细胞增殖.doc

第一节 细胞增殖

一、教材分析与教学策略：
本节课分为四小块，分别是“细胞不能无限长大”，“细胞通过分裂进行增殖”，“有丝分裂”和“无丝分裂”。其中七年级上册第二章第三节《细胞通过分裂产生新细胞》中已浅略地讲到细胞增殖的内容，学生对细胞增殖并不会太陌生，本节课是这些内容的扩展与加深。
本节课内容较多、较深，应以教师的讲课为主，学生讨论为副。对于本节课的重点、难点有丝分裂的过程和特点可以用表格方式，联系与比较的方法来学习。

二、教学目的
知识目标：1.明白细胞不能无限长大的因素，简述细胞的生长和增殖的周期性；
2. 观察细胞的有丝分裂并概述其过程特点和意义；
3.描述无丝分裂方式的过程和特点。
能力目标：1、培养学生实验探究能力
情感目标：1、培养学生科学观念和辩证唯物主义，学习批判性思维。

三、重点和难点
1.教学重点
(1)真核细胞有丝分裂的细胞周期的概念和特点。
(2)真核细胞有丝分裂的过程。
2.教学难点
真核细胞有丝分裂过程中，各个时期染色体的变化特点。

四、教师准备：与本节课相关资料，实验前各种材料的准备。

五、教学方法：讲授法，讨论法。

六、教学过程
（一）课程导入
师：同学们，今天我们学习第六章《细胞的生命历程》。每个生物体都有自己的生命历程，从出生、生长、成熟、繁殖、衰老、再到死亡。那么，同学们想一想，细胞有没有它自己的生命历程？又是怎样的呢？带着这些问题，我们学习这一章书。
师：现在老师问你们几个有趣的抢答题，看谁答得又快又准确。听好了。
师：1，现今地球上，最大的动物是什么？
生：鲸。
师：非常正确。2，现在地球上所发现的最小的生命体是什么？
生：病毒。
师：还有其它答案吗？
生：朊病毒和类病毒。
师：同学们非常厉害！看来老师难不倒你们。第三个问题：现在地球上所知道的最大的鸟是什么？最小的鸟是什么？
生：最大的鸟是驼鸟，最小的鸟是蜂鸟。
师：回答正确，看来同学们的课外知识很丰富。现在老师来问你们，对比驼鸟与蜂鸟，它们相应的器官大小的差异大吗？相应的组织细胞大小的差异大吗？
生：它们相应的器官大小差异很大，比如说它们的脚等等。它们相应组织的细胞差异应该不大。
师：我再问你们一个问题，这些生物体（除单细胞以及非细胞构成的生物）的长大，是靠细胞数量的增多还是细胞体积的增大？
生：两种都有。
师：回答正确。那你知道为什么吗？
生：……
师：好，现在我们就一起来找出答案。打开课本110页，我们先看“本节聚焦”，带着这些问题学习这一节课。
师：现在我们来学习前边的内容。
师：多细胞生物体的生长，既需要细胞的生长来增大细胞的体积，也需要细胞的分裂来增加细胞的数量。它们同类器官或组织的细胞的大小差异不大，个体的器官的大小是因为它们细胞的数量不同。换句话说，个体和器官的大小取决于细胞数量的多少。这一点大家明白吗？
生：明白！
师：个体大的生物体和个体小的生物体的同类器官或组织的细胞的大小差异不大，说明细胞的体积大小在一定的范围内。为什么细胞的体积会在一定的范围内，为什么它不能无限长大？大家首先想一想，细胞要长大，它需要的是什么？
生：它需要营养物质。
师：正确。也就是说营养物质的供应会制约着细胞的长大。那么是不是说细胞体积大，需要的营养物质越多，需要排出的废物就越多，物质的输出和输入会遇到困难，所以细胞就不能无限长大。这对不对呢？
师：但是我们知道细胞体积增大的同时，表面积也在增大，运输也不会难啊，正如一个四面到处都是门窗的房子，它越大，门窗就越多，通风透气也一样的容易。这样会造成物质运输的困难吗？其实，要解决这个问题，就要涉及到细胞表面积与体积之比，这个比就是相对表面积。相对表面积有什么作用呢？它可以说明物体之间，相对的来说，谁的表面积更大。这一点，大家明白吗？
生：……
师：知道相对表面积的大与小，有什么作用呢？是不是就可以知道细胞的运输速率的快与慢呢？
生：相对表面积越大的，它的运输就越快。相对表面积越小，它的运输就越慢。
师：这个同学回答的是否正确，我们等一下再看。现在我们要弄清两个问题：一，是不是细胞的体积越大，表面积相应地增大，它的相对表面积就大呢？二，相对表面积越大，它的运输是否就越快？现在，我们就用以下的模拟实验来探究一下这个问题。请看实验内容。（老师制下表）
师：实验目的就是要探究细胞的大小，即它的相对表面积的大小，与它的物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。
师：我们来看这个表（表1）：

细胞

琼脂
体积

体积
表面积

表面积
表面积/体积

表面积/体积
物质运输速率

NaOH扩散速率（NaOH扩散的体积/整个琼脂块的体积）

师：大家要明白这个实验的意义，它是将体积大小不一的琼脂块比作是不同大小的细胞，那么，琼脂块的表面积和体积都可以求，就可以算出它们相对表面积。将它们浸泡在NaOH中，NaOH渗透入琼脂块里面，可与琼脂块里含的酚酞作用，呈紫红色。实验把NaOH在琼脂块的扩散速度比作是细胞运输物质的速度。所以，在同一时间内，大小不同的琼脂块里NaOH渗透的深度就是代表着不同大小的细胞物质运输的快慢 。
师：明白了这些，现在我们开始实验。请大家在实验时一定要注意安全，特别是在用NaOH时，它有腐蚀作用，不要碰到皮肤，如果不小心的话，立即用大量的清水冲洗。
师：实验做完了，请同学们讨论并完成实验后的题，时间5分钟。
师：时间到，请回答。
生：……
师：大家有不同的答案吗？
生：……
师：同学们回答的很好。这次实验大家都很认真，只是有几个同学是做的不够的，希望下次认真一点。这个实验就到此结束。
师：通过这个模拟实验，我们可以得出结论：细胞的体积越大，它的相对表面积就越小，细胞的物质运输效率就越低。所以说细胞的表面积与体积之比限制了细胞的无限长大。这是细胞不能无限长大的一个重要原因。
师：那么是不是细胞体积越小越好啊？
生：……
师：另外还有其它因素的作用。我们知道，细胞核控制细胞的生长。在一般来说，细胞核内的遗传物质不会随着细胞体积的扩大而增多，细胞核只是那么的一点点大。有科学家研究发现，细胞核的体积总是约占整个细胞体积大小的10%，细胞核不大，整个细胞也不会很大。不然的话，细胞核的控制作用的负担会很大。
师：我们知道，细胞是通过分裂来增殖的。单细胞生物，当它的细胞变成两个时，它就是变成了两个生物体。而多细胞的生物体，需要从受精卵开始，经过细胞分裂增殖生长和分化逐渐长大。生物体内细胞就像我们人一样，不断地有死亡，也有新细胞来补充。可见，细胞的增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
师：细胞是以分裂方式进行增殖的。细胞在分裂之前，就要作好充分的准备，就如我们做事一样：“公欲善其事，必先利其器”。细胞增殖分两个连续的过程：物质准备和细胞分裂。
师：细胞分裂有有丝分裂，无丝分裂，减数分裂三种方式。这节课我们学习前面两种。
师：有丝分裂是真核生物最主要的方式，大家记住这一点。它具有周期性，我们称之为“细胞周期”，就是连续分裂的细胞，从上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。它包括两个连续的阶段：分裂间期和分裂期。其中分裂间期就是物质的准备时期。，是从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前的时间，约占整个细胞周期的90%-95%。（图6-1）
师：现在我们大家一起来，一边根据课本说有丝分裂的过程，一边填写这个表。

表2：植物细胞的有丝分裂（括号内红色字体为动物细胞有丝分裂不同之处）：
细胞周期
分裂间期
（90-95%）
分裂期（5-10%）（图6-2）
前期
中期
后期
末期
细胞活动
复制DNA，合成有关蛋白，细胞适度生长；染色质丝螺旋缠绕缩短变粗，变成染色体。（图6-4） （中心粒复制，分成两组）
染色体着丝点上连着两个姐妹染色单体。核仁逐渐解体、核膜逐渐消失细胞两极发出纺锤丝，形成梭形纺锤体。
（一组位置不变，另一组移向另一极，发出星射线，形成纺锤体）
纺锤丝付在着丝粒两侧牵引着染色体到赤道板上
每个着丝粒分裂成两个，姐妹染色单体分开，由纺锤分别引向细胞两极
染色体逐渐变成染色质丝，纺锤丝消失，核仁、核膜出现，核膜包围染色体形成两个新的细胞核，细胞板出现并逐渐形成新的细胞壁，。（不形成细胞板，细胞膜中部向内凹陷，把细胞缢裂为两个子细胞。）
特点（图6-3）
染色质螺旋缠绕，缩短变粗（ n）
具姐妹染色单体、核仁解体、核膜消失、发出纺锤丝梭形纺锤体、染色体散布其中（中心粒）
(n)
染色体排列在赤道板上，形态稳定，数目清晰
(2n)
着丝粒分裂、姐妹染色单体分开到细胞两极
(2n)
纺锤丝消失、核仁、核膜出现、两个新的细胞核、细胞板出现
（不形成细胞板，细胞膜中部向内凹陷，把细胞缢裂为两个子细胞。）
(2n n)
意义
将新代细胞的染色体（DNA）复制后平均分配到两个子细胞，保持了亲代与子代细胞之间遗传性状的稳定性。

师：我们现在归纳了植物细胞有丝分裂的过程和特点，现在我们看一下动物细胞有丝分裂有何不同。大家对比课本上植物和动物有丝分裂模式图，看看它们之间有什么不同？然后我们一起在表上写上动物细胞有丝分裂有不同之处。（填写红字部分）
师：我们分析完动、植物细胞的不同。现在来看一下有丝分裂有什么意义？（填写意义栏）
师：现在大家应该知道，有丝分裂的丝是指什么？
生：纺锤丝。
师：正确。现在我们完成了这个表，大家回顾一下，看看还有什么不懂的？
生：……
师：上面我说过，细胞分裂有三种方式，是哪三种？
生：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。
师：非常好。现在我们来看一下什么是无丝分裂？
师：无丝分裂，顾名思义，就是在分裂的过程中没有纺锤丝的出现，同时也没有染色体的变化。大家看课本上（图6-7）蛙红细胞有无丝分裂，我们来看一下它分裂的过程：细胞核延长 ---核中部向内凹进---两个细胞核---细胞质中部缢裂---两个子细胞。
师：现在我们来看一下“技能训练”，大家讨论一下，如何解释图里的现象？为什么草履虫的细胞中会出现大小的两个核？为什么变形虫和眼虫体内会有伸缩泡？
生：……
师：老师的解释是：当细胞出现两个核的情况会在分裂期中发生，这说明草履虫正在进行无丝分裂。变形虫是一个大的单细胞生物，它要更好的生长，它营养物质的输入和废物的排出的功能必须很好，而伸缩泡便执行着这个功能，以便伸缩泡更好的生活。大家还有疑问或补充吗？
生：……
师：好，大家回去把练习给做了，下节上实验课前我们对答案。大家回去预习115页的实验：《观察根尖分生组织细胞的有丝分裂》。这节课上到这里，下课！

七：板书设计：
细胞体积增大：细胞不能无限长大---原因：相对表面积，细胞核负担

生物体长大 分裂间期
有丝分裂---细胞周期 前期
分裂期 中期
细胞分裂增殖 无丝分裂 后期
末期
减数分裂

表1与表2

八、参考资料：
细胞的增殖周期  细胞从前一次分裂结束开始，到下一次分裂结束为止，这样一个周期叫做细胞增殖周期。
20世纪50年代以前，人们把细胞增殖周期划分为分裂期和静止期两个阶段。当时认为分裂期是细胞增殖周期中的主要阶段。近年来，由于放射自显影和细胞化学等技术的迅速发展，对于细胞增殖过程的动态研究也日趋深入。现在了解到，过去一直被忽视的所谓“静止期”却是细胞增殖周期中极为关键的一个阶段，因为与DNA分子复制有关的一系列代谢反应，都是在这个阶段进行的。所以现在都把“静止期”叫做间期。
现在，一般把细胞增殖周期分为两个阶段：间期和分裂期。细胞在前一次分裂结束之后就进入间期，这时就是新的细胞周期的开始。间期一共分为三个分期。间期结束就进入有丝分裂期。根据目前的认识，整个细胞增殖周期可以分为G1、S、G2、M四个小分期，如下表：

细胞增殖周期中的各个分期，各有其不同的特点。
(一)G1期的特点  G1期是从上次细胞增殖周期完成以后开始的。G1期是一个生长期。在这一时期中主要进行RNA和蛋白质的生物合成，并且为下阶段S期的DNA合成做准备，特别是合成DNA的前身物质、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系，以及储备能量。
(二)S期的特点  从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻。S期最主要的特征是DNA的合成。DNA分子的复制就是在这个时期进行的。通常只要DNA的合成一开始，细胞增殖活动就会进行下去，直到分成两个子细胞。
(三)G2期的特点  G2期又叫做“有丝分裂准备期”，因为它主要为后面的M期做准备。在G2期中，DNA的合成终止，但是还有RNA和蛋白质的合成，不过其合成量逐渐减少。特别是微管蛋白的合成，为M期纺锤体微管的组装提供原料。
(四)M期的特点  细胞一旦完成了细胞分裂的准备，就进入有丝分裂期。细胞分裂期是一个连续的过程，为了研究的方便，可以人为地将它分成前、中、后、末四个时期。M期的细胞有极明显的形态变化。间期中的染色质(主要成分是DNA和蛋白质)，在M期浓缩成染色体形态。染色体的形成、复制和移动等活动，保证了将S期复制的两套DNA分子平均地分到两个子细胞中去。
有丝分裂过程中两个重要的细胞器
1.中心粒
中心粒的结构通常是一对互相成直角的圆筒状小体，直径0.25 μm，长度不定，位于邻近核模的细胞质中。筒壁由9组大约呈30°倾斜排列的三联微管组成，从横断面看像一个风车。在一对中心粒的周围是一团透明的电子密度高的中心粒周围物质，这个复合物称为中心体。
中心粒要经过一个复杂的发育周期，才能达到成熟并且具有微管组织中心的作用。DNA合成前期(G1期)的细胞有一对互相垂直的中心粒。到DNA合成期(S期)时，两个中心粒稍有分离，在距母中心粒的一定距离(约50～60 nm)处，与其垂直的方向复制出一个子中心粒。DNA合成后期(G2期)的晚期到有丝分裂期(M期)，子中心粒不断长大，逐渐分离，移到两极的两对中心粒形成晕，并且组成纺锤体及星体。到分裂期末期，每个子细胞各获得一对中心粒──一个母中心粒和一个子中心粒。
2.着丝点
长期以来，着丝粒和着丝点这两个术语是作为染色体上纺锤体附着区域的同义语使用的。遗传学文献中多用着丝粒一词，而细胞学家多用着丝点一词。后来，在电镜下研究哺乳类染色体超微结构时发现，主缢痕两侧是一对三层结构的特化部位，认为是非染色质性质物质的附加物，称为着丝点(图2-10)。在主缢痕区存在着丝粒，由此把染色体分成二臂。着丝粒的两侧各有一个蛋白质构成的三层的盘状或球状结构，称为着丝点。着丝点与纺锤体的纺锤丝连接，与染色体移动有关。在分裂前期和中期，着丝粒把两个姐妹染色单体连在一起，到后期两个染色单体的着丝粒分开，纺锤丝把两条染色单体拉向两极。并非有丝分裂各个时期，或各种生物的染色体，都有这种分化的结构。

图 2-10 中期染色体上的着丝点
(示着丝点分为内、中、外三层，上面附着有微管)
细胞质分裂  广义说来，有丝分裂应该包括细胞质分裂。但是，也可以把细胞质分裂看做是一个单独的阶段。
大多数真核生物的细胞质分裂是与核分裂协调进行的，细胞质分裂起始于中后期。细胞质分裂面一般总是和纺锤体的赤道面一致，其方向约在核分裂中期就已确定。如果在中期时用离心法改变细胞的纺锤体的正常位置，细胞分裂面方向并不随之改变。但是，如果在中期之前改变纺锤体的位置，细胞质分裂面的方向也就随着发生改变。
动物细胞在进行细胞质分裂时，先是在要形成分裂面处的细胞质收缩，环细胞表面出现一条窄的凹沟，这条沟叫做分裂沟。分裂沟环绕细胞表面一圈，使细胞呈哑铃状。它的形成和细胞膜下方的细胞质微丝有关系。
植物细胞因为有细胞壁，它的分裂方式不同于动物细胞(有花植物的花粉粒的成熟分裂与动物细胞一样，形成分裂沟)，最主要的差别是植物细胞在进行细胞质分裂时，有细胞板的形成。细胞板产生于晚后期或早末期。
无丝分裂  关于无丝分裂的问题，长期以来就有不同的看法。有些人认为无丝分裂不是正常细胞的增殖方式，而是一种异常分裂现象；另一些人则主张无丝分裂是正常细胞的增殖方式之一，主要见于高度分化的细胞，如肝细胞、肾小管上皮细胞、肾上腺皮质细胞等。
无丝分裂是最早发现的一种细胞分裂方式，早在1841年就在鸡胚的血细胞中看到了。因为分裂时没有纺锤丝出现，所以叫做无丝分裂。又因为这种分裂方式是细胞核和细胞质的直接分裂，所以又叫做直接分裂。
无丝分裂的早期，球形的细胞核和核仁都伸长，然后细胞核进一步伸长呈哑铃形，中央部分狭细。最后，细胞核分裂，这时细胞质也随着分裂，并且在滑面型内质网的参与下形成细胞膜。在无丝分裂中，核膜和核仁都不消失，没有染色体的出现，当然也就看不到染色体复制的规律性变化。但是，这并不说明染色质没有发生深刻的变化，实际上染色质也要进行复制，并且细胞要增大。当细胞核体积增大一倍时，细胞核就发生分裂，核中的遗传物质就分配到子细胞中去。至于核中的遗传物质DNA是如何分配的，还有待进一步的研究。
原核细胞的DNA复制和细胞质分裂原核细胞的分裂包括两个方面：(1)细胞DNA的复制和分配，使分裂后的子细胞能得到亲代细胞的一整套遗传物质；(2)细胞质分裂，把细胞基本上分成两等份。
原核细胞的DNA分子是环状的，无游离端。在一系列酶的催化下，经过解旋和半保留式复制，形成了两个一样的环状DNA分子。复制常是由DNA附着在细胞膜上的部位开始(图2-11)。在DNA分子复制完成之后，便开始了细胞质分裂。当然，在开始分裂之前需要细胞生长，细胞的生长反映了细胞内按比例地合成一定量的结构蛋白酶。

图 2-11 细菌细胞DNA的复制和细胞分裂
细胞分裂时，先由一定部位开始。复制好的两个DNA分子仍与细胞膜相连；随着连接处的生长，把DNA分子拉开。在细胞中部，细胞膜环绕细胞发生内褶，褶中产生了新的壁物质，形成了隔(图2-12)。隔不断向中央生长延伸，最后形成了将细胞隔为两部分的完整的隔。隔纵裂为二，把母细胞分成了大致相等的两个子细胞。

图 2-12 细菌细胞的结构
原核细胞的“染色质体”  原核细胞没有真正的染色体。原核细胞的拟核主要由DNA大分子组成。例如大肠杆菌的拟核由三种成分组成：DNA约占60%～70%，RNA约占30%，蛋白质(主要是RNA聚合酶)约占1%。原核细胞的DNA大分子有时也叫做“染色质体”或“染色体”。