第3节 细胞核——系统的控制中心
学习目标
核心素养
1．阐明细胞核的结构和功能。(重点)
2.尝试制作真核细胞的三维结构模型。
3.认同细胞核是生命系统的控制中心。
1．通过对细胞核的结构和功能的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。
2.通过对细胞结构的学习，养成模型与建模的科学思维方式。
3.通过学习细胞核功能的相关实验，提高对实验现象的观察和实验结果的分析的科学探究能力。
一、细胞核的分布与结构
1．分布
(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外，真核细胞都有细胞核。
(2)原核细胞无细胞核。
2．结构
3．染色体的组成及特点
(1)组成
(2)特点：容易被碱性染料染成深色。
二、细胞核的功能与模型构建
1．将下列探究实验名称与结论[连线]
①美西螈核移植 a．细胞核控制细胞形态结构
②蝾螈受精卵横溢 b．皮肤的颜色由细胞核控制
③变形虫切成两半 c．细胞分裂和分化由细胞核控制
④伞藻嫁接与核移植 d．应激性由细胞核控制
提示：①－b ②－c ③－d ④－a
2．细胞核的功能
(1)细胞核是遗传信息库。
(2)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。
3．模型构建
(1)概念：模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种概括性的描述。
(2)类型：物理模型、概念模型、数学模型等。
(3)举例：沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型属于物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。
三、细胞在生命系统中的地位
1．结构特点
(1)结构复杂而精巧。
(2)各组分之间分工合作成为一个整体。
2．地位
(1)生物体结构的基本单位。
(2)生物体代谢和遗传的基本单位。
1．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。 ( )
2．细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞的控制中心。 ( )
3．核膜上的核孔可以让蛋白质和DNA自由进出。 ( )
4．代谢旺盛的细胞核孔数目较多。 ( )
5．染色质和染色体是存在于细胞核中的两种不同物质。 ( )
提示：1．× 极少数细胞由于特殊的功能无细胞核，真核细胞都有细胞核，细胞核是细胞生命活动必需的。
2．√
3．× 核孔具有选择性，DNA不能进出，蛋白质的进入是选择的。
4．√
5．× 染色质和染色体是同一种物质的两种状态。
细胞核的结构和功能
[问题探究]
1．核孔是不是一个真实的孔？大分子物质(蛋白质和RNA)也能通过核孔进出细胞核，是否说明核孔不具有选择性？举例说明。
提示：核孔不是一个真实的孔，而是一个蛋白质复合体。核孔具有选择性，例如细胞核内的DNA就不能通过核孔进入细胞质。也并不是所有的蛋白质都能通过核孔。
2．代谢越旺盛的细胞，蛋白质合成和核质之间物质交换越频繁。请总结核孔数量、核仁大小与细胞代谢程度的关系？
提示：代谢旺盛的细胞中，核仁较大，核孔数量多。
3．染色质与染色体有什么关系？
提示：染色质和染色体是同样的物质在细胞不同时期的两种存在状态。
[归纳总结]
1．核膜的结构和功能
2．核仁
(1)结构：光学显微镜下为折光性较强的致密小体。
(2)功能：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
染色质
染色体
不同点
存在时期
分裂间期
分裂期
形态
极细的丝状
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
关系
同一种物质在不同时期的两种存在状态，转化关系为：
1．下图为细胞核结构模式图，下列有关叙述正确的是( )
A．①是由DNA和蛋白质组成的环状结构
B．②是产生核糖体、RNA和蛋白质的场所
C．蛋白质、DNA等生物大分子可以穿过核孔进出细胞核
D．核孔对物质的运输具有选择性
D [图中①是染色质，是由蛋白质和DNA组成的丝状结构，选项A错误；②是核仁，与某种RNA的合成及核糖体的形成有关，选项B错误；③是核孔，蛋白质和RNA可通过核孔，但DNA不能通过核孔进出细胞核，选项C错误；核孔也具有选择透过性，选项D正确。]
(1)物质进出细胞核都必须通过③吗？为什么？
提示：不是，核孔是某些大分子物质进出细胞核的通道，小分子物质进出细胞核一般是通过跨膜运输实现。
(2)原核细胞具有图中的①②结构吗？
提示：原核细胞不具有染色质和核仁。
2．大量事实表明，在蛋白质合成旺盛的细胞中，常有较大的核仁。这有力支持下列哪一科学结论( )
A．细胞中的蛋白质主要是由核仁合成的
B．核仁可能与组成核糖体的必需物质的合成有关
C．无核仁的细胞往往不能合成蛋白质
D．蛋白质的合成与核仁无关
B [题干中信息说明核仁可能与核糖体的合成有关，B项正确。细胞中的蛋白质是在核糖体上合成的，故A项错误；无核仁的细胞，如原核细胞也能合成蛋白质，故C项错误；蛋白质的合成与核仁有关，D项错误。]
细胞核的功能
[问题探究]
1．伞藻核移植的实验，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。
2．将草履虫的细胞核取出，经过一段时间适宜培养后，细胞核死亡，而去核草履虫仍能存活一段时间，请分析原因。
提示：细胞质为细胞核提供营养和能量，离开细胞质，细胞核不能单独存在。细胞核控制细胞的代谢，没有细胞核，细胞质内已合成的蛋白质能在一段时间内发挥作用。
3．精子几乎无细胞质，哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，它们的存活时间都很短，为什么？
提示：因为细胞是一个统一的整体。细胞核和细胞质是相互依存的。
4．生物的性状都是由细胞核控制的吗？
提示：生物的性状并不是都由细胞核控制，细胞质中也有遗传物质，也控制生物的部分性状。
[归纳总结]
1．实验过程
实验内容
实验方法及结果
得出结论
①两种美西螈的细胞核移植
美西螈皮肤颜色是由细胞核控制的
②蝾螈的受精卵横缢
蝾螈细胞的分裂与分化是由细胞核控制的
③将变形虫切成两半
变形虫的分裂、生长、再生和应激性是由细胞核控制的
④伞藻的嫁接与核移植
伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的
2.实验分析
(1)实验②③④均遵循了对照原则。
(2)伞藻核移植实验可排除假根中其他物质的影响，是对伞藻嫁接实验的补充，进一步验证细胞核的功能。
(3)由实验②③还说明细胞只有保持结构的完整性，才能完成正常的生命活动。
3．细胞核与细胞质的关系
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．如图为某同学利用同位素标记法研究变形虫细胞核功能的实验，据此推断不正确的是( )
A．RNA首先在细胞核中合成，然后释放到细胞质中
B．细胞核可能通过控制RNA的合成间接控制细胞的代谢
C．若核质分离较长时间后进行移植，则B组实验细胞质中可能无15N的RNA
D．A组培养液换用15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸进行实验，可得到相同的实验结果
D [尿嘧啶是合成RNA的原料，由图可知，在细胞核中首先发现被15N标记的RNA，然后在重组细胞的细胞质中发现被15N标记的RNA，说明RNA首先在细胞核中合成，然后释放到细胞质中；细胞核可以通过控制RNA的合成来控制蛋白质的合成，进而控制细胞的代谢；若核质分离较长时间，可能由于细胞核缺乏物质和能量供应导致死亡，这样B组重组细胞质中无15N标记的RNA；胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA的原料，A组培养液换用15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸进行实验，若DNA进行复制，可在细胞核中发现被15N标记的DNA，但DNA不进入细胞质，所以在细胞质中没有被15N标记的DNA，若DNA不复制，则在细胞核与细胞质中都无15N标记的DNA。]
2．有人利用真核单细胞生物a、b做了如下实验，这个实验最能说明的问题是( )
A．控制c性状发生的遗传信息来自细胞核
B．控制c性状发生的遗传信息来自细胞质
C．c性状发生是由细胞核和细胞质的遗传信息共同决定的
D．细胞核内的遗传信息控制生物一切性状的发生
A [由题中实验可知，a细胞的细胞核放入经人工处理后去核的b细胞，培养一段时间后形成的c细胞表现出a细胞的性状。将b细胞经人工处理后得到的细胞培养一段时间，表现出b细胞的性状，显然细胞核决定性状，即控制c性状发生的遗传信息来自细胞核，与细胞质无关。本实验中的观察目标是细胞，并不能代表生物体的一切性状。]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．核膜是不连续的双层膜，其上有核孔。
2.核孔是RNA和蛋白质等大分子进出的通道。
3.染色质和染色体是同样的物质在细胞不同时期的两种存在状态，主要成分是DNA和蛋白质。
4.核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。
5.细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。
6.模型包括物理模型、概念模型和数学模型等。
1．细胞核的主要功能是( )
A．进行能量转换
B．合成蛋白质
C．遗传物质贮存和复制的场所
D．贮存能源物质
C [细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，所以C项正确。]
2．细胞核中与核糖体的形成有关的结构是( )
A．核膜 B．染色质
C．核仁 D．染色体
C [核仁的功能是组装核糖体。]
3.如图表示再生能力很强的原生动物喇叭虫，将它切成①②③三截(图中a：纤毛；b：细胞核；c：根部)。能再生成喇叭虫的是( )
A．① B．② C．③ D．①②③
B [细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。]
4．一同学将下图乙伞藻的细胞核与伞形帽去掉，并将甲伞藻的细胞核移入乙中，则存活下来的伞藻的外形是( )
B [细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，因此将甲伞藻的细胞核移到去核的乙伞藻中，长出的伞部与甲相同，故B正确。]
5．下面为典型细胞核及其周围部分结构示意图。请据图回答：
(1)只有在________细胞中，使用电子显微镜才可以看到此图所表示的结构。
(2)在细胞有丝分裂过程中，[ ]________高度螺旋化，成为________。
(3)由图中可见[1]________和[ ]________的连通，使细胞质和核内物质的联系更为紧密。
(4)图中[2]的功能是__________________。
[3]主要是由________和________组成的；核糖体的合成与图中[ ]________有关。
[解析] (1)细胞核的有无是真核细胞与原核细胞的根本区别，只有在真核细胞中才能观察到细胞核。(2)细胞核主要由核膜、核仁、染色质三部分构成。核膜把细胞核和细胞质分开，并控制细胞核与细胞质间的物质交换。(3)核膜上有核孔，是RNA和蛋白质的通道。(4)染色质是由DNA和蛋白质构成的，是遗传物质的主要载体，染色质螺旋变粗形成染色体。核仁与核糖体的形成有关。
[答案] (1)真核 (2)3 染色质 染色体
(3)内质网 5 核膜
(4)实现核质之间频繁的物质交换和信息交流 DNA 蛋白质 4 核仁
课件53张PPT。第3章 细胞的基本结构第3节 细胞核——系统的控制中心哺乳动物成熟的红细胞原核细胞双层 细胞质 RNA 核糖体 DNA和蛋白质 DNA 核质 信息 DNA 碱性染料遗传信息库代谢和遗传概括性物理模型概念模型DNA双螺旋结构分工合作基本单位生物体代谢和遗传细胞核的结构和功能 细胞核的功能 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十一) 细胞核——系统的控制中心
(建议用时：25分钟)
[合格基础练]
1．下图所示为科学家进行的蝾螈受精卵横缢实验。你认为该图最能说明( )
A．细胞质控制着细胞的性状
B．细胞核控制着细胞的性状
C．细胞质与细胞分裂、分化密切相关
D．细胞核与细胞分裂、分化密切相关
D [蝾螈受精卵横缢为两部分，无核部分与有核部分相互对照，后来无核部分挤进细胞核后与之前自身前后对照，均说明细胞核控制着细胞的分裂和分化。]
2．科学家用显微技术除去变形虫的细胞核，其新陈代谢减弱，运动停止。当重新植入细胞核后，发现其生命活动又能恢复。这说明了细胞核是( )
A．细胞代谢的主要场所
B．遗传物质的储存和复制场所
C．细胞遗传特性的控制中心
D．细胞生命活动的控制中心
D [根据题意去核后变形虫代谢减弱，运动停止，植入核后又恢复，可知细胞核是细胞生命活动的控制中心。]
3．蝾螈受精卵横缢实验、伞藻核移植实验不能说明( )
A．细胞分裂与细胞核有关
B．伞帽的形状与细胞核有关
C．伞帽的形状与细胞膜有关
D．细胞核控制着细胞的代谢和遗传
C [蝾螈受精卵横缢实验结果是有核部分能够分裂发育形成胚胎，无核部分则停止分裂发育，说明细胞核与细胞分裂有关；伞藻核移植实验结果是伞帽形状总是与提供细胞核的亲代相同，说明了伞帽的形状与细胞核有关。综合分析，细胞核控制着细胞的代谢和遗传。]
4．对染色质和染色体的叙述中，错误的是( )
A．所有细胞的染色体都存在于细胞核中
B．染色质和染色体的形态结构和化学成分完全相同
C．染色质或染色体的主要成分是DNA和蛋白质
D．染色质或染色体只存在于真核细胞的细胞核中
B [染色体存在于真核细胞的细胞核中；染色质和染色体是同一物质在细胞周期中不同时期的两种存在状态，其化学组成相同，都主要由DNA和蛋白质组成；原核细胞中没有染色质或染色体，真核细胞中有染色质或染色体。]
5．下列有关细胞核的叙述正确的是( )
A．核膜不与细胞内的其他膜相连
B．核仁与细胞核内蛋白质的合成有关
C．DNA通过核孔进入到细胞质控制细胞的代谢
D．细胞周期中染色体和染色质发生周期性变化
D [本题考查细胞核的结构和功能。核膜与内质网膜是相连的。核仁与rRNA和核糖体的形成有关，细胞核中的蛋白质是在细胞质中的核糖体上合成的。细胞核中的DNA不能进入到细胞质中。]
6．下图为真核细胞的部分结构示意图，请据图分析回答下列问题：
(1)细胞核是由[ ]__________、[ ]__________和[ ]__________等部分构成的。
(2)细胞中大分子物质进出细胞核的通道是[ ]__________。
(3)核膜由__________层膜组成，其__________层膜与[ ]__________膜相连，从而加强了__________与__________在生命活动过程中的联系。
(4)细胞核的生理功能是____________的场所，是细胞__________和__________的控制中心，在细胞的各项生命活动中起着__________作用。
[答案] (1)② 染色质 ③ 核仁 ④ 核膜
(2)⑤ 核孔
(3)2 外 ① 内质网 细胞核 细胞质
(4)遗传物质贮存和复制 代谢 遗传 决定性
[等级过关练]
7．如图是细胞核模型图，①～⑤表示细胞核的各种结构，⑥和⑦是两种细胞器。下列说法错误的是( )
A．②③是生物膜的一部分
B．⑦的形成与结构⑤有关
C．⑥可以与②直接相连
D．分泌蛋白的运输、加工离不开⑥和⑦
D [ 图中②和③分别表示核膜的外膜和内膜，属于生物膜的一部分。⑤是核仁，与核糖体(⑦)的形成有关。由图可知，内质网(⑥)与②直接相连。分泌蛋白由附着在内质网上的核糖体合成，经内质网、高尔基体运输和加工后，分泌到细胞外。]
8．如图，科学家对单细胞伞藻进行幼体嫁接，将甲种伞藻的伞柄嫁接到乙种伞藻的假根上，长出了伞帽。下列有关评价合理的是( )
A．该实验证明了细胞核是遗传的控制中心
B．该实验证明了细胞核是代谢的调控中心
C．欲证明细胞核的功能，需同时进行对照实验
D．第一次长出的伞帽与乙的伞帽特征完全相同
C [细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，但要通过实验证明细胞核决定伞帽的特征，需要同时进行对照实验，以增加实验的说服力；因假根中除细胞核外还有其他物质或结构，故该实验不能证明细胞核是遗传的控制中心或代谢的调控中心，故A、B项错；因性状的表达除受细胞核中遗传物质控制外，还受细胞质中遗传物质及原有的遗传物质控制合成的物质和外界环境因素的影响，故D项错。]
9．蛙成熟的未受精卵具有活跃的DNA合成能力，而脑组织则不能分裂。科学家进行了如下图所示的核移植实验，请分析回答下列问题：
(1)蛙成熟的未受精卵中DNA合成所需的酶是在细胞质中的__________上合成的，并通过________进入细胞核中。除此之外，细胞质还为细胞核代谢提供所需的____________等。
(2)脑细胞无核部分仍能够生活一段时间，但最终死亡的原因是
______________________________________________________
______________________________________________________。
(3)单独的细胞核不能生存的原因是
______________________________________________________
______________________________________________________。
(4)本实验证明了
______________________________________________________
______________________________________________________。
[解析] (1)DNA合成酶的化学本质是蛋白质，需在核糖体上合成；酶为大分子物质，从核孔处进入细胞核，核内合成DNA等需细胞质提供原料及能量。
(2)脑细胞无核部分仍能生活一段时间，原因是原有的蛋白质还起作用，但最终会死亡，因为失去了细胞核的控制，细胞质无法形成新的物质和能量。
(3)单独的细胞核不能生存的原因是缺少了细胞质提供物质和能量。
(4)本实验证明了细胞核与细胞质是相互依存的统一整体，细胞只有保持完整性，才能完成其复杂的生命活动。
[答案] (1)核糖体 核孔 原料、能量
(2)失去细胞核的控制，细胞质无法形成新的物质和能量
(3)无物质和能量的供应
(4)细胞质和细胞核是相互依存的统一整体，细胞只有保持完整性，才能完成其复杂的生命活动
