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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
1.是否所有的细胞都有细胞核？
否，原核细胞，人和哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞没有细胞核
2.有细胞核的细胞是否都只有一个细胞核？
1个核：绝大多数细胞
无核：高等植物成熟的筛管细胞
哺乳动物成熟的红细胞
多个核：如骨骼肌细胞
早期有细胞核，
成熟后退化消失。
2个核：如双小核草履虫
01
细胞核功能的实验探究
黑美西螈
白美西螈
资料1：美西螈核移植实验
核移植
去核
取核
胚胎细胞
卵细胞
黑美西螈
白美西螈
？
结论一：美西螈的肤色是由细胞核控制的
黑色个体
一、细胞核的功能：
一、细胞核的功能探究
1.美西螈核移植实验
美西螈
黑色美西螈胚胎细胞
白色美西螈卵细胞
美西螈
核移植
结论：美西螈的肤色遗传是由 控制的。
黑色美西螈卵细胞
白色美西螈胚胎细胞
去核
取核
取核
去核
核移植
补充对照实验
黑色
白色
细胞核
开始
分裂
发育（快）
发育（慢）
蝾螈的
受精卵
无核
有核
不分裂
分裂
继续
分裂
资料2：蝾螈受精卵横缢实验
结论二：细胞核控制着细胞的分裂和分化
切
有核部分
无核部分
死亡
死亡
死亡
取出核
一段
时间后
植入细胞核
正常生活
细胞核
资料3：变形虫的切割实验
结论三：变形虫的生长、分裂、再生、对外界刺激做出反应是由细胞核控制的
资料4：伞藻嫁接和核移植实验
柄
假根
“伞帽”
伞形帽
菊花帽
结论四：伞藻的形态结构特点是由细胞核控制的
资料4：伞藻嫁接和核移植实验
实验名称 结论
美西螈 核移植实验 生物体性状的遗传是由细胞核控制的
蝾螈受精卵 横缢实验 细胞核控制着细胞的分裂、分化
变形虫去核 及核移植实验 细胞核是细胞生命活动的控制中心
伞藻嫁接 与核移植实验 生物体形态结构的建成主要与细胞核有关
①细胞核是遗传信息库，②是细胞代谢和遗传的控制中心
一、细胞核的功能探究
02
细胞核的结构和功能
核膜
核孔
双层膜，主要由蛋白质和脂质组成
功能：①把核内物质与细胞质分开
②选择透过性:控制分子较小的物质进出细胞核
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
选择透过性:控制大分子物质进出细胞核（消耗能量）（如蛋白质、RNA等物质）
，DNA不能通过核孔
核仁
与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。折光性强，易辨认。
代谢越旺盛的细胞，核孔的数目越多，
二、细胞核的结构
主要由DNA和蛋白质组成;DNA是遗传信息的载体。
染色质
核仁越大
是（同一种物质）在细胞（不同时期）的（两种存在状态）。
染色质和染色体是什么关系？
螺旋化、变粗、变短
解螺旋
染色质
（丝状）
染色体
（圆柱状、杆状）
（细胞分裂时）
（细胞分裂结束时）
DNA
细胞核
遗传信息
蓝图
由亲代细胞传递给子代细胞，保证亲子代细胞遗传性状的一致性。
遗传信息库，细胞遗传和代谢的控制中心
储存着
控制
物质合成
能量转化
信息交流
遗传
代谢
细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。
细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧；各组分之间分工合作成为一个统一的整体，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。
寿命约为120d
单独的细胞核无法
独立生存
人们为了某种 而对认识对象所做的 一种简化的 。
物理模型：以 形式直观地表达认识对象的特征。
概念模型：用 突出表达对象的主要特征和联系。
数学模型：用来描述一个系统或它的性质的 。
特定目的
概括性描述
实物或图片
文字或符号
数学形式
（如：细胞亚显微结构模式图、DNA双螺旋结构模型、
流动镶嵌模型等）
（如：光合作用和呼吸作用、血糖平衡、体温调节图解等）
（如：方程式、关系式、“J”型曲线、表格等）
1.概念：
2.类型：
三、尝试制作真核细胞的三维结构模型
例.实验①：分别将已分裂10次和30次的成纤维细胞的细胞核互换，重组成的“老核新质”和“新核老质”细胞能分别再分裂20次和40次。
实验②：鸟类红细胞有细胞核，但不能进行DNA的复制和转录，癌细胞的细胞核很活跃，既能进行DNA的复制，也能进行DNA的转录，将鸟的红细胞的细胞核移入去核的癌细胞中，鸟的红细胞的细胞核开始进行DNA的复制和转录。以上实验不能说明（ ）
A.细胞分裂次数是由细胞核中的物质决定的
B.细胞质中存在影响细胞分裂的物质
C.细胞分裂是由细胞核和细胞质共同控制的
D.只要有合适的细胞质，细胞核就能表现出全能性
D
7. 据图分析细胞核的结构和功能
（1）将①彻底水解主要可得到的小分子有
____________________________________ 。
氨基酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
（2）②是产生核糖体、mRNA和合成蛋白质的场所吗？
____________________________________________ _。
不是，②是核仁，与某种RNA的合成和核糖体的形成有关。
（3）蛋白质和RNA等大分子物质通过核孔进出细胞核是 能量的，
______选择性，跨膜层数为 。
需要
具有
零
（多选）下列关于细胞核结构与功能的叙述，正确的有（ ）
A.染色质是核内易被碱性染料染成深色的物质
B.染色质和染色体的形态、结构、化学成分都完全相同
C.细胞核是细胞进行各种化学反应的主要场所
D.细胞核中可进行遗传物质的转录和翻译
E.控制细胞器进行物质合成、能量转化等的指令，主要通过核孔从细胞核运到细胞质
F.大肠杆菌分裂比较旺盛，因此核孔的数目越多，核仁越大
G.真核细胞的核膜上有多种酶，有利于各种化学反应顺利进行
H.精子的寿命较卵细胞短，体现了动物细胞核全能性较差
I.核膜由四层磷脂分子组成，蛋白质、DNA等生物大分子可以穿过核孔进出细胞核
细胞质
无细胞质
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第3节 细胞核的结构和功能 课时练习
【基础练习】
1.科学家已知伞藻的伞帽形态主要由假根中的细胞核控制,并用伞形帽和菊花形帽两种伞藻进行了一个嫁接实验,如图表示其中的一组。对此实验的有关分析错误的是( )
A.本实验中的另一组应该将乙的伞柄移植到甲的假根上
B.由本实验可以推测伞帽的形态可能主要与假根有关
C.若要进一步验证细胞核的功能,还应进行核移植实验
D.本实验表明伞柄和假根中都有细胞质,但帽形由细胞核控制
2.为探究细胞核的功能,科学家进行了下列实验(如图)。
实验①:用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,中间只有很少的细胞质相连,结果无核的一半(a)停止分裂,有核的一半(b)能继续分裂。
实验②:b部分分裂到16~32个细胞时,将一个细胞核挤入不能分裂的a部分,结果a部分开始分裂、分化,进而发育成胚胎。
下列叙述中不正确的是( )
A.实验①中,a部分属于实验组,b部分属于对照组
B.实验②中a部分的操作与实验①中的a形成对照
C.实验结果可以说明细胞核与细胞的分裂、分化有关
D.实验还能说明细胞核是遗传信息库,是代谢和遗传的控制中心
【细胞核的结构】
3.下列关于染色体的叙述中,不正确的是( )
A.染色体和染色质是同样的物质在不同时期的两种形态
B.严格地说,只有在细胞分裂时才出现染色体
C.蓝细菌在进行细胞分裂时也能形成染色体
D.染色质是遗传物质的主要载体,只存在于细胞核内
4.如图是细胞核的结构模式图,回答下列问题:
(1)膜结构①可以把核内物质与细胞质分开,它共含有 层磷脂分子;能与 (填一种细胞器)膜直接相连,反映了生物膜在结构上的联系。
(2)图中结构②是极细的丝状物,称为 ,主要成分是 。
(3)结构③ 与某种 的合成以及 的形成有关。因此,蛋白质分泌旺盛的细胞,结构③的体积一般较大。
(4)研究发现,通常代谢越旺盛的细胞,核膜上④ 的数量越多。据此推测,出现这一现象是因为结构④能够 。
【能力提升】
1.为了研究细胞核的作用,一位生物学家研究了100个细胞,他把每个细胞都分成含细胞核和不含细胞核两个部分,然后把这些细胞放在同样的条件下培养,结果如表。下列有关叙述正确的是( )
时间/天 1 2 3 4 5 6
细胞无核部分的存活个数 81 62 20 0 0 0
细胞有核部分的存活个数 79 78 77 74 67 65
A.培养一天后无核部分的存活个数比有核部分存活个数多,说明去除细胞核有利于细胞的生存
B.细胞有核部分仍存在一定的死亡率,是细胞的正常死亡或实验操作对细胞伤害所致
C.该实验缺乏对照组,实验数据不可靠,需要再准备100个完整细胞统计存活率
D.实验可说明细胞核是细胞代谢的中心
2.亲核蛋白是在细胞核内发挥作用的一类蛋白质,具有头部和尾部。科学家为研究亲核蛋白进入细胞核的机制,进行了如表所示实验。下列分析不合理的是( )
组别 A B C
实验 操作 放射性标记亲核蛋白 分离得到亲核蛋白的头部,并进行放射性标记 分离得到亲核蛋白的尾部,并进行放射性标记
分别注入细胞质中,一段时间后检测细胞核中的放射性
实验 结果 + - +
注:“+”表示有放射性,“-”表示无放射性。
A.本实验不能用15N进行标记
B.细胞核对于吸收的物质具有选择性
C.亲核蛋白的头部是进入细胞核的关键
D.亲核蛋白可能是通过核孔进入细胞核的
3.核孔复合物(NPC)结构是细胞核的重要结构,科研人员解析了来自非洲爪蟾NPC的近原子分辨率结构,取得了突破性进展,通过电镜观察到NPC附着并稳定融合在细胞核膜高度弯曲的部分。下列相关叙述正确的是( )
A.附着NPC的核膜为双层膜结构,且可以与高尔基体膜相连
B.NPC保证了蛋白质、RNA、DNA等大分子自由进出细胞核
C.非洲爪蟾NPC数目、分布与细胞代谢强度有关
D.哺乳动物成熟红细胞中的NPC数量较少,因此细胞代谢较弱
4.(不定项)肿瘤细胞的无限增殖和抗药性的产生与核DNA有关。某种新型的抗肿瘤药物可通过作用于核DNA抑制肿瘤细胞的恶性增殖,逆转肿瘤细胞的耐药性。该药物分子进入细胞核的过程如下图,据图分析下列说法错误的是( )
A.肿瘤细胞核内储存着遗传信息,是细胞的控制中心
B.由图可知药物分子进入细胞有2种途径,依赖膜的流动性和选择透过性
C.该药物分子可通过核孔进入细胞核并积累,体现核孔对物质进出的选择性
D.增加药物分子在细胞质中的停留时间,有利于发挥该抗肿瘤药物的作用效果
第3节 细胞核的结构和功能 课时练习答案
【基础练习】
1.D 由题图可知,题图所示实验是将甲的伞柄移植到乙的假根上,则另一组应该将乙的伞柄移植到甲的假根上,形成相互对照,A正确;该实验中新长出的伞帽与提供假根的伞藻的伞帽形态一致,推测伞帽的形态主要与假根有关,但不能排除假根中其他物质的作用,若要进一步验证细胞核的功能,还应进行核移植实验,B、C正确,D错误。
2.D 实验①中,a部分(无核)属于实验组(进行了实验操作“将核挤出”),而b部分(有核,“自然状态”)属于对照组,A正确;实验②中a部分的操作(挤入了核)与实验①中a部分(无核)形成前后自身对照,B正确;实验中无核部分停止分裂,挤入核后开始分裂、分化,说明细胞核与细胞的分裂、分化有关,但不能说明细胞核是遗传信息库、是代谢和遗传的控制中心,C正确,D错误。
3.C 蓝细菌是原核生物,其裸露的环状DNA位于拟核,拟核区域不能形成染色体,C错误;染色质(体)主要由DNA和蛋白质组成,是遗传物质的主要载体,只存在于细胞核内,原核生物、线粒体、叶绿体中的DNA不与蛋白质结合形成染色质(体),D正确。
4.答案 (1)4 内质网 (2)染色质 DNA和蛋白质 (3)核仁 RNA 核糖体 (4)核孔 实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
解析 (1)①核膜是双层膜,共含有4层磷脂分子(2层磷脂双分子层)。核膜与内质网膜直接相连。(2)染色体和染色质是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态,结构②染色质是极细的丝状物,染色体是染色质高度螺旋化缩短变粗后的结构。
【能力提升】
1.B 长时间来看,无核部分存活时间短,存活数量少,因此不能说明去除细胞核有利于细胞的生存,A错误。细胞有核部分培养1天后的死亡数据可能与细胞本身的差异、细胞正常死亡、实验操作对细胞的伤害等有关,B正确。题述实验设置有核部分作为对照组,100个细胞实验数量较多,实验偶然性小,数据可靠,C错误。细胞核是细胞代谢的控制中心,且根据实验不能得出细胞核是细胞代谢中心的结论,D错误。
易错分析 (1)细胞核并不是细胞代谢的中心,而是细胞代谢的控制中心,细胞代谢的主要场所是细胞质。 (2)细胞核与细胞质是“相互依存”的关系。
2.C 对题干信息转化及分析如下:
15N为稳定同位素,不具有放射性,因此不能用15N对亲核蛋白进行标记,A合理;放射性标记的头部没有进入细胞核,放射性标记的尾部进入细胞核,说明细胞核对吸收的物质具有选择性,亲核蛋白的尾部是进入细胞核的关键,B合理,C不合理;亲核蛋白是大分子物质,可能是通过核孔进入细胞核的,D合理。
3.C 核膜为双层膜结构,且可与内质网膜相连,A错误;NPC对进出细胞核的物质具有选择性,如核内的DNA一般不能通过NPC出细胞核,B错误;核孔复合物(NPC)可实现核质之间频繁的物质交换和信息交流,NPC的数目及分布与细胞代谢强度有关,C正确;哺乳动物成熟红细胞没有细胞核,因此不含NPC,D错误。
4.D 1处的药物分子通过形成囊泡的形式进入细胞,2处的药物分子穿过细胞膜进入细胞,因此药物分子进入细胞依赖膜的流动性和选择透过性,B正确。药物分子在细胞质中停留时间延长,被降解的概率也会增大,不利于药物在细胞核的积累并发挥作用,D错误。
归纳总结 (1)代谢旺盛的细胞中,核孔数量多、核仁大。
(2)核仁与细胞中核糖体的形成有关。原核细胞无核仁,其核糖体的形成与核仁无关。
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必修1 分子与细胞
第三章 细胞的基本结构
第三节 细胞核的结构和功能
细胞核
1个核：绝大多数细胞
无核：高等植物成熟的筛管细胞、哺乳动物成熟的红细胞
2个核：如双小核草履虫
多个核：如骨骼肌细胞
细胞核的作用
细胞核控制着细胞的代谢和遗传。细胞核控制细胞的分裂、分化。
细胞核的结构
1、核膜（双层膜，把核内物质与细胞质分开）（选择透过性）
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）
代谢越旺盛的细胞，核孔的数目越多，核仁越大
染色质与染色体
是（同一种物质）在细胞（不同时期）的（两种存在状态）。
细胞既是生物体结构的基本单位，又是生物体代谢和遗传的基本单位。
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