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第4单元　细胞的生命历程
第1课　细胞的增殖
[复习目标]　1.分析细胞周期概念和有丝分裂过程，形成结构与功能相适应的观念。(生命观念)　2.比较归纳有丝分裂过程中物质或结构的变化规律，培养逻辑思维能力。(科学思维)　3.通过观察根尖细胞的有丝分裂实验，掌握实验操作技能，提高观察能力和提出问题并解决问题的能力。(科学探究)
考点一　细胞增殖和细胞周期
1．细胞增殖
[教材深挖]
(必修1 P115思维训练)(1)细胞大小影响物质运输的效率，可以解释细胞不能无限长大：细胞的表面积和体积的比值与细胞的大小呈负相关，细胞越大，其相对表面积越小，物质运输效率越低。
(2)细胞体积是不是越小越好？并说明原因。
提示：不是，因为细胞中众多的必需物质和细胞器，都需要一定的容纳空间。
2．细胞周期
(1)概念
(2)分裂间期
①起止：从细胞一次分裂结束到下一次分裂之前。
②比例：细胞周期的大部分时间处于分裂间期，占细胞周期的90%～95%。
③特点：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。
提醒：细胞周期的“有”与“没有”
(1)只有具有连续分裂能力的细胞才有细胞周期，如植物形成层细胞、根尖分生区细胞、动物皮肤生发层细胞等。
(2)高度分化的细胞，如神经细胞、表皮细胞等没有细胞周期。
(3)发生减数分裂的细胞没有细胞周期。
[教材深挖]
　(必修1 P111表6－1拓展)下表是几种细胞的细胞周期的持续时间/h，据表分析：
细胞类型 分裂间期 分裂期 细胞周期
蚕豆根尖分生区细胞 15.3 2.0 17.3
小鼠十二指肠上皮细胞 13.5 1.8 15.3
人的肝细胞 21 1 22
人的宫颈癌细胞 20.5 1.5 22
(1)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：细胞周期中，分裂间期所占的时间长，分裂期所占的时间短。因此观察细胞所处时期时，大部分细胞都处于分裂间期。
(2)若要观察细胞的有丝分裂，你会选择哪种细胞？说明理由。
提示：选择小鼠十二指肠上皮细胞，原因是其细胞周期中分裂期所占时间相对较长。
(3)由表格数据，可以得出怎样的结论？
提示：不同生物细胞的细胞周期持续时间不相同，同种生物的不同细胞的细胞周期持续时间也不相同。
[易错辨析]
1．细胞越小，其相对表面积也越小，这有利于提高物质交换效率。(×)
2．多细胞生物体的生长依赖于细胞的生长和细胞的增殖。(√)
3．同一生物的不同组织细胞都具有细胞周期。(×)
4．洋葱的表皮细胞比分生区细胞的增殖周期长。(×)
1．归纳细胞周期4种常用表示方法
2．关注常和细胞周期联系的5个“热点”
命题点1　围绕细胞周期考查科学思维
1．细胞增殖严格有序地进行与细胞内的周期蛋白依赖性激酶(CDK)密切相关，CDK的活性受周期蛋白(cyclin)的调节。CDK在连续分裂的细胞中一直存在，cyclin的含量在细胞周期中呈现规律性变化：细胞分裂间期积累，分裂期消失。如图所示为cyclin含量与CDK活性变化的曲线，有关叙述正确的是(　　)
说明：G1期主要进行RNA和有关蛋白质的合成；S期主要进行DNA的复制；G2期为分裂准备期，有一些RNA和有关蛋白质的合成；M期为分裂期。
A．cyclin在G2期开始合成
B．CDK可能具有促进染色质凝缩的作用
C．CDK持续保持较高活性的细胞，细胞周期会缩短
D．CDK的活性下降是cyclin在M期不能合成所致
解析：选B。由图示可知，cyclin在S期开始合成，A错误；图中CDK的活性在分裂准备期(G2期)急剧上升，在分裂期急剧下降，这段时间是染色质凝缩程度最高的时期，说明CDK可能具有促进染色质凝缩的作用，B正确；CDK持续保持较高活性时，可能会使染色质一直处于高度凝缩状态，不利于进行DNA复制(分裂间期)，则细胞周期可能会一直处于分裂期，不会使细胞周期缩短，C错误；CDK的活性与cyclin含量呈现大致同步的变化，且略滞后于cyclin含量变化，说明CDK活性下降可能是cyclin在M期含量急剧减少所致，而不是“不能合成”，D错误。
命题点2　围绕细胞周期考查科学探究
2．细胞周期在调控因子的严格调控下沿着G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)和M期(细胞分裂期)四个阶段有条不紊地运行。为了探究细胞周期运行的调控机制，研究人员取不同时期的细胞进行了融合实验，获得如下结果。下列推论错误的是(　　)
细胞融合的组合方式 融合细胞中的现象
M期细胞和G1期细胞 原G1期细胞中染色质出现凝缩
M期细胞和G2期细胞 原G2期细胞中染色质出现凝缩
S期细胞和G1期细胞 原G1期细胞核中DNA进行复制
S期细胞和G2期细胞 原G2期细胞核中DNA没有启动复制
A.M期细胞中存在能诱导染色质凝缩成染色体的调控因子
B．S期细胞中存在能诱导染色质DNA复制的调控因子
C．将M期细胞和S期细胞融合，原M期细胞染色体DNA不会复制
D．将M期细胞和S期细胞融合，原S期细胞中染色质不会凝缩
解析：选D。本题主要考查细胞分裂。M期和G1、G2期细胞融合后，原G1、G2期细胞中染色质出现凝缩，说明M期细胞中存在能诱导染色质凝缩成染色体的调控因子，A正确；S期和G1期细胞融合后，原G1期细胞核中DNA进行复制，说明S期细胞中存在能诱导染色质DNA复制的调控因子，B正确；将M期细胞和S期细胞融合，由于M期细胞中染色体已经高度螺旋，所以原M期细胞染色体DNA不会复制，C正确；将M期细胞和S期细胞融合，由于M期细胞中存在能诱导染色质凝缩成染色体的调控因子，所以，原S期细胞中染色质会发生凝缩，D错误。
3．(2022·武汉模拟)细胞周期可分为分裂间期和分裂期(M期)，根据DNA合成情况，分裂间期又分为G1期、S期和G2期。为了保证细胞周期的正常运转，细胞自身存在着一系列监控系统(检验点)，对细胞周期的过程是否发生异常加以检测，部分检验点如图所示(检验点4监控中期)。只有当相应的过程正常完成，细胞周期才能进入下一个阶段运行。下列说法正确的是(　　)
A．与G1期细胞相比，G2期细胞中染色体数、核DNA数均加倍
B．检验发生分离的染色体是否正确到达细胞两极，从而决定细胞质是否分裂的检验点是5
C．DNA合成阻断法诱导细胞同步化主要激活检验点1，将细胞阻滞在S期
D．可用秋水仙素抑制纺锤体的形成，主要激活检验点4使细胞停滞于前期
解析：选B。与G1期相比，G2期已经完成了DNA的复制，其DNA数目加倍，形成的姐妹染色单体连在同一个着丝粒上，所以染色体数目没有加倍，A错误；细胞质分裂的时期是在细胞分裂的末期，因此为检验点5，B正确；DNA合成阻断法可以阻止DNA的复制，而DNA的复制是在S期，所以主要激活检验点2，C错误；秋水仙素抑制纺锤体的形成，作用于前期，检验点4监控中期，D错误。
[技法提炼]　关注动物细胞周期同步化的三种方法
(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，处于分裂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间期，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，秋水仙素能够抑制纺锤体形成，使细胞周期被阻断，即可实现细胞周期同步化。
(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。
考点二　有丝分裂与无丝分裂
1．有丝分裂的细胞周期——以高等植物细胞为例(连线)
[教材深挖]
(必修1 P112图6－2拓展)有丝分裂后期着丝粒的分裂是不是纺锤丝牵引的结果？如何验证你的结论？
提示：不是。用秋水仙素处理分裂中的细胞，秋水仙素抑制纺锤体形成，后期染色体的着丝粒照样可以分裂，从而使细胞中染色体数目加倍，这说明着丝粒分裂不是纺锤丝牵引的结果。
2．高等动植物细胞有丝分裂的主要区别
[教材深挖]
(必修1 P114思考·讨论拓展)鉴定一个正在进行有丝分裂的细胞是植物细胞还是动物细胞，最佳的方法是什么？
提示：看分裂末期细胞质的分裂方式，如果形成细胞板则为植物细胞，如果是细胞膜从细胞的中部向内凹陷，则为动物细胞。
3．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的稳定性。
4．正常细胞与癌细胞的分裂
正常细胞的分裂是在机体的精确调控之下进行的，在人的一生中，体细胞一般能够分裂50～60_
次。但是，有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成了不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。
5．细胞的无丝分裂
[易错辨析]
1．有丝分裂包含分裂间期和分裂期。(×)
2．动物细胞分裂间期有DNA的复制和中心体的倍增。(√)
3．有丝分裂后期和末期，核DNA分子数与染色体数相同。(√)
4．癌细胞中遗传物质发生了改变。(√)
5．细菌、蓝细菌的细胞分裂是无丝分裂。(×)
1．构建有丝分裂过程中染色体形态和行为的变化模型
(1)染色体形态变化
(2)染色体行为变化
2．区分有丝分裂过程中细胞器的作用与分配
(1)与有丝分裂有关的细胞器及其生理作用
细胞器名称 细胞类型 作用时期 生理作用
核糖体 动、植物 间期(主要) 有关蛋白质的合成
中心体 动物、低等植物 前期 纺锤体的形成
高尔基体 植物 末期 细胞壁的形成
线粒体 动、植物 整个细胞周期 提供能量
(2)有丝分裂过程中细胞器的分配
①中心粒经倍增后，均等分配到两个子细胞中。
②线粒体、叶绿体等细胞器随机地分配到两个子细胞中。
3．有丝分裂过程中三种模型的构建与解读
(1)有丝分裂过程中核DNA、染色体、染色单体含量变化曲线分析
①曲线模型
②曲线解读
项目 上升段的变化原因 下降段的变化原因
DNA 分裂间期(S期)DNA复制，DNA数目加倍 末期细胞一分为二，DNA数目减半
染色体 后期着丝粒分裂，染色体数目加倍 末期细胞一分为二，染色体数目减半
染色单体 分裂间期(S期)DNA复制，染色单体形成 后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分离，染色单体消失
(2)有丝分裂中染色体数与核DNA数比值的变化曲线分析
　图1　　　　　　　　图2
图中ef(BC)段表示S期DNA的复制，染色单体形成，fg(CD)段表示含有姐妹染色单体的时期，即G2期和有丝分裂的前期和中期，gh(DE)段表示有丝分裂后期着丝粒分裂，染色单体消失。
(3)根据柱状图判断细胞分裂时期的规律(以二倍体生物为例)
　甲　　　　　乙　　　　　丙　　　
①根据染色单体变化判断各时期
染色单体
②根据比例关系判断各时期
命题点1　围绕有丝分裂的过程及特点考查生命观念
1．(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。前期染色体数目不加倍，后期加倍，A错误；后期，染色体的着丝粒一分为二，分离的染色体以相同速率被纺锤丝拉向两极，B错误；植物细胞在有丝分裂末期，含有细胞壁物质的囊泡聚集成细胞板，C正确；在有丝分裂中，亲代细胞细胞核内的遗传物质平均分配到两个子细胞，但细胞质中的遗传物质不一定平均分配到两个子细胞中，D错误。
2．(2021·全国乙卷)果蝇体细胞含有8条染色体。下列关于果蝇体细胞有丝分裂的叙述，错误的是(　　)
A．在间期，DNA进行半保留复制，形成16个DNA分子
B．在前期，每条染色体由2条染色单体组成，含2个DNA分子
C．在中期，8条染色体的着丝粒排列在赤道板上，易于观察染色体
D．在后期，成对的同源染色体分开，细胞中有16条染色体
解析：选D。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期，分裂间期为细胞分裂进行物质准备，完成DNA分子的复制，DNA的复制方式为半保留复制，复制完成后DNA分子数目加倍，形成16个DNA分子，A正确；有丝分裂前期的染色体由于着丝粒未分开，每条染色体由2条姐妹染色单体组成，含2个DNA分子，B正确；有丝分裂中期，所有着丝粒排列在细胞中央的赤道板上，此时的染色体高度螺旋化，形态比较稳定，数目比较清晰，易于观察，C正确；有丝分裂后期，着丝粒一分为二，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍，细胞中有16条染色体，有丝分裂过程中没有同源染色体分开的现象，D错误。
命题点2　围绕有丝分裂的图像或曲线考查科学思维
3．如图是某生物体细胞有丝分裂不同分裂时期的图像，对图像的描述正确的是(　　)
甲　　　　　 乙　 　　　　丙
A．该生物可能是低等植物
B．甲、乙、丙三细胞内染色体、染色单体与DNA分子数比例都为1∶2∶2
C．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
解析：选D。图中细胞没有细胞壁、含有中心体，应是动物细胞，A错误；图乙中没有染色单体，B错误；甲细胞中中心体已经完成了复制，C错误；图甲中两组中心粒分别移向细胞两极，是有丝分裂前期，图乙中着丝粒分裂，染色体数目加倍，是有丝分裂后期，图丙中染色体的着丝粒排列在赤道板上，是有丝分裂中期，D正确。
4．图1和图2表示有丝分裂不同时期染色体和核DNA的数量关系，下列有关叙述不正确的是(　　)
图1
图2
A．观察染色体形态和数目的最佳时期处于图1的CD段
B．图1中DE段的细胞染色体数目加倍，但核DNA含量不变
C．图2中a时期对应图1中的AB段，c时期对应图1中的EF段
D．有丝分裂过程不会出现图2中d时期所示的情况
解析：选C。图1中的CD段包括有丝分裂G2期、前期和中期，中期是观察染色体形态和数目的最佳时期，A正确；图1中DE段形成的原因是着丝粒分裂，此时细胞中染色体数目加倍，但核DNA含量不变，B正确；图2中a时期表示有丝分裂后期、末期，对应图1中的EF段，c时期染色体与核DNA的量比a时期减少一半，对应图1中的AB段，C错误；图2中d时期表示染色体∶DNA＝2∶1，有丝分裂过程中不存在这种情况，D正确。
考点三　(实验)观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
1．实验原理
(1)高等植物根尖、茎尖的分生区细胞能进行有丝分裂。
(2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的形态识别该细胞处于有丝分裂的哪个时期。
(3)细胞核内的染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。
2．实验步骤
1．实验操作的注意事项
实验材料的选择 类型 选取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、茎尖等分生区细胞
解离时间 太短 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 洗去多余的解离液，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 将组织细胞压烂
2.关于实验的4点提醒
(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)观察不到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)“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)。
命题点1　教材基础实验
1．(2022·天津红桥区一模)某同学用紫色洋葱(2n＝16)制备临时装片观察细胞的有丝分裂，显微镜下的图像如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A．取新鲜的洋葱鳞片叶外表皮制作临时装片
B．镜检时需要先在低倍镜下找到分生区细胞
C．细胞①有8个四分体，细胞②有32条染色体
D．用甲紫溶液处理细胞①会使染色体数加倍
解析：选B。洋葱鳞片叶外表皮细胞已经高度分化，不再分裂，不能用于观察细胞的有丝分裂，A错误；镜检时需要先在低倍镜下找到分生区细胞，B正确；四分体只在减数分裂过程中出现，有丝分裂过程中不会形成四分体，因此细胞①中不会出现四分体，C错误；用低温或秋水仙素处理洋葱分生组织细胞会使染色体数加倍，D错误。
命题点2　高考拓展延伸
2.(2020·北京卷)为探究干旱对根尖细胞有丝分裂的影响，用聚乙二醇溶液模拟干旱条件，处理白刺花的根尖，制片(压片法)后用显微镜观察染色体变异的情况，细胞图像如图。相关叙述正确的是(　　)
A．制片需经甲紫染色→漂洗→盐酸解离等步骤
B．直接使用高倍物镜寻找分生区细胞来观察染色体
C．染色体的形态表明该细胞正处于细胞分裂的间期
D．观察结果表明该细胞染色体发生了变异
解析：选D。制片需经盐酸和酒精混合液解离→清水漂洗→甲紫染色等步骤，A错误；观察分生区细胞的染色体时先用低倍镜观察，然后再用高倍镜，B错误；细胞中出现纺锤体及染色体的分裂，说明该细胞处于有丝分裂后期，C错误；题图中细胞呈现的是断裂的染色体片段，这属于染色体结构变异，D正确。
[真题演练]
1.(2020·山东卷)CDK1是推动细胞由细胞周期的分裂间期进入分裂期的关键蛋白。在DNA复制开始后，CDK1发生磷酸化导致其活性被抑制，当细胞中的DNA复制完成且物质准备充分后，磷酸化的CDK1发生去磷酸化而被激活，使细胞进入分裂期。大麦黄矮病毒(BYDV)的M蛋白通过影响细胞中CDK1的磷酸化水平而使农作物患病。正常细胞和感染BYDV的细胞中CDK1的磷酸化水平变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．正常细胞中DNA复制未完成时，磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制
B．正常细胞中磷酸化的CDK1发生去磷酸化后，染色质螺旋化形成染色体
C．感染BYDV的细胞中，M蛋白通过促进CDK1的磷酸化而影响细胞周期
D．M蛋白发挥作用后，感染BYDV的细胞被阻滞在分裂间期
解析：选C。由分析可知，正常细胞中DNA复制未完成时，磷酸化的CDK1的去磷酸化过程受到抑制，使其磷酸化水平较高，A正确；正常细胞中，磷酸化的CDK1发生去磷酸化后，会使细胞进入分裂期，在分裂期的前期染色质会螺旋化形成染色体，B正确；由分析可知，感染BYDV的细胞中，M蛋白可能是通过抑制CDK1的去磷酸化过程而影响细胞周期的，C错误；由分析可知，M蛋白发挥作用后，感染BYDV的细胞不能进入分裂期而停留在分裂间期，D正确。
2.(2022·湖南卷)洋葱根尖细胞染色体数为8对，细胞周期约12小时。观察洋葱根尖细胞有丝分裂，拍摄照片如图所示。下列分析正确的是(　　)
A．a为分裂后期细胞，同源染色体发生分离
B．b为分裂中期细胞，含染色体16条，核DNA分子32个
C．根据图中中期细胞数的比例，可计算出洋葱根尖细胞分裂中期时长
D．根尖培养过程中用DNA合成抑制剂处理，分裂间期细胞所占比例降低
解析：选B。图示细胞为洋葱根尖细胞的分裂图，有丝分裂过程中无同源染色体的分离现象，A错误；b细胞着丝粒整齐排列在赤道板上，细胞处于有丝分裂中期，且洋葱根尖细胞染色体数为8对(16条)，有丝分裂中期染色体数目与体细胞的染色体数相同，但核DNA分子加倍，故b细胞含染色体16条，核DNA分子32个，B正确；各时期细胞数目所占比例与其分裂周期所占时间成正相关，故已知细胞周期时间，根据各时期细胞数目所占比例可计算各时期的时间，但应统计多个视野中的比例，图中只有一个视野，无法准确推算，C错误；间期时的S期进行DNA分子复制，若根尖培养过程中用DNA合成抑制剂处理，细胞停滞在间期，故分裂间期细胞所占比例升高，D错误。
3．(经典高考题)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
解析：选C。根据图示，相同时间内，乙和丙两组中的细胞数目都大于甲组，由于甲组未加药物，且药物X对细胞增殖有促进作用，所以甲组为对照组，乙组和丙组为加入药物X组，丙组后半段的细胞数目低于乙组，药物D可抑制药物X的作用，说明丙组培养一段时间后又加入了药物D，因此乙组加入了药物X，丙组先加入药物X，后加入药物D，故A、B合理，C不合理；若药物X为蛋白质，药物D可抑制药物X的作用，因此D可能改变了药物X的空间结构，使得药物X失去活性，D合理。
[长句特训]
龙葵是一种一年生草本中药材，图甲表示龙葵根尖细胞处于有丝分裂不同时期的模式图；图乙是不同浓度氯化镉(CdCl2)对龙葵根尖细胞有丝分裂指数(处于分裂期的细胞占细胞总数的百分比)的影响。请回答下列问题：
甲
乙
设问形式1　图示识别类命题
(1)根尖细胞有丝分裂的顺序为__________(用图甲中字母作答)。图甲中有染色单体的细胞有__________(用图甲中字母作答)。
设问形式2　判断依据类命题
(2)由图乙可知，CdCl2能将细胞分裂抑制在__________(填“分裂间期”或“分裂期”)，依据是_________________________。
设问形式3　逻辑推理类命题
(3)为了研究CdCl2对细胞周期影响的机理，某小组分别取图乙中的对照组(不含CdCl2)细胞和50 μmol/L CdCl2处理组的细胞进行研究，得到如下结果。其中G1表示DNA合成前期，S表示DNA合成期，G2表示DNA合成后期，M表示分裂期。
请结合上述资料分析，CdCl2的作用机理可能是
_____________________________。
解析：(1)A为有丝分裂后期，B为有丝分裂前期，C为有丝分裂中期，D为有丝分裂末期，所以根尖细胞有丝分裂的顺序为B→C→A→D；有丝分裂G1期、后期和末期都没有染色单体，图甲中B、C细胞有染色单体。(2)由图乙可知，与对照组相比，随着氯化镉浓度增加，有丝分裂指数(处于分裂期的细胞占细胞总数的百分比)降低，分裂间期细胞数目增多，说明CdCl2能将细胞分裂抑制在分裂间期。(3)据图分析可知，相对于对照组而言，CdCl2能使分裂间期细胞大多停留在G1期，所以原因可能是CdCl2通过抑制DNA的复制，使得细胞分裂停留在G1期。
答案：(1)B→C→A→D　B、C　(2)分裂间期　CdCl2使有丝分裂指数减小，分裂间期细胞数目增多　(3)CdCl2通过抑制DNA的复制，使细胞分裂停留在G1期
第1课　细胞的增殖
[基础练透]
1．图甲表示进行有丝分裂细胞的一个细胞周期所用的时间，图乙表示细胞增殖过程中每个细胞中核DNA相对含量的变化，下列叙述正确的是(　　)
甲　　　　　　　　乙　　
A．图甲中c→c或者a→a均可表示一个完整的细胞周期
B．图甲中染色单体形成的时期是①，消失的时期是④
C．图乙中g组细胞全部处于图甲中的c→a，e组细胞会发生染色体数目加倍
D．动植物细胞有丝分裂的差异主要体现在①和④时期
解析：选D。图甲中a→c表示分裂间期，c→a表示分裂期，细胞周期中分裂间期在前，分裂期在后，故a→a表示一个完整的细胞周期，c→c不能表示一个完整的细胞周期，A错误。图甲中染色单体形成的时间是⑤分裂间期，消失的时期是③有丝分裂后期，B错误。图乙中g组细胞所处时期为分裂间期DNA复制后、分裂期，其中分裂间期DNA复制后的时期不属于图甲中的c→a；图乙中e组细胞数量最多，处于分裂间期，不会发生染色体数目加倍，C错误。动植物细胞有丝分裂的差异主要体现在①前期纺锤体的形成机制和④末期细胞质的分裂方式，D正确。
2．在细胞增殖过程中，与染色体和DNA数量变化有关的叙述错误的是(　　)
A．染色体复制完成后其DNA数量是之前的两倍
B．DNA的复制和加倍都发生在细胞分裂的间期
C．着丝粒分裂将导致染色体和DNA数量加倍
D．处于分裂后期和末期的细胞内的染色体数量不同
解析：选C。染色体复制完成后核DNA数量是之前的两倍，染色体数目不变，A正确；在细胞分裂间期，DNA完成复制后其数目就加倍了，B正确；着丝粒分裂将导致染色体数目加倍，但DNA数目不变，C错误；处于分裂后期和末期的细胞，染色体数量是不同的，末期染色体数目是后期的一半，D正确。
3．如图甲表示细胞分裂的不同时期每条染色体上DNA含量变化情况，图乙表示处于细胞有丝分裂某个时期的细胞图像。下列说法中错误的是(　　)
　　　甲　　　　　　　　　　乙
A．图甲中AB段形成的原因是DNA分子复制
B．图甲中CD段染色体平均分配到了两个子细胞中
C．图乙细胞中含有8条染色体、8个核DNA分子、0条染色单体
D．图乙细胞的前一时期中着丝粒排列在赤道板上，对应图甲BC段
解析：选B。图甲中经过AB段每条染色体上DNA含量加倍，说明DNA分子进行了复制，A正确；图甲中CD段一条染色体上DNA含量由2变为1，这是有丝分裂后期着丝粒分裂的结果，B错误；图乙细胞中着丝粒分裂，细胞中含有8条染色体、8个核DNA分子、0条染色单体，C正确；图乙细胞表示有丝分裂后期，它的前一时期即中期应该是着丝粒排列在赤道板上，对应图甲BC段(某一部分)，D正确。
4．如图为某高等植物有丝分裂形成新细胞壁的过程，下列相关说法不正确的是(　　)
A．高尔基体小泡聚集在赤道板的位置，愈合后形成细胞板
B．与此同时，染色体逐渐变成细长的染色质丝，出现了新的核膜和核仁
C．抑制高尔基体小泡的产生可能会导致形成多核细胞
D．有丝分裂过程可使细胞中的遗传物质被精确均分
解析：选D。分裂末期，高尔基体小泡聚集在赤道板的位置，愈合后形成细胞板，最终扩展成为细胞壁，A正确；与此同时(末期)，染色体逐渐解螺旋，变成细长的染色质丝，出现了新的核膜和核仁，B正确；高尔基体小泡的产生与细胞壁的形成有关，若抑制高尔基体小泡的产生，导致子细胞不能形成，可能会导致形成多核细胞，C正确；有丝分裂使得细胞核中的遗传物质被精确均分，但细胞质中的遗传物质不是均分的，D错误。
5．2001年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了哈特韦尔等3位研究者，他们发现细胞中的一些基因(比如START基因)和蛋白质等一系列调控因子，在细胞周期中起到了关键的作用。下列有关说法或推测不正确的是(　　)
A．癌细胞属于连续分裂的细胞，具有细胞周期
B．细胞周期是一个复杂的生命现象，受到细胞内因和外因的共同影响
C．参与调控细胞周期的START基因只存在于能分裂的细胞中
D．细胞周期中，能促进核仁解体的物质在分裂前期活性最高
解析：选C。癌细胞在适宜的条件下能够无限增殖，属于连续分裂的细胞，具有细胞周期，A正确；由题中信息可知，一系列调控因子在细胞周期中起到了关键的作用，可见细胞周期是一个复杂的生命现象，同时会受到细胞内因和外因的共同影响，B正确；由于个体发育的起点是受精卵，分裂和分化过程中遗传物质不改变，因此参与调控细胞周期的START基因，不只存在于能分裂的细胞中，其他细胞中也存在，C错误；在细胞周期中，核仁解体发生在前期，因此能促进核仁解体的物质在分裂前期活性最高，D正确。
6．无丝分裂是细胞增殖的一种方式，下列相关叙述错误的是(　　)
A．人体内体细胞的增殖方式主要是有丝分裂
B．无丝分裂过程中不出现染色体、纺锤体等结构
C．无丝分裂过程中没有核膜和核仁的消失，也没有遗传物质的复制
D．蛙的红细胞进行无丝分裂，哺乳动物的成熟红细胞不能再进行细胞分裂
解析：选C。人体内体细胞的增殖方式主要是有丝分裂，部分细胞可以进行无丝分裂，A正确；无丝分裂过程中不出现染色体、纺锤体等结构，故被称为无丝分裂，B正确；无丝分裂过程中没有核膜和核仁的消失，但要进行DNA的复制，C错误；蛙的红细胞进行无丝分裂，哺乳动物的成熟红细胞没有细胞核，不能再进行细胞分裂，D正确。
7. (多选)酵母菌是一种单细胞真菌。在细胞分裂过程中，细胞核核膜并不会消失和重现，而是长时间的完整存在。另外，与细胞分裂直接相关的纺锤体不在细胞质内而是在细胞核内形成，这种有丝分裂称为封闭式有丝分裂。下列叙述正确的是(　　)
A．封闭式有丝分裂因纺锤体在细胞核内，所以染色体不能平均分配到两个子细胞内
B．酵母菌经有丝分裂产生的两个子细胞即为子一代个体，两个子代的DNA可能不完全相同
C．如果用药物抑制纺锤体的形成，可使细胞中染色体数目加倍
D．酵母菌的有丝分裂过程与动物细胞不同，与植物细胞相同
解析：选BC。染色体会在纺锤体的牵引下平均分到细胞核两端，并生成两个DNA相同的细胞核，再生成两个细胞核遗传物质相同的子细胞，A错误；DNA不仅存在于细胞核中，还存在于细胞质中，两个子细胞的细胞核DNA完全相同，但细胞质中线粒体的DNA可能不完全相同，B正确；如果用药物抑制纺锤体的形成，细胞核中复制加倍的染色体不能平均分到两个细胞核中，则会使细胞中的染色体数目加倍，C正确；由题意可知，酵母菌的有丝分裂与动物、植物的有丝分裂均不相同，D错误。
8．(2022·新疆维吾尔自治区模拟)图甲中a、b、c、d表示某植物根尖的不同区域，图乙是用高倍显微镜观察到的该植物组织切片有丝分裂的模式图。请据图回答下列问题：
甲
乙
(1)观察根尖有丝分裂时应选择图甲中的__________(填字母)区细胞，请按细胞有丝分裂过程排列图乙中细胞A、B、C、D的准确顺序：___________。该区域的细胞中能产生ATP的细胞器是______________。
(2)细胞是独立分裂的，但不能选定一个细胞持续观察它的整个分裂过程，原因是____________________________________。
(3)某同学在显微镜下观察到了A图像，发现了赤道板，请你评价他的观察结果及理由：__________________________________________________。
解析：(1)观察根尖有丝分裂应选择b(分生区)细胞，这些细胞呈正方形，分裂旺盛。根据细胞中染色体的形态及位置特点，图乙中细胞A、B、C、D分别代表中期、前期、末期和后期。因此图乙中有丝分裂的正确顺序为B→A→D→C，根尖细胞可通过呼吸作用产生ATP，产生ATP的细胞器是线粒体。(2)制作细胞有丝分裂装片过程中，使用解离液处理根尖时细胞经解离已经死亡，故不能选定一个细胞持续观察它的分裂过程。(3)赤道板只是一个位置，不是真实结构，因此赤道板是看不到的，某同学在显微镜下观察到了A图像，发现了赤道板的结论是错误的。
答案：(1)b　B→A→D→C　线粒体　(2)制作装片时细胞经解离已经死亡　(3)结论错误，赤道板只是一个位置，不是真实结构，因此赤道板是看不到的
[能力提升]
9．(2022·青岛市一模)细胞周期的调控关键在分裂间期。有2个起决定作用的控制点，从G1期进入S期和从G2期进入M期。这2个转变过程都是由一种称为成熟促进因子(MPF)的蛋白质复合体所触发的。组成MPF的是两种蛋白：cdc2激酶和细胞周期蛋白(cyclins)。cyclins有2种：S-cyclin和M-cyclin。其调控过程如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．M-cyclin与cdc2结合导致细胞进入有丝分裂过程
B．细胞周期循环往复的过程中需要核糖体不断地合成细胞周期蛋白
C．cdc2可以反复起作用，所以细胞周期过程中不需要重新合成
D．受精卵分裂时MPF转化的速度明显快于造血干细胞
解析：选C。据图分析，M-cyclin和cdc2结合成具有活性的MPF后，MPF触发系列酶促反应，导致有丝分裂，进入有丝分裂过程，A正确；细胞周期循环往复的过程中不断地合成细胞周期蛋白，需要核糖体的参与，B正确；据题中信息可知，反复起作用的是cdc2激酶和细胞周期蛋白(S-cyclin和M-cyclin)结合成的MPF，cdc2单独存在无活性，cdc2发挥作用后，会被分解，而cdc2蛋白的浓度在细胞周期过程中始终是稳定的，所以细胞周期过程中需要不断重新合成cdc2，C错误；从G1期进入S期和从G2期进入M期，这2个转变过程都是由MPF的蛋白质复合体所触发的，受精卵分裂速度快于造血干细胞，所以受精卵分裂时MPF转化的速度明显快于造血干细胞，D正确。
10．(2022·北京丰台一模)研究发现肿瘤细胞中谷氨酰胺合成酶(GS)高表达，GS通过推动有丝分裂中期到后期的转化促进细胞增殖。下列叙述不正确的是(　　)
A．肿瘤细胞的细胞周期通常比正常细胞短
B．有丝分裂中期到后期的转化中DNA数量加倍
C．肿瘤细胞增殖过程不会发生同源染色体分离
D．研制GS合成抑制剂有望治疗恶性肿瘤
解析：选B。肿瘤细胞的增殖方式是有丝分裂，具有细胞周期，而且肿瘤细胞的细胞周期通常比正常细胞短，A正确；有丝分裂中期到后期的转化中由于着丝粒分裂，使得染色体数目加倍，但DNA数量不发生变化，B错误；肿瘤细胞的增殖方式是有丝分裂，有丝分裂过程中不会发生同源染色体分离，C正确；研制GS合成抑制剂，会抑制GS的合成，GS通过推动有丝分裂中期到后期的转化促进细胞增殖，因此研制GS合成抑制剂有望治疗恶性肿瘤，D正确。
11．(多选)细胞分裂过程中染色体移向两极的机制有三种假说：假说1认为由微管发生中心端微管解聚引起，假说2认为由动粒端微管解聚引起，假说3认为由微管发生中心端和动粒端微管同时解聚引起。用不同荧光标记纺锤丝和染色体如图1，用激光使纺锤丝上箭头处的荧光淬灭(不影响其功能)如图2，一段时间后结果如图3，相关叙述正确的是(　　)
　图1　　　　图2　　　　图3
A．图示过程发生在高等植物细胞中，纺锤丝的成分是蛋白质和DNA
B．图2处于有丝分裂后期，细胞中有4对同源染色体
C．纺锤丝的牵引导致着丝粒分裂，染色体移向细胞两极
D．实验结果表明染色体移向两极是由动粒端微管解聚引起的
解析：选BD。纺锤丝的成分是蛋白质，无DNA，A错误；图2发生着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍，此时处于有丝分裂后期，且细胞中含有4对同源染色体，B正确；着丝粒是自动断裂，与纺锤丝的牵引无关，C错误；由图3可知，一段时间后，动粒端荧光标记的纺锤丝长度明显缩短，而微管发生中心端荧光标记的纺锤丝长度几乎不变，说明染色体移向两极是由动粒端微管解聚引起的，D正确。
12．真核细胞的细胞周期受到环境因素的调控。为研究细胞如何感知环境变化完成相应的生理过程，科研人员利用芽殖酵母开展下列实验。
(1)酵母菌的细胞周期包含分裂间期和分裂期，前者主要完成______________________。
(2)研究人员检测了Whi5蛋白在细胞周期中的变化，如图1结果显示，进入细胞间期的G1期后，Whi5蛋白浓度____________________，该变化完成后细胞才进入S期。由此推测Whi5蛋白浓度降低可以______________细胞分裂。
图1
图2
(3)科研人员为进一步确认Whi5蛋白如何感知酵母菌周围环境，从而决定是否进入细胞周期，结果如图2。
①结合图1，据图2推测，在缺少营养或不良环境中，酵母菌的细胞周期可能会_________________________________________________。
②为确定Whi5基因的表达情况，科研人员将其与荧光蛋白基因连接，构建同时表达两种蛋白的融合基因。据图3可知，进行PCR扩增时，应选择的引物组合是________________________________________。
图3
③科研人员用蛋白抑制剂CHX处理酵母细胞并检测其Whi5蛋白含量变化，结果如图4。据此推测，不同环境中的Whi5蛋白________，故细胞_____________________________，才能进入S期。
图4
(4)为研究酵母菌Whi5含量变化在感知环境信号方面的形成机制，科研人员进一步测定了不同条件下连续分裂的亲子代细胞中Whi5含量的变化。若发现子代酵母菌在细胞分裂过程中，Whi5蛋白含量的变化________________，则可说明这种机制在酵母菌的遗传信息中保留了应答外界环境信号的遗传印记。
解析：(1)有丝分裂的间期主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成。(2)研究人员检测了Whi5蛋白在细胞周期中的变化，如图1结果显示，进入细胞间期的G1期后，Whi5蛋白浓度逐渐升高，之后恢复到一般水平(而后下降到特定阈值)；由此推测Whi5蛋白浓度降低可以促进细胞分裂。(3)①结合(2)分析可知，Whi5蛋白浓度降低可以促进细胞分裂，而据图2可知，用NaCl或乙醇处理后Whi5蛋白含量增加，故在缺少营养或不良环境中，酵母菌的细胞周期可能会变长。②在利用PCR技术扩增时，应选择一对方向相反的引物，为便于观察，扩增产物应含有荧光基因，据图示Whi5基因和荧光基因的位置可知，应选择Ⅰ和Ⅳ进行扩增。③据图可知，不同处理条件下Whi5蛋白的含量相对稳定，说明不同环境中的Whi5蛋白均不降解；而Whi5蛋白浓度降低可以促进细胞分裂，故推测细胞会感知到环境中的不利信号，直至核内的Whi5蛋白浓度恢复到升高前的水平，才进入S期。(4)若这种机制在酵母菌的遗传信息中保留了应答外界环境信号的遗传印记，即说明该机制可以在亲子代之间遗传，故子代酵母菌在细胞分裂过程中，Whi5蛋白含量的变化与亲代保持一致。
答案：(1)DNA分子的复制和有关蛋白质的合成　(2)逐渐升高，之后恢复到一般水平(或逐渐升高，而后下降到特定阈值)　促进　(3)①变长　②Ⅰ和Ⅳ　③均不降解　会感知到环境中的不利信号，直至核内的Whi5蛋白浓度恢复到升高前的水平　(4)与亲代保持一致

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