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高中生物苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第一节 细胞增殖课堂教学ppt课件
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这是一份高中生物苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第一节 细胞增殖课堂教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了概念认知·自主学习，～30，物质运输，信息传递，细胞核，生殖和遗传，有丝分裂，连续分裂，大部分时间，DNA的复制等内容，欢迎下载使用。
一、生物体的生长主要是细胞增殖的结果1.多细胞生物体积增大的原因:(1)细胞_____增多。(2)细胞_____增大。2.细胞体积不能无限长大的原因:(1)直径限制。①大小:大多数动物和植物细胞直径为_______μm。②意义:保证细胞与周围环境进行正常的物质和信息交换,保证细胞内_________和_________的正常进行。
(2)相对表面积(表面积与体积的比值)限制。①分别计算它们的体积、表面积及表面积和体积的比值,填入下表:
②推理琼脂块的相对表面积与琼脂块体积的关系:细胞越大,相对表面积_____,物质和信息的交换效率越低,影响_______对细胞的控制。
【问·答】细胞体积是不是越小越好?为什么?提示:不是。细胞体积的最小限度是由完成细胞功能所必需的基本结构(各种细胞器)和物质(酶)等所需的空间决定的。
二、细胞增殖和有丝分裂1.真核细胞的增殖:(1)增殖意义:生物体生长、发育、___________的基础。(2)分裂方式:_________、减数分裂和无丝分裂。
【问·答】——教材二次开发教材【旁栏】发现细胞周期性用了什么方法?标记什么物质?用什么元素标记?提示:放射性同位素标记法,可以用3H、14C、32P对DNA进行标记。
2.细胞周期:(1)概念理解。①条件:_________的细胞。②起点:一次分裂_____开始。③终点:下一次分裂_____为止。
(2)两个阶段。①分裂间期。a.时间长度:占细胞周期的___________。b.主要活动:完成物质准备,主要包括__________和有关蛋白质的合成。②分裂期:主要活动是_______________,完成细胞的分裂。
3.动物细胞有丝分裂:(1)有丝分裂的过程。连一连:将下列动物细胞有丝分裂的时期、图像和特征连线。
(2)植物细胞与动物细胞有丝分裂比较:
(3)有丝分裂的特点和意义。①特点:染色体复制一次,细胞分裂_____,染色体_____分配到两个子细胞中。②意义:保证了子代细胞与亲代细胞中遗传信息的_______。
三、减数分裂和无丝分裂1.减数分裂:(1)结果:产生_________的分裂方式。(2)特点:染色体复制一次,细胞连续分裂_____,产生的生殖细胞染色体数量_____。(3)人个体发育历程:
【问·答】父方和母方的染色体有多少条?精子和卵子的染色体有多少条?提示:46条;23条。
2.无丝分裂:(1)过程:_______先延长,核从中部缢裂成两个_________,随后整个细胞从中部缢裂成两个子代细胞。(2)特点:没有_______和_______的出现。
知识点一 细胞周期及其表示方法
特别提醒:①细胞周期不是固定值:不同种类的细胞或者同种细胞的不同生理时期,细胞周期的长短不同。②分裂间期和分裂期前后顺序不能颠倒:细胞周期是间期在前,分裂期在后;间期经历的时间长,分裂期经历的时间短。③分裂间期和分裂期不能间断:分裂间期和分裂期是为了方便研究而人为划分的,事实上它们是一个连续的过程。
【知识拓展】细胞分裂间期的划分细胞周期分为细胞分裂间期和分裂期,分裂间期分为三个时期:(1)G1期:又称DNA合成前期,主要进行RNA和有关蛋白质的合成,为S期DNA的复制做准备。(2)S期:又称DNA合成期,主要进行DNA的复制。(3)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。
【素养案例】细胞周期包括分裂间期和分裂期,下列关于细胞周期的叙述,正确的是( )A.细胞分裂间期为细胞分裂期提供物质基础B.机体内所有的体细胞都处于细胞周期中C.抑制蛋白质的合成,细胞将停留在分裂期D.成熟的生殖细胞产生后立即进入下一个细胞周期
【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选A。细胞分裂间期主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,为分裂期做物质准备,A正确;高度分化的细胞一般不能进行分裂,因此无细胞周期,只有连续分裂的细胞才有细胞周期,B错误;蛋白质的合成是细胞重要的物质准备,如果蛋白质不能合成,细胞将不能进入分裂期,会停留在分裂间期,C错误;成熟的生殖细胞一般情况下不能直接进行分裂,无细胞周期,D错误。
【审答误区】本题常见错因有两种:(1)概念理解不清:对细胞周期出现的条件“连续分裂的细胞”把握不准,而误认为所有细胞都有细胞周期。(2)相似知识混淆:对分裂间期和分裂期的时间长短掌握不到位,或对细胞周期的起点理解不准确。
【母题追问】(1)加快DNA复制,细胞周期的时间将会怎样变化?提示:缩短。(2)进行减数分裂的细胞有没有细胞周期?为什么?提示:没有,因为不能连续分裂。
【方法规律】一个完整细胞周期的判断方法(1)“先长后短”:一个细胞周期要先经历一个长的间期,再经过一个短的分裂期。(2)“终点到终点”:从完成时开始,到完成时结束,为一个细胞周期。(3)“先复制后分裂”:一个细胞周期一定要先完成DNA的复制,才能完成细胞的分裂。
【典题加练】如图a～d表示连续分裂细胞的两个细胞周期。下列有关叙述不正确的是( )A.植物细胞在b段形成赤道面,向四周扩展,将细胞一分为二B.c段结束核DNA含量增加一倍C.c和d为一个细胞周期D.核遗传物质的平均分配一般发生在b、d段
【解析】选A。植物细胞的有丝分裂末期会在赤道面的位置形成细胞板,赤道面不是客观存在的结构,A错误;c段结束表示间期结束,间期经过DNA的复制,DNA数目加倍,B正确;a和b或c和d为一个细胞周期,C正确;遗传物质平均分配一般发生在b或d段,即分裂期的末期,D正确。
知识点二 动植物细胞有丝分裂的过程及区别1.染色体的周期性变化:(1)图示:
(2)分析。①染色体有两种形态,如图中的A和B,B是复制后的一条染色体,它由一个着丝粒连接着两条姐妹染色单体。②当染色体的着丝粒分裂后,原来的一条染色体就成为两条染色体。因为这两条染色体是由同一条染色体复制而来的,所以一般情况下,二者是完全相同的。(3)染色体行为变化规律:
特别提醒:①染色体和染色质是细胞中同一物质在不同时期的两种不同状态。②一条姐妹染色单体只含有一个DNA分子,一条染色体可能含有两个DNA分子。
2.动、植物细胞有丝分裂的比较:(1)动物细胞有丝分裂的特征:
(2)动、植物细胞有丝分裂的区别:
特别提醒: 正确理解有丝分裂过程①植物细胞有丝分裂过程中图像外围的方框表示细胞壁。②染色体平均分配会使DNA平均分配,是指细胞核中的DNA平均分配,而细胞质中的DNA在分裂时是随机分配的,如线粒体DNA。③低等植物细胞也存在中心体,会出现星射线,因此鉴别一个正在进行有丝分裂的细胞是植物细胞还是动物细胞,最可靠的方法是根据有丝分裂过程中是形成细胞板把细胞分为两个子细胞,还是细胞质膜内陷使细胞分为两个子细胞。
3.与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用:
特别提醒: 赤道面≠细胞板①赤道面不是细胞结构,而是一个假想平面,位于细胞中央,在光学显微镜下看不到。②细胞板是一个真实结构,光学显微镜下能看到,出现在植物细胞有丝分裂的末期。
【素养案例】如图是某生物体细胞一个细胞周期(以进行有丝分裂为例)的图像,下列对图像的叙述,正确的是( )
A.该生物可能是低等植物B.甲、乙、丙三细胞内染色体∶染色单体∶DNA分子数都为1∶2∶2C.甲细胞进行中心体复制,发出星射线,形成了纺锤体D.甲、乙、丙三细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期
【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。该生物细胞含有中心体,且无细胞壁,该生物属于动物,A项错误;甲、丙细胞内染色体、染色单体与DNA分子数比例都为1∶2∶2,乙细胞中无染色单体,染色体∶DNA=1∶1,B项错误;甲细胞处于有丝分裂前期,而中心体的复制发生在间期,C项错误。由图可知,甲细胞中染色体散乱分布,处于有丝分裂前期;乙细胞中着丝粒分裂,处于有丝分裂后期;丙细胞中每条染色体的着丝粒整齐地排列在一个平面,处于有丝分裂中期。甲、乙、丙三细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期,故D项正确。
【审答误区】本题常见错因有两种:(1)顾此失彼:判断动植物细胞的标准不能只看有没有中心体,因为低等植物细胞中也含有中心体。(2)混淆区别:动物细胞在前期形成纺锤体的方式是由两极的中心体发出星射线形成的,而植物细胞是由细胞两极发出纺锤丝形成的。
【母题追问】(1)图中含有染色单体的有哪些细胞?提示:甲、丙。(2)甲细胞中中心体在什么时期复制?什么时期向细胞两极移动?提示:中心体在间期复制,在前期向细胞两极移动。
【典题加练】(2021·北京高一检测)下图为动物细胞的有丝分裂示意图,下列叙述不正确的是( )A.该细胞处于有丝分裂中期B.该细胞中含有8条染色体C.①和②是姐妹染色单体D.③将在后期分裂为2个
【解析】选B。分析可知,图示细胞处于有丝分裂中期,A正确;图示细胞有4条染色体,8条染色单体,B错误;图中①和②是姐妹染色单体,C正确;③表示染色体上的着丝粒,在有丝分裂后期一分为二,D正确。
【补偿训练】如图为植物细胞细胞周期(进行有丝分裂)的各时期图像,下列叙述错误的是( )A.有丝分裂的分裂期,细胞出现的先后顺序是①⑤②③B.图中M为赤道面、N为核仁、P为星射线C.有丝分裂过程中,核DNA的复制与染色体复制是同步进行的D.细胞④内有蛋白质的合成,且合成场所为一种无膜结构的细胞器
【解析】选B。图中①～⑤分别指前期、后期、末期、间期、中期,其中分裂期细胞出现的先后顺序是:①前期、⑤中期、②后期、③末期,A项正确;因图中没有中心体,所以纺锤体是由细胞两极发出的纺锤丝形成的,图中M为细胞板、N为核仁,P为纺锤丝,B项错误;染色体主要由DNA和蛋白质组成,所以核DNA的复制与染色体复制同步进行,C项正确;细胞④对应的时期为分裂间期,该时期的最大特点是进行DNA分子的复制以及相关蛋白质的合成,蛋白质的合成场所是核糖体,核糖体没有膜结构,D项正确。
知识点三 细胞周期中染色体、DNA的变化规律(以有丝分裂为例)1.染色体、染色单体、DNA的变化规律:
(1)染色体数=着丝粒数,即根据着丝粒数判断染色体数。(2)当染色单体存在时,染色体∶染色单体∶DNA=1∶2∶2。(3)当无染色单体存在时,染色体∶DNA=1∶1。
2.细胞中DNA含量、染色体数目的变化曲线:(1)a→b的变化原因是DNA分子复制。(2)f→g的变化原因是着丝粒分裂,姐妹染色单体分开。(3)c→d,h→i的变化原因都是一个亲代细胞分裂成两个子细胞。
特别提醒:①DNA复制(染色体复制)并不会引起染色体数目的变化,而会引起DNA分子数加倍。②细胞核和细胞中染色体、DNA含量变化不完全相同:a.如果以细胞核为研究对象:在末期开始时形成两个子细胞,故DNA和染色体含量在末期开始时就减半。b.如果以细胞为研究对象:在末期开始时还没有形成两个子细胞,当末期结束后细胞才形成两个子细胞,故DNA和染色体含量在末期结束时才减半。c.图中“斜线”和“直线”的区别:“斜线”为DNA复制过程,因为DNA复制是一个渐变的过程;“直线”为后期着丝粒的分裂,是一个骤变过程。
3.每条染色体上DNA含量及染色体数与核DNA数比值的变化曲线:(1)图中ef(BC)段变化的原因是S期DNA的复制,染色单体形成。(2)fg(CD)段表示含有姐妹染色单体的时期;gh(DE)段变化的原因是有丝分裂后期着丝粒分裂。
【素养案例】如图表示某生物细胞周期(以有丝分裂为例)中细胞内核DNA含量变化的曲线,下列有关叙述正确的是( )A.O～A段表示染色体复制,其数量加倍B.细菌与B～C段细胞相比,主要区别是没有核膜和核仁C.C～D段细胞核中染色体数∶染色单体数∶DNA分子数为1∶2∶2D.B～D段的团藻细胞中含有两组中心粒
【解析】选D。图中O～A段表示DNA复制,DNA含量加倍,但染色体数量不变;B～C段为有丝分裂中期,核膜和核仁消失;C～D段为后期,染色体数∶染色单体数∶DNA分子数为1∶0∶1;团藻细胞属于低等植物细胞,在分裂间期中心体复制,B～D段团藻细胞中含有两组中心粒。
【审答误区】本题常见错因有两种:(1)不会析线:不能正确分析每段曲线代表的时期,如O～A代表间期,D～E代表末期。(2)遗忘特征:不能记忆中心粒复制的时期在间期,着丝粒分裂的时期在后期。
【母题追问】(1)图中E点曲线下降的原因是什么?提示:细胞分裂,DNA被平分到两个子细胞中。(2)图中哪两点之间存在染色体并且含有姐妹染色单体?提示:A～C。
【典题加练】如图甲、乙是某哺乳动物(含2n条染色体)的体细胞一个细胞周期(以有丝分裂为例)的曲线图,纵坐标表示一个细胞核中染色体或DNA的含量。下列说法错误的是( )
A.甲图可能表示DNA含量变化,乙图可能表示染色体数目变化B.EF、CD段均与新核形成有关C.MN段与着丝粒断裂有关D.BC段只包含前期和中期,NE段包括后期
【解析】选D。根据甲图中曲线斜线上升,乙图中曲线直线上升,可判断甲图代表核DNA含量变化,乙图代表染色体数目变化,A正确;EF、CD段一个细胞核中染色体或DNA的含量下降,应是有丝分裂末期新的核膜形成,出现了新的细胞核,B正确;有丝分裂后期着丝粒分裂,染色体数目加倍,MN段与着丝粒分裂有关,C正确;BC段包含前期、中期和后期,D错误。
【补偿训练】如图为细胞周期(进行有丝分裂)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核中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核中DNA的含量,则a→c过程染色体数目不变
【解析】选D。若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量,则cd段表示有丝分裂后期,着丝点分裂,每条染色体上DNA含量由2个变为1个,但细胞中DNA含量不变,选项A正确;若纵坐标表示一个细胞核中DNA的含量,则e点和a点时每条染色体中DNA的含量相同,选项B正确;若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量,则ac段表示分裂间期、前期、中期,染色体数目不变,选项C正确;若纵坐标表示一个细胞核中DNA的含量,则ac段表示分裂间期、前期、中期和后期,在后期着丝点分裂,染色体数目加倍,选项D错误。
1.真核细胞的增殖具有周期性(以有丝分裂为例),下列叙述,不正确的是__________。 ①不同生物的细胞大小和数目不同,但细胞周期长短相同②同一生物各种组织的细胞周期长短相同,但分裂期和分裂间期的长短不同③若在分裂前期加入DNA合成抑制剂,则有丝分裂后期染色体数目和体细胞相同④机体内所有的体细胞都处于细胞周期中⑤成熟的生殖细胞产生后立即进入下一个细胞周期
【解析】选①②③④⑤。不同生物的细胞大小和数目一般是不同的,它们的细胞周期长短一般也不相同,①错误;同一生物体内的各种组织的细胞周期长短往往不同,分裂期和分裂间期的长短也不相同,②错误;在有丝分裂前期加入DNA合成抑制剂后,不影响DNA分子的复制,③错误;只有连续进行有丝分裂的细胞才具有细胞周期,有些已经分化的细胞不再进行有丝分裂因而无细胞周期,④错误;成熟的生殖细胞不再分裂,无细胞周期,⑤错误。
2.(教材“思辨题”改编)下列图中能真实反映染色体复制过程中染色体数目变化的是( )【解析】选C。染色体复制后,DNA数目加倍,但染色体数目不变。
3.(2019·江苏学考)在细胞周期中,分裂间期为分裂期作物质准备。下列过程发生在分裂间期的是( )A.DNA复制B.着丝粒分裂C.核膜解体D.形成纺锤体【解析】选A。间期进行DNA复制和蛋白质合成;着丝粒分裂在后期;核膜解体和形成纺锤体在前期。
4.(2021·天津高一检测)下列关于细胞周期的叙述,正确的是( )A.不同细胞的细胞周期持续时间是相同的B.抑制DNA的合成,细胞将停留在分裂期C.有丝分裂的过程包括前期、中期、后期与末期D.在细胞周期中,分裂间期持续的时间比分裂期短
【解析】选C。不同生物细胞的细胞周期持续时间不同,A错误;DNA的复制在分裂间期,所以抑制DNA的合成,细胞将停留在分裂间期,B错误;有丝分裂的分裂期人为分为前期、中期、后期与末期,C正确;在细胞周期中,间期时间比分裂期长得多,D错误。
5.(2021·浙江1月选考)下列关于植物细胞有丝分裂的叙述,正确的是( )A.前期,核DNA已完成复制且染色体数目加倍B.后期,染色体的着丝粒分布在一个平面上C.末期,含有细胞壁物质的囊泡聚集成细胞板D.亲代细胞的遗传物质平均分配到两个子细胞
【解析】选C。细胞周期的间期,核DNA完成复制,有丝分裂的分裂后期,由于着丝粒分裂姐妹染色单体分开而使染色体数目加倍,A错误;有丝分裂的分裂中期,染色体的着丝粒分布在一个平面上,B错误;植物细胞有丝分裂的分裂末期,来自高尔基体、内质网的囊泡内含有的多糖类物质聚集成细胞板,细胞板逐渐扩展,形成新的细胞壁,C正确;亲代细胞的染色体(核基因)平均分配到两个子细胞,细胞质中的遗传物质(质基因)随机分配到两个子细胞中,D错误。
6.(2021·青岛高一检测)下列有关细胞体积的叙述,不正确的是( )A.与原核细胞相比,真核细胞体积一般较大B.细胞体积越小,其表面积与体积比值越大C.细胞体积过大不利于细胞内外物质交换D.生物体体积越大,其细胞体积也越大
【解析】选D。与原核细胞相比,真核细胞体积一般较大,A正确;细胞体积越小,其表面积与体积比值越大,随着细胞长大,表面积与体积的比值逐渐减小,物质交换的效率变低,故细胞需要分裂,B、C正确;生物体体积与其细胞体积无关,D错误。
7.无丝分裂与有丝分裂相比较,最主要的区别是无丝分裂( )A.无DNA复制B.无纺锤丝出现和染色体的变化C.有染色体周期性变化D.有核膜周期性消失和重建
【解析】选B。无丝分裂与有丝分裂都有DNA的复制,A错误;无丝分裂过程中不出现纺锤丝、没有染色体的变化,而有丝分裂出现这些变化,B正确;有丝分裂染色体数目有规律变化,而无丝分裂过程中染色体数目没有规律性变化,C错误;无丝分裂过程没有核膜和核仁周期性消失和重建,D错误。
8.(2021·北京高一检测)在细胞有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA三者数量比是1∶2∶2时细胞所处的时期是( )A.前期和中期B.中期和后期C.后期和末期D.前期和末期
【解析】选A。由染色体、染色单体和DNA三者数量比是1∶2∶2可知,该染色体状态所处的时期经过了间期DNA复制之后,而且尚未到着丝粒分裂的时期,即后期,故该细胞状态所处时期是间期之后、后期之前的时段,即前期和中期,A正确。
9.如图表示某一生物细胞周期(以有丝分裂为例)相关图示,据图回答:
(1)图甲表示细胞分裂过程中__________数目变化规律曲线,图中ab段主要完成____________________;观察染色体形态数目的最佳时期是__________(以图甲中字母表示)段。 (2)图乙表示__________期,对应于图甲中的________段,图乙的上一个时期细胞中的染色体数是______条。 (3)染色体被胰蛋白酶处理后,剩余的细丝状结构是__________。
【解析】(1)图甲表示细胞分裂过程中染色体数目变化规律曲线,图中ab段表示分裂间期,主要完成DNA的复制和有关蛋白质的合成(染色体复制);有丝分裂中期,染色体形态稳定、数目清晰,是观察染色体形态数目的最佳时期,对应于图甲中的cd段。(2)分析可知,图乙细胞处于有丝分裂后期,对应于图甲中的ef段;图乙细胞中含有8条染色体,图乙的上一个时期细胞中的染色体数是4条。(3)染色体的主要组成成分是蛋白质和DNA,用胰蛋白酶处理染色体后,剩余的细丝状结构是DNA。答案:(1)染色体 DNA的复制和有关蛋白质的合成(染色体复制) cd (2)后 ef 4 (3)DNA
素材感受分裂信号的模型 传统限制点模型:细胞只在细胞周期G1期的限制点(R点)之前感受到来自细胞外环境中分裂信号,一旦细胞感受到分裂信号并通过R点,该细胞就能够进入S期并完成其后的细胞周期过程。注:G1、S、G2和M分别表示复制前期、DNA复制期、复制后期和分裂期
“G2期窗口”模型:对于连续分裂的细胞,细胞并不是在自己所在细胞周期的R点前感受分裂信号,而是取决于它的亲代细胞G2期是否感受到分裂信号,这决定了该细胞能否完成细胞分裂。 2020年4月,我国科学家闵明玮的研究团队在亲代细胞间期的不同时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,这都会导致子代增殖细胞的比例减少。
探究(1)动物体细胞分裂的主要方式是________________。 (2)采用闵明玮团队的研究方法,若支持“G2期窗口”模型,预期实验的结果。(3)如图a、b分别为传统“限制点”模型和“G2期窗口”模型示意图,请在图c中将闵明玮团队的研究成果表示出来。注:▃线表示感受胞外分裂信号的时期
【解析】(1)动物体细胞分裂的主要方式为有丝分裂。(2)“G2期窗口”模型认为:对于连续分裂的细胞,细胞并不是在自己所在细胞周期的R点前感受分裂信号,而是取决于它的亲代细胞G2期是否感受到分裂信号,这决定了该细胞能否完成细胞分裂。因此采用闵明玮团队的研究方法,若出现的预期结果为只有在G2期时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,导致子代增殖细胞的比例减少,而抑制细胞间期的其他时间段,子代增殖细胞的比例不变。
(3)根据题意可知,图a、b分别为传统“限制点”模型和“G2期窗口”模型示意图,而闵明玮的研究团队的研究人员在亲代细胞间期的不同时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,每次抑制一个小时。实验结果发现,在所有不同处理时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,都会导致子代增殖细胞的比例减少,图示见答案。
答案:(1)有丝分裂 (2)只在亲代细胞间期的G2期的时间段抑制,才会导致子代增殖细胞的比例减少,而抑制亲代细胞间期的其他时期,子代增殖细胞的比例不变 (3)
一、生物体的生长主要是细胞增殖的结果1.多细胞生物体积增大的原因:(1)细胞_____增多。(2)细胞_____增大。2.细胞体积不能无限长大的原因:(1)直径限制。①大小:大多数动物和植物细胞直径为_______μm。②意义:保证细胞与周围环境进行正常的物质和信息交换,保证细胞内_________和_________的正常进行。
(2)相对表面积(表面积与体积的比值)限制。①分别计算它们的体积、表面积及表面积和体积的比值,填入下表:
②推理琼脂块的相对表面积与琼脂块体积的关系:细胞越大,相对表面积_____,物质和信息的交换效率越低,影响_______对细胞的控制。
【问·答】细胞体积是不是越小越好?为什么?提示:不是。细胞体积的最小限度是由完成细胞功能所必需的基本结构(各种细胞器)和物质(酶)等所需的空间决定的。
二、细胞增殖和有丝分裂1.真核细胞的增殖:(1)增殖意义:生物体生长、发育、___________的基础。(2)分裂方式:_________、减数分裂和无丝分裂。
【问·答】——教材二次开发教材【旁栏】发现细胞周期性用了什么方法?标记什么物质?用什么元素标记?提示:放射性同位素标记法,可以用3H、14C、32P对DNA进行标记。
2.细胞周期:(1)概念理解。①条件:_________的细胞。②起点:一次分裂_____开始。③终点:下一次分裂_____为止。
(2)两个阶段。①分裂间期。a.时间长度:占细胞周期的___________。b.主要活动:完成物质准备,主要包括__________和有关蛋白质的合成。②分裂期:主要活动是_______________,完成细胞的分裂。
3.动物细胞有丝分裂:(1)有丝分裂的过程。连一连:将下列动物细胞有丝分裂的时期、图像和特征连线。
(2)植物细胞与动物细胞有丝分裂比较:
(3)有丝分裂的特点和意义。①特点:染色体复制一次,细胞分裂_____,染色体_____分配到两个子细胞中。②意义:保证了子代细胞与亲代细胞中遗传信息的_______。
三、减数分裂和无丝分裂1.减数分裂:(1)结果:产生_________的分裂方式。(2)特点:染色体复制一次,细胞连续分裂_____,产生的生殖细胞染色体数量_____。(3)人个体发育历程:
【问·答】父方和母方的染色体有多少条?精子和卵子的染色体有多少条?提示:46条;23条。
2.无丝分裂:(1)过程:_______先延长,核从中部缢裂成两个_________,随后整个细胞从中部缢裂成两个子代细胞。(2)特点:没有_______和_______的出现。
知识点一 细胞周期及其表示方法
特别提醒:①细胞周期不是固定值:不同种类的细胞或者同种细胞的不同生理时期,细胞周期的长短不同。②分裂间期和分裂期前后顺序不能颠倒:细胞周期是间期在前,分裂期在后;间期经历的时间长,分裂期经历的时间短。③分裂间期和分裂期不能间断:分裂间期和分裂期是为了方便研究而人为划分的,事实上它们是一个连续的过程。
【知识拓展】细胞分裂间期的划分细胞周期分为细胞分裂间期和分裂期,分裂间期分为三个时期:(1)G1期:又称DNA合成前期,主要进行RNA和有关蛋白质的合成,为S期DNA的复制做准备。(2)S期:又称DNA合成期,主要进行DNA的复制。(3)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。
【素养案例】细胞周期包括分裂间期和分裂期,下列关于细胞周期的叙述,正确的是( )A.细胞分裂间期为细胞分裂期提供物质基础B.机体内所有的体细胞都处于细胞周期中C.抑制蛋白质的合成,细胞将停留在分裂期D.成熟的生殖细胞产生后立即进入下一个细胞周期
【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选A。细胞分裂间期主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,为分裂期做物质准备,A正确;高度分化的细胞一般不能进行分裂,因此无细胞周期,只有连续分裂的细胞才有细胞周期,B错误;蛋白质的合成是细胞重要的物质准备,如果蛋白质不能合成,细胞将不能进入分裂期,会停留在分裂间期,C错误;成熟的生殖细胞一般情况下不能直接进行分裂,无细胞周期,D错误。
【审答误区】本题常见错因有两种:(1)概念理解不清:对细胞周期出现的条件“连续分裂的细胞”把握不准,而误认为所有细胞都有细胞周期。(2)相似知识混淆:对分裂间期和分裂期的时间长短掌握不到位,或对细胞周期的起点理解不准确。
【母题追问】(1)加快DNA复制,细胞周期的时间将会怎样变化?提示:缩短。(2)进行减数分裂的细胞有没有细胞周期?为什么?提示:没有,因为不能连续分裂。
【方法规律】一个完整细胞周期的判断方法(1)“先长后短”:一个细胞周期要先经历一个长的间期,再经过一个短的分裂期。(2)“终点到终点”:从完成时开始,到完成时结束,为一个细胞周期。(3)“先复制后分裂”:一个细胞周期一定要先完成DNA的复制,才能完成细胞的分裂。
【典题加练】如图a～d表示连续分裂细胞的两个细胞周期。下列有关叙述不正确的是( )A.植物细胞在b段形成赤道面,向四周扩展,将细胞一分为二B.c段结束核DNA含量增加一倍C.c和d为一个细胞周期D.核遗传物质的平均分配一般发生在b、d段
【解析】选A。植物细胞的有丝分裂末期会在赤道面的位置形成细胞板,赤道面不是客观存在的结构,A错误;c段结束表示间期结束,间期经过DNA的复制,DNA数目加倍,B正确;a和b或c和d为一个细胞周期,C正确;遗传物质平均分配一般发生在b或d段,即分裂期的末期,D正确。
知识点二 动植物细胞有丝分裂的过程及区别1.染色体的周期性变化:(1)图示:
(2)分析。①染色体有两种形态,如图中的A和B,B是复制后的一条染色体,它由一个着丝粒连接着两条姐妹染色单体。②当染色体的着丝粒分裂后,原来的一条染色体就成为两条染色体。因为这两条染色体是由同一条染色体复制而来的,所以一般情况下,二者是完全相同的。(3)染色体行为变化规律:
特别提醒:①染色体和染色质是细胞中同一物质在不同时期的两种不同状态。②一条姐妹染色单体只含有一个DNA分子,一条染色体可能含有两个DNA分子。
2.动、植物细胞有丝分裂的比较:(1)动物细胞有丝分裂的特征:
(2)动、植物细胞有丝分裂的区别:
特别提醒: 正确理解有丝分裂过程①植物细胞有丝分裂过程中图像外围的方框表示细胞壁。②染色体平均分配会使DNA平均分配,是指细胞核中的DNA平均分配,而细胞质中的DNA在分裂时是随机分配的,如线粒体DNA。③低等植物细胞也存在中心体,会出现星射线,因此鉴别一个正在进行有丝分裂的细胞是植物细胞还是动物细胞,最可靠的方法是根据有丝分裂过程中是形成细胞板把细胞分为两个子细胞,还是细胞质膜内陷使细胞分为两个子细胞。
3.与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用:
特别提醒: 赤道面≠细胞板①赤道面不是细胞结构,而是一个假想平面,位于细胞中央,在光学显微镜下看不到。②细胞板是一个真实结构,光学显微镜下能看到,出现在植物细胞有丝分裂的末期。
【素养案例】如图是某生物体细胞一个细胞周期(以进行有丝分裂为例)的图像,下列对图像的叙述,正确的是( )
A.该生物可能是低等植物B.甲、乙、丙三细胞内染色体∶染色单体∶DNA分子数都为1∶2∶2C.甲细胞进行中心体复制,发出星射线,形成了纺锤体D.甲、乙、丙三细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期
【思维流程】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。该生物细胞含有中心体,且无细胞壁,该生物属于动物,A项错误;甲、丙细胞内染色体、染色单体与DNA分子数比例都为1∶2∶2,乙细胞中无染色单体,染色体∶DNA=1∶1,B项错误;甲细胞处于有丝分裂前期,而中心体的复制发生在间期,C项错误。由图可知,甲细胞中染色体散乱分布,处于有丝分裂前期;乙细胞中着丝粒分裂,处于有丝分裂后期;丙细胞中每条染色体的着丝粒整齐地排列在一个平面,处于有丝分裂中期。甲、乙、丙三细胞分别处于有丝分裂的前期、后期和中期,故D项正确。
【审答误区】本题常见错因有两种:(1)顾此失彼:判断动植物细胞的标准不能只看有没有中心体,因为低等植物细胞中也含有中心体。(2)混淆区别:动物细胞在前期形成纺锤体的方式是由两极的中心体发出星射线形成的,而植物细胞是由细胞两极发出纺锤丝形成的。
【母题追问】(1)图中含有染色单体的有哪些细胞?提示:甲、丙。(2)甲细胞中中心体在什么时期复制?什么时期向细胞两极移动?提示:中心体在间期复制,在前期向细胞两极移动。
【典题加练】(2021·北京高一检测)下图为动物细胞的有丝分裂示意图,下列叙述不正确的是( )A.该细胞处于有丝分裂中期B.该细胞中含有8条染色体C.①和②是姐妹染色单体D.③将在后期分裂为2个
【解析】选B。分析可知,图示细胞处于有丝分裂中期,A正确;图示细胞有4条染色体,8条染色单体,B错误;图中①和②是姐妹染色单体,C正确;③表示染色体上的着丝粒,在有丝分裂后期一分为二,D正确。
【补偿训练】如图为植物细胞细胞周期(进行有丝分裂)的各时期图像,下列叙述错误的是( )A.有丝分裂的分裂期,细胞出现的先后顺序是①⑤②③B.图中M为赤道面、N为核仁、P为星射线C.有丝分裂过程中,核DNA的复制与染色体复制是同步进行的D.细胞④内有蛋白质的合成,且合成场所为一种无膜结构的细胞器
【解析】选B。图中①～⑤分别指前期、后期、末期、间期、中期,其中分裂期细胞出现的先后顺序是:①前期、⑤中期、②后期、③末期,A项正确;因图中没有中心体,所以纺锤体是由细胞两极发出的纺锤丝形成的,图中M为细胞板、N为核仁,P为纺锤丝,B项错误;染色体主要由DNA和蛋白质组成,所以核DNA的复制与染色体复制同步进行,C项正确;细胞④对应的时期为分裂间期,该时期的最大特点是进行DNA分子的复制以及相关蛋白质的合成,蛋白质的合成场所是核糖体,核糖体没有膜结构,D项正确。
知识点三 细胞周期中染色体、DNA的变化规律(以有丝分裂为例)1.染色体、染色单体、DNA的变化规律:
(1)染色体数=着丝粒数,即根据着丝粒数判断染色体数。(2)当染色单体存在时,染色体∶染色单体∶DNA=1∶2∶2。(3)当无染色单体存在时,染色体∶DNA=1∶1。
2.细胞中DNA含量、染色体数目的变化曲线:(1)a→b的变化原因是DNA分子复制。(2)f→g的变化原因是着丝粒分裂,姐妹染色单体分开。(3)c→d,h→i的变化原因都是一个亲代细胞分裂成两个子细胞。
特别提醒:①DNA复制(染色体复制)并不会引起染色体数目的变化,而会引起DNA分子数加倍。②细胞核和细胞中染色体、DNA含量变化不完全相同:a.如果以细胞核为研究对象:在末期开始时形成两个子细胞,故DNA和染色体含量在末期开始时就减半。b.如果以细胞为研究对象:在末期开始时还没有形成两个子细胞,当末期结束后细胞才形成两个子细胞,故DNA和染色体含量在末期结束时才减半。c.图中“斜线”和“直线”的区别:“斜线”为DNA复制过程,因为DNA复制是一个渐变的过程;“直线”为后期着丝粒的分裂,是一个骤变过程。
3.每条染色体上DNA含量及染色体数与核DNA数比值的变化曲线:(1)图中ef(BC)段变化的原因是S期DNA的复制,染色单体形成。(2)fg(CD)段表示含有姐妹染色单体的时期;gh(DE)段变化的原因是有丝分裂后期着丝粒分裂。
【素养案例】如图表示某生物细胞周期(以有丝分裂为例)中细胞内核DNA含量变化的曲线,下列有关叙述正确的是( )A.O～A段表示染色体复制,其数量加倍B.细菌与B～C段细胞相比,主要区别是没有核膜和核仁C.C～D段细胞核中染色体数∶染色单体数∶DNA分子数为1∶2∶2D.B～D段的团藻细胞中含有两组中心粒
【解析】选D。图中O～A段表示DNA复制,DNA含量加倍,但染色体数量不变;B～C段为有丝分裂中期,核膜和核仁消失;C～D段为后期,染色体数∶染色单体数∶DNA分子数为1∶0∶1;团藻细胞属于低等植物细胞,在分裂间期中心体复制,B～D段团藻细胞中含有两组中心粒。
【审答误区】本题常见错因有两种:(1)不会析线:不能正确分析每段曲线代表的时期,如O～A代表间期,D～E代表末期。(2)遗忘特征:不能记忆中心粒复制的时期在间期,着丝粒分裂的时期在后期。
【母题追问】(1)图中E点曲线下降的原因是什么?提示:细胞分裂,DNA被平分到两个子细胞中。(2)图中哪两点之间存在染色体并且含有姐妹染色单体?提示:A～C。
【典题加练】如图甲、乙是某哺乳动物(含2n条染色体)的体细胞一个细胞周期(以有丝分裂为例)的曲线图,纵坐标表示一个细胞核中染色体或DNA的含量。下列说法错误的是( )
A.甲图可能表示DNA含量变化,乙图可能表示染色体数目变化B.EF、CD段均与新核形成有关C.MN段与着丝粒断裂有关D.BC段只包含前期和中期,NE段包括后期
【解析】选D。根据甲图中曲线斜线上升,乙图中曲线直线上升,可判断甲图代表核DNA含量变化,乙图代表染色体数目变化,A正确;EF、CD段一个细胞核中染色体或DNA的含量下降,应是有丝分裂末期新的核膜形成,出现了新的细胞核,B正确;有丝分裂后期着丝粒分裂,染色体数目加倍,MN段与着丝粒分裂有关,C正确;BC段包含前期、中期和后期,D错误。
【补偿训练】如图为细胞周期(进行有丝分裂)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核中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核中DNA的含量,则a→c过程染色体数目不变
【解析】选D。若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量,则cd段表示有丝分裂后期,着丝点分裂,每条染色体上DNA含量由2个变为1个,但细胞中DNA含量不变,选项A正确;若纵坐标表示一个细胞核中DNA的含量,则e点和a点时每条染色体中DNA的含量相同,选项B正确;若纵坐标表示一条染色体中DNA的含量,则ac段表示分裂间期、前期、中期,染色体数目不变,选项C正确;若纵坐标表示一个细胞核中DNA的含量,则ac段表示分裂间期、前期、中期和后期,在后期着丝点分裂,染色体数目加倍,选项D错误。
1.真核细胞的增殖具有周期性(以有丝分裂为例),下列叙述,不正确的是__________。 ①不同生物的细胞大小和数目不同,但细胞周期长短相同②同一生物各种组织的细胞周期长短相同,但分裂期和分裂间期的长短不同③若在分裂前期加入DNA合成抑制剂,则有丝分裂后期染色体数目和体细胞相同④机体内所有的体细胞都处于细胞周期中⑤成熟的生殖细胞产生后立即进入下一个细胞周期
【解析】选①②③④⑤。不同生物的细胞大小和数目一般是不同的,它们的细胞周期长短一般也不相同,①错误;同一生物体内的各种组织的细胞周期长短往往不同,分裂期和分裂间期的长短也不相同,②错误;在有丝分裂前期加入DNA合成抑制剂后,不影响DNA分子的复制,③错误;只有连续进行有丝分裂的细胞才具有细胞周期,有些已经分化的细胞不再进行有丝分裂因而无细胞周期,④错误;成熟的生殖细胞不再分裂,无细胞周期,⑤错误。
2.(教材“思辨题”改编)下列图中能真实反映染色体复制过程中染色体数目变化的是( )【解析】选C。染色体复制后,DNA数目加倍,但染色体数目不变。
3.(2019·江苏学考)在细胞周期中,分裂间期为分裂期作物质准备。下列过程发生在分裂间期的是( )A.DNA复制B.着丝粒分裂C.核膜解体D.形成纺锤体【解析】选A。间期进行DNA复制和蛋白质合成;着丝粒分裂在后期;核膜解体和形成纺锤体在前期。
4.(2021·天津高一检测)下列关于细胞周期的叙述,正确的是( )A.不同细胞的细胞周期持续时间是相同的B.抑制DNA的合成,细胞将停留在分裂期C.有丝分裂的过程包括前期、中期、后期与末期D.在细胞周期中,分裂间期持续的时间比分裂期短
【解析】选C。不同生物细胞的细胞周期持续时间不同,A错误;DNA的复制在分裂间期,所以抑制DNA的合成,细胞将停留在分裂间期,B错误;有丝分裂的分裂期人为分为前期、中期、后期与末期,C正确;在细胞周期中,间期时间比分裂期长得多,D错误。
5.(2021·浙江1月选考)下列关于植物细胞有丝分裂的叙述,正确的是( )A.前期,核DNA已完成复制且染色体数目加倍B.后期,染色体的着丝粒分布在一个平面上C.末期,含有细胞壁物质的囊泡聚集成细胞板D.亲代细胞的遗传物质平均分配到两个子细胞
【解析】选C。细胞周期的间期,核DNA完成复制,有丝分裂的分裂后期,由于着丝粒分裂姐妹染色单体分开而使染色体数目加倍,A错误;有丝分裂的分裂中期,染色体的着丝粒分布在一个平面上,B错误;植物细胞有丝分裂的分裂末期,来自高尔基体、内质网的囊泡内含有的多糖类物质聚集成细胞板,细胞板逐渐扩展,形成新的细胞壁,C正确;亲代细胞的染色体(核基因)平均分配到两个子细胞,细胞质中的遗传物质(质基因)随机分配到两个子细胞中,D错误。
6.(2021·青岛高一检测)下列有关细胞体积的叙述,不正确的是( )A.与原核细胞相比,真核细胞体积一般较大B.细胞体积越小,其表面积与体积比值越大C.细胞体积过大不利于细胞内外物质交换D.生物体体积越大,其细胞体积也越大
【解析】选D。与原核细胞相比,真核细胞体积一般较大,A正确;细胞体积越小,其表面积与体积比值越大,随着细胞长大,表面积与体积的比值逐渐减小,物质交换的效率变低,故细胞需要分裂,B、C正确;生物体体积与其细胞体积无关,D错误。
7.无丝分裂与有丝分裂相比较,最主要的区别是无丝分裂( )A.无DNA复制B.无纺锤丝出现和染色体的变化C.有染色体周期性变化D.有核膜周期性消失和重建
【解析】选B。无丝分裂与有丝分裂都有DNA的复制,A错误;无丝分裂过程中不出现纺锤丝、没有染色体的变化,而有丝分裂出现这些变化,B正确;有丝分裂染色体数目有规律变化,而无丝分裂过程中染色体数目没有规律性变化,C错误;无丝分裂过程没有核膜和核仁周期性消失和重建,D错误。
8.(2021·北京高一检测)在细胞有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA三者数量比是1∶2∶2时细胞所处的时期是( )A.前期和中期B.中期和后期C.后期和末期D.前期和末期
【解析】选A。由染色体、染色单体和DNA三者数量比是1∶2∶2可知,该染色体状态所处的时期经过了间期DNA复制之后,而且尚未到着丝粒分裂的时期,即后期,故该细胞状态所处时期是间期之后、后期之前的时段,即前期和中期,A正确。
9.如图表示某一生物细胞周期(以有丝分裂为例)相关图示,据图回答:
(1)图甲表示细胞分裂过程中__________数目变化规律曲线,图中ab段主要完成____________________;观察染色体形态数目的最佳时期是__________(以图甲中字母表示)段。 (2)图乙表示__________期,对应于图甲中的________段,图乙的上一个时期细胞中的染色体数是______条。 (3)染色体被胰蛋白酶处理后,剩余的细丝状结构是__________。
【解析】(1)图甲表示细胞分裂过程中染色体数目变化规律曲线,图中ab段表示分裂间期,主要完成DNA的复制和有关蛋白质的合成(染色体复制);有丝分裂中期,染色体形态稳定、数目清晰,是观察染色体形态数目的最佳时期,对应于图甲中的cd段。(2)分析可知,图乙细胞处于有丝分裂后期,对应于图甲中的ef段;图乙细胞中含有8条染色体,图乙的上一个时期细胞中的染色体数是4条。(3)染色体的主要组成成分是蛋白质和DNA,用胰蛋白酶处理染色体后,剩余的细丝状结构是DNA。答案:(1)染色体 DNA的复制和有关蛋白质的合成(染色体复制) cd (2)后 ef 4 (3)DNA
素材感受分裂信号的模型 传统限制点模型:细胞只在细胞周期G1期的限制点(R点)之前感受到来自细胞外环境中分裂信号,一旦细胞感受到分裂信号并通过R点,该细胞就能够进入S期并完成其后的细胞周期过程。注:G1、S、G2和M分别表示复制前期、DNA复制期、复制后期和分裂期
“G2期窗口”模型:对于连续分裂的细胞,细胞并不是在自己所在细胞周期的R点前感受分裂信号,而是取决于它的亲代细胞G2期是否感受到分裂信号,这决定了该细胞能否完成细胞分裂。 2020年4月,我国科学家闵明玮的研究团队在亲代细胞间期的不同时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,这都会导致子代增殖细胞的比例减少。
探究(1)动物体细胞分裂的主要方式是________________。 (2)采用闵明玮团队的研究方法,若支持“G2期窗口”模型,预期实验的结果。(3)如图a、b分别为传统“限制点”模型和“G2期窗口”模型示意图,请在图c中将闵明玮团队的研究成果表示出来。注:▃线表示感受胞外分裂信号的时期
【解析】(1)动物体细胞分裂的主要方式为有丝分裂。(2)“G2期窗口”模型认为:对于连续分裂的细胞,细胞并不是在自己所在细胞周期的R点前感受分裂信号,而是取决于它的亲代细胞G2期是否感受到分裂信号,这决定了该细胞能否完成细胞分裂。因此采用闵明玮团队的研究方法,若出现的预期结果为只有在G2期时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,导致子代增殖细胞的比例减少,而抑制细胞间期的其他时间段,子代增殖细胞的比例不变。
(3)根据题意可知,图a、b分别为传统“限制点”模型和“G2期窗口”模型示意图,而闵明玮的研究团队的研究人员在亲代细胞间期的不同时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,每次抑制一个小时。实验结果发现,在所有不同处理时间段阻断了细胞感知外界分裂信号的能力,都会导致子代增殖细胞的比例减少,图示见答案。
答案:(1)有丝分裂 (2)只在亲代细胞间期的G2期的时间段抑制,才会导致子代增殖细胞的比例减少,而抑制亲代细胞间期的其他时期,子代增殖细胞的比例不变 (3)
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