专题四细胞增殖与个体繁殖和个体发育1

【知识联系框架】【重点知识联系与剖析】一、细胞增殖的方式细胞增殖是生物体的重要生命特征，是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。1．有丝分裂细胞周期是指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。一个细胞周期分为细胞分裂间期和细胞分裂期两个时期，分裂期又人为地分为前期、中期、后期和末期。细胞分裂各时期的主要特征见表4-1。表4-1时期主要特征间期G1期转录大量的RNA和合成大量的蛋白质，为DNA复制作准备S期DNA复制，一个DNA分子复制出的两个DNA分子通过着丝点连在一起，与蛋白质结合形成2个姐妹染色单体G2期为进入分裂期作准备分裂期前期染色质转变成染色体；核膜解体，核仁消失；形成纺缍体中期着丝点排列在赤道板中央；染色体数目最清晰，形态最固定后期着丝点分裂，染色单体分裂，在纺缍丝牵引下移向细胞两极末期染色质转变成染色体；核膜重建，核仁出现；纺缍体解体；赤道板→细胞板→细胞壁在有丝分裂过程中染色体数目的变化情况是：间期虽进行了染色体的复制，但形成的2条姐妹染色单体通过一个着丝点连接在一起，并未真正成为2个染色体，我们在计数时还是看做是一个染色体。前期和中期均是每个染色体中包含有2条染色单体，到后期着丝点分裂，在纺锤丝的牵引下，染色单体彼此分开时，一个染色体真正变成了2个染色体，染色单体已不再称为染色单体而称为染色体了，此时细胞中染色体数目暂时增加一倍，末期结束时，子细胞中的染色体数目又恢复到与母细胞一样的水平，如图4-1曲线所示。在表示有丝分裂过程细胞内的染色体数目时一般用偶数表示，因为在整个有丝分裂过程都存在着同源染色体，没有减数分裂过程中同源染色体的联会配对形成四分体和同源染色体彼此分开的过程。图4-1细胞周期如果要表示一个细胞核中染色体数目的变化曲线，与一个细胞中的染色体数目变化曲线图略有不同，因为在末期形成了两个细胞核，但细胞尚未真正完全分开，所以一个细胞中的染色体与后期还是一样的，细胞一旦完全分开末期便宣告结束。对一个细胞核中的染色体数目变化曲线的理解就是在后期进入末期时染色体已完全实现了平均分配，所以末期一个细胞核的染色体是后期的一半，与前期和中期一样。如图4-2所示。图4-2细胞周期在有丝分裂过程中DNA含量的变化情况是：在间期的G1是进行DNA复制的准备期，此时主要是进行RNA的转录和有关蛋白质的合成，DNA尚未开始复制S期是DNA的复制期，但复制有一个过程，所以在图中用一斜线表示；S期结束时DNA含量比原来增加了一倍，此后一直到分裂结束，才减半到与母细胞一样的水平。如图4-3所示。图4-3一个细胞核中的染色体数目的变化曲线如图4-4所示。图4-4动物细胞的有丝分裂与植物细胞的有丝分裂相比较有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方表现在动植物细胞有丝分裂的实质是一样的，但由于动物细胞与植物细胞在结构上的差异，所以动植物细胞在有丝分裂的形式上有所不同。具体见表4-2。表4-2细胞类型相同点不同点间期后期末期前期末期植物细胞染色体复制着丝点分裂，染色单体彼此分开分裂的结果相同，即染色体平均分配细胞两极发出纺缍形成纺缍体赤道板位置形成细胞板，再形成细胞壁动物细胞同上同上同上中心体发出星射线形成纺缍体细胞中央向内凹陷，最后缢裂成2个细胞有丝分裂的实质是染色体经过复制后，平均地分配到2个子细胞中去。有丝分裂的意义是因为染色体上有遗传物质，因而在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。细胞分裂不是无限进行的，细胞分裂产生的子细胞有的继续分裂，进入下一个细胞周期。也有的暂时失去分裂能力，进入生长发育时期，最后形成某种成熟的组织，但当受到某种刺激时，又可恢复分裂能力，如植物的皮层细胞、叶肉细胞等；哺乳动物的上皮组织细胞等。也有的发育成高度分化成熟的组织，永远失去分裂能力，如哺乳动物的红细胞、被子植物的筛管细胞等。2．减数分裂只有进行有性生殖的生物体内才有进行减数分裂的原始生殖细胞。具有原始生殖细胞（性原细胞）的器官称为生殖腺，雌性动物是卵巢，雄性动物是睾丸。减数分裂是一种染色体只复制一次，而细胞却连续分裂2次的分裂方式，分裂的结果是子细胞中的染色体数目比性原细胞（或体细胞）减少了一半。对于减数分裂过程的理解要注意以下几点：一是染色体的复制时间在性原细胞发育成性母细胞的过程中，即在同源染色体联会之前早就已经复制完成了；二是联会发生在染色体缩短变粗的早期，发生联会的过程在光学显微镜下是看不到的，所以教材中的减数分裂图解表示联会的图中一个染色体中未画出2条染色单体；三是减数分裂第一次分裂的目的是同源染色体彼此分开实现染色体数目减半，在同源染色体彼此分开时非同源染色体之间要自由组合，同源染色体的染色单体之间还要发生交叉互换，这是三大遗传规律的细胞学基础；四是减数分裂第二次分裂的主要特征是着丝点分裂，实现染色单体彼此分开，所以分裂的结果是染色体数目未变，但DNA分子数减少一半；五是第二次分裂程的次级性母细胞的分裂类似有丝分裂过程，但与有丝分裂过程不同的是一般已不存在同源染色体。关于减数分裂和有丝分裂的比较，重点是减数分裂第二次分裂过程与有丝分裂过程的比较。①有丝分裂中期和减数分裂第二次分裂中期的比较：在有丝分裂过程中自始至终存在着同源染色体，而在减数分裂第二次分裂过程中不存在同源染色体。区分同源染色体的依据在高中生物阶段有两点：一是染色体的大小，同源染色体一般形成和大小相似或相同；二是着丝点位置，着丝点的位置有端着丝点，也有中间着丝点的，同源染色体的着丝点位置应是相同的。有丝分裂中期的图像特征是：染色体数目一般是偶数，染色体两两相同，每个染色体中有2个染色单体，着丝点排列在赤道板的中央。减数分裂第二次分裂中期的图像特征是：染色体数目有奇数，也有偶数，但找不到两两相同的染色体，即不是大小不同，就是着丝点位置不同，说明没有同源染色体，但每个染色体中还有2个染色单体，如图4-5所示。②有丝分裂后期和减数分裂后期分裂图像的比较，如图4-6所示。有丝分裂后期和减数分裂第二次分裂后期的共同特征是：着丝点分裂，每个染色体的2条染色单体彼此分开成为2条染色体，在纺缍丝的牵引下分别移向细胞两极。但不同之处是：有丝分裂后期的细胞中应有同源染色体，而减数分裂第二次分裂后期的细胞中一般没有同源染色体。在识图中应对移向同一方向的一组染色体进行分析，如图4-6A中，向上移动的一组染色体中，大的2个染色体是一样的，可看作是一对同源染色体。而小的2个染色体也是一样的，可看作另一对同源染色体。在图4-6B中，向上移动的一组染色体中大小形状各不相同，所以就没有同源染色体。所以图4-5A看作是有丝分裂后期，图4-5B看作是减数分裂第二次分裂后期。图4-5图4-6精原细胞和卵原细胞的减数分裂过程的异同点是：染色体的行为和数目变化的过程是一样的，但细胞质的分配情况不同。精原细胞在减数分裂过程中，连续2次分裂细胞质均是均等分裂；卵原细胞在减数分裂过程中，连续2次分裂细胞质均是不均等分裂，在第一次分裂过程中细胞质主要分配在次级卵母细胞中，第二次分裂细胞质主要分配在卵细胞中，极体中几乎没有分到细胞质。精原细胞经减数分裂后形成的是精子细胞，精子细胞必须经过变形后才能形成精子，变形的过程中细胞质大量丢失，只保留细胞核和一个蛋白质构成的尾部。卵细胞的形成没有变形过程，卵细胞体积很大，细胞质中贮存有大量的营养物质，这是为受精卵的发育准备的。关于减数分裂过程中，染色体数目的变化和DNA含量的变化可用图4-7所示的两条曲线表示。图4-7受精的过程是指精子细胞的细胞核与卵细胞的细胞核相融合的过程，故在受精卵的细胞核中遗传物质是一半来自父方一半来自母方，但在受精卵的细胞质中的遗传物质则全部来自母方。通过受精作用把染色体减半的精子和卵细胞结合成合子，染色体数目恢复原状时使双亲的遗传物质综合到子代个体中，即保证了同种生物亲、子两代染色体数目的稳定性，对遗传有重要意义，又使后代获得两个亲本的遗传物质，有利于生物的生存和进化，对生物的变异也有重要意义。如图4-8所示。图4-83．无丝分裂分裂过程是先细胞核延长，从核的中部向内凹进，缢裂成为2个细胞核，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成2个子细胞。在整个分裂过程中没有出现纺比体和染色体的变化。这种分裂方式常出现于高度分化成熟的组织中，如蛙的红细胞的分裂，在某些植物的胚乳中胚乳细胞的分裂等。这里要注意的是：蛙的红细胞是无丝分裂，但不能依次类推，人的红细胞也是无丝分裂。哺乳动物的红细胞已永久失去分裂的能力，哺乳动物的红细胞是通过骨髓中造血干细胞分裂产生的细胞，再分化发育而来的。二、个体繁殖的方式繁殖是指生物产生新个体的过程，也称为生殖。根据在生殖过程中是否通过两性生殖细胞的结合繁殖后代，将生物的生殖分为无性生殖和有性生殖两种方式。1．无性生殖是指不经过生殖细胞的两两结合，由母体直接产生了新个体的生殖方式。常见的无性生殖方式有：分裂生殖、孢子生殖、出芽生殖和营养生殖。其中营养生殖是高等植物利用其营养器官来繁殖后代的一种方式。无性生殖的优点是：后代的遗传物质来自一个亲本，有利于保持亲本的性状。进行无性生殖的生物，变异的来源只有2种：基因突变和染色体变异，没有基因重组。原因是在无性生殖过程不经过减数分裂，所以没有基因重组的过程。2．有性生殖是指经过两性生殖细胞结合，产生合子，由合子发育成新个体的生殖方式。有性生殖的优点是：后代的遗传物质来自2个亲本，所以具有2个亲本的遗传性，具有更大的生活力和变异性，对于生物的进化有重要意义。有性生殖的主要方式是配子生殖，配子生殖中最常见的是卵式生殖。卵式生殖是指：产生的雄配子是具鞭毛或尾部能够运动的，一般细胞质很少或没有，受精后对受精卵的发育不提供营养，这种类型的雄配子称为精子。产生的雌配子很大，无鞭毛或尾等结构，不能运动，细胞质发达并贮存有大量营养物质，为受精后受精卵的发育提供养料，这种雌配子称为卵细胞。由精子和卵细胞结合成合子的生殖方式称为卵式生殖。三、个体发育个体发育的起点是受精卵。受精卵经过细胞分裂、组织分化和器官形成，直到发育成新个体的过程称为个体发育。1．植物的个体发育植物的个体发育包括胚的发育和胚乳的发育。了解花的结构对理解和掌握被子植物的个体发育过程是必须的，但这部分知识是在初中阶段学习的，为了便于学习和复习，将这部分内容的主要知识介绍如下：图4-9花的基本结构包括花柄、花托、花萼、花冠、雄蕊和雌蕊6个部分，花的最重要、最基本的部分是雄蕊和雌蕊（如图4－9所示）。雄蕊的花药成熟后破裂，撒出花粉，经虫媒或风媒传到雌蕊的柱头上，萌发出花粉管，管内产生2个精子，其来源是由一个小孢子母细胞（相当于精原细胞）经减数分裂形成4个小孢子，每个小孢子的核内染色体数已减半，核经一次有丝分裂形成2个核，其中一个称为营养核，一个称为生殖核，生殖核再有丝分裂一次就形成2个精子，所以一个花粉中的2精子是同源的，其基因组成也是一样的；雌蕊的子房内有胚珠，胚珠的胚囊内有8个核，其来源是由一个大孢子母细胞（相当于卵原细胞）经减数分裂形成4个大孢子(域称单核胚囊)其中3个退化，只有一个发育成胚囊，其中的核经3次连续的有丝分裂形成8个核或称8个细胞，其中靠近珠孔的3个细胞中，中间最大的一个为卵细胞，胚囊中央为2个极核，卵细胞和极核是同源的，其中的染色体数都是体细胞的一半，且基因组成也是一样的。花粉在雌蕊的柱头上萌发出花粉管后沿花柱向胚珠生长，最后从珠孔处穿入胚囊，伸到极核与卵细胞之间的胚囊的原生质中释放出2个精子，其中一个精子与卵细胞结合，另一个精子与极核结合，分别形成受精卵和受精的极核，这是被子植物所特有的双受精现象。完成受精后于房的发育情况用图4－10表示。图4-10从图中可以看出，一个子房发育成一个果实，一个胚珠发育成一粒种子。在种子中，胚是受精卵发育而来的，是新一代的个体；但种皮未经减数分裂和受精作用，是属于母体．的部分，是由母体发育成的保护胚的结构，在果实中的果皮是由子房壁发育而来的，也是属于母体的一部分。关于这部分知识与遗传之间的联系见专题八。单子叶植物的种子大多数是有胚乳的。双子叶植物种子有的有胚乳，如番