6.1 细胞的增殖
知识关系导航
本节学习目标
- 解释生物体生长与细胞数量、体积的关系和细胞不能无限长大的原因。
- 准确定义细胞周期并比较间期和分裂期时间。
- 根据染色体行为识别有丝分裂各时期。
- 比较高等植物与动物细胞有丝分裂。
- 分析染色体、DNA和染色单体数量变化。
- 掌握根尖分生区有丝分裂装片制作、观察和统计逻辑。
核心知识点讲解
一、知识对象与生命情境
象和鼠同类组织的细胞大小通常没有悬殊差异，器官大小主要取决于细胞数量。多细胞生物长大既有细胞体积增大，也靠细胞分裂增加数量。
细胞增殖包括分裂前的物质准备和细胞分裂两个连续过程，是生长、发育、繁殖和遗传的基础。单细胞生物借此繁殖，多细胞生物借此生长和更新。
二、核心概念与结构功能
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一个细胞周期。只有“连续分裂的细胞”才有细胞周期；起点和终点都必须是分裂完成。
间期完成DNA复制和有关蛋白质合成，细胞适度生长，占周期大部分时间。不同细胞周期长短不同，但教材表中各细胞均表现为间期远长于分裂期。
三、关键过程、规律与调控机制
高等植物细胞有丝分裂
| 时期 | 染色体及核变化 | 纺锤体与胞质变化 | 识图口诀 |
|---|---|---|---|
| 间期 | 染色质状态；完成DNA复制 | 细胞适度生长 | 复制合成，丝状弥散 |
| 前期 | 染色质缩短变粗为染色体；核仁解体、核膜消失 | 两极发出纺锤丝形成纺锤体 | 膜仁消失，两体现 |
| 中期 | 染色体着丝粒排列在赤道板 | 纺锤丝附着并牵引 | 形定数清，赤道齐 |
| 后期 | 着丝粒分裂，姐妹染色单体成为子染色体并移向两极 | 纺锤丝牵引 | 粒裂数增，均两极 |
| 末期 | 染色体解螺旋为染色质；核膜核仁重现 | 纺锤体消失，赤道板位置出现细胞板并形成新壁 | 两消两现，板成壁 |
有丝分裂是连续过程，分期是为描述方便。中期染色体形态稳定、数目清晰，适合观察计数；后期着丝粒分裂后，染色体数目暂时加倍，但DNA总量没有再次复制。
数量变化（以体细胞染色体数为）
| 时期 | 核DNA相对量 | 染色体数 | 染色单体数 |
|---|---|---|---|
| 间期复制前 | 0 | ||
| 间期复制后至中期 | |||
| 后期、末期（一个细胞内） | 0 | ||
| 两个子细胞各自 | 0 |
这里用表示一个染色体组所含染色体数，用相对量表达DNA。染色体数按着丝粒数计数；染色单体在着丝粒分裂后不再称染色单体。
动物与植物细胞比较
共同点是染色体复制与行为规律相同。不同点：高等植物细胞通常由两极发出纺锤丝，动物细胞由中心体周围星射线形成纺锤体；植物末期形成细胞板并扩展为新细胞壁，动物细胞膜向内凹陷缢裂。
有丝分裂的重要意义是将复制后的染色体精确、平均分配到两个子细胞，使亲代与子代细胞之间保持遗传稳定性。正常分裂受精确调控；遗传物质改变并使分裂失控可形成癌细胞。
无丝分裂
四、典型模型与分析方法
细胞不能无限长大
立方体边长为时，表面积/体积比，细胞越大比值越小，单位体积拥有的交换表面越少，物质运输效率相对下降。细胞也不能无限小，因为需容纳DNA、核糖体、酶和其他基本结构。
五、图表、实验与证据链
观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂
实验材料选根尖分生区，因为细胞呈近正方形、排列紧密且分裂旺盛。染色体易被甲紫或醋酸洋红等碱性染料着色。
制片流程：解离→漂洗→染色→制片。解离用盐酸与酒精混合液使组织细胞相互分离，同时细胞已死亡并停留在当时状态；漂洗约10 min洗去药液、防止解离过度；染色3—5 min使染色体着色；制片时弄碎根尖并轻压盖玻片使细胞分散。
观察先低倍找分生区，再高倍先找中期，随后辨认其他时期。统计不同视野各时期细胞数并求比例，可估计各时期相对持续时间：处于某时期的细胞比例越高，说明该时期相对越长，前提是样本足够且细胞群不同步。
六、题型应用与迁移
细胞周期数轴题必须从一次“分裂完成”到下一次“分裂完成”；若连续分裂数据中分裂期为0—2 h、19.3—21.3 h，则周期约19.3 h，分裂期2 h，间期约17.3 h。
重点梳理
- 细胞周期=分裂间期+分裂期，间期通常占90%—95%。
- DNA复制发生在间期；着丝粒分裂发生在后期。
- 中期最适合观察染色体形态和数目。
- 植物形成细胞板，动物形成分裂沟。
- 实验制片顺序：解离、漂洗、染色、制片。
难点突破
1. 赤道板不是结构
赤道板是与纺锤体中轴垂直的假想平面；细胞板是植物末期真实形成并发展为新细胞壁的结构。
2. 染色体复制后数目为什么不加倍
复制形成两条姐妹染色单体，仍由一个着丝粒连接，按一个着丝粒计一条染色体；后期着丝粒分裂后才暂时加倍。
3. 显微镜下为何看不到同一细胞连续分裂
解离、染色过程使细胞死亡，观察的是不同细胞固定在不同时期的静态图像，再据此重建动态过程。
例题讲解
例题：判断有丝分裂时期
题目：某植物细胞中姐妹染色单体已分开并分别移向两极，此时染色体和DNA数量如何变化？
分析：姐妹染色单体分开说明进入后期，着丝粒已分裂；每条染色单体成为独立染色体，故一个细胞中染色体数加倍，DNA未再次复制。
答案：处于后期；染色体数暂时由变为，核DNA相对量仍为，染色单体数为0。
易错点整理
- 把分裂间期当成无活动的休息期。
- 从DNA复制开始计算细胞周期。
- 把着丝粒排列在细胞板上。
- 认为后期DNA数量也随染色体数加倍。
- 认为高等植物有中心体或动物末期形成细胞板。
- 统计一个小视野便直接代表各时期真实时长。
考点考证点整理
考点一：时期识图
- 出题思路：显微照片或模式图判断时期、排序和说明依据。
- 关键条件：染色体形态、着丝粒位置、两极分离、核膜和细胞板。
- 解答要点：先写时期，再写图中直接证据。
- 易扣分点：只背口诀，不对应图像特征。
考点二：数量曲线
- 出题思路：DNA、染色体和染色单体曲线或比例。
- 关键条件：DNA复制与着丝粒分裂两个节点。
- 解答要点：明确统计范围是一个细胞还是每个子细胞。
- 易扣分点：把后期染色体加倍解释为DNA复制。
考点三：根尖实验
- 出题思路：步骤排序、试剂作用、异常分析、时期时长估计。
- 关键条件：分生区、解离后死亡、随机抽样、多视野统计。
- 解答要点：写清操作—目的—现象—推理。
- 易扣分点：漂洗与染色颠倒；认为能跟踪同一细胞。
练习题
- 教材概念检测：洋葱根尖有16条染色体，中期和后期染色体数分别是多少？
- 教材概念检测：间期、前期、中期、后期、末期中，DNA、染色体、染色单体之比为的是哪些时期？
- 教材拓展：用边长2、4、8 mm立方体说明细胞不能无限长大。
- 实验中为什么先漂洗再染色？
- 为什么观察结果中间期细胞通常最多？
- 比较动植物细胞有丝分裂的两个主要差异。
练习题答案
- 中期16条，后期32条；后期着丝粒分裂使染色体数暂时加倍。
- 前期和中期。此时DNA已复制，染色体数未变，每条染色体含两条姐妹染色单体。
- 三者表面积/体积比分别为3、1.5、0.75，随边长增大而下降；单位体积相对交换面积减少，固定时间内物质扩散覆盖的体积比例也降低。
- 漂洗去除盐酸酒精，防止解离过度并避免解离液影响后续染色。
- 间期占细胞周期时间最长；在异步分裂细胞群中，随机时刻处于某时期的比例近似反映该时期相对时长。
- 高等植物从两极发出纺锤丝并形成细胞板；动物由中心体周围星射线形成纺锤体，细胞膜中部内陷缢裂。