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（上海市钦州南路 71 号邮政编码 200235）发 行上海新
2、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。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
3、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 年正式建立细胞学说；从 1809 年最早阐述生物进化思想，到 1859 年系统阐述自然
4、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，
5、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
6、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
7、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 15055目录第章第章第章132281524283542123959631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
8、 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的生理过程70768288106119114第章第章457479911099821 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！
9、1 12走进生物学第 1 章我知道的生物学研究成果进 入 21 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
10、活。对此，你是否感同身受？学习目标举 例 说 明 生 物 学 研究 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
11、-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
12、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
13、，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
14、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 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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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、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
20、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。
21、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、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
22、” “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 Na
23、Cl 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
24、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 mmol/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
25、） ，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
26、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、120 mmol/L NaCl 溶液进行水培的小麦植株高度都低于同期 0 mmol/L NaCl 溶液水培的小麦植株高度，120 mmol/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
27、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（pH） 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 1-7 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
28、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
29、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
30、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，
31、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。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）
32、 ；成对保卫细胞围成的是气孔（图 1-9） 。图 1-9 低倍镜（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 ) 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
33、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
34、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。 ”今天，生物学研究的众多重大成果证明了这一预测的正
35、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
36、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
37、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。
38、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
39、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. 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
40、 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
41、-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，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
42、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
43、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
44、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、 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
45、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，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
46、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
47、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：无论是原核生物还是真核
48、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
49、进步之间的相互促进发展。211. 图 1-19 是显微镜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
50、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 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
