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第2节　细胞器之间的分工合作
第1课时　细胞器之间的分工 · 高中生物学 必修1 分子与细胞 · 学案
班级：________　姓名：________　学号：________
一、学习目标
1．生命观念：通过对各种细胞器的结构与功能的学习，明确结构与功能观。
2．科学思维：通过归纳与概括对各种细胞器的结构、功能、分布特点进行比较。
3．科学探究：制作临时装片，掌握显微镜观察实验的基本操作方法，提高实践能力。
二、情境导入
【材料】
关于真核细胞线粒体和叶绿体的起源，认可度最高的是“内共生起源学说”。该学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于同原始真核细胞共生的需氧细菌和进行光合自养的蓝细菌。原始真核细胞通过糖酵解获取能量，而线粒体的祖先——原线粒体(一种细菌)能进一步分解糖酵解产物丙酮酸，从而释放更多能量。当原始真核细胞吞噬原线粒体后，二者形成互利共生关系。与此类似，叶绿体的祖先——蓝细菌被原始真核细胞吞噬后，通过光合作用为原始真核细胞提供能源物质，二者也形成互利共生关系。在漫长的生物进化中，原线粒体和蓝细菌逐渐失去了一些原有特征，并关闭、丢失或向细胞核转移一些基因，最终形成了今天看到的线粒体和叶绿体。
【思考】
1.由线粒体和叶绿体的形成过程，可以推测它们含有____________(填细胞器)，含有环状的______分子。
2.原始真核单细胞生物吞噬细菌、蓝细菌的方式体现了细胞膜具有______________的结构特点。
3.根据“内共生起源学说”，推测叶绿体含有两层膜，试分析这两层膜的来源分别是________________________________________________。
4.已知在细胞质基质和线粒体基质中均存在某种酶X，若“内共生起源学说”成立，则用放线菌素D(其作用是抑制真核细胞内酶X的活性)分别处理真核细胞的细胞质基质和线粒体基质，预期放线菌素D对二者中酶X活性的影响分别是________________________________________________。
三、自主预学
（一）知识梳理
1．细胞的基本结构
图1　动植物细胞的基本结构
2．分离细胞器的常用方法：差速离心法。
图2　差速离心法
3．几种重要细胞器的分工（按膜层数归类）
图3　细胞器按膜结构分类
4.细胞骨架
(1)成分：蛋白质纤维。
(2)形态：网架结构。
(3)作用：①维持细胞的形态，锚定并支撑着许多细胞器；②与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关。
5．用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
（二）差速离心法·辨析判断
差速离心法是通过逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的一种离心方法，在不同转速下细胞结构出现在沉淀中的情况如图所示，结合图示判断下列说法是否正确。
图4　差速离心法分离细胞器的过程
(1)离心速率越高，分离出的细胞结构就越大。(　　)
(2)细胞匀浆中含有完整的细胞膜和各种细胞器。(　　)
(3)较低速离心20 min后，上清液中的细胞器都为具膜细胞器。(　　)
(4)较高速离心1 h后，沉淀物中的细胞器都为单层膜的囊状结构。(　　)
(5)高速离心3 h后，细胞中所有的结构都在沉淀物中。(　　)
(6)细胞中的各种细胞器既有分工，又相互协作。(　　)
四、课堂探究
探究一　细胞器之间的分工
【教材情境】阅读教材P47～49，结合下图中某种生物的细胞亚显微结构示意图，小组合作交流并讨论以下问题。
图5　某种生物细胞的亚显微结构示意图
1．图示细胞是______(填“高等植物”或“动物”)细胞，判断理由是该细胞有细胞壁、叶绿体和大液泡，没有中心体；图中[1]和[2]的主要成分分别是______、______，[2]的形成与[5]______(填细胞器)有关。
2．如果把细胞视为一个大工厂，每个细胞器就是工厂里的“车间”，“车间”借助膜结构相互分隔开来，所有的“车间”都有膜结构吗？
3．叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，没有叶绿体的细胞一定不能进行光合作用吗？没有叶绿体的细胞一定不是植物细胞吗？
4．溶酶体内含有多种水解酶，为什么溶酶体膜不会被这些水解酶水解？尝试提出一种假说来解释这种现象。
5．“接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红。”莲叶及荷花的颜色与细胞中的色素有关。决定莲叶与荷花颜色的色素存在的部位是否相同？说出你的理由。
6．从线粒体功能的角度分析，为什么飞翔鸟类的胸肌细胞中线粒体的数量比不飞翔的鸟类多，运动员的肌细胞中线粒体的数量比缺乏锻炼的人多？
探究二　从不同角度归类分析各种细胞器
图6　从结构角度归类
图7　从分布角度归类
图8　从成分角度归类
图9　从功能角度归类
1.真核细胞中的三种细胞器结构模式图如下所示。下列相关叙述错误的是(　　)
图10　三种细胞器结构模式图
A.①由两个中心粒及周围物质组成
B.②是真核细胞中的“动力车间”
C.①不具有膜结构，②具有双层膜结构
D.③可对蛋白质进行加工、分类和包装
2.(2025·嘉兴五高月考)细胞结构往往与其功能相适应。下列关于细胞结构和功能的叙述，错误的是(　　)
A.叶绿体通过类囊体堆叠增大膜面积，有利于吸收光能
B.溶酶体内含有多种水解酶，可以分解衰老、损伤的细胞器
C.人体细胞的细胞膜内外两侧均分布有糖蛋白，有利于接收信息
D.细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，维持着细胞的形态
探究三　用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
【教材情境】阅读教材P50“探究·实践”，完成下列探究问题。
1．观察叶绿体时常选用______的叶、______的叶。因为这些材料的叶片薄而小，叶绿体清楚，可取整个小叶直接制片，所以可作为实验的首选材料。若用菠菜叶作实验材料，要取菠菜叶的______并稍带些叶肉，因为表皮细胞不含叶绿体。
2．在光学显微镜下不能看到叶绿体的______结构，因为叶绿体的双层膜结构属于细胞的亚显微结构，只有用电子显微镜才能看到。观察叶绿体的临时装片过程中要保持______状态，目的是防止细胞内的叶绿体失水缩成一团，无法观察叶绿体的形态和分布。
3．用高倍显微镜观察细胞质的流动
(1)如图为视野中细胞质流动的方向，则实际流动方向应为______。
图11　细胞质流动方向示意
(2)为了保证观察细胞质流动实验的成功，我们应采取什么方法加快黑藻细胞质的流动速度？
(3)有人认为，在相同的外界条件下，被折断后的黑藻植株的叶片细胞的细胞质流动现象更明显。如何设计实验验证这种说法的正确性？请完善下列实验思路：
一组黑藻叶片不作任何处理，一组黑藻叶片在2～3 d前进行创伤处理；将两组黑藻叶片放在盛水容器中，在阳光充足的地方继续培养；然后将两组叶片分别制成装片，观察两组叶片细胞质流动的速度。
实验注意事项：
(1)制作观察叶绿体的临时装片时要随时保持有水状态，以免影响细胞活性。
(2)盖盖玻片时，使盖玻片与载玻片成45°夹角，一侧先接触液滴，然后缓慢放下，防止产生气泡。
(3)观察细胞质流动时，首先要找到叶肉细胞中的叶绿体，然后以叶绿体作为参照物，观察细胞质的流动速度和流动方向。
五、分层训练
课后分层练(九)　细胞器之间的分工
(选择题每题5分，非选择题每题15分)
【基础巩固练】
考点一　细胞器之间的分工
1．下列是电子显微镜下观察到的4种细胞器，在肌肉细胞中不会出现的是(　　)
图12　电子显微镜下的细胞器(A、B)
图13　电子显微镜下的细胞器(C、D)
2.如图是细胞内的某些结构的模式图，下列判断正确的是(　　)
图14　细胞结构模式图
A.e存在于动物细胞和低等植物细胞中
B.这些结构均可用电子显微镜在高等植物细胞中观察到
C.存在核酸的结构有a、b、d、g
D.a、b与细胞中能量转换有关，称为“动力车间”
3.下列关于细胞结构和功能的叙述，正确的是(　　)
A.有内质网的细胞不一定是真核细胞
B.有中心体的细胞不一定是动物细胞
C.有高尔基体的细胞一定有分泌功能
D.有核糖体的细胞一定能合成分泌蛋白
4.将鼠的肝细胞磨碎进行差速离心(即将细胞匀浆放在离心管中，先进行低速离心，使较大颗粒形成沉淀；再进行高速离心，使上清液中的小颗粒物质沉淀，从而将细胞中大小不同的结构逐级分开)，实验过程及结果如图所示。下列说法错误的是(　　)
图15　差速离心实验过程及结果
A.能进行有氧呼吸、被称为细胞的“动力车间”的细胞器可能分布在S1、P2
B.P3中一定含有能合成蛋白质的结构
C.DNA主要分布在P1
D.P4可能含有不具膜结构的细胞器
考点二　用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
5.用高倍显微镜观察黑藻叶肉细胞，正确的结论是(　　)
A.叶绿体在细胞内是固定不动的
B.叶绿体在细胞内是均匀分布的
C.观察叶绿体的分布时不需染色
D.叶肉细胞含有叶绿体，不含线粒体
6.用高倍显微镜观察到某黑藻叶肉细胞的细胞质处于不断流动的状态，如图所示。下列叙述正确的是(　　)
图16　植物细胞中细胞质的流动
A.图中细胞的细胞质流动方向为逆时针，实际方向为顺时针
B.制作黑藻的临时装片时，实验材料需要染色
C.为了更清楚地观察叶肉细胞内的叶绿体，可撕取稍带些叶肉的下表皮
D.适当提高温度或光照强度，并选取叶脉附近的细胞观察，有利于观察到实验现象
7.以黑藻为材料探究影响细胞质流动速率的因素，实验结果表明新叶、老叶不同区域的细胞质流动速率不同，且新叶比老叶每个对应区域的细胞质流动速率都高。下列叙述错误的是(　　)
A.该实验的自变量包括黑藻叶龄及同一叶片的不同区域
B.细胞内结合水与自由水的比值越高，细胞质流动速率越快
C.材料的新鲜程度、适宜的温度和光照强度是实验成功的关键
D.细胞质中叶绿体的运动速率可作为细胞质流动速率的指标
【综合提升练】
8.细胞的种类和形态具有多样性，依据细胞图像中特定的结构可以判断细胞的类型。下列判断不正确的是(　　)
A.若细胞中有核糖体等细胞器，则一定为亚显微结构图
B.若细胞中有细胞壁，则一定为植物细胞结构图
C.若细胞中没有核膜，则可能为原核细胞结构图
D.若细胞中含有中心体，则可能为动物细胞结构图
9.细胞骨架不仅能够作为细胞支架，还参与细胞器转运、细胞分裂、细胞运动和信号传导等。在细胞的不同时期，细胞骨架具有完全不同的分布状态。下列有关叙述不正确的是(　　)
A.用蛋白酶破坏细胞骨架后，将导致细胞的形态发生变化
B.线粒体能定向运输到代谢旺盛的部位与细胞骨架有关
C.用光学显微镜可直接观察到细胞骨架是一个纤维状网架结构
D.酵母菌、霉菌和水绵都含有细胞骨架
10.湖南双牌日月湖国家湿地公园中的中华秋沙鸭种群数量大，珍稀植物鹅掌楸数量多。图甲是中华秋沙鸭细胞的亚显微结构示意图，图中数字代表细胞结构，图乙表示该细胞内A、B、C三种细胞器的物质组成。回答下列问题：
图17　中华秋沙鸭细胞亚显微结构示意图(甲)
图18　三种细胞器的物质组成(乙)
(1)图甲中无膜细胞器有______(填数字)。
(2)中华秋沙鸭细胞中含有而鹅掌楸细胞没有的细胞器是图甲中的[　]______ ([　]内填数字，横线上填文字)。
(3)图乙中的B对应图甲中的________(填数字)。
(4)内质网是封闭的网状结构，是______________________的场所。
六、参考答案
【课堂探究】
探究一　细胞器之间的分工
1.高等植物；脂质和蛋白质；纤维素和果胶；高尔基体
2.不是，中心体、核糖体无膜结构。
3.不一定，如蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用；不一定，如植物根尖细胞中不具有叶绿体。
4.溶酶体的膜在结构上比较特殊，如经过修饰等，因而不会被溶酶体内的水解酶水解。
5.不同。决定莲叶颜色的色素存在于叶绿体中，而决定荷花颜色的色素存在于液泡中。
6.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，能够提供细胞生命活动需要的能量。鸟类飞翔、运动员运动需要大量能量，所以飞翔鸟类的胸肌细胞和运动员的肌细胞中线粒体数量较多。
探究二　从不同角度归类分析各种细胞器
1.B　2.C
1.解析：①是中心体，由两个中心粒及周围物质组成，A正确；②是叶绿体，真核细胞中的“动力车间”是线粒体，B错误；中心体是无膜细胞器，叶绿体是具有双层膜的细胞器，C正确；③是高尔基体，可对蛋白质进行加工、分类和包装，D正确。
2.解析：叶绿体通过类囊体堆叠增大膜面积，有利于光能的吸收和转化，A正确；溶酶体含多种水解酶，可分解衰老、损伤的细胞器，B正确；糖蛋白仅分布于细胞膜外表面，负责细胞识别等功能，C错误；细胞骨架由蛋白质纤维构成，维持细胞形态，D正确。
探究三　用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动
1.藓类；黑藻；下表皮　2.双层膜结构；有水
3.(1)逆时针。
3.(2)①进行光照，温度在25 ℃左右，即在阳光下或灯光下放置20～25 min；②提高盛放黑藻的水温，可加入热水，将水温调至25 ℃左右；③直接切伤一部分叶片。
3.(3)一组黑藻叶片不作任何处理，一组黑藻叶片在2～3 d前进行创伤处理；将两组叶片放在盛水容器中，在阳光充足的地方继续培养；然后将两组叶片分别制成装片，观察两组叶片细胞质流动的速度。
【自主预学·差速离心辨析】
(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
解析：(1)离心速率越高，分离出的细胞结构越小。(2)细胞匀浆是破坏细胞膜之后获取的，不含有完整的细胞膜。(3)较低速离心20 min后，上清液中的细胞器有内质网、高尔基体和核糖体，核糖体不具有膜结构。(4)较高速离心1 h后，沉淀物中的细胞器都为单层膜的囊状结构。(5)部分破碎的细胞骨架等结构仍在上清液中。(6)细胞中的各种细胞器既有分工，又相互协作。
【情境导入·内共生起源】
1.(1)核糖体；DNA　(2)一定的流动性　(3)外膜来源于原始真核细胞的细胞膜，内膜来源于蓝细菌的细胞膜　(4)细胞质基质中的酶X不能正常发挥作用(或作用被抑制)，线粒体基质中的酶X能正常发挥作用
解析：(1)内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别来自同原始真核细胞共生的需氧细菌和进行光合自养的蓝细菌，它们都含有核糖体，有大型环状的DNA分子。(2)细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。(3)原始真核细胞胞吞蓝细菌后，未被消化的蓝细菌的细胞膜最终演化为叶绿体内膜，而原始真核细胞的细胞膜演化为叶绿体外膜。(4)若“内共生起源学说”成立，则线粒体起源于某原始真核细胞内共生的能进行有氧呼吸的细菌，故放线菌素D对线粒体基质中酶X活性无影响，而对真核细胞的细胞质基质中酶X活性有影响。
【分层训练】
1.叶绿体(选B)　2.A　3.B　4.B　5.C　6.D　7.B　8.B　9.C　10.(1)①②　(2)①　中心体　(3)④　(4)蛋白质等大分子物质合成、加工
1.解析：据图可知，图中的细胞器分别是高尔基体、叶绿体、线粒体、内质网，其中叶绿体存在于能进行光合作用的植物细胞中，不存在于人体肌肉细胞内，选B。
2.解析：e是中心体，存在于动物细胞和低等植物细胞中，A正确；高等植物细胞中不存在中心体，用电子显微镜观察不到e，B错误；a线粒体、b叶绿体既含DNA又含RNA，g细胞核中的染色体由DNA和蛋白质组成，d高尔基体不含核酸，C错误；“动力车间”是线粒体(a)，D错误。
3.解析：内质网是真核细胞特有的，原核细胞只有核糖体，A错误；中心体存在于动物细胞和低等植物细胞中，B正确；植物细胞的高尔基体与细胞壁形成有关，C错误；原核生物有核糖体但没有内质网和高尔基体，不能合成分泌蛋白，D错误。
4.解析：线粒体可能分布在S1、P2，A正确；P3中可能不存在核糖体，B错误；DNA主要分布在细胞核中，即主要分布在P1，C正确；P4中可能含有核糖体，其不具有膜结构，D正确。
5.解析：叶绿体在细胞内是能够运动的，A错误；叶绿体在细胞内是不均匀分布的，B错误；叶绿体呈绿色，观察叶绿体的分布时不需染色，C正确；叶肉细胞含有叶绿体和线粒体，D错误。
6.解析：显微镜下观察到的细胞质流动方向与实际方向是一致的，A错误；观察叶绿体不需染色，B错误；黑藻的叶片由一层细胞构成，取一片幼嫩的小叶直接制成装片观察，C错误；适当提高温度或光照强度并选取叶脉附近的细胞观察，有利于观察到实验现象，D正确。
7.解析：该实验的自变量有黑藻叶龄、同一叶片的不同区域，A正确；细胞代谢越旺盛，细胞内结合水与自由水的比值越低，B错误；材料新鲜、适宜温度和光照有利于实验成功，C正确；细胞质中叶绿体的运动速率可作为流动速率的指标，D正确。
8.解析：核糖体属于亚显微结构，A正确；植物细胞、真菌细胞和绝大多数原核细胞都含有细胞壁，B错误；无核膜的细胞可能为原核细胞，C正确；中心体分布在动物细胞和低等植物细胞中，D正确。
9.解析：细胞骨架的本质是蛋白质，蛋白酶会破坏细胞骨架，导致细胞形态变化，A正确；细胞器可沿着细胞骨架定向转运，B正确；光学显微镜不能观察到细胞骨架，C错误；酵母菌、霉菌和水绵都是真核生物，都含有细胞骨架，D正确。
10.解析：图甲中①中心体、②核糖体、③粗面内质网、④线粒体、⑤细胞膜、⑥细胞质、⑦高尔基体、⑧细胞核、⑨光面内质网。(1)无膜细胞器是①和②；(2)高等动物细胞特有的细胞器为①中心体；(3)B细胞器含脂质、蛋白质和核酸，为线粒体，对应图甲中的④；(4)内质网是蛋白质等大分子物质合成、加工的场所。

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