5.1 细胞通过分裂实现增殖（教学课件）生物沪科版必修1

细胞通过分裂实现增殖 沪科版高中生物必修1《分子与细胞》第5章第1节 授课人：XXX 【学习目标】核心素养导向 生命观念 建立“结构与功能相适应”的 观念，理解染色质与染色体的形 形态变化适配遗传物质精准分配 的需求，明确有丝分裂的生物学 意义。 科学思维 归纳有丝分裂各时期特征，构建 染色体、核DNA、染色单体数量 变化模型，辨析动植物分裂异 同蘿，推理细胞分裂异常现象。 科学探究 掌握观察根尖分生区细胞有 丝分裂的实验原理与操作逻 辑，分析细胞周期数据，修正 实验操作误差。 社会责任 理解海拉细胞的科研价值，关 注抗癌药物研发前沿，树立科 研伦理意识。 【情境目录】探索生命增殖的奥秘 主线情境：海拉细胞的传奇与抗癌启示 01 分情境一：海拉细胞的增殖 具有周期性（细胞周期） 02 分情境二：海拉细胞的有丝分裂 证遗传信息精准传递（分裂过程） 05 迁移应用：抗癌药物研发与科 研伦理 03 分情境三：不同细胞的分裂方式 存在差异（动植物对比与无丝分裂） 04 分情境四：如何观察细胞的 有丝分裂（实验探究） 导入：海拉细胞的传奇 1951 1951 1951 探寻“永生”细胞背后的生命密码 【主情境导入】“永生”的 “泳生”的海拉细胞 海拉细胞培养皿实拍图 真实案例：1951年，科学家从宫颈癌患者海瑞塔 拉克斯的癌组织中分离出海拉细胞。 惊人数据：正常人体细胞最多分裂50-60次就会凋 亡，而海拉细胞至今已在全球实验室繁殖超18000 代，总重量超过5000万吨。 科研贡献：支撑了脊髓灰质炎疫苗、HPV疫苗、癌 癌症靶向药的研发，是全球应用最广泛的细胞系。 脊髓灰质炎疫苗 HPV疫苗 癌症靶向药 细胞分裂能力对比 【核心疑问】 海拉细胞的“无限增殖”是如何实现的? 【主问题 1】 【主问题2】 海拉细胞的增殖过程如何 保证遗传信息稳定传递， 不发生丢失或混乱? 我们能否利用细胞分裂的 规律，找到抑制癌胞增殖 的方法，研发抗癌药物？ 分情境一：海拉细胞的增殖具有周期性 揭秘细胞的“生命时钟” Interphase Prophrase Metaphase G1 Prophase Mtosis Metaphase Anaphase Pilose ph ase Telophase G S Phase 【细胞周期】概念&测量的数据 海拉细胞周期实测数据 总周期22h 数据拆解 G1期10h S期8h G2期3h M期1h 思考 为什么95%的时间都处于间期? 间期真的是细胞的“休息期”吗? M (1h) (1h) G2 (3h) G1 (104) S (8h) 细胞周期概念 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， 为一个细胞周期。 【细胞周期】阶段划分与逻辑 一次分裂完成 细胞周期：逻辑顺序与关键事件 下一次分裂完成 分裂期（M期） 分裂间期（物质准备） 占细胞周期的90%-95%，为分裂期进行活跃的物质准备，完成DNA分子 占比较小，主要完成 的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。 细胞核遗传物质的均 等分配和胞质的分裂。 G1期 G2期 S期 下一次分 G1期 S期 G2期 M期 裂完成 【深度探究】间期各阶段的物质准备清单 G1期（DNA合成前期） S期（DNA合成期） G2期（DNA合成后期） 合成RNA和蛋白质（如 DNA聚合酶等），为 DNA复制作准备。 完成DNA分子的复制。 注意：此时DNA数目加倍 但染色体数目不变（形成 姐妹染色单体）。 合成RNA和蛋白质（如微 管蛋白），为纺锤体的形 成和细胞分裂作准备。 Page 10 【概念辨析】什么样的细胞具有细胞周期? 细胞根据其增殖能力分类 暂不分裂的细胞 无细胞周期的细胞 具有细胞周期的细胞 （高度分化，不再分裂） (G0期细胞) (具有连续分裂能力) 不再进行分裂 如海拉细胞、根尖分生区细胞、 在适当刺激下可重新进入细胞周期 如神经细胞、肌肉细胞、 造血干细胞、消化道上皮细胞 如肝细胞、记忆细胞 洋葱表皮细胞 造血干细胞 根尖分生区细胞 肝细胞 记忆细胞 神经元 肌肉细胞 【结论】不同细胞的周期时长差异很大，主要取决于间期（尤其是G1期）的时长不同 分情境二：海拉细胞的有丝分裂保证遗传信息精准传递 见证染色体的“舞蹈” 【有丝分裂】前期：膜仁消失显两体 有丝分裂前期细胞对比 前期：膜仁消失显两体 模式图 模式图 纺锤体 染色体 核心特征 染色质螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色 体每条染色体包含两条并列的姐妹染色 单体）。 核仁逐渐解体，核膜逐渐消失。 电镜图 电镜实拍图 纺锤体 染色体 细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体。 生物学意义 染色质高度螺旋化为染色体，有利于在分裂 过程中移动和精准分配，体现“结构与功能 相适应”。 13 【有丝分裂】中期：形定数晰赤道齐 【核心特征】：1.纺锤丝牵引染色体运动，使其着丝粒排列在细胞中央的赤道板上（赤道板是一个虚 拟平面，并非真实结构）。 染色体形态最稳定，数目最清晰。 【应用价值】：中期是观察染色体形态和数目的最佳时期（如制作染色体核型图，排查遗传病）。 中期细胞模式图 人类染色体核型图 【有丝分裂】后期：点裂数增均两极 避坑指南 易错辨析：着丝粒的分裂是 自主发生的，不是纺锤丝牵 引拉扯的结果！（秋水仙素 抑制纺锤体形成，着丝粒 依然会分裂）。 核心特征：1. 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，成为两条子 染色体（染色体数目加倍，染色单体消失）。 纺锤丝牵引子染色体分别移向细胞两极。 【有丝分裂】末期：两消两现重开始 Cell in Telophase “两消两现”的闭环逻辑 【文字内容】： 核心特征： 染色体解螺旋，重新变成细长盘曲的染色质丝。 纺锤体逐渐消失。 核膜、核仁重新出现，形成两个新的细胞核。 细胞质分裂，一个细胞分裂成两个子细胞。 结果：形成两个与亲代细胞遗传信息完全 致的子细胞。 Cell in Prophase 总结：【有丝分裂】末期，通过‘两消两现’的逆向过程，完成 了遗传物质的精确分配，细胞从周期的一个终点回到了下一个开始. 【模型构建】数量变化规律（以2N=4为例） 假设亲代细胞染色体数为 2N，核DNA数为 2C。 时期 染色体数 (N) 核DNA数 (C) 染色单体数 (N) 橡皮泥模型图 间期 DNA复制（2C→4C） 2N 2C→4C 0→4N 前期 2N 4C 4N 中期 2N 4C 4N 后期 着丝粒分裂，染色体 加倍（2N→4N） 4N (2N→4N) 4C (不变) 0 (4N→0) 末期 细胞一分为二 2N 2C 0 【深度探究】数量变化曲线图解析 核DNA变化曲线：间期S期 斜线加倍（复制），末期直线 减半（细胞分裂）。 染色体变化曲线：后期直线 加倍（着丝粒分裂），末期直 线减半（细胞分裂）。 染色单体变化曲线：间期S期 斜线出现，后期直线消失。 关键点：如何通过曲线斜率和 加倍时期区分DNA与染色体曲 线? 有丝分裂过程中核DNA、染色体、染色单体数量变化曲线 【核心总结】有丝分裂的生物学意义 【精准复制】：在间期，亲代细胞的染色体经 过复制（DNA复制）。 【精准复制】：在间期，亲代细胞的染色 体经过复制（DNA复制）。 【精确分配】：在分裂期，复制后的染色 体精确地平均分配到两个子细胞中。 【核心意义】：保证了亲代与子代细胞之间遗 传信息的稳定传递，维持了生物体遗传性状的 稳定性，是细胞生命历程的底层逻辑。 分情境三：不同细胞的分裂方式存在差异 动植物细胞的“异曲同工” 【对比探究】动植物细胞有丝分裂的异同 动物细胞 高等植物细胞 前期 纺锤体 形 成 方式不同 中心纺锤体形成方式不同 细胞两极直接发出纺锤丝形成纺锤体 中心体发出星射线 形成纺锤体 同股物条 纺锤丝 纺锤丝 细胞两极直接发出纺锤丝形成纺锤体 末期 细 胞 质 分 裂方式不同 细胞膜 从中部向内凹陷，缢裂成两部分 赤道板位置出现细胞板，向四周扩展形成新的细胞壁 数据图示， 严谨专业 【知识串联】与有丝分裂相关的细胞器功能 mRNA, 中心体 核糖体 动物及低等植物细胞 间期合成大量蛋白质 前期发出星射线 如DNA聚合酶、微管蛋白 形成纺锤体 有丝分裂 (Mitosis) 线粒体 高尔基体 ATP 全过程提供能量（ATP） 高等植物细胞末期参与 尤其在DNA复制、染色 细胞壁（细胞板）的形成 体运动时需求量大 【拓展视野】无丝分裂 概念：分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，因此叫做无丝分裂。 过程：细胞核先延长，核中部向内凹进，缢裂成两个细胞核；接着整个细胞从 中部缢裂成两部分。 注意：无丝分裂过程中依然有DNA的复制，以保证遗传物质的传递。 实例：蛙的红细胞、某些植物的胚乳细胞。 无染色体变化，但有DNA复制 核缢裂 质缢裂 核延长 蛙红血胞 分情境四：如何观察细胞的有丝分裂 显微镜下的生命律动 【实验探究】观察根尖分生区有丝分裂的原理 分生区 材料选择：洋葱根尖分生区细 胞（细胞呈正方形，排列紧密） 分裂旺盛） 分生区细胞形态 细胞呈正方形，排列 紧密，分裂旺盛 染色原理 染色体容易被碱性染料（如 甲紫溶液或醋酸洋红液）染 成深色，便于观察。 核心问题：能不能用活的海拉细胞直接观察连续分裂过程? 解答：不能。在解离步骤中，细胞已经被杀死并固定在特定 时期。我们观察到的是不同细胞停留在不同时期的静态画面。 【实验探究】装片制作的四大步骤 解离 漂洗 染色 制片 用盐酸和酒精混合液 (1:1)，使组织中的细 胞相互分离开来（细胞 死亡）。 用清水洗去药液，防 止解离过度，便于染 用甲紫溶液或醋酸洋 红液使染色体着色。 盖上盖玻片，再加一片 载玻片，用拇指轻轻按 压，使细胞分散开来， 利于观察。 水 口诀：解离 漂洗 染色 制片 【实验探究】误差分析与装片效果辨析 现象1：细胞重叠，看不清染色体 现象2：观察不到分裂期细胞，全是间期 现象3：染色体着色很浅 原因分析： 原因分析： 原因分析： 原因：解离不充分，或压片力 度不够。 原因：取样部位错误（未取到分 生区），或间期时间长，分裂期 细胞本就较少，需耐心寻找。 原因：未漂洗或漂洗不彻底（残 留盐酸与碱性染料中和），或染 色时间过短。 迁移应用与课堂总结 Targeted therapy target Therapy 从微观机制到宏观健康 Page 28 【迁移应用】抗癌药物研发与科研伦理 靶向药原理 针对CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶） 的靶向药，可将癌细胞阻滞在间期， 阻止其增殖。 T CDK 抑制 Interphase 阻对周期进进 科研伦理 科研伦理规范 科研伦理规范 （知情同意权、隐私保护） （知情同意权、隐私保护） HELENA LACKS 文字内容: 文字内容： (Henrietta Lacks) 海瑞塔·拉克斯的细胞 海楠塔·拉克斯的细胞 Henrietta Lackss Нетоваихо даганары 最初未获获知情同意， 最初未获知情同意，这 Неласытл 这一事件推动了全球生 一事件推动了全球生物 HELACELL 物医学科研伦理规范的 医学科研伦理规范的完 Мюсрелях не лажатоех 完善。 善。 Нотелса 6клія 致敬每一位科研贡献者！ 致敬每一位科研贡献者！ 细胞通过分裂实现增殖 连续分裂的细胞从一次分裂结束到下一次结束的全过程 细胞周期 (间期G1/S/G2 +分裂期M) 中心心息 动物 浩制胞体服膜 高等植物 细胞壁 有丝分裂 真核细胞 间期DNA加倍 分裂方式 数量变化 后期染色体加倍 末期均恢复 核心意义 - 保证亲子代遗传信息稳定传递 无丝分裂 — 无纺锤体/染色体变化，如蛙红细胞 原理（染色体易被碱性染料染色） 实验观察 步骤（解离→漂洗→染色→制片） 抗癌药物研发 疫苗研发 应用 细胞工程 $