四川 文新明

細(xì)胞周期是高中生物教材中一個(gè)非常重要的知識點(diǎn)，由它可衍生和輻射出許多?？键c(diǎn)和必考點(diǎn)。本文中筆者將通過系統(tǒng)的歸納總結(jié)、圖文轉(zhuǎn)換，再結(jié)合一些典型例題的分析，為教師在教學(xué)時(shí)如何引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用這部分知識提供參考。

1.準(zhǔn)確解讀細(xì)胞周期的含義是基礎(chǔ)

準(zhǔn)確對細(xì)胞周期的定義進(jìn)行分析是理解其含義的關(guān)鍵。分析內(nèi)容主要包括以下4點(diǎn)：（1）對象：連續(xù)進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞，而非各種細(xì)胞；（2）起止點(diǎn)：從上一次分裂完成時(shí)開始，到下一次分裂完成時(shí)為止，說明都是以“完成時(shí)”這個(gè)時(shí)間點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，即從子細(xì)胞→子細(xì)胞 ；（3）組成：包括了時(shí)間較長的分裂間期（大約占整個(gè)細(xì)胞周期的90 %～95 %）和時(shí)間較短的分裂期（大約占整個(gè)細(xì)胞周期的5 % ～10 %），即由長、短兩個(gè)階段組成 ；（4）特點(diǎn)：不同種類的細(xì)胞其細(xì)胞周期經(jīng)歷的時(shí)間長短不同，分裂間期和分裂期所占的比例也不同，如蠶豆根尖分生區(qū)細(xì)胞和人的肝細(xì)胞。一個(gè)完整的細(xì)胞周期實(shí)現(xiàn)了從一個(gè)細(xì)胞到兩個(gè)細(xì)胞的數(shù)量增殖。

【示例1】以下關(guān)于細(xì)胞周期的敘述，不正確的是（ ）

A.不同種類的細(xì)胞其細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間一般不同

B.在同一生物體內(nèi)，各種細(xì)胞的分裂一般不同步

C.細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間長短受溫度等環(huán)境條件的影響

D.能夠增殖的細(xì)胞都有細(xì)胞周期

【解析】不同種類的細(xì)胞其細(xì)胞周期長短是不同的。如蠶豆根尖分生區(qū)細(xì)胞為17.3 t/h，而人的肝細(xì)胞為22 t/h，A項(xiàng)正確；同一生物體內(nèi)各種細(xì)胞的分裂有先有后，一般是不同步的，如人體的神經(jīng)細(xì)胞只在胚胎發(fā)育期進(jìn)行分裂，而造血干細(xì)胞則終身具備分裂能力，B項(xiàng)正確；在一個(gè)細(xì)胞周期中細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行著各種復(fù)雜的生化反應(yīng)，這些反應(yīng)幾乎都與酶的催化作用有關(guān)，其細(xì)胞周期的長短必然會受到溫度等環(huán)境因素的影響，C項(xiàng)正確；只有連續(xù)分裂增殖的細(xì)胞才有細(xì)胞周期，進(jìn)行減數(shù)分裂的細(xì)胞或已分化的細(xì)胞是無細(xì)胞周期的，如精（卵）原細(xì)胞、漿細(xì)胞、效應(yīng)T細(xì)胞等都沒有細(xì)胞周期，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】D

2.明確細(xì)胞周期各階段的主要特征是核心

在細(xì)胞周期的兩個(gè)階段中，分裂間期為分裂期的進(jìn)行提供活躍的物質(zhì)準(zhǔn)備、完成DNA分子的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，從而實(shí)現(xiàn)了染色體（質(zhì)）的復(fù)制，為分裂期的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。此時(shí)細(xì)胞代謝旺盛，一些細(xì)胞器相對于其他時(shí)期異常活躍，如線粒體、核糖體等。人為地將分裂期分為前、中、后、末四個(gè)時(shí)期，對于分裂間期和分裂期的各個(gè)時(shí)期的主要特征中染色體數(shù)量變化和核DNA含量變化是理解和掌握細(xì)胞周期的核心問題。由于細(xì)胞分裂是一個(gè)連續(xù)的分裂過程，各個(gè)時(shí)期之間并無嚴(yán)格的界限，只有主要的特征區(qū)別。如晚前期和早中期就是一個(gè)相對模糊的時(shí)間概念，學(xué)生往往容易機(jī)械地、孤立地、片面地理解，而不能有效地理解細(xì)胞分裂是一個(gè)連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的生命過程。

【示例2】下列關(guān)于細(xì)胞增殖的敘述，正確的是（ ）

A.分裂間期染色體復(fù)制，其數(shù)目加倍

B.細(xì)胞分裂間期開始時(shí)與結(jié)束時(shí)相比物質(zhì)運(yùn)輸效率相同

C.細(xì)胞周期中染色質(zhì)與染色體形態(tài)的轉(zhuǎn)化有利于精準(zhǔn)地均分核DNA

D.植物分生區(qū)處于分裂期的細(xì)胞數(shù)目較少，是由于大多數(shù)細(xì)胞沒有進(jìn)入細(xì)胞周期

【解析】細(xì)胞分裂間期染色質(zhì)復(fù)制，DNA數(shù)目加倍，染色體數(shù)目不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；細(xì)胞分裂間期結(jié)束時(shí)由于物質(zhì)的合成使細(xì)胞體積較細(xì)胞分裂間期開始時(shí)體積增大，物質(zhì)運(yùn)輸效率降低，B項(xiàng)錯(cuò)誤；細(xì)胞周期中染色質(zhì)與染色體形態(tài)的轉(zhuǎn)化有利于精準(zhǔn)地均分核DNA，C項(xiàng)正確；植物分生區(qū)處于分裂期的細(xì)胞數(shù)目較少，是由于分裂間期所占時(shí)間長于分裂期，大多數(shù)細(xì)胞處于分裂間期，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】C

3.熟練掌握細(xì)胞周期的表示方法，加強(qiáng)識圖分析是前提

歸納細(xì)胞周期的表示方法，主要包括以下5點(diǎn)：（1）扇形圖（或餅狀圖）；（2）直線圖（或線段圖）；（3）坐標(biāo)曲線圖；（4）坐標(biāo)柱狀圖；（5）數(shù)字表格等。各種方法歸納如下表所示，要求學(xué)生進(jìn)行填空鞏固。

方法_名稱___________________________________表示方法 用字母表示細(xì)胞周______________期分裂間期扇形圖末期后期中期前期a b ______為一個(gè)細(xì)胞周期c直線圖分裂間期分裂期a b c d ______為一個(gè)細(xì)胞周期量含C__D___FE____A DN_坐標(biāo)圖A_____B G O_____________為一個(gè)完整的細(xì)胞周期分裂期 時(shí)間分裂間期數(shù)胞細(xì)A柱狀圖C___B____O B組細(xì)胞處于__期，正在進(jìn)行DNA復(fù)制，C組細(xì)胞處于________ 期2n 4n____________________________________________________________________DNA相對含量

【答案】a→b→c→a a+b或c+d A→G 分裂間 分裂

其中扇形圖和直線圖相對簡單直觀，多出現(xiàn)在一些基礎(chǔ)訓(xùn)練中，而坐標(biāo)曲線圖和坐標(biāo)柱狀圖，以及數(shù)據(jù)表格均對細(xì)胞周期的理解和分析、判斷和推理等運(yùn)用知識的能力提出了更高的要求。

【示例3】甲圖為細(xì)胞核及其周圍部分結(jié)構(gòu)示意圖，乙圖為有絲分裂過程中一個(gè)細(xì)胞核中DNA含量變化曲線。下列相關(guān)敘述正確的是 （ ）

A.假設(shè)甲圖細(xì)胞處在細(xì)胞周期中，則甲圖細(xì)胞相當(dāng)于乙圖cd區(qū)間

B.甲圖中的結(jié)構(gòu)3的數(shù)目在乙圖的ab區(qū)間會加倍

C.在細(xì)胞周期中，既可消失又可重建的結(jié)構(gòu)是甲圖中的4、5，其消失時(shí)期是乙圖的de區(qū)間

D.甲圖所示結(jié)構(gòu)不可能代表細(xì)菌，但細(xì)菌分裂過程中也會出現(xiàn)DNA復(fù)制

【解析】甲圖細(xì)胞處于細(xì)胞周期中的分裂間期，而cd段相當(dāng)于細(xì)胞周期的分裂中期，A項(xiàng)錯(cuò)誤；甲圖中的結(jié)構(gòu)3為染色質(zhì)，在ab段DNA復(fù)制加倍，但染色質(zhì)（體）數(shù)目不加倍，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在細(xì)胞周期中，既可消失又可重建的結(jié)構(gòu)是甲圖中的4（核仁）、5（核膜），其消失時(shí)期是前期，對應(yīng)乙圖的bc或者gh區(qū)間，C項(xiàng)錯(cuò)誤；細(xì)菌是原核生物，無核膜、核仁，而甲圖所示結(jié)構(gòu)含有核膜、核仁，所以甲圖所示結(jié)構(gòu)不可能代表細(xì)菌，但細(xì)菌分裂過程中也會出現(xiàn)DNA復(fù)制，D項(xiàng)正確。

【答案】D

4.回望高考，拓展提高是關(guān)鍵

在以往的各地高考試題中細(xì)胞周期的問題多出現(xiàn)在選擇題中，而在2017年全國卷Ⅲ中出現(xiàn)在非選擇題的第29題中，共三問，五個(gè)空，共計(jì)8分。這也正體現(xiàn)了2017年《考試大綱》對細(xì)胞周期考點(diǎn)的重視（2016年以前此考點(diǎn)為Ⅰ級要求，2017年提升為Ⅱ級要求）。鑒于此，在高三復(fù)習(xí)中應(yīng)力求以細(xì)胞周期為核心，多角度、全方位地輻射聯(lián)系各個(gè)板塊中的相關(guān)知識，以“點(diǎn)”帶“面”進(jìn)行拓展提高。對此，可以試著從以下幾個(gè)方面進(jìn)行突破。

4.1 細(xì)胞周期與細(xì)胞核、細(xì)胞器功能的聯(lián)系

在細(xì)胞周期的分裂間期細(xì)胞核活動(dòng)增強(qiáng)，物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核速率加快，DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄都會加強(qiáng)，在整個(gè)細(xì)胞周期中細(xì)胞核的核仁、核膜會周期性地消失和重現(xiàn)。而線粒體、核糖體的代謝功能在分裂間期也會明顯強(qiáng)于其他時(shí)期，以滿足各種蛋白質(zhì)和酶的合成需要。

4.2 細(xì)胞周期與基因突變、癌癥治療的關(guān)系

基因突變作為可遺傳的變異能夠產(chǎn)生新基因，通常情況下多發(fā)生在分裂間期的DNA復(fù)制過程中，對于細(xì)胞周期中分裂旺盛的細(xì)胞其突變率會更高。而癌癥治療中的放療、化療則是抑制分裂間期癌細(xì)胞DNA的復(fù)制，把癌細(xì)胞阻斷在分裂間期階段，使其不能完成分裂從而抑制其增殖。

4.3 細(xì)胞周期與環(huán)境因素的關(guān)系

當(dāng)外界因素中的溫度、氧氣等通過影響酶的活性和能量供應(yīng)來影響細(xì)胞周期。溫度適宜，氧氣充足時(shí)細(xì)胞周期會明顯縮短，細(xì)胞分裂旺盛，有利于觀察染色體的數(shù)目和形態(tài)。所以，對于有些受溫度影響較大的實(shí)驗(yàn)材料，如在較低溫度的條件下做實(shí)驗(yàn)就很難觀察到分裂期細(xì)胞。

4.4 細(xì)胞周期與單倍體育種、多倍體形成的關(guān)系

在單倍體育種過程中，第一步通過親本雜交得到F1；第二步再利用F1的花藥（粉）進(jìn)行花藥離體培養(yǎng)得到單倍體幼苗；第三步用一定濃度的秋水仙素處理單倍體幼苗使其染色體數(shù)目加倍；第四步進(jìn)行篩選培養(yǎng)獲得所需優(yōu)良品種。其中第三步染色體數(shù)目加倍是由于秋水仙素在前期抑制紡錘體的形成，使后期著絲粒分裂后，姐妹染色單體不能被拉向兩極而形成兩個(gè)子細(xì)胞，從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。帕米爾高原的高山植物多數(shù)都是多倍體，這也是由于該地區(qū)氣候條件極端、劇烈多變，導(dǎo)致了細(xì)胞分裂時(shí)紡錘體不能正常形成，細(xì)胞周期不完整而形成大量的多倍體植物。

【示例4】科學(xué)家用含18O的硝酸鹽作為標(biāo)記物浸泡蠶豆幼苗，追蹤蠶豆根尖細(xì)胞的分裂情況，得到蠶豆根尖分生區(qū)細(xì)胞連續(xù)分裂的數(shù)據(jù)如下圖，則下列敘述正確的是（ ）

A.高爾基體、線粒體、葉綠體在蠶豆根尖細(xì)胞分裂過程中活動(dòng)旺盛

B.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0～2 h、19.3～21.3 h、38.6～40.6 h

C.一個(gè)細(xì)胞周期可以用0～19.3 h、19.3～38.6 h來表示

D.蠶豆根尖細(xì)胞分裂的一個(gè)細(xì)胞周期為19.3 h

【解析】蠶豆根尖細(xì)胞中無葉綠體，在細(xì)胞分裂過程中，高爾基體與新細(xì)胞壁的形成有關(guān)，線粒體為分裂過程提供能量，所以高爾基體和線粒體在根尖細(xì)胞分裂過程中活動(dòng)旺盛，A項(xiàng)錯(cuò)誤；在細(xì)胞分裂過程中，分裂間期進(jìn)行DNA分子的復(fù)制，此時(shí)DNA分子雙鏈解旋，穩(wěn)定性最低，即2～19.3 h、21.3～38.6 h時(shí)，DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最低，B項(xiàng)錯(cuò)誤；連續(xù)分裂的細(xì)胞，從上一次細(xì)胞分裂完成時(shí)開始，到下一次細(xì)胞分裂完成時(shí)為止為一個(gè)細(xì)胞周期，包括分裂間期和分裂期，分裂間期經(jīng)歷時(shí)間長，分裂期經(jīng)歷時(shí)間短。從圖中可以看出2～21.3 h、21.3～40.6 h各為一個(gè)細(xì)胞周期，蠶豆根尖細(xì)胞的一個(gè)細(xì)胞周期是19.3 h，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。

【答案】D

5.細(xì)胞周期結(jié)束后子細(xì)胞的去向

細(xì)胞分裂完成后形成的子細(xì)胞通常有三個(gè)去向：第一個(gè)去向是繼續(xù)分裂，這部分細(xì)胞始終處于細(xì)胞周期中，保持著連續(xù)分裂狀態(tài)，如哺乳動(dòng)物紅骨髓中的造血干細(xì)胞，雙子葉植物莖的形成層細(xì)胞等；第二個(gè)去向是暫不分裂，但仍具備分裂能力，在一定條件下可隨時(shí)回到細(xì)胞周期中繼續(xù)分裂，如肝臟細(xì)胞等；第三個(gè)去向是細(xì)胞分化，該部分細(xì)胞脫離細(xì)胞周期后失去分裂能力，分化為其他組織器官細(xì)胞，如骨骼肌細(xì)胞、根尖伸長區(qū)細(xì)胞、成熟區(qū)細(xì)胞等。