人教版高考生物必修1同步学案第6章 第1节 第1课时 细胞周期和有丝分裂过程.docx
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人教版高考生物必修1同步学案第6章第1节第1课时细胞周期和有丝分裂过程
第1课时 细胞周期和有丝分裂过程
一、细胞不能无限长大
1.多细胞生物生长的原因
(1)细胞生长增大细胞的体积。
(2)细胞分裂增加细胞的数量。
(3)不同动(植)物同类器官的大小主要取决于细胞数量的多少。
2.细胞不能无限长大的原因
(1)细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
(2)细胞核的控制能力制约细胞体积长大。
二、细胞通过分裂进行增殖
1.过程:
包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
3.意义:
是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
(1)单细胞生物体通过细胞增殖而繁衍。
(2)多细胞生物通过细胞增殖补充体内衰老死亡的细胞,通过细胞增殖和分化完成个体的生长发育。
三、有丝分裂
1.细胞周期
(1)研究对象:
连续分裂的细胞。
(2)时间:
从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止。
(3)两个阶段:
分裂间期和分裂期,分裂间期约占整个细胞周期的90%~95%。
2.有丝分裂过程(以高等植物细胞为例)
图示
时期
主要变化
间期
①染色体(DNA)变化:
DNA复制和有关蛋白质合成
②细胞变化:
细胞适度生长
前期
①染色体变化:
染色质螺旋缠绕形成染色体
②细胞变化:
a.细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体;
b.核膜消失、核仁解体
中期
①染色体着丝点排列在赤道板上
②染色体形态稳定,数目清晰
后期
①染色体数目变化及原因:
染色体数目加倍;着丝点分裂,姐妹染色单体分开
②染色体运动:
在纺锤丝牵引下移向两极
末期
①染色体变化:
染色体变成染色质
②细胞结构变化:
a.核膜、核仁重新出现;b.赤道板位置出现细胞板,并逐渐扩展为细胞壁
[共研探究]
细胞生长到一定体积时,就要进行细胞分裂,保证细胞体积微小。
请分析教材实验过程,找出细胞趋向于小的原因:
1.实验原理
(1)酚酞遇NaOH呈紫红色。
(2)用琼脂块的大小模拟细胞的大小。
(3)用NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比表示物质运输效率。
2.实验步骤
3.实验结果及分析
(1)在相同时间内,NaOH在每一琼脂块内扩散的深度基本相同,说明NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是相同的。
(2)请计算直径为20μm和30μm的球形细胞的表面积和体积之比(球体的体积公式V=4πr3/3,表面积公式S=4πr2),将计算结果填入下表:
细胞直径(μm)
表面积(μm2)
体积(μm3)
表面积/体积
20
1_256
4_187
0.30
30
2_826
14_130
0.20
4.实验结论
细胞体积越大,其相对表面积越小,细胞与周围环境之间进行物质交流的面积相对越小,物质运输的效率越低。
5.实验总结
(1)该实验分别用什么来模拟细胞和物质?
提示:
琼脂块模拟细胞,NaOH模拟物质。
(2)确定“物质”扩散深度的依据为:
含酚酞的琼脂块
酚酞变为紫红色。
(3)实验中,如果担心NaOH对琼脂造成破坏而导致实验结果不同,我们可以改用红墨水,同时也不需要预先添加酚酞,其他的实验步骤不变。
(4)在相同时间内,NaOH扩散的体积与琼脂块的总体积的比值,可以反映NaOH扩散的效率,以此模拟细胞大小与物质运输效率之间的关系。
(5)细胞体积过大不利于其生长,那细胞体积越小越好吗?
分析其原因。
提示:
不是。
组成细胞的物质必须占据一定的空间,细胞内各种生化反应的进行也需要一定的空间,这些因素决定了细胞的体积不能太小。
[总结升华]
限制细胞无限长大的因素
[对点演练]
1.填写下表,根据相关实验数据判断正误。
琼脂块大
小(边长)
表面积
(cm2)
体积
(cm3)
表面积/
体积
NaOH扩
散深度(cm)
NaOH扩散体积/
整个琼脂块体积
1cm
6
1
6
0.5
1
2cm
24
8
0.5
3cm
54
27
0.5
(1)琼脂块的表面积与体积之比随着琼脂块的增大而增大。
( )
(2)NaOH扩散的体积和整个琼脂块的体积之比随琼脂块的增大而减小。
( )
(3)细胞体积越大,其相对表面积越大,物质的运输效率就越高。
( )
(4)多细胞生物体的生长是细胞体积增大和细胞数目增多的结果。
( )
(5)细胞体积越大,其膜表面积越大,表面积与体积之比越大。
( )
(6)细胞表面积与体积的关系是限制细胞长大的唯一原因。
( )
答案:
3 7/8 2 19/27
(1)×
(2)√ (3)×
(4)√ (5)× (6)×
[共研探究]
1.细胞通过分裂进行增殖
(1)单细胞生物体通过细胞增殖而繁衍。
多细胞生物从受精卵开始,要经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体。
(2)细胞以分裂的方式进行增殖。
真核细胞的分裂方式有三种:
有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。
有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式,有丝分裂具有周期性。
2.细胞周期
(1)概念
①研究对象:
连续分裂的细胞。
②起止时间:
从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止。
(2)阶段及其特点
①两个阶段:
包括分裂间期和分裂期。
其中分裂间期占的时间比例大。
②分裂间期完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,为分裂期做物质准备,同时细胞有适度的生长。
(3)分析教材P112表6-1,总结细胞周期的特点:
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不同生物的细胞周期持续时间不一定相同。
②同种生物的不同细胞细胞周期持续时间不一定相同。
③细胞周期持续时间相同的细胞,分裂间期和分裂期的比例不一定相同。
(4)细胞周期的表示方法
Ⅰ.根据图甲、图乙,用字母表示下列各时期。
①间期
②分裂期
③一个细胞周期
Ⅱ.若图甲中的b+c=a+b=a+d,(b+c)或(a+d)可以表示一个细胞周期吗?
请分析原因。
提示:
①(b+c)不是一个细胞周期,因为细胞周期分为两个时段,先是分裂间期,后是分裂期,且分裂间期时间大于分裂期时间。
②(a+d)不是一个细胞周期,因为一个细胞周期在时间上是连续的。
[总结升华]
1.对细胞周期的理解
(1)只有连续分裂的细胞才有细胞周期,有些细胞分裂结束后不再进行分裂,它们就没有细胞周期。
如洋葱表皮细胞、成熟叶肉细胞、动物肌肉细胞、红细胞、神经细胞等。
(2)生物体有细胞周期的细胞有:
受精卵、早期胚胎细胞、干细胞、分生区细胞、形成层细胞、生发层细胞、癌细胞(不正常分裂的细胞)等。
(3)细胞周期必须是间期在前,分裂期在后,不能颠倒。
2.影响细胞周期的因素
(1)内部因素:
不同种类的细胞,细胞周期持续的时间不同。
间期与分裂期所占比例也不同。
(2)外部因素:
主要有温度、pH、射线、生理和病理状况等,这些因素通过影响酶的活性影响细胞周期。
因为DNA复制、有关蛋白质合成、能量供给等生理过程都需要酶的参与。
[对点演练]
2.下列材料中具有细胞周期的有________。
①根尖分生区细胞 ②根成熟区细胞 ③神经细胞
④精子或卵细胞 ⑤癌细胞 ⑥人的成熟红细胞 ⑦形成层细胞 ⑧叶肉细胞 ⑨洋葱表皮细胞 ⑩受精卵
解析:
分化程度低的细胞有细胞周期,高度分化的体细胞和生殖细胞均无细胞周期。
答案:
①⑤⑦⑩
3.如图中a→d表示连续分裂细胞的两个细胞周期,下列叙述不正确的是( )
A.a和b为一个细胞周期
B.c段结束DNA含量增加一倍
C.遗传物质平分一般发生在b、d段
D.b和c为一个细胞周期
解析:
选D 分析图示可知,a、c时期比b、d时期长,因此a、c代表分裂间期,完成遗传物质的复制;b、d代表分裂期,细胞一分为二,复制后的DNA平均分配到两个细胞中。
一个完整的细胞周期必须先是分裂间期,后是分裂期,所以图中a和b为一个细胞周期,c和d为一个细胞周期。
[共研探究]
下面是高等植物的分生组织进行有丝分裂模式图,结合间期和分裂期的变化,回答下列问题:
1.有丝分裂过程
(1)写出各图像所处的时期
a.间期,b.中期,c.后期,d.末期,e.前期。
(2)主要特征
2.染色质、染色体与染色单体的区别和联系
(1)图示解读:
如图,A、B呈染色质状态,C呈染色体状态,间期染色体复制,DNA分子加倍;染色体数不变,1条染色体含有2条染色单体。
1和2是一对姐妹染色单体,它们由一个共同的[3]着丝点连接着构成一条[4]染色体。
着丝点分裂后姐妹染色单体消失,一条染色体变为2条子染色体,细胞分裂末期染色体状态变为染色质状态。
(2)染色体数目根据着丝点数目计数,有几个着丝点就有几条染色体。
(3)着丝点分裂不是纺锤丝牵引所致。
但是移向两极的过程是纺锤丝牵引的结果。
(4)染色体与DNA的数量关系:
无染色单体时,染色体∶DNA=1∶1;有染色单体存在时,染色体∶染色单体∶DNA=1∶2∶2。
3.辨析赤道板和细胞板
(1)赤道板是与纺锤体的中轴相垂直的一个平面(不是实际结构),类似于地球上赤道的位置。
(2)细胞板是植物细胞分裂末期在细胞中央形成的真实的结构,细胞板由细胞的中央向四周扩展形成新的细胞壁,将细胞一分为二。
细胞板的形成与高尔基体有关。
(3)二者中,能在显微镜下观察到的是细胞板。
4.参与有丝分裂的细胞器及其生理作用
细胞器名称
作用时期
生理作用
核糖体
整个时期,主要是间期
合成各种蛋白质
中心体
前期
形成纺锤体
高尔基体
末期
形成细胞壁
线粒体
整个时期
提供能量
[总结升华]
1.有丝分裂过程中几种变化
(1)间期:
DNA复制→DNA数目加倍;染色体复制→染色单体形成。
(2)后期:
着丝点分裂→染色体数目加倍,染色单体消失。
2.有丝分裂过程中的相关数量关系
(1)染色体∶染色单体∶DNA=1∶0∶1的时期——后期、末期。
(2)染色体∶染色单体∶DNA=1∶2∶2的时期——前期、中期。
(3)染色体∶DNA由1∶1→1∶2的时期——间期。
【易错易混】
(1)观察染色体最好的时期是中期。
(2)染色单体形成于间期,出现于前期,消失于后期。
(3)赤道板与细胞板的区别:
赤道板不是细胞结构,是一假想平面,在光学显微镜下看不到;细胞板是一真实结构,光学显微镜下能看到,出现在植物细胞有丝分裂的末期。
[对点演练]
4.下图表示一个细胞有丝分裂过程中染色体变化的不同情况,在整个细胞周期中,染色体变化的顺序是( )
A.①④⑤③② B.②③①④⑤
C.①⑤④③②D.⑤④③②①
解析:
选C 细胞分裂间期,DNA分子复制后每条染色体上含有两个DNA分子,呈染色质状态,如图①所示;在前期变成染色体,如图⑤所示;中期,由于纺锤丝的牵引,着丝点排列在赤道板上,如图④所示;在分裂的后期,着丝点分开,形成两条子染色体,分别移向细胞的两极,如图③所示;在分裂的末期,只存在含有一个DNA分子的染色体,如图②所示。
1.图1中,ab表示一个细胞周期,cd表示另一个细胞周期。
图2中,按箭头方向表示细胞周期。
结合图示分析其细胞周期,不正确的是( )
A.图1中的a、图2中B→A,细胞正在进行DNA复制
B.图1中的b、图2中A→B,会出现染色体数目加倍的时期
C.图2中细胞周期可以是从A到B再到A
D.图2中细胞周期可以是从B到A再到B
解析:
选C 细胞周期的起点是上次分裂完成时,图1中的a、c段和图2中的由B到A都是分裂间期,可以进行DNA的复制;而图1中的b、d段和图2中的由A到B是指分裂期,后期时会出现染色体数目加倍的现象;图2中的细胞周期应是由B到A再到B。
2.下列有关细胞体积小的叙述,正确的是( )
A.细胞体积小,有利于进行细胞分裂
B.细胞体积小,有利于扩散和转移
C.细胞体积小,有利于高效地进行物质交换和信息交流
D.细胞体积小,有利于细胞膜上分子的流动
解析:
选C 细胞体积小,相对表面积大,有利于高效地进行物质交换和信息交流。
3.下列关于植物细胞有丝分裂过程的叙述,不正确的是( )
A.在分裂间期,每个染色体复制,DNA含量加倍
B.在分裂后期,着丝点分裂,染色体数目加倍,DNA含量也加倍
C.在分裂中期,染色体的形态和数目最清晰
D.在分裂末期,细胞内复制后的染色体平均分配进入两个子细胞
解析:
选B 在分裂后期,着丝点分裂,姐妹染色单体分开,成为两条子染色体,由纺锤丝牵引着分别向细胞两极移动,该时期染色体数目加倍,但DNA含量未变。
4.如图是一个植物细胞有丝分裂的示意图,据图回答问题:
(1)此细胞处于有丝分裂的________期。
(2)该细胞此时有________条染色体,________条染色单体,________个DNA分子。
(3)此细胞分裂结束以后,子细胞内的染色体有________条,________个DNA分子。
(4)此时期继续发展,将在赤道板位置出现________,逐渐扩展形成________,最终分裂为两个子细胞。
解析:
题图为分裂后期图,其特征是:
①着丝点一分为二,姐妹染色单体分开,成为两条子染色体,并分别向两极移动;②染色单体消失,染色体数目加倍。
答案:
(1)后
(2)8 0 8 (3)4 4 (4)细胞板 新的细胞壁
【基础题组】
1.下列有关细胞不能无限长大的原因中,不正确的是( )
A.与细胞表面积和体积的比例有关
B.细胞核的控制范围是有一定限度的
C.细胞体积过大不利于细胞内的物质交流
D.细胞的体积与细胞核无关
解析:
选D 细胞体积的大小受以下两方面因素的制约:
一是细胞体积越大,其相对表面积越小,细胞与外界的物质交换效率就越低,而且会影响到细胞内部的物质交流;二是细胞核是细胞的控制中心,细胞核中的DNA一般不会随着细胞体积的扩大而增加,即细胞核控制的范围是有限的。
2.植物细胞有丝分裂末期两个新细胞的形成方式如图所示,产生图中囊泡的结构及囊泡中可能含有的物质分别是( )
A.内质网;蛋白质、磷脂
B.高尔基体;蛋白质、磷脂
C.内质网;纤维素、果胶
D.高尔基体;纤维素、果胶
解析:
选D 高尔基体与植物细胞壁的形成有关。
细胞壁开始形成时先在两个新细胞间出现许多囊泡,其中含有形成细胞壁的物质——纤维素、果胶。
3.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:
选D 在一个完整的细胞周期中,着丝点的分裂发生在后期,细胞质的分裂发生在末期;染色体数目加倍发生在后期,染色单体形成在间期;细胞板出现在末期,纺锤体出现在前期;DNA分子复制和中心粒复制都发生在间期。
4.洋葱根尖分生区细胞在分裂过程中不会出现的是( )
A.在细胞分裂间期,核糖体合成蛋白质功能增强
B.在细胞分裂前期,细胞两极产生纺锤丝形成纺锤体
C.在细胞分裂中期,细胞内ATP的含量明显减少
D.在细胞分裂末期,高尔基体为细胞壁形成合成多糖
解析:
选C 植物细胞有丝分裂间期进行DNA的复制和有关蛋白质的合成;前期,细胞两极产生纺锤丝形成纺锤体;中期能量的消耗并不比其他时期少,所以ATP的含量不会明显减少。
5.如图为有关细胞增殖的概念图,下列说法正确的是( )
A.①过程中无纺锤丝和染色体的出现,人的红细胞以此种方式增殖
B.②过程中保持了遗传性状在亲子代之间的稳定性
C.进行②过程时,染色体和核DNA在各个时期的数量变化规律完全相同
D.③过程大约占细胞周期的5%,主要完成DNA的复制和有关蛋白质的合成
解析:
选B ①过程为无丝分裂,无纺锤丝和染色体的出现,蛙的红细胞以此种方式增殖,而人的红细胞不能进行自我增殖,只能由造血干细胞通过有丝分裂产生;过程②为有丝分裂,进行②过程时,核DNA在分裂间期加倍,而染色体在分裂后期加倍,两者的数量变化规律是不完全相同的;③为分裂间期,大约占细胞周期的90%~95%。
6.下列是关于细胞分裂过程中细胞内变化的叙述,能正确表示一个细胞周期内分裂过程的顺序是( )
①两个相同DNA分子完全分开 ②出现放射状排列的细丝 ③中心体发生倍增 ④着丝点排列在一个平面上
A.②→③→①→④ B.②→④→③→①
C.③→②→④→①D.②→③→④→①
解析:
选C ①过程发生在分裂后期,②过程发生在分裂前期,③过程发生在分裂间期,④过程发生在分裂中期。
7.下列关于染色体和DNA分子关系的叙述,正确的是( )
A.DNA分子数目加倍时,染色体数目也加倍
B.染色体数目减半时,DNA分子数目不变
C.染色体数目加倍时,DNA分子数目也加倍
D.染色体复制时,DNA分子也复制
解析:
选D DNA分子加倍发生在有丝分裂间期,此时染色体数目没有加倍;染色体减半发生在有丝分裂末期,此时DNA分子数目也随之减半;染色体数目加倍发生在有丝分裂后期,此时DNA分子数目没有发生改变;染色体的复制实质是DNA分子的复制。
8.在某植物细胞增殖的一个细胞周期中,纺锤体形成时,一个细胞中的染色体数为N,核DNA含量为m;则当该细胞中染色单体消失时,此细胞中的染色体数和核DNA含量分别是( )
A.2N和mB.N/2和m/2
C.2N和m/2D.N和m
解析:
选A 细胞有丝分裂前期纺锤体形成;染色单体消失说明细胞已进入后期,此时细胞中染色体数因着丝点分裂而加倍,为2N,但核DNA含量仍为m。
【能力题组】
9.下列关于细胞增殖的表述,正确的是( )
①细胞有丝分裂后期,细胞的两极均含相同的染色体 ②细胞增殖过程中,染色体数目加倍时,DNA分子数目也加倍
③细胞增殖过程中,有DNA的复制,无蛋白质的合成
④在不同方式的细胞增殖过程中,都有DNA分子复制
A.①③B.①④
C.②④D.②③
解析:
选B 细胞有丝分裂后期,移向两极的染色体是由姐妹染色单体分离而来的,是完全相同的;细胞中染色体加倍是在后期,DNA分子加倍是在间期;细胞增殖过程中,既有DNA的复制,也有蛋白质的合成。
10.如图是对某植物细胞有丝分裂时染色体(a)数、染色单体(b)数和DNA分子(c)数的统计图,下列解释不正确的是( )
A.①可以用于表示细胞分裂的前期
B.在①时染色体螺旋化程度最高
C.间期用②表示最恰当
D.③可表示细胞分裂完成
解析:
选C 图①中染色体(a)、染色单体(b)和DNA(c)数目的比值为1∶2∶2,可表示有丝分裂前期或中期,中期染色体螺旋化程度最高。
图②与图①相比,染色体加倍,染色单体为零,表示有丝分裂后期。
图③与图②相比,染色体和DNA数恢复为正常值,可表示细胞分裂完成。
11.如图表示某动物体细胞(含4条染色体)有丝分裂的细胞周期,下列叙述正确的是( )
A.完成e时期的子细胞变化方向最终有两种可能,一种如图所示,另一种将分化成某种组织
B.c、d、e存在核膜、核仁
C.不同物种的细胞周期的长短主要受温度影响
D.从b到b是一个完整的细胞周期
解析:
选A 由图可知,a、b、c、d、e分别表示细胞分裂间期、前期、中期、后期和末期。
在细胞分裂间期、前期、中期染色体数目不变,都为4条;核膜、核仁在前期消失。
不同物种的细胞周期的长短主要由遗传物质决定。
一个完整的细胞周期是从上一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止,即从f到f。
12.经测定发现,某植物细胞的染色体数和核DNA分子数之比为1∶2。
下列判断不正确的是( )
A.该植物细胞是不再进行分裂的细胞
B.该植物细胞正在进行分裂
C.该植物细胞中存在染色单体
D.该时期的细胞可能没有核膜
解析:
选A 染色体数和核DNA分子数之比为1∶2,此时每条染色体上有2个DNA分子,说明DNA分子已进行了复制,形成了染色单体,细胞正在进行分裂。
在前期核膜逐渐消失。
13.下图表示某植物细胞有丝分裂某时期的图示。
请据图回答下列问题:
(1)图A表示细胞分裂的__________期,判断的依据是____________________________;图B表示细胞分裂的________期,判断的依据是_________________________。
(2)B时期细胞中染色体数目为________,DNA分子数目为________,染色单体数目为________,该细胞有丝分裂的结果是形成________个子细胞,每个子细胞中染色体数目是________,与A细胞中染色体数目________(填“相等”或“不相等”)。
(3)B时期的下一个时期最显著的特点是__________,与此结构的形成直接有关的细胞器是________________________________________________________________________。
(4)A时期中染色体、DNA与染色单体之间的数目关系比是________________。
与A时期具有相同比例的时期是________,该时期的特点有__________________,请把该时期的简易图在C中画出来。
解析:
图A为有丝分裂前期,含有6条染色体,12条染色单体,染色体∶DNA∶染色单体=1∶2∶2,除此之外,中期染色体、DNA与染色单体数之比也是1∶2∶2;图B是有丝分裂后期,染色体数为12。
答案:
(1)前 核膜、核仁消失,染色体、纺锤体形成且染色体散乱分布 后 着丝点分裂,纺锤丝牵引着丝点移向两极
(2)12 12 0 2 6 相等 (3)出现细胞板 高尔基体 (4)1∶2∶2 中期 纺锤丝牵引着丝点整齐排列在赤道板上,染色体形态较稳定,数目较清晰 如图所示
14.下图是具有四条染色体的植物细胞有丝分裂图,请据图分析回答下列问题:
(1)C图所示细胞处于细胞分裂的________期,判断理由:
①从染色体分析:
___________________________________________________。
②从细胞结构分析:
____________________________________________,
核膜尚未消失。
(2)细胞中DNA分子数与染色体数相同的是图______,这些细胞在染色体结构上的共同特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)染色体数目加倍发生在图________中,其加倍机制是________________________________________________________________________。
(4)若组成染色体的蛋白质中含有放射性元素,则A、B、C、D四图代表的细胞放射性强度相同吗?
________。
解析:
在识别细胞分裂时期图像时,要从图像中提取两类主要信息:
一是细胞结构变化信息,二是染色体形态、数目等信息。
染色体的主要成分之一是蛋白质,染色体显示的放射