第12课时 细胞增殖
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基础梳理
一、细胞不能无限长大
1、细胞的体积越大，相对表面积_________，细胞的物质运输的效率就__________。因此，细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
2、相对表面积是指_______________________________。
二、细胞通过分裂进行增殖
1、单细胞生物通过___________而繁衍。
2、对多细胞生物来说，细胞通过_________、__________发育成新个体，在生物体的生长过程中，细胞通过______补充衰老、死亡的细胞。
3、细胞增殖是生物体__________、__________、_______、__________的基础。
4、细胞以________的方式增殖，细胞增殖包括__________和____________两个连续的过程。
5、真核细胞的分裂方式有三种，大多数细胞进行有丝分裂，____________等细胞进行无丝分裂，减数分裂是形成____________的分裂方式。
三、有丝分裂的过程
1、细胞进行有丝分裂具有周期性，细胞周期是从________ ________________开始，到______________________为止。
2、分裂间期细胞发生的主要变化是__________________ _______________________。
3、分裂前期细胞发生的变化是：________变成_________，___________消失，__________解体，细胞产生纺锤丝形成__________。
4、分裂中期细胞发生的主要变化是：在________的牵引下，_________________________排列在细胞中央的一个平面即赤道板上。
5、分裂后期细胞发生的主要变化是：___________分裂，_____________分开，成为两条子染色体，在纺锤丝的牵引下移向细胞两极。这样，细胞的两极就各个一套染色体。
6、细胞分裂末期发生的主要变化是：__________重新变成_________，__________逐渐消失，_________和_____ _______重新出现，形成两个细胞核。随后，一个细胞分裂成两个子细胞。
四、植物细胞和动物细胞有丝分裂过程的比较
1、动物细胞和植物细胞的有丝分裂过程基本相同。间期内都发生__________________________，分裂期加倍后的DNA平均分配到两个子细胞中。
2、动物细胞的纺锤体由____________发出的_________ 组成。而植物细胞的纺锤体则由细胞两极发出的________组成。
3、动物细胞在分裂末期，细胞膜向内凹陷将细胞缢裂成两部分，而植物细胞则是在细胞中央赤道板的位置形成___________，进而扩展为新的___________，从而形成两个子细胞。
四、有丝分裂的意义
细胞有丝分裂的重要意义是：将亲代细胞的__________（实质为_____________）经过复制之后，________地平均分配到两个子细胞中，从而使亲代和子代之间保持了__________的稳定性。因此有丝分裂对于______________有重要意义。
考点突破
考点一： 细胞不能无限长大
细胞的体积有一个相对合适的范围，既不是越大越好，也不是越小越好。模拟实验已经证明，细胞越大，相对表面积即表面积与体积之比越小，物质运输效率越低。细胞体积不能无限增大的原因也可以用核质关系进行解释，细胞核是细胞代谢的控制中心，细胞核的控制范围是有限的，因此细胞的体积也是无限的。这样，真核细胞的体积能比原核细胞的体积大也就顺理成章了。同时，细胞体积也不能过小，每个细胞器都需要一定的空间，每个酶分子也需要一定的反应空间，细胞体积过小，便不能容纳足够多的酶和细胞器，这样，细胞体积也就有了一个最低限度，真核细胞的体积比原核细胞大，是因为它的结构相对简单，单细胞生物的体积一般比多细胞生物的体积大，原因是多细胞生物的细胞经过分化，功能上已实现分工，一个细胞没有必要执行该生物体的全部功能，单细胞生物一个细胞要执行生物体全部的功能，细胞体积就相应需要较大一些。由于这两方面的因素，每个细胞的体积就保持在一定的合适的范围内，细胞体积可以增大适应自身需要，当增大到一定程度后不再增大或进行分裂。
考点二、细胞通过分裂进行增殖
1、细胞增殖的意义：对单细胞生物和多细胞生物意义不同，对单细胞生物来说，细胞增殖就是为了繁殖，而对多细胞生物来说，细胞增殖除了参与个体繁殖，还参与生物体的生长发育。
多细胞生物的生命过程中，细胞的变化如下：
多细胞生物的有性生殖——细胞减数分裂、受精作用
多细胞生物的无性生殖——有丝分裂
多细胞生物的生长发育——有丝分裂、细胞分化、细胞衰老、细胞凋亡
2、细胞增殖的方式
细胞通过分裂而增殖，也就是说细胞增殖的方式是细胞分裂，具体来说有丝分裂、减数分裂和无丝分裂三种方式。复习时要求掌握三种方式各指哪些细胞的分裂。
1、无丝分裂高中阶段只要求知道一个例子，即蛙的红细胞。注意其它生物的红细胞的分裂情况，鸟类的红细胞可以进行有丝分裂，哺乳动物的红细胞是不分裂的，幼年期的红细胞由造血干细胞分化而来，不再经过分裂增加数目，成熟后细胞核消失，也就不可能进行分裂。再一点，无丝分裂也是真核细胞的分裂方式，原核细胞的分裂不能称为无丝分裂。
2、有丝分裂是真核生物普遍存在的分裂方式，对于大多数正常细胞来说，只要能认定这个细胞可以分裂，就可以认为它进行有丝分裂。
3、减数分裂一般是产生有性生殖细胞时进行的。两个问题：一是“一般”，某些低等生物生殖时，先是两个细胞融合，而后再进行减数分裂形成新个体。二是有性生殖细胞，某些生物的生殖细胞是经过有丝分裂产生的。复习时只需记住精原细胞和卵原细胞可以进行减数分裂就行了。
例1、下列有关真核细胞分裂方式的叙述，正确的是
A 无丝分裂过程中核膜不消失
B 动物细胞仅以有丝分裂方式进行增殖
C 动物细胞有丝分裂末期形成细胞板
D 无丝分裂仅出现在高等动物的衰老细胞
【解析】A、D两项是关于无丝分裂的，无丝分裂过程中无染色体和染色质的形态变化，细胞核也是一直存在着，核膜是不消失的，无丝分裂是少数特殊细胞，如蛙的红细胞，而不是衰老细胞，蛙的红细胞这个例子证明B项是错误的，C项，细胞板是植物细胞分裂末期出现的，动物细胞不出现。
【答案】A
变式1、下列选项中，两类细胞的染色体数目均可呈现周期性变化的是
A 蛙的红细胞和淋巴细胞
B 小鼠的骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞
C 人的胚胎干细胞和成熟红细胞
D 牛的精细胞和精原细胞
【解析】周期性是有丝分裂的特点，蛙的红细胞进行有丝分裂，人的成熟红细胞不分裂，牛的精细胞也不分裂。只有B项中的两种细胞符合。
【答案】B
考点三、细胞周期
1、细胞周期的概念
细胞周期的起止时间，是从一次分裂完成开始，到下一次分裂完成结束。在一个细胞周期中，分裂间期约占90—95%，分裂期只占5—10%。因此，可以根据时间的长短来判断分裂间期和分裂期。细胞周期可以用图形表示：
2、不同细胞（可指同一生物体的不同细胞，也可指不同生物体的细胞）的细胞周期不同，在一个细胞周期中，分裂期所占的时间比例也不同。由于分裂期在整个细胞周期中的时间较短，要想观察到处于分裂期前、中、后、末四个时期的细胞，需要选择那些在细胞周期中分裂期所占时间相对较长的细胞做实验材料。如下表：
细胞类型 细胞周期 分裂间期 分裂期 分裂期所占的比例
蚕豆根尖分生区 17.3 15.3 2.0 11.6%
小鼠十二指肠上皮 15.3 13.5 1.8 11.8%
人肝细胞 22 21 1 4.5%
人的宫颈癌细胞 22 20.5 1.5 6.8%
从分裂期占细胞周期的比例看，蚕豆根尖细胞和小鼠十二指肠细胞的分裂期占细胞周期的比例接近12%，是比较适合的实验材料的，而人的肝细胞和宫颈癌细胞的分裂期相对较短，不太适合作实验材料。
例2、下图表示有丝分裂过程的分裂间期和分裂期，有关说法正确的是
A ab、cd表示分裂间期，bc表示分裂期
B bc是一个细胞周期
C 用高倍显微镜观察ab期的细胞，可以观察到染色体
D bc期内，细胞的DNA分子数保持不变
【解析】ab、cd表示分裂期，染色质变成了染色体形态，可以用高倍显微镜观察，bc表示分裂间期，细胞内正在进行DNA分子的复制，一个细胞周期是bd。
【答案】C
变式2、用放射性同位素分别标记U和T的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，观察其有丝分裂，一个细胞周期为20小时。根据这两种碱基被 细胞利用的速率，绘制成的曲线如下图所示。下列对此结果的分析正确的是( )
A、b点时刻，细胞正大量合成DNA
B、d点时刻，细胞中的DNA含量达到最大值
C、c～e阶段，细胞内最容易发生基因突变
D、处于c～e阶段的细胞数目较多
【解析】b点时，细胞内正进行mRNA合成，为DNA复制作准备，DNA还没有开始复制；d点时，DNA复制速度最快，完全复制完成后到e点，DNA含量达到最大值；ce段仅是DNA复制期，占整个间期的时间很短，细胞并不多。
【答案】C
考点四、有丝分裂过程中细胞发生的变化
1、细胞形态的变化
时期 变化
分裂间期 细胞体积增大
前期 核膜核仁解体、消失
中期 无明显变化
后期 无明显变化
末期 核膜、核仁重现，动物细胞细胞膜内陷使细胞缢裂，植物细胞中央形成细胞板扩展为细胞壁，一个细胞形成两个子细胞。
2、染色体行为
时期 变化
分裂间期 经DNA复制后，每个染色体包括由同一个着丝点相连的两个染色单体（是染色质形态，用光学显微镜无法看到）
前期 染色质变成染色体，高倍光学显微镜可以看到，染色体散乱分布在细胞内
中期 在纺锤丝的牵引下，染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上
后期 着丝点分裂，连在一起的染色单体分离，形成两个相同的子染色体，并在纺锤丝的牵引下移向两极
末期 染色体变成染色质
提醒：分裂后期着丝点分裂与纺锤丝无关，是细胞内相关的酶是这个时期表达，从而导致着丝点的分裂。
3、染色体、染色单体、DNA分子的数目变化
以正常的二倍体生物为例，细胞核内染色体数目为2N，DNA分子数为2C（在数值上，C=N）。在各个时期，相关数目的变化是
时期 染色体 染色单体 DNA分子
分裂间期 2N 0——4N 2C——4C
前期 2N 4N 4C
中期 2N 4N 4C
后期 2N——4N 4N——0 4C
末期 4N——2N 0 4C——2C
4、细胞分裂过程中相关细胞器的作用
（1）中心体：在动物细胞和低等植物细胞分裂过程中发出星射线，形成纺锤体
（2）高尔基体：在植物细胞分裂末期，合成纤维素果胶形成细胞板，再形成新细胞壁。
（3）核糖体：合成分裂过程中所需蛋白质
（4）线粒体：满足分裂过程中所需能量
例3、有关动物细胞有丝分裂的叙述，正确的是
A．细胞板在细胞有丝分裂末期形成
B．同源染色体配对通常发生在分裂前期
C．在分裂末期，细胞膜内陷形成两个子细胞
D．在分裂中期，两个中心粒复制形成两组中心粒
【解析】细胞板的形成是植物细胞分裂末期的特点，动物细胞分裂末期不形成， A错。同源染色体配对通常发生在减数第一次分裂刚开始不久，所以B错。C描述的现在是典型的动物细胞分裂末期的现象，正确。两个中心粒分别移向细胞两级式在细胞分裂前期的特征，故D错。
【答案】C
变式3、下列有关细胞分裂时期的四个叙述中，其中有一个叙述与另外三个叙述不在同一时期，这个叙述是( )
A 染色体数目加倍 B、染色体的着丝点数目加倍
C DNA分子的数目加倍 D、染色单体变为染色体
【解析】ABD三个时期都在后期，只在C在间期。
【答案】C
五、有关曲线的分析判断
下面三图分别表示在一个细胞周期是每个细胞的DNA含量、每个细胞的染色体数、每个染色体上的DNA分子数
例4、在细胞的有丝分裂开始时，如果它的染色体数为N，DNA含量为Q，则该细胞分裂后每个子细胞中染色体数和DNA含量分别是
A、N和Q B、N/2和Q/2
C、N和Q/2 D、N/2和Q
【解析】有丝分裂开始时，DNA和染色体未复制，随后开始DNA复制再减半，染色体加倍再减半，每个子细胞和开始时一样。
【答案】A
变式4、细胞的有丝分裂过程中，染色体数与体细胞数相同，而DNA数不同的时期是
A、后期和末期 B、前期和后期
C、前期和中期 D、中期和后期
【解析】前期和中期，DNA已加倍，但染色体未加倍，因此，染色体数和体细胞相同，DNA数是体细胞的二倍。
【答案】C
课时作业
1．下图中a→d表示连续分裂细胞的两个细胞周期。下列叙述不正确的是（ ）
A．a和b为一个细胞周期
B．c段结束DNA含量增加一倍
C．遗传物质平分一般发生在d段
D．b和c为一个细胞周期
【解析】细胞周期指从一次分裂完成开始，到下一次分裂完成为止，包括分裂间期和分裂期两个阶段，从时间上看，前者明显长于后者，所以我们判断a(c)代表分裂间期，b(d)代表分裂期。由于分裂间期为分裂期提供了物质准备(完成了DNA分子的复制和有关蛋白质的合成)，所以必须分裂间期a(c)在前，分裂期b(d)在后。
【答案】D
2．下列细胞分裂时观察不到纺锤体的是（ ）
①细菌细胞②根的分生区细胞③蛙红细胞④蛙的次级精母细胞
A．①③B．③④C．②③D．①④
【解析】细菌细胞是原核细胞，没有染色体，不发生有丝分裂，而是二分裂。蛙的红细胞进行无丝分裂，也不形成纺锤体。
【答案】A
3．下图所示光学显微镜下观察到的根尖分生区的细胞，视野内看到最多的是（ ）
【解析】在一个细胞周期中，分裂间期大约占90%～95%，所以看到最多的是处于间期的细胞。B图中具有核膜、核仁，且染色体以细丝状的染色质状态存在，为分裂间期。
【答案】B
4.细胞周期的各阶段，一个细胞中的染色体和DNA分子数量比不可能是下图中的（ ）
【解析】整个有丝分裂过程中，染色体的数量∶DNA分子的数量＝1∶2或1∶1。所以A坐标中的情况不可能出现。
【答案】A
5.关于图示的叙述中，不正确的是（ ）
A.因为细胞中有中心体⑨，所以可以断定该细胞很可能为动物细胞
B.④是一条染色体，包含两条染色单体①和③，两条染色单体由一个着丝点②相连
C.细胞中有两对同源染色体，即④和⑦为一对同源染色体，⑤和⑥为另一对同源染色体
D.在后期时，移向同一极的染色体均为非同源染色体
【解析】图中细胞无细胞壁，有中心体且着丝点整齐排列，所以为处于有丝分裂中期的动物细胞。在后期时，只是着丝点分裂，使子染色体平均分向两极，移向两极的两套染色体都相同且都有同源染色体，与分裂前的细胞中染色体组成也一致。
【答案】D
6.细胞增殖过程中DNA含量会发生变化。通过测定一定数量细胞的DNA含量，可分析其细胞周期。根据细胞DNA含量不同，将某种连续增殖的细胞株细胞分为三组，每组的细胞数如下图。从图中所示结果分析其细胞周期，不正确的是（ ）
A．乙组细胞正在进行DNA复制
B．细胞分裂间期的时间比分裂期长
C．丙组中只有部分细胞的染色体数目加倍
D．将周期阻断在DNA复制前会导致甲组细胞数减少
【解析】将周期阻断在DNA复制前，DNA不能复制，DNA含量不能变为4C，甲组细胞增多。
【答案】D
7．植物细胞有丝分裂末期，在赤道板的附近聚集着许多小囊泡，那么产生这些小囊泡的结构及囊泡中可能含有的物质分别是（ ）
A．内质网；蛋白质、磷脂B．高尔基体；蛋白质、磷脂
C．内质网；纤维素D．高尔基体；纤维素
【解析】植物细胞有丝分裂末期，在赤道板的位置上形成细胞板，进而转变为细胞壁，因而植物细胞壁的形成与其细胞内的细胞器高尔基体有关，所以产生这些小囊泡的结构是高尔基体。因为植物细胞壁的成分是纤维素，所以囊泡中可能含有的物质是纤维素。
【答案】D
8.A图表示某种哺乳动物细胞在正常培养时所测得的细胞中DNA含量与细胞数的变化。用某种化合物处理培养着的细胞，结果DNA含量与细胞数的变化如B图所示，该化合物所起的作用是（ ）
A.促进细胞分裂
B.抑制DNA的复制
C.抑制纺锤体的形成
D.促进DNA的高度螺旋化
【解析】细胞周期中大多数细胞处于分裂间期，DNA数为2，加入某种物质后，大多数细胞DNA数变为4，说明细胞DNA加倍，而不进行姐妹染色单体分开后进入两个子细胞中的过程，所以该化合物所起的作用是抑制纺锤体的形成。
【答案】C
9．(2010年广东湛江3月)下列对菠菜根的分生区细胞分裂过程的叙述中，正确的是（ ）
A．在DNA复制的时期，DNA和染色体的数目增加一倍
B．在核膜和核仁逐渐消失的时期，中心体发出星射线形成纺锤体
C．在染色体形态固定、数目清晰的时期，着丝点排列整齐
D．在染色体逐渐解开螺旋的时期，细胞中央出现由很薄细胞壁构成的赤道板
【解析】DNA复制的结果是DNA含量增加一倍，但染色体的复制并没有导致染色体数目加倍，只是每条染色体上出现了两条染色单体。由于菠菜是高等植物细胞，所以无中心体。赤道板不是一个结构，仅是一个位置关系，在染色体解旋的时期，在赤道板位置上形成细胞板。细胞分裂中期，着丝点整齐排列在赤道板上，此时染色体形态固定、数目清晰。
【答案】C
10．右图表示人体内的细胞在分裂过程中每条染色体DNA含量变化的曲线。下列有关的叙述，正确的是（ ）
A．若为有丝分裂，则ef期的细胞都含有两个染色体组
B．若为有丝分裂，则赤道板和纺锤体都出现于de期
C．若为减数分裂，则cd期的细胞都有23对同源染色体
D．若为减数分裂，则基因的分离与自由组合发生于cd期
【解析】曲线的纵坐标表示每条染色体DNA含量，故该曲线既可以表示有丝分裂过程，也可以表示减数分裂过程。cd时期的染色体含有染色单体，既可对应有丝分裂过程的前、中期，此时细胞中有两个染色体组，也可对应减数第一次分裂(23对同源染色体)和减数第二次分裂(无同源染色体)的前、中期。基因的分离与自由组合发生在减数第一次分裂时期。ef时期的染色体不含染色单体，对应有丝分裂的后、末期，纺锤体的出现在前期。
【答案】D
11．图1是某种生物细胞有丝分裂示意图，图2是细胞在分裂过程中染色体数与DNA分子数柱形图。请据图回答下列有关问题：
(1)图1中细胞核内DNA含量加倍发生在________________图中，染色体加倍发生在____________图中，最易辨认染色体形态和数目的图是__________________。
(2)图2中2对应图1中的_________________，4对应图1中的_____________________。
(3)D图所示分裂期的特点是_______________________，其染色体数、染色单体数、DNA分子数依次是_______________________。
(4)据研究：分裂期细胞质中含有一种促进染色质凝集为染色体的物质，现将动物DNA复制前期的细胞与A图所示细胞融合，预测可能出现的结果：__________________。
【解析】(1)根据细胞分裂图的特点可以判断：A、B、C、D、E依次是中期、前期、末期、后期、间期，DNA加倍发生在间期，染色体加倍发生在后期，在中期染色体形态固定，数目清晰，便于观察。
(2)图2中的柱形2表示DNA是染色体数的两倍，说明存在着染色单体，与之对应的应为A、B,4中DNA分子数与染色体数均为4N，说明着丝点已分裂，染色单体变为染色体，与之对应的应为C、D。
(3)D图的特点是着丝点分裂，染色单体变为染色体，染色体数目加倍，染色体在星射线的牵引下向细胞两极移动，其染色体数、染色单体数、DNA分子数依次是8、0、8。
(4)可能出现的结果是：来自DNA复制前期的细胞的染色质开始凝集。
【答案】(1)E D A
(2)A、BC、D
(3)着丝点分裂，染色体数目加倍，并在星射线的牵引下向细胞两极移动8、0、8
(4)来自DNA复制前期的细胞的染色质开始凝集为染色体
12．请根据有丝分裂中核内DNA变化曲线和分裂图像回答下列问题：
（1）a～b表示_____________期，与它对应的分裂图像是________________。
（2）b～c表示_______________期，依次对应的分裂图像是_________________。
（3）c～d表示_____________期，它对应的分裂图像是______________，该时期参与活动的细胞器为_________________。
（4）d以后表示______________________期。
（5）从一个细胞周期中DNA含量的变化规律分析，有丝分裂的重要特征是_____________________。
【答案】（1）分裂间，③
（2）前、中、后，②④⑤
（3）末，④高尔基体
（4）下一个细胞周期的间
（5）DNA分子经过复制后，平均分配到两个子细胞中
13.放射性同位素自显影技术被用于研究细胞有丝分裂过程中DNA和RNA的变化。下图表示洋葱根尖细胞处于有丝分裂各阶段细胞中DNA和mRNA的含量变化。试据图回答有关问题。
(1)在放射性同位素标记研究中，为区别DNA和RNA，选择标记的合成原料依次是_____________________，研究中应选择的测量材料是洋葱根尖的_______________部位，你的依据是_________________________________。
(2)在细胞分裂的a时期细胞中的mRNA主要用于指导合成____________________。试解释处于分裂期的细胞中mRNA含量较低的最可能原因：_________________________________________________________________________________________。
(3)图示c时期细胞核DNA、染色体与染色单体数目之比为_______________，这种比例将维持到细胞分裂的______________才可能开始变化。
(4)依据图示，细胞中核糖体活动旺盛的时期可能是_________________。
(5)图中细胞核DNA减半的原因是_______________________________________________________________________________。
(6)使用显微镜观察有丝分裂装片时，欲把乙图中的1细胞移到视野中央，具体操作是_____________________________________________________________________。
【解析】(1)DNA和RNA的区别之一为碱基的组成不完全相同，DNA和RNA特有的核苷酸分别为胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸，因此需要用放射性同位素一次标记两种物质(答胸腺嘧啶、尿嘧啶或T、U不得分)。(2)a为DNA复制前期，此时期的特点是为DNA复制做好物质准备，此时期转录形成的mRNA，主要用于合成与DNA复制有关的蛋白质。在分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中，不能解旋、转录形成mRNA，因此分裂期的细胞中mRNA含量较低。(3)图示c时期为DNA复制后期，染色体复制完成，每条染色体有两条染色单体，因此细胞核DNA、染色体与染色单体数目比例为2∶1∶2，到分裂后期随着姐妹染色单体的分开，这种比例发生变化，三者比例为1∶1∶0。(4)核糖体是合成蛋白质的场所，所以细胞分裂过程中核糖体功能活跃的时期是a、c。(5)有丝分裂的末期，随着染色体平均地分配到两个子细胞中，使细胞核中DNA减少一半。(6)在显微镜下，物像的移动方向和装片实际的移动方向正好相反。
【答案】(1)胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸 分生区 根尖中仅分生区细胞可能分裂
(2)与DNA复制有关的蛋白质 分裂期细胞核DNA存在于高度螺旋化的染色体中，不能解旋、转录形成mRNA
(3)2∶1∶2 后期
(4)a、c
(5)染色体平均分配到两个子细胞核中
(6)向上移动装片
