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生物必修1

第1章分子与细胞

【科学家访谈】探索生物大分子的奥秘——与邹承鲁院士一席谈

【知识体系】

第1章走近细胞

E.B.Wilson（美）：

每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找

第1节从生物圈到细胞

【知识体系】

【学习目标】

1.举例说明生命活动建立在细胞的基础上★

2.举例说明生命系统的结构层次★★

3.认同细胞是生命系统的基本层次★★★

【重点和难点】

1.重点：

（1）生命活动建立在细胞的基础上

（2）生命系统的结构层次

2.难点：

生命系统的结构层次

【问题探讨】SARS病毒引起的SARS（2003.春）

1.病毒有无细胞结构？

怎样生活和繁殖的？

答：

病毒尽管不具有细胞结构，但它可以寄生在活细胞中，在自身遗传物质控制下，利用宿主活细胞内的物质生活和繁殖。

联系初中：

病毒的结构（没有细胞结构：

蛋白质外壳+遗传物质核酸）和繁殖（在宿主的活细胞中，靠自身遗传物质控制，借助于宿主活细胞内的结构和成分合成病毒组分，构成新病毒。

新病毒一旦有机会就会侵入相应的宿主活细胞，重新开始生命活动）。

2.根据你掌握的资料，说说SARS病毒侵害了人体的哪些细胞?

是如何危及人的生命的？

答：

SARS病毒侵害了人体的上呼吸道细胞和肺部细胞，由于肺部细胞受损，导致患者呼吸困难，患者最终因呼吸衰竭而死亡。

此外SARS病毒还侵害其他部位的细胞。

结论：

生命活动离不开细胞（即使不具备细胞结构的病毒也只有依赖活细胞才能生活），细胞是生物体结构和功能的基本单位（生物大分子核酸和蛋白质等没有生命）。

一、生命活动离不开细胞

【资料分析】生命活动与细胞的关系

实例1.草履虫的运动和分裂

结论：

单细胞生物具有生命的基本特征，其各项生命活动（运动、生殖、摄食、消化、排泄、呼吸、生长、应激等）都是单个细胞完成的。

而且细胞必须保持结构的完整性才能完成生命活动。

实例2.人的生殖和发育

结论：

人在生殖过程中，生殖细胞（精子和卵细胞）充当了亲子代遗传物质的桥梁，生殖离不开细胞；人的生命活动（如胚胎发育）是从一个细胞（受精卵）开始的，其生长和发育等生命活动是在细胞分裂和细胞分化基础上进行的。

默记：

人的生殖和胚胎发育过程

实例3.缩手反射的结构基础

联系初中：

反射的概念及其结构基础——反射弧（感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器）

结论：

缩手反射需要多种共同细胞的参与，如由传入神经末梢形成的感受器、传入神经元（其神经纤维组成传入神经）、中间神经元（位于脑和脊髓内的神经中枢中）、传出神经元（其神经纤维组成传出神经）、相关的肌肉细胞等。

同样地，人的学习活动也需要种类和数量繁多的细胞参与。

细胞→组织→器官→系统，多个系统相互协作才能完成学习活动。

学习活动涉及多种细胞，主要是神经细胞。

实例4.HIV侵入淋巴细胞引起AIDS病

结论：

HIV的生命活动（生活和繁殖）离不开细胞（淋巴细胞），人的生命活动（免疫反应）也离不开细胞（淋巴细胞）。

其他实例：

人体胰岛B细胞受损→胰岛素依赖型糖尿病，脊髓中运动神经元受损→肢体瘫痪（如脊髓灰质炎），大脑皮层中听觉神经元受损→听觉障碍，肝细胞受损→肝炎（如乙肝），肾脏细胞受损→肾炎；肌肉细胞→机体运动，神经细胞→兴奋传导，腺上皮细胞→分泌活动，红细胞→氧气运输，消化道上皮细胞→营养物质吸收。

小结：

生命活动离不开细胞！

1.非细胞形态的生物（病毒）：

无细胞结构，只有依赖活细胞才能生活和繁殖；

2.单细胞生物（细菌、单细胞藻类、单细胞动物等）：

单个细胞就能完成各种生命活动；

3.多细胞生物（多数植物和动物等）：

依赖体内各种分化的细胞密切协作，共同完成一系列复杂的生命活动。

生物的生命活动

相应生命活动的细胞学基础

生物体与环境间物质和能量的交换

细胞代谢

生物体的生长和发育

细胞分裂和分化

生物的遗传和变异

细胞内基因的传递和变化

总之，生物圈中众多的单细胞生物、多细胞生物以及非细胞形态的生物，它们的生命活动都离不开细胞。

离开细胞，就没有神奇的生命乐章，更没有地球上瑰丽的生命画卷。

二、生命系统的结构层次

（一）系统（广义）的含义：

系统论认为，宇宙中的万事万物都属于不同层次又相互关联的系统。

所谓系统是指彼此间相互作用、相互依赖的组分有规律地结合而形成的整体。

大到一个天体、一个星系甚至整个宇宙，小到一个分子、一个原子等微观粒子等，都可看作一个相对独立的系统。

系统是有层次的，任何一个系统都是由若干部分（子系统）组成，同时又作为一个组成部分参与组成更高层次的系统——母系统。

系统都有一定的边界、组成、结构、功能，都有一个产生、发展、变化、消亡的过程，系统大多是开放的。

在生物学家看来，地球上纷繁复杂的生命也都可以划分为不同层次而又相互联系的各种生命系统。

（二）生命系统的结构层次：

以多细胞高等动物（龟）为例

由微观到宏观：

细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈

1.细胞：

生物体结构和功能的基本单位，是最基本的生命系统。

如心肌细胞、口腔上皮细胞。

2.组织：

由形态相似、结构和功能相同的细胞联合成的细胞群。

如心肌组织、上皮组织。

3.器官：

不同组织按一定次序结合在一起、能行使一定生理功能的结构单位。

如心脏、肝脏。

4.系统：

由多个器官按照一定次序组成的、能共同完成一种或几种生理功能的器官体系。

如血液循环系统、消化系统。

5.个体：

由各种器官或系统协调配合共同完成复杂生命活动的完整生物体。

单细胞生物一个细胞构成生物体。

如一只龟、一棵马尾松。

6.种群：

一定区域内同种生物的所有个体。

如一条河流中龟群、一座山上的一片马尾松。

7.群落：

一定区域内所有生物的种群。

如一条河流中的所有生物、一座山上的所有生物。

8.生态系统：

生物群落与其无机环境相互作用而形成的统一整体。

如一条河流、一口池塘。

9.生物圈：

地球上所有生物与其无机环境的总称。

尝试：

构建人、松、草履虫生命系统结构层次

小结：

生命系统各结构层次的关系

1.细胞是最基本的生命系统

（1）生命系统的其他层次（组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈）都建立在细胞层次的基础上；

（1）比细胞更小的结构层次，如细胞核、细胞器、分子、原子不能独立完成任何生命活动。

2.生物圈是地球上最大的生命系统

3.上一层次的生命系统是由下一层次的生命系统参与组成的

4.非细胞形态的生物（如病毒）不属于生命系统的任何层次

因为其不能独立完成任何生命活动。

5.生命系统结构层次具有多样性和复杂性

（1）并非所有生物都具有生命系统的9个层次。

①单细胞生物：

生命系统只有5个结构层次，缺乏组织、器官和系统3个层次，并且细胞层次同时也是个体层次；

②高等植物：

生命系统只有8个结构层次，缺乏系统层次；

③高等动物：

生命系统9个结构层次都具有。

（2）同类生物生命系统的结构层次名称可能相同，但各层次具体内容不同，如人和龟。

结论：

越高等的生物生命系统越复杂，越低等的生物生命系统越简单，说明了生命系统的复杂性和多样性。

（三）生命系统结构层次的形成：

大约40亿年前出现的原始生命应为原始的单细胞生物，它经过漫长进化，逐渐演变为各种生物个体、种群和群落；生物与环境长期相互作用，逐渐形成多姿多彩的生态系统和生机勃勃的生物圈。

总之，生命系统的结构具有层次性、复杂性和多样性，从最大的生命系统（生物圈）到最基本的生命系统（细胞），不同层次的生命系统层层相依，紧密联系，共同组成了纷繁复杂的生物界。

各个层次的生命系统都是生物在长期的进化过程中与环境相互作用的结果。

【课堂检测】

1.为研究病毒，需将其大量培养，下列培养方法最适宜的是（）

A.无菌牛肉汤B.含多种无机盐的培养液

C.固体培养基D.适宜温度和湿度下的活鸡胚

2.下列各项与“神经细胞→神经组织→脑→神经系统→羊”的结构层次一致的是（）

A.分生区细胞→分生组织→根→茎→小麦

B.骨骼肌细胞→骨骼肌→骨骼→运动系统→牛

C.神经细胞→神经组织→脑→神经网→水螅

D.上皮细胞→上皮组织→肺→呼吸系统→马

3.从生命系统的结构层次分析，下列叙述正确的是（）

A.一个细菌只是细胞层次

B.高等动植物都具有器官和系统层次

C.构成生命系统的结构具有层次性、复杂性和多样性

D.病毒不属于生命系统的任何层次，所以不属于生物

4.下列生命系统各属于哪个层次？

⑴受精卵、⑵树叶、⑶心脏、⑷一块骨骼肌、⑸血液、⑹筛管、⑺一个酵母菌、⑻池塘里所有鲫鱼、⑼某山上所有生物、⑽一片森林、⑾一口池塘、⑿一只小白鼠、⒀某农场所有水稻、⒁市场上的一个西瓜、⒂心脏和血管、⒃肝脏。

A.细胞：

⑴⑺B.组织：

⑸⑹C.器官：

⑵⑶⑷⒁⒃D.系统：

⒂E.个体：

⑺⑿F.种群：

⑻⒀G.群落：

⑼H.生态系统：

⑽⑾

第2节细胞的多样性和统一性

【知识体系】

【学习目标】

1.说出原核细胞和真核细胞的区别和联系★★

2.分析细胞学说建立的过程★

3.使用高倍镜观察几种细胞，比较不同细胞的异同点★★

4.认同细胞学说的建立是一个开拓、继承、修正和发展的过程，讨论技术进步在科学发展中的作用★

【重点和难点】

1.教学重点：

（1）使用高倍镜观察几种细胞，比较不同细胞的异同点

（2）分析细胞学说建立的过程

2.教学难点：

原核细胞和真核细胞的区别和联系

【问题探讨】

1.分辨图中有几种细胞？

能说出名称吗？

有哪些共同结构？

答：

5种细胞：

红细胞、白细胞、口腔上皮细胞、植物根尖分生区细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞。

共同结构：

细胞膜、细胞质、细胞核（植物细胞还有细胞壁、哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核）

2.举一两个例子说说造成不同种类的细胞形态结构不同的原因。

答：

同一生物的细胞具有不同的形态结构是因为生物体内的细胞所处的位置不同，功能不同，是细胞分化的结果；不同生物的细胞具有不同的形态结构是因为遗传物质不同。

红细胞呈两面凹的圆饼状有利于与氧气充分接触，起到运输氧气的作用；洋葱鳞片叶表皮细胞呈长方体形，排列紧密，有利于起保护作用。

一、用高倍显微镜观察细胞（实验）

（一）目的要求：

1.使用高倍显微镜观察几种细胞，比较不同细胞的异同

2.运用制作临时装片的方法

（二）材料用具：

（略）

（三）方法步骤（要点）

1.临时装片的制作：

2.临时装片的观察：

【探究讨论】如何获取蛙皮肤上皮细胞用来制作临时装片？

2.临时装片的观察：

取镜→安放→对光→观察→复原

（1）取镜和安放：

①右手握住镜臂，左手托住镜座。

②把显微镜放在实验台上，略偏左（显微镜放在距实验台边缘7厘米左右处）。

安装好目镜和物镜。

（2）对光：

①转动转换器，使低倍物镜对准通光孔（物镜的前端与载物台要保持2厘米的距离）。

②把一个较大的光圈对准通光孔。

左眼注视目镜内（右眼睁开，同时画图）。

转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内。

通过目镜，可以看到白亮的视野。

（3）观察：

低倍镜观察→高倍镜观察

①把所要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔的中心。

②转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（眼睛看着物镜，以免物镜碰到玻片标本）。

③左眼注视目镜内，同时反向转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓上升，直到看清物像为止。

再略微转动细准焦螺旋，使看到的物像更清晰。

在低倍镜观察的基础上才能使用高倍镜进一步观察！

（因为低倍镜视野范围大，高倍镜视野范围小，不易直接找到观察目标）

④选定放大目标并移至低倍镜视野中央（选定目标）。

⑤转动转换器，偏开低倍物镜，换用高倍物镜（转换物镜）。

⑥调节光圈或反光镜，使视野亮度适宜（。

缓慢调节细准焦螺旋，使物象更加清晰（调节亮度和焦距）

（4）复原：

取出玻片，偏开物镜，降下镜筒，送回镜箱。

注：

有关显微镜的一些常识

（1）放大倍数：

是指观察对象长度或宽度放大的倍数，不是观察对象的面积或体积的放大倍数，计算方法：

目镜的放大倍数×物镜的放大倍数。

【课堂检测】某显微镜放大倍数100倍时，视野直径上均匀分布着64个红细胞，则放大倍数为400倍时视野直径上有多少红细胞？

若原视野中均匀分布着64个红细胞，则新视野中有多少红细胞？

（2）镜头放大倍数与镜头长度的关系：

目镜（无螺纹）：

放大倍数与镜头长度呈负相关（反比）

物镜（有螺纹）：

放大倍数与镜头长度呈正相关（正比）

（3）物象与实物的空间位置关系：

上下颠倒、左右颠倒，即物象以视野的中心为圆心旋转了180°。

（4）高倍镜与低倍镜的比较：

工作距离

视野亮度

视野范围

视野细胞数

物象大小

高倍镜

近

暗

小

少

大

低倍镜

远

亮

大

多

小

（6）污点位置判断：

（6）视野亮度的调节方法：

选用大光圈或凹面反光镜→视野变亮

选用小光圈或平面反光镜→视野变暗

（7）玻片标本不能太厚

标本太厚，细胞层数过多，反射的光线不能穿透标本，就不能在视野中形成清晰的物象。

（四）分析讨论：

1.不同生物细胞形态结构千差万别，说明什么？

（细胞多样性）

2.不同生物细胞基本结构大体相同，说明什么？

（细胞统一性）

【相关信息】成人体内的细胞约有1014个，200多种类型，据分化程度分为600多种。

形态结构和生理功能各异，基本结构大体相同。

二、原核细胞和真核细胞

（一）原核细胞和真核细胞的划分依据：

根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，将细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。

由此构成的生物分别称为原核生物和真核生物。

（二）原核细胞和真核细胞的区别：

原核细胞与真核细胞的最大区别是无核膜包被的细胞核（即无成形的细胞核）。

真核细胞→真核生物

原核细胞→原核生物

细胞核

有由核膜包被的细胞核,内有核仁，DNA分子以染色体（染色质）的形式存在

无核膜包被的成形细胞核,有拟核,内无核仁，DNA分子以游离形式存在

细胞质

有各种复杂细胞器

只有核糖体一种细胞器

细胞壁

植物的细胞壁成分主要是纤维素和果胶

细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖（多糖和蛋白质结合成）

细胞大小

较大,直径10~100μm

较小,直径1~10μm

实例

动物、多数植物和微生物

细菌、放线菌、蓝藻、衣原体、支原体、立克次氏体

联系

（统一性）

都有细胞膜、细胞质等结构，细胞核和拟核中都有遗传物质DNA，体现了真核细胞和原核细胞在进化上的联系。

提醒：

1.菌类中只有细菌（球菌、杆菌、螺旋菌、弧菌）和放线菌才属于原核生物，真菌（酵母菌、霉菌、伞状真菌）属于真核生物。

2.藻类中只有蓝藻（蓝细菌，如蓝球藻、念珠藻、颤藻、发菜等）属于原核生物，其他藻类（如绿藻、红藻、褐藻等）属于真核生物。

3.蓝藻和细菌的营养方式：

（1）蓝藻：

无叶绿体，但含光合色素（藻蓝素和叶绿素），是能进行光合作用的自养生物（能将摄取的无机物合成有机物）。

（2）细菌：

绝大多数种类是营寄生或腐生生活的异养生物（只能从环境中摄取现成的有机物）。

4.水体富营养化：

水体中N、P等矿质营养过多导致藻类植物（主要是蓝藻）大量繁殖（疯长）的现象。

能大量消耗氧气并产生毒素，导致水质恶化及水生动物死亡。

发生在淡水中的称为水华，发生在海水中的称为赤潮。

5.根据生物体的结构对生物分类：

非细胞形态的生物：

如病毒、类病毒、朊病毒等

原核生物：

细菌、放线菌、蓝藻、衣原体、支原体、立克次氏体

真核生物：

植物、动物、大多数微生物

单细胞生物：

原生动物、细菌、单细胞藻类等

多细胞生物：

多数动植物、霉菌、伞状真菌等

三、细胞学说的建立：

（一）细胞学说的建立过程：

【资料分析】细胞学说建立的过程

科学家

时间

贡献

不足

维萨里

比夏

1543年

在器官、组织水平上研究生命

未深入到细胞水平

虎克

1665年

利用显微镜观察发现并命名细胞

观察到的是死细胞

列文虎克

17世纪

用显微镜观察到活细胞

未用细胞描述其发现；未考虑生物体结构的一致性

马尔比基

17世纪

用显微镜观察了动植物微细结构

施莱登

19世纪

提出细胞是构成植物体基本单位

未与动物界联系起来

施旺

19世纪

提出一切动植物都由细胞构成，推倒分隔动植物界的屏障

未搞清新细胞的来源

耐格里

19世纪

发现新细胞是细胞分裂产生的

未上升到理论水平

魏尔肖

1858年

总结出“细胞通过分裂产生新细胞”的理论

未考虑非细胞形态生物的增殖

【思考讨论】

1.通过分析细胞学说建立的过程，能领悟到科学发展有何特点？

答：

（1）科学发现是很多科学家共同参与和努力的结果；

（2）科学发现的过程离不开技术的支持；（3）科学发现需要理性思维和实验的结合；（4）科学理论的建立是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。

2.恩格斯把细胞学说、能量转化与守恒定律、达尔文的生物进化论并称为19世纪自然科学的三大发现。

细胞学说的地位和意义为何如此重要？

提示：

细胞学说揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性，使人们认识到各种生物之间存在共同的结构基础，标志着生命科学的研究进入到细胞水平，极大地推动了生物学的研究进程，现代细胞生物学正是在此基础上发展起来的。

（二）细胞学说的主要内容：

1.细胞是一个有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。

2.细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。

3.新细胞可以从老细胞中产生。

（三）细胞学说的意义：

细胞学说揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性，使人们认识到各种生物之间存在共同的结构基础，使生命科学的研究进入到细胞水平，极大地推动了生物学的研究进程。