3.3 细胞核的结构和功能 教案（表格式）

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高一 学期 秋季
课题 第3章 第3节 细胞核的结构和功能
教学目标
1.通过推理、寻找实验证据、分析讨论资料，运用归纳的方法从不同生命现象中概括出细胞核的功能，认同细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。 2.通过对资料的分析，能用结构和功能相适应的观点理解细胞核的结构与相应功能，同时认同细胞是一个有机的整体。 3.通过了解核移植技术在生活中的应用，科学家在生命科学领域的工作，引导学生关注生物学技术在生产生活中的应用，激发爱国热情，培养社会责任。 4.通过尝试制作真核细胞的三维结构模型，体验模型建构的方法和过程。
教学重点： 1. 细胞核的结构和功能。
教学难点： 1. 理解细胞核是细胞生命系统的控制中心。
2. 理解染色体和染色质的关系。
教学过程
一、导入新课 设问：是不是所有真核细胞都有细胞核呢？初中学习过克隆羊“多莉”，克隆动物的诞生运用的一项关键技术是什么？细胞核为什么如此重要？它究竟有什么功能呢？生物学是一门实验科学，让我们一起沿着科学家的足迹，在科学探究中寻找答案。 二、探究细胞核的功能 实验1：伞藻嫁接实验 介绍伞藻：伞藻是海生的单细胞藻类，分为帽、柄和假根，其中细胞核位于假根部位。帽的形状有两种：一种是菊花形，一种是伞形。伞藻的再生能力很强，切除伞帽之后，很短时间内能够生出新的伞帽。利用此特性，科学家进行了伞藻嫁接实验。 问题串： 1.切去帽后长出来的新帽形状是由柄决定还是由假根决定的？（切去帽后长出来的新帽的形状是由假根决定的，因为假根具有细胞核） 2.伞藻嫁接实验能否说明伞帽的形状由细胞核控制？为什么？（假根细胞核周围的部分细胞质的存在可能会影响伞帽的形状） 3.若要说明细胞核的作用，还需要如何设计实验？（移植细胞核） 实验1：伞藻核移植实验 4. 为增强实验说服力，你认为核移植实验还可以补充怎样的设计？ （对照组：将伞形帽伞藻的细胞核移植到去帽去核的菊花形伞藻的假根中） 得出结论1：生物体形态结构的建成主要与细胞核有关。 科学结论的得出仅凭单一实验是远远不够的，且上述实验对象为单细胞生物，所以可以利用上述设计思路，对多细胞生物进行重复实验。 实验2：美西螈核移植实验 介绍美西螈：一种两栖动物，俗称六角恐龙，是墨西哥的特有物种。它的特别之处在于从出生到性成熟产卵为止，均保持幼体的形态，同时还具有非凡的再生能力。 问题：美西螈皮肤的颜色是由细胞核还是细胞质控制？ 结论2：美西螈的肤色是由细胞核决定的。 从单细胞生物的核移植到多细胞两栖类生物，再到之后克隆出“多莉”，科学家们已经成功培育出多种体细胞克隆哺乳动物。2017年，世界上首例体细胞克隆猴在我们国家诞生，这是我国科学家历经五年攻关取得的重大突破，这也标志着我国的科技研究正逐渐从“跟跑”转向“并跑”与“领跑”。这些核移植克隆动物的实验证据可以证明：生物体形态结构的建成、生物体性状的遗传主要由细胞核决定，细胞核控制着细胞的遗传。 实验3：蝾螈受精卵横缢实验 蝾螈也是一种两栖动物，我们看到：没有细胞核，受精卵不分裂，有细胞核，细胞分裂。无核部分一旦挤进来一个细胞核，也会开始分裂分化最终发育成胚胎。这说明细胞核与细胞的分裂、分化有什么关系？（细胞核与细胞的分裂分化紧密相关，细胞核控制着细胞的分裂、分化。） 问题：细胞核除了与分裂分化有关，你认为细胞核与细胞其他的生命活动（如摄食、消化以及呼吸）有关系吗？如何证明？选什么生物材料可以较容易观察到有核的生物体能正常生活，没核不能生活？单细胞生物。 实验4：变形虫的切割与核移植实验 变形虫是一种单细胞生物，再生能力很强。因此可以对他进行切割实验。如果你是科学家，想利用变形虫探究细胞核的功能，会如何设计实验？ 阅读教材第55页资料3，思考：从该实验可得到什么结论？ 结论4：说明了变形虫的各种生命活动是由细胞核控制的。 问题：整个实验最突出的设计思想是什么？怎么对照的？围绕什么而对照？ （分隔后两部分的对照，自身前后的对照，都是围绕细胞核而对照的。） 通过实验3和4，得出结论：细胞核控制细胞的代谢。 大量的实验证据表明，细胞核控制着细胞的代谢和遗传，就像是细胞的“大脑”，是细胞这个基本的生命系统的控制中心。 三、研学细胞核的结构 细胞核为什么能成为细胞的“控制中心”呢？我们都知道，生物的各种结构和功能是相适应的，结构决定功能。细胞核的结构又是怎样的呢？ 阅读教材第56页关于“细胞核的结构”知识，结合学习任务单上的资料分析，思考以下问题： 1.细胞核有哪几部分构成？ 2.核膜与细胞膜有什么异同？ 3.核孔的功能是什么？它的数目和细胞代谢有关吗？ 4.核仁的功能是什么？核仁的大小与蛋白质合成的多少有关吗？ 5.组成染色质的成分是什么？染色质和染色体是怎样的关系？ 阅读资料分析核孔结构及功能特点。 资料1：依赖传统技术科学家始终无法得到核孔复合体的准确构象。通过日益完善的冷冻电镜技术，研究人员成功还原了核孔复合体的精细结构，发现其图像类似“甜甜圈”。主要由核被膜、中央栓和核质侧的“核篮”组成。它是生物体内最复杂的蛋白质复合体之一，可由100多种不同蛋白质共同构建，但它的直径只有120nm。三位生物物理学家因发明了此项冷冻电镜技术用于研究生物大分子，而最终获得了2017年诺贝尔化学奖。 图示：核孔的模型及物质通过核孔的运输 资料1得出：核孔结构：由蛋白质组成的蛋白质复合体。同时我们看到，科学的发展离不开技术的进步，生物物理学家拿到了诺贝尔化学奖，可见学科交叉在科研领域的重要性。 资料2：1个细胞大约有3000个核孔。细胞分裂复制染色体时，1个核孔一分钟要运进核内100个蛋白质分子。核孔可以将细胞核内合成的RNA运出细胞核，但DNA不能运送出核。还有一些蛋白质一经运入核内就不能再离开细胞核。 资料2得出：核孔功能：运输RNA、蛋白质等物质，实现核质之间的物质交换和信息交流。问题：任何物质都能自由出入核孔吗？（核孔运输物质具有选择性。）一般细胞代谢越旺盛，核孔数目越多。 从图看出：当需要“货运”的蛋白质大分子跟核孔相应部位结合后，核孔的中央栓蛋白结构发生改变，从而将“货运”蛋白质分子转运进细胞核。小结：物质组成结构，结构决定功能。 资料3：当科学家使用丙烯醛损害核仁时，细胞质中核糖体的含量迅速下降，而核糖体参与蛋白质的合成。 核仁与某种RNA的合成及核糖体的形成有关。根据前面学过的细胞器知识，核糖体的功能是什么？（合成蛋白质的机器） 因此，蛋白质合成快，代谢旺盛的细胞中（如：唾液腺细胞） ，核仁就越大、核孔也越多。 资料4： 人体细胞中每条染色体包含1条纵向贯穿的DNA分子。若将人体1个体细胞中所有的DNA伸展开来，总长可达到2m，直径约为2nm。细胞核的直径仅为10μm。1个DNA长链一般压缩大约50倍组装成1条染色质，继续再压缩200倍组装成染色体。 完成表格： 染色质和染色体的关系 名称 项目染色质染色体 物质 （相同/不同）成分相同主要成分是 和 特性相同易被 染成深色功能相同 的主要载体 时期（相同/不同） 分裂间 期 分裂 期 形态（相同/不同）细长的丝状圆柱状或杆状 相互转化 染色质 染色体
当细胞进入分裂期的时候，染色质高度螺旋化、缩短变粗成为染色体，当细胞分裂结束时，染色体解螺旋，恢复成细丝状的染色质。所以，染色质和染色体实际上是同种物质在不同时期的两种形态。 染色质（体）是DNA的载体，在本章第一节我们就研究过DNA是细胞生物的遗传物质，它携带着大量遗传信息。根据物质组成结构，结构决定功能的观念。说明细胞核是细胞的遗传信息库。 总结：对细胞核功能较为全面的阐述应该是：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 构建细胞核的知识概念图： 四、模型建构——尝试制作真核细胞的三维结构模型 资料5：失去细胞核的细胞存在时间通常是不长久的。如人的红细胞只能存活120天左右。 资料6：精子的头部几乎只保留了细胞核，大部分细胞质及多数细胞器被丢弃，未能受精的精子在24-36个小时内会先后死亡。 细胞的完整性是细胞生命活动的基础，细胞是一个统一的整体，它既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。 因此我们在前面学习了细胞的各种结构的基础上，便可以尝试构建真核细胞的三维结构模型。 阅读教材第57页“探究·实践”，选择一种真核细胞，从结构与功能相适应的观念出发，根据其功能特点选择相对应的核膜、核仁及各种细胞器，尝试构建一个完整的细胞模型。课后，同学们可以从科学性、创新性和低成本等角度对制作的模型进行分析、评价和交流。 制作标准与评价标准： 部分细胞结构的大小参考如下： 核糖体：15-20nm 溶酶体：直径为0.2～0.8 μm 线粒体：直径为0.5～1 μm，长度为2～3 μm 叶绿体：直径为2～4 μm，长度为5～10 μm 中心粒：直径为0.2～0.4 μm，长度0.3~0.5μm 高尔基体：扁平囊直径1μm 内质网：约占细胞总膜面积的一半 细胞核：直径为5～10 μm 核仁：直径为15～20 nm 最后，引用章图中翟中和院士的话：我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧。细胞很小，但探索细胞的世界很大，期待未来的你们能够为人类发现更多有关细胞的奥秘。