《細胞增殖》
多細胞生物體體積的增大,即生物體的生長,既靠細胞生長增大細胞的體積,還要靠細胞分裂增加細胞的數量。事實上,不同動(植)物同類器官或組織的細胞大小一般無明顯差異,器官大小主要決定于細胞數量的多少。
細胞不能無限長大
你想過沒有,細胞為什么都那么微小呢?什么因素限制了細胞的長大?你可能會說,細胞體積越大,需要的營養物質越多,需要排出的代謝廢物也越多,物質的輸入和輸出會遇到困難。但是,隨著細胞的長大,細胞膜的面積不也在擴大嗎?讓我們通過下面的模擬實驗來探討。
通過模擬實驗可以看出,細胞體積越大,其相對表面積越小,細胞的物質運輸的效率就越低。細胞表面積與體積的關系限制了細胞的長大。限制細胞長大的因素還有哪些呢?例如,細胞核是細胞的控制中心。一般來說,細胞核中的DNA是不會隨著細胞體積的擴大而增加的。如果細胞太大,細胞核的“負擔”就會過重。
隨著對后面內容的學習,你對這一問題的理解會更加深入。
細胞通過分裂進行增殖
單細胞生物體通過細胞增殖而繁衍。多細胞生物從受精卵開始,要經過細胞的增殖和分化逐漸發育為成體。生物體內,也不斷地有細胞衰老死亡,需要通過細胞增殖加以補充。因此,細胞增殖是重要的細胞生命活動,是生物體生長、發育、繁殖、遺傳的基礎。
細胞以分裂的方式進行增殖。細胞在分裂之前,必須進行一定的物質準備。細胞增殖包括物質準備和細胞分裂整個連續的過程。
真核細胞的分裂方式有三種:有絲分裂、無絲分裂、減數分裂。
有絲分裂
有絲分裂是真核生物進行細胞分裂的主要方式。細胞進行有絲分裂具有周期性。即連續分裂的細胞,從一次分裂完成時開始,到下一次分裂完成時為止,為一個細胞周期。一個細胞周期包括兩個階段:分裂間期和分裂期。
從細胞在一次分裂結束之后到下一次分裂之前,是分裂間期。細胞周期的大部分時間處于分裂間期,大約占細胞周期的90%-95%。分裂間期為分裂期進行活躍的物質準備,完成DNA分子的復制和有關蛋白質的合成,同時細胞有適度的生長。
在分裂間期結束之后,就進入分裂期。分裂期是一個連續的過程,人們為了研究方便,把分裂期分為四個時期:前期、中期、后期、末期。下面以高等植物細胞為例,了解有絲分裂的過程。
前期:間期染色質絲螺旋纏繞,縮短變粗,成為染色體。每條染色體包括兩條并列的姐妹染色單體,這兩條染色單體由一個共同的著絲點連接著。核仁逐漸解體,核膜逐漸消失。從細胞的兩極發出紡錘絲,形成一個梭形的紡錘體。染色體散亂地分布在紡錘體的中央。
中期:每條染色體的著絲點的兩側,都有紡錘絲附著在上面,紡錘絲牽引著染色體運動,使每條染色體的著絲點排列在細胞中央的一個平面上。這個平面與紡錘體的中軸相垂直,類似于地球上赤道的位置,成為赤道板。中期染色體的形態比較穩定,數目比較清晰,便于觀察。
后期:每個著絲點分裂成兩個,姐妹染色單體分開,成為兩條子染色體,由紡錘絲牽引著分別向細胞的兩極移動。這時細胞核中的染色體就平均分配到了細胞的兩極,使細胞的兩極各有一套染色體。這兩套染色體的形態和數目完全相同,每一套染色體與分裂前親代細胞中的染色體的形態和數目也相同。
末期:當這兩套染色體分別到達細胞的兩極以后,每條染色體逐漸變成細長而盤曲的染色質絲。同時,紡錘絲逐漸消失,出現了新的核膜和核仁。核膜把染色體包圍起來,形成了兩個新的細胞核。這時候,在赤道板的位置出現了一個細胞板,細胞板由細胞的中央向四周擴展,逐漸形成了新的細胞壁。最后,一個細胞分裂成為兩個子細胞。大多數子細胞進入下一個細胞周期的分裂間期狀態。
動物細胞有絲分裂的過程,與植物細胞的基本相同。不同的特點是:第一,動物細胞有一對由中心粒構成的中心體,中心粒在間期倍增,成為兩組。進入分裂期后,一組中心粒位置不變,另一組中心粒移向細胞的另一極。在這兩組中心粒的周圍,發出無數條放射狀的星射線,兩組中心粒之間的星射線形成了紡錘體。第二,動物細胞分裂的末期不形成細胞板,而是細胞膜從細胞的中部向內凹陷,最后把細胞縊裂成了兩個子細胞。
細胞有絲分裂的重要意義,是將親代細胞的染色體經過復制之后,精確地平均分配到兩個子細胞中。由于染色體上有遺傳物質DNA,因而在細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩定性。可見,細胞的有絲分裂對于生物的遺傳有重要意義。
無絲分裂
細胞無絲分裂的過程比較簡單,一般是細胞核先延長,核的中部向內凹進,縊裂成為兩個細胞核;接著,整個細胞從中部縊裂成兩部分,形成兩個子細胞。因為在分裂過程中沒有出現紡錘絲和染色體的變化,所以叫做無絲分裂。例如,蛙的紅細胞的無絲分裂。
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孫老師
女,中教高級職稱
市優秀教師,優秀班主任,骨干教師,先進工作者,所撰寫的論文多次獲省優秀論文一等獎。