多形式、多角度诠释细胞周期
王丽萍
摘 要 细胞分裂是一个十分复杂而又精确的生命过程。从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，是一个细胞周期。本文以多种形式，多角度诠释了细胞周期的概念和特点，以此提升学生对细胞周期这个难点知识的理解
关键词 细胞周期 实验法 扇形图 直线图 曲线图 柱形图
细胞进行有丝分裂具有周期性。细胞周期是指连续分裂的细胞从一次分裂结束时起，到下一次分裂结束为止的一段时期。在一个细胞周期中，细胞发生了一系列复杂的变化，其中特别是DNA的容量经过复制增加了一倍，后精确地平均分配到2个子细胞中。一个细胞周期分为两个阶段：分裂间期和分裂期。细胞周期的大部分时间处于分裂间期，大约占细胞周期的90～95%，分裂间期结束后进入分裂期，分裂期是一个连续的过程，为了研究的方便，人们将分裂期人为划分为前、中、后、末四个时期。细胞周期的知识在各地高考试卷中也屡见不鲜，在教学过程中，为了清晰地让学生理解细胞周期的概念和特点，本人采用多种形式，从多角度来诠释细胞周期，并配上相应的例题，起到了举一反三的作用，学生对细胞周期的理解也尤为深刻。
1 实验法
1.1 实验过程分析
以体外细胞培养为例，简单介绍用实验方法测定细胞周期过程。首先，应用3H-TdR短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将3H-TdR洗脱，置换新鲜培养液并继续培养。随后，每隔半小时或1小时定期取样，作放射自显影观察分析，从而确定细胞周期各个时相的长短。
经3H-TdR短暂标记后，凡是处于S期的细胞均被标记。置换新鲜培养液后一定时间，被标记的细胞将陆续进入M期。最先进入M期的标记细胞是被标记的S期最晚期细胞。所以从更换培养液开始，到被标记的M期细胞开始出现为止，所经历的时间为G2期时间。从被标记的M期细胞开始出现，到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为M期时间。从被标记的M期细胞数占M期细胞总数的50%开始，经历到最大值，再下降到50%，所经历的时间为S期时间。从被标记的M期细胞开始出现并逐渐消失，到被标记的M期细胞再次出现，所经历的时间为一个细胞周期总时间。一个细胞周期总时间减去G2、M、S期时间后所剩余的时间为G1期时间。
1.2 例题（上述实验的改编题）
(2010年江苏高考题)细胞周期包括分裂间期(分为G1期、S期和G2期)和分裂期(M期)。下图标注了甲动物(体细胞染色体数为12)肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及DNA含量。请回答下列问题。
(1)若用含放射性同位素的胸苷(DNA复制的原料之一)短期培养甲动物肠上皮细胞后，处于S期的细胞都会被标记。洗脱含放射性同位素的胸苷，换用无放射性的新鲜培养液培养，定期检测。预计最快约________h后会检测到被标记的M期细胞。
(2)从被标记的M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为________期的时间，处于该期的一个细胞中染色体数目的变化情况是________。
(3)若向甲动物肠上皮细胞培养液中加入过量胸苷，处于S期的细胞立刻被抑制，而处于其他时期的细胞不受影响。预计加入过量胸苷约________h后，细胞都将停留在S期。
(4)乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为24 h，M期时长为1.9 h。若要在显微镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化，选用________(填“甲”或“乙”)动物肠上皮细胞更合适。
(5)在光学显微镜下观察，同处于分裂末期的动物肠上皮细胞与洋葱根尖细胞，形态上最主要的区别是____________________________。
答案：(1)2.2 (2)M 12―→24―→12 (3)7.4 (4)甲 (5)动物肠上皮细胞膜凹陷，细胞缢裂；洋葱根尖细胞形成细胞板
2 扇形图
2．1 图像
2．2 解析
一个圆周代表一个细胞周期，分为分裂间期和分裂期，分裂间期分为G1、S、G2时期，分裂期划分为前、中、后、末四个时期。在一个细胞周期中，分裂间期的时间远长于分裂期。本图像直观、清晰，重点突出了细胞周期的起、止点及时间分配。
2．3 例题
如右图表示细胞有丝分裂一个细胞周期，下列说法正确的是
①甲→乙的过程表示分裂间期 ②乙→甲的过程表示分裂间期
③一个细胞周期是指甲→甲的全过程
④一个细胞周期是指乙→乙的全过程
A．①③ B．②④ C．③④ D．①②
答案：B
3 直线图
3．1 图像
3．2 解析
图中a+b或c+d代表一个细胞周期，a、c代表一个细胞周期的分裂间期，是一个细胞周期的准备期，所以不能用b+c来代表一个细胞周期。本图像重点突出分裂间期和分裂期的时间分配，及作为准备阶段的分裂间期应该在分裂期的前面。
3．3 例题
连续分裂的细胞，相邻的两周期可用下图表示，对此不正确的叙述是
A. a + b → 一个细胞周期
B.a段的主要变化是DNA的复制及有关蛋白质的合成
C.b + c → 一个细胞周期
D.d段主要完成遗传物质的平均分配
答案：C
变式训练：
科学家用15N的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗，追踪蚕豆根尖细胞分裂情况，得到蚕豆根尖分生区细胞连续分裂数据如下，则下列叙述正确的是
A．蚕豆根尖细胞分裂的一个细胞周期为19.3h
B．高尔基体、线粒体、叶绿体在蚕豆根尖细胞分裂过程中活动旺盛
C．蚕豆根尖细胞的DNA分子结构稳定性最低的时期有0～2h、19.3～21.3h、38.6～40.6h
D．基因重组可发生在19.3～21.3h
答案：A
4 曲线图
4．1 图像
4．2 解析
在一个细胞周期中，细胞核中的DNA经过间期地复制后，在分裂期精确地平均分配到两个子细胞中。图像用DNA从2n→4n→2n的变化过程表示了一个细胞周期。特点：突出了细胞周期中DNA的变化规律，将细胞周期抽象化。
4．3 例题
如下图所示表示某生物细胞有丝分裂过程中细胞核内DNA含量变化的曲线。下列有关叙述正确的是
A．O～A段表示间期染色体复制，其含量加倍
B．O～A段表示间期DNA复制，其含量加倍
C．C～D段细胞核中染色体数：染色单体数：DNA分子数的比为1：2：2
D．O～E段代表一个细胞周期，E以后进入下一个细胞周期
答案：B D
5．柱形图
5．1 图像
5．2 解析
B的DNA含量在2C～4C之间，说明细胞正处于DNA复制时期；C的细胞中DNA已经加倍，说明处于分裂期。特点：根据DNA的含量可以推断该细胞处于什么时期，根据该时期细胞数目的多少可以推断该时期在一个细胞周期中时间的长短。
5．3 例题
(2003年上海高考题)回答下面有关哺乳动物细胞培养的问题。
（1）培养中的细胞其数目的增加和培养时间的关系如图1。据图读出该细胞完成一个细胞周期所需要的时间（T）是______ 小时。
（2）从图1的A点取出6000个细胞，测定每个细胞的DNA含量，结果如图2。图2的B、C、D中，表示处于S期的是______，表示处于G2和M期的是 ______，表示处于G1期的是______。
（3）若取样的6000个细胞中，处于M期细胞的数目是300个，则处于S期和G2期的细胞数分别是_______和_______个。
（4）细胞周期中，完成各期所需时间的计算公式是 （N是取样的总细胞数，n是各期的细胞数），则该细胞完成分裂期和间期的时间分别是_______和_______小时。
答案：（1）20 （2）C D B （3）1500 1200 （4）1 19
变式训练：
（2006年四川卷高考题）细胞增殖过程中DNA含量会发生变化。通过测定一定数量细胞的DNA含量，可分析其细胞周期。根据细胞DNA含量不同，将某种连续增殖的细胞株细胞分为三组，每组的细胞数如图。从图中所示结果分析其细胞周期，不正确的是
A．乙组细胞正在进行DNA复制
B．细胞分裂间期的时间比分裂期长
C．丙组中只有部分细胞的染色体数目加倍
D．将周期阻断在DNA复制前会导致甲组细胞数减少
答案：D
总之，在生物教学的过程中，我们的教师若能够多思考、多总结，对一个知识能够从不同的角度加于分析，我们的课堂一定会更加丰富多彩，更富于创新，学生学起来也更有兴趣，知识也更容易理解，更容易迁移。
（本文发表于《中学生物学》2013年第6期）