備課素材：秋水仙素如何阻斷有絲分裂過程-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版必修2

秋水仙素如何阻斷有絲分裂過程2020版人教高中生物學(xué)必修2《遺傳與變異》P88頁提到人工誘導(dǎo)多倍體的方法，并且較為詳細(xì)描述了秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍：那么，秋水仙素抑制紡錘體的形成的機(jī)理是什么？1.教材關(guān)于秋水仙素的作用人工誘導(dǎo)多倍體的方法很多，如低溫處理、用秋水仙素誘發(fā)等。其中，用秋水仙素來處理萌發(fā)的種子或幼苗，是目前最常用且最有效的方法。當(dāng)秋水仙素作用于正在分裂的細(xì)胞時，能夠抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體不能移向細(xì)胞的兩極，從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行有絲分裂，就可能發(fā)育成多倍體植株。2.秋水仙及秋水仙素秋水仙（學(xué)名：ColchicumautumnaleL.）是百合科秋水仙屬植物，多年生草本。地下部分也具有圓球形的鱗莖。它的這種鱗莖，有的直徑可長至6厘米以上。球根花卉，球莖卵形，外皮黑褐色。秋水仙素又名秋水仙堿，是一種生物堿，化學(xué)式為C22H25NO6，最初從百合科植物秋水仙中提取出來，為淡黃色結(jié)晶性粉末。呈黃色針狀結(jié)晶，易溶于水、乙醇和氯仿，味苦，有毒。從植物中提取秋水仙堿的傳統(tǒng)方法一般是溶劑提取法。此法的優(yōu)點是儀器和材料簡單易得，方法比較簡便，但試劑消耗量大。溶劑提取法的基本原理是：根據(jù)秋水仙堿的性質(zhì)，利用它在不同溶劑中溶解度的差別，按一定的步驟和方法進(jìn)行分離。根據(jù)所用溶劑的不同，傳統(tǒng)提取方法可分為水提法、酸提法、有機(jī)溶劑提取法。提取出來的含秋水仙堿的混合物還需經(jīng)柱層析、薄層層析、離子交換色譜等分離方法進(jìn)行進(jìn)一步分離純化。3.秋水仙素的作用機(jī)制①紡錘體的形成

紡錘體是細(xì)胞分裂過程中染色體精確平均分配到細(xì)胞兩極的必需結(jié)構(gòu)。而紡錘體的形成是由微管蛋白組裝而成。微管是由α、β微管蛋白的異源二聚體及少量微管結(jié)合蛋白聚合而成的亞穩(wěn)定動態(tài)結(jié)構(gòu)。②秋水仙素化學(xué)結(jié)構(gòu)中的C環(huán)能夠與微管蛋白結(jié)合（C環(huán)與β微管蛋白的第1～46和214～241氨基酸殘基片段交聯(lián)，從而抑制微管蛋白的聚合，破壞微管形成），干擾紡錘體的形成。秋水仙素也是一種微管解聚劑，可以破壞α與β微管蛋白形成的二聚體結(jié)構(gòu)，引起原有微管解聚，導(dǎo)致細(xì)胞不能正常形成紡錘絲。③另外，秋水酰胺和諾考達(dá)唑等某些藥物，也可以抑制微管聚合，進(jìn)而抑制紡錘體的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。4.秋水仙素作用后細(xì)胞周期是否繼續(xù)進(jìn)行？秋水仙素的作用是可逆的。當(dāng)生物體內(nèi)或添加在培養(yǎng)液中的秋水仙素被代謝降解后，本次細(xì)胞周期不再繼續(xù)完成，而是開始新一輪的細(xì)胞周期，從結(jié)果上即是造成染色體數(shù)目加倍。需要注意的是姐妹染色單體的分離并不是由于紡錘絲的牽引造成的，而是細(xì)胞形成染色體后著絲粒會自然分開。5.秋水仙素在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用中期阻斷法：由于秋水仙素能夠抑制微管的聚合，進(jìn)而抑制紡錘體的形成，將細(xì)胞阻斷于有絲分裂中期，然后再去除秋水仙素，從而使細(xì)胞達(dá)到同步化。在使用秋水仙素處理細(xì)胞時應(yīng)嚴(yán)格控制其劑量和作用時間。6.秋水仙素的其它作用抗炎作用：秋水仙堿通過干擾溶酶體脫顆粒降低中性粒細(xì)胞的活性、黏附性及趨化性，抑制粒細(xì)胞向炎癥區(qū)域的游走，從而發(fā)揮抗炎作用。另外，它干擾細(xì)胞間黏附分子及選擇素的表達(dá)，從而阻礙T淋巴細(xì)胞活化及對內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，抑制炎癥反應(yīng)。秋水仙堿還可通過減少E-選擇素、L-選擇素及內(nèi)皮素的表達(dá)，發(fā)揮其抗炎作用。[1]抑制作用：動物實驗發(fā)現(xiàn)秋水仙堿能降低中毒性肝壞死的雄鼠死亡率，阻止四氯化碳引起的大鼠肝纖維化并改善其肝功能，國內(nèi)實驗也證實秋水仙堿可減少肝臟膠原纖維的形成，減輕肝纖維化。臨床試驗證明秋水仙堿確具有改善癥狀，縮小肝脾，使肝內(nèi)纖維組織減少，肝血流量有所增加?？傊w內(nèi)外實驗表明，秋水仙堿能夠明顯抑制成纖維細(xì)胞增生，抑制膠原（Ⅰ、Ⅲ型）mRNA表達(dá)及蛋白合成分泌，促進(jìn)膠原酶活性，促進(jìn)基質(zhì)金蛋白酶MMP-1，MMP-9活性增強(qiáng)，從而減少膠原的產(chǎn)生和沉積，促進(jìn)膠原分解，起到抗纖維化的作用。抑制肥大細(xì)胞釋放組胺顆粒、抑制胰島β細(xì)胞釋放胰島素，并抑制黑色素細(xì)胞內(nèi)黑色素顆粒的移動。此外，秋水仙堿可以降低體溫，抑制呼吸中樞、增強(qiáng)擬交感藥物的作用，收縮血管、升高血壓。秋水仙堿還可通過神經(jīng)元刺激增強(qiáng)胃腸道功能以及改變神經(jīng)肌接頭的功能。由于秋水仙堿有抑制細(xì)胞分裂，同時還可以干擾腫瘤細(xì)胞的蛋白質(zhì)代謝，抑制RNA多聚酶活力以及細(xì)胞膜類脂質(zhì)的合成和氨基酸在細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運，從而誘導(dǎo)多種實體腫瘤細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)秋水仙堿在體外對膠質(zhì)瘤細(xì)胞生長有明顯的抑制和誘導(dǎo)凋亡作用，但體內(nèi)的效果尚待臨床研究。秋水仙堿有劇毒，常見惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛、胃腸反應(yīng)是嚴(yán)重中毒的前驅(qū)癥狀，癥狀出現(xiàn)時即行停藥，腎臟損害可見血尿、少尿、對骨髓有直接抑制作用、引起粒細(xì)胞缺乏、再生障礙性貧血。1、消化道反應(yīng)：是最常見的副作用。許多痛風(fēng)病人在服用秋水仙堿后出現(xiàn)惡心、食欲減退、嘔吐、腹部不舒適感以及腹瀉。有的病人因惡心嘔吐或者腹瀉較為嚴(yán)重而無法堅持用藥。2、骨髓毒性反應(yīng)：主要是對骨髓的造血功能有抑制作用，導(dǎo)致白細(xì)胞減少、再生障礙性貧血等。3、肝臟損害：可引起肝功能異常，嚴(yán)重者可發(fā)生黃疸。4、腎臟損害：可出現(xiàn)蛋白尿現(xiàn)象，一般不會引起腎功能衰竭。5、其他副作用：包括脫發(fā)、皮膚過敏、精神抑郁等。例、秋水仙堿,一種生物堿,因最初從百合科植物秋水仙中提取出來,故名,也稱秋水仙素。秋水仙堿能抑制有絲分裂,破壞紡錘體,使染色體停滯在分裂中期。這種由秋水仙堿引起的不正常分裂,稱為秋水仙堿有絲分裂。在這樣的有絲分裂中,染色體雖然縱裂,但細(xì)胞不分裂,不能形成兩個子細(xì)胞,因而使染色體加倍。秋水仙堿就被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)的研究和植物育種中。下列有關(guān)秋水仙堿應(yīng)用正確的是()A.

秋水仙堿能抑制有絲分裂,破壞紡錘體,使染色體停滯在分裂中期。故最終得到的細(xì)胞每條染色質(zhì)將有兩個DNA分子B.

用秋水仙堿加倍曼陀羅等植物的染色體數(shù)獲得成功以后,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞有多個細(xì)胞核C.

用秋水仙堿處理西瓜的幼苗,可能導(dǎo)致基因突變的產(chǎn)生D.

用秋水仙堿處理西瓜的幼苗芽尖,會導(dǎo)致芽尖正在分裂的細(xì)胞染色體都加倍解析：多倍體產(chǎn)生的人為因素是用秋水仙素處理植物的幼苗或發(fā)育的種子,從而抑制細(xì)胞中紡錘體的形成,從而使細(xì)胞中的染色體加倍.與正常個體相比,多倍體具有的特點是植株個體巨大、合成的代謝產(chǎn)物增多,但是發(fā)育遲緩。A、秋水仙堿抑制紡錘絲的形成,但沒有抑制染