備課素材：秋水仙素如何阻斷有絲分裂過程-2023-2024學年高一下學期生物人教版必修2

秋水仙素如何阻斷有絲分裂過程2020版人教高中生物學必修2《遺傳與變異》P88頁提到人工誘導多倍體的方法，并且較為詳細描述了秋水仙素誘導染色體數(shù)目加倍：那么，秋水仙素抑制紡錘體的形成的機理是什么？1.教材關于秋水仙素的作用人工誘導多倍體的方法很多，如低溫處理、用秋水仙素誘發(fā)等。其中，用秋水仙素來處理萌發(fā)的種子或幼苗，是目前最常用且最有效的方法。當秋水仙素作用于正在分裂的細胞時，能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而引起細胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。染色體數(shù)目加倍的細胞繼續(xù)進行有絲分裂，就可能發(fā)育成多倍體植株。2.秋水仙及秋水仙素秋水仙（學名：ColchicumautumnaleL.）是百合科秋水仙屬植物，多年生草本。地下部分也具有圓球形的鱗莖。它的這種鱗莖，有的直徑可長至6厘米以上。球根花卉，球莖卵形，外皮黑褐色。秋水仙素又名秋水仙堿，是一種生物堿，化學式為C22H25NO6，最初從百合科植物秋水仙中提取出來，為淡黃色結晶性粉末。呈黃色針狀結晶，易溶于水、乙醇和氯仿，味苦，有毒。從植物中提取秋水仙堿的傳統(tǒng)方法一般是溶劑提取法。此法的優(yōu)點是儀器和材料簡單易得，方法比較簡便，但試劑消耗量大。溶劑提取法的基本原理是：根據(jù)秋水仙堿的性質(zhì)，利用它在不同溶劑中溶解度的差別，按一定的步驟和方法進行分離。根據(jù)所用溶劑的不同，傳統(tǒng)提取方法可分為水提法、酸提法、有機溶劑提取法。提取出來的含秋水仙堿的混合物還需經(jīng)柱層析、薄層層析、離子交換色譜等分離方法進行進一步分離純化。3.秋水仙素的作用機制①紡錘體的形成

紡錘體是細胞分裂過程中染色體精確平均分配到細胞兩極的必需結構。而紡錘體的形成是由微管蛋白組裝而成。微管是由α、β微管蛋白的異源二聚體及少量微管結合蛋白聚合而成的亞穩(wěn)定動態(tài)結構。②秋水仙素化學結構中的C環(huán)能夠與微管蛋白結合（C環(huán)與β微管蛋白的第1～46和214～241氨基酸殘基片段交聯(lián)，從而抑制微管蛋白的聚合，破壞微管形成），干擾紡錘體的形成。秋水仙素也是一種微管解聚劑，可以破壞α與β微管蛋白形成的二聚體結構，引起原有微管解聚，導致細胞不能正常形成紡錘絲。③另外，秋水酰胺和諾考達唑等某些藥物，也可以抑制微管聚合，進而抑制紡錘體的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。4.秋水仙素作用后細胞周期是否繼續(xù)進行？秋水仙素的作用是可逆的。當生物體內(nèi)或添加在培養(yǎng)液中的秋水仙素被代謝降解后，本次細胞周期不再繼續(xù)完成，而是開始新一輪的細胞周期，從結果上即是造成染色體數(shù)目加倍。需要注意的是姐妹染色單體的分離并不是由于紡錘絲的牽引造成的，而是細胞形成染色體后著絲粒會自然分開。5.秋水仙素在細胞周期同步化中的應用中期阻斷法：由于秋水仙素能夠抑制微管的聚合，進而抑制紡錘體的形成，將細胞阻斷于有絲分裂中期，然后再去除秋水仙素，從而使細胞達到同步化。在使用秋水仙素處理細胞時應嚴格控制其劑量和作用時間。6.秋水仙素的其它作用抗炎作用：秋水仙堿通過干擾溶酶體脫顆粒降低中性粒細胞的活性、黏附性及趨化性，抑制粒細胞向炎癥區(qū)域的游走，從而發(fā)揮抗炎作用。另外，它干擾細胞間黏附分子及選擇素的表達，從而阻礙T淋巴細胞活化及對內(nèi)皮細胞的黏附，抑制炎癥反應。秋水仙堿還可通過減少E-選擇素、L-選擇素及內(nèi)皮素的表達，發(fā)揮其抗炎作用。[1]抑制作用：動物實驗發(fā)現(xiàn)秋水仙堿能降低中毒性肝壞死的雄鼠死亡率，阻止四氯化碳引起的大鼠肝纖維化并改善其肝功能，國內(nèi)實驗也證實秋水仙堿可減少肝臟膠原纖維的形成，減輕肝纖維化。臨床試驗證明秋水仙堿確具有改善癥狀，縮小肝脾，使肝內(nèi)纖維組織減少，肝血流量有所增加?？傊?，體內(nèi)外實驗表明，秋水仙堿能夠明顯抑制成纖維細胞增生，抑制膠原（Ⅰ、Ⅲ型）mRNA表達及蛋白合成分泌，促進膠原酶活性，促進基質(zhì)金蛋白酶MMP-1，MMP-9活性增強，從而減少膠原的產(chǎn)生和沉積，促進膠原分解，起到抗纖維化的作用。抑制肥大細胞釋放組胺顆粒、抑制胰島β細胞釋放胰島素，并抑制黑色素細胞內(nèi)黑色素顆粒的移動。此外，秋水仙堿可以降低體溫，抑制呼吸中樞、增強擬交感藥物的作用，收縮血管、升高血壓。秋水仙堿還可通過神經(jīng)元刺激增強胃腸道功能以及改變神經(jīng)肌接頭的功能。由于秋水仙堿有抑制細胞分裂，同時還可以干擾腫瘤細胞的蛋白質(zhì)代謝，抑制RNA多聚酶活力以及細胞膜類脂質(zhì)的合成和氨基酸在細胞膜上的轉(zhuǎn)運，從而誘導多種實體腫瘤細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)秋水仙堿在體外對膠質(zhì)瘤細胞生長有明顯的抑制和誘導凋亡作用，但體內(nèi)的效果尚待臨床研究。秋水仙堿有劇毒，常見惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛、胃腸反應是嚴重中毒的前驅(qū)癥狀，癥狀出現(xiàn)時即行停藥，腎臟損害可見血尿、少尿、對骨髓有直接抑制作用、引起粒細胞缺乏、再生障礙性貧血。1、消化道反應：是最常見的副作用。許多痛風病人在服用秋水仙堿后出現(xiàn)惡心、食欲減退、嘔吐、腹部不舒適感以及腹瀉。有的病人因惡心嘔吐或者腹瀉較為嚴重而無法堅持用藥。2、骨髓毒性反應：主要是對骨髓的造血功能有抑制作用，導致白細胞減少、再生障礙性貧血等。3、肝臟損害：可引起肝功能異常，嚴重者可發(fā)生黃疸。4、腎臟損害：可出現(xiàn)蛋白尿現(xiàn)象，一般不會引起腎功能衰竭。5、其他副作用：包括脫發(fā)、皮膚過敏、精神抑郁等。例、秋水仙堿,一種生物堿,因最初從百合科植物秋水仙中提取出來,故名,也稱秋水仙素。秋水仙堿能抑制有絲分裂,破壞紡錘體,使染色體停滯在分裂中期。這種由秋水仙堿引起的不正常分裂,稱為秋水仙堿有絲分裂。在這樣的有絲分裂中,染色體雖然縱裂,但細胞不分裂,不能形成兩個子細胞,因而使染色體加倍。秋水仙堿就被廣泛應用于細胞學、遺傳學的研究和植物育種中。下列有關秋水仙堿應用正確的是()A.

秋水仙堿能抑制有絲分裂,破壞紡錘體,使染色體停滯在分裂中期。故最終得到的細胞每條染色質(zhì)將有兩個DNA分子B.

用秋水仙堿加倍曼陀羅等植物的染色體數(shù)獲得成功以后,發(fā)現(xiàn)細胞有多個細胞核C.

用秋水仙堿處理西瓜的幼苗,可能導致基因突變的產(chǎn)生D.

用秋水仙堿處理西瓜的幼苗芽尖,會導致芽尖正在分裂的細胞染色體都加倍解析：多倍體產(chǎn)生的人為因素是用秋水仙素處理植物的幼苗或發(fā)育的種子,從而抑制細胞中紡錘體的形成,從而使細胞中的染色體加倍.與正常個體相比,多倍體具有的特點是植株個體巨大、合成的代謝產(chǎn)物增多,但是發(fā)育遲緩。A、秋水仙堿抑制紡錘絲的形成,但沒有抑制染