第一節細胞通過分裂增殖第1課時探究細胞表面積與體積的關系、細胞周期及各時期的特征考試內容核心素養1.細胞的有絲分裂經歷細胞周期1.科學探究——通過分析與討論，探究細胞表面積與體積的關系2．科學思維——歸納與概括細胞周期的概念，明確不同生物細胞周期存在差異；基于模型與建模，分析動、植物細胞有絲分裂的過程，并比較兩者在有絲分裂過程中的異同2.染色體在有絲分裂過程中呈現規律性變化知識點(一)eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,))探究細胞表面積與體積的關系1．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)問題探究細胞體積大小與物質進出細胞的關系。2．細胞體積與細胞分裂的關系(1)為保證細胞進行正常生命活動，細胞體積不能太大。當細胞體積達到一定大小時，可從一個細胞分裂成兩個細胞。(2)真核生物常見分裂方式：有絲分裂(體細胞增殖的主要方式)和減數分裂(產生有性生殖細胞)。1．判斷題(1)生物體體積越大，其細胞體積也越大(×)(2)細胞體積過大不利于細胞內的物質交流(√)(3)通過建立模型法探究細胞大小與物質交換效率的關系(√)(4)細胞表面積與體積的關系限制了細胞長大(√)(5)細胞體積越大，相對表面積越大，物質運輸效率越高(×)(6)在“模擬探究細胞的大小與擴散作用的關系”實驗中，瓊脂塊體積越大，NaOH運輸速率越小(×)2．細胞不能無限長大，原因之一是隨著細胞體積的增大，物質運輸的()A．方式減少 B．速度降低C．效率降低 D．總量減少解析：選C細胞不能無限長大，原因之一是隨著細胞體積的增大，相對表面積減小，物質運輸的效率降低。3．細胞相對表面積與細胞的物質運輸效率之間的關系正確的是()A．細胞的相對表面積大小，與物質運輸效率無關B．細胞的相對表面積越大，物質運輸效率越低C．細胞的相對表面積越小，物質運輸效率越高D．細胞的相對表面積越大，物質運輸效率越高解析：選D細胞體積越小，其相對表面積越大，其物質運輸效率越高。1．經過實驗已經證實：細胞的表面積與體積之比越大，細胞與環境之間進行物質交換的效率越高。現利用瓊脂塊模擬細胞來設計實驗，思考并回答以下問題：(1)實驗操作中能說明NaOH擴散進瓊脂塊的現象是什么？不同大小瓊脂塊，NaOH的擴散速率是否相同？提示：能說明NaOH擴散進瓊脂塊的現象是瓊脂塊變紅。相同時間內NaOH擴散的深度相同，即NaOH擴散的速率相同。(2)相同時間內，物質擴散進細胞的體積與細胞的總體積之比可以反映什么？說明了什么問題？提示：相同時間內，物質擴散進細胞的體積與細胞的總體積之比可以反映細胞的物質運輸效率。細胞越大，物質的運輸效率越低，原因是細胞越大，其表面積與體積之比就越小。2.老鼠和大象的個體大小相差十分懸殊，但研究發現，組成大象和老鼠相應器官和組織的細胞在大小上沒有明顯差異，這說明組成大象和老鼠相應器官和組織大小的差異主要在于細胞數目的多少。大象為什么不能通過無限增大細胞體積的方式使個體增長？提示：細胞的體積越大，相對表面積就越小，物質的運輸效率就會越低；細胞核內的遺傳物質不會隨著細胞體積增大而增加，細胞核的控制范圍是有限的。探究細胞表面積與體積關系的實驗操作與分析1．下列關于“模擬探究細胞的大小與擴散作用的關系”實驗的說法，錯誤的是()A．含酚酞的瓊脂塊的大小模擬細胞的大小B．NaOH在不同大小的瓊脂塊中擴散速度相同C．瓊脂塊的表面積與體積之比隨瓊脂塊的增大而增大D．通過模擬實驗可以看出細胞體積越大，物質運輸的效率越低解析：選C該模擬實驗是用含酚酞的瓊脂塊的大小模擬細胞的大小，A正確；NaOH在不同大小瓊脂塊中擴散的速率是相同的，B正確；通過此實驗得出：瓊脂塊的表面積與體積之比隨瓊脂塊的增大而減小，C錯誤；通過模擬實驗可以看出，細胞體積越大，其相對表面積越小，細胞物質運輸的效率越低，D正確。2．下列有關細胞體積與物質運輸的關系的模擬實驗的說法，錯誤的是()A．隨著細胞體積增大，細胞的相對表面積減小，細胞的物質運輸速率也減小B．該實驗中可用含酚酞的瓊脂塊遇氫氧化鈉變紅模擬物質進入細胞的情況C．細胞體積不能無限增大也不能無限縮小，這與細胞內的各細胞器與酶需要一定空間相關D．細胞之所以不能無限增大，還與細胞的核質比有關解析：選A隨著細胞體積增大，細胞的相對表面積減小，細胞的物質轉運效率降低，A錯誤；該實驗中可用含酚酞的瓊脂塊表示細胞的大小，氫氧化鈉遇酚酞變紅的體積模擬物質進入細胞的情況，B正確；細胞內的各細胞器的協調性以及酶催化反應需要一定空間的條件決定了細胞體積不能無限增大也不能無限縮小，C正確；細胞的核質比也決定了細胞不能無限增大，D正確。3.在探究細胞大小與物質運輸關系的實驗中，用NaOH溶液浸泡不同邊長的含酚酞的瓊脂立方塊一定時間后，取出立方塊切成兩半。其剖面如圖所示，其中x為NaOH擴散的深度，y為立方塊的邊長，陰影代表紅色。則()A．該實驗的自變量為x，因變量為yB．x的值隨y值的增大而增大C．NaOH擴散的體積為(y－x)3D．y值越小，擴散體積的比例越大解析：選D本實驗的目的是探究細胞大小與物質運輸關系，故該實驗的自變量為y，因變量為NaOH擴散的體積與瓊脂塊體積的比例，A錯誤；x的值并不隨y值的增大而增大，B錯誤；NaOH擴散的體積為y3－(y－2x)3，C錯誤；從實驗的結果來說，細胞體積越小，其相對表面積越大，細胞的物質運輸效率就越高，D正確。知識點(二)eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,))細胞周期及各時期的特征1．細胞周期(1)含義：連續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：每一個細胞周期包括一個分裂期和一個分裂間期(包括S期、G1期和G2期)。(3)特點：不同細胞的周期，時間長短各不相同。2．有絲分裂過程中染色體的規律性變化(以高等植物細胞為例)時期圖示特點及物質變化間期①G1期：主要是合成DNA復制所需的蛋白質和核糖體的增生②S期：主要是DNA復制③G2期：合成M期所必需的一些蛋白質M期前期①最明顯的變化是細胞核內染色體的出現②每個染色體是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紡錘體。此時，核膜、核仁開始解體中期①染色體的著絲粒都排列在細胞中央的一個平面上②中期的染色體縮短到最小的程度，便于觀察和研究后期①染色體的著絲粒分為兩個②變成兩個獨立的染色體，染色體數目增加一倍③分離的染色體分別被紡錘絲以相同的速率拉向兩極末期①染色體伸展，重新呈染色質狀態②核膜重新形成，核仁出現③細胞核內染色體數目與分裂前相同，有絲分裂結束④兩個新細胞間出現含有纖維素的囊泡→聚集成細胞板→形成新的細胞壁→兩個新細胞1．判斷題(1)有絲分裂周期包括S期和M期(×)(2)有絲分裂過程中，細胞內的染色體的數目發生規律性變化(√)(3)染色體數目加倍的同時染色單體消失(√)(4)動物細胞中DNA和中心體的復制都發生在間期(√)(5)植物細胞有絲分裂末期細胞板逐漸形成新的細胞壁(√)(6)植物細胞有絲分裂中期形成了赤道面，其化學本質為蛋白質(×)(7)在植物有絲分裂的末期，高爾基體的活動較活躍(√)2．在細胞周期中，DNA的復制發生在()A．G1期 B．S期C．G2期 D．M期解析：選BDNA復制發生在間期的S期。3．下列關于細胞周期的說法，錯誤的是()A．細胞周期長短與外界條件無關B．細胞周期的大部分時間處于分裂間期C．細胞的種類不同，其細胞周期的時間也可能不相同D．一個細胞周期是指連續分裂的細胞從一次分裂完成開始到下次分裂完成為止解析：選A細胞周期長短與外界條件有關，A錯誤；細胞周期的大部分時間處于分裂間期，B正確；細胞的種類不同，其細胞周期的時間也可能不相同，C正確；一個細胞周期是指連續分裂的細胞從一次分裂完成時開始，到下次分裂完成時為止，D正確。4．下列關于細胞有絲分裂的敘述，錯誤的是()A．前期，紡錘體形成 B．中期，著絲粒一分為二C．后期，染色體數目加倍 D．末期，核膜重新形成解析：選B紡錘體形成于前期，A正確；著絲粒分裂發生在后期，B錯誤；后期，著絲粒分裂后染色體數目加倍，C正確；末期，核膜和核仁重新形成，D正確。5．關于高等動、植物細胞有絲分裂的敘述，正確的是()A．細胞分裂時，染色體的變化不同B．胞質的分裂方式相同C．紡錘體的形成和消失方式相同D．細胞分裂末期高爾基體的作用不同解析：選D動、植物細胞有絲分裂過程中，染色體變化是相同的；胞質的分裂方式不同，動物細胞從中央向內凹陷，形成環溝縊裂均分細胞質，植物細胞中央出現細胞板，分隔細胞質形成兩個子細胞；高等植物細胞有絲分裂前期出現由細胞兩極發生絲狀纖維組成紡錘體，動物細胞分裂前期，由中心體發出的紡錘絲形成紡錘體；在末期高爾基體的作用不同，動物細胞高爾基體與細胞分裂無直接關系，植物細胞高爾基體與細胞壁的形成有關。1．下表為不同細胞的細胞周期持續時間(t/h)。細胞類型分裂間期分裂期細胞周期蠶豆根尖分生區細胞15.32.017.3小鼠十二指腸上皮細胞13.51.815.3人的成纖維細胞19.30.720人的肝細胞21122人的宮頸癌細胞20.51.522請思考并回答以下問題：(1)分析表中數據，可以提煉出與細胞周期有關的什么信息？提示：不同物種的細胞分裂周期的時間長短不同；同一物種的不同細胞，其細胞分裂周期時間長短可能不同；一個細胞分裂周期中，分裂間期所占的時間比例最大。(其他合理答案也可)(2)若在表中的細胞類型中選擇一種細胞觀察分裂期的變化，你認為哪一種細胞最合適？說明理由。提示：小鼠十二指腸上皮細胞。該細胞的分裂期所占細胞周期比例最大。(3)表中所列舉的5種類型細胞體積都相對比較小，對于細胞而言有什么意義？提示：細胞體積小，表面積與體積之比(即相對表面積)就比較大，有利于細胞進行物質交換。2．下圖是動物細胞和高等植物細胞有絲分裂的對比圖，據圖回答有關問題。時期間期前期末期植物細胞動物細胞(1)動植物細胞分裂間期的區別主要是什么？提示：發生復制的結構不完全相同，動物還有中心體的復制。(2)動植物細胞分裂前期形成紡錘體的方式有什么不同？提示：高等植物細胞是由細胞兩極發出紡錘絲形成紡錘體，動物是由中心粒周圍發出紡錘絲形成紡錘體。(3)動植物細胞分裂末期細胞一分為二的方式有什么不同？提示：高等植物細胞中央出現細胞板，向四周擴展形成細胞壁，一個細胞形成兩個子細胞；動物細胞膜從細胞的中部向內凹陷，一個細胞縊裂成兩個子細胞。(4)動植物細胞有絲分裂過程中與細胞分裂有關的細胞器及作用有何異同？提示：相同點：①線粒體，為細胞分裂提供能量。②核糖體，合成與細胞分裂有關的蛋白質。不同點：①動物細胞有中心體，分裂前期，兩組中心粒發出的紡錘絲形成紡錘體，牽引染色體移動，某些低等植物細胞也有中心體。②植物細胞高爾基體參與分裂，合成纖維素和果膠，形成細胞壁。1．細胞周期的表示方法方法名稱表示方法說明扇形圖A→B→C→A為一個細胞周期直線圖a＋b或c＋d為一個細胞周期坐標圖a＋b＋c＋d＋e為一個細胞周期直方圖依據此圖可以判斷復制前、復制時和復制后所占時長的比例2.細胞周期概念理解的5點易錯(1)并不是所有的細胞分裂都具有周期性。高度分化的體細胞和減數分裂產生的生殖細胞不具有細胞周期。(2)有絲分裂產生的子細胞有的仍可繼續進行分裂，有的暫不分裂，也有的進行細胞分化。(3)細胞周期的長短由遺傳物質決定，同時受環境因素的影響。(4)在觀察有絲分裂時，應選擇分裂期相對較長的材料，有利于觀察到處于不同分裂時期的圖像。(5)G1期完成DNA復制所需蛋白質的合成和核糖體的增生，但場所不在細胞核，而在細胞質。3．圖解有絲分裂過程(以動物和高等植物細胞為例)時期植物細胞動物細胞染色體形態變化典型考查間期①DNA在S期加倍，染色體數量不變②動物和低等植物在G2期已有一對中心體M期前期①染色體形成時間早于紡錘體②核膜、核仁解體與紡錘體形成時間基本同步③該時期不存在染色體與DNA數量變化中期①染色體形態穩定、數目最清晰，便于觀察②紡錘體與赤道面垂直，染色體的著絲粒整齊地排列在赤道面上后期①染色單體消失，染色體數量加倍，DNA數量不變②染色體被紡錘絲拉向兩極的速率相同末期①染色體伸展，恢復染色質狀態②動物細胞膜向內凹陷，形成環溝，植物細胞形成細胞板，進而形成細胞壁4．動、植物細胞有絲分裂的異同項目植物細胞動物細胞不同點間期無中心體的復制(高等植物)一個中心體復制成一對中心體前期細胞兩極發出紡錘絲形成紡錘體兩個中心體之間的紡錘絲形成紡錘體末期細胞中央出現細胞板并形成細胞壁細胞在兩極之間的“赤道面”上向內凹陷，形成環溝相同點①分裂過程及分裂時期相同；②細胞核內染色體的行為、形態、數目變化規律相同；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5.與有絲分裂有關的細胞器及相應的生理作用細胞器名稱細胞類型作用時期生理作用核糖體動、植物細胞主要是間期有關蛋白質的合成中心體動物、某些低等植物細胞前期參與紡錘體的形成高爾基體植物細胞末期參與細胞壁的形成線粒體動、植物細胞整個時期提供能量1．下列關于細胞周期的敘述，正確的是()A．S期不合成蛋白質B．G1期細胞核中進行蛋白質合成C．動物細胞處于G2期時已有兩對中心體D．G2期主要是RNA和蛋白質的合成解析：選DS期主要進行DNA的復制，但也合成蛋白質，A錯誤；G1期主要進行蛋白質的合成，而蛋白質的合成場所是細胞質，不是細胞核，B錯誤；動物細胞處于G2期時已有1對中心體，C錯誤；G2期主要是RNA和蛋白質的合成，D正確。2．下列關于動物細胞有絲分裂的敘述，正確的是()A．間期，細胞核內進行DNA的復制和蛋白質的合成B．前期，一對中心粒分開，由紡錘絲相連C．中期，著絲粒排列在垂直于紡錘體的中軸的平面上D．末期，細胞中央出現許多小囊泡聚集成一個細胞板解析：選C蛋白質的合成場所是核糖體，A錯誤；前期，一對中心體分開，由紡錘絲相連，B錯誤；中期，著絲粒排列在垂直于紡錘體的中軸的平面上，C正確；動物細胞有絲分裂過程中不會形成細胞板，D錯誤。3．下表為實驗測得離體培養的胡蘿卜根尖細胞的細胞周期各階段時間，下列敘述正確的是()時期G1SG2M合計時間(h)1.32.72.90.67.5A．G1期的細胞中主要進行有關蛋白質的合成及核糖體的增生B．用含DNA合成抑制劑的培養液培養1.3h后，細胞都被阻斷在S期C．G2期的細胞中每個染色體含2條并列的染色單體，導致染色體數目加倍D．胡蘿卜各組織細胞周期時間長短相同，但G1、S、G2和M期的時間長短不同解析：選AG1期細胞中主要進行有關蛋白質的合成及核糖體的增生，A正確；用含DNA合成抑制劑的培養液培養細胞，并不是所有的細胞在1.3h后都被阻斷在S期，如有的細胞剛剛進入G2期，在1.3h后這些細胞仍處在G2期，B錯誤；G2期的細胞已經完成染色體復制，此時細胞中的每個染色體上含有兩個染色單體，但這兩條染色單體由一個著絲粒相連，染色體仍為1條，染色體數目不變，C錯誤；胡蘿卜一些組織細胞無細胞周期，而具有細胞周期的細胞其細胞周期時間的長短也不一定相同，D錯誤。4．下圖是某生物體細胞有絲分裂不同時期的圖像，下列對其描述正確的是()A．甲、乙、丙細胞分別處于有絲分裂的前期、后期和中期B．甲、乙、丙細胞的染色體數、染色單體數與DNA分子數的比例都為1∶2∶1C．甲細胞進行中心體復制，發出紡錘絲，形成了紡錘體D．該生物可能是低等植物細胞解析：選A該細胞無細胞壁有中心體，可判定為動物細胞。甲細胞處于有絲分裂前期，主要特征是核仁、核膜消失，染色體和紡錘體出現，中心體的復制在間期。乙細胞處于有絲分裂后期，著絲粒分裂，姐妹染色單體分離(染色單體數為0)，染色體數目暫時加倍。丙細胞處于有絲分裂中期，染色體數目和形態清晰，著絲粒排列在細胞中央的赤道板上。1．下列關于動物細胞有絲分裂的敘述中，正確的是()A．有絲分裂周期包括合成期和分裂期B．有絲分裂前期、中期及后期細胞中核DNA數量不變C．若在G2期加入DNA合成抑制劑，則前期核DNA數量無法加倍D．分裂間期細胞核中主要進行DNA的復制和有關蛋白質的合成解析：選B有絲分裂周期包括分裂間期(間期包括S合成期及合成期前后的G1期和G2期)和分裂期，A錯誤；有絲分裂前期、中期及后期核DNA均為體細胞狀態的2倍，B正確；G2期DNA已完成加倍，此時再加入DNA合成抑制劑，不會影響核DNA數量，C錯誤；蛋白質的合成場所是細胞質的核糖體，不是細胞核，D錯誤。2．圖A表示某動物細胞進行有絲分裂的一個細胞周期所用的時間，圖B表示該動物連續分裂的細胞相鄰的兩個細胞周期圖，下列敘述中正確的是()A．圖B中a、c兩段發生了DNA的復制和相關蛋白質的合成B．中心體的復制發生在圖B的b或d時段C．圖A中的甲→乙→甲為一個細胞周期，圖B中的ab為一個細胞周期D．溫度不影響圖B中b段或d段的進行速率解析：選A圖B中a、c兩段為分裂間期，分裂間期發生了DNA的復制和相關蛋白質的合成，A正確；中心體的復制發生在間期，即圖B的a、c段，B錯誤；一個細胞周期，從分裂間期開始，止于分裂期結束，圖A中的乙→甲→乙為一個細胞周期，圖B中的ab為一個細胞周期，C錯誤；b段或d段紡錘絲牽引染色體移向細胞兩極需要能量，溫度影響細胞呼吸，進而影響細胞內的能量供應，從而影響圖B中b段或d段的進行速率，D錯誤。3．真核細胞的直徑在10～100微米之間。細胞體積趨向于小的原因是()①相對表面積小，有利于物質的轉運和交換②受核質比的制約③相對表面積大，有利于物質轉運和交換④受細胞所能容納的物質制約A．①③ B．②③C．②④D．①④解析：