新教材适用2023_2024学年高中生物第3章细胞的基本结构第3节细胞核的结构和功能学案新人教版必修1

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第3节　细胞核的结构和功能 必备知识·夯实双基 课标要求 1．简述细胞核的结构与功能。 2．尝试制作真核细胞的三维结构模型。 3．阐明遗传信息主要存在于细胞核中。 核心素养 1．生命观念——结构与功能观：细胞核的结构与其功能相适应。 2．科学思维——模型与建模：通过制作真核细胞的三维结构模型，掌握模型制作的方法。 3．科学探究——通过对细胞核功能的实验分析，掌握对照实验的设置。 知识点一　细胞核的分布与功能 1．分布 (1)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)_原核细胞__无细胞核。 2．探究细胞核功能的实验 实验分析：(1)实验1缺乏对照实验，若增加“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”的实验，将增强结论的说服力。实验2、3、4遵循了对照原则。 (2)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，进一步证明了细胞核的功能。 3．细胞核的功能 (1)细胞核是_遗传信息库__。 (2)细胞核是细胞_代谢和遗传__的控制中心。 活学巧练 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．细胞核控制着细胞的代谢和遗传。( √ ) 3．细胞核与细胞质是相互依存的统一整体。( √ ) 4．真核细胞失去细胞核后比正常细胞寿命要短。( √ ) 深入探讨 1.伞藻是单细胞绿藻，其高度可达10 cm。生物学上常用它来研究细胞核的有关功能，下面是伞藻嫁接实验和核移植实验过程示意图，请完成以下问题： (1)嫁接实验的结果可以说明？ 提示：(1)伞帽形态可能由细胞核决定(或伞帽形态可能与细胞核有关)。 (2)在研究过程中已经做了伞藻的伞柄与假根的嫁接实验，还有必要再做核移植实验吗？ 提示：排除假根中其他物质对实验结果的影响。 (3)根据所学知识，请你推测并简述伞藻细胞质在伞帽形成过程中的作用。 提示：细胞质可通过多种代谢途径产生构建伞帽的物质。 (4)指出选择伞藻作为研究细胞核有关功能的实验材料有什么好处(要求写两点)? 提示：大型单细胞、伞帽形态差异明显、不同伞藻间容易嫁接(任选两条)。 2．精子几乎无细胞质，哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，它们的存活时间都很短，为什么？ 提示：因为细胞是一个统一的整体，细胞核和细胞质是相互依存的。 3．生物的性状都是由细胞核控制的吗？ 提示：生物的性状并不是都由细胞核控制，细胞质中也有遗传物质，也控制生物的部分性状。 课内探究·名师点睛 细胞核的功能 细胞核在细胞的生命活动中起着决定性作用。 (1)细胞核是遗传信息库。细胞核是遗传物质(DNA)储存和复制的主要场所，DNA携带遗传信息，并通过复制由亲代传递给子代，保证了遗传的连续性。 (2)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。细胞核控制细胞的物质合成、能量转换和信息交流，使生物体能够进行正常的细胞代谢。DNA通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状。 特别提醒：(1)凡是无核细胞，既不能生长也不能分裂，如哺乳动物和人的成熟红细胞、血小板，植物的筛管细胞；人工去核的细胞，一般也不能存活太久。 (2)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，人的骨骼肌细胞中细胞核多达数百个。 (3)原核生物的拟核是遗传物质储存的主要场所，是细胞代谢和遗传的控制中心。 典例剖析 典例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 ) 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 解析：由题中实验可知，a细胞的细胞核放入经人工处理后去核的b细胞，培养一段时间后形成的c细胞表现出a细胞的性状。将b细胞经人工处理后得到的细胞培养一段时间，表现出b细胞的性状，显然细胞核决定性状，即控制c性状发生的遗传信息来自细胞核，与细胞质无关。本实验中的观察目标是细胞，并不能代表生物体的一切性状。 变式训练❶ 科学家用显微技术除去变形虫的细胞核，其新陈代谢减弱，运动停止；当重新植入细胞核后，发现其代谢等活动又能恢复，这说明了细胞核是( D ) A．细胞代谢的主要场所 B．遗传物质的储存和复制场所 C．细胞遗传性状的控制中心 D．细胞生命活动的控制中心 解析： 细胞质基质是细胞代谢的主要场所，A错误；细胞核是遗传物质的储存和复制场所，但题干中没有涉及相关信息，B错误；细胞核是细胞遗传性状的控制中心，但题干中没有涉及变形虫的各种性状特征，C错误。 知识点二　细胞核的结构与建构模型 必备知识·夯实双基 1．结构 2．染色质(体)的组成及特点 (1)主要组成eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(DNA,蛋白质)) (2)特点：容易被_碱性染料__染成深色。 3．细胞核的结构特点及各部分功能 4.建构模型 (1)模型概念：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)生物模型的类型：_物理模型__、_数学模型__、概念模型等。 (3)尝试制作真核细胞的三维结构模型。 活学巧练 1.核膜上的核孔可以让蛋白质和DNA自由进出。( × ) 2．代谢旺盛的细胞，核孔数目较多。( √ ) 3．染色质和染色体是存在于细胞核中的两种不同物质。( × ) 4．细胞膜的流动镶嵌模型属于概念模型。( × ) 深入探讨 1.核孔是不是一个真实的孔？大分子物质(蛋白质和RNA)也能通过核孔进出细胞核，是否说明核孔不具有选择性？举例说明。 提示：核孔不是一个真实的孔，而是一个蛋白质复合体。核孔具有选择性，例如，细胞核内的DNA不能通过核孔进入细胞质，也并不是所有的蛋白质都能通过核孔。 2．代谢越旺盛的细胞，蛋白质合成和核质之间物质交换越频繁。请总结核孔数量、核仁大小与细胞代谢程度的关系。 提示：代谢旺盛的细胞中，核仁较大，核孔数量较多。 3．同一生物体内所有的细胞“蓝图”都是一样的吗？如果是一样的，为什么体内细胞的形态、结构和功能如此多样？ 提示：同一生物体内的所有细胞都来自受精卵的分裂，细胞的“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。 课内探究·名师点睛 1．核膜和核孔 (1)结构及成分 ①核膜是双层膜，外膜有些部位与内质网相连，因此膜间腔与内质网腔相通。 ②核膜是不完全连续的，其上具有核孔。 ③核膜是生物膜，主要由磷脂和蛋白质组成。 (2)功能 ①核膜起屏障作用，把核内物质和细胞质分开。 ②核膜控制离子和小分子物质进出细胞核。 ③核孔是大分子物质进出细胞核的通道。代谢旺盛的细胞中，核孔数量较多。 ④核膜的外膜表面附着大量的核糖体颗粒，有合成蛋白质的功能。 2．核仁 (1)核仁折光性较强，易与其他物质分开。 (2)核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。 (3)蛋白质合成旺盛的细胞中，核仁体积相对较大。 特别提醒：①具有核膜、核仁、染色质(体)等结构是真核细胞的特征，也是与原核细胞的最主要区别。 ②在细胞周期中，核仁是一个高度动态化的结构，在细胞有丝分裂期间表现出周期性地消失与重建。 3．染色质和染色体的比较 典例剖析 典例2 下列关于染色体和染色质的叙述，正确的是( D ) A．染色体分布在细胞核中，染色质分布在线粒体和叶绿体中 B．染色质和染色体的主要区别在化学组成和功能方面 C．所有细胞中均含有染色质和染色体 D．在分裂结束的细胞核中，染色质呈细长的丝状；当细胞进入分裂期时，染色质细丝逐渐变为染色体 解析： 染色质和染色体是同一物质在不同时期的两种存在状态，线粒体和叶绿体中无染色质，有DNA，A项错误；染色质和染色体实质上是同一种物质，主要由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要载体，故染色质和染色体的化学组成和功能相同，B项错误；染色质(体)只存在于真核细胞中，原核细胞中没有，C项错误；染色质呈细长的丝状，染色体呈圆柱状或杆状，细胞分裂时，染色质高度螺旋化，缩短变粗，形成染色体；细胞分裂结束时，染色体解螺旋，重新成为细丝状的染色质，D项正确。 变式训练❷ 如图表示细胞核的结构，下列关于细胞核结构的说法错误的是( C ) A．③能够将核内物质与细胞质分开 B．⑤与某种RNA的合成及核糖体的形成有关 C．蛋白质合成旺盛的细胞中，⑥数量较多，④数目较多 D．RNA主要是通过⑥从细胞核到达细胞质 解析： ①～⑥分别表示核糖体、内质网、核膜、染色质、核仁和核孔。核膜能够将细胞核内的物质与细胞质分隔开来，A项正确；核仁与某种RNA的合成及核糖体的形成有关，B项正确；蛋白质合成越旺盛，核孔数量越多，但染色质的数目不变，C项错误；RNA是大分子物质，通过核孔从细胞核到达细胞质，D项正确。 知识点三　细胞在生命系统中的地位 必备知识·夯实双基 1．结构特点 (1)细胞复杂而精巧。 (2)各组分之间_分工合作__成为一个整体。 2．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。 活学巧练 1.细胞只有保持完整性，才能正常地完成各项生命活动。( √ ) 2．病毒没有细胞结构，病毒的生命活动只有在宿主细胞中才能完成。( √ ) 3．离开细胞的细胞器，如叶绿体和线粒体等，也能独立地完成各项生命活动。( × ) 课内探究·名师点睛 细胞的各个部分并不是彼此孤立的，而是相互联系、协调一致地构成有机的统一整体。主要表现在以下几个方面 (1)从结构上看 ①细胞核与细胞质通过核孔可以相互沟通。 ②细胞器膜、细胞膜和核膜等结构构成细胞的生物膜系统。 (2)从功能上看 细胞各部分结构的功能虽不相同，但这些结构相互联系、分工合作、协调一致，共同完成各项生命活动。 (3)从调控上看 细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。细胞核内的DNA通过控制蛋白质的合成调控细胞的各项生命活动。 (4)从与外界环境的关系看 生物体内的每一个细胞都要与相邻细胞进行物质交换和能量转换，而且与外界环境直接接触的细胞都要与外界环境进行物质交换和能量转换。 (5)从细胞核与细胞质的关系看 ①脱离细胞质，细胞核不能独立生存，这是因为细胞核调控生命活动时所需的物质和能量均由细胞质提供。 ②脱离细胞核，细胞质也不能长期生存，这是由细胞核的功能决定的，如哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，其寿命较短。 ③细胞核与细胞质是相互依存、不可分割的关系，细胞只有保持结构的完整性，才能正常地完成各项生命活动。 典例剖析 典例3 下列事实能说明细胞是一个有机统一整体的是( C ) A．细胞核是储藏遗传信息的场所 B．细胞膜能控制物质进出 C．胰岛素的合成和分泌需要多种结构的配合 D．细胞分裂时染色质转变成染色体 解析：细胞核是储藏遗传信息的场所，这是细胞核的功能，不能说明细胞是一个有机统一整体，A项错误；细胞膜能控制物质进出，这是细胞膜的功能，不能说明细胞是一个有机统一整体，B项错误；胰岛素的合成和分泌需要多种结构的配合，这说明细胞是一个有机统一整体，C项正确；细胞分裂时染色质转变成染色体，这是细胞分裂过程的特点，不能说明细胞是一个有机统一整体，D项错误。 变式训练❸ 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( D ) 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．该实验说明细胞只有保持结构的完整性才能正常进行各项生命活动 解析： 实验①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，A项错误；实验②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项错误；实验①和实验②说明细胞核和细胞质不能单独存活，C项错误；该实验证明细胞只有保持结构的完整性才能正常地进行各项生命活动，D项正确。 生物模型的分类 典例4　(2023·河南信阳高级中学高一月考)下列关于制作真核细胞的三维结构模型的说法，正确的是( D ) A．真核细胞的三维结构模型属于概念模型 B．真核细胞的三维结构模型属于数学模型 C．拍摄洋葱表皮细胞的显微照片就是建构了细胞的物理模型 D．以实物或图的形式建构真核细胞的三维结构模型属于物理模型 解析：真核细胞的三维结构模型属于物理模型，A、B项错误；拍摄洋葱表皮细胞的显微照片是实物，不是物理模型，C项错误；物理模型就是以实物或图的形式直观地表达认识对象的特征，D项正确。 学霸记忆 1.细胞核由核膜、核仁和染色质等结构组成。 2．染色质和染色体是同样的物质在细胞不同时期的两种存在状态，主要成分是DNA和蛋白质。 3．核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。 4．细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 1．(2023·云南省通海县第一中学高一期中)下图为细胞核结构模式图，据图分析下列叙述中不正确的是( D ) A．结构1与核糖体的形成有关 B．结构3控制细胞的代谢和遗传 C．核孔对物质进出细胞核具有选择性 D．图中4由两层磷脂分子组成 解析：结构1表示核仁，与核糖体的形成有关，A正确；结构3表示染色质，由DNA和蛋白质组成，控制细胞的代谢和遗传，B正确；核孔是大分子物质进出细胞核的通道，对物质进出细胞核具有选择性，C正确；图中4为核膜，核膜为双层膜结构，由4层磷脂分子组成，D错误。故选D。 2．(2023·辽宁大连第一学期期末)人体内成熟的红细胞没有细胞核，精子的细胞质极少，两者的寿命都相对较短。这一事实可以说明( C ) A．细胞核决定细胞的寿命 B．细胞质决定细胞的寿命 C．细胞核与细胞质相互依存 D．环境因素影响细胞寿命 解析：人体内成熟的红细胞没有细胞核，精子的细胞质极少，两者的寿命都相对较短，说明细胞核与细胞质相互依存，C正确。 3.Ⅰ.如图表示动物、植物细胞二合一亚显微结构模式图，回答下列问题： (1)若某细胞含有A、B两图中各种细胞器，则为_低等植物__细胞。 (2)对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”和“发送站”是结构[_5__]_高尔基体__。 (3)细胞内表面积最大的膜结构是[_8__]_内质网__。 (4)如果B图为大蒜根细胞，则应该没有[_4__]_叶绿体__。 (5)与动物细胞有丝分裂有关的细胞器是[_13__]_中心体__。 Ⅱ.如图为细胞核结构模式图，请回答： (1)图中对核内物质起屏障作用的是[_③__]_核膜__，它是由_两__层膜构成的，蛋白质是通过其上的[_④__]_核孔__进入细胞核的。 (2)细胞核行使遗传功能的重要结构是[_①__]_染色质__，遗传信息存在于其组分的_DNA__上。 (3)结构[②]_核仁__的功能是_与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关__。 解析：Ⅰ.(1)若某细胞含有A、B两图中各种细胞器，则为低等植物细胞。(2)对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”和“发送站”是结构[5]高尔基体。(3)细胞内表面积最大的膜结构是[8]内质网。(4)如果B图为大蒜根细胞，则应该没有[4]叶绿体。(5)与动物细胞有丝分裂有关的细胞器是[13]中心体。Ⅱ.(1)图中对核内物质起屏障作用的是[③]核膜，它是由两层膜构成的，蛋白质是通过其上的[④]核孔进入细胞核的。(2)细胞核行使遗传功能的重要结构是[①]染色质，主要成分是DNA和蛋白质，遗传信息存在于其组分的DNA上。(3)结构[②]核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。 序号实验内容实验过程实验结论1黑白两种美西螈细胞核移植美西螈皮肤的颜色是由细胞核控制的2横缢蝾 螈受精 卵蝾螈细胞的_分裂和分化__是由细胞核控制的3将变形 虫切成 两半变形虫的分裂、生长、再生、_应激性__是由细胞核控制的4伞藻嫁 接与核 移植(1)伞藻嫁接实验 伞藻“帽”的形状是由_细胞核__控制的结构特点功能核膜①核膜是真核细胞所特有的结构，原核细胞没有核膜；②_双__层膜，外层核膜与内质网膜相连；外层核膜外侧附着有大量的_核糖体__，附着较多_酶__将 核内物质与细胞质　分隔开，具有一定的保护作用，利于多种反应进行核仁大小、数目等在不同细胞、不同代谢状态下不同它与_核糖体的形成__和某种RNA的合成有关核孔核膜上的一种孔道结构，细胞类型不同和细胞生长阶段不同，核孔的数目和大小都会有差异实现核质之间频繁的 物质交换和信息交流　，能选择性地转运核内外物质染色 质 (体)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__(前者为丝状，后者为圆柱状或杆状)染色质(体)主要由 DNA和蛋白质组成　，染色质(体)是真核细胞遗传物质DNA的主要载体，DNA是_遗传信息__的载体项目染色质染色体相 同 点成分主要是DNA和蛋白质特性易被碱性染料染成深色功能遗传物质的主要载体不 同 点存在时期分裂间期分裂期形态细长的丝状光镜下能看到呈圆柱状或杆状联 系染色质和染色体是同种物质在细胞不同时期的两种存在状态： 项目物理模型数学模型概念模型概 念以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征用来表达生命活动规律的计算公式、函数式、曲线图，依实验数据绘制的柱状图、饼状图等以图示、文字、符号等组成的流程图形式，对生物的生命活动规律、机理进行描述、阐明举 例真核细胞的亚显微结构模型；DNA的双螺旋结构模型种子萌发过程中水分含量变化曲线分泌蛋白的合成和分泌过程示意图特 点将真实事物按一定比例扩大或缩小定性或定量描述各认识对象的特征抽象概括出事物本质特征