資源簡介

《普通高中課程標準實驗教科書 生物1 必修?分子與細胞》
第一章 走近細胞
第1節 從生物圈到細胞
資料分析
1.提示：草履蟲除能完成運動和分裂外，還能完成攝食、呼吸、生長、應激性等生命活動。如果沒有完整的細胞結構，草履蟲不可能完成這些生命活動。
2.提示：在子女和父母之間，精子和卵細胞充當了遺傳物質的橋梁。父親產生的精子和母親產生的卵細胞通過受精作用形成受精卵，受精卵在子宮中發育成胚胎，胚胎進一步發育成胎兒。胚胎發育通過細胞分裂、分化等過程實現。
3.提示：完成一個簡單的縮手反射需要許多種類的細胞參與，如由傳入神經末梢形成的感受器、傳入神經元、中間神經元、傳出神經元、相關的骨骼肌細胞，等等。人的學習活動需要種類和數量繁多的細胞參與。由細胞形成組織，由各種組織構成器官，由器官形成系統，多種系統協作，才能完成學習活動。學習活動涉及到人體的多種細胞，但主要是神經細胞的參與。
4.提示：例如，胰島細胞受損容易導致胰島素依賴型糖尿病；脊髓中的運動神經元受損容易導致相應的肢體癱瘓；大腦皮層上的聽覺神經元受損可導致聽覺發生障礙，等等。
5.提示：例如，生物體的運動離不開肌細胞；興奮的傳導離不開神經細胞；腺體的分泌離不開相關的腺（上皮）細胞，等等。
（三）思考與討論
1.提示：如果把龜換成人，圖中其他各層次的名稱不變，但具體內容會發生變化。例如，心臟應為二心房、二心室；種群應為同一區域的所有人，等等。應當指出的是，生物圈只有1個。如果換成一棵松樹，圖中應去掉“系統”這個層次，細胞、組織、器官、種群的具體內容也會改變。如果換成一只草履蟲，細胞本身就是個體，沒有組織、器官、系統等層次。
2.提示：細胞層次；其他層次都是建立在細胞這一層次的基礎之上的，沒有細胞就沒有組織、器官、系統等層次。另一方面，生物體中的每個細胞具有相對的獨立性，能獨立完成一系列的生命活動，某些生物體還是由單細胞構成的。
3.提示：一個分子或一個原子是一個系統，但不是生命系統，因為生命系統能完成一定的生命活動，單靠一個分子或一個原子是不可能完成生命活動的。
（四）練習 基礎題1.（1）活細胞：A、D、G、I；（2）死細胞：B、E；（3）細胞的產物：C、F、H。
2.（1）細胞層次（也是個體層次，因為大腸桿菌是單細胞生物）；? （2）種群層次；（3）群落層次。
拓展題 1.提示：不是。病毒不具有細胞結構，不能獨立生活，只能寄生在活細胞中才能生活，因此，盡管人工合成脊髓灰質炎病毒，但不意味著人工制造了生命。
2.提示：人工合成病毒的研究，其意義具有兩面性，用絕對肯定或絕對否定的態度都是不全面的。從肯定的角度看，人工合成病毒可以使人類更好地認識病毒，例如，研制抵抗病毒的藥物和疫苗，從而更好地為人類的健康服務；從否定的角度看，人工合成病毒的研究也可能會合成某些對人類有害的病毒，如果這些病毒傳播開來，或者被某些人用做生物武器，將給人類帶來災難。
第2節 細胞的多樣性和統一性
答案和提示
（一）問題探討
1.從圖中至少可以看出5種細胞，它們分別是：紅細胞、白細胞、口腔上皮細胞、正在分裂的植物細胞和洋蔥表皮細胞。這些細胞共同的結構有：細胞膜、細胞質和細胞核（植物細胞還有細胞壁，人的成熟紅細胞沒有細胞核）。
2.提示：細胞具有不同的形態結構是因為生物體內的細胞所處的位置不同，功能不同，是細胞分化的結果。例如，紅細胞呈兩面凹的圓餅狀，這有利于與氧氣充分接觸，起到運輸氧氣的作用；洋蔥表皮細胞呈長方體形狀，排列緊密，有利于起到保護作用。
（二）實驗
1.使用高倍鏡觀察的步驟和要點是：（1）首先用低倍鏡觀察，找到要觀察的物像，移到視野的中央。（2）轉動轉換器，用高倍鏡觀察，并輕輕轉動細準焦螺旋，直到看清楚材料為止。
2.提示：這些細胞在結構上的共同點是：有細胞膜、細胞質和細胞核，植物細胞還有細胞壁。各種細胞之間的差異和產生差異的可能原因是：這些細胞的位置和功能不同，其結構與功能相適應，這是個體發育過程中細胞分化產生的差異。
3.提示：從模式圖中可以看出，大腸桿菌沒有明顯的細胞核，沒有核膜，細胞外有鞭毛，等等。
（三）思考與討論
提示：絕大多數細胞有細胞核，只有少數細胞沒有細胞核。例如，人的成熟的紅細胞就沒有細胞核。細菌是單細胞生物，藍藻以單細胞或以細胞群體存在，它們的細胞與植物細胞和動物細胞比較，沒有成形的細胞核，而有擬核。擬核與細胞核的區別主要有兩點：（1）擬核沒有核膜，沒有核仁；（2）擬核中的遺傳物質不是以染色體的形式存在，而是直接以DNA的形式存在。
（四）資料分析
1.提示：通過分析細胞學說的建立過程，可以領悟到科學發現具有以下特點。
（1）科學發現是很多科學家的共同參與，共同努力的結果。
（2）科學發現的過程離不開技術的支持。
（3）科學發現需要理性思維和實驗的結合。
（4）科學學說的建立過程是一個不斷開拓、繼承、修正和發展的過程。
2.細胞學說主要闡述了生物界的統一性。
3.提示：細胞學說的建立揭示了細胞的統一性和生物體結構的統一性，使人們認識到各種生物之間存在共同的結構基礎；細胞學說的建立標志著生物學的研究進入到細胞水平，極大地促進了生物學的研究進程。
（五）練習 基礎題 1.B。2.提示：（1）人體皮膚：本切片圖中可見上皮組織的細胞、角質保護層細胞（死亡）和皮下結締組織中的多種細胞。
迎春葉：表皮細胞（保護）、保衛細胞（控制水分蒸發和氣體進出）、葉肉細胞（光合作用）、導管細胞（運輸水和無機鹽）、篩管細胞（運輸有機物），等等。
（2）動植物細胞的共同點為：都有細胞膜、細胞質和細胞核；不同點為：植物細胞有細胞壁、有液泡，植物細胞一般還有葉綠體。
（3）因為它們都是由多種組織構成的，并能行使一定的功能。例如，人體皮膚由上皮組織、肌肉組織、結締組織和神經組織共同構成，人體皮膚有保護、感受環境刺激等功能；迎春葉由保護組織（表皮）、營養組織、機械組織和輸導組織等構成，有進行光合作用、運輸營養物質等功能。
3.原核細胞和真核細胞的根本區別是：有無成形的細胞核。即真核細胞有核膜包圍的細胞核；原核細胞沒有細胞核，只有擬核，擬核的結構比細胞核要簡單。
它們的區別里包含著共性：細胞核和擬核的共同點是都有遺傳物質DNA，體現了彼此之間在生物進化上的聯系。
自我檢測的答案和提示一、概念檢測 判斷題1.×。2.×。3.√。選擇題1.C。2.D。3.B。
畫概念圖 3個問號分別表示的連接詞是：不具有、具有、具有。
二、技能應用
提示：假定人腦每個細胞完全充滿水，一個腦細胞的平均大小為1.5×10-15 m3。
如果腦細胞是簡單的立方體，那么平均大小的腦細胞每邊長度約為1.14×10-5 m。
第2章 組成細胞的分子
第1節 細胞中的元素和化合物
答案和提示（一）思考與討論
1.提示：有機化合物和無機化合物的區別主要看它們的分子組成中是否有碳元素，如糖類是有機化合物，由碳、氫、氧三種元素組成；水是無機化合物，由氫、氧兩種元素組成。當然這不是嚴格意義上的區別。對這兩類化合物的嚴格區分，請參照化學教科書。
2.提示：細胞中最多的有機化合物是蛋白質，無機化合物是水。蛋白質是組成生物體的重要物質，在生命活動中起重要作用；水是生命之源，離開水，生命活動就無法進行。
3.提示：植物的葉肉細胞、果實細胞和種子的細胞中通常含有較多的糖類、脂質和蛋白質。如禾谷類的果實、種子中含淀粉（多糖）較多；甘蔗的莖和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻種子中含脂質多；大豆種子中含蛋白質多，等等。要想從植物的果實、種子中獲得糖類、脂質和蛋白質，就要設法使細胞破碎，再將這些物質提取出來。
（二）實驗3.生物材料中有機化合物的種類、含量不同。因此，我們應選擇多種多樣的食物，保證獲得全面的營養。
（三）練習 基礎題1.（1）?；（2）√?。3.B。
拓展題1.提示：細胞是有生命的，它可以主動地從環境中獲取生命活動需要的元素。這是生物與非生物的區別之一。
2.提示：不能。生命系統內部有嚴謹有序的結構，不是物質隨意堆砌而成的。
第2節 生命活動的主要承擔者──蛋白質
答案和提示（一）問題探討
1.提示：富含蛋白質的食品有大豆制品，如豆漿、豆腐、腐竹；奶類制品，如奶粉、酸奶、袋裝奶；還有肉、蛋類食品，如烤肉、肉腸、雞蛋，等等。
2.提示：有些蛋白質是構成細胞和生物體的結構成分，如結構蛋白；有些蛋白質能夠調節生命活動，如胰島素；有些蛋白質有催化作用，如絕大多數酶都是蛋白質；有些蛋白質具有運輸載體的功能，如紅細胞中的血紅蛋白；有些蛋白質有免疫功能，如人體內的抗體。
3.提示：因為氨基酸是構成蛋白質的基本單位，在人體內約有20種氨基酸，其中有8種是人體需要而不能自己合成的，必須從外界環境獲得，如賴氨酸、苯丙氨酸等，它們被稱為必需氨基酸。所以有些食品中要添加賴氨酸或苯丙氨酸等人體必需的氨基酸。
（二）思考與討論1
1.每個氨基酸都有氨基和羧基，并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。
2.“氨基酸”代表了氨基酸分子結構中主要的部分──氨基和羧基。
（三）思考與討論2
1.提示：氨基酸→二肽→三肽→……→多肽，一條多肽鏈盤曲折疊形成蛋白質，或幾條多肽鏈折疊形成蛋白質。
2.提示：食物中的蛋白質要經過胃蛋白酶、胰蛋白酶、腸蛋白酶、腸肽酶等多種水解酶的作用，才能分解為氨基酸。這些氨基酸進入細胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽構成人體的蛋白質。人體的蛋白質與食物中的蛋白質不一樣，具有完成人體生命活動的結構和功能。
3.提示：10個氨基酸能夠組成2010條互不相同的長鏈。氨基酸的種類、數量、排列順序以及蛋白質空間結構的不同是蛋白質多種多樣的原因。
（四）旁欄思考題
n個氨基酸形成一條肽鏈時，脫掉n－1個水分子，形成n－1個肽鍵。同理，n個氨基酸形成m條肽鏈時，脫掉n－m個水分子，形成n－m個肽鍵。
（五）練習 基礎題1.（1）√；（2）√。2.A。 3.B。
拓展題 提示：紅細胞中的蛋白質和心肌細胞中的蛋白質，其氨基酸的種類、數量和排列順序以及蛋白質分子的空間結構都不同，它們的功能也不相同。
第3節 遺傳信息的攜帶者──核酸
答案和提示（一）問題探討
1.提示：脫氧核糖核酸。DNA是主要的遺傳物質，而每個人的遺傳物質都有所區別，因此DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息。
2.提示：DNA鑒定技術還可以運用在親子鑒定上。在研究人類起源、不同類群生物的親緣關系等方面，也可以利用DNA鑒定技術。
3.提示：需要。因為DNA鑒定只是提供了犯罪嫌疑人的遺傳物質方面的信息，還需要有嫌疑人是否有作案動機、時間，是否在犯罪現場，是否有證人等其他證據。如果有人蓄意陷害某人，也完全有可能將他的頭發、血液等含有DNA的物質放在現場。因此案件偵察工作應在DNA鑒定的基礎上，結合其他證據確定罪犯。
（二）旁欄思考題 原核細胞的DNA位于擬核區域。
（三）練習 基礎題1.（1）√；（2）√?；（3）√?。2.C。3.C。
第4節 細胞中的糖類和脂質
（一）問題探討1.不一樣。2.糖類。
（二）思考與討論1.提示：脂肪主要分布在人和動物體內的皮下、大網膜和腸系膜等部位。某些動物還在特定的部位儲存脂肪，如駱駝的駝峰。2.提示：花生、油菜、向日葵、松子、核桃、蓖麻等植物都含有較高的脂肪，這些植物的脂肪多儲存在它們的種子里。3.提示：脂肪除了可以儲存大量能量外，還具有隔熱、保溫和緩沖的作用，可以有效地保護動物和人體的內臟器官。
（三）旁欄思考題1.糖尿病人飲食中，米飯、饅頭等主食也需限量，是因為其中富含淀粉，淀粉經消化分解后生成的是葡萄糖。2.熊在冬眠前大量取食獲得的營養，有相當多的部分轉化為脂肪儲存，既可御寒，也供給冬眠中生命活動所需的能量。
（四）練習 基礎題1.（1）√；（2）√。2.C。 3.C。 4.C。 5.C。
拓展題
1.提示：糖類是生物體主要利用的能源物質，尤其是大腦和神經所利用的能源必須由糖類來供應。而脂肪是生物體內最好的儲備能源。脂肪是非極性化合物，可以以無水的形式儲存在體內。雖然糖原也是動物細胞內的儲能物質，但它是極性化合物，是高度的水合形式，在機體內貯存時所占的體積相當于同等重量的脂肪所占體積的4倍左右。因此脂肪是一種很“經濟”的儲備能源。與糖類氧化相比，在生物細胞內脂肪的氧化速率比糖類慢，而且需要消耗大量氧氣，此外，糖類氧化既可以在有氧條件下也可以在無氧條件下進行，所以對于生物體的生命活動而言，糖類和脂肪都可以作為儲備能源，但是糖類是生物體生命活動利用的主要能源物質。
2.提示：葡萄糖是不能水解的糖類，它不需要消化可以直接進入細胞內，因此葡萄糖可以口服也可以靜脈注射；但是蔗糖只能口服而不可以靜脈注射，因為蔗糖是二糖，必須經過消化作用分解成兩分子單糖后才能進入細胞。蔗糖經過口服后，可以在消化道內消化分解，變成單糖后被細胞吸收。
第5節 細胞中的無機物
（一）問題探討
1.提示：水在細胞中的重要作用：水是細胞結構的重要組成成分，是細胞內的良好溶劑，許多種物質溶解在水中，細胞內的許多化學反應也都需要有水的參與，多細胞生物體的絕大多數細胞必須浸潤在以水為基礎的液體環境中。水在生物體內的流動，可以把營養物質運送到各個細胞，同時，也把各個細胞在代謝中產生的廢物，運送到排泄器官或者直接排出體外。總之，各種生物體的一切生命活動，都離不開水。
2.提示：無機鹽在細胞中的重要作用：細胞中許多有機物的重要組成成分，調節細胞的生命活動等。
（二）旁欄思考題
2.提示：20世紀70年代以前，人們普遍認為缺碘只能引起甲狀腺腫大，還沒有認識到缺碘對兒童智力的影響。進入80年代以后，人們認識到缺碘對人類危害最大的不是甲狀腺腫，而是造成不同程度的腦發育落后，只有補足了碘才能確保嬰幼兒腦的正常發育。根據1994年的統計結果，中國缺碘地區的人口達7.27億，約占全國人口總數的56%，輕度缺碘或碘營養不足已波及所有省、市。1995年的兒童碘營養調查結果表明：許多經濟發達的大城市，兒童尿碘也在100 μg/L以下，甲狀腺腫大率在5%以上。證明城市也存在不同程度的碘缺乏。目前公認標準為：人群尿碘水平在100 μg/L以上，才能基本上消除碘缺乏危害。從這個全新的認識出發，我國幾乎所有地區，包括以前認為的非病區，實際上都是缺碘地區，因此需要補碘的范圍已擴大到全國（高碘地區除外）。
3.提示：不同細胞內的化合物都是由無機物和有機物組成的，其種類有一定差別。例如，淀粉只存在于植物細胞中，糖原只存在于動物細胞中。不同細胞中各種化合物的含量也有一定差別。例如，肌細胞中含蛋白質較多，脂肪細胞中含脂肪較多。但是，各種細胞中的化合物組成及含量又有許多共性。例如，所含的有機物都是糖類、脂質、蛋白質和核酸，無機物中都有無機鹽和水；各種化合物在不同細胞中的含量一般維持在一定范圍內。這體現了生命世界在物質組成上的統一性。
（三）思考與討論
1.提示：人類貧血癥中有缺少紅細胞和缺少血紅蛋白兩種類型，它們都可導致貧血。而血紅蛋白的分子結構不能缺少的一種元素就是鐵，所以缺鐵會導致血紅蛋白的合成障礙，引起貧血。缺鐵性貧血是一種常見的貧血癥。正常人體內含鐵量約為3～5 g，它是制造血紅蛋白的主要原料之一。當鐵缺乏時，血紅蛋白就不能合成，從而發生缺鐵性貧血。
2.提示：光合作用不能缺少葉綠素，而葉綠素的分子結構中不能缺少的元素之一就是鎂。鎂是葉綠素的組成元素之一，因此，鎂對于光合作用有重要意義。缺鎂時葉綠素的形成受到阻礙，從而影響光合作用。此外，鎂還是許多酶的活化劑，鎂還能促進脂肪的合成。因此，鎂是重要的生命元素。
（四）練習 基礎題1.C。 2.A。 3.D。
拓展題 提示：質量分數為0.9%的氯化鈉溶液的濃度，正是人體細胞所處液體環境的濃度，所以叫生理鹽水。當人體需要補充鹽溶液或輸入藥物時，應輸入生理鹽水或用生理鹽水作為藥物的溶劑，以保證人體細胞的生活環境維持在相對穩定的狀態。
自我檢測的答案和提示
一、概念檢測 判斷題1.√。 2.×。 3.×。 4.√。 5.×。 6.×。選擇題1.A。 2.B。 3.D。 4.A。
畫概念圖
完成下面有關蛋白質分子的概念圖
二、知識遷移 自由水，結合水，自由水。
三、技能應用
提示：20種氨基酸在形成肽鏈時可以有不同的序列，這是肽鏈形式多樣的主要原因。用數學的排列組合方式可以解釋，假若一段只有20個氨基酸的肽鏈，那么由于不同的排列組合可以形成的肽鏈形式就有2020種之多。更何況肽鏈中的氨基酸數目遠不止20個，通常是成百上千，可以想像形成的肽鏈形式將會是一個天文數字。
四、思維拓展
提示：在隕石中發現了氨基酸，且非地球所有，這說明宇宙中很可能還存在與地球生物類似的生命形式。因為氨基酸是組成蛋白質的基本單位，而蛋白質又是生命活動的主要承擔者。
第三章 細胞的基本結構
第1節 細胞膜──系統的邊界
（一）問題探討
1.提示：氣泡是光亮的，里面只有空氣。細胞是一個具有細胞膜、細胞核和細胞質的復雜結構，而且是一個立體的結構，在顯微鏡下，通過調節焦距可以觀察到細胞的不同層面。光學顯微鏡下不能看見細胞膜，但是能夠觀察到細胞與外界環境之間是有界限的。
2.提示：在電子顯微鏡誕生之前，科學家已經能夠確定細胞膜的存在了。依據的實驗事實主要有：進入活細胞的物質要通過一道選擇性的屏障，并不是所有的物質都能進入細胞；用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質注入變形蟲體內，伊紅很快擴散到整個細胞，卻不能很快逸出細胞；在光學顯微鏡下看到，用微針觸碰細胞表面時，細胞表面有彈性，可以伸展；用微針插入細胞內，細胞表面有一層結構被刺破；如果細胞表面結構受損面過大，細胞會死亡。
（二）實驗 提示：細胞破裂后細胞內物質流出，細胞膜和細胞質中的其他結構質量不一樣，可以采用不同轉速離心的方法將細胞膜與其他物質分開，得到較純的細胞膜。
（三）練習 基礎題1.C。? 2.A。? 3.C。
拓展題
1.提示：把細胞膜與窗紗進行類比，合理之處是說明細胞膜與窗紗一樣具有容許一些物質出入，阻擋其他物質出入的作用。這樣類比也有不妥當的地方。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結構，功能較單純；細胞膜的結構和功能要復雜得多。細胞膜是活細胞的重要組成部分，活細胞的生命活動是一個主動的過程；而窗紗是沒有生命的，它只是被動地在起作用。
2.提示：“染色排除法”利用了活細胞的細胞膜能夠控制物質進出細胞的原理。臺盼藍染色劑是細胞不需要的物質，不能通過細胞膜進入細胞，所以活細胞不被染色。而死的動物細胞的細胞膜不具有控制物質進出細胞的功能，所以臺盼藍染色劑能夠進入死細胞內，使其被染色。
細胞膜的主要功能
細胞膜對于細胞整個結構的完整性以及細胞的正常生命活動都是至關重要的。其功能概括起來有以下幾個方面。
（1）細胞的界膜這是細胞膜最重要的功能。無論是真核細胞還是原核細胞，都必定有一個由一定膜結構形成的界膜，不然的話就不會有細胞存在。細胞膜的出現使生命起源到了細胞的形式，也保證了細胞生命活動的正常進行。細胞膜的出現使各種生物大分子集中到一個相對穩定的微環境中，這樣有利于細胞的物質和能量代謝，也有利于細胞的生長發育。
（2）物質的跨膜運輸膜的存在使細胞成為一個相對獨立的系統，但細胞不是一個封閉的系統，細胞的生存、生長和發育依賴于細胞內外的物質交流。膜對于物質的運輸具有選擇性，只有在需要時，物質才會被運轉。物質既可以從濃度高的一側轉運到濃度低的一側，也可以從濃度低的一側轉運到濃度高的一側。前者屬被動運輸，不需要細胞提供代謝能量；后者屬主動運輸，需要細胞提供代謝能量。對于大分子的運輸，細胞采用的是內吞與外排的方式，通過將物質包裹在囊泡中進行轉運。
（3）信號轉導膜上的某些蛋白屬于信號受體蛋白，這些蛋白與胞外信號分子相結合被激活，然后將信號轉入胞內，再通過胞內信號轉導分子沿信號通路傳遞，最終產生特定的生物學效應。例如，某些信號分子激活細胞膜上的受體后，可促進細胞增殖。
（4）胞間連接與通訊多細胞生物體內，細胞通過細胞膜進行細胞間的多種相互作用。動物細胞間有多種連接方式，概括起來為：緊密連接、錨定連接和間隙連接，植物細胞間主要是通過細胞壁連接在一起。有些細胞連接方式主要是為細胞間的通訊提供結構基礎，如動物細胞的間隙連接，在相鄰細胞間形成孔道結構；植物細胞間的胞間連絲，也成為細胞間物質轉運和信息交流的通道。
（5）胞間的識別識別是指細胞對同種或異種細胞、同源或異源細胞以及對自己或異己分子的認識和鑒別。通過細胞表面受體與胞外信號分子的選擇性相互作用，導致一系列的生理生化反應，從而實現信號傳遞。細胞識別是細胞發育和分化過程中一個十分重要的環節，細胞通過識別和黏著形成不同類型的組織。
第2節 細胞器──系統內的分工合作
（一）問題探討
1.提示：一件產品是由多個零部件組成的，不同車間生產不同的零部件之后，要有組裝車間完成裝配工作，質量檢測部門負責檢查產品的質量。同時要有部門提供原材料，有部門提供設計圖，還要有部門負責動力供應，等等。部門齊全，配合協調，才能生產出優質產品。
2.提示：例如蛋白質的合成。細胞核是遺傳信息庫，蛋白質的合成要在遺傳信息的指導下進行，核糖體是合成蛋白質的場所，同時內質網、高爾基體等細胞器也在蛋白質合成中起到重要的作用。這說明細胞的生命活動也是需要多個“部門”和“車間”協調配合完成的。
（二）資料分析1.分泌蛋白是在內質網上的核糖體中合成的。2.提示：分泌蛋白從合成至分泌到細胞外，經過了核糖體、內質網、高爾基體和細胞膜等結構。分泌蛋白是在內質網上的核糖體內初步合成，在內質網內加工，由囊泡運輸到高爾基體做進一步加工，再由囊泡運輸到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。3.提示：需要，如核糖體在將氨基酸連接成肽鏈的過程中就需要能量。這些能量是由線粒體進行有氧呼吸提供的。
（三）旁欄思考題 線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，能夠提供細胞生命活動需要的能量。鳥類飛翔、運動員運動需要大量能量，所以飛翔鳥類的胸肌細胞中、運動員的肌細胞中線粒體多。同樣道理，新生細胞的生命活動比衰老細胞、病變細胞旺盛，所以線粒體多。
（四）練習 基礎題1.圖1中，注字的“內質網”應是“高爾基體”，“高爾基體”應是“內質網”。染色質的注字指示線位置有誤。中心體還應包括指示線下方的中心粒。圖2中，注字的“核仁”應是“葉綠體”，“葉綠體”應是“線粒體”，“核糖體”應是“中心體”。2.C。? 3.B。? 4.C。
拓展題 提示：溶酶體的膜在結構上比較特殊，如經過修飾等，不會被溶酶體內的水解酶水解。
第3節 細胞核──系統的控制中心
（一）問題探討1.提示：細胞核在細胞的生命活動中起控制作用，如細胞核內貯存的遺傳物質攜帶著遺傳信息，可以控制蛋白質的合成，而蛋白質是生命活動的體現者，所以細胞核可以比喻為部隊的司令部等。
2.不能。3.不能。4.提示：不能。細胞生長需要蛋白質等多種物質作基礎，細胞分裂需要遺傳物質的復制和相關蛋白質的合成，如果沒有細胞核，這些生命活動都不能進行。
（二）資料分析
1.提示：美西螈皮膚的顏色是由細胞核控制的。生物體性狀的遺傳主要是由細胞核控制的，因為細胞核中有DNA，DNA是主要的遺傳物質。DNA上有許多基因，通過指導蛋白質的合成，控制生物的性狀。
2.沒有細胞核，細胞就不能分裂、分化。
3.細胞核是細胞生命活動的控制中心。
4.生物體形態結構的建成主要與細胞核有關。
5.細胞核具有控制細胞代謝和遺傳的功能。
（三）旁欄思考題 提示：同一個生物體內所有細胞的“藍圖”都是一樣的（除非發生體細胞突變或細胞癌變）。生物體內細胞形態、結構和功能的多種多樣，是細胞分化的結果。
（四）技能訓練
1.細胞無核部分隨著培養天數的增加，死亡個數迅速增加，第4天就沒有存活的了，這是因為沒有細胞核，細胞的生命活動就無法進行。而細胞有核部分存活個數和時間都要比無核部分多和長，說明細胞核對于細胞的生命活動是不可或缺的。
2.提示：細胞有核部分出現死亡現象的可能原因有兩方面，一是實驗過程中人為因素對細胞造成了傷害，導致部分細胞死亡；二是細胞的正常凋亡。
（五）練習 基礎題1.（1）√；（2）×。2.C。3.C。
拓展題 提示：出生小牛的絕大部分性狀像母牛甲。因為小牛獲得的是母牛甲細胞核中的遺傳物質，所以它的性狀與母牛甲最相似。
自我檢測的答案和提示 一、概念檢測 判斷題1.×。? 2.×。選擇題? C。
連線題
二、知識遷移
提示：與溶酶體的作用有關。細胞死亡后，溶酶體膜破裂，各種水解酶釋放出來，分解細胞中的蛋白質等物質，這時的畜、禽肉烹飪后更鮮嫩。這個過程需要一定的時間。
三、技能應用
調暗視野有兩種方法：一是轉動反光鏡使進光量減少；二是選擇小的光圈，減少進光量。
四、思維拓展
1.提示：（1）精卵結合時需要精子提供父方的遺傳物質；（2）精子要靠尾部擺動游到卵細胞所在位置，才能與卵細胞結合這一過程需要大量的能量，這些能量主要來自線粒體內進行的有氧呼吸。
2.提示：從生物膜在組成、結構、功能上的聯系來考慮。
第四章 細胞的物質輸入和輸出
第1節 物質跨膜運輸的實例
（一）問題探討
1.由于單位時間內透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分子數量多于從長頸漏斗滲出的水分子數量，使得管內液面升高。
2.用紗布替代玻璃紙時，因紗布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不會升高。
3.半透膜兩側溶液的濃度相等時，單位時間內透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分子數量等于滲出的水分子數量，液面也不會升高。
（二）思考與討論
1.紅細胞內的血紅蛋白等有機物一般不能透過細胞膜。
2.紅細胞的細胞膜相當于“問題探討”中的半透膜。
3.當外界溶液的濃度低于紅細胞內部的濃度時，紅細胞一般會因持續吸水而漲破。
4.紅細胞吸水或失水的多少主要取決于紅細胞內外濃度的差值。一般情況下，差值較大時吸水或失水較多。
（三）資料分析
1.在培養過程中，水稻吸收水分及其他離子較多，吸收Ca2+、Mg2+較少，結果導致水稻培養液里的Ca2+、Mg2+濃度增高。2.不同作物對無機鹽的吸收是有差異的。3.水分子跨膜運輸是順相對含量梯度的，其他物質的跨膜運輸并不都是這樣，這取決于細胞生命活動的需要。4.細胞對物質的吸收是有選擇的。這種選擇性具有普遍性。
（四）練習 基礎題1.√。 2.√。 3.×。
拓展題
提示：農業生產上的輪作正是針對不同作物根系對礦質元素的選擇性吸收而采取的生產措施。如果長期在同一塊田里種植同種作物，地力就會下降（俗稱傷地），即某些元素含量下降，這樣就會影響作物的產量。
水勢與植物細胞吸水
細胞吸水有三種方式：未形成液泡的細胞，靠吸漲作用吸水；液泡形成以后，細胞主要靠滲透作用吸水；與滲透作用無關的代謝性吸水。在這三種方式中以滲透作用吸水為主。滲透作用是水分進出細胞的基本過程，而且水分移動需要能量做功。根據熱力學原理，系統中物質的總能量可分為束縛能和自由能，束縛能是不能轉化為用于做功的能量，而自由能是在溫度恒定的條件下用于做功的能量。一種物質每摩爾的自由能就是該物質的化學勢，衡量水分反應或轉移能量的高低，用水勢表示。水溶液的化學勢與同溫同壓同一系統中的純水的化學勢之差除以水的偏摩爾體積所得的商，稱為水勢。
純水的自由能最大，水勢也最高。溶液中的溶質顆粒降低了水的自由能，所以溶液中水的自由能要比純水低。將純水的水勢定為零，溶液的水勢就成為負值。溶液越濃，水勢越低。在一個滲透系統中，水移動方向決定于半透膜兩邊溶液的水勢高低。水勢高的溶液的水，流向水勢低的溶液。水分從水勢高的系統通過半透膜向水勢低的系統移動的現象，稱為滲透作用。一個成長植物細胞的細胞壁主要是由纖維素分子組成的，它對水和溶質是全通透的。而細胞膜和液泡膜都是半透膜，實際上可以把包括細胞膜、細胞質和液泡膜在內的原生質層當做一個半透膜來看待。液泡里的細胞液具有一定的水勢。這樣，細胞液、原生質層和環境中溶液之間，便會發生滲透作用。當環境中溶液的水勢高，而液泡中細胞液的水勢低時，環境中溶液所含的水就會進入細胞中。當然，細胞吸水不僅僅與水勢有關，還受到其他因素的影響。
第2節 生物膜的流動鑲嵌模型
（一）問題探討
1.提示：三種材料比較，彈力布更能體現細胞膜的柔變性和一定的通透性，相對好一些。當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。
2.提示：有條件的話，使用微孔塑膠或利用激光給氣球打上微孔都可以作為模型的細胞膜。使用透析袋也可以。如果制作臨時使用的模型，利用豬或其他動物的膀胱做細胞膜是更加理想的材料。
（二）思考與討論1
1.最初認識到細胞膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析得出的。
2.有必要。僅靠推理得出的結論不一定準確，還應通過科學實驗進行檢驗和修正。
3.提示：因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。科學家因測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，才得出膜中的脂質必然排列為連續的兩層這一結論。
（三）思考與討論2 1.提示：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發展。
2.提示：在建立生物膜模型的過程中，結構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜結構的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統中，一般來說，功能的不同常伴隨著結構的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質和蛋白質相互作用的問題。一些學者使用了更加先進的技術，運用紅外光譜等技術證明，膜蛋白主要為球形結構。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質顆粒，這樣又發展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質，以及蛋白質在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結構的生物膜具有不同的生理功能。
（四）練習 基礎題1.提示：細胞膜太薄了，光學顯微鏡下看不見，而19世紀時還沒有電子顯微鏡，學者們只好從細胞膜的生理功能入手進行探究。2.脂質和蛋白質。
3.提示：這兩種結構模型都認為，組成細胞膜的主要物質是脂質和蛋白質，這是它們的相同點。不同點是：（1）流動鑲嵌模型提出蛋白質在膜中的分布是不均勻的，有些橫跨整個脂雙層，有些部分或全部嵌入脂雙層，有些則鑲嵌在脂雙層的內外兩側表面；而三層結構模型認為蛋白質均勻分布在脂雙層的兩側。（2）流動鑲嵌模型強調組成膜的分子是運動的；而三層結構模型認為生物膜是靜態結構。4.D。
拓展題
1.提示：生物膜結構的研究歷史反映了科學研究的艱辛歷程，也告訴我們建立模型的一般方法。科學家根據觀察到的現象和已有的知識提出解釋某一生物學問題的假說或模型，用觀察和實驗對假說或模型進行檢驗、修正和補充。一種模型最終能否被普遍接受，取決于它能否與以后的觀察和實驗結果相吻合，能否很好地解釋相關現象，科學就是這樣一步一步向前邁進的。
2.提示：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發展流動鑲嵌模型。
第3節 物質跨膜運輸的方式
（一）問題探討 1.從圖上可以看出，氧氣、二氧化碳、氮氣、苯等小分子（苯還是脂溶性的）很容易通過合成的脂雙層；水、甘油、乙醇等較小的分子也可以通過；氨基酸、葡萄糖等較大的有機分子和帶電荷的離子則不能通過合成的脂雙層。2.提示：葡萄糖不能通過人工合成的無蛋白的脂雙層，但小腸上皮細胞能大量吸收葡萄糖，推測小腸上皮細胞的細胞膜上有能夠轉運葡萄糖的蛋白質。
3.提示：通過觀察此圖還可聯想并提出，細胞需要的離子是否也通過細胞膜上的蛋白質來運輸等問題。
（二）思考與討論
1.自由擴散和協助擴散都不需要消耗能量。因為二者都是順物質的濃度梯度進行的。
2.自由擴散與協助擴散的共同之處是都不需要細胞消耗能量。不同之處是：前者不需要蛋白質的協助，后者必須有蛋白質的協助才能實現。
3.因為自由擴散和協助擴散都是順物質的濃度梯度進行的，不需要細胞消耗能量，所以統稱為被動運輸。
（三）旁欄思考題 ：這是細胞的胞吞作用。這對于人體有防御功能，并有利于細胞新陳代謝的正常進行。
（四）技能訓練
1.K+和Mg2+是通過主動運輸進入細胞的。2.Na+和Cl－是通過主動運輸排出細胞的。
3.提示：因為以上四種離子細胞膜內外的濃度差較大，細胞只有通過主動運輸才能維持這種狀況。
（五）練習 基礎題 1.D。　　2.A。
拓展題 提示：低溫環境肯定會影響物質的跨膜運輸。溫度會影響分子運動的速率，影響化學反應的速率，因此，組成細胞膜的分子的流動性也會相應降低，呼吸作用釋放能量的過程也會因有關酶的活性降低而受到抑制。這些都會影響物質跨膜運輸的速率。
自我檢測的答案和提示 一、概念檢測 判斷題1.×。? 2.×。? 3.×。? 4.×。? 5.×。選擇題1.D。? 2.C。
畫概念圖 二、知識遷移
提示：小腸絨毛上皮細胞能夠從消化了的食物中吸收葡萄糖，卻很難吸收相對分子質量比葡萄糖小的木糖。這一事實說明細胞膜對物質進入細胞具有選擇透過性。這與細胞的生活關系密切，細胞膜的這一特性使細胞盡可能地只吸收自身需要的物質，細胞不需要或對細胞有害的物質常被阻擋在細胞外。
三、技能應用 提示：溫度高低會提高或降低水分子通過半透膜的擴散速率。在一定溫度范圍內，提高溫度會加快水分子通過半透膜的速率；而降低溫度則減緩水分子通過半透膜的速率。
實驗方案設計如下：
按本章第1節滲透現象示意圖組裝好三組裝置。在第一組的燒杯外用酒精燈或水浴鍋加熱升溫；第二組燒杯外加冰塊降溫；第三組留作對照。三組裝置同時開始實驗，并記錄液面變化及時間。
四、思維拓展
提示：在順濃度梯度的情況下，葡萄糖、氨基酸等分子可以通過協助擴散進入細胞。當細胞外葡萄糖或氨基酸的濃度低于細胞內時，如果此時細胞的生命活動需要這些營養物質，細胞還能吸收這些營養物質，是通過主動運輸。
第5章 細胞的能量供應和利用
第1節 降低化學反應活化能的酶
（一）問題探討
1.這個實驗要解決的問題是：鳥類的胃是否只有物理性消化，沒有化學性消化？2.是胃內的化學物質將肉塊分解了。3.提示：收集胃內的化學物質，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。
（二）實驗1.2號試管放出的氣泡多。這一現象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。2.不能。
3.說明FeCl3中的Fe3+和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。
4.4號試管的反應速率比3號試管快得多。說明過氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。細胞內每時每刻都在進行著成千上萬種化學反應，這些化學反應需要在常溫、常壓下高效率地進行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說酶對于細胞內化學反應的順利進行至關重要。
（三）資料分析
1.巴斯德認為發酵與活細胞有關是合理的，但是認為發酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用是不正確的；李比希認為引起發酵的是細胞中的某些物質是合理的，但是認為這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發揮作用是不正確的。2.提示：巴斯德是微生物學家，特別強調生物體或細胞的作用；李比希是化學家，傾向于從化學的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究的目標集中在他們爭論的焦點上，使科學研究更加有的放矢。3.畢希納的實驗說明，酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。4.薩姆納歷時9年用正確的科學方法，堅持不懈、百折不撓的科學精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。
（四）旁欄思考題 絕大多數酶是蛋白質，強酸、強堿、高溫等劇烈條件都會影響到蛋白質的結構，所以酶比較“嬌氣”。
（五）第一小節練習 基礎題
1.巴斯德：發酵與活細胞有關，發酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用。
李比希：引起發酵的是細胞中的某些物質，但是這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發揮作用。
畢希納：酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。
薩姆納：酶是蛋白質。
2.提示：（1）細胞內每時每刻都在進行著成千上萬種化學反應，這些化學反應需要高效率地進行，酶的催化效率比無機催化劑高得多。
（2）細胞內的化學反應需要在常溫、常壓、酸堿度適中等溫和條件下進行，無機催化劑常常需要輔助以高溫、高壓、強酸、強堿等劇烈條件才能有較高的催化效率。3.D。
拓展題1.提示：可用第2章中學過的鑒定蛋白質的方法。在薩姆納之前，之所以很難鑒定酶的本質，主要是因為細胞中酶的提取和純化非常困難。2.提示：（1）如四膜蟲的rRNA前體具有催化活性。（2）目前已有發現具催化活性的DNA的報道。
（六）第二小節練習 基礎題1.B。? 2.B。3.提示：這個模型中A代表某類酶，B代表反應底物，C和D代表反應產物。這個模型的含義是：酶A與底物B專一性結合，催化反應的發生，產生了產物C和D。這個模型揭示了酶的專一性。
拓展題1.（1）A點：隨著反應底物濃度的增加，反應速率加快。B點：反應速率在此時達到最高。C點：反應速率不再隨反應底物濃度的增加而升高，維持在相對穩定的水平。
（2）如果A點時溫度升高10 ℃，曲線上升的幅度變小。因為圖中原曲線表示在最適溫度下催化速率隨底物濃度的變化。溫度高于或低于最適溫度，反應速率都會變慢。
（3）該曲線表明，B點的反應底物的濃度足夠大，是酶的數量限制了反應速率的提高，這時加入少量的酶，會使反應速率加快（圖略）。
酶催化作用的特點
生物體內的各種化學反應，幾乎都是由酶催化的。酶所催化的反應叫酶促反應。酶促反應中被酶作用的物質叫做底物。經反應生成的物質叫做產物。酶作為生物催化劑，與一般催化劑有相同之處，也有其自身的特點。
相同點：（1）改變化學反應速率，本身不被消耗； （2） 只能催化熱力學允許進行的反應； （3） 加快化學反應速率，縮短達到平衡時間，但不改變平衡點；（4）降低活化能，使速率加快。
不同點：（1）高效性，指催化效率很高，使得反應速率很快；（2）專一性，任何一種酶只作用于一種或幾種相關的化合物，這就是酶對底物的專一性；（3）多樣性，指生物體內具有種類繁多的酶；（4）易變性，由于大多數酶是蛋白質，因而會被高溫、強酸、強堿等破壞；（5）反應條件的溫和性，酶促反應在常溫、常壓、生理pH條件下進行；（6）酶的催化活性受到調節、控制；（7）有些酶的催化活性與輔因子有關。
酶的作用機理
酶催化反應的某些獨特性質為許多酶促反應所共有，可概括如下。
（1）酶反應可分為兩類，一類反應僅僅涉及到電子的轉移，另一類反應涉及到電子和質子兩者或者其他基團的轉移，大部分反應屬于第二類。（2）酶的催化作用是由氨基酸側鏈上的功能基團和輔酶為媒介的。
（3）酶催化反應的最適pH范圍通常是狹小的。（4）與底物相比較，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些。這是因為在大多數情況下，只有活性部位圍著底物。此外，一個巨大的酶結構對穩定活性部位的構象是必要的。（5）酶除了具有進行催化反應所必需的活性基團外，還有別的特性，使酶促反應的進行更有利，并使更復雜的多底物反應按一定途徑進行，這些已超過了較簡單的催化劑的范疇。酶的復雜的折疊結構使這些作用成為可能。
影響酶作用的因素
酶的催化活性的強弱以單位時間（每分）內底物減少量或產物生成量來表示。研究某一因素對酶促反應速率的影響時，應在保持其他因素不變的情況下，單獨改變研究的因素。
影響酶促反應的因素常有：酶的濃度、底物濃度、pH值、溫度、抑制劑、激活劑等。其變化規律有以下特點。
（1）酶濃度對酶促反應的影響在底物足夠，其他條件固定的條件下，反應系統中不含有抑制酶活性的物質及其他不利于酶發揮作用的因素時，酶促反應的速率與酶濃度成正比。
（2）底物濃度對酶促反應的影響在底物濃度較低時，反應速率隨底物濃度增加而加快，反應速率與底物濃度近乎成正比；在底物濃度較高時，底物濃度增加，反應速率也隨之加快，但不顯著；當底物濃度很大，且達到一定限度時，反應速率就達到一個最大值，此時即使再增加底物濃度，反應速率幾乎不再改變。
（3）pH對酶促反應的影響每一種酶只能在一定限度的pH范圍內才表現活性，超過這個范圍酶就會失去活性。在一定條件下，每一種酶在某一個pH時活力最大，這個pH稱為這種酶的最適pH。
（4）溫度對酶促反應的影響酶促反應在一定溫度范圍內反應速率隨溫度的升高而加快；但當溫度升高到一定限度時，酶促反應速率不僅不再加快反而隨著溫度的升高而下降。在一定條件下，每一種酶在某一溫度時活力最大，這個溫度稱為這種酶的最適溫度。
（5）激活劑對酶促反應的影響激活劑可以提高酶活性，但不是酶活性所必需的。激活劑大致分兩類：無機離子和小分子化合物。
（6）抑制劑對酶促反應的影響抑制劑使酶活性下降，但不使酶變性。抑制劑作用機制分兩種：可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。
第2節 細胞的能量“通貨”──ATP
（一）問題探討
1.螢火蟲發光的生物學意義主要是相互傳遞求偶信號，以便交尾、繁衍后代。
2.螢火蟲腹部后端細胞內的熒光素，是其特有的發光物質。
3.有。螢火蟲腹部細胞內一些有機物中儲存的化學能，只有在轉變成光能時，螢火蟲才能發光。
（二）思考與討論
1.1分子葡萄糖所含的能量，約是1分子ATP所含能量的94倍（指ATP轉化為ADP時釋放的能量）。
2.有道理。糖類和脂肪分子中的能量很多而且很穩定，不能被細胞直接利用。這些穩定的化學能只有轉化成ATP分子中活躍的化學能，才能被細胞直接利用。
（三）練習 基礎題1.B。
2.提示：吸能反應：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應，需要消耗能量，是吸能反應。這一反應所需要的能量是由ATP水解為ADP時釋放能量來提供的。放能反應：如丙酮酸的氧化分解，能夠釋放能量，是放能反應。這一反應所釋放的能量除以熱能形式散失外，用于ADP轉化為ATP的反應，儲存在ATP中。
3.提示：在儲存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下兩個特點：一是ATP分子中含有的化學能比較少，一分子ATP轉化為ADP時釋放的化學能大約只是一分子葡萄糖的1/94；二是ATP分子中所含的是活躍的化學能，而葡萄糖分子中所含的是穩定的化學能。葡萄糖分子中穩定的化學能只有轉化為ATP分子中活躍的化學能，才能被細胞利用。
拓展題 提示：植物、動物、細菌和真菌等生物的細胞內都具有能量“通貨”──ATP，這可以從一個側面說明生物界具有統一性，也反映種類繁多的生物有著共同的起源。
第3節 ATP的主要來源──細胞呼吸
（一）問題探討
1.兩者的共同點是：都是物質的氧化分解過程；都能產生二氧化碳等產物，并且都釋放出能量。
2.不能。否則，組成細胞的化合物會迅速而徹底地氧化分解，能量會迅速地全部釋放出來，細胞的基本結構也就會遭到徹底的破壞。
3.在無氧條件下，細胞能夠通過無氧呼吸來釋放能量。但是，無氧呼吸比有氧呼吸釋放的能量要少許多。
（二）探究
提示：重鉻酸鉀可以檢測有無酒精存在。這一原理可以用來檢測汽車司機是否喝了酒。具體做法是：讓司機呼出的氣體直接接觸到載有用硫酸處理過的重鉻酸鉀或三氧化鉻的硅膠（兩者均為橙色），如果呼出的氣體中含有酒精，重鉻酸鉀或三氧化鉻就會變成灰綠色的硫酸鉻。
（三）小字部分的問題
有氧呼吸的能量轉換效率大約是40%。這些能量大約可以使2.3×1025個ATP轉化為ADP。
（四）旁欄思考題
提示：一般來說，如果無氧呼吸產生的乳酸或酒精過多，會對細胞產生毒害。酵母菌在無氧以及其他條件適合的情況下，隨著發酵產物（如酒精）的增多，營養物質的減少以及pH發生變化等的影響，它的繁殖速率逐漸下降，死亡率逐漸上升，酒精發酵最終就會停止。其他的例子如用乳酸桿菌使牛奶發酵形成酸牛奶，最終情況也是這樣。
（五）資料分析2.提示：胖人通過適量的運動，細胞呼吸的速率會加快，細胞內有機物的分解會增加，體重就會下降。應當將蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等冷涼的地方儲藏，這樣能夠降低細胞呼吸的速率，減少細胞內有機物的損耗。
（六）練習 基礎題1.C。? 2.B。
3.提示：有氧呼吸與無氧呼吸的第一個階段完全相同：都不需要氧；都與線粒體無關。聯想到地球的早期以及原核細胞的結構，可以作出這樣的推測：在生物進化史上先出現無氧呼吸而后才出現有氧呼吸，即有氧呼吸是由無氧呼吸發展變化而形成的。先出現原核細胞而后出現真核細胞，即真核細胞是由原核細胞進化而來的。4.不能。因為綠色植物在光合作用中也能形成ATP。
拓展題 提示：人與鳥類和哺乳類維持體溫的能量來源都是細胞呼吸。在這些生物的細胞呼吸過程中，葡萄糖等分子中穩定的化學能釋放出來：除一部分儲存在ATP中外，其余的則轉化成熱能，可以直接用于提升體溫；ATP水解釋放出的能量，除了維持各項生命活動外，有一部分也能轉化成熱能，用于提升體溫。而維持體溫的相對穩定，還需復雜的調節機制。
細胞呼吸原理的應用
選用“創可貼”等敷料包扎傷口，既為傷口敷上了藥物，又為傷口創造了疏松透氣的環境、避免厭氧病原菌的繁殖，從而有利于傷口的痊愈。
對于板結的土壤及時進行松土透氣，可以使根細胞進行充分的有氧呼吸，從而有利于根系的生長和對無機鹽的吸收。此外，松土透氣還有利于土壤中好氧微生物的生長繁殖，這能夠促使這些微生物對土壤中有機物的分解，從而有利于植物對無機鹽的吸收。
酵母菌是兼性厭氧微生物。酵母菌在適宜的通氣、溫度和pH等條件下，進行有氧呼吸并大量繁殖；在無氧條件下則進行酒精發酵。醋酸桿菌是一種好氧細菌。在氧氣充足和具有酒精底物的條件下，醋酸桿菌大量繁殖并將酒精氧化分解成醋酸。
谷氨酸棒狀桿菌是一種厭氧細菌。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌能將葡萄糖和含氮物質（如尿素、硫酸銨、氨水）合成為谷氨酸。谷氨酸經過人們的進一步加工，就成為谷氨酸鈉──味精。
水稻的根系適于在水中生長，這是因為水稻的莖和根能夠把從外界吸收來的氧氣通過氣腔運送到根部各細胞，而且與旱生植物相比，水稻的根也比較適應無氧呼吸。但是，水稻根的細胞仍然需要進行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧氣不足，水稻根的細胞就會進行酒精發酵，時間長了，酒精就會對根細胞產生毒害作用，使根系變黑、腐爛。
較深的傷口里缺少氧氣，破傷風芽孢桿菌適合在這種環境中生存并大量繁殖。所以，傷口較深或被銹釘扎傷后，患者應及時請醫生處理。
有氧運動是指人體細胞充分獲得氧的情況下所進行的體育鍛煉。人體細胞通過有氧呼吸可以獲得較多的能量。相反，百米沖刺和馬拉松長跑等無氧運動，是人體細胞在缺氧條件下進行的高速運動。無氧運動中，肌細胞因氧不足，要靠乳酸發酵來獲取能量。因為乳酸能夠刺激肌細胞周圍的神經末梢，所以人會有肌肉酸脹乏力的感覺
第4節 能量之源──光與光合作用
（一）問題探討
1.用這種方法可以提高光合作用強度。因為葉綠素吸收最多的是光譜中的藍紫光和紅光。不同顏色的光照對植物的光合作用會有影響。
2.因為葉綠素對綠光吸收最少，所以不使用綠色的塑料薄膜或補充綠色光源。
（二）實驗
1.濾紙條上有4條不同顏色的色帶，從上往下依次為：胡蘿卜素（橙黃色）、葉黃素（黃色）、葉綠素a（藍綠色）、葉綠素b（黃綠色）。這說明綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散的快慢也不一樣。
2.濾紙上的濾液細線如果觸到層析液，細線上的色素就會溶解到層析液中，就不會在濾紙上擴散開來，實驗就會失敗。
（三）資料分析
1.恩格爾曼實驗的結論是：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。
2.提示：實驗材料選擇水綿和好氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗；臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果，等等。
3.葉綠體是進行光合作用的場所。
（四）旁欄思考題
提示：持這種觀點的人，很可能是在無光條件下做的這個實驗。無光時，植物不進行光合作用，只進行細胞呼吸，所以沒有釋放氧氣，而是釋放二氧化碳，也就是使空氣變污濁了。
（五）思考與討論1
1.光合作用的原料是二氧化碳和水，產物是糖類和氧氣，場所是葉綠體，條件是要有光，還需要多種酶等。光合作用的反應式是：
CO2 + H2O (CH2O) + O2
2.提示：從人類對光合作用的探究歷程來看，生物學的發展與物理學和化學的研究進展關系很密切。例如，直到1785年，由于發現了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳，這個事例說明生物學的發展與化學領域的研究進展密切相關。又如，魯賓和卡門利用同位素標記法證明光合作用釋放的氧氣來自水，而不是來自二氧化碳；卡爾文用同位素示蹤技術探明了二氧化碳中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑，都說明在科學發展的進程中，相關學科的互相促進，以及技術手段的進步對科學發展的推動作用。
（六）思考與討論2
1.?
光反應階段
暗反應階段
所需條件
必須有光
有光無光均可
進行場所
類囊體的薄膜上
葉綠體內的基質中
物質變化
H2O分解成O2和［H］；形成ATP
二氧化碳被固定；C3被［H］還原，最終形成糖類；ATP轉化成ADP和Pi
能量轉換
光能轉變為化學能，儲存在ATP中
ATP中的化學能轉化為糖類中儲存的化學能
2.物質聯系：光反應階段產生的［H］，在暗反應階段用于還原C3；
能量聯系：光反應階段生成的ATP，在暗反應階段中將其儲存的化學能釋放出來，幫助C3形成糖類，ATP中的化學能則轉化為儲存在糖類中的化學能。
（七）第一小節練習 基礎題1.（1）×；（2）√。2.B。3.結論是：葉綠體主要吸收紅光和藍光用于光合作用，放出氧氣。
拓展題1.植物體吸收光能的色素， 還存在于植物幼嫩的莖和果實等器官的一些含有光合色素的細胞中。
2.提示：是的。不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水層對光波中的紅、橙部分吸收顯著多于對藍、綠部分的吸收，即到達深水層的光線是相對富含短波長的光，所以吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方。
（八）第二小節練習 基礎題1.（1）√；（2）×。2.B。? 3.D。? 4.C。? 5.D。? 6.B。
7.光合作用中光反應階段的能量來源是光能，暗反應階段的能量來源是ATP。
8.白天若突然中斷二氧化碳的供應，葉綠體內首先積累起來的物質是五碳化合物。
拓展題
1.（1）根據圖中的曲線表明，7～10時光合作用強度不斷增強，這是因為在一定溫度和二氧化碳供應充足的情況下，光合作用的強度是隨著光照加強而增強的。
（2）在12時左右光合作用強度明顯減弱，是因為此時溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉，二氧化碳供應減少，導致光合作用強度明顯減弱。
（3）14～17時光合作用強度不斷下降的原因，是因為此時光照強度不斷減弱。
光合作用反應過程概要
光合作用分為光反應和暗反應兩個階段。在光反應中，葉綠素吸收光能，葉綠素分子中的電子被激發到較高的能級。被激發的電子沿著分布在類囊體膜上的一系列電子傳遞體轉移。在傳遞過程中，質子被泵送到類囊體腔內，在類囊體膜兩側形成質子梯度，用來驅動ATP的合成。沿著電子載體傳遞的電子最后提供給NADP+，將NADP+還原為NADPH。葉綠素分子失去的電子則由水分子中氧原子中的電子來補充，水分子中的氧原子則被氧化為氧氣。上述反應都發生在葉綠體的類囊體中。由光反應產生的ATP和NADPH，為暗反應提供能量和還原力，通過卡爾文循環，將二氧化碳轉化為糖類。暗反應起始于葉綠體基質，延續到細胞質。最終，在植物的葉片中生成有機物，并以蔗糖的形式進一步運輸到植物體的其他組織。
自我檢測的答案和提示 一、概念檢測 判斷題1.√。? 2.×。? 3.√。選擇題1.D。? 2.D。
畫概念圖
二、知識遷移 提示：松土是我國農業生產中一項傳統的耕作措施。松土可以增加土壤的透氣性，能促進土壤中枯枝落葉、動物遺體和糞便等有機物的分解，從而有利于農作物生長。但是，松土容易造成水土流失，可能成為沙塵暴的一種誘發因素。科學研究表明，產生沙塵的地表物質以直徑為0.005~0.06 mm的粉塵為主，這些粉塵主要來自農田。由于松土促進了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的分解和排放，從而使溫室效應和全球氣候變暖問題變得更加嚴重。此外，松土還增加了農業生產的成本。為此，農業生產上應當提倡免耕法。
免耕法又叫保護性耕作法，是指農業生產中平時不用或盡量少用松土措施（能保證種子發芽出土即可），收獲時只收割麥穗或稻穗等部位，而將經過處理后的農作物秸稈和殘茬保留在農田地表，任其腐爛，以便盡量恢復土壤的自然狀態并保護土壤，避免水分蒸發。對于農業病蟲害和農田雜草，則主要通過使用農藥和除草劑來解決。免耕法有利于水土保持，能減少沙塵暴的發生，并能提高土壤的肥力。
三、技能訓練
1.提示：對于具有兩個變量的對照實驗，探究的原則是先探究其中的一個變量，然后探究另一個變量。為了節省時間和實驗材料，一些探究兩個變量的實驗可以同時進行操作。例如，本實驗可以參照下表同時進行，然后對2個變量的4組實驗數據，分別進行分析研究。
20 ℃
50 ℃
6 h
12 h
6 h
12h
???
???
???
???
2.
比較項目
光合作用
細胞呼吸
場所
植物細胞內的葉綠體
細胞內的線粒體和細胞質基質
原料
CO2和H2O
C6H12O6 （或和O2）； C6H12O6是光合作用的產物，其中所含的能量最終來自光能
條件
光能、酶
酶
產物
（CH2O）和O2；（CH2O）中的能量由光能轉化而來，（CH2O）可以為細胞呼吸提供原料
CO2和H2O，或C3H6O3，或C2H5OH和CO2；C3H6O3和C2H5OH中含有的能量最終也來自光能
四、思維拓展
哈密地區位于我國的高緯度地區（夏季的白天長），陽光充足，而且光照強烈，所以哈密瓜植株的葉片進行光合作用的時間長，光合作用的強度大，積累的糖類自然就會很多。哈密地區夜間溫度比較低，哈密瓜植株的細胞呼吸相對比較弱，消耗的糖類物質就會比較少。這樣，哈密瓜內積存的糖類比較多。哈密瓜細胞內的糖類在有關酶的催化作用下，最終轉化成果糖和葡萄糖，所以哈密瓜特別甜。
自己的家鄉或社區如果想種植哈密瓜并使瓜甜，就要模仿哈密地區的自然條件，創造類似的生態環境，如采取白天適當增加光照時間和光照強度，夜間適當降低溫度等措施。
第6章 細胞的生命歷程
第1節 細胞的增殖
（一）問題探討
1.象與鼠相應器官和組織的細胞大小無明顯差異。
2.生物體的生長，既靠細胞分裂增加細胞的數量，還要靠細胞生長增大細胞的體積。
（二）實驗1
1.當NaOH與含酚酞的瓊脂塊相遇時，其中的酚酞變成紫紅色，這是常用的檢測NaOH的方法，從瓊脂塊的顏色變化就知道NaOH擴散到多遠；在相同時間內，NaOH在每一瓊脂塊內擴散的深度基本相同，說明NaOH在每一瓊脂塊內擴散的速率是相同的。
2.根據球體的體積公式V=4/3πr3，表面積公式S=4πr2，計算結果如下表。
細胞直徑（μm）
表面積（μm2）
體積（μm3）
比值（表面積/體積）
20
1 256
4 187
0.30
30
2 826
14 130
0.20
3.細胞越大，物質運輸的效率越低，所以多細胞生物體是由許多細胞而不是由少數體積更大的細胞構成的。細胞越大，需要與外界環境交流的物質越多；但是細胞體積越大，其表面積相對越小，細胞與周圍環境之間物質交流的面積相對小了，所以物質運輸的效率越低。
（三）實驗2
1.間期的細胞最多。因為間期時間最長。
2.每一時期的時間=洋蔥的細胞周期（12 h）×每一時期的細胞數占計數細胞總數的比例
（四）批判性思維 細胞體積的最小限度，是由完成細胞功能所必須的基本結構（如核糖體）和物質（如酶）所需要的空間決定的。
（五）旁欄思考題 有絲分裂的絲指的是紡錘絲。
（六）技能訓練 提示：限制細胞長大的因素主要有兩方面。1.細胞表面積與體積的比。原生動物細胞中的伸縮泡就是增大膜表面積與體積的比。2.細胞的核質比，細胞核所控制的細胞大小與核的大小成比例。所以像草履蟲這樣個體較大的細胞有兩個細胞核，保證正常的核質比。
（七）練習 基礎題1.C。? 2.A。? 3.D。? 4.C，E。? 5.B。
拓展題 1.提示：卵細胞的卵黃中貯存了大量營養物質，卵裂初期所需的營養物質由卵黃提供，不是靠細胞外物質的輸入；細胞的表面積與體積之比限制細胞的物質運輸，而卵細胞內部儲存了大量的營養物質，可以長得比較大。
細胞的增殖周期
細胞從前一次分裂結束開始，到下一次分裂結束為止，這樣一個周期叫做細胞增殖周期。
20世紀50年代以前，人們把細胞增殖周期劃分為分裂期和靜止期兩個階段。當時認為分裂期是細胞增殖周期中的主要階段。近年來，由于放射自顯影和細胞化學等技術的迅速發展，對于細胞增殖過程的動態研究也日趨深入。現在了解到，過去一直被忽視的所謂“靜止期”卻是細胞增殖周期中極為關鍵的一個階段，因為與DNA分子復制有關的一系列代謝反應，都是在這個階段進行的。所以現在都把“靜止期”叫做間期。
現在，一般把細胞增殖周期分為兩個階段：間期和分裂期。細胞在前一次分裂結束之后就進入間期，這時就是新的細胞周期的開始。間期一共分為三個分期。間期結束就進入有絲分裂期。根據目前的認識，整個細胞增殖周期可以分為G1、S、G2、M四個小分期，如下表：
細胞增殖周期中的各個分期，各有其不同的特點。
G1期的特點? G1期是從上次細胞增殖周期完成以后開始的。G1期是一個生長期。在這一時期中主要進行RNA和蛋白質的生物合成，并且為下階段S期的DNA合成做準備，特別是合成DNA的前身物質、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系，以及儲備能量。
S期的特點? 從G1期進入S期是細胞增殖的關鍵時刻。S期最主要的特征是DNA的合成。DNA分子的復制就是在這個時期進行的。通常只要DNA的合成一開始，細胞增殖活動就會進行下去，直到分成兩個子細胞。
G2期的特點? G2期又叫做“有絲分裂準備期”，因為它主要為后面的M期做準備。在G2期中，DNA的合成終止，但是還有RNA和蛋白質的合成，不過其合成量逐漸減少。特別是微管蛋白的合成，為M期紡錘體微管的組裝提供原料。
M期的特點? 細胞一旦完成了細胞分裂的準備，就進入有絲分裂期。細胞分裂期是一個連續的過程，為了研究的方便，可以人為地將它分成前、中、后、末四個時期。M期的細胞有極明顯的形態變化。間期中的染色質（主要成分是DNA和蛋白質），在M期濃縮成染色體形態。染色體的形成、復制和移動等活動，保證了將S期復制的兩套DNA分子平均地分到兩個子細胞中去。
第2節 細胞的分化
（一）問題探討
1.健康人會不斷產生新的血細胞，補充到血液中去。
2.骨髓中造血干細胞能夠通過增殖和分化，不斷產生不同種類的血細胞。
（二）旁欄思考題
1.提示：細胞分化的實例：如根尖的分生區細胞不斷分裂、分化，形成成熟區的輸導組織細胞、薄壁組織細胞、根毛細胞等；胚珠發育成種子，子房發育成果實；受精卵發育成蝌蚪，再發育成青蛙；骨髓造血；皮膚再生等都包涵著細胞的分化。
2.動物細胞的全能性隨著細胞分化程度的提高而逐漸受到限制，細胞分化潛能變窄，這是指整體細胞而言。可是細胞核則不同，它含有保持本物種遺傳性所需要的全套基因，并且并沒有因細胞分化而失去基因，因此，高度分化的細胞核仍然具有全能性。這可以從細胞核移植實驗以及其他的實驗證據中得到證實。
（三）資料搜集和分析
1.在個體發育過程中，通常把那些具有自我復制能力，并能在一定條件下分化形成一種以上類型細胞的多潛能細胞稱為干細胞。干細胞有很多種類型，大體上可分為成體干細胞和胚胎干細胞。
2.提示：干細胞的研究為替換病變的組織和器官，某些癌癥和遺傳病的治療帶來新的希望。
（四）練習 基礎題1.數目增多，染色體數目，穩定性差異。2.C。
拓展題
1.提示：通過植物組織培養技術繁殖花卉，保證花木的優良品質不變，并且繁殖得快；通過體細胞克隆哺乳動物；干細胞移植治療白血病；利用干細胞技術解決器官移植缺少供體器官的難題等。
2.提示：動物細胞特別是高等動物細胞隨著胚胎的發育，細胞分化潛能變窄。肌細胞是已分化的細胞，它通常不能轉化為其他類型的細胞，因而不能用肌細胞代替干細胞培育組織和器官。
干細胞及其分類
一個成熟或者已分化的細胞進行分裂通常只能產生同種類型的細胞，而一個干細胞則可以分化形成多種類型的細胞。干細胞有很多種類型，它們存在于從胚胎到成體各個階段的組織和器官里。胚胎干細胞分裂速度快，并且有產生多種分化細胞類型的潛力，因此，它們也被稱為多能干細胞。成體干細胞分布于很多組織中，但是它們數量稀少，分裂頻率低，分化潛力也很有限。事實上，很多類型的干細胞至今沒有在成體中找到。例如，肺上皮細胞缺陷會造成囊性纖維化，而成體中還沒有發現可以產生這種細胞的干細胞。
利用干細胞進行各種疾病治療的關鍵在于能否成功分離胚胎干細胞和成體干細胞，并將它們在體外擴增后用于替代受損的組織。一般認為每種成體干細胞只能分化產生幾種相關的成熟細胞類型，但最近有研究表明，在某些環境中，一種干細胞類型可以轉化成其他類型的細胞，例如，造血干細胞可以分化形成神經細胞。
因為大多數疾病只是由于一類細胞損壞造成的，所以針對特定細胞類型的干細胞治療要比原來整個器官的移植更具優勢。例如，帕金森氏綜合癥、多發性硬化和糖尿病等慢性疾病非常適合利用干細胞治療。但是，在一些患有慢性疾病或多組織急性衰竭患者的受損組織中，通常很難再找到合適的干細胞。即使能夠分離到相應的干細胞，也不一定能保證通過體外培養獲得治療所需的數量。
最具潛力的干細胞是從胚泡中分離的胚胎干細胞。發育5天的人類胚泡最多有100個細胞，其中包括兩種類型：將來發育成胎盤的外層細胞和發育成胚胎的內層細胞，即內細胞團（ICM）。通常，移除外層細胞將導致ICM無法發育形成胚胎，但是，ICM可以在培養皿中快速分裂產生胚胎干細胞。
胚胎干細胞有很多顯著的特征。例如，雖然它們在染色體組型等方面和正常的細胞沒有差別，但卻可以在體外無限增殖。另外，胚胎干細胞在體外可以分化形成很多類型的細胞，這些細胞再移植回動物體內，可以在一定程度上改善一些模型動物的病情。如果有辦法攻克免疫排斥的難題，胚胎干細胞移植有可能成為治療多種疾病的有效途徑。
細胞核移植──治療性克隆
最理想的干細胞治療是使用來自患者自身的胚胎干細胞。然而，除了早期胚胎以外，我們無法從其他渠道獲得胚胎干細胞。那么，在成體中逆轉細胞正常分化的方向，從而得到適合的干細胞成了另一條可能的途徑。實驗設計的基本想法是用某種物質將成體細胞逆轉成胚性細胞。這些物質可以來自早期胚胎本身，也可以來自卵細胞，因為卵細胞豐富的細胞質中含有早期胚胎發育所必須的因子。這些因子也同樣可以使體細胞核進入早期胚胎發育的狀態，所以，除去卵細胞的核并植入來自成人細胞的核，就可能得到一個胚胎。
現在人們關注的焦點是能否利用核移植技術制造人類胚胎干細胞用以治療疾病，并且，能否利用患者自身的細胞來滿足特異性要求，解決免疫抑制的問題，確切地說，科學家還沒有找到最終答案。目前，核移植技術在很多物種中取得了成功，但在某些物種中卻失敗了，如果將這一技術用于人類，結果將會如何，目前還沒有清晰的答案。
患者特異性干細胞治療
適合干細胞治療的方法主要有兩種。一種是利用患者的活組織提取細胞核，轉入捐獻者的卵母細胞，重建早期胚胎并在體外培養至胚泡階段，分離ICM得到胚胎干細胞。它們與患者有共同的遺傳組成，所以可被視為患者的擴展部分。然后，利用研究小鼠模型所積累的經驗，將胚胎干細胞誘導成與疾病相關的細胞類型，用于治療帕金森氏綜合癥、心臟病或脊髓損傷等。最近的研究表明，還可以使人類胚胎干細胞沿著特定的軌跡分化。不過，目前還不知道哪種活組織是最好的細胞核供體。另一種方法是將某種成體干細胞誘導成另一種適合治療疾病的類型，其優勢是顯而易見的。
不過，成體干細胞非常稀少并且很難獲取，例如，造血干細胞僅占血細胞總量的1/107；雖然它在骨髓中的含量相對多些，但仍然稀少。盡管造血干細胞還可以取自新生兒的臍帶血，但是臍帶血需預先儲備并且無法重復利用。目前還沒有關于純化臍帶血造血干細胞方法的報道，并且它們可否產生造血系統以外的其他細胞類型尚不清楚。另外，有研究人員認為，胰管中存在可以產生胰島細胞的干細胞，但是還沒有分離它們的辦法。
目前，大多數使用胚胎干細胞和成體干細胞的實驗都是在小鼠中進行的。其中，胚胎干細胞的研究結果尤其令人振奮，它們在移植后通常有較高的存活率并且能長時間地執行功能。很多實驗表明它們至少可以部分地緩解病情。
雖然成體干細胞能有效地補充原有細胞類型，但是目前極少有證據顯示它們能夠轉變類型，因此現在很難斷定這是一條有效的治療途徑。或許這只是意味著我們需要做更多的研究，尤其是針對成體干細胞。
第3節 細胞的衰老和凋亡
（一）問題探討
1.提示：人體的衰老特征：白發，皺紋，老年斑，耳聾，眼花，行動遲緩，記憶力減退等。
2.老年人體內還會有幼嫩的細胞，如精原細胞仍能增殖產生精子，造血干細胞一生都能增殖產生各種類型的血細胞；年輕人體內也有衰老的細胞，如皮膚表皮細胞衰老成角質層細胞，最后細胞凋亡、脫落。
3.人體衰老與細胞衰老并不是一回事。人體內的細胞總是在不斷更新著，總有一部分細胞處于衰老或走向死亡的狀態。但從總體上看，個體衰老的過程也是組成個體的細胞普遍衰老的過程。
（二）旁欄思考題
老年斑是由于細胞內的色素隨著細胞衰老而逐漸積累造成的。衰老細胞中出現色素聚集，主要是脂褐素的堆積。脂褐素是不飽和脂肪酸的氧化產物，是一種不溶性顆粒物。不同的細胞在衰老過程中脂褐素顆粒的大小也有一定的差異。皮膚細胞的脂褐素顆粒大，就出現了老年斑。
（三）技能訓練 1.細胞的壽命與分裂能力無關。壽命短的細胞不一定能分裂，如白細胞。
2.有關系。3.提示：學生可作出各種推測。皮膚表皮細胞的壽命約為10 d，生發層細胞分裂能力強。
（四）練習 基礎題1.（1）×；（2）√；（3）×。2.C。
拓展題 提示：細胞凋亡的速率與它們的功能有關系。因為白細胞的功能是吞噬病菌等，所以白細胞凋亡的速率很快。細胞凋亡不僅保證了多細胞生物個體發育的正常進行，而且在維持生物體內部環境的穩定，抵御外界各種因素的干擾方面也都起著非常關鍵的作用。
細胞衰老的特征
（1）形態變化
細胞核：增大，染色深，核內有包含物，核膜內陷。染色質：凝聚，固縮，碎裂，溶解。
細胞膜：黏度增加，流動性降低。細胞質：色素積聚，空泡形成。
線粒體：數目減少，體積增大。高爾基體：碎裂。包含物：糖原減少，脂肪積聚。
（2）分子水平的變化
DNA：在總體上，DNA復制與轉錄在細胞衰老時均受抑制，但個別基因可能會異常激活；端粒DNA縮短，線粒體DNA特異缺失；DNA氧化、斷裂、缺失和交聯，甲基化程度降低。
RNA：mRNA和tRNA含量降低。
蛋白質：合成減弱；細胞內蛋白質發生糖基化、氨甲酰化、脫氨基等修飾反應，導致蛋白質穩定性、抗原性、可降解性下降；自由基使蛋白質肽鏈斷裂、交聯而變性；氨基酸由左旋變為右旋。
酶分子：活性中心被氧化；金屬離子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丟失；酶分子的二級結構、溶解度、等電點發生改變；酶部分或完全失活。
脂質：不飽和脂肪酸被氧化，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯，膜的流動性降低。
第4節 細胞的癌變
（一）問題探討
1.提示：日光浴使皮膚生發層細胞中的膽固醇在紫外線照射下轉化成維生素D，可以預防佝僂病、骨質疏松癥；同時在紫外線的照射下，表皮細胞可以產生黑色素，保護內部組織和器官。
2.提示：（1）盡量不在紫外線強烈輻射的時間和地點長時間進行日光浴。不同的地區由于經緯度不同，因而日照強度過強的時間長短不同。可以引導學生調查當地的紫外線輻射的情況。（2）涂上防曬霜，可以在一定程度上減弱紫外線輻射對皮膚的傷害。（3）使用防紫外線遮陽傘，可以適當減少紫外線輻射。
3.提示：臭氧層可以部分吸收紫外線。當臭氧層被破壞時，過多的紫外線輻射有可能傷及表皮細胞中的遺傳物質，嚴重時可能導致皮膚癌。
（二）資料分析1.“病從口入”也適用于癌癥。發霉的、熏制的、燒烤的以及高脂肪的食品中含有較多的致癌物質，如黃曲霉素、亞硝酸鹽、苯并〔α〕芘等。2.物理的，化學的，生物的。
（三）練習 基礎題1.（1）√；(2)√。
2.癌細胞的特點：細胞增殖失控，能夠無限增殖；細胞的形態結構發生顯著變化；容易在體內分散和轉移。
拓展題1.提示：不都是。如果早發現，有些癌癥完全可以通過手術切除、化療或放療治愈，如乳腺癌、胃癌、腸癌等。2.提示：（1）被動吸煙也可能導致肺癌。（2）其他因素可能導致肺癌。
癌癥的治療
目前，常用的治療方法仍然是手術切除。這就需要盡可能在早期發現癌組織，用外科手術完全清除。然而，這種方法對癌病灶已有多處轉移的患者顯然很難實施。遇到這種情形，必須采取“化學療法”和“放射線療法”輔助治療。首先使用抗癌藥物和放射線照射縮小轉移的癌病灶，再對原發病灶的癌組織進行切除。
放射線療法是使用高能X射線或γ射線集中照射患病部位，殺死癌細胞。這里利用的是射線對細胞DNA的損傷作用。放射線療法不適于病灶范圍已經擴大的患者。
化學療法主要利用抗癌劑殺死癌細胞。常用的抗癌劑包括細胞分裂抑制劑、細胞增殖蛋白合成的抑制劑等。多種抗癌劑混合使用往往可以獲得較好的療效，并且副作用小。
免疫療法主要通過提高機體免疫能力，特別是通過增殖和活化T淋巴細胞，增強機體免疫系統抵抗癌組織的能力。
自我檢測的答案和提示 一、概念檢測 判斷題1.×。? 2.√。
選擇題1.C。? 2.D。? 3.A。? 4.A。? 5.C。? 6.A。
二、技能應用1.提示：（1）2～21.3；（2）21.3～40.6。2.細胞周期：19.3 h；間期：17.3 h；分裂期：2 h。
三、思維拓展 提示：用哺乳動物小鼠進行胚細胞培養和成體細胞核移植實驗。
實驗設計和預期實驗結果如下，從而證明動物細胞分化程度越高，它的全能性越受到限制，但細胞核仍具有全能性。
步驟1：分離小鼠8細胞胚胎的一個細胞，培養到胚泡時期，移植到代孕母體子宮中，結果發育成小鼠；
步驟2：分離囊胚期細胞，移植到代孕母體子宮中，結果不能發育成小鼠；
步驟3：分離囊胚期細胞，將其核移植到去核的卵細胞中，可發育成小鼠；
步驟4：分離小鼠腸上皮細胞，將其核移植到去核的卵細胞中，可發育成小鼠。
《普通高中課程標準實驗教科書 生物2 必修 遺傳與進化》
第一章　遺傳因子的發現教材分析
第1節　孟德爾的豌豆雜交實驗（一）
（一）問題探討
1.粉色。因為按照融合遺傳的觀點，雙親遺傳物質在子代體內混合，子代呈現雙親的中介性狀，即紅色和白色的混合色──粉色。
2.提示：此問題是開放性問題，目的是引導學生觀察、分析身邊的生物遺傳現象，學生通過對遺傳實例的分析，辨析融合遺傳觀點是否正確。有些學生可能舉出的實例是多個遺傳因子控制生物性狀的現象（如人體的高度等），從而產生諸多疑惑，教師對此可以不做過多的解釋。只要引導學生能認真思索，積極探討，投入學習狀態即可。
（二）實驗
1.與每個小組的實驗結果相比，全班實驗的總結果更接近預期的結果，即彩球組合類型數量比DD∶Dd∶dd=1∶2∶1，彩球代表的顯性與隱性類型的數值比為3∶1。因為實驗個體數量越大，越接近統計規律。
如果孟德爾當時只統計10株豌豆雜交的結果，則很難正確地解釋性狀分離現象，因為實驗統計的樣本數目足夠多，是孟德爾能夠正確分析實驗結果的前提條件之一。當對10株豌豆的個體做統計時，會出現較大的誤差。
2.模擬實驗的結果與孟德爾的假說是相吻合的。因為甲、乙小桶內的彩球代表孟德爾實驗中的雌、雄配子，從兩個桶內分別隨機抓取一個彩球進行組合，實際上模擬雌、雄配子的隨機組合，統計的數量也足夠大，出現了3∶1的結果。但證明某一假說還需實驗驗證。
（三）技能訓練 提示：將獲得的紫色花連續幾代自交，即將每次自交后代的紫色花選育再進行自交，直至自交后代不再出現白色花為止。
（四）旁欄思考題 不會。因為滿足孟德爾實驗條件之一是雌、雄配子結合機會相等，即任何一個雄配子（或雌配子）與任何一個雌配子（或雄配子）的結合機會相等，這樣才能出現3∶1的性狀分離比。
（五）練習 基礎題1.B。2.B。
3.（1）在F1水稻細胞中含有一個控制合成支鏈淀粉的遺傳因子和一個控制合成直鏈淀粉的遺傳因子。在F1形成配子時，兩個遺傳因子分離，分別進入不同配子中，含支鏈淀粉遺傳因子的配子合成支鏈淀粉，遇碘變橙紅色；含直鏈淀粉遺傳因子的配子合成直鏈淀粉，遇碘變藍黑色，其比例為1∶1。
（2）孟德爾的分離定律。即在F1形成配子時，成對的遺傳因子發生分離，分離后的遺傳因子分別進入不同的配子中。（3）2。4.（1）白色；黑色。（2）性狀分離；白毛羊為雜合子，雜合子在自交時會產生性狀分離現象。
拓展題
1.（1）將被鑒定的栗色公馬與多匹白色母馬配種，這樣可在一個季節里產生多匹雜交后代。
（2）雜交后代可能有兩種結果：一是雜交后代全部為栗色馬，此結果說明被鑒定的栗色公馬很可能是純合子；二是雜交后代中既有白色馬，又有栗色馬，此結果說明被鑒定的栗色公馬為雜合子。
2.提示：選擇適宜的實驗材料是確保實驗成功的條件之一。孟德爾在遺傳雜交實驗中，曾使用多種植物如豌豆、玉米、山柳菊做雜交實驗，其中豌豆的雜交實驗最為成功，因此發現了遺傳的基本規律。這是因為豌豆具有適于研究雜交實驗的特點，例如，豌豆嚴格自花受粉，在自然狀態下是純種，這樣確保了通過雜交實驗可以獲得真正的雜種；豌豆花大，易于做人工雜交實驗；豌豆具有穩定的可以區分的性狀，易于區分、統計實驗結果。
3.提示：凱庫勒提出苯分子的環狀結構、原子核中含有中子和質子的發現過程等，都是通過假說—演繹法得出結論的。19世紀以前科學家對遺傳學的研究，多采用從實驗結果出發提出某種理論或學說。而假說—演繹法，是從客觀現象或實驗結果出發，提出問題，作出假設，然后設計實驗驗證假說的研究方法，這種方法的運用促進了生物科學的研究，使遺傳學由描述性研究進入理性推導和實驗驗證的研究階段。
第2節　孟德爾的豌豆雜交實驗（二）
（一）問題探討
提示：問題探討的目的是活躍學生的思維，引領學生進入新的學習狀態，教師可以通過水稻雜交育種等實例，使學生自然地認識到任何生物都不止表現一種性狀，后代表現的特征可以是兩個親本性狀組合的結果。進一步地思考討論，雙親的性狀是遵循什么規律進行組合、傳遞給后代的？在育種實踐中人類如何獲得所需的性狀組合？為導入新課做好準備。
（二）思考與討論
1.提示：豌豆適于作雜交實驗材料的優點有：（1）具有穩定的易于區分的相對性狀，如高莖和矮莖，高莖高度在1.5～2.0 m，矮莖高度僅為0.3 m左右，易于觀察和區分；（2）豌豆嚴格自花受粉，在自然狀態下可以獲得純種，純種雜交獲得雜合子；（3）花比較大，易于做人工雜交實驗。孟德爾正是因為選用了豌豆做雜交實驗，才能有效地從單一性狀到多對性狀研究生物遺傳的基本規律，才能對遺傳實驗結果進行量化統計，所以科學地選擇實驗材料是科學研究取得成功的重要保障之一。
2.提示：如果孟德爾只是研究多對相對性狀的遺傳，很難從數學統計中發現遺傳規律，因為如果研究n對相對性狀，將會有2n個性狀組合，這是很難統計的，也很難從數學統計中發現問題，揭示生物的遺傳規律。這也是前人在遺傳雜交實驗中留下的經驗與教訓，孟德爾恰恰借鑒了前人的遺傳研究經驗，改變實驗方法，從簡單到復雜地進行觀察、統計、分析實驗結果，從而發現問題、提出假說、實驗驗證、得出結論。
3.提示：如果孟德爾沒有對實驗結果進行統計學分析，他很難做出對分離現象的解釋。因為通過統計，孟德爾發現了生物性狀的遺傳在數量上呈現一定數學比例，這引發他揭示其實質的興趣。同時這也使孟德爾意識到數學概率，也適用于生物遺傳的研究，從而將數學的方法引入對遺傳實驗結果的處理和分析。
4.提示：作為一種正確的假說，不僅能解釋已有的實驗結果，還應該能夠預測另一些實驗結果。可參考教科書對“假說—演繹法”的解釋。
5.提示：（1）扎實的知識基礎和對科學的熱愛。孟德爾在維也納大學進修學習時，通過對自然科學的學習，使他具有生物類型是可變的，可以通過雜交產生新的生物類型等進化思想。同時孟德爾還學習數學，使他受到“數學方法可以應用于各門自然科學之中”的思想影響，產生應用數學方法解決遺傳學問題的想法，使孟德爾成為第一個認識到概率原理能用于預測遺傳雜交實驗結果的科學家。
（2）嚴謹的科學態度。孟德爾對雜交實驗的研究是從觀察遺傳現象出發，提出問題，作出假設，然后設計實驗驗證假設的研究方法。這在當時是一種新的研究思路，光是豌豆的雜交實驗，他就沒有局限于對實驗結果的簡單描述和歸納。
（3）勤于實踐。孟德爾在豌豆的遺傳雜交實驗研究中，連續進行了8年的研究，并且對每次實驗的結果進行統計分析，從中發現了前人沒有發現的問題和規律。
（4）敢于向傳統挑戰。孟德爾通過實驗研究，提出了“顆粒性遺傳”的思想，這是對傳統的遺傳觀念的挑戰。
（三）旁欄思考題
從數學角度看，（3∶1）2的展開式為9∶3∶3∶1，即9∶3∶3∶1的比例可以表示為兩個3∶1的乘積。對于兩對相對性狀的遺傳結果，如果對每一對性狀進行單獨的分析，如單純考慮圓和皺或黃和綠一對相對性狀遺傳時，其性狀的數量比是圓粒∶皺粒=（315+108）∶（101+32）=3∶1；黃色∶綠色=（315+101）∶（108+32）=3∶1。即每對性狀的遺傳都遵循了分離定律。這無疑說明兩對相對性狀的遺傳結果可以表示為它們各自遺傳結果的乘積，即9∶3∶3∶1來自于（3∶1）2。
（四）練習 基礎題1.（1）×；（2）×。2.C。
拓展題（1）YyRr；yyRr。（2）黃色皺粒，綠色皺粒；1∶1；1/4。（3）YyRR或YyRr；4；如果是YyRR與yyrr雜交，比值為黃色圓粒∶綠色圓粒=1∶1；如果是YyRr與yyrr雜交，比值為黃色圓粒∶綠色圓粒∶黃色皺粒∶綠色皺粒=1∶1∶1∶1。
第二章　基因和染色體的關系
第1節　減數分裂和受精作用
答案和提示（一）問題探討1.配子染色體與體細胞染色體的區別在于：
（1）配子染色體數是體細胞染色體數的一半；
（2）配子染色體是由體細胞每對同源染色體中分別取出一條組成的。
（二）旁欄思考題
1.減數分裂的染色體復制發生在減數第一次分裂的間期，減數第二次分裂的間期不復制。
2.初級精母細胞兩極的這兩組染色體，非同源染色體之間是自由組合的。
3.在減數第一次分裂中出現了同源染色體聯會，四分體形成，非姐妹染色單體間交叉互換，同源染色體分離，使得細胞兩極各有一整套非同源染色體，從而使形成的次級精母細胞中染色體數目減少為初級精母細胞的一半等行為。
上述過程可使配子中染色體數目減半。這樣再通過以后發生的兩性配子結合成合子的受精作用，就能維持生物前后代體細胞染色體數目的恒定，從而保證遺傳的穩定性。上述過程還可以使經過減數分裂產生的配子類型多樣，從而增加了生物的變異，增強了生物適應環境的能力，有利于生物的進化。
4.經過減數第一次分裂，一個卵原細胞會分裂成一個較大的次級卵母細胞和一個較小的極體。經過減數第二次分裂，一個次級卵母細胞會分裂成一個含細胞質多的卵細胞和一個含細胞質少的極體，而減數第一次分裂形成的極體也經過減數第二次分裂成為兩個含細胞質少的極體。最后三個極體退化消失，只剩一個卵細胞。
（三）想像空間
不一樣。受精過程中，僅精子的頭部進入卵細胞，而精子的頭部除了細胞核外，只含極少量的細胞質。而細胞質中線粒體含少量DNA（植物細胞質中的葉綠體也含少量DNA），對生物的遺傳也有影響。
（四）實驗
1.減數第一次分裂會出現同源染色體聯會、四分體形成、同源染色體在赤道板位置成對排列、同源染色體分離、移向細胞兩極的染色體分別由兩條染色單體組成等現象。
減數第二次分裂的中期，非同源染色體成單排列在細胞赤道板位置，移向細胞兩極的染色體不含染色單體。
2.減數第一次分裂的中期，兩條同源染色體分別排列在細胞赤道板的兩側，末期在細胞兩極的染色體由該細胞一整套非同源染色體組成，其數目是體細胞染色體數的一半，每條染色體均由兩條染色單體構成。
減數第二次分裂的中期，所有染色體的著絲點排列在細胞的赤道板的位置。末期細胞兩極的染色體不含染色單體。
3.同一生物的細胞，所含遺傳物質相同；增殖的過程相同；不同細胞可能處于細胞周期的不同階段。因此，可以通過觀察多個精原細胞的減數分裂，推測出一個精原細胞減數分裂過程中染色體的連續變化。
（五）模型建構
討論一1.代表分別來自父方和母方的同源染色體聯會。2.4條。減數第一次分裂結束。2條。
3.減數第一次分裂過程中的同源染色體聯會，形成四分體，同源染色體在赤道板位置成雙排列，同源染色體分離，分別移向細胞兩極；減數第二次分裂過程中非同源染色體的著絲點排列在細胞的赤道板上，著絲點分裂，染色單體成為染色體，移向細胞兩極。4.2個。2個。
討論二1.每個配子都含有兩種顏色的染色體。2.4種。3.8種。
（六）技能訓練 精原細胞有絲分裂過程中染色體數目變化表
時期
間期
前期
中期
后期
末期
染色體數目（條）
8
8
8
16
8
精原細胞形成精子過程中染色體數目變化表
細胞類型
精原細胞
初級精母細胞
次級精母細胞
精細胞
染色體數目（條）
8
8
4
4
（七）第一小節練習 基礎題
1.（1）√；（2）×；（3）×；（4）×。
2.B。3.D。
4.（1）① 這個細胞正在進行減數分裂。因為該細胞中出現了四分體。
② 該細胞有4條染色體，8條染色單體。
③ 該細胞有2對同源染色體。其中染色體A與C，A與D，B與C，B與D是非同源染色體。
④ 細胞中a與a′，b與b′，c與c′，d與d′是姐妹染色單體。
⑤ 該細胞分裂完成后，子細胞中有2條染色體。
⑥參見教科書圖2?2。（2）① 4條。② B，D；B，C。
拓展題
提示：不一定。若減數分裂過程中發生異常情況，比如減數第一次分裂時聯會的同源染色體，有一對或幾對沒有分別移向兩極而是集中到一個次級精（卵）母細胞中，再經過減數第二次分裂產生的精子或卵細胞中?

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