细胞周期和分裂

基础

细胞周期包括间期与分裂期:间期复制 DNA 并合成蛋白质,核分裂分前期、中期、后期、末期四期,把染色体均分到两个子细胞;减数分裂则产生染色体减半的配子,两种分裂都对生长与生殖极为重要。

适合:中四生物 · 单元:细胞与生命分子(一) · 建议学习路径第 4/6 课

学完呢课,你会识:
  • 细胞周期包括间期(G1、S、G2)与分裂期;间期占大部分时间。
  • DNA 复制在 S 期完成,每条染色体形成两条相同的姐妹染色单体。
  • 有丝分裂四期口诀:前期凝缩、中期排队、后期分家、末期重建。
文体:科学知识说明文有声朗读

文体小知识:科学知识说明文——按细胞周期的次序讲解间期、有丝分裂四期与胞质分裂,再比较有丝分裂与减数分裂的异同。

生物Biology
读呢课前,你应该识: 物质穿越细胞膜的活动

§课文原文 Passage

1一个细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束,所经历的全过程称为细胞周期,包括占时最长的间期和短促的分裂期。分裂不能随时发生:细胞必须先在间期完成两件大事——复制 DNA 和合成足够的蛋白质,否则子细胞会缺乏完整的遗传物质。

2间期分为三段:G1 期细胞迅速生长,合成大量蛋白质并复制胞器;S 期进行 DNA 复制,每条染色体都复制出一份相同的拷贝,两份拷贝即两条姐妹染色单体,由着丝点相连;G2 期继续生长,为分裂作最后准备。

3核分裂(有丝分裂)连续分为四期:前期染色质凝缩成清晰可见的染色体,核膜消失,纺锤体形成;中期全部染色体排列在细胞中央的赤道上;后期两条姐妹染色单体分离,分别移向两极;末期核膜重建,两个细胞核形成。

4核分裂之后是胞质分裂:动物细胞的细胞膜在中央向内折叠,形成分裂沟,把细胞一分为二;植物细胞则在赤道位置形成细胞板,向外扩展成新的细胞壁。两个子细胞的遗传物质与母细胞完全相同。

5有丝分裂令体细胞数目增加,服务生长与修复;减数分裂则只在生殖器官进行,经两次连续分裂产生四个配子,染色体数目减半,并带来遗传变异,受精后数目才恢复正常,维持世代之间染色体数目的稳定。

1重点摘要 Summary

细胞周期包括间期与分裂期:间期复制 DNA 并合成蛋白质,核分裂分前期、中期、后期、末期四期,把染色体均分到两个子细胞;减数分裂则产生染色体减半的配子,两种分裂都对生长与生殖极为重要。

2生字卡 Vocabulary

C
Cell cycle细胞周期

细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束的全过程,包括间期与分裂期。

I
Interphase间期

细胞周期中占时最长的阶段,分 G1、S、G2 三段,进行生长与 DNA 复制。

C
Chromosome染色体

由 DNA 和蛋白质组成、携带遗传信息的结构;分裂期凝缩成显微镜下可见的形态。

C
Chromatid染色单体

一条染色体复制后形成的两份相同拷贝之一,两者由着丝点连在一起。

S
Spindle纺锤体

分裂期间在细胞两极之间形成的丝状结构,牵引染色体移动。

M
Mitosis有丝分裂

把复制后的染色体均分到两个子细胞的核分裂,用于生长和修复。

C
Cytokinesis胞质分裂

核分裂后把细胞质一分为二、形成两个子细胞的过程。

C
Cell plate细胞板

植物细胞胞质分裂时在赤道位置形成、日后发展为新细胞壁的结构。

M
Meiosis减数分裂

经两次连续分裂产生四个染色体数目减半的子细胞的分裂,用于制造配子。

G
Gamete配子

由减数分裂产生的性细胞(精子或卵子),染色体数目为体细胞的一半。

3逐步讲解 Steps

  1. 第一步:细胞周期总览细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束,称为一个细胞周期,分为间期和分裂期两大阶段。间期占周期的大部分时间,细胞在此生长并为分裂做准备;分裂期则包括核分裂(有丝分裂)和胞质分裂。举个例子:皮肤表皮这类不停更新的组织,底层细胞不断走完细胞周期,补充脱落的表面细胞;神经细胞则长期停留在间期,不再分裂。
  2. 第二步:间期——分裂前的准备间期分为 G1、S、G2 三个阶段:G1 期细胞迅速生长,合成蛋白质并复制胞器;S 期进行 DNA 复制,每条染色体复制出一份完全相同的拷贝,两份拷贝称为姐妹染色单体,暂时由着丝点连在一起;G2 期继续合成分裂所需的物质。举个例子:间期在显微镜下看不见染色体,只见细胞核内松散的染色质,因为 DNA 此时呈丝状,方便复制和转录。
  3. 第三步:前期与中期前期开始时,松散的染色质逐渐凝缩成在光学显微镜下清晰可见的染色体,核膜和核仁逐渐消失,细胞两极之间形成纺锤体。中期时,纺锤丝牵引染色体,令所有染色体排列在细胞中央的赤道上,这是有丝分裂最易辨认的一幕。举个例子:显微照片中若见到染色体整齐排成一列横队,便可断定该细胞处于中期。
  4. 第四步:后期与末期后期时,每条染色体的两条姐妹染色单体从着丝点分开,分别被纺锤丝拉向细胞两极,确保两组染色体完全相同。末期时,染色体到达两极后重新松散成染色质,核膜和核仁重新形成,出现两个内容相同的细胞核。举个例子:后期的显微照片常见染色体分成两组、各呈被拉向两极的形状,正是分离进行中的证据。
  5. 第五步:胞质分裂核分裂完成后,细胞质和胞器分配到两侧,细胞准备一分为二。动物细胞的细胞膜在中央向内折叠,形成分裂沟,逐渐收窄,最后把细胞分隔成两个子细胞;植物细胞则在赤道位置由囊泡聚集成细胞板,向外扩展并形成新的细胞壁。举个例子:植物细胞有细胞壁,不能像动物细胞那样内折,所以要用细胞板由内向外隔开两个新细胞。
  6. 第六步:有丝分裂的意义有丝分裂把经过复制的染色体精确均分,两个子细胞的遗传物质与母细胞完全相同,染色体数目不变。它令体细胞数目增加,用于生长、更新和修复组织。举个例子:皮肤割伤后,伤口边缘的细胞以有丝分裂快速增生,长出相同的新细胞把缺口补上;骨髓的造血细胞也以有丝分裂不断补充红血球和白细胞。
  7. 第七步:减数分裂减数分裂发生在生殖器官,细胞连续分裂两次,产生四个子细胞,每个的染色体数目只有母细胞的一半;这些子细胞发育为配子(精子和卵子)。受精时两个配子结合,染色体数目恢复正常,维持物种世代之间染色体数目稳定。减数分裂过程中染色体还会交换片段,带来遗传变异。举个例子:人类体细胞有 46 条染色体,精子与卵子各含 23 条,受精后回复 46 条。

4图解 Diagrams

间期interphase前期prophase中期metaphase后期anaphase末期telophase间期 DNA 复制 → 前期 → 中期(赤道排队)→ 后期(姐妹染色单体分开)→ 末期+胞质分裂有丝分裂:体细胞生长与修复;减数分裂:产生配子,染色体数目减半。
图 1:有丝分裂各期

5例题示范 Example

例题:显微照片甲、乙、丙、丁显示洋葱根尖四个处于不同分裂时期的细胞:甲的染色体凝缩、核膜消失;乙的染色体整齐排列在细胞中央;丙的染色体分成两组移向两极;丁出现两个新细胞核,中央有细胞板。试判断各图所处时期,并解释为什么染色体必须先复制、后均分。

  1. 甲:染色体凝缩、核膜消失,是前期的特征。
  2. 乙:染色体排列在细胞中央的赤道上,是中期;丙:姐妹染色单体分离、移向两极,是后期。
  3. 丁:两个新细胞核形成并出现细胞板,是末期加胞质分裂。
  4. 在间期 S 期,每条染色体已复制成两条相同的姐妹染色单体;后期把它们均分到两极,两个子细胞才能各自获得一套完整而相同的染色体。
  5. 答案:甲前期、乙中期、丙后期、丁末期(胞质分裂)。染色体先复制再均分,保证两个子细胞的染色体数目和遗传信息与母细胞完全相同,这正是有丝分裂维持遗传稳定的关键。

6常见错误 Mistakes

✗ DNA 复制发生在分裂期。
✓ DNA 复制发生在间期的 S 期;分裂期只负责把已复制的染色体均分。
✗ 有丝分裂令子细胞的染色体数目减半。
✓ 有丝分裂的子细胞染色体数目与母细胞相同;染色体减半发生在减数分裂。
✗ 动物细胞和植物细胞的胞质分裂完全一样。
✓ 动物细胞由细胞膜内折形成分裂沟;植物细胞则形成细胞板,再发展成新细胞壁。
✗ 细胞周期的大部分时间都在分裂。
✓ 细胞周期的大部分时间是间期,细胞在此生长、复制 DNA 并合成蛋白质。
✗ 减数分裂产生的配子可直接发育成新个体。
✓ 配子须经受精结合成合子,才能发育成新个体;配子的染色体数目只有体细胞的一半。

75 题快测 Quick check

Q1细胞周期的间期分为哪三个阶段?各发生什么事?

Q2有丝分裂中期的主要特征是什么?

Q3前期与末期在核膜变化上有什么分别?

Q4为什么修补伤口靠有丝分裂而不是减数分裂?

Q5减数分裂与有丝分裂在结果上有哪两大分别?

8重点回顾 Recap

  • 细胞周期包括间期(G1、S、G2)与分裂期;间期占大部分时间。
  • DNA 复制在 S 期完成,每条染色体形成两条相同的姐妹染色单体。
  • 有丝分裂四期口诀:前期凝缩、中期排队、后期分家、末期重建。
  • 动物细胞胞质分裂靠细胞膜内折,植物细胞靠细胞板;结果是两个遗传相同的子细胞。
  • 有丝分裂负责生长与修复;减数分裂产生染色体减半的配子,为有性生殖作准备。

同级其他科

同一科其他级别