《细胞增殖》
多细胞生物体体积的增大,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,不同动(植)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。
细胞不能无限长大
你想过没有,细胞为什么都那么微小呢?什么因素限制了细胞的长大?你可能会说,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,物质的输入和输出会遇到困难。但是,随着细胞的长大,细胞膜的面积不也在扩大吗?让我们通过下面的模拟实验来探讨。
通过模拟实验可以看出,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。细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。限制细胞长大的因素还有哪些呢?例如,细胞核是细胞的控制中心。一般来说,细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的扩大而增加的。如果细胞太大,细胞核的“负担”就会过重。
随着对后面内容的学习,你对这一问题的理解会更加深入。
细胞通过分裂进行增殖
单细胞生物体通过细胞增殖而繁衍。多细胞生物从受精卵开始,要经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体。生物体内,也不断地有细胞衰老死亡,需要通过细胞增殖加以补充。因此,细胞增殖是重要的细胞生命活动,是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
细胞以分裂的方式进行增殖。细胞在分裂之前,必须进行一定的物质准备。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
真核细胞的分裂方式有三种:有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。
有丝分裂
有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。细胞进行有丝分裂具有周期性。即连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止,为一个细胞周期。一个细胞周期包括两个阶段:分裂间期和分裂期。
从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前,是分裂间期。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%。分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备,完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞有适度的生长。
在分裂间期结束之后,就进入分裂期。分裂期是一个连续的过程,人们为了研究方便,把分裂期分为四个时期:前期、中期、后期、末期。下面以高等植物细胞为例,了解有丝分裂的过程。
前期:间期染色质丝螺旋缠绕,缩短变粗,成为染色体。每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体,这两条染色单体由一个共同的着丝点连接着。核仁逐渐解体,核膜逐渐消失。从细胞的两极发出纺锤丝,形成一个梭形的纺锤体。染色体散乱地分布在纺锤体的中央。
中期:每条染色体的着丝点的两侧,都有纺锤丝附着在上面,纺锤丝牵引着染色体运动,使每条染色体的着丝点排列在细胞中央的一个平面上。这个平面与纺锤体的中轴相垂直,类似于地球上赤道的位置,成为赤道板。中期染色体的形态比较稳定,数目比较清晰,便于观察。
后期:每个着丝点分裂成两个,姐妹染色单体分开,成为两条子染色体,由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动。这时细胞核中的染色体就平均分配到了细胞的两极,使细胞的两极各有一套染色体。这两套染色体的形态和数目完全相同,每一套染色体与分裂前亲代细胞中的染色体的形态和数目也相同。
末期:当这两套染色体分别到达细胞的两极以后,每条染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝。同时,纺锤丝逐渐消失,出现了新的核膜和核仁。核膜把染色体包围起来,形成了两个新的细胞核。这时候,在赤道板的位置出现了一个细胞板,细胞板由细胞的中央向四周扩展,逐渐形成了新的细胞壁。最后,一个细胞分裂成为两个子细胞。大多数子细胞进入下一个细胞周期的分裂间期状态。
动物细胞有丝分裂的过程,与植物细胞的基本相同。不同的特点是:第一,动物细胞有一对由中心粒构成的中心体,中心粒在间期倍增,成为两组。进入分裂期后,一组中心粒位置不变,另一组中心粒移向细胞的另一极。在这两组中心粒的周围,发出无数条放射状的星射线,两组中心粒之间的星射线形成了纺锤体。第二,动物细胞分裂的末期不形成细胞板,而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷,最后把细胞缢裂成了两个子细胞。
细胞有丝分裂的重要意义,是将亲代细胞的染色体经过复制之后,精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA,因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。可见,细胞的有丝分裂对于生物的遗传有重要意义。
无丝分裂
细胞无丝分裂的过程比较简单,一般是细胞核先延长,核的中部向内凹进,缢裂成为两个细胞核;接着,整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化,所以叫做无丝分裂。例如,蛙的红细胞的无丝分裂。
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孙老师
女,中教高级职称
市优秀教师,优秀班主任,骨干教师,先进工作者,所撰写的论文多次获省优秀论文一等奖。