【中学3年理科】細胞分裂と生物の成長のポイント

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中学3年理科の生物分野では、生物の成長やふえ方に関する内容を学習します。まずは基礎となる細胞分裂の仕組みを理解して、どうやって生物が大きく成長していくのかを理解しましょう。さらに、体細胞分裂と減数分裂の違いも理解します。

細胞分裂とは

すべての生物は細胞からできています。中学2年生で学習しましたね。ヒトは多細胞生物ですので、約60兆個もの細胞が集まって個体が形成されています。しかし、どんな生物ももともとは1個の受精卵からのスタートです。どうやって60兆こもの細胞ができたのかというと、細胞分裂で細胞の数をふやしてきたからなのです。

体の細胞である体細胞を増やすための細胞分裂を「体細胞分裂といいます。まったく同じ細胞をつくりだすのが特徴で、核の中に含まれる染色体の数が変化しないのが特徴です。
細胞の分裂のメカニズムは、動物の細胞と植物の細胞で若干の違いがありますが、ほとんど同じになっています。植物の細胞分裂を例に説明します。

体細胞分裂

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体細胞分裂の順序

細胞分裂の大きな流れは、「核分裂細胞質分裂」になります。まず、核の中の染色体が2つに分かれ、その後に核のまわりの細胞質が2つに仕切られます。

  1. 核の中で染色体が複製され、染色体が2倍量になる。
  2. 核が消え、中にある糸状の染色体が見え始める。
  3. 染色体がより合わさってひも状になり、赤道面に並ぶ。
  4. 染色体が両極に分かれていく。
  5. しきりができて細胞質が2つに分けられる。
  6. 核ができ染色体が見えなくなる。

植物細胞の場合は、上記のような順序で体細胞分裂が進みます。細胞質分裂では、動物の細胞の場合は、しきりによって細胞質が分けられるのではなく、くびれができて細胞質が分けられることになります。

また、体細胞分裂でできる細胞の特徴は、細胞分裂前の細胞と染色体の数が変化しないことです。細胞分裂前に染色体が複製され2倍量になり、それが2つの細胞に分けられるからです。

タマネギの根の細胞分裂

細胞分裂を観察するには、盛んに細胞分裂を行っている部分を使います。よく使われるのはタマネギの根です。ここは記述問題もよく出題されますので、理由も書けるように練習しておきましょう。

タマネギの根の細胞分裂

タマネギの根の細胞分裂 記述問題

タマネギの根の細胞分裂の観察では、次の内容が記述問題として出題されます。文章でしっかり書けるように練習しておきましょう。

よく出る記述問題❶なぜタマネギの根の先端を使うのか?
成長点があり、細胞分裂が盛んだから。
❷切り取った根の先端をうすい塩酸に入れる理由は?
細胞の活動を止め、細胞一つ一つを離れやすくするため。
❸柄つき針でほぐして酢酸カーミン液をかける理由は?
核や染色体を赤色に染め、観察しやすくするため。
❹ろ紙をかぶせて押しつぶす理由は?
細胞の重なりを無くし、観察しやすくするため。

生物が成長する仕組み

タマネギの根が伸びたり、生物の体が大きくなったりするように、生物が成長するためには、
細胞分裂で細胞の数が増え、増えた細胞が大きくなること
が必要です。

成長のしくみ

細胞分裂の確認問題

  1. 核の中にあるひも状のものを何というか。
  2. 2は細胞分裂前に2倍量になる。このことを何というか。
  3. 植物細胞の場合、何によって細胞質が2つに分けられるか。
  4. タマネギの根で細胞分裂を観察する場合、根のどこを観察に使うか。
  5. なぜ4を観察に使うのか。理由を簡潔に述べよ。
  6. 切り取った根を、うすい塩酸に入れる理由を答えよ。
  7. 酢酸カーミン液では、どこを何色に染色するか。
  8. ろ紙をかぶせて押しつぶす理由を答えよ。
  9. 生物が成長するためのメカニズムを、「細胞分裂」「大きく」の語句を使って説明せよ。

解答

  1. 染色体
  2. 複製
  3. しきり
  4. 先端付近
  5. 成長点があり、細胞分裂が盛んだから。
  6. 細胞の活動を止め、細胞一つ一つを離れやすくするため。
  7. 核や染色体を赤色に染める。
  8. 細胞の重なりを無くし、観察しやすくするため。
  9. 細胞分裂で細胞の数が増え、増えた細胞が大きくなることで成長する。

2つの細胞分裂

細胞が分裂し、細胞の数がふえることを細胞分裂といいます。細胞分裂といっても実は2つの細胞分裂があります。一つは普通の細胞分裂で、もう一つは特別な細胞分裂になります。

体細胞分裂

  • からだをつくっている体細胞から体細胞をつくる細胞分裂。
  • 細胞分裂の前後で核の中の染色体の数は変化しない

減数分裂

  • からだをつくっている体細胞から生殖に関わる生殖細胞をつくる細胞分裂。
  • 細胞分裂の後は核の中の染色体の数が半減する

体細胞分裂と減数分裂

体細胞分裂は普通にからだ全体で行われている細胞分裂で、体をつくる細胞である体細胞から同じ体細胞をつくり出しています。同じからだをつくる体細胞ですので、染色体の数は変わってはいけません。

一方の減数分裂は、有性生殖のときに行われる特別な細胞分裂で、精子や卵などの生殖細胞をつくるときだけに行われる細胞分裂になります。

体細胞分裂と減数分裂の確認問題

  1. 体をつくるための細胞分裂を特に何というか。
  2. 1では染色体の数はどうなるか。
  3. 精子や卵などの生殖細胞をつくるときに行われる特別な細胞分裂を何というか。
  4. 3では染色体の数はどうなるか。

解答

  1. 体細胞分裂
  2. 変化しない。
  3. 減数分裂
  4. 半減する。

【理科問題❶】タマネギの根の細胞分裂の観察実験

問題図1のようなタマネギのある部分を切り取って、下記の手順にそって処理を行い、タマネギの細胞分裂のようすを顕微鏡で観察した。図2は、観察した細胞の一部を表したものである。次の各問いに答えなさい。

【手順】
①切り取ったタマネギの一部を、60℃に温めたうすい塩酸にひたす。
②うすい塩酸にひたしたタマネギの一部を取り出し、水で洗う。
③スライドガラスの上に乗せ、柄つき針でほぐし染色液で赤色に染色する。
④カバーガラスをかぶせた後、ろ紙を乗せ、親指の腹で静かに押しつぶす。
⑤顕微鏡で観察する。

タマネギの根の細胞分裂

(1)この観察で、切り取って切片をつくった部分を、図1のA~Bの中から一つ選び、記号で答えよ。

(2)なぜ(1)で答えた部分を細胞分裂の観察に使うのか。簡単に説明せよ。

(3)観察の手順①で、60℃に温めたうすい塩酸にひたす理由を答えよ。

(4)観察の手順③で、核などを赤色に染める染色液の名称を答えよ。

(5)観察の手順④で、タマネギの一部を押しつぶす理由を答えよ。

(6)図2に見られるひものようなものを何というか。

(7)図2の細胞分裂のようすを、細胞分裂が進む順番に記号ア~オを並べよ。

(8)次の文の①、②にあてはまる語句を記入せよ。

生物は、細胞分裂で細胞の数が( ① )ことと、その細胞が( ② )なることを繰り返して、成長していく。

【解答・解説❶】タマネギの根の細胞分裂の観察実験

(1)D
細胞分裂の観察には、細胞分裂が盛んに行われている根の先端を使います。

(2)細胞分裂が盛んに行われているから。
根の先端には、生長点(根端分裂組織)という細胞分裂が盛んに行われている部分があります。

(3)細胞の活動を止め、細胞1つ1つを離れやすくするため。
植物の細胞ですので、細胞壁でしっかりと接着されています。その接着を離す目的があります。

(4)酢酸カーミン液(酢酸オルセイン液)
核や染色体を赤色に染める染色液が、酢酸カーミン液(酢酸オルセイン液)です。

(5)細胞の重なりをなくすため。
押しつぶすことにより、タマネギの根が薄く広がり、細胞の重なりをなくすことができ、観察しやすくなります。

(6)染色体
核の中にある糸状・ひも状のものを染色体といいます。染色体には遺伝情報が入っています。

(7)ア→ウ→オ→イ→エ
核が消え、ひも状の染色体が見え始める→染色体が中央に並ぶ→染色体が両端に分かれる→両端に染色体が集まりそれぞれ核をつくりはじめる→細胞質がしきりやくびれによってわけられる

(8)①増える ②大きく
生物が成長するには、「細胞分裂で細胞の数が増え、増えた細胞が大きくなる」ことが必要です。

【理科問題❷】体細胞分裂と減数分裂

問題下の図は、カエルのなかまのふやし方を表した図である。カエルのように、雄と雌でなかまをふやすことを有性生殖というが、その内容を簡単にまとめた図である。これについて、次の各問いに答えなさい。

体細胞分裂と減数分裂

(1)図中のAのように、カエルの雄は精巣で体細胞から精子を、雌は卵巣で卵をつくっている。体細胞から、生殖で使う特別な細胞である生殖細胞をつくる細胞分裂を特に何というか。

(2)図中のBは、受精によってつくられた受精卵が、細胞分裂を行い胚になっていく過程を示したものである。このときに行われる細胞分裂を特に何というか。

(3)カエルの生殖で、親が持つ染色体の本数をn本とすると、精子や卵が持つ染色体の本数は、nを使ってどのように表されるか。

(4)カエルの生殖で、親が持つ染色体の本数をn本とすると、できた胚が持つ染色体の本数は、nを使ってどのように表されるか。

【解答・解説❷】体細胞分裂と減数分裂

(1)減数分裂

からだをつくっている体細胞から、なかまをふやすときに使われる生殖細胞をつくる特別な細胞分裂を減数分裂といいいます。

(2)体細胞分裂

からだをつくっている体細胞から、同じ体細胞をつくる細胞分裂を体細胞分裂といいます。生殖細胞がつくられるときだけ、特別な細胞分裂である減数分裂が行われるので、その他の細胞分裂は体細胞分裂になります。受精卵が発生し胚になるときの細胞分裂も体細胞分裂になります。

(3)n/2 本

生殖細胞である、精子や卵の染色体は、体細胞の染色体の半分になっています。これは、生殖細胞が減数分裂でつくられるからです。減数分裂では染色体の数が半分になります。したがって、体細胞の染色体の数n本の半分になります。

(4)n本

生殖細胞の精子と卵の核が合体する受精の後、染色体は通常の体細胞と同じ数に戻ります。受精卵はこの後、体細胞分裂で発生し胚になるので、胚の染色体の数も体細胞と同じn本になります。

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