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第6章 细胞的生命历程
第1节 细胞的增殖
第2课时动植物细胞有丝分裂的异同及观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
【素养导引】
1.生命观念:运用结构与功能的观念,说出动植物细胞有丝分裂的不同点。
2.科学思维:实验操作,观察细胞的有丝分裂。
3.科学探究:通过观察有丝分裂实验,掌握显微观察实验的基本操作方法,提高实践能力。
一、动植物细胞有丝分裂的区别和有丝分裂意义
1.动植物细胞有丝分裂的区别:
不同点 植物细胞 动物细胞
前期 纺锤体形成方式不同 由细胞两极发出纺锤丝构成纺锤体 由位于细胞两极的两组中心粒周围发出星射线构成纺锤体
末期 细胞质分裂方式不同 细胞板向四周扩展形成细胞壁,分成两个子细胞 由细胞膜向内凹陷,缢裂成两个子细胞
2.有丝分裂的意义:亲代细胞的染色体经过复制之后,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的稳定性。
[思考]　与动物细胞有丝分裂有关的细胞器有哪些
提示:中心体、核糖体、线粒体。
二、观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
1.实验原理:
(1)各个细胞的分裂是独立进行的,在同一个分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞。
(2)依据细胞内染色体的行为变化,判断这些细胞各处于有丝分裂的时期。
(3)染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。
2.实验步骤:
(1)洋葱根尖的培养:实验前3~4 d,将洋葱放在装满清水的广口瓶上,底部接触清水,置于温暖处培养,待根长至约5 cm。
(2)装片的制作:
取材:剪取根尖2~3mm
↓
↓
↓
↓
3.观察:
低倍镜观察: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
[思考]　视野中处于哪个时期的细胞数目最多 为什么
提示:分裂间期,因为间期时间长。
【走进生活】
根尖包括根冠、分生区、伸长区和成熟区,其中分生区适宜作为有丝分裂的观察材料,其他区域不宜作为该实验材料。结合所学知识判断:
1.洋葱根尖分生区细胞也可进行质壁分离实验的观察。(×)
分析:洋葱根尖分生区细胞无成熟大液泡,所以不能进行质壁分离实验的观察。
2.分生区细胞多呈正方形,排列紧密。(√)
学习任务一:动植物细胞有丝分裂的区别
1.动植物细胞有丝分裂的区别:
(1)说明:动植物细胞有丝分裂的不同主要体现在前期纺锤体形成的方式不同和末期细胞质分裂的方式不同。
(2)细胞分裂过程中的细胞器:
细胞器 作用时期 生理作用 细胞类型
核糖体 分裂间期 有关蛋白质的合成 动植物细胞
中心体 前期 与纺锤体的形成有关 动物,某些低等植物
高尔基体 末期 与细胞壁的形成有关 植物细胞
线粒体 整个细胞周期 提供能量 动植物细胞
[思考探究]　细胞板与赤道板有什么不同
提示:①赤道板是一种假想平面,不是细胞结构,在光学显微镜下观察不到。
②细胞板是一种真实结构,在光学显微镜下能观察到,出现在植物细胞有丝分裂的末期。
【拓展归纳】
细胞分裂过程中细胞器的分配
(1)中心体经复制后,均等分配到两个子细胞中。
(2)线粒体等细胞器随机、不均等地分配到两个子细胞中。
2.动植物细胞有丝分裂图像辨析:
说明:(1)动植物细胞有丝分裂中,染色体的行为变化一致,所以区分动植物细胞有丝分裂时,不能以染色体为依据。
(2)动植物细胞有丝分裂的不同之处主要与二者的结构有关:植物细胞有细胞壁,动物细胞有中心体,低等植物细胞也有中心体。
【方法规律】
“三看法”界定动植物细胞分裂图像
【学习加点料】
思维易错:动物细胞有丝分裂过程中中心体倍增发生在哪个时期
提示:间期,中心体倍增成为两组。
【典题例析】
如图为动物细胞和植物细胞的有丝分裂图,据图分析正确的是(　　)
A.甲为分裂间期、乙为分裂末期,⑤聚集成为细胞板
B.①由微管组成,在前期较晚时形成纺锤体作用于②
C.甲细胞中染色体数量已加倍,甲产生的子细胞中染色体数量加倍
D.③④均为细胞膜,两种细胞的细胞质分裂方式相同
[解题思维]
提取关键点 动物细胞和植物细胞的有丝分裂图
转化知识点 有丝分裂过程,动植物细胞有丝分裂的区别
排除障碍点 动植物细胞细胞质分裂的方式不同,动物细胞细胞膜向内凹陷将细胞质一分为二,植物细胞通过形成细胞板将细胞质一分为二
【解析】选B。甲为分裂前期、乙为分裂末期,⑤聚集成为细胞板,其内含有形成细胞壁的物质,A错误;①为中心体,由微管组成,在前期较晚时形成纺锤体作用于②着丝粒,B正确;甲细胞处于有丝分裂前期,染色体数目没有加倍,产生的子细胞染色体数与亲本细胞相同,C错误;③为细胞膜,④为细胞壁,两种细胞的细胞质分裂方式不同,D错误。
[借题发挥]　判断甲图为动物细胞,且处于有丝分裂前期的依据是什么
提示:甲图细胞没有细胞壁,有中心体,所以为动物细胞。核仁消失,中心粒周围发出星射线形成纺锤体,所以为前期。
【即学即练】
1.与动物细胞有丝分裂相比,下列仅属于植物细胞有丝分裂特征的是(　　)
A.由两组中心粒发出的星射线形成纺锤体
B.分裂间期染色体进行复制
C.分裂中期,着丝粒排列在赤道板上
D.分裂末期,细胞中部形成细胞板
【解析】选D。高等植物细胞没有中心体,有细胞壁,分裂末期,植物细胞中部形成细胞板,进而形成细胞壁,D正确。
2.(2022·北京高一检测)下列关于动植物细胞有丝分裂相同点的叙述,正确的是(　　)
A.间期,染色体复制且数目加倍
B.前期,由中心粒周围发出星射线形成纺锤体
C.中期,染色体的着丝粒排列在赤道板上,含染色单体
D.后期,每一个着丝粒分裂成两个,染色体数目不加倍
【解析】选C。动植物细胞分裂间期,都有DNA的复制,且经过复制后DNA数目加倍,染色体数目不加倍,A错误;动物细胞有丝分裂前期,中心粒周围出现星射线,形成纺锤体,而高等植物细胞有丝分裂前期,细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体,B错误;有丝分裂中期,动植物细胞中染色体的着丝粒都排列在赤道板上,都含染色单体,C正确;有丝分裂后期,动植物细胞中着丝粒都一分为二,染色体数都加倍,且都不含染色单体,D错误。
学习任务二:观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
1.实验材料的选择:
类型 选取细胞周期短,分裂期占细胞周期比例相对较大的材料
部位 选取细胞分裂旺盛的部位,如根尖或茎尖的分生区
时间 选取分裂旺盛的时间
[思考探究]　实验中剪取洋葱根尖2~3 mm的原因是什么
提示:根尖2~3 mm可取到分生区。
【拓展归纳】
洋葱的“一材多用”
(1)洋葱叶片——绿叶中色素的提取和分离。
(2)洋葱鳞片叶外表皮——观察植物细胞的质壁分离和复原。
(3)洋葱根尖分生区细胞——观察有丝分裂。
(4)洋葱鳞片叶内表皮——观察DNA和RNA的分布。
2.实验操作注意事项:
(1)控制解离时间:
(2)控制漂洗时间:
(3)控制染色时间:
(4)控制压片力度:
[思考探究]　若选择持续观察处于分裂间期的一个细胞,能否观察到一个完整的细胞周期 为什么
提示:不能,显微镜下观察到的都是死细胞,不能看到动态变化。
【学习加点料】
思维易错:简述解离液中质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精的具体作用是什么
提示:质量分数为15%的盐酸:迅速杀死细胞,固定细胞形态;体积分数为95%的酒精:溶解果胶,软化细胞壁,使细胞容易分离。
【典题例析】
在制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片①活动中,观察到不同分裂时期的细胞②如图所示:
下列叙述错误的是(　　)
A.装片制作过程中需用清水漂洗已解离的根尖便于染色
B.观察过程中先用低倍镜找到分生区细胞再换用高倍镜
C.图甲细胞所处时期发生DNA复制及相关蛋白质的合成
D.图丙细胞中的染色体数目比图乙细胞中的增加了一倍
[解题思维]
提取关键点 ①观察植物细胞有丝分裂的临时装片②不同分裂时期的细胞
转化知识点 据染色体形态和分布区分有丝分裂的时期,实验操作步骤
排除障碍点 染色体数目加倍与着丝粒分裂有关,与间期DNA复制无关
【解析】选C。装片在制作时需要先用盐酸和酒精混合液解离,在染色前需要用清水漂洗的目的是洗去解离液,防止解离过度便于染色,A正确;观察过程需要从低倍镜开始,找到分生区细胞后再换高倍镜观察,B正确;图甲为有丝分裂前期的细胞,正在处于核膜消失,形成染色体的阶段,而间期已经完成了DNA的复制和相关蛋白质的合成,C错误;图乙为有丝分裂中期的细胞,染色体数与普通体细胞相等,图丙为有丝分裂后期的细胞,由于着丝粒分裂,使染色体暂时加倍,故图丙细胞中的染色体数目比图乙细胞中的增加了一倍,D正确。
【即学即练】
1.(2022·岳阳高一检测)下列植物细胞,适合观察细胞有丝分裂的是(　　)
A.蚕豆叶肉细胞
B.洋葱鳞片叶表皮细胞
C.蚕豆根尖分生区细胞
D.洋葱根尖伸长区细胞
【解析】选C。在四个备选项中只有C选项的细胞具有分裂能力,其他细胞高度分化,都不能进行细胞分裂,不适合观察细胞分裂。
2.用高倍显微镜观察洋葱根尖细胞的有丝分裂。下列叙述正确的是(　　)
A.选一个处于间期的细胞,可持续观察细胞分裂的全过程
B.视野中不同细胞的染色体数目可能不相等
C.观察处于分裂中期的细胞,可清晰地看到赤道板和核膜
D.如果视野过暗,可以转动细准焦螺旋增加视野的亮度
【解析】选B。解离后细胞死亡,因此不会观察到细胞分裂的全过程,A错误;有丝分裂后期,由于着丝粒的分裂,染色体数目加倍,前期、中期细胞中染色体数目都与体细胞相同,因此视野中不同细胞的染色体数目可能不相等,B正确;赤道板不是真实存在的结构,核膜在前期消失,因此无法观察到,C错误;如果视野过暗,可以使用大光圈增加视野的亮度,而转动细准焦螺旋使物像更清晰,D错误。
【易错提醒】①选取实验材料时,根尖不能过长,否则会增加寻找观察细胞的难度,还要注意取材的时间。
②有丝分裂装片中的洋葱根尖分生区组织细胞都是死细胞,不能看到染色体的动态变化。
洋葱与生物实验
　　紫色洋葱是生物学中常用的实验材料。它的叶分两种:绿色管状叶伸展于空中进行光合作用;紫色鳞片叶层层包裹形成鳞茎,富含营养物质。
探究:
(1)用________(填“管状叶”或“鳞茎”)做“提取和分离叶绿体中的光合色素”的实验,为防止色素被破坏,提取色素时需要加入的物质是________,提取色素的溶剂可用________。
(2)当紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中处于质壁分离状态时,在原生质层和细胞壁之间的液体是______________。
(3)若用洋葱的根尖做“观察植物细胞的有丝分裂”的实验,实验中制作临时玻片标本的顺序为________________________________。
【解析】(1)绿色管状叶可用来提取色素。提取光合色素需要加入CaCO3防止色素被分解;色素溶于有机溶剂,所以提取色素可以用无水乙醇。
(2)由于细胞壁是全透性的,所以当植物细胞在蔗糖溶液中处于质壁分离状态时,在原生质层和细胞壁之间的液体是外界溶液,根据题干,是蔗糖溶液。
(3)观察植物细胞的有丝分裂的实验,实验中制作临时玻片标本的顺序为解离→漂洗→染色→制片。
答案:(1)管状叶　CaCO3　无水乙醇 (2)蔗糖溶液
(3)解离→漂洗→染色→制片
【关键能力·素养发展】
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
信息转化 ①洋葱各部分与高中生物实验的联系
②“观察植物细胞有丝分裂”的制片过程
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的分析与比较等素养
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