师:亲爱的同学们,大家好!这节课我们来复习人教版生物必修一第六章第一节细胞的增殖。本节课的学习目标有:一、举例说明细胞不能无限长大的原因;二、简述细胞的生长和增殖的周期性;三、概述细胞有丝分裂的过程,熟练掌握有丝分裂过程中相关结构和物质的变化特点;四、描述细胞的无丝分裂。
我们每个人都是由受精卵发育而来,逐渐成长为一个个体。那么生物体为什么会长大呢?事实上,多细胞生物体的生长过程既包括细胞的生长使细胞体积增大,又包括细胞的增殖使细胞数量增多,其中细胞增殖是主要原因。生物体大都是由许多体积很小的细胞组成,为什么细胞生长到一定程度就不再继续长大呢?
细胞是一个开放的系统,当细胞体积越大,细胞代谢所需要的营养物质越多,需要排出的代谢废物也越多,这就需要细胞膜的物质运输效率越快。那么,随着细胞体积的增大,细胞的物质运输效率会越快吗?我们可以通过一个模拟实验来探究细胞大小和物质运输效率的关系。
用不同大小的琼脂块来模拟不同大小的细胞,观察氢氧化钠的扩散效率。实验结果表明,琼脂块的相对表面积,即表面积与体积之比,随着琼脂块的增大而减小,氢氧化钠的扩散效率也随着琼脂块的增大而减小。因此,我们可以得到结论:细胞的体积越大,相对表面积越小,物质运输效率越低。这就是细胞不能无限长大的原因之一,即细胞的表面积与体积之比限制了细胞的生长。除此之外,细胞的核质之比也是限制细胞不能无限长大的原因。
那么细胞是通过什么方式进行增殖的呢?细胞通过分裂的方式进行增殖,包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。它是重要的细胞生命活动,是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。细胞有哪些分裂方式呢?对于真核细胞来说,细胞分裂的方式包括有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂和无丝分裂是产生体细胞的方式,减数分裂是产生有性生殖细胞的方式。这三种分裂方式中主要的方式是有丝分裂。请大家注意,原核细胞不具有这三种分裂方式。
下面我们首先来学习有丝分裂。进行有丝分裂的细胞具有细胞周期,细胞周期是指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。细胞周期分为两个阶段,分裂间期和分裂期。分裂间期时间长,包括G1期、S期和G2期。分裂期(M期)时间短,包括前期、中期、后期和末期。
我们有四种表示细胞周期的方法:一、扇形图,这是我们最常用的细胞周期的表示方法。图中按照顺时针的方向,从b到a表示分裂间期,从a到b表示分裂期,所以一个完整的细胞周期就是从b到a再到b。方法二,直线图。图中表示分裂间期的有a段和c段,表示分裂期的有b段和d段。整个直线图中包括两个细胞周期,分别是a + b和c + d。除此之外,我们也可以用曲线图和柱形图来表示细胞周期。
对于细胞周期,我们要注意它的四个特点:一、连续分裂的细胞才具有细胞周期。如果不是连续分裂的细胞,例如已经高度分化的细胞,是没有细胞周期的。二、分裂间期时间长,分裂期时间短,这是区别分裂间期和分裂期的重要依据。三、分裂间期在前,分裂期在后。四、不同生物或同一生物的不同种类细胞周期长短不一。
接下来我们通过一道习题来检测一下大家是否理解了细胞周期。如图表示植物细胞的细胞周期,其中说法正确的是,大家选的是哪一个呢?正确的答案是B。我们来看一下其他三个选项错在哪?A选项错在违反了细胞周期的先后顺序。图中从a到b表示分裂间期,从b到a表示分裂期,所以从a到b到a表示一个细胞周期。C选项错在不是所有的体细胞都处于细胞周期中,只有连续分裂的细胞才具有细胞周期。D选项错在观察有丝分裂最好的实验材料不是植物甲,应该是植物丁。因为植物丁的分裂期所占的比例最大,所以在实验中观察到处于分裂期细胞的可能性最大。
同学们,你选对了吗?了解了细胞周期,下面我们来学习有丝分裂的过程。首先我们先看高等植物细胞的有丝分裂,按照细胞周期的顺序首先进行的是分裂间期。在分裂间期重要的物质准备是进行DNA的复制和相关蛋白质的合成,同时细胞的体积会适度生长。在DNA复制前每条染色体上有一个DNA分子,没有姐妹染色单体,当DNA完成复制之后,每条染色体上有两个DNA分子,出现两条姐妹染色单体。之所以染色体的数量不变,是因为着丝点的数量不变。两条姐妹染色单体通过着丝点连接在一起,每条姐妹染色单体上有一个DNA,所以染色体复制的结果是染色体数量不变,DNA数量加倍。
分裂间期结束之后就进入了分裂期。首先是前期,请大家仔细观察前期的细胞和间期相比有哪些变化呢?从图中可以看出前期细胞的主要变化有:丝状的染色质高度螺旋化,浓缩变粗成为染色体。每条染色体上有两个DNA分子,两条姐妹染色单体。从细胞的两极发出许多纺锤丝,形成了梭形的纺锤体。同时核膜和核仁逐渐解体消失,染色体散乱地分布在纺锤体中央。为了便于大家记忆,我们将前期细胞的变化概括为一句口诀:膜仁消失显两体。
前期结束之后就进入了中期,请大家仔细观察中期的细胞和前期相比有哪些变化呢?可以看出,在中期,由于染色体的螺旋化程度更高,染色体的形态稳定,数目清晰,所以中期是观察计数染色体的最佳时期。同时,由于纺锤丝的牵引,染色体发生运动,每条染色体的着丝点都排列在赤道板上。请大家注意,赤道板并不是一个实际存在的结构,而是我们想象的一个平面,所以在显微镜下是看不到的。中期的口诀概括为:形定数清赤道齐。
中期结束之后就进入了后期,请大家观察后期的细胞和中期相比有哪些变化呢?可以看出进入后期后,由于染色体的着丝点分裂,原来连接在一起的两条姐妹染色单体分开成为了两条子染色体,并且在纺锤丝的牵引下分别向细胞的两极移动。由于着丝点一分为二,着丝点的数量加倍,染色体的数量就加倍。那DNA的含量有没有变化呢?实际上DNA的含量并没有发生改变。原来两个DNA是在两条姐妹染色单体上,着丝点分裂之后,两个DNA是在两条子染色体上,所以DNA的数量没有发生变化。此外,由于着丝点分裂,姐妹染色单体变成了两条子染色体,所以染色单体消失。后期的口诀我们概括为:点裂数加均两极。
后期结束之后就进入了末期,请大家观察末期的细胞和后期相比有哪些变化呢?首先可以看出在末期染色体解开螺旋变回丝状的染色质,纺锤体逐渐地解体消失。在细胞的两极,重新形成新的细胞核,出现新的核膜和核仁。在赤道板的位置形成了一个新的结构,叫细胞板。细胞板逐渐地向四周扩展,形成新的细胞壁,将细胞一分为二,变成了两个子细胞。末期的口诀我们概括为:两消两现质分离。
高等植物细胞有丝分裂各时期的变化大家已经了解了,下面我们一起来看一下它的完整过程,请同学们一边观看一边回忆刚才我们所学习的内容。
植物细胞的有丝分裂过程我们了解了,那么动物细胞的有丝分裂过程又是怎样的呢?下面请大家仔细观察动物细胞有丝分裂的动画演示,思考在每个时期细胞核染色体的形态有哪些变化。这是有丝分裂的间期和前期,这是中期、后期,最后是末期。
