题说细胞周期同步化

    在细胞培养过程中，细胞多处于不同的细胞周期时相中，其中有少数细胞在进行有丝分裂活动，其余细胞分别处于G1、S和G2各期。不同时相的细胞对药物干预存在不同反应，会影响实验的重复性，因此，需要获得周期一致性的细胞。利用细胞同步化技术可使细胞大量的处于同一细胞时期，并可获得该时期大量的物质，如细胞中期时的染色体。细胞周期同步化(synchronization)是指为了研究某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡，借助某种自然或人为的实验手段,使细胞群体中处于细胞周期不同时相的细胞停留在同一时相( 除了G0期的细胞)的现象。细胞同步化本质上包括用一定的方法获得一定数量的同步化细胞群和使细胞进入同步化生长的两层含义。

例：（2017·新课标Ⅲ卷.29）

利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段，称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。回答下列问题：

（1）DNA合成阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂，处于_____________期的细胞不受影响而继续细胞周期的运转，最终细胞会停滞在细胞周期的______________期，以达到细胞周期同步化的目的。

（2）秋水仙素阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素，秋水仙素能够抑制_________________，使细胞周期被阻断，即可实现细胞周期同步化。经秋水仙素处理的细胞______________（填“会”或“不会”）被阻断在间期。

（3）血清饥饿法：培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，以实现细胞周期同步化，分裂间期的特点是________________（答出1点即可）。

【答案】（1）分裂   间（或答：S）

（2）纺锤体形成         不会

（3）完成DNA复制和有关蛋白质的合成，为分裂期准备物质

【解析】（1）DNA复制发生在细胞分裂间期；DNA合成被阻断后，分裂期不受影响，分裂间期受影响。最终细胞会停滞在细胞周期的间期。（2）秋水仙素通过抑制纺锤丝的形成来使染色体数目加倍，而纺锤丝形成于有丝分裂前期；经秋水仙素处理的细胞不会被阻断在间期。（3）分裂间期的特点是相关蛋白的合成、DNA进行复制、为分裂期准备物质。

相关资料：DNA 合成抑制法是通过抑制DNA合成将细胞同步于同一时期的方法。高浓度TdR(胸腺嘧啶核苷)双阻断法是目前常用的抑制DNA 合成的同步化方法。它可逆地抑制DNA 合成，而不影响其他时期细胞的转运，最终可将细胞群阻断在S 期或G1 /S 交界处。其原理是: TdＲ是细胞DNA 合成不可缺少的前体，但向培养基中加入过量TdＲ，可形成过量的三磷酸腺苷，后者能反馈抑制其他核苷酸的磷酸化，从而抑制DNA 合成。它将细胞同步于G1 /S期交界处，同步化程度高，适用于任何培养体系，可将几乎所有的细胞同步化，但是容易产生非均衡生长，个别细胞体积增大。TdＲ 双阻断法因为简单易行且可逆，在肿瘤药理方面对细胞周期同步化的实验中得到了广泛的应用。羟基脲、5-氟脱氧尿嘧啶、阿糖胞苷、氨甲蝶呤和高浓度ADR、GDR也属于DNA合成抑制剂，它们与TdR作用相似，均可通过抑制DNA合成达到同步化的目的。

中期阻断法是利用破坏微管的药物将细胞阻断在M期从而得到同一时期细胞的方法，常用的药物有秋水仙素等。秋水仙素通过抑制微管的聚合，进而抑制有丝分裂装置的形成，将细胞阻断于有丝分裂中期然后再释放使细胞达到同步化。中期阻断法非平衡生长问题不明显，但可逆性比较差，当阻断时间过长时，许多细胞产生异常分裂。过去研究中也发现，同步后的细胞的生长能力明显不如撤去阻断剂后得到的S期细胞旺盛。秋水仙胺、Nocodazole也是目前常用的中期阻断剂。

构建解题模型：

A为正常的细胞周期；B为第一次加TdR阻断，细胞停留在G1期和S期的交界处和S期；C为洗去TdR，恢复正常的细胞周期；D为第二次加TdR阻断，细胞均停留在G1期和S期的交界处。

练习：（七彩阳光联盟第二次考试-26）某连续分裂的细胞周期总时长为 L。用 TdR（DNA 合成抑制剂）双阻断法可使细胞周期同步化，在培养连续分裂的细胞的培养基中加入适量的 TdR，继续培养一个细胞周期的时长，洗脱 TdR 并在 普通培养基中继续培养适宜时间后，再次加入 TdR 培养充足时间后洗脱 TdR，即可使细胞周期同步化。下图表示用 TdR（DNA 合成抑制 剂）双阻断法使细胞周期同步化，其中 t1~t8 表示时间点。

下列叙述正确的是(    )

A．t4—t5 的时长应大于S期，但必须小于G1期＋G2期

B．若 t5—t8的时长等于G1＋G2＋M－S期，且t7—t8的时长大于G1期，则t6和t7时，核DNA

含量为4N的细胞所占的比例相等

C．若改用秋水仙素代替TdR处理，且取t2—t3时的细胞用碱性染料染色，则t3时能观察到细胞 核的细胞数等于t2时

D．若要进行动物细胞有丝分裂的观察活动，选择t8时的细胞比选择t1时的细胞，通常可获得更好的效果

解析：总体来说，双阻断法的目的是让细胞同步化在G1/S交界处。第一次在培养连续分裂的细胞的培养基中加入适量的TdR，细胞都停留在S期。洗脱 TdR后会恢复正常的细胞周期，S期的细胞进入G2、M、G1时期，但必须在进入S期之前再次在培养基中加入适量的TdR阻断，让细胞全部同步在G1/S交界处。

A答案解析：t4－t5的时长应大于S期，但必须小于G2期＋M期+G1期，A错误（可以用图C来解释）。

B答案分析：若t5－t8的时长等于G1＋G2＋M－S期 ，且t7－t8的时长大于G1期 ， t6和t7时的细胞都是处于G2或M期，则所有的细胞核 DNA含量为 4N ，即比例为100%（图C可以解释），B正确。(以上分析是介于命题者的命题意图是认为t5为分裂最慢的细胞刚刚离开S期为基础的，而实际上t5是一个不确定的点，只要t4—t5的时长大于S期而小于G1期＋G2期+M期就可以了，所以因为t5的不确定性，限定t7—t8的时长也就没有意义，在t7时有可能已经有细胞完成一次细胞分裂了，故本题严格来说没有正确答案)

C答案分析：若改用秋水仙素代替 TdR 处理，会影响细胞纺锤体的形成，会停留在分裂中期，所以取 t2－t3 时的细胞用碱性染料染色，t3时分裂期可能要多，能观察到细胞核的细胞数可能少于 t2 时，C错误。

D答案分析：因为t8 时的细胞都处于G1/S交界处 ，如要进行动物细胞有丝分裂的观察活动，没有分裂期细胞，而 t1 时的细胞，有分裂期的细胞，D错误。