师:同学们大家好,今天我们来接着学习高一人教版生物学必修一第六章第一节细胞的增殖第二课时。上节课我们学习了细胞周期的概念,分裂间期时细胞进行了DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞适度生长。而分裂期又可以依据染色体的行为不同,具体分为前、中、后、末4个时期。接下来我们以植物细胞为例,看看植物细胞在有丝分裂的分裂期都发生了哪些变化。
首先在有丝分裂的前期,细胞发生的变化有:一、染色质丝开始螺旋缠绕、缩短变粗,成为染色体。此时每条染色体都包括两条并列的姐妹染色单体,这两条姐妹染色单体由一个共同的着丝粒连接着。二、核仁逐渐解体,核膜逐渐消失。三、从细胞的两极发出纺锤丝,形成一个梭形的纺锤体。这个时期的染色体散乱排布。接着就进入到有丝分裂的中期。
在中期,每条染色体的着丝粒两侧都有纺锤丝附着,纺锤丝牵引着染色体运动,使得每条染色体的着丝粒都排列在细胞中央的一个平面上。这个平面与纺锤体的中轴相垂直,类似于地球上赤道的位置,因此被称为赤道板。中期时染色体形态比较稳定,数目比较清晰,是观察染色体形态和数目的最佳时期。
中期结束,进入有丝分裂的后期。这个时期每条染色体的着丝粒分裂成两个,姐妹染色单体分开成为两条独立的染色体,它们在纺锤丝的牵引下分别向细胞的两极移动。结果是细胞的两极各有一套染色体,这两套染色体的形态和数目完全相同,每一套染色体与分裂前亲代细胞中的染色体形态和数目也完全相同。由于这两套染色体是复制而来的,所以它们所携带的遗传信息也是完全一样的。后期结束进入到有丝分裂的末期。
当这两套染色体分别到达细胞的两极以后,每条染色体就会逐渐解螺旋,变回细长而盘曲的染色质丝。同时纺锤丝逐渐消失,出现新的核膜和核仁,形成两个新的细胞核。这时在赤道板的位置出现细胞板,细胞板逐渐扩展,形成新的细胞壁,将一个植物细胞分隔成两个植物细胞。
如果说赤道板是一个细胞中央的虚拟位置,那么细胞板则是实实在在存在的细胞结构,它是新细胞壁的前身。既然细胞板是在赤道板的位置由囊泡融合而成的薄膜结构,同学们思考一下,与这些囊泡形成有关的细胞器可能是什么呢?对,是高尔基体。所以说高尔基体与植物细胞新细胞壁的形成有关。
分裂结束以后,一个细胞就变成了两个子细胞,每个子细胞中含有的染色体数目与亲代细胞中的相等。分裂以后的子细胞如果要继续分裂,就会自动进入到下一个细胞周期的分裂间期状态。以上就是植物细胞有丝分裂分裂期的细胞变化过程。我们再一起来总结一下:细胞周期包括物质准备时期的分裂间期以及细胞一分为二的分裂期。其中分裂间期进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞适度生长。而分裂期依据染色体的行为不同,具体分为前、中、后、末几个时期。
前期染色质变成染色体,核仁解体,核膜消失,形成纺锤体。中期所有染色体着丝粒都排列在赤道板上,此时期便于观察染色体。后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分开形成的两条染色体分别向细胞的两极移动。末期染色体重新解螺旋变回染色质,纺锤丝消失,出现新的核膜和核仁,细胞板扩展形成新的细胞壁,最终一个细胞变成两个细胞。
那么在有丝分裂过程中,细胞中的DNA、染色体的数量变化又是怎么样的呢?我们以示意图中的植物细胞为例来看一看。根据细胞中染色体数等于着丝粒数这一判断方法,我们可以判断出分裂期前、中、后、末几个时期的染色体数依次为4条、4条、8条和8条。其中有丝分裂的后期着丝粒一分为二,使得染色体数量倍增,所以后期时细胞中的染色体数迅速由4条变成8条。末期时每个细胞含有两个细胞核,每个细胞核中有4条染色体,所以一个细胞中仍有8条染色体。当细胞板扩展将细胞一分为二,分裂以后的子细胞的染色体数目就与亲代细胞的相同,因此分裂间期和子细胞的染色体数都是4条。
我们再分析一下DNA分子的变化。在染色体复制前,一条染色体只含有一个DNA分子。分裂间期时,染色体发生复制,使得核DNA数量加倍,复制后一条染色体含有两个DNA分子。这个过程需要较长时间完成,所以我们认为分裂间期时DNA分子的数目是由4个逐渐加倍至8个的过程。当着丝粒分裂以后,姐妹染色单体分开形成的两条染色体,每条染色体又恢复到只含有一个DNA分子的状态。由此可知图中其他时期DNA分子数量分别为8个和4个。
我们可以将这个案例扩展到整个二倍体生物。设子细胞中染色体数或DNA分子数量为2N,则该植物细胞在分裂间期时DNA分子数目是由2N加倍至4N的过程,而染色体由于着丝粒数目未加倍,所以它的数量仍为2N。表格当中其他时期DNA的数量依次应该为4N和2N。染色体是在有丝分裂后期着丝粒一分为二实现的加倍,这个时期发生得十分迅速,我们可以认为后期细胞的染色体数量就是4N个。为什么要把二倍体生物中的染色体数或者DNA数量设为2N?这个疑问等到大家学习了必修二染色体组的概念以后,老师再进行解释。请同学们根据表中DNA、染色体的数量变化,完成课本117面的课后习题第二题。
同学们应该很快完成了吧,那接下来我们就一起来看看答案。染色体的数量变化如图所示,中期和后期之间随着着丝粒的分裂,使得染色体的数量迅速加倍至4N,末期结束形成子细胞的时候,每个子细胞中的染色体数量就恢复到与亲代细胞的相等。DNA的分子变化是这样的,我们可以看到在间期时DNA分子完成了复制,数量逐渐加倍,这个时期比较长,所以我们可以用斜线来表示逐渐加倍的过程。
