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

3.3 细胞核的结构和功能

1.通过教材资料分析，理解细胞核是遗传和代谢的控制中心。

2.通过分析细胞核的结构模式图，理解细胞核的结构及各部分的独特的功能。

3.通过学习建构模型的科学方法，尝试制作真核细胞的三维结构模型，提升科学思维的素养。

知识点01 细胞核的功能

【特别提醒】

除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。

知识点02 细胞核的结构

【特别提醒】

①核膜属于生物膜，具有选择透过性，是不连续的，其上分布着核孔。

②核孔的数量是可变的，与细胞代谢水平有关，同时，核孔对进出细胞核的物质具选择性，如允许RNA和蛋白质通过，DNA不能通过。

③染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。

④细胞核功能较为全面的阐述是：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

知识点03 制作真核细胞的结构模型

1.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；有的是具体的，有的则是抽象的。

2.模型的形式包括物理模型、概念模型和数学模型。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，物理模型直观形象，便于观察和理解；用概念与概念之间的关系来表达研究对象的主要特征和联系；用适当的数学形式如数学方程式、关系式、曲线图和表格等来表达研究的生命本质和运动规律。

考法01  细胞核的功能研究

1.细胞核的功能研究实验

2.细胞核是细胞的控制中心，一般说真核细胞失去细胞核后，很快就会死亡，但红细胞失去核后还能生活120天；植物筛管细胞，失去核后，能活好几年。

3.细胞核是遗传物质储存和复制的场所。从细胞核的结构可以看出，细胞核中最重要的结构是染色质，染色质的组成成分是蛋白质分子和DNA分子，而DNA分子又是主要遗传物质。当遗传物质向后代传递时，必须在核中进行复制。所以，细胞核是遗传物储存和复制的场所。

4.细胞核是细胞遗传性和细胞代谢活动的控制中心。遗传物质能经复制后传给子代，同时遗传物质还必须将其控制的生物性状特征表现出来，这些遗传物质绝大部分都存在于细胞核中。所以，细胞核又是细胞遗传性和细胞代谢活动的控制中心。例如，英国的克隆绵羊"多莉"就是将一只母羊卵细胞的细胞核除去，然后，在这个去核的卵细胞中，移植进另一个母羊乳腺细胞的细胞核，最后由这个卵细胞发育而成的。"多莉"的遗传性状与提供细胞核的母羊一样。这一实例充分说明了细胞核在控制细胞的遗传性和细胞代谢活动方面的重要作用。

【典例1】科学家在单细胞伞藻的幼体嫁接的实验中，将甲的伞柄嫁接到乙的假根上，长出了乙的伞帽。下列有关分析合理的是（    ） 

A.细胞核位于细胞的正中央，所以它是细胞的控制中心

B.该实验证明了细胞核是代谢的调控中心

C.欲证明细胞核的功能，需同时进行对照实验

D.该实验充分证明了细胞核控制着伞藻帽的性状

【答案】C

【解析】细胞核是遗传物质贮存和复制的场所，是细胞遗传和代谢的控制中心；则“生物性状主要由细胞核决定”，新组合的“伞藻”将来长出何种形状的帽，是由细胞核决定。细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，是因为细胞核中有遗传物质，而不是其位置，A不正确；该实验无法证明细胞核是代谢的调控中心，B不正确；甲的伞柄嫁接到乙的假根上，长出了乙的伞帽，这说明乙的伞帽形成可能与假根有关，该实验中缺少对照实验，不能证明细胞核的功能，要证明细胞核的功能必须再增添对照实验，C正确；

该实验不能证明细胞核控制伞藻帽的性状，D不正确。

考法02  细胞核的结构

1.大多数生物体细胞中都只有一个。哺乳动物成熟的红细胞，被子植物筛管细胞没有细胞核；植物个体发育过程中多数胚乳细胞有多个细胞核，草履虫等原生动物一个细胞也不止一个细胞核，人的骨骼肌细胞中的细胞核可达数百个。

2.大多细胞的细胞核呈球形或卵圆形，但也随物种和细胞类型不同而有很大变化。尽管细胞核的形状有多种多样，但是它的基本结构却大致相同，主要由核膜、核仁、染色质组成。

3.核膜面向细胞质的一面附有核糖体，与内质网相连；面向细胞核基质的一侧表面上无核糖，膜上有特异蛋白，为核纤层提供结合位点。

4.核孔是在核膜内外膜的融合处形成环状开口，又称核孔复合体，一般有几千个，核孔构造复杂，含100种以上蛋白质，并与核纤层紧密结合成为核孔复合体。是选择性双向通道。功能是选择性的让蛋白质、RNA等大分子出入，对离子的出入有一定的调节控制作用。

【典例2】下列关于细胞核结构和功能的叙述，正确的是

A.核仁与某种RNA的合成及核糖体的形成有关

B.染色质和染色体是两种不同的物质

C.核孔是DNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核的通道

D.核膜是单层膜，把核内物质与细胞质分隔开

【答案】A

【解析】核仁主要与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，A正确；染色质和染色体是同种物质在细胞不同时期的两种形态，B错误；DNA不能通过核孔进出细胞核，C错误，核膜是双层膜，D错误。

考法03  染色质和染色体的关系

1.染色质是真核细胞中主要由DNA和蛋白质形成的容易被碱性染料染成深色的物质。

2.DNA、染色质、染色体的关系可表示为：

3.染色质和染色体的比较

【典例3】下列关于染色质和染色体的叙述中，正确的是（  ）

A. 染色质和染色体是同一物质在不同时期的两种形态

B. 染色质是细胞核内容易被碱性染料着成深色的物质

C. 染色质或染色体的主要成分都是RNA和蛋白质

D. 染色质和染色体的形态结构、化学成分完全相同

【答案】A

【解析】染色质和染色体是同一物质在同一细胞不同分裂时期的两种形态，A正确；染色质容易被碱性染料染成深色，但染色质是一种主要由DNA和蛋白质组成的细胞结构，而不是一种物质，B不正确；染色体和染色质都主要是由DNA和蛋白质组成的，C不正确；染色体和染色质都主要是由DNA和蛋白质组成的，化学成分完全相同，但由于螺旋化程度不同，其结构不完全相同，D不正确。
 

题组A  基础过关练

1.细胞核内行使遗传功能的结构是(　　)

A.核膜　    B.染色体      C.染色质　 D.核仁

1.【答案】C

【解析】细胞核内没有染色体，细胞核内行使遗传功能的结构是染色质。

2.将一只黑色公绵羊的体细胞核移到白色母绵羊去除细胞核的卵细胞中，再将此细胞移入到另一只白色母绵羊的子宫内发育，出生的小羊为（   ）

A.黑色公绵羊       B.黑色母绵羊   C.白色公绵羊     D.黑白相间的绵羊

2.【答案】A

【解析】细胞核是遗传的信息库，是细胞遗传的控制中心。将一只黑色公绵羊的体细胞核移到白色母绵羊去除细胞核的卵细胞中，发育形成的绵羊是黑色公绵羊。

3．对染色质和染色体的叙述中，错误的是(　　)

A．所有细胞的染色质都存在于细胞核中

B．染色质和染色体的形态结构和化学成分完全相同

C．染色质和染色体的主要成分都是DNA和蛋白质

D．染色质或染色体只存在于真核细胞的细胞核中

3.【答案】B

【解析】染色质是真核细胞细胞核中特有的结构，所有细胞的染色体都存在于细胞核中，A正确、D正确；染色质和染色体同一物质在细胞不同时期的两种形态，染色质和染色体的形态不同，B不正确；染色质和染色体的主要成分都是DNA和蛋白质，C正确。

4．一同学将下图乙伞藻的细胞核与伞部去掉，并将甲伞藻的细胞核移入乙中，则存活下来的乙伞藻伞帽形状是(　　)

4.【答案】B

【解析】伞藻的伞帽形状受细胞核中遗传物质控制，甲伞藻的细胞核移入乙中后，长出的伞帽的性状是甲伞藻的伞帽形状。

5.下图用某单细胞生物所做的一系列实验的实验步骤及实验结果示意图。不能得出的结论是(   )

A.细胞核不能脱离细胞质独立生存

B.细胞质离开细胞核不能独立生存

C.细胞保存完整是正常完成生命活动的必要条件

D.细胞核和细胞质都是细胞生命活动的控制中心

5.【答案】D

【解析】图中所示实验包括三个：①单独培养离开细胞的细胞核→细胞核生命特征消失；②单独培养去核的细胞→细胞生命特征不久消失；③给去核的细胞核移植新的细胞核→细胞全部生命特征恢复。实验①、②分别说明细胞核和细胞质不能独立维持生命特征，实验③说明细胞保持完整性才能恢复和保持全部生命特征。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。  

6.下列有关细胞核的结构和功能的叙述，不正确的是(   )

A.核膜——双层膜，把核内物质与细胞质分开

B.染色质——主要由 DNA 和蛋白质组成

C.核仁——与RNA合成及核糖体形成有关

D.核孔——DNA、RNA和蛋白质进出的通道

6.【答案】D

【解析】核膜是双层膜，把核内物质与细胞质分开，A正确；染色质主要由 DNA 和蛋白质组成，B正确；.核仁与RNA合成及核糖体形成有关，C正确；核孔是RNA和蛋白质进出的通道，但不能让DNA通过，D不正确。

题组B  能力提升练

7.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

7.【答案】D

【解析】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。

8．有人把细胞核比喻为细胞的“大脑”、细胞的“控制中心”。下列有关说法正确的是（    ）

A.细胞核是由单层膜围成的结构

B.染色体与染色质的组成成分不同

C.用橡皮泥等制作的细胞核属于物理模型

D.各种生物的成熟的红细胞内都没有细胞核

8.【答案】C

【解析】染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。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。包括物理模型、概念模型、数学模型等。细胞核是由双层膜围成的结构，A不正确；B、染色体与染色质的组成成分相同，都是主要由DNA和蛋白质组成，B不正确；用橡皮泥等制作的细胞核属于物理模型，C正确；哺乳动物成熟的红细胞内没有细胞核，并不是各种生物的成熟的红细胞内都没有细胞核，如鸟类红细胞内有细胞核，D不正确。

【归纳总结】（1）细胞核结构和功能的核心内容可以概括为：两个场所（遗传物质的复制场所、储存场所）、两个中心（细胞代谢和遗传的控制中心）、四个结构（核膜、核孔、核仁、染色质）。

（2）细胞核是细胞代谢的控制中心，但不是细胞代谢的中心，细胞代谢的主要场所是细胞质基质。

9．细胞核具有什么功能？科学家通过下列实验(如图)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部分开始分裂、分化，进而发育成胚胎。下列叙述中不正确的是

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，b部分细胞属于对照组，a部分属于实验组
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.实验说明细胞的寿命与细胞核有关

9．【答案】D

【解析】有核或植入核的部分能分裂、分化，无核的部分则停止分裂，说明细胞核与细胞的分裂、分化有关，A项正确；实验①中，a部分相当于去核，属于实验组，b部分即为对照组，B项正确；实验②中，a部分植入核，与实验①中的a部分形成前后自身对照，C项正确；整个实验并没有涉及细胞的寿命，不能证明细胞核与细胞寿命的关系，D项错误。

10．下图表示细胞核的结构及部分细胞器，下列说法正确的是

A.②具有选择透过性，而①具有全透性
B.③中含有由RNA和蛋白质构成的染色质
C.④是产生核糖体、mRNA和蛋白质的场所

D.抗体的形成离不开⑤和⑥

10．【答案】D

【解析】②是核膜，①是核孔，二者均具有选择透过性，A错误；③中含有由DNA和蛋白质构成的染色质，B错误；④是核仁，与rRNA的合成以及核糖体的形成有关，C错误；⑤和⑥分别表示内质网和核糖体，抗体属于分泌蛋白，在核糖体中合成后，需要内质网的加工和高尔基体的进一步修饰加工后才具有生物活性，D正确。

11.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。

11.【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

【解析】图中1是内质网；2是核孔，3是染色质，4是核仁，5是核膜，它们共同构成以核膜为界限的细胞核。

（1）只有在真核细胞才有以核膜为界限的细胞核。

（2）染色质和染色体是同一种物质在不同时期的两种形态，在细胞有丝分裂过程中，染色质高度螺旋化成为染色体。

（3）由图中可见内质网和核膜的连通，使细胞质和核内物质的联系更为紧密。

（4）核孔实现了核质之间频繁的物质交换和信息交流。染色质主要是由DNA和蛋白质组成的；核仁与核糖体的合成有关。

12.蛙成熟的未受精卵具有活跃的DNA合成能力，而脑组织却没有此能力。科学家进行了如下图所示的核移植实验，请分析回答下列问题：

（1）蛙成熟的未受精卵中DNA合成所需的酶是在细胞质中的________上合成的，并通过________进入细胞核中；除此之外，细胞质还为细胞核代谢提供所需的________等。

（2）脑细胞无核部分一段时间后最终死亡的原因是_____________________________。

（3）单独的细胞核不能生存的原因是________________________。

（4）本实验证明了________________________________________。
12.【答案】（1）核糖体     核孔    原料、能量

（2）失去细胞核的控制，细胞质无法形成新的物质和能量

（3）无物质和能量的供应

（4）细胞质和细胞核是相互依存的统一整体

【解析】（1）DNA合成所需酶的化学本质是蛋白质，需在核糖体上合成；酶为大分子物质，从核孔进入细胞核，核内代谢活动需细胞质提供原料及能量。

（2）脑细胞无核部分因为失去了细胞核的控制，细胞质无法形成新的物质和能量，所以生活一段时间后死亡。

（3）单独的细胞核不能生存的原因是缺少了细胞质，无物质和能量的供应。

（4）本实验证明了细胞核与细胞质是相互依存的统一整体，细胞只有保持完整性，才能完成其复杂的生命活动。

题组C  培优拔尖练

13.（2018·海南卷）关于真核细胞的叙述，错误的是（　　）

A．线粒体的内膜上有酶的分布

B．细胞核中含有DNA和蛋白质

C．核膜主要由脂质和蛋白质组成

D．叶肉细胞的细胞膜含有纤维素

13.【答案】D

【解析】线粒体的内膜是进行有氧呼吸的场所，分布有相应的酶，A正确；细胞核中含有染色质，其主要成分为DNA和蛋白质，B正确；核膜等生物膜主要由脂质和蛋白质组成，C正确；叶肉细胞的细胞膜中含有脂质和蛋白质，细胞壁中含有纤维素，D错误。

14.（2019·全国Ⅱ卷）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

14.【答案】A

【解析】内质网可以合成脂质，细胞核中可以发生转录合成RNA，A正确；蛋白质的合成场所是核糖体，B错误；内质网中不能合成RNA，细胞核中可以合成DNA和RNA，C错误；内质网中不能合成DNA，蛋白质的合成场所是核糖体，D错误。

15.（2019·全国Ⅲ卷）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

15.【答案】B

【解析】真核细胞中只有细胞核中有染色质，A正确；真核细胞中，转录主要发生在细胞核中，而翻译发生在细胞质中的核糖体上，B错误；细胞核中的染色质上含有遗传物质DNA，因此细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，C正确；细胞核中的遗传物质是DNA，其通过DNA复制合成子代DNA，该过程需要消耗能量，D正确。故选B。

16.（2018·江苏卷节选）下图为真核细胞中3种结构的示意图，请回答下列问题：

（1）甲的名称为_____，处于有丝分裂中期的洋葱根尖细胞具有________（在甲、乙、丙中选择）。

（2）蛋白质合成活跃的卵母细胞中结构c较大，而蛋白质合成不活跃的肌细胞中结构c很小，这表明结构c与________（填序号）的形成直接有关。

①内质网　②高尔基体　③中心体　④核糖体

（3）许多重要的化学反应在生物膜上进行，乙、丙分别通过____（用图中字母填空）扩大了膜面积，从而为这些反应需要的________提供更多的附着场所。

16.【答案】（1）细胞核   乙    （2） ④    （3）e、h     酶

【解析】（1）根据以上分析已知，图中甲表示细胞核，乙表示线粒体，丙表示叶绿体；处于有丝分裂中期的洋葱根尖细胞没有叶绿体和成形的细胞核，但是有线粒体。

（2）根据以上分析已知，图中c表示核仁，蛋白质合成活跃的卵母细胞中结构c较大，而蛋白质合成不活跃的肌细胞中结构c很小，而蛋白质的合成场所是核糖体，因此说明核仁与核糖体的形成有关，故选④。

（3）叶绿体和线粒体都具有增大膜面积的方式，如叶绿体通过h类囊体薄膜的堆叠增大了光合作用的面积；线粒体通过e内膜向内折叠增大，从而为这些反应需要的酶提供更多的附着场所。