備課素材：早期胚胎細(xì)胞的分裂周期特點(diǎn)及原因-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

早期胚胎細(xì)胞的分裂周期特點(diǎn)及原因人教2019版高中生物學(xué)選擇性必修三說受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進(jìn)行有絲分裂：那么，早期胚胎細(xì)胞的分裂周期有什么特點(diǎn)？至今，研究比較透徹的是非洲爪蟾胚胎發(fā)育。非洲爪蟾又名光滑爪蟾，是南非的一種水生青蛙，是一種重要的模式生物。它們可以長達(dá)12厘米，頭部及身體扁平，沒有外耳和舌頭。非洲爪蟾的成熟卵子具有明確的植物極和動(dòng)物極，受精作用引起皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)。爪蟾胚胎經(jīng)過卵裂、囊胚、原腸胚、神經(jīng)胚、尾芽期等階段孵化成幼蟲；蝌蚪在5天左右后肢開始發(fā)育并逐漸進(jìn)入變態(tài)期，到兩個(gè)月時(shí)完成變態(tài)。幼體要生長1到2年才能達(dá)到性成熟。非洲爪蟾作為脊椎模式動(dòng)物用來科學(xué)研究，與其它模式動(dòng)物有著很多的優(yōu)勢。1.非洲爪蟾的研究優(yōu)勢首先，爪蟾基因組已經(jīng)有了完整的數(shù)據(jù)庫；其次，白化爪蟾是透明的，可以用著活體研究，觀察單個(gè)神經(jīng)元的形態(tài)變化；爪蟾的卵可以用來研究蛋白通道的功能；再次，爪蟾養(yǎng)殖費(fèi)用低，周期短，可以結(jié)合行為學(xué)研究進(jìn)行藥物的高通量篩選。2.克隆方面的研究成果1962年，英國牛津大學(xué)的生物學(xué)家戈登利用非洲爪蟾進(jìn)行了一系列的核移植試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)的主要目的是研究不同發(fā)育時(shí)期胚胎細(xì)胞核的發(fā)育能力。他先用紫外線照射爪蟾卵細(xì)胞，破壞其細(xì)胞核，然后取爪蟾蝌蚪的腸上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞等的細(xì)胞核，植入上述處理過的卵細(xì)胞內(nèi)，其中一少部分卵會開始分裂并可發(fā)育至一定時(shí)期。利用蝌蚪小腸上皮細(xì)胞作為核供體，通過連續(xù)核移植的辦法，戈登成功獲得少量蝌蚪，其中有幾只成功發(fā)育成為成體爪蟾。這可能是世界上最早的克隆動(dòng)物。這一結(jié)果轟動(dòng)了科學(xué)界，充分證明了細(xì)胞核的全能性，也開創(chuàng)了動(dòng)物克隆的時(shí)代。利用爪蟾卵的核移植實(shí)驗(yàn)證明了核編程的重要思想，從而獲得了2012年諾貝爾獎(jiǎng)。這一實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)分化了的細(xì)胞基因組是可以逆轉(zhuǎn)變化的，即成熟的、專門的細(xì)胞可以重新編程，成為未成熟的細(xì)胞，并進(jìn)而發(fā)育成人體的所有組織，該研究成果具有劃時(shí)代的意義。3.細(xì)胞周期方面的研究成果21世紀(jì)初期，非洲爪蟾卵母細(xì)胞系統(tǒng)仍然是細(xì)胞周期研究的重要材料。非洲爪蟾早期胚胎據(jù)研究，早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期如非洲爪蟾的早期胚胎細(xì)胞，細(xì)胞分裂快，無G1期，G2期非常短，S期也短，因?yàn)樗袕?fù)制子都激活。以至認(rèn)為僅含有S期和M期，即一次卵裂后，新的卵裂球迅速開始DNA合成，然后立即開始下一次卵裂。以非洲爪蟾早期胚胎為例，當(dāng)卵細(xì)胞受精后，第一個(gè)細(xì)胞周期，即第一次卵裂，持續(xù)時(shí)間為75min，從第二次細(xì)胞周期到第12個(gè)周期，即第2次卵裂第12次卵裂，每個(gè)細(xì)胞僅維持30min。12個(gè)周期僅需要8個(gè)多小時(shí)。而一個(gè)非洲爪蟾細(xì)胞的細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間約24小時(shí)。原因可能是非洲爪蟾的受精卵營養(yǎng)豐富，無需臨時(shí)合成其他物質(zhì)，提前存儲了大量的未翻譯mRNA,可以在卵裂時(shí)進(jìn)行快速的蛋白質(zhì)合成。子細(xì)胞在G1和G2時(shí)期并不生長，越分裂體積越小。細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與一般體細(xì)胞基本是一致的。人們選用早期胚胎細(xì)胞作為材料所進(jìn)行的細(xì)胞周期調(diào)控研究，多次取得了突破性進(jìn)展，大大推動(dòng)了學(xué)科發(fā)展。例1、科學(xué)家在研究非洲爪蟾早期胚胎細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)，受精卵前12個(gè)細(xì)胞周期共需8h，而其體細(xì)胞的細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間約24h。下列與細(xì)胞分裂有關(guān)說法錯(cuò)誤的是（）A.早期胚胎細(xì)胞周期與一般體細(xì)胞的細(xì)胞周期明顯不同B.利用DNA合成抑制劑特異性的抑制DNA合成，可使細(xì)胞被抑制在S期C.細(xì)胞所處的外界環(huán)境會影響體外培養(yǎng)的細(xì)胞周期D.早期胚胎細(xì)胞周期之所以短是因?yàn)闆]有分裂間期解析：早期胚胎細(xì)胞分裂旺盛，其細(xì)胞周期與一般體細(xì)胞的細(xì)胞周期明顯不同，A正確；DNA的復(fù)制發(fā)生在S期，因此利用DNA合成抑制劑特異性的抑制DNA合成，可使細(xì)胞被抑制在S期，B正確；細(xì)胞所處的外界環(huán)境會影響體外培養(yǎng)的細(xì)胞周期，C正確；早期胚胎細(xì)胞周期含有分裂間期，D錯(cuò)誤。故答案為D。例2、如圖為某動(dòng)物早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期示意圖，其G1期和G2期極短，與一般體細(xì)胞的細(xì)胞周期顯著不同。下列敘述錯(cuò)誤的是（）A.G1期和G2期縮短導(dǎo)致S期和M期變長B.G2期的細(xì)胞中，DNA和中心體都已完成復(fù)制C.早期胚胎細(xì)胞的G1期和G2期的縮短有利于細(xì)胞的快速增殖D.抑制核糖體的作用，可能會延長早期胚胎細(xì)胞的G1期和G2期解析：G1期和G2期縮短導(dǎo)致細(xì)胞更快的進(jìn)入S期和M期，但是不會使它們變長，A錯(cuò)誤；G2期的細(xì)胞中，DNA（S期復(fù)制）和中心體（G2期已經(jīng)完成）都已完成復(fù)制