第3章細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)高中生物必修1分子與細(xì)胞第3節(jié)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能一、細(xì)胞核的功能1.細(xì)胞核功能的探究實(shí)驗(yàn)(1)黑白兩種美西螈的核移植實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)結(jié)論:美西螈的皮膚顏色是由細(xì)胞核控制的。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:蠑螈細(xì)胞的分裂、分化受細(xì)胞核控制。(2)蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn):(3)變形蟲切割實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)結(jié)論:變形蟲的攝食、對(duì)刺激的反應(yīng)及生長(zhǎng)和分裂等各項(xiàng)生命活動(dòng)都離不開細(xì)胞核,細(xì)胞核是細(xì)胞生命活動(dòng)的控制中心。(4)傘藻嫁接與核移植實(shí)驗(yàn):①傘藻嫁接實(shí)驗(yàn):③實(shí)驗(yàn)結(jié)論:傘藻“帽”的形狀是由細(xì)胞核控制的。②傘藻核移植實(shí)驗(yàn):2.細(xì)胞核的功能細(xì)胞核是遺傳信息庫,是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心。微判斷1請(qǐng)判斷下列表述是否正確。1.細(xì)胞核是儲(chǔ)存遺傳信息和細(xì)胞代謝的主要場(chǎng)所。()2.哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞無細(xì)胞核,所以不能繼續(xù)生長(zhǎng)。()3.傘藻嫁接與核移植實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞核是生命活動(dòng)的控制中心。()×√×微訓(xùn)練

科學(xué)家用顯微技術(shù)去除變形蟲的細(xì)胞核,其新陳代謝減弱,運(yùn)動(dòng)停止;重新植入細(xì)胞核后,發(fā)現(xiàn)其生命活動(dòng)又能恢復(fù)。這說明細(xì)胞核是(

)A.細(xì)胞代謝的主要場(chǎng)所B.遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存和復(fù)制的場(chǎng)所C.細(xì)胞遺傳特性的控制中心D.細(xì)胞生命活動(dòng)的控制中心答案:D解析:新陳代謝是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)?？茖W(xué)家用顯微技術(shù)去除變形蟲的細(xì)胞核,其新陳代謝減弱,運(yùn)動(dòng)停止;重新植入細(xì)胞核后,發(fā)現(xiàn)其生命活動(dòng)又能恢復(fù)。這說明細(xì)胞核是細(xì)胞生命活動(dòng)的控制中心。二、細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)

微思考

蛋白質(zhì)的合成需要RNA的指導(dǎo),而RNA是在細(xì)胞核中合成后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的,那么蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞與蛋白質(zhì)合成少的細(xì)胞相比,核孔和核仁有何差別?提示:

蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞核孔數(shù)量多,核仁較大。微判斷2細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)決定其功能,請(qǐng)判斷下列表述是否正確。1.細(xì)胞核內(nèi)行使遺傳功能的結(jié)構(gòu)是核仁。()2.RNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)需要穿過2層膜。()3.染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在細(xì)胞不同時(shí)期的兩種存在狀態(tài)。()4.核孔對(duì)大分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核不具有選擇性。()5.遺傳信息的載體是染色質(zhì)(染色體)。(

)××√××三、細(xì)胞概述和建構(gòu)模型1.細(xì)胞概述(1)細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位。(2)細(xì)胞是生物體代謝和遺傳的基本單位。2.建構(gòu)模型(1)含義:模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述。(2)類型:物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。(3)舉例:沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,就是物理模型。微判斷3請(qǐng)判斷下列表述是否正確。1.細(xì)胞只有保持其結(jié)構(gòu)的完整性,才能正常地完成各項(xiàng)生命活動(dòng)。()2.拍攝的洋蔥鱗片葉表皮的顯微照片屬于物理模型。()√×一

細(xì)胞核功能的探究實(shí)驗(yàn)分析問題探究科學(xué)家利用美西螈、蠑螈、變形蟲、傘藻等進(jìn)行了不同的實(shí)驗(yàn),探究了細(xì)胞核在細(xì)胞中的作用。請(qǐng)結(jié)合教科書第54~55頁“思考·討論”中的資料1~4,分析并回答下列問題。(1)實(shí)驗(yàn)應(yīng)遵循對(duì)照原則,由此推測(cè)美西螈核移植實(shí)驗(yàn)中存在什么不足?應(yīng)如何補(bǔ)充?提示:該實(shí)驗(yàn)沒有設(shè)置對(duì)照組,應(yīng)將白色美西螈胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核移植到黑色美西螈的去核卵細(xì)胞中,形成重組細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)作為對(duì)照。(2)蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)中,蠑螈胚胎細(xì)胞的分裂和分化與細(xì)胞核有什么關(guān)系?該實(shí)驗(yàn)有無對(duì)照實(shí)驗(yàn)?若有,是如何設(shè)計(jì)的?提示:蠑螈胚胎細(xì)胞的分裂和分化是由細(xì)胞核決定的。有對(duì)照實(shí)驗(yàn)。①相互對(duì)照:有細(xì)胞核的一半能分裂,無細(xì)胞核的一半停止分裂;②自身前后對(duì)照:無細(xì)胞核的一半重新?lián)碛屑?xì)胞核后,恢復(fù)分裂、分化能力。(3)根據(jù)變形蟲切割實(shí)驗(yàn)可得到什么結(jié)論?提示:變形蟲的生命活動(dòng)(如攝食、應(yīng)激性、生長(zhǎng)和分裂等)由細(xì)胞核控制。(4)分析資料4,由傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論?設(shè)計(jì)傘藻核移植實(shí)驗(yàn)的目的是什么?資料4說明傘藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)取決于細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì)?提示:傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)說明傘帽的形狀與假根有關(guān)。設(shè)計(jì)傘藻核移植實(shí)驗(yàn)的目的是排除假根中核以外其他物質(zhì)的影響,該實(shí)驗(yàn)是對(duì)傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充,進(jìn)一步驗(yàn)證了細(xì)胞核的功能。資料4說明傘藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)取決于細(xì)胞核。(5)將母牛乙的細(xì)胞核,注入母牛甲去核的卵細(xì)胞中,最終獲得的“克隆?！睅缀跖c母牛乙的性狀一模一樣。由此可說明,生物的性狀遺傳與細(xì)胞核有什么關(guān)系?提示:生物的性狀遺傳是由細(xì)胞核控制的,細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心。歸納總結(jié)1.蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)和變形蟲切割實(shí)驗(yàn)圖中①為相互對(duì)照,圖中②與①中相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)為自身的前后對(duì)照。在實(shí)驗(yàn)中①的存在就可以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的可靠性,而②的存在是對(duì)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充。2.細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的關(guān)系

存留部分存活時(shí)間原因分析

單獨(dú)的細(xì)胞核很快死亡缺乏細(xì)胞質(zhì)提供的營(yíng)養(yǎng)和能量

單獨(dú)的細(xì)胞質(zhì)存活一段時(shí)間后死亡細(xì)胞質(zhì)中由細(xì)胞核控制合成的物質(zhì)在一段時(shí)間內(nèi)可發(fā)揮作用

細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)正常生活細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)是相互依存的統(tǒng)一整體典例剖析【例1】細(xì)胞核具有什么功能?科學(xué)家通過下列實(shí)驗(yàn)(見下圖)進(jìn)行探究:①用頭發(fā)將蠑螈的受精卵橫縊為有核和無核的兩半,中間只有很少的細(xì)胞質(zhì)相連,結(jié)果,無核的一半(a)停止分裂,有核的一半(b)能分裂;②b部分分裂到16~32個(gè)細(xì)胞時(shí),將1個(gè)細(xì)胞核擠入不能分裂的a部分,結(jié)果a部分開始分裂、分化,進(jìn)而發(fā)育成胚胎。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明細(xì)胞核與細(xì)胞的分裂、分化有關(guān)B.實(shí)驗(yàn)①中,b部分屬于對(duì)照組,a部分屬于實(shí)驗(yàn)組C.實(shí)驗(yàn)②中的a部分與實(shí)驗(yàn)①中的a部分形成對(duì)照D.實(shí)驗(yàn)說明細(xì)胞的壽命與細(xì)胞核有關(guān)答案:D解析:有核或植入核的部分能分裂、分化,無核的部分則停止分裂,說明細(xì)胞核與細(xì)胞的分裂、分化有關(guān),A項(xiàng)正確。實(shí)驗(yàn)①中,b部分的細(xì)胞有細(xì)胞核,與正常細(xì)胞相同,為對(duì)照組,a部分的細(xì)胞無細(xì)胞核,與正常細(xì)胞不同,為實(shí)驗(yàn)組,B項(xiàng)正確。實(shí)驗(yàn)②中,a部分植入核,與實(shí)驗(yàn)①中的無核部分(即a部分)形成自身前后對(duì)照,C項(xiàng)正確。整個(gè)實(shí)驗(yàn)并沒有涉及細(xì)胞的壽命,D項(xiàng)錯(cuò)誤。學(xué)以致用1.以動(dòng)物受精卵為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行下圖所示的實(shí)驗(yàn),下列有關(guān)分析正確的是(

)A.實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)③說明了細(xì)胞核對(duì)維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的重要性B.實(shí)驗(yàn)②和實(shí)驗(yàn)③說明了細(xì)胞質(zhì)對(duì)維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的重要性C.實(shí)驗(yàn)①說明了細(xì)胞核對(duì)細(xì)胞質(zhì)的重要性,實(shí)驗(yàn)②說明了細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞核的重要性D.該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以說明細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)答案:D解析:實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)③說明了細(xì)胞質(zhì)對(duì)維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的重要性,A項(xiàng)錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)②和實(shí)驗(yàn)③說明了細(xì)胞核對(duì)維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的重要性,B項(xiàng)錯(cuò)誤。該實(shí)驗(yàn)說明細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)都不能單獨(dú)成活,細(xì)胞只有保持自身結(jié)構(gòu)的完整性才能正常進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng),故細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng),C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。二

細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能問題探究1831年,植物學(xué)家在蘭花的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核,并首次提出了“細(xì)胞核”這個(gè)詞,同時(shí)還比較明確地提出細(xì)胞核是植物細(xì)胞的主要組成部分。請(qǐng)結(jié)合教科書第56頁圖3-10,分析并回答下列問題。(1)核膜和細(xì)胞膜在結(jié)構(gòu)上主要有哪些區(qū)別?提示:核膜為雙層膜結(jié)構(gòu),有核孔;細(xì)胞膜為單層膜結(jié)構(gòu),膜上無孔。(2)核孔是一個(gè)簡(jiǎn)單的通道嗎?一切大分子物質(zhì)都能通過核孔嗎?提示:核孔不是一個(gè)簡(jiǎn)單的通道,而是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的結(jié)構(gòu)體系。核孔實(shí)現(xiàn)了核質(zhì)之間頻繁的物質(zhì)交換和信息交流,可以有選擇地轉(zhuǎn)運(yùn)核內(nèi)外的物質(zhì)。(3)代謝旺盛的細(xì)胞,往往核孔數(shù)量多、核仁較大。請(qǐng)利用結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點(diǎn),分析出現(xiàn)這種情況的原因。提示:代謝旺盛的細(xì)胞中,蛋白質(zhì)合成旺盛,故需要較多的核糖體,而核糖體的形成與核仁有關(guān)。此外,代謝旺盛的細(xì)胞中核、質(zhì)間物質(zhì)交換頻繁,故核孔數(shù)量多。(4)你認(rèn)為哪種結(jié)構(gòu)使細(xì)胞核具有了控制細(xì)胞代謝和遺傳的功能?提示:染色質(zhì)。染色質(zhì)主要由DNA和蛋白質(zhì)組成,而DNA上儲(chǔ)存著遺傳信息。遺傳信息就像細(xì)胞生命活動(dòng)的“藍(lán)圖”,細(xì)胞依據(jù)這個(gè)“藍(lán)圖”進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng)。歸納總結(jié)1.細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)細(xì)胞核模式圖(1)核膜:(2)核仁:①結(jié)構(gòu):光學(xué)顯微鏡下為折光性較強(qiáng)的致密小體。②功能:核仁與某種RNA的合成以及核糖體的形成有關(guān),因此蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞中,核仁較大。(3)染色質(zhì)與染色體的比較:比較項(xiàng)目染色質(zhì)染色體不同點(diǎn)生成時(shí)期細(xì)胞分裂即將結(jié)束時(shí)細(xì)胞分裂時(shí)形態(tài)極細(xì)的絲狀物光學(xué)顯微鏡下能看到呈圓柱狀或桿狀

相同點(diǎn)成分主要是DNA和蛋白質(zhì)

特性易被堿性染料染成深色

功能遺傳物質(zhì)的主要載體比較項(xiàng)目染色質(zhì)染色體關(guān)系同一物質(zhì)在細(xì)胞不同時(shí)期的兩種存在狀態(tài),兩者的轉(zhuǎn)化關(guān)系:

2.細(xì)胞核的功能(1)細(xì)胞核是遺傳信息庫。細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)(DNA)儲(chǔ)存和復(fù)制的場(chǎng)所,DNA攜帶遺傳信息,并通過復(fù)制由親代細(xì)胞傳給子代細(xì)胞,保證了遺傳信息的連續(xù)性。(2)細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心。細(xì)胞核控制著細(xì)胞的物質(zhì)合成、能量轉(zhuǎn)化和信息交流,使生物體能夠進(jìn)行正常的細(xì)胞代謝。3.細(xì)胞核中的DNA特別提醒有關(guān)細(xì)胞核認(rèn)識(shí)的三個(gè)“誤區(qū)”(1)誤認(rèn)為“細(xì)胞核是具有雙層膜的細(xì)胞器”:細(xì)胞核不是細(xì)胞器,是具有雙層膜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。(2)誤認(rèn)為“核孔是大、小分子都能隨意進(jìn)出的通道”:核孔具有選擇性。RNA和某些蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)出入細(xì)胞核的通道是核孔,但并不是所有的大分子都能通過核孔,如細(xì)胞核中的DNA就不能通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì);而小分子物質(zhì)出入細(xì)胞核一般是通過核膜實(shí)現(xiàn)的,極少數(shù)通過核孔。(3)誤認(rèn)為“核孔數(shù)量及核仁大小是固定不變的”:核孔的數(shù)量、核仁的大小與細(xì)胞代謝有關(guān),代謝旺盛、蛋白質(zhì)合成量大的細(xì)胞,核孔數(shù)量較多,核仁較大。典例剖析【例2】

下圖表示真核細(xì)胞的細(xì)胞核及部分細(xì)胞器,下列說法正確的是(

)A.②③具有選擇性,而①具有全透性B.④中含有僅由DNA和蛋白質(zhì)兩種物質(zhì)構(gòu)成的染色質(zhì)C.⑤是產(chǎn)生蛋白質(zhì)和核糖體的場(chǎng)所D.生長(zhǎng)激素是一種分泌蛋白,其形成離不開⑥和⑦答案:D解析:①核孔對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸具有選擇性,如RNA可以通過,DNA不能通過,A項(xiàng)錯(cuò)誤。染色質(zhì)主要由蛋白質(zhì)和DNA組成,B項(xiàng)錯(cuò)誤。⑤核仁與某種RNA的合成以及核糖體的形成有關(guān),不能產(chǎn)生蛋白質(zhì),C項(xiàng)錯(cuò)誤。生長(zhǎng)激素屬于分泌蛋白,分泌蛋白在⑦核糖體上合成,在⑥內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中進(jìn)行加工,D項(xiàng)正確。學(xué)以致用2.下列關(guān)于細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能的敘述,正確的是(

)A.核仁與中心體的形成有關(guān)B.不同細(xì)胞的核孔數(shù)量是相同的C.染色質(zhì)上的DNA儲(chǔ)存著大量的遺傳信息D.原核細(xì)胞的核膜也是兩層膜,利于控制物質(zhì)的進(jìn)出答案:C解析:核仁與核糖體的形成有關(guān),A項(xiàng)錯(cuò)誤。不同細(xì)胞的核孔數(shù)量不同,代謝旺盛的細(xì)胞中核孔數(shù)量較多,B項(xiàng)錯(cuò)誤。DNA是遺傳信息的載體,遺傳信息主要儲(chǔ)存在DNA上,DNA主要分布在染色質(zhì)上,C項(xiàng)正確。原核細(xì)胞沒有以核膜為界限的細(xì)胞核,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.下面為典型細(xì)胞核及其周圍部分的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。(1)只有在

細(xì)胞中,使用電子顯微鏡才可以看到上圖所表示的結(jié)構(gòu)。

(2)在細(xì)胞分裂過程中,[

]

高度螺旋化,成為

。

(3)由圖中可見①

和[

]

的連通,使細(xì)胞質(zhì)和核內(nèi)物質(zhì)的聯(lián)系更為緊密。

(4)圖中②的功能是

;③主要是由

和

組成的;核糖體的合成與圖中[

]

有關(guān)。

答案:(1)真核(2)③染色質(zhì)染色體(3)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)⑤核膜(4)實(shí)現(xiàn)核質(zhì)之間頻繁的物質(zhì)交換和信息交流DNA蛋白質(zhì)④核仁1.生物的體細(xì)胞能夠分裂的次數(shù)是有限的,衰老、凋亡是細(xì)胞正常的生命現(xiàn)象。為研究決定細(xì)胞衰老的是細(xì)胞核,還是細(xì)胞質(zhì),你認(rèn)為正確的實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)該是(

)A.去掉細(xì)胞核,觀察單獨(dú)的核、質(zhì)存活情況B.核移植,并進(jìn)行動(dòng)物克隆,觀察克隆動(dòng)物的生活年限C.將完整的年幼和年老的細(xì)胞融合,觀察重組細(xì)胞衰老的情況D.交換年幼和年老細(xì)胞的細(xì)胞核,觀察交換后重組細(xì)胞的衰老情況D解析:要研究決定細(xì)胞衰老的是細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì),可交換年幼細(xì)胞和年老細(xì)胞的細(xì)胞核,觀察交換后重組細(xì)胞的衰老情況。2.下列對(duì)下圖中各結(jié)構(gòu)的判斷及描述,錯(cuò)誤的是(

)A.①為核膜:把核內(nèi)物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)分開,由2層磷脂分子構(gòu)成B.②為核孔:蛋白質(zhì)和RNA可通過C.③為內(nèi)質(zhì)網(wǎng):具有較大的膜面積,是蛋白質(zhì)加工和運(yùn)輸?shù)耐ǖ繢.④為核糖體:核仁與該結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)答案:A解析:①為核膜,具有雙層膜,因此由4層磷脂分子構(gòu)成。3.模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述,這種描述可以是定性的,也可以是定量的。下列有關(guān)模型的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.羅伯特森拍攝的細(xì)胞膜的電鏡照片,能直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象