高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3节 细胞核的结构和功能学案

第3节　细胞核的结构和功能

一、细胞核的功能

1．探究细胞核功能的实验

(1)实验一：黑白美西螈核移植实验

①该实验中，黑美西螈提供细胞核，白美西螈提供细胞质、细胞膜等结构，结果后代全部发育成黑色的。

②实验一说明美西螈皮肤颜色是由细胞核控制的。

(2)实验二：蝾螈受精卵横缢实验

①甲组实验中，A部分无细胞核，不会分裂；B部分有细胞核，会分裂。

②乙组实验中，从B部分向A部分挤入一个细胞核后，A部分有细胞核，细胞会分裂，但会慢一些；B部分有细胞核，会分裂。

③经对照分析可以看出，细胞核控制着细胞的分裂、分化。蝾螈受精卵的横缢实验说明：没有细胞核，细胞就不能分裂、分化。

(3)变形虫切割培养实验

①用玻璃针将变形虫切成两半

②若用显微钩针将有核的一半的细胞核钩出：

a．无核的部分：与上述无核的一半一样。

b．及时给无核的部分重新植入一个细胞核：各项生命活动又会恢复。

③实验结论：变形虫的摄食、应激性及生长、分裂等生命活动离不开细胞核。

(4)伞藻的嫁接实验

①实验过程

甲组伞藻嫁接实验

a．去帽→换柄→培养。

乙组伞藻核移植实验

b．去帽、去核→植入核→培养。

②实验结果：在伞藻的嫁接实验中，新长出的伞帽跟提供假根的伞藻的伞帽相同；在伞藻核移植实验中，新长出的伞帽跟提供细胞核的伞藻的伞帽相同。

③实验结论：核移植实验进一步说明生物体形态结构的建成与细胞核有关。

综上所述，细胞核控制着细胞的代谢和遗传，是细胞的“控制中心”。

2．细胞核功能

细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

二、细胞核的结构与建构模型

1．结构

2．染色质的组成及特点

(1)组成

(2)特点：容易被碱性染料染成深色。

3．建构模型

(1)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。

(2)类型：物理模型、概念模型、数学模型等。

(3)举例：沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型属于物理模型，它形象而概括地反映了DNA分子结构的共同特征。

三、细胞在生命系统中的地位

1．结构特点

(1)结构复杂而精巧。

(2)各组分之间分工合作成为一个统一的整体。

2．形成的原因

(1)几十亿年进化的产物。

(2)是生物与环境长期相互作用的结果。

3．地位

(1)生物体结构的基本单位。

(2)生物体代谢和遗传的基本单位。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．某些细胞无细胞核，说明细胞核不是细胞进行生命活动所必需的。                             (　　)

2．细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞的控制中心。                             (　　)

3．核膜上的核孔可以让蛋白质和DNA自由进出。 (　　)

4．代谢旺盛的细胞，核孔数目较多。 (　　)

5．染色质和染色体是存在于细胞核中的两种不同物质。 (　　)

提示：1．×　极少数细胞由于特殊的功能无细胞核，真核细胞一般都有细胞核，细胞核是细胞生命活动必需的。

2．√

3．×　核孔具有选择性，DNA不能进出，蛋白质的进入是有选择的。

4．√

5．×　染色质和染色体是同一种物质的两种状态。

　细胞核的功能

1．探究细胞核功能的实验分析及归纳

(1)实验分析

①黑白美西螈核移植实验：

该实验无对照组，可将白色美西螈胚胎细胞核移植到黑色美西螈去核卵细胞形成重组细胞进行培养作为对照。

②蝾螈受精卵横缢实验：

该实验既有相互对照，又有自身前后对照。

③变形虫切割实验：

该实验既有相互对照，又有自身前后对照。

④伞藻嫁接与核移植实验：

伞藻核移植实验可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。

(2)实验归纳

2．细胞核与细胞质的关系

(1)蝾螈受精卵横缢实验和变形虫切割实验说明细胞只有保持结构的完整性，才能完成正常的生命活动。

(2)变形虫切割实验、伞藻的嫁接和核移植实验的共同之处有：a．均有核移植的后续实验；b．均将细胞分成两部分，设置实验组与对照组，有效排除无关变量的干扰，增强说服力。

1．有人利用真核单细胞生物a、b做了如下实验，这个实验最能说明的问题是(　　)

A．控制c性状发生的遗传信息来自细胞核

B．控制c性状发生的遗传信息来自细胞质

C．c性状发生是由细胞核和细胞质的遗传信息共同决定的

D．细胞核内的遗传信息控制生物一切性状的发生

A　[细胞c的细胞膜和细胞质都来自细胞b，但细胞核来自细胞a，其性状与细胞a相同，说明控制c性状发生的遗传信息来自细胞核，A正确，B、C错误；本实验无法说明细胞核内的遗传信息控制生物一切性状的发生，而且细胞质中也有少量的遗传物质，D错误。]

2．伞藻结构可分为“帽”、柄和假根3部分。科学家用地中海伞藻和细圆齿伞藻做嫁接实验，结果如图所示。该实验能够得出的结论是(　　)

A．细胞核和细胞质在结构上没有联系

B．伞帽形态结构的建成取决于细胞核

C．伞帽形态结构的建成与“假根”有关

D．该实验中缺少对照，不能得出结论

C　[分析题图实验，无法判断出细胞核和细胞质在结构上没有联系，A错误；分析题图实验可知，伞帽形态结构的建成与“假根”有关，但是无法得知与假根中的细胞核有关，B错误，C正确；该实验为相互对照，可以得出相关结论，D错误。]

关于细胞核功能的两点提醒

(1)细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心，不是代谢活动的场所。

(2)细胞核行使功能时与细胞质有关，细胞核与细胞质是相互依存的统一整体。

　细胞核的结构

1．核膜的结构和功能

2．核仁

(1)结构：光学显微镜下为折光性较强的致密小体。

(2)功能

①核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。

②蛋白质合成旺盛的细胞中，核仁较大。

3．染色质与染色体

(1)大分子物质并非都通过核孔自由进出。

①核孔具有选择性，因为核孔上存在由蛋白质构成的核孔复合体，大分子物质通过核孔，必须要经过与核孔蛋白质的识别与结合。

②核孔是蛋白质、RNA等大分子进出细胞核的通道，而DNA不能自由进出，因为细胞核内的DNA位于染色体上，不会离开细胞核。

(2)核仁不是遗传物质的储存场所。

核仁参与某种RNA的合成及核糖体的形成，细胞核中的遗传物质分布于染色体(染色质)上。

1．(2019·全国卷Ⅲ)下列与真核生物细胞核有关的叙述，错误的是(　　)

A．细胞中的染色质存在于细胞核中

B．细胞核是遗传信息转录和翻译的场所

C．细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心

D．细胞核内遗传物质的合成需要能量

B　[细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，真核细胞中的染色质存在于细胞核中，A、C正确；真核细胞的翻译过程发生在细胞质中，B错误；细胞核内遗传物质DNA的生物合成需要消耗能量，D正确。]

2．下图为细胞核结构模式图，下列有关叙述正确的是(　　)

A．①是由DNA和蛋白质组成的环状结构

B．②是产生核糖体、RNA和蛋白质的场所

C．蛋白质、DNA等生物大分子可以穿过核孔进出细胞核

D．核孔对物质的运输具有选择性

D　[图中①是染色质，是由蛋白质和DNA组成的丝状结构，选项A错误；②是核仁，与某种RNA的合成及核糖体的形成有关，选项B错误；③是核孔，蛋白质和RNA可选择性通过核孔，但DNA不能通过核孔进出细胞核，选项C错误；核孔也具有选择透过性，选项D正确。]

(1)核仁不是遗传物质的储存场所

核仁参与某种RNA的合成以及核糖体的形成，细胞核中的遗传物质分布于染色体(染色质)上。

(2)核孔的数量和核仁大小并不是固定的。

(3)并非真核细胞都有细胞核

除了高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。

由材料分析知：科学家保留下了极度濒危动物——苏门答腊雌犀牛的“根”，由此形成科学思维的学科素养。

(1)科学家保留的卵细胞中哪部分结构是该犀牛的“根”？(科学思维)

提示：细胞核。

(2)若要利用其保留下来的“根”来“复活”该犀牛，“复活”后的犀牛和原来的犀牛性状相同吗？为什么？(科学思维)

提示：不完全相同。生物体的性状不只由细胞核控制，还与环境等有关。

[课堂小结]

1．下图所示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性状

B．细胞核控制着细胞的性状

C．细胞质与细胞分裂、分化密切相关

D．细胞核与细胞分裂、分化密切相关

D　[蝾螈受精卵横缢为两部分，无核部分与有核部分相互对照，后来无核部分挤进细胞核后与之前自身前后对照，均说明细胞核控制着细胞的分裂和分化。]

2．下列有关细胞核的叙述正确的是(　　)

A．核膜不与细胞内的其他膜相连

B．核仁与细胞核内蛋白质的合成有关

C．DNA通过核孔进入细胞质控制细胞的代谢

D．细胞周期中染色体和染色质发生周期性变化

D　[本题考查细胞核的结构和功能。核膜与内质网膜是相连的。核仁与rRNA和核糖体的形成有关，细胞核中的蛋白质是在细胞质中的核糖体上合成的。细胞核中的DNA不能进入细胞质中。]

3．(2019·全国卷Ⅱ)在真核细胞的内质网和细胞核中能够合成的物质分别是(　　)

A．脂质、RNA　 B．氨基酸、蛋白质

C．RNA、DNA D．DNA、蛋白质

A　[真核细胞中内质网是脂质合成的车间，在细胞核中RNA由DNA转录而来，A项正确，C项错误；氨基酸可以从细胞外直接吸收，也可以在细胞质中的代谢中转化而来，蛋白质的合成场所是核糖体，B项、D项错误。]

4．下列关于制作三维结构模型的说法中，错误的是(　　)

A．在制作模型时，科学性、准确性应该是第一位的

B．模型是一种简化的、概括性的描述

C．拍摄黑藻叶肉细胞叶绿体的显微照片就是建构了细胞的物理模型

D．学生制作真核细胞三维结构模型时，材料方面可以用不同颜色区分不同的细胞结构，具有特点突出，便于观察的优点

C　[在制作模型时，科学性、准确性应该是第一位的，A正确；模型是一种简化的、概括性的描述，B正确；拍摄黑藻叶肉细胞叶绿体的显微照片属于实物，不属于物理模型，C错误；学生制作真核细胞三维结构模型时，材料方面可以用不同颜色区分不同的细胞结构，具有特点突出，便于观察的优点，D正确。]

5．下面为典型细胞核及其周围部分结构示意图。请据图回答：

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

(2)在细胞有丝分裂过程中，[　　]________高度螺旋化，成为________。

(3)由图中可见[1]________和[　　]________的连通，使细胞质和核内物质的联系更为紧密。

(4)图中[2]的功能是______________________________________________。

[3]主要是由________和________组成的；核糖体的合成与图中[　　]________有关。

[解析]　(1)细胞核的有无是真核细胞与原核细胞的根本区别，只有在真核细胞中才能观察到细胞核。(2)在细胞有丝分裂过程中，染色质高度螺旋化，成为染色体。(3)内质网外连细胞膜，内连核膜，是物质运输通道，使细胞质与核内物质联系更密切。(4)染色质是由DNA和蛋白质构成的，是遗传物质的主要载体，染色质螺旋变粗形成染色体。核仁与核糖体的形成有关。

[答案]　(1)真核　(2)3　染色质　染色体

(3)内质网　5　核膜

(4)实现核质之间频繁的物质交换和信息交流　DNA　蛋白质　4　核仁