第6章细胞的生命历程知识清单-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第6章 细胞的生命历程 第1节 细胞的增殖 多细胞生物体生长的原因，从细胞角度分析： 1．靠细胞生长增大细胞的体积。 2．靠细胞分裂增加细胞的数量。 不同动（植）物同类器官或组织的细胞大小一般无明显差异，器官大小主要取决于细胞数量的多少。 一、细胞的增殖： （一）定义：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程，叫作细胞增殖。 （二）意义：是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。 1．单细胞生物通过细胞增殖而繁衍。 2．多细胞生物从受精卵开始，要经过细胞增殖和分化逐渐发育为成体。 3．衰老、死亡的细胞需要通过细胞增殖加以补充。 （三）特点：具有周期性－细胞周期： 1．定义： （1）前提条件：连续分裂的细胞 （比如：根尖分生区细胞，造血干细胞可连续分裂，具备细胞周期） （高度分化的细胞，不再分裂，将处于分化状态直到死亡，如，神经细胞、表皮细胞，故不具备细胞周期） （2）起止点：●起点：从一次分裂完成时开始 ●止点：到下一次分裂完成为止 2．阶段划分： （1）分裂间期： ①特点：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。 ②意义：为分裂期进行活跃的物质准备。 ③物质变化 G1期：主要进行RNA和有关蛋白质的合成，为S期做准备 S期：主要进行DNA复制 G2期：主要进行RNA和有关蛋白质的合成，为有丝分裂做准备 （2）分裂期：在真核细胞内，这主要是通过有丝分裂来完成的。 3．特点：细胞的种类不同，一个细胞周期的时间也不相同。 4、细胞周期的表示方法（先进行分裂间期，再进行分裂期） 图1：a+b或c+d 注意b+c是错误的， 二、有丝分裂： 有丝分裂是一个连续的过程，人们根据染色体的行为，把它分为四个时期：前期、中期、后期、末期。 （一）植物细胞的有丝分裂： 1．前期： ①染色体出现：染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体。每条染色体包括由一个着丝粒连接着两条并列的姐妹染色单体。 ②核仁逐渐解体，核膜逐渐消失。 ③从细胞的两极发出纺锤丝，形成纺锤体 ④染色体散乱分布于纺锤体中央 2．中期： 附着在染色体着丝粒两侧的纺锤丝牵引着染色体运动，使着丝粒排列在细胞中央的赤道板上。每条染色体的着丝粒整齐的排列在赤道板上（观察染色体的最佳时期） 3．后期：着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成两套完全相同的染色体，由纺锤丝牵引向细胞两极移动。（着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，形成两条染色体，染色体数目加倍） 4．末期： （1）染色体消失：到达细胞两极的两套染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝。 （2）纺锤丝逐渐消失 （3）出现新的核膜和核仁，形成两个新的细胞核。 （4）新的细胞壁形成：在赤道板的位置出现的细胞板逐渐扩展，形成新的细胞壁。 5．子细胞：一个细胞分裂成为两个含有染色体数目与亲代细胞相等的子细胞。 核仁 核膜 染色质 染色体 (含两条姐妹染色单体) 着 丝 粒 染 色 体 子染 色 体 细胞板 纺锤丝 核膜 染色质 核仁 核膜 前期 中期 后期 末期 子细胞 分裂 间期 有丝分裂期 植物细胞的有丝分裂过程模式图 ✬名师提醒 （1）后期着丝粒是自动分裂的，与纺锤丝的牵引无关，纺锤丝只是牵引染色体运动 （2）植物细胞壁的形成与高尔基体有关。 （3）赤道板是一个虚拟的结构，显微镜下看不见；细胞板是一个真实存在的结构，显微镜下可见。 （4）与植物细胞有丝分裂有关的细胞器：核糖体，线粒体，高尔基体 与动物细胞有丝分裂有关的细胞器：核糖体，线粒体，中心体 （5）中心体经复制后，平均分配到两个子细胞中。 线粒体、叶绿体复制后，随机分配到两个子细胞中。 （6）染色体出现在前期，消失在末期。染色单体形成于间期，出现在前期，消失在后期。 （二）动物细胞的有丝分裂－与植物细胞有丝分裂的区别： 比较项目 前期－纺锤体形成方式不同 末期－子细胞分开方式不同 动植物 植物 动物 植物 动物 区 别 内容 从细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体。 两组中心粒（间期倍增）之间的星射线形成纺锤体。 在赤道板部位出现细胞板，向四周扩展形成细胞壁分隔成两个子细胞。 细胞膜从中部向内凹陷缢裂成两个子细胞。 图解 （三）意义：亲代细胞的染色体复制（关键是DNA的复制）后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。可见，细胞的有丝分裂对于生物的遗传有重要意义。 （四）异常：在人的一生中，体细胞一般能够分裂50~60次，但是，有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。 （五）【探究·实践】观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂： 实验原理 有丝分裂常见于根尖、芽尖等分生区细胞。同一分生组织中可看到不同分裂时期的细胞。通过在高倍显微镜下观察各个时期细胞内染色体的存在状态，可以判断细胞分别处于有丝分裂的哪个时期。染色体容易被碱性染料（如甲紫溶液，旧称龙胆紫溶液）着色。 目的要求 1．制作洋葱根尖细胞有丝分裂装片。 2．观察植物细胞有丝分裂的过程，识别有丝分裂的不同时期，比较细胞周期中不同时期的时间长短。 3．绘制植物细胞有丝分裂简图。 材料用具 详见教材相关内容。 方 法 步 骤 步 骤 操 作 方 法 时间 目 的 备 注 洋葱根尖 的培养 取洋葱一个，放在装满清水的广口瓶上，底部接触到水，放在温暖的地方培养。 待根长约5cm时，取生长健壮的根尖制成临时装片观察。 实验课之前的3～4d 5cm长的根长势最佳。 1.经常换水； 2.洋葱底部总 要接触到水。 装 片 的 制 作 取材 剪取洋葱根尖2～3mm 此部分是洋葱根尖的分生区部分，再长就是伸长区细胞，压片后不易观察。 上午10时至下午2时洋葱根尖分生区细胞处于分裂期的较多。 解离 把剪下的根尖立即放入盛有15%盐酸和95%酒精混合液（1：1）的玻璃皿中，在室温下解离。 3～5 min 用药液使组织中的细胞相互分离开来。 待根酥软后进行漂洗。 漂洗 用镊子把软化的根尖取出，放入盛有清水的玻璃皿中。 10 min ●防止盐酸与染色剂起作用； ●洗去药液，防止解离过度。 染色 把根尖放进盛有质量浓度为0.0lg/mL或0.02g/mL的甲紫溶液（或醋酸洋红液）的玻璃皿中。 3～5 min 甲紫溶液或醋酸洋红液能使染色体着色。 制片 用镊子将这段根尖取出来，放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，然后用拇指轻轻地按压载玻片。 拇指按压的目的是使细胞分散开来，便于观察。 观察 先在低倍显微镜观察，找到分生区细胞（细胞呈正方形，排列紧密），再用高倍镜观察 1．实验原理 (1)高等植物根尖、芽尖等分生区细胞有丝分裂较旺盛。 (2)细胞核内的染色体(质)易被碱性染料(甲紫溶液或醋酸洋红液)染成深色。 (3)由于各个细胞的分裂是独立进行的，在同一分生组织中可以通过高倍显微镜观察细胞内染色体的存在状态，判断处于不同分裂时期的细胞。 2．实验步骤 (1)洋葱根尖的培养：洋葱底部接触到瓶内的水面，置于温暖处培养，待根长至约5 cm。 (2)装片的制作：解离----漂洗----染色----制片 ①解离：解离液（质量分数为15%的盐酸和体积分数为95% 的酒精1：1混合） 作用：使组织中的细胞相互分离开来 注意：解离时间太短，细胞间质未被完全溶解，压片时细胞不易分散；时间过长，细胞解离过度、根尖过于酥软，影响染色。 ②漂洗：用清水洗去解离液，防止解离过度。 ③染色：用甲紫溶液或醋酸洋红液染色。 注意：染色时间太短，染色体（质）不能完全着色，时间过长，使其他部分也被染成深色，无法分辨染色体。 ④制片：用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，用拇指轻轻的按压盖玻片。 作用：使细胞分散开来，便于观察。 (3)观察 先低倍镜观察：找到根尖分生区细胞：细胞呈正方形，排列紧密 再高倍镜观察：先找分裂中期的细胞，再找前期、后期、末期的细胞，最后观察分裂间期的细胞 （4）注意 ①解离时细胞已死亡，观察到的只是一个细胞的一个固定时期。如果要找到各个分裂时期的细胞，可以寻找处于不同时期的细胞，连起来体现出细胞分裂的连续过程。 ②选材时要选分裂期占细胞周期的比例相对较高的生物细胞，这样可以使处于分裂期的细胞相对较多，容易观察。 ③观察结果中，分裂间期的细胞最多，因为间期时间最长 【知识拓展】各期数量变化及图像： 下表为一个细胞在有丝分裂各期DNA和染色体的变化： 项 目 分裂间期 有　丝　分　裂　期 子细胞 前期 中期 后期 末期 染色体 2N 2N 2N 4N 4N 2N DNA 2C→4C 4C 4C 4C 4C 2C 姐妹染色单体 无→形成（0→4N） 出现（4N） 有（4N） 消失（0） 无（0） 无（0） 据上表数据，可绘出曲线如下图： 时期 间期 前期 中期 后期 末期 4N (4C) 2N (2C) 1个细胞内数量变化 （注：设体细胞中有2N条染色体，DNA含量为2C） DNA变化 染色体变化 G1 G2 S 项目 上升段（加倍）的变化原因 下降段（减半）的变化原因 DNA 间(S)期DNA复制，DNA数目加倍 末期细胞一分为二，DNA数目减半 染色体 后期着丝粒分裂，染色体数目加倍 末期细胞一分为二，染色体数目减半 思考：一条染色体上DNA含量在有丝分裂各期的变化曲线应该是什么样的呢？ 提示：时期 间期 前期 中期 后期 末期 2 1 1条染色体上的DNA含量 ✬名师提醒 染色体、染色单体、DNA的数量关系 三、无丝分裂： (1)特点：分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。（名师提醒：该过程中染色体正常复制） (2)过程：先细胞核缢裂成两个细胞核。再整个细胞从中部缢裂成两个子细胞。 (3)实例：蛙的红细胞。 【知识拓展】在高等生物体内，某些迅速增殖的组织，如口腔上皮细胞、伤口附近的细胞和体外培养的细胞可通过无丝分裂的方式形成新细胞。 四、细胞的生长：细胞不能无限长大的原因之一是细胞的大小影响物质运输的效率。 【思维训练】运用模型作解释 1．现有3个大小不同的细胞模型，如下表所示，计算每个“细胞”的表面积与体积的比值。 边长 2mm 4mm 8mm 表面积 24mm2 96mm2 384mm2 体积 8mm3 64mm3 512mm3 表面积/体积 3 1.5 0.75 结论：细胞的表面积与体积之比随着细胞的增大而减小。 2．物质在细胞中的扩散速率是一定的，假定某种物质如葡萄糖通过“细胞膜”后，向内扩散的深度为0.5mm。计算这3个“细胞”中物质扩散的体积与整个“细胞”体积的比值。 边长 2mm 4mm 8mm 整个“细胞”体积 8mm3 64mm3 512mm3 物质扩散的体积 7 mm3 37 mm3 169 mm3 物质扩散的体积/整个“细胞”体积 0.875 0.578 0.33 【知识解析】物质扩散的体积＝细胞的总体积－未扩散的体积 结论：物质扩散的体积与整个细胞的体积之比随着细胞的增大而减小。 ✬名师提醒 细胞体积也不是越小越好，因为细胞中众多的必需物质和细胞器，都需要一定的容纳空间。 第2节 细胞的分化 一、细胞分化及其意义 1．概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。 2．特点 特点 解释 持久性 细胞分化是一种持久性的变化 不可逆性 一般情况下，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡 普遍性 是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础 遗传物质不变性 细胞分化过程中遗传物质不发生改变 3．时间：发生在整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度 4．实质：在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同(即基因的选择性表达)。 5．实例：构成人体四种组织的细胞，如上皮细胞、骨骼肌细胞、软骨细胞、神经细胞等；植物的叶肉细胞、表皮细胞、储藏细胞等。 6．意义 (1)是生物个体发育的基础。 (2)使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。 7.结果： 改变：细胞的形态、结构和生理功能改变，即细胞的种类改变，RNA和蛋白质的种类改变 不变：遗传物质DNA不变，细胞的数目不变 【知识解析】细胞分化能够增加细胞的类型，进而构成生物体的组织和器官，执行不同的生理功能，如下图。 受精卵 细胞细胞 …… 细胞细胞 …… 细胞细胞 …… 细胞细胞 …… 组织A 组织B 组织C 组织D …… 细胞A 细胞A …… 细胞B 细胞B …… 细胞C 细胞C …… 细胞D 细胞D …… 器官1 器官2 生物体 增殖 分化 分化 分化 分化 分化 分化 分化 分化 分化 分化 分化 分化 有机结合 有机结合 有机结合 有机结合 形成 形成 形成 二、细胞的全能性 1．概念：指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 2．高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。 已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。 3．细胞全能性的原因 (1)原因：细胞内具有本物种个体发育所需要的全套的基因。 (2)理解：体细胞一般都是由受精卵通过细胞分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一套和受精卵相同的染色体，携带有相同的DNA分子。 4.细胞表达其全能性都需要的条件 (1)离体状态下。 (2)水、无机盐、有机营养及植物激素等。 (3)适宜的温度等外界环境条件。 5.细胞全能性的高低 (1)受精卵>生殖细胞>体细胞 (2)植物细胞>动物细胞 (3)分化程度低的细胞>分化程度高的细胞（分化程度高的细胞全能性不一定低，如生殖细胞由性原细胞分化而来，属于高度分化的细胞，但全能性依然较高。） 6.干细胞 (1)特点 ①具有分裂和分化能力。②在动物和人体内，数量很少。 (2)举例：人骨髓中的许多造血干细胞，能通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板。 (3)并非所有干细胞都要发生分化。 原因：干细胞分裂后一部分细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞；还有一部分保持分裂能力，用于干细胞本身的自我更新。 第3节 细胞的衰老和死亡 一　细胞的衰老 1．细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。 2．细胞衰老的特征 (1)细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小。（老年人皮肤皱缩） (2)细胞内的多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢 (3)细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内的物质的交流和传递 (4)细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。 (5)细胞膜的通透性改变（不一定是降低），使物质运输功能降低 3．老年人头发变白的原因：毛囊细胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少。 老年人皮肤上长“老年斑”的原因：衰老细胞中色素（脂褐素）积累。 4．细胞衰老的原因：科学家提出多种假说，目前普遍接受的是自由基学说和端粒学说。 （1）自由基学说 ①含义：我们通常把异常活泼的带电分子或基团称为自由基。 ②性质：自由基含有未配对电子，表现出高度的反应活泼性。 ③产生： ●细胞不断进行各种氧化反应很容易产生自由基。 ●辐射以及有害物质入侵也会刺激细胞产生自由基。例如，水在电离辐射下便会产生自由基。 （2）原理： ①自由基攻击和破坏细胞内的生物分子。当攻击生物膜上的磷脂分子时，新产生的自由基又去攻击别的分子，由此引发雪崩式的反应，对生物膜损伤比较大。 ②自由基还会攻击DNA，可能引起基因突变； ③自由基攻击蛋白质，使蛋白质活性下降，导致细胞衰老。 （2）端粒学说 ①概念：每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA-蛋白质复合体 ②特点：端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截 ③危害：端粒DNA序列变短会使端粒内侧正常基因的DNA序列受到损伤，结果使细胞的生命活动渐趋异常 5．细胞衰老与个体衰老的关系 (1)单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。 (2)多细胞生物：细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡不是一回事；从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。 6．细胞衰老的意义：细胞衰老是个体体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 7．年龄因素与细胞衰老的关系：①随着年龄的增长，细胞继续分裂的次数会逐渐减少，这说明细胞会随着分裂次数的增多而衰老。②细胞进入衰老状态，细胞核中的遗传物质会出现收缩状态，细胞中一些酶的活性会下降，从而影响细胞的生活。 ✬名师提醒 （1）通过实验1得出的结论是：年龄越大的个体的体细胞可增殖代数越少，年龄越小的个体的体细胞可增殖代数越多，细胞增殖的能力与个体的年龄有密切的关系。细胞分裂次数随年龄增长而减少，说明细胞会随着分裂次数的增多而衰老。 注：一般情况下，体外培养的人体某种细胞，最多分裂50次左右就停止分裂了，并且丧失了正常的功能。 （2）通过实验2得出的结论是：细胞核对细胞分裂的影响大一些。 （3）原因：衰老状态细胞核中的遗传物质出现收缩状态，细胞中一些酶的活性下降。 （4）意义：细胞衰老是人体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 （5）影响：人衰老后就会出现免疫力下降、适应环境能力减弱等现象。 二　细胞的死亡 1．细胞死亡方式：细胞凋亡；细胞坏死； 2．细胞凋亡 (1)概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。 (2)类型 ①成熟生物体中细胞的自然更新，如红细胞的更新。 ②某些被病原体感染的细胞的清除，如白细胞因吞噬过多的细菌而死亡。 ③正常发育过程中器官的退化，如蝌蚪尾的消失。 (3)意义 ①完成正常的发育，如胎儿手的发育。 ②维持内部环境的稳定，如红细胞的更新。 ③抵御外界各种因素的干扰，如吞噬细胞清除病原体。 3．细胞坏死：在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。 4．细胞自噬 (1)概念：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用，这就是细胞自噬。 (2)意义 ①处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。 ②在细胞受到损伤、微生物入侵或细胞衰老时，通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定。 ③细胞自噬不一定引起细胞死亡（细胞自噬本是为了让细胞活下去），但有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。 5．同样是血细胞，白细胞和红细胞的功能不同，凋亡的速率也不一样，白细胞凋亡的速率比红细胞快得多，原因是白细胞的主要功能是吞噬病菌等。 6.比较细胞凋亡、坏死的异同点。 项目 细胞凋亡 细胞坏死 过程特点 生理过程，为正常死亡的过程 病理性过程 是否受基因控制 是 否 影响因素 受遗传机制决定的程序性调控 极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激 对机体是否有利 是 否 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