高中生物教师用书 第1节 细胞的增殖

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30g琼脂，不断搅拌下煮沸。在它冷却固化前，加1g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3cm。琼脂固化后，将其切成3cm×3cm×6cm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15min；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2～3mm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20～30min。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11.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）20125641870.30302826141300.203.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21.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（12h）×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。2004-10-13   下载：