人教版（2019）生物必修1教案：3-3 细胞核的结构和功能

第3章 细胞的基本结构
第3节 细胞核的结构和功能
素养导引
1.生命观念:运用结构与功能观,认同细胞核是细胞生命系统的控制中心。
2.科学思维:运用模型与建模,制作真核细胞的三维结构模型。
3.科学探究:通过对细胞核功能的实验分析,体验实验设计、方案实施过程。
一、细胞核的功能
1.验证细胞核功能的实验:
(1)美西螈核移植实验。
①过程:
②结论:美西螈皮肤颜色是由细胞核控制的。
(2)蝾螈受精卵的横缢实验。
①过程:
②结论:蝾螈细胞的分裂、分化受细胞核控制。
(3)变形虫切割培养实验。
①过程:
②结论:变形虫的分裂、生长、应激性等受细胞核控制。
(4)伞藻嫁接与核移植实验
①过程:
图1嫁接后,伞藻①和伞藻②帽的形状分别为菊花形和伞形。
图2核移植后,伞藻③帽的形状为菊花形。
②结论:伞藻帽的形状是由细胞核控制的。
2.细胞核功能的总结:
细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
[思考]　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。
二、细胞核的结构
1.核膜:双层膜,把核内物质与细胞质分开。
2.染色质:主要由DNA和蛋白质组成,DNA是遗传信息的载体。
3.核仁:与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。
4.核孔:实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。
[思考]　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。
【走进生活】
　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,其致病机制是核孔复合物的运输障碍。结合所学知识判断:
1.物质通过核孔复合物进出细胞核时,对物质没有选择性。 (×)
分析:细胞核中的DNA无法通过核孔进入细胞质,故有选择性。
2.代谢越旺盛的细胞核孔复合物的数量越多。 (√)
3.核孔复合物位于核膜上,因此,核膜是不连续的。 (√)
学习任务一:探究细胞核功能的实验
1.实验设计与对照原则:
(1)黑、白美西螈核移植实验中缺乏对照实验,可增加“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”的对比实验,以增强结论的说服力(如图)。
(2)蝾螈受精卵的横缢实验和变形虫切割培养实验既有相互对照,又有自身前后对照(如图)。
(3)伞藻嫁接实验中由于伞柄中含有部分细胞质,所以该实验无法排除细胞质的影响,伞藻核移植实验更加具有说服力。
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
　[思考探究]　以动物受精卵为实验材料进行了如下实验,根据实验结果能得到的结论是什么
提示:细胞只有保持结构的完整性才能正常进行各项生命活动。
　　　　　　　【深化探究】
伞藻嫁接实验第一次长出的“帽”往往有双亲共同的特征,原因是什么
提示:除了细胞核决定性状外,“伞柄”中的细胞质含有RNA也可以影响性状。
【学习加点料】
　教材开发:P55[伞藻核移植实验]拓展
伞藻核移植实验是对伞藻嫁接实验的补充,请分析该实验排除了伞藻嫁接实验中什么因素对实验结果的干扰。
提示:排除了假根中其他物质对实验结果的影响,进一步验证了细胞核的功能。
【典题例析】
　科学家用显微技术去除变形虫的细胞核①,发现其新陈代谢减弱、运动停止②;当重新植入细胞核后,发现其生命活动又恢复到正常状态②。这说明 (　　)
A.细胞核是细胞代谢活动的控制中心
B.细胞核是遗传物质的储存和复制场所
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
[解题思维]
提取关键点 ①去除细胞核,新陈代谢减弱、运动停止②重新植入细胞核,生命活动恢复正常
转化知识点 细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心
排除障碍点 该实验验证了细胞核的功能,没有验证其他细胞结构对细胞核的影响
【解析】选A。去除变形虫的细胞核,其新陈代谢减弱,运动停止,而当重新植入细胞核后,发现其生命活动又能恢复,说明细胞核是细胞生命活动的控制中心,A正确;细胞核是遗传物质的储存和复制场所,但题干中没有涉及变形虫的繁殖等,B错误;细胞核是细胞遗传特性的控制中心,但题干中没有涉及变形虫的各种性状特征,C错误;根据题干信息无法得出细胞核功能行使离不开细胞其他结构的结论,D错误。
[借题发挥]　如何证明细胞核发挥功能离不开其他细胞结构
提示:将细胞核取出,单独培养一段时间,细胞核死亡。
【即学即练】
1.伞藻是一种能进行光合作用的单细胞绿藻,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(如图)。下列相关叙述错误的是 (　　)
A.图1中②的帽形因嫁接伞柄而发生改变
B.图2中③与图1中①的伞帽都是菊花形
C.图2中去核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止
D.上述实验说明生物体形态结构的建成与细胞核有关
【解析】选A。图1中②的帽形不会因嫁接伞柄而改变,A错误;图2中的③与图1中①的帽形相同,都是菊花形帽,B正确;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,C正确;上述实验说明生物体形态结构的建成主要与细胞核有关,D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
【解析】选A。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。
学习任务二:细胞核的结构和功能
1.核膜:
(1)主要化学组成:脂质分子和蛋白质分子。
(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 光学显微镜下能看到呈圆柱状或杆状
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,两者的转化关系为:
[思考探究]　运用结构与功能相适应的观念解释为何蛋白质合成旺盛的细胞核仁体积较大。
提示:蛋白质的合成场所是细胞质中的核糖体,而核糖体的合成与核仁有关,蛋白质合成越旺盛,核糖体的数量越多,因此核仁越大,以用来形成更多的核糖体。
　　　　　　　【拓展归纳】
用“统一性观点”理解细胞的结构与功能
(1)肾小管、心肌、肝脏细胞代谢旺盛→线粒体含量多。
(2)肠腺、胰腺等腺体细胞分泌活动旺盛→核糖体、内质网、高尔基体多。
(3)核膜上的核孔数目多→RNA、蛋白质等物质运输快→蛋白质合成旺盛→细胞代谢快。
【学习加点料】
　思维易错:染色质和染色体的组成成分是否相同
提示:相同。都主要是由DNA和蛋白质组成的。
【典题例析】
　如图为细胞核及其周围部分结构示意图。下列说法不正确的是 (　　)
A.图中①和⑤的连通,使细胞质和核内物质的联系更为紧密
B.图中②为核孔,便于染色质等大分子物质自由通过
C.若该细胞核内的④被破坏,则蛋白质的合成将受影响
D.细胞内储存、传递遗传信息的物质主要位于③上
[解题思维]
提取关键点 细胞核及其周围部分结构
转化知识点 细胞核的结构、生物膜之间的联系
排除障碍点 内质网与核膜相连,使细胞质和核内物质的联系更为紧密
【解析】选B。内质网与核膜相连,使细胞质和核内物质的联系更为紧密,A正确;核膜上有核孔,便于生物大分子进出细胞核,但核孔具有选择性,如染色质不能通过核孔,B错误;核仁和核糖体的形成有关,核糖体是形成蛋白质的场所,若该细胞核内的④核仁被破坏,该细胞蛋白质的合成将不能正常进行,C正确;细胞内储存、传递遗传信息的物质是DNA分子,在细胞核中DNA和蛋白质结合形成染色体,D正确。
[借题发挥]　②的数量是否固定不变
提示:不是。代谢越旺盛的细胞,②的数量越多。
【即学即练】
1.细胞核被喻为细胞的“大脑”,下列有关细胞核的叙述错误的是 (　　)
A.核仁与核糖体的形成有关
B.核孔对物质进出细胞核具有选择性
C.细胞核具有双层膜结构
D.细胞核是细胞代谢的主要场所
【解析】选D。核仁主要与某种RNA的合成和核糖体的形成有关,A正确;核孔允许蛋白质和RNA等大分子物质通过,而DNA无法通过,体现了核孔具有选择性,B正确;细胞核具有双层膜,C正确;细胞质是细胞代谢的主要场所,D错误。
2.如图表示真核细胞的细胞核结构及部分细胞器,下列说法正确的是 (　　)
A. ②③具有选择透过性,而①具有全透性
B.④中含有仅由DNA和蛋白质两种物质构成的染色质
C.⑤是产生蛋白质和核糖体的场所
D.生长激素是一种分泌蛋白,其形成离不开⑥和⑦
【解析】选D。①核孔对物质运输有选择性,如RNA可以通过,DNA不能通过,A错误;染色质主要由蛋白质和DNA组成,还含有少量的RNA,B错误;⑤核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关,但不能产生蛋白质,C错误;生长激素属于分泌蛋白,分泌蛋白的合成在⑦核糖体上,加工在⑥内质网和高尔基体,D正确。
生物能死而复生吗
　　　由于人类过度捕杀和栖息地受到破坏,苏门答腊犀牛已成为濒危动物,全球仅存200余头。当美国加州圣迭戈动物园里的一只苏门答腊雌犀牛快要死于病痛的时候,科学家正在它的身边守候着,虽然他们已无法把它从死亡线上拯救回来,但他们要确保它能留下自己的“根”。
探究:
(1)科学家保留的卵细胞中哪部分结构是该犀牛的“根”
(2)若要复活该犀牛,将留下的“根”移植在卵细胞中培育成个体,复活后的犀牛和原来的犀牛性状一样吗
【解析】(1)细胞代谢和遗传的控制中心是细胞核,所以细胞核是生物的“根”。
(2)DNA主要分布在细胞核中,但线粒体中也有少量DNA,所以性状不仅仅与细胞核中DNA有关。
答案:(1)细胞核。(2)不完全相同,因为DNA不仅仅是卵细胞提供的,还有细胞质中的DNA。
【关键能力·素养发展】
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力　↓信息转化 ①留下自己的“根”
②细胞代谢和遗传的控制中心是细胞核
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、科学思维中的归纳与总结等素养
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