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第1課時　細胞周期和高等植物細胞的有絲分裂 [學習目標]　1.探究細胞大小與物質運輸?shù)年P系，理解細胞不能無限長大的原因。2.闡明有絲分裂中細胞周期的概念和分段。3.掌握植物細胞有絲分裂中的過程，概述各階段的主要變化特征。 一、細胞不能無限長大 1．細胞大小與物質運輸關系的模擬實驗 (1)實驗原理 酚酞遇NaOH呈紫紅色；用瓊脂塊的大小模擬細胞的大?。挥肗aOH擴散的體積與整個瓊脂塊的體積之比來表示物質運輸效率。 (2)實驗步驟 制備瓊脂塊：將瓊脂塊切成3塊邊長分別為3 cm、2 cm、1 cm的正方體 　↓ 浸泡：將瓊脂塊同時放入質量分數(shù)為0.1%的NaOH溶液中，浸泡10 min 　↓ 切割：撈取、干燥，將瓊脂塊切成兩半 　↓ 測量：測量切面上NaOH擴散的深度 　↓ 計算、記錄：計算不同瓊脂塊的體積、表面積、體積與相應表面積之比、NaOH擴散的體積 與整個瓊脂塊體積之比，記入相應的表格 (3)實驗結果和結論 將上述實驗結果進行計算得到下表，請據(jù)表分析： 瓊脂塊的邊長(cm) 表面積(cm2) 體積(cm3) 表面積與體積之比 NaOH擴散的深度(cm) NaOH擴散的體積與整個瓊脂塊的體積之比 1 6 1 6 0.5 1 2 24 8 3 0.5 3 54 27 2 0.5 ①在相同時間內，NaOH在每一瓊脂塊內擴散的深度基本相同，說明NaOH在每一瓊脂塊內擴散的速率相同。 ②NaOH擴散的體積與整個瓊脂塊的體積之比隨著瓊脂塊的增大而減小，說明瓊脂塊的體積越大，物質運輸?shù)男试降汀? 2．限制細胞大小的主要原因 (1)細胞表面積與體積的關系限制了細胞的長大。 (2)細胞核的控制能力制約細胞的長大。 特別提醒　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構(如各種細胞器)和物質(如酶、ATP)所需的空間決定的。 例1　科學家通過模擬實驗探究細胞大小與物質運輸效率的關系。實驗過程：將三個邊長分別為1 cm、2 cm、3 cm含有酚酞的瓊脂塊，浸泡在NaOH溶液中10 min后取出，切成兩半，每塊NaOH溶液擴散的深度如圖中陰影所示(瓊脂塊中數(shù)據(jù)表示未被擴散部分的長度)。關于該實驗及相關推論的敘述正確的是(　　) A．浸泡時，在翻動瓊脂塊的同時用勺子挖動其表面對實驗結果無影響 B．NaOH溶液在邊長為3 cm的瓊脂塊內擴散的速率最大 C．細胞體積越大，相對表面積越大 D．細胞體積越小，物質運輸效率越高，但細胞也不是越小越好 答案　D 解析　浸泡時不能用勺子挖動瓊脂塊表面，這樣會影響實驗結果；NaOH溶液在每塊瓊脂塊中的擴散速率是相同的；細胞體積越大，相對表面積越??；細胞體積越小，物質運輸效率越高，但細胞太小不利于細胞代謝的進行。 例2　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的物質交流 D．細胞的體積與細胞核無關 答案　D 解析　細胞體積的大小受以下兩方面因素的制約：一是細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞與外界的物質交換效率就越低，而且會影響到細胞內部的物質交流；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擴大而增加，即細胞核控制的范圍是有限的。 二、細胞周期 1．細胞通過分裂進行增殖 (1)真核細胞的分裂方式有三種：有絲分裂、無絲分裂和減數(shù)分裂。有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式。 (2)細胞增殖是重要的細胞生命活動，是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎。 2．細胞周期 (1)適用生物：真核生物。 (2)前提條件：連續(xù)分裂的細胞。 (3)起止點 起點：一次分裂完成時；止點：下一次分裂完成時。 (4)兩個階段：分裂間期和分裂期。 (5)細胞周期的不同表示方法 方法名稱 表示方法 說明 扇形圖 A→B→A(順時針)為一個細胞周期 直線圖 a＋b或c＋d為一個細胞周期 特別提醒　(1)只有能連續(xù)分裂的細胞才有細胞周期，如發(fā)育中的受精卵、根尖分生區(qū)細胞、莖的形成層細胞、皮膚生發(fā)層細胞、各種干細胞等；高度分化的細胞不再繼續(xù)分裂，如神經細胞、精子和卵細胞等不具有細胞周期。 (2)一個細胞周期中分裂間期為分裂期提供了物質基礎，因此分裂間期在前，分裂期在后，分裂間期經歷的時間長，分裂期經歷的時間短。 (3)細胞的種類不同，一個細胞周期經歷的時間也不相同。 例3　下列關于細胞周期的敘述，正確的是(　　) A．成熟的生殖細胞產生后立即進入下一個細胞周期 B．機體內所有的體細胞均處于細胞周期中 C．細胞種類不同，但細胞周期持續(xù)時間相同 D．細胞分裂間期為細胞分裂期提供物質基礎 答案　D 解析　細胞周期是指連續(xù)分裂的細胞，從一次分裂完成時開始，到下一次分裂完成時為止所經歷的全過程。只有連續(xù)分裂的細胞才有細胞周期，已分化的細胞無細胞周期。不同物種、不同組織的細胞周期所經歷的時間不同。生殖細胞成熟后，必須經過受精作用成為受精卵后方可進行有絲分裂。細胞分裂間期為分裂期打好了物質基礎。 例4　如圖所示，圖甲中a＋b表示一個細胞周期，c＋d表示另一個細胞周期。圖乙中，按箭頭方向表示細胞周期。從圖中所示結果分析其細胞周期，不正確的是(　　) A．圖甲中的a、圖乙中的B→A，細胞正在進行DNA復制 B．圖甲中的b、圖乙中的A→B，是會出現(xiàn)染色體數(shù)目加倍的時期 C．圖乙中的細胞周期可以是從A到B再到A D．圖乙中的細胞周期可以是從B到A再到B 答案　C 解析　圖甲中的a和圖乙中的B→A都表示分裂間期，間期要進行DNA的復制，A正確；圖甲中的b和圖乙中的A→B都表示分裂期，分裂期的后期染色體數(shù)目會加倍，B正確；一個細胞周期中，間期在先，分裂期在后，圖乙中從A到B表示分裂期，細胞周期應是從B到A再到B，C錯誤、D正確。 三、高等植物細胞有絲分裂的過程 1．分裂間期(約占細胞周期的90%～95%) 2．分裂期 時期　　圖像　　　　變化特征 (1)前期 (2)中期 (3)后期 (4)末期 歸納總結　染色體、染色單體、DNA之間的數(shù)量關系 (1)染色體經過復制后，形成的兩條染色單體由一個著絲點連接，仍為一條染色體。兩條染色單體完全相同，稱為姐妹染色單體。 (2)染色體的數(shù)目是根據(jù)著絲點的數(shù)目來計數(shù)的，有幾個著絲點就有幾條染色體。 (3)有染色單體存在時，染色體數(shù)∶染色單體數(shù)∶核DNA分子數(shù)＝1∶2∶2；無染色單體存在時，染色體數(shù)∶核DNA分子數(shù)＝1∶1。 (4) 染色質(間期、末期) 染色體(前期、中期、后期) 例5　細胞有絲分裂過程中，DNA分子的復制、著絲點的分裂、紡錘體的形成及消失依次發(fā)生在(　　) A．間期、前期、中期、間期 B．前期、中期、后期、末期 C．間期、后期、前期、后期 D．間期、后期、前期、末期 答案　D 解析　有絲分裂過程中，DNA分子的復制發(fā)生在間期，著絲點的分裂發(fā)生在后期，紡錘體的形成發(fā)生在前期，紡錘體的消失發(fā)生在末期，D項正確。 例6　(2017衡水質檢)下圖是某細胞進行增殖過程中可觀察到的幾個時期，用L～P表示，下列敘述正確的(　　) ①L期有8條染色體?、赑期緊接在L期之后　③P期與M期細胞內核DNA數(shù)相等?、躊期有8條染色單體 A．①③ B．①② C．①④ D．②③ 答案　D 解析　染色體數(shù)與著絲點數(shù)一致，L期有4條染色體；P期著絲點分裂，不存在染色單體。  1．下列敘述，正確的打“√”，錯誤的打“”。 (1)細胞越大，細胞的物質運輸效率越高(　　) (2)任何細胞都有細胞周期(　　) (3)連續(xù)分裂的細胞，計算細胞周期開始的時間應從細胞核開始形成時(　　) (4)要觀察細胞內染色體的形態(tài)和數(shù)目，最好選擇處于有絲分裂后期的細胞(　　) (5)有絲分裂過程中，細胞內染色體的數(shù)目發(fā)生規(guī)律性變化(　　) (6)使用高倍鏡可觀察到赤道板和細胞板的時期分別是中期和末期(　　) 答案　(1)　(2)　(3)　(4)　(5)√　(6) 2．將邊長分別為1 cm、2 cm、3 cm的含有酚酞的瓊脂塊浸入0.1%的NaOH溶液中(NaOH溶液遇酚酞呈紫紅色)，10分鐘后取出瓊脂塊用吸水紙吸干表面溶液，切開后測量紫紅色層的厚度，計算出紫紅色部分的體積占整個瓊脂塊體積的比值分別是a、b、c，下列對a、b、c的大小比較，說法正確的是(　　) A．a＝b＝c B．a>b>c C．ab>c。 3．下列關于細胞周期的敘述中，不正確的是(　　) A．不是生物體的所有細胞都有細胞周期 B．在細胞周期中，分裂間期一般比分裂期時間長 C．利用藥物抑制DNA合成，細胞將停留在分裂間期 D．細胞周期可分為前、中、后、末四個時期 答案　D 解析　只有連續(xù)進行有絲分裂的細胞才具有細胞周期，A正確；在細胞周期中，分裂間期時間長于分裂期，B正確；因為在分裂間期要進行DNA的復制，所以如果利用藥物抑制了DNA的復制，則間期不能完成，細胞將停留在分裂間期，C正確；前、中、后、末指的是分裂期的四個時期，一個細胞周期除了分裂期外還包括分裂間期，D錯誤。 4．在細胞有絲分裂過程中，細胞核內各組成成分之間的數(shù)量關系一定不相等的是(　　) A．染色體數(shù)目與著絲點數(shù)目 B．染色體數(shù)目與染色單體數(shù)目 C．DNA分子數(shù)目與染色單體數(shù)目 D．染色體數(shù)目與DNA分子數(shù)目 答案　B 解析　染色體數(shù)目一定等于著絲點數(shù)目，A不符合題意；染色體數(shù)目與染色單體數(shù)目之比可能為1∶0或1∶2，二者一定不相等，B符合題意；有染色單體時DNA分子數(shù)目與染色單體數(shù)目相等，C不符合題意；沒有染色單體時，染色體數(shù)目等于DNA分子數(shù)目，D不符合題意。 5．如圖是一個植物細胞有絲分裂的示意圖，請據(jù)圖回答下列問題： (1)此細胞處于有絲分裂的________期。 (2)該細胞此時有染色體________條。 (3)此細胞分裂結束以后，子細胞內的染色體有________條。 (4)①和⑤兩條染色體是經過________期____________形成的。 (5)此時期繼續(xù)發(fā)展，將在________位置出現(xiàn)________，逐漸擴展形成________，最終分裂為兩個子細胞。 答案　(1)后　(2)8　(3)4　(4)間　染色體復制 (5)赤道板　細胞板　細胞壁 [對點訓練] 題組一　細胞不能無限長大和細胞周期 1．下列有關“細胞大小與物質運輸?shù)年P系”實驗的敘述不正確的一項是(　　) A．該實驗的目的是：通過探究細胞大小，即細胞的表面積與體積之比，與物質運輸效率之間的關系，探討細胞不能無限長大的原因 B．實驗記錄測量的結果是每一塊瓊脂小塊上NaOH擴散的深度 C．通過模擬實驗可以看出，細胞體積越大，其相對表面積越大，細胞的物質運輸效率就越高 D．實驗所用的瓊脂小塊內含有酚酞，NaOH和酚酞相遇，呈紫紅色 答案　C 解析　細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞的物質運輸效率就越低。 2．真核細胞的直徑一般在10～100 μm之間，下列有關生物體細胞不能無限長大的原因的敘述，不正確的是(　　) A．體積越大，物質運輸?shù)男瘦^低 B．相對表面積小，有利于物質的迅速轉運 C．受細胞核所能控制范圍的制約 D．相對表面積大，有利于物質的轉運和交換 答案　B 解析　相對表面積小，不利于物質運輸。 3．下列有關細胞增殖的說法，不正確的是(　　) A．單細胞生物通過細胞增殖增加個體 B．多細胞生物通過細胞增殖發(fā)育為成體 C．細胞增殖是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎 D．細胞增殖包括物質準備和細胞分裂整個連續(xù)的過程 答案　B 解析　細胞通過分裂進行增殖，單細胞生物通過細胞增殖而繁殖，A正確；多細胞生物從受精卵開始，要經過細胞的增殖和分化逐漸發(fā)育為成體，B錯誤；細胞增殖是重要的細胞生命活動，是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎，C正確；細胞增殖包括物質準備和細胞分裂整個連續(xù)的過程，D正確。 4．下表所列為不同細胞的細胞周期持續(xù)時間(h)。據(jù)表分析可以得出的結論是(　　) 細胞 分裂間期 分裂期 細胞周期 十二指腸細胞 13.5 1.8 15.3 腫瘤細胞 18.0 0.5 18.5 成纖維細胞 19.3 0.7 20.0 A.分裂期和細胞周期均最短的是腫瘤細胞 B．分裂期占細胞周期比例最小的是十二指腸細胞 C．不同種類細胞的細胞周期持續(xù)時間不同 D．不同種類細胞的分裂都是同步進行的 答案　C 解析　細胞周期包括細胞分裂間期和分裂期，由表中信息可以得出：不同種類細胞的細胞周期持續(xù)時間不同，其他選項均與表中內容不符。 5．下列關于細胞周期的敘述中，錯誤的是(　　) A．只有連續(xù)進行分裂的細胞才具有細胞周期 B．細胞周期中間期時間較長 C．細胞間期要完成DNA的復制和蛋白質的合成 D．同一生物個體的不同細胞，細胞周期長短都相同 答案　D 解析　不同細胞的細胞周期長短一般不同。 6．(2017長沙高一檢測)科學家用含15N的硝酸鹽作為標記物浸泡蠶豆幼苗，追蹤蠶豆根尖細胞的分裂情況，得到蠶豆根尖分生區(qū)細胞連續(xù)分裂的數(shù)據(jù)如下，則下列敘述正確的是(　　) A．一個細胞周期可以用0～19.3 h、19.3～38.6 h來表示 B．蠶豆根尖細胞的DNA分子復制時期有0～2 h、19.3～21.3 h、38.6～40.6 h C．蠶豆根尖細胞分裂的一個細胞周期為19.3 h D．高爾基體、線粒體、葉綠體在蠶豆根尖細胞分裂過程中活動旺盛 答案　C 解析　細胞周期包括分裂間期和分裂期，間期經歷時間長，分裂期經歷時間短。從圖中可以看出，2～21.3 h、21.3～40.6 h各為一個細胞周期，一個細胞周期需要的時間是19.3 h，故A錯誤，C正確；在細胞分裂過程中，間期要進行DNA分子的復制，即2～19.3 h、21.3～38.6 h，B錯誤；蠶豆根尖細胞中無葉綠體，D錯誤。 題組二　高等植物細胞有絲分裂的過程 7．在有絲分裂過程中，細胞內的DNA含量相同，而染色體數(shù)目肯定不同的兩個時期是(　　) A．間期和前期 B．前期和中期 C．中期和后期 D．后期和末期 答案　C 解析　有絲分裂后期，著絲點分裂使染色體數(shù)目加倍，而此時細胞中DNA已在間期完成復制且細胞沒有分裂，所以中期和后期細胞內DNA數(shù)目相同，染色體數(shù)目不同，C項正確。 8．下面關于細胞有絲分裂的說法中，正確的是(　　) A．分裂間期沒有蛋白質的合成 B．分裂的結果是隨機地將染色體平均分配到子細胞中 C．分裂形成的子細胞都不再分裂 D．有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式 答案　D 解析　有絲分裂的間期主要進行DNA的復制和有關蛋白質的合成；有絲分裂的結果是同一條染色體復制后經著絲點分裂形成的兩條染色體平均分配到兩個子細胞中，形成染色體組成和母細胞一樣的兩個子細胞；有絲分裂形成的大多數(shù)細胞會再持續(xù)進行有絲分裂；有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式。 9．(2018鹽城高一檢測)某同學在光學顯微鏡下觀察洋蔥根尖有絲分裂并繪制出下圖。據(jù)此推測高爾基體的活動明顯增強的時期是(　　) 答案　D 解析　高爾基體在末期活動明顯增強，以形成細胞壁。 10.如圖為細胞周期中部分細胞核的變化示意圖，此過程(　　) A．發(fā)生在細胞分裂期的末期，核膜再度合成 B．發(fā)生在細胞周期的分裂間期，染色質復制 C．發(fā)生在細胞分裂期的前期，核膜逐漸消失 D．發(fā)生在細胞分裂期的中期，染色體螺旋變粗 答案　C 解析　出現(xiàn)了染色體，核膜正在解體，是前期的特點。 11．細胞進行有絲分裂時，染色體發(fā)生有規(guī)律的變化，這些變化的正確順序是(　　) ①染色質縮短變粗成染色體　②染色體變細伸長成染色質?、劢M成染色體的DNA復制?、苋旧w排列在赤道板上?、葜z點分裂，染色體移向兩極 A．③①④⑤② B．③④①⑤② C．①③④⑤② D．①④③⑤② 答案　A 解析?、侔l(fā)生于前期，②發(fā)生于末期，③發(fā)生于間期，④發(fā)生于中期，⑤發(fā)生于后期。 12．如圖是高等植物同一細胞不同分裂時期的圖像，據(jù)圖分析，下列判斷正確的是(　　) A．圖①②③④表示一個完整的細胞周期 B．圖中染色體和DNA數(shù)相等的有②③ C．該細胞圖②中有中心體、線粒體和高爾基體參與活動 D．該細胞圖①中無染色單體 答案　B 解析　圖示僅為植物細胞有絲分裂期，不包括分裂間期，不能表示一個完整的細胞周期，A錯誤；細胞圖②③中不含染色單體，染色體數(shù)與DNA數(shù)之比為1∶1，B正確；該細胞圖②中無中心體參與活動，有線粒體和高爾基體參與，C錯誤；細胞圖①中一個著絲點連接兩個DNA分子，有染色單體的存在，D錯誤。 [綜合強化] 13．下圖為細胞周期的示意圖，請據(jù)圖回答： (1)一個細胞周期包括________(用字母回答)兩個階段，其中極為關鍵的準備階段是__________(用字母回答)。B時期最明顯的變化是______________________的變化。 (2)在細胞周期中，出現(xiàn)形態(tài)和數(shù)目完全相同的兩套染色體的原因是______________________ ________________________________________________________。 答案　(1)A、B　A　細胞核中染色體　(2)間期染色體的復制和后期著絲點的分裂 解析　(1)一個細胞周期包括分裂期和分裂間期，極為關鍵的準備階段是分裂間期，主要進行DNA的復制和蛋白質的合成，比分裂期時間長。由圖可知，A＞B，A為分裂間期，B為分裂期，分裂期最明顯的變化是細胞核中染色體的變化。(2)在二倍體生物的一個體細胞中，當細胞分裂至后期時，由于著絲點的分裂，細胞出現(xiàn)兩套形態(tài)和數(shù)目完全相同的染色體。 14．如圖是某植物細胞有絲分裂的一個細胞周期中部分時期的示意圖，分析并回答下列問題： (1)只考慮一個細胞周期，該圖示缺少處于__________期的示意圖。而該時期細胞主要是進行活躍的物質準備，即進行________________________________________。 (2)圖D中1結構稱為________________，其向四周擴展會形成________________。 (3)DNA、染色體和染色單體三者之比為2∶1∶2的圖示是________(用字母表示)。 答案　(1)間　DNA分子的復制和有關蛋白質的合成 (2)細胞板　細胞壁　(3)B、C 解析　圖A中著絲點分開，染色體數(shù)目加倍，為有絲分裂后期圖像；圖B中染色體散亂地分布在紡錘體中央，為有絲分裂前期圖像；圖C中染色體的著絲點排列在赤道板上，為有絲分裂中期圖像；圖D中分開的子染色體移動到細胞的兩極，核膜出現(xiàn)，出現(xiàn)了細胞板，為有絲分裂末期圖像。(1)一個完整的細胞周期包括分裂間期和分裂期，分裂間期主要完成DNA分子的復制及有關蛋白質的合成。(2)分裂末期在細胞赤道板的位置出現(xiàn)細胞板并擴展形成細胞壁。(3)DNA、染色體和染色單體三者的比值分別是：圖A為1∶1∶0，圖B為2∶1∶2，圖C為2∶1∶2，圖D為1∶1∶0。 15．生物體內的細胞代謝效率與物質擴散的速率有關。同種物質雖然在細胞中擴散的速度基本相同，但細胞大小不同，擴散發(fā)生的快慢會有差異。有人設計了一個實驗，用于研究這一問題。 實驗步驟： ①用塑料餐刀將含酚酞的瓊脂塊切成三塊邊長分別為3 cm、2 cm、1 cm的正方體； ②將以上三塊瓊脂塊樣品浸入質量分數(shù)為0.1%的NaOH溶液中，處理10 min； ③取出瓊脂塊樣品，吸干浮液后，分別將每一樣品切成兩半，觀察切面，測量每一切面上NaOH擴散的深度，記錄結果并分析。 (1)請你為此研究擬定一個課題名稱： ______________________________________________________________________________ (2)該研究中所用的細胞模型是____________________________________________________， 在樣品中加酚酞是為了檢測NaOH在瓊脂塊中的擴散深度，原因是____________________ ________________________。 (3)計算出樣品相關數(shù)據(jù)如下表： 瓊脂塊樣品邊長 表面積/cm2 體積/cm3 表面積與體積之比 1號樣品(3 cm) 54 27 2∶1 2號樣品(2 cm) 24 8 3∶1 3號樣品(1 cm) 6 1 6∶1 通過分析上表，得出的結論是______________________________________________________。 (4)通常情況下，細胞邊長小于0.1 cm。根據(jù)上述實驗，可以對細胞大小與物質擴散速率之間的關系作出合理解釋：_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)研究細胞大小與物質擴散速率的關系　(2)不同大小的含酚酞的瓊脂塊　酚酞遇NaOH呈紫紅色　(3)瓊脂塊邊長越大，其表面積與體積之比越小　(4)通常情況下，細胞的邊長小于0.1 cm，此時表面積與體積之比相對較大，物質擴散的速率快，細胞代謝效率高 解析　該實驗的研究目的是探究細胞大小(或細胞表面積和體積之比)與物質擴散速率的關系。由表中數(shù)據(jù)可以看出，細胞體積越大，其表面積與體積之比越小，物質擴散速率越慢；反之，細胞體積越小，物質擴散速率越快。故通常情況下細胞體積傾向于較小。