高中生物浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第四节 细胞核是细胞生命活动的控制中心教学设计

第四节　细胞核是细胞生命活动的控制中心

一、遗传物质主要储存在细胞核中

　细胞核主要由核膜、核仁、染色质、核基质等部分组成。

1．核膜与核孔

(1)核膜　是细胞核的边界，由双层膜构成，外层常与粗面内质网相连。双层核膜并不是连续的，内、外层核膜常在某些部位相互融合形成环形开口，称为核孔。核孔周围镶嵌有许多蛋白质，构成一种复杂的结构，控制着物质的进出。核孔是蛋白质、RNA等大分子出入细胞核的通道。

(2)核仁　是细胞核中呈球形或椭球形的结构，其大小、数目、形态随生物种类、细胞类型不同而不同。核仁是核糖体RNA合成、加工和核糖体装配的重要场所。

2．染色质与染色体

细胞核中的DNA与蛋白质及少量RNA构成复合结构，容易被碱性染料染色，称为染色质。细胞分裂过程中，染色质高度螺旋，凝聚成在光学显微镜下很容易观察到的染色体。

3．核基质

核基质是细胞核内以蛋白质为主的网络结构。核基质为细胞核提供支架，也是多种酶的结合位点，与核内遗传物质的复制、染色体的装配等生理活动密切相关。

二、细胞核控制细胞的遗传和代谢

1．伞藻“嫁接”实验与变形虫切割实验

(1)伞藻属是海生的单细胞藻类，细胞长2～5 cm，可分为伞帽、伞柄和假根三个部分。细胞核位于伞柄基部的假根内。

(2)该属内不同种类伞藻的伞帽形状不同。例如，地中海伞藻的伞帽呈倒放的伞状，细圆齿伞藻的伞帽呈花朵状。

(3)若将伞帽切去，不久伞藻便会再生出一个形状与之前一样的新伞帽。将这两种伞藻细胞都切成伞帽、伞柄和假根三个部分，然后将假根交换后，再让伞柄与其接合。两种“嫁接”的结果非常有趣：若令伞柄与同种伞藻的假根接合，则再生出来的伞帽与原来的一样；若令伞柄与另一种伞藻的假根接合，则再生出来的伞帽与另一种的一样。

(4)变形虫是一类单细胞生物，没有固定的外形，可以依赖细胞膜的流动性任意改变体形。

(5)科学家将变形虫缓慢地切成两半，一半有细胞核，一半无细胞核。有核的部分具有应激性，仍能生长、分裂、再生；无核的部分虽然仍能消化吞噬的食物，但不能摄取食物，无应激性，不再分裂增殖，没多久就死亡了。但是，如果无核的部分被及时植入一个完整的细胞核，将恢复生长和分裂等生理功能。

2．细胞核的功能

从伞藻“嫁接”实验和变形虫切割实验可以看出，细胞核是生物遗传和维持正常生命活动所必需的。DNA储存着遗传信息，是细胞进行生命活动的“蓝图”。DNA主要储存在细胞核中，因此，细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心。

三、尝试制作真核细胞的结构模型

1．建立模型

建立模型是科学研究的常用方法，是人们根据某一目的，抓住对象的本质特征，将复杂的、微观的现象或事物构建成抽象的、概括性的描述，是对研究对象简洁的表述。

2．模型类型

模型的类型有多种，包括数学模型、概念模型、物理模型等。物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，如表示生物膜结构的流动镶嵌模型。

3．活动目的

本活动是运用物理模型的方法，以实物的形式直观地表现真核细胞的三维结构。

4．活动提示

(1)查阅资料，了解各细胞器之间以及细胞器与细胞的比例，了解细胞器在细胞内的位置。

(2)可根据实际情况自主选取制作材料，如橡皮泥、纸张、铁丝等。

(3)可独立自主设计完成，也可多名同学分工合作完成。

(4)选择废旧物品时应注意卫生和安全。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．真核细胞都有一个细胞核。 (　　)

2．生物的遗传物质都是DNA。 (　　)

3．真核细胞中，DNA主要储存于细胞核中。 (　　)

4．核孔是蛋白质、RNA等大分子出入细胞核的通道。 (　　)

5．核仁是DNA合成的重要场所。 (　　)

6．染色质与染色体的组成物质相同。 (　　)

提示：1.×　大多数细胞只有一个细胞核，少数细胞有多个细胞核。

2．×　有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA。

3．√　4.√

5．×　核仁是核糖体RNA合成的重要场所。

6．√

　细胞核的结构

1．走出对细胞核认识的三个误区

(1)物质进出细胞核并非都通过核孔

①核孔是蛋白质、RNA等大分子进出细胞核的通道

②小分子物质可通过核膜进出细胞核

(2)并不是所有物质都能进出核孔

核孔是由多种蛋白质构成的复杂结构，表现出明显的选择性，如细胞核中的DNA不能通过核孔进入细胞质。

(3)误认为核孔的数量与核仁大小是固定的

核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢活动的强弱有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞，核孔数量多，核仁较大。

2．细胞核结构与功能的关系

合作探究：观察下面的细胞核结构图，讨论相关问题：

(1)结合细胞核的结构分析，小分子物质和大分子物质主要通过哪种结构进出细胞核？

提示：小分子物质主要通过核膜；大分子物质主要通过核孔。

(2)细胞生命活动的“蓝图”是什么？主要存在于哪里？

提示：DNA上贮存着遗传信息，遗传信息就像细胞生命活动的“蓝图”。细胞的这个“蓝图”，主要存在于细胞核中。

(3)细胞核能作为遗传信息库的原因是什么？

提示：DNA上贮存着遗传信息，它主要位于细胞核中，少数位于线粒体和叶绿体。

1.观察如图所示的模式图。下列叙述错误的是(　　)

A．此图表示真核细胞的细胞核结构模式图

B．图中④为核孔，通过该结构可实现核质之间的物质交换

C．图中③为核被膜，它是双层生物膜，将核内物质与细胞溶胶分开

D．图中①为染色质，该物质与染色体是不同物质

D　[由图可知，该图具有核膜包围的细胞核结构，属于真核细胞，A正确；④核孔的功能是实现细胞核与细胞质之间的物质交换和信息交流，B正确；③核膜为双层膜，把核内物质与细胞质分开，C正确；①为染色质，该结构易被碱性染料染成深色，染色质和染色体是同样物质在细胞不同时期的两种存在状态 ，D错误。]

2．大量事实表明，在蛋白质合成旺盛的细胞中，常有较大和较多的核仁，这是因为(　　)

A．核仁把核物质与细胞质分开

B．细胞中的蛋白质主要是由核仁合成的

C．核仁可以经核孔进入细胞质中合成蛋白质

D．核仁可能与组成核糖体的必需物质的合成有关

D　[核膜具有双层膜，将核内物质与细胞质分开，A项错误；细胞质的蛋白质的合成场所是核糖体，B项错误；氨基酸是蛋白质的合成原料，核仁不能为蛋白质的合成提供原料，C项错误；细胞核内的核仁与某种RNA(rRNA)的合成以及核糖体的形成有关，因此在蛋白质合成旺盛的细胞中，常有较大和较多的核仁，D项正确。]

3．下列关于染色质和染色体的叙述中，不正确的是(　　)

A．染色质是指细胞核内容易被碱性染料染成深色的物质

B．染色质主要由RNA和蛋白质组成

C．染色质和染色体是同样的物质在细胞不同时期的两种形态

D．染色质在细胞分裂时高度螺旋形成染色体，经染色在光学显微镜下清晰可见

B　[染色质是指细胞核内容易被碱性染料染成深色的物质，A正确；染色质主要由DNA和蛋白质组成，B错误；在细胞分裂时，染色质高度螺旋形成染色体，经染色在光学显微镜下清晰可见，细胞分裂结束时，染色体解螺旋，重新成为细丝状的染色质，因此染色质和染色体是同样的物质在细胞不同时期的两种形态，故C、D正确。]

　染色质与染色体的关系的归纳

　细胞核的功能探究

1．伞藻“嫁接”实验的分析

(1)实验过程

(2)实验结论：伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的。

2．变形虫切割实验

(1)实验过程

合作探究：为了研究细胞核的作用，一位生物学家研究了100个细胞，他把每个细胞都分成含有细胞核和不含细胞核两个部分，然后把这些细胞放在同样的条件下培养，结果如下表。回答下列有关问题：

1.第1天无核部分比有核存活率高，是否说明去掉细胞核有利于细胞生存？

提示：第1天无核部分比有核存活率高，不能说明去掉细胞核有利于细胞生存，有可能是统计误差，或样本数量不够大造成的。

2．有核部分有20～30%的死亡率，可能的原因是什么？

提示：有核部分的细胞个别死亡最可能是由于人为伤害或细胞正常凋亡。

3．该实验是否还应设置空白对照组？

提示：该实验中含有细胞核那一组与无核的一组形成对比实验，不需要设置空白对照组。

4．从该实验的结果可以得出怎样的实验结论？

提示：细胞核是细胞进行生命活动所必需的。

1．如下图为科学家进行的蝾螈受精卵横缢实验。你认为该图最能说明(　　)

A．细胞质控制着细胞的代谢

B．细胞核与细胞的分裂、分化有关

C．细胞质是细胞遗传的控制中心

D．细胞核是细胞遗传的控制中心

B　[由图中信息可知，受精卵分裂过程中，只有含细胞核的细胞才能正常分裂、分化，发育成胚胎，说明细胞核与细胞的分裂、分化有关，B正确。]

2．科学家已知伞藻的细胞核位于假根中，他们假设伞藻的伞帽形态主要由细胞核控制，并用伞形帽和菊花形帽两种伞藻进行了一个“嫁接”实验，如图表示其中的一组。对此实验的有关分析错误的是(　　)

A．伞柄和假根中都有细胞质，但细胞质中没有遗传物质

B．本实验中的另一组应该将甲的伞柄移植到乙的假根上

C．由本实验可以推测伞帽的形态可能主要与细胞核有关

D．若要进一步验证细胞核的功能，还应进行核移植实验

A　[伞柄和假根中都有细胞质，但细胞质的线粒体中有少量的遗传物质DNA，A错误；图示的实验是将乙的伞柄移植到甲的假根上，因此本实验中的另一组应该将甲的伞柄移植到乙的假根上，B正确；题图显示：伞藻的细胞核位于假根中，将乙的伞柄移植到甲的假根上，长出的伞帽与甲的相同，由本实验可以推测伞帽的形态可能主要与细胞核有关，但不能排除假根中其他物质的作用，若要进一步验证细胞核的功能，还应进行核移植实验，以排除假根中其他物质的作用，从而证明是细胞核控制伞藻“帽”的形状，C、D正确。]

本题以教材中的资料为依托，考查细胞核的功能。解答此题的先决条件是：从实验过程到实验结论的形成角度去分析教材中的资料，抓住图中呈现的信息“嫁接后的伞藻长出的伞帽形态与提供细胞核的个体一致”，据此分析各选项。

　尝试制作真核细胞的结构模型

1．模型的概念

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。

2．物理模型的概念与构建步骤

(1)概念　根据相似原理，把真实事物按比例放大或缩小制成的模型，其状态变化和原事物基本相同，可以模拟客观事物的某些功能和性质。

(2)构建的一般步骤：

①了解构建模型的基本构造；②制作模型构建的基本原件(单位)；③了解各基本原件之间的关系；④按照相互关系连接各基本原件；⑤检验与修补。

合作探究：某科学家构建了一个能自己移动和改变形态的“类细胞”模型，由膜外壳和填入物构成。

(1)该生物模型属于什么类型？判断的依据是什么？

提示：物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，可见，该生物模型属于物理模型。

(2)该模型中类似于能产生囊泡的两种细胞器是什么？

提示：细胞中能产生囊泡的细胞器有内质网和高尔基体。

(3)科学家想利用该结构运输抗癌药物到达患者的体内，且仅与癌细胞密切接触并释放药物。请从细胞膜的功能角度分析，应该在该结构的膜外壳中加入能与癌细胞特异性结合的什么物质？

提示：糖蛋白。

1．模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。关于模型的叙述，错误的是(　　)

A．模型要体现事物的本质和规律性的联系

B．DNA的双螺旋结构模型是物理模型

C．实物模型的制作要首先考虑是否美观

D．数学模型可以用特定的公式、图表等表示

C　[在设计并制作模型时，科学性、准确性是第一位的，其次才是模型的美观与否。]

2．模型构建方法是现代科学方法的核心内容之一。模型包括物理模型、数学模型和概念模型等类型。下列不属于模型研究方法的是(　　)

A．利用纸片等材料制作DNA分子的双螺旋结构模型

B．用光学显微镜观察并拍摄某植物细胞的显微结构图

C．某生物兴趣小组成员利用计算机软件制作真核细胞的三维结构图

D．某同学通过研究某种细菌繁殖不同时间段后产生的细菌细胞数目绘制成的曲线图

B　[利用纸片等材料制作DNA分子的双螺旋结构模型，属于物理模型，A项错误；用光学显微镜观察并拍摄某植物细胞的显微结构图，不属于模型研究方法，B项正确；某生物兴趣小组成员利用计算机软件制作真核细胞的三维结构图，运用了物理模型的研究方法，C项错误；某同学通过研究某种细菌繁殖不同时间段后产生的细菌细胞数目绘制成的曲线图，运用了数学模型的研究方法，D项错误。]

[课堂小结]

1．下列关于细胞核的叙述，错误的是(　　)

A．有些真核细胞可以有多个或没有细胞核

B．细胞中核仁的体积和数量并不是固定不变的

C．核膜是包被细胞核的单层膜，其外层可与内质网膜相连

D．核孔数目的多少与核质间物质交换和信息交流频率有关

C　[有些真核细胞可以有多个或没有细胞核，如人的骨骼肌细胞中有多个细胞核，人的成熟的红细胞没有细胞核，A正确；细胞中核仁的体积和数量并不是固定不变的，如非洲爪蛙细胞有两个核仁，人类的细胞只有一个核仁，蛋白质合成旺盛的细胞中，其核仁较大，B正确；核膜是包被细胞核的双层膜，其外层可与内质网膜相连，C错误；核孔数目的多少与核质间物质交换和信息交流频率有关，代谢旺盛的细胞，核质之间物质交换频繁，核孔数量多，D正确。]

2．小麦的遗传信息储存于它的(　　)

A．DNA分子，存在于细胞核中

B．DNA或RNA分子，存在于细胞核与细胞质中

C．DNA和RNA分子，存在于细施核与细胞质中

D．DNA分子，存在于细胞核与细胞质中

D　[真核细胞中有DNA 和 RNA两种核酸，其中DNA是遗传物质，遗传信息储存在DNA中，DNA存在于细胞核与细胞质中，所以D正确，A、B、C错误。]

3．下列有关细胞核结构与功能的叙述，不正确的是(　　)

A．核膜共具有两层磷脂分子层，蛋白质分布其中

B．核孔是细胞核和细胞质之间进行物质交换的通道

C．染色质存在于细胞核中，是遗传物质的主要载体

D．细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心

A　[核膜共具有四层磷脂分子层，蛋白质分布其中，A错误；核孔是细胞核与细胞质之间进行物质交换和信息交流的通道，核内外大分子物质的交换离不开核孔，B正确；染色质存在于细胞核中，是遗传物质的主要载体，C正确；细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，D正确。]

4．以动物受精卵为实验材料进行以下实验，有关分析正确的是(　　)

A．实验①和实验③说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性

B．实验②和实验③说明了细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性

C．该实验可以证明细胞核的功能

D．该实验结果可以说明细胞只有保持结构完整性才能正常进行各项生命活动

D　[三组实验说明细胞核和细胞质是互相依存的关系，是统一的整体，细胞是最基本的生命系统，只有保持细胞结构完整性才能正常进行各项生命活动，D正确，ABC错误。]

5．下图为典型的细胞核及其周围部分结构示意图，请据图回答下列问题：(在[　 ]填标号， ________________填相应的名称)

(1)只有在________________细胞中，使用________________显微镜才可以看到此图所表示的结构。

(2)在细胞核中能被碱性染料染成深色的物质是________。

(3)[3]主要由蛋白质和________________组成，蛋白质是通过[　]________________进入细胞核的。其中[4]________________与某种RNA的合成及核糖体的形成有关。

(4)图中可见[　 ]________________和[5]核膜连通，使细胞质和核内物质的联系更为紧密。

(5)全面阐述细胞核的功能：_______________________________________

_______________________________________________________________。

解析：(1)只有在真核细胞中，使用电子显微镜才可以看到细胞核的具体结构。

(2)在细胞核中能被碱性染料染成深色的物质是染色质。(3)图中[3]为染色质，其主要成分是蛋白质和DNA；蛋白质属于大分子化合物，其在核糖体上合成后通过[2]核孔进入细胞核内，[4]核仁与rRNA的合成与核糖体的形成有关。(4)[1]内质网和[5]核膜连通，使细胞质和核内物质的联系更为紧密。(5)细胞核的功能：是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

答案：(1)真核　电子　(2)染色质　(3)DNA　2　核孔　核仁　(4)1　内质网　(5)是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心