生物课件：细胞分裂与生长

生物课件细胞分裂与生长本课程将带领大家深入了解生命科学的基础——细胞分裂与生长的奥秘细胞作为生命的基本单位，其分裂过程是生命延续的关键环节我们将从细胞周期、分裂机制到生长调控，全面探讨这一生命现象的科学原理在接下来的课程中，我们将详细讲解有丝分裂、减数分裂等不同分裂方式的过程、意义和调控机制，并探讨细胞分裂与疾病、应用技术的关系通过本课程，希望同学们能够建立对细胞生命活动的系统认识导入生命的基本单元细——胞细胞的定义基本结构细胞是生物体结构和功能的基本典型的真核细胞包括细胞膜、细单位，是能够独立生存并能够自胞质和细胞核三个主要部分细我复制的最小生命体所有生物胞膜控制物质进出，细胞质含有都是由一个或多个细胞构成的多种细胞器，细胞核储存遗传信息细胞理论现代细胞理论确立了细胞作为生命基本单位的地位，说明了新细胞只能由已存在的细胞分裂产生，也表明了细胞是遗传信息的载体细胞的生命周期细胞生成细胞生长通过母细胞分裂产生新细胞，继承遗传细胞体积增大，各种细胞器和物质合成物质细胞死亡细胞分裂程序性死亡或意外损伤导致细胞消亡遗传物质复制后平均分配，形成子细胞课程目标理解细胞分裂的基本概区分不同类型的细胞分念裂掌握细胞周期的四个阶段及其能够比较有丝分裂、减数分裂主要特征，能够识别不同分裂和无丝分裂的过程与结果差阶段的细胞形态特点异，理解各自在生物体中的作用把握细胞分裂的调控机制了解细胞周期检查点系统，理解细胞分裂的分子调控网络及其在生物体中的重要性细胞分裂的意义修复与更新伤口愈合、组织再生的基础繁殖与延续生物种族繁衍的保证生长与发育个体发育的物质基础细胞分裂是生命延续的关键过程在多细胞生物体中，通过有丝分裂产生更多的体细胞，支持个体从受精卵发育成完整个体；在伤口处，细胞分裂帮助组织修复；在单细胞生物中，细胞分裂直接代表着繁殖正是这些持续不断的细胞分裂活动，维持着生物体的生命活力细胞周期概述间期分裂期细胞周期中最长的阶段，占据整个周期约90%的时间在此期细胞周期中较短但非常复杂的阶段，通常只占整个周期的10%间，细胞保持正常生理功能，同时为分裂做准备间期包括G1左右在分裂期（M期）中，细胞将复制的遗传物质均等地分配期、S期和G2期三个连续的阶段给两个子细胞，并完成胞质分裂间期细胞虽然不进行分裂，但这并不意味着细胞处于休眠状态分裂期可以进一步分为有丝分裂和胞质分裂两个阶段有丝分裂相反，细胞在间期非常活跃，进行物质合成、能量积累和DNA确保遗传物质的准确分配，而胞质分裂则完成物理上的细胞分复制等重要活动离细胞周期的四个阶段G1期（Gap1间隙期1）细胞分裂后的生长阶段，细胞体积增大，合成RNA和蛋白质，为S期做准备此阶段有重要的检查点，决定细胞是否继续分裂或进入G0期休眠状态S期（DNA合成期）DNA分子复制的阶段，细胞中的染色体数量从2n变为4n每条染色体复制形成两条姐妹染色单体，为后续分裂奠定基础G2期（Gap2间隙期2）细胞继续生长并合成分裂所需的蛋白质，为即将到来的有丝分裂做最后准备此阶段检查DNA是否正确复制M期（有丝分裂期）包括核分裂（有丝分裂）和胞质分裂两个过程，将遗传物质和细胞质分配给两个子细胞，完成整个细胞周期间期中的分子事件蛋白质合成增强G1期中，细胞增加核糖体数量，加速蛋白质合成，为细胞体积增长和后续分裂做准备特别是合成大量的组蛋白和DNA聚合酶等酶类，为DNA复制做准备DNA复制S期中，DNA解旋酶打开双链，DNA聚合酶沿着模板链合成新链，形成两套完全相同的DNA分子这个过程精确度极高，出错率约为十亿分之一分裂相关蛋白激活G2期中，细胞合成并激活分裂所需的特异性蛋白质，如微管蛋白（构成纺锤体）和细胞周期蛋白等，为M期的核分裂和胞质分裂做准备细胞周期的调控细胞周期受到严格的分子调控，主要依靠细胞周期蛋白（cyclins）和细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）的相互作用不同类型的cyclins在细胞周期的特定阶段合成和降解，与相应的CDKs结合形成复合物，通过磷酸化下游底物蛋白来调控细胞周期进程此外，细胞周期还设有多个检查点，如G1/S检查点、G2/M检查点等，确保DNA完整性和细胞分裂的准确性当DNA损伤或复制不完全时，检查点蛋白（如p53）会被激活，阻止细胞周期进行，直至问题修复或启动细胞凋亡程序无丝分裂简介原核生物的分裂方式高效快速的生殖方式无丝分裂是原核生物（如细相比有丝分裂，无丝分裂过程菌）和一些单细胞真核生物的更为简化，时间更短，在适宜主要分裂方式，过程简单直条件下某些细菌可以在20分接，不需要复杂的纺锤体装钟内完成一次分裂置产生遗传一致的后代由于没有染色体重组过程，无丝分裂产生的子细胞与母细胞在遗传上完全相同，是自然界中的克隆现象无丝分裂的过程1DNA复制细菌的环状DNA附着在细胞膜上，开始复制随着复制进行，两个复制起点逐渐分开，向细胞两极移动细胞延长随着DNA复制的进行，细胞体积增大，长度大约增加到原来的两倍，为容纳两个完整的染色体组做准备细胞质分裂细胞膜向内凹陷，细胞壁在分隔处形成，最终将一个细胞分成两个完全相同的子细胞无丝分裂的实例大肠杆菌的二分裂变形虫的无丝分裂酵母菌的出芽生殖大肠杆菌是研究细菌分裂的模式生物在作为单细胞真核生物，变形虫通过无丝分酵母菌的无丝分裂采用出芽方式，母细胞理想条件下，它可以每20分钟分裂一次，裂进行繁殖与细菌不同，变形虫有细胞表面形成小芽，部分细胞质和一个子核进24小时内理论上可以产生超过4700万亿核，其分裂过程包括核的分裂整个过程入芽中随着芽的增大，最终从母细胞分个细胞这种惊人的繁殖速度解释了为什从细胞核开始分裂，然后细胞质逐渐分成离，形成新的细胞这种方式产生的子细么细菌感染可以在短时间内迅速扩散两部分，最终形成两个完整的个体胞起初比母细胞小，需要时间生长有丝分裂的发现早期观察（1830年代）德国植物学家施莱登和动物学家施旺首次提出细胞学说正式描述（1870年代）德国生物学家沃尔特·弗莱明首次详细描述了染色体行为术语确立（1880年代）有丝分裂一词由德国解剖学家瓦尔德耶尔提出有丝分裂的发现是显微技术进步的直接结果19世纪早期，随着显微镜质量的提高，科学家们开始能够观察到细胞内部的精细结构特别是染色技术的发展，使得染色体这种在普通光学条件下难以观察的结构变得可见弗莱明使用苏木精染色法，首次记录了染色质（chromatin，即染色体的前身概念）在细胞分裂过程中的变化有丝分裂的意义个体生长发育组织修复与再生从受精卵到成熟个体的发育过程需要无数次皮肤伤口愈合、骨折修复等都依赖有丝分裂有丝分裂，使细胞数量增加，组织器官形1产生新细胞替代损伤细胞成无性繁殖基础细胞更新与平衡植物的扦插、动物的分体生殖等无性繁殖方人体内许多细胞如皮肤、血细胞等有限寿式都基于有丝分裂命，需要通过有丝分裂不断更新有丝分裂的基本阶段前期染色质凝缩成可见的染色体，核膜解体，纺锤体开始形成每条染色体由两条姐妹染色单体组成，通过着丝粒连接中期染色体排列在细胞赤道板上，形成整齐的一列纺锤丝连接着每个染色体的着丝粒，准备将姐妹染色单体分开后期姐妹染色单体分离，在纺锤丝的牵引下向细胞两极移动此时可以清晰观察到V形或J形的染色体运动末期染色体到达两极后去凝缩，核膜重新形成，纺锤体消失随后进行胞质分裂，完成整个有丝分裂过程有丝分裂前期4692人体细胞染色体数染色单体总数在前期开始时，人体细胞中的全部染色体每条染色体由两条姐妹染色单体组成，连都已完成复制接在着丝粒处~1mμ染色体直径凝缩后的染色体变粗变短，便于后续移动和分配前期是有丝分裂的第一个阶段，其特征是染色质凝缩成可见的染色体这一过程由组蛋白修饰和拓扑异构酶的作用完成同时，中心体复制并向细胞两极移动，开始形成纺锤体核仁消失，核膜逐渐解体，使细胞质中的纺锤丝能够接触到染色体前期的完成标志着细胞已经准备好进行染色体的精确分配有丝分裂中期赤道板形成全部染色体的着丝粒精确排列在细胞中央平面，形成所谓的赤道板metaphase plate这种排列确保了后续姐妹染色单体分离时能够平均分配到两个子细胞纺锤体装置完成此时纺锤体结构完全形成，由微管蛋白构成的纺锤丝从两极延伸，一部分连接到染色体的着丝粒，一部分则在中央区域交叉纺锤体是染色体运动的分子马达分裂检查点激活中期检查点确保所有染色体都正确连接到纺锤丝，如有异常会阻止细胞进入后期这是保证遗传物质精确分配的关键机制，防止染色体异常有丝分裂后期有丝分裂末期核的重构胞质分裂染色体到达细胞两极后，核膜开始重新形成，包围每组染色体末期后期，细胞质分裂开始进行动物细胞形成收缩环，植物细染色体逐渐解螺旋化，恢复成松散的染色质状态，不再在光学显胞形成细胞板收缩环由肌动蛋白和肌球蛋白构成，像系绳一样微镜下清晰可见核仁也重新出现，标志着核功能的恢复勒紧细胞中部，最终将母细胞分成两个子细胞胞质分裂的完成标志着整个有丝分裂过程的结束两个新形成的核膜的重建由内质网膜片段融合完成，这一过程受多种核膜蛋白子细胞进入间期，开始新一轮的细胞周期，或者进入G0期分化调控随着核膜的形成，核孔复合体也会嵌入其中，恢复核质物为特定类型的细胞质交换功能植物细胞有丝分裂特点无中心体纺锤体形成植物细胞没有中心体，其纺锤体由核周微管组织中心形成尽管结构组成不同，但功能与动物细胞纺锤体相同，能够准确分配染色体细胞板形成植物细胞在胞质分裂时，不形成收缩环而是在赤道面形成细胞板高尔基体分泌含果胶和半纤维素的囊泡，在赤道板上聚集并融合，形成初生细胞板细胞壁合成细胞板逐渐扩展到细胞周边，与母细胞壁融合随后在细胞板两侧合成纤维素，形成两个子细胞之间的新细胞壁，完成物理分离动物细胞有丝分裂特点中心体的作用收缩环形成动物细胞特有的中心体在有丝分动物细胞的胞质分裂通过收缩环裂中起关键作用前期，中心体完成在末期，细胞赤道面皮层复制并移向细胞两极，成为组织区域形成一个由肌动蛋白和肌球纺锤丝微管的中心这些微管结蛋白组成的收缩环随着这些蛋构对于染色体的精确分离至关重白质的收缩，细胞表面出现一个要向内凹陷的分裂沟细胞膜内陷与融合随着收缩环不断收紧，分裂沟逐渐加深，最终细胞膜在中央处融合，完成两个子细胞的物理分离这一过程需要膜融合蛋白和其他细胞骨架元件的协同作用有丝分裂显微图片分析显微镜下观察有丝分裂需要特定的染色技术上图展示了不同阶段细胞的典型形态特征在前期图像中，可以清晰看到已凝缩的染色体呈现为深染的线状结构，核膜开始消失中期图像显示染色体排列在赤道板上，形成整齐的一列后期图像中，姐妹染色单体已分离并向两极移动，呈现出V形或Y形的特征形态末期图像可观察到两组染色体分别位于细胞两极，染色体开始去凝缩，核膜重新形成，同时在细胞中央可见明显的收缩环（动物细胞）或细胞板（植物细胞）有丝分裂的调控与异常细胞周期检查点细胞周期中设有多个检查点，如G1/S检查点、G2/M检查点和有丝分裂纺锤体检查点，确保DNA复制无误及染色体正确排列和分离检查点蛋白可感知DNA损伤或染色体异常，并暂停细胞周期，给予修复机会分裂异常与癌症检查点失效或绕过是许多癌症的特征当调控基因如p53发生突变时，细胞可能忽略DNA损伤信号继续分裂，累积突变导致癌变癌细胞常表现出染色体不稳定性，如染色体数目异常或结构变异抗癌药物作用机制许多化疗药物通过干扰有丝分裂发挥作用，如紫杉醇稳定微管阻止纺锤体解聚，长春新碱阻止微管形成，秋水仙素阻断微管聚合这些药物特别影响快速分裂的细胞，包括癌细胞和部分正常细胞减数分裂简介减数分裂的定义与有丝分裂的区别减数分裂是生殖细胞形成过程中特有的一种细胞分裂方式，通过与有丝分裂相比，减数分裂有几个显著特点一次DNA复制后一次DNA复制和两次连续的细胞分裂，将染色体数目减半，形进行两次细胞分裂；同源染色体配对和交叉互换；产生遗传多样成单倍体配子细胞这种分裂方式是有性生殖的基础，确保了子性的配子细胞；最终产物是单倍体细胞而非二倍体细胞代染色体数目的稳定性这些差异使减数分裂成为生物进化和遗传多样性的重要机制减数分裂的意义产生遗传多样性通过同源染色体的基因重组和随机分离维持物种染色体数目稳定确保受精后恢复二倍体染色体组促进物种进化为自然选择提供遗传变异材料减数分裂在有性生殖中具有核心地位如果没有减数分裂，每一代的染色体数目都会加倍，很快就会导致细胞无法正常运作通过减数分裂形成单倍体配子（如精子和卵细胞），在受精时结合恢复二倍体染色体组，维持了物种染色体数目的稳定性更重要的是，减数分裂过程中的基因重组和染色体随机分配产生了巨大的遗传多样性理论上，仅考虑染色体随机分配，人类就可能产生223种不同的配子组合这种多样性是生物进化的原动力，使物种能够适应环境变化减数分裂总览I减数分裂I前期同源染色体配对形成四分体，发生交叉互换染色体高度凝缩，核膜解体，纺锤体形成减数分裂I中期同源染色体对排列在赤道板上与有丝分裂不同，这里是成对的染色体而非单个染色体排列减数分裂I后期同源染色体分离（非姐妹染色单体分离），各向一极移动，但姐妹染色单体仍保持连接减数分裂I末期核膜重建，染色体去凝缩，胞质分裂，形成两个单倍体细胞，每个含有一套染色体（每条染色体有两条染色单体）减数分裂前期I细线期染色体开始凝缩，但仍呈细丝状同源染色体开始寻找配对伴侣，这一过程由特定蛋白质介导，利用DNA序列相似性识别配对伴侣偶线期同源染色体紧密配对形成四分体（两对姐妹染色单体）此时形成的协同复合体使同源染色体保持平行排列，为后续交叉互换创造条件粗线期染色体进一步凝缩，交叉互换（crossing over）发生同源染色体非姐妹染色单体之间的DNA片段相互交换，形成嵌合染色体，产生新的基因组合双线期交叉互换完成后，同源染色体开始部分分离，但在交叉点（交叉结）处仍保持连接这些交叉结称为几乎体，是前期交换的物理证据终变期核膜和核仁消失，纺锤体形成染色体高度凝缩，同源染色体对准备排列到赤道板上，进入中期减数分裂I中期、后期、末期减数分裂II总览减数分裂中的基因重组DNA双链断裂减数分裂前期I的粗线期，一种特殊酶SPO11引起DNA双链断裂，这是交叉互换的起始步骤这些断裂处是潜在的交换点，细胞会产生超过实际需要的断裂，然后选择性地完成部分交换单链入侵与识别断裂的一条链在重组酶的帮助下入侵同源染色体上的对应区域，形成D-loop结构这一过程由RAD51和DMC1等蛋白介导，需要高度的DNA序列同源性才能完成Holliday结构形成与解析通过DNA合成和连接，形成双Holliday结构这种复杂的DNA交叉结构可以通过不同方式解析交叉解析导致交叉互换和基因重组，而非交叉解析则不改变原有基因排列基因重组完成解析后，同源染色体上的基因片段互换位置，产生新的等位基因组合这些重组的染色体会通过减数分裂传递给配子，最终增加后代的遗传多样性减数分裂与遗传多样性染色体随机分配交叉互换中期I同源染色体的随机排列导致子细胞中母减数分裂I前期的交叉互换打破了连锁基因的1源和父源染色体的随机组合人类有23对染共同遗传，形成新的基因组合这增加了单色体，可能产生223（约800万）种不同组个染色体上的遗传变异可能性合随机受精随机突变受精过程中精子和卵细胞的随机结合进一步在减数分裂过程中可能发生的随机DNA突变增加了多样性考虑到每位父母可产生的3也是遗传多样性的来源这些突变可能导致800万种不同配子，理论上可能产生约新的基因变体出现，为进化提供原材料6400万亿种不同的子代基因组合减数分裂与有丝分裂对比有丝分裂减数分裂•一次DNA复制，一次分裂•一次DNA复制，两次分裂•产生两个遗传相同的子细胞•产生四个遗传各异的子细胞•子细胞染色体数目与母细胞相同（2n→2n）•子细胞染色体数目为母细胞的一半（2n→n）•没有同源染色体配对和交叉互换•有同源染色体配对和交叉互换•主要用于生长、修复和无性繁殖•用于有性生殖中配子形成•发生在体细胞中•发生在生殖细胞中•细胞周期包括G

1、S、G2和M期•包括减数分裂I和减数分裂II两个连续过程人体与动植物中的减数分裂人类精子发生人类卵子发生男性睾丸中的初级精母细胞通过减女性卵巢中的初级卵母细胞通过减数分裂形成四个精子每个初级精数分裂不平等分配胞质，产生一个母细胞产生四个功能完整的精子，大的卵细胞和三个小的极体只有所有产物都能发育成成熟配子精卵细胞发育成成熟配子，极体最终子形成过程还包括精子变形，形成退化减数分裂I在胚胎发育时开特化的头部和鞭毛结构始，但在出生时暂停，直到青春期后的每个月经周期继续植物的减数分裂被子植物的花药中，花粉母细胞通过减数分裂形成四个花粉粒；胚珠中，大孢子母细胞通过减数分裂形成四个大孢子，通常只有一个发育成胚囊这种世代交替是植物生活史的特征有丝分裂的异常与疾病21三体综合征21号染色体三体导致唐氏综合征，是最常见的染色体异常1/700唐氏综合征发生率约每700个新生儿中有一个患有唐氏综合征45特纳综合征只有一条X染色体（45,X），导致特纳综合征35高风险年龄35岁以上孕妇染色体异常风险显著增加染色体异常主要源于减数分裂过程中的错误非分离是最常见的异常，指同源染色体或姐妹染色单体在减数分裂中未能正确分离，导致配子染色体数目异常当这些异常配子参与受精，会产生三体（2n+1）或单体（2n-1）后代除染色体数目异常外，结构异常也很常见，如缺失、重复、倒位和易位等这些异常可能导致基因剂量不平衡或基因功能破坏，引发各种遗传疾病随着母亲年龄增长，染色体非分离的风险显著增加，这与卵细胞长期停滞在减数分裂I的双线期有关细胞分裂与生长细胞生长的限制物质交换需求细胞必须通过表面进行气体、营养物和废物交换表面积/体积比降低细胞增大导致物质交换效率下降分裂解决方案通过分裂维持适宜的表面积/体积比细胞的大小受到多种因素限制，其中最关键的是表面积与体积的比例关系当细胞体积增大时，细胞内部的代谢活动和物质需求也相应增加然而，细胞与外界环境的物质交换只能通过细胞表面进行，而表面积的增长速度慢于体积这种表面积与体积不协调的增长导致大型细胞面临物质交换瓶颈例如，大型细胞的中心部分可能出现氧气不足或废物积累情况此外，细胞核对细胞质的控制能力也会随着细胞体积增大而减弱为解决这些问题，细胞通常在达到一定大小后会触发分裂机制，产生两个较小的子细胞，从而恢复适宜的表面积/体积比细胞分化的概念全能性受精卵可发育成完整个体的所有细胞类型，具有最大分化潜能多能性胚胎干细胞可分化成多种细胞类型，但不能形成完整个体限制性组织特异性干细胞只能分化为特定组织的细胞类型终末分化高度专一性细胞，如神经元，完成最终功能特化干细胞与分化胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源于胚胎内细胞团的多能性干细胞，可存在于成体组织中的多能或单能干细胞，通过基因重编程技术将成熟体细胞（如皮分化为人体几乎所有类型的细胞这类干负责组织的维持和修复如骨髓中的造血肤细胞）转变回多能状态的干细胞这一细胞表达Oct

4、Sox2和Nanog等关键转干细胞可分化为各种血细胞；皮肤基底层突破性技术由山中伸弥开发，避开了胚胎录因子，维持其多能性胚胎干细胞的研的干细胞持续产生新的表皮细胞；肠道隐干细胞的伦理问题，同时为个体化治疗提究引发了伦理争议，但其在再生医学中具窝中的干细胞每3-5天更新一次肠上皮供了可能诱导多能干细胞正在成为疾病有巨大潜力建模和药物筛选的重要工具细胞程序性死亡（凋亡）执行阶段凋亡信号Caspase蛋白酶级联激活，降解细胞成2外源性死亡受体激活或内源性线粒体通分路触发膜变化磷脂酰丝氨酸外翻，发出吃我信号清除阶段巨噬细胞识别并吞噬凋亡小体，无炎症DNA断裂4反应核染色质断裂成规则片段，细胞皱缩细胞凋亡和分裂的关系组织稳态的平衡机制发育过程中的形态塑造细胞分裂和凋亡是维持组织稳态的两个关键过程在健康组织在胚胎发育过程中，细胞分裂和凋亡的协同作用塑造着组织和器中，这两个过程保持精确平衡，确保组织大小和结构的稳定性官的形态例如，人类胚胎手指间的组织通过程序性细胞死亡被例如，人体的肠上皮细胞每3-5天完全更新一次，新细胞通过干清除，形成分离的手指；脊椎动物神经系统发育初期产生过量神细胞分裂产生，而老化细胞则通过凋亡被清除经元，而那些未能与靶组织建立正确连接的细胞最终通过凋亡被清除这种平衡由复杂的信号网络调控，包括生长因子、死亡受体、生存信号和细胞间接触抑制等多种机制当这种平衡被破坏时，可这种雕塑性凋亡对于正常发育至关重要干扰这一过程可能导能导致多种疾病，如自身免疫性疾病（凋亡不足）或组织萎缩致先天性畸形，如并指症（手指间组织未能正确凋亡）或脑发育（凋亡过度）异常（神经元过量或不足）等细胞癌变初始DNA损伤致癌因素（如紫外线、化学物质、病毒等）导致DNA突变，尤其是影响原癌基因或抑癌基因的突变初始突变通常不足以导致癌变，但开启了多步骤癌变过程细胞周期调控失效关键调控基因（如p

53、Rb等）突变导致细胞周期检查点失效，受损DNA未被修复便进入复制，累积更多突变细胞开始表现出不受控制的分裂特性，形成良性肿瘤侵袭性获得随着更多突变积累，肿瘤细胞获得突破基底膜能力，侵入周围组织它们还可能获得诱导血管生成的能力，确保营养供应，转变为恶性肿瘤转移扩散部分癌细胞脱离原发肿瘤，进入血液或淋巴系统，在远处器官形成继发肿瘤转移是癌症最危险的特征，也是大多数癌症相关死亡的直接原因癌细胞与正常细胞对比形态与生长特征代谢与分子特征正常细胞具有规则形态和均匀大小，而癌细胞通常形态不规则、癌细胞的代谢模式显著改变，即使在有氧条件下也主要依赖糖酵大小不一，核质比增大正常细胞在培养中表现出接触抑制，达解产能（Warburg效应），尽管效率较低但能支持快速增殖到一定密度后停止分裂；癌细胞失去这一特性，可持续分裂形成在分子水平上，癌细胞通常表现出基因组不稳定性，染色体异常堆叠的多层细胞和DNA甲基化模式改变•正常细胞寿命有限，达到Hayflick极限后进入衰老•正常细胞严格遵循细胞周期检查点，DNA损伤导致周期阻滞•癌细胞激活端粒酶，获得永生特性，可无限分裂•癌细胞检查点失效，即使DNA损伤也继续分裂•正常细胞对生长因子依赖性强，需要外源性信号刺激•癌细胞可自分泌生长因子，或具有持续激活的生长信号通路实验观察洋葱根尖分裂区1材料准备固定与解离选择新鲜洋葱，在水中培养1-将根尖剪下放入固定液中15-2天，使其长出约1cm长的根20分钟，转移到盐酸中水解尖准备卡诺氏固定液（乙醇5-8分钟（60℃），水解后:冰醋酸=3:1）、1mol/L盐在染色液中浸泡3-5分钟取酸、甲基绿-吡罗红染色液、出根尖，在载玻片上解剖，去解剖针、载玻片和盖玻片除根冠，保留分裂旺盛的区域制片与观察用解剖针轻轻分散细胞，加盖玻片，用拇指隔着滤纸轻压以展平细胞在显微镜下先用低倍物镜寻找细胞，再用高倍物镜观察不同分裂阶段的细胞形态特征显微观察技巧染色与对比度分裂期细胞识别使用特定染色剂增强染色体可见分裂期细胞通常表现为深染的染性如甲基绿染色DNA呈绿色，色体结构清晰可见，而间期细胞吡罗红染色细胞质呈红色，提高则呈现均匀染色的核寻找细胞细胞结构对比度进行显微观察密集区域如根尖分生区，这里分时，适当调整光圈和聚光器位裂活跃，更容易观察到各分裂时置，获得最佳对比度期的细胞分裂阶段区分前期染色体初现，但排列无序；中期染色体排列在赤道板上，形态最清晰；后期染色体向两极移动，呈现V形排列；末期细胞中央有明显的分裂沟或细胞板形成分裂过程中常见错误及排查制片与观察过程中常见多种错误，影响实验结果判读染色不当是最常见问题之一染色过度导致细胞结构模糊不清，染色不足则对比度低，难以区分细胞结构水解时间控制不当也会影响结果，水解过度使染色体过度分散甚至破碎，水解不足则细胞不易铺展，染色体重叠难以区分制片技术不当也常导致问题，如挤压过重会使细胞破裂，挤压不足则细胞堆叠难以观察封片时如有气泡进入，会影响观察效果，应重新制片若观察到大量分裂异常（如多极分裂、染色体断裂等），应考虑样本处理过程中的化学或物理损伤，或根尖生长环境中存在致突变因素要获得可靠数据，应多制备几张切片，从不同视野计数，进行统计分析新技术在细胞分裂研究中的应用活细胞成像技术单细胞测序技术基因编辑与干预利用荧光蛋白标记关键可分析单个细胞的基因CRISPR/Cas9系统实细胞分裂蛋白，如组蛋组、转录组和表观基因现对细胞分裂相关基因白、微管蛋白等，实时组特征，揭示细胞分裂的精确编辑，通过引入观察细胞分裂的动态过过程中的分子变化这突变或敲除特定基因，程共聚焦显微镜和超种技术特别有助于研究研究其在分裂过程中的分辨率显微技术突破了细胞周期不同阶段的基功能光遗传学和化学传统光学显微镜的分辨因表达调控和染色质构遗传学技术允许在特定率限制，可观察更精细象变化，为理解分裂机时间和空间精确控制蛋的细胞结构变化制提供新视角白质活性，研究其在分裂中的作用细胞分裂的现实应用再生医学癌症治疗农业应用利用干细胞分裂和分化能力，培养人体组许多化疗药物针对快速分裂的癌细胞，干通过调控植物细胞分裂，培育高产、抗逆织或器官用于移植目前已成功应用于皮扰其分裂过程新一代靶向药物瞄准细胞品种如诱导多倍体形成的品种通常具有肤、角膜和软骨等组织修复，复杂器官如周期特定蛋白，如周期依赖性激酶CDK更大的果实和更高的产量组织培养技术肝脏、心脏的体外培养也取得重要进展抑制剂，减少对正常细胞的副作用深入利用植物细胞全能性，快速繁殖优良品这一领域有望解决器官短缺问题，造福等理解分裂机制助力开发更精准的癌症治疗种，保存珍稀植物资源，为农业可持续发待移植的患者策略展提供技术支持相关前沿人工诱导多能干细胞2006年突破性发现日本科学家山中伸弥通过导入四个关键基因（Oct

4、Sox

2、Klf4和c-Myc）将成体皮肤细胞重编程为多能干细胞这一发现证明细胞命运并非不技术优化与安全性提升2可逆转，为再生医学带来革命性变化研究者不断优化重编程方法，开发无病毒、无整合的诱导方案，如使用mRNA、蛋白质或小分子化合物进行重编程，显著提高了临床应用安全性临床应用探索同时，重编程效率也从最初的不到

0.1%提升到约5%iPS细胞已用于多种疾病模型构建和药物筛选2014年，日本进行全球首例iPS细胞来源的视网膜色素上皮细胞移植治疗黄斑变性神经退行性疾病、心未来发展方向脏病和糖尿病等领域的临床试验也在积极推进中结合基因编辑技术如CRISPR/Cas9，iPS技术有望实现个体化精准治疗体内重编程技术的发展可能避免体外培养步骤，直接在患者体内诱导组织再生这一领域的进步正加速再生医学从实验室走向临床应用课件复习要点细胞周期与调控掌握细胞周期四个阶段（G

1、S、G

2、M）的主要特征与生物学事件，理解周期蛋白、CDK和检查点在细胞周期调控中的作用机制能够分析细胞周期调控异常与疾病（如癌症）的关系有丝分裂与无丝分裂区分有丝分裂的四个阶段（前期、中期、后期、末期）特征，比较动植物细胞胞质分裂的异同了解无丝分裂的特点及其在原核生物中的应用，能够从生物学意义角度解释不同分裂方式的适应性减数分裂与生殖理解减数分裂I和II的过程及其在维持物种染色体数目稳定中的作用，掌握同源染色体配对和交叉互换的分子机制，以及它们在产生遗传多样性中的重要性能够分析减数分裂异常导致的遗传疾病细胞生长与分化掌握细胞生长的限制因素，特别是表面积/体积比对细胞大小的影响理解干细胞概念及其在发育和组织修复中的作用，了解细胞凋亡与分裂平衡在维持组织稳态中的重要性感谢聆听与互动提问课程核心内容回顾互动探讨与答疑本课程系统介绍了细胞分裂与生长的基本概念、机制和生物学意现在请同学们提出关于课程内容的问题，可以是概念理解、实验义我们详细探讨了细胞周期的调控、有丝分裂和减数分裂的过操作或应用前景等方面欢迎提出自己在学习过程中遇到的困惑程及其在生物体中的应用，并涉及了前沿研究领域如干细胞和再或感兴趣的延伸话题生医学等内容除了课堂提问，也欢迎通过线上平台提交问题或讨论后续实验特别强调了细胞分裂与生长在维持生命过程中的核心地位，以及课将安排显微观察实验，请提前复习相关实验技能对于进一步分裂异常导致的疾病机制通过理解这些基础知识，我们能更好学习有兴趣的同学，推荐查阅提供的扩展阅读资料和在线视频资地认识生命现象，为进一步学习打下坚实基础源。