1.1 细胞的分子组成
知识梳理：
一、组成细胞的元素
细胞中常见的化学元素有20多种；
（一）元素的分类
1.按元素在生物体内的含量可分为（以万分之一为界）： （1）大量元素，如 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 等。 （2）微量元素，如 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 等。
（3）无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用，如P是组成ATP、膜结构等的重要成分；Ca是组成骨骼、牙齿的成分。
2.按元素在生物体内的作用可分为： （1）最基本的元素是： C 。 （2）基本元素： C、H、O、N 。 （3）主要元素： C、H、O、N、P、S 。
（二）元素的含量特点
1.占细胞鲜重最多的元素是 O ，由多到少依次是 O、C、H、N 。 2.占细胞干重最多的元素是 C ，由多到少依次是 C、O、N、H 。 3.细胞中含量最多的四种元素是 C、H、O、N 。
（三）元素的存在形式
大多以化合物的形式存在。
（四）来源
生物体有选择地从无机自然界中获取的。
（五）组成细胞的元素的主要作用
1.调节机体生命活动：如K＋、Na＋、Ca2＋、HCO3－等。
2.参与重要化合物的组成：I是合成甲状腺激素的原料；Mg是叶绿素的成分；Fe是血红蛋白的成分。
3.影响机体的重要生命活动：如B可促进花粉管的萌发，从而促进植物受精，油菜缺B会“花而不实”；K促进植物体内淀粉的运输；N、P、K、Mg与光和作用有关。
（六）组成细胞的各元素特点
1.生物界与非生物界：统一性和差异性 2.不同生物体：元素种类大体相似含量有所差异
二、细胞中的无机物
组成细胞的化合物分为 无机化合物和有机化合物 ，前者中水的含量是最多的，后者中含量最多的是蛋白质。
（一）细胞中的水
1.存在形式：自由水和结合水。
2.含量：在构成细胞的各种化合物中，水的含量最多。 3.功能：
（1）是细胞和生物体的重要组成成分；
（2）是细胞内的良好溶剂，运送营养物质和代谢废物； （3）参与许多生物化学反应，如光合作用、呼吸作用等； （4）为细胞提供液体环境。 4.水的含量与代谢的关系： （1）自由水越多，代谢越旺盛
（2）当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。
（二）细胞中的无机盐
1.存在形式：绝大多数以离子的形式存在，少部分是细胞内化合物的组成成分。 2.功能：维持细胞和生物体的生命活动，维持细胞的酸碱平衡等。 （1）是细胞的结构成分；
（2）参与并维持生物体的代谢活动，如哺乳动物血液中钙盐含量过低就会出现抽搐； （3）维持生物体内的平衡：渗透压平衡（Na、Cl维持细胞外液渗透压，K维持细胞内液渗透压），酸碱平衡（如人血浆中HCO3、HPO42等的调节）。
－
－
＋
－
＋
三、蛋白质
（一）蛋白质的元素组成
蛋白质的元素组成除C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S或者P，有些蛋白质还含有Fe、Zn、Cu。
（二）蛋白质的基本单位
氨基酸是组成蛋白质的基本单位。在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种。其结构通式为：
R∣H2N─C∣H─COOH
每种氨基酸分子都至少含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。随着R基的不同，氨基酸的种类也不同。
（三）氨基酸分子的结合方式
脱水缩合
（四）氨基酸脱水缩合形成多肽过程中的有关计算
（1）一个蛋白质分子中肽键数（脱去的水分子数）＝氨基酸数－肽链条数 （2）一个蛋白质分子中含有游离的氨基数（＝游离的羧基数） ＝肽链数+R基上的氨基数（R基上的羧基数）
＝各氨基酸中的氨基总数（各氨基酸中的羧基总数）-肽键数
（3）蛋白质相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量(128)－失去的水分子数×18
（五）蛋白质的结构
蛋白质的结构具有多样性，其原因主要包括：
（1）组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类、数目、排列顺序的不同； （2）构成蛋白质的多肽链的数目；
（3）空间结构不同。
（六）蛋白质的功能
蛋白质是生命活动的主要承担者，一切生命活动都离不开蛋白质。其结构多样性决定了功能多样性。
1.结构蛋白：是构成细胞和生物体结构的重要物质，如肌肉、头发等的成分。 2.催化作用：绝大多数酶的本质是蛋白质。
3.运输作用：具有运输载体的功能，如血红蛋白能运输氧。 4.信息传递作用：调节机体的生命活动，如胰岛素等激素。 5.免疫功能：如人体内的抗体。
（七）蛋白质的鉴定
（1）原理：
蛋白质+双缩脲试剂紫色反应
（2）反应条件： 不需加热，摇匀即可。
四、核酸
（一）核酸的元素组成
核酸主要由C、H、O、N、P， 5种元素构成。
（二）核酸的基本单位
基本组成单位：核苷酸，其分子组成为五碳糖、磷酸、碱基。
P 含氮碱基
五碳糖 （三）核酸的种类及比较
核酸 类别 DNA RNA 核苷酸 基本单位 脱氧核苷酸 化 碱基 学 成 分 五碳糖 磷酸 两条链 有细胞结构的生物的遗传物质 主要存在于细胞核或拟核中，少量存在于线粒体和叶绿体 A、T、G、C 脱氧核糖 磷酸 一般为一条链 部分病毒的遗传物质 主要存在于细胞质中 A、U、G、C 核糖 核糖核苷酸 五种（A、T、G、C、U） 空间结构 遗传物质 存在部位 （四）核酸的功能
细胞内携带遗传信息的物质，控制蛋白质的生物合成。
（五）核酸的鉴定
甲基绿和吡罗红两种染色剂，甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色
五、糖类和脂质
（一）细胞中的糖类
1.组成元素：C、H、O
2.分类及特点：根据是否能水解及水解成单糖的数量分为：
（1）单糖：不能水解，可直接被细胞吸收，如葡萄糖、果糖、核糖等。
（2）二糖：两分子单糖脱水缩合而成，必须水解成单糖才能被吸收，常见种类有蔗糖、麦芽糖和乳糖。
（3）多糖：多个单糖脱水缩合而成，水解成单糖后才可被吸收。常见的种类有植物细胞中的淀粉、纤维素，动物细胞中的糖元。
3.功能：
葡萄糖：主要的能源物质 淀粉：植物特有的储能物质 糖原：动物特有的储能物质 纤维素：细胞壁的组成成分
4．糖类的鉴定 ①原理：
50—65℃砖红色沉淀还原糖（葡萄糖、果糖、麦芽糖）+斐林试剂
②反应条件：
50——65℃水浴加热2分钟。
（二）细胞中的脂质
1.组成元素：主要由C、H、O，有的还含有P和N 2.分类：分脂肪、磷脂和固醇三类。 3.功能：
（1）脂肪是细胞内良好的储能物质，还有保温、缓冲和减压等作用。 （2）磷脂是构成细胞生物膜的重要成分。
（3）固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D等。
① 胆固醇是构成细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输； ② 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； ③ 维生素D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。 4.脂肪的鉴定
脂肪+苏丹Ⅲ染液（苏丹Ⅳ染液）橘黄色（红色）
六、组成生物体分子的综合运用
（一）常见“颜色反应”的归纳
有机物 鉴定试剂 还原糖 斐林试剂 脂肪 苏丹Ⅲ 蛋白质 淀粉 DNA 甲基绿 RNA 吡罗红 双缩脲试剂 碘液 （或苏丹Ⅳ） 橘黄色 （二苯胺） 绿色 紫色 （或红色） 蓝色 （蓝色） 反应颜色 砖红色 红色
（二）生物大分子以碳链为骨架
1.2 细胞的基本结构
知识梳理：
一、细胞壁
1.化学成分：主要是纤维素和果胶。
2.作用：对植物细胞有支持和保护作用。用纤维素酶处理细胞壁，可以使细胞形态发生变化。
二、细胞膜
（一）细胞膜的成分
1．主要成分是脂质（磷脂）和蛋白质，另外还有少量的糖类。 2．细胞膜功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多。
（二）细胞膜的制备
1．选材：哺乳动物成熟的红细胞。
2．原理：红细胞放入清水中，水会进入红细胞，导致红细胞吸水胀破，使细胞内物质流出，从而得到细胞膜。
（三）细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定。 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞间的信息交流
①通过细胞分泌的化学物质（如激素）间接传递信息。 ②通过相邻两细胞的细胞膜直接接触传递信息。 ③通过相邻两细胞间形成胞间连丝进行信息交流。
三、细胞核
（一）核膜
1．结构：
（1）双层膜，内膜与染色质丝相连，外膜与内质网相连通。外膜的外表面上有核糖体附着。
（2）核膜上有核孔。
2．功能：使细胞核既能保持相对独立，又能实现核质之间的物质交换和信息交流。 （1）化学反应的场所。在核膜上有多种大量的酶，利于多种化学反应的顺利进行。核膜在细胞周期过程中表现出周期性的消失和重建。
（2）核孔是细胞核和细胞质之间物质交换的孔道。大分子物质如mRNA可通过核孔。离子和小分子，如氨基酸和葡萄糖可以通过核膜。实际上核膜是选择透过性膜。
（二）核仁
1．结构：核仁是真核细胞间期核中最明显的结构。
2．功能：是某些RNA（rRNA）的合成以及核糖体的形成有关。在有丝分裂期间表现出周期性的消失与重建。
（三）染色质
1．DNA、染色质、染色体的关系可表示为：
2．功能：是遗传物质的主要载体。
（四）细胞核的功能
1.是细胞代谢和遗传的控制中心。
2.是遗传物质储存和复制的场所，是遗传信息库。
四、细胞质
（一）细胞器的结构与功能
线是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细粒胞的“动力车间”。 体 叶绿体 内增大了细胞内的膜面积，为各种反应提质供条件；加工蛋白质；合成脂质； 网 结构 中 单层膜的网状真核细胞绿色植物进行光合作用的场所 双层膜结构，植物绿色类囊体堆叠成细胞 基粒 成“嵴” 双层膜，内膜真核细胞 主要功能及比喻 基本结构 分布 示意图 高主要是对来自内质网的蛋白质进行加尔 工、分类和包装的“车间”及“发送站”； 结构，周围有基与植物细胞壁的形成有关（合成纤维素） 囊泡 体 液泡 溶内含多种水解酶，执行细胞内消化作用，酶是细胞内的“消化车间” 体 核由rRNA、蛋白糖体 中心体 与细胞的有丝分裂有关 由两个互相垂直的中心粒及动物细胞和低等植 合成蛋白质 质所构成 中 所有细胞 单层膜围成 真核细胞 调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺 液泡膜，内含细胞液 成熟的植物细胞 中 单层膜的片层真核细胞周围物质组成 物细胞中 （二）用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体
1.染色、观察
（1）叶绿体呈现绿色，容易观察，不需染色。
（2）健那绿染液是专一性染线粒体的活细胞染料，可以使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色，而细胞质接近于无色。
（三）细胞质基质（细胞溶胶）
1.形态：胶质状态。
2.成分：水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等。 3.功能：进行多种生物化学反应的场所。
五、细胞的生物膜系统
（一）组成
由细胞器膜、细胞膜和核膜等结构共同构成。
（二）各种生物膜之间的联系
1．在化学成分上：各种生物膜组成成分相似，均由脂质、蛋白质和少量糖类组成，但
每种成分所占的比例不同。
2．在结构上的联系（具有一定的连续性）
3．功能上的联系：在分泌蛋白的合成、运输、加工、分泌等过程中，各细胞器之间协调配合。
1.3 物质出入细胞的方式
知识梳理：
一、物质跨膜运输的实例
（一）细胞的吸水和失水
1.原理：水分子通过膜的扩散称为渗透作用，水分子从其分子数相对较多处向较少处扩散。
具备两个条件：（1）具有半透膜；（2）膜两侧溶液具有浓度差。 2.动物细胞的吸水和失水（以红细胞为例：红细胞膜相当于一层半透膜） （1）当外界溶液浓度＜细胞质浓度时，细胞吸水。 （2）当外界溶液浓度＞细胞质浓度时，细胞失水。 （3）当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡。 3.植物细胞的吸水和失水：
（1）在成熟的植物细胞中，原生质层（细胞膜＋液泡膜＋二者之间的细胞质）相当于一层半透膜。
（2）成熟植物细胞发生质壁分离的条件是外界溶液浓度＞细胞液浓度，发生质壁分离复原的条件是外界溶液浓度＜细胞液浓度。
二、生物膜的流动镶嵌模型
1.基本内容
（1）磷脂双分子层构成膜的基本支架，其结构特点是具有流动性。
（2）蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层；大多数蛋白质分子是可以运动的。
（3）细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。 2.组成成分及其在膜的分布
3.结构特性——流动性
（1）原因：膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。
（2）表现：变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐及载体对相应物质的转运等。 （3）影响因素：主要受温度影响，适当温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强，但温度高出一定范围，则导致膜的破坏。
（4）实例：
质壁分离和复原实验；胞吞与胞吐；白细胞吞噬细菌；动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；受精时细胞的融合过程；细胞杂交时的细胞融合（如人鼠细胞融合）。
4.功能特性——选择透过性
（1）表现：植物根对矿质元素的选择性吸收，神经细胞对K＋的吸收和对Na＋的排出，肾小管的重吸收和分泌，小肠的吸收等。
（2）原因：遗传性决定载体的种类和数量，从而也决定了选择性。
三、物质跨膜运输的方式
（一）小分子物质跨膜运输的方式
物质进出细胞，既有顺浓度梯度的扩散，统称为被动运输；也有逆浓度梯度的运输，称为主动运输。
物质跨膜运输方式对比
运输方向 载体 能量 × × 被动运输 自由扩散 高浓度→低浓度 √ 协助扩散 主动运输 低浓度→高浓度 √ √ 图例 动力 举例 浓度差 O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等 能量 红细胞吸收葡萄糖 小肠细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等 表示曲线 意义 被动吸收或排出物质 主动选择性吸收生命活动所需物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质 （二）大分子和颗粒性物质运输的方式
胞吞和胞吐：与细胞膜的流动性有关，消耗能量，但不属于跨膜运输。
（三）影响跨膜运输的因素
1.影响自由扩散的因素 细胞膜内外物质的浓度差。 2.影响协助扩散的因素
（1）细胞膜内外物质的浓度差。 （2）细胞膜上运载物质的载体数量。 3.影响主动运输的因素
（1）载体：细胞膜上的一类蛋白质。
（2）能量：凡能影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运输，如氧气浓度、温度等。
2.1酶和ATP
知识梳理：
一、酶的作用和本质 （一）作用：催化
酶的作用机理：催化剂是降低了反应的活化能。
（二）本质
酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
二、酶的特性
高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。 专一性：每一种酶只能催化剂一种或一类化学反应。
作用条件较温和：高温、过酸、过碱，都会使酶的结构遭到破坏，使酶永久失活；在低温下，酶的活性降低，但不会失活。
三、与酶有关的曲线解读
（一）表示酶高效性的曲线
1．催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
2．酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。
3．酶只能催化已存在的化学反应。
（二）表示酶专一性的曲线
1．在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。
2．在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。
（三）影响酶活性的曲线
1．在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱（如下图甲）。
2．在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用都将减弱（如下图乙）。
四、ATP的结构和功能
（一）结构：ATP的结构简式是A—P～P～P，一个ATP分子中含有一个普通磷酸键，两个高能磷酸键，三个磷酸基。
（二）功能：直接的能源物质
五、ATP与ADP的相互转化
（一）ATP水解
在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，并释放能量。
（二）ATP形成
在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与磷酸结合，重新形成ATP。
六、ATP形成的能量来源
1．对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自于细胞呼吸，对于绿色植物来说，则来自于光合作用和细胞呼吸。
2．细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物体的共性。
八、ATP的利用
（一）ATP可用于主动运输、生物发电和发光、肌细胞收缩、大脑思考等。
（二）细胞内的吸能反应一般与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的形成相联系。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
2.2 细胞呼吸
知识梳理：
一、细胞呼吸
（一）“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验分析
1.实验装置
2.实验现象:
甲、乙两装置中石灰水都变浑浊，但甲中浑浊程度高且速度快。 2号试管中溶液由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。 3.实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
（二）有氧呼吸
1．有氧呼吸的概念
有氧呼吸是指活细胞在有氧气的参与下，通过多种酶的催化作用，把某些有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放大量能量的过程。
2．有氧呼吸的过程 有氧呼吸主要有三个阶段： ① 葡萄糖的不彻底分解
酶C6H12O（葡萄糖）2C3H4O3丙酮酸+4[H]+2ATP+热能 细胞质基质 6② 丙酮酸的彻底水解
酶2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O6CO2+20[H]+2ATP+热能 线粒体基质 酶③ 24[H]+6O212H2O+34ATP+热能 线粒体内膜
3．有氧呼吸中的能量转换
在细胞内，1mol的葡萄糖彻底氧化分解，产生2870KJ能量，其中1161KJ左右（40．45%）的能量储存在ATP中（第一、第二阶段各产生2个ATP，第三阶段产生34个ATP），其余的能量（59．55%）则以热能形式散失了。
4．总反应式
酶C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量
（三）无氧呼吸
1．无氧呼吸的概念
无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成乙醇和二氧化碳或乳酸，同时释放少量能量的过程。
2．无氧呼吸的过程
无氧呼吸过程主要有两个阶段：
①与有氧呼吸第一阶段完全相同 细胞质基质 ②丙酮酸的不彻底分解
酶丙酮酸2C2H5OH(酒精)+2CO2 细胞质基质 高等植物、酵母菌等酶丙酮酸2C3H6O3(乳酸) 细胞质基质 动物和人3．总反应式
酶C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量酶C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量
4．无氧呼吸中的能量转换
1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196．65KJ的能量，其中只有61．08KJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失了。无氧呼吸只有第一阶段释放能量。
（四）影响细胞呼吸的因素
1．温度
呼吸作用在最适温度（25℃～35℃）时最强；超过最适温度，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸作用受抑制；低于最适温度，酶活性下降，呼吸作用受抑制。
2．氧气浓度
在氧气浓度为零时，只进行无氧呼吸；氧气浓度为10%以下时，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸；氧气浓度为10%以上时，只进行有氧呼吸。
3．含水量
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。
（五）细胞呼吸的意义及其应用
细胞呼吸为生物体的生命活动提供能量，其中间产物是各种有机物之间转化的枢纽。其原理的应用主要有：
（1）水稻生产中，适时的露田和晒田可以改善土壤通气条件，增强水稻根系的细胞呼吸作用。
（2）储存粮食时，要注意降低温度和保持干燥，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。 （3）果蔬保鲜时，采用降低氧浓度、充氮气或降低温度等方法，抑制细胞呼吸，注意要保持一定的湿度。
2.3 光合作用
知识梳理：
一、光合作用
（一） “绿叶中色素的提取和分离”实验分析
1.实验原理
（1）色素的提取：可以用无水乙醇（或丙酮）作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为叶绿体中的色素不能溶于水。
（2）色素的分离：利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离，溶解度大的在滤纸上扩散得快，反之则慢。
2.实验现象
3.色素的吸收光谱
叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 4.实验中几种化学试剂的作用
（1）无水乙醇用于提取绿叶中的色素。 （2）层析液用于分离绿叶中的色素。 （3）二氧化硅：研磨充分。 （4）碳酸钙：防止色素被破坏。 5.影响叶绿素合成的因素
（1）光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
（3）必需元素：缺乏Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。
（二）光合作用的探究历程
时间 国别 科学家 探究结果 植物生长所需要的养料主要来自于水，而不是土壤 1648 比利时 范·海尔蒙特 1771 英国 1779 荷兰 1880 美国 1864 德国 1940 美国 1948 美国 普利斯特莱 扬·英根豪斯 恩吉尔曼 萨克斯 鲁宾和卡门 植物可以更新空气 植物只有绿叶才能更新空气，并且需要阳光才能更新空气 光合作用的场所在叶绿体 叶片在光下能产生淀粉 （用放射性同位素标记法）：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。（糖类中的氢也来自水） 14用C标记的CO2追踪了光合作用过程中碳元素的行踪，梅尔文·卡尔文 进一步了解到光合作用中复杂的化学反应 （三）光合作用的概念
光合作用指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转变成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
（四）光合作用的过程
根据需光与否，可将光合作用分为两个阶段： 1.光反应
（1）场所：叶绿体的类囊体薄膜上。 （2）条件：光照、色素、酶等。 （3）物质变化：
①水的光解：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成[H]和O2 。 ②ATP的生成： ADP和Pi吸收能量，形成ATP。 （4）能量变化：光能转变为ATP中活跃的化学能。 2.暗反应
（1）场所：叶绿体内的基质中。
（2）条件：光反应阶段生成的[H]、ATP、多种酶参加催化。 （3）物质变化：
①CO2的固定：CO2与植物体内的C5结合，形成2个C3。
②C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受ATP水解释放的能量并且被[H]还原，经
过一系列的变化，形成糖类和C5。
（4）能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中的稳定的化学能。 3.总反应式
光能(CH0)+OCO2+H2O22叶绿体光能6CO2+12H218OC6H120+618O2叶绿体
（五）影响光合作用速率的环境因素
1.光照强度
光是光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。在其它条件都适宜的情况下，在一定的光照强度范围内，光合作用的速率随着光照强度的增加而加快。
（1）光饱和点
当光照强度高到一定数值后，光照强度再提高而光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始达到光饱和现象的光照强度称为光饱和点（如下图中的C点）。
（2）光补偿点
在光饱和点，光合作用吸收二氧化碳量与呼吸释放二氧化碳的量处于动态平衡，这时的光照强度称为光补偿点（如下图的b点）。此时植物制造有机物量和消耗有机物量相等。
不同类型植物的光饱和点和补偿点是不同的。
2.CO2浓度
在一定浓度范围内，光合作用速率随着CO2浓度的增加而加快。 3.温度
光合作用只能在一定的温度范围内进行，在最适温度时，光合作用速率最快，高于或低于最适温度，光合作用速率下降。
4.水分的多少
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2
进入叶片，从而间接影响光合作用。
二、细胞呼吸与光合作用的关系
（一）细胞呼吸与光合作用的区别与联系
光合作用 有氧呼吸 分解作用（或异化作用） 有机物 无机物 化学能→ATP、热能（放能） 分解有机物、释放能量，供细胞利用 活细胞（主要在线粒体） 有光、无光都能进行 代谢类型 合成作用（或同化作用） 物质变化 能量变化 实质 场所 条件 联系 无机物 有机物 光能→化学能（储能） 合成有机物，储存能量 叶绿体 只在光下进行 （二）呼吸速率与光合速率
1.呼吸速率的测定方法
植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 2.净光合速率和真正光合速率
（1）净光合速率：常用一定时间容器内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。 （2）真正（总）光合速率：常用一定时间内植物O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
（3）真正（总）光合速率=净光合速率+呼吸速率 3.呼吸速率与光合速率的关系
（1）曲线
（2）解读曲线
①A点只进行呼吸作用不进行光合作用植物释放CO2吸收O2②AB段呼吸作用>光合作用植物释放CO2吸收O2③B点光合作用=呼吸作用植物外观上不与外界发生气体交换④B点后光合作用>呼吸作用植物吸收CO2释放O2
（3）数量关系
净光合速率=总光合速率－呼吸速率 净产氧量=总产氧量－呼吸耗氧量
葡萄糖的积累量=实际生产葡萄糖量－呼吸消耗葡萄糖量
实测的二氧化碳量=呼吸作用二氧化碳总释放量－光合作用消耗二氧化碳量
3.1细胞的增殖和受精作用
知识梳理：
一、细胞不能无限长大
（一）细胞不能无限长大的原因：
1.细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低。 2.细胞核是细胞的控制中心，控制范围有限。
二、细胞增殖
（一）意义：
是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
（二）方式：
真核细胞的分裂方式包括：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂三种。
三、无丝分裂
（一）特点：
没有出现纺缍丝和染色体的变化。
（二）实例：
蛙的红细胞的分裂。
四、有丝分裂
（一）细胞周期
1.概念：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。
2.具有细胞周期的细胞的特点：连续分裂的细胞才有细胞周期，如早期胚胎细胞、干细胞、分生区细胞、生发层细胞、癌细胞（不正常分裂）。
3.细胞分裂能力与细胞分化程度成反比。已分化的成熟的细胞一般不再具有分裂能力，没有细胞周期，如成熟红细胞、神经细胞等。
（二）分裂间期
主要变化：DNA的复制和有关蛋白质的合成。
（三）分裂期（以高等植物细胞为例）
1．前期：染色质丝螺旋化形成染色体，核仁解体，核膜消失，细胞两极发出纺缍丝，形成纺缍体。（记忆口诀：膜仁消失显两体）。
2．中期：染色体的着丝点整齐的排列在赤道板上。这个时期是观察染色体的最佳时期（记忆口诀：形数清晰赤道齐）。
3．后期：着丝点分裂，姐妹染色单体分开，成为两条染色体，分别移向细胞两极，分向两极的两套染色体形态和数目完全相同。（记忆口诀：点裂数增均两极）。
4．末期：染色体变成染色质，纺缍体消失，出现新的核膜和核仁，出现细胞板，扩展形成细胞壁，将一个细胞分成二个子细胞。（记忆口诀：两消两现重开始）。
（四）动、植物细胞有丝分裂的比较
动、植物细胞的有丝分裂过程大体相同，不同之处见下表。
不前期： 同纺锤体的形成方式不同 点 末期： 子细胞的形成方式不同 动物细胞 由两组中心粒发出的星射线构成纺锤体 由细胞膜向内凹陷把亲代细胞缢裂成两个子细胞 植物细胞 由细胞两极发出的纺锤丝构成纺锤体 由细胞板形成的细胞壁把亲代细胞分成两个子细胞 （五）与细胞有丝分裂有关的细胞器及功能
1.线粒体——供能（DNA复制、蛋白质合成、染色体分开）、复制。 2.中心体——形成纺缍体（动物、低等植物细胞）。 3.高尔基体——形成细胞板（植物细胞）。 4.核糖体——合成蛋白质。
（六）有丝分裂的过程中的物质变化
1.有丝分裂过程中染色体和DNA数目的变化
（七） 重要意义
将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制），平均分配到两个子细胞中，在亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，对于生物的遗传有重要意义。
（八）观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
1.实验原理
①龙胆紫将染色体染成深色。
②盐酸和酒精混合液（1︰1）使组织中的细胞相互分离开来。 ③显微镜可观察细胞有丝分裂各期图像。 2.装片制作步骤：解离→漂洗→染色→制片。
五、减数分裂
（一）概念
进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。
（二）特点
染色体只复制一次，而细胞分裂两次。
（三）结果
成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。
（四）场所
高等动物的减数分裂发生在睾丸或卵巢。
（五）过程（以精子的形成过程为例）
1.减数第一次分裂
间期：染色体复制（包括DNA复制和蛋白质的合成）精原细胞体积略微增大变成初级精母细胞。
前期：同源染色体两两配对（称联会），形成四分体。
四分体中的非姐妹染色单体之间常常发生对等片段的交叉互换。 中期：同源染色体成对排列在赤道板上（两侧）。 后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合。 末期：细胞质分裂，形成２个子细胞，即次级精母细胞。 2.减数第二次分裂（无同源染色体） 前期：染色体排列散乱。
中期：每条染色体的着丝粒都排列在细胞中央的赤道板上。
后期：姐妹染色单体分开，成为两条子染色体，并分别移向细胞两极。
末期：细胞质分裂，每个细胞形成2个子细胞，最终共形成4个子细胞，为精细胞。 3.变形
精细胞变形成为有头有尾的精子，精子是雄性个体成熟的生殖细胞。
（六）卵细胞形成过程
（七）减数分裂过程中的物质变化
1.减数分裂过程中染色体和DNA的变化规律
2.假设某生物的体细胞中含ｎ对同源染色体，不考虑交叉互换，则该生物体内的精（卵）原细胞进行减数分裂可形成２种精子（卵细胞）；该生物的１个精原细胞进行减数分裂形成２种4个精子；１个卵原细胞进行减数分裂形成１种1个卵细胞。
ｎ
（八）与细胞分裂有关的概念
1.同源染色体和非同源染色体 （1）同源染色体：
①一条来自父方，一条来自母方。 ②形态、大小一般相同（X、Y不相同）。 ③在减数分裂过程中进行配对的两条染色体。
（2）非同源染色体：在减数分裂中不进行配对的两条染色体，它们的形态、大小一般不相同，它们的来源可以相同也可以不同。
2.同源染色体与四分体
（1）四分体是同源染色体的特殊存在形式，在减数分裂过程中联会的一对同源染色体才可称作四分体（含有4条染色单体）。
（2）在有丝分裂过程中存在同源染色体，复制后每一对同源染色体也包含4条染色单体，但由于不发生联会，所以不存在四分体。
3.概念之间的数量关系
1个四分体＝1对同源染色体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子。
（十）有丝分裂与减数分裂图像的判断
1.判断方法
六、受精作用
（一）概念
卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。
（二）过程
1．精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。
2．卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，以阻止其他精子再进入。 3．精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起。
（三）结果
受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，其中一半染色体来自精子（父方），一半来自卵细胞（母方）。
3.2细胞的分化、衰老、凋亡和癌变
知识梳理：
一、细胞的分化
（一）概念
在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
（二）时间
发生在整个生命进程，胚胎时期达到最大限度。
（三）特点
持久性、普遍性和不可逆性。
（四）意义
1．细胞分化是生物个体发育的基础。
2．细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
（五）实质
基因的选择性表达。
二、细胞的全能性
（一）概念
已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
（二）实验表明
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，植物细胞具有全能性。 已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
三、细胞的衰老
（一）衰老细胞的特征
1.细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速率减慢。 2.细胞内多种酶的活性降低。
3.细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累。
4.细胞内的呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。
5.细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。
四、细胞凋亡
1.概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。 2.特征：细胞膜内陷，形成凋亡小体 3.实质：由遗传机制决定的程序性死亡
4.意义：对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。
5.实例
①清除多余、无用的细胞。如蝌蚪尾巴的消失。
②清除完成正常使用的衰老细胞。如脱落的人体皮肤表皮细胞。
③清除体内有害的细胞、被病原体感染的细胞等异常细胞。如癌细胞的清除、白细胞吞噬过多的细菌死亡。
■机体感染病原体，免疫系统没有来得及清除病原体，致使部分细胞死亡，这属于细胞坏死；免疫系统主动清除病原体侵染到的细胞，这属于细胞凋亡。
五、细胞癌变
（一）概念
受致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，成为不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞。
（二）主要特征
1．适宜条件下，能够无限增殖。 2．形态结构发生显著变化。
3．癌细胞的表面糖蛋白等物质减少，细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。
（三）致癌因子
大致分为物理致癌因子、化学致癌因子、病毒致癌因子三类。
（四）细胞癌变的原因
1．致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变。
2．原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞的生长和分裂的进程；抑癌基因主要是
阻止细胞的不正常的增殖。
4.1 遗传的基本规律和伴性遗传
知识梳理：
一、遗传因子的发现
（一）实验方法
假说—演绎法：其一般过程是观察实验；发现问题、分析问题；提出假说（假设）、设计实验；检验假说（假设）、归纳综合；得出结论。
（二）孟德尔遗传实验获得成功的原因
1.正确地选用实验材料。豌豆自花传粉，闭花授粉，自然状态下是纯种； 2.豌豆相对性状明显，易于区分；
3.应用统计学方法对实验结果进行分析；由单基因到多基因的研究方法。。
（三）孟德尔遗传实验分析
1.一对相对性状的遗传实验 （1）遗传图解
（2）实验现象的解释
①生物的性状都是由遗传因子控制的。显性遗传因子控制显性性状，隐性遗传因子控制隐性性状。
②体细胞中控制生物性状的遗传因子成对存在，遗传因子类型相同的为纯合子，不同的为杂合子。
③生物体在形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。则，杂合子会形成两种不同的配子，且数量相等。
④在受精时，不同遗传因子类型的雌雄配子随机结合。 （3）对分离现象解释的验证
测交是指让杂种子一代F1与隐性纯合子杂交，用来测定F1的遗传因子组成。
2.两对相对性状的遗传实验 （1）遗传图解
（2）实验现象的解释
①两对相对性状分别由非同源染色体上的不同对的遗传因子控制。
② F1产生配子时，成对的遗传因子分离，不同对的遗传因子自由组合（产生了雌雄各
4种类型且数目相等的配子）。
③受精时，雌雄配子随机组合 （3）对自由组合现象解释的验证
（四）遗传相关概念
1.与性状有关的概念 （1）性状与相对性状
性状：生物体所表现出来的形态特征、生理生化特征或行为方式等。 相对性状：同一种生物的同一种性状的不同表现类型。 （2）显性性状与隐性性状
显性性状：具有相对性状的两个纯和亲本杂交，F1表现出来的性状。 隐性性状：具有相对性状的两个纯和亲本杂交，F1没有表现出来的性状。 （3）性状分离：在杂种后代中出现不同于亲本性状的现象。 2.与基因有关的概念
（1）基因：有遗传效应的DNA片段，是遗传与变异的结构和功能的基本单位。 （2）显性基因与隐性基因 显性基因：控制显性性状的基因。 隐性基因：控制隐性性状的基因。 （3）等位基因与非等位基因
等位基因：位于一对同源染色体上的相同位置上，控制一对相对性状的两个基因。 非等位基因：①位于一对同源染色体上不同位置上，控制不同性状的基因；②位于非同源染色体上的基因。
3.个体水平上的概念 （1）纯合子与杂合子
纯合子：由相同基因的配子结合成的合子发育成的个体（能稳定遗传，不发生性状分离）。 杂合子：由不同基因的配子结合成的合子发育成的个体（不能稳定遗传，后代会发生性状分离）。
（2）表现型与基因型
表现型：指生物个体实际表现出来的性状。 基因型：与表现型有关的基因组成。 （关系：基因型＋环境→表现型） 4.几种交配类型概念
（1）杂交：基因型不同的生物体间相互交配的过程。
（2）自交：基因型相同的生物体间相互交配的过程（指植物体中自花传粉和雌雄异花植物的同株授粉）。
（3）测交：让F1与隐性纯合子杂交，可用来测定F1的基因型，属于杂交。 （4）正交与反交：相对而言，正交中的父方和母方，分别是反交中的母方与父方。
二、基因的分离定律和自由组合定律
（一）基因的分离定律
1．基因分离定律的实质
在减Ｉ分裂后期，等位基因随着同源染色体的分开而分离。
2．基因分离定律的两种基本题型 （1）正推类型：（亲代→子代）
亲代基因型 AA×AA AA×Aa AA×aa Aa×Aa Aa×aa aa×aa 子代基因型及比例 AA AA：Aa=1:1 Aa AA:Aa:aa=1:2:1 Aa:aa=1:1 aa 子代表现型及比例 全显 全显 全显 显：隐=3:1 显：隐=1:1 全隐 （2）逆推类型：（子代→亲代） ①分离比法
子代表现型及比例 全显 全隐 显：隐=1:1 显：隐=3:1 ②隐形纯合突破法
aa×aa Aa×aa Aa×Aa 亲代基因型 至少有一方是AA （二）基因的自由组合定律
1．基因自由组合定律的实质
在减Ｉ分裂后期，非等位基因随着非同源染色体的自由组合而自由组合。 （注意：非等位基因要位于非同源染色体上才满足自由组合定律）
2．自由组合定律两种基本题型的解题思路
关于基因自由组合定律的两种基本题型，即正推类型和逆推类型，所采用的解题思路是“先考虑每一对等位基因，再组合起来”。
三、伴性遗传
1.定义：由位于性染色体上的基因所控制的形状，在遗传上总是和性别相关联。 2.三种伴性遗传的特点
类型 伴Ｘ隐性遗传 特点 举例 ①男＞女； ②隔代遗传（交叉遗传）； 色盲、血友病；人类红绿色盲 ③母病子必病，女病父必病。 ①女＞男； ②连续发病； 抗维生素Ｄ佝偻病 ③父病女必病，子病母必病。 ①男病女不病； ②子子孙孙无穷尽。 外耳道多毛症 伴Ｘ显性遗传 伴Ｙ遗传 3.性别决定：是指雌雄异性的生物决定性别的方式，性别决定是由染色体决定的。
性别决定类型
类型 XY型 ZW 染色体组成特点 雄性具有两条异型性染色体 雌性具有两条异型性染色体 性别 雄性 XY ZZ 雌性 XX ZW 举例 人、哺乳类、某些鱼类、一些雌雄异株的植物等 鳞翅目昆虫、一些两栖类、鸟类等 四、人类遗传病
（一）概念
由于遗传物质改变而引起的人类疾病，主要可以分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病。
（二）分类及特点
1．单基因遗传病
受一对等位基因控制的人类遗传病。 2．多基因遗传病
受多对等位基因控制的人类遗传病。 3．染色体异常遗传病
由染色体异常引发的遗传病叫做染色体异常遗传病（简称染色体病），主要可分为染色体数目异常遗传病与染色体结构遗传病两种。
(三)遗传系谱图中遗传病的判断
通过分析遗传系谱图，判断人类遗传病的遗传方式，是常见的出题模式。解题一般程序
如下：（五步法）
看题干，如题中已告知为色有第一步：根据知识积累直接判断遗传类型盲、白化病等熟知的遗传病未告知具体遗传病↓或所告知不熟悉患病全男性第二步：确认或排除伴Y遗传可初步判定为伴Y遗传男性后代全患病“无中生有”隐性遗传第三步：判定显隐性“有中生无”显性遗传母病子不病常染色体隐性遗传女病父不病隐性遗传母病子必病伴X隐性遗传判断常染色体女病父必病第四步：还是伴X遗传父病女不病常染色体显性遗传子病母不病显性遗传父病女必病伴X显性遗传子病母必病第五步：无以上特征，只能从可能性大小方面推测患病呈现“世代连续性”→显性遗传患者性别无差别常染色体女患多于男患伴X遗传患者性别无差别常染色体男患多于女患伴X遗传
患病呈现“隔代遗传”→隐性遗传五、人类遗传病的监测和预防
措施 具体内容 禁止近亲结婚 直系血亲及三代以内旁系血亲禁止结婚，有效预防隐性遗传病发生 生殖医学表明女子生育的最适年龄为25到29岁； 过早生育由于女子自身发育尚未完成，所生子女发病率高； 提倡适龄生育 过晚生育则由于体内积累的致突变因素增多，子女患病的风险也相应增大。 体检，了解家庭病史，对是否患有遗传病作出诊断； 分析遗传病的传递方式； 进行遗传咨询 推算后代发病的风险（概率）； 提出防治对策和建议（终止妊娠，产前诊断等）。 B超检查（外观、性别检查）； 羊水检查（染色体异常遗传病检查）； 开展产前诊断 孕妇血细胞检查（筛选遗传性地中海贫血）； 基因诊断（遗传性地中海贫血检查）。 意义：通过人类遗传病的监测和预防，在一定程度上能够有效地预防遗传病的产生和发
展。
六、人类基因组计划
（一）人类基因组计划的内容
人类基因组计划，简称HGP，是绘制人类遗传信息的地图。人类基因组工程的目的是测定人类基因组的全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息。
（二）人类基因组计划的进展
测序结果表明，人类基因组由大约31．6亿个碱基对组成，已发现的基因约为2-2．5万。
4.2 遗传的物质基础
知识梳理：
一、人类对遗传物质的探索过程
（一）肺炎双球菌的转化实验
1．1928年格里菲思肺炎双球菌转化实验过程 （1）体内转化
（2）体外转化
2．实验原理
肺炎双球菌有两种类型。
（1）S型细菌：菌落光滑，菌体有夹膜，有毒性，可使小鼠患败血症死亡。 （2）R型细菌：菌落粗糙，菌体无夹膜，无毒性。 3．实验结论
（1）体内转化实验证明：加热杀死的有毒性S型细菌中含有某种遗传因子，使无毒性R型活细菌转化为有毒性S型活细菌，且这种转化是可遗传的。
（2）体外转化实验证明：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质即遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。
（二）噬菌体侵染细菌的实验
1．T2噬菌体的结构
2．1952年郝尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌实验过程 第一步 标记细菌 第二步 标记噬菌体 细菌+含S的培养基含S的细菌细菌+含P的培养基含P的细菌3532353232323535 噬菌体+含S的细菌含S的噬菌体噬菌体+含P的细菌含P的噬菌体35 含S的噬菌体+细菌上清液放射性高，沉淀物放射性很低第三步 噬菌体侵染细菌 含32P的噬菌体+细菌上清液放射性低，沉淀物放射性很高分析 结论 3．实验结论
噬菌体的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的，DNA是遗传物质。本实验未证明蛋
S标记的蛋白质外壳并未进入宿主细胞内，而是留在外面 32P标记的DNA进入到了宿主细胞内，子代噬菌体的性状是通过亲代的DNA遗传的 DNA是噬菌体的遗传物质 35白质不是遗传物质。
（三）烟草花叶病毒感染烟草实验
1．1956年烟草花叶病毒感染烟草实验
从烟草花叶病毒中提取出来的蛋白质，不能使烟草感染病毒，但是，从这些病毒中提取出来的RNA，却能使烟草感染病毒。
2．实验结论
该实验证明：在只有RNA的病毒中，RNA是遗传物质。
（四）小结
1．实验总结
格里菲斯 肺炎双球菌转化实验存在转化因子艾弗里 肺炎双球菌的转化因子实验DNA是转化因子赫尔希和蔡斯 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验DNA才是真正的遗传物质 烟草花叶病毒感染烟草实验RNA也是遗传物质 DNA是主要的遗传物质
2．结论总结
核酸 遗传物质 细胞生物（真核、原核） DNA和RNA DNA 非细胞生物（病毒） DNA DNA RNA RNA 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
二、DNA的分子结构与复制
（一）DNA的分子结构
1．DNA的组成元素
DNA的主要组成元素有Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、P。 2．DNA的基本单位
DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸（4种）。
3．DNA的空间结构——双螺旋结构
（1）由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。 （2）外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。
（3）内侧：碱基对按碱基互补配对原则排列，碱基依靠氢键连接成对：Ａ＝Ｔ；Ｇ≡Ｃ，碱基平面间平行。
4．DNA的结构特性
（1）多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。排列种数：4n（ｎ为碱基对对数）。
（2）特异性：每个DNA分子的碱基排列顺序是特定的。
（3）稳定性：DNA中两条主链由磷酸与核糖交替排列的顺序不变，两条链间碱基互补配对的方式不变等。
5．DNA的功能
携带遗传信息（DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息）。 6．有关DNA碱基的计算 在双链DNA分子中
（1）Ａ＝Ｔ、Ｇ≡Ｃ。
（2）任意两个非互补的碱基之和相等；且等于全部碱基和的一半。 例：Ａ＋Ｇ＝Ａ＋Ｃ＝Ｔ＋Ｇ＝Ｔ＋Ｃ＝1／2全部碱基。
（3）两条互补单链中的（Ａ＋Ｇ）／（Ｔ＋Ｃ）的比值互为倒数。
（4）互补配对的碱基在两条单链中所占的比例与整个DNA分子中所占的比例相同。
（二）DNA的复制
1．概念
以亲代DNA分子两条链为模板，在一定条件下合成子代DNA的过程。 2．时间
（1）体细胞：有丝分裂间期；
（2）有性生殖细胞：减数第一次分裂间期。 3．场所 主要在细胞核。 4．条件
（1）模板：亲代DNA分子的两条链； （2）原料：4种游离的脱氧核糖核苷酸； （3）能量：ATP；
（4）酶：解旋酶、DNA连接酶等。 5．过程 （1）解旋；
（2）合成子链；两条链分别做模板，按照碱基互补配对原则与游离的四种脱氧核苷酸配对，在DNA聚合酶的作用下，通过磷酸二酯键连成子链；
（3）子、母链盘绕形成子代DNA分子； 6．特点
DNA的复制为半保留复制。 7．原则
DNA复制的原则为碱基互补配对原则。边解旋边复制。 8．DNA能精确复制的原因
（1）独特的规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板； （2）碱基互补配对原则保证复制能够准确进行。 9．意义
DNA分子复制，使遗传信息从亲代传递给子代，从而确保了遗传信息的连续性。 10．与DNA复制有关的计算 一个DNA分子复制n次，则
（1）子代DNA分子数＝2n个；其中， ①含有亲代链的DNA分子数=2个； ②不含有亲代链的的DNA分子数=2n-2个 （2）子代脱氧核苷酸链数=2n+1；其中， ①亲代脱氧核苷酸链数=2条； ②新合成的脱氧核苷酸链数=2n+1-2条； （3）消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数=m×(2n-1)；
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m×2n-1；
三、遗传信息的转录和翻译
（一）RNA的结构
1．RNA的组成元素
RNA的主要组成元素为Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、P。 2．RNA的基本单位
RNA的基本单位为核糖核苷酸（4种）。
3．结构 一般为单链。 4．RNA的种类
（1）信使RNA（mRNA）
信使RNA上含有密码子，密码子在 mRNA上有64种，决定蛋白质的有61种（其余３种为终止密码子）。
（2）转运RNA（tRNA）
tRNA上有反密码子可以与密码子互补配对，tRNA有特异性。
（3）核糖体RNA（rRNA）
参与核糖体构成，与蛋白质合成有关。
（二）基因
1．定义
基因是具有遗传效应的DNA片段。 2．位置
主要在染色体上。
3．基因、染色体、DNA、性状等的关系 基因是生物性状的结构单位和功能单位。
（三）基因指导蛋白质的合成过程
1．转录
（1）概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。（注：叶绿体、线粒体也有转录）
（2）条件
模板：DNA的一条链（模板链）； 原料：4种核糖核苷酸； 能量：ATP；
酶：解旋酶、RNA聚合酶等。
（3）原则：碱基互补配对原则（Ａ—Ｕ、T—Ａ、Ｇ—Ｃ、Ｃ—Ｇ）。
（4）产物：信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（ｒRNA）、转运RNA（tRNA）。
2．翻译
（1）概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。（注：叶绿体、线粒体也有翻译）
（2）条件 模板：mRNA； 原料：氨基酸（20种）； 能量：ATP； 酶：多种酶； 搬运工具：tRNA； 装配机器：核糖体。
（3）原则：碱基互补配对原则。 （4）产物：多肽链。
3．密码子与反密码子 遗传信息 决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 密码子 mRNA上3个相邻的碱基 翻译时决定肽链中氨基酸的排列顺序 反密码子 tRNA上与mRNA互补的3个碱基 与mRNA上的密码子互补，以确定氨基酸在肽链上的位置 位置 DNA上碱基排列顺序 作用 图解 4．与基因表达有关的计算
（1）基因中碱基数：mRNA分子中碱基数：氨基酸数＝6：３：1。 （2） 基因中能编比较码蛋白质的内容 序列的碱基数 数目 6n mRNA上的碱基数 3n 运氨基酸的tRNA数 n 蛋白质中的氨基酸数 n 蛋白质中的肽链数 m 缩合失去蛋白质中的水分子的肽键数 数 n-m n-m 四、基因的表达及调控
（一）中心法则
（1）提出人：克里克。
（2）中心法则及其发展的内容（用简式表示）
（3）中心法则的内容：DNA复制、转录和翻译
中心法则的发展内容： RNA复制、逆转录、蛋白质复制等。
（二）基因控制性状的方式
1．基因对性状的控制方式及实例
（1）间接控制：通过控制酶或激素的合成来影响代谢过程，进而控制生物的性状； （2）直接控制：通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状。 （3）实例
①间接控制：豌豆粒型；白化病；
②直接控制：镰刀型细胞贫血症，囊性纤维病。 2．基因与性状的关系
4.3 遗传变异与育种
知识梳理：
一、生物变异
（一）生物变异的种类
生物的变异包括基因重组、基因突变和染色体变异。 1．基因突变
基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序（替换、增添或缺失）的改变。 基因突变在生殖细胞中，将遵循遗传规律传递给后代；若发生在体细胞中，一般不能遗传。
2．基因重组
基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，所以进行有性生殖的生物会发生基因重组。
（1）范围：真核生物有性生殖。 （2）实质：非等位基因重组。 （3）类型：自由组合和交叉互换。
①自由组合：发生在减数第一次分裂后期（非同源染色体上的非等位基因自由组合）， ②交叉互换：发生在减数第一次分裂四分体时期（同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换导致染色单体上的非等位基因重组）。
另外，外源基因的导入也会引起基因重组。 3．染色体变异
染色体变异是指染色体的结构发生改变或者数目发生改变（缺少，增多）的变异。 （1）染色体变异分类 变异类型 具体变化 结果 染色体上的基因数目或排列顺序改变，从而导致性状变异 大量基因增加或减少，性状改变幅度较大 举例 缺失 缺失某一片段 染色体结构变异 重复 增加某一片段 易位 某一片段移接到另一条非同源染色体上 个别染色体的增添或缺失 染色体数目变异 染色体组成倍地增加或减少 猫叫综合征 倒位 某一片段位置颠倒 三倍体无籽西瓜 （2）染色体数目变异有关概念
①染色体组
染色体组是指细胞中形态和功能各不相同，但是携带着控制一种生物生长、发育、遗传和变异的全部信息的一组非同源染色体。
要构成一个染色体组应具备以下几条： a．一个染色体组中不含同源染色体。
b．一个染色体组中所含的染色体形态、大小和功能各不相同。
c．一个染色体组中含有控制该物种生物性状的一整套基因，但不能重复。 ②二倍体
由受精卵发育而成，体细胞中含有两个染色体组。包括几乎全部动物和过半数的高等植物，如人、果蝇、玉米等。
③多倍体
a．概念：由受精卵发育而来，体细胞中含三个或三个以上染色体组的个体。 b．实例：香蕉为三倍体；马铃薯为四倍体；普通小麦为六倍体；小黑麦为八倍体。 c．特点：与二倍体植株相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质含量丰富。 ④单倍体
a．概念：由配子发育而来，体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。 b．特点（以植物为例）：与正常植株相比，植株长得弱小，且高度不育。
（二）生物变异在育种上的应用
1．杂交育种 （1）原理
杂交育种的原理为基因重组（通过基因分离、自由组合或连锁交换，分离出优良性状或使各种优良性状集中在一起）。
（2）方法
连续自交，逐代淘汰。 （3）举例
通过杂交培育矮秆抗病的优秀小麦品种，具体如下：
(4)特点
育种年限长，需连续自交不断择优汰劣才能选育出需要的类型。 2．诱变育种 (1)原理
诱变育种的原理为基因突变。 (2)方法
用物理因素（如Ｘ射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，提高突变率。
(3)举例
太空育种、青霉素高产菌株的获得。 (4)特点
提高了突变率，大幅改良生物性状，但是盲目性强。 3．多倍体育种 (1)原理 染色体数目变异 (2)方法
秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍。 (3)举例 三倍体无籽西瓜 (4)特点
茎干粗壮、叶片果实大、营养物质丰富，发育迟缓、结实率低。 4．单倍体育种 (1)原理 染色体数目变异 (2)方法
花药离体培养后，用秋水仙素处理单倍体幼苗。 (3)特点
明显缩短育种年限，快速获得稳定遗传的个体，但技术复杂。
4.4 现代生物进化理论
知识梳理：
一、生物进化论的主要观点
1．拉马克的进化学说 （1）理论要点
用进废退和获得性遗传是生物不断进化的主要原因。 （2）进步性 认为生物是进化的。 2．达尔文的自然选择学说 （1）理论要点
自然选择（过度繁殖→生存斗争→遗传变异→适者生存）。 （2）进步性
能够科学地解释生物进化的原因以及生物的多样性和适应性。 （3）局限性
①以个体为单位研究进化；
②不能科学地解释遗传和变异的本质； 3．现代生物进化理论
（1）种群是生物进化的基本单位。
概念：生活在同一地点的同种生物的一群个体，是生存和繁殖的基本单位种群特点：彼此之间可以交配产生可育后代，通过繁殖传递基因给后代 概念：一个种群的全部个体所含的全部基因叫基因库基因库特点：不仅不会因个体死亡而消失，反而在代代相传中保持和发展 基因频率：某种基因在某个种群中出现的比例叫基因频率 基因型频率：群体中某特定基因型个体的数目占个体总数目的比率
（2）突变和基因重组为生物进化提供原材料。 （3）自然选择决定生物进化的方向。 生物进化的实质是基因频率的改变。
（4）隔离导致新物种的形成。 隔离包括：地理隔离与生殖隔离。
①长期的地理隔离会导致生殖隔离，但不必定导致生殖隔离。 ②生殖隔离往往由地理隔离导致，也有例外。
二、生物多样性的形成
1．生物多样性的内容
生物多样性包括：遗传（基因）多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。
2．研究生物进化历程的主要依据——化石
5 植物激素的调节
知识梳理：
一、生长素发现过程的实验分析
科学家及实验过程 结论及分析 达尔文实验：胚芽鞘生长弯曲与胚芽鞘尖端的相关性研究 胚芽鞘＋单侧光→向光生长； ②去尖端＋单侧光→不生长、不弯曲。说明植物向光性与尖端有关 用锡箔罩住尖端＋单侧光→生长、不弯曲； 用锡箔罩住尖端以下部位＋单侧光→向光生长。说明植物的感光部位在尖端 单侧光照射使胚芽鞘尖端产生某种刺激，对下部产生影响，出现向光弯曲 詹森实验： 切去胚芽鞘尖端＋单侧光→不弯曲。胚芽鞘尖端下部放琼脂块＋单侧光→弯曲 拜尔实验： 切去胚芽鞘尖端，移至一侧，置于黑暗中培养，胚芽鞘向放尖端的对侧弯曲生长 胚芽鞘尖端产生的刺激可以透过琼脂片 尖端产生某种刺激，在其下部分布不均匀，造成胚芽鞘弯曲生长 温特实验： 某种刺激的确是化学物质，这种化学①接触过尖端的琼脂块放在去尖端的胚芽鞘切面的某一侧；物质的不均匀分布造成胚芽鞘尖端以②空白的琼脂块放在去尖端的胚芽鞘切面的某一侧 下的部位弯向光源 其他科学家：从人尿中分离出能促进植物生长的物质 生长素的化学成分是吲哚乙酸 二、生长素的产生、运输和分布
（一）产生：主要合成部位是幼嫩的芽、叶和发育中的种子。 （二）运输： 1．极性（轴向）运输 （1）实验：如图。
（2）结论：生长素只能从形态学上端向形态学下端运输，而不能由形态学下端向形态学上端运输。
2．横向运输：在单侧光作用下生长素在茎、根等处可发生横向运输。这种运输往往与单方向刺激有关。
3．运输的方式：逆浓度梯度的主动运输过程，需要消耗ATP，与细胞呼吸强度有关。 （三）分布
1．产生部位＜积累部位，如顶芽＜侧芽，分生区＜伸长区。 2．生长旺盛的部位＞衰老组织，如幼根＞老根。
三、生长素的生理作用
（一）特点：
具有两重性：既能促进生长，也能抑制生长；既能促进发芽，也能抑制发芽；既能防止落花落果，也能疏花疏果。
1.从甲图可读到以下信息
●生长素的功能具有两重性，低浓度促进生长，高浓度抑制生长，浓度过高会杀死植物。 ●同一浓度的生长素作用于不同器官上，引起的生理功效也不同，这是因为不同的器官对生长素的敏感性不同（敏感性大小：根＞芽＞茎）。
2.从乙图可以读到以下信息：
不同种类的植物对生长素的敏感度不同，双子叶植物比单子叶植物敏感程度高。
（二）实例 1.顶端优势：
（1）现象：顶芽优先生长，抑制侧芽生长的现象。
（2）原因：顶芽产生的生长素向下运输，在侧芽处积累，侧芽附近生长素浓度过高，发育受到抑制。
（3）解除：摘除顶芽。 2.根的向地性和茎的背地性
原理：如图：重力→生长素分布不均（向地一侧生长素浓度高，背地一侧生长素浓度低即C＞A，D＞B）→生长不均（根的向地一侧生长慢，背地一侧生长快；茎的向地一侧生长快，背地一侧生长慢）→根的向地性，茎的背地性。
（三）生长素类似物及应用
1．概念：具有生长素的生理效应的化学物质，人工合成。
2．应用：防止果实和叶片的脱落、促进结实、获得无子果实、促使扦插枝条的生根等。
四、其他植物激素：
（一）四类植物激素的比较 名称 合成部位 存在较多的部位 生理功能 促进细胞伸长，从幼芽、幼根和未成赤霉素 熟的种子 普遍存在于植物体内 促进种子萌发和果实发育，打破休眠 细胞分根尖 裂素 ①抑制细胞分裂 根冠和萎蔫的叶脱落酸 片 衰老和脱落 广泛存在于植物体，成熟 乙烯 植物体各个部位 的果实含量最多 （二）植物生长调节剂
1．概念：人工合成的对植物的生长发育有调节作用的化学物质。 2．优点：容易合成、原料广泛、效果稳定。 3．应用实例：
（1）用乙烯利催熟凤梨。
（2）用一定浓度的赤霉素溶液处理芦苇，使其纤维长度增加50%左右。
促进果实成熟 乙烯利 将要脱落的器官和组织 ②促进叶和果实的矮壮素 正在进行细胞分裂的部位 促进细胞分裂 青鲜素 而引起植株增高 GA1、GA2… 对应生长调节剂 6.1 人体的内环境与稳态
知识梳理：
一、细胞生活在细胞外液中
（一）体液：由细胞内液（约占2/3）和细胞外液组成。 （二）内环境
1．概念：由细胞外液构成的液体环境。 2．组成及关系
二、细胞外液的成分
（一）血浆中含有的水约占90%，溶质中含量最多的是蛋白质，约占7%～9%，无机盐约占1%，其他部分为血液运送的物质。
（二）组织液、淋巴的成分和含量与血浆相近，最主要的差别在于血浆中含有较多的蛋白质，而组织液和淋巴中蛋白质含量较少。
（三）细胞外液本质上是一种盐溶液，这在一定程度上反映了生命起源于海洋。
三、细胞外液的理化性质及其与外界环境的关系
（一）渗透压
溶质微粒数量 对水的吸引力 渗透压大小 1．定义：溶液中溶质微粒对水的吸引力。
越多 2．血浆渗透压的决定因素：主要由无机盐和蛋白质含量决定，其中细胞外液的渗透压90%以上是由Na和Cl决定的。
＋
－
越大 越小 越大 越小 越少 （二）酸碱度
1．正常人的血浆近中性，pH为7.35～7.45。
2．维持酸碱平衡的体系：主要由CO32-和HCO3、HPO42和H2PO4等缓冲物质（缓冲对）维持
－
－
－
（三）温度
1.人细胞外液的温度一般维持在37℃＋0.5℃左右。所以人体内酶的最适宜温度也是37℃
左右。
2.体温：幼年＞成年＞老年；女性＞男性。
（四）内环境与外界环境的关系
内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒体。
1．体内细胞只有经过内环境才能与外界进行物质交换，因此内环境是体内细胞与外界环境进行物质交换的媒体。
2．直接与内环境的物质交换有关的系统有四个；不同的组织细胞生活的内环境不同。 3．人的呼吸道、消化道、膀胱等由孔道与外界相连。储存的液体也直接与外界接触，所以这些液体不属于体液。
四、内环境稳态及其意义
稳态：健康人的内环境的成分和理化性质都处于动态平衡中。这种动态平衡是通过机体的调节作用来实现的。生理学家把正常机体通过调节作用，使各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态叫做稳态。内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
6.2 通过神经系统的调节
知识梳理：
一、神经调节
（一）神经调节的结构基础和反射
1.神经系统的基本单位——神经元 神经系统的基本结构和功能单位是神经元。 （1）神经元的结构
由细胞体、树突（短而多）、轴突（长）构成。后二者合称为突起。
2.神经调节的基本方式 （1）反射
反射是神经活动的基本方式。是指在中枢神经系统参与下，动物体或人体对内外环境变化作出的规律性应答。分为非条件反射（生来就有的先天性反射）和条件反射（通过训练而形成的）。
（2）反射弧
是反射活动的结构基础。包括五部分，缺一不可。
感受器：感觉神经末梢和与之相连的各种特化结构，感受刺激产生兴奋。传入神经：从神经末梢向中枢传导冲动的神经称为传入神经。 反射神经中枢：在脑和脊髓的灰质中，功能相同的神经元细胞体汇集在一起构成。传出神经：把中枢神经系统的兴奋传到各个器官或外围部分的神经。效应器：运动神经末梢与其所支配的肌肉或腺体。（二）兴奋在神经纤维上的传导
1.兴奋
兴奋指动物体或人体内的某些组织或细胞感受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。
2.神经冲动
兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫神经冲动。 3.兴奋的传导过程 （1）静息电位的形成
未受刺激时，神经纤维处于静息状态。此时，细胞膜两侧的电位表现为外正内负（K+离子外流），称为静息电位。
（2）动作电位和局部电流的产生
当神经纤维某一部位受到刺激时，这个部分的膜两侧出现暂时性的电位变化，由外正内负变为外负内正（Na+离子内流），即产生动作电位。在兴奋与未兴奋部位之间由于存在电位差而发生电荷移动，这样就形成了局部电流。
（3）兴奋的传导
局部电流刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化，如此进行下去，将兴奋向前传导，而后方又恢复为静息电位。
4.兴奋的传导方向 双向性。
（三）兴奋在神经元之间的传递
1.结构基础
突触：包括突触前膜、突触间隙、突触后膜。
2.突触的类型 （1）轴突→树突 （2）轴突→细胞体 3.传递过程
兴奋→突触小体→突触小泡→突触前膜→释放递质（乙酰胆碱、单胺类物质）→突触间隙→突触后膜→下一个神经元兴奋或抑制。
4.传递方向
单向性：由于神经递质只存在于突触前膜突触小体的突触小泡内，神经递质只能由突触前膜释放作用于突触后膜。
5.信号转换
电信号→化学信号（速度较慢）→电信号。
（四）神经系统的分级调节
1.中枢神经系统的组成和功能
大脑 高级神经中枢 小脑 脑干 下丘脑 低级神经中枢 相互关系 脊髓 调节机体活动的最高级中枢 维持身体平衡的中枢 有许多维持生命活动必需的中枢，如呼吸中枢 体温，水平衡调节的中枢，还与生物节律等的控制有关 调节躯体运动的低级中枢 位于脊髓的低级中枢受脑中相应高级中枢的调控； 神经中枢之间相互联系，相互调控。 2．大脑的高级功能 （1）大脑皮层功能
除了对外部世界感知及控制机体的反射活动外，还有语言、学习、记忆和思维等方面的
高级功能。
（2）语言中枢的位置和功能
书写性语言中枢（W区）→失写症（能听、说、读，不能写） 运动性语言中枢（S区）→运动性失语症（能听、读、写，不能说） 听觉性语言中枢（H区）→听觉性失语症（能说、写、读，不能听） 视觉性语言中枢（V区）→失读症（能听、说、写，不能读）
6.3 通过激素的调节
知识梳理： 一、激素调节
（一）激素调节
1.概念
由内分泌腺或细胞分泌的化学物质进行的调节。 2.特点
（1）微量和高效； （2）通过体液运输； （3）作用于靶器官、靶细胞。 3.人体主要激素 激素分泌部位 下丘脑 垂体 甲状腺 胸腺 肾上激腺 胰岛 卵巢 睾丸 激素名称 抗利尿激素 生长激素 多种促激素 甲状腺激素 胸腺激素 肾上腺激素 调节水平衡、血压 促进蛋白质合成，促进生长 控制其他内分泌腺的活动 促进代谢活动；促进生长发育（包括中枢神经系统的发育），提高神经系统的兴奋性； 促进T淋巴细胞的发育，增强T淋巴细胞的功能 参与机体的应激反应和体温调节等多项生命活动 促进女性性器官的发育、卵细胞的发育和排卵，激发并维持女性第二性征等 促进男性性器官的发育、精子的生成，激发并维持男性第二性征等 主要作用 多种促激素释放激素 调节内分泌等生理过程 胰岛素、胰高血糖素 调节血糖动态平衡 雌激素等 雄激素 4.激素间的相互关系
拮抗作用：胰岛素和胰高血糖素
协同作用：促进生长→甲状腺激素和生长激素 促进代谢加快产热→甲状腺激素和肾上腺素 升高血糖→胰高血糖素和肾上腺素
（二）激素调节的实例
1.血糖平衡的调节 （1）血糖的含义
血浆中的葡萄糖（正常人空腹时浓度：0.8 ~ 1.2g/L）。
（2）血糖的来源和去路
（3）调节血糖的激素 ①胰岛素：降血糖 分泌部位：胰岛Ｂ细胞 作用机理：
a．促进血糖进入组织细胞，并在组织细胞内氧化分解、合成糖原、转变成脂肪酸等非糖物质；
b．抑制肝糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖。 （抑制2个来源，促进3个去路） ②胰高血糖素：升血糖 分泌部位：胰岛Ａ细胞
作用机理：促进肝糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖（促进2个来源）。 （4）血糖平衡的调节：
（5）糖尿病
病因：胰岛Ｂ细胞受损，导致胰岛素分泌不足 症状：多饮、多食、多尿和体重减少（三多一少） 2.甲状腺激素分泌的分级调节
3.人体体温调节
（1）体温调节中枢：下丘脑。
（2）体温调节方式：神经－体液共同调节。
寒冷刺激冷觉感受器 传入神经 促甲状腺激素释放激素 体温调节中枢 （位于下丘脑） 促甲状腺激素 甲状腺 传出神经 垂体 骨骼肌战栗 肾上腺素分泌增加 立毛肌收缩（鸡皮疙瘩） 汗腺分泌减少 毛细血管收缩（面色苍白）甲状腺激素 增加产热 减少散热 维持体温恒定
体液调节 神经调节
4.水盐平衡调节
（1）神经调节途径：下丘脑渗透压感受器→大脑皮层→产生渴觉。
（2）体液调节途径：下丘脑渗透压感受器→下丘脑分泌垂体后叶释放抗利尿激素→作用于肾小管和集合管→加大对水份的重吸收→尿量减少。
二、神经调节与体液调节
（一）神经调节与体液调节的比较
比较项目 作用途径 反应速度 作区用别 范围 作用时间 结构基础 神经调节 体液调节 反射 体液运输 迅速 较缓慢 准确、比较局限 较广泛 短暂 比较长 反射弧 主要是内分泌腺 直接或间接调节 中枢神经系统 影响发育和功能 联系 内分泌腺分泌共同作用调节动物生命活动（神经调节为主） （二）神经调节与体液调节的关系
1．内分泌腺受中枢神经系统的调节，体液调节可以看做神经调节的一个环节。 2．激素也可以影响神经系统的发育和功能，两者常常同时调节生命活动。
6.4 免疫调节
知识梳理：
一、免疫系统的组成
（一）免疫器官
免疫细胞生成、成熟或集中分布的场所。如骨髓、胸腺、淋巴结等。
（二）免疫细胞
发挥免疫作用的细胞，主要有吞噬细胞和淋巴细胞，淋巴细胞又分为B细胞和T细胞。 B淋巴细胞在骨髓中生成，在骨髓中成熟；T淋巴细胞在骨髓中生成，在胸腺中成熟。
（三）免疫活性物质
具有免疫活性的物质。浆细胞分泌的抗体、效应T细胞分泌的淋巴因子以及溶菌酶等。
二、免疫系统的调节
（一）非特异性免疫
1．组成
第一道防线：皮肤、黏膜及其分泌物。
第二道防线：体液中的杀菌物质（如溶菌酶）和吞噬细胞。 2．特点：人人生来就有，不针对某一类特定病原体。
（二）特异性免疫（第三道防线）
1．组成：主要由免疫器官和免疫细胞借助血液循环和淋巴循环而组成。 2．作用：抵抗外来病原体和抑制肿瘤等。 3．方式：体液免疫和细胞免疫。
（三）免疫系统的功能
防卫、监控、清除。
三、体液免疫和细胞免疫的比较
源B细胞 头 杀菌特异性抗体 物质 作用侵入内环境中的抗原 对象 被抗原侵入的宿主细胞 淋巴因子 T细胞 体液免疫 细胞免疫 作用过程 关系 对于体液中的抗原，体液免疫发挥作用；对于胞内寄生物（病毒），体液免疫先起作用，阻止寄生物的传播感染，当寄生物进入细胞后，细胞免疫将抗原释放，再由体液免疫最后清除 二次免疫：相同抗原再次侵入人体产生的免疫。 特点：比初次反应更迅速，更强烈
四、免疫失调
（一）免疫失调的类型
1.防卫过强：过敏反应，如皮肤荨麻疹。
2.防卫过弱：获得性免疫缺陷综合症（AIDS），即艾滋病。 3.防卫不准：自身免疫病，如类风湿性关节炎。
（二）免疫失调引起的疾病
过敏反应 自身免疫病 免疫缺陷病 由于机体免疫功能不足或缺 已免疫的机体再次接受相同 概物质刺激时所发生的组织损 念 伤或功能紊乱 得性免疫缺陷病 和器官造成损伤 类：先天性免疫缺陷病、获 自身免疫反应对自身的组织 乏而引起的疾病，可分这两 相同过敏原再次进入机体时 与吸附在细胞表面的相应抗 发体结合使其释放组织胺而引 病 起。发作迅速、反应强烈、机消退较快；一般不破坏组织理 细胞；有明显的遗传倾向和个体差异。 举例 消化道、呼吸道过敏反应、 皮肤过敏反应等 类风湿性关节炎、风湿性心 脏病、系统性红斑狼疮 先天性胸腺发育不良、艾滋 病 时，也消灭正常细胞 击破坏而致 面结构相似，抗体消灭抗原 （遗传缺陷）或遭病毒等攻 抗原结构与正常细胞物质表 人体免疫系统功能先天不足
7.1 种群与群落
知识梳理：
一、种群的概念
种群：一定空间和时间内同种生物的全部个体叫做种群。
物种：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
二、种群的特征
（一）数量特征
1． 种群密度
概念：种群在单位面积或单位体积中的个体数就是种群密度。 调查方法：样方法和标志重捕法。
（1）样方法
①概念：在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的平均个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值的计数方法。
②适用条件：植物、活动范围较小的动物，如：昆虫卵、蚜虫的密度、跳蝻的密度等。 （2）标志重捕法
①概念：在被调查种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例，来估计种群密度的方法。 ②适用条件：动物。
③相关计算：第一次捕了M只鸟全部标记，每二次捕获n只，其中有m只是被标记的，种群密度为N，则N=M×n÷m。
2．出生率和死亡率
单位时间内新产生的个体数目／死亡的个体数占该种群个体总数的比率。
3．迁入率和迁出率
单位时间内迁入或迁出的个体，占该种群个体总数的比率。
4．年龄组成和性别比例 年龄组成
（1）概念：种群的年龄组成是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。 （2）分类：
①增长型 ②稳定型 ③衰退型
（3）意义：研究种群的年龄组成，对于预测种群数量的变化趋势具有重要意义。 性别比例
（1）概念：种群中雌雄个体数目的比例。性别比例对种群密度也有一定的影响。 （2）分类：
①雌：雄>1：1，如：养鸡场中的鸡 ②雌：雄<1：1，如：蜜蜂、蚂蚁等 ③雌：雄=1：1，如：人
（二）空间特征 种群分布型
1．概念：种群分布型是指种群中个体的空间配置格局。 2．分类：集群分布、均匀分布和随机分布
集群分布 均匀分布 随机分布 归纳总结：种群特征之间的关系：
三、种群的增长方式
J型增长和S型增长曲线的比较
项目 J型增长 种群数量 增长模型 理想状态：资源无限、空间无限、前提条件 不受其他生物制约 起始增长很慢，但随着种群基数的种群起始呈加速度增长，K/2时增长加大，增长会越来越快，每单位时条件 间都按种群的一定百分数或倍数增值时便停止增长或在K值上下波动。 长，其增长势头强大。 tN为该种群的起始数量，Nt=N0λ（0S型增长 种群数量 K K 现实状态：资源有限、空间有限、受其他生物制约 最快，此后便开始减速增长，到Kt为时间，Nt表示t年后该种群的数数量计算 量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。） 种群增长速率 K值有无 曲线形成原因 不变 无K值 无种内斗争，缺少天敌 先增大后减小，在K/2时达到最大 有K值 种内斗争加剧，天敌数量增多 无 联系 同种增长曲线的差异主要是环境阻力大小不同，对种群增长的影响不同
四、群落的概念
（一）概念
同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合叫做生物群落。
（二）群落的物种组成
1．丰富度：群落中物种数目的多少称为丰富度。
2．环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越多，群落结构越复杂，物种丰富度越大。从赤道到北极，人们会发现动植物的种类将逐渐减少。
五、群落的种间关系
（一）种间关系
名称 数量曲线 特点 举例 互利共生 相互依赖，彼此有利 豆科植物与根瘤菌 寄生 对寄主有害，对寄生生物有利 蛔虫和人，菟丝子和大豆 竞争 生活在一起，相互争夺资源牛与羊，农作物与杂草 和空间等，表现为此消彼长 捕食 一种生物以另一种生物为食 羊与草，狼与兔
（二）种内关系
1．种内互助：同种生物的个体或种群在生活过程中互相协作，以维护生存的现象。很多动物的群聚生活方式就是常见的种内互助现象。
2．种内斗争：同种生物个体之间，由于争夺食物，栖息地或其它生活条件而发生的斗争，
叫做种内斗争。
六、群落的结构特征
1．垂直结构 2．水平结构 比较项目 含义 分层现象 地形变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照陆生：光照、温度 原因 水生：光、温度、O2 植物在不同高度的分层，动物也随之表现 具有层次性 大多群落生物呈集群分布或镶嵌分布 强度的不同、生物自身生长特点的不同以及人和动物的影响 垂直结构 生物群落在垂直方向上具有明显的在水平方向上的配置状况 水平结构 七、群落演替的概念
（一）概念
随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，就叫演替。
（二）群落演替的类型比较
类型 初生演替 在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被定义 彻底消灭了的地方发生的演替，就叫初生演替。 基质与环无有机质和生命胚种 境条件 裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→过程 草本阶段→灌木阶段→森林阶段 时间 速度 经历的时间长 缓慢 经历的时间短 较快 杂草阶段→灌木阶段→森林阶段 有大量有机质和生命胚种 他繁殖体(如能发。芽的地下茎)的地方发生的演替，就叫次生演替。 次生演替 在原有植被虽已不存在，但原有地壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其影响因素 实例
自然因素 裸岩、沙丘和湖底的演替 人类活动较为关键 弃耕农田上和火灾后的草原上发生的演替 7.2 生态系统
知识梳理：
一、生态系统的概念
由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，叫做生态系统。地球上最大的生态系统是生物圈，它包括大气圈的下层、岩石圈的上层、整个水圈和土壤圈全部。
二、生态系统的结构
（一）生态系统的成分
1．无机环境 非生物的物质和能量 物质：空气、水、矿物质 能量：阳光、热能 2．生物群落 （1）生产者 （2）消费者 （3）分解者 成分 归类 各成分的组成 在生态系统中的作用 地位 必需成分 量 能源 绿色植物；光合细菌和自养型生产者 生物 硝化细菌 量 异养型消费者 生物 异养型分解者 生物 联系 动物如蚯蚓、蜣螂等 简单的无机物 物 腐生细菌和真菌；腐食残落物中的有机物分解成成分 子等 把动植物遗体、排出物和物质循环的关键绝大多数动物；寄生生帮助生产者传粉、传播种最活跃的成分 蓝藻；化能合成细菌如者、分解者提供物质和能(基石) 量引入生物群落，为消费必需的主要成分的根本来源 将无机环境中的物质和能非生物的物质和能无机物、有机物、气候、生物群落中的物质和能量生产者 (基石) 动物摄食 残枝败叶、遗体 细胞呼吸 光合作用 (或化能合成作用) 非生物的物质和能量 细胞呼吸 细胞呼吸 消费者 分解者 (加快物质循环) 尸体、粪便 (不可缺少) （二）生态系统的营养结构
1．食物链
（1）形成：生态系统中，各种生物因食物关系而形成的联系。
（2）环节：一般不超过5个环节，生产者是第一营养级，初级消费者是第二营养级，次级消费者是第三营养级，三级消费者是第四营养级，四级消费者是第五营养级。最多只有五个营养级。
2．食物网
（1）形成：许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构，就是食物网。 （2）功能：生态系统的物质循环和能量流动的渠道。食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。
三、生态系统的功能
（一）能量流动
1.能量流动的概念
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。 2.能量流动的过程 （1）输入
流入该生态系统的总能量就是生产者所固定的太阳能。 （2）传递
某营养级的摄入量＝同化的能量＋粪便量
同化的能量＝呼吸散失能量＋自身生长发育繁殖的能量
用于自身生长发育繁殖的能量＝流向下一营养级的能量＋分解者分解的能量 （3）转化
太阳能→稳定的化学能→热能。 （4）散失
主要通过生产者、消费者和分解者的呼吸作用以热能的形式散失，另外化石燃料的燃烧也是重要途径。
3.能量流动的特点 单向流动、逐级递减
能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%~20%。
（二）物质循环
1.物质循环的概念
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。
2.举例：C循环
C元素从无机环境进入生物群落：绿色植物的光合作用
C元素从生物群落进入无机环境：绿色植物的呼吸作用、动物的呼吸作业、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧。
（三）能量流动和物质循环的关系
物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
（四）信息传递
1.生态系统中信息的种类
（1）物理信息：生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息，称为物理信息。
（2）化学信息：生物在生命活动中，还产生一些可以传递信息的化学物质，诸如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素，这就是化学信息。
（3）行为信息：动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能够传递某种信息，即生物的行为特征可以体现为行为信息。
2.信息传递在生态系统中的作用
（1）生命活动的正常进行，离不开信息的作用，生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。 （2）信息还能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定性。
四、生态系统的稳定性
（一）概念
生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性。
（二）基础
生态系统内部具有一定的自动调节能力，其调节基础为负反馈调节。
（三）类型
1．抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力，叫做抵抗力稳定性。生态系统中的组分越多，营养结构越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，反之则越低。
2．恢复力稳定性：生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力，叫做恢复力稳定性。
五、 生态系统的保护
1.保护生物多样性
（1）生物多样性：遗传（基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性 （2）生物多样性的价值
潜在价值：目前人类尚不清楚的价值。
间接价值：对生态系统起到重要调节功能的价值(也叫做生态功能，如森林和草地对水土的保持作用，湿地在蓄洪防旱、调节气候等方面的作用)。
直接价值：对人类有食用、药用和工业原料等实用意义的，以及有旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等非衫意义的价值。 （3）保护生物多样性的措施
就地保护：在原地对被保护的生态系统或物种建立自然保护区以及风景名胜等，这是对生物多样性最有效的保护。
易地保护：把保护对象从原地迁出，在异地进行专门保护。
选修一：生物技术实践
知识梳理：
一、传统发酵技术的应用
1.利用微生物进行发酵来生产特定的产物 酵母菌 醋酸菌 毛霉 乳酸菌
2.实验原理
果酒的原理：
酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，表达式为：C6H12O6+O2→CO2+H2O+能量
酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，表达式为：C6H12O6→C2H5OH+CO2+能量
果醋的原理：
当缺少糖源时和有氧条件下，醋酸菌可将乙醇（酒精）氧化成醋酸。当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O
注意事项： （1） 制作果酒时，先冲洗葡萄再去除枝梗和腐烂的子粒，注意不要反复多次冲洗。 （2） 注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。由于发酵旺盛期CO2的产量非常大，
因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。每天要拧松瓶盖2～4次，进行排气。
（3） 果酒的鉴定：嗅味和品尝、显微镜观察、用重铬酸钾检验酒精的存在（橙红色变为
灰绿色）
（4） 果醋的鉴定：嗅味和品尝、显微镜观
察、比较发酵前后的pH值
（5） 使用该装置制酒时，应该关闭充气口；
制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的，通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。
腐乳的原理：毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可将脂肪分解成甘油和脂肪酸。
注意事项：
（1） 豆腐的含水量为70％左右，水分过多则腐乳不易成形。
（2） 先接种毛霉，使毛霉生长5天后，再加盐腌制8天后，加入卤汤。
（3） 分层加盐，并随层加高而增加盐量，在瓶口表面铺盐厚些，以防止杂菌从瓶口进入。
盐的浓度过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败变质；盐的浓度过高，会
生产应用 生物学分类 果酒 果醋 腐乳 泡菜 真核生物 原核生物 真核生物 原核生物 代谢类型 异养需氧型 异养需氧型 异养厌氧型 发酵条件 一直需氧，30-35℃ 一直需氧 无氧 异养兼性厌氧型 前期需氧，后期不需氧，18-25℃ 影响腐乳的口味。 （4）卤汤酒精含量控制在12％左右为宜。酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很
大关系：酒精含量过高，，使腐乳成熟期延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，豆腐易腐败。
（5）加入卤汤后，将瓶口通过酒精灯火焰，用胶条密封。
泡菜的原理：乳酸菌在无氧条件下，将葡萄糖分解成乳酸。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌，乳酸杆菌常用于制作酸奶。 注意事项：
（1）腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。盐水煮沸冷却后与新鲜蔬
菜混合均匀，装入泡菜坛，盐水要没过全部菜料。坛盖边缘的水槽要注满水，防止外界空气进入，以保证乳酸菌发酵的无氧环境。
（2）一般在腌制10天后，亚硝酸盐的含量开始下降。
（3）如果希望发酵快些，可将蔬菜在开水中浸1分钟后入坛，再加上一些白酒。
（4）加入一些已经腌制过的泡菜汁，这相当于接种已经扩增的发酵菌，可减少腌制时间。
发酵过程中亚硝酸盐含量的测定
亚硝酸盐：人体摄入的亚硝酸过量时，会引起中毒。在特定条件下，体内亚硝酸盐会转变成致癌物亚硝胺。
在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红色溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。
二、微生物的培养和应用
菌落：单个或少数细菌在固体培养基表面或内部大量繁殖时，就会形成一个肉眼可见的，具有一定形态结构的子细胞群体，叫做菌落。菌落是鉴定菌种的重要依据。细菌的菌落特征因种而异。
无菌技术：泛指在培养微生物的操作中，所有防止杂菌污染的方法。 消毒：利用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人有害的微生物（不包括芽孢和孢子）。
消毒的方法：①煮沸消毒法②巴氏消毒法：牛奶消毒③化学药剂消毒法：用70%-75%酒精进行皮肤消毒；氯气消毒水源。④紫外线消毒：不但能使微生物的蛋白质变性，还能破坏它的遗传物质。
灭菌：使用强烈的理化因素杀死物体内外所有微生物，包括芽孢和孢子。 常用灭菌的方法：
①灼烧灭菌：适用于操作时试管口及接种环的灭菌。
②干热灭菌：160-170 ℃下加热1-2h，适用于玻璃器皿等耐热器具的灭菌。
③高压蒸汽灭菌：100kPa、121 ℃下维持15-30min，适用于培养基、无菌水等的灭菌。 最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌，它可以杀灭所有的生物，包括最耐热的某些微生物的休眠体，同时可以基本保持培养基的营养成分不被破坏。
培养基是供微生物、植物和动物组织生长所用的人工配制的养料，一般都含有碳源、氮源、水、无机盐等，有的还含有某种生物生长所特需的生长因子。
培养基的分类及作用 ①照物理状态来分： 固体（加琼脂）：纯化、增菌 液体：扩大培养（增菌），获得代谢产物
②按照用途来分：
鉴别培养基：在培养基中加入某种特殊化学物质（指示剂），使其与微生物代谢产物发生显色反应，仅凭肉眼观察即可根据菌落颜色分辨出其中的微生物类别。
例如：在培养分解纤维素的微生物时，在培养基中加入刚果红，可出现透明圈。因为刚果红可与纤维素这种多糖结合成红色复合物，而不和单糖或二糖发生反应。
选择培养基：在培养基中加入某种化学物质，对所需分离的微生物无害，但可以杀死其它微生物，或者抑制其他微生物的生长。
例如：添加抗生素的培养基；以某物质为唯一碳源或唯一氮源的培养基 配制过程：计算→称量→溶化（调pH）→灭菌→倒平板或分装 倒平板技术：
待培养基冷却到50 ℃左右时，在酒精灯附近倒平板。平板冷却凝固后，倒置。（倒置培养目的：防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染）
接种、分离纯化方法： 1、平板划线法
接种环在培养基表面连续划线，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面，分离到单菌落（由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群）。
注意事项：在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环，在划线操作结束时，仍需要灼烧接种环。在灼烧接种环之后，要等其冷却后再进行划线，以免接种时接种环温度太高，杀死菌种。在做第二次以及其后的划线操作时，要从上一次划线的末端开始划线。 2、稀释涂布平板法
将菌液进行一系列梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别用涂布器涂布到固体培养基表面，进行培养。在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单菌落。
微生物数量测定
1、直接计数法：常用的是显微镜直接计数法。该方法所需设备简单（用到的工具有显微镜和血球计数板），可迅速获得结果，而且在计数同时能观察所研究微生物的形态特征。但不能区分细胞的死活，统计结果比实际活菌数多，且难以计数微小的细菌。 2、间接计数法：常用的是稀释涂布平板法。应用该种方法可以推算出检测样品中的活菌数。选择菌落数在30-300的平板进行计数。统计的菌落数比实际活菌数可能偏少。原因：两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落 注意事项：
为保证计数的准确，要设置空白对照（未接种或者用无菌水涂布的空白培养基，37℃恒温箱培养12-24小时，观察有无菌落出现）
重复：至少涂布3个平板，若重复组结果不一致（某平板菌落数和其他有明显差异），意味着操作有误，需要重新实验。
选修三：现代生物科技
知识梳理：
一、基因工程
1.含义
①操作对象：DNA分子。
②过程：提取某种基因→体外改造DNA分子→导入另一种生物的细胞。 ③目的：按照人们的意愿，定向改造生物的遗传性状。 2.原理：基因重组。 3.特点
①可以在不同种生物间进行，即可以将一种生物的优良性状移植到另一种生物身上。 ②可以按照人们的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种。 4.基本工具
①基因的“剪刀”：指限制性核酸内切酶（简称限制酶），具有专一性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子，使磷酸二酯键断裂。 ②基因的“针线”：指DNA连接酶，它能在脱氧核糖与磷酸之间形成一定的化学键即磷酸二酯键，连接成脱氧核苷酸链。
③基因的运载体：常用的运载体有质粒、噬菌体、动植物病毒等。质粒主要存在于许多细菌及酵母菌等生物中，其作用是将外源基因送入受体细胞。 载体需要具备的条件：
a.有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。
b.具备自我复制的能力，或整合到受体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。 c.带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。 5.基本步骤
（1）第一步：目的基因的获取 目的基因：编码蛋白质的结构基因 目的基因的获取方法：
①从基因文库中获取：基因组文库 利用mRNA反转录得到cDNA文库 ②利用PCR扩增技术 原理：DNA复制
条件：模板DNA，四种游离的脱氧核苷酸，特异性引物对，Taq酶
过程：加热至90～95℃，DNA解链→冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链→加热至70～75℃，关键是有（耐高温）热稳定的DNA聚合酶（Taq酶） ③人工（化学）合成
（2）第二步：基因表达载体的构建
构成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因+复制原点
启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能启动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端，终止基因的转录。 标记基因：主要是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，常用的标记基因是抗生素抗性基因。 构建：以质粒作载体为例
（3）第三步：将目的基因导入受体细胞
转化：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 常用的转化方法：受体细胞不同导入方法有所不同。
① 植物细胞：最常用的是农杆菌转化法，利用农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA，将目的基因整合到植物细胞的染色体上。其次还有基因枪法和花粉管通道法等，受体细胞可以是植物体细胞。 ② 动物细胞：最常用的是显微注射技术，受体细胞多是受精卵。
③ 微生物细胞：先用Ca2+ 处理细胞，使其成为感受态细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程，受体细胞多为大肠杆菌。
（4）第四步：目的基因的检测与鉴定
①检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因—基因探针—DNA分子杂交 ②检测目的基因是否转录出mRNA—基因探针—分子杂交技术
③检测目的基因是否表达（翻译成蛋白质）—相应的抗体—抗原-抗体杂交
④个体生物学水平的鉴定—抗虫抗病接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度。
6.蛋白质工程
①概念：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。
②方法步骤：预期蛋白质功能 测定蛋白质三维空间结构 推测应有的氨基酸序列 找到对应的脱氧核苷酸序列（基因） 具有预期功能的蛋白质
二、细胞工程
（一）概论 细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
（1）理论基础：细胞的全能性（细胞全能性是指已经分化的细胞具有发育成完整个体的潜能）。 （2）细胞表现出全能性的条件： ①离体（必要条件）； ②一定的营养物质：（水、无机盐、维生素、氨基酸等）、植物激素（细胞分裂素、生长素）； ③适宜的条件：（无菌、适宜的温度、pH）。
（3）细胞全能性大小比较：植物细胞>动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）；受精卵>生殖细胞（配子、精子、卵细胞）>体细胞； 幼嫩的细胞>衰老的细胞。在体细胞中：分化程度低的>分化程度高的 ，细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。
（二）植物细胞工程 1.植物组织培养
（1）植物组织培养过程：
愈伤组织根、芽植物体。 外植体离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤
组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。 （2）组培条件：
①激素诱导分化：当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈地刺激愈伤组织的形成。当细胞分裂素/生长素的比值高时，有利于芽的发生；当比值低时，则有利于根的发生。
②严格的无菌条件：离体的植物细胞没有像植物体整体的保护组织，容易被细菌侵蚀，导致细胞的死亡。所以植物的组织培养需要严格的无菌环境，这是植物组织培养成功的前提。
③完全的营养条件：离体的植物细胞失去了植物的自养能力，所以需要为其提供包括水、有机营养、矿质营养等营养物质。 （3）植物组织培养的应用： ①快速繁殖，又称微繁殖。
②培育无病毒植物：如利用茎尖组织培养技术实现高产土豆的脱毒。原理：植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。
③细胞产物的工厂化生产：通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和
脱分化再分化生长发育杀虫剂等。例如，从大量培养的紫草愈伤组织中提取的紫草素，是制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料。 ④制人工种子：用植物组织培养的方法，诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，又称胚状体，包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
④ 作物新品种的培育：转基因植物、植物体细胞杂交、单倍体育种；突变体的利用。
2.植物体细胞杂交
（1）植物体细胞杂交的原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 （2）植物体细胞杂交的过程：见下图
（3）植物体细胞杂交过程中的关键环节：
①用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得有活力的原生质体； ②原生质体间的融合：物理法：离心、振动、电刺激 化学法：聚乙二醇（PEG）处理 ③植物体细胞杂交过程中杂种细胞的筛选和培养： ④原生质体与原生质层辨析：
原生质体：脱去细胞壁的植物、真菌或细菌细胞；一个动物细胞就相当于一个原生质体。
原生质层：成熟植物细胞（且只有在植物细胞中）的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。
（4）植物体细胞杂交的意义：能克服远缘杂交不亲和障碍，扩大杂交亲本范围，培育新品种。 （5）植物组织培养和植物体细胞杂交的关系
植物组织培养和植物体细胞杂交的原理都依据了细胞的全能性。在植物杂交过程中，融合的植物细胞必须经过植物组织培养过程才能最终发育为杂种植株。也就是说，植物组织培养技术是植物体细胞杂交的基础。
（三）动物细胞工程 1.动物细胞培养
（1）动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖的过程。
（2）流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。 （3）相关要点：
①细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
②原代培养阶段，培养的细胞最接近于体内组织或细胞的生长特性，很适合用于药物测试、基因表达等实验研究。
③一般情况下，传代培养10－50次后，细胞增殖会明显减缓，甚至完全停止。少部分细胞的细胞核型发生变化，获得不死性（等同癌细胞）。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内。
（4）动物细胞培养需要满足以下条件：
①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。
③温度：适宜温度：哺乳动物多是36．5℃＋0．5℃；pH：7．2～7．4。
④气体环境：置于95%空气＋5%CO2的混合气体培养箱培养。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。
（5）应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
2.动物细胞融合
（1）动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
（2）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有： ①物理法：离心、振动、电刺激 ②化学法：聚乙二醇（PEG）处理 ③生物法：灭活的仙台病毒
（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段。 3.单克隆抗体的制备
（1）抗体：指机体的免疫系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞（效应B细胞）所产生的、可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。
单克隆抗体：由单个B细胞通过无性繁殖（克隆）形成细胞群，由它们产生出化学性质单一，特异性强的抗体。
血清抗体：从动物血清中分离所得的抗体，产量低、特异性差、纯度低，反应不够灵敏。
（2）单克隆抗体的制备过程： 抗原注入小鼠体内
分离
B淋巴细胞 骨髓瘤细胞
细胞融合
杂交瘤细胞
细胞培养
选择培养细胞
注入小鼠 培养基 体内培养 体外培养
从腹水提取 从培养液提取
单克隆抗体
（3）制备过程中的两次筛选：第一次是筛选出杂交瘤细胞，第二步是筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。
（4）杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。 （5）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。 （6）单克隆抗体的作用： ①作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。
②用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其它疾病。
4.核移植技术
（1）动物细胞核移植概念：将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，并最终发育为动物个体（克隆动物）的过程。 （2）多利羊培育过程
（3）相关要点：
①分类：胚胎细胞核移植：细胞分化程度低，恢复全能性容易 体细胞核移植：细胞分化程度高，恢复全能性不容易
②受体细胞用卵母细胞的原因：卵母细胞体积大，便于操作；含有营养物质丰富，提供早期胚胎发育所需的营养；含有激活细胞核体现全能性的物质。 ③克隆动物不会是核供体动物100%的复制：
遗传原因：克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。
环境原因：核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同。
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