高中生物思维导图在生物中的应用6细胞的生命历程知识点Word格式.docx
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(2)细胞体积过大,影响物质流动,代谢下降
2.核质比
(1)细胞核是遗传和代谢的控制中心
(2)细胞核中的DNA不会随着细胞体积的扩大而增加
(3)细胞核控制的细胞质范围是有限的
(4)细胞太大,细胞核的“负担”就会过重
3.细胞也不能太小
(1)为基本结构和物质提供充足的空间
4.注
(1)某些细胞器、原生动物的伸缩泡,是为了增大膜面积与体积的比
(2)双小核草履虫等具有多个细胞核,是为了保证正常的核质比
4、细胞通过分裂进行增殖
1.意义
(1)细胞增殖是重要的生命活动,是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础
1生长、发育的基础:
受精卵通过增殖和分化形成成体。
多细胞生物体的旧细胞通过增殖形成新细胞→补充衰老和死亡的细胞(细胞学说)
2繁殖的基础:
单细胞生物通过细胞增殖而繁殖。
多细胞生物从受精卵开始,经过增殖和分化发育成个体
3遗传的基础:
遗传物质由亲代细胞通过细胞增殖传递给了代细胞
2.过程:
包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程
3.分类
(1)真核细胞分裂方式
1有丝分裂:
对象,真核生物体细胞。
特点,具有细胞周期;
形成纺锤丝→纺锤体
2无丝分裂:
对象,蛙的红细胞。
特点,无细胞周期;
不出现纺锤体和染色体
3减数分裂:
见必修II第2章。
与生殖细胞的形成有关。
(2)原核细胞分裂方式:
二分裂
5、有丝分裂
1.细胞周期
(1)概念:
连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下次分裂完成时为止
(2)表示方法:
扇形图;
直线图;
曲线图;
柱形图
(3)特征
1只有能连续分裂的细胞才有细胞周期:
高度分化的细胞不再继续分裂,如神经细胞、精子、卵细胞
2不同细胞周期不一定相同
1)不同物种周期不一定相同
2)同物种不同细胞周期不一定相同
3)由遗传决定
4)受环境影响:
pH,温度,营养,激素
5)环境因素、生理或病理状况等会通过影响酶的活性影响细胞周期
3分裂间期与分裂期所占比例不同
(4)包括
1分裂间期:
时间较长,完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞有适度的生长
2分裂期:
经历的时间短
(5)应用:
观察有丝分裂的选材→分裂期/细胞周期大的材料→细胞处在分裂期概率大
2.过程
(1)分裂间期
1时间:
长,占周期的90~95%
2作用:
为分裂期提供物质基础,即DNA复制和有关蛋白质的合成,需要更多的能量
3变化
(2)分裂期:
M期
3.配合的细胞器
细胞器
细胞类型
时期
生理作用
核糖体
动、植物
整个时期(间期更活跃)
蛋白质合成
中心体
动、低等植物
前期
纺锤体的形成
高尔基体
植物细胞
末期
参与细胞壁的形成
线粒体
供能
4.数量变化:
以二倍体生物为例
(1)间期的G1期数目与体细胞数相同:
染色单体除外
(2)染色体的数目=着丝点的数目
(3)姐妹染色单体数=2倍染色体数=2倍着丝点数
(4)DNA数=线条数目
项目
分裂间期
分裂期
中期
后期
着丝点
2n
→4n
→2n
染色体
染色单体
0→4n
4n
→0
DNA
2n→4n
每条染色体DNA数
1→2
2
1
(5)对应曲线图
(6)染色体:
染色单体:
1=2:
4:
4→前、中期
2=4:
0:
4→后、末期(末期未完成细胞质分裂)
3=2:
2→末期(已完成细胞质分裂)、间期的G1期
(7)染色体:
1=1:
2→间期的G2期、前期、中期,即存在姐妹染色单体的时期
2=1:
1→后期、末期、间期的G1期,即姐妹染色单体消失或未形成的时期
5.“加倍”“减半”
成分或结构
含量变化
原因
核DNA
加倍
间期
DNA复制
减半
一个细胞分裂成两个子细胞
着丝点分裂
形成
染色体复制
消失
中心体复制
细胞核
新核膜已经形成,细胞质尚未分裂
6.意义
(1)将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA复制)之后,精确地平均分配到两个子细胞中
(2)亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性
(3)细胞质中的DNA随机分配:
如线粒体DNA
7.图像识别
(1)判断细胞类型
1植物细胞:
有细胞壁,一般为矩形,分裂末期出现细胞板;
既有中心体又有细胞板的为低等植物细胞
2动物细胞:
没有细胞壁,最外层是细胞膜,一般为圆形,有中心粒/体,无细胞板,分裂末期通过缢裂方式分裂为两个细胞
3原核细胞:
无细胞核,没有染色体,一般只能进行二分裂,不能进行有丝分裂
(2)据染色体变化判断分裂时期
1染色质变为染色体,染色体散乱分布→前期
2着丝点排列在赤道板上→中期
3着丝点分裂,染色体数目加倍→后期
4染色体变成染色质→末期
(3)据曲线形态区分:
以2倍体为例
1横坐标都为分裂时期
2纵坐标单位为2n、4n,一定和染色体相关:
从0开始、结束的,一定是染色体数目曲线。
从2n开始的,一定是染色体数目曲线
3纵坐标单位为2c、4c时,一定为核DNA含量曲线
4纵坐标的单位为1、2时,一定是每条染色体上DNA含量曲线
5曲线中没有斜线,一定是染色体数目曲线
6曲线中有斜线且起点、终点为0,一定是染色单体数目曲线
7曲线中有斜线且起点不为0,一定和DNA相关:
纵坐标单位为1、2,且数目减半发生在后期,一定为每条染色体上NDA含量曲线。
纵坐标单位为2c、4c,且数目减半发生在末期,一定为核DNA含量曲线
8.注
(1)细胞有丝分裂过程中,细胞核内的染色体是均分的;
但细胞器的分配是随机的,各种细胞器的增生发生在间期
(2)细胞分裂间期,可以发生DNA的复制、转录、翻译过程;
在分裂期由于染色质高度螺旋变成染色体而无法解旋,所以在分裂期只能进行翻译
(3)一个细胞完整的分裂过程是分析不同细胞的不同时刻的图像得到的。
有丝分裂模式图与显微镜视野下的图像(即实际的分裂图像)是有一定区别的
(4)分裂全过程均存在同源染色体,但不联会、不分离
(5)姐妹染色单体在间期就已形成,只是呈染色质形态,而染色体形态出现于前期
(6)赤道板与细胞板的区别:
赤道板不是细胞结构,是一假想平面,在光学显微镜下看不到;
细胞板是一真实结构,光学显微镜下能看到,出现在植物细胞有丝分裂的末期
(7)减数分裂是一种特殊的有丝分裂。
精原细胞形成精细胞的过程属于减数分裂,精原细胞自身的增殖方式为有丝分裂
6、无丝分裂
1.过程
(1)细胞核分裂:
细胞核先延长,核的中部向内凹进,缢裂成为两个细胞核
(2)细胞质分裂:
整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞
2.实例:
蛙的红细胞
3.特点
(1)无纺锤丝和染色体的变化
(2)无核膜、核仁周期性的消失和重建
(3)DNA需要经过复制并平均分配到两个子细胞中
(4)不能保证遗传物质平均分配(质基因)
7、比较
有丝分裂
无丝分裂
相同点
核内遗传物质先复制后分配
不同点
纺锤丝和染色体的变化
无
细胞核有规律地解体和重建
细胞核始终存在
核内遗传物质平均分配
随机、不均等分配
8、实验
观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
2.原理
(1)高等植物的根尖、茎尖等部位有丝分裂旺盛
(2)细胞核内的染色体易被碱性染料(龙胆紫溶液/醋酸洋红)染色:
便于观察
(3)各个细胞的分裂是独立进行的:
在同一分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞;
高倍镜观察;
根据染色体的形态和数目,识别细胞有丝分裂的不同时期
3.操作
(1)培养根尖:
洋葱放在温暖的地方培养→获得洋葱根尖。
经常换水→防止缺氧,进行无氧呼吸产生酒精,使根细胞中毒、腐烂
(2)装片制作
1取材:
剪取生长旺盛、带有分生区的根尖2~3mm;
剪取时间,10:
00~14:
00(分裂旺盛)
2解离:
将剪取好的材料立即放入解离液(质量分数15%的盐酸,体积分数为95%的酒精,1:
1混合→细胞死亡)。
解离3~5min(不宜过长→根尖过分酥软,染色体被破坏;
不宜过短→解离不充分,不能相互分离)。
目的:
破坏果胶层,使组织细胞相互分离、分散,利于观察、识别。
若用小鼠骨髓细胞,用胰蛋白酶处理使其相互分离。
注:
解离≠固定。
解离的作用在于破坏细胞间质,使细胞分离,以便压片时细胞分散开;
固定的作用在于固定细胞形态,如低温诱导植物染色体数目的变化实验中用卡诺氏液固定细胞
3漂洗:
放入清水中漂洗10min。
目的,洗去解离液,防止解离过度;
便于碱性染料染色(漂洗彻底,防止盐酸继续破坏细胞,同时影响染色)
4染色:
放入质量浓度为0.01g/mL或0.02g/mL的龙胆紫(或醋酸洋红)溶液染色3~5min(把握好浓度和时间)
5制片:
用镊子将处理过的根尖放在载玻片上→加一滴清水→镊子弄碎根尖(使细胞分散,利于观察、识别)→盖上盖玻片→再加载玻片压散细胞(防止压坏盖玻片,使细胞分散,利于观察、识别;
不压,细胞重叠。
用力适度,过重,压烂组织,过轻,未分散开)
(3)观察
1先用低倍镜:
找到分生区细胞(正方形,排列紧密)
2再用高倍镜:
可先找出分裂中期的细胞,然后再找其他时期的细胞。
∵细胞已死亡,细胞分裂停止,∴不断寻找细胞来观察不同时期
(4)绘图:
注意细胞形态、染色体变化及位置、细胞核是否存在等
(5)若统计分裂间期、分裂期的数目,则可计算分裂指数(=分裂期细胞数/观察细胞的总数×
100%);
结合分裂间期或分裂期的时间,可计算分裂周期的时间。
计数时要在视野中同时看到约50个细胞,以保证样本的数量足够大,计数多个区域取平均值,以减小误差
9、根尖
1.根冠
(1)保护作用
(2)细胞已分化,不发生分裂
2.分生区
(1)细胞分裂最旺盛的部分:
具有浓厚的细胞质和大的细胞核;
呈正方形、排列紧密;
无液泡或较小
(2)观察有丝分裂
3.伸长区
(1)细胞逐渐停止分裂,开始迅速伸长,伸长区是根伸长最快的地方
(2)具有大液泡→具有吸收作用,能够吸收水分和无机盐
(3)细胞已分化,不发生分裂
4.成熟区
(1)有根毛
(2)根吸收水分和无机盐的主要部位
10、细胞周期知识扩展
1.基因突变:
在细胞分裂间期,DNA复制时容易受到内外因素的干扰而发生差错
2.细胞癌变:
用药物作用于癌细胞,可以抑制分裂间期DNA分子的复制,从而抑制癌细胞的无限增殖
3.蛋白质抑制剂:
加入蛋白质抑制剂处理G1期细胞,可影响其进入S期
4.染色体变异:
在细胞分裂前期,秋水仙素或低温处理都可抑制纺锤体的形成,使细胞呈现多倍体状态,会使M期的细胞比例增多
5.加入促进细胞分裂的药物,将使细胞周期缩短
11、细胞周期同步化
1.概念:
利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段
2.措施
(1)DNA合成阻断法:
在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂,处于分裂期的细胞不受影响而继续细胞周期的运转,最终细胞会停滞在细胞周期的间期
(2)秋水仙素阻断法:
在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素,从而抑纺锤丝的形成,使细胞周期被阻断,最终细胞会停滞在分裂前期
(3)血清饥饿法:
培养液中缺少血清(即营养物质),无法进行DNA的复制和相关蛋白质的合成,使细胞周期停滞在间期
6.2细胞的分化
1、细胞分化
1.概念
(1)在个体发育中:
发生在整个生命过程中;
胚胎时期达到最大限度
(2)由一个或一种细胞:
最初来源-受精卵
(3)增殖产生的后代:
分化的基础,二者都是个体生长发育的基础;
个体发育是细胞分裂+分化的结果
(4)在形态、结构和生理功能:
涉及细胞器的数目,及细胞质基质成分和功能的改变→蛋白质种类、数量的改变
(5)上发生稳定性差异的过程:
特点一;
根本原因:
特定基因选择性表达→直接原因:
形成特异性蛋白质。
结果,细胞种类的改变、增多→进而形成不同的组织和器官
2.特点
(1)持久性:
发生在生物体的整个生命进程中,在胚胎时期达到最大限度
(2)不可逆性:
一般来说,分化了的细胞,不会再演变成原始的细胞,将一直保持分化后的状态,直到死亡;
但是在离体人工培养条件下,高度分化的细胞能够脱分化
(3)稳定性:
分化后的遗传物质不发生改变
(4)普遍性:
在生物界中普遍存在,是生物个体发育的基础
3.过程
(1)细胞长大:
为增殖提供基础
(2)细胞增殖:
产生后代→分化的基础;
使细胞数目增多,但细胞类型不变
(3)细胞分化:
形态、结构和生理功能发生改变→使细胞类型增多,但细胞数目不变
(4)形成组织:
相同或相似的细胞有序地集合在一起,形成执行某种特定功能的组织
4.实质
(1)基因的选择性表达:
1分化的体细胞具有本物种个体发育所需的全部基因;
同一个体的遗传物质相同,除哺乳动物成熟的红细胞
2遗传信息的执行情况不同→遗传信息不改变
3多细胞生物不同类型的细胞中mRNA种类不完全相同→形成特异性蛋白质
5.标志
(1)分子水平:
产生某些特定的mRNA→合成某种细胞特有的蛋白质
(2)细胞水平:
形成不同种类的细胞(尤其是细胞器种类和数量差异大)
(1)细胞分化是生物界普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础
(2)使细胞生物体内的细胞趋向专门化,有利于提高各种生理功能的效率
2、概念比较
1.分化限度:
胚胎时期分化达到最大限度,即分化为个体所需要的所有细胞
2.分化程度:
(1)分化程度与个体发育的关系:
个体发育时期越早,细胞分化的程度就越低;
个体发育时期越晚,细胞分化的程度就越高;
分化程度越高,其细胞的功能越专门化,从而使分裂能力减弱
3.分化能力
(1)分化程度越高的细胞,其分化能力一般越弱,特例生殖细胞
(2)一般情况下,高度分化的动物细胞不再具有分裂能力,特例生殖细胞
4.分化能力与分裂能力
(1)分裂能力较强的细胞,其分化能力一般较强
(2)但,癌细胞分裂能力强,却失去了分化能力
3、细胞的全能性
已经分化的细胞(起点),具有发育成完整个体(终点)的潜能
2.条件
(1)离体(生物体内,∵细胞分化,∴全能性不能表达)、适宜营养、激素、环境因素等
(2)要求适宜条件,联想微生物的培养
3.比较
(1)具有全能性:
理论上所有细胞,除哺乳动物成熟的红细胞;
除病毒,无细胞结构
(2)体现全能性:
发育成完整个体
4.原因:
已分化的细胞或细胞核具有本物种个体发育所需要的全部基因
5.标志:
细胞形成了完整的个体
6.体现
(1)分化程度与全能性成反比:
分化程度越高,全能性越低,分裂能力弱;
分化程度越低,全能性越高,分裂能力强
(2)在离体情况下,提供适宜条件,细胞才能表现全能性
(3)是细胞分裂、分化的结果
(4)全能性排序
1植物细胞>
动物细胞
2受精卵(未分化)>
卵细胞(生殖细胞)(高度分化但全能性高)>
胚胎干细胞(未分化)>
体细胞
3未分化>
分化程度低>
分化程度高的体细胞
4分生区>
成熟区
5细胞核具有全能性:
核移植实验
7.应用
(1)植物组织培养:
斯图尔德
1条件:
脱离母体;
适宜的营养,如水,无机盐,植物激素,糖类等;
外界条件,如光照,温度等
2理论基础:
植物体细胞的全能性
3过程
4意义
1)快速繁殖花卉和蔬菜等作物
2)拯救珍稀濒危物种
3)与基因工程相结合,培育作物新品种
(2)核移植/克隆
1理论基础:
动物细胞的细胞核具有全能性
2过程:
1)甲的体细胞的细胞核
2)移植到乙的未受精的去核的卵细胞中
3)体外培养形成胚胎后移植到丙的子宫中
4)发育成的个体为甲的性状
3缺陷
1)虽易于取材,但克隆动物个体常表现出严重的生理或免疫缺陷,且多为致使性的
2)伦理问题
4意义:
拯救濒危动物;
与基因工程相结合培育新品种
5注意:
目前为止,没有将单个已经分化的动物体细胞培养成新的个体;
可以培养成细胞、组织、器官
(3)花粉离体培养发育成单倍体植株→植物生殖细胞的全能性
4、干细胞
动物和人体内,少数具有分裂和分化能力的细胞
2.作用:
机体内的各种细胞、组织和器官都是由干细胞分化发育而来的;
一类具有自我更新(通过有丝分裂)和分化潜能的细胞
3.类型
(1)根据干细胞的分化潜能
1全能干细胞:
具有无限分化潜能,能分化成各种组织和器官。
如胚胎干细胞(未分化的细胞,存在于胚胎分化前)
2多能干细胞:
具有分化出多种组织细胞的潜能。
如多能骨髓造血干细胞
3专能干细胞:
由多能干细胞分化而来,只能分化成某一类型的细胞。
如专能骨髓造血干细胞,即红细胞(终端分化细胞)
(2)根据所处的发育阶段
1胚胎干细胞
2成体干细胞
4.应用:
医学上,为器官移植提供新的思路,无生理排斥
5、扩展
1.管家基因
(1)指导所有细胞均要表达的一类基因,其产物是维持细胞基本生命活动所必需的
(2)如呼吸酶基因等
2.奢侈基因
(1)指不同类型细胞特异性表达的基因,其产物赋予不同细胞特异的生理功能
(2)如血红蛋白基因、胰岛素基因等
6、联系
1.个体发育是以细胞的分裂和分化为基础的
(1)因为只有通过细胞分裂,才能增加细胞数目
(2)只有通过细胞分化,才能形成不同的组织、器官和系统
(3)细胞分化是个体发育的主要过程
(4)细胞分裂是细胞分化的基础
(5)但具有分裂能力的细胞不一定具有分化能力,如蛙的红细胞的无丝分裂、癌细胞的无限增殖、单细胞生物的繁殖
2.细胞分裂和细胞分化是以基因的表达为基础的
(1)特别是细胞分化,它是细胞内遗传信息有序表达的结果
(2)如红细胞的形成是以控制血红蛋白合成主为的基因表达的结果
3.个体水平上的发育是以细胞水平的分裂与分化为基础的
4.细胞水平的分裂与分化是以分子水平的基因表达为基础的
6.3细胞的衰老和凋亡
1、衰老
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。
是正常的生理过程、生命现象
2.个体衰老与细胞衰老的关系
(1)单细胞生物:
细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡;
同步
(2)多细胞生物:
不同步
1多细胞生物体内的细胞总是不断更新,总有一部分衰老或死亡;
更新的细胞,如精原细胞和造血干细胞。
衰老的细胞,如皮肤表皮细胞→角质
2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,但未衰老的个体内也有细胞衰老
3正常情况下,细胞会因分裂次数增多而丧失正常的功能而加速衰老。
如老年人骨折愈合慢
4非正常情况,癌细胞的无限增殖
3.特征
(1)形态结构方面
1细胞核:
核体积增大,核膜内折→对细胞的代谢、遗传控制减弱;
染色质收缩、染色加深→影响DNA复制和转录。
除哺乳动物成熟的红细胞
2细胞膜:
通透性改变→使物质运输功能降低。
实例,老年人吸收能力下降
3高尔基体:
碎裂
(2)物质方面
1水分减少(特别是自由水):
使细胞萎缩,体积变小,细胞新陈代谢速率减慢。
实例,皮肤干燥、皱纹的形成
2多种酶活性降低:
导致化学反应减慢,呼吸速率减慢,引起代谢速率减慢。
溶酶体的水解酶活性增高→水解衰老的细胞器及结构。
实例,头发基部的黑色素细胞衰老,酪氨酸酶活性降低,黑色素合成减少,头发变白
3色素增加:
妨碍细胞内物质的交流和传递,影响细胞正常的生理功能。
实例,老年斑的形成。
抗氧化的酶活性降低,使脂肪氧化形成褐色素;
细胞膜的运输功能降低,使色素沉积;
加速老化,形成老年斑
4糖原减少,脂肪积聚,蛋白质合成减少
(3)细胞内呼吸速率减慢:
线粒体数量减少。
实例,无力
(4)与衰老相关的基因表达能力增强
内因和外因共同作用的结果,外因可促使衰老相关基因表达加强
(1)自由基学说
1概念:
异常活泼的带电分子或基团
来自细胞的氧化反应、辐射及有害物质刺激细胞产生自由基;
产生后,攻击和破坏细胞;
攻击磷脂分子→产生更多自由基→继续攻击→雪崩式反应;
攻击DNA→引起基因突变;
攻击蛋白质→使活性下降,致使细胞衰老
(2)端粒学说
染色体两端的一段特殊序列的DNA
在每次细胞分裂后会缩短一截;
分裂多次后,正常基因的NDA序列会受到损伤→变短→使细胞活动异常
2、凋亡与坏死
凋亡
坏死
概念
由基因所决定,细胞自动结束生命
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