資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物學 年級 高一 學期 秋季
課題 第3章 第3節(jié) 細胞核的結(jié)構(gòu)和功能
教學目標
1.通過推理、尋找實驗證據(jù)、分析討論資料，運用歸納的方法從不同生命現(xiàn)象中概括出細胞核的功能，認同細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心。 2.通過對資料的分析，能用結(jié)構(gòu)和功能相適應的觀點理解細胞核的結(jié)構(gòu)與相應功能，同時認同細胞是一個有機的整體。 3.通過了解核移植技術(shù)在生活中的應用，科學家在生命科學領(lǐng)域的工作，引導學生關(guān)注生物學技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應用，激發(fā)愛國熱情，培養(yǎng)社會責任。 4.通過嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，體驗模型建構(gòu)的方法和過程。
教學重點： 1. 細胞核的結(jié)構(gòu)和功能。
教學難點： 1. 理解細胞核是細胞生命系統(tǒng)的控制中心。
2. 理解染色體和染色質(zhì)的關(guān)系。
教學過程
一、導入新課 設問：是不是所有真核細胞都有細胞核呢？初中學習過克隆羊“多莉”，克隆動物的誕生運用的一項關(guān)鍵技術(shù)是什么？細胞核為什么如此重要？它究竟有什么功能呢？生物學是一門實驗科學，讓我們一起沿著科學家的足跡，在科學探究中尋找答案。 二、探究細胞核的功能 實驗1：傘藻嫁接實驗 介紹傘藻：傘藻是海生的單細胞藻類，分為帽、柄和假根，其中細胞核位于假根部位。帽的形狀有兩種：一種是菊花形，一種是傘形。傘藻的再生能力很強，切除傘帽之后，很短時間內(nèi)能夠生出新的傘帽。利用此特性，科學家進行了傘藻嫁接實驗。 問題串： 1.切去帽后長出來的新帽形狀是由柄決定還是由假根決定的？（切去帽后長出來的新帽的形狀是由假根決定的，因為假根具有細胞核） 2.傘藻嫁接實驗能否說明傘帽的形狀由細胞核控制？為什么？（假根細胞核周圍的部分細胞質(zhì)的存在可能會影響傘帽的形狀） 3.若要說明細胞核的作用，還需要如何設計實驗？（移植細胞核） 實驗1：傘藻核移植實驗 4. 為增強實驗說服力，你認為核移植實驗還可以補充怎樣的設計？ （對照組：將傘形帽傘藻的細胞核移植到去帽去核的菊花形傘藻的假根中） 得出結(jié)論1：生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成主要與細胞核有關(guān)。 科學結(jié)論的得出僅憑單一實驗是遠遠不夠的，且上述實驗對象為單細胞生物，所以可以利用上述設計思路，對多細胞生物進行重復實驗。 實驗2：美西螈核移植實驗 介紹美西螈：一種兩棲動物，俗稱六角恐龍，是墨西哥的特有物種。它的特別之處在于從出生到性成熟產(chǎn)卵為止，均保持幼體的形態(tài)，同時還具有非凡的再生能力。 問題：美西螈皮膚的顏色是由細胞核還是細胞質(zhì)控制？ 結(jié)論2：美西螈的膚色是由細胞核決定的。 從單細胞生物的核移植到多細胞兩棲類生物，再到之后克隆出“多莉”，科學家們已經(jīng)成功培育出多種體細胞克隆哺乳動物。2017年，世界上首例體細胞克隆猴在我們國家誕生，這是我國科學家歷經(jīng)五年攻關(guān)取得的重大突破，這也標志著我國的科技研究正逐漸從“跟跑”轉(zhuǎn)向“并跑”與“領(lǐng)跑”。這些核移植克隆動物的實驗證據(jù)可以證明：生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成、生物體性狀的遺傳主要由細胞核決定，細胞核控制著細胞的遺傳。 實驗3：蠑螈受精卵橫縊實驗 蠑螈也是一種兩棲動物，我們看到：沒有細胞核，受精卵不分裂，有細胞核，細胞分裂。無核部分一旦擠進來一個細胞核，也會開始分裂分化最終發(fā)育成胚胎。這說明細胞核與細胞的分裂、分化有什么關(guān)系？（細胞核與細胞的分裂分化緊密相關(guān)，細胞核控制著細胞的分裂、分化。） 問題：細胞核除了與分裂分化有關(guān)，你認為細胞核與細胞其他的生命活動（如攝食、消化以及呼吸）有關(guān)系嗎？如何證明？選什么生物材料可以較容易觀察到有核的生物體能正常生活，沒核不能生活？單細胞生物。 實驗4：變形蟲的切割與核移植實驗 變形蟲是一種單細胞生物，再生能力很強。因此可以對他進行切割實驗。如果你是科學家，想利用變形蟲探究細胞核的功能，會如何設計實驗？ 閱讀教材第55頁資料3，思考：從該實驗可得到什么結(jié)論？ 結(jié)論4：說明了變形蟲的各種生命活動是由細胞核控制的。 問題：整個實驗最突出的設計思想是什么？怎么對照的？圍繞什么而對照？ （分隔后兩部分的對照，自身前后的對照，都是圍繞細胞核而對照的。） 通過實驗3和4，得出結(jié)論：細胞核控制細胞的代謝。 大量的實驗證據(jù)表明，細胞核控制著細胞的代謝和遺傳，就像是細胞的“大腦”，是細胞這個基本的生命系統(tǒng)的控制中心。 三、研學細胞核的結(jié)構(gòu) 細胞核為什么能成為細胞的“控制中心”呢？我們都知道，生物的各種結(jié)構(gòu)和功能是相適應的，結(jié)構(gòu)決定功能。細胞核的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？ 閱讀教材第56頁關(guān)于“細胞核的結(jié)構(gòu)”知識，結(jié)合學習任務單上的資料分析，思考以下問題： 1.細胞核有哪幾部分構(gòu)成？ 2.核膜與細胞膜有什么異同？ 3.核孔的功能是什么？它的數(shù)目和細胞代謝有關(guān)嗎？ 4.核仁的功能是什么？核仁的大小與蛋白質(zhì)合成的多少有關(guān)嗎？ 5.組成染色質(zhì)的成分是什么？染色質(zhì)和染色體是怎樣的關(guān)系？ 閱讀資料分析核孔結(jié)構(gòu)及功能特點。 資料1：依賴傳統(tǒng)技術(shù)科學家始終無法得到核孔復合體的準確構(gòu)象。通過日益完善的冷凍電鏡技術(shù)，研究人員成功還原了核孔復合體的精細結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其圖像類似“甜甜圈”。主要由核被膜、中央栓和核質(zhì)側(cè)的“核籃”組成。它是生物體內(nèi)最復雜的蛋白質(zhì)復合體之一，可由100多種不同蛋白質(zhì)共同構(gòu)建，但它的直徑只有120nm。三位生物物理學家因發(fā)明了此項冷凍電鏡技術(shù)用于研究生物大分子，而最終獲得了2017年諾貝爾化學獎。 圖示：核孔的模型及物質(zhì)通過核孔的運輸 資料1得出：核孔結(jié)構(gòu)：由蛋白質(zhì)組成的蛋白質(zhì)復合體。同時我們看到，科學的發(fā)展離不開技術(shù)的進步，生物物理學家拿到了諾貝爾化學獎，可見學科交叉在科研領(lǐng)域的重要性。 資料2：1個細胞大約有3000個核孔。細胞分裂復制染色體時，1個核孔一分鐘要運進核內(nèi)100個蛋白質(zhì)分子。核孔可以將細胞核內(nèi)合成的RNA運出細胞核，但DNA不能運送出核。還有一些蛋白質(zhì)一經(jīng)運入核內(nèi)就不能再離開細胞核。 資料2得出：核孔功能：運輸RNA、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，實現(xiàn)核質(zhì)之間的物質(zhì)交換和信息交流。問題：任何物質(zhì)都能自由出入核孔嗎？（核孔運輸物質(zhì)具有選擇性。）一般細胞代謝越旺盛，核孔數(shù)目越多。 從圖看出：當需要“貨運”的蛋白質(zhì)大分子跟核孔相應部位結(jié)合后，核孔的中央栓蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而將“貨運”蛋白質(zhì)分子轉(zhuǎn)運進細胞核。小結(jié)：物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定功能。 資料3：當科學家使用丙烯醛損害核仁時，細胞質(zhì)中核糖體的含量迅速下降，而核糖體參與蛋白質(zhì)的合成。 核仁與某種RNA的合成及核糖體的形成有關(guān)。根據(jù)前面學過的細胞器知識，核糖體的功能是什么？（合成蛋白質(zhì)的機器） 因此，蛋白質(zhì)合成快，代謝旺盛的細胞中（如：唾液腺細胞） ，核仁就越大、核孔也越多。 資料4： 人體細胞中每條染色體包含1條縱向貫穿的DNA分子。若將人體1個體細胞中所有的DNA伸展開來，總長可達到2m，直徑約為2nm。細胞核的直徑僅為10μm。1個DNA長鏈一般壓縮大約50倍組裝成1條染色質(zhì)，繼續(xù)再壓縮200倍組裝成染色體。 完成表格： 染色質(zhì)和染色體的關(guān)系 名稱 項目染色質(zhì)染色體 物質(zhì) （相同/不同）成分相同主要成分是 和 特性相同易被 染成深色功能相同 的主要載體 時期（相同/不同） 分裂間 期 分裂 期 形態(tài)（相同/不同）細長的絲狀圓柱狀或桿狀 相互轉(zhuǎn)化 染色質(zhì) 染色體
當細胞進入分裂期的時候，染色質(zhì)高度螺旋化、縮短變粗成為染色體，當細胞分裂結(jié)束時，染色體解螺旋，恢復成細絲狀的染色質(zhì)。所以，染色質(zhì)和染色體實際上是同種物質(zhì)在不同時期的兩種形態(tài)。 染色質(zhì)（體）是DNA的載體，在本章第一節(jié)我們就研究過DNA是細胞生物的遺傳物質(zhì)，它攜帶著大量遺傳信息。根據(jù)物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定功能的觀念。說明細胞核是細胞的遺傳信息庫。 總結(jié)：對細胞核功能較為全面的闡述應該是：細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心。 構(gòu)建細胞核的知識概念圖： 四、模型建構(gòu)——嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型 資料5：失去細胞核的細胞存在時間通常是不長久的。如人的紅細胞只能存活120天左右。 資料6：精子的頭部幾乎只保留了細胞核，大部分細胞質(zhì)及多數(shù)細胞器被丟棄，未能受精的精子在24-36個小時內(nèi)會先后死亡。 細胞的完整性是細胞生命活動的基礎，細胞是一個統(tǒng)一的整體，它既是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位。 因此我們在前面學習了細胞的各種結(jié)構(gòu)的基礎上，便可以嘗試構(gòu)建真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型。 閱讀教材第57頁“探究·實踐”，選擇一種真核細胞，從結(jié)構(gòu)與功能相適應的觀念出發(fā)，根據(jù)其功能特點選擇相對應的核膜、核仁及各種細胞器，嘗試構(gòu)建一個完整的細胞模型。課后，同學們可以從科學性、創(chuàng)新性和低成本等角度對制作的模型進行分析、評價和交流。 制作標準與評價標準： 部分細胞結(jié)構(gòu)的大小參考如下： 核糖體：15-20nm 溶酶體：直徑為0.2～0.8 μm 線粒體：直徑為0.5～1 μm，長度為2～3 μm 葉綠體：直徑為2～4 μm，長度為5～10 μm 中心粒：直徑為0.2～0.4 μm，長度0.3~0.5μm 高爾基體：扁平囊直徑1μm 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：約占細胞總膜面積的一半 細胞核：直徑為5～10 μm 核仁：直徑為15～20 nm 最后，引用章圖中翟中和院士的話：我確信哪怕一個最簡單的細胞，也比迄今為止設計出的任何智能電腦更精巧。細胞很小，但探索細胞的世界很大，期待未來的你們能夠為人類發(fā)現(xiàn)更多有關(guān)細胞的奧秘。

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