【生物】细胞有丝分裂图表分析

【生物】细胞有丝分裂图表分析
“能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容”——这是《考试大纲》对考生理解能力的要求。

细胞分裂中细胞周期、DNA、染色体、染色单体等相关知识，都可以转化为图表等形式，借助图表一方面能加强对细胞分裂相关知识的考查，另一方面还能体现《考试大纲》对考生能力的要求（这也是命题者“青睐”有丝分裂图表题的原因）。

这些特点在2011年高考天津卷的第4题、江苏卷的第28题等中有所体现。

另外，由于本部分内容涉及知识点繁杂、题型多样，因此其又是考生学习的难点。

下面我们将针对本难点中常见题型进行分类详解：
一、对细胞周期的考查
1.题型分析及解题策略
常见的图形是数轴或圆形图，侧重于考查考生对细胞周期的理解。

对此类图形的解读有一个关键点：在细胞周期中所占时间短的为分裂期，分裂期结束时是下一个细胞周期的开始，一直再到分裂期结束，才是一个完整的细胞周期。

【典例1】科学家用含15N的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗，并追踪蚕豆根尖细胞的分裂情况，得到蚕豆根尖分生区细胞连续分裂的数据如下，下列据图所作的推测正确的是
A．蚕豆根尖细胞分裂的一个细胞周期为19.3 h
B．蚕豆根尖细胞分裂间期所持续的时间是分裂期时间的三倍
C．在0～2 h这个时间段，蚕豆根尖细胞的DNA分子结构稳定性最低
D．在19.3～21．3 h这个时间段，根尖细胞内可发生基因重组现象
【解析】严格来说，一个细胞周期是从2 h开始至21.3 h结束，共用时21.3-2=19.3（h），但不能认为0～19.3 h为一个细胞周期。

蚕豆根尖细胞分裂间期所持续的时间是19.3-2=17.3（h），而分裂期时间为2 h。

在0～2 h这个时间段，蚕豆根尖细胞处于分裂期，染色体高度螺旋化，DNA分子不处于解旋状态，因此DNA分子结构稳定性最高。

基因重组现象发生在减数分裂过程中，而根尖细胞进行的是有丝分裂。

答案：A
2.知识拓展
同理，如右图所示，A→B为分裂期，B→C→A为分裂间期，一个完整的细胞周期是B→B(即B→C→A→B)。

二、对染色体、DNA含量的考查
1.题型分析及解题策略
此类试题一般以坐标曲线的形式出现，侧重考查考生对细胞周期中染色体、DNA含量变化的认识。

下面从不同角度对该难点进行详解（本难点中所说的“细胞内DNA”不包括细胞质DNA，因为线粒体或叶绿体内的DNA含量不定，其含量变化无法用具体的曲线表示出来）：
（1）（细胞内）DNA、染色体曲线的比较
表示DNA和染色体的曲线有一个最明显的区别：相对数量从2变为4的时候，“斜线增加”指的是DNA复制，该曲线代表DNA含量变化（上面左图）；“竖直增加”为着丝点分裂所致，该曲线代表染色体含量变化（上面右图）。

（2）DNA、染色体曲线不同区段对应时期的判定
对于各时期的判断，必须找到关键点才能准确进行。

根据DNA变化曲线判定各时期的技巧（参阅上图分析）：①“斜线增加”的结束点（B点）之前，为间期。

②竖直向下减少时，若纵轴为每条染色体上DNA含量，则此时为后期；若纵轴为细胞内DNA含量，则此时为末期。

根据染色体变化曲线判定各时期的技巧：染色体加倍的为后期，其他时期以此为据推断即可。

（3）核DNA、细胞内DNA、每条染色体上DNA含量变化的比较
一定要结合两个重要图像（甲、乙图）进行理解，在丙、丁、戊三个图中对应的时间段有差异：
①甲图代表有丝分裂后期，核DNA是2N、细胞内DNA也是2N，但每条染色体上的DNA是n(n=1),因此，甲图（后期）在丙、丁两图中都对应2N，位于BC段，但是在戊图中对应CD段。

②乙图代表有丝分裂末期，由于该细胞内具有两个细胞核，因此核DNA是N、细胞内DNA是2N（此时一个细胞包括两个子细胞），每条染色体上的DNA仍是n(n=1),因此，乙图（末期）在丙图中对应N，位于CD段；在丁图中对应2N，位于BC段；在戊图中对应DE段。

【典例2】右图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．OA段表示染色体复制，含量加倍
B．细菌与BC段细胞相比主要区别是没有核膜和核仁
C．CD段细胞核中染色体∶染色单体∶DNA=1∶2∶2
D．BD段的团藻细胞中含有两组中心粒
【解析】虽然OA段染色体随着DNA的复制而复制了，但是染色体的含量并不加倍。

BC 段细胞处于分裂期，核膜、核仁消失，即与原核生物相同，都没有核膜、核仁。

CD段为有丝分裂后期，着丝点分裂，已不存在染色单体。

团藻属于低等植物细胞，细胞内存在中心体，分裂期时在细胞的每一极都存在一组中心粒。

答案：D
2.图形变形
命题者常将DNA、染色体、染色单体等的含量变化整合到一个图形中，将坐标曲线图转化为柱形图。

只要清楚每个时期这三者含量的比例，就能够准确作答。

遇到柱形图，要联想到不同形态的染色体中DNA和染色单体含量的比例。

纵观染色体的几种形态，“染色体数永远小于或等于DNA分子数，有染色单体存在时，其数量等于DNA分子数。

”这个规律是解答柱形图的关键。

如图中甲a〖DK〗∶b〖DK〗∶c=2〖DK〗∶1〖DK〗∶2，那么比例数最小的1份b肯定代表染色体数，a、c则代表DNA分子数、染色单体数，具有此种染色体形态的应该是前期或中期。

图中乙缺少c，正在进行有丝分裂的细胞中不可能不含DNA，因此，c绝对不是DNA，应该为染色单体。

没有染色单体的时候（乙、丙），若染色体数和DNA分子数加倍了（乙图），则为后期；若没加倍（丙图），则为末期或间期（DNA复制前的间期）。

可见，将柱形图转化为我们比较熟悉的图形进行分析，实现“图→图”转化，可使问题简单化。

【典例3】处于有丝分裂过程中的动物细胞，当中心体移向两极时，染色体数（a）、染色单体数（b）、DNA分子数（c）可表示为
【解析】中心体移向两极时细胞处于分裂前期，此时一条染色体上有两条染色单体，则a 应为b的一半，每条染色单体上有一个DNA分子，则b、c大小一致，即染色体数、染色单体数和DNA分子数的比为1∶2∶2。

答案：B
三、对细胞周期各时期判断的考查
1.题型分析及解题策略
此类题型考查的频率最高，常见图形有坐标曲线图、柱形图、模式图等。

对于坐标曲线图、柱形图的分析上面已做详解。

牢记各时期最显著的特征，并能根据特征自己动手画出简图，
是解答此类试题的关键。

下面将主要特征及对应的模式图总结如下：
【典例4】（2011·江苏卷）洋葱(2n=16)为二倍体植物。

为比较不同处理方法对洋葱根尖细胞分裂指数(即视野内分裂期细胞数占细胞总数的百分比)的影响，某研究性学习小组进行了相关实验，实验步骤如下：
①将洋葱的老根去除，经水培生根后取出。

②将洋葱分组同时转入质量分数为0．01％、0．1％秋水仙素溶液中，分别培养24 h、
36 h、48 h；秋水仙素处理停止后再转入清水中分别培养0 h、12 h、24 h、36 h。

③剪取根尖，用Carnoy固定液(用3份无水乙醇、1份冰乙酸混匀)固定8 h，然后将根尖浸泡在1 mol／L盐酸中5~8 min。

④将根尖取出，放入盛有清水的培养皿中漂洗。

⑤用石炭酸—品红试剂染色。

⑥制片、镜检；计数、拍照。

实验结果：不同方法处理后的细胞分裂指数(％)如下表。

请分析上述实验，回答有关问题：
(1)步骤③中“将根尖浸泡在1 mol／L盐酸中”的作用是______________________。

(2)步骤⑥为了获得相应的观察视野，镜检时正确的操作方法是______________________。

(3)根据所学的知识推测，石炭酸—品红试剂是一种_________性染料。

(4)为了统计数据更加科学，计数时应采取的方法是_______________________________。

(5)根据上表结果可以得出如下初步结论：
①质量分数为________________秋水仙素溶液诱导后的细胞分裂指数较高；
②本实验的各种处理中，提高细胞分裂指数的最佳方法是_______________________________________________________。

(6)右面为一位同学在步骤⑥所拍摄的显微照片，形成细胞a的最可能的原因是
____________________________。

【解析】本题主要考查植物细胞有丝分裂的相关知识，意在考查考生对新情境实验过程和实验结果的分析能力。

（1）步骤③中盐酸的作用是使组织中细胞相互分离开来。

（2）步骤⑥中镜检的正确操作方法是先在低倍镜下观察，缓慢移动装片，当发现较为理想的视野后，停止移动装片，换上高倍镜再进行观察。

（3）染色体易被碱性染料着色，步骤⑤中使用石炭酸—品红试剂作为染色体的染色剂，故该试剂为碱性染料。

（4）为了统计数据更科学，可在每组装片中观察多个视野进行计数，取其平均值。

（5）根据表中实验数据可知，使用质量分数为0.01%的秋水仙素溶液处理细胞，细胞分裂指数较高。

本实验的各种处理中，提高细胞分裂指数的最佳方法是用0.01%的秋水仙素溶液诱导24 h，再在清水中培养36 h。

【答案】 (1)使组织中细胞相互分离开来 (2)先在低倍镜下观察，缓慢移动装片，发现理想视野后换用高倍镜 (3)碱 (4)每组装片观察多个视野(5)①0．01％② 0．01％秋水仙素溶液诱导24 h，再在清水中培养36 h (6)秋水仙素处理发生在上一个细胞周期纺锤体形成之后
2.对比引申
区分模式图表示的是动物细胞还是植物细胞，也是常见题型。

识图的关键在于对这两种细胞的前期、末期图形进行对比。