高中生物思维导图在生物中的应用6.细胞的生命历程知识点

高中生物思维导图在生物中的应用：

6.细胞的生命历程

6.1细胞的增殖

一、生物体的生长

1．细胞长大：体积变大→运输速率降低→表面积/体积实验

2．细胞增殖：数量增多→癌变，畸形增殖，需要更多功能

3．细胞分化：种类增加→不正常分化→癌变

4．细胞衰老、凋亡：更新换代

二、实验

1．标题：细胞大小与物质运输的关系。模型建立实验

2．目的：细胞大小（表面积与体积比）与物质运输效率的关系，探讨细胞不能无限长大

3．原理

（1）细胞模型：用琼脂块的大小模拟细胞的大小

（2）细胞与外界进行物质交换的效率：NaOH在琼脂块中扩散的体积占整个琼脂块的体积

（3）检测方法：酚酞遇NaOH呈现紫红色

4．步骤

（1）制备琼脂块：含酚酞的琼脂切成边长为3、2、1cm的正方体

（2）NaOH浸泡：琼脂块放在质量分数为0.1%的NaOH溶液中10min，并不时翻动（不要破坏琼脂块）（3）切割琼脂块：取出琼脂块，用纸巾吸干，切成两半

（4）测量结果、计算：测量每块琼脂块上NaOH扩散的深度，计算

5．结果及讨论

（1）琼脂块的颜色变化可知NaOH扩散的深度

（2）在相同时间内，NaOH在每一琼脂块内扩散的深度基本相同：说明NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是相同的

（3）NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比，随琼脂块的增大而减小

6．实验结论

（1）琼脂块的表面积与体积之比，随着琼脂块的增大而减小

（2）NaOH扩散进琼脂块的体积与整个琼脂块的体积之比，随琼脂块的增大而减小

（3）细胞体积越大，其相对表面积越小

（4）细胞与周围环境之间物质交换的面积相对越小，物质运输的效率越低

7．实验扩展：细胞与外界进行气体交换

（1）思路：考虑呼吸和光合作用对于细胞的整体效果，如呼吸=光合，整体而言无气体进出细胞；气体进出是顺浓度梯度的自由扩散；考虑物质运输的速率；物质的来源和去路

（2）规律：气体在细胞间、细胞质的含量变化一致，如只呼吸时，氧气在细胞间、细胞质的量均减少，而二氧化碳均增多

（3）以有氧呼吸为例，氧气分布于细胞间、细胞质、线粒体内；当细胞进行有氧呼吸时，细胞整体表现为氧气从细胞间进入，二氧化碳从线粒体排至细胞间∴细胞间的氧气减少、二氧化碳增多。又∵线粒体的相对表面积大（体积小双层膜）∴线粒体的运输速率比细胞膜大∴氧气从细胞质进入线粒体的速率＞氧气从细胞间进入细胞质的速率∴细胞质的氧气减少（来源慢去路快），同理细胞质的二氧化碳增加

（4）应用整体思维，呼吸＞光合也是同样的变化过程；而呼吸＜光合相反

三、细胞不能无限长大

1．表面积与体积的之比限制了细胞的长大

（1）细胞内物质的交流受到细胞体积的制约

（2）细胞体积过大，影响物质流动，代谢下降

2．核质比

（1）细胞核是遗传和代谢的控制中心

（2）细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加

（3）细胞核控制的细胞质范围是有限的

（4）细胞太大，细胞核的“负担”就会过重

3．细胞也不能太小

（1）为基本结构和物质提供充足的空间

4．注

（1）某些细胞器、原生动物的伸缩泡，是为了增大膜面积与体积的比

（2）双小核草履虫等具有多个细胞核，是为了保证正常的核质比

四、细胞通过分裂进行增殖

1．意义

（1）细胞增殖是重要的生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础

①生长、发育的基础：受精卵通过增殖和分化形成成体。多细胞生物体的旧细胞通过增殖形成新细胞→补充衰老和死亡的细胞（细胞学说）

②繁殖的基础：单细胞生物通过细胞增殖而繁殖。多细胞生物从受精卵开始，经过增殖和分化发育成个体

③遗传的基础：遗传物质由亲代细胞通过细胞增殖传递给了代细胞

2．过程：包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程

3．分类

（1）真核细胞分裂方式

①有丝分裂：对象，真核生物体细胞。特点，具有细胞周期；形成纺锤丝→纺锤体

②无丝分裂：对象，蛙的红细胞。特点，无细胞周期；不出现纺锤体和染色体

③减数分裂：见必修II第2章。与生殖细胞的形成有关。特点，无细胞周期；形成纺锤丝→纺锤体（2）原核细胞分裂方式：二分裂

五、有丝分裂

1．细胞周期

（1）概念：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下次分裂完成时为止

（2）表示方法：扇形图；直线图；曲线图；柱形图

（3）特征

①只有能连续分裂的细胞才有细胞周期：高度分化的细胞不再继续分裂，如神经细胞、精子、卵细胞

②不同细胞周期不一定相同

1）不同物种周期不一定相同

2）同物种不同细胞周期不一定相同

3）由遗传决定

4）受环境影响：pH，温度，营养，激素

5）环境因素、生理或病理状况等会通过影响酶的活性影响细胞周期

③分裂间期与分裂期所占比例不同

（4）包括

①分裂间期：时间较长，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分裂期：经历的时间短

（5）应用：观察有丝分裂的选材→分裂期/细胞周期大的材料→细胞处在分裂期概率大2．过程

（1）分裂间期

①时间：长，占周期的90~95%

②作用：为分裂期提供物质基础，即DNA复制和有关蛋白质的合成，需要更多的能量

③变化

（2）分裂期：M期

3．配合的细胞器

细胞器细胞类型时期生理作用

核糖体动、植物整个时期（间期更活跃）蛋白质合成

中心体动、低等植物前期纺锤体的形成高尔基体植物细胞末期参与细胞壁的形成线粒体动、植物整个时期（间期更活跃）供能

4．数量变化：以二倍体生物为例

（1）间期的G1期数目与体细胞数相同：染色单体除外

（2）染色体的数目=着丝点的数目

（3）姐妹染色单体数=2倍染色体数=2倍着丝点数

（4）DNA数=线条数目

分裂期

项目分裂间期

前期中期后期末期着丝点2n 2n 2n →4n→2n

染色体2n 2n 2n →4n→2n

染色单体0→4n4n 4n →00 DNA 2n→4n4n 4n 4n →2n 每条染色体DNA

1→2 2 2 1 1 数

（5）对应曲线图

（6）染色体：染色单体：DNA

① =2：4：4→前、中期

② =4：0：4→后、末期（末期未完成细胞质分裂）

③ =2：0：2→末期（已完成细胞质分裂）、间期的G1期

（7）染色体：DNA

① =1：2→间期的G2期、前期、中期，即存在姐妹染色单体的时期

② =1：1→后期、末期、间期的G1期，即姐妹染色单体消失或未形成的时期

5．“加倍”“减半”

成分或结构含量变化时期原因

加倍间期DNA复制核DNA

减半末期一个细胞分裂成两个子细胞

加倍后期着丝点分裂染色体

减半末期一个细胞分裂成两个子细胞

形成间期染色体复制染色单体

消失后期着丝点分裂中心体加倍间期中心体复制

6．意义

（1）将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中

（2）亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性

（3）细胞质中的DNA随机分配：如线粒体DNA

7．图像识别

（1）判断细胞类型

①植物细胞：有细胞壁，一般为矩形，分裂末期出现细胞板；既有中心体又有细胞板的为低等植物细胞

②动物细胞：没有细胞壁，最外层是细胞膜，一般为圆形，有中心粒/体，无细胞板，分裂末期通过缢裂方式分裂为两个细胞

③原核细胞：无细胞核，没有染色体，一般只能进行二分裂，不能进行有丝分裂

（2）据染色体变化判断分裂时期

①染色质变为染色体，染色体散乱分布→前期

②着丝点排列在赤道板上→中期

③着丝点分裂，染色体数目加倍→后期

④染色体变成染色质→末期

（3）据曲线形态区分：以2倍体为例

①横坐标都为分裂时期

②纵坐标单位为2n、4n，一定和染色体相关：从0开始、结束的，一定是染色体数目曲线。从2n开始的，一定是染色体数目曲线

③纵坐标单位为2c、4c时，一定为核DNA含量曲线

④纵坐标的单位为1、2时，一定是每条染色体上DNA含量曲线

⑤曲线中没有斜线，一定是染色体数目曲线

⑥曲线中有斜线且起点、终点为0，一定是染色单体数目曲线

⑦曲线中有斜线且起点不为0，一定和DNA相关：纵坐标单位为1、2，且数目减半发生在后期，一定为每条染色体上NDA含量曲线。纵坐标单位为2c、4c，且数目减半发生在末期，一定为核DNA含量曲线

8．注

（1）细胞有丝分裂过程中，细胞核内的染色体是均分的；但细胞器的分配是随机的，各种细胞器的增生发生在间期

（2）细胞分裂间期，可以发生DNA的复制、转录、翻译过程；在分裂期由于染色质高度螺旋变成染色体而无法解旋，所以在分裂期只能进行翻译

（3）一个细胞完整的分裂过程是分析不同细胞的不同时刻的图像得到的。有丝分裂模式图与显微镜视野下的图像（即实际的分裂图像）是有一定区别的

（4）分裂全过程均存在同源染色体，但不联会、不分离

（5）姐妹染色单体在间期就已形成，只是呈染色质形态，而染色体形态出现于前期

（6）赤道板与细胞板的区别：赤道板不是细胞结构，是一假想平面，在光学显微镜下看不到；细胞板是一真实结构，光学显微镜下能看到，出现在植物细胞有丝分裂的末期

（7）减数分裂是一种特殊的有丝分裂。精原细胞形成精细胞的过程属于减数分裂，精原细胞自身的增殖方式为有丝分裂

六、无丝分裂

1．过程

（1）细胞核分裂：细胞核先延长，核的中部向内凹进，缢裂成为两个细胞核

（2）细胞质分裂：整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞

2．实例：蛙的红细胞

3．特点

（1）无纺锤丝和染色体的变化

（2）无核膜、核仁周期性的消失和重建

（3）DNA需要经过复制并平均分配到两个子细胞中

（4）不能保证遗传物质平均分配（质基因）

七、比较

八、实验

1．标题：观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

2．原理

（1）高等植物的根尖、茎尖等部位有丝分裂旺盛

（2）细胞核内的染色体易被碱性染料（龙胆紫溶液/醋酸洋红）染色：便于观察

（3）各个细胞的分裂是独立进行的：在同一分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞；高倍镜观察；根据染色体的形态和数目，识别细胞有丝分裂的不同时期

3．操作

（1）培养根尖：洋葱放在温暖的地方培养→获得洋葱根尖。经常换水→防止缺氧，进行无氧呼吸产生酒精，使根细胞中毒、腐烂

（2）装片制作

①取材：剪取生长旺盛、带有分生区的根尖2~3mm；剪取时间，10：00~14：00（分裂旺盛）

②解离：将剪取好的材料立即放入解离液（质量分数15%的盐酸，体积分数为95%的酒精，1：1混合→细胞死亡）。解离3~5min（不宜过长→根尖过分酥软，染色体被破坏；不宜过短→解离不充分，不能相互分离）。目的：破坏果胶层，使组织细胞相互分离、分散，利于观察、识别。若用小鼠骨髓细胞，用胰蛋白酶处理使其相互分离。

注：解离≠固定。解离的作用在于破坏细胞间质，使细胞分离，以便压片时细胞分散开；固定的作用在于固定细胞形态，如低温诱导植物染色体数目的变化实验中用卡诺氏液固定细胞

③漂洗：放入清水中漂洗10min。目的，洗去解离液，防止解离过度；便于碱性染料染色（漂洗彻底，防止盐酸继续破坏细胞，同时影响染色）

④染色：放入质量浓度为0.01g/mL或0.02g/mL的龙胆紫(或醋酸洋红)溶液染色3~5min（把握好浓度和时间）

⑤制片：用镊子将处理过的根尖放在载玻片上→加一滴清水→镊子弄碎根尖（使细胞分散，利于观察、识别）→盖上盖玻片→再加载玻片压散细胞（防止压坏盖玻片，使细胞分散，利于观察、识别；不压，细胞重叠。用力适度，过重，压烂组织，过轻，未分散开）

（3）观察

①先用低倍镜：找到分生区细胞（正方形，排列紧密）

②再用高倍镜：可先找出分裂中期的细胞，然后再找其他时期的细胞。∵细胞已死亡，细胞分裂停止，∴不断寻找细胞来观察不同时期

（4）绘图：注意细胞形态、染色体变化及位置、细胞核是否存在等

（5）若统计分裂间期、分裂期的数目，则可计算分裂指数（=分裂期细胞数/观察细胞的总数×100%）；结合分裂间期或分裂期的时间，可计算分裂周期的时间。计数时要在视野中同时看到约50个细胞，以保证样本的数量足够大，计数多个区域取平均值，以减小误差

九、根尖

1．根冠

（1）保护作用

（2）细胞已分化，不发生分裂

2．分生区

（1）细胞分裂最旺盛的部分：具有浓厚的细胞质和大的细胞核；呈正方形、排列紧密；无液泡或较小（2）观察有丝分裂

3．伸长区

（1）细胞逐渐停止分裂，开始迅速伸长，伸长区是根伸长最快的地方

（2）具有大液泡→具有吸收作用，能够吸收水分和无机盐

（3）细胞已分化，不发生分裂

4．成熟区

（1）有根毛

（2）根吸收水分和无机盐的主要部位

（3）细胞已分化，不发生分裂

十、细胞周期知识扩展

1．基因突变：在细胞分裂间期，DNA复制时容易受到内外因素的干扰而发生差错

2．细胞癌变：用药物作用于癌细胞，可以抑制分裂间期DNA分子的复制，从而抑制癌细胞的无限增殖3．蛋白质抑制剂：加入蛋白质抑制剂处理G1期细胞，可影响其进入S期

4．染色体变异：在细胞分裂前期，秋水仙素或低温处理都可抑制纺锤体的形成，使细胞呈现多倍体状态，会使M期的细胞比例增多

5．加入促进细胞分裂的药物，将使细胞周期缩短

十一、细胞周期同步化

1．概念：利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段

2．措施

（1）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，处于分裂期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间期

（2）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，从而抑纺锤丝的形成，使细胞周期被阻断，最终细胞会停滞在分裂前期

（3）血清饥饿法：培养液中缺少血清（即营养物质），无法进行DNA的复制和相关蛋白质的合成，使细胞周期停滞在间期

6.2细胞的分化

一、细胞分化

1．概念

（1）在个体发育中：发生在整个生命过程中；胚胎时期达到最大限度

（2）由一个或一种细胞：最初来源-受精卵

（3）增殖产生的后代：分化的基础，二者都是个体生长发育的基础；个体发育是细胞分裂+分化的结果（4）在形态、结构和生理功能：涉及细胞器的数目，及细胞质基质成分和功能的改变→蛋白质种类、数量的改变

（5）上发生稳定性差异的过程：特点一；根本原因：特定基因选择性表达→直接原因：形成特异性蛋白质。结果，细胞种类的改变、增多→进而形成不同的组织和器官

2．特点

（1）持久性：发生在生物体的整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度

（2）不可逆性：一般来说，分化了的细胞，不会再演变成原始的细胞，将一直保持分化后的状态，直到死亡；但是在离体人工培养条件下，高度分化的细胞能够脱分化

（3）稳定性：分化后的遗传物质不发生改变

（4）普遍性：在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础

3．过程

（1）细胞长大：为增殖提供基础

（2）细胞增殖：产生后代→分化的基础；使细胞数目增多，但细胞类型不变

（3）细胞分化：形态、结构和生理功能发生改变→使细胞类型增多，但细胞数目不变

（4）形成组织：相同或相似的细胞有序地集合在一起，形成执行某种特定功能的组织

4．实质

（1）基因的选择性表达：

①分化的体细胞具有本物种个体发育所需的全部基因；同一个体的遗传物质相同，除哺乳动物成熟的红细胞

②遗传信息的执行情况不同→遗传信息不改变

③多细胞生物不同类型的细胞中mRNA种类不完全相同→形成特异性蛋白质

5．标志

（1）分子水平：产生某些特定的mRNA→合成某种细胞特有的蛋白质

（2）细胞水平：形成不同种类的细胞（尤其是细胞器种类和数量差异大）

6．意义

（1）细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础

（2）使细胞生物体内的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率

二、概念比较

1．分化限度：胚胎时期分化达到最大限度，即分化为个体所需要的所有细胞

2．分化程度：

（1）分化程度与个体发育的关系：个体发育时期越早，细胞分化的程度就越低；个体发育时期越晚，细胞分化的程度就越高；分化程度越高，其细胞的功能越专门化，从而使分裂能力减弱

3．分化能力

（1）分化程度越高的细胞，其分化能力一般越弱，特例生殖细胞

（2）一般情况下，高度分化的动物细胞不再具有分裂能力，特例生殖细胞

4．分化能力与分裂能力

（1）分裂能力较强的细胞，其分化能力一般较强

（2）但，癌细胞分裂能力强，却失去了分化能力

三、细胞的全能性

1．概念：已经分化的细胞（起点），具有发育成完整个体（终点）的潜能

2．条件

（1）离体（生物体内，∵细胞分化，∴全能性不能表达）、适宜营养、激素、环境因素等

（2）要求适宜条件，联想微生物的培养

3．比较

（1）具有全能性：理论上所有细胞，除哺乳动物成熟的红细胞；除病毒，无细胞结构

（2）体现全能性：发育成完整个体

4．原因：已分化的细胞或细胞核具有本物种个体发育所需要的全部基因

5．标志：细胞形成了完整的个体

6．体现

（1）分化程度与全能性成反比：分化程度越高，全能性越低，分裂能力弱；分化程度越低，全能性越高，分裂能力强

（2）在离体情况下，提供适宜条件，细胞才能表现全能性

（3）是细胞分裂、分化的结果

（4）全能性排序

①植物细胞>动物细胞

②受精卵（未分化）>卵细胞（生殖细胞）（高度分化但全能性高）>胚胎干细胞（未分化）>体细胞

③未分化>分化程度低>分化程度高的体细胞

④分生区>成熟区

⑤细胞核具有全能性：核移植实验

7．应用

（1）植物组织培养：斯图尔德

①条件：脱离母体；适宜的营养，如水，无机盐，植物激素，糖类等；外界条件，如光照，温度等

②理论基础：植物体细胞的全能性

③过程

④意义

1）快速繁殖花卉和蔬菜等作物

2）拯救珍稀濒危物种

3）与基因工程相结合，培育作物新品种（2）核移植/克隆

①理论基础：动物细胞的细胞核具有全能性

②过程：

1）甲的体细胞的细胞核