第五章　细胞增殖、分化、衰老和凋亡 本章规划 在我们学习了细胞代谢之后，理解了细胞代谢与细胞结构相适应的特征。在本章，我们将来学习细胞增殖、分化、衰老和凋亡的知识。 1.本章内容组成 本章内容由三节组成：《细胞增殖》《细胞分化、衰老和凋亡》与《关注癌症》。第一节介绍了细胞分裂的主要种类与过程，细胞分裂是一切具有细胞结构的生物体生长、发育和繁殖的基础，对于生物体维持生命活动具有重要意义；第二节介绍了细胞分化、衰老和凋亡等知识；第三节讲述了关注癌症的有关知识。 2.本章教材地位 本章教材在学生学习了细胞代谢的基础上，讲述了细胞增殖、细胞分化、衰老和凋亡与关注癌症等知识，通过对第五章《细胞增殖、分化、衰老和凋亡》的学习，促进学生对细胞生命发展、个体发育等过程的认识与理解。本章内容是生物学科的核心知识。 本章内容与前后章节知识有着内在的联系，本章在本模块中具有承上启下的重要作用。细胞增殖中的细胞间期是整个细胞周期中极为关键的准备阶段，主要完成染色体的复制和有关蛋白质的合成，这部分知识与必修2教材中有关遗传物质基础方面的知识有密切关系；细胞分化是在多细胞生物体整个生命进程中的一种持久性变化，细胞衰老和凋亡是一种普遍的、自然发生的生命现象，因此细胞的细胞分化、衰老和凋亡对于学生学习生物的个体发育、认识基因的选择性表达具有重要的价值；癌症已成为严重威胁人类健康和生命的最具危害性的疾病之一，学习该部分知识，将有利于学生更好地学习“生物科学与社会”模块的相关知识。 3.本章在技能培养与情感、态度与价值观引导方面的作用 通过“观察植物细胞的有丝分裂”的实验，可以培养学生利用生物实验器材进行实验操作的能力。 在本章中将通过介绍美国和英国的三位科学家采用遗传学和分子生物学的方法分别研究不同的模式生物的细胞周期，发现了细胞周期的关键性调控基因，因而共同获得了2001年诺贝尔生理学或医学奖的事件，让学习者感受科学家聪慧的头脑与睿智的目光，以及他们坚定不移的科学态度，不迷信、不武断、敢于挑战权威、勇于承认错误的科学品质。通过对《关注癌症》的学习，将使学生尊重生命、关爱生命。本章的学习可以有效提高学生科学探究的意识与能力，锻炼科学探究的基本技能。因而本章教学中应强调对学生的科学探究意识与实践能力的培养。 教学重点: 1.真核细胞有丝分裂的细胞周期和有丝分裂的过程。 2.细胞分化。 3.高度分化的植物细胞仍然具有全能性。 4.个体衰老与细胞衰老的关系,细胞衰老的特征。 5.细胞凋亡的含义。 6.癌细胞形成的原因、癌细胞的主要特征、致癌因子。 教学难点： 1.真核细胞有丝分裂的细胞的染色体形态、数目、位置和运动的变化是一个动态而又微观的过程。 2.细胞的分化、细胞全能性的概念及实例、细胞凋亡的含义以及与细胞坏死的区别。 3.致癌因子的多样性，癌变过程的复杂性。 课时安排： 第一节　细胞增殖　2课时 第二节　细胞分化、衰老和凋亡　3课时 第三节　关注癌症　2课时 第一节　细胞增殖 从容说课 细胞分裂是一切具有细胞结构的生物体生长、发育和繁殖的基础，对于生物体维持生命活动具有重要意义。体细胞的分裂可分为有丝分裂和无丝分裂两种方式。有丝分裂包括分裂间期和分裂期。处于细胞分裂间期的细胞，不是静止的，而是在其内部进行着复杂而旺盛的生理、生化活动，因此细胞间期是整个细胞周期中极为关键的准备阶段，主要完成染色体的复制和有关蛋白质的合成，这部分知识与必修2教材中有关遗传物质基础方面的知识有密切关系。另外，有丝分裂的过程及各个时期的特点等知识与必修2的“减数分裂”知识有直接的关系，因为减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂。本节内容也是学习第二节、第三节内容的必要准备知识。安排“观察植物细胞的有丝分裂”的实验，就是要让学生通过动手操作，进行科学的观察和积极思维，深入理解有丝分裂的过程。 本节设置了1个“边做边学”、1个“继续探究”、1个“拓展视野”以及3个相应的图群。“边做边学”的题目是“观察植物细胞的有丝分裂”，教学中可以通过先通过一段实况录像展示洋葱根尖细胞的有丝分裂装片制作的过程，以视频交流的方式呈现给学习者相应的情景，便于学习者模仿，易于在以后的实际操作中正确掌握实验的技能，然后，由实验小组讨论操作要点，在实验过程中，建议学生对实验进行创新，最后展示小组实验成果。3个图群是“细胞周期示意图”“动物细胞有丝分裂过程示意图”和“草履虫无丝分裂示意图”。教师可根据图的特点合理展示图片，有的可以课件方式展示，显示动态过程，有利于学生理解掌握。图文结合，帮助学生理解相关知识。1个“拓展视野”是“细胞周期调控的分子机制”，使学生了解到美国和英国的三位科学家采用遗传学和分子生物学的方法分别研究不同的模式生物的细胞周期，发现了细胞周期的关键性调控基因，因而共同获得了2001年诺贝尔生理学或医学奖。他们获得成功是因为运用了恰当的科学研究方法。 教学重点 真核细胞有丝分裂的细胞周期和有丝分裂的过程。 教学难点 真核细胞有丝分裂的细胞的染色体形态、数目、位置和运动的变化是一个动态而又微观的过程。 教具准备 真核细胞有丝分裂细胞周期挂图，动植物细胞有丝分裂过程示意图，植物细胞有丝分裂过程录像带，自制教具染色体的复制及螺旋过程，多媒体课件。 课时安排 2课时 三维目标 1.简述细胞的生长和增殖的周期性。 2.描述细胞的无丝分裂。 3.概述细胞的有丝分裂过程。 4.会利用相应的实验器材完成“植物细胞有丝分裂的观察”的实验。 5.引导学生仔细阅读图文，仔细分析细胞周期中染色体形态、数目与DNA含量的关系。 6.探索有丝分裂各时期细胞的特点和细胞分裂的规律。 7.进一步比较动、植物细胞分裂过程的异同，使学生能够用自己的语言，描述细胞有丝分裂各时期的特点，掌握有丝分裂的本质。 8细胞分裂、运动是物质的根本属性，建立生命活动的唯物主义观点。 第1课时　细胞周期与有丝分裂 教学过程 导入新课 师 从细胞水平来看，一个蛙的受精卵需要怎样的途径才能成为一只成蛙呢？ 学生小组讨论、代表回答：需要不断进行细胞体积的扩大与细胞分裂，还要细胞的分化等。 师 细胞生物学的研究也证明了以上观点，生物体的体积增大，即生物体的生长，既靠细胞生长增大细胞的体积，还要靠细胞分裂增加细胞的数量。事实上，不同生物同类器官或组织的细胞大小一般无明显差异，器官大小主要决定于细胞数量的多少。 师 细胞为什么不能无限长大？什么因素限制了细胞的长大？ 生 细胞体积越大，需要的营养物质越多，需要排出的代谢废物也越多，物质的输入和输出也会遇到困难。 师 随着细胞的长大，细胞膜的面积不是也在扩大吗？下面通过模拟实验来探讨这个问题。 学生分组实验：①将实验桌上准备好的琼脂块（内含酚酞）切成边长分别为1 cm、2 cm、3 cm的立方体；②将以上三种琼脂块样品，同时置于盛有适量0.1%的NaOH溶液的烧杯中，处理10 min；③取出琼脂块样品，吸干浮液后，分别将每一样品切成两半，观察切面，测量每一切面上NaOH扩散的深度并记录数据。 学生活动：各小组对实验采集的数据进行讨论分析，小组代表陈述观点。 分析：（1）琼脂块的边长越长，NaOH在琼脂块中的扩散效率越差。 （2）边长为3 cm、2 cm、1 cm的琼脂块分别看作三个植物细胞的话，那么细胞表面积与体积的比值是依次增大的。 （3）因而，我们有理由相信，生物的异常旺盛的代谢与其细胞的S/V相对直接有关。细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低。 师 细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。可见，生物体的长大主要靠细胞的数量增多，即细胞的增殖来实现。 推进新课 　板　书： 一、细胞周期与有丝分裂  师 细胞以分裂的方式进行增殖。 师 像草履虫、变形虫这些单细胞生物，细胞分裂有什么作用呢？ 生 通过细胞分裂可以产生后代，起到生殖和繁衍种族的作用。 师 对多细胞生物来讲，细胞分裂又有什么作用呢？ 生 细胞分裂可以增加体细胞的数目，是细胞分化、组织与器官形成的基础。 师 细胞的增殖是生物体生长、发育、生殖和遗传的基础。 师 下面我们就来探讨细胞增殖的问题。我们先以动物细胞为例，看看细胞是如何增殖的。 呈示多媒体信息：播放一段草履虫有丝分裂的视频。 师 大家看到了一个动物细胞经过一系列复杂的变化，最后形成两个完全一样的子细胞，也就是说它完成了一次细胞增殖。并且这样的增殖具有周期性。科学家采用放射性同位素标记法，用32P标记蚕豆根尖细胞并观察它的有丝分裂过程，揭示了细胞周期的基本规律。 那么，什么是一个细胞周期呢？教师呈现细胞周期示意图。 一个细胞周期是指从一次细胞分裂结束开始，直到下一次细胞分裂结束为止的过程。这一周期实质上包括了细胞分裂的准备阶段——分裂间期和细胞分裂的实施阶段——分裂期。 师 从图上我们可以看出，一个细胞周期可以用一个圆来表示，那么是不是圆上的任何一点都可以作为细胞周期的起点呢？ 学生活动：学生小组讨论并提出自己的见解。 师 细胞周期对于不同类型的细胞持续的时间是不同的，请看屏幕。 课件展示： 不同类型细胞的细胞周期持续时间比较表。 师 从图中我们不难看出，不同类型细胞的细胞周期持续时间有长有短。 师 大家仔细看一看，细胞周期在分裂间期和分裂期的时间分配是否平均？有什么规律？ 学生活动:学生就提问进行思考，并提出自己的见解。 师 不平均，分裂间期占用的时间远远多于分裂期所占用的时间，分裂间期占用了整个细胞周期的90%～95%，而分裂期只占用了5%～ 10%，这就是细胞周期的特点。细胞周期的这一特点充分说明了分裂间期这一准备阶段的重要性，下面我们来看一看分裂间期为分裂期的进行作了哪些准备？请看屏幕。 教师演示分裂间期的动态画面，并提示大家注意观察细胞核内染色质的变化。 教师出示间期结束时与开始时的比较画面，并提示学生观察。 目前同学们还没能看出它有什么变化。难道分裂间期就真的没有什么变化吗？下面我们把细胞内的一条染色质长丝单独放大，看前后发生了什么变化？ 教师演示放大的一条染色质长丝在间期开始时和结束时的比较画面。 师 现在我们再看一看，细胞核内的一条染色质长丝经过间期发生了什么变化？[高考资源网] 学生观察、比较后回答提出的问题。 师 间期开始时的一条染色质长丝变成了连在一起的两条染色质长丝。图像上的这种变化我们可以用染色体复制来加以描述。当然，此时的染色体还以染色质的形式存在。 师 染色体由哪几个部分构成？生 DNA和蛋白质。 师 染色质的成分为DNA和蛋白质，分裂间期的染色体复制也就包含了DNA分子的复制和有关的蛋白质的合成。从图像上看，原来的每条染色质长丝都形成了两条一样的染色质长丝，并且这两条长丝是连在一起的。这说明原来每条染色质长丝中含有的一个DNA分子复制成了两个DNA分子。因此可以说，分裂间期为细胞分裂期准备好了双份的DNA分子。我们已经知道DNA是细胞内的遗传物质，那么，这双份的DNA分子是怎样平均分配到两个子细胞中去的呢？下面我们就来看看细胞分裂期是怎样进行的。分裂期是一个连续的过程，为了便于学习，人为地把它分为四个时期：前期、中期、后期和末期。下面我们就先来看前期是怎么进行的。 教师播放分裂前期的动态画面并指出观察的重点：细胞核内的染色质的变化以及细胞结构的变化。动态画面停止后，出示前期结束时与间期结束时的比较画面，并组织学生进行观察、比较、讨论。 师 细胞核中的染色质长丝发生了什么变化？ 生 细长的染色质长丝变成了染色体。 师 从图像上大家已经看出，经过前期的变化，染色质长丝高度螺旋、缩短变粗，形成了染色体，所以细胞分裂前期的细胞核中出现了染色体。此时的每条染色体由两部分构成，每个部分叫一条染色单体。由于两条染色单体完全一样，因此称它们为姐妹染色单体。姐妹染色单体并不完全分离，而是由着丝点把它们连成一体，由于每条染色单体中各含有一个DNA分子，所以此时的每条染色体都含有2个DNA分子。 师 除了染色质变成了染色体之外，再看看核膜、核仁有什么变化？ 生 核膜、核仁都不见了。 师 在细胞分裂前期，核膜解体了，核仁消失了。除此之外，我们还可以看到：细胞的两组中心粒发出了星射线，并由这些星射线构成了纺锤体。染色体散乱地分布在纺锤体的中央。 下面我们把前期的变化小结一下，教师出示投影片，前期的主要变化表格，并归纳总结。 前期细胞中出现了纺锤体，纺锤体中的纺锤丝又有什么用呢？下面我们就来看看分裂期的第二个阶段，中期是怎么进行的？请看屏幕。 教师播放细胞分裂中期的动态画面，并提示观察的重点：注意染色体是怎样运动的。动态画面停止后，出示中期与前期的对比画面。 师 染色体是怎样运动的？其结果是什么？ 生 （略） 师 染色体是被连接在着丝点上的纺锤丝牵引着运动的。其结果是散乱分布在纺锤体中的染色体的着丝点都有序地排列在了细胞中央的赤道板上，为下一步的染色体分配作好了准备。下面我们来看着分裂期的第三个阶段——后期，染色体是怎样分配的？ 教师播放分裂后期的动态画面，并指出观察重点：细胞中的染色体是怎么分配的？动态画面结束后，出示后期与中期静止的比较画面，并组织学生讨论。 师 细胞中的染色体是怎么分配的？ 学生讨论后回答。 师 （1）在细胞分裂的后期，从图像上看，每条染色体的两条姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下分别移向细胞的两极，图像上的这种变化我们叫做姐妹染色单体分离。 （2）染色单体是随着着丝点的分开而分离的。染色单体分离的结果是原来的一条染色体形成了两条完全一样的子代染色体，并且被分开的两条子代染色体分到了细胞的两极。这样我们在后期的图像中可以看到，细胞两极各有一套染色体，而且这两套染色体的数量和形态、结构都完全一样。现在可以说，细胞基本完成了染色体的平均分配。但是这时还没有形成两个子代细胞。 师 那么怎样才能形成两个子代细胞呢？ 师 我们来看看分裂期的末期是怎么进行的。 教师播放分裂末期的动态画面，并指出观察重点：（1）细胞内有哪些主要变化？（2）两个子细胞是怎么分开的？动态画面结束后，出示末期与后期的比较画面，并指导学生进行对比观察。 师 细胞分裂的末期，细胞内有哪些主要变化？ 学生讨论后回答。 师 到达细胞两极的染色体逐渐变为染色质，核膜、核仁重新出现。在赤道板处细胞膜向内凹陷，细胞质一分为二，一个细胞缢裂成两个体积基本相等的子细胞。 下面我们把末期的变化与前期的变化比较一下。 教师设置情境：出示前期、末期变化的对比表格，并引导学生逐项比较。 师[高考资源网KS5U.COM] 通过比较可以得出什么结论？ 生 在染色体、纺锤体的行为变化方面与前期存在着的变化逆转的关系。 师 经过一个细胞周期使一个细胞形成了现在的两个完全一样的子代细胞，也就是说它完成了一次有丝分裂。下面我们来回顾一下：在一个细胞周期内染色体是怎么变化的？依据板书进行总结。 师 请大家在绘图纸上以一对染色体为例，绘出细胞周期的各时期的染色体变化示意图。 师 绘图时希望大家思考所绘图像表达的含义。 学生活动：学生依据板书提供的文字信息绘图。 师生互动：教师指导绘图，纠正错误，了解学生的绘图情况。绘图完毕后请个别同学在实物投影仪上展示自己的图。 师 刚才我们以一对染色体为例，绘制了细胞周期中各时期的细胞染色体变化示意图。现在我们再看一看各时期的细胞内各有几条染色体？又有几个DNA分子？请大家数一数，并把结果记录在细胞示意图的下方。[高考资源网KS5U.COM] 学生活动：学生相互讨论，并把结果记录在绘图纸上。 教师引导：教师巡视指导。学生活动结束后，教师请个别同学公布结果，并进行点评。 师 下面我们把得到的结果在下列的坐标中用曲线表示出来。[Ks5u.com] 学生活动：学生绘制DNA和染色体的变化曲线图。 师生互动：教师巡视指导，纠正错误。学生绘图完毕后，教师请个别同学在实物投影仪中展示自己的绘图，并进行适当点评。 师 这两条曲线有何相同点？ 学生活动：学生认真讨论、回答问题。 师 最大的相同点就是两条曲线在间期和末期的数值都是一样的。间期记录的是亲代细胞的DNA和染色体的数量，而末期记录的是一个子代细胞内的DNA和染色体的数量。它们的数值一样，说明无论是DNA还是染色体，子细胞都与亲代细胞保持了一致。[Ks5u.com] 师 子代细胞是两个，而亲代细胞只有一个，那么，它们的DNA和染色体为什么能保持一致呢？ 学生活动：学生讨论后回答。 师 DNA在间期由于复制而加倍，在末期再被两个子细胞平分。染色体在后期由于着丝点一分为二，姐妹染色单体分离，使染色体的数目加倍，在末期再被两个子细胞平分。从而使亲代和子代细胞中的DNA和染色体都保持了稳定。这正是有丝分裂的意义所在。 师 以上我们学习的是动物细胞有丝分裂的过程。那么，植物细胞的有丝分裂过程又是怎样的呢？出示植物细胞有丝分裂挂图。 学生活动：仔细观察、对比，并列表比较它们的异同点。 植物细胞分裂 动物细胞分裂  不同点 前期 细胞两极发出纺锤丝→纺锤体 中心体周围发出星射线→纺锤体[高考资源网KS5U.COM]   末期  细胞膜从细胞中部向内凹陷缢裂  相同点 ①核内染色体变化相同 ②分裂过程及时期相同   　板　书： 二、无丝分裂  师 生物体中还有一种分裂过程相对简单的分裂方式就是无丝分裂。 学生活动：阅读教材P72。 师 它和有丝分裂有何不同？哪些细胞进行无丝分裂？ 生 在分裂过程中没有出现纺锤体和染色体的变化，所以叫无丝分裂。如：口腔上皮细胞、蛙的红细胞等进行无丝分裂。 教师演示“无丝分裂”课件，请学生叙述具体过程。 生 细胞核先延长，核从中部缢裂成两个子细胞。 板书设计 第五章　细胞增殖、分化、衰老和凋亡 第一节　细胞增殖 一、有丝分裂 （一）细胞周期 1.概念 2.特点 （二）分裂间期和分裂期 1.分裂间期：染色体复制、DNA复制和蛋白质合成 2.分裂期 （1）前期：染色质→染色体，核膜解体，核仁消失，星射线形成纺锤体 （2）中期：染色体的着丝点排列在赤道板上 （3）后期：姐妹染色单体分离 （4）末期：染色体→染色质，新的核膜、核仁出现，细胞膜向内凹陷，将细胞质一分为二，使一个细胞分裂成两个子细胞。 （三）有丝分裂的意义 （四）植物细胞有丝分裂和动物细胞有丝分裂的比较 二、无丝分裂 （一）概念 （二）特点
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