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第3课时　遗传信息主要储存在细胞核中
[学习目标]　1.阐明遗传信息主要储存在细胞核中。2.结合相关实验，理解细胞核是生命系统的控制中心。3.尝试制作真核细胞亚显微结构模型。
一、细胞核的结构
1．细胞核的结构
2．细胞核的形态、大小和数量
(1)细胞核的形态通常是球形，但也有椭球形、扁平形和不规则形。
(2)细胞核一般约占细胞总体积的10%，平均直径为5～15 μm。
(3)大多数真核细胞有一个核；少数真核细胞有多个核，如骨骼肌细胞；极少数真核细胞无核，如哺乳动物成熟的红细胞，高等植物成熟的筛管细胞等。
3．利用甲基绿—派洛宁染色液染色DNA和RNA
判断正误
(1)蛋白质和DNA可以通过核孔进出细胞核(　　)
(2)核仁被破坏，该细胞蛋白质的合成将不能正常进行(　　)
(3)染色质和染色体是存在于细胞核中的两种不同物质(　　)
(4)核基质包括以磷脂为主的网架及其中的液体(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
核孔
核孔结构复杂，至少由50种蛋白质构成，称为核孔复合体，大分子凭借自身的核定位信号与核孔复合体蛋白质(主要是中央运输蛋白)上的受体结合而实现物质运输过程。
(1)据以上信息能否说明各种大分子物质都能自由进出核孔？
提示　不能。核孔具有选择性，如：允许某些RNA和蛋白质通过，DNA不能通过。
(2)核孔是物质进出细胞核的唯一通道吗？
提示　不是。核孔是某些大分子物质出入细胞核的通道，小分子物质是经过核膜出入细胞核的。
(3)代谢旺盛的细胞中，蛋白质合成量越大，核质之间的物质交换越频繁。那么核仁大小、核孔数量与细胞代谢程度有什么关系？
提示　代谢旺盛的细胞，往往核仁较大，核孔数量多。
1．核膜对于物质进出细胞核具有选择性，允许离子和小分子通过；核孔也具有选择性，允许RNA和某些蛋白质通过，DNA不能通过。大分子通过核孔进出细胞核穿过生物膜的层数为0。
2．染色质与染色体的关系
项目 组成 形态 存在时期 形成过程
染色质 DNA和蛋白质(主要) 细丝状 分裂结束时 染色体解螺旋
染色体 DNA和蛋白质(主要) 圆柱状或杆状 细胞分裂时 细胞核解体，染色质高度螺旋化缩短变粗
关系 同一物质在细胞不同时期的两种存在状态
3.观察DNA和RNA在细胞中的分布
项目 DNA RNA
染色剂 甲基绿 派洛宁
颜色反应 绿色 红色
(主要)分布 细胞核 细胞质
1．(2022·江苏泰州中学高一期末)如图是细胞核的结构模式图，下列有关各结构及功能的叙述，正确的是(　　)
A．①不具有选择透过性
B．②主要由DNA和蛋白质组成
C．③是细胞内蛋白质合成的场所
D．④是物质自由进出的通道
答案　B
解析　①是核膜，属于生物膜，具有选择透过性，④是核孔，是大分子物质进出细胞核的通道，但具有选择性，物质不能自由进出，A、D错误；②是染色质，主要由DNA和蛋白质组成，B正确；③是核仁，细胞内蛋白质合成的场所是核糖体，C错误。
2．如图为真核细胞的部分结构示意图，请据图分析并回答下列问题：
(1)细胞核是由③____________、④__________和⑤核膜、核孔、核基质等构成的。
(2)细胞中大分子物质进出细胞核的通道是②__________。核糖体的形成与图中______(填序号)结构有关。
(3)细胞核是由__________层核膜组成，其外层膜与①________膜相连，从而加强了细胞内各种膜结构在生命活动过程中的联系。
答案　(1)染色质　核仁　(2)核孔　④　(3)2　内质网
二、细胞核是细胞代谢和遗传的调控中心
1．变形虫切割实验
(1)实验过程
(2)实验结论：细胞核可以调控细胞的代谢过程。
2．伞藻是一类单细胞生物，可分为帽、柄和假根三部分，不同类型的伞藻，帽的形态也不同。
3．细胞核的功能
细胞核控制细胞的代谢过程和生物体的遗传性状，是细胞代谢和遗传的调控中心。
4．制作真核细胞亚显微结构模型
(1)模型模拟的是被研究事物(原型)的结构形态、生理形态或运动形态，是原型的某个表征和特征，也是对原型的抽象和概括。模型不再包括原型的全部特征，但能体现原型的本质特征。
(2)物理模型就是根据相似原理，把真实事物按比例放大或缩小制成的。它可以模拟真实事物的某些功能和性质。我们制作的真核细胞亚显微结构模型就是物理模型。
判断正误
(1)无细胞核的单细胞生物不会死亡(　　)
(2)细胞核是细胞代谢的中心(　　)
(3)用橡皮泥捏成的线粒体属于物理模型(　　)
(4)细胞核功能的实现与细胞核中的染色质密切相关(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
分析细胞核的功能
1．伞藻由帽、柄和假根三部分构成，细胞核在假根中。现有两种类型的伞藻，一种是伞形帽伞藻，另一种是菊花形帽伞藻。为了探究细胞核在细胞中的作用，某人用伞藻做了下图所示的实验。
①将两种伞藻的伞帽和伞柄分别剪掉，留下假根。
②将伞形帽伞藻的伞柄嫁接到菊花形帽伞藻的假根上。
③将嫁接后的伞藻放在适宜的条件下培养一段时间，结果发现，在伞形帽伞藻的伞柄上长出了菊花形伞帽。
根据上述实验，回答下面的问题。
(1)该实验是一个不完整的实验，应该设计一个对照实验，该对照实验为将菊花形帽伞藻的伞柄嫁接到伞形帽伞藻的假根上。
(2)为了更清楚地说明细胞核的作用，除上述实验外，还可以通过移植细胞核来完成，实验过程如下：
A组：将菊花形帽伞藻假根中的细胞核移出，并移入去掉伞帽和细胞核的伞形帽伞藻的假根中。
B组：将伞形帽伞藻假根中的细胞核移出，并移入去掉伞帽和细胞核的菊花形帽伞藻的假根中。
(3)预测实验现象
A组：在伞形帽伞藻的伞柄上长出了菊花形帽。
B组：在菊花形帽伞藻的伞柄上长出了伞形帽。
(4)通过以上实验，得出的结论是细胞核是细胞代谢和遗传的调控中心。
2．细胞切割实验
(1)如果你是研究者，你怎样描述下表数据？你能得出什么结论？
时间/d 细胞无核部分的存活个数 细胞有核部分的存活个数
0 100 100
1 81 79
2 62 78
3 20 77
4 0 74
10 0 67
30 0 65
提示　结果：与有核部分相比，细胞无核部分随着培养天数的增加，存活个数更少(或减少的速度更快)，第4天就没有存活的细胞了。
结论：细胞核是活细胞所必需的结构。
(2)有人质疑这位生物学家，要求他对这么多细胞有核部分的死亡作出合乎逻辑的解释。请你尝试为这位生物学家作出解释。
提示　一是实验过程中人为因素对细胞造成了伤害，导致部分细胞死亡；二是细胞的正常死亡。
1．伞藻实验分析
(1)实验设计要遵循对照原则。
(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，进一步验证了细胞核的功能。
2．细胞核与细胞质的关系
项目 存活时间 原因分析
单独的细胞核 很快死亡 缺乏细胞质提供的营养和能量
单独的细胞质 存活一段时间后死亡 细胞质中由细胞核控制合成的物质在一段时间内仍可发挥作用
细胞核＋细胞质 正常生活 细胞核与细胞质是相互依存的统一整体
3．伞藻是一种单细胞绿藻，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，如下图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．图1中①②的帽形因伞柄嫁接实验而改变
B．图1实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关
C．图1中①与图2中③的帽形相同，都是伞形帽
D．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
答案　D
解析　图1说明伞藻的帽形与嫁接什么样的伞柄无直接关系，而与假根有关，故图1中①②的帽形不会因伞柄嫁接实验而改变，①还是菊花形帽，②还是伞形帽，A错误；图1实验只能说明伞帽的性质与伞藻的假根有关，假根中还含有细胞质部分；而图1和图2实验才能说明了生物体形态结构的建成主要与细胞核有关，B错误；由分析可知，图2中的③与图1中①的帽形相同，都是菊花形帽，C错误；细胞核和细胞质是相互依存的关系，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，D正确。
4．如图表示变形虫的切割和核移植实验。该实验不能得出的结论是(　　)
A．细胞核是遗传物质储存和复制的场所
B．细胞核是细胞新陈代谢的调控中心
C．细胞核和细胞质相互依存，相互影响
D．细胞结构的完整性是细胞生存的基础
答案　A
　
题组一　细胞核的结构
1．(2022·江苏南京高一期末)细胞核中遗传物质DNA的载体是(　　)
A．核膜 B．染色体
C．核仁 D．核孔
答案　B
2．下列有关真核细胞细胞核的叙述错误的是(　　)
A．核膜为双层膜，外膜通常与内质网膜相连
B．核孔有选择地控制物质进出，核内DNA不能通过核孔进入细胞质
C．核仁与核糖体的形成有关
D．染色质与染色体在形态转化的同时伴随成分的变化
答案　D
解析　染色质与染色体的组成成分相同，D错误。
3．结合细胞核的结构模式图，下列有关叙述不正确的是(　　)
A．③所代表的结构含两层磷脂分子，④可与③直接相连
B．若②被破坏，则该细胞中蛋白质的合成将不能正常进行
C．核孔的数量会随细胞种类以及细胞代谢状况的不同而改变
D．①主要由DNA和蛋白质组成，在细胞分裂的不同时期呈现不同的状态
答案　A
解析　③是核膜，双层膜，含4层磷脂分子，A错误；②是核仁，与核糖体中某些RNA的合成有关，核仁被破坏，将导致蛋白质的合成不能正常进行，B正确；细胞种类以及细胞代谢状况不同，核孔数量也不同，代谢旺盛时，核孔数量较多，C正确；①为染色质，其主要由DNA和蛋白质组成，在细胞分裂的不同时期呈现不同的状态，D正确。
题组二　细胞核是细胞代谢和遗传的调控中心
4．细胞核是细胞结构中最重要的部分之一。下列有关细胞核的功能叙述正确的是(　　)
A．细胞核是进行能量转换的细胞器
B．细胞核是合成蛋白质的主要场所
C．细胞核是遗传和代谢的调控中心
D．细胞核是所有真核细胞都具有的结构
答案　C
解析　细胞核不是细胞器，而且细胞核和能量转换没有直接关系，A错误；核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，B错误；并非所有真核细胞都具有细胞核，如哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，D错误。
5．科学家用显微技术去除变形虫的细胞核，发现其新陈代谢减弱、运动停止；当重新植入细胞核后，发现其生命活动又恢复到正常状态。这说明(　　)
A．细胞核是细胞代谢活动的控制中心
B．细胞核是遗传物质储存和复制的场所
C．细胞核是细胞遗传特性的控制中心
D．细胞核功能行使离不开细胞其他结构
答案　A
6.科学家在单细胞伞藻的幼体嫁接实验中，将甲的伞柄嫁接到乙的假根上，结果长出了乙的伞帽(如图所示)。下列有关叙述合理的是(　　)
A．该实验证明了细胞核是遗传的调控中心
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．该实验证明了细胞质是遗传的调控中心
答案　C
解析　分析题干信息可知，甲的伞柄嫁接到乙的假根上，结果长出了乙的伞帽，这说明乙伞帽的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增设对照实验。
7．细胞核具有什么功能？科学家通过下列实验(见下图)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，中间只是很少的细胞质相连，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，将一个细胞核挤入到不能分裂的a部分，结果a部分开始分裂、分化，进而发育成胚胎，只是发育得比b慢一些。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．实验说明细胞的寿命与细胞核有关
C．实验②中，a部分的操作与实验①中形成对照
D．实验①中，b部分细胞属于对照组，a部分属于实验组
答案　B
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，B错误；实验②中，a部分植入核，与实验①中的无核形成对照，C正确；实验①中，a部分无核不分裂也不能长大，与b有核部分对照，因此b部分细胞属于对照组，a部分属于实验组，D正确。
题组三　制作真核细胞亚显微结构模型
8．以下是某小组制作高等植物细胞的亚显微结构实物模型的描述，其中错误的做法是(　　)
A．用不同的颜色区分不同的细胞结构
B．在核膜和细胞质膜之间放置内质网
C．细胞核核膜用双层膜表示，上面有孔洞表示核孔
D．将中心体放置于细胞核附近
答案　D
解析　中心体存在于动物和某些低等植物的细胞中，高等植物细胞内不含中心体，故D项错误。
选择题9～10题为单选题，11～13题为多选题。
9．心房颤动(房颤)是临床上最常见并且危害严重的心律失常疾病之一。最新研究表明，其致病机制是核孔上核孔复合物的运输障碍。下列说法不正确的是(　　)
A．RNA运出细胞核发挥作用与核孔复合物有关
B．房颤可能与核质间的信息交流异常有关
C．人不同细胞的核孔数量是相同的
D．核孔复合物具有选择性
答案　C
解析　RNA通过核孔运出细胞核发挥作用，此过程与核孔复合物有关，A正确；房颤的致病机制是核孔上核孔复合物的运输障碍，可能与核质间的信息交流异常有关，B正确；人不同细胞的代谢强弱不一定相同，因此核孔数量不一定相同，C错误；核孔是蛋白质和RNA等大分子物质选择性地进出细胞核的通道，说明核孔复合物具有选择性，D正确。
10．(2022·湖南益阳高一期末)如图为变形虫去核和核移植实验示意图。下列叙述不正确的是(　　)
A．去细胞核的变形虫单独培养不久死亡，说明细胞结构的完整性是其生存的基础
B．该实验说明只要保持细胞核的完整性，变形虫就能正常地进行生命活动
C．变形虫的细胞核是其生命活动的控制中心
D．该实验设置了自身前后对照
答案　B
解析　把去掉核的变形虫单独培养不久死亡，说明离开细胞核，细胞质不能长久存活，说明细胞结构的完整性是其生存的基础，A正确；细胞能正常地进行生命活动需要保持细胞核和细胞质的完整性，B错误；变形虫的细胞核是其生命活动的控制中心，C正确；该实验将核取出后，又进行了细胞核的植入实验，设置了自身前后对照，D正确。
11．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，正确的是(　　)
A．罗伯特森拍摄的细胞质膜的电镜照片，能直观地表达认识对象的特征，属于物理模型
B．数学模型可以用公式、图表等表示
C．设计并用电脑制作的细胞核三维动画模型属于物理模型
D．画概念图是构建概念模型的一种方法，可以梳理所学知识，建立良好的知识结构
答案　BCD
解析　物理模型是以实物或图画形式直观表达认识对象的特征，罗伯特森拍摄的细胞质膜的电镜照片，能直观地表达认识对象的特征，照片不属于物理模型，设计并用电脑制作的细胞核三维动画模型属于物理模型，A错误、C正确；数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可以用公式和图表等表示，B正确；概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型，可以梳理所学知识，建立良好的知识结构，D正确。
12．施一公团队解析了来自非洲爪蟾的核孔复合体(NPC)的近原子分辨半结构。他们通过电镜观察到NPC“附着”并稳定融合在核膜上，是真核生物连接细胞质和细胞核的唯一双向通道，控制着所有的生物大分子进出细胞核。下列说法错误的是(　　)
A．附着NPC的核膜为双层膜结构且与内质网膜相联系
B．NPC实现了核质之间频繁的物质交换和信息交流
C．核膜上NPC的数量与细胞代谢强度无关
D．NPC对生物大分子进出细胞核没有体现选择性
答案　CD
13．如图为某同学利用同位素标记法研究变形虫细胞核功能的实验，据此推断正确的是(　　)
A．RNA首先在细胞核中合成，然后释放到细胞质中
B．细胞核可能通过控制RNA的合成间接控制细胞的代谢
C．若核质分离较长时间后进行移植，则B组实验细胞质中可能无15N的RNA
D．A组培养液换用15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸进行实验，可得到相同的实验结果
答案　ABC
解析　尿嘧啶是合成RNA的原料，由图可知，在细胞核中首先发现被15N标记的RNA，然后在重组细胞的细胞质中发现被15N标记的RNA，说明RNA首先在细胞核中合成，然后释放到细胞质中，A正确；细胞核可能通过控制RNA的合成来控制蛋白质的合成，进而控制细胞的代谢，B正确；若核质分离较长时间，可能由于细胞核缺乏物质和能量供应导致死亡，这样B组重组细胞质中可能无15N标记的RNA，C正确；胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA的原料，A组培养液换用15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸进行实验，若DNA进行复制，可在细胞核中发现被15N标记的DNA，但DNA不进入细胞质中，所以在细胞质中没有被15N标记的DNA，若DNA不复制，则在细胞核与细胞质中都无15N标记的DNA，D错误。
14．如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)图甲所示结构为细胞核的________结构，图甲中1所示的结构由________层膜构成。
(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，你认为人的胰岛B细胞比口腔上皮细胞中该结构的数目________(填“多”或“少”)。
(3)图甲中[4]________的功能是____________________________________________。
(4)图乙中①控制②的合成，①是______________，检测②用____________试剂。
(5)图乙中①在动物细胞中除了在④上外，还分布在______________中。
答案　(1)亚显微　2　(2)核孔　多　(3)核仁　与核糖体中RNA的合成、加工以及核糖体的形成有关　(4)DNA分子　双缩脲　(5)线粒体
解析　(1)图甲所示结构为细胞核的亚显微结构。图甲中1表示核膜，具有2层膜。(2)图甲中2所示结构是核孔，核孔是细胞核与细胞质之间物质交换和信息交流的通道，通常代谢旺盛的细胞的核孔数目相对较多，所以胰岛B细胞比口腔上皮细胞中该结构的数目多。(4)图乙中①控制②的合成，①表示DNA分子，检测②蛋白质的试剂是双缩脲试剂。(5)图乙中①DNA在动物细胞中除了在④染色体上外，还分布在线粒体中。
15．(2021·海南三亚华侨学校高三阶段练习)科学家对单细胞伞藻的幼体进行嫁接和核移植实验，如图所示。回答下列问题：
(1)嫁接实验的结果可以说明伞帽形态可能由________决定。
(2)欲证明细胞核的功能，上述实验都需同时进行________实验。
(3)细胞核在整个细胞中的地位可阐述为细胞核是________库，是细胞______________的调控中心。
(4)细胞作为基本的________，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。
答案　(1)细胞核　(2)对照　(3)遗传信息　代谢和遗传　(4)生命系统

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