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第四节　细胞核是细胞生命活动的控制中心
　阐明遗传信息主要储存在细胞核中。
1.通过比较分析细胞核各部分的功能,形成良好的结构与功能观。
2.建构细胞核的结构模型,并分析细胞核各部分的构成,培养科学思维能力。
3.分析与细胞核功能有关的科学实验,明确细胞核在细胞代谢和遗传中的控制作用,培养科学探究能力。
一、遗传物质主要储存在细胞核中
1.细胞核的数量
(1)大多数细胞只有 一个核。
(2)少数细胞有多个核,如横纹肌细胞。
(3)极少数真核细胞的核消失了,如哺乳动物成熟的红细胞。
2.细胞核的结构
1.核基质位于核内膜中,呈液态,为什么不会从核孔溢出 试分析原因。
提示:核孔具有选择性,不允许物质随便进出。
2.有人将染色质与染色体的关系描述为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,你是否认同
提示:认同。
二、细胞核控制细胞的遗传和代谢
1.探究细胞核功能的实验
(1)伞藻“嫁接”实验。
①实验结果:a再生的伞帽与地中海伞藻相同;b再生的伞帽与细圆齿伞藻相同。
②实验结论:伞帽的形状与假根有关。
(2)变形虫切割实验。
2.细胞核的功能
细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心。
一般情况,若细胞没有细胞核,细胞还能存活或进行相关生命活动吗 发挥自己的想象力,把细胞核比喻成什么才既形象又贴切
提示:一般没有细胞核细胞将不能正常进行生命活动。细胞核可以比喻为部队的司令部等(合理即可)。
三、活动:尝试制作真核细胞的结构模型
1.实验目的
尝试制作真核细胞的三维结构模型,并体验建构物理模型的过程。
2.实验材料与操作
(1)选取常见的材料,如橡皮泥、纸张、铁丝等。
(2)具体操作。
①确定各细胞器之间及细胞器与细胞的比例;确定细胞器或细胞结构在细胞中的位置。
②模拟制作出细胞核典型结构,如核膜的双层结构、内外膜融合而成的核孔等。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.核膜具有选择透过性,核孔不具有选择透过性。(　×　)
提示:核孔可以有选择地允许大分子物质通过。RNA、蛋白质等大分子物质可以通过核孔出入细胞核,细胞核内的DNA不能通过核孔进入细胞质。
2.核仁是遗传物质的储存场所,是行使遗传功能的结构。(　×　)
提示: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质(染色体)上,行使遗传功能的结构是染色质而不是核仁。
3.核孔的数量、核仁的多少与细胞代谢的强度有关。代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞,核孔数量少,核仁较多。(　×　)
提示:核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢的强度有关。代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞,核孔数量多,核仁较大。
4.蛋白质和RNA等大分子物质可自由进出核孔。(　×　)
提示:蛋白质和RNA等大分子物质进出核孔是有方向性的,一般RNA出核孔,蛋白质则通过核孔进入细胞核。
5.染色质、染色体的组成成分不只有蛋白质和DNA。(　√　)
提示:染色质(体)还含有少量的RNA。
6.伞藻“柄”的种类决定形成的“帽”的形状。(　×　)
提示:伞藻“假根”的种类决定形成的“帽”的形状。
7.电镜下拍摄到的细胞核结构图像属于物理模型。(　×　)
提示:电镜下拍摄到的细胞核结构图像是真实存在的,不属于任何模型。
8.变形虫去核实验证明细胞核是细胞代谢的中心。(　×　)
提示:变形虫去核实验证明细胞核是细胞代谢的控制中心。
任务一　细胞核的结构与功能
[任务突破1]
分析细胞核的结构与功能
(1)核孔运输特性:虽然可以允许大分子物质通过,但也是针对特定分子,如细胞核内合成的某些RNA可以通过核孔进入细胞质发挥作用,细胞质的核糖体合成的某些蛋白质进入细胞核发挥作用,并且上述物质出入细胞核时需要消耗能量。
(2)核孔与核仁的数量多少与代谢的关系:核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢有关,如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞,核孔数多,核仁较大。
(3)核仁与核糖体的关系:真核细胞中核糖体的形成与核仁有关,但是原核细胞中核糖体的形成不需要核仁。
[迁移应用]
[典例1-1] 下列关于细胞核的叙述,错误的是(　B　)
A.细胞核具有双层膜结构
B.细胞核是细胞的遗传和代谢中心
C.不同类型的细胞内,核仁的大小和数目一般是不相同的
D.核孔是RNA和蛋白质等大分子物质出入细胞核的通道
解析:细胞核具有双层膜结构;细胞核是细胞的遗传和代谢的控制中心,细胞溶胶是细胞代谢的主要场所;在不同类型的细胞内,核仁的大小和数目不一定相同,代谢旺盛的细胞中核仁往往较大,数目也多;核孔是RNA和蛋白质等大分子物质出入细胞核的通道,核孔对物质进出核具有选择性。
[任务突破2]
辨析染色体与染色质
项目 染色质 染色体
不 同 点 形态 细长的丝 光镜下观察呈圆柱状或杆状
存在 时期 分裂间期或非分裂细胞 分裂期
相 同 点 成分 DNA、蛋白质及少量RNA
特性 易被碱性染料染成深色
功能 遗传物质的主要载体
关系 同一种物质在不同时期的两种存在状态,转化关系为
[迁移应用]
[典例1-2] (2023·衢州五校高一期中)下列关于染色质的叙述,错误的是(　B　)
A.染色质主要由DNA和蛋白质组成
B.人的红细胞内没有染色质,也没有DNA
C.染色质和染色体是细胞中同一物质在不同时期的两种不同形态
D.没有染色体的生物也可能进行正常的新陈代谢
解析:染色质主要由DNA和蛋白质组成;人的成熟红细胞内没有染色质,但细胞质中存在少量的DNA分子;染色质和染色体是细胞中同一物质在细胞不同分裂时期的两种不同形态;没有染色体的生物也可能进行正常的新陈代谢,如原核生物。
[任务突破3]
生物学中的模型类型与制作
(1)模型类型。
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 生物膜的流动镶嵌模型、真核细胞的三维结构模型 酶活性的变化曲线(详见第三章第二节) 用文字及箭头表示的生物大分子结构模式图
(2)制作真核细胞结构模型的一般流程。
[迁移应用]
[典例1-3] 实物模型是一种物理模型,它应体现原型的本质特征。以下关于制作高等植物细胞的三维结构实物模型的描述,错误的是(　C　)
A.将模拟细胞壁的结构放在细胞膜的外侧
B.将模拟内质网的结构放在核膜和细胞膜之间
C.将模拟中心体的结构放在细胞核附近
D.细胞核模型上的孔洞表示核孔
解析:细胞壁在细胞结构的最外面,故将模拟细胞壁的结构放在细胞膜的外侧;内质网是具单层膜的细胞器,有的内质网膜与核膜的外膜直接相连,有的内质网膜与细胞膜直接相连,故将模拟内质网的结构放在核膜和细胞膜之间;中心体存在于动物细胞和低等植物细胞,高等植物细胞不存在中心体,故不放置中心体;细胞核模型上的孔洞表示核孔。
任务二　综合分析与细胞核功能相关的实验
[任务突破1]
分析伞藻嫁接实验
实验 名称 伞藻嫁接与核移植
实验过程
实验结论 伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的
实验分析 伞藻核移植实验可排除假根中其他物质的影响,从而证明实验结论
[迁移应用]
[典例2-1] (2022·丽水高一期末)甲、乙两种伞藻形态如下图所示。若将乙伞藻的细胞核与伞帽去掉,将甲伞藻的细胞核移入乙中,则长期存活下来的乙伞藻的外形是(　B　)
解析:细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心,将甲伞藻的细胞核移入乙中,则存活下来的乙伞藻的伞帽外形与甲伞藻的形态相同。
[任务突破2]
分析变形虫切割实验
实验名称 变形虫切割实验
实验过程
实验结论 变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核控制的
实验分析 既有相互对照,又有自身前后对照
[迁移应用]
[典例2-2] 如图表示在相同且适宜环境中做的两个实验:第一个是用玻璃针将一变形虫做一分为二的切割实验;第二个是将另一变形虫做核、质分离实验。根据这两个实验现象,可以得出的结论是(　B　)
A.DNA是变形虫的遗传物质
B.完整的细胞结构是变形虫进行正常生命活动的基础
C.变形虫细胞膜变形依赖于膜的选择透过性
D.变形虫生命活动所需能量都来自线粒体
解析:根据这两个实验证明完整的细胞结构是变形虫进行正常生命活动的基础。
[典例2-3] 为探究细胞核的功能,科学家进行了如下实验:
①将黑色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到白色美西螈去核卵细胞中,植入核的卵细胞发育成的美西螈是黑色的。
②用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,结果有核的一半能分裂,无核的一半停止分裂。
③将变形虫的核取出,无核变形虫失去摄食能力,对外界刺激不再发生反应。
④将菊花形帽伞藻的假根嫁接到去掉假根和帽的伞形帽伞藻的柄上,新长出的帽是菊花形帽。
下列有关上述实验的说法正确的是(　C　)
A.实验①说明美西螈体色等所有的遗传性状都由细胞核控制
B.实验②说明没有细胞核的细胞不能进行代谢活动
C.实验③说明变形虫的代谢活动受细胞核控制
D.实验④说明伞藻的帽形是由细胞核控制合成的
解析:实验①说明美西螈体色由细胞核控制,但是不能说明其他性状都受细胞核控制;实验②说明没有细胞核的细胞不能分裂;实验③说明变形虫的代谢活动受细胞核控制;实验④说明伞藻的帽形由假根控制,但是假根内既有细胞核也有细胞质,不能完全说明伞藻的帽形是由细胞核控制合成的,若证明帽形由细胞核控制,需做一个核移植实验进一步证明。
基础达标练
1.(2022·金华十校高一期末)细胞核内具有合成核糖体RNA功能的结构是(　B　)
A.核膜 B.核仁
C.染色质 D.核基质
解析:细胞核内核仁与核糖体RNA合成、加工及核糖体的装配有关。
2.真核细胞中DNA不存在于(　D　)
A.染色体 B.叶绿体
C.线粒体 D.核糖体
解析:染色体主要由DNA和蛋白质组成;叶绿体和线粒体均含有DNA;核糖体由RNA和蛋白质组成。
3.(2022·杭州八县区高一期末)科学家将变形虫切成两半,一半有细胞核,一半无细胞核。有核的部分具有生长、分裂等生理功能,而无核的部分没有这些生理功能,但如果无核的部分及时植入一个完整的细胞核,将恢复这些生理功能。这一事实证明细胞生命活动的控制中心是(　A　)
A.细胞核 B.细胞质
C.内质网 D.高尔基体
解析:分析题意可知,只有有核的一半进行正常的生命活动,而且无核的部分及时植入一个完整的细胞核,将恢复这些生理功能,说明细胞核对维持细胞的生命活动至关重要,是细胞生命活动的控制中心。
4.下列关于植物根尖细胞细胞核的叙述,不正确的是(　C　)
A.光学显微镜下可以观察到被碱性染料染成深色的染色体
B.核孔具有选择性,是蛋白质及RNA等进出细胞核的通道
C.线粒体和叶绿体为细胞核代谢提供能量
D.核基质为细胞核提供支架
解析:植物根尖细胞中没有叶绿体,核基质是细胞核内以蛋白质为主的网络结构,核基质为细胞核提供支架。
5.如图是变形虫切割实验,该实验最能说明的是(　C　)
A.细胞遗传物质储存在细胞核中
B.核无法完成细胞物质代谢
C.细胞核是维持生物正常生命活动所必需的
D.细胞质是生命活动控制中心
解析:题图中无细胞核的一半死亡,有细胞核的一半能正常生活,对去核的变形虫进行核移植,其生命活动恢复正常,这说明细胞核是维持生物正常生命活动所必需的。
6.(2022·舟山高一学考考前质量检测)如图所示为细胞核结构模式图,下列叙述中正确的是(　D　)
A.大肠杆菌细胞中没有结构②,但有结构③④,其中③控制着该细胞的代谢和遗传
B.小麦细胞中①与②相连接,二者共同参与细胞内磷脂的加工和运输
C.③为处于凝固状态的遗传物质,不参与细胞代谢,仅起遗传物质的备份作用
D.细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心,“控制指令”可通过⑤从细胞核到达细胞质
解析:大肠杆菌是原核生物,没有核膜包被的细胞核,没有核仁和染色质(体),但有遗传物质DNA,控制细胞的代谢和遗传;真核细胞中①与②相连接,但是只有内质网膜参与细胞内磷脂的加工和运输;③为核仁,与某种RNA和核糖体的形成有关;细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心,“控制指令”即RNA可通过核孔⑤从细胞核到达细胞质。
7.(2022·温州高一学考模拟)细胞是生命活动的基本单位,具有极其精巧的结构,如图表示某细胞的部分结构,下列叙述错误的是(　A　)
A.有结构①,说明该细胞是动物细胞
B.有结构②,说明该细胞能合成蛋白质
C.有结构③,说明该细胞的核质之间能进行物质交换
D.有结构④,说明该细胞能加工蛋白质
解析:低等植物也有中心体,因此有结构①,不能说明该细胞是动物细胞;核糖体是蛋白质的合成场所;结构③为核孔,说明该细胞的核质之间能进行物质交换;结构④为高尔基体,能对蛋白质进行加工。
8.伞藻是单细胞藻类,细胞核位于伞柄基部的假根内。用伞藻做如下的“嫁接”实验,可直接得出的实验结论是(　D　)
A.细胞核中含有DNA
B.细胞核是细胞的控制中心
C.核孔控制物质出入,具有选择性
D.假根的类型决定再生帽的类型
解析:从伞藻做的“嫁接”实验看出,细圆齿伞藻的柄嫁接到地中海伞藻的假根上,长出地中海伞藻的帽;地中海伞藻的柄嫁接到细圆齿伞藻的假根上,长出细圆齿伞藻的帽。因此,直接得出的实验结论是假根的类型决定再生帽的类型。
9.下图甲为细胞中某一结构的模式图,图乙表示图甲中3的主要成分及其各级结构。下列说法正确的是(　D　)
A.图甲中1所示结构由两层磷脂分子构成
B.图甲中4的大小、数目在不同细胞中基本相同
C.图乙中的①控制②的合成发生在图甲中
D.图乙中的②可通过图甲中的2进入
解析:图甲中1是核膜,是双层膜,含有4层磷脂分子;4是核仁,在不同的细胞中随着代谢强度不同而不同;图乙中的①是DNA,控制②蛋白质的合成场所在核糖体,核糖体存在于细胞质中;图乙中的②蛋白质可以通过图甲中的2核孔进入细胞核。
10.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。研究表明,其致病机制是核孔上核孔复合体的运输障碍。下列说法不正确的是(　C　)
A.RNA在细胞核内合成后,运出细胞核发挥作用与核孔复合体有关
B.房颤可能与核质间的信息交流异常有关
C.人体成熟的红细胞中核孔复合体数量很少,因此红细胞代谢较弱
D.核孔复合体具有选择性
解析:RNA是生物大分子,在细胞核内形成,需要经过核孔进入细胞质发挥作用,与核孔复合体有关;由题意知,心房颤动致病机制是核孔复合体的运输障碍,因此房颤与核质间的信息交流异常有关;人体成熟的红细胞无细胞核,故没有核孔复合体;核孔复合体具有选择性,
如DNA不能通过核孔出细胞核。
11.如图为典型的细胞核及其周围部分结构示意图,请据图回答下列问题(在[　]中填标号,在　　上填相应的名称)。
(1)只有在 　　　 细胞中,使用 　 　　显微镜才能观察到该图所示的结构。
(2)细胞核中行使遗传功能的重要结构是[　]　　 　。
(3)核膜由 　　　层膜组成,其外层膜常与[　]　　　　　　相连。细胞中大分子物质进出细胞核的通道是[　]　　 　,在细胞生长、代谢旺盛的细胞中,其数目 　　　。
(4)与核糖体RNA的合成、加工以及核糖体装配有关的结构是[　]　 。
解析:(1)图示为真核细胞亚显微结构示意图,只有使用电子显微镜才可以观察到。
(2)[3]染色质容易被碱性染料染成深色,细胞分裂时它会高度螺旋化形成染色体,是细胞核中行使遗传功能的重要结构。
(3)核膜由内膜和外膜两层膜构成,外膜常与[1]内质网相连,体现了生物膜结构上的直接联系。细胞中大分子物质进出细胞核的通道是[2]核孔,在细胞生长、代谢旺盛的细胞中,物质运输频繁,因此其数目
较多。
(4)与核糖体RNA的合成、加工以及核糖体装配有关的结构是[4]核仁。
答案:(1)真核　电子
(2)3　染色质(染色体)
(3)2　1　内质网(粗面内质网)　2　核孔(核孔复合体)　较多
(4)4　核仁
12.细胞核是由核膜、染色质、核基质以及核仁等结构组成。少数细胞无细胞核,如哺乳动物成熟的红细胞;有的细胞有双核,如肝细胞;有的细胞有多个细胞核,如某些白细胞;一般一个细胞只有一个细胞核,称为单核细胞,多数细胞属于单核细胞。如图是某单核细胞的细胞核结构模式图,请回答下列相关问题。
(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单化的概括性的描述,模型的形式很多,图中的细胞核模式图属于 　　　　模型。
(2)哺乳动物成熟的红细胞呈两面凹的圆饼状,细胞内没有细胞核,
留出更多的空间以容纳血红蛋白,有利于　　　　　　　。
(3)生命活动旺盛时,自由水与结合水的比值增大,同时图中[①]核孔的数目　　　　。
(4)[③]染色质与染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态,它们都主要由 　　　　　　　组成。
(5)细胞核功能较为全面的阐述应该是
　。
解析:(1)细胞核模式图属于物理模型。
(2)哺乳动物成熟红细胞的细胞核消失,预留更多的空间以容纳血红蛋白,有利于运输氧气。
(3)代谢旺盛时,自由水、线粒体、核孔等都增多。
(4)染色体和染色质均主要由DNA和蛋白质组成。
(5)细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
答案:(1)物理
(2)运输氧气
(3)增多
(4)DNA和蛋白质
(5)细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心
综合提升练
13.以动物受精卵为实验材料进行以下实验,下列有关分析正确的是(　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说明细胞核对细胞质的重要性,实验②说明细胞质对细胞核的重要性
D.该实验结果可以说明细胞核与细胞质是相互依存的
解析:实验①和实验③的变量是有无细胞质,实验结果说明了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的变量是有无
细胞核,实验结果说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性;实验①说明了细胞质对细胞核的重要性,实验②说明了细胞核对细胞质的重要性;该实验可以证明细胞核和细胞质都不能单独成活,细胞只有保持结构完整才能正常进行各项生命活动,细胞是最基本的生命系统。
14.如图所示为细胞核结构模式图(ATP水解为ADP过程能为代谢提供能量)。下列叙述中错误的是(　C　)
A.①主要由DNA和蛋白质组成,在细胞分裂不同时期呈现不同状态
B.②是核糖体RNA合成、加工和核糖体装配的重要场所
C.③是细胞核的边界,为连续的双层膜结构,其上的核孔控制着物质的进出
D.蛋白质和RNA等大分子物质通过核孔进出细胞核需要消耗能量
解析:①是染色质,其主要由DNA和蛋白质组成,在细胞分裂不同时期呈现不同状态;②是核仁,是核糖体RNA合成、加工和核糖体装配的重要场所;③是核膜,是细胞核的边界,其上有核孔,为不连续的双层膜结构,核孔具有控制物质进出的功能;由图可知,蛋白质由细胞质进入细胞核,RNA通过核孔出细胞核,都需要消耗ATP,即消耗能量。
15.(2022·温州高一期末)下图为植物细胞模式图。
回答下列问题。
(1)该细胞属于真核细胞,最主要的依据是含有结构　　　(填序号)。
(2)构成结构⑥的主要物质是　　　　。
A.磷脂 B.纤维素
C.淀粉 D.蛋白质
(3)植物细胞吸收Mg2+参与叶绿体中　　　的合成。协助吸收Mg2+的载体蛋白在　　　　合成,该蛋白的基本单位通式是　　　　　 　。细胞的　　　　　　(填序号)为Mg2+的吸收提供能量。
(4)采用某种方法破坏植物细胞核结构,一段时间后植物细胞中蛋白质合成、细胞生长、物质交换等过程出现异常,这一现象说明了
　。
解析:(1)真核细胞和原核细胞的最主要的区别在于有无以核膜包被的细胞核,该细胞含有⑦细胞核,属于真核细胞。
(2)本图为植物细胞的模式图,构成结构⑥细胞壁的主要物质是
纤维素。
(3)Mg2+参与叶绿体中叶绿素的合成。载体蛋白的化学本质是蛋白质,在核糖体上合成。构成蛋白质的基本单位为氨基酸,其结构通式见
答案。①线粒体是需氧呼吸的主要场所,为细胞代谢提供能量。
(4)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心,是遗传信息库。破坏植物细胞核结构,一段时间后植物细胞中蛋白质合成、细胞生长、物质交换等过程出现异常,这一现象说明了细胞核是细胞代谢的控制中心
(“细胞核控制细胞代谢”或“细胞核是细胞生命活动的控制中心”或“细胞核控制细胞生命活动”等)。
答案:(1)⑦　(2)B　(3)叶绿素　核糖体　　①
(4)细胞核是细胞代谢的控制中心(“细胞核控制细胞代谢”或“细胞核是细胞生命活动的控制中心”或“细胞核控制细胞生命活动”等表述均可)

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