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第3节细胞核——系统的控制中心1．知识：阐明细胞核的结构和功能。2．情感态度与价值观：(1)认同细胞核是细胞生命系统的控制中心；(2)认同细胞是基本的生命系统。3．能力：(1)尝试制作真核细胞的三维结构模型；(2)进行实验数据的解释。4．重点与难点：(1)细胞核的结构和功能；(2)制作真核细胞的三维结构模型；(3)理解细胞核是细胞生命系统的控制中心。(一)问题探讨1．提示：细胞核在细胞的生命活动中起控制作用，如细胞核内贮存的遗传物质携带着遗传信息，可以控制蛋白制的合成，而蛋白质是生命活动的体现者，所以细胞核可以比喻成部队的司令部等。2．不能。3．不能。4．提示：不能。细胞生长需要蛋白质等多种物质作基础，细胞分裂需要遗传物质的复制和相关蛋白质的合成，如果没有细胞核，这些生命活动都不能进行。(二)资料分析1．提示：美西螈皮肤的颜色是由细胞核控制的。生物体性状的遗传主要是由细胞核控制的，因为细胞核中有DNA，DNA是主要的遗传物质。DNA上有许多基因，通过指导蛋白质的合成，控制生物的性状。2．没有细胞核，细胞就不能分裂、分化。3．细胞核是细胞生命活动的控制中心。4．生物体形态结构的建成主要与细胞核有关。5．细胞核具有控制细胞代谢和遗传的功能。(三)旁栏思考题提示：同一个生物体内所有细胞的“蓝图”都是一样的(除非发生体细胞突变或细胞癌变)。生物体内细胞形态、结构和功能的多种多样，是细胞分化的结果。(四)技能训练1．细胞无核部分随着培养天数的增加，死亡个数迅速增加，第4天就没有存活的了，这是因为没有细胞核，细胞的生命活动就无法进行。而细胞有核部分存活个数和时间都要比无核部分多和长，说明细胞核对于细胞的生命活动是不可或缺的。2．提示：细胞有核部分出现死亡现象的可能原因有两方面，一是实验过程中人为因素对细胞造成伤害，导致部分细胞死亡，二是细胞的正常凋亡。一、细胞核的结构和功能1．大量事实表明，细胞核控制着细胞的________和________。2．细胞核(1)功能：是________，是细胞________的控制中心。(2)结构：①核膜：________层膜，把核内物质与细胞质分开。②核孔：实现核质之间频繁的________和________。③核仁：与某种RNA的合成以及________的形成有关。④染色质：成分：主要有________和________。特性：容易被________染成深色。同染色体的关系：同样的物质在________的两种存在状态。DNA上贮存________。二、细胞的概述细胞作为基本的________，其________复杂而精巧，各组分之间________成为一个整体，使生命活动能够在变化的环境中________，高度有序地进行。三、尝试制作真核细胞的三维结构模型1．模型：人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种________的描述。这种描述可以是定性的，也可以是________的。2．模型的形式：物理模型、________模型、________模型等。制作步骤：①讨论确定制作模型的种类；②确定使用的________；③确定模型制作的实施过程和分工；④制作各部分配件，并将配件组合在一起；⑤检查、修补模型。答案：一、1.代谢遗传2．(1)遗传信息库代谢和遗传(2)①两②物质交换信息交流③核糖体④DNA蛋白质碱性染料不同细胞时期遗传信息二、生命系统结构分工合作自我调控三、1.简化的概括性定量2．概念数学②材料用具实验实验过程实验结果实验结论两种美西螈细胞核移植将黑色美西螈细胞核，移植到白色美西螈去核卵细胞中发育成的美西螈都是黑色美西螈皮肤颜色遗传是由细胞核控制的横缢蝾螈受精卵用头发横缢蝾螈受精卵，一半有核，一半无核有核的一半能分裂、分化，无核的则不能蝾螈的细胞分裂和分化是由细胞核控制的将变形虫切成两半切成的一半有核，一半无核有核部分能生长、分裂、再生，具有应激性，无核部分只能消化食物变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核控制的伞藻嫁接与核移植将两种伞藻的帽、柄、假根分开后，相互嫁接与核移植“帽”的形状与具有细胞核的假根部分一致伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的以上4个资料可以看出，细胞核控制着细胞的代谢和遗传，是细胞的“大脑”和“控制中心”。1下图是对变形虫进行去核和再植核的有关实验过程，请根据图示，回答问题：(1)去核的部分细胞质，可以生活一段时间，其原因是。(2)单独的核不能生存的原因是。(3)变形虫去除细胞核以后，新陈代谢减弱，运动停止，存活一段时间后最终死亡。但如果在去核后三天，再植回一个细胞核，又能够恢复生命活动，生活正常(如图所示)，由此可以说明。(4)正常细胞核与细胞质的关系是。解析：变形虫在去核后仍能存活一段时间，是因为细胞质中已合成的蛋白质仍能发挥作用。单独裸露的细胞核，失去了营养物质和能量供应，很快死亡。变形虫失去核以后，不能继续合成蛋白质和酶，因此，新陈代谢减弱，运动停止，最终死亡。当重新植回核后，又恢复正常的生命活动，这说明了：细胞核在细胞生命活动中起着决定性的重要作用。由以上事实可以看出，正常细胞核与细胞质的关系是：它们相互依存，是一个统一的整体。答案：(1)已合成的蛋白质仍可发挥作用(2)没有营养和能量(3)细胞核在细胞生命活动中起着决定性的作用(4)相互依存的统一整体如下图所示为再生能力很强的原生动物喇叭虫，将之切成①②③三截(图中a.纤毛；b.大核；c.根部)，能再生成喇叭虫的是()A．①B．②C．③D．①②③答案：B解析：细胞只有保持完整性，才能进行各项生命活动，②中既有细胞核又有细胞质，故B项正确。用电子显微镜观察经过固定、染色的有丝分裂间期的真核细胞，可以看到细胞核的主要结构有核膜、核仁和染色质等。现分别讨论如下：1．核膜在细胞核的外围有双层膜结构，称为核膜。核膜是核的边界，由内外两层单位膜组成，把细胞质与核内的物质分开。核膜的每层膜厚约6.5nm，两层膜间隔10～50nm的空隙。有的细胞中，可以看到核膜与内质网相连通。在核膜外层的外表面上有颗粒状的核糖体，有合成蛋白质的功能。核膜并不是完全连续的，有许多部位核膜内外两层相互连接，形成了穿过核膜的小孔，称为核孔。核孔的密度和总数因细胞类型不同而异。核孔在膜上分布不均匀，有一定的区域差别，核质与细胞质之间物质交换旺盛的部位核孔数目多。细胞核和细胞质间存在着频繁的、大量的分子物质的交流，核孔就成为这些大分子的理想通道，如在核中装配好的核糖体亚单位，就是穿过核孔进入细胞质的。但是，不是所有的RNA都可以自由穿过核孔，只有在核内经过处理成为mRNA后才能穿出核孔。离子和比较小的分子，可以通过核膜，如氨基酸和葡萄糖。实际上核膜同样是选择透过性膜，它控制着细胞核与细胞质的物质交换，对核内物质有保护作用。在核膜上有大量的多种酶，这有利于各种化学反应的顺利进行。注意：①核膜在细胞生活周期中，变化很大，在有丝分裂(关于有丝分裂的知识，在后面的章节中将陆续学习到)的分裂期时，核膜可以暂时消失，使细胞核暂时解体。②核膜是惟一可以让大分子物质通过的生物膜，因为其上有核孔。2．核仁核仁是真核细胞间期核中最明显的结构，因为它的折光性较强，与细胞的其他结构很容易区分。在光镜下的染过色的细胞内，或者在显微镜下的活细胞中，或者分离细胞的细胞核内，都容易看到核仁，它通常是单一的或者多个匀质的球形小体。核仁的大小、形状和数目随生物的种类、细胞类型和细胞代谢状态而变化。蛋白质合成旺盛、活跃生长的细胞，如分泌细胞、卵母细胞的核仁大，可占总核体积的25%；不具有蛋白质合成能力的细胞，如肌肉细胞、休眠的植物细胞，其核仁很小。在细胞分裂周期内，核仁是一个高度动态的结构，在有丝分裂期间表现出周期性的消失与重建。真核细胞的核仁具有重要功能，它是rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所。注意：核膜和核仁在细胞有丝分裂过程中都表现出周期性的消失与重建。3．染色质染色质这个名词最早在1882年由弗勒明(Flemming)提出，最初指细胞间期核内能被碱性染料染成深色的物质，因此叫做染色质。从现在意义上说，染色质是真核细胞的间期核中DNA、蛋白质以及少量RNA所组成的一串念珠状的复合体。它们代表了细胞间期核内遗传物质的特定形态。在间期核内的染色质经常伸展成非光学显微镜所能看到的网状的细纤丝，每条染色质细丝的宽度约为10～15nm，包含着一个DNA分子和蛋白质。当细胞进入分裂期时，每条染色质细丝就高度螺旋化，缩短变粗，成为光学显微镜下能看到的一条圆柱状或杆状的染色体，这是细胞分裂期遗传物质存在的特定形态。有丝分裂结束进入间期，染色体解螺旋后，又回复到细丝状的染色质状态。因此，染色质和染色体是同一种物质在不同时期(分裂间期和分裂期)细胞中的两种形态。现在已知染色体与遗传有密切的关系，因为其中所含的DNA是遗传物质。2蛋白质分子能够通过的结构有()A．线粒体膜和叶绿体膜B．细胞膜和液泡膜C．选择透过性膜D．细胞壁和核孔解析：蛋白质分子是生物大分子，不能透过各种具有生物活性的膜结构，但能自由通过间隙很大的细胞壁(全透性)和核孔。答案：D控制合成核糖体RNA的模板DNA存在于细胞中的()A．核仁上B．染色体上C．线粒体内D．叶绿体内答案：A解析：叶绿体和线粒体中的DNA分别控制其相应细胞器内的物质合成。构成细胞的不同部分具有不同的形态、结构与功能，但细胞却是一个有机的整体。(1)从结构上看①细胞核与细胞质通过核孔可以相互沟通。②核膜、内质网膜、细胞膜等相互连接构成细胞完整的“生物膜”。③内质网膜、高尔基体膜、细胞膜可以通过具膜小泡相互转变。(2)从功能上看细胞的不同结构虽具有不同的生理功能，但却是协调合作的，如线粒体能为其他结构的代谢提供能量；核糖体能为其他结构的构成或代谢提供蛋白质或酶；蛋白质类分泌物的分泌是由核糖体合成、内质网运输、线粒体供能、高尔基体加工分泌而协调完成的。(3)细胞核是代谢的调控中心。细胞核内的DNA通过控制蛋白质类物质的合成调控细胞内的生命活动，使细胞成为一个可调控的统一整体。(4)从与外界的联系上看，细胞的整体性还表现在每一个细胞都要与相邻细胞进行物质交换和能量转换，而与外界环境直接接触的细胞都要与外界环境进行物质交换和能量转换，因此，细胞与外界环境之间形成一个统一整体。以动物受精卵为实验材料进行以下实验，请分析相关问题并予以回答：(1)预测三种情况下细胞的代谢情况(用“能生活”或“不能生活”回答)：A__________；B____________；C__________。(2)哪一个实验能说明细胞质对细胞核的重要性？试举例说明。(3)请描述核对质的重要作用。解析：由于蛋白质是生命活动的主要体现者，因此，细胞能否正常生活主要从蛋白质代谢是否正常的角度去分析。去核后细胞质内仍有少量已合成的蛋白质发挥作用，一段时间后由于无细胞核，就不能转录mRNA，从而不能再合成新的蛋白质，因而不久便消失退化。单独的细胞核，由于失去了细胞质所提供的营养和能量，因而不久也消失死亡。答案：(1)不能生活不能生活能生活(2)①组实验能说明质对核的重要性。细胞质能为细胞核提供ATP、蛋白质、酶、核苷酸等物质。(3)核对质的重要作用主要体现在核内DNA转录形成信使RNA，信使RNA在细胞质核糖体上指导合成各种蛋白质性质的物质。1．下列能充当细胞核与细胞质之间通道的是()A．核膜B．胞间连丝C．核孔D．外连丝答案：C解析：核孔是细胞核与细胞质之间的物质交换通道。2．细胞核行使遗传功能的重要结构是()A．核膜及核孔B．球状结构的核仁C．串珠状的染色质丝D．纤维结构的核骨架答案：C解析：细胞核中行使遗传功能的重要结构是染色质。3．下列物质，只能通过核孔入核或出核的是()A．水和脂质分子B．组蛋白和RNA分子C．带电荷的离子和小分子D．不带电荷的小分子答案：B解析：组蛋白和RNA分子是大分子物质，只能通过核孔出入细胞。4．细胞遗传特性和代谢活动的控制中心是()A．细胞膜B．细胞质基质C．线粒体D．细胞核答案：D解析：细胞核中的遗传物质通过转录形成的信使RNA在细胞质的核糖体中合成蛋白