人教新教材 细胞核的结构和功能教学参考.docx

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人教新教材细胞核的结构和功能教学参考

人教新教材“ 细胞核的结构和功能”教学参考

一．细胞核的研究过程

一、证明细胞核对细胞发育的控制作用

用单细胞植物伞藻（Acetabularia）所做的实验说明了细胞核的功能。

伞藻一般长5〜8cm，有一个基底部，内含细胞核；基底部上有一个柄和帽盖。

把伞藻的帽盖和大部分的柄切除，从基底上会再生出一个新的完整的伞藻。

有人用两种具有不同类型帽盖的伞藻A.mediterranea和A・crenulata进行了以下实验：

将细胞核移去后，这种无核的细胞可以存活的时间几乎和正常细胞一样，新陈代谢仍然能够正常地进行（这种现象在许多其他细胞中也存在）。

但进一步的实验表明，虽然细胞核不影响新陈代谢，它却明显地影响发育。

一个伞藻的柄和帽盖可以移植到另一个伞藻的基底部上，这两部分会生长在一起，再生成一个完整的新植株。

然而，假如把A.mediterranea的柄移植到A.crenulata的基底部上，那么，在A.mediterranea柄上再生的帽盖是A.crenulata型的，这说明是细胞核决定了再生帽盖的类型。

以上实验过程可参阅人教版《普通高中课程标准实验教科书生物1必修分子与细胞》第53页图解。

细胞核通过细胞质控制着帽盖的再生，很可能是通过释放某些种类的化学物质进入细胞质来行使其控制功能的。

进一步的实验还表明，细胞质也行使一定程度的控制功能。

在正常情况下，伞藻的细胞核成熟前是不分裂的，但是，假如把来自成熟植株的帽盖移植到未成熟的植株上去，未成熟植株的细胞核就比正常的植株提早开始分裂。

这说明帽盖的细胞质能促进细胞核提前分裂。

二、细胞核和细胞质的相互作用

多细胞生物的发育一般是从一个细胞开始的，这个细胞就是受精卵。

卵细胞受精（受精是发育的开端，所以它是个体发育过程中重要的第一步）后，分裂、分化发育成为一个 整体。

细胞的构造主要可分为细胞质与细胞核两大部分。

因此细胞核与细胞质的关系很早就成为细胞学家、遗传学家和胚胎学家等注意的问题。

尤其是细胞核的作用，特别为人们所重视，人们在这方面的工作，也做得特别多。

一个细胞如果被去掉核，虽不致马上死亡，但也不能继续正常生活下去，这是大家很早就知道的。

最近的实验证明，一个受精卵如果没有核，还是能够进行正常的分裂，但到原肠期以前就停止发育。

原肠期可说是细胞分化的开始。

没有核的受精卵只能发育到此时期，这说明细胞核与细胞质的分化有密切关系。

细胞核对细胞分化的作用，遗传学家和胚胎学家在这方面做了不少的工作。

他们用杂交的方法来研究核的功能，证明很多性状的出现是核的作用。

新近有人用两种不同的蛙来做研究，把甲种蛙卵的核去掉，注入乙种蛙的核，像这样由不同种的细胞质和细胞核配合而成的卵，发育为胚胎和蝌蚪，它的神经系统的形态、皮肤的颜色和花纹类似乙种蛙。

细胞核移植的实验，在美西嫄的研究中也证明了色素的出现不是决定于细胞质而是决定于细胞核。

美西嫄有两种颜色，一种是黑色，一种是白色，黑色是显性，白色是隐性。

如将黑色种的细胞核移到白色种去核的卵中，以后发育的美西嫄都是黑色的。

核内的主要物质是染色体，染色体的变化对个体的发育有极大的影响。

正常细胞都有两组染色体。

如果仅有一组染色体，于体发育的初期虽然正常，但以后的发育将逐渐缓慢，并产生不正常现象。

这种不正常现象，不只限于某一器官，而是身体的全部，如神经系统、消化系统、感觉器官、肾、心脏、循环系统等都发生缺陷。

如果染色体比一组还少，即使少一段或少一个，胚胎的发育也只能到囊胚为止，不能形成原肠胚。

染色体的数目是一定的，少了一个或几个都影响发育。

如果加上染色体，补足所缺的数目，而所补的染色体不是原来缺的类型，也不能纠正这种缺陷。

所以每一种染色体对发育来讲都是基本的、不可缺少的。

染色体的质和量需要平衡。

二组染色体或四组染色体的胚胎发育都正常。

如果比二组或四组多一两个，发育就会有缺陷或停止在某一阶段。

基因是位于染色体上的物质。

染色体数目很多，基因的数目更多。

遗传学家对基因的作用做了极精细的研究。

他们证明某种基因对某种或某几种性状的发育有特殊的作用，或某几种基因对某一种性状的发育有作用，这种例子很多。

上面所说的美西嫄的黑白体色的性状就是由于某种基因的作用。

基因究竟是由什么物质构成的呢？

它如何对细胞质发生作用，使细胞质产生某种性能呢？

这是现在一部分细胞学家、遗传学家、生物化学家和胚胎学家研究工作中的主要问题。

很多人认为构成基因的物质是脱氧核糖核酸。

因为高等生物染色体上的核酸主要是脱氧核糖核酸，基因的特异性就在于脱氧核糖核酸的特异性。

一个脱氧核糖核酸分子是由许多脱氧核苷酸单体组成的。

脱氧核苷酸单体有四种。

它们特定的排列顺序，有人称之为遗传信息。

通过生殖细胞，遗传信息从亲代传递到子代；通过细胞的有丝分裂，遗传信息传递到各细胞。

各细胞内核苷酸排列的次序，可能通过核糖核酸决定特异蛋白质，从而决定代谢，决定一切性状的发育。

以上是细胞核对细胞质的作用，就是染色体和基因与个体的发育和各种性状出现的关系。

虽然近年来对这些问题的研究取得了很大的进展，但还有许多过程和细节需要深入研究并严格地加以证明。

不过在这里，有两点是我们应当特别提出来说明的。

第一，细胞核（包括染色体或基因）对细胞质的作用，似乎发生在原肠胚以后的时期。

原肠胚以前时期，胚胎发育是按照细胞质的特性进行而不受细胞核的影响。

前面已经说过，没有核的受精卵可以分裂到囊胚期。

染色体数目的变化或增多或减少也不影响原肠期以前的胚胎的正常发育。

有很多实验证明，由两种不同品种动物的细胞质和细胞核组合而成的卵，卵早期发育的特性，如发育的快慢等，是按照提供细胞质的品种，而不是按照提供细胞核的品种进行的。

最近同种间或不同种间细胞核移植的实验也明确证明这一点，即核对发育的作用是在原肠胚以后，不是在原肠胚以前。

很多卵在受精前，甚至在卵细胞成熟前，细胞质已有不同程度的分化，并对整个胚胎的发育有了初步的布局。

所以有人认为细胞核的作用是在于促使细胞质实现它的初步规划。

第二，在原肠期以后，胚胎发育的各种特性也不是都受核的影响，细胞质仍有它本身的作用。

例如甲乙两种不同的两栖类，将甲卵细胞与乙精子受精后，把卵核去掉，仅存精核，卵发育到特性出现前死亡。

如果在卵死亡前将外胚层细胞移植到第三种两栖类丙身上，这些细胞能正常发育成为皮肤，而皮肤的特性，不似乙，也不似丙，而似甲。

这说明皮肤恃性的发育是决定于细胞质性质，不是决定于细胞核性质。

此外还有很多例子，特性的出现，不类似母本，也不类似父本，而是在二者之间。

在这种例子中，细胞核与细胞质对这一特性的发育都有它的作用。

上述各种情形，在不同种间变形虫核的移植实验中能有很好的体现，即变形虫的性能，有类似细胞核的种类，有类似细胞质的种类，也有的是介于二者之间的。

值得注意的是，虽然在发育过程中细胞核能影响细胞质产生各种特性，但细胞质并不是完全被动的，它对细胞核也有相应的作用。

细胞质对细胞核的作用最显著的例子是马蛔虫染色体物质的减少。

几十年以前人们就发现了这个事实。

实验证明染色体物质的减少与不减少，是受细胞质控制的。

细胞核分裂后，进入某一部分细胞质，染色体仍保持原来的形状；而进入另一部分细胞质，染色体则减少它的物质。

含染色体减少的部分将来形成生殖细胞，含染色体不减少的部分将来形成体细胞。

所以生殖细胞和体细胞的决定，不在于细胞核，而在于细胞质。

二；核膜与核孔的结构和功能

核膜是细胞核的界膜，它由内外两层平行的单位膜组成，每层膜的厚度为70〜80nm，在内外膜之间有宽20〜40nm的间隙，称为核周隙或膜间腔。

在双层核膜中，面向胞质的一层膜为外膜，其表面附有大量的核糖体颗粒，有些部位与内质网相连，核周隙与内质网腔相通，由此可将核外膜看作内质网膜的一个特化区域。

内膜面向核质，其表面光滑没有核糖体颗粒。

核的内外膜在一些位点上融合形成环状开口，称为核孔。

核孔是沟通核质与胞质物质交流的渠道，可以选择性地转运核内外的物质，因而对细胞的活动起重要的调控作用。

核孔的直径为80〜120nm，每个核孔不是一个简单的通道，它包含有一个复杂而精细的结构体系，即核孔复合体。

大量的研究结果表明，所有真核细胞的核膜上都普遍有核孔复合体，但随着细胞类型的不同和细胞生长阶段的不同，其核孔数目有较大的差异。

核孔是由许多蛋白构成的复杂结构，对进出核孔的物质具有严格的调控作用。

目前认为核孔复合体由100多种蛋白质组成。

核膜的岀现为真核细胞的染色质提供了一个稳定的环境。

原核细胞中，RNA的合成与蛋白质的合成是同时进行的，这样RNA在翻译出蛋白质之前就很少有改变其转录与翻译方式的机会。

而在真核细胞中，转录与翻译在不同区域进行，RNA分子在翻译出蛋白质之前经历一个较长的阶段，前体要进行剪接，剪接中某些序列被切除，只有剪接好的mRNA才会运到胞质中，指导蛋白质的合成。

RNA剪接是真核细胞基因组信息传递的重要一步，它能使同一基因由于剪接方式的不同而最终产生不同的蛋白质。

三建构模型

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，有的借助于具体的、形象化的实物，有的则以抽象化的形式表现出来。

也就是说，模型是出于某一目的，对原型进行概括性的、简化性的描述，它没有包括原型的所有特征，但是能反映岀原型的本质特征。

模型建构是指利用生活中的材料、工具或者各种符号、文字、方程式等，把抽象或不易观测的事物概括描述出来的一种活动。

在生物学教学中，模型建构就是指用一定的物质形式或思维形式构建生物模型，使得生物事实直观化、简单化，帮助学生理解和构建概念，也为学生认识事物提供新的思路和方法。

模型的形式很多，主要包括物理模型、概念模型、数学模型三种模型。

（1）物理模型、概念模型和数学模型

物理模型是指以实物或者图画的形式，直观地表达认识对象的特征的模型。

它最显著的特点是先将难以直接观测的结构或过程简化，把握其本质特征，按照一定的比例放大或缩小，将这些特征通过物理模型形象化、直观化表达，如真核细胞三维结构模型、减数分裂中染色体变化的模型、DNA双螺旋结构模型等。

概念模型是指用文字、图线和符号等将有联系的名词或过程连接起来，将生命现象和活动规律阐明清楚的一种较为抽象的模型，主要有流程图模型和概念图模型两种类型。

流程图模型主要表示的是生物过程的先后顺序。

概念图则是表示概念与概念之间的关系，将不同知识联系起来，形成知识网络。

概念模型用途广泛，特别是概念图模型在生物教学中有着重要的作用，在生物教学内容的每一章节都可以用概念图来表示，的它可以厘清知识间的内在联系，构建完整的知识体系，有利于学生的理解。

数学模型是指用字母、数字及符号建立起来的等式或不等式以及图像、图表等描述事物特征及内在联系的数学表达式，它可以描述生命现象，用逻辑推理、运算、求解等来研究生命现象、解决生物学问题。

数学模型可以将生物中的实际问题用数学的方式表现出来，运用数学知识结合生物规律揭示事物的本质特征。

如种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线，酶活性受温度和pH的影响关系图，种群密度的计算等，都是运用了数学模型。

（2）建构模型的基本步骤

建构模型一般包含五个步骤，分别为建模对象（原型）分析、模型准备、建构模型、模型检验与完善、模型运用。

下面以“尝试制作真核细胞的三维结构模型”为例，说明建构模型的五个步骤。

① 建模对象（原型）分析。

建构模型的首要任务就是充分了解、分析研究对象（原型），从原型的结构、形态、功能等方面出发，提炼出它的本质特征和重要因素。

在制作真核细胞的三维结构模型前，应该对真核细胞的结构有充分的了解，明确各个细胞结构的性质、体积、数量、分布等问题。

② 模型准备。

在对原型有充分了解的基础上，根据相似、简易、实用的原则，选择合适的材料和合适的方法，制订岀完善的方案，形成初步建模的预设，并分配好工作任务。

在制作真核细胞的三维结构模型中，学生根据原型的本质特征，结合自身的兴趣爱好，利用橡皮泥、废旧物品、常见生活用品等材料，选择岀适合制作细胞结构的用品，在小组合作的基础上，制定模型制作的方案，分工合作。

③ 建构模型。

在构建模型的过程中，学生应遵循先框架后细节、先简后繁、先大后小、由表及里的原则，按照各个元素制作的先后次序进行制作。

同时，学生要明确模型的整体制作过程以及各个成员的任务分工，通过团结互助，共同完成模型的建构。

教师在此过程中也要关注学生的动态，适时给予引导性的指导。

④ 模型检验与完善。

建构模型完成后，要即时进行检验，才能让学生对自身制作的不足有所了解，促进学生的进一步完善。

检验模型的基本原则是要保证模型的科学性和准确性，其次才是美观和创新性。

在制作真核细胞的三维结构模型中，各小组先进行自我检验和评价，再进行小组间的互相检查和评价，最后进行教师的检查和评价，找出模型的不足，进行修正和完善。

在此过程中，要鼓励学生积极发现问题，进一步锻炼和培养学生的综合能力。

⑤ 模型运用。

模型运用是指将在模型建构过程中掌握的生物学知识运用到生物学学习中。

模型建构的本质意义就是为了让学生理解抽象的、不易观察的事物，主动建构科学概念。

在制作真核细胞的三维结构模型中，通过细胞模型的建构，将感性认识和理性认识结合起来，有助于学生对真核细胞结构和功能的理解，建立相应的知识框架。

（3）建模的意义

许多生物学教学内容的开展离不开模型建构方法的帮助。

总的来说，通过构建模型的方法进行教学，能够加深学生对生物学基本概念、基本原理的理解，并有助于学生掌握生物学基本技能，帮助学生构建正确的知识体系，培养学生的创新精神，提高观察分析、实验探究等综合能力。

四．教材旁栏问题和练习及答案

问题探讨 

克隆牛的性状与母牛乙几乎是一模一样的，这说明了什么？

【答案】说明了克隆牛的性状是由细胞核决定的。

思考•讨论  

1.美西嫄的皮肤颜色与表皮细胞内黑色素的合成有什么关系？

这一合成过程是由细胞核还是细胞质控制的？

【答案】美西螈皮肤的颜色是皮肤表皮细胞内的黑色素决定的。

表皮细胞内合成了黑色素，使皮肤呈黑色，不能合成黑色素的，皮肤呈白色。

细胞内黑色素的合成是由细胞核控制的。

2.从资料2可以看出细胞核与细胞的分裂、分化有什么关系？

【答案】没有细胞核，细胞就不能分裂、分化。

3.分析资料3你可以得出什么结论？

【答案】细胞核是细胞生命活动的控制中心。

4.资料4说明伞藻的形态结构特点取决于细胞核还是细胞质？

【答案】伞藻的形态结构取决于细胞核。

5.结合克隆牛的实例，你认为生物体性状的遗传与细胞核有什么关系？

克隆牛所有细胞的细胞核，是否都来源于母牛乙体细胞的细胞核？

【提示】克隆牛是由重组的卵细胞发育成的。

重组细胞包含了母牛乙的细胞核，母牛甲的细胞质。

由这一重组细胞发育成的克隆牛性状几乎与母牛乙一模一样，这说明性状是由细胞核决定的。

克隆牛所有的细胞都来自于重组细胞的细胞分裂，其细胞核中的遗传物质与母牛乙的遗传物质相同。

6.你认为细胞核具有什么功能？

【答案】细胞核具有控制细胞代谢与遗传的功能。

旁栏问题 

同一生物体内所有细胞的“蓝图”都是一样的吗？

如果是一样的，为什么体内细胞的形态、结构和功能如此多样？

【提示】同一生物体内的所有细胞都来自于受精卵的分裂，细胞内的“蓝图”都是一样的。

体内细胞的形态、结构和功能多样，是细胞分化的结果。

练习与应用  

一、概念检测

1.细胞核的结构与功能有密切的联系，据此判断下列相关表述是否正确。

（1）控制细胞器进行物质合成、能量转化等的指令，主要通过核孔从细胞核送到细胞质。

（ √）

（2） 细胞核功能的实现与细胞核中的染色质密切相关。

 （ √）

2.细胞核内行使遗传功能的结构是 （ C）

A.核膜  B.核孔  C.染色质  D.核仁

3.细胞核是细胞的控制中心，下列各项不能作为这一结论的论据的是（ D）

A.DNA主要存在于细胞核内

B.细胞核控制细胞的代谢和遗传

C.细胞核是遗传物质储存和复制的场所

D.细胞核位于细胞的正中央

二、拓展应用

1.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有什么意义？

【提示】染色体呈高度螺旋状态，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去，而染色质处于细丝状，有利于DNA完成复制、转录等生命活动。

2.有性生殖使雌雄两性生殖细胞的细胞核融合为一个新的细胞核，从而使后代的遗传物质同亲代相比，既有继承，又有变化。

从这个角度看，你能找出不支持克隆人的论据吗？

你还能说出其他论据吗？

【提示】有性生殖的子代继承了双亲的遗传信息，在子代中双亲的遗传物质得到了重新组合，从而大大增加了生物变异，增加了适应多变环境的能力，也为进化提供了原材料。

克隆是无性繁殖的产物，克隆人与亲代相比，遗传物质是一样的，没有什么变化，因而降低了适应环境的能力。

还有，如果克隆人对某种疾病具有易感性，就可能带来灾难性的后果；在社会学意义上，克隆人是没有传统意义上的父亲和母亲，这可能会冲击原有的家庭和社会观念，等等。

复习与提高

一、选择题

1.下列各项表示细胞结构与其主要组成成分的对应关系，错误的是 （C）

A.染色体—DNA

B.细胞膜—磷脂

C.细胞骨架—多糖

D.细胞壁—纤维素

2.细胞内运输物质的具膜囊泡可以与细胞膜融合，由此可以推测囊泡膜的主要成分是（C）

A.脂肪和蛋白质

B.蛋白质和核酸

C.脂质和蛋白质

D.多糖和脂质

3.白细胞可以吞噬病菌，这一事实说明细胞膜具有（D）

A.全透性

B.保护作用

C.选择透过性

D.一定的流动性

4.下列对生物膜的叙述，不正确的是（B ）

A.生物膜是细胞所有膜结构的统称

B.各种生物膜的化学组成与结构均相同

C.膜的组成成分可以从内质网转移到高尔基体膜，再转移到细胞膜

D.各种生物膜既各司其职，又相互协调，共同完成细胞的生命活动

5.各种细胞器在功能上既有分工又有合作。

下列相关叙述错误的是（B ）

A.植物细胞中的液泡与维持细胞的渗透压有关

B.中心体和核糖体与蛋白质的合成有关

C.内质网和高尔基体与分泌蛋白的加工有关

D.叶绿体、线粒体与细胞内物质和能量的转化有关

6.染色体的高度螺旋化与其物质组成有关。

组成染色体的主要物质是 （A ）

A.蛋白质和DNA

B.DNA和RNA

C.蛋白质和RNA

D.DNA和脂质

二、非选择题

1.请将下列动物细胞的结构和功能概念图补充完整。

【答案】从上到下，从左到右依次为：

细胞质  细胞质基质   细胞器  内质网  与细胞有丝分裂相关  合成蛋白质

2.细胞内的各种生物膜在结构上既有明确的分工，又有紧密的联系。

结合下面关于溶酶体发生过程和“消化”功能的示意图，回答下列问题。

（1）b是刚形成的溶酶体，它来源于细胞器a；e是包裹着衰老细胞器d的小泡，而e的膜来源于细胞器c。

由图示可判断：

a、c、d分别是_____。

（2）f表示b与e正在融合，这种融合过程反映了生物膜在结构上具有______特点。

（3）细胞器a、b、c、d膜结构的主要成分是_____ 等。

（4）细胞器膜、_____等结构，共同构成细胞的生物膜系统。

生物膜的研究具有广泛的应用价值，如可以模拟细胞膜的功能对海水进行淡化处理。

【答案】

（1）高尔基体、内质网、线粒体  

（2）一定流动性  （3）蛋白质与脂质  （4）细胞膜与核膜控制物质出入细胞的功能。