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2.1 生物体的基本单位
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本节导航·目标清单
目标导航 方法指导
· 知道生物的共同特征，能区分生物与非生物 · 了解细胞的发现过程和细胞学说的内容 · 学会使用显微镜观察细胞，制作临时装片 · 理解细胞的结构与功能，比较动植物细胞异同 · 观察生命现象→归纳共同特征→判断生物与非生物 · 梳理科学史时间线：胡克→施莱登和施旺→魏尔肖 · 规范操作显微镜：取镜安放→对光→放片观察 · 对比分析植物细胞与动物细胞的结构异同
教材精研·内容全解
考点01 生物是什么
1. 生物与非生物的区分
地球上的生物种类繁多、数量庞大，而且形态各异。酷似石头的生石花、犹如硅胶玩具的水滴鱼，它们都属于生物，而栩栩如生的机器人却不是生物。我们是根据什么来区分生物和非生物的呢？关键在于它们所表现出来的生命特征。生物都具有一些共同的特征，而非生物则不具备这些特征。例如，机器人虽然能自主运动并执行任务，但不具有生长、发育和繁殖等生物的共同特征，因此不属于生物。
2. 生物的共同特征
生物都具有一些共同的特征：能生长发育和繁殖后代，使生命代代相传；有遗传和变异现象，即子代与亲代、子代的不同个体之间，虽然长得相似，但不会完全相同；需要营养和能量，并把产生的废物排出体外；能对各种刺激做出反应，通过趋利避害来适应不断变化的环境。此外，除了病毒等少数生物以外，生物都是由细胞构成的；生物都在进化；等等。例如，不同品种的郁金香在颜色上存在差异，这体现了生物具有变异的现象；含羞草被触碰后小叶合拢，体现了生物能对外界刺激做出反应。
3. 判断生物的依据
判断一个物体是否为生物，关键看它是否具有生物的共同特征。例如，馒头上长出的"白毛"是霉菌，属于真菌，具有生长、发育和繁殖等生物的共同特征，属于生物；钟乳石虽然能"生长"，但它是无机物的沉积，不具有生物的共同特征，不属于生物。需要注意的是，体积大小、能否运动、能否对话等都不能作为判断生物的唯一依据。判断生物应综合考察其是否具有新陈代谢、生长发育、繁殖、遗传和变异、对外界刺激做出反应等特征。
考点02 细胞的发现与细胞学说
1. 显微镜的发明与细胞的发现
人类很早就开始对生物进行观察和研究，由于受到观察工具的限制，其研究主要集中在生物体的习性、形态结构等方面。"工欲善其事，必先利其器。"显微镜的发明为人类研究生物打开了新的大门。借助显微镜，人们不仅可以看到肉眼看不到的微小生物，还可以看到生物的微小结构。1665年，英国科学家胡克用自制的显微镜观察软木栓薄片，看到了许多蜂窝状的中空小室，他将这种小室命名为细胞，并绘制了软木栓细胞的图像。事实上，胡克观察到的是死亡植物细胞的部分结构，并非完整的细胞。
2. 细胞学说的建立
随着显微镜的发展，人们对生物细胞结构与功能的认识更加深入。19世纪30年代，德国科学家施莱登和施旺通过对部分动、植物组织的观察，并结合前人的大量研究资料，提出：植物、动物都是由细胞构成的，并且细胞是生物体结构和功能的基本单位。之后，德国科学家魏尔肖进一步提出：所有的细胞都来自已经存在的活细胞。在此基础上，人们进行了理论概括，形成了细胞学说。从胡克观察细胞到细胞学说的建立，经历了近200年的科学探索历程。
3. 细胞学说的内容与意义
细胞学说的内容可以概括为：所有动物和植物都是由细胞构成的，细胞是生物体结构和功能的基本单位，新细胞是由原来的细胞分裂而来的。细胞学说的建立从结构上将纷繁复杂的生物世界统一了起来。需要注意的是，细胞学说提出的是动物和植物都是由细胞构成的，并未提出所有的生物都是由细胞构成的，因为病毒等少数生物没有细胞结构。细胞学说的提出只是奠定了细胞研究的基础，随着科学技术的发展，人类对细胞的研究还需不断深入。
考点03 观察细胞
1. 显微镜的结构与功能
观察细胞等微小物体，需要借助显微镜。实验室中的显微镜通常以可见光为光源，属于光学显微镜。显微镜的主要结构包括目镜、物镜、物镜转换器、粗准焦螺旋、细准焦螺旋、镜臂、镜座、载物台、镜筒、遮光器、反光镜和压片夹等。每台显微镜通常有若干个目镜和物镜，每一个目镜或物镜上都标有其放大倍数，如"5×""10×"或"100×"等。一台显微镜的放大倍数等于它选用的目镜的放大倍数与物镜的放大倍数的乘积。显微镜的放大倍数越大，观察到的物像放大程度就越大，但观察的范围就越小。
2. 显微镜的使用方法
使用显微镜时，首先取镜安放，一只手握住镜臂，另一只手托住镜座，使显微镜保持直立，平稳放置在实验台合适位置处。然后调节对光，转动物镜转换器使低倍物镜对准通光孔，转动遮光器将一个较大的光圈对准通光孔，用一只眼通过目镜观察，同时转动反光镜，直到视野中观察到一个明亮的圆形光斑。最后放片观察，将玻片标本放在载物台上用压片夹压住，眼睛从侧面注视物镜与载玻片的距离，转动粗准焦螺旋使镜筒慢慢下降直到物镜靠近载玻片；再用一只眼朝目镜内注视，另一只眼同时睁开，慢慢转动粗准焦螺旋使镜筒缓缓上升，找到物像后来回轻微转动细准焦螺旋使物像更加清晰。如果需要用更高倍数的物镜观察，应将需要观察处移到视野中央，再转动转换器换高倍物镜，然后来回轻微转动细准焦螺旋，切忌用粗准焦螺旋调距。
3. 制作临时装片
使用光学显微镜观察时，被观察的材料要薄而透明，才能观察到清晰的物像，因此需要先制作装片标本。制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片的步骤可概括为：擦、滴、撕、展、盖、染、吸。先用洁净的纱布将载玻片和盖玻片擦拭干净，在载玻片中央滴1滴清水；用镊子撕取洋葱鳞片叶内表皮，浸入水滴中并用解剖针展平；用镊子夹起盖玻片，使它的一侧先接触载玻片上的水滴，然后缓缓放下，避免产生气泡；在盖玻片的一侧滴加碘液，用吸水纸在另一侧吸水，使碘液浸润标本的全部。制作人口腔上皮细胞临时装片时，则在载玻片中央滴1滴生理盐水，以维持细胞的正常形态，用消毒牙签在口腔内侧壁上轻刮几下，将附着物涂在生理盐水中，盖玻片和染色方法与植物细胞临时装片相同。
4. 观察中的问题及对策
用显微镜观察细胞时可能会遇到一些问题。细胞严重重叠，可能是洋葱鳞片叶内表皮撕得太厚或未在载玻片上展平，应重新撕取较薄的表皮并用解剖针展平。细胞结构不清楚，可能是未滴加碘液，应滴加碘液进行染色。视野中有黑色圆圈等，是气泡太多，应在盖玻片一侧加水，另一侧用吸水纸吸或重新盖盖玻片。视野太暗，可能是反光镜未对好或光圈过小，应按正确方法操作显微镜，选择大光圈和凹面镜。如果视野中出现污点，污点的位置只可能在目镜、物镜或玻片标本上，不可能在反光镜上，可通过转换物镜或移动玻片来判断污点位置。
考点04 细胞的结构与功能
1. 细胞的基本结构
我们观察到的植物细胞和动物细胞的形态虽然不同，但结构基本是相同的，一般都有细胞膜、细胞质和细胞核等结构。细胞膜是一层薄而透明的膜，位于细胞最外层，厚度大约只有十万分之一毫米，将细胞与外界环境隔开。细胞质是介于细胞膜和细胞核之间的半透明胶状物，内含多种结构。细胞核外有核膜包围，内含遗传物质。无论是植物、动物，还是微生物（病毒等少数生物除外），它们都是由细胞构成的。细胞的各个结构分工协作、相互联系、彼此协调，共同完成细胞的生命活动。
2. 植物细胞特有的结构
植物细胞除了具有细胞膜、细胞质和细胞核等基本结构外，还具有细胞壁、叶绿体和较大的液泡等结构。细胞壁位于细胞膜外，与其紧贴在一起，主要由纤维素组成。叶绿体含有光合作用所需要的叶绿素，是植物进行光合作用的场所。成熟的植物细胞中常有较大的液泡，内有液体，叫作细胞液，细胞液中溶解着多种物质。动物细胞则没有细胞壁、叶绿体和大的液泡。因此，植物细胞和动物细胞在结构上的相同点是都有细胞膜、细胞质和细胞核；不同点是植物细胞有细胞壁、叶绿体和大的液泡，而动物细胞没有。
3. 细胞各结构的功能
细胞膜将细胞与外界环境隔开，具有保护细胞的作用，还能控制物质进出细胞，形成一个相对独立的稳定环境。细胞膜能让有用的物质进入细胞，把有些有害的物质挡在外面，同时把细胞产生的废物排到细胞外。细胞质是细胞进行生命活动的重要场所，如细胞内物质的分解。细胞核是细胞生命活动的控制中心，生物的遗传物质主要存在于细胞核中，细胞核能控制细胞的生命活动。植物细胞的细胞壁起保护和支持细胞的作用，植物没有骨骼却能挺立，与细胞壁的支持作用有关。液泡内的细胞液中溶解有多种物质，切西瓜、腌黄瓜时流出的汁水主要来自液泡。
4. 细胞的多样性与统一性
细胞的种类很多。不同的细胞，大小差别很大，形态也各不相同。人的卵细胞一般呈球形或椭球形，是人体内最大的细胞，含有丰富的营养物质，直径约为0.1毫米；精子呈蝌蚪状，具有长长的尾，体积比卵细胞小得多。此外还有平滑肌细胞、神经细胞、色素细胞、血红细胞、洋葱表皮细胞、石细胞等各种形态的细胞。虽然细胞的形态和大小各异，但它们的基本结构是相似的，一般都具有细胞膜、细胞质和细胞核等结构，这体现了细胞的统一性。细胞作为生命活动的基本单位，其结构与功能高度统一，不同形态的细胞往往与其承担的功能相适应。
避坑指南·易错辨析
【温馨提示】 1. 机器人、机器狼、人工智能对话聊天机器人等虽然能运动、能执行任务、能对话交流，但不具有新陈代谢、生长、发育和繁殖等生物的共同特征，因此不属于生物。判断生物的关键是看是否具有生物的共同特征，不能仅凭能否运动、能否对话来判断。 2. 胡克首次观察到的是死亡植物细胞的部分结构，并非完整的细胞。不能说胡克"首次发现了完整的细胞"。施莱登和施旺提出的是"植物、动物都是由细胞构成的"，并非"所有的生物都是由细胞构成的"。 3. 细胞学说提出的是动物和植物都是由细胞构成的，并未提出所有的生物都是由细胞构成的。病毒等少数生物没有细胞结构，不属于细胞学说的范畴。 4. 显微镜下观察到的物像是倒像，即旋转180度后得到的上下颠倒、左右相反的像。移动装片时，装片移动的方向与物像移动的方向相反——物像偏向哪个方向，就向哪个方向移动装片，才能将物像移到视野中央。 5. 换高倍镜后，视野会变暗，应调大光圈或换用凹面镜来增加进光量；换高倍镜后只能用细准焦螺旋调焦，切忌用粗准焦螺旋，以免压碎玻片。粗准焦螺旋用于大幅度升降镜筒，细准焦螺旋用于微调使物像更清晰。
实战演练·随堂检测
【实战演练】
1. 下列属于生物的是（ ）
A. 弹钢琴的机器人
B. 馒头上长出的"白毛"
C. 钟乳石
D. 电脑
答：__________
2. 生物体结构和功能的基本单位是（ ）
A. 细胞
B. 细胞核
C. 细胞壁
D. 叶绿体
答：__________
3. 关于细胞的发现和细胞学说，下列说法正确的是（ ）
A. 英国科学家胡克利用自制的显微镜首次发现了完整的细胞
B. 施莱登和施旺认为所有的生物都是由细胞构成的
C. 细胞学说的提出意味着人类对于细胞的研究已经完善，不需要深入研究
D. 细胞是由原来的细胞分裂产生的，是生物体结构和功能的基本单位
答：__________
4. 关于制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片过程的叙述，正确的是（ ）
A. 往载玻片上滴加的液体为生理盐水
B. 用镊子从鳞片叶的外表面撕取一块薄膜并在清水中展平
C. 盖盖玻片时使它的一侧先接触液滴，然后快速放平
D. 染色时在盖玻片一侧滴加碘液，用吸水纸从另一侧吸引
答：__________
5. 猕猴桃吃起来酸甜可口，这些酸甜的物质主要存在于猕猴桃细胞的哪个结构中（ ）
A. 细胞质
B. 细胞核
C. 叶绿体
D. 液泡
答：__________
巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 设计表格比较植物细胞与动物细胞在结构上的相同和不同之处。
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2. 请根据细胞的发现过程，简述胡克、施莱登、施旺、魏尔肖等人在认识细胞的过程中所做的贡献。
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3. 在制作临时装片时，植物细胞滴加清水、动物细胞滴加生理盐水的目的是什么？盖盖玻片时应注意什么？
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参考答案
1. B 解析：馒头上长出的"白毛"是霉菌，属于真菌，具有生长、发育和繁殖等生物的共同特征，属于生物。机器人、钟乳石、电脑不具有生物的共同特征，不属于生物。
2. A 解析：除病毒等少数生物外，生物都是由细胞构成的，细胞是生物体结构和功能的基本单位。细胞核、细胞壁、叶绿体都是细胞内的结构，不是生物体结构和功能的基本单位。
3. D 解析：胡克首次发现的并非完整细胞，只是死亡植物细胞的部分结构，A错误；施莱登和施旺提出的是植物、动物都是由细胞构成的，并非所有生物，B错误；细胞学说的提出只是奠定了细胞研究的基础，随着科学技术的发展，人类对细胞的研究还需不断深入，C错误；细胞是由原来的细胞分裂产生的，是生物体结构和功能的基本单位，D正确。
4. D 解析：制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片时，在载玻片中央滴1滴清水，保持植物细胞的正常形态，A错误；用镊子从鳞片叶的内表面撕取薄膜，B错误；盖盖玻片时使它的一侧先接触液滴，然后缓缓放下，避免产生气泡，C错误；染色时在盖玻片一侧滴加碘液，用吸水纸从另一侧吸引，使碘液浸润标本的全部，D正确。
5. D 解析：液泡里含细胞液，细胞液中溶解着多种物质，包括各种味道的物质以及营养物质。猕猴桃酸甜可口的物质主要存在于液泡的细胞液中。

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