人教生物必修1教案：3-3 细胞核的结构和功能

3-3 细胞核的结构和功能
【主干知识梳理】
一、细胞核的分布与功能
1．分布
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。

2．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
1．细胞核的结构图解
2．染色质及其与染色体的关系
(1)物质组成：主要由DNA和蛋白质组成，其中DNA是遗传信息的载体。

(2)形态及特点：极细的丝状物，易被碱性染料染成深色。

(3)与染色体的关系：是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态。

三、细胞在生命系统中的地位
1．结构特点
(1)细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧。

(2)各组分之间分工合作成为一个统一的整体。

2．地位
细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。

四、建构模型
1．概念
模型是人们为了某种特定的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
3．举例
沃森和克里克制作的著名的DNA 双螺旋结构模型就是物理模型。

【教材微点发掘】
1．连线细胞核的功能探究实验。

(教材第54页“思考·讨论”)
2．世界上首例体细胞克隆猴“中中”和 “华华”在我国培育成功(教材第58页“生物科技进展”)。

请思考：体细胞克隆技术(体细胞核移植)体现了细胞核的什么功能？
提示：细胞代谢和遗传的控制中心。

教材问题提示
(一)思考·讨论
1．美西螈皮肤的颜色是由皮肤表皮细胞内的黑色素决定的。

表皮细胞内合成了黑色素，使皮肤呈黑色，不能合成黑色素的，皮肤呈白色。

细胞内黑色素的合成是由细胞核控制的。

2．没有细胞核，细胞就不能分裂、分化。

3．细胞核是细胞生命活动的控制中心。

4．伞藻的形态结构特点取决于细胞核。

5．提示：克隆牛是由重组的卵细胞发育成的，重组细胞包含了母牛乙的细胞核和母牛甲的细胞质，由这一重组细胞发育成的克隆牛性状几乎与母牛乙一模一样，这说明性状是由细胞核决定的。

克隆牛所有的细胞都来自重组细胞的细胞分裂，其细胞核中的遗传物质与母牛乙的遗传物质相同。

6．细胞核具有控制细胞代谢与遗传的功能。

(二)旁栏思考
提示：同一生物体内的所有细胞都来自受精卵的分裂，细胞内的“蓝图”都是一样的。

体内细胞的形态、结构和功能多样，是细胞分化的结果。

新知探究(一) 细胞核功能的探究实验
【探究·深化】
[情境质疑]
1．美西螈胚胎细胞的核移植实验。

该实验说明美西螈的皮肤颜色是由细胞核控制的。

2．蝾螈受精卵的横缢实验。

(1)甲组实验中，A部分无(填“有”或“无”)细胞核，停止(填“停止”或“不停止”)分裂；B部分有(填“有”或“无”)细胞核，能(填“能”或“不能”)分裂。

(2)乙组实验中，将B部分向A部分挤入一个细胞核后，A部分有(填“有”或“无”)细胞核，细胞开始(填“开始”或“不开始”)分裂；B部分有(填“有”或“无”)细胞核，能(填“能”或“不能”)分裂；最后两半都能发育成正常的胚胎，只是原来无核的一半发育得慢一些。

(3)经对照可以看出，细胞核控制着细胞的分裂、分化。

3．变形虫的切割实验。

由实验可以得知，变形虫的摄食、应激性及生长和分裂等各项生命活动都离不开细胞核，细胞核是细胞生命活动的控制中心。

4．伞藻的嫁接和核移植实验。

(1)实验过程：
①伞藻嫁接实验：
a ．伞形帽伞藻假根＋菊花形帽伞藻柄→伞藻帽呈伞形；
b ．菊花形帽伞藻假根＋伞形帽伞藻柄→伞藻帽呈菊花形。

②伞藻核移植实验：
(2)结论：生物体形态结构的建成主要与细胞核有关。

[重难点拨]
1．探究实验分析
(1)实验1中缺乏对照实验，可增加“将白色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到黑色美西螈的去核卵细胞中”的对照组，以增强结论的说服力。

(2)实验2、3、4均遵循了对照原则。

(3)伞藻核移植实验可排除假根中其他物质的影响，是对伞藻嫁接实验的补充，进一步验证了细胞核的功能。

(4)实验2、3还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．相关实验归纳总结
⎭⎪⎬⎪⎫实验1实验4――→推论 细胞核是遗传的控制中心
⎭
⎪⎬⎪⎫实验2实验3――→推论 细胞核是代谢的控制中心 【典题·例析】
[典例1] 伞藻是一种能进行光合作用的单细胞绿藻，由伞帽、伞柄和假根三部分构成，细胞核在假根内。

科学家用伞形帽和菊花形帽两种伞藻做嫁接和核移植实验(如下图)。

下列相关叙述错误的是( )
A．图2中移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止
B．图2中③与图1中①的帽形相同，都是菊花形帽
C．图1中①、②的帽形随嫁接的伞柄而改变
D．上述实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关
[解析]细胞核是细胞遗传和代谢活动的控制中心，故移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止；图2中的③与图1中的①的细胞核相同，二者都是菊花形帽；图1中①、②嫁接的伞柄，属于细胞的细胞质部分，故不会引起帽形的改变；题中嫁接实验及核移植实验可说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关。

[答案]C
[典例2]以动物受精卵为实验材料进行以下实验，有关下图中的分析正确的是()
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．实验①说明了细胞核对细胞质的重要性，实验②说明了细胞质对细胞核的重要性D．该实验结果可以说明细胞是最基本的生命系统
[解析]将实验结果与实验的自变量联系起来下结论：实验①和实验③说明的是细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性；实验②和实验③说明的是细胞核的重要性。

[答案]D
【应用·体验】
1．下图是科学家进行变形虫切割实验的示意图，该实验最能说明()
A．细胞核控制细胞的分裂
B．细胞质控制细胞的遗传
C．细胞核控制细胞的生命活动
D．细胞质控制细胞的分化
解析：选C由题图实验可知，将变形虫切割后，含有细胞核的部分能正常生长、摄食，不含有细胞核、只有细胞质的部分不能摄食也不能生长，这说明细胞核对于控制细胞生命活动具有重要作用。

2．细胞核具有什么功能？科学家通过如图所示的实验进行探究：①用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，中间只有很少的细胞质相连，结果无核的一半(a)停止分裂，有核的一半(b)能继续分裂；②b部分分裂到16～32个细胞时，将一个细胞核挤入不能分裂的a部分，结果a部分也开始分裂，最后a、b两部分都能发育成胚胎。

下列有关叙述错误的是()
A．实验结果可以说明细胞核与细胞的分裂、分化有关
B．实验①中，a部分细胞属于对照组
C．实验②中，a部分的操作与实验①中的a部分形成对照
D．实验还能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
解析：选B实验①中有细胞核的部分(b)能分裂，而没有细胞核的部分(a)不能分裂，实验②中a、b两部分最终都发育成胚胎，所以经对照后说明细胞核与细胞的分裂、分化密切相关，同时也能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；实验①中b部分为正常状态，所以b部分为对照组；实验①中a部分没有细胞核，而实验②中的a部分又有了细胞核，两部分形成对照。

新知探究(二)细胞核的结构
【拓展·深化】
1．核膜的结构与功能的关系
2．核仁的功能及特点
(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．染色质和染色体的异同点
【典题·例析】
[典例1]下图表示某生物细胞核的结构组成，有关叙述错误的是()
A．从图中可以看出，内质网膜和核膜直接相连
B．图示中有中心体，说明该生物为低等植物或动物
C．核孔是大分子物质进出细胞核的通道，不具有选择性，但核膜有选择透过性
D．在核仁中合成的RNA是组成核糖体的重要成分
[解析]从题图中可以看出，内质网膜和核膜直接相连；图示中有中心体，说明该生物为低等植物或动物；核孔是大分子物质进出细胞核的通道，也具有选择性，如DNA不能从核孔中出来；核仁能够合成rRNA，它是组成核糖体的重要成分。

[答案]C
[典例2]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)染色质主要是由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
易错提醒
有关细胞核的四个认识误区
(1)误认为“细胞核是具有双层膜结构的细胞器”：细胞核不是细胞器，是具有双层膜的细胞结构。

(2)误认为“核孔是大、小分子都能随意进出的通道”：核孔具有选择性，RNA和某些蛋白质等大分子物质出入细胞核的通道是核孔，但并不是所有的大分子都能通过核孔，如细胞核中的DNA就不能通过核孔进入细胞质；而小分子物质出入细胞核一般是通过跨膜运输实现的，极少通过核孔。

(3)误认为核仁是遗传物质的储存场所：核仁不是遗传物质的储存场所，细胞核中的遗传物质分布在染色体(染色质)上。

(4)误认为每个细胞有一个细胞核：有些细胞不只具有一个细胞核，如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。

【应用·体验】
1．下列选项中关于细胞核各结构和功能的叙述，正确的是()
A．核膜属于生物膜系统
B．染色体是遗传物质DNA和RNA的载体
C．核仁与蛋白质的合成以及核糖体的形成有关
D．核孔有利于DNA和RNA从细胞核进入细胞质
解析：选A生物膜系统包括细胞膜、核膜以及各种细胞器膜，其在组成成分和结构上很相似，在结构和功能上紧密联系，所以核膜属于生物膜系统，A正确；染色体是遗传物质DNA的载体，不是RNA的载体，B错误；核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，但蛋白质合成的场所是核糖体，C错误；核孔有利于RNA从细胞核进入细胞质，但DNA不能自由进出细胞核，D错误。

2.观察如图所示的模式图，下列相关说法错误的是()
A．图中③为核仁，与某种RNA的形成有关
B．图中②为核孔，是DNA和蛋白质进出的通道
C．图中④为核膜，是一种双层膜
D．图中①为染色质，有时形成染色体
解析：选B分析题图可知，①是染色质，②是核孔，③是核仁，④是核膜。

核仁与核糖体及某种RNA的形成有关；核孔是大分子物质进出细胞核的通道，如蛋白质和RNA等，但DNA不能通过核孔进出细胞；核膜是一种双层膜结构；染色质与染色体是同一物质在细胞分裂不同时期的两种存在状态。

科学思维——建构模型
一、模型的概念
模型是人们为了某种特定的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。

也就是说，模型是出于某一目的，对原型进行概括性的、简化性的描述，它没有包括原型的所有特征，但是能反映出原型的本质特征。

二、几种常见的模型类型
1．物理模型
指以实物或者图画的形式，直观地表达认识对象的特征的模型。

它最显著的特点是先将难以直接观测的结构或过程简化，把握其本质特征，按照一定的比例放大或缩小，将这些特征通过物理模型形象化、直观化表达，如蛋白质结构模型、细胞膜结构模型、真核细胞三维结构模型等。

2．数学模型
指用字母、数字及符号建立起来的等式或不等式以及图像、图表等描述事物特征及内在联系的数学表达式，它可以描述生命现象，用逻辑推理、运算、求解等来研究生命现象，解决生物学问题。

数学模型可以将生物中的实际问题用数学的方式表现出来，运用数学知识结合生物规律揭示事物的本质特征。

3．概念模型
指用文字、图线和符号等将有联系的名词或过程连接起来，将生命现象和活动规律阐明清楚的一种较为抽象的模型，主要有流程图模型和概念图模型两种类型。

流程图模型主要表示的是生物过程的先后顺序。

概念图则是表示概念与概念之间的关系，将不同知识联系起来，形成知识网络，如教材第60页动物细胞的结构和功能的概念模型。

【素养评价】
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。

下列
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
解析：选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．以下关于物理模型的说法，正确的是()
A．通过抽象的形式来表达认识对象的特征
B．把事物的共同特点抽出来加以描述
C．用空间形式与数量关系来描述认识对象的特征
D．以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征
解析：选D概念模型通过抽象的形式来表达认识对象的特征；概念模型把事物的共同特点抽出来加以描述；数学模型用空间形式与数量关系来描述认识对象的特征；以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。

3．尝试构建蛋白质的概念模型。

提示：
[课时跟踪检测]
[理解·巩固·落实]
1．判断下列叙述的正误
(1)细胞核是遗传信息储存和细胞代谢的主要场所。

()
(2)核孔是生物大分子可以选择性进出细胞核的通道。

()
(3)DNA双螺旋结构模型属于物理模型。

()
(4)细胞只有保持其结构的完整性，才能正常地完成各项生命活动。

()
(5)细胞中的DNA都和蛋白质结合成染色体。

()
(6)染色质是极细的丝状物，容易被碱性染料染成深色。

()
答案：(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)√
2．细胞核中与核糖体形成有关的主要结构是()
A．核仁B．核基质
C．核膜D．核孔复合体
解析：选A细胞核中与核糖体形成有关的主要结构是核仁，A符合题意。

3．以下关于染色质和染色体关系的叙述中，正确的是()
A．原核细胞有染色质和染色体
B．酵母菌没有染色体或染色质
C．是同一物质在不同分裂时期的不同形态
D．是同一细胞分裂时期的不同物质
解析：选C染色质主要由DNA和蛋白质组成，在细胞分裂时，染色质高度螺旋化，缩短变粗成为染色体。

细胞分裂结束时，染色体解螺旋重新变为细丝状的染色质，因此染色体和染色质是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。

4．细胞核控制着细胞的代谢和遗传的主要原因是()
A．细胞核一般位于细胞的中央
B．细胞核中的DNA储存着遗传信息
C．核膜把核内物质与细胞质分开
D．核孔实现核质之间的物质交换
解析：选B细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，这是因为细胞核是遗传信息库，含有大量的遗传信息。

5．下列哪组细胞均没有细胞核()
A．骨髓造血干细胞和根毛细胞
B．根毛细胞和叶肉细胞
C．蓝细菌和成熟的筛管细胞
D．大肠杆菌和蛙的成熟红细胞
解析：选C蓝细菌和大肠杆菌属于原核生物，没有细胞核；成熟的筛管细胞具有运输有机物的功能，与此功能相适应，在分化形成该细胞的过程中，细胞核逐渐丧失。

6．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
解析：选A真核细胞的内质网是细胞内蛋白质合成和加工，以及脂质合成的“车间”；细胞核中能够完成转录过程，可产生RNA，综合上述分析，A正确。

7.如图所示，将甲种伞形帽伞藻的a部分与乙种菊花形帽伞藻的b
部分嫁接在一起，第一次长出的帽状体呈中间类型，若切除这一帽状体，第二次长出的帽状体为与甲相同的伞形帽。

下列分析错误的是()
A．甲、乙两种伞藻细胞均含有多种具膜的细胞器
B．中间类型可能同时含甲、乙两种伞藻的蛋白质
C．若再次切除帽状体，长出的帽状体仍为伞形帽
D．该实验证明了帽状体的形态建成只受细胞核的控制
解析：选D由题图可知，甲、乙两种伞藻细胞是真核细胞，真核细胞内含有多种具膜细胞器，A正确；重建伞藻的细胞核来自甲，可以控制合成甲种伞形帽伞藻的蛋白质，细胞质来自乙种菊花形帽伞藻，细胞质中含有转录的mRNA，可以合成乙种伞藻的蛋白质，B正确；由于嫁接的伞藻的细胞核来自a，因此若再次切除帽状体，长出的帽状体仍为伞形帽，C正确；该实验证明了帽状体的形态建成同时受细胞核、细胞质的控制，D错误。

8．有人利用单细胞真核生物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d性状发生的遗传信息来自细胞质
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
解析：选A据图示可以看出c、d细胞的性状表现取决于细胞核，而不是取决于细胞质，即细胞核是遗传特性的控制中心。

9．图甲为细胞中某一结构的模式图，图乙表示图甲中3的成分及其各级结构。

据图回答下列问题：
(1)图甲所示结构为________________结构。

(2)图甲中2所示结构是________。

单位面积的该结构数目与细胞类型和代谢水平有关，人的胰岛B细胞比口腔上皮细胞中该结构的数目________(填“多”“少”或“相同”)。

(3)图乙中①控制②的合成，①是________分子，鉴定②的试剂为________。

(4)图乙中①在动物细胞中除了在④(或③)上，还分布在________________中。

解析：(1)图甲表示真核细胞的细胞核的亚显微结构。

(2)图甲中2表示核孔，根据题意，代谢旺盛的细胞中核孔数目多，胰岛B细胞分泌胰岛素，代谢旺盛；口腔上皮细胞为高度分化的细胞，代谢较弱。

(3)染色体主要由蛋白质和DNA组成，DNA控制蛋白质的合成。

图乙中①是DNA，②是蛋白质，常用双缩脲试剂检测蛋白质是否存在。

(4)DNA主要分布在细胞核中，动物细胞质中的线粒体也含有DNA。

答案：(1)细胞核(的亚显微)(2)核孔多
(3)DNA双缩脲试剂(4)(细胞质中的)线粒体
[迁移·应用·发展]
10．如图甲、乙、丙分别表示细胞或细胞中部分结构的模式图，据图判断，下列有关叙述错误的是()
A．图中甲、乙、丙分别表示线粒体、细胞核、细菌
B．三种结构中都有由DNA和蛋白质构成的染色体
C．从结构上看，甲和乙的相同点是都具有双层膜结构
D．甲、乙、丙中都含有DNA
解析：选B甲表示线粒体，乙表示细胞核，丙表示细菌，A正确。

线粒体和细胞核均具有双层膜结构，C正确。

甲是线粒体，其中含有少量的DNA；乙是遗传物质DNA的主要贮存场所，含有大量的DNA；丙为原核细胞，其内含有裸露的环状DNA分子。

三种结构中只有细胞核中存在染色体(主要由DNA和蛋白质构成)，甲和丙中含有DNA，但没有与蛋白质形成染色体。

B错误，D正确。

11．用电子显微镜观察样品A、B、C的细胞结构，观察到细胞结构a～e具有下列特征：a、b、c均由双层膜构成，其中，a的膜上具有小孔，而b、c没有小孔；从d的周围发出丝状物；e由几个囊状结构重叠而成。

将样品A、B、C的细胞结构整理归纳如下(“＋”表示存在；“－”表示不存在)。

请回答下列问题：
(1)样品A、B、、C分别是________、________、________。

(2)结构a～e分别是________、________、________、中心体、____________。

(3)样品B结构中含有遗传物质最多的是[]______________。

解析：(1)(2)根据分析可知，a为细胞核，b为线粒体，c为叶绿体，d为中心体，e为高尔基体。

样品A不含核膜(a)，属于原核生物，由此可判断其为大肠杆菌细胞；样品B含有叶绿体(c)，没有中心体(d)，由此可判断其为高等植物细胞，如菠菜叶细胞；样品C有中心体，没有叶绿体，可判断其为动物细胞，如鼠的肝脏细胞。

(3)植物细胞中，遗传物质DNA 主要分布在细胞核中，因此样品B的结构中含有遗传物质最多的是[a]细胞核。

答案：(1)大肠杆菌菠菜叶鼠肝(2)细胞核线粒体叶绿体高尔基体(3)[a]细胞核
12．下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：
(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)[2]主要由________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)已知某亲核蛋白可能通过核孔进入细胞核。

该亲核蛋白主体
结构分为头部和尾部。

如图所示。

利用下列材料设计实验，探究亲核蛋白进入细胞核是由哪个部位
决定的。

材料：被放射性标记的亲核蛋白的头部、被放射性标记的亲核蛋白的尾部、头尾均被标记的完整亲核蛋白、显微注射仪器、非洲爪蟾卵母细胞若干、相应检测仪器。

步骤：
①将非洲爪蟾卵母细胞分为A、B、C三组。

②A组注射亲核蛋白被放射性标记的头部到细胞质，B组注射________________到细胞质。

C组注射________________到细胞质。

其中C组为对照组。

③一段时间后，重点检测________(填写结构名称)中是否有放射性物质变化。

若只有________(填“A”或“B”)组结果与C组相同，则说明亲核蛋白进入细胞核，只和尾部结构有关。

解析：(1)要观察到题图中的细胞核结构，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[4]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)根据材料可以看出，本实验要做三组实验，其中将头尾均被标记的完整亲核蛋白注入细胞质为对照组。

需要检测的关键部位是细胞核。

若只有B组结果与C组相同，则说明亲核蛋白进入细胞核，只和尾部结构有关。

答案：(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)②亲核蛋白被放射性标记的尾部头尾均被标记的完整亲核。