第4单元 第3讲 新情境问题的思维建模与实验技能的系统归纳 (单元发展课)（Word教参）-【新高考方案】2024高考生物一轮复习（新教材版Ⅱ 新高考）

第3讲　新情境问题的思维建模与实验技能的系统归纳 (单元发展课)

一、科学思维——抽象、理性的学科情境要读懂

热点素材(一)　细胞周期调控　

1．细胞周期的调控

细胞周期的调控关键在分裂间期。有2个起决定作用的控制点，从G1期进入S期和从G2期进入M期。这2个转变过程都是由一种称为成熟促进因子(MPF)的蛋白质复合体所触发的。组成MPF的是两种蛋白：cdc2的激酶和细胞周期蛋白(cyclins)。cyclins有2种：S­cyclin和M­cyclin。其调控过程如图所示。

　

　

细胞周期的调控关键是掌握2个起决定作用的控制点，即在G1期S­cyclin与cdc2结合调控DNA复制，使细胞进入S期；在G2期M­cyclin与cdc2结合调控有丝分裂，使细胞进入分裂期。　　

　2．动物细胞周期同步化的三种方法

[1] 根据细胞周期调控的原理，利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段，称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。

[2] DNA合成阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂，会阻断间期中S期的DNA复制过程，使处于间期的细胞停滞在间期的S期；处于S期之外的细胞不受影响而继续细胞周期的运转，最终细胞会停滞在细胞周期的G1/S期交界处，从而实现细胞周期同步化的目的。操作过程如下：

①假设一个细胞周期时长＝G1＋S＋G2＋M＝10＋7＋3.5＋1.5＝22(h)。

②向细胞的培养液中加入过量的DNA合成可逆抑制剂，处于S期的细胞立刻被抑制。

③继续培养G2＋M＋G1＝3.5＋1.5＋10＝15(h)，则处于G2、M、G1期的细胞都将被抑制在G1/S期交界处。

④除去抑制剂，更换新鲜培养液，细胞将继续沿细胞周期运行，运行时间既要保证处于G1/S期交界处的细胞经过S期(7 h)进入G2期，又要保证处于S期的细胞不能再次进入S期，即运行时间应控制在7～15 h。

⑤再加入DNA合成可逆抑制剂，则可实现全部细胞都被阻断在G1/S期交界处，实现

细胞周期同步化。

[3] 秋水仙素阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素，秋水仙素能够抑制纺锤体形成，使细胞周期被阻断，从而实现细胞周期同步化。

血清饥饿法：培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，以实现细胞周期同步化。[信息解读]

[1] 联系所学：联系教材细胞周期的过程，回顾细胞间期各期的变化。

[2] 深化理解：明确DNA合成阻断法操作过程中各步骤的目的，以及如何才能达到细胞周期同步化的效果。

[3] 联系所学：联系教材多倍体形成的原理中秋水仙素抑制纺锤体形成的过程。

[预测导向训练]

1．(2022·浙江1月选考)某多细胞动物具有多种细胞周期蛋白(cyclin)和多种细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)，两者可组成多种有活性的CDK­cyclin复合体，细胞周期各阶段间的转换分别受特定的CDK­cyclin复合体调控。细胞周期如图所示，下列叙述错误的是(　 )

A．同一生物个体中不同类型细胞的细胞周期时间长短有差异

B．细胞周期各阶段的有序转换受不同的CDK­cyclin复合体调控

C．抑制某种CDK­cyclin复合体的活性可使细胞周期停滞在特定阶段

D．一个细胞周期中，调控不同阶段的CDK­cyclin复合体会同步发生周期性变化

解析：选D　不同细胞的细胞周期时间长短不同，A正确；不同时期需要不同的CDK­cyclin复合体有序转换，抑制某种CDK­cyclin复合体的活性会使细胞周期停滞在特定阶段，B、C正确；不同时期需要的CDK­cyclin复合体不同，因此调控不同阶段的CDK­cyclin复合体不会同步发生周期性变化，D错误。

2．利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段，称为细胞周期同步化。如图是动物细胞周期同步化的方法之一，下列说法正确的是(　 )

A．阻断Ⅰ需在培养液中添加毒性较强的DNA复制抑制剂，不可逆的抑制DNA复制

B．解除阻断时应更换正常的新鲜培养液，培养的时间应控制在大于S即可

C．阻断Ⅱ处理与阻断Ⅰ相同，经过处理后，所有细胞都停留在S期

D．营养限制性培养也能够实现动物细胞周期同步化

解析：选D　毒性较强的DNA复制抑制剂，会不可逆的抑制DNA复制进而会导致解

除抑制后DNA也无法正常复制，A错误；为了防止之前加的阻断物质对细胞周期的影响，因此解除阻断时应更换正常的新鲜培养液，培养的时间应控制在S期时长与(G2＋M＋G1)期时长之间，否则会停留在不确定的时期，B错误；阻断Ⅱ处理与阻断Ⅰ处理相同，经过处理后，所有细胞都停留在G1/S期交界处，C错误；培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，故用缺乏血清的培养液进行营养限制性培养也能够实现动物细胞周期同步化，D正确。

3．细胞周期同步化是指自然发生或人工造成的使细胞群体处于同一细胞周期同一阶段的过程。胸腺嘧啶核苷(TdR)是一种DNA合成可逆抑制剂(阻断S期，去除后S期可继续进行)。某同学设计了以下实验来获得全部处于G1/S期交界处的同步化细胞：①加入过量TdR，处理时间为T1；②移去TdR，加入新鲜培养液，处理时间为T2；③再次加入过量TdR，处理时间为T3；④移去TdR，加入新鲜培养液，将阻断的细胞全部释放，得到较高同步化的S期细胞。若用TG1、TS、TG2和TM分别表示细胞周期G1、S、G2和M所用时长，据图分析下列叙述错误的是(　 )

A．T1≥TG1＋TG2＋TM

B．TS＜T2＜TG1＋TG2＋TM

C．T3＜TG1＋TG2＋TM

D．该实验仅适用于TG1＋TG2＋TM大于TS的细胞

解析：选C　加入过量TdR，S期细胞被抑制，其他细胞沿细胞周期运转，最后停在G1/S期交界处，则处理时间T1≥TG1＋TG2＋TM，A正确；移去TdR，再加入新鲜培养液，进行释放，使所有被积累在G1/S期和停留在S期的细胞都通过S期，且处于S期的细胞不能再次进入S期，因此处理时间TS＜T2＜TG1＋TG2＋TM，B正确；再次加入过量TdR，细胞群体通过G2、M和G1期的运转，最终被阻滞在G1/S交界处，处理时间T3≥TG1＋TG2＋TM，C错误；因该实验中需对每个步骤的时间进行严格控制，综合上述分析，可确定该实验仅适用于TG1＋TG2＋TM大于TS的细胞，D正确。

4．[多选]在细胞周期中有一系列的检验点对细胞增殖进行严密监控，确保细胞增殖有序进行。周期蛋白cyclin B与蛋白激酶CDK1结合形成复合物MPF后，激活的CDK1促进细胞由G2期进入M期；周期蛋白cyclin E与蛋白激酶CDK2结合形成复合物后，激活的CDK2促进细胞由G1期进入S期。上述调控过程中MPF的活性和周期蛋白的浓度变化如图所示。下列有关叙述正确的是(　 )