專題06細胞的生命歷程第1節(jié)細胞的增殖實驗模擬探究細胞表面積與體積的關(guān)系原理：NaOH和酚酞相遇呈紫紅色當與瓊脂相遇時，其中酚酞變成紫紅色，因此，從顏色上的變化就知道NaOH擴散得有多遠。在一定時間內(nèi)，NaOH在瓊脂塊的每一側(cè)擴散的距離大致相同。步驟：將含酚酞瓊脂塊切成三塊邊長分別為3cm、2cm、1cm的正方體，放入燒杯內(nèi)，加入NaOH溶液，10min后取出，用紙巾吸干，用塑料刀將瓊脂塊切成兩半。觀察切面，測量每一塊上NaOH擴散的深度。分析：瓊脂塊的表面積與體積之比（相對表面積）隨著瓊脂塊的增大而減小，NaOH擴散的體積與整個瓊脂塊的體積之比也隨著瓊脂塊的增大而減小。結(jié)論：細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞的物質(zhì)運輸?shù)男示驮降?。細胞表面積限制了細胞的長大。1．細胞為什么要分裂？或細胞為什么這么??？（1）增大細胞膜表面積與體積比，有利于物質(zhì)的運輸（營養(yǎng)吸收與廢物排出）以保證細胞正常生命代謝需要。（2）保證適宜的核質(zhì)關(guān)系，使細胞質(zhì)能在細胞核的控制范圍內(nèi)。2．卵細胞是一種特殊的細胞，因為它含有許多供胚胎發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)——卵黃，而使細胞體積增大了許多倍。但卵細胞一般與外界交換物質(zhì)少，故表面積與體積的比例特殊。一、細胞不能無限長大的原因：(1)細胞表面積與體積的關(guān)系限制了細胞的長大；細胞體積越大，相對表面積（表面積/體積）越小，物質(zhì)運輸?shù)男试降汀?2)受細胞核控制能力的制約。真核細胞的增殖方式：無絲分裂、有絲分裂、減數(shù)分裂，其意義是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎(chǔ)二、真核細胞的分裂方式有絲分裂（人、植物）無絲分裂（青蛙、紅細胞）減數(shù)分裂（生殖細胞特殊分裂）注：細菌：二分裂（既不是有絲分裂也不是無絲分裂）二、細胞周期1、概念：連續(xù)分裂的細胞，從上一次分裂結(jié)束（=完成時），到下一次分裂結(jié)束包括：㈠分裂間期：G1期：合成酶S期：復制DNA（s期DNA結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定，容易發(fā)生基因突變）G2期：合成蛋白質(zhì)㈡M期（分裂期）：前、中、后、末注：①連續(xù)分裂的細胞才具有細胞周期；例如：早期胚胎細胞、干細胞、分生區(qū)細胞、生發(fā)層細胞、癌細胞（不正常分裂）。已分化的成熟的細胞一般不再具有分裂能力，沒有細胞周期。（如洋蔥表皮細胞，成熟葉肉細胞，動物肌肉細胞，紅細胞、神經(jīng)細胞等?！鶞p數(shù)分裂（細胞分裂結(jié)束后不再進行分裂）和無絲分裂沒有細胞周期②間期在前，分裂期在后；如下圖(bc+cd)是一個細胞周期，但不能寫成(ab+bc)（?？迹坶g期長，分裂期短；觀察有絲分裂時，選擇分裂期相對較長的植物作實驗材料。④不同生物或同一生物不同種類的細胞，細胞周期長短不一。2.影響細胞周期的因素(1)內(nèi)部因素：不同種類的細胞，細胞周期持續(xù)的時間不同。間期與分裂期所占比例也不同。(2)外部因素：主要有溫度、pH、射線、生理和病理狀況等，這些因素通過影響酶的活性影響細胞周期。因為DNA復制、有關(guān)蛋白質(zhì)合成、能量供給等生理過程都需要酶的參與。有絲分裂過程（以高等植物細胞為例）分裂間期特征：主要完成DNA分子的復制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成結(jié)果：DNA分子加倍；染色體數(shù)不變（一條染色體含有2條染色單體）染色單體形成于間期，出現(xiàn)（觀察到）于前期，消失于后期。有絲分裂全過程各個時期始終有同源染色體存在，但沒有同源染色體的聯(lián)會，不形成四分體，沒有同源染色體的分離。（2）分裂期前期：①：核仁解體、核膜消失②形成紡錘體，染色質(zhì)螺旋化成為染色體，散亂地分布在紡錘體的中央；中期：每條染色體的著絲粒都排列在赤道板上；（中期染色體的形態(tài)和數(shù)目最清晰）后期：著絲點分裂，姐妹染色單體分開，紡錘絲牽引子染色體向細胞兩極移動。末期：①染色體變成染色質(zhì)，紡錘絲消失②核膜、核仁重現(xiàn)（細胞膜內(nèi)陷），一個細胞分裂成為兩個子細胞（細胞中央出現(xiàn)細胞板，逐漸形成新的細胞壁，最終形成兩個子細胞。）赤道板與細胞板的區(qū)別：赤道板不是細胞結(jié)構(gòu)，是一假想平面，在光學顯微鏡下看不到；細胞板是一真實結(jié)構(gòu)，光學顯微鏡下能看到，出現(xiàn)在植物細胞有絲分裂的末期。誤區(qū)：后期著絲點分裂不是紡錘絲牽引的結(jié)果，染色體移向兩極是紡錘絲牽引的結(jié)果。(1)有絲分裂后期染色體著絲點一分為二，其原因是受生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)控制的一種生理活動，不是由紡錘絲牽引所致。(2)用秋水仙素破壞紡錘體的形成，無紡錘絲牽引著絲點，復制后的染色體的著絲點照樣分裂，使細胞中染色體數(shù)目加倍，這就說明著絲點分裂不是紡錘絲牽引所致。但是移向兩極的過程確是紡錘絲牽引的結(jié)果。3．動植物細胞有絲分裂的不同點=1\*GB3①分裂前期——紡綞體的形成方式不同：高等植物細胞由兩極發(fā)出紡綞絲形成紡綞體，而動物細胞靠兩組中心粒發(fā)出星射線形成紡綞體。=2\*GB3②分裂末期——形成兩個子細胞的方式不同：植物細胞在赤道板位置形成細胞板，向四周擴展形成細胞壁，一個細胞分成兩個子細胞。動物細胞膜從中央向內(nèi)凹陷縊裂成兩個子細胞。4．分裂完成后細胞的三種去向(1)繼續(xù)分裂：干細胞、皮膚生發(fā)層細胞、根尖分生區(qū)細胞。(2)暫時停止分裂：仍有分裂能力，一定條件下仍可回到分裂周期中繼續(xù)分裂，如機體受到損傷時肝細胞和黃骨髓造血細胞恢復其分裂能力。(3)高度分化的細胞（終端分化細胞）：失去分裂能力。4．有絲分裂的意義：將親代細胞的染色體經(jīng)過復制(實質(zhì)為DNA的復制)之后，精確地平均分配到兩個子細胞中。由于染色體上有遺傳物質(zhì)DNA，因而在細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性。【思考感悟】在有絲分裂過程中，細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)是否也能均等分配？不是均等分配，而是隨機地、不均等地分配到兩個子細胞中。三、無絲分裂1、特點：在分裂過程中，沒有染色體和紡錘體等結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)（但有DNA的復制）2、過程：蛙的紅細胞的分裂過程中，細胞核先延長，核的中部向內(nèi)凹進，縊裂成為兩個細胞核；接著整個細胞從中部縊裂成兩部分，形成兩個子細胞。3、舉例：草履蟲、蛙的紅細胞等。無絲分裂是真核細胞的分裂方式，原核生物不存在無絲分裂。染色體、DNA、染色體組和染色單體數(shù)目變化規(guī)律(以二倍體生物為例)間期前期中期后期末期核DNA數(shù)(2n)2n→4n4n4n4n4n→2n染色單體數(shù)0→4n4n4n4n→00染色體數(shù)(2n)2n2n2n2n→4n2n同源染色體對數(shù)nnnn→2nn染色體組數(shù)2222→423.DNA、染色體含量變化曲線CD段形成原因：著絲點的分裂CD段形成原因：著絲點的分裂與有絲分裂有關(guān)的相關(guān)細胞器的生理作用細胞器名稱細胞類型時期生理作用核糖體動物、植物整個時期，但是主要是間期各種蛋白質(zhì)(組成染色體的蛋白質(zhì)和細胞內(nèi)的蛋白質(zhì))的合成中心體動物、低等植物前期紡錘體的形成高爾基體植物末期細胞壁的形成線粒體動物、植物整個時期提供能量實驗：觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂（選擇的植物分裂期占細胞周期的比例越大越好）一、實驗原理1．植物的分生組織細胞有絲分裂較為旺盛。2．有絲分裂各個時期細胞內(nèi)染色體行為變化不同，根據(jù)各個時期內(nèi)染色體的變化情況，識別該細胞處于有絲分裂的哪個時期。3．細胞核內(nèi)的染色體(質(zhì))易被堿性染料著色。二、實驗流程1．洋蔥根尖的培養(yǎng)：實驗前3～4d，將洋蔥放在裝滿水的廣口瓶上，底部接觸水，把裝置放在溫暖的地方，經(jīng)常換水，以防爛根，待根長到5cm時，取生長健壯的根尖制成臨時裝片觀察。取材時，剪取根尖應為2～3mm，過長會包括伸長區(qū)，無細胞分裂；2．裝片的制作解離—漂洗--染色—制片（一）解離所用藥液--解離液（是由質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸和體積分數(shù)為95%的酒精按1︰1混合而成的），解離的作用是使組織中的細胞分離開來。解離時間不宜過長，否則根尖細胞的結(jié)構(gòu)會遭到破壞；（二）漂洗所用的液體是蒸餾水，其作用是洗去解離液，利于染色。（三）染色用0.01g·mL－1或0.02g·mL－1的龍膽紫溶液，目的是能使染色體著色。（四）制片（壓片）：需按壓使細胞分散開以利于觀察，壓片時要掌握好力度，過輕，細胞分散不開；過重，會壓壞玻片。目的：使細胞分散開來，有利于觀察。3.觀察裝片的步驟（一）先放在低倍鏡下觀察，找到分生區(qū)細胞：細胞呈正方形，排列緊密。（二）再用高倍鏡觀察。（三）統(tǒng)計視野中處于各時期的細胞數(shù)。顯微鏡下觀察到的都是死細胞，不能觀察到有絲分裂的動態(tài)變化，若視野中找不到某一時期的細胞，可通過移動玻片在鄰近的區(qū)域中尋找。在顯微鏡下觀察到間期的細胞數(shù)目最多，因為間期歷時最長。分裂期占細胞周期的比例越大，越利于進行觀察實驗。4．繪圖。(1)動物細胞一般畫成圓形，最外層代表細胞膜；植物細胞一般畫成長方形、最外層代表細胞壁。（2）動物細胞和低等植物細胞要畫出中心體，高等植物細胞不能畫。(3)細胞分裂后期圖像應注意三點：①移向兩極的染色體形態(tài)，不能畫反，正確的應為染色體臂朝向中央，著絲點靠近兩極；②上下對應的兩條子染色體的大小、形狀、顏色完全相同；③每－極同源染色體都應成對存在(以二倍體生物為例)?？键c提示：（1）培養(yǎng)根尖時，應選用老洋蔥，因為新洋蔥尚在休眠，不易生根。（2）根尖分生區(qū)的細胞能進行有絲分裂；上午10時到下午2時細胞分裂活躍。（3）解離是為了使細胞相互分離開來，壓片是為了使細胞相互分散開來；再加一塊載玻片是為了受力均勻，防止蓋玻片被壓破。（4）分生區(qū)細胞中，什么時期的細胞最多？為什么？答：間期；因為在細胞周期中，間期時間最長。（5）所觀察的細胞能從中期變化到后期嗎？為什么？答：不能，因為所觀察的細胞都是停留在某一時期的死細胞。（6）觀察洋蔥表皮細胞能否看到染色體？為什么？答：不能，因為洋蔥表皮細胞一般不分裂。（7）若觀察時不能看到染色體，其原因是什么？答：沒有找到分生區(qū)細胞；沒有找到處于分裂期的細胞；染液過稀；染色時間過短。第2節(jié)細胞的分化、衰老、凋亡及癌變一．細胞分化1.細胞分化概念：在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。有絲分裂細胞分化有絲分裂細胞分化2、細胞分化的原因：是基因選擇性表達的結(jié)果（注：細胞分化過程中基因沒有改變，同一個體不同細胞中DNA相同，RNA、蛋白質(zhì)不完全相同）3.特點：普遍性、持久性、穩(wěn)定性和不可逆性。（離開動植物且給予一定外界條件才可逆）4.意義：①細胞分化是生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)。②細胞分化使多細胞生物體中的細胞趨向?qū)ｉT化，有利于提高各種生理功能的效率。細胞分裂的結(jié)果是：細胞數(shù)目的增加；細胞分化的結(jié)果是：細胞種類的增加聯(lián)系:細胞分裂是細胞分化的基礎(chǔ)。2．細胞分化的不可逆性及脫分化在生物體內(nèi)，細胞分化是一種穩(wěn)定的程序性變化，一般是不可逆轉(zhuǎn)的。但在人工實驗條件下，分化的組織細胞能脫分化3.管家基因：所有細胞中均表達的一類基因，其產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）是對維持細胞基本生命活動所必需的。如呼吸酶基因、ATP合成酶基因等。4.奢侈基因：不同類型細胞中特異性表達的基因，其產(chǎn)物蛋白質(zhì)賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與功能。如抗體基因、胰島素基因等。例如:受精卵分化產(chǎn)生肌細胞和胰島B細胞，兩種細胞所含的遺傳信息相同。但是肌細胞中編碼肌動蛋白和肌球蛋白的遺傳信息得到執(zhí)行，編碼胰島素的遺傳信息沒有執(zhí)行；而在胰島B細胞中編碼胰島素的遺傳信息得到執(zhí)行，編碼肌動蛋白和肌球蛋白的基因沒有執(zhí)行二．細胞的全能性1.概念：已經(jīng)分化的細胞，仍然具有發(fā)育成完整個體的潛能。2、細胞具有全能性的原因：細胞包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。3、細胞全能性實例：胡蘿卜根細胞或組織離體培養(yǎng)成新的胡蘿卜植株。4、克隆動物：可以說明動物體細胞核具有全能性。5．細胞全能性表達的條件(1)離體(必要條件)。(2)在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他適宜的外界條件6.細胞全能性大小比較（分化程度越高，全能性越低)物種不同：植物細胞＞動物細胞分化程度不同：受精卵＞生殖細胞＞體細胞分裂能力不同：分裂能力強＞分裂能力弱注意：由細胞（起點）發(fā)育成一個完整個體（終點），才能體現(xiàn)細胞的全能性。由種子發(fā)育為一個個體不是全能性注意(1)細胞分化是不可逆的，這是指在生物體內(nèi)。有的題目卻說是可逆的，這是指在離體條件下。這兩句話都正確。(2)eq\a\vs4\al(細胞全能性,表達的類型)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(體細胞——胡蘿卜韌皮部細胞→植株,生殖細胞\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(花藥→單倍體植株,卵細胞→雄蜂))))三、干細胞的概念：動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細胞，這些細胞叫做干細胞。干細胞分類：專能干細胞（例如成纖維細胞），多能干細胞（如造血干細胞），全能干細胞（如胚胎干細胞）2、特點進行不對稱分裂，即分裂產(chǎn)生2個細胞，一個是干細胞，另一個經(jīng)過分化形成多種體細胞。細胞衰老(2)多細胞生物:體內(nèi)的細胞總是不斷地更新，總有一部分細胞處于衰老或走向死亡的狀態(tài)，但從整體上看，個體衰老的過程也是組成個體的細胞普遍衰老的過程。細胞衰老是個體衰老的內(nèi)因，衰老個體中衰老細胞多。2．衰老的特征①細胞內(nèi)的水分減少，結(jié)果使細胞萎縮，體積變小，細胞新陳代謝的速率減慢；（皺紋）②細胞內(nèi)多種酶的活性降低；（頭發(fā)白）③細胞內(nèi)的色素隨細胞衰老而逐漸積累，妨礙細胞內(nèi)物質(zhì)的交流和傳遞，影響細胞正常的生理功能（老年斑：色素積累）④細