1.细胞体积越小，细胞的表面积与体积之比就越大，越有利于物质交换。

2．细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

3．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。

4．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。

5．真核细胞的分裂方式有三种：有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。

6．有丝分裂最重要的变化是：间期DNA复制，数目倍增；分裂期在纺锤体作用下复制后的亲代细胞染色体，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细胞遗传性状上的稳定性。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2019·海南高考)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．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

A　[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，A正确；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，B错误；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，C错误；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，D错误。故选A。]

2．(2019·北京高考)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(　　)

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

B　[用普通光学显微镜观察根尖分生区的装片，要先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，A正确；图中箭头所指的细胞处于有丝分裂后期，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍，此时观察不到细胞核，因为，细胞核在有丝分裂前期逐渐消失，B错误；有丝分裂前期染色质缩短变粗，成为染色体，核仁逐渐解体，核膜逐渐消失，从细胞的两极发出纺锤丝，形成一个梭形的纺锤体，染色体散乱地分布在纺锤体中央，据以上特点，可以在图像中观察到处于分裂期前期的细胞，C正确；碱性染料易于与染色体结合，而不易与其他结构成分结合，D正确；因此，本题答案选B。]

3．(2018·全国卷Ⅰ)已知药物X对细胞增殖有促进作用，药物D可抑制药物X的作用。某同学将同一瓶小鼠皮肤细胞平均分为甲、乙、丙三组，分别置于培养液中培养，培养过程中进行不同的处理(其中甲组未加药物)，每隔一段时间测定各组细胞数，结果如图所示。据图分析，下列相关叙述不合理的是(　　)

A．乙组加入了药物X后再进行培养

B．丙组先加入药物X，培养一段时间后加入药物D，继续培养

C．乙组先加入药物D，培养一段时间后加入药物X，继续培养

D．若药物X为蛋白质，则药物D可能改变了药物X的空间结构

C　[甲组为空白对照组，与甲组曲线相比，乙组细胞数目增加较快，说明乙组中加入了促进细胞增殖的药物X，A正确；丙组细胞数目增加较甲组快，说明加入了促进细胞增殖的药物X，培养一段时间后丙组细胞数目增加又较乙组慢，说明丙组又加入了抑制药物X作用的药物D，B正确；如果乙组先加入药物D，因培养液中无药物X，培养一段时间后，乙组前期细胞数目不应高于甲组，C错误；药物D可抑制药物X的作用，若药物X为蛋白质，则药物D的作用机理很可能是改变了药物X的空间结构，D正确。]

4．(2017·北京高考)洋葱根尖和小鼠骨髓细胞都能用于观察细胞有丝分裂，比较实验操作和结果，叙述正确的是(　　)

A．都需要用盐酸溶液使细胞相互分离

B．都需要用低倍镜找到分裂细胞再换高倍镜观察

C．在有丝分裂中期都能观察到染色体数目加倍

D．在有丝分裂末期都能观察到细胞板

B　[考查观察细胞的有丝分裂实验、解离动植物组织细胞的方法。解离洋葱根尖组织时需要用盐酸溶液，盐酸可使细胞相互分离开来，同时杀死细胞，固定细胞形态。解离小鼠骨髓细胞则需要用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶，A错误；观察细胞有丝分裂装片时，需要先用低倍镜观察，找到分裂细胞，然后再换用高倍镜仔细观察，B正确；在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开，可观察到染色体数目加倍，C错误；植物细胞在有丝分裂末期形成细胞板，动物细胞不形成细胞板，而是细胞膜从细胞中部向内凹陷，D错误。]