专题41 细胞的增殖讲解析版.docx

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专题41细胞的增殖讲解析版

专题4.1　细胞的增殖

1.细胞的生长和增殖的周期性（Ⅱ）。

2.细胞的有丝分裂（Ⅱ）。

3.细胞的无丝分裂（Ⅰ）。

4.实验：

（1）观察细胞的有丝分裂。

（2）模拟探究细胞表面积与体积的关系。

知识点一细胞的生长和细胞周期

1．细胞不能无限长大

（1）实验——细胞大小与物质运输的关系

①实验原理

a．用不同大小的琼脂块模拟不同大小的细胞。

b．用NaOH在琼脂块中扩散的体积与整个琼脂块的体积的比值模拟细胞的物质运输的效率。

②实验结果和结论

a．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相同。

b．NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而减小，说明琼脂块的体积越大，物质运输的效率越低。

（2）细胞不能无限长大的原因

①受相对表面积的制约：

细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低。

②受核质比的制约：

细胞核中的DNA是有限的，其能够控制的细胞质的范围有限。

2．细胞增殖

（1）概念：

细胞以分裂的方式进行增殖，包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。

（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：

是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

3．细胞周期

（1）范围：

连续进行有丝分裂的细胞才有细胞周期。

（2）概念：

连续分裂的细胞，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，分裂间期完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，为分裂期进行物质准备，同时细胞有适度的生长。

（3）细胞周期的表示方法

方法名称

表示方法

用字母表示细胞周期

扇形图

A→B→C→A为一个细胞周期

直线图

a＋b或c＋d为一个细胞周期

坐标图

a＋b＋c＋d＋e为一个细胞周期

柱形图

B组细胞处于分裂间期，正在进行DNA复制，C组细胞多数处于分裂期，A组细胞为细胞分裂末期和未进行DNA复制的细胞

（4）细胞周期的特点：

不同种类的细胞的细胞周期不一定相同，分裂间期与分裂期所占比例也不一定相同。

4．分裂间期各时期的特征

G1期：

又称DNA合成前期，主要进行RNA和有关蛋白质（如DNA聚合酶等）的合成，为S期DNA的复制做准备。

S期：

又称DNA合成期，主要进行DNA的复制。

G2期：

又称DNA合成后期，主要进行RNA和蛋白质的合成，特别是微管蛋白的合成，为分裂期做准备。

5．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。

（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。

（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。

6．无丝分裂

无丝分裂是真核细胞的增殖方式，分裂过程中不出现纺锤丝和染色体，但是也有DNA的复制和分配。

知识点二细胞的有丝分裂

1．有丝分裂过程

间期：

生长复制合成蛋；

前期：

膜仁消失两体现；

中期：

着丝点排在赤道板；

后期：

单体分开向两极；

末期：

两消两现一重建（重建指植物细胞重建细胞壁）。

2．动植物细胞有丝分裂的主要区别

项目

纺锤体的形成方式不同（前期）

细胞分裂方式不同（末期）

植物细胞

从细胞的两极发出纺锤丝形成纺锤体

由细胞板形成细胞壁，将细胞分隔成两

部分

动物细胞

由中心体发出星射线形成纺锤体

由细胞膜向内凹陷，将细胞缢裂成两部分

3.与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用

名称

生物类型

作用时期

生理作用

核糖体

动物、植物

主要是间期

合成相关蛋白质

线粒体

动物、植物

整个细胞周期

提供能量

高尔基体

植物

末期

与细胞壁（板）的形成有关

中心体

动物、低等植物

前期

与纺锤体的形成有关

4.有丝分裂中细胞结构或物质的周期性变化

（1）染色体行为变化

①当有染色单体（间期的G2期、前期、中期）时，染色体∶染色单体∶DNA＝1∶2∶2。

②当无染色单体（间期的G1期、后期、末期）时，染色体∶DNA＝1∶1。

（2）核DNA、染色体、染色单体的数目变化（以二倍体生物为例）

时期

项目

分裂间期

分裂期

前期

中期

后期

末期

核DNA

2n→4n

4n→2n

染色体

4n→2n

染色单体

0→4n

5.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。

知识点三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（龙胆紫溶液或醋酸洋红液）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．实验步骤

（1）洋葱根尖的培养：

实验前3～4d，将洋葱放在瓶内装满清水的广口瓶上，底部接触清水，置于温暖处常换水，待根长至约5cm。

（2）装片的制作

取材：

剪取根尖2～3_mm

↓

解离

↓

漂洗

↓

染色

↓

制片

（3）观察

低倍镜观察：

根据根尖特点找到分生区细胞，特点是细胞呈正方形，排列紧密

↓

高倍镜观察：

先找分裂中期的细胞，再找前期、后期、末期细胞，最后观察分裂间期细胞

（4）绘图：

绘制植物细胞有丝分裂中期简图。

3．实验操作的注意事项

解离时间

太短

细胞间质未被完全溶解，压片时细胞不易分散

过长

导致细胞解离过度、根尖过于酥软，影响染色

漂洗时间

适宜

洗去多余的盐酸，防止解离过度而影响染色

染色时间

太短

染色体或染色质不能完全着色

过长

使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体

压片力度

过轻

细胞未分散开

过重

将组织压烂

4.关于实验的注意事项

（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。

4．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）。

考点一细胞的生长和细胞周期

【典例1】（2019·湖南常德一中高三模拟）细胞分裂间期依次划分为G1、S和G2期，研究者将处于不同时期的细胞进行融合，实验结果如下图所示。

其中灰色的部分是细胞核，黑点代表中心体。

下列推断不合理的是（　　）

A．引发中心体复制的物质持续存在到G2期

B．中心体和DNA复制可能同时进行

C．S期细胞中存在使G1期细胞核进入S期的物质

D．中心体的复制始于G1期，在G2期复制完毕

【答案】D

【解析】据图可知，G1期的细胞含有1个中心体，S期和G2期的细胞含有两个中心体，G1期的细胞和G2期的细胞融合，G1期细胞可以完成中心体的复制，推测引发中心体复制的物质持续存在到G2期，A正确；G1期和S期的细胞融合，G1期细胞可以发育到S期，同时完成中心体的复制，B正确；根据B项推测S期细胞中存在使G1期细胞核进入S期的物质，C正确；中心体在S期即复制完毕，D错误。

【拓展提高】与细胞周期相联系的知识

（1）联系基因突变：

在细胞分裂间期的S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）联系染色体变异：

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，出现多倍体细胞。

（3）联系细胞癌变：

用药物作用于癌细胞的分裂间期，使其DNA分子不能复制，抑制癌细胞的无限增殖。

（4）联系免疫：

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。

【变式1】（2019·山东临沂十九中模拟）科学家在研究蚕豆根尖分生区细胞的有丝分裂周期时，分别用放射性同位素15N标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸（15NTdR），用32P标记尿嘧啶核糖核苷酸（32PUdR），把两种核苷酸被细胞利用的速率绘成曲线，如图所示。

已知蚕豆有丝分裂周期为20h。

下列对结果的分析不正确的是（　　）

A．b点时，细胞正在大量合成RNA

B．d点时，细胞中DNA含量达到最大值

C．c～e阶段，细胞最容易发生基因突变

D．蚕豆有丝分裂周期中分裂期时间不超过6h

【答案】B

【解析】d点时利用核苷酸（15NTdR）的速率最大，但d点到e点，15NTdR仍然被利用，说明该阶段仍合成DNA，e点时细胞中DNA含量最高。

考点二细胞的有丝分裂

【典例2】（2019•武汉二中高三联考）如图为动物和植物细胞的有丝分裂示意图，据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A．图甲表示动物细胞分裂前期，图乙表示植物细胞分裂后期

B．⑤聚集成为赤道板，需要高尔基体参与

C．甲细胞在细胞分裂间期进行①的复制

D．甲细胞在分裂前期由①发出星射线，乙细胞在分裂前期也会发生这一过程

【答案】C

【解析】根据细胞壁的有无和星射线可以判断图甲细胞为动物细胞，图乙细胞为植物细胞，根据图甲细胞中有清楚的染色体，且中心体向两极移动，发出星射线，判断图甲细胞处于分裂前期，根据图乙细胞中细胞板的形成判断其处于分裂末期，A错误；⑤聚集成为细胞板，而非赤道板，B错误；中心体的复制发生在分裂间期，C正确；植物细胞的纺锤体是由细胞两极发出的纺锤丝形成的，D错误。

【方法技巧】“三看法”界定动物和高等植物细胞有丝分裂图像

【变式2】（2019·江苏徐州一中高三模拟）如图甲表示某二倍体动物细胞有丝分裂图像，图乙、丙、丁分别是对该动物细胞有丝分裂不同时期染色体数、染色单体数和DNA分子数的统计（图乙、丙、丁中的a、b、c表示的含义相同）。

下列有关叙述中正确的是（　　）

A．该动物各个体细胞中都含有4条染色体

B．图乙中的a、b、c分别表示染色体、DNA和染色单体

C．图丙可以最恰当地表示图甲所示时期的染色体、DNA和染色单体的关系

D．图丁所示细胞正处于有丝分裂后期

【答案】C

【解析】根据题意可知，图甲表示某二倍体动物细胞的有丝分裂图像，从图甲可以看出该细胞处于有丝分裂后期，细胞中有8条染色体，据此可以推得该动物体细胞中一般含有4条染色体，但不能说明该动物各个体细胞中含有的染色体数都是4条，如图甲细胞就有8条染色体。

根据有丝分裂不同时期染色体、染色单体和DNA分子的数量关系以及染色单体数可出现“0”，可以判断图乙中的a、b、c分别表示染色体、染色单体和DNA。

图丙中染色单体数为0，但染色体数加倍后与DNA分子数相同，据此可判断图丙表示的是处于有丝分裂后期的细胞，故图丙可以最恰当地表示图甲所示时期的染色体、DNA和染色单体的关系。

图丁所示细胞中没有染色单体，染色体与DNA数目相等，可以判断该细胞处于有丝分裂末期或间期中DNA复制之前的时期。

考点三观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

【典例3】（2019北京卷·1）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

【答案】B

【解析】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。

【举一反三】（2019江苏卷·7）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

【答案】C

【解析】从生长旺盛的部位取材，包括茎尖、形成层、根尖等部分，均可以观察到有丝分裂，A错误；解离时间一般在3~5min，时间过长，细胞过于酥软，不利于漂洗且染色体易被破环，因此解离的时间不宜过长，B错误；在观察有丝分裂的实验中滴加清水，主要目的是为了更容易将盖玻片盖上，盖好盖玻片后实验材料会充盈在水环境中，处于比较舒展状态，便于使用显微镜观察其结构，弄碎根尖、压片可使细胞分离开，因此三者都有利于细胞的分散，C正确；由于细胞分裂间期的时间最长，因此临时装片镜检时，视野中最多的是处于有丝分裂间期的细胞，D错误。

【变式3】（2017·高考北京卷）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

【答案】B

【解析】观察根尖细胞有丝分裂的实验需要解离（用酒精和盐酸混合液处理），观察动物细胞有丝分裂时不需要解离，A项错误；在观察细胞有丝分裂实验中，使用显微镜的操作步骤是先使用低倍镜找到细胞，再转动转换器转为高倍镜观察细胞中染色体的数目和形态，B项正确；有丝分裂过程中，染色体的数目加倍发生在后期着丝点分裂时，中期是染色体形态和数目最清晰的时期，C项错误；植物细胞有丝分裂末期会形成细胞板，最终形成细胞壁，而动物细胞在有丝分裂末期从细胞中央缢裂成两个子细胞，不会形成细胞板，D项错误。

考点四综合考查

【典例4】（2018·高考天津卷）为获得玉米多倍体植株，采用以下技术路线。

据图回答：

（1）可用____________对图中发芽的种子进行诱导处理。

（2）筛选鉴定多倍体时，剪取幼苗根尖固定后，经过解离、漂洗、染色、制片，观察____________区的细胞。

若装片中的细胞均多层重叠，原因是____________。

统计细胞周期各时期的细胞数和细胞染色体数。

如表分别为幼苗Ⅰ中的甲株和幼苗Ⅱ中的乙株的统计结果。

幼苗

计数项目

细胞周期

间期

前期

中期

后期

末期

甲株

细胞数

细胞染色体数

乙株

细胞染色体数

可以利用表中数值____________和____________，比较甲株细胞周期中的间期与分裂期的时间长短。

（3）依表结果，绘出形成乙株的过程中，诱导处理使染色体数加倍的细胞周期及下一个细胞周期的染色体数变化曲线。

【解析】

（1）在多倍体育种中，可以用一定浓度的秋水仙素或低温诱导发芽的种子，使其染色体数目加倍。

（2）观察染色体数目是否加倍，需选择具有分裂能力的根尖分生区进行观察。

在观察时视野中出现细胞多层重叠的现象，可能是解离不充分或者压片不充分导致细胞没有分散开。

细胞分裂间期和分裂期的时间不同，处在各个时期的细胞数目也不同，要比较甲株细胞周期中间期和分裂期的时间长短，需利用表中处于间期的细胞数目x1与处于分裂期的细胞数目x2＋x3＋x4＋x5来比较。

（3）分析表中数据，甲株在分裂中期时的染色体数目为y，说明其体细胞中染色体数目为y，在用秋水仙素或低温诱导处理形成乙株的过程中，纺锤体的形成受到抑制，间期、前期、中期的染色体数目都为y，在后期着丝点分裂后，染色体数目变为2y，由于没有纺锤体，染色体不能移向细胞两极，故细胞不能分裂，后期、末期染色体数目也为2y；在下一个细胞周期中，间期、前期、中期的染色体数目都为2y，后期着丝点分裂，染色体数目加倍为4y，末期结束细胞一分为二，染色体数目恢复到2y，据此画图。

【答案】

（1）秋水仙素（或低温）　

（2）分生　解离不充分或压片不充分　x1　x2＋x3＋x4＋x5

（3）如图

【变式4】（2017·高考全国卷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复制发生在细胞分裂间期，添加适量的DNA合成可逆抑制剂后，DNA合成被阻断，使细胞停滞于间期（S期），而处于分裂期的细胞暂时不受影响。

（2）秋水仙素通过抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而阻断细胞周期，而纺锤体形成于分裂前期，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分子的复制和有关蛋白质的合成，为分裂期进行活跃的物质准备，同时细胞有适度的生长。

【答案】

（1）分裂　间　

（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

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