内容正文:
第8讲 细胞核的结构和功能
课程标准解读
知识网络概览
【课标要求】
1.阐明遗传信息主要储存在细胞核中
2.活动:尝试制作真核细胞的三维结构模型
【能力要求】
1.解决问题能力:运用模型与建模的方法分析细胞核结构和功能的统一性。
2.实验探究能力:通过对细胞核功能探究实验的分析,形成结构与功能观,提升实验结果分析能力。
考点一 细胞核的功能
精梳 攻教材
1.细胞核功能的实验探究:
(1)黑白美西螈核移植实验:
(2)蝾螈受精卵横缢实验:
(3)变形虫切割与核移植实验:
(4)伞藻嫁接与核移植实验:
2.细胞核的功能:
(1)遗传物质储存和复制的主要场所,是遗传信息库。
(2)细胞代谢和遗传的控制中心。
【名师点睛】
细胞代谢的主要场所是细胞质,细胞核是细胞代谢的控制中心。
【自测强化】
1.辨易错
(1)研究细胞核的功能时通常采用去核、核移植等方法。 (√)
(2)颤蓝细菌、伞藻和小球藻都有细胞核。 (×)
分析:颤蓝细菌是原核生物,没有以核膜为界限的细胞核。
(3)所有真核细胞都有一个细胞核。 (×)
分析:哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核,而人体骨骼肌细胞中有多个细胞核。
(4)伞藻嫁接与伞藻核移植实验结果说明细胞的分裂和分化是由细胞核控制的。(×)
分析:伞藻是单细胞生物,没有细胞分化,该实验结果不能说明细胞的分裂和分化是由细胞核控制的。
2.练表达
(必修1 P54“思考·讨论”拓展)人工去掉细胞核的细胞,一般不能存活太久,如变形虫去掉细胞核后,新陈代谢减弱,运动停止,当重新移入核后,又能够恢复生命活动。这类实验说明了细胞核在生命活动中起着决定性作用。
精练 提能力
1.(2025·咸宁模拟)伞藻是一种能进行光合作用的单细胞绿藻,由伞帽、伞柄和假根三部分构成,细胞核在假根内。科学家用伞形帽和菊花形帽两种伞藻做嫁接和核移植实验(如图1、2所示)。下列相关叙述错误的是( )
A.图2中移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止
B.图2中的③与图1中①的帽形相同,都是菊花形帽
C.图1中①②的帽形因嫁接而改变
D.题述实验说明生物体形态结构的建成与细胞核有关
【解析】选C。细胞核是细胞遗传和代谢的控制中心,图2中移去细胞核的甲伞藻的生命活动将逐渐减缓直至停止,A正确;图2中的③(含菊花形帽伞藻的细胞核)与图1中①(含菊花形帽伞藻的细胞核)的帽形相同,都是菊花形帽,B正确;图1中①②的帽形(由细胞核控制)不会因嫁接而改变,C错误;通过对图1、图2的分析,可以推断题述实验说明生物体形态结构的建成与细胞核有关,D正确。
2.(2025·阜阳模拟)细胞核具有什么功能?科学家通过下列实验(见图)进行探究:①用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,中间只是很少的细胞质相连,结果无核的一半(a)停止分裂,有核的一半(b)能继续分裂;②b部分分裂到16~32个细胞时,将一部分细胞核挤入不能分裂的a部分,结果a部分开始分裂、分化,发育成胚胎。
下列叙述错误的是( )
A.实验结果可以说明细胞核与细胞的分裂、分化有关
B.实验①中,a部分属于对照组,b部分细胞属于实验组
C.实验②中a部分的操作与实验①中a部分的操作形成对照
D.该实验不能说明细胞核与细胞的寿命有关系
【解析】选B。有核或植入核的部分能分裂、分化,无核的部分则停止分裂,说明细胞核与细胞的分裂、分化有关,A正确;实验①中,a部分无核不分裂也不能长大,与b部分有核对照,因此b部分是对照组,B错误;实验②中,a部分植入核后开始分裂、分化,与实验①中a部分无核不分裂形成自身前后对照,C正确;整个实验并没有涉及细胞的寿命,不能证明细胞核与细胞寿命的关系,D正确。
【加固训练】
(2024·大同模拟)以动物受精卵为实验材料进行以下实验,下列有关图中的分析正确的是( )
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基本的生命系统
【解析】选D。将实验结果与实验的自变量联系起来可得出以下结论:实验①和实验③说明的是细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性;实验②和实验③说明的是细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性。细胞结构完整才能进行各项生命活动,因此,细胞是基本的生命系统。
考点二 细胞核的结构
精梳 攻教材
细胞核的结构图解:
【名师点睛】
(1)核膜、核仁在细胞周期中表现为周期性地消失和重建。
(2)代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞中,核孔数量多,核仁较大。
【自测强化】
1.辨易错
(1)细胞质中的RNA均在细胞核合成,经核孔输出。 (×)
分析:线粒体和叶绿体中也有DNA,可以转录合成RNA。
(2)染色体主要由核糖核酸和蛋白质组成。 (×)
分析:染色体主要是由DNA(脱氧核糖核酸)和蛋白质构成的。
(3)细胞核中核孔的数量与细胞代谢的旺盛程度有关。 (√)
(4)核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出。 (×)
分析:核膜上的核孔具有选择性,只有部分蛋白质和RNA可以通过核孔进出细胞核。
(5)大肠杆菌中核糖体的形成与其核仁有关。 (×)
分析:大肠杆菌为原核生物,没有核仁。
(6)核孔是细胞核与细胞质进行物质交换和信息交流的唯一通道。 (×)
分析:核孔不是细胞核与细胞质进行物质交换和信息交流的唯一通道,还有核膜。
2.练表达
(1)(必修1 P56旁栏思考)同一生物体内所有细胞的“蓝图”是一样的,但是体内细胞的形态、结构和功能多种多样,这是细胞分化的结果。
(2)(必修1 P58“拓展应用”)染色体与染色质是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态,这两种不同的状态对于细胞的生命活动的意义是:染色体呈高度螺旋化状态,这种状态有利于在细胞分裂过程中移动并分配到子细胞中;染色质处于细丝状,这种状态有利于在细胞分裂间期完成DNA的复制和转录等生命活动。
精练 提能力
1.(2025·丹东模拟)在尝试制作真核细胞三维结构模型活动中,某小组打算用橡皮泥等材料制作胰岛B细胞的结构模型。下列想法中不合理的是( )
A.制作细胞模型时,科学性应该是第一位的
B.制作该物理模型可以用不同颜色区分不同的结构
C.该细胞模型的内质网和高尔基体应相对比较发达
D.细胞中核糖体数量较多并全部附着在内质网上
【解析】选D。在设计并制作细胞模型时,科学性应该是第一位的,其次才是模型的美观与否,A正确。真实的细胞颜色并不鲜艳,但是同学们可以用不同的颜色区分不同的细胞结构,使细胞各部分的结构特点更突出,便于观察;可见制作细胞物理模型可以用不同颜色区分不同的结构,B正确。胰岛B细胞具有分泌功能,该细胞模型的内质网和高尔基体应相对比较发达,C正确。细胞中核糖体数量较多,一部分游离于细胞质基质中,一部分附着在内质网上,D错误。
2.(2022·海南高考)肌动蛋白是细胞骨架的主要成分之一。研究表明,Cofilin-1是一种能与肌动蛋白相结合的蛋白质,介导肌动蛋白进入细胞核。Cofilin-1缺失可导致肌动蛋白结构和功能异常,引起细胞核变形,核膜破裂,染色质功能异常。下列有关叙述错误的是( )
A.肌动蛋白可通过核孔自由进出细胞核
B.编码Cofilin-1的基因不表达可导致细胞核变形
C.Cofilin-1缺失可导致细胞核失去控制物质进出细胞核的能力
D.Cofilin-1缺失会影响细胞核控制细胞代谢的能力
【解析】选A。肌动蛋白不能通过核孔自由进出细胞核,肌动蛋白进入核孔需要Cofilin-1介导,A错误;Cofilin-1缺失可导致肌动蛋白结构和功能异常,引起细胞核变形,核膜破裂(失去控制物质进出细胞核的能力),染色质功能异常(染色质上所含的基因可控制细胞代谢),B、C、D正确。
3.核膜主要由外核膜、内核膜、核孔复合体和核纤层构成。核纤层紧贴内核膜,是一层由纤维蛋白构成的网状结构。如图表示细胞周期中核膜和核纤层的动态变化过程。下列相关叙述错误的是( )
A.核内合成的tRNA运出细胞核与核孔复合体有关
B.核纤层的解体和重新组装可能通过核纤层蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰实现
C.分裂末期,结合有核纤层蛋白的核膜小泡在染色质周围聚集并融合成新的核膜
D.核纤层蛋白形成骨架结构支撑于内、外核膜之间,维持细胞核的正常形态
【解析】选D。核孔复合体是蛋白质、RNA等大分子出入细胞核的通道,所以tRNA运出细胞核与核孔复合体有关,A正确;由图可知,核纤层的解体和重新组装可能通过核纤层蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰实现,B正确;分裂末期,结合有核纤层蛋白的核膜小泡在染色体周围聚集并融合成新的核膜,同时染色体解螺旋恢复成染色质状态,C正确;由题图可知,核纤层蛋白位于内核膜一侧,D错误。
【知识归纳】细胞核的结构及相应功能
名称
特点
功能
核膜
和
核孔
①核膜是双层膜,外膜与内质网相连,且有核糖体附着;②在有丝分裂中核膜周期性地消失和重建;③核膜和核孔对物质的进出都具有选择性
①核膜上有酶附着,利于多种化学反应进行;②选择性地控制物质出入细胞核,其中大分子物质通过核孔出入细胞核
核仁
①折光性强,易与其他结构区分;②在有丝分裂中周期性地消失和重现
①参与某种RNA的合成及核糖体的形成;②核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢活动的强弱有关,如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞,核孔数量多,核仁较大
染色
质
组成(DNA、蛋白质)
遗传物质的主要载体
【从教材走向高考】
【体验高考 链接教材】
1.(2022·浙江6月高考)→(必修1 P58判断题T1)下列关于细胞核结构与功能的叙述,正确的是( )
A.核被膜(核膜)为单层膜,有利于核内环境的相对稳定
B.核被膜(核膜)上有核孔复合体,可调控核内外的物质交换
C.核仁是核内的圆形结构,主要与mRNA的合成有关
D.染色质由RNA和蛋白质组成,是遗传物质的主要载体
【解析】选B。核被膜(核膜)为双层膜,A错误;核被膜(核膜)上有核孔复合体,是RNA和蛋白质等大分子进出细胞核的通道,B正确;核仁是核内的圆形结构,主要与核糖体的形成有关,C错误;染色质由DNA、蛋白质和少量RNA组成,是遗传物质的主要载体,D错误。
【深研教材 预测高考】
2.(必修1 P58“概念检测”T3改编)细胞核是遗传信息库,是细胞的控制中心。下列有关细胞核的叙述,正确的是( )
A.细胞核是真核细胞遗传信息复制和转录的唯一场所
B.染色质可以在碱性环境下被染成深色
C.真核细胞分裂过程中可能始终存在核膜、核仁
D.RNA聚合酶穿过核孔进入细胞核不需要消耗能量
【解析】选C。真核细胞的线粒体和叶绿体中也含DNA,也可以进行遗传信息的复制和转录,A错误;染色质容易被碱性染料染成深色,但碱性染料不等同于碱性环境,如甲紫溶液(碱性染料)在质量分数为2%的醋酸溶液中配制而成,B错误;真核生物中有进行无丝分裂的体细胞,因为没有纺锤体和染色体周期性消失和重现,所以始终存在核膜、核仁,C正确;RNA聚合酶的化学本质是蛋白质,RNA聚合酶在核糖体上合成后,穿过核孔进入细胞核需要消耗能量,D错误。
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