多形式、多角度詮釋細(xì)胞周期
?王麗萍
摘? 要? ?細(xì)胞分裂是一個(gè)十分復(fù)雜而又精確的生命過(guò)程。從一次細(xì)胞分裂結(jié)束開(kāi)始，經(jīng)過(guò)物質(zhì)積累過(guò)程，直到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止，是一個(gè)細(xì)胞周期。本文以多種形式，多角度詮釋了細(xì)胞周期的概念和特點(diǎn)，以此提升學(xué)生對(duì)細(xì)胞周期這個(gè)難點(diǎn)知識(shí)的理解
關(guān)鍵詞? ?細(xì)胞周期?? 實(shí)驗(yàn)法?? 扇形圖? 直線圖? 曲線圖? 柱形圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂具有周期性。細(xì)胞周期是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次分裂結(jié)束時(shí)起，到下一次分裂結(jié)束為止的一段時(shí)期。在一個(gè)細(xì)胞周期中，細(xì)胞發(fā)生了一系列復(fù)雜的變化，其中特別是DNA的容量經(jīng)過(guò)復(fù)制增加了一倍，后精確地平均分配到2個(gè)子細(xì)胞中。一個(gè)細(xì)胞周期分為兩個(gè)階段：分裂間期和分裂期。細(xì)胞周期的大部分時(shí)間處于分裂間期，大約占細(xì)胞周期的90～95%，分裂間期結(jié)束后進(jìn)入分裂期，分裂期是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，為了研究的方便，人們將分裂期人為劃分為前、中、后、末四個(gè)時(shí)期。細(xì)胞周期的知識(shí)在各地高考試卷中也屢見(jiàn)不鮮，在教學(xué)過(guò)程中，為了清晰地讓學(xué)生理解細(xì)胞周期的概念和特點(diǎn)，本人采用多種形式，從多角度來(lái)詮釋細(xì)胞周期，并配上相應(yīng)的例題，起到了舉一反三的作用，學(xué)生對(duì)細(xì)胞周期的理解也尤為深刻。
1? 實(shí)驗(yàn)法
1.1? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析
以體外細(xì)胞培養(yǎng)為例，簡(jiǎn)單介紹用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定細(xì)胞周期過(guò)程。首先，應(yīng)用3H-TdR短期飼養(yǎng)細(xì)胞，數(shù)分鐘至半小時(shí)后，將3H-TdR洗脫，置換新鮮培養(yǎng)液并繼續(xù)培養(yǎng)。隨后，每隔半小時(shí)或1小時(shí)定期取樣，作放射自顯影觀察分析，從而確定細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的長(zhǎng)短。
經(jīng)3H-TdR短暫標(biāo)記后，凡是處于S期的細(xì)胞均被標(biāo)記。置換新鮮培養(yǎng)液后一定時(shí)間，被標(biāo)記的細(xì)胞將陸續(xù)進(jìn)入M期。最先進(jìn)入M期的標(biāo)記細(xì)胞是被標(biāo)記的S期最晚期細(xì)胞。所以從更換培養(yǎng)液開(kāi)始，到被標(biāo)記的M期細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)為止，所經(jīng)歷的時(shí)間為G2期時(shí)間。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)，到其所占M期細(xì)胞總數(shù)的比例達(dá)到最大值時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間為M期時(shí)間。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞數(shù)占M期細(xì)胞總數(shù)的50%開(kāi)始，經(jīng)歷到最大值，再下降到50%，所經(jīng)歷的時(shí)間為S期時(shí)間。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)并逐漸消失，到被標(biāo)記的M期細(xì)胞再次出現(xiàn)，所經(jīng)歷的時(shí)間為一個(gè)細(xì)胞周期總時(shí)間。一個(gè)細(xì)胞周期總時(shí)間減去G2、M、S期時(shí)間后所剩余的時(shí)間為G1期時(shí)間。
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1.2? 例題（上述實(shí)驗(yàn)的改編題）
(2010年江蘇高考題)細(xì)胞周期包括分裂間期(分為G1期、S期和G2期)和分裂期(M期)。下圖標(biāo)注了甲動(dòng)物(體細(xì)胞染色體數(shù)為12)腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞周期各階段的時(shí)長(zhǎng)及DNA含量。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
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(1)若用含放射性同位素的胸苷(DNA復(fù)制的原料之一)短期培養(yǎng)甲動(dòng)物腸上皮細(xì)胞后，處于S期的細(xì)胞都會(huì)被標(biāo)記。洗脫含放射性同位素的胸苷，換用無(wú)放射性的新鮮培養(yǎng)液培養(yǎng)，定期檢測(cè)。預(yù)計(jì)最快約________h后會(huì)檢測(cè)到被標(biāo)記的M期細(xì)胞。
(2)從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)到其所占M期細(xì)胞總數(shù)的比例達(dá)到最大值時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間為_(kāi)_______期的時(shí)間，處于該期的一個(gè)細(xì)胞中染色體數(shù)目的變化情況是________。
(3)若向甲動(dòng)物腸上皮細(xì)胞培養(yǎng)液中加入過(guò)量胸苷，處于S期的細(xì)胞立刻被抑制，而處于其他時(shí)期的細(xì)胞不受影響。預(yù)計(jì)加入過(guò)量胸苷約________h后，細(xì)胞都將停留在S期。
(4)乙動(dòng)物腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)長(zhǎng)為24 h，M期時(shí)長(zhǎng)為1.9 h。若要在顯微鏡下觀察細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中染色體形態(tài)的變化，選用________(填“甲”或“乙”)動(dòng)物腸上皮細(xì)胞更合適。
(5)在光學(xué)顯微鏡下觀察，同處于分裂末期的動(dòng)物腸上皮細(xì)胞與洋蔥根尖細(xì)胞，形態(tài)上最主要的區(qū)別是____________________________。
答案：(1)2.2 (2)M 12―→24―→12 (3)7.4 (4)甲?? (5)動(dòng)物腸上皮細(xì)胞膜凹陷，細(xì)胞縊裂；洋蔥根尖細(xì)胞形成細(xì)胞板
2? 扇形圖
2．1? 圖像
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2．2? 解析?
一個(gè)圓周代表一個(gè)細(xì)胞周期，分為分裂間期和分裂期，分裂間期分為G1、S、G2時(shí)期，分裂期劃分為前、中、后、末四個(gè)時(shí)期。在一個(gè)細(xì)胞周期中，分裂間期的時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于分裂期。本圖像直觀、清晰，重點(diǎn)突出了細(xì)胞周期的起、止點(diǎn)及時(shí)間分配。
2．3? 例題
如右圖表示細(xì)胞有絲分裂一個(gè)細(xì)胞周期，下列說(shuō)法正確的是??? ???????????
①甲→乙的過(guò)程表示分裂間期? ②乙→甲的過(guò)程表示分裂間期
③一個(gè)細(xì)胞周期是指甲→甲的全過(guò)程
④一個(gè)細(xì)胞周期是指乙→乙的全過(guò)程
A．①③?????? B．②④????? C．③④????? D．①②
答案：B
3? 直線圖
3．1? 圖像
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3．2? 解析
?? ?圖中a+b或c+d代表一個(gè)細(xì)胞周期，a、c代表一個(gè)細(xì)胞周期的分裂間期，是一個(gè)細(xì)胞周期的準(zhǔn)備期，所以不能用b+c來(lái)代表一個(gè)細(xì)胞周期。本圖像重點(diǎn)突出分裂間期和分裂期的時(shí)間分配，及作為準(zhǔn)備階段的分裂間期應(yīng)該在分裂期的前面。
3．3? 例題
連續(xù)分裂的細(xì)胞，相鄰的兩周期可用下圖表示，對(duì)此不正確的敘述是?????????????
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A. a + b → 一個(gè)細(xì)胞周期
B.a段的主要變化是DNA的復(fù)制及有關(guān)蛋白質(zhì)的合成
C.b + c → 一個(gè)細(xì)胞周期???????
D.d段主要完成遺傳物質(zhì)的平均分配
答案：C
變式訓(xùn)練：
科學(xué)家用15N的硝酸鹽作為標(biāo)記物浸泡蠶豆幼苗，追蹤蠶豆根尖細(xì)胞分裂情況，得到蠶豆根尖分生區(qū)細(xì)胞連續(xù)分裂數(shù)據(jù)如下，則下列敘述正確的是
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A．蠶豆根尖細(xì)胞分裂的一個(gè)細(xì)胞周期為19.3h
B．高爾基體、線粒體、葉綠體在蠶豆根尖細(xì)胞分裂過(guò)程中活動(dòng)旺盛
C．蠶豆根尖細(xì)胞的DNA分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最低的時(shí)期有0～2h、19.3～21.3h、38.6～40.6h
D．基因重組可發(fā)生在19.3～21.3h
答案：A
4? 曲線圖
4．1? 圖像
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4．2? 解析
在一個(gè)細(xì)胞周期中，細(xì)胞核中的DNA經(jīng)過(guò)間期地復(fù)制后，在分裂期精確地平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。圖像用DNA從2n→4n→2n的變化過(guò)程表示了一個(gè)細(xì)胞周期。特點(diǎn)：突出了細(xì)胞周期中DNA的變化規(guī)律，將細(xì)胞周期抽象化。
4．3? 例題
如下圖所示表示某生物細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中細(xì)胞核內(nèi)DNA含量變化的曲線。下列有關(guān)敘述正確的是???
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A．O～A段表示間期染色體復(fù)制，其含量加倍
B．O～A段表示間期DNA復(fù)制，其含量加倍
C．C～D段細(xì)胞核中染色體數(shù)：染色單體數(shù)：DNA分子數(shù)的比為1：2：2
D．O～E段代表一個(gè)細(xì)胞周期，E以后進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期
答案：B D
5．柱形圖
5．1? 圖像
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5．2? 解析
B的DNA含量在2C～4C之間，說(shuō)明細(xì)胞正處于DNA復(fù)制時(shí)期；C的細(xì)胞中DNA已經(jīng)加倍，說(shuō)明處于分裂期。特點(diǎn)：根據(jù)DNA的含量可以推斷該細(xì)胞處于什么時(shí)期，根據(jù)該時(shí)期細(xì)胞數(shù)目的多少可以推斷該時(shí)期在一個(gè)細(xì)胞周期中時(shí)間的長(zhǎng)短。
5．3? 例題
(2003年上海高考題)回答下面有關(guān)哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的問(wèn)題。
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（1）培養(yǎng)中的細(xì)胞其數(shù)目的增加和培養(yǎng)時(shí)間的關(guān)系如圖1。據(jù)圖讀出該細(xì)胞完成一個(gè)細(xì)胞周期所需要的時(shí)間（T）是______ 小時(shí)。
（2）從圖1的A點(diǎn)取出6000個(gè)細(xì)胞，測(cè)定每個(gè)細(xì)胞的DNA含量，結(jié)果如圖2。圖2的B、C、D中，表示處于S期的是______，表示處于G2和M期的是 ______，表示處于G1期的是______。
（3）若取樣的6000個(gè)細(xì)胞中，處于M期細(xì)胞的數(shù)目是300個(gè)，則處于S期和G2期的細(xì)胞數(shù)分別是_______和_______個(gè)。
（4）細(xì)胞周期中，完成各期所需時(shí)間的計(jì)算公式是 （N是取樣的總細(xì)胞數(shù)，n是各期的細(xì)胞數(shù)），則該細(xì)胞完成分裂期和間期的時(shí)間分別是_______和_______小時(shí)。
答案：（1）20? （2）C? D? B? （3）1500? 1200? （4）1? 19
變式訓(xùn)練：
（2006年四川卷高考題）細(xì)胞增殖過(guò)程中DNA含量會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)定一定數(shù)量細(xì)胞的DNA含量，可分析其細(xì)胞周期。根據(jù)細(xì)胞DNA含量不同，將某種連續(xù)增殖的細(xì)胞株細(xì)胞分為三組，每組的細(xì)胞數(shù)如圖。從圖中所示結(jié)果分析其細(xì)胞周期，不正確的是
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A．乙組細(xì)胞正在進(jìn)行DNA復(fù)制
B．細(xì)胞分裂間期的時(shí)間比分裂期長(zhǎng)
C．丙組中只有部分細(xì)胞的染色體數(shù)目加倍
D．將周期阻斷在DNA復(fù)制前會(huì)導(dǎo)致甲組細(xì)胞數(shù)減少
答案：D
總之，在生物教學(xué)的過(guò)程中，我們的教師若能夠多思考、多總結(jié)，對(duì)一個(gè)知識(shí)能夠從不同的角度加于分析，我們的課堂一定會(huì)更加豐富多彩，更富于創(chuàng)新，學(xué)生學(xué)起來(lái)也更有興趣，知識(shí)也更容易理解，更容易遷移。
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（本文發(fā)表于《中學(xué)生物學(xué)》2013年第6期）
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