普通高中教科书·生物学必修1 分子与细胞（沪科技版2020）.pdf

1、上海科学技术出版社普通高中教科书生物学必修1分子与细胞上海科学技术出版社普 通 高 中 教 科 书生物学分子与细胞生物学必 修 1分子与细胞SHENGWUXUE绿色印刷产品绿色印刷产品定价:10.40 元必 修 1生 物 学必 修 1普 通 高 中 教 科 书分 子 与 细 胞上海科学技术出版社主 编：赵云龙 周忠良本册主编：周忠良编写人员：（以姓氏笔画为序）朱 静 任 华 李小方 张秀珍 鲍晓云责任编辑：何孝祥 杨 硕美术设计：蒋雪静普通高中教科书 生物学 必修 1 分子与细胞上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出 版 上海世纪出版(集团)有限公司 上海科学技术出版社 （上海市钦州南

2、路 71 号 邮政编码 200235）发 行 上海新华书店印 刷 上海中华印刷有限公司版 次 2021 年 8 月第 1 版印 次 2021 年 8 月第 1 次开 本 890 毫米 1240 毫米 1/16印 张 8.25字 数 182 千字书 号 ISBN 978-7-5478-5341-2/G1043定 价 10.40 元版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：021-64848025，邮箱：全国物价举报电话：12315 声明 按照中华人民共和国著作权法第二十五条有关规定，我们已尽量寻找著作权人支付报酬

3、。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。你还记得西游记中的美猴王拔一根毫毛就能变出小猴吗？这个神话故事也许是关于体细胞克隆的最早设想。2017 年，中国科学家攻克了“体细胞克隆猴”这一世界难题，首次成功培育出克隆猴，为人类相关疾病的治疗带来了新的希望当今世界，生物学的发展日新月异，新理论、新技术、新成果不断被发现和运用。生物学正在改变着我们的生活，改变着整个社会。生物学是一门怎样的学科？任何学科的发展和重大发现都离不开前人的努力。科学家牛顿说过：“如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。”生物学的发展有迹可循：从 1665 年首次发现细胞，到 1839 年正式建立细胞学

4、说；从 1809 年最早阐述生物进化思想，到 1859 年系统阐述自然选择学说；从 1953 年成功解析出 DNA 分子双螺旋结构，到 1980 年首次培育出转基因动物；从 1909 年正式提出“基因”的概念，到 2001 年绘制出人类基因组草图我们不难看出，生物学就是研究生命现象和生命活动规律的科学。高中生为何要学习生物学？作为新时代的高中生，学好生物学十分重要。对个人而言，你必须了解自己的身体，了解自身的所需、所能、所限，才能科学地安排自己的学习与生活，同时也为将来从事与生物学相关的医药、工农业等领域的工作打下基础。从人类生存与生态环境角度，你会了解地球上生命体的相互依存关系，树立“绿水青

5、山就是金山银山”的理念。通过高中生物学课程的学习，我们将更加关爱生命，崇尚科学，养成健康文明的生活方式。致同学们1如何学好高中生物学？打开我们的生物学教材，你会发现每节内容开始之前都有一个小活动，活动中需要思考和讨论一些生物学问题。其中，有些问题容易回答，有些或许回答不出。希望你能带着这些问题去学习，依据搜集到的事实与证据，通过归纳与概括、演绎与推理等科学思维方法来寻找答案。在教材中，你还会看到实验探究、建立模型和实践调查等活动，这些是获取生物学事实与证据的重要来源，也是学好高中生物学的有效途径。希望你能乐于实践、善于合作、勇于创新！正如教育家陶行知所言：“学生不应该专读书，他的责任是学习人生

6、之道。”愿同学们将生物学课程中学习到的生命观念、科学思维、科学探究方法和精神、社会责任感，转化为今后成长、成才的钥匙，在开启人生新篇章的同时，为国家和社会作出应有贡献。2生 物 学 是 与 人 类 生 活 密 切 相 关 的 自 然 科学实 验 探 究 是 学 习 生 物 学 的 重 要 途 径探究 实验 1-1 用高倍镜观察动植物细胞细 胞 是 生 物 体 结 构 的 基 本 单 位第 1 节第 2 节第 3 节细胞的结构 49第 1 节第 2 节细 胞 由 质 膜 包 裹细 胞 各 部 分 结 构 既分 工 又合 作探究 实验 3-1 观察叶绿体和细胞质流动探究 建模 3-2 制作真核细胞

7、的结构模型细胞的分子组成 23第 1 节第 2 节第 3 节第 4 节C、H、O、N、P、S 等 元 素 组 成 复 杂 的生 物 分 子蛋 白 质 和 核 酸 是 重 要 的 生 物 大 分 子糖 类 和 脂 质 是 细 胞 的 结 构 成 分 和 能 源 物 质探究 实验 2-1 检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质水 和 无 机 盐 是 生 命 活 动 的 必 需 物 质走进生物学 15 05 5目录第 章 第 章 第 章 132281 52 4283542123 959631 细胞的代谢 69第 1 节第 2 节第 3 节第 4 节细 胞 通 过 质 膜 与 外 界 进 行 物 质 交

8、 换探究 实验 4-1 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响酶 催 化 细 胞 的 化 学 反 应探究 实验 4-2 探究温度对淀粉酶活性的影响细 胞 通 过 分 解 有 机 分 子 获 取 能 量叶 绿 体 将 光 能 转 换 并 储 存 在 糖 分 子 中探究 实验 4-3 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定探究 设计 4-4 探究影响光合作用强度的环境条件细胞的生命进程 105第 1 节第 2 节第 3 节细 胞 通 过 分 裂 实 现 增 殖探究 实验 5-1 观察植物根尖细胞有丝分裂细 胞 通 过 分 化 形 成 多 细 胞 生 物 体细 胞 衰 老 和 死 亡 是 自 然

9、 的生 理 过 程7 07 68 2881 0 611 911 4第 章 第 章 4574799 11099821 第节第 章1走进生物学生物学是研究生命现象和生命活动规律的自然科学，它不仅是农 业、医 学、环 境 科 学 等 众 多 相 关 学 科 的 基 础，而 且 与 我 们 的 生 活密切相关。进入 21 世纪，现代生物学发展迅猛，杂交水稻、基因编辑、免疫治疗、生态治理、现代发酵工程等大量研究成果纷纷进入我们的日常生活。立足现代生活以及社会发展，人们需要具备一定的生物学素养。让我们从认识细胞开始，走进生物学，开启探索生命奥秘之旅！12走进生物学第 1 章我知道的生物学研究成果进 入 2

10、1 世 纪，生 物 学 发 展 迅 速。请 在 表 1-1 中列举你所知道近年来生物学领域取得的重大研究成果，并与同学交流分享其学科价值或社会意义。表 1-1 生物学重大研究成果成果主要内容学科价值或社会意义思考与讨论：1.请举例说明这些研究成果对你的日常生活产生了哪些影响？2.你觉得取得这些成果，需要具备哪些知识或能力？第 节生物学是与人类生活密切相关的自然科学1杂交水稻、基因编辑、发酵工程、免疫治疗、生态文明这些耳熟的词语已经成为了我们日常生活的一部分。有科学家认为，现代生物学的研究成果以空前的广度和深度影响并改变着人类的生活。对此，你是否感同身受？学习目标举 例 说 明 生 物 学 研究

11、 成 果 推 动 人 类 社会的进步。通 过 了 解 现 代 生 物学 研 究 成 果 与 人 类的 密 切 关 系，感 悟学 习 生 物 学 的 价 值所在。概念聚焦生 物 学 与 人 类 生 活密切相关。3生物学是与人类生活密切相关的自然科学第 1 节1杂交水稻技术的发展为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献随着人口的不断增长，粮食短缺始终是世界性难题。中国科学家基于遗传学杂种优势原理，不断进行科技创新培育杂交水稻，为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献。中国的杂交水稻研究起始于 1964 年。1973 年，袁隆平（图1-1）带领的研究团队以细胞质雄性不育系为遗传工具，突破实现了三系法配套，培

12、育出第一代杂交水稻。19861992 年，科学家们又攻克两系法育种关键技术，以光温敏雄性不育系为遗传工具，培育出第二代杂交水稻，极大地简化了育种程序、缩短了育种周期，增产效果明显。之后，科学家们通过不断努力，运用基因工程技术，以遗传工程雄性不育系为遗传工具，推出了第三代杂交水稻，不但提高了性状稳定性和选育效率，还降低了对环境的要求，使其每公顷产量由普通水稻的 6 t1*提升到15 t，潜在产量更可达 18 t。袁隆平一生致力于杂交水稻技术的研究、应用和推广，创建了超级杂交稻技术体系，为我国粮食安全、农业科学研究和世界粮食供给作出杰出贡献。2019 年，袁隆平荣获国家最高荣誉“共和国勋章”。袁隆

13、平还多次去东南亚等地区讲学、传授技术，培训了来自亚洲、非洲、南美洲 30 多个国家的学员。联合国教科文组织、世界粮食基金会以及多个国家纷纷表彰袁隆平对世界粮食生产所作出的杰出贡献。*t 表示质量单位“吨”。图 1-1 袁隆平在杂交水稻田工作4走进生物学第 1 章目前，更多的科学家还在继续深入研究新一代的杂交水稻。袁隆平认为，第四代杂交水稻应是正在研究中的碳四（C4）型杂交水稻，其光合作用效率高等优势必将使水稻产量潜力进一步提高；而第五代则是利用无融合生殖固定水稻杂种优势，虽然难度很大，但随着分子育种技术的进步，有望在本世纪中期获得成功。2基因编辑技术为农业和医学提供了更广阔的发展空间多年来，科

14、学家一直在尝试能通过各种技术使生物的性状按照理想的意愿进行改变。早期的基因工程技术将设计好的一段外源基因（DNA 片段）通过特定的方法转入到靶细胞的细胞核中，使靶细胞获得新的、特定的生物学性状。这在动植物育种方面已经有了很多的成功应用案例，如转基因的棉花、西红柿、马铃薯、大豆、水稻等，在提高农作物产量及抗病能力等方面都取得了很好的效果。但是，通过这种技术插入基因的位置不确定，经常使试验结果难以达到预期。进入 21 世纪，在细胞和分子生物学研究基础上建立起来的基因编辑技术，通过特定的“工具”可以重新编辑细胞中DNA 的遗传信息，以此改变细胞的生物学性状。例如，通过人工设计，可以使核酸酶在靶细胞

15、DNA 上的特定位点进行剪切，实现对细胞内源基因的精准定点编辑（图 1-2）。基因编辑技术可广泛应用于生命科学基础研究、疾病模型构建、药物研发等领域。通过对特定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以帮助科学家研究特定基因的功能，图 1-2 基因编辑示意图5生物学是与人类生活密切相关的自然科学第 1 节或设计出相关疾病治疗的药物。而对于基因突变引起的疾病，如镰状细胞贫血症、血友病等，则有望直接通过对突变基因的修复、改造进行治疗。目前已知的人类遗传病超过 5 000 种，95%以上的遗传病仍缺乏有效的治疗方法，而基因治疗给这些患者带来治愈的新希望。同时，新一代的基因编辑技术可以不引入外

16、源基因，有望更安全、更广泛地应用于各种农作物和果蔬品种的改良。3免疫治疗开启清除肿瘤细胞新途径肿瘤已成为目前人类健康所面临的最大挑战之一。常见的肿瘤治疗手段为手术切除、放疗、化疗以及靶向治疗等。近年来，科学家通过研究免疫细胞与肿瘤细胞之间“相爱相杀”的复杂关系，开创出刺激人体免疫系统清除肿瘤细胞的新途径。2018年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现：具有人体健康监护作用的 T 淋巴细胞表面的两种膜蛋白（PD-1 和 CTLA-4）会阻止T 淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。如能研制出阻断这两种膜蛋白功能的靶向药物，就可以借助 T 淋巴细胞来清除肿瘤。此外，科学家还通过改造患者的 T 淋巴细胞，使其具有

17、更强的识别和杀伤肿瘤细胞的能力(图 1-3)，这种技术被称为嵌合抗原受体 T 细胞免疫疗法(CAR-T 疗法)。2012 年，一位五岁的急性淋巴白血病患者在美国接受了 CAR-T 临床治疗后获得治愈，成为世界上首例 CAR-T 疗法治愈的儿童白血病病例。免疫治疗的不断发展与进步，给人们治愈更多类型的肿瘤疾病带来了全新的希望。图 1-3 T 淋巴细胞攻击肿瘤示意图6走进生物学第 1 章4现代发酵工程在人类的生产和生活中广泛应用发酵工程是利用微生物的生命活动来大量生产人们所需生物产品的工程技术（图 1-4）。结合基因工程和细胞工程等技术，现代发酵工程在医药、食品、化工、材料、农业、能源和环境等领域

18、应用广泛，为解决药物规模化生产、能源短缺、环境污染等重大问题提供了全新的思路和途径。通过发酵工程技术生产的人源重组蛋白质药物（如重组人胰岛素、干扰素、白介素等）具有重要的治疗作用；利用非粮资源的木质纤维素作为原料发酵生产可再生能源燃料乙醇；利用微生物发酵法生产生物可降解塑料聚乳酸随着合成生物学、基因组测序、大数据、人工智能等新兴技术的结合应用，发酵工程还将在人类的生产、生活中发挥更大的作用。5生态学原理指导人类可持续发展随着人口的增长、人类对自然资源和环境的不合理开发和利用，气候变化、生物多样性丧失、海洋酸化、土地荒漠化加剧等全球性生态和环境问题，在可预见的未来还将进一步加剧。因此，生态学研究

19、的重点将是如何在维持地球生态系统稳定的前提下，满足人类日益增长的需求。运用生态学图 1-4 现代发酵工厂设备7生物学是与人类生活密切相关的自然科学第 1 节1.用实例说明生物学对人类生活的价值。2.找找你生活中遇到的生物学问题。3.说说你对生物学课程学习的期望。自我评价原理，将人类活动合理融入地球生态系统（图 1-5），是解决可持续发展问题的有效途径。“绿水青山就是金山银山”，生动形象地阐明了人类社会发展与环境的“舟水关系”，更是我们加强生态文明、建设美丽中国、构建人与自然生命共同体的努力方向。综上所述，生物学的研究与发展推动着医学、农业、食品、环境等相关领域的发展。此外，生物学研究还与海洋、

20、空间、能源、材料等涉及国家战略发展的重要领域有着紧密联系。生命活动极其复杂，它包含着物理变化、化学变化等多种物质运动形式。各领域研究者不断将新的研究方法和技术融汇运用到生物学的研究行列中，使研究生命活动本质和规律的生物学成为 21 世纪的主导学科。面对生物学充满前景与挑战的未来，你准备好了吗？图 1-5 上海中心城区的生态公园8走进生物学第 1 章我做过的生物学实验请回顾你做过的生物学实验，并按表 1-2 进行汇总。表 1-2 生物学实验汇总实验名称研究的问题 仪器和方法得到的结论问题是否解决思考与讨论：1.对于做过的实验，表格中的几项内容你是否都能填写完成？为什么？2.与小组同学交流，将表格

21、信息进一步完善。3.从做过的实验中，你能归纳出生物学实验有哪些基本步骤和要求？第 节实验探究是学习生物学的重要途径2“取洋葱表皮，放在滴加水的载玻片上展开，盖上盖玻片，在显微镜下观察细胞结构”你还记得这样的生物学实验情景吗？生物学是一门实验科学，科学家对生命活动规律的研究都是通过实验探究获得的。实验探究也是学习生物学的重要途径。合理的思路和方法以及熟练的实验技术是进行实验探究的基本保障。走进实验室之前，让我们先来熟悉生物学实验探究的基本步骤和要求。学习目标说 出 生 物 学 实 验 探究活动的基本步骤。学 会 使 用 高 倍 镜 观察细胞。尝 试 运 用 比 较 和 归纳 等 方 法，以 文、

22、图、表 等 方 式 说 明实验结果。概念聚焦实 验 探 究 是 学 习 生物学的重要途径。实 验 探 究 需 要 遵 循合 理 的 思 路 和 方 法，还 需 有 熟 练 的 技 能和安全意识。显 微 镜 是 生 物 学 实验探究的重要工具。9实验探究是学习生物学的重要途径第 2 节1实验探究需要合理的思路和方法从我们做过的生物学实验中可以归纳出实验探究的基本步骤（图 1-6）。生物学研究的问题，往往来自生产实践或现实生活中的现象，问题类型通常是“为什么”“是什么”“怎么办”等。例如“小麦在大田可以正常生长，而在海边滩涂或盐碱地却不能生长或生长不良”，根据这一现象，我们可以提出“为什么小麦不能

23、在海边滩涂生长，而芦苇却可以在海边滩涂生长？”“海边滩涂土壤中对于作物生长的影响因素是什么？”等问题。若要探究这些问题，可以先作出假设，设计实验方案并实施，通过获取数据、分析数据，得出结论。在此过程中，可能会发现新的、需要更加深入探究的问题，例如“如果要开发滩涂或盐碱地作为农田，应该怎么办（采取哪些措施）”，可根据实际情况展开进一步探究。让我们通过以下具体的案例，体验生物学实验探究的完整过程。图 1-6 实验探究的基本步骤探究 NaCl 含量对小麦幼苗生长的影响探究实验（案例）土壤盐碱化影响农作物的生长，找出其中的影响因素就可以进行相应改善以提高产量。NaCl 含量、pH 等因素可能会对农作物

24、生长有影响。提 出 问 题：盐碱化的土壤中，NaCl 含量对农作物的生长有怎样的影响？作 出 假 设：土壤中的 NaCl 含量高会抑制农作物的生长。实 验 原 理：小麦种子是容易获得的实验材料，并且适合在实验室中生长培养；小麦幼苗的生长速率是适合观察和评价生长状况的指标；用水培法能更好地控制 NaCl 含量（实验变量）；每种农作物都有其耐受的盐含量，据查阅资料显示，小麦在低于 50 mmol/L的 NaCl 含量下对生长影响不大。10走进生物学第 1 章结 合 上 述 原 理，可 以 设 计 如 下 实 验 方 案，通 过 水 培 观 察 小 麦 幼 苗 在 NaCl 浓 度超过 50 mmo

25、l/L 条件下的生长状况，验证假设是否成立。实 验 材 料：有 活 力 的 小 麦 种 子 300 颗、NaCl、75%酒 精、蒸 馏 水、0.1%复 合 肥 营 养 液、白瓷盘、纱布、尼龙网架、量筒、天平、刻度尺等。实 验 步 骤：1.小麦种子萌发先 用 蒸 馏 水 浮 选 小 麦 种 子，去 掉 干 瘪 的 种 子，留 下 的 种 子 在 75%酒 精 中 浸 泡30 60 s 进 行 消 毒 处 理，用 蒸 馏 水 反 复 洗 涤 3 5 次。然 后 将 小 麦 种 子 置 于 温 水（25 左 右）中 浸 泡 6 h 或 过 夜（12 h），从 中 挑 选 颗 粒 饱 满 的 种 子

26、放 置 在 铺 了 4 层纱布的白瓷盘中，以蒸馏水浸湿纱布（指压能出水），于 25室温中暗室培养（可用保鲜膜封盖保湿，但需注意每天揭开保鲜膜通气 10 min），直至种子萌发。2.观察小麦幼苗生长将上述萌发的小麦种子随机分成大致相同的 3 组，转移到尼龙网架上。在 0.1%复 合 肥 营 养 液 中，加 相 应 质 量 的 NaCl 分 别 配 制 浓 度 为 0、80、120 mmol/L 的NaCl 培养液。在 25、光照条件下的培养室或培养箱中，每组用相应 NaCl 浓度培养液进行水培。培养早期注意培养液液面高度保持与播种种子的尼龙网水平对齐，以防缺水。在培养过程中，保证各组的光照和温度

27、等条件的恒定一致。实 验 记 录：每隔 3 天测定各组植株高度。每次每组测量株高不少于 15 株，记录在相应的数据记录表（表 1-3）中，并计算每组浓度下的平均株高。表 1-3 小麦幼苗在不同 NaCl 浓度中植株高度记录表培养时间（d）测定序号株高（cm）0 mmol/L 组80 mmol/L 组120 mmol/L 组312平均值612平均值11实验探究是学习生物学的重要途径第 2 节分 析 数 据：实 验 结 果 显 示，80、1 20 mm ol/L N aC l 溶 液 进 行 水 培 的 小 麦 植 株 高 度 都 低 于同 期 0 m mol/L N aC l 溶 液 水 培 的

28、 小 麦 植 株 高 度，120 m m ol/L 条 件 下 的 株 高 最 低（图 1-7）。实 验 结 论：在一定浓度范围内，NaCl 浓度越高对小麦幼苗生长的抑制效应越大，假设成立。拓 展 研 究：虽 然 以 上 实 验 已 经 验 证 了 所 作 出 的 假 设，但 土 壤 中 其 他 因 素，如 土 壤 酸 碱 度（p H）等，是 否 对 小 麦 幼 苗 生 长 同 样 有 影 响 呢？此 外，不 同 农 作 物 的 生 长 是 否 都和 小 麦 一 样 受 盐 离 子 含 量 的 抑 制 呢？感 兴 趣 的 同 学 可 以 尝 试 设 计 实 验，开 展 进 一步 探 究。图 1

29、-7 小麦幼苗在不同 NaCl 浓度下培养的株高从以上案例中可以看出，在设计实验时，需要遵守一些基本原则。例如需要设置对照组，通过实验组和对照组之间的比较，用统计学等方法确定是否存在差异，从而得出结论。此外，还要控制无关变量，保证实验组和对照组之间实验条件的一致性，尽可能避免因实验设计或操作引起的误差。同时，实验还需要有一定数量的样本和重复，确保实验数据的可靠。重 新 审 视 表 1-2 和 图1-6，看看实验探究的哪 些 基 本 步 骤 你 已 经有 过 经 历，哪 些 是 需要进一步提高的。学 习 提 示12走进生物学第 1 章1-1 用高倍镜观察动植物细胞探究实验显微镜是生物学研究的基础

30、工具，可用于观察肉眼不可及的微小结构。细胞是生物体结构的基本单位，让我们通过高倍镜来观察各种细胞的形态结构。实验目标：学会使用高倍镜；用高倍镜观察不同生物组织的细胞，比较它们形态结构的异同；通过信息检索和归纳分析，初步体会细胞形态结构与其功能之间的关系。实验原理：普通光学显微镜根据凸透镜的成像原理，通过物镜、目镜两次成像，使物像呈倒立放大的虚像。视野观察到物像的放大倍数是物镜和目镜放大倍数的乘积。材料器具：蚕豆叶下表皮永久装片、人血涂片永久装片、显微镜、擦镜纸等。实验步骤：（一）高 倍 镜 的 使 用1.熟悉显微镜各部分的功能熟 悉 显 微 镜 构 造（图 1-8），注 意 观 察：电 源 开

31、 关 和 光圈（或 光 亮 度 调 节 旋 钮）的 位 置；目 镜 和 物 镜 的 放 大 倍 数；2实验探究需要熟练的技能除了合理设计实验方案外，是否具备熟练的实验操作技能，是否认真对待每一次实验，都会影响实验结果的可靠性。因此进入实验室开展实验前，必须先了解实验室操作规程和注意事项，熟悉实验仪器的操作和实验试剂的正确使用，确保实验的安全、可靠。安 全 提 示生 物 学 实 验 室 是进行科学探究的特殊场所，配 置 有 各 类 精 密 仪器、化 学 试 剂、玻 璃 器皿、加 热 设 备 等。在 进入 实 验 室 前，需 先 了 解实 验 室 安 全 守 则，包 括熟悉仪器设备的使用方法，遵

32、守 操 作 规 程，做好 防 护 措 施，安 全 用 水用 电 等；同 时 还 要 遵 守实 验 室 纪 律，不 在 实 验室 进 食，维 持 实 验 室 清洁 卫 生，做 好 废 弃 物 处理 和 垃 圾 分 类 等，遇 到问题及时报告指导老师。13实验探究是学习生物学的重要途径第 2 节2.低倍镜和高倍镜之间的转换取 一 片 蚕 豆 叶 下 表 皮 永 久 装 片 放 在 载 物 台 上，用 片 夹 夹稳；打开显微镜电源开关，转动转换器，将低倍镜对准通光孔。在 低 倍 镜 下 观 察 蚕 豆 叶 下 表 皮 永 久 装 片，先 调 节 粗 准 焦 螺 旋，再调节细准焦螺旋，使物像达到最清晰

33、。旋转片夹旋钮移动装片，选取不同的视野进行观察。将需要放大观察的细胞，通过旋转片夹旋钮，移至视野正中。转动转换器，切换到高倍镜。转动时，两眼须从显微镜侧面注视，避免镜头与装片相碰。然后，用目镜观察视野并微微转动细准焦螺旋，直到物像最清 晰。注 意：高 倍 镜 观 察 时，只能 使 用 细 准 焦 螺 旋 调 节 焦 距。若 视 野 光 线 较 暗，可 调 节 光 圈（或光亮度调节旋钮），使视野明亮。(二)蚕豆叶下表皮细胞的 形 态 结 构 观 察1.低倍镜观察低倍镜下观察到形态不规则的是蚕豆叶下表皮细胞，肾形的是保卫细胞（成对排列）；成对保卫细胞围成的是气孔（图 1-9）。图 1-9 低倍镜（

34、左，10）和高倍镜（右，40）下的蚕豆叶下表皮图 1-8 光学显微镜构造示意图 粗 准 焦 螺 旋 和 细 准 焦 螺 旋 的 旋 转 方 向 与 载 物 台 升 降 的 关 系；片 夹 旋 钮 旋 转 方 向 与 玻 片 移 动 方 向 的 关 系。片夹移动的方向与你在目镜中看到的移动方向一致吗？为什么？学 习 提 示14走进生物学第 1 章2.高倍镜观察在低倍镜视野中，选择一对保卫细胞，移到视野中央，转换 高 倍 镜 进 一 步 观 察 表 皮 细 胞 和 保 卫 细 胞 的 形 态 以 及 细 胞 核，关注这两种细胞与周边细胞的连接形式。绘制细胞简图，并将观察结果填入表 1-4 中。(三

35、)人 血 细 胞 的形 态 结 构 观 察根据上述显微镜的操作过程，观察人血涂片永久装片。高倍镜下可观察到圆饼状的红细胞以及细胞核被染上颜色的颗粒状 白 细 胞（图 1-10）。分 别 绘 制 简 图，并 将 观 察 结 果 填 入 表1-4。结果分析：1.通 过 信 息 检 索，查 阅 相 关 细 胞 的 功 能，填 写 完 成 表1-4。表 1-4 结果记录表细胞名称细胞形态（绘制简图）是否有细胞核与周边细胞连接是否紧密主要功能2.归纳所观察到的细胞在形态结构上的异同点，尝试举例说明细胞形态结构与其功能之间的关系。图 1-10 高倍镜下的人血涂片（40）1.实验探究有哪些基本步骤？2.当你

36、遇到想探究的问题，要设计生物学实验进行研究时，可以通过哪些途径获取必要的实验原理和方法？同时还需要遵循哪些原则？自我评价15细胞是生物体结构的基本单位第 3 节显微镜下的细胞通 过 显 微 镜，可 以 观 察 到 形 态 各 异 的 细 胞（图1-11）。思考与讨论：1.以小组为单位，仔细观察各种细胞的形态，并通过信息检索查找它们的功能。选择 23 种细胞，列表写出细胞名称、形态结构和功能，并归纳它们的异同点。2.为什么说细胞是生物体结构的基本单位？第 节细胞是生物体结构的基本单位320 世纪初，美国生物学家威尔逊（E.B.Wilson）曾预测：“一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去寻找。”

37、今天，生物学研究的众多重大成果证明了这一预测的正确性。科学家这样预测的依据是什么？图 1-11 几种生物细胞草履虫（100）植物叶片横切（40）哺乳动物骨骼肌（40）绿眼虫（100）柿的胚乳（40）小肠上皮绒毛（40）学习目标举 例 说 明 细 胞 形 态与 功 能 的 多 样性。描 述 原 核 细 胞 与 真核 细 胞 的 区 别。概念聚焦细 胞 是 构 成 生 物 体的 基 本 单 位。各 种 细 胞 有 相 似 的基 本 结 构。原 核 细 胞 没 有核膜。由 个 别 具 体 的 事 例 推导出一般规律、原理，是 生 物 学 研 究 和 学 习中 常 用 的 方 法 归纳推理。学 习 提

38、 示16走进生物学第 1 章1生物体由多种多样的细胞构成从图 1-11 中可以看到，绿眼虫、草履虫等单细胞生物，整个生物体由一个细胞构成。细胞直接与外界非生物环境进行物质和信息交换，生理活动由细胞的不同结构分工完成。例如，草履虫细胞质膜表面凸起形成的纤毛具有运动功能。高等植物由不同器官组成，如根、茎、叶等。人和动物的消化、呼吸、循环等系统也是由相应的器官组成。显微镜下可观察到这些器官都是由无数细胞构成的，形态相似的细胞排列在一起，执行特定的功能。例如小肠绒毛中，柱状的上皮细胞紧密排列在小肠的表面，构成小肠的内表皮，既保护小肠，又可以从肠腔中吸收营养物质；夹杂在上皮细胞中呈酒杯状的是腺细胞，分泌

39、的黏液可以保持小肠的润滑。又如植物叶片中，上表面的栅栏组织细胞排列整齐，充分吸收阳光；背面海绵组织细胞排列疏松，形成空隙，通过气孔与外界相通。由此可见，细胞是生物体结构的基本单位。2不同形态和功能的真核细胞具有相似的基本结构构成成人身体的细胞约有 1014 个，可分为 200 多种类型。这些不同类型的细胞形态各异、功能多样，但都属于真核细胞（eukaryotic cell），具有一些相似的基本结构特征。每个细胞都由一层非常薄的保护层质膜包裹。细胞内有一个染色后颜色较深的结构细胞核（图 1-12），核中有控制细胞生命活动的遗传物质。细胞核和细胞质膜之间有细胞质基质，线粒体、内质网、高尔基体、核糖

40、体等各种细胞器分布于细胞质基质中。通常，每个细胞都具有细胞核以及完成生命活动所需的各种细胞器。因此，细胞是生物体完成生命活动的基本单位，科学家认为“一切生物学问题的答案最终都要到细胞中去寻找”。高 等 生 物 体 结 构 层 次可 以分 为 细 胞、组 织、器官等，其中细胞是最基本单位。学 习 提 示图 1-12 脂肪细胞（上，40）和神经细胞（下，40）17细胞是生物体结构的基本单位第 3 节光学显微镜帮助人们发现细胞1665 年，英 国 学 者 胡 克（R.Hooke）用 自制的能放大 30 倍的显微镜观察软木（栎树皮）薄片（图 1-13），并用“cell”（小室）来描述他观察到的蜂巢状的

41、结构，后来这个词中文译为“细胞”。虽 然 他 观 察 到 的 并 非 活 细 胞，但 却 开 启 了 细 胞 观察之路。1675 年后，荷兰学者列文虎克（A.van Leeuwenhoek）用自制的显微镜观察到活的动植物细胞和原生动物（图 1-14）。但受当时显微镜制作工艺的限制，在随后长达 170 多年的历史中，对细胞的研究没有更多进展。直到 19 世纪初，玻璃镜片的制作工艺有了大幅提升后，科学家们对细胞的研究兴趣再次兴起。1838 年，德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden）发表了植物 发 生 论，指 出 细 胞是构成植物的基本单位。1839 年，德 国 动 物 学家 施 旺（T.

42、Schwann）发 表 了 关 于 动 植 物 的结 构 和 一 致 性 的 显 微 研究。施 莱 登 和 施 旺 提出：一 切 植 物、动 物 都是 由 细 胞 组 成 的，细 胞是一切动植物的基本单位。这标志着“细胞学说”(cell theory)正式建立。“细胞学说”提出后的十几年中，迅速扩展到更多领域，并不断地被修正。1858 年，德国病理学家魏尔 肖（R.Virchow）指 出“细 胞 只 能 来 自 细 胞”，指明了细胞作为一个相对独立单位的重要性质，对“细胞学说”进行了重要的补充。“细胞学说”提出了生物统一性的细胞学基础，极大推动了人类对整个自然界的认识，掀起了对细胞及其内部结构

43、研究的热潮。到 1900 年之后，细胞核、叶绿体、线粒体、高尔基体等细胞结构都已陆续被发现。但普通光学显微镜的分辨率有限，人们无法清晰地看到细胞内更微小的结构（图 1-15）。细胞的研究之路科学史话图 1-14 列文虎克观察到的细胞图 1-13 胡克用显微镜观察到的软木“细胞”图 1-15 分辨率示意图18走进生物学第 1 章电子显微镜推动细胞结构与功能的探索1930 年，世 界 上 第 一 台 透 射 电子显微镜诞生，使得显微镜的放大倍数 进 一 步 扩 大 了 1 000 倍；1937 年第一台扫描电子显微镜推出，让人们看清了复杂的细胞表面结构。科学家们开始用电子显微镜探索更微小的细胞结构

44、，细胞器的“真面目”开始浮出水面（图 1-16）。1945 年之后，内质网、核糖体、溶酶体等细胞器被发现，逐渐揭示了细胞内部结构及其功能。1972 年，美国科学家辛格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）结合电镜技术的研究成果，提出了细胞质膜的流动镶嵌模型，人们对细胞的结构与功能有了更深的认识。生物大分子研究帮助人们探索细胞的生命活动1953 年，美国分子生物学家沃森（J.D.Watson）和英国生物物理学家克里克（F.H.Crick）发现了 DNA 分子的双螺旋结构，生物学的研究进入到分子生物学时代。1990 年，人类基因组计划启动；2003 年 4 月 14 日，人类基因

45、组测序基本完成，绘制出的人类基因图谱将推动人类疾病研究和治疗的快速发展。蛋白质结构与功能研究推动了细胞功能研究的发展。1959 年，英国科学家佩鲁茨（M.F.Perutz）和肯德鲁（J.C.Kendrew）解析了红细胞内血红蛋白和肌细胞中的肌红蛋白的三维空间结构（图 1-17）。如今，利用电镜技术结合计算机分析可越来越方便地解析蛋白质结构。蛋白质结构解析在研究生物大分子物质（如激素、膜蛋白质、新型药物等）的作用原理方面发挥了重要作用，也为人们设计药物提供依据，如 CAR-T 就是 T 细胞膜蛋白质结构功能改造的成功案例。1 m5 m图 1-16 扫描电镜下（左）和透射电镜下（右）的内耳细胞表面

46、的硬纤毛图 1-17 人血红蛋白（左）和肌红蛋白（右）三维空间结构模型图沿着细胞的研究之路，我们可以看到科学家钻研的智慧与执着，也能看出科学技术和仪器的发展在研究中的推动作用。科学研究展现在我们面前的更是多学科合作探究之路。19细胞是生物体结构的基本单位第 3 节1.尝试描述植物叶片横切面的细胞形态和排列特点，分析和解释这些结构特点与功能之间的关系。2.举例说明不同形态的细胞具有相似的基本结构。3.结核分枝杆菌是引起结核病的致病菌，属于原核生物。查阅资料，了解结核分枝杆菌的结构特点，分析其与动物细胞的区别，了解结核病的危害及预防措施。自我评价支原体和衣原体 支 原 体 是 一 类已 知 最 小

47、、无 细 胞壁、能 独 立 生 活 的 原核 生 物，直 径 约 为0.1 0.3 m。它 们可 引 起 人 和 禽 畜 呼 吸道、肺部、尿道以及生殖系统的炎症，也是引起植物黄化病、矮缩病等的病原体。衣 原 体 是 一 类 寄生 在 活 细 胞 内 的 致 病性 原 核 生 物，直 径 约为 0.2 0.3 m。它们可引起沙眼、小儿肺炎、鹦 鹉 热 等 多 种 疾病。鹦鹉热是人畜共患病，鹦鹉热衣原体寄生在 鸟 类 等 动 物 细 胞 内。当人接触被衣原体感染的鸟类等动物的分泌物后，可 能 会 引 发 肺 炎，还有可能引发毒血症。肺炎支原体等主要通过飞沫传播，沙眼衣原体等可以通过接触传染。因此，

48、注意个人卫生和公共场所的安全防护，可以有效降低感染风险。广角镜3原核细胞没有由核膜包被的细胞核在自然界中，除了真核细胞外，还有一种细胞模式原核细胞（prokaryotic cell）。原核细胞与真核细胞相比在结构上有很大不同。原核细胞结构简单、体积较小，直径一般为 110 m，没有核膜包被的细胞核，其遗传物质集中在细胞的中央，我们将这个区域称为拟核。原核细胞中的细胞器一般只有核糖体。由原核细胞构成的生物称为原核生物。细菌是在生物圈内广泛存在的一种原核生物（图 1-18）。此外，原核生物还包括支原体、衣原体、立克次氏体、蓝细菌等。蓝细菌（旧称蓝藻）大多数无鞭毛，含叶绿素，但没有叶绿体，是地球上最

49、早出现的能进行产氧光合作用的原核生物。图 1-18 细菌结构模式图20走进生物学第 1 章本 章 回 顾本章小结 生 物 学 是 研 究 生 命 现 象 和 生 命 活 动 规 律 的 自 然 科 学。现 代 生 物 学 研究 已 经 从 观 察 发 现 生 物 内 在 自 然 规 律 发 展 到 设 计 和 改 造 生 物 体 基 因 的 水平。生 物 学 研 究 成 果 已 经 深 入 到 医 学 健 康、工 农 业 生 产、环 境 保 护 和 绿色 生 活 等 各 个 社 会 领 域，与 我 们 的 生 活 密 切 相 关。生 物 学 发 展 推 动 着 社会 的 进 步，学 习 生 物

50、 学 课 程 能 帮 助 我 们 了 解 生 命 的 特 征、生 命 活 动 的 规律，适应社会发展。实 验 探 究 是 学 习 生 物 学 的 重 要 途 径。提 出 问 题 是 进 行 科 学 探 究 的 起点，作 出 假 设，并 设 计 合 理 的 实 验 方 案，通 过 观 察、调 查、实 验 来 检 验假 设 是 否 成 立，从 而 获 得 结 论 或 引 发 新 的 问 题，进 一 步 探 究。同 时，熟练的生物学实验技能 以 及 安 全 意 识 是进 行 实 验 探 究 的 基 本 保 障。观 察 比 较 动 植 物 组 织 以 及 微 生 物 结 构 可 以 知 道：无 论 是

51、 原 核 生 物 还是 真 核 生 物，单 细 胞 生 物 还 是 多 细 胞 生 物，生 物 体 的 基 本 结 构 与 功 能 单位 是 细 胞。不 同 种 类 的 真 核 生 物 细 胞 形 态 多 样，但 都 具 有 细 胞 质 膜、细胞 核 等 完 成 生 命 活 动 所 需 的 基 本 结 构。原 核 生 物 细 胞 没 有 由 核 膜 包 被 的细胞核。生 物 学 发 展 迅 速，学 习 高 中 生 物 学 课 程 有 助 于 我 们 认 识 到 生 物 学 在坚 持 人 与 自 然 和 谐 共 处、促 进 科 技 发 展、社 会 进 步 和 提 高 人 类 生 活 质 量等 方

52、 面 的 重 要 贡 献。生 物 学 是 一 门 实 验 学 科，经 历 实 验 探 究 的 过 程，掌握 科 学 探 究 的 基 本 思 路 和 方 法，为 尝 试 解 决 现 实 生 活 中 遇 到 的 生 物 学 问题 打 下 基 础。通 过 认 识 细 胞 的 多 样 性 和 统 一 性，有 助 于 以 系 统 观 认 识 生命 世 界。细 胞 发 现、细 胞 学 说 的 建 立 和 发 展 过 程 中 蕴 含 着 丰 富 的 科 学 思想、科 学 方 法 和 科 学 精 神，体 现 出 科 学 研 究 与 技 术 进 步 之 间 的 相 互 促 进发展。211.图 1-19 是显微镜

53、下观察到的植物组织，左边是柿胚乳，右边是蚕豆叶下表皮。（1）两幅图片中呈现的植 物 细 胞 种 类 共 有（）。A.2 种 B.3 种 C.4 种 D.5 种（2）从 图 中 可 以 观 察 到 这 些 细 胞 的 共 同 结 构 特 征 是 都 具 有 细 胞 核、和。（3）请就图片中显示的细 胞，举 例 说 明 细 胞 形 态 与 功 能 之 间 的 关 系。2.图 1-20 是单细胞生物草 履 虫 和 变 形 虫，请 仔 细 观 察 并 回 答 问 题。（1）以下有关观察描述正 确 的 是（）。A.用肉眼可以清晰观 察 这 两 种 生 物B.能够通过显微镜低 倍 镜 清 楚 观 察 这

54、两 种 生 物C.用高倍镜观察时，需 调 节 细 准 焦 螺 旋 进 行 聚 焦D.用显微镜观察透 明 细 胞 时，需 调 亮 光 圈 才 能 看 得 清 楚（2）图 1-21 为 显 微 镜 中 观 察 的 视 野，若 要 将 变 形 虫 甲 移 至 视 野 中 央，下 列 操作过程中正确的顺序是（）。转动粗准焦螺旋 转 动 细 准 焦 螺 旋 调 节 光 圈转动物镜 转 动 转 换 器 向 右 上 方 移 动 玻 片向左下方移动玻片A.B.C.D.图 1-19 显微镜下的植物组织图 1-21 显微镜下的视野学业评价本章回顾第 1 章图 1-20 草履虫（左）和变形虫（右）22走进生物学第

55、1 章（3）下列关于草履虫和变形 虫 形 态 描 述 正 确 的 是（）。（多 选）A.草履虫外形固定，似 草 鞋，故 称 为 草 履 虫B.变形虫形态不固定，故 称 为 变 形 虫C.它们共同的特点 是 都 由 一 个 单 细 胞 构 成D.它们都有细胞核 结 构（4）你还能列举出哪些单 细 胞 生 物？比 较 并 总 结 细 胞 形 态 与 功 能 之 间 的 关 系。3.越来越多的学生关注到 生 活 中 的 生 物 学 相 关 现 象，提 出 问 题 并 开 展 研 究。请回答以下几个探究实验中 存 在 的 问 题。（1）小明同学观察到“荷 花 夏 天 开，菊 花 秋 天 开”的 现 象

56、 后，产 生 了 一 个疑 问：什 么 因 素 影 响 了 花 的 开 放？根 据 生 物 学 探 究 活 动 的 基 本 步 骤，小 明 同 学 接下来首先该做的是（）。A.作出假设 B.设 计 实 验 C.分 析 数 据 D.得 出 结论（2）在 研 究 光 对 某 种 鸟 鸣 叫 次 数 影 响 的 实 验 中，下 列 设 计 不 符 合 研 究 要 求 的 是（）。A.记录一天内不同 时 间、同 一 地 点 该 种 鸟 鸣 叫 次 数B.记录不同天气、同 一 地 点 该 种 鸟 鸣 叫 次 数C.记录繁殖季节该种 鸟 的 雌 鸟 和 雄 鸟 鸣 叫 次 数D.记录不同季节、同 一 地

57、点 该 种 鸟 鸣 叫 次 数（3）某 同 学 发 现：把 含 有 洗 洁 精 的 生 活 废 水 直 接 排 入 种 植 麦 苗 的 农 田，会 对 麦苗 的 生 长 产 生 影 响。为 了 通 过 实 验 探 究 洗 洁 精 对 麦 苗 生 长 的 影 响，他 设 计了 两 个 实 验 组：在 浇 灌 麦 苗 的 清 水 中，分 别 加 入 等 量 的 5%、15%的 洗 洁精（其他条件相同）。你 认 为 他 应 该 采 取的 改 进 方 法 是（）。A.增加两个用水稻 做 实 验 材 料 的 实 验 组，与 麦 苗 对 比B.增加 10%的浓度 组C.对两组麦苗进行不 同 强 度 的 光

58、 照D.增加浇灌清水组用 于 对 照（4）从 以 上 的 学 生 探 究 实 验 中，你 能 总 结 出 实 验 探 究 的 基 本 步 骤 和 实 验 设 计 的基本原则吗？4.在 日 常 生 活 中 会 遇 到 许 多 与 生 物 学 相 关 的 问 题，有 些 你 已 经 明 白，有 些 可能 还 有 疑 问，在 学 习 本 课 程 的 过 程 中，请 记 录 你 想 要 了 解 的 生 物 学 问 题；到课 程 结 束 时，看 看 哪 些 已 经 解 决，又 新 出 现 了 什 么 问 题，能 否 通 过 各 种 途径找出 答案或设计实验 尝 试 探 究。23 第节第 章2细胞的分子组

59、成细胞的形态和功能是多种多样的。但无论是重达上百吨的蓝鲸，还是小到不足万亿分之一克的细菌，当深入分子层面时会发现细胞都是 由 蛋 白 质、核 酸、糖 类 和 脂 质 等 生 物 分 子 构 成 的，细 胞 内 充 满 了水。这些分子具有怎样的结构？它们在生命活动中起着怎样的作用？2324细胞的分子组成第 2 章 比较人体细胞和玉米细胞以及地壳中的元素分布18 世纪开始，科学家们对生命物质的化学组成逐渐有了了解。如今已知地壳中天然存在的 90 多种元素中，约有 30 种是生命活动所必需的。表 2-1 是部分元素在人体细胞、玉米细胞和地壳中的含量。表 2-1 部分元素在人体细胞、玉米细胞和地壳中的

60、含量（占细胞干重的百分比）元素人体细胞（%）玉米细胞（%）地壳（%）C55.9943.570.087O14.6244.4348.6H7.466.240.76N9.331.460.03P3.110.20极少S0.780.17极少Si极少极少26.3其他8.713.9324.2思考与讨论：1.比较分析表中数据，尝试归纳人体细胞和玉米细胞中元素分布的共同特点。2.为什么说组成生物体的元素来自自然界？你会怎样解释？第 节C、H、O、N、P、S 等元素组成复杂的生物分子1看到 C、H、O、N、P、S 这些化学元素，你是否会疑惑将要学习的是生物学还是化学？其实，生物学与化学的联系非常紧密。细胞中发生的所有

61、生命活动的基础是一系列的化学反应。细胞中的生物分子也是由各种化学元素构成的。各种元素怎样形成细胞中的生物分子？探索生命活动的本质需要从认识组成细胞的基本元素开始。学习目标说 出 组 成 细 胞 的 主要元素。初 步 学 会 用 比 较 归纳 的 方 法 建 构 生 物学 概 念，认 同 组 成细 胞 的 元 素 都 来 自自 然界。概念聚焦细 胞 主 要 由 C、H、O、N、P、S 等元素构 成，它 们 以 碳 链为 骨 架 形 成 复 杂 的生 物分子。25C、H、O、N、P、S 等元素组成复杂的生物分子第 1 节1.细 胞 主 要 由 C、H、O、N、P、S 等元素构成生物体细胞中的元素组

62、成与非生物环境的元素组成既相似又有差异。组成细胞的元素都可以在地壳中找到，没有一种元素是生物界所特有的，可见生物与环境密不可分，是自然界组成的一部分。但是，细胞与地壳中元素的分布差异很大（表 2-1），体现了生命的特殊性。从表 2-1 中还可以看到，人体细胞和玉米细胞中主要元素组成基本相似，C、H、O、N、P、S 的总质量占到细胞干重的 90%以上。这与细胞的分子组成有关。蛋白质、核酸、糖类和脂质等占生物体干重的绝大部分（图 2-1），分析它们的元素组成发现，蛋白质主要由 C、H、O、N、S 构成，核酸主要由 C、H、O、N、P 构成，糖类和脂质主要由 C、H、O 构成。可以说，细胞主要由 C

63、、H、O、N、P、S 等元素构成。不同生物细胞中，蛋白质、核酸、脂质、糖类的含量会有差异，这些元素的含量也不完全相同。图 2-1 陆生动物体化合物组成的大致比例示意图细胞内还有多种含量甚微的元素，称为微量元素，如 Fe、Zn、Cu、I、Mn、B、Cr、Mo、Co、Se、F 等。微量元素的总质量仅占细胞干重的 1%左右，且仅出现在某些生物分子中，但不可缺少。例如，碘（I）是构成甲状腺激素的重要元素。缺碘或长期碘摄入量不足会导致地方性甲状腺肿（俗称大脖子病）。我国为消除碘缺乏危害，采取了长期供应加碘食盐的措施，有效地防治了这类疾病。26细胞的分子组成第 2 章2.元素以碳链为骨架形成生物分子碳元素

64、占细胞干重的 40%以上。蛋白质、核酸、糖类和脂质等组成细胞的生物分子都可以看成是碳的化合物。生物分子中，碳原子与周边的碳或其他原子通过化学键结合，形成相对稳定的分子结构。碳与碳之间能以单键（CC）、双键（CC）相连接，形成长短不一、形状不同的碳骨架（图 2-2）。图 2-2 碳骨架示意图图 2-3 生物分子的基本组成单位分子结构示意图细胞中的许多生物分子是大分子，一般由小分子组成，如蛋白质由氨基酸组成，多糖由单糖（如葡萄糖）组成。从氨基酸、葡萄糖等生物分子的结构来看，其碳骨架周边连接着不同基团（图 2-3）。这些基团都有自己的化学特性，使生物分子具有一定的空间结构，并能进行特定的化学反应。这

65、也正是生物分子具有特定生物功能的物质基础。半胱氨酸：一种组成蛋白质的基本单位葡萄糖：一种组成多糖的基本单位27C、H、O、N、P、S 等元素组成复杂的生物分子第 1 节科学研究表明，元素在人体中作用的大小不能以其含量的多少来决定。有许多微量元素的含量微乎其微，但作用却不可忽视。人体摄入微量元素不足会对机体产生不利的影响，甚至导致某些疾病的发生。例如，锰（Mn）是一类超氧化物歧化酶（Mn-SOD)的激活剂，在人体抗氧化过程中发挥着重要作用。硒（Se）是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的组成部分，当机体缺硒时，衰老速度明显加快。微量元素不但维持人体的正常生理功能，也影响着人的智力、情绪等，是人类

66、身心健康的物质基础。然而，微量元素“过量”同样会打破机体元素平衡，可能会拮抗另一些必需元素的吸收或直接造成细胞中毒。无论何种元素的摄入都应特别强调“适量”，这样才能起到应有的效果。元素与人体健康广角镜1.依据表 2-1 所提供的数据，简要说明生物体内与自然环境中的元素具有统一性的 理由。2.举例说明 C、H、O、N、P、S 等是构成细胞的主要元素，以及生物分子是以碳链 为骨架的。自我评价28细胞的分子组成第 2 章蛋白质的结构与功能生物体内的蛋白质种类繁多，功能各异。在表 2-2中，列出你所知道的蛋白质名称，查阅资料，找出它们所含氨基酸的数目、三维空间结构图和主要功能。表 2-2 一些蛋白质的

67、结构与功能序号蛋白质名称所含氨基酸的数目三维空间结构图主要功能1胰岛素51调节血糖浓度的激素234思考与讨论：1.与小组同学交流找到的信息，归纳总结出蛋白质主要有哪些功能。2.比较不同蛋白质分子的氨基酸数目与三维空间结构，你能得出哪些结论？第 节蛋白质和核酸是重要的生物大分子2胰岛素是一种调节血糖浓度的激素蛋白，血红蛋白是高等动物体内负责运载氧气的蛋白质生物体内的蛋白质种类繁多，功能各异；而核酸能储存与传递遗传信息。蛋白质和核酸是细胞中重要的两类生物大分子。蛋白质和核酸分子由什么组成？它们的功能与结构之间有怎样的关系？学习目标通 过 分 析 归 纳，认识 细 胞 中 蛋 白 质 的主 要功能。

68、通 过 比 较 分 析，概括 出 氨 基 酸 分 子 在结 构上的 共同特点。举 例 说 明 蛋 白 质 的功 能 与 其 空 间 结 构、氨 基 酸 序 列 之 间 的关 系。说 出 核 酸 由 核 苷 酸组 成，能 储 存 与 传递 遗传信息。概念聚焦蛋 白 质 由 氨 基 酸 分子组成。细 胞 的 功 能 主 要 由蛋 白 质 完 成。蛋 白质 的 功 能 取 决 于 氨基 酸 序 列 及 其 形 成的空间结构。核 酸 由 核 苷 酸 分 子聚合而成。核 酸 是 储 存 与 传 递遗 传 信 息 的 生 物 大分子。29蛋白质和核酸是重要的生物大分子第 2 节1.蛋白质是生命活动的主要承

69、担者通过归纳检索到的信息，我们发现生物体中 蛋白质（protein）的种类、结构和功能具有多样性。生物界的蛋白质种类多达 1010 1012 种。在大多数细胞中，蛋白质占到干重的 50%以上。在生物体内，蛋白质不仅参与细胞的结构组成，还承担着物质、能量和信息的转换与传递等多种多样的生命活动（图 2-4）。图 2-4 人体中的几种蛋白质及其功能示意图动物结缔组织中的胶原蛋白含量非常丰富，起支持和保护作用；细胞膜上的转运蛋白参与水、离子和小分子的运输；各种受体蛋白参与细胞间信息的传递和转换；细胞中的酶绝大多数是蛋白质，催化生物体内的各种化学反应；血液中的血红蛋白负责氧气的运输；免疫球蛋白（抗体）是

70、机体防御系统的重要组成；还有一些蛋白质作为激素，调节生命活动生物体几乎每一项生命活动都需要蛋白质的参与、执行，因此，可以认为蛋白质是生命活动的主要承担者。2.蛋白质由氨基酸组成蛋白质种类很多，但是将蛋白质水解后会发现，所有的蛋白质都是由氨基酸（amino acid）组成的。地球上氨基酸的种类很多，但组成生物体蛋白质的氨基酸分子已知的有 22 种，30细胞的分子组成第 2 章 其中常见的有 20 种。它们在结构上的共同特点是：中心碳原子通过四个共价键分别连接一个羧基（COOH）、一个氨基（NH 2）、一个氢原子（H）和一个侧链（R 基）（图 2-5）。不同种类氨基酸的区别就在于 R 基的不同，如

71、甘氨酸上的 R 基是一个氢原子（H），丙氨酸上的 R 基则是甲基（CH3）等（图 2-6）。每种氨基酸的侧链 R 基具有独特的化学性质，可分为极性（亲水）和非极性（亲脂）两大类。图 2-6 不同种类氨基酸的结构式人体必需氨基酸 有 些 氨 基 酸 是 人体自身不能合成的，必须从食物中获取，因此称 为 必 需 氨 基 酸，如苏 氨 酸、色 氨 酸、赖氨 酸、缬 氨 酸、苯 丙氨 酸、亮 氨 酸、异 亮氨酸和甲硫氨酸。氨基酸通过脱水缩合连接形成肽。一个氨基酸分子的氨基（NH2）和另一个氨基酸分子的羧基（COOH）脱水缩合，形成肽键（图 2-7）。两个氨基酸分子通过肽键连接形成二肽。广角镜图 2-5

72、 氨基酸的结构通式多个氨基酸分子通过肽键连接，可形成不同长度的肽链。每条肽链的一端是氨基，另一端是羧基。肽链上氨基酸的组成与排列顺序称为该肽链的氨基酸序列（图 2-8）。不同的蛋白质的氨基酸序列不同。可以想象，类似 26 个英文字母可以组合成无数英语单词那样，20 种常见氨基酸的不同组合可以图 2-7 氨基酸分子脱水缩合形成二肽（参与肽键形成的只能是中心碳原子上连接的氨基和羧基）31蛋白质和核酸是重要的生物大分子第 2 节图 2-8 T4 溶菌酶的氨基酸序列示意图（图中圆圈内字母代表氨基酸缩写）3.蛋白质的功能与其结构密切相关在自然状态下，每种蛋白质都具有特定的空间结构，这是由肽链通过折叠等多

73、种形式形成的。蛋白质的空间结构取决于肽链的氨基酸序列。有些蛋白质只由一条肽链构成，如细胞色素 c；有些蛋白质由多条肽链构成，如血红蛋白由四条肽链相互作用形成（图 2-9）。图 2-9 蛋白质空间结构模型图使每一种蛋白质带有独特的氨基酸序列。理论上，一个由 50个氨基酸组成的肽链可能有 2050 种不同的氨基酸序列。这正是生物体中蛋白质种类繁多的基础。图 2-10 T4 溶菌酶空间结构模型图蛋白质空间结构的测定 蛋白质的功能与其空间结构密切相关。科学家主要通过 X 射线衍射等方法测定蛋白质空间结构，获得相关图谱，并通过系列计算处理构建蛋白质空间结构模型（图 2-10）。随着现代生物技术的发展，人

74、们可以根据氨基酸序列，通过计算机模拟预测可能的空间结构。若要了解更 多 蛋 白 质 空 间 结 构，可以通过蛋白质数据库（Protein Data Bank，简称 PDB）查询。广角镜(A)细胞色素 c 空间结构(B)血红蛋白空间结构32细胞的分子组成第 2 章蛋白质的功能与其特定的空间结构紧密相关。例如，乳糖酶的特定结构使它能够识别乳糖分子并与其结合，催化乳糖水解（详见第 4 章）。由于蛋白质的空间结构与其氨基酸序列密切相关，在肽链中某一个关键位点上氨基酸的改变，会使蛋白质功能发生巨大变化。例如，镰状细胞贫血就是因为血红蛋白中一个氨基酸被其他氨基酸替换，使蛋白质在脱氧状态下容易聚集形成纤维，

75、导致红细胞变形、易破裂、堵塞毛细血管，从而造成组织缺血。高温、强酸、强碱等一些物理或化学因素会引起蛋白质空间结构发生变化，导致蛋白质的功能受到影响，甚至完全丧失。体温过高会导致生命危险的原因之一就是某些蛋白质功能的丧失。4.核酸由核苷酸聚合而成核酸（nucleic acid）最早是在真核细胞的细胞核中发现的，是细胞中最长的生物大分子，主要包括两大类：一类是脱氧核糖核酸，简称 DNA；另一类是核糖核酸，简称 RNA。真核细胞中的 DNA 主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也含有少量的 DNA；RNA 则主要分布在细胞质中。核苷酸（nucleotide）是组成核酸的基本单位，由五碳糖、碱基和磷酸

76、基团组成（图 2-11）。DNA 与 RNA 中组成核苷酸的五碳糖不同：DNA 中为脱氧核糖，RNA 中为核糖。组成DNA 的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸（简称脱氧核苷酸），组成 RNA 的核苷酸称为核糖核苷酸。图 2-11 核苷酸分子结构示意图33蛋白质和核酸是重要的生物大分子第 2 节（A）组成 DNA 的 4 种脱氧核苷酸（B）组成 RNA 的 4 种核糖核苷酸核酸是由几十个乃至上亿个核苷酸分子组成的。核酸分子中，一个核苷酸的五碳糖与相邻核苷酸的磷酸基团脱水缩合，如此重复，形成了“磷酸 糖 磷酸 糖”的链状结构，碱基位于该链的一侧。5.核酸是储存与传递遗传信息的生物大分子DNA 分子通常是由

77、两条核酸单链上的碱基相互配对结合在一起形成的双链（图 2-13）。在 DNA 分子中，脱氧核苷酸的排列顺序蕴含了遗传信息。虽然脱氧核苷酸只有 4 种，但组成 DNA 的脱氧核苷酸数量众多，排列顺序多样。因此，DNA 分子可以储存的遗传信息容量非常大。RNA 分子通常是单链，在细胞中参与遗传信息的传递与表达，在蛋白质的合成过程中起着重要作用（详见遗传与进化分册）。部分病毒的遗传信息储存在 RNA 分子中，如艾滋病病毒、SARS 病毒、新型冠状病毒等。图 2-13 DNA 双链的结构示意图不同的脱氧核苷酸（或核糖核苷酸）分子，其磷酸基团和脱氧核糖（或核糖）都是相同的，区别在于碱基种类不同。DNA

78、和 RNA 分子中各有 4 种碱基（图 2-12）。你 能 发 现 组 成 DNA与 RNA 的核苷酸分子的 不 同 点 吗？请 注 意不同碱基的名称。学 习 提 示图 2-12 组成 DNA 和 RNA 的核苷酸结构示意图（D 表示脱氧核糖，R 表示核糖，P 表示磷酸基团；T 表示胸腺嘧啶，C 表示胞嘧啶，A 表示腺嘌呤，G 表示鸟嘌呤，U 表示尿嘧啶）34细胞的分子组成第 2 章1.请归纳不同氨基酸分子的异同点，并写出其结构通式。2.虽然人与蚊子的 DNA 所携带的遗传信息差异巨大，但其基本组成单位和结构是相同的。请列出组成 DNA 分子的基本单位的种类和名称。3.有三种氨基酸（甘氨酸、丙

79、氨酸和赖氨酸），最多能形成多少种二肽？请列出可能的二肽。4.经氨基酸自动分析仪测定发现：组成降钙素和胰高血糖素样肽-1（一种降糖药）的氨基酸数目相同，都由 34 个氨基酸组成，但两者的生理功能截然不同。试分析可能的原因。自我评价细胞内多余的蛋白质如何被降解？细胞内的蛋白质寿命长短不一，有些合成后几分钟就完成了其功能使命，随即被降解。细胞是如何准确降解多余蛋白质的呢？以色列科学家切哈诺沃（A.Ciechanover）、赫什科（A.Hershko）和美国科学家罗斯（I.Rose）发现并提出了泛素-蛋白酶体途径(图 2-14)，并由此获得了 2004 年诺贝尔化学奖。前沿视窗图 2-14 泛素-蛋白

80、酶体降解蛋白质过程示意图泛素是一种由 76 个氨基酸组成的肽链，最初是从小牛胸腺中分离得到的，随后在多种不同的组织和器官中也发现该分子。泛素介导的蛋白质降解过程需要一系列与泛素相关的酶参与。1981 1983 年，西查诺瓦等三位科学家及其团队在细胞内发现了与泛素相关的三种酶，分别是：泛素活化酶(E1)、泛素偶连酶(E2)、泛素-蛋白连接酶(E3)。三种酶协作完成对需要降解的蛋白质标记上一串泛素。这些被标记的蛋白质进入蛋白酶体复合物，被降解成 7 9 个氨基酸长度的短肽片段。哺乳动物细胞中通常包含一种或几种不同的 E1，几十种不同的 E2 和数百种不同的E3。E3 的专一性决定了细胞中的哪个蛋白

81、质要被标记，然后送至蛋白酶体进行降解。每个人体细胞中含有 30 000 个呈桶状的蛋白酶体，它只识别泛素标记过的蛋白质。通过对这种蛋白质降解系统的解析，人们更好地理解了细胞是如何控制细胞分裂周期、DNA 修复、基因转录、新合成蛋白的质量控制等过程。如果细胞内蛋白质泛素化降解系统出错或缺失将导致多种疾病产生，包括一些免疫类疾病及癌症。35糖类和脂质是细胞的结构成分和能源物质第 3 节归 类 是 研 究 和 学 习 生物学的基本方法之一。学 习 提 示生活中的糖类和脂质表 2-3 中的物质，有些是你熟悉的，有些可能是你陌生的。请根据自己的生活经验和已学的知识，结合资料查阅，将它们进行分类。表 2-

82、3 物质分类表序号物质名称所属分类糖类脂质其他1脱氧核糖2阿斯巴甜3葡萄糖4糖原5橄榄油6木糖醇7胆固醇8淀粉9磷脂10纤维素思考与讨论：1.你对以上物质进行分类的依据是什么？2.糖类和脂质在元素组成上有哪些特点？它们在细胞中分别有哪些作用？第 节3糖类和脂质是我们生活中每天都能接触到的两大营养物质。你能准确说出日常生活中遇到的哪些物质属于糖类，哪些属于脂质吗？糖类和脂质在细胞中又有着怎样的作用呢？学习目标通 过 分 析 归 纳，概述 糖 类 的 类 型 及 其在 细 胞 中 的作用。通 过 实 例 分 析，说出 不 同 脂 质 对 维 持细 胞 结 构 及 在 生 命活 动 中 的 作用。通

83、 过 探 究 实 验，学会 检 测 生 物 组 织 中还 原 糖、脂 肪 和 蛋白 质 的 方 法。概念聚焦糖 类 有 多 种 类 型，既 可 以 组 成 细 胞 结构，又 是 生 命 活 动的 能 源 物 质。不 同 的 脂 质 对 维 持细 胞 结 构 与 功 能 有重 要 作 用。糖类和脂质是细胞的结构成分和能源物质36细胞的分子组成第 2 章1.糖类既是能源物质也是结构成分糖类（carbohydrate）俗称碳水化合物，由 C、H、O 元素组成，分子式一般可写成 Cn(H2O)m。糖类是光合作用的产物，在地球上含量非常丰富，不仅是维持生物体生命活动所需能量的主要来源，也是组成生物体结构

84、的基本原料。按其组成可分为单糖、双糖和多糖。单糖 单糖是指不能水解的最简单的糖。葡萄糖、果糖、半乳糖都是含 6 个碳原子的单糖，分子式都是 C6H12O6。葡萄糖是细胞生命活动的主要能源物质；葡萄糖溶解于水，在水溶液中常常会形成更加稳定的环状结构（图 2-15）。核糖和脱氧核糖是含 5 个碳原子的单糖，是构成核酸的重要成分。图 2-16 麦芽糖的合成与水解示意图图 2-15 葡萄糖环状结构双糖 双糖是指由两个单糖经脱水缩合而连接在一起的糖类（图 2-16）。常见的双糖有蔗糖（葡萄糖+果糖）、乳糖（葡萄糖+半乳糖）和麦芽糖（葡萄糖+葡萄糖）等，虽然组成它们的单糖种类有所不同，但分子式都是 C12

85、H22O11。日常食用的砂糖主要成分就是蔗糖，是从甘蔗或甜菜中提炼得到的；动物的乳汁中含有乳糖；发芽的小麦种子中含有麦芽糖。蔗糖、乳糖和麦芽糖都易溶于水,双糖在酶的催化下可以水解成单糖（图 2-16）。37糖类和脂质是细胞的结构成分和能源物质第 3 节多糖 多糖是指由许多（10 个以上）单糖分子经脱水缩合后连接形成的大分子。生物体内的糖类大多数以多糖形式存在，如植物体中的淀粉、纤维素以及动物体中的糖原等都是由葡萄糖组成的（图 2-17）。淀粉是植物体内糖类能源物质的储存形式，呈颗粒状,储存在叶绿体、块根、块茎和种子中。糖原是动物体内糖类能源物质的储存形式。消化道吸收的葡萄糖，经血液运输至肝脏和

86、肌肉，合成难溶于水的糖原进行储存。储存在肝细胞中的称为肝糖原，储存在肌细胞中的称为肌糖原。肝糖原的合成和分解与血糖(血液中的葡萄糖)水平有关。血糖低时，肝糖原降解为葡萄糖补充到血液中；血糖高时，则合成糖原储存。纤维素不溶于水，是构成植物细胞壁的主要成分，在自然界中分布最广、含量最多。图 2-17 多糖种类及结构示意图淀粉糖原纤维素食 物 中 的 多 糖 要 水 解成 单 糖 后 才 能 被 细 胞吸收、利用。学 习 提 示如何检测生物组织中的淀粉 淀 粉 分 子 长 而 卷曲，呈长螺旋状，与碘分 子 形 成 的 复 合 物 通常 显 示 蓝 色。检 测 时，将 棕 黄 色 的 碘 溶 液 滴加

87、 在 待 测 的 固 体 或 液体 物 质 中，如 果 显 示蓝 色，则 可 确 定 淀 粉的存在。广角镜2.脂质对维持细胞结构与功能有重要作用脂质（lipid）俗称脂类，生物体中常见的有脂肪、磷脂和固醇等，其共同特性之一是难溶于水。38细胞的分子组成第 2 章固醇 细胞中的固醇类物质主要包括胆固醇、植物固醇和酵母固醇等。胆固醇是动物细胞质膜的重要结构成分，也是合成性激素、维生素 D 等物质的原料。性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成。维生素 D 能有效促进动物肠道对钙和磷的吸收。植物固醇是植物细胞的重要结构成分，酵母固醇存在于酵母中。脂肪 脂肪是由甘油和脂肪酸分子构成的，通常

88、是 1 个甘油分子上连接 3 个脂肪酸，也称为甘油三酯（图 2-18）。脂肪酸是由碳为骨架构成的长链状分子，碳与碳之间有单键，也有双键。脂肪酸长链呈疏水性。脂肪是细胞中储能效率最高的物质，每克脂肪在人体内彻底氧化分解可产生约 37.6 kJ能量，约为每克葡萄糖彻底氧化分解产生能量（约 16.4 kJ）的两倍。此外，高等动物和人体内的脂肪还具有减少身体热量散失、维持体温恒定的作用，如生活在南极寒冷环境中的企鹅，皮下脂肪可厚达 4 cm。分布在内脏器官周围的脂肪还能保护内脏器官，具有缓冲和减压的功能。磷脂 磷脂分子是两性分子，由亲水头部和疏水尾部组成。当被水分子包围时，亲水头部朝向水分子，疏水尾部

89、远离水分子，呈现出微团或双分子层结构（图 2-19）。细胞质膜的基本骨架就是磷脂双分子层。图 2-18 脂肪分子的结构示意图图 2-19 磷脂分子结构及其在水溶液中的排列方式示意图39糖类和脂质是细胞的结构成分和能源物质第 3 节2-1 检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质探究实验构 成 生 物 体 的 生 物 分 子 种 类 繁 多，不 同 生 物 组 织 中 生 物分子的种类、含量是否一样？让 我 们 通 过 以 下 实 验 进 行 检 测。实 验 目 标：学 会 检 测 生 物 组 织 中 还 原 糖、脂 肪、蛋 白 质 的 方 法；初步学会使用分光光度法进行定量 测 定。实 验 原 理

90、：葡 萄 糖 等 还 原 糖 中 的 醛 基 与 班 氏 试 剂 中 的 C u 2+反 应，加热 后 会 出 现 黄 红 色 沉 淀；蛋 白 质 遇 双 缩 脲 试 剂 后 会 呈 紫 色；脂肪遇苏丹 染液后会呈红色。分 光 光 度 计 可 对 颜 色 变 化 进 行 定量分析。材 料 器 具：1%葡萄糖溶液，植物油，10 mg/mL 牛血清白蛋白标准溶液，食物样品（如梨、黄豆、萝卜、结 球 甘 蓝），班 氏 试 剂（柠 檬 酸、Na 2CO 3、CuSO 4），双 缩 脲 试 剂（主 要 成 分 为 酒 石 酸 钾 钠、NaOH、CuSO 4），苏 丹 染 液，蒸 馏 水，试 管，试 管

91、架，试管夹，酒精灯，分光光度计等。实 验 步 骤：1.已知成分的鉴定（1）还 原 糖 的 鉴 定：在 盛 有 2 m L 1%葡 萄 糖 溶 液 的 试管中加入 1 mL 班氏试剂，摇 匀 后 在 酒 精 灯 上 加 热 至 沸 腾，观察并记录溶液发生的颜色变化。（2）脂 肪 的 鉴 定:在 盛 有 2 mL 植 物 油 的 试 管 中 逐 滴 加入 苏 丹 染 液，振 荡 至 颜 色 不 再 变 化 为 止,观 察 并 记 录 溶 液 发生的颜色变化。（3）蛋 白 质 的 鉴 定：在 盛 有 2 m L 10 m g/m L 牛 血 清 白分光光度法 许 多 反 应 会 有 颜色 变 化，生

92、 成 的 产 物在 特 定 波 长 下 具 有 一定 吸 光 度。通 常，物质浓度越大，吸光度越大。在 分 光 光 度 计 中，通 过 测 定 待 测 物 质 在特 定 波 长 处 的 吸 光 度，可 对 该 物 质 进 行 定 量分析。在测定待测物质浓 度 前，通 常 需 要 先测 定 标 准 浓 度 物 质 的吸 光 度，找 出 浓 度 与吸光度的对应关系（即标 准 曲 线）。然 后 测 定待测物质吸光度，根据标准曲线计算其浓度。广角镜40细胞的分子组成第 2 章蛋白 标 准 溶 液 的 试 管 中 加 入 2 m L 双 缩 脲 试 剂，摇匀，观 察 并记录 溶 液 发 生 的 颜 色

93、变 化。2.食 物 样 品 中 的 营 养 成 分 鉴 定（1）样品处理：每个小组在梨、黄豆、萝卜、结球甘蓝四种食物中选取 1 2 种作为检测样品，研磨、过滤后取滤液待用。（2）营养成分鉴定：取三支试管并编号，分别加入你所选取的食物样品滤液 2 mL，参照前面的方法分别测定还原糖、脂肪和蛋白质，记录检测结果。实验完成后，各小组间进行交流。3.食 物 中 蛋 白 质 含 量 的测 定（1）标 准 曲 线 制 作：取 6 支 试 管，编 号 0 5，按 表 2-4分 别 加 入 不 同 量 的 牛 血 清 白 蛋 白 标 准 溶 液 及 蒸 馏 水。然 后,各试 管 中 加 入 4 m L 双 缩

94、 脲 试 剂，立 即 混 合 摇 匀。静 置 2 0 mi n后，以 0 号 管 为 空 白 对 照，在 分 光 光 度 计 中 于 540 n m 波 长处 调 零 后，测 定 其 他 各 试 管 中 样 品 于 540 nm 处 的 吸 光 度 值。在 电 子 表 格 中 以 蛋 白 质 含 量 为 横 坐 标，吸 光 度 值 为 纵 坐 标，绘 制 出 标 准 曲 线。表 2-4 各试管加样及对应蛋白质含量各管加入试剂及蛋白质含量试管编号01234510 mg/mL 牛血清白蛋白标准溶液（mL）00.20.40.60.81.0蒸馏水（mL）1.00.80.60.40.20双缩脲试剂（mL

95、）4.04.04.04.04.04.0蛋白质含量（mg/mL）0246810（2）样 品 蛋 白 质 含 量 的 测 定：将 待 测 样 品 滤 液 稀 释 N 倍（一 般 需 稀 释 至 蛋 白 质 含 量 范 围 在 1 10 m g/m L）。取 1 mL稀 释 液，按 上 述 方 法 加 入 双 缩 脲 试 剂，测 定 吸 光 度，根 据 标准 曲 线 得 出 蛋 白 质 含 量 D。则 被 测 样 品 的 蛋 白 质 含 量(mg/mL)=D N。结果分析：1.列 表 归 纳 检 测 还 原 糖、脂 肪、蛋 白 质 的 方 法，以 及 产生的 颜 色 变 化。2.你 所 检 测 的

96、食 物 中 含 有 的 主 要 营 养 物 质 是 什么？3.标准曲线中，蛋白质含量与吸光度之间有怎样的关系？41糖类和脂质是细胞的结构成分和能源物质第 3 节胆固醇与人体健康胆固醇又称胆甾醇（图 2-20），是人体细胞不可缺少的营养物质。近年来发现，许多心血管疾病与胆固醇有关。由此对胆固醇“功”和“过”的讨论成为社会热点。一个体重 70 kg 的成年人，体内大约有胆固醇 140 g，每日大约更新 1 g，其中仅 1/5 需从食物中补充，4/5 在体内代谢产生。肝是体内胆固醇合成和转化的主要场所。在肝细胞中，大部分胆固醇被转化为胆汁酸，并随胆汁排入肠腔，有助于油脂和脂溶性维生素的消化吸收。正常

97、情况下，人体内胆固醇的合成与转化处于相对稳定状态。膳食中胆固醇量过高，可能会引起血液中总胆固醇量升高。胆固醇在血液中以与脂蛋白结合的形式运输，主要包括低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）。低密度脂蛋白能将胆固醇由肝脏运输到全身组织细胞，而高密度脂蛋白则将组织细胞中多余的胆固醇运输到肝脏。医学研究表明，动脉粥样硬化发病率与血液中低密度脂蛋白超标密切相关；而高密度脂蛋白偏高，可能对血管有保护作用。现在你知道血脂检查报告中高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的意义了吧。胆固醇水平升高可能从儿童期就开始了，从小就养成良好的饮食习惯和健康的生活方式相当重要。低脂饮食（多吃水果、蔬菜和全麦食品）有助于降低

98、低密度脂蛋白水平；保持恰当的体重，定期锻炼能使高密度脂蛋白保持较高的水平。生物学与社会1.对糖类和脂质进行列表归纳，并说明其在细胞中所起的作用。2.通过本节学习，你对表 2-3 所列生活中常见物质的分类有哪些新的认识？3.人们对于形体与健康的关系有各种观点，如“体态以自然健康为美”“为了保持良好的体形，应拒绝摄入脂类物质”等，试从物质的结构与功能角度，谈谈你的观点。4.食品安全监管部门接到举报，有不法商家用淀粉来生产假冒婴幼儿奶粉。如果你是检测人员，会选用什么方法对可疑产品进行质量检测呢？自我评价图 2-20 胆固醇分子结构式42细胞的分子组成第 2 章生物体中水的分布生活在不同环境中的生物，

99、其体内含水量有所差异；人体不同组织器官中的含水量也存在一定差异（表 2-5）。表 2-5 某些生物体及人体不同组织器官中的含水量生物含水量水母99%鱼类83%蛙78%哺乳类65%藻类90%高等植物60%80%休眠种子10%思考与讨论：1.你能归纳出不同生物体中含水量有什么特点吗？2.尝试分析人体组织器官中含水量高低与其代谢程度之间的关系。第 节水和无机盐是生命活动的必需物质4水是地球生命之源，倘若缺水，生命活动就无法正常进行。水是细胞中含量最多的化合物，约占细胞总质量的 70%。无机盐在细胞中的含量很少，但其作用却不可或缺。水和无机盐在细胞中以怎样的形式存在？它们在生命活动中发挥着什么作用呢？

100、学习目标说 出 水 在 生 命 活 动中的重要作用。举 例 说 明 无 机 盐 与生 命 活 动 有 着 密 切关系。概念聚焦水 构 成 细 胞 的 内 外环 境，大 部 分 生 命活动在水中进行。无 机 盐 在 细 胞 中 的含 量 虽 少，但 不 可或缺。人体的组织器官含水量牙齿10%骨骼22%骨骼肌76%心肌79%血液83%成人脑84%胎儿脑91%43水和无机盐是生命活动的必需物质第 4 节图 2-21 水分子模式图（显示极性）1.水赋予细胞生命特性生命起源于水环境，水也是生物体中含量最多的化合物。分析数据发现，生物体的含水量与其生活环境相关，水生生物的含水量通常高于陆生生物。同一个体不

101、同器官的含水量与其生命活动有关，代谢活动高的器官含水量相对较高。对于任何一个生物体而言，水都是不可缺少的。水为细胞中的物质运输和化学反应提供介质；水的比热容大，能维持细胞温度的相对稳定，有助于细胞生命活动的进行。人体在缺水10%时，生理活动就会紊乱；缺水 20%时，生命活动就会终止。植物缺水时，细胞失去水分而发生形态改变，植株表现出萎蔫等。水在生命活动中的重要作用与水分子的结构及其在细胞中的存在形式有关。由于水分子表面电荷在 O 和 H 之间分布不均匀，使水分子具有极性：分子的 O 端有弱的负电荷，H端有弱的正电荷（图 2-21）。水分子的极性特点，使一些有极性的物质很容易溶解在水中。当你将一

102、小匙食盐（NaCl）放入水中，轻轻搅拌，NaCl 晶体很快溶解。图 2-22 解释了NaCl 在水中迅速溶解的机理，Na+与 H2O 中的 O 端靠近，Cl-与 H2O 中的 H 端靠近，NaCl 很快分散在水中。图 2-22 NaCl 在水中溶解示意图细胞中的无机盐和大部分有机分子都有极性，能很好地溶解在水中，因此，细胞中的大部分化学反应在水环境中进行。细胞中的水绝大部分是以游离的形式存在，可以自由流动，称为自由水。约有 4.5%的水与其他分子结合在一起，不能自由流动，称为结合水。结合水对维持其他分子的结构和活性起着非常重要的作用，例如小麦和水稻等植物的种子，44细胞的分子组成第 2 章图

103、2-24 草莓在生长过程中缺少不同无机盐时的叶片症状图 2-23 Fe 和 Mg 参与生物体内重要化合物的组成（A）全营养（对照）（B）缺 Mg2+（C）缺 Zn2+（D）缺 Mn2+（A）参与血红蛋白组成的血红素结构示意图（B）叶绿素核心结构示意图晒干便于保存，吸水后可以发芽。但是，过度干燥、失去全部水分子的种子则无法萌发。2.无机盐与生命活动密切相关燃烧小麦或稻谷，其中的水被蒸发、有机物被燃尽后，可以看见一些灰白色的灰烬。这些灰烬主要是无机盐。人和动物体中也含有无机盐。生物体内的无机盐大多数以离子状态 存 在，如 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Fe3+等阳

104、离子，以及 Cl、SO 42、HCO 3、PO 43等阴离子。无机盐在生物体中的含量很少，但在生命活动中却有着重要作用。有些无机离子是生物体内重要化合物的组成成分。例如，Fe 是构成血红蛋白分子的必需元素（图 2-23A），适量地摄入含铁丰富的食物，可有效预防缺铁性贫血的发生。Mg 是构成叶绿素分子的必需元素（图 2-23B），植物生长过程中缺少 Mg2+会影响细胞中叶绿素的合成，从而导致其叶脉间缺绿，叶片变黄；还有一些金属离子是酶的辅助因子，缺少也会导致叶片变黄（图 2-24）。45水和无机盐是生命活动的必需物质第 4 节人体运动后大量出汗，为什么需要补充淡盐水？学 习 提 示有些无机离子可

105、直接参与机体代谢活动、调节内环境的稳定，它们对维持细胞和生物体的生命活动有着重要作用。例如，正常成人的血液中 Ca2+的含量为 4555 mg/L，低于此数值会引发肌肉抽搐等症状；血液中的 HCO 3、HPO 42和H2PO 4等无机离子的存在，可调节细胞内外溶液酸碱度的变化，维持生物体内环境的稳定（详见稳态与调节分册）。1.为什么细胞缺水会影响生命活动？2.水稻种子在储存入库前要晒干，使其含水量必须小于 10%，试分析原因。3.草莓在生长过程中若缺乏 Mg、Mn、Zn 等元素，叶片就会出现不同程度的缺绿症，请分析原因。4.每年的 3 月 22 日是世界水日，水是生命之源。从水在生命活动中的作

106、用角度，分析设立世界水日的意义。自我评价46细胞的分子组成第 2 章本 章 回 顾本章小结 生 命 的 本 质 是 物 质 的。组 成 细 胞 的 元 素 在 地 壳 中 均 能 找 到。其 中，C、H、O、N、P、S 等是组成细胞的主要元素，它们以碳链为骨架形成复杂的生物分子。蛋 白 质 和 核 酸 是 细 胞 中 重 要 的 生 物 大 分 子。蛋 白 质 既 参 与 细 胞 结 构 的 组成，也 是 细 胞 功 能 的 主 要 承 担 者。组 成 蛋 白 质 的 基 本 单 位 是 氨 基 酸，常 见 有20 种。蛋 白 质 的 功 能 通 常 与 其 氨 基 酸 的 排 列 顺 序 及

107、 其 形 成 的 空 间 结 构 有 关。任 何 改 变 蛋 白 质 结 构 的 因 素 都 会 影 响 蛋 白 质 的 功 能。核 酸 是 储 存 与 传 递 遗 传信息的生物大分子，包 括 D N A 和 R N A 两 类，由 核 苷 酸 分 子 聚 合 而 成。糖 类 是 细 胞 中 的 重 要 结 构 成 分 和 主 要 能 源 物 质，可 分 为 单 糖、双 糖 和 多糖。葡 萄 糖 是 最 常 见 的 单 糖，是 细 胞 生 命 活 动 的 主 要 能 源 物 质，也 是 组 成 淀粉、糖原和纤维素 的 基 本 单 位。脂 肪、磷 脂 和 固 醇 是 细 胞 中 常 见 的 脂质

108、。脂 肪由 甘 油 和 脂 肪 酸 组 成，是 生 物 体 内 的 储 能 物 质。磷 脂 是 细 胞 质 膜 等 膜 结 构 的主 要 成 分。细 胞 中 的 固 醇 类 物 质 主 要 包 括 胆 固 醇、植 物 固 醇 和 酵 母 固 醇。胆固醇参与动物细胞 质 膜 的 组 成，也 是 合 成 性 激 素、维 生 素 D 等 物 质 的 原 料。水 是 细 胞 内 含 量 最 多 的 化 合 物，以 自 由 水 和 结 合 水 的 形 式 存 在。水 分 子具 有 极 性 的 特 点 使 水 成 为 良 好 的 溶 剂，为 细 胞 内 的 生 化 反 应 提 供 相 对 稳 定 的介 质

109、 和 环 境。无 机 盐 以 离 子 形 式 存 在 于 细 胞 中，含 量 虽 少，但 与 细 胞 生 命 活动密切相关。细胞由多种多样 的 分 子 组 成，在 微 观 层 面 更 深 入 地 体 现 了 生 命 的 本 质，体现 了 生 命 的 物 质 性 和 生 物 界 的 统 一 性。运 用 归 纳 与 概 括 等 方 法，学 习 生 物 分子 的 结 构 与 功 能，初 步 形 成 生 物 学 结 构 与 功 能 观。用 生 物 化 学 检 测 技 术 中 的显 色 反 应 检 测 生 物 样 品 成 分 是 生 物 学 实 验 研 究 常 用 的 方 法 之 一。经 历“检 测生

110、物 组 织 中 的 还 原 糖、脂 肪 和 蛋 白 质”实 验，可 以 学 会 生 物 学 实 验 常 用 仪 器的 使 用，并 对 实 验 数 据 进 行 记 录、处 理 和 分 析，从 而 提 高 科 学 探 究 能 力。探究 食 物 中 的 营 养 成 分，关 注 糖 类、脂 质 等 物 质 过 量 摄 入 对 健 康 的 影 响，有 利于形成健康饮食等良 好 的 生 活 习 惯。细胞的分子组成第 2 章47水和无机盐是生命活动的必需物质第 4 节学业评价1.细 胞 是 由 多 种 元 素 组 成 的。图 2-25 表 示 细 胞 内 各 元 素 及 其 组 成 的 化 合 物 之间的关

111、系，其中，A、B 和 D 代 表 物 质 分 子，X、Y 代 表 化 学 元 素。（1）据图可推测，物质 A 和 B 分 别 可 能 是和。（2）根据物质的元素组成特点，可以推测 X、Y 分别表示元素和元素。（3）若物质 D 是细胞中的主 要 能 源 物 质，则 D 最 可 能 是。（4）细 胞 的 生 命 活 动 主 要 是 通 过 物 质 B 实 现 的，下 列 物 质 中 均 属 于 物 质 B 的一组是（）。抗体 葡萄糖 雌 激 素 胰 岛 素 磷 脂 淀 粉 酶 A B C D （5）若 有 两 瓶 无 色 液 体，分 别 含 有 物 质 B 和 物 质 D，请 设 计 实 验 区

112、分 出 两 瓶 液体中所含的物质。2.研究发现，人胰岛素分子是由 A、B 两条肽链组成，其中 A 链由 21 个氨基酸分子组成，B 链由 30 个氨基酸组成（图 2-26）。牛胰岛素与人胰岛素的结构基本相似，区别仅在于 A 链第 8 位和第 10 位、B 链第 30 位的氨基酸有所不同：人胰岛素分别为苏氨酸（Thr）、异亮氨酸(Ile)和苏氨酸，而牛胰岛素分别为丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）和丙氨酸。图 2-25 细胞内的元素及化合物图 2-26 人胰岛素肽链结构示意图本章回顾第 2 章48细胞的分子组成第 2 章（1）胰 岛 素 的 肽 链 是 由 多 种 氨 基 酸 通 过 肽 键 连

113、 接 所 形 成 的，不 同 种 类 氨 基 酸 的区别在于，肽 键 的 基 本 结 构 是。（2）比较人胰岛素和牛胰岛 素 分 子，下 列 叙 述 正 确 的 是（）。（多 选）A.两者所含的氨基酸 数 量 相 同，组 成 肽 链 的 氨 基 酸 序 列 相 同B.虽然两者的氨基酸 组 成 有 差 异，但 所 含 的 肽 键 数 及 形 成 的 方 式 相 同C.两者的氨基酸组 成 有 差 异，组 成 肽 链 的 氨 基 酸 序 列 不 同D.虽然两者的氨基 酸 组 成 有 差 异，但 都 有 降 低 血 糖 的 功 能（3）胰 岛 素 可 以 治 疗 糖 尿 病，但 经 临 床 观 察 发

114、 现，牛 胰 岛 素 对 糖 尿 病 患 者 的 疗效不理想。从结构与功 能 的 角 度，简 要 说 明 可 能 的 原 因。3.我国食品安全国家标准规定，食品外包装上应提供该食品的营养成分表。营养成分表通常提供该食品所含的能量（热量）、主要营养成分的含量及其营养素参考值（NRV）等信息（表 2-6）。请说明其中的营养成分在细胞中的作用，并选择几种自己喜爱的食 品，对比它们的 营养成分表，看看经常食用这些食品对身体健康可能有什么影响？表 2-6 某 食 品 营 养 成 分 表项目含量/100 gNRV（%）能量226.1 kJ2.7蛋白质0.2 g0.3碳水化合物13.5 g4.5膳食纤维1.

115、2 g4.8脂肪0.2 g0.3饱和脂肪1.6 g8胆固醇0 mg0钙4 mg0.5铁0.6 mg4钠1.6 mg0.1钾119 mg6.049 第节第 章3细胞的结构还记得光学显微镜下形态各异的细胞吗？细胞不仅是构成生物体的基本单位，也是生命活动的基本单位。在微小的细胞内，复杂的生命活动是如何有条不紊地进行的？通过电子显微镜，我们能观察到细胞更细微的结构。让我们一起进入细胞的内部，看看细胞各部分结构有何特点？它们是如何分工合作完成细胞各项生命活动的？4950细胞的结构第 3 章质膜中的主要成分细胞质膜主要由哪些生物分子组成？表 3-1 中列出部分生物细胞质膜的主要成分及其质量百分比，请分析表

116、中多细胞动物、单细胞动物、植物和微生物细胞质膜主要成分的分布特点。表 3-1 部分生物细胞质膜的主要成分细胞质膜主要成分的质量百分比（%）蛋白质磷脂固醇小鼠肝脏细胞452725草履虫56404玉米叶细胞47267酵母5274大肠杆菌75250思考与讨论：1.不同生物细胞质膜组成成分的共同特点是什么？有何差异？2.结合生物分子的特性和功能，推测质膜主要成分的作用。第 节细胞由质膜包裹1正如国家有边界线、校园有围墙一样，薄薄的细胞质膜将细胞与外界环境分开，保护着细胞内部的稳定和生命活动的进行，同时也负责细胞与外界的物质交换和信息交流。质膜的结构有哪些特殊之处，使其具有这些功能？让我们从质膜的化学成

117、分及其结构模型开始，探索质膜结构与功能的关系。学习目标概 述 细 胞 质 膜 的 主要 功能。从 结 构 与 功 能 相 适应 的 角 度，解 释 质膜 的结构特征。概念聚焦细 胞都由质膜包裹。细 胞 质 膜 能 控 制 物质 进 出 并 参 与 细 胞间 的信息交流。51细胞由质膜包裹第 1 节1质膜主要由磷脂和蛋白质组成质膜(plasma membrane)通常也称细胞膜，其厚度仅为710 nm。如果将 8 000 层质膜叠在一起，才相当于一张纸的厚度。分析表 3-1 中的数据可以发现，不同生物细胞虽然有差异，但其共同特点是质膜主要由磷脂和蛋白质分子组成。细胞质膜中还有一定量的固醇和糖类。

118、高等动物细胞质膜中胆固醇含量相对较高，植物细胞和真菌细胞质膜则含有各自特殊的固醇化合物。这些生物分子是如何组成质膜的呢？科学家先后提出了多种细胞质膜的结构模型，目前最被认可的是 20 世纪 70 年代提出的“流动镶嵌模型”（图 3-1）。质膜的基本骨架是磷脂双分子层。磷脂分子亲水性的头部朝向细胞内外两侧，疏水性的尾部相对，在磷脂双分子层内部形成一层疏水的屏障。紧密排列的磷脂分子不允许大分子物质进出，疏水屏障将细胞内外的极性小分子和离子等物质隔开，从而将细胞与生活环境分开，使细胞内部形成相对稳定的环境。临床上应用这个原理可以判断细胞是否有损伤。例如，正常情况下谷丙转氨酶（ALT）存在于人体肝细胞

119、中，而血清中含量极少。当肝细胞质膜受损时，ALT 会流出细胞而进入血液。因此，血清中 ALT 量的变化可作为临床上诊断肝功能的指标之一。图 3-1 细胞质膜结构模型示意图水 分 子 具 有 极 性，当磷 脂 分 子 被 水 环 境 包围 时，它 们 会 自 动 形成稳定的膜结构。学 习 提 示胆固醇52细胞的结构第 3 章质膜上的蛋白质称为膜蛋白，有的覆盖在膜表面，有的镶嵌或贯穿在磷脂双分子层中。细胞的功能与膜蛋白种类和含量有关，有些细胞的膜蛋白仅占膜成分的 25%，有些则高达 75%。质膜中还有少量的糖，约 93%与膜蛋白相连，形成糖蛋白；约 7%与膜脂相连，组成糖脂。质膜内外两侧的分子并不

120、对称，糖脂和糖蛋白上的糖均分布在质膜外侧，具有保护质膜和识别外界信息等功能。细胞质膜中的各种分子处于不断“流动”的状态。磷脂在不断地流动，膜蛋白也可以在磷脂双分子层中进行横向移动或自身旋转运动。胆固醇分子插在磷脂分子之间，对膜的流动性具有调节作用。细胞质膜的流动性对于细胞完成各种生理功能，尤其是对物质进出细胞，起到非常重要的作用（详见第 4 章）。1970 年，科学家用红、绿两种荧光抗体分别标记人类细胞和小鼠细胞的膜蛋白后，再让两种细胞融合。刚融合的细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光。放置 1 h 后，发现两种荧光抗体均匀分布（图 3-2）。这一实验表明有一些膜蛋白在质膜中可以横向运动。思考

121、与讨论：1.为什么要用荧光抗体标记膜蛋白？2.为什么荧光抗体的移动可以说明膜蛋白具有流动性？请分析科学家得出膜蛋白具有流动性的推理过程。膜蛋白流动性的实验证据思维训练图 3-2 膜蛋白流动实验示意图细胞融合1 h 后蛋白混合分布小鼠细胞膜蛋白人类细胞53细胞由质膜包裹第 1 节图 3-3 细胞间信号分子传递示意图2质膜参与细胞的物质交换和信息交流虽然磷脂双分子层对细胞内外的物质进出有屏蔽作用，但实际上，细胞内外的物质可以通过质膜进行有选择性的交换。其中，膜蛋白在物质交换中起着重要作用（详见第4 章）。生物体内的细胞并不是孤立存在的，就像人与人之间要进行信息交流一样，细胞之间也需要通过信息交流才

122、能相互协调，共同完成生理活动。例如，神经细胞通过分泌神经递质作用于靶细胞，内分泌细胞则通过分泌激素作用于靶细胞。有些称为受体的膜蛋白，可用于接受神经递质、激素等特定信号分子（图 3-3）。受体接受信号分子后，激发细胞内特定的生命活动，对信号作出应答。若信号传递受阻，则可能导致疾病。例如，胰岛细胞分泌的胰岛素通过血液循环到达肝细胞，被肝细胞质膜上的胰岛素受体识别，可促进肝细胞吸收葡萄糖，从而降低血糖浓度。如果胰岛素受体结构发生改变，不能识别胰岛素，影响肝细胞对葡萄糖的吸收，会导致血糖控制失调，可能会引发型糖尿病。54细胞的结构第 3 章1.在生命起源的过程中，膜的出现至关重要。它将生命物质与外界

123、环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的生命系统。请归纳细胞质膜的功能，简述其与结构的关系。2.虽然植物细胞最外层有细胞壁，但细胞质膜还是被认定为细胞的边界，你是否认同这一观点？为什么？3.请举例说明，细胞质膜在细胞间信息交流过程中起怎样的作用？植物细胞间是否还有其他交流方式？请查阅资料并简要说明。4.随着技术的发展和研究的深入，人们对细胞质膜结构与功能的认识不断趋于完善和合理，并提出了相应的结构模型和假说。请查阅资料，了解科学家对细胞质膜的成分、结构和功能的科学探索历程，并谈谈你对这一探索历程的体会或认识。自我评价不同种类的细胞质膜表面的糖蛋白、糖脂的种类不同，具有特异性。细胞可通过糖

124、蛋白和糖脂等进行细胞之间的信息识别。例如，在炎症反应过程中，中性粒细胞（一种白细胞）在炎症部位的聚集过程与此相关。在细菌感染初期，感染处的血管内皮细胞在质膜表面形成特殊的蛋白质（称为凝集素），可被白细胞表面的糖蛋白和糖脂特异性识别，引起白细胞在此处聚集并穿过血管壁进入感染部位，从而杀灭细菌（图 3-4）。图 3-4 白细胞识别并进入感染部位示意图55细胞各部分结构既分工又合作第 2 节动植物细胞的结构细胞中存在着复杂的结构，担负着物质运输、合成和分解，能量转换以及信息传递等生命活动。你所知道细胞的结构有哪些？查阅资料，了解它们的功能，将结果汇总在表 3-2 中。表 3-2 动植物细胞的结构动物

125、细胞植物细胞结构功能结构功能思考与讨论：1.通过表中信息，结合图 3-5 和图 3-6，比较动植物细胞结构的异同。2.你填写的细胞结构之间是否有关联？第 节2细胞是生命活动的基本单位，复杂的生命活动需要有相应的结构来支撑。通过电子显微镜，我们可以更清晰地看到细胞内的不同结构。这些结构具有什么功能？各部分结构之间是如何合作完成生命活动的？学习目标结 合 电 镜 照 片，概述 动 植 物 细 胞 内 部结 构 特 点 及 其 主 要功 能。举 例 说 明 细 胞 各 部分 结 构 能 分 工 合 作，共 同 执 行 细 胞 的 各项 生 命 活 动。通 过 显 微 镜 观 察，感 性 认 识 细

126、胞 质 是流 动 的。搭 建 并 展 示 细 胞 的结构模型，解释各部分结构的分工合作。概念聚焦细 胞 内 有 多 个 相 对独 立 的 结 构，各 结构 有 独 特 的功能。遗 传 信 息 主 要 储 存在 细 胞 核 中。细 胞 的 生 命 活 动 由各 部 分 结 构 相 互 合作，共 同 完成。细胞各部分结构既分工又合作56细胞的结构第 3 章 1细胞内具有多种相对独立的结构在细胞质基质中分布着许多相对独立、具有特定功能的结构细胞器（organelle）。利用电子显微镜，我们能观察到的细胞的细微和精妙结构，属于亚显微结构（图 3-5，图 3-6）。图 3-5 动物细胞亚显微结构模型及电

127、镜照片线粒体囊泡溶酶体内质网细胞核中心体高尔基体核糖体细胞质基质57细胞各部分结构既分工又合作第 2 节图 3-6 植物细胞亚显微结构模型及电镜照片线粒体细胞壁叶绿体核糖体内质网高尔基体核仁液泡通过比较可以发现，各种细胞器具有独特的结构，执行特定的功能。植物细胞特有的结构是细胞壁、叶绿体和液泡；动物细胞有中心体，而高等植物细胞没有中心体。囊泡58细胞的结构第 3 章细胞内大多数结构都由膜包围，膜的基本结构与细胞质膜类似，统称为生物膜。内质网、高尔基体、溶酶体等构成的内膜系统，将细胞质分隔成许多功能化区域，同时也为多种酶提供附着位点，使各种代谢反应能够有序地进行。其中，内质网呈网状排列在细胞内，

128、通常占细胞体积的 10%以上，是蛋白质和脂质合成、加工的场所，类似“生产车间”。高尔基体由多个扁平的膜囊堆叠在一起组成，多种蛋白质在此加工、分类和包装，类似“加工包装车间”。溶酶体是由单层膜构成的囊泡，内含多种水解酶，可进行细胞内的消化作用。组成内膜系统的细胞器，在功能上相互联系，在结构上可以相互转化。细胞质中还分布有由蛋白质纤维（微管、微丝等）构成的网络状框架结构，称为细胞骨架（图 3-7）。细胞骨架不仅支撑细胞的形态，维持细胞内各部分的空间格局，而且还在细胞内的物质运输中起重要作用，各类细胞器和小囊泡可沿着细胞骨架进行移动。细胞质膜内质网核糖体微丝线粒体图 3-7 细胞骨架结构模式图微管内

129、 膜 系 统 将 细 胞 质 区域 化，提 高 了 细 胞 生理生化反应的效率。学 习 提 示 获 得 纯 净 的 细 胞 器 是 细 胞 研 究 的 重 要 条 件。根据 细 胞 不 同 组 分 的 密 度 差 异，用 超 速 离 心 机 可 以 将其分离。组分越大、密度越高，受到的离心力越大，越 容 易 沉 淀 到 底 部；而 较 小、密 度 较 低 的 组 分 仍 保留在上层（图 3-8）。差速离心法分离细胞各种结构广角镜图 3-8 细胞各组分的离心示意图59细胞各部分结构既分工又合作第 2 节3-1 观察叶绿体和细胞质流动探究实验细胞质是静止不动的吗？实 验 目 标：1.学会制作临时装

130、片，熟练 使 用 显 微 镜。2.在高倍镜下观察叶绿体的 形 态 和 分 布。3.在高倍镜下观察细胞质的 流 动。实 验 原 理：叶 绿 体 会 随 着 细 胞 质 的 流 动 而 运 动，观 察 细 胞 质 的 流 动可以用叶绿体的运动作为标志。材 料 器 具：新鲜的黑藻（或葫芦藓），1 mol/L 丙二酸钠溶液，冰水，显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，滴管，培养皿，白炽灯，吸水纸等。实 验 步 骤：1.将 黑 藻 置 于 盛 有 水 的 烧 杯 中，放 在 较 强 的 光 照 下 培 养15 20 m i n，或者放在 25 的温 水 中，备 用。2.用镊子摘取新鲜的黑藻嫩 叶。3.把 叶 片

131、 放 在 滴 有 一 滴 水 的 载 玻 片 上，盖 上 盖 玻 片，制成临时装片（图 3-9）。4.先 用 低 倍 镜 找 到 叶 片 细 胞 中 的 叶 绿 体，然 后 用 高 倍 镜观 察 叶 绿 体 的 形 态 和 分 布（图 3-10），以 及 是 否 在 运 动。以叶绿体的运动作为标志，判断 细 胞 质 的 流 动 方 向。5.绘 出 所 观 察 到 的 黑 藻 叶 片 细 胞 形 态 结 构 图，并 标 示 出细胞质的流动方向。结 果 分 析：1.为 什 么 要 先 将 黑 藻 放 在 较 强 的 光 照 下 培 养 15 2 0 mi n，或者放在 25 的温水 中？2.你 观

132、 察 到 的 细 胞 质 流 动 方 向 是 怎 样 的？与 细 胞 质 实 际流动方向是否一致？图 3-9 临时装片制作图 3-10 高倍镜下的叶绿体（40）60细胞的结构第 3 章3.活 细 胞 的 细 胞 质 处 于 不 断 流 动 状 态，你 觉 得 这 对 活 细胞 有 什 么 意 义？4.与 同 学 交 流 实 验 中 遇 到 的 问 题 以 及 解 决 方 法。拓展探究：丙 二 酸 钠 可 抑 制 细 胞 能 量 的 产 生，分 别 用 1 mo l/L 丙 二酸 钠 溶 液 和 冰 水 引 流，观 察 到 怎 样 的 现 象？2遗传信息主要储存在细胞核中细胞核通常为球形，直径为

133、一微米到几百微米不等。典型的细胞核的体积为细胞体积的 5%10%，但在某些情况下，其体积会占到细胞体积的 80%。一个真核细胞一般只有一个细胞核。有些特殊的细胞含有多个细胞核，如骨骼肌细胞含有几十甚至几百个细胞核；而哺乳动物成熟红细胞和植物的筛管细胞则没有细胞核。电子显微镜下可以观察到，典型的细胞核是由双层核膜包被，核膜上的小孔称为核孔。细胞核内有核仁、染色质和核基质等结构（图 3-11）。图 3-11 细胞核及核膜外连接的粗面内质网模式图染色质核膜核仁核孔内质网61细胞各部分结构既分工又合作第 2 节图 3-12 核酸指导蛋白质的合成过程示意图核仁为一个或数个圆球状结构，与核糖体形成有关。染

134、色质呈细丝状，主要由 DNA 和蛋白质组成，可被苏木精、洋红等碱性染料染成深色。在细胞分裂时，染色质经过高度螺旋形成粗短的染色体（详见第 5 章）。细胞的遗传信息主要储存在细胞核中。从蛋白质合成过程可以知道，mRNA（信使 RNA）携带来自 DNA 的遗传信息从细胞核进入细胞质，在核糖体上指导合成相应的蛋白质（图 3-12）。关于遗传信息传递和蛋白质合成的详细过程将在遗传与进化分册中讨论。3细胞生命活动由各结构合作完成细胞各结构既分工明确，又相互合作，共同完成细胞的各项生命活动。胰腺细胞合成和分泌消化酶的过程就是一个典型案例。消化酶是一类可水解蛋白质等物质的酶，可由胰腺细胞合成，分泌到消化道中

135、发挥作用。科学家在豚鼠胰腺泡细胞中注射被放射性同位素3H 标记的氨基酸，3 min 后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中；17 min 后，出现在高尔基体中；117 min 后，出现在靠近细胞质膜内侧的囊泡中，其中部分出现在释放到细胞外的分泌物中。科学家进一步研究明确了分泌蛋白从合成到分泌的整蛋 白 质 合 成 旺 盛、生长 活 跃 的 细 胞，其 核仁 较 大。学 习 提 示62细胞的结构第 3 章图 3-13 分泌蛋白从合成到分泌的过程示意图内质网运输囊泡细胞质膜分泌蛋白运输囊泡将酶和其他蛋白质从内质网转运至高尔基体进行加工处理个过程（图 3-13）。内质网上的核糖体以氨基酸为原

136、料，在mRNA 指导下合成一段肽链。随后，这段肽链转移到内质网内加工成较为成熟的蛋白质。然后，内质网膜鼓起、出芽形成囊泡，包裹着要运输的蛋白质，离开内质网到达高尔基体。囊泡与高尔基体膜融合后，成为高尔基体的一部分（类似于小泡并入大的囊泡）；其中的蛋白质进入高尔基体，在高尔基体中进一步修饰后，进入新的运输囊泡。囊泡沿细胞骨架移动到细胞质膜，与质膜融合，并将蛋白质分泌到细胞外。整个过程中需要的能量主要由线粒体提供。胰 腺 中 分 泌 酶 的 细 胞有 数 以 百 计 的 线 粒 体和数百万核糖体。学 习 提 示质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们的化学性质几乎相同，但质量数不同，且放射

137、性等物理性质有所差异。同位素的表示可以在该元素符号的左上角注明质 量 数，例 如3H、14C、15N、18O,其 中，3H、14C 是 放 射 性 同 位 素，15N、18O 是 稳 定 同位素。人们可通过检测放射性或质量的方法，追踪同位素标记的化合物，从而揭示化学反应详细过程。这种科学研究方法叫做同位素标记法或同位素示踪法。同位素标记法广角镜63细胞各部分结构既分工又合作第 2 节3D 打印细胞模型 利 用 计 算 机 软 件绘 制 细 胞 模 型，结 合3D 打 印 技 术，并 选 择合 适 的 材 料，可 打 印相 应 细 胞 的 三 维 模 型，为 构 建 复 杂 仿 生 结 构研究提

138、供支持。广角镜3-2 制作真核细胞的结构模型探究建模模 型 可 以 直 观 地 反 映 客 观 事 物 的 结 构，建 模 是 对 知 识 和概念进行内化和重建的重要过程。建模 目 标：学 会 制 作 真 核 细 胞 结 构 模 型，展 示 并 交 流 对 真 核 细 胞 结构和功能的认识。建模 要 求：1.体 验 建 构 模 型 的 过 程。先 将 微 观 的 结 构 或 过 程 简 化，把握其主要特征，再将这些特征 形 象 化、具 体 化。2.呈 现 的 真 核 细 胞 结 构 准 确，能 体 现 相 关 结 构 的 主 要 特征以及它们之间的联系，所模拟的 过 程 符 合 科 学 事 实

139、。建模 过 程：1.选择细胞小组成员查找并比较几种生物细胞的结构和功能，如小肠上皮细胞、肝细胞、植物叶肉细胞等。选择想要建模的细胞，归纳其特征。2.制定方案讨 论 模 型 要 表 达 的 基 本 内 容 和 特 色 内 容（如 某 个 典 型 的生理过程等），确定制作方案，明 确 具 体 分 工。3.选择材料 根 据 小 组 制 作 模 型 的 种 类（电 脑 模 型、实 物 模 型）和 规格等，确定材料用具。4.建构模型 按 照 分 工 制 作 各 部 分 结 构，然 后 组 合 在 一 起 完 成 细 胞 的三 维 模 型。注 意 细 胞 与 细 胞 器 之 间、不 同 细 胞 器 之 间

140、 的 大 小比例，以及相应的空间位置关系 等。5.展示交流 分 组 展 示 模 型，从 科 学 性、创 造 性 等 方 面 介 绍 模 型。小组间相互交流和评价。模型 举 例：可 以 用 不 同 颜 色 的 橡 皮 泥 分 别 表 示 核 糖 体、溶 酶 体、内质 网、线 粒 体、高 尔 基 体、细 胞 核 等，并 用 计 算 机 计 算、设计 各 种 结 构 的 大 小 比 例，根 据 比 例 进 行 制 作 和 组 装。再 用 琼脂 模 拟 细 胞 质 基 质，将 各 种“细 胞 器”固 定 于 琼 脂 中。也 可以用 3D 打印或一些废旧材料进行 模 型 制 作。64细胞的结构第 3 章

141、1.以植物叶肉细胞为例，归纳细胞内各结构的名称、特点和功能。2.胰岛素属于蛋白质类激素，由人体胰岛细胞合成和分泌。结合图 3-13，描述细胞各结构之间是如何分工合作完成这一过程的。3.请以“细胞是一个统一的整体”为主题，为你制作的细胞模型写一份说明。自我评价线粒体与疾病生物学与社会线粒体是细胞的能量工厂，为我们提供了生命活动所需的 90%以上的能量。细胞中糖、脂肪和氨基酸的有氧分解最终都在线粒体中完成。除了产生能量外，线粒体还参与维持细胞内 Ca2+浓度的动态平衡、细胞基质代谢、细胞凋亡等多种细胞活动。据测算，机体 95%的氧自由基来自线粒体内的化学反应。正常情况下，线粒体产生的氧自由基可被线

142、粒体中的超氧化物歧化酶清除。在机体衰老等情况下，这种酶的活性下降，会导致氧自由基积累。氧自由基的过度积累会使线粒体 DNA 损伤或突变，造成线粒体基因编码的蛋白质缺陷，引发线粒体病。目前已知与线粒体异常相关的疾病有 100 多种。例如，线粒体异常引起的氧自由基增加、无氧呼吸增加等可诱发肿瘤；线粒体损伤可致使细胞内游离脂肪酸、脂肪代谢中间产物堆积，降低脂肪细胞对胰岛素的敏感性，还可抑制胰岛素信号转导而降低靶组织对胰岛素的敏感性，最终导致型糖尿病的发生；研究还发现，帕金森综合征等神经退行性疾病患者神经元的线粒体功能异常。以线粒体为靶标的药物设计及其机制研究已成为热门研究领域之一，在线粒体中找到合适

143、的靶点展开靶向治疗研究，对明确线粒体相关疾病的发病机制并探索其预防、治疗措施具有重要意义。65细胞各部分结构既分工又合作第 2 节肿瘤的靶向治疗随着社会和科技的发展，应用靶向技术向肿瘤区域精确递送药物的“靶向治疗”和控制肿瘤生长或代谢的“靶点治疗”成为肿瘤研究的热点。根据靶向部位的不同，又可以将肿瘤靶向治疗分为两大类，即肿瘤细胞靶向治疗和肿瘤血管靶向治疗（图 3-14）。前沿视窗图 3-14 肿瘤靶向治疗示意图肿瘤细胞靶向治疗是利用肿瘤细胞表面的特异性受体作为靶向，药物与肿瘤细胞特异性结合，抑制肿瘤细胞生长增殖，促使其死亡。例如，细胞表面的表皮生长因子受体（EGFR）接受信号后介导细胞的生长、

144、增殖和分化等生理过程。与正常细胞相比，多种肿瘤细胞表面的 EGFR 数量极高。针对 EGFR 靶向的治疗药物（如小分子化合物、单克隆抗体等）能阻断 EGFR 与信号分子结合，从而抑制肿瘤细胞的增殖并诱导其死亡。目前 EGFR 的靶向药物在肺癌、结直肠癌等治疗中广泛应用。肿瘤血管靶向治疗则是利用肿瘤区域新生毛细血管内皮细胞表面的特异性受体起作用。针对肿瘤细胞的药物要到达肿瘤细胞靶区，需要通过血管内皮细胞屏障进入肿瘤组织环境，这一过程是相对缓慢的。针对血管靶向的药物则有很大的优势，在给药后只需积聚在血管靶标部位，抑制肿瘤组织的血管生成，阻断机体通过血液对肿瘤组织提供营养物质，以达到“饿死”肿瘤细胞

145、的目的。同时也阻断肿瘤细胞通过血管进行转移的途径。血管表面的血管内皮生长因子受体（VEGFR）在特异性信号分子血管内皮生长因子（VEGF）的刺激下，会促进血管内皮细胞增殖和新生血管的形成。在针对恶性肿瘤转移的治疗中，多采用针对 VEGF/VEGFR 的靶向药物，以阻断肿瘤细胞通过血管转移。肿瘤细胞的靶向治疗能使药物更特异性地针对目标，在提高药物治疗效果的同时减少了对正常细胞的毒副作用。如果我们能更多地了解肿瘤细胞的结构特征，发现更多的特异性靶点，例如膜蛋白、细胞增殖相关因子等，便能研发出更多的治疗药物，加快解决肿瘤危害人类健康的难题。66细胞的结构第 3 章本 章 回 顾本章小结 细 胞 由

146、质 膜 包 裹，细 胞 质 膜 主 要 由 磷 脂 双 分 子 层 和 蛋 白 质 组 成。细胞 质 膜 的 功 能 与 其 结 构 组 成 密 切 相 关：磷 脂 双 分 子 层 是 质 膜 的 基 本 骨 架，形 成 疏 水 屏 障，将 细 胞 与 其 生 活 环 境 分 开，对 维 持 细 胞 内 部 稳 定 性 具 有重要作用；膜蛋白 能 控 制 物 质 进 出 细 胞，并 参 与 细 胞 信 息 交 流。真 核 细 胞 内 有 多 种 相 对 独 立 的 结 构，其 中，细 胞 核 内 储 存 的 遗 传 信息 控 制 着 细 胞 的 生 命 活 动；核 糖 体、内 质 网、高 尔

147、基 体、溶 酶 体 等 结 构参与细胞内物质的运 输、合 成 与 分 解；线 粒 体 为 生 命 活 动 提 供 能 量；叶 绿体 是 植 物 细 胞 光 合 作 用 场 所。研 究 证 明，这 些 结 构 之 间 相 互 联 系、协 调一致，完成细胞的各 项 生 命 活 动。细 胞 各 部 分 结 构 既 分 工 又 合 作，共 同 执 行 细 胞 的 各 项 生 命 活 动，体现 了 生 命 整 体 性 和 系 统 性。通 过 显 微 镜 观 察 叶 绿 体 和 细 胞 基 质 的 流 动，加 深 对“活”细 胞 的 认 识；通 过 团 队 合 作 构 建 细 胞 模 型，从 亚 显 微

148、水 平理 解 细 胞 结 构 与 功 能 的 统 一，了 解 生 物 体 部 分 与 整 体 的 统 一，有 助 于 科学 自 然 观 的 形 成。细 胞 质 膜 结 构 与 特 性 的 研 究 历 史 表 明，科 学 理 论 的 提出是基于一定的证据 和 事 实，并 随 着 方 法 和 技 术 的 进 步 在 不 断 发 展。67第 3 章本章回顾1.质 膜 是 细 胞 的 边 界，薄 薄 的 质 膜 既 将 细 胞 与 周 边 环 境 分 开，又 保 证 了 细 胞能 与 外 界 进 行 物 质 交 换 和 信 息 交 流，如 此 重 要 的 功 能 离 不 开 其 精 妙 的 结 构。图

149、 3-15 是 目 前 比 较 公 认 的 一 种 细 胞 质 膜 结 构 模 型 示 意 图，请 据 图 回 答 下 列问题。（1）图中的数字分别表示 某 一 种 物 质 分 子，请 写 出 它 们 的 名 称：，。其 中，由 组 成 的 结 构 称为。（2）结 合 细 胞 质 膜 的 结 构 模 型 图 分 析 其 结 构 与 功 能 关 系，下 列 描 述 正 确 的 是（）。（多选）A.大分子、颗粒物 及 亲 水 的 分 子 不 能 直 接 透 过 质 膜 中 组 成 的 结 构B.与细胞质膜的 物 质 交 换 有 关，因 此 在 质 膜 中 均 匀 分 布C.不同生物细胞质膜 会 有

150、 差 异，但 是 的 种 类 是 相 同 的D.与细胞信息交流 有 关，通 常 分 布 在 质 膜 外 表 面（3）科 学 家 将 红 细 胞 质 膜 中 的 脂 质 提 取 出 来 铺 展 在 空 气 水 界 面 上，发 现 其 形成的薄膜面积约是原 来 细 胞 表 面 积 的 2 倍。你 认 为 这 个 结 果 可 以 为 图 3-1 5模型中哪一项结构提 供 证 据？从 分 子 组 成 角 度 分 析 此 结 构 形 成 的 原 因。学业评价图 3-15 细胞质膜结构示意图68细胞的结构第 3 章2.美 国 科 学 家 罗 斯 曼(J.E.Rothman)、谢 克 曼(R.W.Schek

151、man)以 及 德 国 科学 家 聚 德 霍 夫(T.C.Sdhof)因 发 现了 囊 泡 准 确 转 运 物 质 的 调 控 机 制 而 共 同获 得 了 2013 年 诺 贝 尔 生 理 学 或 医 学 奖。囊 泡 在 细 胞 内 主 要 是 指 由 磷 脂 分 子 有 序组 成 的 密 闭 双 分 子 层 的 球 形 或 椭 球 形 结构。细 胞 质 不 同 部 位 间 的 物 质 运 输 转 移主 要 通 过 囊 泡 进 行，如 图 3-16 中 的 各种小球形结构。（1）写出下列序号所标注的 细 胞 结 构 名 称。（2）囊 泡 是 一 种 细 胞 结 构，但 由 于 其 结 构不

152、固 定，因 而 不 能 称 之 为 细 胞 器。图中 所 示 细 胞 中，能 产 生 囊 泡 的 结 构 是（）。（多选）A.细胞核 B.核 糖 体 C.内 质 网 D.高 尔 基体（3）将囊泡转运过程中涉 及 的 相 关 细 胞 结 构 及 功 能 填 入 下 表。细胞结构功能（4）请用文字和箭头的形 式，表 示 细 胞 质 不 同 部 位 间 的 物 质 运 输 转 移 过 程。（5）罗 斯 曼 等 发 现 囊 泡 能 将 物 质 准 确 运 输 到 目 的 位 置 并“卸 货”，是 由 于 囊 泡膜 表 面 有 特 殊 的“识 别 代 码”。请 推 测 这 种“识 别 代 码”的 化 学

153、 本 质 是 什么？囊泡是怎样实现 精 准 识 别，从 而 将 物 质 准 确 运 输 到 目 的 位 置 的？图 3-16 某种分泌细胞的结构和功能示意图69 第节第 章4细胞的代谢我们在体育课上快 速 跑 完 8 0 0 m 后，会 气 喘 吁 吁、满 头 大 汗；小 麦 种 子 萌 发 时，容 器 中 的 C O 2 浓 度 和 温 度 都 会 升 高；幼 苗 生 长过程中需要阳光生物 的 运 动、生 长 需 要 物 质 和 能 量。从 细 胞 代谢 的 角 度，如 何 解 释 这 些 生 理 现 象？维 持 细 胞 代 谢 的 物 质 是 如 何进出细胞的？生命活动 可 利 用 的 能

154、 量 是 如 何 转 化 来 的？70细胞的代谢第 4 章细胞质膜透性的模拟实验透析袋是一种半透膜，我们可以用透析袋模拟细胞质膜，直观认识其对物质的选择透过性。取 两 个 15 cm 长 的 透 析袋，向 透 析 袋 A 中 加 入 5%可 溶 性 淀 粉 溶 液 至 距 顶 端5 cm 处。向透析袋 B 中加入等量蒸馏水。在流水中冲洗除去透析袋外表面的淀粉。将 A、B 透析袋分别放在盛有蒸馏水的烧杯中，在水中加 足 量 的 碘 溶 液 至 水 呈 棕 黄色（图 4-1）。静 置 10 min，预 测 并 观 察 记 录 两 个 烧 杯 及透析袋内溶液的颜色变化情况（表 4-1）。表 4-1

155、结果记录结果颜色变化烧杯 A透析袋 A烧杯 B透析袋 B预测棕黄乳白棕黄无色实际棕黄乳白棕黄无色思考与讨论：1.你的预测和实际结果是否相同？请对结果加以说明。2.根据实验结果，尝试解释细胞质膜具有选择透过性。第 节细胞通过质膜与外界进行物质交换1一份营养早餐通常含有蛋白质、糖类、脂质等营养成分。这些营养物质经过口腔的咀嚼和胃、肠的消化，分解为氨基酸、葡萄糖和脂肪酸等小分子后，由小肠上皮细胞吸收。食物为何需要被消化分解成小分子？这与细胞质膜的结构有何关系？学习目标从 结 构 与 功 能 相 适应 的 角 度，解 释 细胞 质 膜 具 有 选 择 透过性。举 例 说 明 被 动 运 输、主 动 运

156、 输、胞 吞 和胞 吐的特点和区别。学 会 使 用 显 微 镜 观察 细 胞 质 壁 分 离 现象，探 究 外 界 溶 液对 植 物 细 胞 质 壁 分离 和复原的影响。概念聚焦细 胞 质 膜 具 有 选 择透过性。被 动 运 输 和 主 动 运输 是 小 分 子 物 质 透过细胞质膜的方式。大 分 子 物 质 可 以 通过 胞 吞、胞 吐 的 方式进出细胞。图 4-1 模拟实验示意图71细胞通过质膜与外界进行物质交换第 1 节1细胞质膜具有选择透过性与透析袋类似，细胞质膜不允许大分子直接透过，而只允许一些小分子透过，这有效保障了细胞结构完整性和生命活动稳定性。那么，哪些小分子可以透过细胞质膜

157、呢？通过人工合成磷脂双分子层进行物质透过性实验，结果显示，N2、O2、CO2 等疏水性小分子物质容易从磷脂分子间透过；乙醇、甘油等亲水性小分子以及水也可以透过；氨基酸、葡萄糖等亲水性有机分子和离子均被阻挡（图 4-2）。这一实验表明，磷脂双分子层对物质的通透性不同，疏水性小分子物质能通过。通常，葡萄糖、氨基酸等亲水性有机分子以及离子则需要借助质膜上的转运蛋白才能穿过细胞质膜。现在你能解释为什么食物中的大分子营养物质需要经消化分解后才能被细胞吸收了吗？图 4-2 人工磷脂双分子层对不同分子透过性示意图细 胞 质 膜 的 结 构 特点 决 定 其 具 有 选 择透 过 性。学 习 提 示2小分子物

158、质经被动或主动运输进出细胞小分子物质通常是以扩散的方式透过细胞质膜。细胞质膜两侧的小分子物质由高浓度向低浓度的一侧扩散。O2、CO2以及乙醇等以自由扩散的方式直接透过细胞质膜。葡萄糖、氨基酸以及一些离子等，借助质膜上的转运蛋白顺浓度梯度扩散 取少量紫红色的高锰酸钾颗粒投放到盛有清水的玻璃杯中，会观察到紫红色的高锰酸钾慢慢地向周边散开（图4-3）。物质（高锰酸钾）以自身分子运动为动力，从高浓度区域向低浓度区域移动，这种移动方式称为扩散。广角镜图 4-3 高锰酸钾在水中扩散72细胞的代谢第 4 章图 4-4 协助扩散示意图（载体蛋白和通道蛋白是转运蛋白的两种形式）图 4-5 主动运输示意图运输，这

159、种运输方式叫做协助扩散（图 4-4）。转运蛋白具有特异性，如转运葡萄糖的蛋白质不会参与氨基酸的转运，并且每种转运蛋白在质膜上的数量有限，因此协助扩散速率会达到饱和。自由扩散和协助扩散都不需要细胞提供能量，统称为被动运输（passive transport）。细 胞 不 断 地 逆 浓 度 梯度 向 外 排 Na+，那 么，胞内的 Na+来自何处？学 习 提 示生命活动离不开水，水分子不仅可以通过膜上磷脂分子间的空隙进出细胞，也可以借助细胞质膜上的水通道蛋白更加迅速地通过。水分子也是以被动运输的方式透过质膜，从溶液浓度低的一侧（水分子多）渗入溶液浓度高的一侧（水分子少），这一现象称为渗透。为满足

160、正常生理活动的需要，细胞也会逆浓度梯度从细胞外吸收或向细胞外排出一些物质。例如，典型哺乳动物细胞胞外 Na+浓度比胞内高，而 K+浓度比胞内低，细胞需要不断地逆浓度梯度吸收 K+、排出 Na+，以维持正常的生命活动。物质逆浓度梯度进出细胞需借助质膜上的载体蛋白，还需要细胞提供能量（图 4-5），这种方式称为主动运输（active transport）。73细胞通过质膜与外界进行物质交换第 1 节3大 分 子 物 质 通 过 胞 吞 和 胞 吐 进 出细胞细胞还需要摄取或排出一些大分子或颗粒物。例如，变形虫等单细胞生物从外界环境中摄取食物，白细胞吞噬入侵的细菌和病毒，细胞从血液中吸收脂蛋白等，都

161、是通过胞吞（endocytosis）的方式完成。胞吞过程如图 4-6A 所示：大分子或颗粒物与质膜上的受体结合，引起质膜内陷，将大分子或颗粒物包围起来形成小囊泡；随后小囊泡从细胞质膜上脱离下来进入细胞内部。在细胞内，小囊泡通常会与溶酶体融合，然后对被吞噬的物质进行分解。胞吐（exocytosis）的过程与胞吞相反，细胞将需要分泌、排出的大分子或颗粒物，用膜包裹形成小囊泡，运输到细胞质膜内侧后，与细胞质膜融合，将内含物排出细胞（图 4-6B）。分泌细胞都是以胞吐的方式排出分泌物的，如胰腺细胞通过胞吐方式将合成的胰蛋白酶原分泌出细胞，排入十二指肠起作用。图 4-6 大分子物质进出细胞示意图74细胞

162、的代谢第 4 章图 4-9 引流示意图图 4-8 获取洋葱鳞叶外表皮示意图4-1 观察外界溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响探究实验植物细胞与外界环境中的物质交换和水分平衡有何规律？实验目标：观 察 外 界 溶 液 对 植 物 细 胞 质 壁 分 离 和 复 原 的 影 响。实验原理：当植物细胞失去水分时，液泡体积减小，原生质体（植物细胞脱去细胞壁的部分）变形，而细胞壁伸缩性较弱，部分区域 的 细 胞 质 膜 与 细 胞 壁 脱 离，即 发 生 质 壁 分 离（图 4-7）。原生质体的体积变化可以作为判断植物细胞内水分变化的标志。材料器具：紫 色 的 洋 葱 鳞 叶、30%蔗 糖 溶 液、蒸

163、馏 水、显 微 镜、目镜 测 微 尺、刀 片、镊 子、载 玻 片、盖 玻 片、滴 管、吸 水 纸 等。实验步骤：1.3 0%蔗 糖 溶 液 对 植 物 细 胞 质 壁 分 离 的影 响（1）取 一 片 紫 色 的 洋 葱 鳞 叶，用 刀 片 在 鳞 叶 外 表 皮 上 划出 一 个 小 方 块（5 m m 5 m m），再 用 镊 子 撕 下 该 部 分 表 皮（图 4-8），放 在 载 玻 片 中 央 的 清 水 滴 里，展 平 并 盖 上 盖 玻 片。（2）先 用 低 倍 镜 再 用 高 倍 镜，观 察 洋 葱 外 表 皮 细 胞 的 正常 状 态、细 胞 中 央 液 泡 的 大 小 以

164、及 细 胞 核 的 位 置。拍 摄 记 录观察 结 果（取 3 个 视 野）。（3）在 盖 玻 片 的 一 侧 滴 加 1 2 滴 30%蔗 糖 溶 液，在盖 玻 片 的 对 侧 用 吸 水 纸 引 流（图 4-9）。重 复 几 次，使 蔗 糖 溶液 渗 入 盖 玻 片 下 方，浸 润洋 葱 外表 皮。（4）每 隔 1 m i n 用 低 倍 镜 观 察 洋 葱 外 表 皮 细 胞 的 变 化，注 意 液 泡 体 积 和 颜 色 变 化，以 及 是 否 出 现 质 壁 分 离 现 象。拍摄 记 录 观 察 结 果（取 3 个 视 野）。8 10 m i n 后 停止 实 验。2.蒸 馏 水 对

165、 质 壁 分 离 细 胞 的 影 响（1）在 已 发 生 质 壁 分 离 样 品 的 盖 玻 片 一 侧 滴 加 蒸 馏 水，重 复 引 流 操 作，使 样 品 浸 润 在 蒸 馏 水 中。图 4-7 质壁分离示意图75细胞通过质膜与外界进行物质交换第 1 节（A）测微尺测量（B）软件测量图 4-10 质壁分离后细胞测量方法示意图1.请从物质浓度梯度方向、是否需要载体、是否需要消耗能量等方面，列表比较物质跨膜运输方式的异同，并举具体实例阐明质膜具有选择透过性。2.在完成“蔗糖溶液对植物细胞质壁分离的影响”实验后，有同学产生疑问：“单糖是否也会使植物细胞发生质壁分离？”并配制 10%葡萄糖溶液进

166、行了实验探究。请你推测实验中洋葱鳞叶外表皮细胞会出现怎样的变化，并说明理由。3.请查阅资料，了解胞吞、胞吐作用是否只是大分子物质进出细胞的方式，胞吞、胞吐作用对细胞还有哪些意义？自我评价（2）每 隔 1 mi n 观 察 细 胞 复 原 情 况，并 拍 摄 记 录（取 3个视野）。3.数据处理（1）选 取 细 胞 长 宽 比 为 3:1 到 2:1 的 质 壁 分 离 细 胞 3个，用 测 微 尺 测 量 其 细 胞 长 度（l 1）和 原 生 质 体 长 度（l 2）（图4-10A），或者用软件计算细胞面积（S 1）和原生质体面积（S 2）（图 4-10B），记录测量结果。（2）计 算 出

167、每 个 时 间 点 三 个 细 胞 l 2/l 1（或 S 2/S 1）的 平 均值，并以此 为纵坐标，以时间为 横 坐 标，绘 制 曲 线。结果 分 析：1.解释你所绘制曲线的含义。2.描 述 洋 葱 外 表 皮 细 胞 因 外 界 环 境 改 变 而 发 生 质 壁 分 离和复原的过程，尝试用渗透原理 解 释 实 验 结 果。3.某小组观察洋葱外表皮细胞在 3%KNO 3 溶液中的质壁分 离 现 象，并 每 隔 1 min 拍 摄 记 录，经 计 算 后 的 l 2/l 1 和 S 2/S 1的平均值如表 4-2 所示。根据此数据，在你前面绘制的坐标图中添加 3%KNO 3 影响曲线。比较

168、两条曲线，尝试从细胞质膜选择透过性的角度进行解释。表 4-2 3%K N O 3 溶 液 对 质 壁 分 离 影 响时间（min）01234567l2/l 1(%)10087.589.090.494.295.196.299.0S2/S 1(%)10072.277.482.584.486.688.290.076细胞的代谢第 4 章安 全 提 示H2O2 溶 液 具 有 一定 的 腐 蚀 性，如 溅 在 手或 衣 服 上，需 立 即 用 水冲洗。观察酶的催化作用动物肝脏细胞中有丰富的过氧化氢酶，可催化过氧化 氢（H2O2）的 分 解，放 出 O2。FeCl3 是 无 机 催 化 剂，也可催化 H2

169、O2 分解。通过比较两种催化反应的气泡产生量，可以判断酶的催化效率。取 3 支试管，分别标记为 A、B、C。按照表 4-3 加入试剂和材料，并用封口膜盖住试管口。观察各试管内气泡产生情况。然后，用带火星的线香插入各试管内测试火光亮度变化（图 4-11），并将实验结果记录在表中。表 4-3 各试管中加入的材料与结果记录表加入材料及结果观察试管号ABC3%H 2O 2（mL）555蒸馏水（mL）100新鲜的动物肝脏匀浆（mL）0103.5%FeCl 3 溶液（mL）001气泡产生量（可用“+”表示）火光亮度（可用“+”表示）思考与讨论：1.指出本实验中的对照组，说明其在实验中的作用。2.描述试管

170、B、C 的实验现象，并尝试分析肝脏中过氧化氢酶的作用。第 节酶催化细胞的化学反应2消化道中的唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶是大家比较熟悉的酶。其实在细胞中，几乎所有的化学反应都有酶的参与。酶具有怎样的结构特点？在细胞的生命活动中酶起什么作用？让我们从观察酶催化反应开始，认识酶的特点，并学习探究环境因素对酶活性的影响。图 4-11 将带火星的线香插入试管示意图学习目标从 蛋 白 质 结 构 与 功能 相 适 应 的 角 度，说 出酶作用的特点。运 用 实 验 数 据 解 释温 度、p H 等 条 件 对酶 活性的影响。概念聚焦酶 能 催 化 生 化 反 应，大 多数酶是蛋白质。酶 活 性 受 温

171、 度、p H等环境因素的影响。77酶催化细胞的化学反应第 2 节1酶是生物催化剂在“观察酶的催化作用”实验中看到，H2O2 在常温下分解缓慢；加入新鲜的动物肝脏匀浆液后，H2O2 迅速分解，释放出 O2，说明肝脏中的过氧化氢酶可以加快反应速率。那么，酶在反应中扮演着什么角色？H2O2 分解的反应式如下：从反应式中可以看到，酶既不是反应物，也不是产物，而是起催化剂的作用。在反应中，酶可以重复使用，反应物称为酶的底物。大量研究结果显示，酶（enzyme）是活细胞产生的具有催化能力的生物大分子，绝大多数是蛋白质，少数是 RNA。旺盛的生命活动需要快速的化学反应作为基本保障。酶具有非常高的催化效率（高

172、效性）。例如，单个过氧化氢酶分子在 1 s 内可以催化四千万个过氧化氢分子分解。我们将酶催化特定化学反应的能力称为酶活性（enzyme activity），也叫酶活力，可用其在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。细胞中已知的酶有数千种，每一种酶通常只催化一种或一类化学反应。例如，过氧化氢酶只催化 H2O2 的分解，不会催化其他的反应。当细胞中某种酶减少或缺失，就会出现相应的代谢障碍甚至疾病。例如，催化黑色素合成的酶一旦缺乏或功能减退，就可能会引起白化病。2酶的功能与其分子结构相关酶的种类很多，习惯上根据酶的底物或所催化的反应来命名。例如，胰蛋白酶是胰腺产生的催化蛋白质水解的酶，DNA 聚合酶

173、是催化 DNA 合成的酶。酶的功能与其分子结构密切相关。酶分子上有与底物结合并起催化作用的空间区域，称为活性中心。底物只有与酶的活性中心契合时才能被催化。反应完成后，酶释放出产物，又会接受下一个底物分子进行新一轮反应（图 4-12）。我们知道蛋白质的功能与其空间结构有关，不同种类酶的活性中心结构不同，所以酶的催化作用具有专一性。2 H 2O 22H 2O+O 2过氧化氢酶核酶 1981 年，科学家发现四膜虫的核糖体 RNA（rRNA）的前体具有自我剪接功能，表明 RNA也具有催化功能。随后，在细菌的一种核糖核酸酶（RNase P）中也发现了具有酶活性的 RNA组分。具有催化功能的RNA 称 为

174、 核 酶，存 在于各类生物中。核酶的发现丰富和发展了酶的概念。广角镜78细胞的代谢第 4 章图 4-12 酶（乳糖酶）催化底物（乳糖）水解示意图酶抑制剂有一些物质会对酶产生抑制作用，引起酶的活性降低或丧失，这类物质统称为酶抑制剂。常见的抑制形式有：抑制剂与底物竞争酶的活性中心，减少底物与酶的有效结合（图 4-13A）；抑制剂与酶的其他部位结合，改变了酶的空间结构，使酶的活性中心不能与底物有效结合（图 4-13B）。许多农药和药物是依据这种机理设计的，如除草剂草甘膦、镇痛的布洛芬以及多种抗癌药物等。一些外源性的毒素也是通过酶活性抑制途径对生物体产生毒性的。图 4-13 酶活性抑制示意图（B）抑制

175、剂引起酶活性中心空间结构改变（A）抑制剂与底物竞争酶的活性中心广角镜3酶活性受环境因素影响任何影响底物与酶结合的环境因素都会影响酶活性。其中，温度、pH 是最常见的影响因素。79酶催化细胞的化学反应第 2 节酶通常在其适合的温度时活性最高，如人体内酶的最适温度范围是 35 40，低于或高于最适温度，酶活性均会降低。高温会破坏酶的空间结构，产生不可逆的变化，使酶活性丧失。不同种类的生物，其细胞中的酶有各自最适温度。例如，一些生活在高温温泉中的微生物甚至能在 100 水体中生存，它们细胞中的酶在高温环境下活性较高。环境酸碱度对酶活力影响很大。每一种酶都有其最适的pH 范围，与其发挥作用的环境 pH

176、 一致。例如，口腔内的唾液淀粉酶适合中性环境，胃蛋白酶的最适 pH 范围则在 2 左右（图4-14），而胰腺分泌的胰蛋白酶在小肠工作，适应弱碱性的环境。环境因素对酶活性有怎样的影响呢？可以通过实验进行探究。图 4-14 两种消化酶的活性与pH 关系示意图4-2 探究温度对淀粉酶活性的影响探究实验大 多 数 化 学 反 应 速 率 都 与 温 度 有 关，酶 催 化 的 反 应 也 不例外。淀粉酶的化学本质是蛋白质，高温可能会破坏其空间结构，影响酶活性。淀粉酶催化的最适温度是多少？高温和低温对淀粉酶有怎样的影响？提出假设：温度会影响淀粉酶活性。实 验 目 标：探究温度对淀粉酶活性的 影 响。实

177、验 原 理：酶活性是反映酶功能的重要指标，一般通过测定单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。淀粉酶催化淀粉水解产 生 还 原 糖，DNS 试 剂（主 要 成 分 为 二 硝 基 水 杨 酸）与 还 原糖反应产生颜色变化，还原糖量越多，颜色变化越大。可通过分光光度法定量测定颜色变化来测定淀粉酶活性。材 料 器 具：0.005%淀粉酶溶液、0.25%可 溶 性 淀 粉 溶 液、D N S 试剂、5%N aOH 溶 液、烧 杯、试 管、滴 管、玻 璃 棒、温 度 计、分光光度计、冰块、恒温水浴 锅 等。想 想 看，非 洲斑马与北 极 熊 的 胃 蛋 白 酶最 适 温 度 相 同吗？学 习 提

178、示80细胞的代谢第 4 章实验步骤：建 议 以 小 组 合 作 方 式 进 行。1 取 5 支 试 管，分 别 标 上 A 1A 5，各 注 入 0.2 5%可 溶性 淀 粉 溶 液 1 m L。2 另 取 5 支 试 管，分 别 标 上 B 1B 5，各 注 入 0.0 0 5%淀 粉 酶 溶 液 1 m L。3 取 5 只 烧 杯（或 恒 温 水 浴 锅）标 为 15 组，依 次设 置 水 温 为 4（冰 浴）、室 温（记 录 水 温）、45、65、85。4 将 1 5 号 的 A、B 试 管 分 别 放 置 在 相 应 编 号的烧 杯 水浴 中 保 温（图 4-15）。5 m i n 后

179、，将 B 试 管 中 的 淀 粉 酶 溶 液倒 入 相 应 编 号 的 A 试 管，摇 匀 后 继 续 保 温 5 m i n。随 后，加入 1 mL 5%N aOH 溶 液 终 止 反 应。图 4-15 温度对酶活性影响实验示意图5 另 取 1 支 试 管，标 上 A 0，加 入 1 m L 0.2 5%可 溶 性淀 粉 溶 液、1 m L 蒸 馏 水 和 1 m L 5%N aOH 溶 液。分 别 向A 0 A 5 试 管 中 加 入 D N S 试 剂 1 m L，摇 匀 后 置 于 8 5 水浴 5 mi n，冷 却 至 室 温。观 察 各 试 管 中 的颜 色 变 化 并 记 录。6

180、 用 分 光 光 度 计 在 540 nm 处 以 A 0 的 溶 液 调 零，然 后分 别 测 A 1 A 5 试 管 中 溶 液 的 吸 光 度，记 录 数 据。每 个 样 品重 复 测 三 次，取 平 均 值。以 温 度 为 横 坐 标，吸 光 度 为 纵 坐 标进 行 作 图。结果分析：1 测 定 的 吸 光 度 与 酶 活 性 之 间 的 关 系 是 什 么？2 描 述 你 绘 制 的 曲 线，解 释 温 度 对 酶 活 性 的 影 响。从 曲线 中 能 否 得 出 该 淀 粉 酶 反 应 的 最 适温 度？拓展探究：结合本实验原理，设计探究 pH 对酶活性影响的实验方案。安 全 提

181、 示NaOH 溶液有一定腐 蚀 性，谨 慎 操 作，如溅 在 手 上 或 衣 服 上，需立即用水冲洗。81酶催化细胞的化学反应第 2 节酶与美食随着生活水平的提高，人们不仅要吃得饱，更追求吃得好。因此，食品的营养、外观、口感、风味等品质越来越受到重视。在改善食品品质方面，食品添加剂不再是唯一的选择，作为生物化学反应的高效催化剂，酶在食品风味提升方面也发挥着独特的作用。肉制品中的应用 在肉制品中添加谷氨酰胺转氨酶，可催化肌肉中蛋白质分子之间形成一种共价键，能使蛋白质分子更紧密地结合在一起，增加肉制品弹性，改善其质地、外观和口感。面制品中的应用 面制品的制作过程中，用脂肪酶可催化面粉中的脂肪水解，

182、使溶于脂肪中的色素更容易氧化褪色，提高馒头等面制品表面的光亮度和白度，实现生物方法增白。而且，脂肪酶水解脂肪产生甘油二酯等表面活性剂，具有增筋作用，改善口感。啤酒中的应用 在啤酒生产过程中，添加葡萄糖氧化酶可以有效防止啤酒老化，明显降低啤酒浊度，改善啤酒的风味，延长啤酒的保质期。人们通过人工合成或从生物培养中制取酶，除了在食品加工中的运用外，还用于制药、工农业生产等领域。你能举出酶在这些领域中有哪些具体的应用案例吗？生物学与社会1.用医用过氧化氢溶液处理伤口时，会出现白色泡沫，如何解释这一现象？2.结合图 4-12，从蛋白质结构与功能相适应的视角阐述酶催化作用的过程，分析酶催化作用的特点。3.

183、结合图 4-14，说明环境因素对酶活性的影响。4.许多杀虫剂、抗生素、止痛片以及抗癌药物设计都以酶作为靶点。查阅资料，举例说明酶的特性在药物设计中的应用。5.检索更多因酶功能缺失而引发疾病的案例，加深理解酶在生命活动中的重要作用。自我评价82细胞的代谢第 4 章 探究不同供氧环境下酵母的呼吸方式在不同供氧条件下，细胞呼吸分解有机分子的效率是否相同？酵母在有氧或缺氧条件下都能分解葡萄糖。通过比较单位时间内产生的 CO2 和酒精量，可以判断分解程度，实验步骤如下。1取经 5%葡萄糖液活化培养的酵母液 200 mL,平均分装于 A、B 两个收集瓶；A 瓶中加少量石蜡油形成油膜，B 瓶不作此处理（图

184、4-16）。2分别在 A、B 瓶排气嘴处接一个采气球胆。350水浴孵育 10 min。期间缓慢向 B 瓶菌液中输入经 NaOH 过滤的空气 200 mL,A 瓶不作此处理。4 用 CO2 传 感 器 分 别 测 定 A、B 瓶 中 CO2 浓 度,用酒精检测仪测量酒精含量。思考与讨论：1.列 表 比 较 两 组 实 验 结 果 中 CO 2 浓 度 和 酒 精 含 量的数据，分析不同供氧状态下，酵母产生的物质有何差异？你能否解释原因？2.酵 母 在 分 解 葡 萄 糖、释 放 CO 2 的 过 程 中 获 得 了什么？第 节细胞通过分解有机分子获取能量3据 估 算，体 重 67.5 kg 的

185、人 慢 跑 消 耗 的 能 量 约 为 每 小 时3 621 kJ；即使安静地坐着，每小时也需要消耗约 117 kJ 的能量。细胞生命活动能直接利用的能源物质是什么？食物中的糖类等有机分子是如何转化为直接能源物质的？让我们从探究酵母的呼吸作用开始，逐一解开这些疑问。学习目标用 文 字 和 图 示 解 释AT P 是 驱 动 生 命 活动的直接能源物质。从 物 质 与 能 量 角 度说明细胞呼吸过程。通 过 探 究 酵 母 的 呼吸 方 式，认 识 不 同条 件 下 细 胞 获 取 能量的方式不同。概念聚焦驱 动 细 胞 生 命 活 动的 直 接 能 源 物 质 主要是 ATP。细 胞 的 有

186、氧 呼 吸 可以生成大量的 AT P。生 物 体 通 过 细 胞 呼吸 分 解 有 机 分 子 获得能量。图 4-16 B 瓶实验装置示意图83细胞通过分解有机分子获取能量第 3 节1.ATP 是生命活动的直接能源物质科学家研究发现，在活细胞中，直接驱动生命活动的能源物质是一些称为“能量载体”的分子，其中腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，简称 ATP）用途最为广泛。ATP 由 1个腺苷分子连接 3 个磷酸基团组成（图 4-17）。在酶的作用下，ATP 的磷酸基团可水解，末端两个磷酸基团水解均可释放约30 kJ/mol 的能量。ATP 失去末端一个磷酸基团后水解为 ADP

187、（腺苷二磷酸），失去末端两个磷酸基团后水解为 AMP（腺苷一磷酸）。图 4-17 ATP 分子结构示意图ATP 普遍存在于细胞中，主要通过含磷基团转移到目标分子上或水解，为生命活动提供能量。例如肌细胞中，ATP结合到肌球蛋白上并释放能量，改变肌球蛋白构象，使肌动蛋白丝移动，导致肌细胞收缩（图 4-18）；细胞质膜主动运输过程中，为载体蛋白提供能量的也是 ATP（参见图 4-5）。细 胞 内 的“能 量载体”分子 细 胞 新 陈 代 谢 是生 物 分 子 合 成 和 分 解的过程。细胞新陈代谢过程中，伴随着物质变化 会 发 生 一 系 列 的 能量转换。这些能量通常由 一 些 特 定 的 分 子

188、 携带，并 在 细 胞 内 传 递，这些分子称为“能量载体”。其 中，ATP 分 布和用途最广，直接为生命 活 动 提 供 能 量。此外，辅 酶（NADH）、辅 酶（NADPH）是质 子（H+）及 电 子（e-）的 携 带 者 和 传 递者，参 与 糖 类 的 氧 化分解和合成反应过程。广角镜图 4-18 ATP 驱动肌细胞收缩示意图细胞内 ATP 分子的总量是有限的，人体细胞内 ATP 总量只能维持生命活动 15 s 左右。但正常情况下，细胞内的 ATP是不会耗尽的：当 ATP 减少、ADP 增加时，细胞通过氧化分解有机物，在酶的催化下，通过能量转换，使 ADP 和 Pi 重可 用 手 机

189、充 电 与 使 用耗 电 来 理 解 ADP 与ATP 的相互转换。学 习 提 示84细胞的代谢第 4 章图 4-20 有氧呼吸过程示意图图 4-19 ATP 与 ADP 相互转换示意图2有氧呼吸产生大量 ATP细胞通过氧化分解有机物，将有机物中的能量转换成可供生命活动直接使用的 ATP，这个过程称为细胞呼吸（cellular respiration）。大多数真核生物细胞呼吸过程有 O2 的参与，称为有氧呼吸。最常用的反应物是葡萄糖，总反应式如下：1 mol 葡萄糖分子彻底氧化分解产生 6 mol CO2、6 mol H2O和 2 870 kJ 左右的能量，其中有部分能量储存在 ATP 中，其

190、余以热能形式释放。整个过程由许多步化学反应组成，每个步骤都由特定的酶催化。反应可归纳为两个阶段，分别在细胞质基质和线粒体中进行（图 4-20）。新结合，形成新的 ATP（图 4-19）。ATP 与 ADP 的相互转换，可源源不断地为生命活动提供直接能源。葡萄糖氧化分解过程释放的热能，对生命活动来说是一种浪费吗？学 习 提 示85细胞通过分解有机分子获取能量第 3 节图 4-21 糖酵解反应过程示意图葡萄糖氧化分解的第一阶段称为糖酵解（glycolysis）。1 分子葡萄糖在酶的催化下分解成 2 分子丙酮酸（三碳化合物），同时形成少量 ATP，脱下的 H 由还原型辅酶（NADH）携带进入线粒体（

191、图 4-21）。在 O2 充足的条件下，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中先氧化脱去一个 CO2，生成乙酰辅酶 A（二碳化合物），参与到被称为“三羧酸循环”的反应中，彻底氧化分解为 CO2，并形成一定的 ATP 以及 NADH。CO2 从细胞中排出；NADH携带的电子经线粒体内膜上的电子传递链，逐渐释放能量。释放的能量部分转化生成 ATP，部分以热能的形式释放。电子最终传递给 O2，生成 H2O。物 质 转 换：葡 萄 糖 被彻 底 氧 化 分 解 为 CO 2和 H 2O。能 量 转 换：葡 萄 糖 分子 中 的 化 学 能 最 终 转化为大量 ATP 和热能。学 习 提 示三羧酸循环中，乙酰

192、辅酶 A 与草酰乙酸（四碳化合物）结合形成柠檬酸（六碳化合物），在一系列酶的催化下，逐步氧化释放 CO2后仍生成草酰乙酸，可再与乙酰辅酶 A 结合进行下一轮循环。此过程直接产生少量ATP 和一定量 NADH（图 4-22）。NADH 携带的电子在线粒体内膜上的传递过程中，内膜上的蛋白质利用电子的能量，将线粒体基质中的 H+泵入内外膜间隙，使内膜两侧 H+浓度差增加。膜间隙的 H+从 ATP 合酶（一种具有合成 ATP功能的酶）处流回基质，驱动 ATP 合酶将ADP 磷 酸 化 形 成 ATP。此 过 程 的 能 量 来源于 NADH 的氧化，故称为氧化磷酸化。1 分子葡萄糖经糖酵解、三羧酸循环

193、和氧化磷酸化彻底氧化分解约产生 30 个 ATP。线粒体中 ATP 的生成广角镜图 4-22 线粒体中物质和能量转换示意图86细胞的代谢第 4 章3无氧呼吸产生少量 ATP一些动植物细胞和微生物能通过无氧呼吸的方式分解有机物获取能量，以保障短时间缺氧环境下生命活动的进行。例如人体在剧烈运动时，部分肌肉组织短时间内供氧不足，肌细胞会通过无氧呼吸补充 ATP 以满足肌肉收缩的需要。无氧呼吸过程中，糖酵解形成的 NADH 不进入线粒体，而是在细胞质基质中将丙酮酸还原，最终产物是乳酸（图 4-23）。这一过程中，1 分子葡萄糖分解为 2 分子的乳酸，形成 2 个ATP。酵母无氧呼吸的产物是乙醇（酒精）

194、和 CO2。糖酵解产生的丙酮酸，继续降解释放出 1 个 CO2 分子后，接受 NADH的 H+和电子，形成乙醇，该过程称为酒精发酵。酒精积累会对细胞产生伤害，在葡萄酒酿制过程中，当酒精含量达到12%16%时，发酵停止。4其他有机分子也可被氧化分解脂肪和蛋白质等有机物也可以成为细胞有氧呼吸的原料（图 4-24）。在酶的作用下，脂肪可被水解为甘油和脂肪酸。其中，甘油可转变成丙酮酸进入糖的氧化分解途径；脂肪酸在酶的作用下逐步氧化分解形成乙酰辅酶 A，并进入三羧酸循环被彻底氧化。因此，脂肪酸的彻底氧化分解需要在有氧条件下进行。蛋白质需要水解成氨基酸才能被氧化分解。当体内糖类供应不足时，氨基酸也可作为能

195、源物质。在酶的作用下，氨基酸脱去氨基，剩下的碳链可进入到细胞有氧呼吸的各环节中，氧化分解放出能量；脱下的氨基则被转化成尿素等含氮废物排出体外。图 4-23 无氧呼吸过程示意图作 物 生 长 需 要 及 时 松土，人 口 密 集 的 场 所要 及 时 通 风，你 能 解释原因吗？学 习 提 示87细胞通过分解有机分子获取能量第 3 节图 4-24 多糖、蛋白质和脂肪的氧化分解示意图1.有人将 ATP 称为细胞的“能量货币”，你觉得这个比喻合适吗？请说出 ATP 的工作过程。2.列表对比细胞有氧呼吸和无氧呼吸的反应场所、条件、物质变化和能量转换。3.从物质与能量角度，分析酵母是如何适应环境中不同氧

196、气浓度的。4.在细胞有氧呼吸过程中,1 mol 葡萄糖彻底氧化分解约释放出 2 870 kJ 的能量,其中约有 1 161 kJ 的能量储存在 ATP 中,其余的能量都以热能的形式散失。请计算有氧呼吸能量的转换效率大约是多少？这个过程中大部分能量作为热能释放，其生物学意义是什么？5.查阅资料，从人体物质与能量的需求和代谢角度，分析日常饮食中应如何进行合理的营养搭配。自我评价细胞在不同的生活环境中，都能通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量，这体现了生命的适应性。88细胞的代谢第 4 章探究植物进行光合作用的条件取 6 支大试管，按照表 4-4 中的处理方法分别添加试剂

197、和材料，放入烧杯中进行 35 水浴；将灯放置在距烧杯约 10 cm 处，模拟光照。观察并记录各个试管中的气泡产生量（反映光合作用强弱）。表 4-4 实验各试管处理方法及结果记录思考与讨论：1.你的预测与实际结果相同吗？为什么？2.根据实验结果，分析植物进行光合作用需要的条件和发生的部位，并说明理由。第 节叶绿体将光能转换并储存在糖分子中4阳光不仅给我们带来光明和温暖，更是生命活动的能量源泉。阳光下，植物进行光合作用，吸收 CO2，合成糖并释放出 O2。此过程发生在植物细胞的什么结构中？植物吸收的 CO2 如何转换为糖分子？光合作用的发生需要哪些条件？学习目标从 物 质 与 能 量 角 度，以

198、文 字 或 图 示 的 形式 说 明 光 合 作 用 的过程。学 会 色 素 分 离 和 光合 作 用 速 率 测 定 方法，设计实验探究影响光合作用的因素。举 例 说 明 环 境 因 素对光合作用的影响。概念聚焦叶 绿 体 是 植 物 光 合作用的场所。光 合 作 用 将 光 能 转换 并 储 存 为 糖 分 子中的化学能。光 合 作 用 的 速 率 受多种环境因素影响。处理方法及结果试管123456加入等量的植物绿色叶片加入等量的植物茎或根加入等量的 2%NaHCO 3 溶液加入等量的蒸馏水选择不同颜色薄膜覆盖无无透明绿色黑色无气泡数量（用“+”表示）预测实际89叶绿体将光能转换并储存在糖

199、分子中第 4 节1叶绿体是植物光合作用场所在“探究植物进行光合作用的条件”实验中可以看到，光合作用（photosynthesis）主要发生在植物的绿色部位，这些部位的细胞中有叶绿体。电子显微镜下可观察到，叶绿体内部有许多单层膜构成的扁平囊状的类囊体，悬浮在叶绿体的基质中（图 4-25）。类囊体膜上分布着丰富的与光合作用有关的色素和蛋白质，是光能吸收和转换的场所。（B）叶绿体的结构模式图（A）电子显微镜下的叶绿体（44 000）内膜基粒外膜基质类囊体叶 片、叶 绿 体、类 囊体、基 粒 等 结 构，使光 吸 收 面 积 最 大 化，有 利 于 捕 获 更 多 的 光能。据 计 算，1 g 菠菜

200、叶 片 中 叶 绿 体 的 类囊 体 总 面 积 可 达 约60 m 2。学 习 提 示“儿童不知春，问草何故绿。”你会怎样回答这个问题？学 习 提 示研究表明，高等植物叶绿体中的色素可分为两大类：一类是叶绿素，包括叶绿素 a（呈蓝绿色）和叶绿素 b（呈黄绿色）；另一类是类胡萝卜素，包括胡萝卜素（呈橙黄色）和叶黄素（呈黄色）。正常叶片中叶绿素含量约为类胡萝卜素的 3 倍，但随着叶片衰老或季节变化，这两类色素的比例会发生改变。图 4-25 叶绿体结构示意图90细胞的代谢第 4 章思维训练1883 年,德国科学家恩格曼（T.Engelmann）利用水绵和需氧的运动细菌，对光合作用的有效光源进行了探

201、索。恩格曼把一束丝状的水绵（绿色藻类）放在显微镜的载玻片上，同时在水绵周边滴加含有需氧细菌的溶液。通过调整棱镜，将照射在水绵上的可见光束分成不同颜色的光，就像彩虹一样穿过这束丝状的水绵。然后，在显微镜下观察细菌的运动。不久便观察到，细菌在水绵两边的蓝紫光和红光区域聚集成群，而绿光区域却很少（图 4-27）。恩格曼的结论是：蓝紫光和红光是水绵光合作用中最有效的光源。恩格曼的光合作用光谱实验图 4-27 恩格曼实验结果示意图需氧细菌水绵光的波长（nm）图 4-26 叶绿体色素吸收光谱吸光度叶绿素 b叶绿素 a类胡萝卜素叶绿体色素的显著特点是能吸收可见光中特定波长的光：主要集中在蓝紫光和红橙光区域，

202、几乎不吸收绿光。不同色素分子吸收的光的波长有差异，其中，叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光（图 4-26）。在自然界中，晴天的直射光中红橙光的比例高，阴天的散射光中蓝紫光比例高。所以不论在晴天还是阴天，绿色植物都能充分吸收光能。现在你能解释植物叶片呈绿色的意义了吗？思考与讨论：1.恩格曼的实验中，你认为最巧妙的设计是什么？2.为什么可以从需氧细菌的分布推论出水绵光合作用的有效光源？91叶绿体将光能转换并储存在糖分子中第 4 节4-3 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定探究实验常 见 的 植 物 叶 片 为 绿 色，这 与 叶 绿 体 所 含 色 素 种 类 及 其比 例

203、 有 关。如 何 提 取 并 分 离 叶 绿 体 中 的 不 同 色 素？不 同 部 位叶片中叶绿素含量是否相同？实 验 目 标：提 取 和 分 离 叶 绿 体 中 的 色 素，并 学 会 测 定 叶 绿 素 含 量 的方法。实 验 原 理：叶 绿 体 色 素 分 布 于 类 囊 体 膜，具 有 亲 脂 性，能 溶 于 有机 溶 剂，可 用 乙 醇 或 丙 酮 将 它 们 从 叶 片 中 提 取 出 来。不 同色 素 在 有 机 溶 剂 中 的 溶 解 度 不 同，在 吸 附 载 体 上 的 吸 附 能力 不 同，因 此，不 同 色 素 随 着 有 机 溶 剂 在 吸 附 载 体 上 扩 散的

204、 速 率 也 就 不 同，这 样 就 可 将 它 们 彼 此 分 离。这 种 方 法 称为 层 析 法。叶绿素具有特定的吸收波长，且 吸 光 度 值 与 叶 绿 素 a、叶绿 素 b 的 含 量 有 关。分 别 测 定 叶 绿 素 在 649 nm 和 665 nm处的吸光度，根据相关公式，可 计 算 出 其 含 量。材 料 器 具：经 干 燥 处 理（6 5 ，2 4 h）的 绿 色 菠 菜（或 青 菜 等）的 叶 片、9 5%乙 醇、剪 刀、脱 脂 棉、聚 酰 胺 薄 膜、封 口 膜、研 钵、量 筒、玻 璃 漏 斗、试 管、烧 杯、玻 璃 毛 细 管、分 光 光度 计、电 子 天 平 等。

205、实 验 步 骤：1.绿色叶片中的色素提取（1）叶 片 匀 浆：称 取 1 g 经 干 燥 处 理 的 叶 片（已 除 去 粗大 叶 脉），剪 碎 后 放 入 研 钵 中，加 6 m L 9 5%乙 醇，研 磨 成匀 浆（图 4-2 8）。图 4-28 叶绿体色素提取操作示意图（A）准备叶片（B）研磨（C）过滤92细胞的代谢第 4 章（2）过 滤：漏 斗 内 放 置 滤 纸 或 底 部 放 一 层 脱 脂 棉，将 上述 叶 片 匀 浆 液 倒 入 玻 璃 漏 斗 过 滤，并 将 过 滤 液 收 集 到 一 个 小试 管 中，得 到 色 素 提 取 液，封 口 膜 封 住 试 管 口 备 用。2.

206、叶 绿 体 色 素 层 析 分 离（1）层 析 薄 膜 准 备：将 层 析 用 的 聚 酰 胺 薄 膜 剪 成2 c m 8 c m 的 长 条。（2）点 样：用 玻 璃 毛 细 管 取 色 素 提 取 液，于 距 层 析 薄 膜底边 1.5 c m 处 划 线（图 4-29A），晾 干。重 复 点 样 3 5 次。（3）层析：在烧杯中加入适量 95%乙醇作为层析液，薄膜的点样端朝下放入层析液中，注意点样线不能进入或接触到层析液。用培养皿盖住烧杯，进行层析（图 4-29B）。（4）观察和记录：持续观察色素在薄膜上的分离现象，直至各色素带的相对位置不变后，取出晾干。记录薄膜上各色素带的颜色和位置

207、。3.叶 绿 素 含 量 的 测 定（1）提 取 色 素：小 组 内 分 工 选 取 经 干 燥 处 理 过 的 同种 植 物 不 同 部 位 的 叶 片（成 熟 或 幼 嫩），加 等 量 9 5%乙醇 研 磨 后 过 滤，获 取 色 素 提 取 液。（2）稀 释 色 素：将 色 素 提 取 液 用 95%乙 醇 稀 释 到 合 适 倍数（N），摇 匀，备 用。（3）测 定 吸 光 度：以 95%乙 醇 为 对 照 调 零，在 分 光 光 度计 中 分 别 测 定 各 部 位 色 素 提 取 液 在 665 nm、649 n m 波 长 处的 吸 光 度（A），分 别 记 为 A 665nm

208、和 A 649nm。（4）数 据 处 理:按 以 下 公 式 计 算 各 部 位 色 素 稀 释 液 中 的叶 绿 素 a、叶 绿 素 b 浓 度 和 总 叶 绿 素 浓 度。叶 绿 素 a 浓 度（m g/L)=13.70A 665nm-5.76A 649nm；叶 绿 素 b 浓 度（m g/L)=25.80A 649nm-7.60A 665nm；总 叶 绿 素 浓 度（m g/L)=叶 绿 素 a 浓 度+叶 绿素 b 浓 度。结果分析：1.你 们 小 组 的 实 验 结 果 中 分 离 出 了 几 种 叶 绿 体 色 素？如何 进 行 区 别 和 判 断？将 本 小 组 的 层 析 结

209、果 及 记 录 的 数 据 与 其他 小 组 进 行 交 流 和 分 享。2.根 据 色 素 条 带 结 果，请 推 测 从 盛 夏 到 深 秋，银 杏 叶 片中 色 素 种 类 会 有 怎 样 的 变 化？3.比 较 同 种 植 物 不 同 部 位 的 叶 片 中 叶 绿 素 a、叶 绿 素 b和 总 叶 绿 素 浓 度 的 差 异，分 析 其 有 何 生 物 学 意 义？图 4-29 层析示意图（A）点样（B）层析注 意：一 次 划 线 溶 液不 可 过 多，否 则 会 导致 线 条 过 粗 或 液 滴 过大，使 色 素 起 始 位 置不 一 致；每 次 等 风 干后再重复划线。93叶绿体

210、将光能转换并储存在糖分子中第 4 节2.光合作用是物质和能量的转换过程光合作用的过程可以概括为下面的反应式：t光合作用的反应过程不是一步完成的。科学家在光暗间隔照射研究中发现，进入黑暗阶段，受试植物停止释放 O2，但是其糖的合成还在进行。由此推测，光合作用释放 O2 的过程是依赖于光照的反应，而合成糖的过程不需光照。光合作用中，需要光的阶段称为光反应(light reaction)，不需光的阶段为暗反应(dark reaction)。进一步研究发现，暗反应受光照促进，近年来多称为碳反应（carbon reaction）。这两个阶段发生在叶绿体不同的位置，但存在一定的联系。光反应 类囊体膜上的光

211、合色素捕获光能，并将光能转变成活跃化学能、释放 O2（图 4-30）。光 能叶 绿 体C O 2+H 2O （C H 2O）+O 2图 4-30 光反应过程示意图（1）光能的捕获与转换：类囊体膜上的光合色素吸收光能并传递到特定的叶绿素 a 上，使叶绿素 a 分子激发释放出高能电子。（2）水的光解：失去电子后的叶绿素 a 分子具强氧化性，从类囊体腔内的 H2O 中夺取电子，叶绿素 a 分子被还原，继续参与光反应；失去电子后的 H2O 分子裂解为 H+和 O2。O2可以自由穿过各级膜释放到细胞外，H+留在类囊体腔内。（3）高能化合物的形成：叶绿素 a 释放的高能电子在类囊体膜上传递，最终与基质中的

212、氧化型辅酶（NADP+）以及 H+结合形成高能的还原型辅酶（NADPH）；电子传递过程中，类囊体膜蛋白将叶绿体基质中 H+泵入类囊体，使类囊捕 获 的 光 能 在 类 囊 体膜上以电子形式传递。这 与 线 粒 体 内 膜 上 的电 子 传 递 是 否 有 相 似之处？学 习 提 示光 反 应 能 量 转 换：光能转换成 ATP 和NADPH 中 的 活 跃 的化学能。学 习 提 示94细胞的代谢第 4 章体腔中 H+浓度高于类囊体外基质。H+顺浓度梯度穿过类囊体膜上的 ATP 合酶，驱动 ATP 的形成。光反应产生的 ATP、NADPH 推动叶绿体基质中碳反应的进行。碳反应 碳反应是叶绿体利用

213、 ATP、NADPH 将 CO2 合成为糖的过程。碳反应过程最先是美国科学家卡尔文（M.Calvin）等发现的，又称为卡尔文循环（图 4-31）。图 4-31 碳反应示意图植物吸收的 CO2 与叶绿体基质中的五碳糖结合，在酶的催化下形成 2 个三碳化合物（C3）。C3 在 ATP 的驱动下，接受 NADPH 提供的 H+和电子，形成三碳糖（磷酸甘油醛），将活跃的化学能转变为稳定的化学能。一部分三碳糖再生为五碳糖，继续参与卡尔文循环。另一部分三碳糖从叶绿体转运到细胞质基质中转变成蔗糖，并运输到植物体的各个部分；或变成淀粉暂时储存在叶绿体中，因此光照条件下在叶片中能检测到淀粉的存在。植物中的淀粉、

214、纤维素、氨基酸、脂质等都是利用光合作用产生的糖转变的。光合作用的两个阶段之间不仅会相互促进，也会相互制约。光反应减慢，提供的 ATP 和 NADPH 减少，碳反应中固定 CO2 的速率也会随之降低。如果 CO2 供应量减少，ATP 和NADPH 消耗降低，可提供给光反应的 ADP 和 NADP+不足，同样制约光反应进行的速率。所以，中午阳光直射条件下，一些陆生植物关闭气孔以减少蒸腾，CO2 吸收下降，光反应速率也会降低。碳反应物质变化：固定CO2，合成糖。碳 反 应 能 量转换：ATP和NADPH 分 子 中 活 跃的 化 学 能 转 换 成 糖 分子中稳定的化学能。学 习 提 示光 合 作

215、用 合 成 的 糖 是所 有 生 物 有 机 分 子 的基础。学 习 提 示 五碳糖再生CO2 CO2 固定 三碳化合物还原ADP+PiATP3 ATP3 ADP+Pi3C多种酶参与蔗糖、淀粉等糖1CCCCC三碳糖五碳糖3 CCCCCCC5CCCCC三碳糖6CCCCC三碳化合物（C3）NADPHNADP+H+95叶绿体将光能转换并储存在糖分子中第 4 节科学史话 水对植物生存的重要性从经验到实验公元前 3 世纪，亚里士多德提出：“植物生长在土壤中，土壤是构建植物体的唯一原料。”很长时期内，人们对此的认识都从经验出发，没有确凿证据，如果该观点正确，植物生长的增加量与土壤损失量应该相等。1642

216、年，比利时科学家赫尔蒙特（J.B.van Helmont）就此进行实验验证。他把十分容易生根成活的一段柳树枝条种植在一个加有盖子的大盆里（图 4-32）。在种植之前，分别称量了柳树枝条的质量和盆中干燥沙土的质量。此后，只向盆中浇水。5 年以后，赫尔蒙特对柳树和盆中的干燥沙土再次进行称重，发现柳树增加了约 74 kg，而土壤仅减少约0.06 kg。赫尔蒙特认为，植物生长增加的质量主要来源于水，而不是土壤。你认为赫尔蒙特的结论忽略了哪些因素？空气和光照真理的大门由好奇心开启在发现水对植物的生长至关重要的同时，人们已经意识到植物叶片从空气中吸收一些养分形成并积累固体物质。英国化学家普里斯特利（J.P

217、riestley）偶然发现在封闭容器中的小鼠很快就会死去，燃烧的蜡烛会很快熄灭。由此推测空气可能有不同的组成，小鼠呼吸和蜡烛燃烧会使空气“污浊变坏”。动物在“受污染”的空气中会死去，那么植物又会怎样呢？1771 年，普里斯特利设计实验探究植物是否和动物一样会在“受污染”的空气中死去。他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里，发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭。当把一盆植物和一只小鼠一同放到密闭的玻璃罩里，植物和小鼠都能够正常地活着（图4-33）。普利斯特里认为植物能够净化由于蜡烛燃烧、动物呼吸而变得“污浊”的空气。然而当人们重复普里斯特利的实 验 时 并 不 总 能 成 功

218、。1779 年，荷 兰 科 学 家 英 格 豪 斯（J.Ingenhousz）选择不同的植物进行 500 多次重复试验，发现光照是植物净化空气的必要条件，没有光的时候植物也跟动物一样使空气变“污浊”（图 4-34）。1785 年，随着空气组成成分的发现，人们才明确植物在光下放出的气体是 O 2，吸收的是 CO 2。任何生物的生存都必须不断地从环境中摄取物质和能量。人和动物从食物中获取能量，植物从环境中获取什么样的物质和能量呢？人们对这一问题的认识与探究持续了近 400 年。光合作用研究历程图 4-32 赫尔蒙特实验示意图图 4-33 普里斯特利的实验示意图图 4-34 英格豪斯的实验示意图有光

219、照无光照96细胞的代谢第 4 章 能量转换、反应物和生成物逐步接近真相1804 年，瑞士化学家索绪尔（N.Saussure）在 CO2 含量不同的空气中培养植物，然后精确地测量空气中 CO2 含量和植物体的碳含量，证明植物体的碳是来自植物同化大气中的 CO2。他还通过精细的定量分析发现，植物会从土壤中选择吸收矿质元素，CO2 和 H2O是植物体有机物质的来源，绿色植物在阳光照射下产生与 CO2 大致相等体积的 O2。19 世纪中期，能量守恒定律发现者之一的德国物理学家迈尔（J.R.Mayer）发现：植物把太阳能转化成化学能贮存起来，成为能量的供给者。但转换成的化学能储存于什么物质中呢？即植物在

220、吸收 H2O 和 CO2、释放 O2 的过程中，还产生了什么物质呢?1864 年，德国植物生理学家萨克斯(J.von Sachs)发现淀粉遇碘会变蓝色，他把紫苏在暗处放置 12 h，使叶片中的淀粉等营养物质消耗掉，然后将叶片一部分遮光处理，其他部分照光。一段时间后，用酒精去除色素，再用碘液染色，发现遮光部分没有发生颜色变化，光照到的部分则呈深蓝色（图 4-35），说明叶片在光下制造了淀粉。经历了几百年对植物生长所需的条件、养料和生成物的探索后，1897 年，法国科学家佩弗（Peffer）将绿色植物利用太阳能（光能）将 CO2 和 H2O 合成为有机物并释放 O2 的过程命名为光合作用，并提出了

221、光合作用反应式。一个谜底揭开，随之新的问题又产生：光合作用中产生的 O2 来源于 CO2 还是 H2O？糖是如何合成的？O2 的来源和 CO2 的固定从推理到直接证据在很长一段时间内人们都认为光合作用产生的 O2 来源于 CO2，对于光合作用的产物也是理论推理。物理学的发展为生物学的研究提供了新的思路和方法。1941 年，美国科学家鲁宾(S.Ruben）和卡门（M.D.Kamen）用稳定同位素 18O 分别标记 CO2 和H2O 进行分组实验，如图 4-36 所示，一组加 H2O 和C18O2，另一组加 H218O 和 CO2，其他实验条件相同，结果发现当标记物为 H218O 时，释放的是 1

222、8O2；而标记物为 C18O2 时，在短期内释放的则是 O2。这清楚地表明光合作用中释放的 O2 来自 H2O。同位素标记法实验为 O2 的来源提供了直接的证据。20 世纪 40 年代，美国科学家卡尔文团队使用同位素标记和双向纸层析技术，用放射性同位素14C 研究单细胞小球藻在光合作用中怎样固定 CO2。他们通过控制供给小球藻 14CO2的时间和对中间产物的分析，于 1954 年探明了 CO2 转化成糖的生化途径，为此，卡尔文获得了 1961 年的诺贝尔化学奖。光系统捕获和转化光能的机理研究的不断深入1929 年，中国科学家殷宏章发现“光色瞬变效应”，进一步证实了光合作用中有两种光系统。随着光

223、系统中捕光复合物、光反应中心复合物结构与功能的不断解析，光合作用光能转换机制和生物能源开发应用发展迅速。在匡廷云、梁栋材和常文瑞三位院士等领衔下，我国科学家对多种重要光合膜蛋白超分子复合体进行了原子水平的结构解析，获得许多重大的突破，为光合作用机理研究作出重大贡献。图 4-35 淀粉生成实验示意图图 4-36 鲁宾与卡门的实验示意图97叶绿体将光能转换并储存在糖分子中第 4 节3.光合作用受环境因素影响光合作用的强度，又称为光合速率，可以用单位面积叶片在单位时间内进行光合作用释放的 O2 量或消耗的 CO2 量来表示。植物的光合速率不仅受内在因素的控制，还受多种环境因素的影响。光是光合作用的能

224、量来源。也许你会认为随着光照强度增加，光合作用速率会持续上升，事实并非如此。图 4-37 是以菜豆叶片为材料研究光照强度与光合速率关系的实验结果。从图中可以看出，弱光下光合速率会随光照强度增大而提高，但是当光合作用达到最大速率后，再提高光照强度，光合速率不再提高。图 4-37 菜豆叶片净光合速率与光照强度关系示意图光照强度（klx）L/（g min）净光合速率CO2 是光合作用的原料，大气中 CO2 浓度约为 0.03%，基本稳定。在人工温室栽培时补充室内 CO2 的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明显。水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡

225、质层，还有一些植物在中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾。温度主要影响酶的活性和蛋白质的功能。热带、温带和寒带植物都有各自适合生存的温度范围，低于或高于这个范围，光合作用效率降低。不同地区植物光合作用的适合温度范围有所差异。一 般 实 验 测 定 的 是 净光 合 作 用，即 实 际 光合 作 用 消 耗 CO 2 量 减 去 呼 吸 作 用 释 放 CO 2量。你 知 道 弱 光 下 净光 合 速 率 为 零 的 原 因了吗？学 习 提 示98细胞的代谢第 4 章4-4 探究影响光合作用强度的环境条件探究设计光 合 作 用 所 需 要 的 条 件 是 经 过 实 验 获 得 的。假 设

226、 学 校 正准 备 建 设 植 物 培 养 温 室，需 要 一 组 合 适 的、可 促 进 植 物 光 合作 用 的 环 境 条 件 数 据，请 设 计 实 验 进 行 探 究。探究过程：1.确定探究问题。全班分成若干个小组。以小组（46 人）为单位，通过讨论确定探究的题目，如光照强度对光合作用强度的影响，CO2 浓度或温度对光合作用强度的影响等。同时，选题也要考虑实验条件可行性。2.材料选择和方案设计。如以水生植物黑藻为材料，通过测定氧气释放量来表示光合速率的变化，根据控制变量原则和对照原则，小组讨论设计单因子实验方案，方案主要考虑：（1）所需仪器与试剂。（2）怎样控制可变因素的变化？实验中

227、其他影响光合作用的环境因素如何保证一致？（3）怎样测量光合作用速率？（4）实验操作的流程。（5）实验现象观察与实验数据记录。3.小组成员分工合作，按实验方案实施实验，并记录实验结果。4.整理实验结果，以图或表的形式表达实验结果。5.小组分析讨论实验结果，并得出实验结论。6.全班汇报交流，或各小组把方案与实验结果上传到班级群里，相互评价，取长补短：（1）结合其他小组的设计方案，总结自己小组实验设计上的优缺点。（2）结合自己的数据和其他小组的数据，重新作图表示所研究的环境因素与光合作用强度的关系，并用语言描述你的图表。（3）汇总各组的实验结果，总结不同的环境因素是如何影响光合作用强度的。7.根据探

228、究结果，为建设植物培养温室制定方案。信息查询：在探究过程遇到问题，可进一步通过网络及相关资料查询，找到解决问题的方法。提示：光照强度、CO 2浓 度、温 度 是 最 常 见的 影 响 光 合 作 用 强 度的 因 素。在 实 验 设 计中，需要根据单因子变量原则、对照原则和控制无关变量原则，选定一个因子进行探究。提 示：结 合 学 校 实 验室 的 条 件，建 议 测 定单 位 时 间 内 植 物 释 放的 O 2 量来表示净光合作用速率。99叶绿体将光能转换并储存在糖分子中第 4 节充分发挥光合作用效率的现代设施农业生物学与社会自我评价1.有科学家称“光合作用是地球上最重要的化学反应”。你是

229、否认同这一观点？请阐明理由。2.叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，光合作用由光反应和碳反应协同完成。请从反应场所、物质与能量变化角度，分析光反应和碳反应之间的联系。3.人们对光合作用的底物和产物的认识经历了漫长的探究过程。查阅资料，选择光合作用探究史中 12 位科学家所做的实验，谈谈他们的思维过程。4.现代设施农业常利用信息化手段对植物生长所需的温度、湿度、光照、CO2 浓度以及营养液等环境条件进行自动控制。其中，光照是一种重要因素，通常通过设置单色光源、改变光照强度等提高光合作用效率。现有一家水培生产生菜的农场计划以单色LED 灯为光源，你认为应该配置何种颜色的灯？请说明理由。除了光源颜

230、色外，你知道光照强度该如何控制吗？5.在高等植物光合作用过程中，光反应是通过一系列由色素分子和蛋白质构成的复合体协作完成的，其能量转换被认为是地球上最有效利用太阳光能的过程。各国科学家都在研究如何通过模拟植物的光合作用来开发新能源。请查阅资料，了解我国在光合作用模拟研究方面的进展。农业生产中改善光合作用、提高作物产量始终是人们努力研究的方向。随着人口不断增长，可耕种土壤面积的不断减少，在有限的土地上生产足够的粮食就成为目前的世界难题。光合作用的效率受多种环境因素影响，只有清楚地了解不同植物在田间最大光能转化效率所需要的条件和机制，且有相应的监测、分析和调控田间生长条件的高新技术，才能采取合适的

231、改善措施提高光合产量。现代设施农业正是在此基础上，结合现代工业技术和计算机控制技术，精准提供作物光合作用所需要的条件，不仅实现了在城市或贫瘠低产地区作物的高产高质，也逐渐把多种经济植物的栽培拓展到无土的立体空间，甚至太空。未来，精准调控与优质高产会随着光合作用机制研究和相关多个领域的进一步发展不断升级提高！100细胞的代谢第 4 章光能转换超分子机器光合膜蛋白复合体人类的生存和社会的发展离不开能源，而大量使用化石能源使得 CO 2 浓度持续升高、空气质量恶化，导致严重的环境与气候问题逐年递增。因此，发展可再生的新能源势在必行。光合作用是利用太阳能进行能量和物质转换的高效过程，能否通过对光合作用

232、进行升级改造，把制造糖的叶片开发成生产油的“能源叶片”？或通过体外模拟光合作用来生产清洁能源？其实这已经是各国科学家都在瞄准的研究方向了。科学家知道首先需要解决的核心问题是光合作用是如何实现光能的高效转换的？如果说高等植物的叶绿体是光能转换的工厂，那么类囊体膜上分布的蛋白质复合体就是光能转换的超分子机器，它们形成的流水线实现光能的吸收、传递和转化。其中由众多的色素分子与蛋白质分子组成的两类超级复合体（即 PS和 PS）是最重要也是高度复杂的超分子机器。要对光合作用模拟或开发，科学家必须清楚这样重要的超分子机器的组成部件和组装原理。PS和 PS都包含了核心器件和外周捕光器件两大部分，捕光器件位于

233、核心器件的外周，通过吸收光能并将其传递给核心器件的反应中心，激发反应中心的电荷分离，完成光能向电子势能的转换。不同器件的有序结构是如何形成的？不同器件之间如何精确组装和对接在一起呢？科学家们利用冷冻电镜技术来不断解析。1988 年，三位德国科学家凭借解析紫细菌光合作用反应中心的晶体结构而共同获得诺贝尔化学奖。2015 至 2018 年，我国科学家相继在科学（Science）、自然（Nature）等杂志上发表了对高等植物和红藻捕光器件的蛋白超分子复合物三维结构的精确解析（图 4-38），揭示了适合高效吸能、传能和转能的光合色素与不同类型蛋白质的空间定位与组装特点，以及捕光器件和核心器件之间界面上

234、的“黏合剂”小蛋白质分子特点，为人们在分子水平理解光合作用的机理提供了三维空间结构的信息，在进化上也有助于人们了解原核生物和高等植物的光能转换机器的结构、性能变化。可以想象，科学家通过对不同生物光能转换的超分子机器的不断解析，可以有针对性地对粮食或能源作物的光合作用效率进行提高改造，甚至可以通过把来源于不同生物中效率最高的“蛋白质-色素”组件通过一定的生物手段组装在一起，装配出更加高效的超分子机器，使人类能够更加有效地开发和利用太阳能。前沿视窗图 4-38 菠菜光系统蛋白质超分子复合物的三维结构模型图101本章回顾第 4 章本 章 回 顾本章小结 细胞的生存需要能量和营养物质。小分子物质通过被

235、动运输和主动运输等方式进出细胞，大分子和颗粒物以胞吞、胞吐方式进出细胞，以满足细胞正常生命代谢活动的需要。细胞质膜的选择透过性是维持自身稳定以及与外界进行物质交换的保障，这种特性与质膜中磷脂和蛋白质组成密切相关。细胞的功能绝大多数基于生化反应，酶催化的高效性和专一性保证了这些反应得以高效进行。绝大多数酶是蛋白质，酶的催化功能及作用特点与其分子结构密切相关。温度、pH 等环境因素通过改变蛋白质的空间结构影响酶的活性，这体现了生物结构与功能相适应的特点。细 胞 的 生 命 活 动 需 要 能 量，ATP 是 驱 动 细 胞 生 命 活 动 的 直 接 能 源 物 质。细 胞 通 过 呼 吸 作 用

236、 氧 化 分 解 葡 萄 糖 等 有 机 分 子 产 生 ATP。这 一 过 程 中，葡 萄糖 在 细 胞 质 基 质 中 经 糖 酵 解 分 解 为 丙 酮 酸，产 生 少 量 ATP；有 氧 条 件 下，丙酮酸进入线粒体，彻底氧化分解为 CO 2 和 H 2O，产生大量 ATP；无氧条件下，氧 化 分 解 不 彻 底，生 成 酒 精 或 乳 酸 等，产 生 少 量 ATP。细 胞 呼 吸 也 是 细 胞 中物 质 代 谢 的 枢 纽，实 现 糖 类、脂 肪 和 蛋 白 质 等 相 互 转 化。有 机 物 是 能 量 的 载体，物质变化过程伴随着能量的转换，是细胞代谢的主要特征。细胞呼吸的原

237、理广泛应用于人类的生活生产实践中，如酿酒、酸奶制作等。光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将 CO2 和 H2O 转变为糖和 O2 的过程。在光反应中，叶绿体通过类囊体膜上的色素系统从太阳光中捕获能量，裂解 H2O，生成高能化合物 ATP 和 NADPH，同时释放 O2；NADPH 和 ATP 携带能量参与叶绿体基质中的碳反应（卡尔文循环），最终将 CO2 合成为糖分子，并将能量储存到糖分子中。光合作用受温度、光照强度、CO2 浓度等环境因素影响。光合作用的研究史中蕴含着丰富的科学思维方法和科学探究精神，光合作用的研究成果可广泛应用于指导现代农业生产。物质变化与能量转换贯穿于细胞的呼

238、吸作用、光合作用等代谢过程，用科学思维方法对这些过程进行归纳概括，树立物质与能量观。经历观察植物细胞质壁分离和复原、探究影响酶活性的因素、探究酵母呼吸方式、探究不同环境因素对光合作用的影响等实验探究活动，更加熟练地使用生物学实验仪器，提升实验设计和方案实施等探究能力；尝试解决现实生活问题，形成开展生物学实践活动的意愿和社会责任感。102细胞的代谢第 4 章学业评价1.人的唾液中含有淀粉酶，可 以 催 化 淀 粉 分 解 为 麦 芽 糖：淀 粉麦 芽 糖 请根据酶的特点回答下列 问 题。（1）该反应发生的场所是（）。A.细胞外 B.细 胞 质 基 质 C.线 粒 体 基 质 D.溶 酶 体（2）

239、淀粉酶的化学本质是。反应中淀粉酶的作用是。（3）你认为人的唾液淀粉酶工作的最适温度是，理由是。（4）延长该反应时间，麦 芽 糖 是 否 会 水 解？为 什 么？（5）用什么方法可以检测淀 粉 水 解 反 应 的 发 生？2.绿 色 植 物 在 光 照 下 发 生 光 合 作 用。图 4-39 是 光 合 作 用 过 程 简 图，字 母 表 示物质，数字表示光合作用 的 两 个 阶 段。唾 液 淀 粉 酶图 4-39 光合作用过程示意图（1）阶段表示，你 判 断 的 理 由 是。（2）图中 A、B、C、D、E 分 别 表 示。（3）N A D P H 携带的高能 电 子 是在 光 下 活 化 并

240、 释 放 的。（4）C O 2 供应不足时，叶 绿 体 会 降 低 对 光 能 的 捕 获，可 能 的 制 约 途 径 是。1033.强 光 下 的 水 生 植 物 会 释 放 出 O 2。在 实 验 室 里 你 会 观 察 到，光 源 距 离 不 同，植物产生气泡的速率 就 会 发 生 变 化。表 4-5 显 示 了 一 组 实 验 数 据。表 4-5 实 验 数 据 记 录 表植物与光源的距离（cm）每分钟产生气泡数10392022308405（1）请绘制曲线图来表示灯 的 距 离 和 气 泡 产 生 速 度 的 关 系。（2）根据你绘制的曲线图，分析灯的距离和气泡产生数量之间的关系，并做

241、出解释。4.根据对光照强度需要不同，可把植物分为阳生植物和阴生植物。与阳生植物相比，阴生植物通常呼吸作用低，基粒大，基粒片层多，且叶绿素含量较高，能在较低的光照强度下充分吸收光能。图 4-40 是一种阴生植物和一种阳生植物在不同光照强度下的光合速率变化曲线。（1）图 4-40 中代表阳生植物的是曲线，代表阴生植物的是曲线。（2）根 据 图 4-40 中 的 结 果，谈 谈 阳 生 植 物 和 阴 生 植 物 在 适 应 不 同 光 照 强 度 上还有哪些不同。（3）光合速率在一定光照强 度 下 会 达 到 饱 和，你 知 道 其 可 能 的 原 因 吗？（4）图中光合作用吸收的 C O 2 量

242、 为 负 值 的 原 因 又 是 什 么？图 4-40 两种植物在不同光照强度下的光合作用吸收的 CO 2 量500ab1 000光照强度（lx）光合作用吸收的 CO2 量 mol/（m2s）45255402003515-53010-101 5002 0002 500本章回顾第 4 章104细胞的代谢第 4 章5.实 验 证 明，酵 母 在 有 氧 和 缺 氧 情 况 下 都 能 进 行 细 胞 呼 吸。在 生 活 和 生 产 中均 会 用 酵 母 制 作 食 品。请 分 别 为 制 作 馒 头 和 酒 酿 工 艺 制 定 一 份 发 酵 操 作 流程，并说明工作原理。6.新 鲜 水 果、蔬

243、菜 的 细 胞 呼 吸 是 导 致 其 营 养 流 失 的 主 要 原 因，控 制 细 胞 呼 吸是 果 蔬 贮 藏 保 鲜 的 重 要 手 段 之 一。研 究 发 现，O 2 和 C O 2 含 量、温 度 会 影 响细 胞 呼 吸 作 用：空 气 中 O 2 含 量 低 于 10%时，细 胞 呼 吸 受 到 显 著 抑 制；O 2含量低于 2%时，出现 无 氧 呼 吸。苹 果、梨、柑 橘 等 水 果 在 0 1、C O 2 含量 低 于 5 时，保 鲜 效 果 好；当 C O 2 含 量 超 过 10%时，果 实 会 变 坏。请 结合相关原理和家庭实际，设 计 一 份 梨 和 柑 橘 的

244、家 用 保 鲜 方 案。105 第节第 章5细胞的生命进程小麦种子落入泥土，几天后一棵小苗破土而出；斑马鱼受精卵在水中三天后就孵化出 小 鱼 从 种 子 到 植 株、从 受 精 卵 到 个 体 的过程中，生物体的细胞经 历 了 哪 些 变 化？细 胞 的 这 些 变 化 对 生 物 体而言有何意义？通过对细 胞 重 要 生 命 阶 段 的 学 习，你 将 了 解 细 胞 的生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命进程。105106细胞的生命进程第 5 章成长中的变化找出自己从小到大不同年龄段的照片，从生物学的角度，看看成长过程中发生的变化（图 5-1）。思考与讨论：1.人成长过程中，体内细胞的数量、

245、大小有什么变化？2.随着年龄增长，青少年的身高渐渐地不再增加，这也标志着各器官发育趋于成熟，此时体内的细胞分裂会发生怎样的变化?3.这个过程中，体内细胞所含遗传信息是否有变化？为什么？第 节细胞通过分裂实现增殖1从婴儿到成年的生长发育过程中，人体的细胞会从约 1012 个增加到约 1014 个。进入成年期，即使个体不再生长，但体内大部分细胞还会不断更新，如肠上皮细胞每天都有分裂，每一秒钟我们体内会有数百万的新细胞产生。那么，我们体内的细胞是如何实现增殖的呢？新生细胞与亲代细胞是否带有同样的遗传信息呢？图 5-1 人的成长过程示意图学习目标通 过 实 验 和 模 型 观察，描 述 细 胞 增 殖

246、的 方式和主要特征。学 会 制 作 和 观 察 根尖 细 胞 有 丝 分 裂 简易 装片。概念聚焦细 胞 通 过 分 裂 实 现增 殖。细 胞 有 丝 分 裂 中 出现 的 结 构 保 证 了 亲代 的 遗 传 信 息 准 确传 递给子代细胞。1有丝分裂保证遗传信息的准确传递在成长过程中，我们的身高和体重都在逐渐增长，但基本面貌特征却变化不大。其实，动植物随着个体的生长，其体内细胞数量不断增加，新增殖的子细胞内的遗传信息与亲代细胞基本一致。通过观察动植物细胞有丝分裂过程，可以知道细胞是如何做到遗传信息准确传递的。107细胞通过分裂实现增殖第 1 节图 5-2 植物根尖分生区细胞（40）图 5-

247、3 染色体形成过程示意图从染色质到染色体 图 5-2 是植物根尖分生区的两个细胞。图中右边的细胞正在分裂，与左边的细胞相比，它的细胞核有什么不同？在处于分裂时期的细胞中，我们看到染色深的棒状结构就是染色体（chromosome），是细胞核内的长丝状染色质经过螺旋化后的状态（图 5-3）。在分裂前，细胞已通过 DNA 复制的方式形成两套完整的遗传物质，这一阶段称为间期。细胞分裂需要将复制后的两套完整遗传信息准确分配给两个细胞，而一堆长丝状的染色质是不易分开的。这类似于我们面对一堆不同颜色的毛线，要将它们整齐地按色彩分放，最好的办法是先将每根毛线绕成团，然后将毛线团归类。长丝状的染色质螺旋成粗短的

248、棒状染色体，有利于细胞分裂过程中准确地分配给两个子细胞。待细胞分裂结束，染色体又解旋为染色质。在间期，每条染色质中的 DNA 发生复制，染色质经螺旋化后形成两条染色单体，通常呈现“X”形。两条染色单体互称为姐妹染色单体，含有相同的遗传信息，通过着丝粒（centromere）相连接（图 5-3）。不同物种具有特定数目的染色体，每条染色体都有固定的形态和大小。你知道我们人类体细胞有多少条染色体吗？染色体被平均分配 多细胞生物体细胞主要通过有丝分裂（mitosis）的方式实现增殖，一次分裂形成两个与亲代细胞完全相同的子代细胞。在这个过程中，细胞形态、遗传物质等发生一系列变化。为便于研究，整个有丝分裂

249、过程被人为地划分为前期、中期、后期和末期。细胞分裂的每个时期都有各自典型的形态特征（图 5-4）。染色体染色质核膜108细胞的生命进程第 5 章图 5-4 动物细胞增殖过程示意图有丝分裂前期的特点是形成染色体和纺锤丝，染色体的着丝粒部位连接纺锤丝，向细胞中央的赤道面移动。到了中期，所有染色体整齐排列在赤道面上。随后，姐妹染色单体在着丝粒部位分开，分别随纺锤丝向两极移动，细胞随之变长。染色体到达两极，解旋为染色质，被核膜包围，完成细胞核中遗传信息的平均分配。细胞质分裂一般开始于有丝分裂后期。以动物细胞为例，随着细胞质膜在赤道面向内凹陷，细胞质发生分裂，最终形成两个完全独立的子细胞。有丝分裂后，子

250、细胞中染色体数目与亲代细胞完全相同，分裂过程中染色体的行为保证了细胞遗传信息由亲代到子代的稳定遗传。分 裂 间 期 DNA 复 制保 证 了 细 胞 有 丝 分 裂后遗传信息的一致性。学 习 提 示109细胞通过分裂实现增殖第 1 节纺锤丝保障染色体向两极移动 除了染色体的行为，纺锤丝结构的形成也是有丝分裂过程中遗传信息准确传递的保障。动物细胞开始分裂时，位于细胞质中的两个中心体移向两极，并以中心体为起点构建由微管组成的呈放射状排列的纺锤丝。纺锤丝以两极中心体为顶点，在前期开始形成一个梭形的纺锤体结构（图 5-4）。有丝分裂过程中，来自同一染色体的姐妹染色单体分别由纺锤丝牵引向两极移动，完成分

251、裂中最重要的染色体分配。高等植物细胞虽然没有中心体结构，但细胞分裂时同样有纺锤丝、纺锤体的形成。5-1 观察植物根尖细胞有丝分裂探究实验动 植 物 细 胞 的 结 构 有 差 异，它 们 的 分 裂 过 程 是 否 也 有 不同？植物细胞的有丝分裂过程中，染色体的行为和纺锤丝的形成与动物细胞基本相似，但分裂中还会出现一些特殊的结构。实 验 目 标：按染色体的变化规律总结植物细胞有丝分裂的过程，并通过与动物细胞有丝分裂比较，建构植物细胞有丝分裂模型。实 验 原 理：植 物 根 尖 尖 端 的 细 胞 分 裂 比 较 旺 盛，它 们 分 别 处 于 细 胞分 裂 的 不 同 时 期。通 过 根 尖

252、 压 片 实 验，可 以 观 察 到 植 物 细 胞分裂各时期染色体的特征。材 料 器 具：经固定、解离和漂洗处理的植物根尖，如吊兰（图 5-5）、大蒜或洋葱鳞茎的根尖；显微镜、载玻片、盖玻片、镊子、解剖针、培养皿、吸水纸、染液（醋酸洋红或 0.2%龙胆紫）、蒸馏水等。实 验 步 骤：1.取材取 处 理 过 的 根 尖 组 织，放 在 载 玻 片 上，用 刀 片 切 去 根 尖透明部分，留白色部分约 2 3 mm。图 5-5 吊兰根尖照片110细胞的生命进程第 5 章2.染 色用 镊 子 轻 轻 将 根 尖 压 扁 以 便 于 染 色，然 后 向 根 尖 滴 加 1滴 染 液，染 色 1 2

253、m i n（染 色 开 始 时 用 镊 子 在 根 尖 处 捣 几下，使 染 色 均 匀）。略 倾 斜 玻 片，露 出 根 尖 后 用 吸 水 纸 从 一 侧将染 液 小 心 吸 掉。注 意：吸 染 液 时 不 要 将 根 尖 吸 走。3.压 片吸 走 染 液 后，向 根 尖 滴 加 1 滴 蒸 馏 水，将 其 浸 没。取 盖玻 片，从 一 侧 斜 放 下 去，使 材 料 位 于 盖 玻 片 中 部。取 两 层 吸水 纸，盖 在 盖 玻 片 上，用 拇 指 垂 直 向 下 压 几 下（不 能 扭 转），使 根 尖 分 散 成 均 匀 的 薄 层。移 开 吸 水 纸，从 盖 玻 片 一 侧 滴

254、少许蒸 馏 水，用 引 流 法 使 蒸 馏 水 进 入 装 片 以 提 高 折 光 率。4.镜 检先 在 低 倍 镜 下 观 察 整 个 装 片，初 步 分 辨 出 正 在 分 裂 的 细胞，找 到 有 较 多 细 胞 处 于 分 裂 期 的 部 位，然 后 换 用 高 倍 镜 观察。参 照 图 5-6 确 定 各 时 期，并 记 录 观 察 结 果（表 5-1）。表 5-1 植物根尖细胞间期及有丝分裂的观察时期特征描述视野中各个时期的细胞个数各个时期细胞总数占细胞总数的比例（%）视野 1视野 2视野 3间期有丝分裂前期中期后期末期结果分析：1.有多少细胞正在分裂？为什么不是所有细胞同步分裂？

255、2.假 如 你 没 有 找 到 处 于 分 裂 中 某 个 阶 段 的 细 胞，说 说 可能 的 原 因。3.根 据 你 的 观 察 结 果，画 出 植 物 细 胞 有 丝 分 裂 各 时 期 示意图，并 与 动 物 细 胞 进 行 特 征 比 较。图 5-6 植物细胞间期及有丝分裂过程显微镜图（40）细胞板：分裂末期赤道面上会出现细胞板结构，由细胞中央向四周扩展，形成新的细胞壁。（A）间期（B）前期（C）中期（D）后期（E）末期111细胞通过分裂实现增殖第 1 节2细胞分裂具有周期性从植物细胞有丝分裂的观察实验中可以发现，即使是在细胞分裂旺盛的根尖分生区，大部分细胞都有清晰的细胞核，而正进行

256、有丝分裂的细胞相对较少。对此你是怎么解释的？细胞分裂是一个复杂的过程，分裂前需要做充分的准备，包括蛋白质合成、DNA 复制等物质准备。因此对于进行增殖的细胞来说，分裂具有周期性，它的生长、成熟直至分裂结束有序进行。细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的过程称为细胞周期（cell cycle），分为分裂间期（G 期）和分裂期（M 期）（图 5-7）。细胞周期中的每个时期都有各自的使命，任务完成并通过细胞内的自我审核才会进到下一时期。从时间上看，细胞分裂间期比较长，约占整个细胞周期的 90%95%，而细胞分裂期只占 5%10%。图 5-7 细胞周期示意图在 分 裂 间 期，细 胞 充分 生 长

257、，并 做 好 下 一次分裂的准备。学 习 提 示自然界细胞种类繁多，不同细胞有丝分裂的形态变化基本相同，但细胞周期的长短差异很大。有些细胞分裂一次仅需要数十分钟，如胚胎细胞、酵母等；有些需要按小时计算，例如洋葱根尖细胞的细胞周期约为 24 h，人消化道上皮细胞的细胞周期为 10 h 左右；还有些细胞的细胞周期长达一年至数年。细胞周期长短的差异主要来自分裂间期的不同，细胞一旦进入到分裂期，持续的时间相对比较恒定。112细胞的生命进程第 5 章图 5-8 单细胞生物的无丝分裂示意图3细胞有多种分裂方式不同生物的细胞分裂方式不尽相同。原核细胞一般只有 1条 DNA，复制后细胞可以直接一分为二形成新的

258、个体，所以细菌的增殖很快。真核生物细胞的分裂方式除了有丝分裂外，还有无丝分裂和减数分裂。其中，无丝分裂是一种简单的分裂方式，草履虫等单细胞生物通常以这种方式进行增殖（图5-8）。分裂时，细胞核内染色质复制完成后，细胞核和细胞质直接拉长一分为二，无丝分裂保证了细胞在短时间内就可以完成增殖过程。减数分裂是高等多细胞生物体产生生殖细胞的主要方式，将在遗传与进化分册学习。1.细胞有丝分裂过程中，出现的哪些结构保证了子代细胞与亲代细胞遗传信息的一致性？请举例说明。2.如果要观察人体细胞的染色体数目，你会选用什么细胞作为实验材料？为什么？3.通过信息检索，查找与细胞周期有关的疾病，说出其发病机制和可能的治

259、疗方法。自我评价113细胞通过分裂实现增殖第 1 节细胞周期相关蛋白质的研究与药物开发科学家发现，当细胞周期紊乱、细胞分裂不受控制时，细胞会出现癌变。正常情况下，细胞分裂过程是受外部环境、细胞内基因和蛋白质等因素协作控制完成的。细胞会根据环境及细胞自身的状态来调整细胞周期进程，以确保细胞分裂的正常进行。这个调节通路应该有一系列的基因和蛋白质参与，其中任何一个环节出错，都会导致细胞分裂失去控制，细胞周期发生变化。这个调节通路以及影响因子的研究，对于发现细胞癌变的原因、攻克肿瘤疾病等具有重要的意义。细 胞 内 哪 些 物 质 参 与 细 胞 周 期 的 调 控 呢？20 世 纪 80 年 代，以

260、英 国 的 亨 特（T.Hunt）为代表的科学家们从海胆的受精卵细胞中发现两类蛋白质，与细胞分裂周期密切相关，分别为细胞周期蛋白（cyclin）和细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase,CDK）。cyclin 和 CDK 成员们彼此组成不同的复合物来调控细胞周期的有序进程（图 5-9）。如果它们表现异常，会造成细胞周期进程控制的失败，可能会引发肿瘤细胞的形成。科学家们在多种肿瘤细胞中发现 CDK 的酶活性过度活跃，使细胞分裂失去控制。因此，设想通过药物来抑制 CDK 酶活性，从而达到控制肿瘤细胞分裂的效果。例如，细胞周期蛋白依赖性激酶 CDK4/6、CDK7 是

261、乳腺癌发生的驱动者，科学家以此为靶点研究开发抑制其酶活性的药物，通过关闭 CDK 的过度活化来阻止肿瘤细胞进入分裂期，以达到治疗乳腺癌的目的。2015 年，全球首个 CDK4/6 抑制剂药物获得批准上市，给乳腺癌治疗带来了新希望。前沿视窗图 5-9 CDK4 与 cyclin D 结合促进细胞从 G1 期进入 S 期示意图114细胞的生命进程第 5 章人体内不同类型的细胞你知道人体内有哪些细胞吗？它们的形态和功能是否一样？请将你知道的细胞填入表 5-2，并比较它们的异同。表 5-2 人体内不同细胞的比较细胞类型形态特征功能神经细胞红细胞思考与讨论：1.从同一个受精卵不断分裂而成的细胞，为什么出

262、现了形态和功能的差异？2.各种类型细胞中的遗传信息是否有差异？第 节细胞通过分化形成多细胞生物体2高等生物体是由多种多样的细胞组成的。成人体内大约有200 种不同类型的细胞，虽然它们形态和功能各不相同，但最初都是来自同一个受精卵。那么，受精卵是如何形成我们身体内不同类型细胞的呢？学习目标通过实例分析，说明复 杂 的 多 细 胞 生 物体由细胞分化形成。举 例 说 明 细 胞 分 化能 力具有差异性。举 例 说 明 细 胞 分 化研 究 对 促 进 农 业 和医 学等发展的意义。概念聚焦在 个 体 发 育 过 程 中，细胞发生特异性分化。植物细胞具有全能性。动 物 干 细 胞 具 有 有限的分化

263、能力。115细胞通过分化形成多细胞生物体第 2 节1细胞通过分化形成组织器官我们可以在人体内找到形态与功能差异很大的各类细胞。这是由于在发育过程中，受精卵通过有丝分裂增加细胞数目的同时，在基因的调控下，细胞发生形态和功能上的差异化，最终构成了人体不同的组织器官。例如，神经细胞伸出长的突起，有传导神经冲动和储存信息的功能；肌肉细胞呈梭形，有收缩功能；在植物中，筛管细胞呈长柱形，有输送营养物质的功能；叶肉细胞含有叶绿体，可进行光合作用。这些细胞都是通过细胞分化而成的。同一来源的细胞逐渐发生形态结构和生理功能上的差异，这个过程称为细胞分化（cell differentiation）。细胞分化贯穿于生

264、物个体发育的全过程，与细胞内遗传信息的表达有关。受精卵分化形成的各种细胞拥有与受精卵相同的遗传信息，但在不同类型细胞中，这些遗传信息的表达状况是不同的，以致细胞形态结构和功能产生差异化（图 5-10），如红细胞能合成血红蛋白，肌细胞能合成肌动蛋白，胰岛细胞能合成胰岛素。图 5-10 人体细胞分化示意图细 胞 的 分 化 形 成 了 细胞 形 态 结 构 和 功 能 的多样性。学 习 提 示116细胞的生命进程第 5 章2不同细胞的分化能力具有差异性不同细胞的分化能力是有差异的。若单个细胞能够发育形成完整的生物体，我们称这种细胞具有全能性。植物细胞具有全能性，例如取植物叶片组织，在合适条件下培养

265、，可发育成新植株（图 5-11）。植物细胞的这种能力已经在农业生产中得到应用，比如应用植物细胞组织培养技术来提高农作物的产量。图 5-11 植物细胞的分化和全能性示意图干 细 胞 具 有 细 胞 分 裂和分化的能力。学 习 提 示动物细胞在胚胎发育过程中逐渐失去了全能性，而且不同类型细胞的分化能力存在一定差异。人体内既存在红细胞、表皮细胞和神经细胞等不再具有分化能力的细胞，也存在着一类具有潜在自我更新与分化能力的干细胞（stem cell）。干细胞能分裂产生和自己完全相同的子细胞，也能分化为组成组织器官的其他类型细胞（图 5-12）。在动物胚胎、胎儿和成体内都能发现不同类型的干细胞。胚胎中的干

266、细胞在发育中能分化形成各种不同类型的细胞；成体内干细胞的职责主要是分化形成新的细胞来替补已经死亡的细胞。自然状态下，细胞的分化过程通常是稳定和不可逆的。分化终端的细胞不再分裂，如神经细胞、肌肉细胞和表皮细胞等稳定地表现一定的形态特征，执行一定的生理功能，然后逐步走向衰老和死亡。但在某些特殊情况下，个别分化终端的细胞会失去控制，逆向恢复分裂生长的能力，这也可能是细胞癌变的征兆。117细胞通过分化形成多细胞生物体第 2 节图 5-12 干细胞的分化特性示意图受精卵是具有全能性的细胞，而我们体内干细胞的分化能力是有局限性的，它们只能分化为特定组织中的细胞。例如，骨髓中的造血干细胞，只能分化为血液系统

267、中的各种细胞，包括红细胞、白细胞和血小板等（图 5-13）。当我们体内原有的红细胞死亡时，就由造血干细胞负责分化形成新的红细胞。皮肤中的干细胞只能分化为皮肤组织中的细胞，替代那些死亡的表皮细胞。但也并不是所有组织中的细胞都能更新，例如大多数神经细胞在受到损伤后不能得到有效更新，因此应保护好我们的神经细胞。图 5-13 造血干细胞分化示意图目前，干细胞已成为医学界的“万能细胞”。例如，骨髓干细胞移植治疗白血病就是一种成熟的干细胞治疗方法。20世纪末，科学家已经做到可以使干细胞在体外进行长期稳定的生存和分裂，并保持原有的分化特征。这项技术的开发为干细胞应用于疾病治疗带来了广阔的前景。爱护眼耳 人

268、眼 视 网 膜 上 分布着传递视觉的神经细胞，人耳中有传递听觉的神经细胞，这些神经细 胞 一 旦 损 伤 或 病 变，通常无法恢复，会对视力和听力产生不可逆的影响。因此，青少年要建 立 健 康 的 生 活 方 式，爱护眼耳，养成良好的用 眼、用 耳 习 惯，预防 眼 耳 疾 病，防 止 意外损伤。广角镜118细胞的生命进程第 5 章1.根据细胞分化能力，对受精卵、胚胎干细胞、骨髓干细胞和红细胞进行排序，并说明理由。2.成人体内有多种干细胞，举例说明干细胞的作用。3.“落地生根”是一种多年生草本植物，它们的小叶落地后会长成一棵新植株。请从细胞分裂、分化的角度，解释这一过程中所包含的细胞变化。4.

269、查查资料，交流讨论干细胞治疗有哪些新的发展与应用。自我评价干细胞在医学上的应用美国生物学家戴利（G.Daley）曾预言：“20 世纪是药物治疗的时代，21 世纪将是细胞治疗的时代。”干细胞治疗作为细胞治疗中最关键的技术之一，经历了质疑和艰难，逐渐进入被广泛应用于医学治疗的全新时代。早在 1968 年，人们利用造血干细胞成功完成了世界上第一例骨髓移植手术。随后，干细胞治疗被认为是一种新兴的前沿医学治疗技术，在生物学和医学界开创了新局面。2011 年，一位棒球运动员成为首例接受干细胞手术治疗的病例，医生用脂肪和骨髓干细胞植入到他受伤的韧带和肩关节，修复损伤部位，结束了折磨他 4 年的病痛，使他可以

270、重新回到赛场。随着更多干细胞治疗成功案例的出现，越来越多的人开始接受和支持干细胞治疗。目前干细胞治疗仍处于发展期，科学家们正不断努力，使这种治疗方法更安全稳定。2013 年，科学家们利用干细胞制造出了“人脑组织”结构，可以帮助人们探索关于脑发展和脑组织早期疾病等重要问题。2017 年，人们利用干细胞制造出更多的人工组织器官，如人工肺等，有望用于肺部伤病治疗。干细胞治疗下一步的飞跃又将是什么呢？一切还将继续！生物学与社会119细胞衰老和死亡是自然的生理过程第 3 节细胞的寿命你知道体内不同细胞的寿命长短吗？查阅资料，填写表 5-3。表 5-3 人体不同细胞的寿命细胞类型细胞寿命红细胞思考与讨论：

271、1.与同学交流相关信息，归纳人体不同组织细胞寿命的特点。2.人体内细胞死亡时，发生了哪些变化？死亡的细胞去了哪里？第 节细胞衰老和死亡是自然的生理过程3“寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。哀吾生之须臾，羡长江之无穷。”自然界中，每种生物都有自己的生命周期，长如千年不倒的胡杨，短如几天过世的蜉蝣。生物个体的衰老和死亡过程肉眼可见，而构成生物体的细胞也有自己的生命周期。细胞的衰老和死亡过程是怎样的？有哪些形态和结构的变化？学习目标通过实例学习，说明细 胞 衰 老 和 死 亡 是一种自然生理过程。通 过 案 例 分 析，阐述 细 胞 不 同 死 亡 方式 的 生 理 意 义。概念聚焦细 胞 的 衰 老 是

272、 细 胞生 命 进 程 中 的 自 然规 律。细 胞 的 死 亡 是 细 胞客 观 存 在 的 生 理 活动，在 生 命 延 续 中具 有 重 要 的 价值。120细胞的生命进程第 5 章1细胞存在衰老现象成年人会随着年龄的增加而衰老，这种个体衰老的现象与细胞的衰老密切相关。例如，神经细胞、肌肉细胞的衰老会导致老年人记忆衰退和行动迟缓。这些重要器官的组成细胞发生衰老是多细胞生物体衰老的直接原因。其实在我们漫长的生命历程中，身体内不断会有一些细胞衰老并死亡，这是机体自我保护并维持生命的自然现象。植物也存在细胞衰老的现象，整株植物的衰老和死亡是植物细胞衰老累积的结果。“幢幢云树秋，黄叶下山头”描述

273、的便是秋天叶片细胞衰老后导致叶片变黄脱落的景致（图 5-14）。这是因为在叶片衰老时，细胞中叶绿体被破坏，叶绿素含量下降，同时细胞光合作用和呼吸作用的效率也都会下降。多年生植物在季节交替的生活周期中，面对恶劣的生存环境，为维持植株整体生命，部分细胞也会衰老并死亡。在细胞的生命周期里，当其分化成熟后，分裂能力会逐步降低甚至丧失，细胞的形态结构和功能都会发生一系列退行性的变化，如膜结构流动性减小，原本分工明确又相互协作的内部结构活性下降，不再有序地工作；细胞内酶的活性降低、代谢减缓等，这些便是细胞衰老（cell aging）现象。细胞衰老是普遍存在的、不可逆转的自然现象。引起细胞衰老的原因错综复杂

274、。通常认为，外界因素（如营养物质缺失、温度变化、辐射和化学物质刺激等）和内部因素（如 DNA 损伤、蛋白质合成错误、细胞器功能下降等）都会引起或加速细胞的衰老。在细胞衰老过程中，细胞内生理活动、物质代谢、基因活动等都发生了变化。人们正在不断研究并发现细胞衰老的具体机制，如果能找到控制细胞衰老的关键基因与蛋白质，也许能帮助我们维持机体良好的功能，从而更健康地生活。2细胞具有不同的死亡方式细胞死亡是细胞生命活动之一，是生物体清除衰老、损伤或病变细胞的一种自然生理过程。我们体内的细胞是有寿命的，如血液中的红细胞生存 120 天就死亡，肠道上皮细胞平均 12 天便更新换代一次。死亡的细胞会由分裂分化产

275、生的新细胞来代替。这些细胞的死亡方式是机体自主性和生理性的，受遗传信息控制，具有程序性。动物细胞最图 5-14 叶片组织衰老脱落细 胞 的 衰 老 是 正 常 的生理过程。学 习 提 示细 胞 程 序 性 死 亡 是 细胞自主的死亡方式。学 习 提 示121细胞衰老和死亡是自然的生理过程第 3 节（B）小鼠胚胎发育中，五趾间的细胞凋亡（箭头所示）形成分开的趾（A）蝌蚪尾部细胞的凋亡促使成体蛙尾部消失图 5-16 细胞凋亡案例示意图1.秋天树叶凋零过程中，叶片细胞发生了什么样的变化？2.还在成长发育中的你，体内是否存在细胞衰老和死亡？为什么？3.当伤口出血、骨折等意外发生时，应如何处理以避免发生

276、大面积细胞坏死?请查阅资料，了解现场急救的原则、呼救方式及安全用药等。自我评价常见的死亡方式称为细胞凋亡（图 5-15）。凋亡的细胞会被免疫细胞及时清除，不会对周围健康的细胞造成不良的后果。在个体发育过程中，细胞凋亡对组织形态结构的形成具有重要的作用。例如，蝌蚪发育为成体蛙时，尾部的细胞凋亡直至完全消失；小鼠胚胎发育中，趾间细胞的凋亡形成分开的五趾（图 5-16）。图 5-15 白细胞凋亡电镜照片（凋亡时，细胞的质膜转变成多个小泡，包裹细胞内容物）植物在生长发育中导管的形成、叶片形态塑造和季节性脱落等现象也与细胞程序性死亡密切相关。另外，被病原体感染的植物细胞也可通过程序性死亡被清除，保证健康

277、植物细胞的正常生理活动。细胞遭受极端的外界因素刺激（如物理或化学损害因子、致病物质等）而导致的损伤后死亡，称为细胞坏死。细胞坏死通常是细胞被动的死亡现象。例如，伤口和缺血的组织部位的细胞容易产生坏死。糖尿病患者由于血糖高，容易引发血管损伤、局部供血障碍，从而导致腿部细胞坏死，严重的甚至需要截肢处理。坏死的细胞被严重破坏，内容物释放到细胞外，通常会对周围健康的细胞造成影响。因此，在生活中应尽量避免大面积细胞坏死情况的发生，以免危及生命安全。细胞自噬 细 胞 自 噬 是 细 胞组分降解与再利用的过程。细胞将没有功能或者衰老的内部结构包裹在膜泡中，运输至溶酶体或液泡进行回收、销毁（图 5-17）。生

278、 物 体面对饥饿或感染时，部分细胞会以细胞自噬的方式死亡，以应对恶劣环境。细胞自噬还和一些癌症、传染性疾病和神经退行性疾病的发生有关。因此，科学家也在 针 对 细 胞 自 噬 开 发相 应 的 药 物 来 治 疗 这些疾病。广角镜图 5-17 酵母细胞的自噬122细胞的生命进程第 5 章本 章 回 顾本章小结 细 胞 通 过 分 裂 进 行 增 殖，有 丝 分 裂 是 动 植 物 体 细 胞 增 殖 的 主 要 方 式。有 丝 分 裂 过 程 中，细 胞 的 染 色 质 高 度 螺 旋 形 成 染 色 体，姐 妹 染 色 单 体 分离 并 沿 纺 锤 体 移 向 两 极，形 成 两 个 子 代

279、 细 胞。有 丝 分 裂 过 程 中 出 现 的 染色 体 行 为 和 纺 锤 体 结 构，保 证 了 遗 传 信 息 在 亲 代 和 子 代 中 的 一 致 性。细胞分裂具有周期性，细 胞 周 期 失 控，可 能 导 致 肿 瘤 等 疾 病。细 胞 通 过 分 化 使 同 一 来 源 的 细 胞 发 生 形 态 结 构 和 生 理 功 能 上 的 差 异化，并 形 成 特 定 的 组 织 器 官，使 生 物 体 的 复 杂 生 命 活 动 得 以 顺 利 进 行。了 解 细 胞 分 化 的 本 质 和 在 个 体 发 育 过 程 中 的 作 用，可 以 更 好 地 了 解 生 命的多样性；利

280、用细 胞 分 化 在 医 学 中 的 应 用，可 造 福 于 人 类。细 胞 的 衰 老 和 死 亡 是 一 种 自 然 的 生 理 过 程。细 胞 程 序 性 死 亡 在 个 体发 育 过 程 中 起 到 了 重 要 的 作 用。了 解 细 胞 衰 老 和 死 亡 的 本 质 及 其 与 生 物个 体 衰 老 和 死 亡 的 关 系，有 助 于 树 立 热 爱 生 命 和 健 康 的 观 念，提 示 我 们关注老龄化社会的现 状 并 关 爱 老 年 人。细 胞 增 殖、分 化、衰 老 和 死 亡 都 是 细 胞 自 然 的 生 理 过 程，对 维 持 正常 生 命 活 动 具 有 重 要 的

281、 意 义。比 较 与 分 析 细 胞 生 命 进 程 各 阶 段 的 案 例，正 确 认 识 细 胞 正 常 生 理 过 程，建 立 科 学 的 生 命 观 念。关 注 细 胞 周 期、细胞 分 化 等 科 学 探 索 成 果 在 疾 病 治 疗 和 健 康 维 护 中 的 应 用，有 助 于 进 一 步提升社会责任感，为 继 续 学 习 和 走 向 社 会 打 下 认 识 和 实 践 的 基 础。123第 5 章本章回顾学业评价1.在“观 察 洋 葱 根 尖 细 胞 的 有 丝 分 裂”实 验 中 看 到 的 根 尖 细 胞 如 图 5-18 A，其 中 分 别 是 处 于 不 同 分 裂

282、期 的 细 胞；图 B 是 洋 葱 根 尖 细 胞 分 裂 周 期示意图。（1）细胞中存在的结构 有（）。A.赤道面、染色体、细 胞 质膜 B.纺锤体、赤道面、染 色 体C.细胞壁、染色体、纺 锤 体 D.细胞壁、核膜、染色 体（2）下列描述符合细胞的 特 点 是（）。（多 选）A.着丝粒 断裂，染色 单 体 分 离B.染色体数目是细胞的 2 倍C.持续观察，视野中的 细 胞 将 分 裂 成 两 个 子 细 胞D.分裂后染色体数恢复 为 亲 代 细 胞 染 色 体 数（3）请 描 述 细 胞 中 遗 传 物 质 发 生 的 变 化 及 其 意 义：。（4）假 设 洋 葱 根 尖 细 胞 的 细

283、 胞 周 期 大 多 开 始 于 22：00，根 据 图 B，若 要 观 察 洋葱根尖细胞的有丝分 裂 过 程，取 材 的 最 佳 时 间 大 约 在。2.秀 丽 隐 杆 线 虫 是 一 种 个 体 小、无 毒 无 害、可 以 独 立 生 存 的 线 虫。英 国 科 学家 苏 尔 斯 顿（J.E.S u l s ton）揭 示 了 雌 雄 同 体 线 虫 全 部 1 090 个 细 胞 的 身世 和 命 运。其 中，131 个 细 胞 以 一 种 不 变 的 方 式 在 线 虫 的 发 育 过 程 中 消 失，使科学家们能够在活体线 虫 的 单 个 细 胞 水 平 上 研 究 遗 传 发 育

284、的 调 控 机 制。（1）从细胞生命进程角度 分 析，秀 丽 隐 杆 线 虫 从 一 个 受 精 卵 到 1 090 个 体 细 胞的过程中，发生的生命 活 动 主 要 有：。（A）图 5-18 洋葱根尖细胞的有丝分裂（B）124细胞的生命进程第 5 章（2）线 虫 的 1 090 个 细 胞 中 131 个 细 胞 以 凋 亡 的 方 式 消 失，你 推 测 这 些 细 胞消失方式的特点是（）。（多 选）A.该过程在单细胞生物和多细胞生物中都会发生B.该过程是秀丽隐杆 线 虫 发 育 过 程 中 的 一 种 特 有 的 现 象C.秀丽隐杆线虫被 迫 自 杀 的 机 制D.清除衰老和过剩 的

285、细 胞、维 持 正 常 细 胞 数 量 的 动 态 平 衡（3）秀丽隐杆线虫细胞周期如图 5-19 所示，下列描述正确的是（）。A.细胞 细胞 经 历 了 一 个 细 胞 周 期B.显微镜观察时视野中 细 胞 数 量 最 多C.细胞 染色体的分布 状 况 有 利 于 后 续 遗 传 物 质 的 均 分D.细胞 细胞 细 胞 染 色 体 数 加 倍3.对于一个细胞而言，生长、分 裂、分 化、衰 老 和死 亡 是 必 然 的 生 命 进 程。为什 么 我 们 体 内 不 同 细 胞 生 命 进 程 的 时 间 长 短 不 同？请 结 合 具 体 实 例 谈 谈 你的看法。图 5-19 秀丽隐杆线虫

286、细胞周期示意图125细胞衰老和死亡是自然的生理过程第 3 节本册教材根据教育部颁布的普通高中生物学课程标准（2017 年版）编写并经国家教材委员会专家委员会审核通过。编写过程中，上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会专家工作委员会，上海市教育委员会教学研究室，上海市课程方案教育教学研究基地、上海市心理教育教学研究基地、上海市基础教育教材建设研究基地、上海市生命科学教育教学研究基地（上海高校“立德树人”人文社会科学重点研究基地）及基地所在单位华东师范大学给予了大力支持。还有许多学科专家、教育专家、教研人员及一线教师给我们提出了宝贵意见和建议，我们感谢所有对教材编写、出版提供帮助与支持的同仁和各界朋

287、友！对于教材中选用的图片等作品，我们已通过多种渠道联系作者或通过购买取得授权，对此我们深表感谢！但仍有部分作者未能取得联系，恳请入选作品的作者与我们联系，以便支付稿酬。我们深知，由于时间和能力所限，教材中还存在不足之处。希望广大教师、学生及家长在使用本册教材过程中能提出宝贵意见和建议，并反馈给我们，使我们的教材更加完善。2020 年 5 月后记126细胞的生命进程第 5 章本册教材图片提供信息：本册教材中的图片由视觉中国、IC photo、蛋白质数据库（图2-9A PDB ID:1HRC、图2-9B PDB ID:2PGH、图 2-10 PDB ID:7LZM、图 4-38 PDB ID:3JCU）、袁隆平和王精敏（图 1-1）、陈一帆（图 1-9、图 1-11 右中、图 3-9、图 3-10）等提供。上海科学技术出版社普通高中教科书生物学必修1分子与细胞上海科学技术出版社普 通 高 中 教 科 书生物学分子与细胞生物学必 修 1分子与细胞SHENGWUXUE绿色印刷产品绿色印刷产品定价:10.40 元必 修 1