高中生物 10 细胞的基本结构 - 细胞核的结构与功能

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细胞核的结构

核膜：具有双层膜结构，把核内物质与细胞质分开。核膜上有核孔，实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。核膜是选择透过性膜，小分子物质如核苷酸、氨基酸等可通过核膜进入细胞核，大分子物质如mRNA、蛋白质等则通过核孔进出细胞核。

核仁：折光性较强，与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。在细胞有丝分裂过程中，核仁会周期性地消失和重建。蛋白质合成旺盛的细胞，如分泌细胞、卵母细胞等，核仁通常较大。

染色质：主要由DNA和蛋白质组成，是遗传信息的载体。染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。在细胞分裂时，染色质高度螺旋化，缩短变粗，成为光学显微镜下可见的染色体；细胞分裂结束时，染色体解螺旋，重新成为细丝状的染色质。

核基质：为细胞核提供了支架和介质，为细胞核内的各种代谢活动提供了场所和物质基础，其成分包括水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等。

细胞核的功能

遗传信息库：细胞核是遗传物质储存和复制的主要场所，细胞中的遗传物质DNA主要存在于细胞核的染色质中。DNA上储存有遗传信息，通过复制将遗传信息传递给子代细胞，保证了亲子代细胞在遗传性状上的一致性。

细胞代谢和遗传的控制中心：细胞核通过控制蛋白质的合成来控制细胞的代谢和遗传。DNA上的遗传信息通过转录形成mRNA，mRNA从细胞核进入细胞质，指导蛋白质的合成，从而调控细胞的生长、发育、衰老和凋亡等生命活动。例如，红细胞的形成过程中，细胞核中的基因控制合成血红蛋白等相关蛋白质，从而使细胞具备运输氧气的功能；如果细胞核中的基因发生突变，可能导致细胞代谢异常，甚至引发疾病。

细胞核功能的实验探究

黑白美西螈核移植实验：将黑色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到白色美西螈的去核卵细胞中，结果发育成的美西螈全部是黑色的。该实验说明美西螈皮肤的颜色是由细胞核控制的。

蝾螈受精卵横缢实验：用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，中间只有很少的细胞质相连。结果有核的一半能分裂发育成胚胎，无核的一半则停止分裂。当有核的一半分裂到16-32个细胞时，如果这时将一个细胞核挤到无核的一半，这一半也会开始分裂并发育成胚胎。该实验说明细胞核是细胞分裂和分化所必需的，即细胞核控制着细胞的代谢和遗传。

变形虫切割实验：将变形虫切成两半，一半有核，一半无核。有核的一半能继续生存并进行正常的生命活动，无核的一半虽然能短期生存，但不能摄取食物，对外界刺激不再发生反应，最终死亡。如果在去核变形虫的死亡部分重新植入细胞核，它又能恢复正常的生命活动。该实验进一步证明了细胞核是细胞生命活动的控制中心。

伞藻嫁接与核移植实验：伞藻由“帽”、“柄”和“假根”三部分组成，细胞核在假根中。将两种伞藻的帽、柄和假根进行不同组合的嫁接实验，发现新长出的帽的形状与提供假根的伞藻一致。进一步将伞藻的细胞核移植到去核的伞藻中，也得到了相同的结果。该实验说明伞藻帽的形状是由细胞核控制的，从而证明了细胞核在生物性状遗传中的重要作用。