高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3节 细胞核的结构和功能教学设计

第3节　细胞核的结构和功能

一、细胞核的功能

1.细胞核功能的探究实验

(1)美西螈胚胎细胞的核移植实验

实验结论：美西螈的皮肤颜色是由细胞核控制的。

(2)蝾螈受精卵横缢实验

实验结论：蝾螈细胞的分裂、分化受细胞核控制。

拓展　蝾螈

由头、颈、躯干、四肢和尾5部分组成。蝾螈犁骨齿裂呈“∧”形，前端汇合；颅骨卵圆形；前颌骨1枚，鼻突不与额骨相连，左右鼻骨相连；额鳞弧粗壮；上颌骨甚短，翼骨甚小，二者相距远。

(3)变形虫的切割实验

实验结论：变形虫的摄食、应激性及生长和分裂等各项生命活动都离不开细胞核，细胞核是细胞生命活动的控制中心。

(4)伞藻嫁接与核移植实验

①伞藻嫁接实验

②伞藻核移植实验

③实验结论：伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的。

特别提醒　探究细胞核功能实验的4点提醒

(1)蝾螈受精卵横缢实验、变形虫切割实验和伞藻嫁接与核移植实验均设置了对照实验。

(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)蝾螈受精卵横缢实验和变形虫切割实验还能够说明细胞只有保持完整性，才能完成正常的生命活动。

(4)细胞核并不是细胞代谢的中心，而是细胞代谢的控制中心，因为细胞代谢的主要场所是细胞质基质。

2.细胞核的功能

(1)细胞核是遗传信息库。细胞核是遗传物质(DNA)储存和复制的场所，DNA携带遗传信息，并通过复制由亲代传给子代，保证了亲子代细胞在遗传性状上的一致性。

(2)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。细胞核控制着细胞的物质合成、能量转换和信息交流，使生物体能够进行正常的细胞代谢。

(1)细胞核是储存遗传信息和细胞代谢的主要场所(　　)

(2)哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，所以不能再生长(　　)

(3)伞藻嫁接与核移植实验证明细胞核是生命活动的控制中心(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)×

1.伞藻实验中为什么要设计伞藻核移植实验？

提示　伞藻核移植实验可排除假根中其他物质的影响，是对嫁接实验的有效补充，进一步验证细胞核的功能。

2.原核生物细胞代谢和遗传的控制中心是哪里？

提示　原核生物的拟核是储存遗传物质的主要场所，是细胞代谢和遗传的控制中心。

二、细胞核的结构

1.细胞核的结构

拓展　核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢的强弱有关。代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞，核孔数量较多，核仁较大。

2.染色体与染色质的关系

同一物质在细胞不同时期的两种存在状态，转化关系为：染色质染色体。

(1)细胞核内行使遗传功能的结构是核仁(　　)

(2)RNA通过核孔进入细胞质穿过2层膜(　　)

(3)染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在形态(　　)

(4)核孔对大分子物质进出细胞核不具有选择性(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×

如图表示细胞核结构模式图，请回答：

(1)图中对核内物质起屏障作用的是[　　]__________，它是由________层膜构成的，细胞质合成的组蛋白等蛋白质是通过其上的[　　]________进入细胞核的。

(2)细胞核行使遗传功能的重要结构是[　　]_________________________________，遗传信息存在于其组分________上。

(3)结构[②]________的功能是__________________________________________________。

(4)简要指出原核细胞的拟核与图中细胞核在结构上存在的差异：____________________。

提示　(1)③　核膜　双　④　核孔　(2)①　染色质　DNA

(3)核仁　与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关

(4)原核细胞的拟核无核膜、核孔、核仁、染色质等结构，且其DNA是裸露的

三、建构模型和细胞的概述

1.建构模型

(1)概念：模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。

(2)类型：物理模型、概念模型、数学模型等。如沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型属于物理模型。

拓展　真核细胞三维结构模型的构建过程：确定模型种类→确定材料用具→确定实施过程和具体分工→完成模型制作→模型检查、修补→表达交流。

2.细胞是一个整体

(1)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。

(2)细胞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。

(1)DNA双螺旋结构模型属于物理模型(　　)

(2)细胞只有保持其结构的完整性，才能正常地完成各项生命活动(　　)

(3)拍摄洋葱鳞片叶表皮的显微照片属于物理模型(　　)

答案　(1)√　(2)√　(3)×

1.(2018·成都高一检测)科学家对单细胞伞藻的幼体嫁接，将甲的伞柄嫁接到乙的假根上，长出了乙的伞帽。如图所示，下列有关评价合理的是(　　)

①该实验证明了假根能控制伞帽的形状

②该实验证明了细胞核是代谢的调控中心

③欲证明细胞核的功能，需同时进行对照实验

④该实验证明了细胞质是遗传的控制中心

A.①②   B.①③

C.②④   D.③④

答案　B

解析　因为实验是将伞柄嫁接到假根上，所以证明了伞藻的伞帽的形状由假根决定，①合理；该实验没有证明细胞核是代谢的调控中心，②不合理；甲的伞柄嫁接到乙的假根上，长出了乙的伞帽，这说明乙的伞帽形成可能与细胞核有关，该实验中缺少对照实验，不能证明细胞核的功能，要证明细胞核的功能必须再增添对照实验，③合理；该实验没有证明细胞质是遗传的控制中心，④不合理。

2.(2018·辽宁葫芦岛期末)科学家用显微技术除去变形虫的细胞核后，发现其细胞代谢减弱，运动停止；当重新植入细胞核后，细胞代谢恢复，运动恢复。这说明了细胞核是(　　)

A.细胞代谢的主要场所

B.细胞遗传特性的控制中心

C.遗传物质的储存和复制场所

D.细胞生命活动的控制中心

答案　D

解析　细胞代谢的主要场所是细胞质基质，A不符合；细胞核是细胞遗传的控制中心，是遗传物质储存和复制的场所，但与题干所述现象无关，B、C不符合；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，说明细胞核是细胞生命活动的控制中心，D符合。

3.(2019·河南豫南九校联考)如图所示为某生物细胞核的结构组成，下列有关叙述错误的是(　　)

A.从图中可以看出，内质网膜和核膜直接相连

B.图示中有中心体，说明该生物为某些低等植物或动物

C.核孔是大分子物质进出细胞核的通道，具有选择性，核膜也具有选择透过性

D.核仁是与核糖体形成有关的细胞器

答案　D

解析　从图中可以看出，内质网膜和核膜直接相连，A正确；图示中有中心体，说明该生物为某些低等植物或动物，B正确；核孔是某些大分子物质进出细胞核的通道，具有选择性，核膜也具有选择透过性，C正确；核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，但不属于细胞器，D错误。

4.(2018·湖北襄阳四中模拟)模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。下列有关模型的叙述错误的是(　　)

A.罗伯特森拍摄的细胞膜的电镜照片，能直观地表达认识对象的特征，属于物理模型

B.设计并制作细胞膜的流动镶嵌模型时，科学性、准确性比美观与否更重要

C.画概念图是构建概念模型的一种方法，可以梳理所学知识，建立良好的知识结构

D.模型要体现事物的本质和规律性的联系

答案　A

解析　物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，罗伯特森拍摄的细胞膜的电镜照片是实物，不属于模型，A错误；设计并制作细胞膜的流动镶嵌模型，属于物理模型，科学性、准确性比美观与否更重要，B正确；画概念图是构建概念模型的一种方法，可以梳理所学知识，建立良好的知识结构，C正确；模型要体现事物的本质和规律性的联系，D正确。

5.细胞是一个有机的统一整体，下列叙述与这一观点不相符的是(　　)

A.细胞只有保持完整性，才能正常地完成各项生命活动

B.病毒没有细胞结构，病毒的生命活动只有在活的宿主细胞中才能完成

C.离开细胞的细胞器，如叶绿体和线粒体等也能独立地完成各项生命活动

D.去掉细胞核的变形虫最终死亡

答案　C

解析　各种细胞结构通过分工合作完成各项生命活动，细胞失去完整性，将不能独立地完成各项生命活动，A正确；病毒无细胞结构，必须寄生在活细胞内，依赖于完整的细胞才能完成其生命活动，B正确；离开细胞的细胞器，在适宜的条件下只能完成部分生命活动，不能完成所有的生命活动，C错误；去掉细胞核的变形虫会死亡，说明细胞是一个有机的统一整体，D正确。

6.下图为细胞核及其周围部分结构示意图。请据图回答问题(在[　]中填标号，____上填相应名称)：

(1)只有在________细胞中，使用________显微镜才可以看到此图所表示的结构。

(2)[3]________主要由蛋白质以及________组成，前者通过[　　]________进入细胞核内。

(3)图片中可见[1]__________和[　　]__________连通，[　　]________是大分子物质进出细胞核的通道，从而加强了________和________在生命系统中的联系。

答案　(1)真核　电子　(2)染色质　DNA　2　核孔　(3)内质网　5　核膜　2　核孔　细胞质　细胞核

解析　题图中1为内质网，2为核孔，3为染色质，4为核仁，5为核膜。核孔是大分子物质进出细胞核的通道，染色质的主要成分为DNA和蛋白质。图中内质网与核膜相通，使细胞核与细胞质联系紧密。

题组一　细胞核功能

1.(2018·河南郑州期末)下列有关细胞核的叙述，正确的是(　　)

A.细胞核位于细胞的正中央，所以它是细胞的控制中心

B.真核细胞都有一个细胞核

C.原核细胞没有成形的细胞核，其生命活动不受任何因素的控制

D.细胞核能控制细胞的代谢，根本原因在于其中储存有遗传物质DNA

答案　D

解析　细胞核不一定位于细胞的正中央，A错误；真核细胞中，哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，人体的骨骼肌细胞中有多个细胞核，B错误；原核细胞没有成形的细胞核，其生命活动主要受拟核区DNA的控制，C错误；由于遗传信息储存在细胞核中，细胞核才具有控制细胞代谢的功能，D正确。

2.某同学将乙伞藻的细胞核与伞部去掉，并将甲伞藻细胞核移入乙中，则存活下来的乙伞藻其外形是(　　)

答案　B

解析　由题意可知，重组伞藻的细胞核来自甲伞藻，细胞质来自乙伞藻。由于细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心，所以存活下来的乙伞藻其外形与甲伞藻相同。

3.(2018·江苏南京期末)以动物受精卵为实验材料进行以下实验，下列有关分析正确的是(　　)

A.实验①和实验③说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性

B.实验②和实验③说明了细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性

C.实验①说明了细胞核对细胞质的重要性，实验②说明了细胞质对细胞核的重要性

D.该实验结果可以说明细胞是最基本的生命系统

答案　D

解析　实验①和实验③说明了细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性，A错误；实验②和实验③说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性，B错误；实验①说明了细胞质对细胞核的重要性，实验②说明了细胞核对细胞质的重要性，C错误；该实验可以证明细胞核和细胞质都不能单独成活，细胞只有保持结构的完整性才能正常地进行各项生命活动，细胞是最基本的生命系统，D正确。

4.(2019·太原高一检测)将一只黑色公绵羊的体细胞核植入白色绵羊的去核卵细胞中，并将此卵植入另一只黑色绵羊子宫内发育，生出的小绵羊即克隆羊。那么，此克隆绵羊为(　　)

A.黑色公绵羊   B.黑色母绵羊

C.白色母绵羊   D.白色公绵羊

答案　A

解析　细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心；克隆羊的细胞核来自黑色公绵羊，所以此克隆绵羊为黑色公绵羊。

5.如图所示科学家进行变形虫的切割实验，该实验最能说明(　　)

A.细胞核控制细胞的分裂

B.细胞质控制细胞的遗传

C.细胞核控制细胞的生命活动

D.细胞质控制细胞的分化

答案　C

解析　由题图实验可知，变形虫切割后，含有细胞核的部分能正常生长、摄食，不含有细胞核、只有细胞质的部分不能摄食、也不能生长，这说明细胞核对于控制细胞生命活动具有重要作用。

题组二　细胞核的结构

6.观察如图所示的模式图，下列相关说法不正确的是(　　)

A.图中3为核仁，与某种RNA的合成有关

B.图中2为核孔，是DNA和蛋白质进出的通道

C.图中4为核膜，是一种双层膜

D.图中1为染色质，有时形成染色体

答案　B

解析　分析题图可知，图中1是染色质，2是核孔，3是核仁，4是核膜。核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，A正确；核孔是某些大分子物质进出细胞核的通道，如蛋白质和RNA等，但DNA不能通过核孔进出细胞核，B错误；核膜是一种双层膜，C正确；染色质与染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态，D正确。

7.(2019·河北邢台一中月考)下列有关细胞核的叙述，正确的是(　　)

A.哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核

B.用伞藻做验证细胞核功能的实验时不需要移植细胞核

C.蓝细菌的拟核除没有核膜外，其他结构与绿藻细胞的细胞核相同

D.染色质和染色体形态不同，组成成分也不同

答案　A

解析　哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，A正确；利用伞藻做验证细胞核功能的实验中，需要做伞藻核移植实验，从而证明细胞核是遗传的控制中心，B错误；蓝细菌是原核生物，有拟核，没有核膜、核仁、染色体，绿藻是真核生物，其细胞核具有核膜、核仁、染色体，C错误；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，组成成分相同，D错误。

8.下列有关细胞核的叙述中，正确的是(　　)

A.染色体是由RNA和蛋白质组成的结构

B.核仁与核糖体的形成及DNA的合成有关

C.核孔对物质的运输不具有选择性

D.通过核孔能实现核质之间频繁的物质交换和信息交流

答案　D

解析　染色体主要由DNA和蛋白质组成，A错误；核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，B错误；核孔对大分子物质的运输具有选择性，C错误。

9.(2018·江苏省常熟市高一上学期期中)以下关于染色质和染色体关系的叙述中，正确的是(　　)

A.原核细胞有染色质和染色体

B.酵母菌没有染色体或染色质

C.是同一物质在细胞不同时期的不同形态

D.是同一细胞分裂时期的不同物质

答案　C

解析　在细胞分裂时，染色质高度螺旋化，缩短变粗成为染色体。细胞分裂结束时，染色体解螺旋重新变为细丝状的染色质，因此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，C正确。

10.下列关于细胞核的叙述，正确的是(　　)

A.核膜是双层膜，外膜常与内质网相连，且附着有核糖体

B.不同细胞内，核仁的大小是一定的

C.只有等到细胞停止分裂后，才能观察到染色体

D.各种物质都可通过核孔自由出入细胞核

答案　A

11.(2018·四川遂宁期末)人成熟的红细胞和精子的寿命都很短，这一事实体现了(　　)

A.环境因素的影响   B.功能对寿命的影响

C.核、质的相互依存关系   D.遗传因素的影响

答案　C

解析　人成熟的红细胞没有细胞核，而精子的细胞质含量极少。两者的寿命都较短，这说明细胞缺少细胞核或细胞质都无法长期生存，只有两者同时存在，保证了细胞的完整性，细胞才可长期生存。这一事实体现了核、质相互依存的关系。

12.(2019·湖南衡阳第八中学月考)一位生物学家研究了100个细胞，把每个细胞分成两部分，一部分含有细胞核，另一部分没有细胞核，所有细胞都放在相同且适宜的条件下培养一段时间，得到表1、表2所示数据。下列解释不合理的是(　　)

表1

表2

A.出现表1所示实验数据是因为没有细胞核，细胞的生命活动无法正常进行

B.对比表1、表2所示实验数据，说明细胞核对于细胞的生命活动是不可或缺的

C.表1中无核部分没有立即死亡是因为其中含有部分代谢所需的物质、酶等

D.表1和表2中的实验数据说明细胞的分裂和分化离不开细胞核

答案　D

解析　细胞核控制着细胞的代谢，没有细胞核，细胞的生命活动就不能正常进行，A正确；对比表1、表2实验数据，说明细胞核对于细胞的生命活动是不可或缺的，B正确；细胞代谢所需的物质、酶等大部分存在于细胞质中，所以刚去核后，这些物质还能发挥作用，维持细胞代谢，即无核部分没有立即死亡，C正确；细胞的分裂和分化离不开细胞核，但根据表1和表2中的实验数据无法得出这一结论，D错误。

13.以动物受精卵为实验材料进行以下实验，请分析并回答下列相关问题：

(1)预测三种情况下细胞的代谢情况，若用“能生活”或“不能生活”来概括，则属于“能生活”的是____________(填表中的字母)。

(2)设置哪两个组进行对比实验，能说明细胞质对细胞核的重要性？________________(填表中的序号)。

(3)细胞核在整个细胞中的地位可阐述为：细胞核是______库，是细胞________的控制中心。

答案　(1)C　(2)①③　(3)遗传信息　代谢和遗传

解析　(1)受精卵的发育需要细胞质为其提供营养物质，没有细胞质、只有细胞核，受精卵不能发育而死亡；细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，没有细胞核只有细胞质，受精卵不能发育而死亡；由细胞核和细胞质重组形成的重组细胞能生活。

(2)①组实验和③组实验的自变量是有无细胞质，有细胞质，细胞能存活，没有细胞质，细胞不能存活，这说明细胞质对细胞核的重要性，细胞质为细胞核的生理活动提供了蛋白质、酶和核苷酸等物质，没有细胞质提供的这些物质，细胞核内的生理活动将无法进行。

(3)细胞核是遗传的信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

14.(2018·武汉高一检测)如图甲为细胞中某一结构的模式图，图乙表示图甲中3的成分及其各级结构。据图回答下列问题：

(1)图甲所示结构为细胞核的________结构，图甲中1所示的结构由________层膜构成。

(2)图甲中2所示结构是________。该结构数目与细胞类型和代谢水平有关，你认为人的胰岛B细胞比口腔上皮细胞中该结构的数目____________(填“多”或“少”)。

(3)图甲中4________的功能是________________________________________________。

(4)图乙中①控制②的合成，①是______________，检测②用____________试剂。

(5)图乙中①在动物细胞中除了在④上外，还分布在________中。

答案　(1)亚显微　2　(2)核孔　多　(3)核仁　与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关　(4)DNA　双缩脲  (5)线粒体

解析　(1)图甲所示结构为细胞核的亚显微结构。图甲中1表示核膜，具有2层膜。(2)图甲中2所示结构是核孔，核孔是细胞核与细胞质之间物质交换和信息交流的通道，通常代谢旺盛的细胞的核孔数目相对较多，所以胰岛B细胞比口腔上皮细胞中该结构的数目多。(3)图甲中4核仁的功能是与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。(4)图乙中①控制②的合成，①表示双螺旋结构的DNA，检测②蛋白质的是双缩脲试剂。(5)图乙中①DNA在动物细胞中除了在④染色体上外，还分布在线粒体中。

15.甲图表示细胞核结构模式图，亲核蛋白需通过核孔进入细胞核发挥功能。乙图为非洲爪蟾卵母细胞亲核蛋白注射实验，结合两图回答问题：

(1)核膜由________层磷脂分子组成，主要成分还有__________，同其他生物膜相同的功能特性是__________性，代谢旺盛的细胞，核膜上________的数目多，它们的作用是______。

从乙图可知亲核蛋白进入细胞核是由其________部决定并需要消耗能量。

(2)细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，这些功能与结构________(填数字)有关，结构②的作用是__________________________________________。

答案　(1)4　蛋白质　选择透过　核孔　实现细胞核与细胞质之间的物质交换和信息交流　尾部

(2)①　与某种RNA的合成和核糖体的形成有关

解析　分析甲图，①是染色质，主要由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要携带者。②是核仁，③是核孔，核孔是某些蛋白质和RNA通过的通道。细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞遗传和代谢的控制中心。由乙图可知，亲核蛋白进入细胞核由尾部决定。