細胞周期的概念與測定

　　摘 要： 細胞周期指持續分裂的細胞，從一次細胞分裂結束開始到下一次細胞分裂結束為止的過程，是一個連續的周而復始的過程包括分裂間期和分裂期。分裂間期包括G—DNA合成前期、S——DNA合成期、G——DNA合成后期；細胞周期時間的測定，可在體內外采用3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸脈沖標記，定時取材，利用放射自顯影方法，統計標記有絲分裂細胞百分數加以測定。
　　關鍵詞： 細胞周期 概念 測定
　　
　　近幾年生物高考在細胞周期的概念、階段、特點及表示方法等方面進行了全面而細致的考查。教師在復習過程中對于這些內容也進行了充分的挖掘。因此學生在處理這些內容對應的問題時得心應手，得分率比較高。但是在江蘇2010年生物高考試題28題（見本文中的感悟高考）中出現了細胞周期測定的相關知識，解決這個問題比較難，原因有兩個方面：其一，教材中只給出了細胞周期的概念而沒有交代細胞周期的測定。其二，教師與學生對同位素標記法在測定細胞周期的應用關注不夠。那么細胞周期是如何測定的呢？
　　一、細胞周期的概念
　　細胞周期指持續分裂的細胞，從一次細胞分裂結束開始，到下一次細胞分裂結束為止的過程，是一個連續的周而復始的過程，包括分裂間期和分裂期。分裂間期包括G——DNA合成前期、S——DNA合成期、G——DNA合成后期，間期的時間長，進行著復雜的物質合成和能量準備，細胞周期的調控主要發生在分裂間期，細胞并沒有外顯的明顯變化；分裂期又稱M期主要是將S期復制的遺傳物質平均分配到兩個子細胞中去，分裂期時細胞內發生明顯的變化，尤其是出現了高度螺旋的染色體，因此處于分裂期細胞很容易被識別和判斷。分裂間期的時間遠遠長于分裂期。不同生物的細胞周期時間是不同的，同一生物中的不同細胞其周期也不同。一般說來，S期+G期+M期的時間變化小，而G期持續時間的差異可能很大。
　　二、細胞周期長短的測定
　　細胞周期時間的測定，可在體內外采用H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸脈沖標記，定時取材，利用放射自顯影方法，統計標記有絲分裂細胞百分數加以測定。一個非同步化增殖的培養細胞群體給予暫短的（數分鐘至半小時）H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸脈沖標記，然后洗脫標記物，換新鮮培養液繼續培養，細胞繼續沿著細胞周期運轉。脈沖標記后，不同間隔取樣，進行放射自顯影，在顯微鏡下觀察計數。如果它們沿著細胞周期運轉是均勻的，根據標記有絲分裂細胞輪盤表上抵達的位點，表示細胞到達細胞周期的部位。一開始處于S期的細胞均被放射性標記，細胞核呈黑色顆粒狀。標記細胞圖中以有顆粒的細胞來表示，而在標記時處于G、M、G期細胞均未被標記。
　　置換新鮮培養液后培養一段時間，被標記的細胞將陸續進入M期。最先進入M期的細胞是被標記的S期最晚期的細胞（見圖A中的1和2所示）。所以從更換新培養液培養開始，到被標記的M期細胞開始出現為止，所經歷的時間為G期時間（見圖B中的OA段）。
　　從被標記的M期細胞開始出現到其所占M期細胞總數的比例達到最大值時（見圖A中的2和3所示），所經歷的時間為M期時間（如圖B中AB段）。
　　從被標記的M期細胞開始出現，經被標記細胞達50%到被標記的細胞達100%即最大值，再到M期被標記細胞開始下降為止（見A圖中的2、3、4、5所示）所經歷的時間為細胞分裂間期（如B圖中的AC段）。
　　從被標記的M期細胞開始出現并逐步消失，到被標記的細胞第二次出現在M期（見圖A中的2—7所示），所經歷的時間為一個細胞周期的總時間（如圖B的AF段）。在這里特別要注意的是AF不是一個細胞周期，因為其不是從一次細胞分裂結束開始，到下一次細胞分裂結束為止的過程。
　　用一個細胞周期的時間減去G、M期和S期的時間后所剩余的時間即為G期。
　　【感悟高考】細胞周期包括分裂間期（分為G期、S期和G期）和分裂期（M期）。下圖標注了甲動物（體細胞染色體數為12）腸上皮細胞的細胞周期各階段的時長及DNA含量。請回答下列問題：
　　（1）若用含放射性同位素的胸苷（DNA復制的原料之一）短期培養甲動物腸上皮細胞后，處于S期的細胞都會被標記。洗脫含放射性同位素的胸苷，換用無放射性的新鮮培養液培養，定期檢測。預計最快約?搖?搖?搖?搖h后會檢測到被標記的M期細胞。
　　（2）從被標記的M期細胞開始出現到其所占M期細胞總數的比例達到最大值時，所經歷的時間為?搖?搖?搖?搖期的時間，處于該期的一個細胞中染色體數目的變化情況是?搖?搖?搖?搖。
　　（3）若向甲動物腸上皮細胞培養液中加人過量胸苷，處于S期的細胞立刻被抑制，而處于其他時期的細胞不受影響。預計加人過量胸苷約?搖?搖?搖?搖h后，細胞都將停留在S期。
　　（4）乙動物腸上皮細胞的細胞周期時長為24h，M期時長為1.9h。若要在顯微鏡下觀察細胞有絲分裂過程中染色體形態的變化，選用（填“甲”或“乙”）動物腸上皮細胞更合適。
　　【答案】（1）2.2；（2）M12→24→12；（3）7.4；（4）甲。
　　【解析】本題借助細胞周期的DNA含量變化曲線考查細胞周期及分裂期特點，同時考查學生的識圖判斷能力。
　　（1）根據題意S期細胞被標記，洗脫放射性的胸苷后，S期的細胞經G期變化后變為M期細胞，故最短時間為G時期，即2.2h。
　　（2）細胞間期細胞數目最多，因此從M期細胞開始出現，到其所占M期細胞總數比例最大值，即變為間期細胞，故經歷的時間為分裂期的時間，即M期的時間。因染色體只在分裂后期加倍，故分裂期染色體數目變化為12—24—12。
　　（3）加入過量胸苷后，只有處于S期的細胞被抑制；剛結束S期的細胞，再次經過G、M、G期后再次到達S期后受到抑制，經歷時間為2.2+1.8+3.4=7.4h。其他各期細胞達到S期的時間均短于該時間，故加入胸苷后7.4h后細胞都停留在S期。
　　（4）從圖可知，甲動物分裂期所占時間比例為1.8/（3.4+7.9+2.2+1.8）=1.8/15.3=11.8%；乙動物分裂期的比例是1.9/24=0