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1、第六章 细胞的生命历程 2015年1月31日 由中国科学院院士和中国工程院院士评选的 2014年中国十大科技进展新闻 在京揭晓 清华大学生命科学学院施一公院士课题组完成的 首次揭示阿尔茨海默氏症致病蛋白三维结构 而入选 中科院院士 清华大学教授施一公为 生化 遗传和分子生物学 领域的第一人 施一公研究组主要致力于运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制 集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究 重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究 细胞内生物大分子机器的结构与功能研究 趣味导学 细胞凋亡 程序性细胞死亡 与人的生长 发育 衰老以及死亡息息相关 临床数据表明细胞
2、凋亡的异常会导致严重病变 比如癌症 老年痴呆症等等 因此揭示细胞凋亡的分子机理不仅可以加深我们对这一基本生命过程的了解 还可以对开发新型抗癌 预防老年痴呆的药物提供重要线索 本章我们将重点学习真核细胞有丝分裂的过程及细胞周期的概念 细胞分化的概念和意义 细胞的全能性 细胞衰老和细胞凋亡的意义 癌细胞的主要特征及致癌因子等 学习本章时 对于细胞周期的各个周期 应注意细胞核的结构 尤其是各时期染色体和DNA行为和数量的变化特点 并且结合细胞内其他结构的相应变化 注意有丝分裂过程是连续动态变化过程 所以应切实掌握有丝分裂的实质及典型习题的解题思路和技巧 对于细胞分化 衰老 凋亡和癌变的知识 应从细胞
3、结构和代谢等方面理解其特点 并与实例相结合 实现知识的有效迁移 本章概述 1 结合细胞分裂图像 识记细胞不同分裂时期染色体的行为特点 借助曲线图理解染色体和DNA的数目变化 2 列表比较动物细胞与植物细胞有丝分裂的区别与联系 3 以具体的事例理解细胞的分化和细胞的全能性 例如造血干细胞的分化 胡萝卜的组织培养等 4 通过列表比较的方法区分细胞衰老 凋亡和癌变在结构和代谢等方面的变化 学法指导 第1节细胞的增殖 自主学习 一 细胞不能无限长大1 实验过程制备琼脂块 切取三块边长分别为3cm 2cm 1cm的含 的正方 体琼脂块浸泡 质量分数为0 1 的 浸泡10min 切割 捞取 吸干并均分琼脂
4、块 测量 记录 计算 得出结果 酚酞 NaOH溶液 2 分析实验结果 得出实验结论 1 实验结果 2 实验结论 琼脂块的表面积和体积之比随着琼脂块的增大而 NaOH扩散的体积和整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而 细胞体积越大 其 越小 细胞的物质运输效率就 减小 减小 相对表面积 越低 3 限制细胞大小的主要原因 1 细胞 的关系 2 的控制能力 4 细胞增殖 表面积与体积 细胞核 连续分裂 一次分裂完成时 下一次分裂完成时 2 高等植物细胞有丝分裂各时期分裂图像和变化特征时期图像变化特征 前期 染色体 纺锤体 核仁 核膜 染色体 中期 染色体 赤道板 形态稳定 数目清晰 后期 着丝点 姐
5、妹染色单体 加倍 细胞两极 末期 染色质 核膜 核仁 赤道板 细胞壁 3 动 植物细胞有丝分裂的不同点 中心粒 中心粒 纺锤丝 星射线 细胞板 由中部向内凹陷 4 有丝分裂的特征和意义 1 特征 将经过复制的亲代细胞的 精确地平均分配到 中 2 意义 在细胞的亲代和子代间保持了 的稳定性 染色体 两个子细胞 遗传性状 三 无丝分裂 1 在有丝分裂过程中 细胞质中的遗传物质是否也能均等分配 提示 不是均等分配 而是随机地 不均等地分配到两个子细胞 2 菠菜根尖分生区细胞有丝分裂过程中能进行复制的成分或结构有哪些 动物细胞呢 提示 DNA分子和线粒体 动物细胞中除上述两者外还有中心体在间期复制 3
6、 无丝分裂过程中 会发生DNA复制吗 提示 发生DNA复制 思考 1 在细胞周期中 分裂间期的持续时间通常比分裂期的短 2 在 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 实验中 统计每一时期细胞数占计数细胞总数的比例 能比较细胞周期各时期的时间长短 3 人体所有细胞的细胞周期持续时间相同 4 在植物细胞有丝分裂末期 高尔基体参与细胞壁的形成 5 分裂期的细胞不进行DNA复制和蛋白质合成 判断题 6 无丝分裂过程中核膜不消失 7 盐酸解离根尖的同时也为龙胆紫溶液染色创造酸性环境 8 解离和压片都有利于根尖分生区细胞分散 9 剪取5cm根尖 用酒精和吡罗红混合液解离染色 10 在 观察根尖分生组织细胞的有丝
7、分裂 实验中 持续观察 视野中处于中期的细胞将分裂成两个子细胞 新知解读 1 概念理解 1 条件 只有连续分裂的细胞才有细胞周期 如根尖分生区细胞 已分化的成熟细胞和进行减数分裂的细胞不具有细胞周期 如洋葱表皮细胞和精细胞都没有细胞周期 知识点1细胞周期 2 组成及关系 组成 2 表示方法 1 扇形图 从A点 B点 A点 顺时针 表示一个细胞周期 2 线段法 B C是一个完整的细胞周期 虽然A B所持续时间长度和B C是一样的 但因为细胞周期的起点是分裂间期 所以A B不能表示一个完整的细胞周期 间期 间歇期细胞在间期要进行DNA复制和有关蛋白质的合成 间期又可分为G1期 主要合成DNA所需的
8、蛋白质和核糖体增生 S期 DNA复制 G2期 主要合成分裂所需的蛋白质 三个时期 知识贴士 右图表示细胞有丝分裂一个细胞周期所用的时间 下列说法正确的是 甲 乙的过程表示分裂间期 乙 甲的过程表示分裂期 一个细胞周期是指甲 甲的全过程 一个细胞周期是指乙 乙的全过程A B C D 典题1 B 解析 考查对细胞周期概念的理解和掌握 细胞周期是指连续分裂的细胞 从一次分裂完成时开始 到下一次分裂完成时为止 这是一个细胞周期 可分为两个阶段 分裂间期和分裂期 一个细胞周期内分裂间期时间远远大于分裂期 变式训练1 在一个细胞周期中 最可能发生在同一时期的是 A 着丝点的分裂和细胞质的分裂B 染色体数目
9、加倍和染色单体形成C 细胞板的出现和纺锤体的出现D DNA分子复制和中心粒复制 解析 连续进行有丝分裂的细胞才具有细胞周期 着丝点的分裂发生在后期 细胞质的分裂发生在末期 染色体数目加倍在后期 染色单体形成在间期 细胞板的出现在末期 纺锤体的出现在前期 DNA分子复制和中心粒复制都在间期 D 1 染色体 染色单体 DNA的数量关系 知识点2有丝分裂 1 当染色单体存在时 染色体 染色单体 DNA 1 2 2 2 当无染色单体存在时 染色体 DNA 1 1 3 染色体数 着丝点数 2 细胞有丝分裂的过程及特点 3 与有丝分裂有关的四个细胞器 1 核糖体 间期进行有关蛋白质的合成 2 中心体 前期
10、发出星射线形成纺锤体 3 高尔基体 末期形成植物细胞壁 4 线粒体 为细胞分裂提供能量 知识贴士 下图为某实验小组观察1000个处于分裂期的洋葱根尖细胞有丝分裂而做出的统计图 据图对洋葱根尖细胞有丝分裂可做出的正确判断是 典题2 B A 洋葱根尖细胞大多数处在细胞周期的分裂期B 洋葱根尖细胞有丝分裂各时期相对持续时间的长短是 前期 末期 中期 后期C 图中细胞数目最多的时期可以观察到染色体的联会现象D 细胞有丝分裂过程中染色单体数量和DNA含量最多的时期是后期 解析 洋葱根尖分生组织中 处于有丝分裂各时期的细胞数目和细胞分裂经历该时期所用的时间呈正相关 细胞周期包括分裂间期和分裂期 分裂间期相
11、对持续时间最长 处于分裂间期的细胞数目最多 题图没给出处于分裂间期的细胞数目 由题图可以看出 图中有丝分裂各时期细胞数目是前期 末期 中期 后期 故在细胞周期中 相对持续时间的长短是 前期 末期 中期 后期 同源染色体的联会发生在减数第一次分裂前期 有丝分裂后期 染色体着丝点分裂 姐妹染色单体消失 变式训练2 动物细胞与植物细胞的有丝分裂不同之处为 纺锤体形成方式不同 染色体复制方式不同 DNA数量变化规律不同 形成子细胞的方式不同A B C D 解析 动物细胞与植物细胞有丝分裂不同之处 是纺锤体形成方式不同 是形成子细胞的方式不同 D 无丝分裂又称直接分裂 它的分裂过程比较简单 在分裂过程中
12、不出现染色体和纺锤体 因此叫做无丝分裂 1 无丝分裂的过程细胞无丝分裂的过程 一般是细胞核先延长 从核的中部向内凹陷 变细 最后缢裂成两个细胞核 接着整个细胞从中部缢裂成两部分 形成两个子细胞 例如 蛙的红细胞的无丝分裂 知识点3无丝分裂 2 无丝分裂的特点无丝分裂中 无染色体和纺锤体出现 不能保证母细胞的遗传物质平均地分配到两个子细胞中去 无丝分裂与有丝分裂的比较 知识贴士 细胞无丝分裂之所以叫无丝分裂 主要原因是 A 细胞分裂过程比较简单B 分裂中无纺锤丝和染色体的出现C 分裂中细胞核先延长缢裂D 分裂中整个细胞缢裂为两部分 解析 无丝分裂是相对于有丝分裂而命名的 有丝分裂是由于分裂过程中
13、出现纺锤丝和染色体 所以叫有丝分裂 而无丝分裂是由于分裂过程中不出现纺锤丝和染色体 所以叫无丝分裂 典题3 B 变式训练3 下列几类细胞分裂中 观察不到纺锤丝的有 A 细菌细胞和蛙的红细胞B 骨髓细胞和肾细胞C 根尖生长点细胞D 精原细胞的分裂 解析 细胞分裂方式可分为无丝分裂 有丝分裂和减数分裂 减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂 因为它与有丝分裂一样也出现纺锤丝 只有无丝分裂过程没有纺锤丝的出现 题中B C两项细胞的分裂都是有丝分裂 D项为减数分裂 只有A项细菌细胞的二分裂增殖和蛙的红细胞的无丝分裂过程中不出现纺锤丝 A 实验原理1 在高等植物体内 有丝分裂常见于根尖 芽尖等分生区细胞 2
14、细胞分裂具有独立性 某一时刻 同一组织的不同细胞 可处于细胞周期的不同分裂时期 在高倍镜下 根据染色体的形态和数量 识别有丝分裂的不同时期 3 细胞核内的染色体容易被碱性染料 如龙胆紫溶液 着色 知识点4实验 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 材料用具洋葱 可用葱 蒜代替 显微镜 载玻片 盖玻片 玻璃皿 剪子 镊子和滴管 质量分数为15 的盐酸 体积分数为95 的酒精 质量浓度为0 01g mL或0 02g mL的龙胆紫溶液 将龙胆紫溶解在质量分数为2 的醋酸溶液中配制而成 或醋酸洋红液 洋葱根尖细胞有丝分裂固定装片 方法步骤1 洋葱根尖的培养在上实验课之前的3 4d内 取洋葱一个 放在广口瓶上
15、 瓶内装满清水 让洋葱的底部接触到瓶内的水面 把这个装置放在温暖的地方培养 待根长约5cm时 取生长健壮的根尖制成临时装片观察 2 装片的制作制作流程为 解离 漂洗 染色 制片 1 解离上午10时至下午2时 洋葱根尖分生区细胞处于分裂期的较多 这会因洋葱品种 室温等的差异而有所不同 剪取洋葱根尖2 3mm 立即放入盛有盐酸和酒精混合液 1 1 的玻璃皿中 在室温下解离3 5min 使组织中的细胞相互分离开来 2 漂洗待根尖酥软后 用镊子取出 放入盛有清水的玻璃皿中漂洗10min 洗去药液 防止解离过度 3 染色把根尖放进盛有质量浓度为0 01g mL或0 02g mL的龙胆紫溶液 或醋酸洋红液
16、 的玻璃皿中染色3 5min 龙胆紫溶液或醋酸洋红液能使染色体着色 4 制片用镊子将这段根尖取出来 放在载玻片上 加一滴清水 并用镊子尖把根尖弄碎 盖上盖玻片 在盖玻片上再加一片载玻片 然后 用拇指轻轻地按压载玻片 以使细胞分散开来 有利于观察 3 洋葱根尖细胞有丝分裂的观察把制成的装片先放在低倍镜下观察 扫视整个装片 找到分生区细胞 细胞呈正方形 排列紧密 再换成高倍镜仔细观察 首先找出分裂中期的细胞 然后再找前期 后期 末期的细胞 注意观察各时期细胞内染色体形态和分布的特点 最后观察分裂间期的细胞 1 实验材料 选材部位具有持续分裂能力 如根尖 芽尖 选择染色体数目较少的生物 便于染色体的计数 选择分裂期占细胞周期时间比例大的细胞 易观察到分裂期细胞 2 实验过程应注意的问题 解离充分是实验成功的必备条件 解离的目的是用药液溶解细胞间质 使组织细胞相互分离开 知识贴士 漂洗的目的是洗去根中多余的解离液 如果不把多余的解离液洗去 一方面会影响染色效果 另一方面还会腐蚀显微镜的镜头 本实验观察的重点是染色质 染色体 而染色质和染色体都容易被碱性染料染色 通过染色 染色质和染色体与细胞的
