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第13讲　细胞增殖的周期性和有丝分裂
素养目标
考点一 细胞增殖的周期性
夯实基础 精研教材
1.细胞增殖
物质准备
细胞分裂　
有丝
生长、发育、繁殖、遗传
2.细胞周期
连续分裂
下一次分裂完成时
蛋白质
DNA
蛋白质
3.细胞周期的4种表示方法
(1)扇形图
(2)直线图
a→b→c→a
a+b或c+d
(3)坐标图
A→G
(4)柱状图
G2期和分裂期
教材深挖
1.(必修1 P111表6-1)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,原因是
　 。
(2)若要观察细胞的有丝分裂,你会选择哪种细胞 说明理由。
　。
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
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,可以得出的结论是
　 。
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
2.(必修1 P115思维训练)(1)细胞的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　　　　,物质运输效率　　　　。
(2)细胞体积是不是越小越好,并说明原因。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。
越小
越低
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
易错排查
1.多细胞生物体体积的增大,既要靠细胞生长增大细胞的体积,还要靠细胞分裂增加细胞的数量。(　　)
2.不同生物体器官的大小主要取决于细胞数量的多少。(　　)
3.同一生物的不同组织细胞的增殖都具有周期性。(　　)
4.细胞周期中细胞适度的生长发生在分裂间期。(　　)
√
√
×
√
思维探究 考教衔接
(根据2020·江苏卷情境设计)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。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。为研究某一时期细胞的代谢、增殖或凋亡,常采取一些方法使细胞群体处于细胞周期的同一时期,这就是细胞同步化技术。
(1)与G1期细胞相比,G2期细胞中染色体及核DNA分子数量的变化是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。
①在细胞快速增殖的培养液中添加适量的DNA合成抑制剂,主要激活检验点　　　,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在细胞快速增殖期的培养液中添加适量的　　　　　,抑制纺锤体形成,主要激活检验点　　　,使细胞停滞于中期,即可实现细胞周期同步化。经处理的细胞染色体数目　　　　,该物质起作用的时期是细胞分裂的
　　期。
染色体数目不变,核DNA分子数目加倍
2　
G2、M
S
秋水仙素
4
加倍
前
考法练透 素养提升
考法一　细胞周期的概念和表示方法
1.(2025·八省联考陕西卷)细胞周期分为分裂间期(包括G1、S和G2)和分裂期(M),如图a,科研人员用某药物对离体培养的肝细胞处理一定时间后,根据细胞内DNA含量不同,采用流式细胞仪测定了细胞周期不同阶段的细胞数量,结果如图b,其中丙处部分细胞的荧光染色结果如图c。下列叙述正确的是(　　)
图a
图b
图c
A.图a中G2期和M期的细胞对应于图b中丙处位置
B.图b丙处细胞中染色体及DNA的数量是甲处细胞的2倍
C.图b丙处细胞占比高的原因是药物促进了细胞的有丝分裂
D.对图c细胞中染色体进行端粒染色,则每条染色体可观察到2个端粒
答案 A　
解析 图a中G2期和M期的细胞每条染色体上有2个DNA分子,图b中丙处位置细胞内相对DNA含量为4n,说明已经完成了DNA复制,每条染色体上含有2个DNA分子,故图a中G2期和M期的细胞对应于图b中丙处位置,A项正确;图b丙处细胞完成了DNA复制,甲处细胞DNA还未复制,丙处细胞的染色体数量与甲处相等或是甲处细胞的2倍,丙处细胞中DNA的数量是甲处细胞的2倍,B项错误;有丝分裂前的间期分裂时长大于分裂期,但图b中丙处细胞数量高于甲处细胞,可能是药物抑制了细胞的有丝分裂,从而使得DNA相对含量为4n的细胞多于2n的细胞,C项错误;图c细胞所有染色体的着丝粒位于赤道板上,处于有丝分裂中期,此时含有姐妹染色单体,对图c细胞中染色体进行端粒染色,则每条染色体可观察到4个端粒,D项错误。
考法二　细胞周期调控和同步化
2.(2022·浙江卷)某多细胞动物具有多种细胞周期蛋白(cyclin)和多种细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK),两者可组成多种有活性的CDK—cyclin复合体,细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK—cyclin复合体调控。细胞周期如图所示,下列叙述错误的是(　　)
A.同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短有差异
B.细胞周期各阶段的有序转换受不同的CDK—cyclin复合体调控
C.抑制某种CDK—cyclin复合体的活性可使细胞周期停滞在特定阶段
D.一个细胞周期中,调控不同阶段的CDK—cyclin复合体会同步发生周期性变化
D
解析 同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期的持续时间一般不同,A项正确;由题意“细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK—cyclin复合体调控”可知,细胞周期各阶段的有序转换受不同的CDK—cyclin复合体调控,B项正确;由于细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK—cyclin复合体调控,因此抑制某种CDK—cyclin复合体的活性可使对应阶段的转换受抑制,从而使细胞周期停滞在特定阶段,C项正确;由于一个细胞周期中,不同阶段的变化不是同步的,因此调控不同阶段的CDK—cyclin复合体不会同步发生周期性变化,D项错误。
考点二 有丝分裂过程及相关物质和结构的变化
夯实基础 精研教材
1.染色体、染色单体和核DNA的关系
(1)当有染色单体(前、中期)时,染色体∶染色单体∶核DNA分子=　　　　　　。
(2)当无染色单体(后、末期)时,染色体∶核DNA分子=　　　。
1∶2∶2
1∶1
2.有丝分裂各时期主要特点(以高等植物细胞为例)
蛋白质
染色体
核仁
核膜
纺锤体
染色质丝
纺锤丝
3.动物细胞和植物细胞有丝分裂的主要区别
纺锤丝
两组中心粒
细胞板
缢裂
4.无丝分裂
染色体
纺锤丝
蛙的红细胞
细胞核
中部
5.细胞周期中核DNA、染色体、染色单体数目变化曲线分析
(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
核DNA分子 　 　　　　　　　　　　 末期细胞一分为二,核DNA分子数目减半
染色体 　　　　　　　　　　　 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
　　　　　　　　　　　　　　
分裂间期(S期)DNA复制,核DNA分子数目加倍　
后期着丝粒分裂,染色体数目加倍
后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,染色单体消失
教材深挖
1.(必修1 P114思考·讨论)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
　。2.(必修1 P112图6-2)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
　。
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
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,有丝分裂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
易错排查
1.DNA在分裂间期边解旋边复制,细胞DNA总量在分裂后期减半。(2023·河北卷)(　　)
2.有丝分裂过程中,核膜和核仁周期性地消失和重现。(　　)
3.植物细胞有丝分裂前期,核DNA已完成复制且染色体数目加倍。(　　)
4.酵母菌和醋酸菌均以有丝分裂的方式进行增殖。(　　)
5.高等动物胚胎干细胞分裂过程中,中心体的复制和染色体组数的加倍发生在同一时期。(　　)
×
√
×
×
×
思维探究 考教衔接
有丝分裂染色体、DNA数量变化分析
(1)根据曲线图判断细胞分裂时期(以二倍体生物为例)
图1
图2
①图中BC(GH)段表示S期
　　　　 　　　　　　　　。
②CD(HI)段表示　　　　　　　　　　　　的时期,即有丝分裂前的G2期、分裂前期和中期。
③DE(IJ)段表示　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
DNA的复制,染色单体形成
含有姐妹染色单体
有丝分裂后期着丝粒分裂,染色单体消失
(2)分析有丝分裂过程中的相关柱形图
①图中5种细胞类型,属于有丝分裂的是　 。
②将有丝分裂的细胞类型按照时期先后排序。　 。
a、b、c
c→b→a→c
考法练透 素养提升
考法一　有丝分裂的过程及特点
1.(2024·河北石家庄模拟)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个核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
D
解析 一个细胞周期包括分裂间期和分裂期,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个核DNA分子,A项正确;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项正确;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项正确;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项错误。
2. 在进行有丝分裂的动物细胞的一个细胞周期中,在同一时期发生的变化是(　　)
A.染色单体出现和纺锤体的形成
B.中心粒倍增和DNA的复制
C.核DNA分子数目加倍和染色体数目加倍
D.核膜、核仁的消失和着丝粒排列在赤道板位置上
B
解析 染色单体形成于分裂间期,而纺锤体形成于有丝分裂前期,A项错误;DNA的复制和中心粒的复制都发生在分裂间期,B项正确;核DNA分子数目加倍发生在分裂间期,而染色体数目加倍发生在有丝分裂后期,C项错误;核膜和核仁消失发生在有丝分裂前期,着丝粒排列在赤道板上发生在有丝分裂中期,D项错误。
考法二　有丝分裂相关物质或结构变化
3.(2024·河南郑州模拟)图1和图2表示有丝分裂不同时期染色体和核DNA分子的数量关系,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分子数目不变
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
C
解析 图1中的CD段包括G2期、有丝分裂前期和中期,中期是观察染色体形态和数目的最佳时期,A项正确;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分子数目不变,B项正确;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时期染色体数目与核DNA分子数目比a时期减少一半,对应图1中的AB段,C项错误;图2中d时期表示染色体∶核DNA分子=2∶1,有丝分裂过程中不存在这种情况,D项正确。
4.(2025·广东梅州模拟)对洋葱根尖分生区细胞的核DNA含量进行测定,发现核DNA含量有2n、2n~4n及4n三种类型。以下推测错误的是(　　)
A.核DNA含量为2n的细胞处于分裂间期
B.核DNA含量为2n~4n的细胞可能处于分裂期
C.核DNA含量为4n的细胞可能处于分裂中期
D.若抑制DNA复制,则核DNA含量为4n的细胞减少
B
解析 核DNA含量为2n的细胞处于有丝分裂前的间期,A项正确;核DNA含量为2n~4n的细胞处于有丝分裂前的间期,B项错误;核DNA含量为4n的细胞处于间期(DNA复制完成后)和分裂期(前期、中期、后期和末期),C项正确;若抑制DNA复制,则DNA含量不能加倍,导致DNA含量为4n的细胞占比减少,D项正确。
考点三 实验:观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
夯实基础 精研教材
1.实验原理
碱性
2.实验步骤
使组织中的细胞相互分离开
洗去药液,防止解离过度
0.01 g/mL或0.02 g/mL　
使细胞分散,有利于观察
3.实验成功的关键及注意事项
细胞分裂旺盛
不易分散
解离过度
未分散开
教材深挖
1.观察用甲紫溶液染色的洋葱表皮细胞,看不到染色体的原因是
　。2.细胞分裂时期与所观察细胞数目的关系是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　　　　(填“正相关”或“负相关”)。如何根据这一关系确定某时期持续时间长短
只有处于分裂状态的细胞(如分生区组织细胞)才能看到染色体,洋葱表皮细胞不再进行分裂
正相关
某时期持续时间(t)=×细胞周期(T)。
思维探究 考教衔接
(根据2023·湖北卷情境设计)在观察洋葱根尖细胞有丝分裂的实验中,某同学制作的装片效果非常好,他将其中的某个视野放大拍照,发给5名同学观察细胞并计数,结果如下表(单位:个)。关于表中记录结果的分析:
学生 分裂间期 分裂期 总计
前期 中期 后期 末期 甲 5 6 3 2 6 22
乙 5 6 3 3 5 22
丙 5 6 3 2 6 22
丁 7 6 3 2 5 23
戊 7 7 3 2 6 25
(1)五名同学记录的中期细胞数一致,原因是
　 。
(2)五名同学记录的间期细胞数不多,原因是
　。
有丝分裂中期,染色体排列在细胞中央,易区分
该同学是将其中的某个视野放大拍照进行记录的,在该区域处于分裂间期的细胞比例相对较低,故五名同学记录的间期细胞数不多
考法练透 素养提升
1.(2024·广东广州模拟)下列关于“观察洋葱根尖分生区细胞有丝分裂”实验的操作与效果的叙述,正确的是(　　)
A.遗漏了解离过程,可能无法清晰观察到分生区细胞
B.遗漏了漂洗过程,可能无法清晰观察到纺锤体
C.延长染色的时间,可以更好地观察染色体的形态
D.发现分裂中期的细胞,适当等待可观察到后期的出现
A
解析 遗漏了解离过程,细胞不能彼此分离,即相互重叠,因此实验结果很可能是无法清晰观察到分生区细胞,A项正确;漂洗的作用是洗去解离液,便于染色,因此遗漏了漂洗过程,很可能无法清晰观察到染色体,B项错误;延长染色的时间,会导致其他部位也被染成深色,无法分辨染色体,C项错误;细胞经过解离,已经死亡,发现分裂中期的细胞,该细胞不能继续分裂,无法观察到后期的出现,D项错误。
2.(2024·贵州黔东南三模)为了选择适合“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”实验的材料,选用洋葱和大蒜根尖制作成装片,观察五个不同时刻制作的装片。找到根尖分生区细胞并测定它们的有丝分裂指数(有丝分裂细胞数与细胞总数的比值),结果如下表。下列相关叙述正确的是(　　)
植物 材料 有丝分裂指数/% 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00
洋葱 6.5 7.4 4.5 9.2 8.8
大蒜 11.6 12.9 3.6 5.1 5.9
A.制片流程:清水漂洗→解离→甲紫溶液或醋酸洋红液染色→制片
B.观察时应先用高倍镜找到分生区细胞,再换低倍镜找出分裂期细胞
C.16:00时洋葱根尖分生区细胞中处于分裂间期的细胞占比较8:00时多
D.实验结果表明实验材料上午应选择大蒜根尖,下午应选择洋葱根尖
D
解析 制片的流程是解离、漂洗、染色和制片,A项错误;观察顺序应先在低倍镜下找到分生区细胞,再换高倍镜找分裂期细胞,B项错误;表中数据显示16:00时处于分裂期的洋葱根尖分生区细胞的数量比8:00时的多,则16:00时分裂间期的细胞占比应比8:00时少,与下午相比,上午大蒜根尖分生区细胞有丝分裂指数大,处于分裂期的细胞数占比大,洋葱根尖则相反,C项错误,D项正确。
聚焦表达 回扣落实
1.(基础识记类)一个细胞周期指的是
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
下列细胞可能具有细胞周期的是　　　　　　(填序号)。
①根尖分生区细胞;②精原细胞;③初级卵母细胞;④神经干细胞;⑤神经元
2.(基础识记类)细胞有丝分裂的重要意义,是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。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　　　　　　　　　。
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
①②④
将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后,精确地平均分配到两个子细胞中　
遗传的稳定性
3.(基础识记类)与高等植物细胞相比,动物细胞分裂期中的不同点:
_________________________________________________________________________________________________________________(答出2点)。
4.(原因分析类)蚕豆根尖分生区细胞、人的宫颈癌细胞都可以用于有关细胞周期的实验探究,其原因是　　　　 　　　　　　　　　　　　。
5.(原因分析类)细胞分裂期蛋白质合成较少的原因是
　 　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(原因推理类)多数抗肿瘤药物是影响细胞周期的特异性药物,作用于分裂间期或分裂期。长春新碱作用于分裂期,抑制癌细胞分裂,则长春新碱可能的作用机制是　　　　　　　　　　　　。
分裂前期中心粒周围发出星射线形成纺锤体;分裂末期细胞膜从细胞的中部向内凹陷,使细胞缢裂成两个子细胞
这些细胞是连续分裂的细胞,具有细胞周期
分裂期染色体中的DNA高度螺旋化,难以解旋从而无法正常转录
抑制纺锤体的形成等

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