15.细胞周期及其表示方法

第四单元细胞的生命历程第1课细胞的增殖【课标要求】1.描述细胞通过不同的方式进行分裂,其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。

2.制作和观察根尖细胞有丝分裂简易装片,或观察其永久装片。

【素养目标】1.理解细胞周期概念和动植物细胞有丝分裂的过程。

(生命观念、科学思维)2.了解细胞的无丝分裂。

(生命观念)3.掌握制作和观察根尖细胞有丝分裂简易装片的实验原理和操作方法。

(科学探究)【主干·梳理与辨析】一、细胞增殖及细胞周期1.细胞增殖:(1)概念:细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。

包括物质准备和细胞分裂两个连续的过程。

(2)意义:是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

2.细胞周期:3.分裂间期的特征:分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备,同时细胞有适度的生长。

可分为以下三个时期:(1)G期:又称DNA合成前期,主要进行RNA和有关蛋白质(如DNA聚合酶等)的合成,为S期DNA的复制1做准备。

(2)S期:又称DNA合成期,主要进行DNA的复制。

(3)G期:又称DNA合成后期,主要进行RNA和蛋白质的合成,特别是微管蛋白的合成,为分裂期做准备。

2【思考辨析】1.细胞越小,其相对表面积也越小,这有利于提高物质交换效率。

(×)分析:细胞越小,其相对表面积越大。

2.多细胞生物体的生长依赖于细胞的生长和细胞的增殖。

(√)3.同一生物的不同组织细胞都具有细胞周期。

(×)分析:不连续分裂的细胞没有细胞周期。

二、细胞的增殖1．细胞周期：2.高等动植物细胞有丝分裂的主要区别:3.细胞增殖过程中细胞结构或物质的周期性变化:(1)染色体行为变化:①当有染色单体(分裂间期的G2期,分裂期的前期、中期)时,染色体数目∶染色单体数目∶核DNA数目=1∶2∶2。

②当无染色单体(分裂间期的G1期,分裂期的后期、末期)时,染色体数目∶核DNA数目=1∶1。

(2)核DNA、染色体、染色单体的数目变化(以二倍体生物为例):项目分裂间期分裂期前期中期后期末期核DNA 2n→4n4n4n4n4n→2n染色体2n2n2n4n4n→2n染色单体0→4n4n4n0 04.意义:亲代细胞的染色体经过复制后,精确地平均分配到两个子细胞中,保持了细胞的亲子代之间遗传的稳定性。

第一节细胞的增殖第1课时细胞周期课标要求核心素养素养对接素养水平1.明确细胞周期的概念、表示方法和意义。

2．概述细胞周期中各时期所进行的主要活动。

生命观念：通过对细胞周期的学习，认识到生命活动的周期性。

水平一科学思维：了解不同类型的细胞之间，细胞周期的时间差别很大。

同时，一些环境因素也会影响细胞周期的时间长短。

水平二一、细胞周期1．细胞的连续增殖是通过物质准备、细胞分裂的周期性变化来实现的，这被称作细胞周期。

2．通常把一次细胞分裂结束作为新的细胞周期的开始。

3．一个细胞周期中的物质准备阶段被称作间期，细胞分裂的阶段被称作分裂期(M期)。

4．间期的核心事件是DNA的合成(复制)和有关蛋白质的合成，细胞适度长大。

5．DNA分子的合成时期是间期的中间阶段，被称作S期，在S期与上一次分裂及下一次分裂之间都存在着一段间隔期，分别被称作G1期和G2期。

G1期主要进行一些与DNA复制有关的蛋白质合成；G2期主要进行与分裂期有关的一些蛋白质的合成以及一些细胞器的增殖。

6．在M期，间期复制的DNA及中心体等细胞器平均分配到2个子细胞中。

7．一个细胞周期内间期和分裂期所占时间相差较大。

通常间期时间占整个细胞周期的90%～95%，分裂期只占5%～10%。

不同类型的细胞之间，其细胞周期的时间差别很大。

二、细胞分裂的去向及意义1．去向(1)有些细胞会按照细胞周期的各个阶段持续运转，不断地增殖，例如各种干细胞。

(2)有些细胞通过分化的过程形成了具有特定功能的细胞就不再进行分裂，例如骨骼肌细胞。

(3)有些细胞可以暂时停止分裂，但受到特定信号的诱导，又会进入连续增殖的周期性变化，通常将这些细胞称作G0期细胞，例如结缔组织中的成纤维细胞。

2．细胞周期的意义细胞周期的准确运转对生物体的生存、繁殖、发育和遗传都是十分重要的。

(1)一个新细胞分裂成两个新细胞所需时间为一个细胞周期。

(√)(2)同一细胞的细胞周期时间是一定的，不会受到环境条件的影响。

细胞周期测定实验具体步骤及详细说明
体外培养细胞生长、分裂繁殖的能力，可用分裂指数来表示。

它与生长曲线有一定的联系，如随着分裂指数的不断提高，细胞也就进入了指数生长期。

分裂指数指细胞群体中分裂细胞所占的百分比，它是测定细胞周期的一个重要指标，也是不同实验研究选择细胞的重要依据。

具体步骤
一、消化细胞，将细胞悬液接至内含盖玻片的培养皿中。

二、CO2培养箱中培养48小时，使细胞长在盖片上。

三、取出盖片，按下列顺序操作：
PBS漂洗3分钟→甲醇：冰醋酸=3：1固定液中固定30分钟→Giemsa液染色10分钟→自来水冲洗。

四、盖片晾干后反扣在载玻片上，镜检。

五、计算
分裂指数=分裂细胞数/总细胞数×100%
操作时动作要轻，以免使盖片上的细胞脱落。

Giemsa染液配制
称Giemsa粉末0.5 g，加几滴甘油研磨，再加入甘油（使加入的甘油总量为33 ml）。

56℃中保温90-120分钟。

加入33 ml甲醇，置棕色瓶中保存，此为Giemsa原液。

使用时按要求用PBS稀释。

一般稀释10倍。

专题05细胞的生命历程核心素养1.通过学习细胞有丝分裂过程中染色体进行精确复制和分离，使子代细胞与亲代细胞的染色体数目保持一致，维持了细胞的遗传稳定性，可以感悟生命过程的精致和奇妙。

（生命观念）2.认识到有丝分裂的实质是维持亲子代细胞在遗传上的稳定性，体现了从现象到本质的认识过程，有助于发展抽象概括的科学思维。

帮助认识细胞衰老和死亡与个体衰老之间的关系，学会辩证地看待部分与整体之间的关系。

（科学思维）3.实践“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”，要求学生能够选择适当的材料制作临时装片，并运用高倍显微镜进行观察，从而发展科学探究的技能。

（科学探究）4.认识细胞分化形成的不同组织细胞之间的分工合作、细胞凋亡对个体的积极意义，从而进一步认识个人与集体、个人与社会的关系，认同合作与奉献的意义。

介绍一些研究成果，如干细胞、细胞衰老的原因学说、细胞自噬等，理解这些研究对于增进人类健康的重要意义。

（社会责任）考点精讲考点一、细胞周期的概念及实验探究细胞周期的概念和表示方法：（1）细胞周期的条件、时间及两大阶段①条件：只有连续分裂的细胞才有细胞周期，如根尖分生区细胞、茎形成层细胞、皮肤生发层细胞等。

②时间：从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的整个过程。

③两大阶段：分裂间期在前，经历时间较长，占整个细胞周期的90%～95%，是分裂期的准备阶段；分裂期在后，经历时间较短，可划分为前期、中期、后期和末期四个连续的时期。

（2）细胞周期的表示方法方法名称表示方法说明扇形图A→B→C→A为一个细胞周期直线图a＋b或c＋d为一个细胞周期坐标图a＋b＋c＋d＋e为一个细胞周期柱状图A：DNA复制前（G1期）B：DNA复制（S期）C：DNA复制后（G2期+M期）【特别提醒】根据物质合成的特点，可将分裂间期划分为G1期（DNA合成前期）、S 期（DNA合成期）和G2期（DNA合成后期）三个时期，分裂期也称为M期。

考点二、有丝分裂的过程和特点有丝分裂中相关结构和数量的变化：（1）染色体形态和行为的变化（2）相关结构的变化规律细胞结构变化规律纺锤体形成（前期）→消失（末期）核膜、核仁消失（前期）→重建（末期）中心体倍增（间期）→移向两极（前期）→平均分配（末期）（3）核DNA、染色体及染色单体数目变化规律(以二倍体为例)①数量变化：间期前期中期后期末期染色体2N2N2N4N4N→2N染色单体0→4N4N4N0 0核DNA 2N→4N4N4N4N4N→2N②曲线模型：（4）染色体、染色单体及DNA三者之间的数量关系①当有染色单体存在时，染色体∶染色单体∶DNA＝1∶2∶2。

高考生物知识荟萃之细胞的生命历程考试要点（1）细胞的生长和增殖的周期性Ⅰ（2）细胞的无丝分裂Ⅰ（3）细胞的有丝分裂Ⅱ（4）细胞的分化Ⅱ（5）细胞的全能性Ⅱ（6）细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系Ⅱ（7）癌细胞的主要特征及防治Ⅱ知识网络重点知识整合一、细胞增殖的周期性细胞周期的不同表示方法方法名称表示方法说明扇形图A→B→C→A为一个细胞周期直线图a＋b或c＋d为一个细胞周期坐标图a＋b＋c＋d＋e为一个细胞周期直方图依据此图可以判断复制前、复制时和复制后所占时长的比例【特别提醒】①间期细胞的主要物质变化是DNA复制和有关蛋白质的合成。

②间期抑制DNA和蛋白质合成可有效地阻止细胞分裂，对癌症具有较好的治疗效果。

③间期时间长，观察细胞有丝分裂时绝大部分细胞处于间期。

实验时观察材料宜选用分裂期相对于整个细胞周期较长的生物种类和组织种类。

④间期是容易发生基因突变的时期。

二、细胞的有丝分裂和减数分裂1．一个细胞内染色体、DNA数量变化曲线及判断(1)有丝分裂、减数分裂与受精过程中两曲线变化：(2)D NA、染色体数量变化曲线判断：①间期加倍⇓DNA变化曲线⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫连续两次减半最后数量为N⇒减数分裂⎭⎪⎬⎪⎫只发生一次减半最后数量为2N⇒有丝分裂②间期不加倍 ⇓染色体变化曲线⎩⎪⎨⎪⎧最大数量为2N ⇒减数分裂最大数量为4N ⇒有丝分裂 2．有丝分裂、减数分裂图像的比较与辨析(以2n ＝4为例) 时期方式前期中期后期有丝 分裂 有同源染色体减数第一次分裂有同源染色体减数第二次分裂无同源染色体(2)辨析方法：三、动物配子的形成与受精过程1．精子和卵细胞的种类(1)1个精原细胞(含n对同源染色体)：①可能产生精子的种类：2n种。

②实际产生精子的种类：2种。

③同一个次级精母细胞，若在第一次分裂时没有交叉互换，则产生的两个精子是相同的；若在第一次分裂时发生了交叉互换，则产生的两个精子是不同的。

(2)1个卵原细胞(含n对同源染色体)：①可能产生卵细胞的种类：2n种。

高中生物：细胞的生命历程知识点易错点1 对细胞周期的概念理解不透彻细胞周期的表示方法只有连续分裂的细胞才有细胞周期，高度分化的细胞、进行减数分裂的性原细胞都没有细胞周期。

着丝点分裂不是纺锤丝牵引的结果。

着丝点分裂在前，纺锤丝牵拉在后。

（实验证据：低温或秋水仙素抑制纺锤丝形成时，着丝点可照常分裂，从而导致染色体加倍。

）【特别提醒】无论哪种细胞周期的表示，都必须牢记细胞周期从分裂间期开始，到分裂间期结束为止。

另外，有细胞周期的必须是连续分裂的细胞，切记减数分裂的细胞没有细胞周期。

易错点2 弄不清有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA的数量关系DNA、染色体、染色单体及每条染色体上DNA含量变化曲线解读（1）a→b、l→m、p→q是因DNA分子复制。

（2）g→h、n→o、r→s是因着丝点分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体。

（3）d→e、r→s的变化很相似，都是DNA含量减半，但发生的时期不同。

（4）染色单体在细胞周期中的起点为0，终点也为0。

【特别提醒】解答有关DNA、染色体和染色单体数目问题的关键是掌握不同分裂时期三者的关系：分裂间期DNA复制后，DNA分子数加倍，出现染色单体，染色体数不变；分裂前期与中期，每条染色体含有两个DNA分子和两条姐妹染色单体；分裂后期着丝点分裂，染色体数加倍，姐妹染色单体消失；分裂末期结束由于细胞一分为二，DNA、染色体均减半。

另外，一定要注意题干中要求回答的是一个“细胞”，还是一个“细胞核”，分裂末期虽然两个核已形成，但仍属一个细胞。

易错点3 混淆细胞增殖过程中有关细胞器的作用与细胞分裂有关的细胞器参与高等植物细胞有丝分裂活动的细胞器有核糖体、高尔基体和线粒体。

参与高等动物细胞有丝分裂活动的细胞器有核糖体、线粒体和中心体。

参与低等植物细胞有丝分裂活动的细胞器有核糖体、高尔基体和线粒体和中心体。

相关细胞器的主要作用列表归纳如下：易错点4 对细胞分化、衰老、凋亡和癌变的知识混淆不清1．图解法展示细胞分化的机理2．区分细胞分化与全能性的标志（1）细胞分化的标志在所有细胞中都表达的基因，与细胞分化无关，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因等不能证明细胞已经发生分化；只有在特定细胞中选择性表达的基因控制细胞分化，如胰岛素基因、血红蛋白基因可以证明细胞发生了分化。

细胞的增殖（有丝分裂）知识点一、细胞有丝分裂过程1.细胞周期概念：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。

一个细胞周期包括两个阶段，即分裂间期和分裂期。

分裂间期指：从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前，是分裂间期，大约占细胞周期的90%-95%，此时期主要变化是：完成DNA分子的复制和有关蛋白质得到合成，同时细胞有适度的生长；其意义是分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备。

分裂期是一个连续的过程，人们为研究方便，将其分为四个时期，即分裂前期、分裂中期、分裂后期、分裂末期[概念注意点]：①连续分裂的细胞②起点是一次分裂完成时开始，终点是到下一次分裂完成时为止③特点：不同细胞的细胞周期不同，分裂间期和分裂期所占比例也不同，观察细胞分裂时应选择细胞周期短，分裂期占整个细胞周期比例较小的细胞更好。

【及时训练】：只要能分裂的细胞就一定具有细胞周期。

()只有连续分裂的细胞才具有细胞周期,如人体皮肤生发层细胞、造血干细胞等干细胞、癌细胞、植物根尖分生区(茎尖生长点)细胞等。

只分裂一次便不再分裂的细胞、减数分裂形成的细胞都不具有细胞周期。

高度分化的细胞也不具有细胞周期。

2.细胞周期的两种表示方法方法名称表示方法用字母表示细胞周期扇形图A→B→C→A为一个细胞周期直线图a+b或c+d为一个细胞周期分裂间期⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧G 1期(DNA 合成前期)：合成RNA 和有关蛋白质，为DNA 合成作准备S 期(DNA 合成期)：合成DNA G2期(DNA 合成后期)：合成 RNA 和蛋白质，为分裂期作 准备3.分裂期(以高等植物细胞为例)a间期主要变化是完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。

b前期两失两现一散乱（膜仁消失两体现）即染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体。

从细胞的两极发出纺锤丝形成一个梭形的纺锤体。

核仁逐渐解体，核膜逐渐消失。

染色体散乱地分布在纺锤体的中央。

细胞周期的表示方法细胞周期是细胞分裂的过程，它是一个根据细胞的形态变化而变化的过程。

细胞周期的表示方法主要有两种，即根据细胞形态变化的表示和根据细胞基因水平变化的表示。

1.据细胞形态变化表示法细胞周期是由G1,S,G2,M四个阶段组成的。

G1阶段，即“前G1”阶段，是细胞分裂前的充实生长期，此时细胞质量增加，细胞体积增大，空间内细胞内质蛋白质合成量增加，以及细胞质各种结构物的形成。

S阶段，即“S期”，是细胞内DNA合成的过程，此过程是细胞上的二倍体染色体发生氧化连接，从而形成复制的DNA过程。

G2阶段，即“后G2”阶段，是细胞生最後准备的过程，此胞的胞各物的形成已完成，胞蛋白合成量也增加；M阶段，即“M期”，是分裂过程，此胞膜开始变化，形成由细胞膜发育、细胞质膜撕裂、细胞核收缩分裂为两个新细胞，完成细胞分裂的过程。

2.根据细胞基因水平变化表示法细胞周期可以表示为启动基因、催事基因、抑制基因和特异基因等四类基因在G1、S、G2和M阶段的变化。

启动基因是指在G1期和S期的调控细胞中，此类基因会先激活，使细胞开始增殖；催事基因指的是在G2期时，此类基因就会激活，使细胞准备分裂；抑制基因是指在G2期和M期，此类基因会被抑制，以阻止细胞在不该发生的时间增殖；而特异基因指的是在G1期和M期，此类基因会被激活，使细胞进入分裂状态。

理解细胞周期的表示方法，研究细胞分裂的过程以及细胞的物理变化和生物变化，对于研究细胞生命周期的调控机制以及癌症的发生都有重要意义。

现代科学家们经过多年研究，已经大致揭示了细胞周期调控机制。

主要有两大阶段，一个是细胞分裂机制，包括G1、S、G2和M四个阶段；另一个是细胞存活机制，这个机制经历着细胞活化、凋亡和细胞复制机制的变化。

因此，熟悉细胞周期的表示方法和调控机制，对于促进细胞生命周期的正常发展、抑制癌症的发生具有重要意义。

通过研究从而得出细胞周期的表示方法，可以帮助人类更好的理解细胞的生命周期，从而能够更好的控制它的发展，预防其疾病的发生，进而完善人类的医学服务。

关于细胞周期测定问题的解答细胞周期的研究是细胞生物学的重要研究课题，在某些工作中，如对于肿瘤的研究等也常会涉及到细胞周期长短的测定。

因此，在近几年的高考及各地的竞赛试题中，时常会出现与细胞周期测定相关的试题。

现将细胞周期测定的基本方法和相关问题的解答方法作一梳理，供高考复习参考。

测定细胞周期时间的基本原理是选择细胞周期中有变化规律的物质作标记，通过观察这些标记物在细胞周期中的变化，间接计算细胞周期及各时相的时间。

一、标记有丝分裂比率法标记有丝分裂比率法（PLM）是最经典的测定细胞周期各时相时间的方法。

其实验过程是：利用3H-TDR（TDR：胸腺嘧啶核苷）短暂的脉冲标记待测细胞群体，然后洗脱标记物，置换新鲜培养液继续培养。

随后，每隔半小时或一小时定期取样，进行细胞放射自显影，以M期的3H-TDR标记指数为指标，测定有丝分裂细胞中已被标记的细胞比率，根据该比率变化发生的时间，计算细胞周期及各时相的时间。

结果分析方法如下：（1）当脉冲标记后，因3H-TDR只掺入到S期细胞中，在该段时间内已处于S期的细胞被标记，处于其他时期的细胞均无标记。

由于S 期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内标记有丝分裂百分数为0（图1）。

培养一定时间后，被标记的细胞将陆续进入M期。

最先进入M期的标记细胞是原来处于S期最后阶段的细胞，所以从3H-TDR掺入时起，到开始出现被标记的M期细胞，就是S期细胞经过G2期到达M期的时间，即为G2期的时间（TG2）。

（2）随着S期细胞逐渐进入M期，标记有丝分裂百分数逐渐上升，到达最高点时，说明原处于S期最后阶段的细胞已完成M期，进入G1期。

所以从开始出现标记的M期细胞到标记有丝分裂百分数达到最大值之间所经历的时间为M期的时间（TM）。

（3）由于S期的持续时间长于M期，所以标记有丝分裂比率的高峰要维持一定时间，直到处于S期最初阶段的细胞进入M期为止。

当标记有丝分裂比率开始下降时，表明紧跟S期细胞后面的G1期细胞开始进入M期，所以从开始出现标记的M期细胞到标记的有丝分裂比率开始下降的时间间隔为S期的时间（TS）。