高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的多样性和统一性优秀学案

细胞壁、细胞膜、细胞核

核心知识点一：细胞壁、细胞膜

1. 细胞壁

问题探究：哪些生物有细胞壁？

提示：植物、真菌、大部分原核生物。也就是没有细胞壁的为动物、少部分原核生物，如支原体、立克次氏体。如果碰到一个真核细胞，有细胞壁的为植物，无细胞壁的为动物。

细胞壁的主要成分都是纤维素和果胶吗？

提示：植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质。

易错点拨：细胞壁不是系统的边界，因为细胞壁不能控制细胞内外物质的出入，具有全透性。

2. 细胞膜

（1）细胞膜的功能

①将细胞与外界环境分隔开，以保障细胞内部环境的相对稳定；

②控制物质进出细胞（如下一章我们要学习的被动运输，主动运输，胞吞、胞吐）；

③进行细胞间的信息交流：化学物质传递（如激素）；

通道传递（如胞间连丝）；

接触传递（如精卵结合）

问题探究：细胞膜控制物质进出细胞是绝对吗？任何不需要的物质或成分都不会进入细胞吗？

提示：细胞膜控制物质进出是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入。

细胞间进行信息交流一定依赖于细胞膜表面的受体吗？

提示：不是，高等植物细胞间依赖胞间连丝进行信息交流，动物细胞间进行信息交流时，有的受体在细胞膜上，有的受体在细胞内，比如性激素的受体。

受体的化学本质是什么？受体和信号分子的结合有什么特点？

提示：受体的化学本质是糖蛋白，和信号分子的结合具有特异性。

如何以实验的方式探究细胞之间的识别作用？

提示：将大量的同种生物和亲缘关系较远的生物的精子和卵细胞混合在一起，观察精子和卵细胞结合情况。

如何用实验的方式证明细胞膜可控制物质出入细胞？

提示：利用有颜色的植物组织，如月季的花瓣，将其放入无色溶液（如：水）中，然后用高温、强酸或强碱处理，观察处理前后溶液颜色是否发生变化。

（2）对细胞膜成分和结构的探索历程

问题探究：提取不同细胞中的磷脂分子，铺在水面上，测得磷脂单分子层占有面积与细胞膜面积的比例关系都一样吗？

提示：人的红细胞只有细胞膜，没有其他膜结构，其中的磷脂铺展成单分子层后，面积是红细胞表面积的2倍；如果是肝细胞，其中的磷脂铺展成单分子层后，面积大于细胞表面积的2倍；提取原核生物的磷脂，铺展成单分子层后，面积是其细胞表面积的2倍，因为原核生物只有细胞膜一种膜结构。

（3）细胞膜的成分：主要是脂质和蛋白质，还有少量糖类。脂质中磷脂最丰富，动物细胞中还有少量胆固醇，蛋白质的种类和数量与细胞膜的功能相关。因此，各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关：功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多；不同种类的细胞，细胞膜的成分及含量不完全相同：如动物细胞膜中含有一定量的胆固醇，而植物细胞膜中没有。

易错点拨：4种常考的“膜蛋白”

①受体蛋白：信号分子（如激素的受体）。

②载体蛋白：协助物质的跨膜运输。

③具催化作用的酶：好氧型细菌的细胞膜上附着有与有氧呼吸相关的酶。

④识别蛋白：用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白（如精卵细胞间的识别）。

（4）细胞膜的结构以及结构特点：

①流动镶嵌模型的内容：

蛋白质在磷脂双分子层中的存在方式：镶、嵌（部分或全部）、贯穿；

细胞膜上的糖类还可与脂质结合形成糖脂。

②结构特点：具有一定的流动性。

原因：组成细胞膜的磷脂以及大部分蛋白质都能运动。

意义：对细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。

（5）细胞膜成分、结构与功能之间的联系

核心知识点二：细胞核

1. 细胞核的功能探究（注意实验和结论的对应关系）

（1）黑白美西螈核移植实验：美西螈皮肤颜色遗传受细胞核控制。

问题探究：为使实验更具有说服力，还应增加怎样的一组实验呢？

提示：将白色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到黑色美西螈去核的卵细胞中，观察形成的美西螈的皮肤颜色。

（2）蝾螈受精卵横缢实验：蝾螈的细胞分裂、分化受细胞核控制。

（3）变形虫切割实验：变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受细胞核控制。

（4）伞藻嫁接与核移植实验：伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的。

①伞藻嫁接实验过程                           ②伞藻核移植实验过程

问题探究：对比伞藻的嫁接实验和核移植实验，后者还需补充怎样的实验过程？

提示：将伞形帽伞藻的细胞核移植到去掉菊花形帽和核的结构中，观察形成的伞藻帽的形状。

2. 细胞核的结构

问题探讨：每个细胞都在细胞的正中央有一个细胞核吗？

提示：大多数细胞有一个细胞核，有些细胞不只具有一个细胞核，如双小核草履虫有两个细胞核，人的骨骼肌细胞中有多个细胞核。有些真核细胞不具有细胞核，如哺乳动物成熟的红细胞、高等植物成熟的筛管细胞。细胞核不一定在细胞中央，成熟的植物细胞因细胞中大液泡的存在，细胞核不在正中央。

核孔可进行物质交换，是不是任何物质都可通过，怎么进行信息交流呢？物质从核孔出入穿过了几层膜？

提示：核孔虽然可以允许大分子物质通过，但仍然具有选择性，如细胞核中的DNA就不能通过核孔进入细胞质中。细胞核中的RNA可进入细胞质，上面携带者控制蛋白质合成的信息，在细胞质合成的蛋白质可通过核孔进入细胞核。从核孔通过时是不过膜的，因此为0层。

同一个人不同细胞核孔的数量、核仁的大小一样吗？

提示：核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞中，核孔数量多，核仁较大。

根据核仁的功能判断，是不是细胞中核糖体的形成都与核仁有关呢？

提示：不会，原核细胞没有核仁，但有核糖体的形成。

染色体和染色质是怎样的关系？

提示：染色体和染色质只是形态不同，而成分完全相同，是同一物质在不同时期的两种形态。

3. 细胞核的功能

（1）是遗传信息库，是遗传物质储存和复制的主要场所。

（2）是细胞代谢和遗传的控制中心。

易错点拨：细胞核是细胞代谢的控制中心，细胞的代谢中心是细胞质基质。

4. 模型构建

概念模型、数学模型、物理模型。在物理模型中，注意图像和图画的区别，图画为物理模型，图像不是。

问题探究：如果我为你画一个画像，或我为你拍一张照片，哪个属于物理模型？

提示：画一个画像。

例题1  作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用。下列相关叙述正确的是（    ）

A. 细胞膜的功能保证对细胞有害的物质都不能进入细胞

B. 细胞膜上的受体是细胞间进行信息交流的必需结构

C. 一切细胞均具有以磷脂双分子层为基本骨架的细胞膜

D. 植物细胞放在清水中不会涨破是细胞膜起着重要作用

答案：C

解析：本题主要考查细胞膜的功能、结构、细胞壁的功能，难度中等。细胞膜控制物质进出细胞的作用是相对的，一些对细胞有害的物质有可能进入细胞，A错误；细胞间的信息交流有多种形式，不一定依赖细胞膜上的受体，如高等植物通过胞间连丝进行信息交流，B错误；一切细胞都有细胞膜，细胞膜的骨架是磷脂双分子层，C正确；植物细胞放在清水中不会涨破主要是细胞壁起着支持和保护作用，D错误。

例题2  如图是细胞局部结构示意图，图中数字表示成分，下列叙述正确的是（    ）

A. ①是糖蛋白，存在于细胞膜内表面，具有识别作用

B. ②具有运输、信息传递以及催化某些化学反应的作用

C. 用水提取③，在空气—水界面上全部是头部向下，尾部向上

D. 科学家用同位素标记人和鼠的②，证明膜具有一定的流动性

答案：B

解析：本题主要考查细胞膜的流动镶嵌模型以及不同成分的功能，难度中等。图中①是糖蛋白，存在于细胞膜的外表面，具有识别以及信息交流的作用，A错误；②是膜蛋白，与细胞膜的功能相关，具有运输功能如载体蛋白、信息传递功能如受体、催化某些化学反应的功能如酶，B正确；③是磷脂分子，可用丙酮提取，在空气—水界面上全部是亲水的头部向下，疏水的尾部向上，C错误；科学家用荧光标记人和鼠的②，证明膜具有一定的流动性，D错误。

例题3  用动物受精卵做如图所示实验，以下实验不能说明的是（　　）

A. 提取受精卵的核单独培养，不久后死亡，说明缺少细胞质的细胞核不能生存

B. 去掉核的细胞单独培养，不久后死亡，说明缺少细胞核的细胞也不能存活太久

C. 给去核的细胞重新移入细胞核后细胞能正常生活，说明细胞只有保持完整性才能进行正常的生命活动

D. 实验说明，细胞核是系统的控制中心，细胞质是系统的代谢中心

答案：D

解析：本题主要考查细胞核与细胞质的关系，难度中等。图中实验中：①单独培养离开细胞的细胞核→细胞核死亡；②单独培养去核的细胞→细胞死亡；③给去核的细胞以新的细胞核→细胞能生存并且能分裂。实验①②分别说明细胞核和细胞质不能单独生存，实验③说明细胞只有保持完整性才能正常生存和繁殖。综合分析三个实验，可以说明细胞核和细胞质具有相互依存的关系，但不能说明细胞核和细胞质的具体功能， D错误。

例题4  下图中的甲、乙、丙表示细胞核结构中的三种物质,叙述正确的是（    ）

A. 物质甲构成核膜的基本骨架，不同细胞核膜上的核孔数量大体相等

B. 物质乙的多样性与氨基酸的种类、数量、排列顺序和空间结构有关

C. 物质乙、丙构成的结构与染色质是不同物质在不同时期的同一形态

D. 甲乙、乙丙构成的结构中共有的化学元素是C、H、O、N、P五种大量元素

答案：D

解析：本题主要考查细胞核的结构以及蛋白质的多样性，难度较大。物质甲为磷脂，是核膜的基本骨架，不同细胞的细胞核上核孔的数量不等，与细胞的代谢强度有关，A错误；物质乙为蛋白质，其多样性与氨基酸的种类、数量、排列顺序以及多肽的空间结构有关，B错误；物质乙丙构成的结构为染色体，与染色质是同一物质在不同时期的两种形态，C错误；核膜的主要成分是磷脂和蛋白质，染色体的主要成分是蛋白质和DNA，共有的化学元素是C、H、O、N、P五种大量元素，D正确。

（答题时间：30分钟）

1. 下图1和图2是细胞间信息交流的两种方式，下列相关叙述不正确的是（　　）

A. 图1和图2中细胞间的信息交流都与细胞膜密切相关

B. 受精时，精子和卵细胞的识别、融合与图1所示方式相同

C. 图 2 中 a 表示的是信号分子，可能是激素，与b特异性结合

D. 动物和高等植物都是通过上述两种方式进行细胞间信息交流的

2. 将一个细胞直接置于清水中涨破，然后将磷脂成分全部提取出来，并将其在空气﹣水界面上铺成单分子层，结果测得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。用下列细胞实验与此结果最相符的是（     ）

A. 牛的肝细胞 B. 植物的叶肉细胞 C. 蓝细菌 D. 人的成熟红细胞

3. 科学家对细胞膜结构进行了漫长的探索历程，下列说法不正确的是（    ）

A. 欧文顿通过对植物细胞的通透性进行实验，提出膜是由脂质组成的

B. 罗伯特森认为细胞膜由脂质-蛋白质-脂质三层结构构成且是静态的

C. 辛格和尼科尔森认为细胞膜上的磷脂和大多数蛋白质是可以流动的

D. 科学家提取人红细胞的脂质铺成单分子层，得出细胞膜中的磷脂排列成2层

4. 磷脂分子构成了细胞膜的基本骨架，蛋白质与细胞膜的功能直接相关，下列有关磷脂、蛋白质的说法，正确的是（    ）

A. 细胞膜上的磷脂都和糖类结合形成糖脂

B. 磷脂分子的种类决定了生物膜功能上的差异

C. 载体蛋白都是镶在细胞膜内外表面的蛋白质

D. 膜上蛋白质的种类和数量决定其功能的复杂程度

5. 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，下图表示其中的一组。对此实验的有关分析错误的是（    ）

A. 由本实验可以推测伞帽的形态可能主要与细胞核有关

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. 伞柄和假根中都有细胞质，因为不含遗传物质，所以对伞帽的形态近乎无影响

D. 若要进一步验证细胞核的功能，还应进行核移植实验

6. 图是细胞核模型图，①～④表示细胞核的各种结构。下列说法正确的是（    ）

A. ①是染色质，是细胞中遗传物质的主要载体

B. ②是核仁，其与某种RNA的合成和中心体的形成有关

C. ③与细胞膜成分相同，基本支架都是磷脂双分子层，

D. 蛋白质、核酸等生物大分子可以通过④自由进出细胞核

7. 下列有关细胞内或细胞间物质交换和信息交流的说法中,错误的是（    ）

A. 核孔是细胞核、质之间物质交换和信息交流的通道

B. 细胞膜是细胞与外界进行物质交换和信息交流的边界

C. 胞间连丝是相邻植物细胞间物质交换和信息交流的通道

D. 细胞膜上的受体是动物细胞之间进行信息交流的必备结构

8. 下列关于科学实验或研究中采用的方法的叙述.错误的是（    ）

A. 分离细胞器时利用了差速离心法

B. 证明细胞膜的流动性时，利用了放射性同位素示踪法

C. 研究分泌蛋白的合成与分泌时，利用了放射性同位素示踪法

D. 通过构建物理模型的方法来制作真核细胞的三维结构模型

9. 回答下列与细胞膜相关的问题：

（1）科学家将人的肝细胞中的磷脂分子提取出来，铺在空气—水界面上成单分子层，测得磷脂单分子层面积为S，该细胞膜的表面积约为________。

（2）通过有关方法，测得多种膜的化学成分如表所示：

上表数据显示，不同生物细胞膜的共同点是________________________，主要区别是______________________________________________________________。

（3）有人发现，在一定温度条件下，细胞膜中的磷脂分子均垂直排列于膜表面。当温度上升到一定程度时，细胞膜中的磷脂分子有75%排列不整齐，细胞膜厚度变小，而膜的表面积扩大，膜对离子和分子的通透性提高。对上述实验现象合理的解释是：___________________________________。

（4）细胞膜以及细胞器膜都具有控制物质进出的功能，请根据以下材料设计实验进行验证。

材料：红玫瑰、质量分数为15%的盐酸、蒸馏水、培养皿、量筒。

实验步骤：

①________________________________________________________________；

②_______________________________________________________________；

③ _______________________________________________________________。

10. 如图为细胞核结构的示意图，请结合所学知识，据图回答下列相关问题（[　]内填标号，________上填相应名称）：

（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）图中[2]主要是________和________组成，前者通过[　]________进入细胞核内。

（3）从图中可以看出[3]为________，其与____________________________有关。

（4）代谢旺盛的细胞与代谢不旺盛的细胞在图中的哪些解耦股上存在差异？    

其特点是                                                 。

（5）细胞核的功能是                                            。

1. D  解析：本题主要考查细胞膜的信息交流功能，难度中等。细胞间的信息交流依赖于细胞膜表面的糖蛋白，A正确；受精时，精子和卵细胞通过直接接触相互识别、融合，B正确；图 2 中 a是由甲细胞释放的信号分子，通过体液运输，可能是激素，与b受体特异性结合，C正确；高等植物细胞间通过胞间连丝进行信息交流，D错误。

2. D  解析：本题主要考查细胞的结构、膜的基本骨架等知识，难度较大。牛的肝细胞含有细胞器膜和核膜，测得单分子层的表面积应大于原来细胞膜表面积的2倍，A错误；植物细胞不会吸水涨破，原因是细胞壁的支持和保护作用，B错误；蓝细菌有细胞壁，不会吸水涨破，C错误；哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，只有细胞膜为生物膜，细胞膜是由磷脂双分子层构成基本骨架，所以测得单分子层的表面积应正好为原来细胞膜表面积的2倍，D正确。

3. B  解析：本题主要考查细胞膜成分和结构的探索历程，难度中等。19世纪末，欧文顿发现凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，于是他提出：膜是由脂质组成的，A正确；1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构，并大胆地提出细胞膜是蛋白质--脂质--蛋白质三层结构构成的静态结构，B错误；辛格和尼科尔森认为细胞膜上的磷脂和大多数蛋白质是可以流动的，细胞膜具有一定的流动性，C正确；两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气一水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。由此他们得出的结论是细胞膜中的磷脂分子排列为连续的2层，D正确。

4. D  解析：本题主要考查细胞膜上磷脂和蛋白质的特点，难度中等。细胞膜上的部分磷脂和糖类结合形成糖脂，A错误；细胞膜中蛋白质分子的种类和数量决定了其功能复杂程度，B错误、D正确；膜上的载体蛋白有的镶、有的嵌入、有的贯穿在磷脂双分子层之中，C错误确。

5. C  解析：本题主要考查伞藻的嫁接和核移植实验，难度较大。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，A、D正确；伞柄和假根中都有细胞质，细胞质的线粒体中也有少量的遗传物质DNA，C错误；图示的实验是将乙的伞柄移植到甲的假根上，所以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。

6. A  解析：本题主要考查细胞核的解耦股以及功能，难度中等。①是染色质，成分为DNA和蛋白质，是细胞中遗传物质的主要载体，A正确；②是核仁，其与某种RNA的合成和核糖体的形成有关，B错误；③为核膜，与细胞膜成分不完全相同，基本骨架都是磷脂双分子层，C错误；④是核孔，实现核质之间频繁的物质交换和信息交流，核孔具有选择性，DNA不能通过核孔出来，D错误。

7. D  解析：本题主要考查细胞间的信息交流，难度中等。核孔位于核膜上，是核质之间物质交换和信息交流的通道，A正确；细胞膜把细胞与外界环境分割开来，是细胞与外界物质交换的边界，B正确；植物细胞间物质交换和信息交流通过胞间连丝进行，C正确；动物细胞之间进行信息交流时受体不一定存在于细胞膜上，D错误。

8. B  本题主要考查与细胞相关的实验，难度中等。分离细胞器常用的方法是差速离心法，利用不同的离心速度所产生的不同离心力，将各种细胞器分开，A正确；证明细胞膜的流动性时，利用了荧光标记法，B错误；在研究分泌蛋白的合成和运输过程，采用放射性同位素示踪技术，C正确；制作真核细胞的三维结构模型利用的是物理模型法，D正确。

9.（1）小于S/2　

（2）成分相同  同种成分的含量存在差异

（3）构成细胞膜的磷脂分子是可以运动的，细胞膜具有一定的流动性　

（4）①取适量的红玫瑰花瓣，均分为两部分，分别加入培养皿中，编号为A、B　

②A组加入适量的蒸馏水，B组加入等量的质量分数为15%的盐酸　

③观察A、B两组花瓣的颜色变化及溶液的颜色变化

解析：本题主要考查细胞膜的结构、结构特点、验证细胞膜具有控制物质出入功能的实验设计，难度较大。

（1）肝细胞内含有细胞膜、细胞器膜以及核膜，当提取的磷脂单分子层面积为S时，细胞膜的表面积约为小于S/2。

（2）由题干表格中数据可以看出，各种膜的主要组成成分相同，每种成分在不同膜中的含量存在差异。

（3）磷脂双分子层由整齐排列变得不整齐，导致细胞膜厚度改变，可推测这是由细胞膜的基本支架—磷脂双分子层的运动造成的。因细胞膜具有一定的流动性，细胞膜的厚度才会改变。

（4）活细胞的细胞膜、液泡膜具有选择透过性，细胞液中的色素不会从细胞中渗出；当细胞死亡后，细胞膜、液泡膜失去选择透过性，色素才会从细胞中渗出。由题干信息可知，杀死细胞的方法是用质量分数为15%的盐酸处理。

10. （1）真核　电子　

（2）蛋白质　DNA（顺序不能颠倒）　4　核孔　

（3）核仁　某种RNA的合成以及核糖体的形成

（4）3、4  代谢旺盛的细胞中核孔数量多、核仁体积大

（5）遗传信息库，细胞遗传和代谢的控制中心

解析：本题考查细胞核的结构和功能，难度中等。　

（1）要观察到这样的细胞核结构，只能使用电子显微镜来观察真核细胞。

（2）图中[2]为染色质，主要由DNA和蛋白质组成，蛋白质为大分子物质，通过核孔进入细胞核。

（3）图中[3]为核仁，与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。

（4）在代谢旺盛的细胞中，核孔的数量多，并与物质运输和信息传递，核仁的体积大，与核糖体及某种RNA的形成有关。

（5）细胞核的功能是：遗传信息库，细胞遗传和代谢的控制中心。