备课素材：秋水仙素如何阻断有丝分裂过程-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

秋水仙素如何阻断有丝分裂过程2020版人教高中生物学必修2《遗传与变异》P88页提到人工诱导多倍体的方法，并且较为详细描述了秋水仙素诱导染色体数目加倍：那么，秋水仙素抑制纺锤体的形成的机理是什么？1.教材关于秋水仙素的作用人工诱导多倍体的方法很多，如低温处理、用秋水仙素诱发等。其中，用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗，是目前最常用且最有效的方法。当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂，就可能发育成多倍体植株。2.秋水仙及秋水仙素秋水仙（学名：ColchicumautumnaleL.）是百合科秋水仙属植物，多年生草本。地下部分也具有圆球形的鳞茎。它的这种鳞茎，有的直径可长至6厘米以上。球根花卉，球茎卵形，外皮黑褐色。秋水仙素又名秋水仙碱，是一种生物碱，化学式为C22H25NO6，最初从百合科植物秋水仙中提取出来，为淡黄色结晶性粉末。呈黄色针状结晶，易溶于水、乙醇和氯仿，味苦，有毒。从植物中提取秋水仙碱的传统方法一般是溶剂提取法。此法的优点是仪器和材料简单易得，方法比较简便，但试剂消耗量大。溶剂提取法的基本原理是：根据秋水仙碱的性质，利用它在不同溶剂中溶解度的差别，按一定的步骤和方法进行分离。根据所用溶剂的不同，传统提取方法可分为水提法、酸提法、有机溶剂提取法。提取出来的含秋水仙碱的混合物还需经柱层析、薄层层析、离子交换色谱等分离方法进行进一步分离纯化。3.秋水仙素的作用机制①纺锤体的形成

纺锤体是细胞分裂过程中染色体精确平均分配到细胞两极的必需结构。而纺锤体的形成是由微管蛋白组装而成。微管是由α、β微管蛋白的异源二聚体及少量微管结合蛋白聚合而成的亚稳定动态结构。②秋水仙素化学结构中的C环能够与微管蛋白结合（C环与β微管蛋白的第1～46和214～241氨基酸残基片段交联，从而抑制微管蛋白的聚合，破坏微管形成），干扰纺锤体的形成。秋水仙素也是一种微管解聚剂，可以破坏α与β微管蛋白形成的二聚体结构，引起原有微管解聚，导致细胞不能正常形成纺锤丝。③另外，秋水酰胺和诺考达唑等某些药物，也可以抑制微管聚合，进而抑制纺锤体的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。4.秋水仙素作用后细胞周期是否继续进行？秋水仙素的作用是可逆的。当生物体内或添加在培养液中的秋水仙素被代谢降解后，本次细胞周期不再继续完成，而是开始新一轮的细胞周期，从结果上即是造成染色体数目加倍。需要注意的是姐妹染色单体的分离并不是由于纺锤丝的牵引造成的，而是细胞形成染色体后着丝粒会自然分开。5.秋水仙素在细胞周期同步化中的应用中期阻断法：由于秋水仙素能够抑制微管的聚合，进而抑制纺锤体的形成，将细胞阻断于有丝分裂中期，然后再去除秋水仙素，从而使细胞达到同步化。在使用秋水仙素处理细胞时应严格控制其剂量和作用时间。6.秋水仙素的其它作用抗炎作用：秋水仙碱通过干扰溶酶体脱颗粒降低中性粒细胞的活性、黏附性及趋化性，抑制粒细胞向炎症区域的游走，从而发挥抗炎作用。另外，它干扰细胞间黏附分子及选择素的表达，从而阻碍T淋巴细胞活化及对内皮细胞的黏附，抑制炎症反应。秋水仙碱还可通过减少E-选择素、L-选择素及内皮素的表达，发挥其抗炎作用。[1]抑制作用：动物实验发现秋水仙碱能降低中毒性肝坏死的雄鼠死亡率，阻止四氯化碳引起的大鼠肝纤维化并改善其肝功能，国内实验也证实秋水仙碱可减少肝脏胶原纤维的形成，减轻肝纤维化。临床试验证明秋水仙碱确具有改善症状，缩小肝脾，使肝内纤维组织减少，肝血流量有所增加。总之，体内外实验表明，秋水仙碱能够明显抑制成纤维细胞增生，抑制胶原（Ⅰ、Ⅲ型）mRNA表达及蛋白合成分泌，促进胶原酶活性，促进基质金蛋白酶MMP-1，MMP-9活性增强，从而减少胶原的产生和沉积，促进胶原分解，起到抗纤维化的作用。抑制肥大细胞释放组胺颗粒、抑制胰岛β细胞释放胰岛素，并抑制黑色素细胞内黑色素颗粒的移动。此外，秋水仙碱可以降低体温，抑制呼吸中枢、增强拟交感药物的作用，收缩血管、升高血压。秋水仙碱还可通过神经元刺激增强胃肠道功能以及改变神经肌接头的功能。由于秋水仙碱有抑制细胞分裂，同时还可以干扰肿瘤细胞的蛋白质代谢，抑制RNA多聚酶活力以及细胞膜类脂质的合成和氨基酸在细胞膜上的转运，从而诱导多种实体肿瘤细胞凋亡。研究发现秋水仙碱在体外对胶质瘤细胞生长有明显的抑制和诱导凋亡作用，但体内的效果尚待临床研究。秋水仙碱有剧毒，常见恶心、呕吐、腹泻、腹痛、胃肠反应是严重中毒的前驱症状，症状出现时即行停药，肾脏损害可见血尿、少尿、对骨髓有直接抑制作用、引起粒细胞缺乏、再生障碍性贫血。1、消化道反应：是最常见的副作用。许多痛风病人在服用秋水仙碱后出现恶心、食欲减退、呕吐、腹部不舒适感以及腹泻。有的病人因恶心呕吐或者腹泻较为严重而无法坚持用药。2、骨髓毒性反应：主要是对骨髓的造血功能有抑制作用，导致白细胞减少、再生障碍性贫血等。3、肝脏损害：可引起肝功能异常，严重者可发生黄疸。4、肾脏损害：可出现蛋白尿现象，一般不会引起肾功能衰竭。5、其他副作用：包括脱发、皮肤过敏、精神抑郁等。例、秋水仙碱,一种生物碱,因最初从百合科植物秋水仙中提取出来,故名,也称秋水仙素。秋水仙碱能抑制有丝分裂,破坏纺锤体,使染色体停滞在分裂中期。这种由秋水仙碱引起的不正常分裂,称为秋水仙碱有丝分裂。在这样的有丝分裂中,染色体虽然纵裂,但细胞不分裂,不能形成两个子细胞,因而使染色体加倍。秋水仙碱就被广泛应用于细胞学、遗传学的研究和植物育种中。下列有关秋水仙碱应用正确的是()A.

秋水仙碱能抑制有丝分裂,破坏纺锤体,使染色体停滞在分裂中期。故最终得到的细胞每条染色质将有两个DNA分子B.

用秋水仙碱加倍曼陀罗等植物的染色体数获得成功以后,发现细胞有多个细胞核C.

用秋水仙碱处理西瓜的幼苗,可能导致基因突变的产生D.

用秋水仙碱处理西瓜的幼苗芽尖,会导致芽尖正在分裂的细胞染色体都加倍解析：多倍体产生的人为因素是用秋水仙素处理植物的幼苗或发育的种子,从而抑制细胞中纺锤体的形成,从而使细胞中的染色体加倍.与正常个体相比,多倍体具有的特点是植株个体巨大、合成的代谢产物增多,但是发育迟缓。A、秋水仙碱抑制纺锤丝的形成,但没有抑制染