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第七章细胞的分裂和分化[概述]细胞通过新陈代谢维持自身的生命活动，通过细胞分裂繁衍后代，将遗传信息一代一代传递下去，保持物种的延续性。有丝分裂可以增加细胞的数目；减数分裂形成精子和卵，以进行有性生殖。通过细胞分裂和细胞分化形成各种组织和器官，完成个体的发育。第1节生殖和生命的延续[概述]生殖是物种延续的重要保证。一种物种可能具有多种生殖方式。生殖的方式通常分为无性生殖和有性生殖。□无性生殖·无性生殖的概念生物不经过生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体的生殖方式。优点是后代能够保持亲本的遗传性。常见的无性生殖有分裂生殖、出芽生殖、孢子生殖和营养繁殖。·类型分裂生殖细菌、草履虫、眼虫、变形虫等单细胞生物。出芽生殖酵母菌、水螅等低等生物。孢子生殖真菌（青霉、曲霉、蘑菇等）、苔藓、蕨类、藻类等植物。营养繁殖马铃薯块茎、甘薯的块根、落地生根的叶、草莓的匍匐茎、香蕉的地下茎等。繁殖速度快、产量高，能够保持母本的优良性状。类型：扦插、分株、嫁接、压条等人工营养繁殖方式。□有性生殖·有性生殖的概念通过亲本产生生殖细胞，雌雄生殖细胞结合，形成受精卵，再由受精卵发育成新个体的生殖方式。特点是后代具备双亲的遗传性，具有更大的生活力和变异性。高等植物和大多数动物进行有性生殖。常见的有性生殖为卵式生殖。·卵式生殖卵与精子结合成受精卵（也称合子）的生殖方式称为卵式生殖。卵式生殖是高等动物和人类唯一的生殖方式。·动物的受精过程卵与精子结合成合子的过程，称为受精作用。第二节有丝分裂[概述]细胞分裂是生物体生长发育和实现个体繁殖的基础。单细胞生物通过有丝分裂进行繁殖，多细胞生物通过有丝分裂可以产生新的体细胞补充组织中衰老死亡的细胞。细胞分裂的方式有三种，分别是无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。□有丝分裂·有丝分裂的概念有丝分裂是动、植物细胞分裂的主要方式。经过有丝分裂，分裂间期复制的DNA平均分离，产生两个染色体数目和形态结构与亲代细胞完全相同的子细胞，保证亲代、子代之间遗传性状的稳定性和连续性。有丝分裂包括分裂间期和分裂期两个阶段。□植物有丝分裂·分裂间期细胞分裂前的物质准备时期，称为分裂间期，简称间期。二现：细胞核内染色质呈细丝状，核仁明显。复制合成：完成DNA的复制和相关蛋白质的合成。·分裂期根据染色体的变化特点，分为前期、中期、后期、末期四个时期。①前期二消：核仁和核膜消失。二现：染色质变成染色体；细胞的两极发出纺锤丝，形成纺锤体。②中期二清：染色体的数目和形态清楚。一排：着丝粒排列在细胞中央的赤道面上。③后期二分：着丝粒分裂，染色单体分离，成为两条染色体。移二极：染色体向两极移动，形成两组形态结构和数目相同的染色体。④末期二消：纺锤体消失，染色体变为染色质。三现：核膜和核仁重新出现，形成两个新的细胞核。出现细胞板，形成细胞壁，形成新的子细胞。□动物有丝分裂·动、植物细胞有丝分裂的区别不同点①纺锤体的形成方式不同动物和某些低等植物细胞具有中心体，一个中心体由两个中心粒组成，它们相互垂直排列。在细胞分裂间期倍增产生两个中心体，于分裂期前期分开，并向两极移动，在两个中心体之间出现纺锤丝。植物细胞则由两极发出的纺锤丝组成纺锤体。②细胞质的分裂方式不同动物细胞赤道面处的细胞膜向内凹陷，最后缢缩成两个子细胞，没有植物细胞分裂时出现的细胞板。植物细胞则在赤道面位置出现细胞板，向四周扩展形成细胞壁。相同点有丝分裂过程中染色体的行为相同。·染色质、染色体和染色单体的关系在细胞核中分布着一种易被碱性染料着色的遗传物质——染色质。染色质和染色体是同一物质在不同时期的两种形态。在有丝分裂前期，细丝状的染色质浓缩并经反复螺旋化而变粗变短，到中期成为最粗最短具有特定形态的染色体。分裂末期，染色体又解螺旋分散成染色质。在有丝分裂中期，每条染色体包含有纵向并列的两条染色单体，它们在着丝粒部位相互连接。一个染色体只有一个着丝粒，对染色体计数时就是计数着丝粒的数目。实验7.1植物细胞有丝分裂的观察1、实验目的：学会植物有丝分裂临时装片的制作方法，辨认细胞有丝分裂各时期染色体的特征。2、实验材料：洋葱（或吊兰、大蒜）根尖3、实验步骤：取材→固定→解离→漂洗→染色→压片→镜检(低→高)解离：解离液是20%的盐酸溶液目的：使根尖组织细胞容易分散。漂洗：用流水冲洗目的：洗去解离液便于染色。染色：染液是醋酸洋红或0.2%龙胆紫目的：使染色体染上颜色，便于观察。压片：使根尖组织变成一层均匀的细胞层观察区域：在低倍镜下先找到根尖分生区细胞，移至视野中央后换上高倍镜。分生区细胞特点：细胞近似正方形、排列紧密、细胞体积较小、细胞核相对较大、有些细胞正在分裂。4、实验结果：视野中大部分细胞处在分裂间期，因为间期在整个细胞周期中所占的时间最长(约占细胞周期的95%)。□细胞周期·细胞周期的概念细胞经历生长直至分裂的这一有序过程叫做细胞周期，也就是指细胞从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止的过程。细胞周期分为间期与分裂期两个阶段。·细胞分裂后的三种状态1、增殖细胞：骨髓细胞、消化道黏膜上皮细胞、植物形成层、生长点。2、暂不增殖细胞或G0细胞：肝、肾细胞。3、不增殖细胞：神经细胞、骨细胞、成熟细胞等。·癌细胞的生长特性癌症是一种因体内某些细胞分裂失去控制而不断生长和分裂，从而破坏周围正常组织的疾病。癌组织恶性增长的原因：在癌组织中，暂不增殖细胞和不增殖细胞数量较少，大部分是连续进行增殖的细胞。癌细胞连续增值，没有最高分裂次数的限制。癌细胞无接触抑制现象：癌细胞无最高分裂次数的限制，能持续地生长和分裂，成为“不死”的细胞。第三节减数分裂[概述]凡是进行有性生殖的个体，在形成生殖细胞的过程中都要经过减数分裂。高等植物和大多数动物通过减数分裂产生具有单倍染色体的生殖细胞，然后通过受精作用，使受精卵含有双倍的染色体，这样才能保证物种染色体数目的恒定。□减数分裂的概念减数分裂是形成生殖细胞的一种特殊形式的细胞分裂。在减数分裂中，DNA复制1次，细胞连续分裂2次（减数第一次分裂和减数第二次分裂），产生4个单倍体的，子细胞中染色体和DNA数目均被精确地减半。□减数分裂的过程减数分裂的过程由2次连续的细胞分裂组成：减数第一次分裂和减数第二次分裂。在分裂前都有一个分裂间期，分裂过程都划分为前期、中期、后期和末期。减数第二次分裂前的间期不进行染色体复制。·减数第一次分裂间期：染色体进行复制。（和有丝分离间期一样）前期：同源染色体两两配对。在减数第一次分裂前期，分别来自父方和母方形状和大小都相同的染色体，两两配对，这个过程叫做同源染色体。同源染色体两两配对的现象就叫做联会。中期：成对的同源染色体（四分体）都排列在细胞中央的赤道面。后期：纺锤丝牵引使联会的同源染色体分离（减数第一次分裂的最重要的特点，导致染色体数目减半），分别向细胞的两级移动，形成两组染色体。末期：细胞分裂成两个子细胞。形成的两个子细胞中染色体数目是亲代细胞中的一半。·减数第二次分裂（间期至后期过程同减数第一次分裂）减数第二次分裂后期，每个染色体的着丝粒都分裂为二，两条染色单体完全分开，形成两条染色体。纺锤体牵引着两条染色体分别向两极移动，每个子细胞又分裂为两个新的子细胞。于是一个亲代细胞经过减数分裂形成四个子细胞。每个子细胞都是单倍体的（以n表示），而亲代细胞都是二倍体的（以2n表示）。·DNA发生变化的原因①减数第一次分裂前期，联会以后，来自父方染色体的一条染色单体与来自母方染色体的一条染色单体有可能互相交换一部分遗传物质（称为交叉互换）。②减数第一次分裂后期，同源染色体分离的同时，不同源染色体的随机自由组合，也是造成遗传性变异的一种原因。·减数分裂中染色体变化顺序染色体复制→同源染色体联会配对→同源染色体的分离→染色单体的分离·有丝分裂和减数分裂的比较表比较有丝分裂减数分裂范围全部真核生物进行有性生殖的生物部位各组织器官精（卵）巢、花药、胚囊时期从受精卵开始一般从性成熟开始染色体复制一次一次染色体数子细胞染色体数不变子细胞染色体数减半染色体主要行为同源染色体无联会、四分体、分离等行为同源染色体有联会、四分体、分离等行为分裂次数一次两次子细胞性质体细胞精细胞或卵细胞子细胞数1个母细胞——2个子细胞1个初级精母细胞—4个精子细胞1个初级卵母细胞—1个卵细胞＋3个极体相同点有纺锤丝出现，有染色体复制，着丝粒分裂。意义使生物体在个体发育中，亲子代细胞之间维持了遗传物质的稳定性。减数分裂和受精作用使生物在系统发育中，亲子代之间维持了遗传的稳定性。·有丝分裂、减数分裂前期、中期、后期区分时期染色体分布有丝分裂减数第一次分裂减数第二次分裂前期散乱分布无联会、交叉互换现象。有同源染色体。有联会、交叉互换现象。有同源染色体。无同源染色体。中期赤道面集中着丝粒集中赤道面，有同源染色体配对的同源染色体集中赤道面。着丝粒集中赤道面，无同源染色体。后期向两极移动着丝粒分裂，染色体数加倍，均分成两组移向细胞两极。有同源染色体同源染色体分离，均分成两组向两极移动。着丝粒分裂，染色体数加倍，均分成两组移向细胞两极。无同源染色体·判断细胞分裂方式的技巧应用“三看识别法”，判别细胞分裂属于有丝分裂还是减数分裂，属于减数第一次分裂还是第二次分裂。第一看：细胞中染色体数目，奇数，一般是减数第二次分裂，且细胞中一定无同源染色体存在；偶数，则进行第二看。第二看：细胞中有无同源染色体，若无同源染色体，一定是减数第二次分裂，若有同源染色体存在，则进行第三看。第三看：细胞中同源染色体行为，若出现联会、四分体、着丝粒位于赤道面两侧、同源染色体分离现象，一定是减数第一次分裂；若同源染色体无上述特殊行为，则为有丝分裂。□精子和卵的形成·精子的形成过程高等动物的精子由睾丸中的精原细胞演变而来。每个精原细胞都含有与体细胞相同的染色体数目，是二倍体（2n=46）。精原细胞通过染色体复制，成为初级精母细胞。初级精母细胞经过减数第一次分裂，形成两个次级精母细胞。每个次级精母细胞经过减数第二次分裂，形成两个精细胞。一个精原细胞形成四个精细胞，每个精细胞都是单倍体（n=23），精细胞经过变形，形成精子。·卵的形成过程卵巢里的卵原细胞（2n）经过染色体复制形成初级卵母细胞。初级卵母细胞经过减数第一次分裂，产生一个次级卵母细胞和一个较小的第一极体，这是细胞质不均等分裂的结果。接着进行减数第二次分裂，次级卵母细胞形成一个卵细胞和一个较小的第二极体。同时，第一极体也分裂成两个第二极体。这样，一个卵原细胞形成一个卵和三个极体，它们都是单倍体（n）。极体不久就退化消失。·精子和卵细胞形成过程比较比较项目不同点相同点精子形成卵细胞形成染色体复制复制一次复制一次复制一次第一次分裂一个初级精母细胞产生两个大小相同的次级精母细胞一个初级卵母细胞产生一个大的次级卵母细胞，一个小的极体出现联会、四分体、同源染色体分离现象，子细胞染色体数目减半第二次分裂两个次级精母细胞形成两个同样大小的精子细胞一个次级卵母细胞形成一个大的卵细胞和小的极体，原来的极体分裂成两个极体着丝点分裂，染色单体分开，子细胞染色体数目不变变形否变形不需要成熟的生殖细胞染色数目是原始生殖细胞染色体数目的一半分裂结果产生4个精子产生一个有功能的卵细胞，三个极体退化消失□减数分裂和有性生殖的意义·减数分裂的意义保证了生物体前后代体细胞中染色体数目的恒定，也保证了生物体遗传性状的相对稳定。减数分裂是有性生殖的基础，是生物遗传、进化、形成生物多样性的必要条件。·有性生殖的意义既有效地获得父母双方的遗传物质，保证后代的遗传稳定性，又可以通过减数分裂增加变异机会和生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。第四节细胞分化和植物细胞的全能性□细胞分化·细胞分化的概念在生物的个体发育过程中，同一来源的细胞的后代，在形态结构、生理功能和蛋白质合成上逐渐发生差异的过程，称为细胞分化。细胞分化的本质在于细胞内化学物质的变化（如蛋白质和酶）。细胞分化发生在生物体发育的全过程，不仅发生在胚胎时期，也发生在生物体的其他生命过程中，具有稳定性和不可逆性。·细胞分化的意义细胞分化是发育的主要过程，它