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高一生物集体备课-6-1细胞的增殖

[日期:2012-06-24]   来源:生物百花园  作者:生物百花园   阅读:543[字体: ]

细胞像生物体一样,也要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老、死亡的过程。本章沿着细胞的生命历程这条主线,既介绍了细胞的增殖、细胞的分化、细胞的衰老和凋亡等正常的生理过程,也介绍了给人类健康造成巨大威胁的细胞癌变。

本章教材分析

一、教学目的要求

知识方面

1.简述细胞的生长和增殖的周期性。

2.概述细胞有丝分裂的过程。

3.描述细胞的无丝分裂。

4.说明细胞的分化。

5.举例说明细胞的全能性。

6.描述细胞衰老的特征。

7.说出细胞凋亡与死亡的区别。

8.说出癌细胞的主要特征。

情感态度与价值观方面

1.探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系,关注老年人的健康状况。

2.讨论恶性肿瘤的防治,选择健康的生活方式。

能力方面

1.模拟探究细胞表面积与体积的关系,探讨细胞不能无限长大的原因。

2.使用高倍显微镜观察根尖分生组织细胞的有丝分裂。

3.进行有关干细胞研究进展和应用的资料搜集和分析。

4.进行与社会老龄化相关的问题的资料搜集和分析。

5.运用资料分析的方法,讨论健康的生活方式与癌症防治的关系。

二、 教学内容的结构和特点

(一)教学内容的结构
(二) 教学内容的特点

本章共分4节:《细胞的增殖》《细胞的分化》《细胞的衰老和凋亡》《细胞的癌变》。这4节的内容基本上是按细胞生命历程的发展顺序安排的,先讲细胞的增殖,再讲细胞的分化,然后讲细胞的衰老和凋亡,最后一节所讲述的细胞的癌变实际上是细胞的生命历程出现异常可能导致的一种严重后果。

第1节《细胞的增殖》首先让学生了解细胞增殖的必要性,再来学习细胞增殖的方式。多细胞生物体体积的增大,即生物体的生长,既靠细胞生长增大细胞的体积,还要靠细胞分裂增加细胞数量。这是因为细胞不能无限长大。细胞为什么不能无限长大呢?教科书让学生通过探究细胞大小,即细胞表面积与体积之比,与物质运输效率之间的关系,探讨细胞不能无限长大的原因。这是一个模拟的探究实验,操作过程比较简单,但是实验后的讨论题却有相当的思维力度,需要学生开动脑筋思考,并且要用联想的方法将模拟实验的结果迁移至真实的细胞,思考物质运输的效率与细胞大小之间是什么关系;为什么细胞越大,物质运输的效率越低;为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。可能有的老师觉得这么简单的实验让学生做没有必要,实际上在此前的教学中,已有学校将这一实验引入高中课堂,教学效果说明学生动手与不动手大不一样。亲身参与、感性认识会提高学生思考的活跃程度,激发求知欲,学生会讨论得很热烈,时常会出现不同观点的论争。这种亲历探究、生生互动的教学场景正是今天提倡的探究性学习所需要的,教师应给予足够重视。通过模拟实验,学生理解了细胞体积越大,其相对表面积越小,细胞的物质运输的效率就越低,细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。但是限制细胞长大的因素并不仅限于此。例如,细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的扩大而增加的,如果细胞太大,细胞核的“负担”就会过重。教科书在模拟实验之后,安排了一段文字,对这个问题进行了补充说明。

既然细胞越小,细胞表面积相对就越大,细胞的物质运输的效率就越高,细胞体积不是越小越好吗?学了这部分内容,学生可能会产生这样的疑问。逆向思维将有助于对问题的理解。因而教科书在旁栏的“批判性思维”中把这个问题提了出来,以培养学生批判性思考的能力。由于这个问题有一定的思维难度,因此,教科书给了一些必要的提示,如有人估计完成细胞的各项功能至少需要100种酶,每个酶促反应需占有直径约50 nm的空间,每个核糖体直径为10~20 nm等。当然学生还可以搜集、列举更多的证据来支持自己的观点。开放式的教学模式和学习方式也是这次课程改革所提倡的。

由于细胞不能无限长大,多细胞生物体体积的增加还有赖于细胞增殖。细胞增殖和细胞分裂是两个不同的概念,细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。真核细胞分裂的方式有3种:有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式,本节重点介绍有丝分裂,简要介绍无丝分裂。减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂,它与有性生殖细胞的形成有关。有关减数分裂的内容安排在《遗传与进化》的相关章节中让学生学习。

细胞增殖是通过细胞周期实现的。一个细胞周期包括两个阶段:分裂间期和分裂期。细胞在分裂之前必须进行各种必要的物质准备,然后才能进行细胞分裂。细胞分裂前重要的物质准备之一是遗传物质DNA的复制,DNA的复制必须正确和彻底,否则可能导致细胞死亡,或者细胞周期调控紊乱,如细胞恶性增殖和肿瘤发生。除了遗传物质的准备之外,所有其他细胞物质也必须进行积累,这些物质的积累如果不及时,有时也会危及细胞的生存。可见,细胞分裂的物质准备过程是一个十分复杂而又必须精确进行的生命活动过程,同时,分裂间期还包括细胞的适度生长。在以前的教学中,教师往往把重点放在对有丝分裂过程的详细介绍上,要求学生理解并熟记有丝分裂过程中染色体行为和数目的变化,这固然很重要。但是为细胞分裂进行活跃的物质准备的分裂间期也应该引起学生重视,以便学生对细胞的生命周期形成完整的认识。“图6-1有丝分裂细胞周期”和“表6-1不同细胞的细胞周期持续时间”,提示学生注意分裂间期在细胞周期中所占时间的比例,反映出分裂间期在细胞周期中的重要性。

高中生物必修1教师教学用书第6章细胞的生命历程关于有丝分裂过程的教学,老师们都很熟悉了,与原来的高中教材相比,新教材对这一问题的叙述,基本没有什么变化。仍然是分为前期、中期、后期、末期四个时期叙述,突出这四个时期中染色体行为和数目的变化。首先以植物细胞为例详细地介绍这一过程,然后再采取对比的方法,列举动物细胞有丝分裂的过程与植物细胞的不同点。最后归纳有丝分裂的重要意义。

无丝分裂的过程比较简单,这种分裂方式也不是很常见,因而教科书只用一小段文字和一幅图做了简单介绍。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。有关无丝分裂的不同观点,教师可根据教学情况的需要,适当补充介绍。

《观察根尖分生组织细胞的有丝分裂》是一个经典的高中生物学实验,从实验要求来说与以前变化不大。为了便于学生操作,增强操作步骤的目的性和条理性,教科书的实验指导在装片制作这一步,把装片制作的过程、方法、所需时间和操作的目的用列表的形式展示出来。本实验增加的一个内容,是让学生学习记录细胞周期不同时期的细胞数,通过统计每一时期的细胞数与计数细胞总数的比值,比较细胞周期不同时期的时间长短。这里运用了间接转换的方法。因为学生并没有真正记录下细胞周期不同时期的时间,而是根据得到的每一时期的细胞数与计数细胞总数的比值,来比较细胞周期不同时期的时间长短。这种思维上的转换有一定难度,是对学生想像力的一种挑战。

第2节是《细胞的分化》。关于细胞分化,课程标准的要求是“说明细胞的分化”和“举例说明细胞的全能性”,这都是“理解”水平的要求;课程标准建议开展的学生活动是“搜集有关干细胞研究进展和应用的资料”。细胞分化是多细胞生物体发育的基础与核心。鉴于细胞分化的重要性,课程标准从知识层面对细胞分化的学习内容提出了比较高的要求。本节内容是这样安排的:先介绍什么是细胞分化,细胞分化对多细胞生物体的发育有什么重要意义;再介绍已经分化的细胞,仍然可能具有发育为完整个体的潜能,即具有全能性;最后安排“干细胞研究进展与人类健康”的资料搜集与分析活动。

本节的问题探讨是从与白血病及其治疗有关的问题开始的。学生对白血病并不陌生,媒体上经常有号召大家向白血病患儿献爱心,捐款、捐骨髓的报道。但是学生不知道为什么给白血病患者捐献的是骨髓,而不是血液。问题探讨紧扣学生有一定经验基础但是又疑惑不解的问题,引导学生展开本节的学习,旨在吸引学生的注意力,提高学生的学习兴趣。

细胞分化是指在个体发育中,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。在这个概念中,“稳定性差异”这几个字,内涵很深刻,也是学生不好理解的。因此,教科书在关于细胞分化的概念的叙述上,不是采取演绎式写法,而是采取归纳式,从动植物体胚胎发育的具体事例入手,帮助学生理解什么是细胞分化。动物胚胎发育的过程,以红细胞和心肌细胞的分化为例;植物胚胎发育的过程,以叶肉细胞、表皮细胞和贮藏细胞的分化为例。通过这些实例,帮助学生理解早期胚胎中彼此相似的细胞,经过分裂和分化,发育为形态、结构和功能上不相同的细胞,这一变化过程是持久性的,一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。

为了帮助学生更好地理解细胞分化的重要意义,教科书在旁栏设置了“想像空间”:大家今天都是高中生,将来可能从事各种职业。想一想,现代社会中有多少种职业?如果没有职业分工,社会的运转状况是怎样的?你个人的生活会与现在有什么不同?在这个“想像空间”里,将高中生与早期胚胎细胞类比,将职业与生物体内各类细胞承担的生理功能类比,引导学生想像如果没有细胞分化,多细胞生物体内将是怎样的状况,从而加深对细胞分化重要意义的理解。

细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成,而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。但是学生没有学过基因表达,无法理解基因的选择性表达是怎么回事。为了让学生对细胞分化的认识能够深入到本质,即基因水平,而不只是停留在表面现象,即不同类群细胞形态、结构和功能的差异上,教科书先设问:“就一个个体来说,各种细胞具有完全相同的遗传信息,但形态、结构和功能却有很大差异,这是怎么回事呢?”然后以红细胞和肌细胞中,血红蛋白基因和肌动蛋白基因所处的开、关状态不同为例,解释在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息执行情况不同,导致细胞形态、结构、功能上的差异。通过具体的事例,帮助学生理解基因的“选择性”“表达”。

紧接着提出下一个问题:高度分化的细胞,还能像早期胚胎细胞那样,再分化成其他细胞吗?由此引入对“细胞的全能性”的学习。

对细胞的全能性的学习,是从1958年美国科学家斯图尔德的胡萝卜组织培养实验开始的,这是一个经典的植物组织培养的实验,也是说明高度分化的植物细胞仍然具有发育上的全能性的例子。用这个例子解释细胞的全能性,学生比较容易接受。那么动物和人体内有没有具有分裂和分化能力的细胞呢?在这个问题下,教科书引出了干细胞的概念。在个体发育过程中,通常把那些具有自我复制能力,并能在一定条件下分化形成一种以上类型细胞的多潜能细胞称为干细胞。这样的概念虽然很严谨,但是太专业,学术味儿太浓,学生不容易理解。因此,教科书采用了高中学生能够接受,又不失科学性的语言,深入浅出地给学生解释什么是干细胞。近年来哺乳动物胚胎干细胞的分离成功,极大地促进了人们对干细胞的认识,并使干细胞的研究成为生物医学研究的热点领域之一。干细胞的研究为替换病变的组织和器官、某些癌症和遗传病的治疗带来了新的希望。教科书安排的“资料搜集和分析”活动,鼓励学生通过报纸、刊物、书籍、互联网等途径搜集有关干细胞研究进展的资料,在关注与人类健康密切相关的生物学热点问题的同时,培养资料搜集和分析能力,以及表达与交流的能力。

第3节《细胞的衰老和凋亡》,课程标准的要求是“探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系”。学生熟悉的是个体的衰老,细胞的衰老是看不见的,那么个体衰老与细胞衰老有什么关系呢?细胞衰老有哪些表现呢?细胞衰老的原因是什么?细胞都要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老、死亡的过程,细胞的凋亡与死亡有什么关系?这一连串的问题构成了本节内容的主线。

衰老是生物界的普遍现象。学生每天都会遇到许多老年人。本节的“问题探讨”,围绕学生熟悉的衰老现象,引导学生讨论关于衰老的问题。“问题探讨”所配的小图,是一幅老年人在晨光中锻炼的生机勃勃的图景,其寓意是身体的衰老不等同于心理的衰老,老年人的生活也应该是丰富多彩的,我们不仅应该关心老年人的身体健康,还应该为他们营造高质量的生活环境。个体衰老与细胞衰老的关系,学生并不是很清楚。许多学生会认为细胞衰老就会导致个体衰老。对于单细胞生物来说,的确如此。但是对于多细胞生物,生物体内每时每刻都在进行新陈代谢,都有细胞衰老或死亡,也都有新细胞在产生。在旁栏的相关信息里,教科书以人为例,介绍了人体细胞的更新率,以及几类细胞的寿命。当然从总体上看,个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。

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。教科书从细胞形态、结构和生理功能等几个方面的变化介绍了细胞衰老的特征。

细胞衰老的原因很复杂,目前对细胞衰老机理的阐明仍处于假说阶段。教科书以小字的形式介绍了目前为大家普遍接受的自由基学说和端粒学说,供学生选学。

在关于细胞衰老的学习内容里,教科书安排了“资料搜集和分析”,请学生通过查阅报刊、上互联网,或者走访政府有关部门(如劳动和社会保障部门、卫生部门)和养老院等方式,搜集有关社会老龄化的资料,讨论与社会老龄化相关的问题。这一活动,旨在引起学生对老年人的关心,对人口老龄化给家庭、社会和国家以及老年人自身带来的一系列新问题的思考,渗透情感态度价值观教育。

细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,是一种自然的生理过程。这与细胞坏死是不同的。细胞坏死是在种种不利因素影响下,由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。平时所说的细胞死亡是笼统的叫法,是对细胞凋亡和细胞坏死的统称。为了帮助学生更好地理解细胞凋亡与细胞坏死的区别,理解细胞凋亡是自然的生理过程,教科书从实例出发,以人在胚胎发育过程中尾的消失,蝌蚪尾的消失,以及胎儿手发育的过程中五个手指的分开为例,引导学生认识细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,并且认识正常生理状态下的细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育,维持内环境稳定,以及抵御外界各种因素的干扰所起的重要作用。

第4节《细胞的癌变》,课程标准的要求是“说出癌细胞的主要特征,讨论恶性肿瘤的防治”,活动建议是“搜集恶性肿瘤防治方面的资料”。因此本节安排了癌细胞的主要特征、致癌因子等内容。考虑到第3节《细胞的衰老和凋亡》已经让学生自己搜集与社会老龄化有关的问题的资料,本节不再安排资料搜集活动,而是改为“资料分析──健康的生活方式与防癌”。

本节的“问题探讨”从学生熟悉的日光浴引入,让学生讨论晒太阳的利与弊,从而引起学生思考:“为什么臭氧层破坏会导致皮肤癌患者增多?”由此引入细胞癌变的学习。首先介绍什么是癌细胞;然后介绍癌细胞在形态、结构及增殖等方面与正常细胞的相异之处,即癌细胞的特征;再列举三类致癌因子:物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子,并介绍致癌因子导致细胞癌变的原因,引入对“健康的生活方式与防癌”的资料分析和讨论。

虽然癌症是威胁人类健康最严重的疾病之一,说到癌症,人们都不寒而栗。但是经过漫长的与癌症作斗争的探索之路,科学家已经找到了一些诊断和治疗癌症的方法,不少癌症患者通过治疗而康复。本节最后一段,以昂扬向上的语调,表达科学技术的进步,将最终帮助人类攻克癌症,在潜移默化中对学生进行爱科学、努力学习科学文化知识的教育。

第4节之后,教科书安排了“与生物学有关的职业──医院里的检验师”。这个阅读资料不仅介绍了检验师的职业性质和主要任务,让学生了解检验师这个职业与生物学的关系;同时也谈到检验师应具备的素质和学历要求,使学生认识到学习知识、发展能力的重要性,以及从事任何工作都应具备的严谨、踏实的工作态度和工作作风。检验师的工作看似枯燥,又默默无闻,但是责任重大、意义非凡,关于这一职业的乐趣的描述,渗透了情感态度价值观的教育。希望学生能从中悟出,工作无高低贵贱之分,每一项工作都有它独特的社会价值,像医院里的检验师这样的工作人员,虽然从事的工作默默无闻,也同样值得人们尊敬。

三、与学生经验的联系

学生在初中学过“细胞通过分裂产生新细胞” “受精卵通过细胞分裂和分化,形成组织、器官(、系统),发育为多细胞的生物体”等内容;有关癌症的知识,学生也有所了解,但是都了解得很浅,没有深入到细胞分裂的过程、细胞分化的机制和细胞癌变的机理的水平。而对这些问题的深入认识,正是本章要学习的内容。教师在教学时,可以利用学生初中的知识基础,通过适当的教学策略,实现知识的迁移,使新知识有效地整合进学生原有的知识网络中,使学生头脑中的知识体系得到丰富和发展。

本章中有关细胞的衰老、癌变、干细胞研究等问题,都是现代社会人们关注的热点问题。教科书在编写时,已注意联系日常生活,联系学生的经验。希望教师在教学时也能予以注意,使学生感受到科学知识与社会的密切联系,所学知识在现实生活中有用武之地。

四、与其他章的联系

本章的学习,是学生从前面几章了解了细胞生命系统的物质组成、结构和功能之后,来认识细胞这个系统的产生、发展和消亡的过程的,因此,本章的学习需要以前几章的内容作基础。

细胞增殖、细胞分裂、细胞周期、有丝分裂等概念与《遗传与进化》一书中有关减数分裂的内容联系很密切,是学生学习减数分裂的基础。

本章内容也是学生学习后续必修模块和选修模块的基础。

第1节 细胞的增殖

 

一、 教学目标
1.简述细胞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。

3.描述细胞的无丝分裂。

4.模拟探究细胞大小与物质运输的关系,探讨细胞不能无限长大的原因。

二、教学重点和难点

1.教学重点

(1)细胞生长和增殖的周期性。

(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,各个时期染色体行为和数目的变化,以及DNA数量的变化。

三、教学策略

本节教学内容可安排2课时,包括讲课和2个学生实验。本节安排了模拟探究细胞大小与物质运输的关系的实验,目的是使学生知道模拟的方法也是科学研究的方法之一。教师应当采取引导学生通过探究活动主动学习的教学模式。

本节应重点以植物细胞有丝分裂过程为例学习有丝分裂的知识。还要注重对各种课程资源的选择、整合和优化。可事先用吹塑板做成细胞和染色体模型,两人一组,教师边讲解边在黑板粘贴有丝分裂各时期剪贴图,同时学生在课桌上的细胞模型中用染色体模型操作。最后通过电教手段把动态的植物细胞有丝分裂过程再现出来。强调细胞分裂的各时期是为了研究方便人为划分的,实际上有丝分裂是一个动态的连续过程。传统的教学方式与现代教学手段相结合,既让学生感受细胞分裂过程的动态性和连续性,又能克服电教手段转瞬即逝的弊端。通过剪贴图和染色体行为的模型建构,突出了探究学习,有利于学生知识的建构。

在讲述动物细胞有丝分裂时,可把动植物细胞有丝分裂全过程同时呈现出来。让学生观察对比,归纳出相同点和不同点。在这里,教师可进一步引导学生归纳动植物细胞有丝分裂的共同特征即有丝分裂的实质:亲代细胞的染色体经过复制后,平均分配到两个子细胞中去,从而保持了遗传物质的稳定性,使学生理解有丝分裂对生物遗传的重要意义。

对无丝分裂和减数分裂的处理,按教材内容讲述即可,不宜过多发挥。

观察根尖分生组织细胞的有丝分裂实验,考虑到装片的制作和观察的难度和效果,教材处理为验证性实验。如果具有洋葱根尖有丝分裂过程的数码显微摄像的课程资源,教师也可大胆尝试,进行知识发生过程式教学。先做实验,创造和再现科学家发现细胞有丝分裂的条件和工作过程,获得感性认识后,再进行理性的思考,把拍摄到的静止图像,按照想像的细胞分裂过程图像的正常顺序排序,把学生已形成的细胞分裂静态图像转化为连续的动态画面,突出学生的主动探究。

关于实验“细胞大小与物质运输的关系”的教学,提出以下建议。

1.准备

上课前一天,准备足够的酚酞琼脂块。酚酞琼脂块的制备方法:每升水加30 g琼脂,不断搅拌下煮沸。在它冷却固化前,加1 g酚酞,并搅拌使之充分混合。若混合物呈粉红色,加数滴质量分数为0.1%的盐酸至粉红色退去。将混合物放在平底浅盘中,使混合物高度约为3 cm。琼脂固化后,将其切成3 cm×3 cm×6 cm的小块。

2.教学策略

建议引导同学先设计模拟实验的方案,然后再讨论各种方案的可行性,最后实施教材提供的方案。

3.注意事项

酚酞是白色粉末,无臭,如果接触某些人的皮肤会引起过敏反应。因此,在准备实验材料时,最好戴橡皮手套。

氢氧化钠是白色粒状或片状物质,无臭,有腐蚀性,接触眼睛或皮肤可引起剧痛或烧灼感,如果人吸入氢氧化钠的粉尘会造成对呼吸道的严重伤害,如果不慎让氢氧化钠入口会使消化道严重受伤。急救措施:立即用大量水冲洗15 min;喝大量水,继之以稀醋或果汁;立即就医。废液的处理:废液滴加盐酸中和,然后可作为无害物倒掉。

关于实验“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”的教学,提出以下建议。

1.准备

洋葱根尖的培养。培养洋葱生根时,避免用新采收的洋葱,因为这种洋葱尚在休眠,不易生根。如果必须用当年刚收的新洋葱生根,则应设法打破它的休眠。常用的方法是用低浓度的赤霉素溶液浸泡洋葱鳞茎的底盘,这样可以促使其生根。

对于前一年收下的洋葱,可以采用如下方法促使它生根。选择底盘大的洋葱做生根材料;剥去外层老皮,用刀削去老根(从底盘中央向四周削),注意不要削掉四周的根芽;培养时注意每天换水1~2次。如果班级较多,为了防止后来的班级所用的洋葱根长得过长,可以放入冰箱(4 ℃左右)保存。

2.教学策略

实验前教师应讲解实验成功的关键。解离充分是实验成功的必要条件。解离充分,组织才能分散,细胞也不会重叠。染色时,染液的浓度和染色的时间必须掌握好,特别是染色不能过深,否则不易观察。压片时用力必须适当,过重会将组织压烂,过轻则细胞未分散,二者都将影响观察效果。

制作装片过程中空隙时间的利用。解离、漂洗、染色三个步骤中,都有一段等待的时间,教师应该充分利用这些空隙时间。建议讲解以下内容:洋葱根尖的培养方法,取材时间,解离和漂洗的目的和方法,分生区细胞与其他区细胞的区别等。

教给学生观察要领。让学生观察时,强调先用低倍镜观察,再转高倍镜观察,切忌直接使用高倍镜。

增加演示实验。学生自己制作的装片,由于诸多原因,观察效果常都不理想。教师可在实验课前准备5台示范镜,分别示范有丝分裂固定装片中间期、前期、中期、后期、末期5个不同时期。

3.注意事项

解离时,也可将剪取的2~3 mm洋葱根尖浸入浓盐酸和体积分数为95%的酒精各半的混合液中,浸20~30 min。这样根尖被固定,细胞间质被溶解,细胞容易分离。

染色时,也可用紫药水取代龙胆紫溶液,但浓度不宜过大。可将紫药水稀释,即2~3滴清水中加入一滴紫药水。

压片时,仅靠用手指轻按,不易将根尖细胞分散开。可将染色后的洋葱根尖用小刀压平,或用铅笔带橡皮的一端稍用力压,这样才能使细胞分散,并且便于平放盖玻片。

四、答案和提示

(一)问题探讨

1.象与鼠相应器官和组织的细胞大小无明显差异。

2.生物体的生长,既靠细胞分裂增加细胞的数量,还要靠细胞生长增大细胞的体积。

(二)实验1

1.当NaOH与含酚酞的琼脂块相遇时,其中的酚酞变成紫红色,这是常用的检测NaOH的方法,从琼脂块的颜色变化就知道NaOH扩散到多远;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。

2.根据球体的体积公式V=4/3πr3,表面积公式S=4πr2,计算结果如下表。

细胞直径
(μm)
表面积
(μm2)
体积
(μm3)
比值(表面积/体积)

20
1 256
4 187
0.30

30
2 826
14 130
0.20
 


3.细胞越大,物质运输的效率越低,所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。细胞越大,需要与外界环境交流的物质越多;但是细胞体积越大,其表面积相对越小,细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了,所以物质运输的效率越低。

(三)实验2

1.间期的细胞最多。因为间期时间最长。

2.每一时期的时间=洋葱的细胞周期(12 h)×每一时期的细胞数占计数细胞总数的比例

(四)批判性思维

细胞体积的最小限度,是由完成细胞功能所必须的基本结构(如核糖体)和物质(如酶)所需要的空间决定的。

(五)旁栏思考题

有丝分裂的丝指的是纺锤丝。

(六)技能训练

提示:限制细胞长大的因素主要有两方面。1.细胞表面积与体积的比。原生动物细胞中的伸缩泡就是增大膜表面积与体积的比。2.细胞的核质比,细胞核所控制的细胞大小与核的大小成比例。所以像草履虫这样个体较大的细胞有两个细胞核,保证正常的核质比。

(七)练习

基础题

1.C。 2.A。 3.D。 4.C,E。 5.B。

拓展题

1.提示:卵细胞的卵黄中贮存了大量营养物质,卵裂初期所需的营养物质由卵黄提供,不是靠细胞外物质的输入;细胞的表面积与体积之比限制细胞的物质运输,而卵细胞内部储存了大量的营养物质,可以长得比较大。

五、参考资料

1.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。

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。

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。

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。

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。

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22)。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。

3.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。
 


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