什么是干细胞？干细胞的研究和应用能为人类解决哪些难题？

多细胞生物体从小长大，不仅有细胞数目的增加，还有细胞在结构和功能上的分化。即从细胞水平上讲，细胞分裂和细胞分化在生物的个体发育过程中发挥了重要的作用。那么，这二者有何区别和联系？

19世纪中期，生物学家想弄清楚细胞是怎样进行分裂的。1879年，德国解剖学家弗莱明用一种人工合成的红色染料染细胞，看到了细胞核内的丝状物质，他给这些着色很深的结构取名“染色质”，希腊文的意思是“颜色”。但这种染料在染色同时也杀死了细胞，不能用这种方法来观察细胞分裂的连续过程了。后来，他想到一种办法：把染色后所看到的正处在各个分裂时期的细胞都画下来，然后把一个个静止的画面在脑子里串联在一起，想象出一个连续的细胞分裂的动态过程，从而阐明了细胞分裂的过程。

［想一想］

随着科技的不断进步，现在我们已经可以观察到活细胞的分裂过程了，但在当时弗莱明的发现是一项伟大的创举，从发现细胞分裂的过程，你有什么启发？

关于细胞有丝分裂的特征，某自主学习小组展开了激烈的讨论。

同学甲：有丝分裂过程中染色体的规律性变化是最主要的，只要把握了染色体变化的规律，就掌握了有丝分裂的特征。

同学乙：我同意甲的看法。亲代细胞的染色体经过复制之后，能精确地平均分配给两个子细胞，这有利于亲代细胞与子代细胞在遗传上保持稳定性。

同学丙：有丝分裂过程中其他结构的变化也是很重要的，例如纺锤体的形成就是染色体平均分配的重要条件。无丝分裂过程中没有纺锤体的出现，尽管染色体也要经过复制，但无法实现平均分配。

同学丁：我同意丙的意见。其他结构像动物细胞中心粒的复制、核膜与核仁的消失和重现都是很重要的现象，再如高尔基体参与细胞壁的形成，线粒体为有丝分裂提供能量等，都不能忽视。

同学乙：在研究有丝分裂时，我发现一个规律：果蝇的染色体数为8条，各时期染色体数目分别为间期8条→前期8条→后期16条→末期8条，而着丝点的变化也是如此。即着丝点数与染色体数目始终保持一致。

同学丁：还有一个规律：果蝇体细胞有丝分裂的前期染色体数为8条，细胞中的DNA分子数为16个；在后期染色体数为16条，细胞中的DNA分子数也是16个。故有丝分裂过程中细胞的染色体数与DNA分子数目不一定相同。

同学甲：如果考虑到在细胞质的线粒体中也含有DNA分子，那么有丝分裂过程的各个时期染色体数与DNA分子数目都不相同。

我的观点：________。

活细胞不停地进行着代谢，在一定范围内可以不断地生长。细胞为什么不能无限制地长大而要进行分裂呢？有的科学家认为：细胞要通过它的表面不断地和周围环境或邻近的细胞进行物质交换，这样它就必须有足够的表面积，否则它的代谢作用就很难进行。当细胞的体积由于生长而逐步增大时，细胞表面积和体积的比例就会变得越来越小，导致表面积不够，使细胞内部和外界的物质交换适应不了细胞的需要，这就会引起细胞的分裂，以恢复其原来的表面积与体积的适宜比例。

请你设计一个实验来验证上述理论的正确性（提供的材料用具有变形虫若干、锋利的刀片、显微镜等）。

步骤：

Ⅰ．取大小相等、活性相当的同种变形虫9只，分成A、B、C三组，每组3只。

Ⅱ．

①A组的作用是________。

②每组为何均用三只而不用一只？________。

③C组的处理方法是________。

请你对C组的现象进行预测：________。

④你的结论是________。

随着细胞生长，细胞体积不断增大，但是细胞体积和表面积之比却在减小。细胞为什么要进行分裂呢？

如图是线粒体和叶绿体的示意图。

（1）参与有氧呼吸的酶分布在线粒体的哪些部分？

（2）写出在有氧呼吸全过程中，生成少量ATP和大量ATP的过程。

（3）参与光合作用的酶分布在叶绿体的哪些部分？

（4）写出叶绿素在叶绿体上的分布部位和它的作用。

20世纪40年代，美国植物生理学卡尔文用小球藻做实验：用¹⁴C标记的¹⁴CO₂供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，经9年左右的研究，最终探明了CO₂中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。终于弄清了光合作用中二氧化碳同化的循环式途径，即光合碳循环，被称为卡尔文循环。为此，获1961年诺贝尔化学奖金。他除发表了大量的研究论文及综述外，还著有《同位素碳的测量及化学操作技术》（1949）、《碳化合物的光合作用》（1962）、《化学演化》（1969）等书。

［想一想］

从卡尔文对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段的进步有什么关系？除此之外你还有哪些感悟？