2019-2020年高中生物 第6章 第1節(jié) 細胞的增殖學案 新人教版必修1.doc

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2019-2020年高中生物 第6章 第1節(jié) 細胞的增殖學案 新人教版必修1 　　 學習目標 1．簡述細胞生長和增殖的周期性。(重點) 2．觀察細胞的有絲分裂并概述其過程。(重點) 3．真核細胞有絲分裂過程中，各時期染色體行為和數(shù)目的變化以及DNA的數(shù)量變化。(難點) 4．描述細胞的無絲分裂。 5．模擬探究細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P系，探討細胞不能無限長大的原因。,　 知識結(jié)構(gòu) 細胞不能無限長大 1．生物體的生長與細胞的關系 (1)生物體體積增大的原因 (2)不同生物同類器官或組織體積不同的原因：細胞大小一般無明顯差異，主要取決于細胞數(shù)目的多少。 ①多細胞生物的大小主要與細胞的數(shù)量有關。如大多數(shù)動植物。 ②單細胞生物的大小只與細胞的大小有關。如草履蟲、變形蟲等。 2．實驗：細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P系 (1)實驗原理 ①含酚酞的瓊脂塊酚酞變?yōu)樽霞t色。 ②NaOH在瓊脂塊中擴散的速率相同。 ③在相同時間內(nèi)，NaOH擴散的體積和與瓊脂塊的總體積的比值可反映出NaOH的擴散的效率，由此模擬細胞大小與物質(zhì)運輸效率的關系。 (2)實驗目的：通過探究細胞大小，即細胞的表面積與體積之比，與物質(zhì)運輸效率之間的關系，探討細胞不能無限長大的原因。 (3)材料用具：3 cm3 cm6 cm的含酚酞的瓊脂塊，塑料餐刀，防護手套，毫米尺，塑料勺紙巾，燒杯，質(zhì)量分數(shù)為0.1%的NaOH溶液。 (4)方法步驟 (6)結(jié)論 ①細胞越大，物質(zhì)運輸?shù)男试降?，所以體積大的生物都是由許多細胞而不是由少數(shù)體積更大的細胞構(gòu)成的。 ②相對表面積是指表面積與體積之比。細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞與周圍環(huán)境之間物質(zhì)交流的面積相對減小，所以物質(zhì)運輸?shù)男试降汀? (7)實驗操作注意事項 ①翻動瓊脂時要防止破壞瓊脂塊表面。 ②用塑料餐刀切割瓊脂塊時，每次切割都要用干凈刀，以防塑料餐刀上的NaOH對實驗造成干擾。 (1)細胞的體積并非越小越好，細胞體積的最小限度是由完成細胞功能所必需的基本結(jié)構(gòu)(如各種細胞器)和物質(zhì)(如酶、ATP)所需的空間決定的。 (2)并非所有細胞體積都較小，如鴕鳥卵細胞直徑可達5 cm。 教材第110～111頁參考答案 問題探討 1．象與鼠相應器官大小有一定差異；組織的細胞大小無明顯差異。 2．生物體的生長，既靠細胞分裂增加細胞的數(shù)量，還要靠細胞生長增大細胞的體積。 實驗討論 1．當NaOH與含酚酞的瓊脂塊相遇時，其中的酚酞變成紫紅色，這是常用的檢測NaOH的方法。從瓊脂塊的顏色變化就知道NaOH擴散到多遠；在相同時間內(nèi)，NaOH在每一瓊脂塊內(nèi)擴散的深度基本相同，說明NaOH在每一瓊脂塊內(nèi)擴散的速率是相同的。 2．根據(jù)球的體積公式：V＝πr3，表面積公式S＝4πr2，計算結(jié)果見下表。 細胞直徑/cm 表面積/cm2 體積/cm3 比值(表面積/體積) 20 1 256 4 187 0.30 30 2 826 14 130 0.20 　　3.細胞越大，物質(zhì)運輸?shù)男试降停远嗉毎矬w是由許多細胞而不是由少數(shù)體積更大的細胞構(gòu)成的。細胞越大，需要與外界環(huán)境交流的物質(zhì)越多；但是細胞體積越大，其表面積相對越小，細胞與周圍環(huán)境之間物質(zhì)交流的面積相對就小了，所以，物質(zhì)運輸?shù)男试降汀? 【例1】　下列有關細胞不能無限長大的原因的敘述，不正確的是(　　) A．與細胞表面積和體積的比例有關 B．細胞核的大小是有一定限度的 C．細胞體積過大不利于細胞內(nèi)的物質(zhì)交流 D．細胞的體積與細胞核無關 解析：細胞體積的大小受以下幾個因素的制約：一是細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞與外界的物質(zhì)交換效率就越低，而且還會影響到細胞內(nèi)部的物質(zhì)交流；二是細胞核是細胞的控制中心，細胞核中的DNA一般不會隨著細胞體積的增大而增加，即細胞核控制的范圍是有限的，因此細胞不能無限長大。 答案：D 點撥：細胞保持較小的體積，一方面單位體積內(nèi)表面積較大，細胞代謝率高；另一方面可節(jié)約有用物質(zhì)擴散進入細胞的時間，并且有助于快速運出廢物。 細胞通過分裂進行增殖 1．生物體生長發(fā)育的方式 (1)單細胞生物：通過細胞增殖繁衍。 (2)多細胞生物：經(jīng)過細胞的分裂和分化逐漸發(fā)育。 2．細胞增殖的過程 細胞在分裂之前，必須進行一定的物質(zhì)準備，因此細胞的增殖包括物質(zhì)準備和細胞分裂整個連續(xù)的過程。 3．細胞增殖的方式 細胞的增殖方式可分為有絲分裂，無絲分裂和減數(shù)分裂三種。 (1)有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式。 (2)無絲分裂時無紡錘絲和染色體的變化，是一種簡單的分裂方式。 (3)減數(shù)分裂是一種特殊的分裂方式，它與真核生物有性生殖細胞的形成有關。 4．細胞增殖的意義 細胞增殖是重要的生命活動，是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎。 (1)有絲分裂和無絲分裂是形成體細胞的方式，減數(shù)分裂與生殖細胞的形成有關。 (2)有絲分裂、無絲分裂、減數(shù)分裂均是指真核細胞的分裂方式，不要誤認為無絲分裂是原核細胞的分裂方式。 (3)原核生物的細胞以二分裂方式增殖。 【例2】　人體小塊擦傷的皮膚能重新長好，主要是由于細胞能進行(　　) A．無絲分裂 B．減數(shù)分裂 C．有絲分裂 D．有絲分裂和減數(shù)分裂 解析：擦傷的皮膚能重新長好，主要是由于皮膚生發(fā)層細胞進行有絲分裂，以補充損傷的細胞。 答案：C 點撥：本題考查細胞增殖的方式和意義，真核生物體細胞的增殖方式是有絲分裂，真核生物個體生長和發(fā)育過程中，體細胞的分裂方式主要是有絲分裂。 有絲分裂 1．細胞周期 (1)前提條件：只有連續(xù)分裂的細胞才有細胞周期，如根尖分生區(qū)細胞、莖形成層細胞、皮膚生發(fā)層細胞和胚胎干細胞等。 (2)時間：從一次分裂完成時開始→下一次分裂完成時結(jié)束。 (3)兩個階段 ①分裂間期在前，經(jīng)歷時間較長，占整個細胞周期的90%～95%。 ②分裂期在后，經(jīng)歷時間較短，可劃分為前期、中期、后期和末期四個連續(xù)的時期。 ③圖解 a．圓周圖解法(圖611) 細胞周期 b．線段圖解法(圖612) 圖示中AC段為一個細胞周期，CE段也為一個細胞周期。 (1)不同生物細胞的細胞周期長短不同。 (2)細胞周期＝分裂間期＋分裂期。一個細胞周期，一定是分裂間期在前，分裂期在后，分裂間期時間長，分裂期時間短。分裂間期為分裂期進行活躍的物質(zhì)準備，完成DNA的復制和有關蛋白質(zhì)的合成，在觀察有絲分裂裝片時，大多數(shù)細胞處于分裂間期。 (3)要抓住兩個要點：①連續(xù)分裂：只有連續(xù)分裂的細胞才有細胞周期，已分化的細胞(如卵細胞、神經(jīng)細胞等)沒有細胞周期。②時間起點：上一次分裂結(jié)束―→下一次分裂結(jié)束。 2．有絲分裂過程 (1)高等動、植物細胞有絲分裂過程 時期 植物細胞示意圖 動物細胞示意圖 主要特點(植物) 分裂間期 DNA分子的復制和有關蛋白質(zhì)的合成。每個染色體都形成兩個完全一樣的姐妹染色單體 分裂期 前期 ①出現(xiàn)染色體；②核膜逐漸消失，核仁逐漸解體；③從細胞兩極發(fā)現(xiàn)許多紡錘絲，形成紡錘體 中期 染色體的著絲點排列在赤道板上，染色體數(shù)目清晰，形態(tài)比較穩(wěn)定 后期 每個著絲點分裂成兩個，姐妹染色單體分開，成為兩條子染色體 末期 ①兩套染色體分別到達細胞兩極后，又變成細長而盤曲的染色質(zhì)絲；②核膜、核仁重新出現(xiàn)；③紡錘絲逐漸消失 利用口訣記憶各時期的變化特征 (1)前期：膜仁消失顯兩體(核膜、核仁消失，顯現(xiàn)紡錘體和染色體)。 (2)中期：形定數(shù)晰赤道齊(染色體的形態(tài)穩(wěn)定，數(shù)目清晰，著絲點排列在赤道板上)。 (3)后期：點裂數(shù)加均兩極(著絲點分裂，染色體數(shù)目加倍，并平均移向兩極)。 (4)末期：兩消兩現(xiàn)重開始(紡錘體消失，染色體變成染色質(zhì)，核膜、核仁重新出現(xiàn))。 (2)動、植物細胞有絲分裂過程的異同點 動物細胞的有絲分裂與植物細胞的有絲分裂相比較，有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方表現(xiàn)在動植物細胞有絲分裂的實質(zhì)是一樣的，但動物細胞與植物細胞在結(jié)構(gòu)上的差異，導致動植物細胞在有絲分裂的形式上有所不同。具體見下表： 類型 植物細胞有絲分裂 動物細胞有絲分裂 不同點 前期 細胞兩極產(chǎn)生紡錘絲，形成紡錘體 由中心粒發(fā)出的星射線形成紡錘體 末期 細胞中部形成細胞板，擴展形成細胞壁，形成兩個子細胞 細胞膜從中部內(nèi)陷，細胞質(zhì)縊裂成兩部分，一個細胞分裂成兩個子細胞 相同點 分裂過程基本相同。染色體變化規(guī)律相同；分裂間期染色體復制；分裂期實現(xiàn)染色體平均分配到兩個子細胞中去 動、植物細胞的圖像的判斷 (1)圖像畫成方形或圖像中出現(xiàn)細胞板結(jié)構(gòu)、無中心粒結(jié)構(gòu)的，一般為植物細胞圖。 (2)圖像畫成圓形或有中心粒結(jié)構(gòu)，通過縊裂方式平分細胞的，一般為動物細胞圖。 (3)圖像既出現(xiàn)中心粒，又出現(xiàn)細胞板結(jié)構(gòu)，一般是低等植物細胞圖。 3．有絲分裂過程中染色體、染色單體和DNA含量的變化 (1)染色體、染色單體和DNA的關系，如圖613所示。 姐妹染色單體是指經(jīng)過復制后仍連接在同一個著絲點上的兩條染色單體；當著絲點分裂后，兩姐妹染色單體就分開成為獨立的染色體。染色體數(shù)目是根據(jù)著絲點數(shù)目來計算的，有幾個著絲點就有幾條染色體。無染色單體時，染色體∶DNA＝1∶1，有染色單體存在時，染色體∶染色單體∶DNA＝1∶2∶2。 (2)染色體(DNA)的行為、形態(tài)、數(shù)目變化 時期 染色體變化 數(shù)目(形態(tài))變化 　染色體形態(tài)、數(shù)目 DNA數(shù)目 分裂間期 由于DNA復制，使每條染色體包含由著絲點相連的兩條染色單體(呈染色質(zhì)狀態(tài)) 2n2 n2n→4n 分 裂 期 前期 染色質(zhì)不斷螺旋形成染色體，每條染色體包括著絲點相連的平行著的兩條染色單體 2n 4n 中期 染色體的著絲點排列在赤道板上(易辨認染色體形態(tài)、數(shù)目) 2n 4n 后期 每條染色體兩條形態(tài)相同染色體，使染色體分成數(shù)目和形態(tài)相同的兩套，在紡錘絲的牽引下移向兩極 4n (一個母細胞) 4n (一個母細胞) 末期 染色體到達兩極后，解旋變成細長而盤曲的染色質(zhì)絲 　　(3)用曲線圖表示有絲分裂過程中核內(nèi)染色體數(shù)目、DNA含量、染色單體數(shù)目變化規(guī)律 ①核內(nèi)染色體數(shù)目變化規(guī)律：2n→4n→2n(圖614) ②核內(nèi)DNA含量變化規(guī)律：2n→4n→2n(圖615) ③染色單體數(shù)目變化規(guī)律：0→4n→0(圖616) 有絲分裂中，染色體及核內(nèi)DNA分子不同時加倍，但隨著細胞分裂為兩個子細胞而減半，最終保持染色體數(shù)目恒定。 4．有絲分裂的意義 (1)特征 (2)意義：將親代細胞的染色體經(jīng)過復制后，精確地平均分配到兩個子細胞中，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。 (1)染色體平均分配使DNA平均分配，是指細胞核中的DNA平均分配，而細胞質(zhì)中的DNA在分裂時則是隨機的，如線粒體DNA，隨細胞質(zhì)隨機分配到兩個子細胞中。 (2)分裂全過程所需的能量主要由線粒體進行有氧呼吸產(chǎn)生。 (3)分裂間期有關的蛋白質(zhì)是在核糖體上合成的。 (4)分裂末期，高等植物細胞壁的形成與高爾基體有關。 教材第113～114頁參考答案 旁欄思考題 有絲分裂的絲指的是紡錘絲。 技能訓練 限制細胞長大的因素主要有兩方面：(1)細胞表面積與體積的比。原生動物細胞中的伸縮泡就可增大膜表面積與體積的比。(2)細胞的核質(zhì)比。細胞核所控制的細胞大小與核的大小成比例，所以像草履蟲這樣個體較大的細胞有兩個細胞核，以保證正常的核質(zhì)比。 【例3】　圖617中A、B、C是不同生物細胞有絲分裂圖，據(jù)圖回答下列問題。 圖617 (1)A圖表示的是動物細胞還是植物細胞：____________，理由是：①________，②________。該細胞所處的分裂期是________，判斷的依據(jù)是________。該細胞染色體數(shù)目是________條，DNA分子是________個。該細胞有絲分裂的結(jié)果是形成________個子細胞，每個子細胞中染色體數(shù)目有________條。 (2)B圖細胞處于________期，判斷的依據(jù)是________。 (3)C圖表示的是________細胞的有絲分裂，判斷的依據(jù)是________，該細胞處于________期。 解析：A、B圖均呈方形，無中心粒結(jié)構(gòu)，C圖呈圓形，有中心粒結(jié)構(gòu)，所以A、B是植物細胞圖，C是動物細胞圖。A圖中核仁消失，染色體散亂地排在細胞內(nèi)，形成了紡錘體，因此是植物細胞有絲分裂前期，圖中清晰可見染色體數(shù)目有6條，DNA分子有12個，有絲分裂的結(jié)果是形成2個子細胞，每個細胞中有6條染色體。B、C圖中著絲點已分裂，染色單體分開形成了子染色體，因此B是植物細胞有絲分裂后期，C是動物細胞有絲分裂后期。 答案：(1)植物細胞　有細胞壁　無中心體　有絲分裂前期　核仁、核膜逐漸消失，染色體散亂地排在細胞內(nèi)，紡錘絲形成紡錘體　6　12　兩　6　(2)有絲分裂后　著絲點分裂成兩個，姐妹染色單體分開成為兩條子染色體　(3)動物　由中心體發(fā)出星射線形成紡錘體　有絲分裂后 點撥：圖像的識別包括三個方面：一是動物細胞和植物細胞的識別；二是識別細胞分裂的各個時期；三是識別細胞內(nèi)染色體、染色單體及DNA的數(shù)目。判斷是植物細胞分裂還是動物細胞分裂依據(jù)兩點：在有絲分裂前期，紡錘體的形成過程；在有絲分裂末期，細胞質(zhì)的分裂方式。識別各個時期要根據(jù)有絲分裂各個時期的特點，特別是染色體的變化行為。判斷細胞內(nèi)染色體、染色單體及DNA數(shù)目，主要參照中期或后期時的圖像進行分析判斷。 無絲分裂 1．無絲分裂的過程：核延長―→核縊裂―→質(zhì)縊裂―→形成2個子細胞。 2．無絲分裂的特點：不出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化，但有遺傳物質(zhì)的復制。 3．實例：蛙的紅細胞。 4．無絲分裂與有絲分裂的比較 無絲分裂 有絲分裂 特點 無紡錘絲和染色體的變化 有紡錘絲和染色體的變化 細胞核 始終存在 周期性地解體和重建 舉例 蛙的紅細胞的分裂 蛙的體細胞的分裂 (1)無絲分裂速度快，消耗能量少，所以經(jīng)常出現(xiàn)在生命力旺盛、生長迅速的組織中。 (2)無絲分裂不能保證母細胞的遺傳物質(zhì)平均地分配到兩個子細胞中去。 【例4】　無絲分裂與有絲分裂的最主要的區(qū)別是(　　) A．無染色體的變化和紡錘絲的出現(xiàn) B．無染色體的復制 C．形成的子細胞染色體數(shù)目減少 D．形成的兩個子細胞大小不同 解析：因為在分裂過程中沒有出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化，所以叫做無絲分裂，這也是與有絲分裂相比的最主要的區(qū)別。 答案：A 點撥：無絲分裂沒有出現(xiàn)染色體，但在分裂前也進行DNA復制和蛋白質(zhì)合成，即有染色體(質(zhì))復制，B項是本題的易錯選項。 實驗：觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂 1．實驗原理 (1)高等植物的根尖、芽尖的分生區(qū)細胞在適宜條件下有絲分裂旺盛。 (2)細胞分裂具有獨立性：某一時刻，同一組織的不同細胞，可處于細胞周期的不同分裂時期。 (3)質(zhì)量分數(shù)為15 %的鹽酸和體積分數(shù)為95%的酒精可將細胞固定于分裂的某一時期。 (4)質(zhì)量濃度為0.01 g/mL的龍膽紫溶液可將染色體染成紫色，便于觀察。 (5)在高倍鏡下，根據(jù)染色體的形態(tài)和數(shù)目，識別有絲分裂的不同時期。 (6)每一時期的時間＝細胞周期 細胞周期的不同時期經(jīng)歷的時間長短是根據(jù)各個時期中細胞數(shù)目多少來體現(xiàn)的，某時期細胞數(shù)目越多，說明該時期在細胞周期中所占時間越長。 2．目的要求 (1)制作洋蔥根尖細胞有絲分裂裝片。 (2)觀察植物細胞有絲分裂的過程，識別有絲分裂的不同時期，比較細胞周期不同時期的時間長短。 (3)繪制植物細胞有絲分裂簡圖。 3．材料用具 洋蔥(可用蔥、蒜代替)，顯微鏡，載玻片，蓋玻片，玻璃皿，剪子，鑷子，滴管，質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸，體積分數(shù)為95%的酒精，質(zhì)量濃度為0.01 g/mL或0.02g/mL的龍膽紫溶液(將龍膽紫溶解在質(zhì)量分數(shù)為2%的醋酸溶液中配制而成)或醋酸洋紅液、洋蔥根尖細胞有絲分裂固定裝片。 4．方法步驟 操作名稱 圖　示 具體步驟及目的 洋蔥根尖 的培養(yǎng) 實驗前3～4 d，將洋蔥放在裝滿清水的廣口瓶上，底部接觸水；裝置放在溫暖處；常換水，待根長約5 cm時取用 臨時裝片的制作 解離 剪取根尖2～3 mm，立即放入盛有質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸和體積分數(shù)為95%的酒精溶液的混合液(1∶1)的玻璃皿中，室溫下解離3～5 min 用藥液使組織中的細胞相互分離開來 漂洗 用鑷子取出根尖，放入清水中漂洗約10 min 洗去藥液，防止解離過度，便于染色 染色 將根尖放進盛有質(zhì)量濃度為0.01 g/mL或0.02 g/mL 的龍膽紫溶液(或醋酸洋紅液)的玻璃皿中染色3～5 min 龍膽紫溶液(或醋酸洋紅液)為堿性染料，可使染色體著色 制片 將染色后的根尖放在載玻片上，加一滴清水，用鑷子尖弄碎根尖，蓋上蓋玻片，其上再加一片載玻片，用拇指輕壓載玻片 使細胞分散開來，有利于觀察 觀察 低倍顯微鏡觀察移至視野中央―→高倍顯微鏡觀察移動裝片找其余各時期圖像 繪圖 　　　用鉛筆繪出植物細胞有絲分裂各時期示意圖 　　5.實驗注意事項 (1)實驗材料的選擇 ①選擇染色體數(shù)目較少的生物，便于染色體的計數(shù)。 ②選擇分裂期占細胞周期時間比例大的細胞，易觀察到分裂期細胞。 ③選材部位一般為根尖，選材時不要用莖尖的分生區(qū)細胞，細胞中含有葉綠體，會影響對細胞內(nèi)染色體的觀察。 (2)根尖培養(yǎng)：培養(yǎng)時應經(jīng)常換水，防止根細胞長期缺氧，進行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精，使根細胞中毒、腐爛。 (3)剪取生長旺盛、帶有分生區(qū)的根尖(2～3 mm)，同時注意剪取的時間，一般在上午10時至下午2時左右，此時分生區(qū)細胞分裂旺盛。 (4)解離：通過解離將細胞殺死，使細胞停留在不同的分裂時期。解離時間不宜過長或過短：過長會使根尖過分酥軟且染色體成分被破壞；過短使根尖細胞解離不充分，不能相互分離。 (5)漂洗：漂洗一定要徹底，防止殘留的解離液(鹽酸)繼續(xù)破壞細胞，同時鹽酸也影響染色和腐蝕鏡頭。 (6)染色時，染色液的濃度和染色時間必須掌握好，應注意染色不能過深，否則鏡下一片紫色，無法觀察。 (7)壓片時用力必須恰當，過重會將組織壓爛，過輕則細胞未分散開來，二者都將影響觀察。 (8)觀察時，①先在低倍鏡下找到分生區(qū)細胞，其特點是：呈正方形，排列緊密；再換用高倍鏡。②因細胞已死亡，因此要不斷移動載玻片尋找不同時期的細胞分裂圖像。③觀察到的不同時期細胞數(shù)目的多少，可反映出各時期經(jīng)歷時間的長短。 【例5】　有一位同學做根尖有絲分裂實驗，在顯微鏡中觀察到的圖像如圖618所示。造成這個情況的原因可能是(　　) 圖618 ①取材位置不合適?、谌〔臅r間不合適　③制片時壓片力量不合適?、芙怆x時間不合適　⑤視野選擇不合適 A．②③ B．②④ C．①②⑤ D．①③④ 解析：由題圖可知，細胞多處于未分裂狀態(tài)， 故可能是取材時間不合適，細胞分裂不旺盛；視野中有一些細胞為長形，可能取自伸長區(qū)細胞，故取材位置不合適，應取分生區(qū)細胞；也有可能是視野選擇不當，沒有找到合適的視野觀察；由題圖知細胞均分散開，故不可能為③④所述原因。 答案：C 點撥：實驗評估改錯是高考中常見的一類題型，解決這類題的方法，一是熟練掌握并理解實驗的基本原則，二是掌握教材中常規(guī)實驗中正確操作步驟及注意事項。