邵江樵

一、微專題 “微專題”是以某個“點”為中心，整合相關概念、原理、規(guī)律和模型的專題知識，復習中設置“微專題”的目的是為了幫助學生理解已有知識的內在聯(lián)系，形成比較深刻的系統(tǒng)化知識，促進學生的深度學習，從而有效地解決某類具體的問題.如“細胞周期同步化”微專題基于真實的操作技術為情境，可以幫助學生理解細胞分裂是一個連續(xù)的過程，建立運用細胞周期模型進行問題分析的思維模式.

二、細胞周期同步化

在體外培養(yǎng)的細胞群體中，細胞有絲分裂是不同步的，有早有晚，有快有慢，即在某時刻，同時存在著各種時期的細胞.細胞同步化就是采取一定的方法，使細胞群體中處于細胞周期不同時期的細胞停留在同一時期.常見的人工誘導細胞周期同步化技術有：營養(yǎng)限制性培養(yǎng)法獲得G1期;選用DNA合成抑制劑將細胞群體阻斷在G1/S期交界處;用一些抑制微管聚合的藥物（如秋水仙素）抑制紡錘體的形成，將細胞阻斷在有絲分裂中期.

1.營養(yǎng)限制法

營養(yǎng)限制法是指在細胞全營養(yǎng)培養(yǎng)液中降低或剝奪某種營養(yǎng)物質，從而使細胞分裂暫停在某一時期（如G1期）的細胞同步化方法.其中常用的方法有血清饑餓法和氨基酸饑餓法.

血清饑餓法：通過將培養(yǎng)液中血清濃度降低到一定限度（0.5%～1%），使細胞僅能存活而不能分裂，進而獲得大量處于G0期或G1期的細胞.G0期細胞，也稱靜止期細胞，通常由G1期細胞轉化而來，G0期細胞暫停分裂，受到某些刺激時會重新開始分裂，獲得的細胞中處于G0期細胞與處于G1期細胞的比例與血清饑餓的時間相關，

氨基酸饑餓法：通過剝奪全營養(yǎng)培養(yǎng)液中的異亮氨酸或精氨酸可將細胞阻斷在G0期或G1期，

可見，營養(yǎng)限制法的原理是G1期細胞主要合成DNA所需蛋白質的合成和核糖體的增生，由于培養(yǎng)液缺乏營養(yǎng)物質，使細胞合成有關物質如RNA和蛋白質（DNA聚合酶等）受阻，而停滯于G.期以及轉化為G0期，無法進入S期，

營養(yǎng)限制法的優(yōu)點是不影響細胞的生理生化過程，一旦營養(yǎng)充足，細胞就會繼續(xù)正常分裂.

2.DNA合成雙阻斷法

DNA合成雙阻斷法是用DNA合成抑制劑，可逆地抑制DNA合成，而不影響其他時期細胞的運轉，最終可將細胞群阻斷在G1/S交界處.

羥基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高濃度AdR（脫氧腺苷）、GdR（脫氧鳥苷）和TdR（脫氧胸苷）均可抑制DNA合成，使細胞同步化，其中高濃度的TdR對S期細胞的毒性較小，因此常用TdR雙阻斷法誘導細胞同步化.兩次阻斷和洗脫操作的處理方法、處理目的和處理時間如表1和圖1所示.

3.中期阻斷法

紡錘體由紡錘絲——微管蛋白組裝而成，是細胞分裂對程中染色體平均分配到兩極的必要結構，構成紡錘體的紡錘絲分為星體紡錘絲、著絲粒紡錘絲和極體紡錘絲三種，后期時，著絲粒紡錘絲微管解聚縮短，在動粒處產(chǎn)生的拉力使染色體移向兩極：極體紡錘絲的微管伸長和相互間的滑行向兩極方向移動，使細胞兩極之間的距離加大.動粒是與著絲粒相聯(lián)系的蛋白質結構，是紡垂體微管與染色體相接觸的結構，位于著絲粒外側表面位置上，如圖2所示，

細胞周期檢驗點是細胞周期調控的一種機制，當細胞周期中某一節(jié)點出現(xiàn)“異常事件”時，調節(jié)機制就被激活，排除“故障”或使細胞周期中斷，如紡錘體組裝檢驗點（SAC）能夠檢查紡錘體是否正確組裝.紡錘絲是否正確連接在染色體的著絲粒兩側的動粒上，當著絲粒兩側的動粒都與紡錘絲連接并排列在赤道板上時.SAC蛋白會很快失活并脫離動粒，當所有的SAC蛋白都脫離后，細胞進入中期，然后APC（后期促進復合物）被激活，細胞才能由分裂中期進入后期.

秋水仙素能與微管特異性結合，形成的復合物不僅不能使微管繼續(xù)聚合形成紡錘體，而且還會使已經(jīng)組裝的微管蛋白解聚;所以用適宜濃度的秋水仙素在適宜的時間作用于動物細胞和植物細胞，紡錘體會迅速消失.可見，用秋水仙素處理后，細胞不能正常形成紡錘絲，細胞則無法進入后期，將滯留住中期.這里的細胞停滯中期是從分裂時期的角度來說的，也是染色體螺旋化程度最高的時期，由于失去了紡錘絲的牽引，此時的染色體很難整齊排列在赤道，而是在細胞中呈散亂分布，

秋水仙素能抑制紡錘體的形成，使細胞周期被阻斷在中期.實理細胞周期同步化.常川的藥物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性較少，

秋水仙素的作用是可逆的，當作物體內的秋水仙素被代謝降解后其作用消失，不再抑制微管和紡錘絲形成，細胞即可繼續(xù)分裂，

三、典型試題與應用

例1 （2017年11月浙江選考卷）為了研究海拉細胞的細胞增殖，若要得到大量的G.期細胞，可采用的方法 _____，原因是_____，

解析本題考查G1期的特點和細胞周期各時期的相互關系.教材在多莉羊的培育過程中指出，需要對供體細胞——乳腺細胞進行營養(yǎng)限制性培養(yǎng).C1期細胞主要合成DNA所需蛋白質的合成和核糖體的增生，由于培養(yǎng)液缺乏營養(yǎng)物質，使C，期細胞合成有關物質受阻，如mRNA和DNA聚合酶等蛋白質的合成受阻，從而無法進入S期，而停滯在G1期，

參考答案：減少培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物質成分 由于原料缺少使細胞合成有關物質如RNA和蛋白質等受阻，而停滯于G1期

變式練習1 （2020年1月浙江選考卷16）下列關于用不同方法處理與培養(yǎng)小鼠骨髓細胞的敘述，正確的是（

）.

A.用缺乏營養(yǎng)物質的培養(yǎng)液培養(yǎng)，會使M期細胞減少

B.用蛋白質合成抑制劑處理，不影響C.期細胞進入S期

C.用促進細胞分裂的試劑處理.c，期細胞中染色體數(shù)目增加

D.用僅含適量3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷的培養(yǎng)液培養(yǎng)，s期細胞的數(shù)量增加

解析用缺乏營養(yǎng)物質的培養(yǎng)液培養(yǎng)，會使細胞不能在分裂間期完成DNA的復制及有關蛋白質的合成，這樣細胞無法進入分裂期，所以M期細胞減少，A選項正確;G1期主要是合成DNA所需蛋白質的合成和核糖體的增生，用蛋白質合成抑制劑處理，G.期細胞不能合成相應的蛋白質，無法進入s期，因此B選項錯誤;有絲分裂過程中的染色體數(shù)目加倍發(fā)生在后期，用促進細胞分裂的試劑處理，G2期細胞中的染色體數(shù)目不會增加，C選項錯誤;雖然S期進行DNA復制，但用僅含適量3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷的培養(yǎng)液培養(yǎng)，S期細胞還是無法進行DNA半保留復制，細胞數(shù)量不會增加，D選項錯誤.

參考答案：A

例2 細胞周期可分為分裂間期和分裂期，分裂間期包括G.期、S期和G2期，分裂期即M期.圖3是甲物種細胞周期各時期的時間，若在培養(yǎng)液中加入過量3H標記的胸苷（3H -TdR），下列說法正確的是（

）.

A.過量3H—TdR通過阻礙核糖體與mRNA的結合發(fā)揮作用

B.若乙物種M期為2小時，則乙比甲更適合作為觀察有絲分裂染色體行為的材料

C.全部細胞被抑制在G.期和s期的交界處約需15小時

D.用含過量3H—TdR的培養(yǎng)液培養(yǎng)10小時后，約有7/22的細胞被阻斷在S期

解析 過量3H—TdR的作用原理是抑制DNA合成，所以A選項錯誤;觀察有絲分裂染色體行為看分裂期，需要M期細胞在細胞周期中的比例高.細胞周期中各時期的細胞數(shù)量占總細胞數(shù)的比例與該時期在細胞周期中的時間比例成正比，雖然乙物種的M期大于甲物種，但不知道乙物種的細胞周期時間，因此無法判斷誰更適合作為觀察有絲分裂染色體行為的材料，B選項錯誤：要使全部細胞被抑制在G，期和S期的交界處需要兩次阻斷DNA的合成，第一次阻斷的時間至少為G2+M+G1，第一次洗脫的時間不少于S期，第二次阻斷的時間至少為G2+M+G1，合計不少于37小時，故C選項錯誤;據(jù)圖3可知，細胞周期為22小時，其中S期7小時，因此s期細胞約占細胞總數(shù)的7/22.由于過量3H- TdR只抑制DNA合成，而不影響其他時期細胞的運轉，用含過量3H—TdR的培養(yǎng)液培養(yǎng)10小時后，已經(jīng)完成了DNA復制的細胞（G2期+M期）繼續(xù)完成分裂會使細胞數(shù)增加.10小時后的總細胞數(shù)相對值=一個細胞周期+G：+M=27，被阻斷在S期實際比例= 7/27，約為7/22，因此D選項正確.

參考答案：D

變式練習2 -個處于培養(yǎng)狀態(tài)下的細胞株，處于細胞周期各時期的均有若干，其數(shù)量與時長成正比，已知細胞周期各階段的時長如表2所示，

現(xiàn)對該細胞株依次進行如下操作：

①加入DNA合成抑制劑：

②維持12小時：

③去除DNA合成抑制劑;

④維持12小時;

⑤加入DNA合成抑制劑：

⑥維持7小時，

下列敘述錯誤的是（

）.

A.操作①只能使部分細胞停止分裂活動

B.操作④后存在有染色單體的細胞

C.理論上操作②后處于S期（非Cl/S臨界處）的細胞占7/19

D.若操作⑥之后去除DNA合成抑制劑，各細胞的分裂過程將同步

參考答案：C

變式練習3 （浙江省十校聯(lián)盟2022屆高三第二次聯(lián)考第16題）科學家采取一些方法使細胞處于細胞周期的同一時相，稱為細胞同步化技術.圖4是動物細胞周期同步化的方法之一，下列敘述錯誤的是（

）.

A.阻斷1只能使部分細胞停止分裂活動

B.理論上阻斷I處理后，處于S期（非G./S臨界處）細胞占S/（2G2 +2M +S+G1）

C.解除阻斷時應更換正常的新鮮培養(yǎng)液，培養(yǎng)的時間應控制在大于S期，小于等于G1+M+G1

D.阻斷Ⅱ處理與阻斷I相同.處理時間必須大于等于G2+M+G1

參考答案：D

（收稿日期：2022 - 03 - 11）