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第3章　细胞的基本结构
第3节　细胞核的结构和功能
课时目标 1.运用结构与功能观，阐述细胞核是细胞生命系统的控制中心。(生命观念)
2．运用模型与建模法，制作真核细胞的三维结构模型。(科学思维)
3．通过对细胞核功能的实验分析，掌握实验设计及方案实施过程。(科学探究)
一、细胞核的功能
1．探究细胞核功能的实验
(1)美西螈核移植实验
①过程
②结论：美西螈皮肤颜色是由_________控制的。
细胞核
(2)蝾螈受精卵横缢实验
①过程
②结论：蝾螈细胞的分裂、分化受_________控制。
细胞核
(3)变形虫切割实验
①过程
②结论：变形虫的生长、分裂、应激性等受_________控制。
细胞核
(4)伞藻嫁接与核移植实验
①过程
a．图1伞藻嫁接后，伞藻①和伞藻②帽的形状分别为_________和______。
b．图2伞藻核移植后，伞藻③帽的形状为_________。
②结论：伞藻帽的形状是由_________控制的。
菊花形
伞形
菊花形
细胞核
2．细胞核的功能
细胞核是_______________，是细胞代谢和遗传的____________。
遗传信息库
控制中心
二、细胞核的结构
1．细胞核的结构
2．染色质与染色体的关系：____________在细胞不同时期的两种存在状态。
3．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_________的描述。
(2)类型：____________、概念模型、数学模型等。
同一物质
概括性
物理模型
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
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，真核细胞都有一个细胞核。(　　　)
提示：除了没有细胞核的真核细胞，有的真核细胞有一个细胞核，有的真核细胞具有两个或多个细胞核，如双小核草履虫有两个细胞核，人的骨骼肌细胞中有多个细胞核。
2．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。(　　　)
提示：细胞核是生命活动的控制中心。
×
×
3．物质通过核孔进出细胞核时，对物质没有选择性。 (　　　)
提示：核孔对物质的进出具有选择性，如细胞核中的DNA无法通过核孔进入细胞质。
4．染色体和染色质只是形态不同，而成分完全相同。(　　　)
5．蓝细菌无细胞核，也无核糖体。(　　　)
提示：蓝细菌无细胞核，但有核糖体。
×
√
×
◆名师点睛
1．细胞代谢的主要场所是细胞质，细胞核是细胞代谢的控制中心。
2．核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，但并不是说核糖体是在核仁中形成的。
◆思维启迪
1．真核细胞是否都有细胞核？
提示：不是。高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核。
2．蛋白质的合成需要RNA的指导，而RNA是在细胞核中合成后进入细胞质的，那么蛋白质合成旺盛的细胞，核孔的数量会如何变化？
提示：核孔数量增多。
◆视野拓展
植物细胞核提取试剂盒
植物细胞核提取试剂盒适用于从各种植物细胞和各种实体植物组织，如叶片、根、种子等植物组织中提取细胞核。提取过程简单方便，制备的核纯度高。可以用于功能研究，也可以用于提取核蛋白。
任务一__探究细胞核功能的实验
1．美西螈核移植实验缺少对照实验，该如何设置？
答案：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。
2．试分析蝾螈受精卵横缢实验中的对照原则。
答案：有核一半和无核一半形成对照实验；同时无核的一半，先观察无核状态再移植核后观察，形成自身的前后对照。
3．伞藻嫁接实验能否说明伞帽的形成完全是细胞核的作用？
答案：不能。因为假根里面也有细胞质，不能排除细胞质的影响。
1．细胞核的功能
2．细胞核与细胞质的关系
类型 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
(1)没有细胞核的真核细胞，既不能生长也不能分裂，如哺乳动物成熟的红细胞。人工去核的细胞一般不能存活太久。
(2)细胞只有保持结构的完整性才能正常进行各项生命活动。
1．科学家将甲羊的乳腺细胞核植入乙羊的去核卵细胞中构建重组细胞，由其发育成的小羊与甲羊性状几乎一致，这说明细胞中遗传的控制中心是 (　　)
A．细胞膜 B．细胞质
C．细胞壁 D．细胞核
D
解析：
分析题意，重组细胞的细胞核来自甲羊，细胞质来自乙羊，重组细胞发育成的小羊与甲羊性状几乎一致，说明细胞中遗传的控制中心是细胞核，D正确。
2．有人把变形虫的核取出，观察无核变形虫短期的一系列生理变化特点后，预测出a～d四个现象，并提出相应的推测理由①～④。下列预测现象和推测理由均正确的组合是 (　　)
预测现象：
a.失去核的变形虫，虽然停止伸出伪足，但几天后核将再生，能正常活动
b．失去核的变形虫，细胞质功能逐渐衰退，几天后将死亡
c．失去核的变形虫，虽将会反复进行数次分裂，但结果还是死亡
d．失去核的变形虫，细胞质活动反而暂时提高，因此细胞分裂将更加旺盛
B
推测理由：
①核能抑制细胞的过度分裂
②没有核的细胞也具备分裂的能力
③失去核就失去了细胞代谢的控制中心
④许多生物结构都有再生能力，核也能再生
A．a～④ B．b～③
C．c～② D．d～①
[答题指导]
解析：
失去核的变形虫，能暂时伸出伪足，但细胞核不会再生，细胞会死亡，预期现象和推测理由都错误，A错误；失去核的变形虫，细胞质功能逐渐衰退，几天后将死亡，原因是如果没有核，就失去了细胞代谢的控制中心，预期现象和推测理由都正确，B正确；失去核的变形虫不进行细胞分裂，没有核的细胞不具备分裂的能力，预期现象和推测理由都错误，C错误；失去核的变形虫，细胞质短时间内可以持续其生命活动，没有细胞核的细胞不能进行分裂，预期现象和推测理由都错误，D错误。
任务二__细胞核的结构
下图为细胞核的结构模式图。
[问题探究]
1．图中各序号代表的结构：
①______________；②______________；
③______________；④______________；
⑤______________。
答案：①核膜　②核仁　③染色质　④核孔　⑤内质网
2．小分子物质和大分子物质主要通过图中哪种结构进出细胞核？
答案：小分子物质主要通过①核膜进出细胞核，大分子物质主要通过④核孔进出细胞核。
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？
答案：代谢旺盛的细胞，往往核仁较大，核孔数量较多。
1．核膜
(1)主要成分：脂质和蛋白质。
(2)结构：核膜是双层膜结构，外膜上附着许多核糖体，常与内质网膜相连，核膜不是完全连续的，其上有核孔。
(3)功能
①起屏障作用，把核内物质(主要是DNA)与细胞质分隔开。
②控制细胞核与细胞质之间的信息交流与物质交换。小分子、离子等物质主要通过核膜进出，大分子物质主要通过核孔进出。
③化学反应的场所之一，核膜上有酶附着，利于多种化学反应的进行。
2．核仁
(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．染色质与染色体
(1)染色质与染色体的比较
项目 染色质 染色体
不同点 存在时期 分裂结束时 分裂时
形态 极细的丝状物 呈圆柱状或杆状
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
(2)染色质与染色体的关系
同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。两者的转化关系：
(1)细胞中核糖体的形成不一定与核仁有关，如原核细胞中核糖体的形成与核仁无关。
(2)真核细胞区别于原核细胞的重要特征并非只有核膜，核仁和染色质也是区别两者的重要特征。
1．细胞核是真核细胞遗传和细胞代谢的控制中心。下图是细胞核结构示意图，下列相关叙述正确的是 (　　)
A．①是遗传物质的主要载体
B．②容易被碱性染料染色
C．③是由单层膜构成的结构
D．④是大分子物质自由进出的通道
A
解析：
结构①为染色质，主要由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要载体，A正确；②为核仁，①为染色质，①染色质容易被碱性染料染色，B错误；③为核膜，是由双层膜构成的结构，C错误；④为核孔，是大分子物质如蛋白质、RNA进出细胞核的通道，具有选择性，D错误。
2．(2024·柳州高一检测)最新研究表明，60岁以上人群有1%会出现房颤，其致病机制是核孔复合物的运输障碍。核孔复合物是细胞核膜上沟通核质与胞质的窗口，由内外两层膜的局部融合所形成，可以看成一种特殊的跨膜运输蛋白复合体。下列相关分析合理的是 (　　)
A．DNA、蛋白质等大分子物质通过核孔复合物进出细胞核
B．细胞膜对物质的通过有选择性，核孔对物质的通过没有选择性
C．代谢旺盛的细胞中，核孔复合物的数量一般较多
D．细胞核是细胞代谢和遗传的主要场所
C
解析：
核孔复合物具有选择性，DNA一般不能通过核孔复合物进出细胞核，A错误；细胞膜和核孔对物质的通过都有选择性，B错误；核孔实现了核质之间频繁的物质交换和信息交流，结构和功能相适应，故代谢旺盛的细胞中，核孔复合物数目较多，C正确；细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，细胞质是细胞代谢的主要场所，D错误。
为研究细胞核与细胞质之间的物质交流，科学家利用变形虫做了如下实验：
①将正常生活而没有分裂的变形虫(单细胞动物)随机分为三组，每组有若干变形虫。A组用含32P标记的尿嘧啶核苷酸的食物饲喂变形虫；B组将变形虫的细胞核去掉；C组不做处理。
②用放射自显影技术检测到A组每只变形虫的细胞核中出现放射性后，将细胞核移植到B、C两组的变形虫细胞内。
细胞核与细胞质之间的物质交流——科学探究
③一段时间后检测B、C两组的放射性，结果如下图。
设计1：考查知识的迁移与运用能力
(1)研究发现，A组每只变形虫的细胞核中出现大分子物质X，且具有放射性，物质X最可能是____________________________(填中文名称)，每组设置多只变形虫的目的是____________________________________ _____________________________________________________________。
设计2：考查科学思维
(2)下列关于该实验的叙述，正确的是(　　)
A．实验结果B组细胞质比C组细胞质放射性强的原因是细胞核大
B．放射性元素标记的核苷酸会进入细胞核，标记上所有的核酸分子
C．C组细胞质具有放射性的原因是细胞膜吸收了含32P标记的尿嘧啶核苷酸
D．物质X可能在细胞核中合成，原料有放射性，从而核有放射性
D
设计3：考查问题解决能力与科学探究
(3)据图完善表格内容(B组检测内容为B组细胞质、C组检测内容为C组自身细胞核和C组细胞质)。
组别 检测结果 结论
B 细胞质中出现放射性 ①_________________________
___________________________
C ②自身细胞核中___________
③细胞质中_________________ 物质X不能从细胞质进入细胞核
答案：(1)核糖核酸　排除偶然性，减少实验误差
(3)①物质X能从细胞核进入细胞质　②不出现放射性　③出现放射性
解析：
(1)尿嘧啶核苷酸是合成RNA的原料，大分子物质X具有放射性，最可能是RNA，即核糖核酸；每组设置多只变形虫的目的是排除偶然性，减少实验误差。(2)实验结果B组细胞质比C组细胞质放射性强的原因是在植入A组细胞核前，B组变形虫细胞内不含有细胞核，而C组变形虫细胞内原来含有细胞核，细胞会受到非放射性细胞核的影响，A错误；放射性元素标记的核苷酸会进入细胞核，标记上新合成的核糖核酸，B错误；C组细胞质具有放射性的原因是32P标记的尿嘧
解析：
啶核苷酸作为原料合成RNA，RNA通过核孔进入细胞质，C错误；大分子物质X是RNA，RNA在细胞核中合成，合成原料有放射性，从而核有放射性，D正确。(3)经检测，B组细胞质中出现放射性，可得出结论：具有放射性的物质X能从细胞核进入细胞质。经检测C组自身细胞核中不出现放射性，C组细胞质中出现放射性，可得出结论：物质X不能从细胞质进入细胞核。
1．(2023·广西合格考)将单细胞生物变形虫切成两半，一半有细胞核，一半无细胞核。前者仍能生长和分裂，而后者失去相应的功能，若后者被及时植入同种细胞核则恢复生长和分裂。该结果表明控制变形虫生长和分裂的细胞结构是 (　　)
A．内质网 B．细胞核
C．线粒体 D．中心体
B
解析：
分析题意可知，只有有核的一半能进行正常的生命活动，无核的部分没有这些生理功能；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，B正确。
2．哺乳动物成熟的红细胞既不生长也不分裂，变形虫去核后不能存活太久，这些现象说明在细胞的生命活动中，起决定作用的是 (　　)
A．细胞核 B．细胞质
C．线粒体 D．核糖体
A
解析：
哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核，它既不生长也不分裂；没有细胞核的变形虫不能存活太久，这些现象说明细胞核在细胞的生命活动中起决定作用。故选A。
3．核纤层以网络形式分布于核膜内侧，由特殊的纤维丝状蛋白组成，如图所示。核纤层能维持细胞核正常的形状与大小，有利于细胞核与细胞质之间的隔离与信息交换。下列有关核纤层的说法，错误的是 (　　)
A．核纤层的结构模式图属于物理模型
B．组成染色质的蛋白质由结构①进入细胞核
C．核纤层的隔离作用会减弱细胞核对细胞代谢的控制
D．核纤层被破坏后，细胞核的形态和功能均会发生改变
C
解析：
以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征的模型属于物理模型，本题核纤层的结构模式图属于物理模型，A正确；组成染色质的蛋白质由核孔(结构①)进入细胞核，B正确；细胞核是细胞代谢的控制中心，核纤层有利于细胞核与细胞质之间的隔离与信息交换，不会减弱细胞核对细胞代谢的控制，C错误；由题意可知，核纤层能维持细胞核正常的形状与大小，有利于细胞核与细胞质之间的隔离与信息交换，则核纤层被破坏后，细胞核的形态和功能均会发生改变，D正确。
4．下图为真核细胞的部分结构示意图，据图回答([　]中填代号，____上填文字)：
(1)核膜由________层膜组成，其________层膜与[　　]________膜相连，从而加强了细胞核与细胞质在生命活动过程中的联系。
(2)细胞中大分子物质进出细胞核的通道是[　　]________。从图中可以看出，⑥为________，其与某种________的合成以及核糖体的形成有关。
(3)细胞核是细胞________和________的控制中心，在细胞的各项生命活动中起着决定性作用。
(4)在________(填“原核”或“真核”)细胞中，使用电子显微镜可以看到此图所表示的结构。
答案：(1)双　外　⑧　内质网
(2)④　核孔　核仁　RNA
(3)代谢　遗传
(4)真核
解析：
(1)核膜由双层膜组成，其外层膜与[⑧] 内质网膜相连，从而加强了细胞核与细胞质在生命活动过程中的联系。(2)核孔能实现核质之间频繁的物质交换和信息交流，细胞中RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核的通道是[④] 核孔。从图中可以看出，⑥为核仁，其与某种 RNA的合成以及核糖体的形成有关。(3)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，在细胞的各项生命活动中起着决定性作用。(4)真核细胞具有以核膜为界限的细胞核，原核细胞中遗传物质聚集的区域称为拟核。该细胞有以核膜为界限的细胞核，为真核细胞，使用电子显微镜可以看到题图所表示的结构。

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