浙科版必修1第四章第一節(jié)課時1細胞周期及有絲分裂過程中染色體的行為變化學案

第四章細胞的生命歷程第一節(jié)細胞通過分裂增殖描述細胞通過不同的方式進行分裂,細胞有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的連續(xù)性和一致性。1.運用結構與功能觀,歸納總結植物細胞和動物細胞有絲分裂的不同點和相同點。2.采用歸納與概括的方法概述有絲分裂各個時期的特點。3.運用建模分析的方法,探究細胞不能無限長大的原因。4.了解細胞癌變原因和特點,宣傳健康生活方式,預防癌癥發(fā)生。課時1細胞周期及有絲分裂過程中染色體的行為變化一、細胞周期1.含義連續(xù)分裂的細胞從一次分裂結束到下一次分裂結束所經歷的整個過程。2.組成細胞周期包括分裂期(簡稱M期)和分裂間期。3.分裂間期(1)G1期:發(fā)生的主要是合成DNA復制所需蛋白質,以及核糖體的增生。(2)S期:主要是DNA復制。(3)G2期:合成M期所必需的一些蛋白質。4.特點分裂間期的時間總是長于分裂期。二、模擬探究細胞的大小與擴散作用的關系1.實驗目的通過建構物理模型,推斷細胞大小與物質擴散的關系,領悟細胞不能無限長大的原因。2.方法步驟(1)制備邊長分別為3cm、2cm、1cm的立方體瓊脂塊。(2)將瓊脂塊分別放入燒杯內,加入0.1%的NaOH溶液將瓊脂塊淹沒,并不停翻動瓊脂塊3min。(3)取出瓊脂塊,放在墊著吸水紙的培養(yǎng)皿中將瓊脂塊上的溶液吸干,將瓊脂塊切成兩半,觀察切面,記錄觀察結果,測量每一塊瓊脂塊上NaOH擴散的深度。如表是幾種細胞的細胞周期持續(xù)時間(單位是h),據(jù)表分析回答問題。細胞類型分裂間期分裂期細胞周期蠶豆根尖分生區(qū)細胞15.32.017.3小鼠十二指腸上皮細胞13.51.815.3人的肝細胞21122人的宮頸癌細胞20.51.5221.不同生物細胞的細胞周期持續(xù)時間相同嗎?同種生物的不同細胞的細胞周期持續(xù)時間相同嗎?提示:都不一定相同。2.若要觀察細胞的有絲分裂,你會選擇哪種細胞?說明理由。提示:選擇小鼠十二指腸上皮細胞,原因是其細胞周期中分裂期所占時間比例相對較高。三、染色體在有絲分裂過程中呈現(xiàn)規(guī)律性變化及有絲分裂的意義1.有絲分裂過程中染色體行為變化(1)前期。①最明顯的變化是細胞核內染色體的出現(xiàn)。染色體是由染色質絲經螺旋纏繞而形成的,在前期,染色體縮短變粗。②每個染色體由兩條并列的姐妹染色單體組成,由一個著絲粒連接在一起。③前期中較晚的時候出現(xiàn)由絲狀纖維組成的紡錘體。此時,核膜、核仁開始解體。(2)中期。①各染色體的著絲粒都排列在細胞中央的一個平面(赤道面)上。②中期的染色體縮短到最小的程度,便于觀察和研究。(3)后期。①染色體的著絲粒分為兩個。②姐妹染色單體分離成兩條獨立的染色體,染色體數(shù)目增加一倍。③分離的染色體以相同的速率分別被紡錘絲拉向兩極。(4)末期。①染色體伸展,呈現(xiàn)染色質狀態(tài)。②核膜重新形成,核仁出現(xiàn)。③細胞核內的染色體數(shù)目與分裂前相同,有絲分裂結束。2.有絲分裂的意義將親代細胞的染色體經過復制后,精確地平均分配到兩個子細胞中,從而在親代細胞和子代細胞之間保證了遺傳性狀的穩(wěn)定性。四、制作和觀察根尖細胞有絲分裂臨時裝片,或觀察其永久裝片1.實驗原理(1)鹽酸能夠破壞細胞間的果膠,使根尖細胞在后續(xù)的操作中彼此容易被分開。(2)堿性染料可以使染色體著色。(3)鹽酸會影響染色劑染色的效果,要用清水把處理根尖的鹽酸充分沖洗干凈。2.方法步驟如圖為洋蔥根尖細胞有絲分裂顯微照片,請按照有絲分裂的過程排序。提示:圖2→圖3→圖1→圖4→圖5。[自主學習檢測]——教材基礎熟記于心1.玉米植株不同的細胞均具有細胞周期。(×)提示:只有連續(xù)分裂的細胞才具有細胞周期。2.細胞分裂間期DNA復制使染色體數(shù)目加倍。(×)提示:細胞分裂間期DNA復制后,DNA含量加倍,分裂后期著絲粒分裂使染色體數(shù)目加倍。3.中期染色體凝聚變短,全部整齊地排列在細胞板上。(×)提示:中期染色體的著絲粒整齊地排列在赤道面上。4.解離和壓片過程都有利于根尖分生區(qū)細胞分散。(√)5.細胞有絲分裂的不同時期之間存在明顯界限。(×)提示:有絲分裂的過程是連續(xù)的,不存在明顯界線,不同時期是人為劃分的。6.紡錘體形成于分裂前期,消失于分裂后期。(×)提示:紡錘體消失于末期。7.時間允許的情況下,在觀察洋蔥根尖細胞有絲分裂實驗中可以觀察到一個細胞從間期到末期的連續(xù)分裂過程。(×)提示:經過解離細胞已死亡,不能觀察到一個細胞的連續(xù)有絲分裂過程。8.前期和末期,細胞的染色體均由染色單體組成。(×)提示:后期著絲粒分裂,染色單體消失,末期不存在染色單體。9.細胞有絲分裂實現(xiàn)了細胞中所有物質的平均分配,保證了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性。(×)提示:有絲分裂實現(xiàn)了核遺傳物質的平均分配,其他物質不一定均分。任務一探究細胞表面積與體積的關系[任務突破]探究細胞表面積與體積關系的實驗操作與分析[遷移應用][典例1]在“模擬探究細胞的大小與擴散作用的關系”活動中,將含酚酞的瓊脂塊切成三塊邊長分別為1cm、2cm、3cm的立方體,把三塊瓊脂塊放在裝有0.1%的NaOH溶液的燒杯內,淹沒浸泡并用塑料勺不停地翻動3min。下列敘述正確的是(C)A.隨邊長增大,瓊脂塊的表面積與體積之比增大B.隨邊長增大,NaOH在瓊脂塊內擴散的速率增大C.隨邊長增大,瓊脂塊中變紅的體積增大D.若時間允許,瓊脂塊浸泡時間越長越好解析:隨邊長增大,瓊脂塊的表面積與體積之比減小;不同大小的瓊脂塊中NaOH擴散的深度相同,即擴散速率相同;不同大小的瓊脂塊中NaOH擴散的深度相同,因此隨瓊脂塊的增大,瓊脂塊中變紅的體積增大;瓊脂塊浸泡時間過長,各瓊脂塊全部被NaOH擴散,無法得出結論,因此浸泡時間不是越長越好。任務二理解細胞周期的概念,明確有絲分裂各時期的特征[任務突破1]構建細胞周期4種常用表示方法的概念模型[遷移應用][典例2-1]如圖是某高等植物細胞周期圖。下列敘述正確的是(C)A.一個細胞周期是指甲→甲的全過程B.乙→甲的過程中會發(fā)生染色體數(shù)目的加倍C.甲→乙的過程會發(fā)生核膜的解體與重建D.在甲時期,細胞中有一對中心體解析:一個細胞周期是指乙→乙的全過程;乙→甲的過程中會進行DNA的復制,發(fā)生核DNA數(shù)量加倍、核糖體增生和蛋白質的合成,但染色體數(shù)目不加倍;甲→乙的過程為分裂期,會發(fā)生核膜的解體與重建;高等植物細胞中沒有中心體。[任務突破2]利用DNA合成抑制劑實現(xiàn)細胞周期的同步化(1)假設一個細胞周期時長=G1+S+G2+M=10+7+3.5+1.5=22(h)。(2)向細胞的培養(yǎng)液中加入過量的DNA合成抑制劑,處于S期的細胞立刻被抑制。(3)再培養(yǎng)G2+M+G1=3.5+1.5+10=15(h),則處于G2、M、G1期的細胞都將被抑制在G1/S期交界處。(4)除去抑制劑,更換新鮮培養(yǎng)液,細胞將繼續(xù)沿細胞周期運行,運行時間既要保證處于G1/S期交界處的細胞經過S期(7h)進入G2期,又要保證處于S期的細胞不能再次進入S期,即運行時間應控制在7～15h。(5)再加入DNA合成抑制劑,則可實現(xiàn)全部細胞都被阻斷在G1/S期交界處,實現(xiàn)細胞周期同步化。[遷移應用][典例2-2]利用一定的方法,使細胞群體處于細胞周期的同一階段,稱為細胞周期同步。高濃度TdR(胸腺嘧啶核苷)雙阻斷法是常用的同步化方法,它可逆地起作用,且不影響其他時期細胞的活動,最終可使細胞停留在S期或G1/S交界處。研究人員利用胡蘿卜細胞,經如圖過程的處理,成功將所有細胞阻斷在G1/S交界處。下列敘述正確的是(A)細胞群體洗脫轉移檢測注:胡蘿卜細胞周期中G1為1.3h,S為2.7h,G2為2.9h,M為0.6h。A.t1≥4.8h B.t2≤2.7hC.t3≥4.6h D.t1+t2+t3=7.5h解析:經過t1時間處理,G2、M、G1期細胞被抑制在G1/S期交界處,處理時間不少于G2+M+G1之和,故t1≥2.9+0.6+1.3=4.8(h);正常處理時既要保證G1/S期交界處細胞經過S期,又要保證S期細胞不能再進入S期,故t2應不短于S期時間,且小于G2+M+G1期時間,故4.8h>t2≥2.7h;t3與t1時間處理原理相同,故t3≥4.8h;綜上所述,t1≥4.8h,4.8h>t2≥2.7h,t3≥4.8h,故t1+t2+t3≥12.3h。[任務突破3]比較有絲分裂各時期的特征(1)有絲分裂過程及各時期特征。時期特征染色體形態(tài)變化分裂間期DNA復制和有關蛋白質合成(動物和低等植物細胞間期有中心體復制)分裂期前期①染色質→染色體(排列散亂);②核膜解體,核仁消失;③形成紡錘體中期①每條染色體的著絲粒兩側均有紡錘絲牽引,著絲粒整齊排列在“赤道面”上;②染色體形態(tài)固定、數(shù)目清晰后期著絲粒分裂,姐妹染色單體分開,一條染色體變成兩條染色體,移向細胞兩極末期①染色體→染色質;②紡錘體消失;③核膜、核仁重新形成;④細胞質分裂(2)歸納總結有絲分裂過程中幾種結構或物質的變化規(guī)律及原因。項目變化規(guī)律DNADNA復制含量加倍(S期)→恢復為正常狀態(tài)(末期細胞分裂)染色體形態(tài)變化行為變化復制(間)→散亂排列(前)→著絲粒分裂(后)→紡錘體形成(前期)→消失(末期)核仁、核膜消失(前期)→重建(末期)核糖體增生(G1期)中心體復制加倍(間期)→移向兩極(前期)→平均分配(末期)細胞壁囊泡(聚集)→細胞板(末期)→細胞壁[遷移應用][典例2-3]洋蔥根尖細胞有絲分裂過程中,下列行為發(fā)生在前期的是(B)A.中心體數(shù)目倍增并移向兩極B.染色質絲螺旋纏繞形成染色體C.染色體的著絲粒排列在赤道面上D.染色質開始復制并形成姐妹染色單體解析:中心體數(shù)目發(fā)生倍增的時期是間期,且高等植物細胞中無中心體;分裂前期,染色質絲螺旋纏繞形成染色體;分裂中期,染色體的著絲粒都排列在細胞中央的赤道面上;染色質開始復制并形成姐妹染色單體發(fā)生在間期。[典例2-4]下列關于洋蔥根尖分生區(qū)細胞有絲分裂的敘述,正確的是(B)A.前期,中心體完成復制后發(fā)出紡錘絲組成紡錘體B.中期,染色體的著絲粒排列在垂直于紡錘體中軸的一個平面上C.后期,著絲粒分裂后細胞中染色體的形態(tài)和數(shù)目與親代細胞完全相同D.末期,細胞膜從細胞中部向內凹陷將兩套染色體平均分到兩個子細胞中解析:洋蔥屬于高等植物,根尖分生區(qū)細胞中沒有中心體;中期,染色體高度螺旋,縮短變粗,染色體的著絲粒排列在垂直于紡錘體中軸的一個平面(赤道面)上;后期,著絲粒分裂后細胞中染色體的形態(tài)和數(shù)目與親代細胞不同,染色體數(shù)目是親代細胞的2倍,且親代細胞中是染色質,呈絲狀;末期,可觀察到許多囊泡聚集形成的細胞板,細胞板向四周延伸形成細胞壁,將細胞分裂成兩個子細胞。[任務突破4]比較動、植物細胞有絲分裂異同(1)列表比較動、植物細胞有絲分裂過程異同。項目植物細胞動物細胞不同點間期無中心體的復制一個中心體復制成一對中心體前期細胞兩極發(fā)出紡錘絲形成紡錘體由中心體發(fā)出紡錘絲形成紡錘體末期細胞中央出現(xiàn)細胞板,并發(fā)展成為新的細胞壁細胞在兩極之間的“赤道面”上向內凹陷,形成環(huán)溝,環(huán)溝漸漸加深,縊裂為2個子細胞相同點①分裂過程均包括間期和分裂期;②細胞核內染色體的行為、形態(tài)、數(shù)目變化規(guī)律相同;③分裂間期都完成了DNA復制(或完成染色體復制);④染色體平均分配到兩個子細胞中(2)基于“三看法”界定動、植物細胞有絲分裂圖像。[遷移應用][典例2-5]下列關于動、植物細胞有絲分裂相同點的敘述,不正確的是(B)A.在分裂間期,核DNA復制含量加倍B.在分裂前期,由中心粒周圍發(fā)出的紡錘絲形成紡錘體C.在分裂中期,染色體的著絲粒排列在赤道面上,含染色單體D.在分裂后期,染色體的著絲粒分為兩個,染色體數(shù)目加倍,不含染色單體解析:動、植物細胞有絲分裂間期,都進行核DNA的復制,且復制后核DNA含量都加倍;動、植物細胞有絲分裂前期紡錘體的形成方式不同,動物細胞中紡錘體是由中心體發(fā)出紡錘絲形成的,植物細胞中紡錘體是由細胞兩極發(fā)出紡錘絲形成的;動、植物細胞有絲分裂中期,染色體的著絲粒都排列在赤道面上,且都含染色單體;動、植物細胞有絲分裂后期,染色體的著絲粒都分為兩個,染色體數(shù)目加倍,不含染色單體。[典例2-6]如圖為動物和高等植物細胞的有絲分裂示意圖,下列據(jù)圖分析錯誤的是(D)A.甲細胞在分裂前期時,一對①分開,其間有紡錘絲相連B.乙細胞在分裂前期時,無①出現(xiàn),但仍有紡錘絲出現(xiàn)形成紡錘體C.甲細胞在分裂末期時,③向內凹陷,形成環(huán)溝D.乙細胞在分裂末期時,⑤聚集發(fā)展成新的細胞膜解析:甲細胞為動物細胞,①為中心體,②為著絲粒,③為細胞膜。動物細胞有絲分裂前期,一對中心體分開移向兩極,其間有紡錘絲相連;乙細胞為高等植物細胞,細胞中不存在中心體,由細胞兩極發(fā)出紡錘絲形成紡錘體;動物細胞在分裂末期時,細胞膜向內凹陷形成環(huán)溝;高等植物細胞在分裂末期時,⑤聚集發(fā)展成新的細胞壁。任務三制作并觀察有絲分裂臨時裝片[任務突破]制作和觀察有絲分裂臨時裝片實驗的關鍵點及注意事項實驗材料的選擇類型選取細胞分裂期占細胞周期比例相對較大的材料部位選取細胞分裂旺盛的部位(如根尖、芽尖的分生區(qū))時間選擇細胞分裂旺盛的時間操作注意事項解離時間太短細胞間質未被完全溶解,壓片時細胞不易分散過長細胞解離過度、根尖過于酥軟,影響染色漂洗時間適宜洗去多余的解離液,防止解離過度而影響染色染色時間太短染色體或染色質不能完全著色過長使其他部分也被染成深色,無法分辨染色體壓片過輕細胞未分散開過重將