资源简介

●备课资料
1.细胞器大小参考数据
核糖体：最小
线粒体：直径为０.５～１ μm，长度为２～３ μm
溶酶体：直径约为0.2～0.8 μm
中心体：直径为0.2～0.4 μm
叶绿体：直径为3～6 μm，厚为1～2 μm
2.教科书图示的细胞模型中的各部注释：
注释如下：
粉红色彩泥代表核糖体；
土黄色彩泥代表高尔基体；
棕色彩泥代表线粒体；
蓝色彩泥代表溶酶体；
橘黄色彩泥代表内质网；
红色彩泥代表细胞核。
本章自我检测详解
一、概念检测
判断题
1.×（染色体和染色质是细胞内同一物质在不同时期的不同状态。
染色质和染色体的主要成分是DNA和蛋白质,它们之间的不同,不过是同一物质在间期和分裂期的不同形态表现而已。染色质出现于间期,在光镜下呈颗粒状,不均匀地分布于细胞核中,比较集中于核膜的内表面。由于染色较深,在光镜下常被误认为是核的界膜。染色体出现于分裂期中,呈较粗的柱状和杆状等不同形状,并有基本恒定的数目（因生物的种属不同而异）。例如人体细胞有染色体23对,共计46条。染色体是由染色质浓集而成的,内部为紧密状态,呈高度螺旋卷曲的结构。
根据染色体组成成分的分析,可知它在细胞分裂间期仍然存在而不是消失,只不过这时它的结构呈稀疏和分散状态。有的部分非常稀疏,因而在光镜下看不到有的部分螺旋盘绕得比较紧密,因而在适当染色后呈颗粒状,这就是染色质）
2.×（细胞中的各种细胞器既有分工、又有合作，在细胞核的统一调控下，细胞的各部分协调配合，共同完成代谢、遗传等各项生命活动）
选择题
C（此题考查细胞器的功能。酶属于蛋白质，核糖体是蛋白质的装配场所，内质网及高尔基体负责蛋白质的加工和转运。所以与酶的合成有关的是核糖体、内质网和高尔基体）
连线题
画概念图
二、知识迁移
提示：这与溶酶体的作用有关。细胞死亡后，溶酶体膜破裂，各种水解酶释放出来，分解细胞中的蛋白质等物质，这时的畜、禽肉烹饪后更鲜嫩。这个过程需要一定的时间。
三、技能应用
调暗视野有两种方法：一是转动反光镜使进光量减少；二是选择小的光圈，减少进光量。
四、思维拓展
1.提示：（1）精卵结合时需要精子提供父方的遗传物质。（2）精子要靠尾部摆动游到卵细胞所在位置，才能与卵细胞结合，这一过程需要大量的能量，这些能量主要来自线粒体内进行的有氧呼吸。
2.提示：从生物膜在组成、结构、功能上的联系来考虑。第5章 细胞的能量供应和利用
●章节规划
《细胞的能量供应和利用》一章包括4节内容，1个“科学·技术·社会”。本部分内容的单元知识点有：（1）酶在代谢中的作用、本质和特性。（2）解释ATP的化学组成和特点以及ATP在能量代谢中的作用。（3）简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。（4）简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，研究影响光合作用强度的环境因素等，要求是：探究活细胞内酶的来源、作用、化学属性，以及酶作用的特性；探究温度、pH等因素对酶活性的影响。简述ATP分子结构，解释ATP与ADP相互转化的关系，说明ATP的生成途径，阐明ATP在能量代谢中的作用。探究酵母菌的呼吸方式，阐述有氧呼吸的化学过程，举例说明无氧呼吸与有氧呼吸的异同，理解细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径。分析科学家对光合作用的认识过程，形成光合作用的基本概念；提取和分离叶绿体色素，简述叶绿体色素的吸收光谱和作用光谱；阐明光合作用的过程及实质，探究影响光合作用速率的环境因素，认识光合作用原理对提高作物产量的指导作用，理解光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢。
本章和本模块的其他章节有着密切的联系,具有承上启下的重要作用：通过第一节知识的学习可以进一步加深对有机物鉴定的掌握；第二节知识的学习使学生可以进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能；第三节和第四节知识可以和第二章的知识联系在一起，加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；学生便于加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程，是与能量的供应和利用分不开的。
为了学好本章，可以采用下列方式，第一节《降低化学反应活化能的酶》可通过实验来进行，让学生在实验和活动过程中领悟科学探究的一般方法，学会合作。第2节《细胞的能量“通货”——ATP》可从具体的事例入手，增强学习的趣味性。第3节和第4节在关注基础知识的基础上，特别关注这两节知识在生产、生活和社会发展方向的应用，比如光合作用与粮食产量的关系，呼吸作用与农产品的保鲜和储藏等等，让学生感觉到这些知识和生活密不可分，进而加深对知识的理解。
第1节 降低化学反应活化能的酶
●从容说课
该节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性。本节在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境——200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，明确在这个实验过程中酶起了重要作用。那么酶在细胞代谢中有何作用？教材安排了实验来比较过氧化氢在不同条件下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率，该实验还介绍了生物实验的常用方法，所以要特别注意理解掌握设计对照实验的原则——单一变量原则（只有一个实验条件不同，其他的实验条件都相同），从而确定实验结果的不同就是有该不同的条件造成的。在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和文字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。
关于酶的化学本质，教材没有平铺直叙地讲述，而是引导学生对有关资料进行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科学家的观点都有正确的成分，但限于各种原因又都不够全面、准确。随着科学技术的不断进步，后来的科学家对酶的本质不断获得新的研究成果。教材引导学生分析这些资料，这在培养学生继承、创新、实事求是和大胆实践等科学精神和态度方面，都具有重要的教育价值。至于酶的定义，教材要求学生在分析资料后自己进行归纳、总结和完善。这体现出教材在促进学生积极改变学习方式，力求培养学生主动建构知识的编写意图。本节资料分析后面的一段短文，同样是意在结合本节的有关知识，培养学生具备正确的科学精神和态度。
关于酶具有高效性，教材是引导学生回忆上一节的实验现象以及联系自己的生活经验后得出的。关于酶具有专一性，教材是通过举实例和打比喻得出的。关于酶的第三个特性，教材设计了一个探究哪些因素影响酶活性的实验，让学生在探究后得出结论。本探究的实验指导提供了相关的背景知识，目的是便于学生提出所需探究的问题。在学生探究的基础上，教材配合两个曲线图，概括出酶的作用条件较温和的结论。本节的“科学·技术·社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类生活的密切关系，从而进一步开阔学生的眼界。
●三维目标
1.知识与技能
（1）细胞代谢的概念。
（2）酶的作用和本质。
（3）酶的特性。
（4）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。
2.过程与方法
（1）通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。
（2）通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值。
（3）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过学习生物学家研究酶的本质的过程，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。
（2）通过实验探究影响酶活性的条件，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。
●教学重点
1.比较过氧化氢酶在不同条件下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。
2.酶的本质。
3.酶的特性。
●教学难点
1.酶的活化能降低的原理。
2.实验中控制变量的科学方法。
●教具准备
酶活性受温度、pH影响的示意图。
●课时安排
3课时
第一课时 酶的作用
●教学过程
［课前准备］
教师准备实验器材，并设计好观察记录表；学生预习实验，掌握实验的原理并设计好实验的过程。
［情境创设］
人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在来说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。
实验介绍：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。
［师生互动］
问：（1）为何要将肉块放在笼子中？
答：排除了胃对肉块的物理性消化。
问：（2）对肉起消化作用的是什么物质？
答：一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。
问：（3）进行肉类消化的过程的条件是怎样的？
答：进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。
问：（4）在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条件？
答：实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。
总结：对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。
细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？
过氧化氢在不同条件下的分解
实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。铁离子也可催化这一反应。
2H2O2H2O＋O2
问：如何获得过氧化氢酶？
答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。
按以下实验步骤来进行实验：
试管编号 1 2 3 4
实验原理 过氧化氢在高温或Fe3＋或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气
第一步 每支试管各加入2 mL 3%的H2O2溶液
第二步 90 ℃热水浴 用滴管加2滴3.5%FeCl3溶液 用滴管加2滴质量分数为20%肝脏研磨液
观 察 观察气泡冒出情况，并记录
现象 无 较多 较多 很多
将点燃的卫生香放在液面上 没变化 火头变亮 火头变亮 复燃
原 因 没有生成氧气 生成了少量氧气 生成了少量氧气 生成了大量氧气
结 论 酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著
对上述实验进行分析，对照实验的特点。
问：上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？两两比较不同的条件有几个？
答：共同点：都在试管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的压力下进行。
不同点：1和2：只有温度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝脏研磨液；3和4：加入的催化剂不同。
问：1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？
答：它起的是对照的作用。
结论：进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。即酶具有高效性。
问：2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法来解毒？
答：不能。加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。
问：能否用同一滴管给3和4试管加FeCl3溶液和肝脏研磨液？
答：不能。共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。
问：为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？
答：酶降低了活化能。活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。
［教师精讲］
在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。以人为例：据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。
酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。它的作用就是降低活化能。
［评价反馈］
1.选用新鲜肝脏来比较过氧化氢在不同的条件下分解的实验，是因为新鲜的肝脏中
A.含Fe离子多
B.含酶的种类多
C.温度高
D.过氧化氢酶多且活性高
2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？试解释该现象。
参考答案：
1.D 2.能看到伤口有气泡产生。原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和 氧气。
［课堂小结］
［布置作业］
1.查资料：催化剂之所以能加快化学反应，它的作用原理是什么？
2.预习P81的资料分析，说出酶的研究过程。从这些过程中你得到了什么启示？
［课后拓展］
1.酶—底物复合物的形成及诱导契合假说
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。
2.酶促反应的机制
（1）邻近效应与定向排列：两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。
（2）多元催化：一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。
（3）表面效应：酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。
●板书设计
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
第一课时 酶的作用
细胞代谢：细胞内全部的化学反应。
酶的作用：降低活化能更显著，催化效率更高。
●习题详解
一、问题探讨（课本P78）
1.这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。
2.是胃内的化学物质——酶将肉块分解了。
3.收集胃内的化学物质，将肉块放入这些物质中，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
二、本节聚焦（课本P78）
1.因为细胞内每时每刻都进行着大量的生化反应，而这些反应都需要在相对温和的条件下进行，只有酶才能满足这样的要求。
2.绝大多数酶都是蛋白质，它是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
3.通过实验来进行研究。其中有重要贡献的科学家有巴斯德、李比希、毕希那、切赫等。
三、实验（课本P79）
1.2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2.不能。
3.说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4.4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。●备课资料
1.糖类概述
糖类广泛地存在于生物界,特别是植物界。按干重计,糖类占植物体的85%～90%,占细菌的10%～30%,在动物体所占比例小于2%。动物体内糖类的含量虽然不多,但其生命活动所需要能量主要来源于糖类。糖类是地球上数量最多的一类有机化合物。地球生物量干重的50%以上是由葡萄糖的聚合物构成的。地球上糖类的根本来源是绿色植物进行的光合作用。
大多数糖类只由碳、氢、氧三种元素组成,其实验式为（CH2O）n或Cn（H2O）m。其中氢和氧的原子数比例是2∶1,犹如水分子中氢和氧之比,因此过去曾误认为这类物质是碳（carbon）的水合物（hydrate）,碳水化合物（carbohydrate）也因之而得名。但后来发现有些糖类,如脱氧核糖（C5H10O4）,它们的分子中H、O之比并非2∶1；而一些非糖物质,如甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）和乳酸（C3H6O3）等,它们的分子中H、O之比却都是2∶1,所以大家认为“碳水化合物”这一名称并不恰当。为此,1927年国际化学名词重审委员会曾建议用“糖族（glucide）”一词代替“碳水化合物”。但由于“碳水化合物”这一名称沿用已久,至今西文中仍广泛使用它。汉语中“糖类”和“碳水化合物”两词通用,但以前者居多。
糖类从化学角度看,是多羟基的醛或多羟基的酮。大家熟悉的葡萄糖和果糖,结构式如下图：
D－葡萄糖 D－果糖
葡萄糖含6个碳原子、5个羟基和1个醛基,称己醛糖；果糖含6个碳原子、5个羟基和1个酮基,称己酮糖。淀粉和纤维素也属于糖类,它们是由多个葡萄糖分子缩合而成的聚合物。此外,像N－乙酰葡糖胺、果糖－1,6－二磷酸这样一些糖类的衍生物也归入糖类。因此,从化学本质给糖类下一个定义应该是：糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物,或水解时能产生这些化合物的物质。
糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物。其作用主要有以下几个方面。
作为生物体的结构成分 植物的根、茎、叶含有大量的纤维素、半纤维素和果胶物质等,这些物质构成植物细胞壁的主要成分。肽聚糖是细菌细胞壁的结构多糖。昆虫和甲壳动物的外骨骼也是糖类，称壳多糖。
作为生物体内的主要能源物质 糖类在生物体内（或细胞内）通过生物氧化释放出能量,供给生命活动的需要。生物体内作为能源储存的糖类有淀粉、糖元等。
在生物体内转变为其他物质 有些糖类是重要的中间代谢产物,糖类通过这些中间产物为合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。
作为细胞识别的信息分子 糖蛋白是一类在生物体内分布极广的复合糖。它们的糖链可能起着信息分子的作用。细胞识别、免疫、代谢调控、受精作用、个体发育、癌变、衰老、器官移植等，都与糖蛋白的糖链有关。
2.糖蛋白
糖蛋白是一类复合糖或一类结合蛋白质。糖蛋白中的糖链很少含多于15个单糖单位的,因此糖链也称寡糖链或聚糖链。
许多膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。细胞膜中的免疫球蛋白、病毒和激素等的膜受体也常是糖蛋白；消化道上皮细胞分泌的黏液主要成分是糖蛋白；从细胞分泌到胞外体液中的蛋白质也多是糖蛋白,这些糖蛋白包括血液中存在的激素蛋白、血浆蛋白等。作为胞外基质的结构蛋白质,胶原蛋白,也是糖蛋白。糖蛋白和糖脂中的糖链序列是多变的,结构信息丰富，甚至超过核酸和蛋白质。
糖蛋白的糖链参与肽链的折叠和缔合；参与糖蛋白的转运和分泌；还参与分子识别和细胞识别,这可能是它最重要的生物学作用。分子识别是通过两个分子各自的结合部位来实现的。结合部位结构互补，相应的基团间产生足够的作用力,使两个分子结合在一起。分子识别是一种普遍的生物学现象。糖链、蛋白质、核酸和脂质各自间以及它们相互之间都存在分子识别。细胞识别实际上就是细胞表面分子的相互识别。例如,哺乳动物的卵细胞外面有一层透明的糖蛋白外衣,号称透明带,由三种糖蛋白组成,糖链能被精子表面的受体识别，精卵识别引发精子头部释放蛋白酶和透明质酸酶,使透明带水解,精子和卵细胞的细胞膜融合,精子核进入卵细胞内。
3.糖类的甜度和溶解度
严格地说,甜度不属于糖类的物理性质,它属于一种感觉。甜度通常用蔗糖作为参照物,以它为100,葡萄糖是70,麦芽糖是35,乳糖是16。果糖的甜度几乎是蔗糖的两倍,其他天然糖的甜度都小于蔗糖。
糖精是一类低热量或无热量的非糖增甜剂。糖精是人工合成的,甜度为50 000。糖精问世已有百余年。在糖精之后还合成了多种增甜剂,后来人们发现不少合成增甜剂对哺乳动物有致癌和致畸作用,多数合成增甜剂已被禁用。蛇菊苷和应乐果甜蛋白是非糖天然增甜剂,前者存在于原产南美洲巴拉圭的一种菊科植物,后者存在于原产西非尼日利亚的一种植物。非糖增甜剂可作为糖尿病、心血管病、肥胖症和高血压患者的医疗食品添加剂。
除甘油醛微溶于水外,其他单糖均易溶于水,特别是在热水中溶解度极大。单糖微溶于乙醇,不溶于乙醚、丙酮等非极性有机溶剂。蔗糖的溶解度很大；乳糖的溶解度远比蔗糖小；麦芽糖的溶解度比蔗糖小,比乳糖大。
4.脂质概述
脂质（lipid,也译为脂类或类脂）,是一类低溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子。大多数脂质的化学本质是脂肪酸和醇所在形成的酯类及其衍生物。脂质的元素组成主要是碳、氢、氧,有的还含有氮、磷、硫。
脂质按化学组成,大体可分为三大类。
单纯脂质 由脂肪酸和甘油形成的酯。包括三酰甘油（或称甘油三酯）和蜡。
复合脂质 除了含有脂肪酸和醇外,还有其他非脂成分。磷脂的非脂成分是磷酸和含氮碱（如胆碱、乙醇胺）,糖脂的非脂成分是糖类。
衍生脂质 由单纯脂质或复合脂质衍生而来或与之关系密切,但也具有脂质的一般性质。（1）取代烃,主要是脂肪酸及其碱性盐（皂）和高级醇,少量脂肪醛、脂肪胺和烃；（2）固醇类（甾类）,包括固醇、性激素、肾上腺皮质激素等；（3）萜,包括许多天然色素（如胡萝卜素）、香精油、天然橡胶等；（4）其他脂质，如维生素A、D、E、K,脂多糖、脂蛋白等。
脂质的生物学功能也和它们的化学组成、结构一样,是极其多种多样的。按照脂质的生物学功能,可以把脂质分为三大类。
储存脂质 包括三酰甘油和蜡。在大多数真核细胞中,三酰甘油以微小的油滴形式存在于胞质溶胶中。脊椎动物的脂肪细胞储存大量的三酰甘油，几乎充满了整个细胞。许多植物的种子中存在三酰甘油,为种子萌发提供能量和合成前体。很多生物中油脂是能量的主要储存形式,三酰甘油是疏水的,因此有机体不必携带像储存多糖所携带的结合水。肥胖人的脂肪组织中积储的三酰甘油可达15～20 kg,足以供应一个月所需的能量。然而人体以糖元形式储存的能量不够一天的需要。当然葡萄糖和糖元也有优点,易溶于水,能快速提供代谢所需的能量。某些动物储存在皮下的三酰甘油不仅作为能储,而且作为抗低温的绝缘层。海豹、海象、企鹅和其他的南北极温血动物的身体里都填充着大量的三酰甘油。冬眠动物如熊,在冬眠前积累大量脂肪也用作能储。人和动物的皮下和肠系膜脂肪组织还起防震的填充物作用。
在海洋的浮游生物中,蜡是代谢燃料的主要储存形式。蜡还有其他功能,这与它排斥水和具有高稠度的性质有关。脊椎动物的某些皮肤腺分泌蜡以保护毛发和皮肤,使之柔韧、润滑并防永。鸟类,特别是水禽,从它们的尾羽腺分泌蜡使羽毛能防水。冬青、杜鹃和许多热带植物的叶覆盖着一层蜡,以防寄生物侵袭和水分的过度蒸发。
结构脂质 各种生物膜的骨架是由磷脂类构成的脂双层,参与脂双层构成的膜脂还有固醇和糖脂。脂双层的表面是亲水的,内部是疏水的。脂双层有屏障作用,使膜两侧的亲水性物质不能自由通过,这对维持细胞正常的结构和功能是很重要的。
活性脂质 具有专一的重要生物活性,包括数百种类固醇和萜,如雄性激素、雌性激素和肾上腺皮质激素等类固醇激素,以及对人和动物体的正常生长所必需的维生素A、D、E、K,多种光合色素等。
5.三酰甘油
动植物油脂的化学本质是酰基甘油,其中主要是三酰甘油,常温下呈液态的酰基甘油称油（oil）,呈固态的称脂（fat）。植物性酰基甘油多为油（可可脂例外）,动物性酰基甘油多为脂（鱼油例外）。
纯的三酰甘油是无色、无臭、无味的稠性液体或蜡状固体。天然油脂的颜色来自溶于其中的色素物质（如类胡萝卜素）；气味一般是由非油脂成分引起的。三酰甘油的密度均小于1 g/cm3。三酰甘油不溶于水,略溶于低级醇,易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非极性有机溶剂。
天然油脂长时间暴露在空气中会产生难闻的气味,这种现象称为酸败。酸败的原因主要是油脂的不饱和成分发生自动氧化,产生过氧化物并进而降解成挥发性醛、酮、酸的复杂混合物。其次是微生物的作用,它们把油脂分解为游离的脂肪酸和甘油,一些低级脂肪酸本身就有臭味,而且脂肪酸经过一系列酶促反应也产生挥发性的低级酮,甘油可被氧化成具有异臭的1，2－环氧丙醛。为了防止自动氧化,可在新鲜油脂和含油脂食物中加入天然的或合成的抗氧化剂。植物油的抗自动氧化能力比动物油脂强,就是因为存在天然的抗氧化剂。此外,排除氧气（真空、充氮）,降低温度（冷藏）,消除其他促进自动氧化的因素，也能防止和延缓酸败发生。●备课资料
1.真核细胞有成形的明显细胞核
细胞核常见：圆形、卵形、也有瓣形（如人的白细胞）、分枝形（如蚕的丝腺细胞）。
一个细胞通常有一个核，也有两个核的（如肝细胞），人的骨骼肌细胞核多达百个。极少数细胞无核，如哺乳动物和人的成熟的红细胞。
（1）细胞核的结构
①核膜：是双层膜，有核孔。有核膜使细胞的核质分开；有核孔使细胞的核质之间能进行物质交换，如信使RNA通过核孔进入细胞质。核膜是选择透过性膜，氨基酸、葡萄糖、离子和小分子等可通透核膜。由于核膜上有大量的多种酶，可进行各种生化反应。
②核仁：核仁是细胞核中显著的结构，它折光性较强。在细胞有丝分裂过程中核仁呈现周期性的消失和重建。核仁呈圆形或椭圆形颗粒状结构，没有外膜，是匀质的球形小体。核仁富含蛋白质和RNA分子，核糖体中的RNA就来自核仁。核糖体是合成蛋白质的场所，所以蛋白质合成旺盛的细胞常有较大和较多的核仁。
③染色质：此名词早在1882年提出，主要指细胞核内易被洋红或苏木精等碱性染料染成深色的物质，故叫染色质。其主要成分是DNA和蛋白质。在细胞有丝分裂间期，染色质呈细长丝状且交织成网状，在细胞有丝分裂的分裂期，染色质细丝高度螺旋、缩短变粗成圆柱状或杆状的染色体。
染色质与染色体的关系是怎样的？结论是同一种物质（DNA和蛋白质）在细胞的不同时期（分裂间期和分裂期）所呈现的不同形态（细丝网状；高度螺旋后任状，杆状），因而叫不同的名称（染色质；染色体）。
大量科学实验表明：凡是无核的细胞，既不能生长也不能分裂，终将死亡。例如变形虫切割实验，人工去核后，新陈代谢减弱，不能存活多久。可见，细胞核在细胞生命活动中起决定性作用。
（2）细胞核主要功能
从核膜、核仁、染色质分析。细胞核的主要结构是什么？是染色质。由于DNA是遗传物质，所以说细胞核是遗传物质贮存和复制的场所，是细胞遗传和细胞代谢的控制中心。可见细胞核是细胞结构中最重要的部分。
2.细胞是一个有机的统一整体
学习细胞的结构和功能一节后，学生应思考这样一个问题，为什么说细胞是一个有机的统一整体？
教师引导学生从结构上的联系性和功能上的协调性进行总结，让学生明确：
（1）结构上相互联系，彼此不可替代。
细胞膜位于细胞质的最外面，作为与环境分割的界面，保证细胞内结构、成分的相对稳定。细胞膜、核膜、内质网膜和各种细胞器的膜，构成细胞的膜系统，使细胞内的各种物质得以联系或转化。
细胞质和细胞核的存在是缺一不可的。无核的细胞虽有，但寿命短促、需不断更新，如哺乳动物和人的成熟红细胞；只有细胞核而无细胞质的细胞是不存在的，至多是细胞质极少，如精子细胞，其寿命也很短。
（2）功能上协调一致密切配合形成整体。
细胞内能量转移、利用的功能，即表明了各结构功能的协调、配合。综上所说，细胞的各个部分不是彼此孤立的，而是互相紧密联系协调一致的。一个细胞就是一个有机的统一整体。细胞只有保持完整性才能正常地完成各项生命活动。
3.原核生物和病毒
原核生物包括细菌、蓝藻、放线菌、支原体、立克次体、衣原体等。现将其中几种原核生物和病毒，列表比较如下。
种类 细菌 支原体 立克次体 衣原体 病毒
直径d/μm 0.50～10.00 0.20～0.25 0.20～0.50 0.20～0.30 ＜0.25
可见性 光镜下可见 光镜下勉强可见 光镜下可见 光镜下勉强可见 电镜下可见
能否通过细菌过滤器 不能 能 不能 能 能
细胞壁 有坚韧的细胞壁 无 与细菌相同 与细菌相同 无细胞结构
繁殖方式 二均分裂 二均分裂 二均分裂 二均分裂 复制
培养方法 人工培养基 人工培养基 宿主细胞 宿主细胞 宿主细胞
核酸种类 DNA和RNA DNA和RNA DNA和RNA DNA和RNA DNA和RNA
4.支原体
它是已知的可以自由生活的最小生物，也是最小的原核细胞。它的突出特点是没有细胞壁。因而细胞柔软，形态多变，具有高度多形性。在电镜下观察支原体细胞，可见具有细胞膜，细胞膜内有核糖体、RNA和环状DNA。支原体广泛存在于土壤、污水、昆虫、脊椎动物及人体内，是动植物和人类的病原菌之一。人的胸膜肺炎、尿道炎、关节炎、老年支气管炎等，以及家禽、家畜的呼吸道疾病等都可能是支原体引起的。现在正在生产抗肺炎支原体的疫苗，并且大规模试验这种疫苗在防治肺炎支原体所致的人类呼吸道疾病的效果。
5.衣原体
衣原体是专性细胞内寄生物，可以直接侵入宿主细胞，能感染鸟类、哺乳动物及人类。如鹦鹉热衣原体能引起鸟类疾病，有时可传至人体。沙眼衣原体是使人患沙眼的病原体。
6.立克次体
立克次体是介于细菌与病毒之间，而接近于细菌的一类原核生物。一般呈球状或杆状。也是专性细胞内的寄生物。通常寄生在节肢动物如虱、蜱、螨、蚤等的消化道表皮细胞内，并以节肢动物为媒介传染给人及其他脊椎动物。例如，普氏立克次体，由虱传染给人，引起流行性斑疹伤寒等。
7.藻细胞模式图
蓝藻细胞的结构是比较复杂的，现将其详细结构注释如图1－2－3。
图1－2－3 蓝藻细胞模式图
8.原核生物和真核生物的细胞壁
（1）细菌细胞的细胞膜外有细胞壁，重量约占细胞干重的10%～20%，其主要成分是肽聚糖。此外，有的细菌的细胞壁还含有胞壁酸和特殊的脂质化合物。
细菌的细胞壁有以下功能：
①保护细胞，能承受相当大的压力，如革兰氏阳性菌，可承受2 kPa的压力，还能使细菌细胞不会由于细胞质浓度较高而破裂。
②保持细胞的固有形态。
③有过滤作用，如相对分子质量大于10 000的物质就不能通过。
④可为某些细菌的鞭毛运动提供可靠的支点。
（2）藻的细胞壁的主要成分也是肽聚糖等，此外还含有氨基酸和胞壁肽氨基酸。
（3）核生物植物细胞的细胞壁是具有一定硬度和弹性的固体结构。其主要成分是纤维素（在初生壁上还含有半纤维素和果胶质），它形成了细胞壁的网状框架。在电子显微镜下可以看到这种框架是由微纤丝系统组成。在完整的壁上，在微纤丝之间的空间，可以由其他物质所填充。
纤维素分子是由8 000～15 000个葡萄糖基（C6H10O5）通过糖苷键相互连接而成的多聚链，链间葡萄糖的羟基之间极易形成氢键。纤维素分子束聚集成为较大的单位——微纤丝，进而再聚集成较粗的纤丝——大纤丝。使得完整的纤维具有高度不溶于水的性质，使细胞壁牢固并具有一定形状。
在细胞的生长分化过程中，细胞壁不仅可以扩展和加厚，并且由细胞质合成的一些物质可以渗入到纤维素的细胞壁框架内，因而改变细胞壁的性质，使细胞壁完成一定的功能。例如，纤维素细胞壁的框架中因添加了木质素而木质化，这就增加了细胞壁的硬度，增强了细胞的支持力量。又如，在细胞壁表面添加了角质（脂质化合物），使角质化的细胞壁透水性降低，增强了细胞壁防止水分损失的作用。栓质化（栓质为脂质物质）的细胞壁，增强了不透水、不透气的性能，增强了保护作用。水稻、小麦、玉米等作物的茎、叶表皮细胞发生硅质化（渗入了二氧化硅），使细胞壁硬度增加，加强了作物茎秆的支持作用等等。细胞壁上有胞间连丝，这些胞间连丝较多地出现在细胞壁没有加厚的位置上，这有利于细胞间的物质交换。
9.原核细胞与真核细胞的主要区别
原核细胞与真核细胞的区别，在高中生物（必修）课本第一册中主要提出了在细胞大小、细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核这几方面的明显区别。其实，二者在其他方面还有不少的区别，现列表比较如下：
原核细胞与真核细胞的主要区别
种 类 原核细胞 真核细胞
细胞大小 较小（1～10μm） 较大（10～100μm）
染色体 一个细胞只有一条DNA，与RNA、蛋白质不联结在一起 一个细胞有几条染色体，DNA与RNA、蛋白质联结在一起
细胞核 无真正的细胞核，只有拟核 有核膜和核仁
细胞器 无线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等 有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等
内膜系统 简单 复杂
微梁系统 无 有微管和微丝等
细胞分裂 二分体、出芽；无有丝分裂 能进行有丝分裂
转录与翻译 出现在同一时间与地点 转录在核内，翻译在细胞质内
本章自我检测详解
一、概念检测
判断题
1.×（虽然人的一个细胞不能可能独立完成反射活动，但是每一个细胞以一个相对独立的单位来参与反射活动，每个细胞有自己特定的结构、功能，所以它仍然是生命活动的基本单位）
2.×（原子只是物质的一个结构层次，生命系统的结构层次是从细胞为起点）
3.√（自养原核生物如蓝藻，异养原核生物如大肠杆菌）
选择题
1.C 2.D 3.B
画概念图
3个问号分别表示的连接词从左到右依次为：1不具有、2具有、3具有。
二、技能应用
提示：根据题意，每个细胞约重为1 500克/1012个=1.5×10－9克/个。假定人脑每个细胞完全充满水，则水的质量约等于细胞的质量,水的密度为1 g/cm3,则一个脑细胞的平均大小为1.5×10－9cm3。
如果脑细胞是简单的立方体，那么平均大小的脑细胞每边长度约为1.5×10－9cm3，开立方，则每个细胞的边长约为1.14×10－3cm。
三、思维拓展
参考答案：生命的基本层次为：细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统。
学校组织的层次：学生→小组→班级→级部→高中部→学校。第2节 生物膜的流动镶嵌模型
●从容说课
通过对上一节的学习，学生已经明白了细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜，那这种选择性是如何实现的呢？则与细胞膜的结构有关，这一节就是要解决膜的结构是怎样的。本节主要包括了两大部分内容：1.科学家对细胞膜结构的探索历程。这是一个很好的科学史教育素材，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，更重要的是让学生加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。2.细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容。在众多对细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍接受认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，学生必须展开想象力，在头脑中构建细胞膜的空间结构，理解和掌握流动镶嵌模型的基本要点，这对于更好的理解下一节物质跨膜运输的方式有很重要的联系。
本节课在教学设计上主要突出科学史的教育，科学史的教学是在新教材中特别强调和突出的，在旧教材中涉及不多，要教好不容易。老师备课过程要细致策划如何有效地引导学生分析不同时期不同科学家的实验及假说，评价他们的贡献；要能通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维，要让学生感到身临其境，仿佛自己就是那个科学家在思考研究；最后让学生从中总结出科学发现的一般规律。科学史的教学必须抓住主线，言语简洁，不要赘述过多的枝节，否则学生容易混淆，把正确的观点给记错了。
细胞膜的流动镶嵌模型这个难点的解讲可以通过多媒体课件来突破，有顺序和层次地介绍。要求学生发挥空间想象力，在头脑中构建细胞膜的空间立体结构，理解各种成分是如何空间分布的。另外这部分内容与前面所学的细胞膜的化学成分有密切联系，可以结合起来。这样学生可以更好地明白为什么说“细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质，少量是多糖”。总结时强调细胞膜在结构上的主要特点是具有流动性。
●三维目标
1.知识与技能
（1）简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
（2）举例说明生物膜具有流动性特点。
（3）尝试利用废旧物制作生物膜模型。
（4）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。
2.过程与方法
（1）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试提出问题，作出假设。
（2）发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。
3.情感态度与价值观
（1）生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的生物学辩证观点。
（2）正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。
（3）正确认识技术在科学研究中所起的作用。
●教学重点
1.科学家对生物膜结构的探索历程。
2.生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。
●教学难点
1.对科学探究过程的分析，如何体现生物膜的结构与功能相统一。
2.生物膜的空间立体结构。
3.生物膜的流动性特点。
●教具准备
1.与生物膜结构探索过程相关的科学家图片及其实验图片。
2.生物膜流动镶嵌模型的多媒体演示课件。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
（1）由于本节课内容跳跃较快，需要在一节课时间内展示近两百年来人们对细胞膜认识的过程，而学生对这过程中所提及的实验及一些结论又比较陌生，所以课前老师要精心组织好相关图片，按时间顺序依次展示，给学生以感性的认识，让学生能较快建立对科学史的理解。
（2）准备生物流动镶嵌模型的多媒体演示课件，重点突破：①膜的空间立体结构，各种成分是如何排列的；②生物膜的流动性。
［情境创设］
教师：同学们，在上一节课中，通过对几种物质跨膜运输的实例，我们明白了生物膜是一种半透膜，一些小分子可以自由通过，一些分子则不能自由通过，但细胞膜又不是纯物理意义上的半透膜，它是有生理活性的，能对一些离子和小分子进行选择性通过。所以生物膜更是一种选择透过性膜。那为什么会有选择性呢？生物膜是靠什么机制来对不同的物质进行选择的呢？这就跟细胞膜的结构有密切的关系，我们接下来学习生物膜的结构特点。
在前面我们制作真核细胞的三维结构模型中，当时也遇到过用什么材料做细胞膜的问题，很多组的同学都没有很好地解决。我们要从结构与功能相适应的角度分析，用什么材料做细胞膜，能更好地体现细胞膜的功能。首先，我们来总结一下我们已知的细胞膜的特点有哪些。
学生：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。
学生：细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。
学生：植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。
教师：很好，现在有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，用哪种更适合于体现细胞膜的功能呢？
学生：塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。
教师：那也就是说弹力布较适合制作细胞膜，大家再调动已有的知识和生活经验，你还能想出更好的材料做细胞膜吗？要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。
［师生互动］
1.对生物膜结构的探索历程
人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科学过程和本质的理解有所启发。
问题（1）：一种物质或物体的结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式。要弄清一种物质或物体的结构，首先要弄清其组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么呢？
展示材料①：欧文顿及其实验相关的图片
时间：19世纪末 1895年
人物：欧文顿（E. Overton）
实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
提出假说：膜是由脂质组成的。
图4－2－1
教师：大家看，最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过对膜成分的提取和鉴定？
学生：是从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。
教师：欧文顿的分析假说是如何提出的呢？
学生：根据他的实验结果，通过严谨的推理得出来的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
教师：那在推理分析得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？
学生：有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。
教师：那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢：
学生：当时的技术不能实现。
教师：是的，这说明技术对科学研究的重要作用，直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是脂质和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。
问题（2）：清楚了膜的化学组成后，接下来就要探索这些物质是如何组成膜的了。
朗缪尔Irving Langmuir在水盘中展开的是磷脂分子（如图4－2－2），磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有疏水基团（尾部），又有亲水基团（头部）。因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。这样磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层。
图4－2－2 图4－2－3
展示材料②：Gorter 和Grendel对血影的研究
时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
图4－2－4
实验：两位科学分离纯化了红细胞，从一定数量的红细胞中抽提脂类，按Langmuir的方法进行展层，并比较展层后的脂单层的面积和根据体积所推算的总面积，发现提取的脂铺展后所测的面积同实际测量的红细胞的表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。
教师：假如你是当时的科学家，当你做实验时发现单分子的磷脂分子正好是红细胞的两倍时，大胆地展开你的想象力，你能做出什么假说？
学生：细胞膜中的磷脂是两层的。
教师：很好，科学家也正是因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一假说。说明你们也具有了一点科学家的思维能力了，假说的提出不仅需要有实验的基础，同时还需要有严谨的推理和大胆的想象力。
问题（3）：那蛋白质和磷脂的位置关系又是如何的呢？
展示材料③：J. Danielli ＆ H. Davson的三明治模型
时间：1935年
人物：J. Danielli ＆ H. Davson
实验：J. Danielli ＆ H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油—水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。
提出假说：提出了“蛋白质—脂类—蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。1959年在上述基础上提出了修正模型。
展示材料④：罗伯特森的单位膜模型
时间：1959年
人物：J. D. Robertson罗伯特森
图4－2－5
图4－2－6
实验：用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗三层结构（如图4－2－6），厚约7.5 nm，它由厚约3.5 nm的双层脂质分子和内外表面各为厚约2 nm的蛋白质构成。
提出假说：连续的脂质双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。单位膜模型的主要不足在于：把生物膜的结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾。
单位膜结构模型继承了前人的有关“脂双层”和“蛋白质—脂类—蛋白质”三明治模型的结论，又成功地利用了先进的电子显微镜的观察结果作为证据。但是他将生物膜描述为静态的刚性的结构，这一点很快又被新的技术手段下的实验所否定。
问题（4）：有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？
展示材料⑤：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验
时间：1970年
人物：Larry Frye等
实验：将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。
提出假说：细胞膜具有流动性。
质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如物质跨膜运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，成功地指出细胞膜具有流动性。
实际上，一些很简单的例子也能说明膜具有流动性，如我们初中学习的白细胞会吞噬细菌就是一个很好的例子。大家再想想类似的还有什么例子？
学生：变形虫的变形运动。
学生：植物细胞的质壁分离。
学生：动物细胞吸水膨胀和失水皱缩。
教师：很好，在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，我们有些话题想让大家思考讨论。
2.以讨论小组的形式开展课堂讨论交流
（1）生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法。
学生：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。
的确，流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格镶嵌模型；Jain和White于1977年提出板块镶嵌模型等，迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多，生物膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋向一致的。其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特征。
（2）纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实验技术的进步起到怎样的作用？
学生：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如血影的制取和化学成分的鉴定技术使人们认识膜的化学组成；电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。
（3）分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得到体现的？
学生：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。
（4）分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？
学生：科学研究是要在实验和观察的基础上，通过严谨的推理和大胆的想象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。
学生：科学研究依赖于技术的进步，技术进步了，可以得到更多新的实验数据。
学生：科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作。
学生：科学发现的过程不是一帆风顺的，往往是在继承的基础上不断验证、修正和完善发展的。
学生：科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断完善。
……
教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？
［教师精讲］
流动镶嵌模型的基本内容
结合课件展示依次介绍：
（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。
图4－2－7
（2）蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，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。这里体现了膜结构内外的不对称性。
图4－2－8
（3）在细胞膜的外侧，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。
图4－2－9
（4）磷脂分子是可以运动的，具有流动性。膜脂分子的运动有多种形式：
①侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。②旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。③摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。④伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。⑤翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层，是在翻转酶的催化下完成。⑥旋转异构：脂肪酸链围绕C—C键旋转，导致异构化运动。
图4－2－10
（5）大多数的蛋白质也是可以运动的，也体现了膜的流动性。
［评价反馈］
1.精选练习
（1）变形虫的任何部位能伸出伪足，人体的某些白细胞能吞噬病菌，这些生理活动的完成说明细胞膜具有下列哪一特点
A.选择透过性 B.一定的流动性 C.保护作用 D.细胞识别
（2） 1985年 Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有___________。
（3） 1925年 Corter Grendel用丙酮提取细胞膜的脂，并将它在空气—水界面上展开时，发现这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由___________组成。
（4） 1970年，科学家用不同荧光染料标记的抗体，分别与鼠和人细胞膜上的一种抗原相结合，使它们分别产生绿色和红色荧光。将两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，另一半呈红色，但在 37 ℃水浴中保温40分钟后，融合细胞上的两种颜色的荧光呈现均匀分布。这个实验说明___________，其原因是___________。
参考答案：
（1）B （2）脂质 （3）磷脂双分子层 （4）细胞膜具有一定的流动性 构成细胞膜的蛋白质分子（抗原）是可以运动的
2.过程性评价表格
班别 课题 生物膜结构的探索历程
组长 成员
评价 评价
讨论主题 所选主题号 小组号
生物膜结构的探索历程 1.生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法 小组讨论记录
2.纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实验技术的进步起到怎样的作用
3.分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得到体现的
4.分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示
小组号 1 2 3 4
小组自评
小组互评
［课堂小结］
我们这节课就到这里，一方面我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，这是一个在继承中不断验证、修正和完善发展的过程，这段科学史给予我们很多有用的启示，使我们加深了对科学过程和方法的理解。另一方面我们也重点学习了生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。在众多对细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍接受认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，理解和掌握流动镶嵌模型的基本要点，这对于更好的理解下一节物质跨膜运输的方式有很重要的联系。
［布置作业］
在引入时，我们问到大家还能想出什么更好的制作细胞膜的材料，你们可以调动已有的生活经验，再结合今天所讲的生物膜的流动镶嵌模型，利用生活上找得到的废弃物做一个细胞膜的流动镶嵌模型。
［课后拓展］
请利用互联网搜索科学家对生物膜研究的最新进展的资料，并通过自己的加工将资料整理出来，拿到班上相互交流。
参考网页：
http：//www.labsky.com/data/02/08/communion/0830103324491.htm
http：//www.xssc.ac.cn/Web/ListConfs/ConfPicShow.asp requestno=420
http：//www./kz/0309/kz0988.stm
http：//www./ReadNews.asp NewsID=199
●板书设计
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
1.19世纪末，欧文顿提出：膜是由脂质组成的。
2.20世纪初，对膜化学成分鉴定：膜是由脂质和蛋白质组成的。
3.1925年，荷兰科学家提出：膜中的脂质分子排列为连续两层。
4.1959年，罗伯特森提出生物膜的静态模型（单位膜模型）：
“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成。
5.1970年，弗雷和埃迪登用绿色和红色荧光染料对小鼠和人体细胞膜上蛋白质进行染色标记，并让两种细胞进行融合。提出细胞膜具有流动性。
6.1972年，桑格和尼克森提出“流动镶嵌模型”。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1.膜是由蛋白质和脂质组成的。（还有少量多糖）
2.膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝内）。
3.蛋白质分子镶嵌中磷脂双分子层中。（有些外侧蛋白质与多糖结合形成糖被）
4.膜的结构特点：流动性。
5.膜的功能特点：选择透过性。
●习题详解
一、练习（课本P69）
（一）基础题
1.这主要是受技术条件的限制，细胞膜太薄了，在光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。
2.脂质和蛋白质（此题主要考查细胞膜的化学成分。根据相似相溶原理，脂溶性的物质容易通过细胞膜，而细胞膜又会被脂质溶剂溶解，说明膜中有脂质。而脂质会被蛋白酶分解则说明膜中有蛋白质）
3.这两种结构模型都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质，这是它们的相同点。不同点是：（1）流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀的，有些横跨整个脂双层，有些部分或全部嵌入脂双层，有些则镶嵌在脂双层的内外两侧表面；而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧。（2）流动镶嵌模型强调组成膜的分子是运动的；而三层结构模型认为生物膜是静态结构。
4.D（此题考查的是细胞膜的结构特点，即流动性。细胞膜的流动性体现在磷脂分子和大多数的蛋白质分子的运动上）
（二）拓展题
提示：1、2两题都是考查学生对科学史的认识和启发，属开放式题，学生在课堂讨论中已有回答。（参见“教学过程”）。
二、问题探讨（课本P65）
1.塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。
2.（略）
三、思考与讨论（课本P66和P67）
参见“教学过程”中［师生互动］。
四、本节聚焦（课本P65）
1.膜是由蛋白质和脂质组成的。（还有少量多糖）膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝内）；蛋白质分子镶嵌在磷脂双分子层中。（有些外侧蛋白质与多糖结合形成糖被）膜的结构特点：具有流动性（磷脂和大部分的蛋白质分子都是可以运动的）
2.科学研究是要在实验和观察的基础上，通过严谨的推理和大胆的想象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。科学研究依赖于技术的进步，技术进步了，可以得到更多新的实验数据。科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作。科学发现的过程不是一帆风顺的，往往是在继承的基础上不断验证、修正和完善发展的。科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断完善。●备课资料
1.核酸的发现
1868年，在德国化学家霍佩—赛勒（Hoppe－Seyler）的实验室里,有一个瑞士籍的研究生,名叫米舍尔（F.Miescher,1844～1895）,他在实验室所承担的工作是研究脓血中细胞的化学成分。当时实验室附近有一家医院,常常扔出许多带脓血的绷带,脓血里有与病菌“作战”而死亡的白细胞以及其他死亡的人体细胞。米舍尔细心地用洗脱的办法将绷带上的脓血收集起来。他先用酒精把细胞中的脂肪性物质去掉,然后用猪胃黏膜的酸性提取液（一种能除掉蛋白质的胃蛋白酶粗制品）进行处理,结果发现细胞的大部分被分解了,而细胞核只是缩小了一点儿,仍然保持完整。得到细胞核后,米舍尔对组成细胞核的物质进行了化学分析,发现细胞核内含有与细胞内其他有机物明显不同的物质,这种物质的磷含量很高,远高于蛋白质,而且对蛋白酶有耐受性。米舍尔认为这是一种新物质。霍佩—赛勒当时是生物化学界的权威,治学严谨,他要在亲自做实验验证米舍尔的工作后,才允许米舍尔发表这个成果。霍佩—赛勒用酵母细胞做实验,证实了米舍尔的发现。米舍尔将他发现的新物质命名为“核素”。核素十分不稳定,提取时必须非常小心,速度要快,还得保持很低的温度。为了制备核素,米舍尔常常从清晨5：00就开始在低温的房间里工作,这大大影响了他的健康。由于积劳成疾,他51岁就离开了人间。
霍佩—赛勒的另一个学生,德国的科塞尔（A.kossel,1853～1927）,发现核素是蛋白质和核酸的复合物。他小心地水解核酸,得到了组成核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶,还有些具有糖类性质的物质和磷酸。确定了核酸这个生物大分子的组成之后,随之而来的问题是这些物质在大分子中的比例,它们之间是如何连接的。斯托伊德尔（H.Steudel）找到了前一个问题的答案。通过分析,他发现单糖、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为1∶1∶1。限于当时的实验条件，后一个问题没有完全解决，科塞尔及其同事只是发现,如果小心地水解核酸,糖基团与含氮的基团是连在一起的。科塞尔还对核酸与蛋白质的结合方式进行了研究。他发现有些物种的核酸与蛋白质结合比较紧密,有些则比较松散。科塞尔因其在核酸化学领域的开创性工作,荣获1910年的诺贝尔生理学或医学奖。
1911年,科塞尔的学生列文（P.A.T.Le－vine,1869～1940）对核酸做了进一步的研究。他证明核酸所含的糖类由5个碳原子组成,并将这种糖类命名为核糖。当时已经发现两种不同的核酸,列文找到了它们之间的区别：它们中的五碳糖不同。另一种糖类比核糖少一个氧原子,称为脱氧核糖。两种核酸也由原来的名字改为核糖核酸和脱氧核糖核酸。1934年,列文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。他认为核苷酸是由五碳糖与磷酸基团组成的长链,每一个五碳糖上再接一个碱基。列文认为这些碱基可能以一种非常简单的方法排列,如12341234等,每个数字代表一种特定的碱基。这个模型后来被称为核酸结构的四核苷酸假说。列文虽然没有获得诺贝尔奖,但他的贡献有目共睹,并将永远留在核酸化学的历史中。
弄清物质结构的最终证明是成功地合成出这种物质。核酸的结构问题很复杂,糖类和碱基都是结构比较复杂的组分,有多种连接的可能,而且还有磷酸基团的连接问题。英国生物化学家托德（A.R Todd）成功地合成了核苷酸,并于1955年成功合成了二核苷酸。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸辅酶方面的贡献而获得1957年诺贝尔化学奖。
2.核酸的分离和提纯
研究核酸首先要对其进行分离和提纯。制备核酸要注意防止核酸的降解和变性,尽量保持其在生物体内的天然状态。早期研究时,由于受到方法上的限制,得到的样品往往是一些降解产物。要制备天然状态的核酸,必须在温和的条件下进行,防止过酸、过碱,避免剧烈搅拌,尤其是防止核酸酶的作用。
真核生物中的染色体DNA与组蛋白结合成核蛋白（DNP）,存在于核内。DNP溶于水和浓盐溶液（如质量浓度为1 mol/L的NaCl溶液）,但不溶于质量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液。利用这一性质,可将细胞破碎后用浓盐溶液提取,然后用水稀释至0.14 mol/L,使DNP纤维沉淀出来,缠绕在玻璃棒上,再经多次溶解和沉淀以达到纯化目的。苯酚是很强的蛋白质变性剂,可用苯酚抽提,除去蛋白质。用水饱和的苯酚与DNP一起振荡,冷冻离心,DNA溶于上层水相,不溶性变性蛋白质，残留物位于中间界面,一部分变性蛋白质停留在酚相。如此操作反复多次以除净蛋白质。将含DNA的水相合并,在有盐存在的条件下加2倍体积冷的乙醇,可将DNA沉淀出来。再用乙醚和乙醇洗涤沉淀,用这种方法可以得到纯的DNA。
RNA比DNA更不稳定,而且RNase又无处不在,因此RNA的分离更为困难。制备RNA通常需要注意3点：（1）所有用于制备RNA的器具必须灭菌；（2）在破碎细胞的同时加入强变性剂使RNase失活；（3）在RNA的反应体系中加入RNase的抑制剂。目前最常用的制备RNA的方法有两种：（1）用酸性鈲盐/苯酚/氯仿抽提。鈲是极强烈的蛋白质变性剂,它几乎使所有遇到的蛋白质都变性。用苯酚和氯仿多次除净蛋白质。此法用于小量制备RNA。（2）用鈲盐/氯化铯将细胞抽提物进行密度梯度离心。蛋白质在最上层,DNA位于中间,RNA沉在底部。此法可制备较大量高纯度的天然RNA。不同功能RNA常分布于细胞的不同部位,分离这些RNA常常先用差速离心法,将细胞核、线粒体、叶绿体、细胞质等各部分分开,再从这些部分中分离出RNA。
3.核酸中核苷酸的连接方式
核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子,无分支结构。核酸中的核苷酸以磷酸二酯键彼此相连。DNA中的脱氧核糖核苷酸，通过3′,5′－磷酸二酯键连接起来,形成直线形或环形多聚体（如图2－3－2）。组成RNA的核苷酸也是以3′,5′－磷酸二酯键彼此连接起来的。（如图2－3－3）
图2－3－2 DNA中多核苷酸链 图2－3－3 RNA
的一个小片段及缩写符号 分子中一小段结构
A.DNA中多核苷酸链的一个小片段；
B.为竖线式缩写；
C.为文字式缩写。
4.法医DNA指纹技术
法医DNA指纹技术的检验开辟了生物物证检验的新领域，使法医学上的个人识别和亲子鉴定等难题达到个人同一认定的水平。该技术在法医DNA分析领域内的非同位素标记探针、DNA扩增、STR位点的复合扩增、mtDNA的测序分析、小卫星区域DNA的数字编码、人类串联重复寡核苷酸探针等方面取得的成果，提高了我国法医DNA分析水平，达到国际领先或国际先进水平。
该技术投入实际应用以来，已检案3 000余起。为一大批重大疑难案件的侦破提供了科学依据。该技术解决了微量血液、血斑及毛干指甲等特殊生物物证检材的法医DNA检验难题，最少检测量达到相当于0.02 μL血液、0.1 cm毛干，0.1立方毫米指甲；建立了短串联重复序列（STRS）复合扩增及扩增片段长度多态性研究的实验方法，适用于极微量检材及腐败检材；建立了小卫星MS32MVR—PCR方法，灵敏度极高，识别率达4.09×10－18，可进行个人同一认定，提供了一种亲权鉴定的方法，解决了微量生物物证个人同一认定问题；自行设计合成寡核苷酸重复序列片段，以PCR方法制备多聚体探针，经基因组DNA指纹分析，获得可检测基因组 DNA高度多态性的新探针，该技术能起到认定罪犯的作用，在侦察破案中意义重大，在实际办案中显示了巨大的社会效益。（摘自http：//www.wiseman.）
5.生物特征指纹识别
指纹是指人类手指上出现的条状纹路。它们的形成依赖于胚胎发育时的环境。“没有两个完全相同的指纹”这一观点已经得到公认。指纹识别已经有了很长一段时间的历史。目前，指纹鉴定已经被官方所接受在法律界成为一种有效的身份鉴定手段。全球范围内都建立了指纹鉴定机构以及罪犯指纹数据库。作为最传统、最成熟的生物鉴定方式，指纹有如下两个突出的优点：
（1）稳定性：指纹具有很强的相对稳定性。从胎儿六个月指纹完全形成到尸体腐烂，指纹纹线类型、结构、统计特征的总体分布等始终没有明显变化。尽管随着年龄的增大，指纹在外形大小，纹线粗细上会产生一些变化，局部纹线上也可能出现新的特征。但从总体上看，指纹是相对稳定的：即使手指皮肤受伤，只要不伤及真皮层，伤愈后纹线仍能恢复原状；如果伤及真皮，伤愈后形成的伤疤虽然破坏了纹线，但伤疤本身也形成了新的稳定特征。
（2）独特性：指纹具有明显的独特性。至今仍找不出两个指纹完全相同的人。由于皮肤表皮上的纹路是在胎儿六个月的时候形成的，因此同卵双胞胎的指纹也是不相同的。不仅是人与人之间，同一个人的十指指纹也有明显的区别。根据指纹学理论，两枚指纹匹配上12个特征的几率为10～50，指纹最多可以用来区分1 096个人。指纹的这一特点，为指纹用于身份鉴定提供客观依据。
基于指纹的身份鉴别系统是典型的模式识别系统。它包含两个主要的模块：训练模块和鉴别模块（鉴定或识别）。训练模块采集指纹数据，提取代表这些数据的特征，将特征和相关的身份信息存入数据库；鉴别模块采集待识别样本的生物统计数据，提取特征，然后在数据库中根据提取的特征进行检索，找到最佳匹配（鉴定模式）或者根据用户所宣称的身份，从数据库中调出相应的特征，决定它们是否匹配。图2－3－4给出了一个典型的基于指纹统计特征的身份鉴别系统。
图2－3－4 基于指纹的鉴别系统
指纹身份鉴别系统有两种工作模式：鉴定模式和识别模式。身份鉴定是指确认用户声称的身份是否与其真实身份一致，即回答“我是某人吗”的问题；身份识别是指识别出用户的真实身份，即回答“我是谁”的问题。
手指表面的皮肤凸凹不平产生的纹路就是指纹。从生理上看，纹路是手指皮肤的凸起的部分（脊），纹路之间是凹下的部分（谷）。因此，理想的指纹图像是一幅黑白相间的二值图像。但是，由于指纹通常是用按压的方式得到的，因此油墨不均匀、纸张不均匀、按压的压力不均匀、按压的位置和方向不同、手指的状况以及皮肤的变形等等都会导致指纹图像不理想。通过扫描仪或者摄像机进行数字化的时候，由于光照的影响，也会引入各种噪声。这些因素都使得灰度图像不能直接用来匹配。因此，有必要选择合适的特征来描述指纹。
为了使指纹身份鉴别系统能工作，指纹的特征（表示）应具有如下性质：
（1）保持指纹的独特性。
（2）易于进行匹配；
（3）对噪声具有一定的鲁棒性，对旋转、平移和变形具有不变性；
（4）对不完整指纹具有鲁棒性；
通常采用的有两种层次的结构特征：
全局特征：全局特征描述的是指纹的全局纹路结构，具体如下：
（1）弓型（Arch）：平弓型（PlainArch），帐弓型（TentedArch）；
（2）箕型（Loop）：放射性箕型（RadialLoop），尺骨状箕（UlnarLoop）；
（3）斗型（Whorl）：平斗型（PlainWhorl），中心对称箕（Centralpocketloop），双箕型（DoubleLoop）；
（4）杂型。
局部特征：端点和分叉点是最常用的指纹局部结构特征，也称为细节特征。采用这种特征的一个例子是细节—坐标模型，即使用指纹的细节点及其坐标和其他一些特征来描述指纹。
对于指纹身份鉴定，特别是现场的模糊指纹进行认定的时候所使用的信息是细节特征点，如小桥、环、分叉点、三角点和端点。人们根据纹路的局部结构特征共定义了大概150多种细节特征。
目前指纹识别已进入商业应用阶段，因为指纹识别技术在所有生物特征识别技术中性能价格比最好。指纹门禁系统、指纹考勤系统是基于指纹的身份鉴别技术最直接的应用成果，已有一些产品将指纹录入仪内更加方便，相信在不久的将来，随着网络化的更加普及，指纹识别的应用将更加广泛。（摘自http：//health./）第三课时 酶的特性
●教学过程
［课前准备］
教师准备有关实验的器材和材料（根据学生的设计来提供）。学生预习探究——影响酶活性的条件，以小组为单位设计自己所选做的实验。
［情境创设］
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，从物质本质来看它是有机物，不同于无机催化剂，但是它们又有共性，就是都具有催化功能，那么它们的功能是不是完全一样呢？
［师生互动］
回顾：过氧化氢在不同的条件下的分解。
问：过氧化氢（H2O2）在Fe3＋的催化下，可分解成H2O和O2，动物新鲜肝脏中含有的过氧化氢酶也能催化这个反应。如果现在我们想弄清楚Fe3＋与过氧化氢酶，哪一种催化剂的催化效率高，那么，我们应该如何设计这个实验？
答：要比较Fe3＋和过氧化氢酶的催化效率，设计实验中的其他条件应该相同，如两支试管中过氧化氢溶液的量应该相同，Fe3＋和动物肝脏也应尽可能同时加入两支试管中。
问：上一节我们已经做过实验，试管3和试管4的现象有何不同？从这个实验你可以得出什么结论？
答：试管4（加了过氧化氢酶）放出的氧气比试管3（加了无机催化剂）多了许多，过氧化氢酶的催化能力强）
过氧化氢酶的催化效率和Fe3＋相比，要高很多。事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。上述实验说明了酶的一个特性——高效性。
酶还具有什么特性呢？让我们继续通过实验来探索。让学生根据自己的选择的材料来 进行。
问：淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化下能水解为麦芽糖和葡萄糖，蔗糖在酶的催化下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、果糖、葡萄糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能催化哪种糖水解，应该如何设计这个实验？你又怎么能知道淀粉酶催化了糖的水解呢？（可引导学生复习P17实验）
答：设计一个对照实验，分别取两支试管，加入等量的淀粉和蔗糖，然后加入同样的淀粉酶，放在同样的环境（60 ℃）。
实验过程总结如下表：
淀粉溶液（1号试管） 蔗糖溶液（2号试管）
实验原理 淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀 淀粉酶不能让蔗糖水解，所以与斐林试剂不能反应生成砖红色沉淀
实验步骤 一 试管各加入2 mL淀粉溶液 试管各加入5 mL蔗糖溶液
二 加入淀粉酶2滴，振荡，放在60 ℃的左右，反应约5 min
三 加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸
实验现象 蓝色→棕色→砖红色沉淀 无变化
结 论
问：哪支试管加入斐林试剂后再加热会出现砖红色的沉淀？
答：在加入淀粉的试管中。
问：出现砖红色沉淀的原因是什么？
答：装有淀粉溶液的试管中出现了还原性糖。
问：装有蔗糖溶液的试管中有何现象？
答：没有出现砖红色的沉淀。
问：实验得出的结论是什么？
答：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
上述实验说明了酶具有的又一个特性——专一性。
问：根据酶的专一性，催化蔗糖的水解，应该是哪一种酶？
答：蔗糖酶。
（用实验来验证上述实验现象）
从上面进行的实验我们看出进行实验需要一定的条件，比如淀粉酶要在60 ℃左右最好，那么我们能不能在低于或高于这个温度下进行这个实验呢？
答：在最适温度下，酶的活性最高，低于或高于最适温度时酶的活性都降低。
问：能不能设计一个这样的实验，来证明温度会影响酶的活性？
答：把淀粉酶放在不同的温度下进行实验。
设计实验如下表：
淀粉溶液（1号试管） 淀粉溶液（2号试管） 淀粉溶液（3号试管）
实验原理 淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀酶只有在合适的温度时候它的催化效率才最大
实验步骤 一 试管各加入2 mL淀粉溶液
二 加入淀粉酶2滴，振荡，加热至60 ℃左右，反应约5 min 加入淀粉酶2滴，振荡，保持20 ℃左右，反应约5 min 加入淀粉酶2滴，振荡，加热至100 ℃左右，反应约5 min
三 加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸
实验现象 无变化 蓝色→棕色→砖红色沉淀 无变化
结 论 只有在一定温度下酶的催化效率最好
介绍右图（P 85图5－3）
图5－1－1
温度对酶促反应速度有很大影响，如图5－1－1所示，每种酶都有自己的最适温度。在最适温度的两侧，反应速度都比较低，所以我们看到的是一个钟形的曲线。大部分酶在较高的温度下（如60 ℃以上）时，会因为酶的分子结构遭到破坏而失去活性。根据这个道理，我们在使用加酶洗衣粉时，用哪种水（如凉水、沸水、温水）浸泡好呢？
答：温水。
酶的催化效率还能受pH的影响，展示图介绍，科学实验证实，不同的pH条件下测同一种酶的活性，并且根据所得到的数据绘制成曲线图5－1－2。
图5－1－2
问：pH与酶的活性有什么关系呢？
答：在最适的pH下，酶的活性最高。
设计实验来验证不同的pH下，酶的活性不同：
1号试管 2号试管 3号试管
实验原理 过氧化氢酶能使过氧化氢快速分解
实验步骤 一 试管各加入2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液
二 pH为2左右 pH为7左右 pH为12左右
三 分别加入过氧化氢酶溶液2滴
实验现象（用卫生香来检验） 反应不剧烈，几乎无变化 复燃 反应不剧烈，几乎无变化
结 论 不同的pH下过氧化氢酶的催化效率不同
［教师精讲］
酶的专一性是普遍存在的，生物体内有些酶能够催化某些分子结构相近的矿物质，如二肽酶，可以催化任何两种氨基酸组成的二肽水解。所以，确切地说，酶的专一性是指一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。
酶的催化效率的高低与温度有关，它影响酶的活性，进而影响酶的催化效率。
酶的催化效率还与pH等条件有关。因为在过酸、过碱的条件下，都会使酶的分子结构遭到破坏而失去恬性。
生物催化剂——酶和无机催化剂相比，具有高效性、专一性，并且需要适宜的条件。
［评价反馈］
1.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是
A.所吃食物不能消化
B.胃没有排空
C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降
D.吃药使人没有了胃口
2.胃蛋白酶在进入小肠后就几乎没有了催化作用，主要原因是
A.pH不适合
B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了
C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用
D.小肠中没有蛋白质可被消化
3.苹果削皮之后，不马上吃掉会变色，但是放在盐水中泡一下，却不会变色，试解释为什么会出现这样的现象？
答案：1.C 2.A 削皮后，水果里的酶和水果的物质充分接触，把水果的有机物转变成了褐色的物质。放入盐水中泡一下，使水果中的酶变性，失去了作用，就不会生成褐色的物质了。
［课堂小结］
酶在细胞中的生理活动过程中的作用是无可代替的，它在催化过程中高效性、专一性和作用条件温和的特点对生物有何重要意义呢？高效性保证细胞中的化学反应快速进行，专一性使细胞代谢有条不紊地进行，作用条件的温和符合生物体存在的基本环境。
［布置作业］
P86一、基础题1、2、3，二、拓展题1。
［课后拓展］
酶和一般的催化剂相比，有共同点也有不同点。共同点：（1）都能加快反应进行；（2）只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应进行；（3）只能加快反应达到平衡，不能改变达到平衡时反应物和生成物的浓度。不同点：酶的特点就是它的高效性和专一性，而且作用的条件比较温和。
●板书设计
第三课时 酶的特性
●习题详解
一、练习（课本P86）
（一）基础题
1.B（唾液淀粉酶是一种蛋白质，所以要水解它只能用蛋白酶）
2.B（细胞壁的主要成分是纤维素，所以要去掉它而不损坏内部结构，就只能用水解的方法来进行）
3.这个模型中A代表酶，B代表反应物，C和D代表反应产物。该模型说明了酶的专一性。酶A专一性和反应物B结合，使B产生了产物C和D。
（二）拓展题
1.（1）A点：随着反应物浓度的增加（减少），反应速率加快（减慢）；B点：反应速率在此时达到最大值（该点对应的横坐标为最合适浓度）；C点：反应速率不再随反应物浓度的增加而升高。（2）因为图中的曲线表示的是在最适温度下催化的反应速率，所以在A点时温度升高（降低）10 ℃，则在该浓度下的反应速率就会减小。即纵坐标的值会低于原曲线。如图5－1－3所示。
图5－1－3
（3）原曲线在B点的反应物浓度足够大，说明是酶的浓度限制了反应速率的提高，此时加入少量酶，会使反应速率加快。如图5－1－4所示。
图5－1－4
2.（略）
二、本节聚焦（课本P83）
1.酶具有高效性、专一性、作用条件温和等特性。
2.受环境中的温度、pH以及抑制剂的影响。
三、旁栏思考题（课本P85）
绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。●备课资料
1.细胞的增殖周期
细胞从前一次分裂结束开始，到下一次分裂结束为止，这样一个周期叫做细胞增殖周期。
20世纪50年代以前，人们把细胞增殖周期划分为分裂期和静止期两个阶段。当时认为分裂期是细胞增殖周期中的主要阶段。近年来，由于放射自显影和细胞化学等技术的迅速发展，对于细胞增殖过程的动态研究也日趋深入。现在了解到，过去一直被忽视的所谓“静止期”却是细胞增殖周期中极为关键的一个阶段，因为与DNA分子复制有关的一系列代谢反应，都是在这个阶段进行的。所以现在都把“静止期”叫做间期。现在，一般把细胞增殖周期分为两个阶段：间期和分裂期。细胞在前一次分裂结束之后就进入间期，这时就是新的细胞周期的开始。间期一共分为三个分期。间期结束就进入有丝分裂期。根据目前的认识，整个细胞增殖周期可以分为G1、S、G2、M四个小分期，如下表：
细胞增殖周期中的各个分期，各有其不同的特点。间期的特点是：
G1期的特点：G1期是从上次细胞增殖周期完成以后开始的。G1期是一个生长期。在这一时期中主要进行RNA和蛋白质的生物合成，并且为下阶段S期的DNA合成作准备，特别是合成DNA的前身物质、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系，以及储备能量。
S期的特点：从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻。S期最主要的特征是DNA的合成。DNA分子的复制就是在这个时期进行的。通常只要DNA的合成一开始，细胞增殖活动就会进行下去，直到分成两个子细胞。
G2期的特点：G2期又叫做“有丝分裂准备期”，因为它主要为后面的M期作准备。在G2期中，DNA的合成终止，但是还有RNA和蛋白质的合成，不过其合成量逐渐减少。特别是微管蛋白的合成，为M期纺锤体微管的组装提供原料。
M期的特点：M期，也即分裂期。细胞一旦完成了细胞分裂前的准备，就进入有丝分裂期。细胞分裂期是一个连续的过程，为了研究的方便，可以人为地将它分成前、中、后、末四个时期。M期的细胞有极明显的形态变化。间期中的染色质（主要成分是DNA和蛋白质），在M期浓缩成染色体形态。染色体的形成、复制和移动等活动，保证了将S期复制的两套DNA分子平均地分到两个子细胞中去。
2.着丝点
图6—1-6 中期染色体上的着丝点
（示着丝点分为内、中、外三层，上面附着有微管）
长期以来，着丝粒和着丝点这两个术语是作为染色体上纺锤体附着区域的同义语使用的。遗传学文献中多用着丝粒一词，而细胞学家多用着丝点一词。后来，在电镜下研究哺乳类染色体超微结构时发现，主缢痕两侧是一对三层结构的特化部位，认为是非染色质性质物质的附加物，称为着丝点（图6—1-6）。在主缢痕区存在着丝粒，由此把染色体分成两臂。着丝粒的两侧各有一个蛋白质构成的三层的盘状或球状结构，称为着丝点。着丝点与纺锤体的纺锤丝连接，与染色体移动有关。在分裂前期和中期，着丝粒把两条姐妹染色单体连在一起，到后期两条染色单体的着丝粒分开，纺锤丝把两条染色单体拉向两极。并非有丝分裂各个时期，或各种生物的染色体，都有这种分化的结构。
3.细胞质分裂
广义说来，有丝分裂应该包括细胞质分裂。但是，也可以把细胞质分裂看作是一个单独的阶段。
大多数真核生物的细胞质分裂是与核分裂协调进行的，细胞质分裂起始于中后期。细胞质分裂面一般总是和纺锤体的赤道面一致，其方向约在核分裂中期就已确定。如果在中期时用离心法改变细胞的纺锤体的正常位置，细胞分裂面方向并不随之改变。但是，如果在中期之前改变纺锤体的位置，细胞质分裂面的方向也就随着发生改变。
动物细胞在进行细胞质分裂时，先是在要形成分裂面处的细胞质收缩，环细胞表面出现一条窄的凹沟，这条沟叫做分裂沟。分裂沟环绕细胞表面一圈，使细胞呈哑铃状。它的形成和细胞膜下方的细胞质微丝有关系。
植物细胞因为有细胞壁，它的分裂方式不同于动物细胞（有花植物的花粉粒的成熟分裂与动物细胞一样，形成分裂沟），最主要的差别是植物细胞在进行细胞质分裂时，有细胞板的形成。细胞板产生于晚后期或早末期。
4.关于核仁
核仁在代谢旺盛的细胞中非常显著。在一个细胞周期中核仁是一个高度动态的结构，会在不同时期有明显的不同。核仁会经历明显变大、解体消失、再次重现的变化过程。在细胞分裂间期，在DNA的控制下会转录出大量RNA。其中与核糖体形成有关的基因、RNA和蛋白质高度聚集成为核仁。因此核仁在代谢旺盛的细胞中就会显得更加明显。
5.关于无丝分裂
人和哺乳动物的血细胞成熟后细胞核消失，不能再进行细胞分裂。两栖类、鸟类等动物的红细胞是有细胞核的，有进行细胞分裂的基础。无丝分裂最早就是发现于鸡胚胎的红细胞分裂。
无丝分裂过程中也有遗传物质的复制和分离，但是由于无丝分裂过程中没有出现染色体的规律性运动，因此我们不清楚在无丝分裂过程中是否发生了遗传物质的均分过程。
关于无丝分裂一直存在争议：有的学者认为这是一种非正常状态下的细胞分裂方式。有的学者认为这与有丝分裂一样是一种常见的细胞分裂类型。与减数分裂只发生于有性生殖活动过程中一样，无丝分裂过程只适用于已经分化的细胞。其特点是在细胞分裂的过程中细胞核始终存在，细胞的功能活动可以不中断地进行。
6.原核细胞的DNA复制和细胞质分裂
原核细胞的分裂包括两个方面:（1）细胞DNA的复制和分配,使分裂后的子细胞能得到亲代细胞的一整套遗传物质;（2）细胞质分裂,把细胞基本上分成两等份。原核细胞的DNA分子是环状的,无游离端。在一系列酶的催化下,经过解旋和半保留式复制,形成了两个一样的环状DNA分子。复制常是由DNA附着在质膜上的部位开始。在DNA分子复制完成之后,便开始了细胞质分裂。当然,在开始分裂之前需要细胞生长,细胞的生长反映了细胞内按比例地合成一定量的结构蛋白酶。细胞分裂时,先由一定部位开始。复制好的两个DNA分子仍与膜相连；随着连接处的生长,把DNA分子拉开。在细胞中部,质膜环绕细胞发生内褶,褶中产生了新的壁物质,形成了隔。隔不断向中央生长延伸,最后形成了将细胞隔为两部分的完整的隔。隔纵裂为二,把母细胞分成了大致相等的两个子细胞。
7.细胞分裂的原因
（1）细胞的表面积与体积的不适应。当细胞的体积逐步增加时，表面积和体积不适应，表面积和体积的比例会愈来愈小，使细胞内部和外界的物质交换适应不了细胞生命活动的需要而引起分裂。
（2）细胞核和细胞质的不平衡。当细胞质的体积增长太大，则细胞核对这样大范围的细胞质的作用就会减少，造成核质不平衡，从而引起细胞分裂。
（3）染色体的复制和蛋白质的相互作用也是引起细胞分裂的动力。●备课资料
1.细胞膜的主要成分
细胞膜主要由脂质、蛋白质（包括酶）和多糖组成。脂质和蛋白质各约占膜干重的一半稍弱，多糖不到10％,水约占膜湿重的1/5。此外还有少量的无机离子等。
各种膜的基本组成表（质量分数%）
成分 髓鞘 红细胞细胞膜 肝细胞细胞膜 心肌线粒体 叶绿体片层 大肠杆菌细胞膜
蛋白质 22 60 60 76 50 75
总脂类 78 40 40 24 50 25
磷脂 33 24 26 22 6 25
糖脂 22 微量 0 微量 20 0
胆固醇 17 9 13 1 0 0
其他脂类 6 7 1 1 24 0
（1）脂质 脂质中大部分是磷脂，其次是胆固醇，还有少量糖脂，有些细胞膜（如嗜盐菌膜）还含有硫脂，它们都是兼性分子。细胞膜中磷脂分子的亲水端向外，疏水端向内排成脂质双分子层。脂双层的内外两层中的脂质分子分布是不对称的。糖脂都在外层，糖残基位于脂双层的表面。磷脂在内外两层中的分布是不相等的。
（2）膜蛋白 细胞中大约有20%～25％左右的蛋白质分子是与膜结构结合的。根据这些蛋白质与膜脂的相互作用方式及其在膜中分布部位的不同，粗略地可分为两大类：外周蛋白和内部蛋白。①外周蛋白分布于膜的外表面，约占膜蛋白的20%～30％。它们通过离子键或其他的非共价键与膜脂相连，结合力较弱，只需用比较温和的方法，如改变介质的离子强度、pH或加入螯合剂等即可把外周蛋白分离下来，它们都为水溶性蛋白质。②内部蛋白约占膜蛋白的70%～80％，它们有的部分嵌入双分子脂质层中，有的跨膜分布，还有的则全部埋藏在双分子层的疏水区内部。由于内部蛋白主要靠疏水键与膜脂相互结合，因而只有在较为剧烈的条件下（如超声、加入去垢剂或有机溶剂等）才能把它们从膜上溶解下来。
（3）多糖 细胞膜约含5%～10％的多糖,由于参与组成的单糖彼此间结合方式复杂多样,得到的寡糖种类繁多,这些糖主要以糖脂或糖蛋白形式存在，具有很重要的生理功能。细胞与周围环境相互作用中（如细胞间识别、激素作用等等）几乎都涉及到糖脂和糖蛋白，它们也是膜抗原的重要组分。
2.细胞膜的主要功能
细胞膜作为细胞的内外边界，结构复杂，功能多样。主要功能如下：（1）为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；（2）选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，其中伴随着能量的传递；（3）提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递；（4）为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；（5）介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；（6）细胞膜参与形成具有不同功能的细胞表面的特化结构。
3.细胞壁
除动物细胞和病毒外，绝大多数原核生物、真核原生生物的细胞有细胞壁，真菌、植物的细胞都有细胞壁。细胞壁主要由两类物质组成：一类是由微纤维组成的网状结构物，它使细胞壁具有一定的形状和硬度；另一类是填充在网状结构里面的基质成分，它对整个细胞壁起着黏连、加固的作用。微纤维的组成主要有纤维素、几丁质、葡聚糖、肽聚糖；基质的组成主要有半纤维素、果胶、木素、异多糖、脂质、蛋白质、葡聚糖、脂多糖等。第3节 细胞的衰老和凋亡
●从容说课
课程标准的要求是“探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系”。学生熟悉的是个体的衰老，细胞的衰老是看不见的，那么个体衰老与细胞衰老有什么关系呢？细胞衰老有哪些表现呢？细胞衰老的原因是什么？细胞都要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老、死亡的过程，细胞的凋亡与死亡有什么关系？这一连串的问题构成了本节内容的主线。
衰老是生物界的普遍现象。学生每天都会遇到许多老年人。本节的“问题探讨”，围绕学生熟悉的衰老现象，引导学生讨论关于衰老的问题。“问题探讨”所配的小图，是一幅老年人在晨光中锻炼的生机勃勃的图景，其寓意是身体的衰老不等同于心理的衰老，老年人的生活也应该是丰富多彩的，我们不仅应该关心老年人的身体健康，还应该为他们营造高质量的生活环境。个体衰老与细胞衰老的关系，学生并不是很清楚。许多学生会认为细胞衰老就会导致个体衰老。对于单细胞生物来说，的确如此。但是对于多细胞生物，生物体内每时每刻都在进行新陈代谢，都有细胞衰老或死亡，也都有新细胞在产生。在旁栏的相关信息里，教科书以人为例，介绍了人体细胞的更新率，以及几类细胞的寿命。当然从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。教科书从细胞形态、结构和生理功能等几个方面的变化介绍了细胞衰老的特征。
细胞衰老的原因很复杂，目前对细胞衰老机理的阐明仍处于假说阶段。教科书以小字的形式介绍了目前为大家普遍接受的自由基学说和端粒学说，供学生选学。教师可根据学生的情况讲解，不要过多发挥，但应该教育学生用科学的发展观看问题，激励学生努力学习，将来也可能成为这个领域的佼佼者。
在关于细胞衰老的学习内容里，教科书安排了“资料搜集和分析”，请学生通过查阅报刊、上互联网，或者走访政府有关部门（如劳动和社会保障部门、卫生部门）和养老院等方式，搜集有关社会老龄化的资料，讨论与社会老龄化相关的问题。这一活动，旨在引起学生对老年人的关心，对人口老龄化给家庭、社会和国家以及老年人自身带来的一系列新问题的思考，渗透情感态度价值观教育。
细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，是一种自然的生理过程。这与细胞坏死是不同的。细胞坏死是在种种不利因素影响下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。平时所说的细胞死亡是笼统的叫法，是对细胞凋亡和细胞坏死的统称。为了帮助学生更好地理解细胞凋亡与细胞坏死的区别，理解细胞凋亡是自然的生理过程，教科书从实例出发，以人在胚胎发育过程中尾的消失，蝌蚪尾的消失，以及胎儿手发育的过程中五个手指的分开为例，引导学生认识细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，并且认识正常生理状态下的细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内环境稳定，以及抵御外界各种因素的干扰所起的重要作用。
细胞的衰老和凋亡也和细胞的增殖和细胞的分化一样，是细胞的正常生理过程，这些内容计划用一课时来完成，结合新课标提出的要让所有公民平等受高质量教育，强调每一个学生的发展，本节课主要采用参与式的教学方式，利用头脑风暴式的集体讨论，形成群体思维，充分体现学生的合作学习。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出个体衰老与细胞衰老的关系。
（2）描述细胞衰老的特征及原因。
（3）简述细胞凋亡与细胞坏死的区别。
2.过程与方法
（1）培养学生联系实际灵活运用知识的能力。
（2）学会进行与社会老龄化相关的问题的资料搜集和分析。
3.情感态度与价值观
（1）探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系，关注老年人的健康状况和生活状况。
（2）通过有关衰老问题的讨论，树立科学的发展观。
●教学重点
1.个体衰老与细胞衰老的关系，细胞衰老的特征。
2.细胞凋亡的含义。
●教学难点
细胞凋亡的含义以及与细胞坏死的区别。
●教具准备
1.收集有关人体衰老的有关图片、视频和文字等资料。
2.收集有关细胞衰老的有关图片、视频和文字等资料。
3.收集有关细胞衰老与健康的资料。
4.收集有关衰老研究的最新进展的资料。
5.收集有关预防人体衰老的资料。
6.教师把收集到的资料用FrontPage平台制作成一个学习网站。
7.学生收集的有关社会老龄化的相关问题的资料与教师收集到的资料整合在一起。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
1.教师利用FrontPage平台制作成一个学习网站。
2.两位学生一台电脑。
3.把全班学生按每组八个人自行分组，每组推选一名主持人、一名记录员和一名噪声控制员。
［情境创设］
每天的生活过程中，人来人往，同学们都会遇到各种人，有年青的，有年老的。同学们注意到老年人有哪些特征呢？（用网页展示一组老年人的图片）
学生：老年人机体成分及结构有明显改变，新陈代谢水平下降，表现为：白发，皱纹，老年斑，耳聋，眼花，行动迟缓，记忆力减退等现象。
同学们回答得很好，那人为什么会衰老呢？人体衰老与细胞衰老一样吗？其实构成生物体的大多数细胞都要经过分裂、生长、分化、衰老、凋亡等几个阶段。这一节课我们利用学习网站的资源和教材一起来讨论——第3节《细胞的衰老和凋亡》。
［师生互动］
教师用网页展示这节课要讨论的问题。如下：
1.个体衰老与细胞衰老有什么关系？
2.细胞衰老有什么特征？
3.细胞衰老的原因是什么？
4.细胞凋亡的含义是什么？
5.细胞凋亡与细胞坏死有什么区别？
6.细胞衰老与人类健康有什么关系？
7.如何预防人体衰老？
8.社会老龄化的相关问题？
由于时间关系，每组分配两个问题开始头脑风暴，并把过程记录下来，告诉学生每个人都要发表自己的看法，大家都是平等的，不分彼此。主持人作好组织，噪声控制员控制噪声，记录员作好过程的记录。教师为了把握学生头脑风暴的情况，可以分时间参与到各组学生的头脑风暴的过程里面。
二十分钟以后，把每一组经过头脑风暴的结果张贴出来，由每一组的主持人发表本组讨论的结果，时间3分钟。
第一组：
1.个体衰老与细胞衰老有什么关系？
答：单细胞生物，细胞衰老或死亡就是个体的衰老或死亡；多细胞生物，体内的细胞总是在不断更新。也就是说，多细胞生物的细胞每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增的细胞来补充它们。因此多细胞生物的细胞衰老、死亡与个体的衰老死亡不是一回事。
2.细胞衰老有什么特征？
答：细胞衰老的特征：（1）细胞内水分减少，使细胞萎缩，体积缩小。（2）细胞核体积增大，染色体固缩；溶酶体数目增加和体积增大，内质网排列无序。（3）多种酶活性降低。（4）细胞内色素积累。（5）呼吸速率减慢。（6）细胞膜的通透性改变，物质运输功能降低。（鼓掌表扬）
第二组：
3.细胞衰老的原因是什么？
答：细胞衰老的原因目前还没有统一的说法，它是当今科学家研究的热门问题。我们组的同学比较接受自由基学说：自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，表现出高度的反应活泼性，普遍存在于生物系统。在生命活动中，自由基不断产生，自由基能攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子。如细胞膜上的磷脂分子、蛋白质、核内DNA等，因此可以破坏生物膜，也可引起基因突变，使蛋白质活性下降，使细胞衰老。
6.细胞衰老与人类健康有什么关系？
答：（1）细胞的正常衰老对于实现有机体的自我更新非常有利。如，红细胞的快速更新，血液中始终有足够量的新生红细胞来运输氧气。（2）细胞异常衰老会给人类带来健康上的威胁。如儿童早衰症就是细胞过早衰老产生的一种疾病。（3）人体衰老是生理功能下降和紊乱的综合表现，是不可逆转的生命过程。其基本特征为：皮肤干燥、皱缩；代谢减缓；细胞数目减少；器官功能下降等。（掌声鼓励）
第三组：
4.细胞凋亡的含义是什么？
答：细胞的凋亡是指细胞在一定阶段，由特定基因控制的自杀程序引起的正常的自然死亡，它是细胞正常发育的一个过程，是机体正常发育的基础。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常被称为细胞编程性死亡。细胞凋亡有着重要的生物学意义：（1）有利于消除多余细胞。（2）有利于消除无用细胞。（3）有利于消除发育不正常的细胞。（4）有利于消除有害细胞。（５）有利于消除已完成正常使命的衰老细胞。（6）维持器官、组织、细胞数目相对平衡。
7.如何预防人体衰老？
答：这是个大家都非常关心的问题，我们认为：合理的饮食结构、良好的生活习惯、适宜的体育锻炼和乐观的人生态度等都有益于延缓衰老；现代医学认为，能抑制自由基的产生或消除自由基的食物可以预防人体衰老。河南医科大学研究表明，茶叶中儿茶素能提高超氧化物歧化酶的活性，并有利于机体对自由基脂质氧化物的清除，故有较强的抗衰老作用。儿茶素的抗衰老作用，比维生素C和维生素E还高，尤其在增强机体对各种病菌的抵抗力和免疫力方面，更显得极为突出。因此，健康者只要每天坚持喝8～10克优质绿茶，并持之以恒，就能起到自然抗衰作用。（掌声四起）
第四组：
5.细胞凋亡与细胞坏死有什么区别？
答：细胞坏死是细胞受到急性强力伤害时立即出现的早期反应，包括细胞膜直接被破坏，大量水进入细胞；线粒体外膜肿胀而密度增加；核染色质呈絮状；蛋白质合成减慢。如及时去除伤害因素，以上早期反应尚可逆转。若伤害外因持续存在，则发生不可逆的变化，如细胞骨架破坏，溶酶体解体，pH下降，最后细胞膜和细胞器破裂，DNA降解。细胞内容物流出，引起周围组织炎症反应。而细胞凋亡则表现为：（1）染色质聚集、分块、位于核膜上，细胞质凝缩，最后细胞核破裂。（2）细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体，凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内容物释放，故不会引起炎症。（3）线粒体无变化，溶酶体活性不增加。（4）内切酶活化，DNA降解；因此，凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死则是病理性变化。
8.社会老龄化的相关问题？
答：有关社会老龄化的相关问题有很多报道，其中CSIS全球老龄化问题主任理查德·杰克逊撰写的《银发中国：中国养老政策的人口和经济分析》非常中肯地点出中国的老龄化与经济发展的关系，由于时间关系，这里就不多说了。（掌声四起）
［教师精讲］
今天，我们采用头脑风暴式的学习活动，充分体现了集体思维的优越性，也充分体现出同学们的聪明才智，每组都能对问题作出比较全面的回答，甚至还讲到喝茶能预防衰老等知识。有关衰老的问题，是当今世界的热门问题，我国科学家初步揭开人类细胞衰老之谜：基因P16。科学家童坦君表示，细胞衰老是生物衰老的基本单位，也是人类老年病发病的共同基础。“一切生物学关键问题必须在细胞中寻找”已是当前生物学家的共识。通过“衰老细胞与分子机理研究”的课题研究，我们至少可以说，人类某些细胞的寿命，是可以利用基因重组技术来进行调节的。因此，同学们应该树立以发展的观点看待当今科学的发展。
［评价反馈］
为了了解这节课的学习情况，以下列问题进行抢答来评价反馈：
1.检测某一植物组织细胞，发现分解有机物缓慢，酶的催化效率极低。则该细胞正在
A.分化 B.分裂 C.衰老 D.癌变
2.与人类和动植物的寿命直接相关的细胞变化是
A.细胞增殖 B.细胞分化 C.细胞衰老 D.细胞癌变
3.人的黑头发变成白头发是细胞衰老的表现之一，对其准确的解释应该是
A.由于细胞内水分减少，新陈代谢速度减慢所致
B.细胞内的色素逐渐积累所致
C.细胞内酪氨酸酶活性降低所致
D.细胞膜通透性功能改变，使物质运输功能降低所致
4.下列哪项不属于细胞凋亡的生物学意义
A.细胞凋亡是生物体正常发育的基础
B.细胞凋亡能维持组织中细胞数目的相对平衡
C.细胞凋亡是机体对外界刺激的应激性反应
D.细胞凋亡是机体的自我保护机制
5.下列是延缓衰老的一些饮食习惯。其中不合理的是
A.多吃脂肪含量高的食物，以保证热量的供给
B.多吃水果和蔬菜，特别是黄色和绿色蔬菜以及柑橘类水果
C.多吃各类食物，不过量摄入蛋白质
D.多吃含钙食品
答案：1.C 2.C 3.C 4.C 5.A
［课堂小结］
为了让同学们能更好地理解细胞凋亡和细胞坏死的区别，下面列表来说明：
细胞凋亡 细胞坏死
细胞变圆，与周围的细胞脱开 细胞外形不规则变化
核染色质凝聚 溶酶体破坏
细胞膜内陷 细胞膜破裂
细胞分为一个个小体 胞浆外溢
被周围细胞吞噬，不引起炎症反应 引起周围炎症反应
［布置作业］
课本P124的练习和有关社会老龄化的资料的整理。
［课后拓展］
2002年诺贝尔生理学或医学奖授予了3位科学家，这3位科学家发现了在器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则。这项工作对人类战胜疾病将发挥重大作用。请根据要求回答下列问题：
（1）细胞的衰老和凋亡是一种正常的生命现象。下列属于衰老红细胞特征的是
①水分减少，细胞萎缩 ②新陈代谢的速度减慢 ③某些酶的活性降低 ④呼吸速率上升 ⑤色素积累增多 ⑥细胞的呼吸速率减慢 ⑦细胞核体积增大 ⑧细胞膜的通透性改变
A.①②③④⑤⑥ B.①②③⑤⑥⑦⑧
C.①②③⑥⑧ D.①②③④⑤⑧
（2）人的受精卵开始分裂，逐渐形成大量功能不同的细胞，从分子水平看，这是________的结果。
（3）人的胚胎在发育初期是有尾的，但在胚胎发育成熟时失去尾，从细胞水平看，这是由于____________________________。
（4）后来的科学家研究发现，控制“程序性细胞死亡”的基因有两类：一类是控制细胞死亡；另一类是启动或促进细胞死亡。两类基因相互作用控制细胞的正常死亡。如果该死亡的细胞没有死亡，不该死亡的细胞大批死亡，就会患病，如癌症、艾滋病等。请你运用这个理论对癌症、艾滋病的治疗进行大胆的设想。
解析：细胞的衰老和死亡是一种正常的生命现象，如何延缓细胞的衰老是人们关注的热点之一。本题围绕细胞的衰老、死亡及基因调控的知识，考查学生从材料中提取信息、解释有关现象及解决有关问题的能力。
（1）衰老的细胞一般具有以下5项特征：①在衰老的细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，新陈代谢速度减慢；②衰老的细胞内，有些酶的活性降低；③细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累；④衰老的细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，染色质固缩，颜色加深；⑤细胞膜通透性功能改变。根据上述特征可判断①②③⑤⑥⑦⑧都符合衰老细胞的特征，由于衰老的红细胞没有细胞核，也不含有色素，因此，还应除去⑤⑦，故选C。
（2）人的受精卵分裂，逐步形成大量的功能不同的细胞，这些功能不同的细胞表现出来的形态特征或生理特性是由不同的基因控制的，而由受精卵分裂产生的体细胞中遗传物质相同，基因也相同，因此从分子水平看，是基因选择性表达的结果。
（3）人的胚胎在发育初期是有尾的，但在胚胎发育成熟时失去尾，尾是由许多细胞构成的。那么尾哪里去了呢 从细胞水平看，这是由于组成尾的细胞在胚胎发育过程中进行了程序性 死亡。
参考答案：
（1）C （2）基因选择性表达 （3）组成尾的细胞 在胚胎发育过程中进行了程序性死亡 （4）根据科学家们的研究，我们知道人类的癌症、艾滋病等就是由于该死亡的细胞没有死亡，而不该死亡的细胞大批死亡所形成的病患。根据“程序性细胞死亡”的理论，我们对癌症、艾滋病的治疗可进行下列设想：首先找到与癌症、艾滋病相关的所有调控基因，分析其功能。然后，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物，就可以让癌细胞加速自杀死亡，从而达到治疗癌症的目的。同时，提高免疫细胞的生命力，以达到根治艾滋病的目的。
●板书设计
第3节 细胞的衰老和凋亡
（用PowerPoint演示）
一、个体衰老与细胞衰老的关系
三、细胞凋亡
●习题详解
一、练习（课本P124）
（一）基础题
1.（1）×（衰老的生物体中，有的细胞具有分裂能力，处于分裂状态。细胞还没有开始衰老）
（2）√（细胞凋亡是由基因决定的，因此受遗传物质控制）
（3）×〔细胞凋亡是正常生理性死亡，又叫细胞的编程性死亡。细胞死亡包括细胞凋亡和非正常性的死亡（如：病理性死亡）〕
2.C（细胞衰老的特征有:细胞内水分减少,细胞体积缩小，新陈代谢速度降低；细胞内酶的活性降低，色素沉积；核膜内折，染色体固缩，基因表达关闭；细胞膜皱缩，流动性下降，运输功能减弱，线粒体数量减少，体积膨大甚至外膜破坏；内质网排列无序化，解体，总量有所减少）
（二）拓展题
解析：细胞的凋亡是指细胞在一定阶段，由特定基因控制的自杀程序引起的正常的自然死亡，它是细胞正常发育的一个过程，是机体正常发育的基础。白细胞和红细胞功能不同，白细胞能吞噬病菌和异物，红细胞能运输氧。它们的功能不同，凋亡速度也不一样，白细胞凋亡速度比红细胞快得多，不同的细胞之所以凋亡速度不同，这与细胞本身的遗传特性有关，而与其功能无关。细胞凋亡是按照发育程序进行的，细胞死亡的命令早已“编写”在组织发育的时间表中，即细胞凋亡的命运早已确定。细胞凋亡的生物学意义在于：①维持正常组织中细胞数目的相对平衡。②机体中被病毒感染的细胞、癌变细胞可通过凋亡清除掉，因此，细胞凋亡是机体的自我保护机制。③机体通过细胞凋亡和细胞增殖来保证正常发育和器官的形态构成。
答案：细胞凋亡速度与细胞功能没有关系。红细胞、白细胞不断凋亡，红骨髓又能不断地产生血细胞补充到血液中，从而维持血细胞的数目相对稳定。
二、问题探讨（课本P121）
1.提示：人体的衰老特征：白发，皱纹，老年斑，耳聋，眼花，行动迟缓，记忆力减 退等。
2.老年人体内还会有幼嫩的细胞，如精原细胞仍能增殖产生精子，造血干细胞一生都能增殖产生各种类型的血细胞；年轻人体内也有衰老的细胞，如皮肤表皮细胞衰老成角质层细胞，最后细胞凋亡、脱落。
3.人体衰老与细胞衰老并不是一回事。人体内的细胞总是在不断更新着，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态。但从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
三、本节聚焦（课本P121）
1.单细胞生物，细胞衰老或死亡就是个体的衰老或死亡；多细胞生物，体内的细胞总是在不断更新。也就是说，多细胞生物的细胞每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增的细胞来补充它们。因此多细胞生物的细胞衰老、死亡与个体的衰老死亡不是一回事。
2.细胞衰老的特征：（1）细胞内水分减少，使细胞萎缩，体积缩小。（2）细胞核体积增大，染色体固缩；溶酶体数目增加和体积增大，内质网排列无序。（3）多种酶活性降低。 （4）细胞内色素积累。（5）呼吸速率减慢。（6）细胞膜的通透性改变，物质运输功能降低。
3.细胞衰老的原因目前还没有统一的说法，目前为大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说。
4.细胞的凋亡是指细胞在一定阶段，由特定基因控制的自杀程序引起的正常的自然死亡，它是细胞正常发育的一个过程，是机体正常发育的基础。前者是正常状态下的生理性死亡，后者是不利因素影响下的病理性死亡。
四、旁栏思考题（课本P122）
老年斑是由于细胞内的色素随着细胞衰老而逐渐积累造成的。衰老细胞中出现色素聚集，主要是脂褐素的堆积。脂褐素是不饱和脂肪酸的氧化产物，是一种不溶性颗粒物。不同的细胞在衰老过程中脂褐素颗粒的大小也有一定的差异。皮肤细胞的脂褐素颗粒大，就出现了老年斑。
五、技能训练（课本P124）
1.细胞的寿命与分裂能力无关。寿命短的细胞不一定能分裂，如白细胞。
2.有关系。
3.提示：学生可作出各种推测。皮肤表皮细胞的寿命约为10 d，生发层细胞分裂能力强。第2节 细胞的多样性和统一性
●从容说课
本节教学内容用2课时完成。其中第一课时完成用高倍显微镜观察几种细胞的实验。第二课时完成原核细胞和真核细胞的比较以及细胞学说的建立过程的学习。
在初中阶段，学生通常都是用光学显微镜的低倍镜来观察细胞，本节在此基础上，为学生提供不同的生物材料，让学生用高倍镜去观察、比较，从中理解细胞的多样性和统一性。同时训练学生正确使用高倍显微镜和制作临时装片的实验技能。
原核细胞和真核细胞的比较是本节的教学难点，但由于有了上节课实验的感性认识，教师只要引导学生从“细胞核”入手进行观察和思考，学生就很容易掌握，然后列表总结。为加深学生对原核生物的认识，引导学生观察教材图1-3，来具体说明原核生物的一些基本特征。通过这一系列的比较，能使学生对细胞有进一步的认识：真核细胞、原核细胞都是多种多样的，但它们有相似的细胞膜和细胞质，即它们具有共同性。
细胞学说建立的过程体现了科学探究的过程，是一则很好的生物科学史教育的素材。课前，安排学生从不同的渠道收集细胞学说建立的资料，结合教材的资料，进行分析整理。上课时让学生分组介绍自己整理的科学史实，最后使全体学生达成共识：细胞学说的建立是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地推进科学的发展。
本节课后，有一个本章小结，教师引导学生阅读，对本章的知识进行一个全面的总结。
●三维目标
1.知识与技能
（1）用高倍显微镜观察几种细胞，比较不同细胞的异同点。
（2）运用制作临时装片的方法。
（3）说明原核细胞和真核细胞的区别联系。
（4）分析细胞学说建立的过程。
2.过程和方法
（1）自主探究：根据使用低倍镜观察积累的经验，并参考教材P8图，小组讨论提出使用高倍镜的方法步骤和注意事项。
（2）思维训练：训练归纳对比的学习方法。
（3）自主学习：运用互联网、图书、杂志等进行资料的收集和整理。
3.情感态度与价值观
（1）参与小组合作交流，体验合作学习的快乐。
（2）认同细胞既具有多样性又有统一性。
（3）认同细胞学说的建立是一个开拓、继承、修正和发展的过程，讨论技术进步在科学发展中的作用。
●教学重点
1.使用高倍显微镜的步骤和要点。
2.归纳比较观察到的细胞在结构上的异同点。
3.原核细胞和真核细胞的区别与联系。
4.分析细胞学说建立的过程。
●教学难点
1.观察到的细胞在结构上的异同点。
2.原核细胞和真核细胞的区别与联系。
●教具准备
1.各种实验仪器。
2.教师课件。
3.学生收集资料。
4.教师准备观察材料。
5.学生自带观察材料，但使用前应经老师的允许。
●课时安排
2课时
第一课时 实验：使用高倍显微镜观察几种细胞
●教学过程
［课前准备］
课前培训8个学生充当“小老师”协助老师指导同学使用显微镜。
教师课前10分钟，制作好所有已选材料的临时装片。
［情境创设］
屏幕显示教师课前10分钟，制作好所有已选材料的临时装片。
同学们，这是我课前10分钟制作好的所有已选材料的临时装片并显微投影出来的。你们希望了解不同生物的细胞是什么样的吗？请自己动手吧。
［师生互动］
教学内容 教师的组织引导 学生活动 教学意图
（一）高倍显微镜的使用步骤和要求 根据光学显微镜的构造和原理，以及使用低倍镜观察积累的经验，并参考课本P8图，请各小组讨论使用高倍镜的方法步骤和注意事项。问题1：是低倍镜还是高倍镜的视野大，视野明亮？为什么？问题2：为什么要先用低倍镜观察清楚后把要观察放大观察的物像移至视野的中央，再换高倍镜观察？问题3：用转换器转过高倍镜后，再转动粗准焦螺旋行不行？教师归纳高倍显微镜的使用步骤和要求，并用课件展示。步骤：对光——放置装片——使镜筒下降——使镜筒上升——观察——将要用高倍镜观察的部位移至视野中央——转动转换器，换至高倍镜——观察 小组讨论学生通过实际操作感受，后回答 考查和帮助学生回忆初中知识，并将其与实际操作结合起来，讨论、整理出高倍显微镜的使用步骤和要点
（二）选材 小组成员分别选用上述材料1～2种，也可以选用自己带来的材料，与之合作，保证每种材料均有人选择 学生分工合作自选材料
（三）制作临时装片 多媒体课件展示临时装片的制作步骤：1.单个细胞或平层细胞的材料制作临时装片的步骤是：在载玻片上滴清水——用镊子夹起一小块材料放在载玻片上的清水中涂匀或展开——盖盖玻片。2.莲叶等多细胞构成的器官临时装片的制作步骤是：在载玻片上滴一滴清水——用双面刀片在叶的上表皮划一个小方块——用镊子撕取方块中的表皮——放在载玻片上的清水中展开——盖上盖玻片 由每个小组长向组员演示临时装片的制作步骤。每一成员先观察自己制作的临时装片，再交换相互观察 让学生通过小组成员的相互切磋，掌握制作临时装片的方法
（四）实验结果与结论 教师设计一个观察表，要求学生将观察到的结果填入下表：细胞种类大小细胞壁细胞膜细胞器细胞核结论 每个学生边观察边记录 考查学生观察能力和实事求是的科学态度
（五）讨论 问题1：试归纳观察到的细胞在形态、结构上的共同点，并描述它们之间的差异，分析产生差异的可能原因。问题2：出示一个大肠杆菌的照片和结构示意图，它与本实验所观察到的细胞有什么主要区别？归纳：1.不同的细胞在形态、大小上千差万别，造成细胞之间产生差异的原因是这些细胞的位置和功能不同，其结构与功能相适应，这是个体发育过程中细胞分化的结果。2.大肠杆菌没有明显的细胞核，没有核膜，细胞外有鞭毛等 小组讨论回答、理解细胞的多样性和统一性 考查学生的归纳总结能力
［教师精讲］
1.高倍显微镜的使用应严格按照步骤和要求来进行：
（1）步骤：对光——放置装片——使镜筒下降——使镜筒上升——观察——将要用高倍镜观察的部位移至视野中央——转动转换器，换至高倍镜——观察。
（2）注意事项：
①使粗准焦螺旋下降时，双眼要注视物镜与玻片之间的距离，到快接近时（约0.5 cm）停止下降。
②在使用高倍镜观察时，不能转动粗准焦螺旋。
2.制作临时装片时不同的材料要做适当的调整：
对单个细胞或平层细胞的材料制作临时装片的步骤是：在载玻片上滴清水——用镊子夹起一小块材料放在载玻片上的清水中涂匀或展开——盖盖玻片。
对莲叶等多细胞构成的器官临时装片的制作步骤是：在载玻片上滴一滴清水——用双面刀片在叶的上表皮划一个小方块——用镊子撕取方块中的表皮——放在载玻片上的清水中展开——盖上盖玻片。
3.实验的结果与结论：
结果：（1）不同的细胞，其形态、大小千差万别。
（2）不同的细胞有共同的结构：细胞膜、细胞质、细胞核。
结论：细胞既具有多样性又有统一性。
［评价反馈］
1.一个细小物体若被放大50倍，这里“被放大50倍”是指该细小物体的
A.体积 B.表面积 C.像的面积 D.长度或宽度
2.在光照明亮的教室里，用显微镜观察植物细胞时，在显微镜视野上能够清晰看到细胞，但看不清楚内容物，为便于观察，此时应
A.改用凹面反光镜，放大光圈 B.改用凹面反光镜，缩小光圈
C.改用平面反光镜，放大光圈 D.改用平面反光镜，缩小光圈
参考答案：
1.D 2.D
［课堂小结］
由各小组组长总结自己组在实验过程中成功的经验和失败的教训。
［布置作业］
1.“使用高倍镜前必须找到观察目标”，下列有关这句话的解释中，不正确的是
A.高倍镜下观察到的目标数量少，难以找到目标
B.高倍镜下视野暗，难以找到目标
C.高倍镜与玻片的距离较近，调节焦距时容易损伤透镜和玻片
D.在高倍镜下调节焦距和视野高密度都不太方便
2.当显微镜镜筒下降时，操作显微镜的人的目光注视的部位是
A.镜筒 B.目镜
C.物镜 D.物镜与装片的距离
3.使用高倍镜观察装片的步骤是
①转动转换器把低倍物镜移走，换上高倍镜 ②在低倍镜下找到目标 ③将目标移到视野中央 ④调节细准焦螺旋和反光镜，直到视野适宜、物像清晰为止
A.②③④① B.②③①④ C.②④①③ D.③④②①
4.当显微镜的目镜为10×，物镜为10×，在视野直径范围内看到一行相连的8个细胞。若目镜不变，物镜换成40×时，则在视野中可看到这行细胞中的
A.2个 B.4个 C.16个 D.32个
5.用显微镜的一个目镜分别与4个不同倍数的物镜组合来观察蛙的上皮细胞装片。当成像清晰时，每一物镜与载玻片的距离如图1－2－1所示。如果载玻片位置不变，用哪一物镜在一个视野中看到的细胞最多
图1－2－1
A.a B.b C.c D.d
6.你所观察到的酵母菌与大肠杆菌的结构最重要的区别是
A.有无细胞结构 B.有无细胞壁 C.有无核膜 D.有无核糖体
参考答案：
1.B 2.D 3.B 4.A 5.D 6.C
［课后拓展］
（一）显微镜的结构
光学系统：目镜、物镜、反光镜等
机械系统：镜座、镜柱、镜臂、载物台、压片夹、遮光器、镜筒、粗（细）准焦螺旋
图1－2－2 显微镜的结构
（二）显微镜的成像
1.光源（天然光或人工光源）→反光镜→光圈→物体→物镜（凸透镜）→在镜筒内形成物体放大的实像→目镜→把经物镜形成的放大实像进一步放大。
2.显微镜放大倍数=物镜放大倍数×目镜放大倍数。
（三）显微镜的使用方法
1.取镜与安放
（1）右手握镜臂，左手托镜座。
（2）把显微镜放在实验台的前方稍偏左。
2.对光
（1）转动转换器，使低倍物镜对准通光孔。
（2）选一较大的光圈对准通光孔，左眼注视目镜，转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内，通过目镜，可以看到白亮的视野。
3.低倍镜观察
（1）把所要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔的中心。
（2）转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（此时实验者的眼睛应当看物镜镜头与标本之间，以免物镜与标本相撞）。
（3）左眼看目镜内，同时反向缓缓转动粗准焦螺旋，使镜筒上升，直到看到物像为止，再稍稍转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。
4.高倍镜观察
（1）移动装片，在低倍镜下使需要放大观察的部分移动到视野中央。
（2）转动转动器，移走低倍物镜，换上高倍物镜。
（3）缓缓调节细准焦螺旋，使物像清晰。
（4）调节光圈，使视野亮度适宜。
（四）操作关键
1.显微镜的使用应严格按照取镜→安放→对光→压片→观察的程序进行。
2.显微镜的放大倍数：物像大小对物体大小的比例。显微镜的放大倍数等于目镜的放大倍数和物镜放大倍数的乘积。放大倍数指物体的宽度和长度的放大倍数，而不是面积和体积的放大倍数。
3.镜头长度与放大倍数的关系：目镜的长度与放大倍数成反比，物镜的长度与放大倍数成正比。
4.物像移动与装片移动的关系：由于显微镜下成的像是倒立的像，所以，物像移动的方向与载玻片移动的方向是相反的。
5.放大倍数的变化与视野范围内细胞数量变化的关系。
第一种情况：一行细胞数量的变化，可根据放大倍数与视野成反比的规律计算。
第二种情况：圆形视野范围内细胞数量的变化，可根据看到的实物范围与放大倍数的平方成反比的规律计算。
●板书设计
第2节 细胞的多样性和统一性
第一课时 实验：使用高倍显微镜观察几种细胞
1.高倍显微镜的使用步骤和注意事项
步骤：
对光——放置装片——用低倍镜观察——将要放大观察的部位移至视野中央——转换高倍镜——用高倍镜观察
2.制片临时装片的步骤：
3.实验结果与结论
结果：（1）不同的细胞，其形态、大小千差万别。
（2）不同的细胞有共同的结构：细胞膜、细胞质、细胞核。
结论：细胞既具有多样性又有统一性。
●习题详解
实验（课本P8）
1.高倍显微镜的使用应严格按照步骤和要求如下：
（1）步骤：对光——放置装片——使镜筒下降——使镜筒上升——观察——将要用高倍镜观察的部位移至视野中央——转动转换器，换至高倍镜——观察。
（2）高倍镜观察：
①移动装片，在低倍镜下使需要放大观察的部分移动到视野中央。
②转动转动器，移走低倍物镜，换上高倍物镜。
③缓缓调节细准焦螺旋，使物像清晰。
④调节光圈，使视野亮度适宜。
（3）注意事项：
①使粗准焦螺旋下降时，双眼要注视物镜与玻片之间的距离，到快接近时（约0.5 cm）停止下降。
②在使用高倍镜观察时，不能转动粗准焦螺旋。
2.细胞具有不同的形态结构是因为生物体内的细胞所处的位置不同，功能不同，是细胞分化的结果。
3.大肠杆菌没有明显的细胞核，没有核膜。细胞外有鞭毛等结构。
显微镜●备课资料
1.细胞质的概念
广义地说，就真核生物而言，在细胞膜以内，除了细胞核以外的其他部分，都属于细胞质。但是狭义地说，细胞质是指细胞质的可溶相，即指除了细胞质中的细胞器和内含物以外的基质部分。这部分在光学显微镜下，看不出有任何定形的结构，是均匀透明的，所以称为透明质，也称为细胞液、细胞基质或细胞质基质。可是，细胞有许多复杂的运动现象，又启发细胞学研究者考虑到细胞质的结构可能不会这样简单。电子显微镜的使用，使我们对于细胞的超微结构有越来越深入的了解。在20世纪60年代，科学家发现细胞质基质是一种呈连续相的物质。
真核细胞和原核细胞的细胞质，包含着相同的组成成分：核糖体、RNA分子、球蛋白、酶等。细胞质内蛋白质和酶的含量占细胞的蛋白质总量的20%～25%。在细胞质中最重要的可溶性酶，是与糖酵解及与蛋白质合成中氨基酸有关的一些酶。此外，许多需要ATP参与反应的酶及可溶性转移酶，也存在于细胞质中。
紧贴在细胞膜下面的细胞质，被认为是一种高度异质的胶体系统。细胞学家早就发现细胞质有弹性和黏滞性，也看到布朗运动和细胞质川流运动。这就证明细胞质的结构不是始终如一，而是随着温度、日光、压力等环境条件而改变的。近些年来，利用电镜技术，尤其是高压电镜技术和生化、免疫技术，发现细胞质的确不是均一的，其中含有光学显微镜下看不到的超微结构。目前，细胞生物学家已经阐明：细胞质是一个错综复杂的、相互联系的、高度有序的网络结构。这些细胞质网络结构，可用“细胞质基质”这个专有名词表达。也就是说，细胞质基质这个名词，除包括组成细胞骨架的三种主要纤丝——微丝、微管和中间纤维，以及一个由纤丝桥所组成的相互交联的丝状结构——微梁系统（或微梁网格）外，还包括和它们有联系的蛋白质和水分。
2.细胞质的功能
细胞质具有多方面的功能。但是，由于它本身太脆弱，以致生理学家至今不能用很好的方法来验证它的真正的生理功能。不过，毫无疑问，细胞质对细胞生命活动有着极其重要的作用。从生物学的角度和细胞质中的各种物质来看，它具有以下几方面的功能：
（1）管制外来物质进入细胞内或排出细胞外的作用，以及调节细胞质的“水化”作用。
（2）对于如鞭毛和纤毛等后成质的形成，以及对于细胞内含物的储藏具有重大作用。例如，蛋白质、脂肪粒、肝糖元、植物碱等多数集存在细胞质内。
（3）为维持细胞器实体的完整性，提供所需要的离子环境。
（4）供给细胞器行使功能所必需的一切底物。
（5）影响细胞的分化。例如在胚胎发育过程中，细胞质对于分化起着很重要的作用。这已经为实验胚胎学的大量事实所证实。
（6）进行某些生化活动。如上面提到的糖酵解、核酸、脂肪酸和氨基酸代谢的某个阶段，需要依靠细胞质中处于相对游离状态的酶来完成。
3.细胞质流动
在活细胞中，细胞质以各种不同的方式在流动着，包括细胞质环流、穿梭流动和布朗运动等，这些也同微丝和微梁系统的存在有密切的关系。
（1）细胞质环流。是细胞质流动的一种形式。在液泡发达的植物（如黑藻、轮藻、伊乐藻）细胞中，细胞质成薄层沿着细胞膜以一定的速度和方向循环流动。这种不断地循环流动称为细胞质环流。环流的速度，伊乐藻是10 μm/s，轮藻是50 μm/s。普通植物细胞则是每秒几微米至几十微米。
（2）穿梭流动。穿梭流动是细胞质流动的另一种形式，它与环流不同，是向相反方向来回穿梭。由于流动方向在一定时间内来回交换，因此叫穿梭流动。绒泡菌是研究这种流动的最好材料。它是一种黏菌，是多核的细胞质团，没有细胞的分隔。黏菌的外缘是凝胶样的外质，核心是溶胶样的内质。在内外质中含有许多叶脉状的微细分支，在中央集拢在一起成为主脉，细胞质就从支脉向主脉流动（图3－1，1、2）。内质的流动速度很快，为1.3 mm/s，比细胞质环流快得多。这样，绒泡菌一头的体积缩小，另一头的体积增大，长出伪足状的突起，就暂时停止流动（图3－1，3），随后就又开始逆向流动（图3－1，4、5），来回穿梭进行。
图3－2－2 绒泡菌中细胞质的穿梭流动
1.2.细胞质从左向右流动 3.右侧形成伪足突起，流动暂停
4.5.细胞质又向相反方向从右向左流动。箭头长度表示流动速度。
（3）布朗运动。在活细胞中可以看到细胞质内的许多小颗粒在无规则地跳动着，这在暗视野显微镜下观察更为明显，叫做布朗运动。布朗运动的产生除了与微丝的存在有关外，还与微梁网格的收缩有关。
4.线粒体
细胞的有氧呼吸主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分辨，只有在电子显微镜下才能看清楚。线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分开，是各种分子和离子进入线粒体内部的障壁。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把酶分子密集地包在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量，特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2～3倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性高，为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差，可以使催化三羧酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，从而保证细胞有氧呼吸的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，有氧呼吸所产生的ATP可以更容易地向线粒体外面扩散。
线粒体既然是细胞进行有氧呼吸的主要场所，那么，有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的100多种酶和辅酶，都分布在线粒体的外膜上、膜内空间及内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。
5.内质网
粗面型内质网又叫做颗粒型内质网，常见于蛋白质合成旺盛的细胞中。粗面型内质网大多为扁平的囊，少数为球形或管泡状的囊。在靠近核的部分，囊泡可以与核的外膜连接。粗面型内质网的表面所附着的核糖体（也叫核糖核蛋白体）是合成蛋白质的场所，新合成的蛋白质就进入内质网的囊腔内。粗面型内质网既是新合成的蛋白质的运输通道，又是核糖体附着的支架。
滑面型内质网又称为非颗粒型内质网。滑面型内质网的囊壁表面光滑，没有核糖体附着。滑面型内质网的形状基本上都是分支小管及小囊，有时小管排列得非常紧密，以同心圆形式围绕在分泌颗粒和线粒体的周围。因此，滑面型内质网在切面中所看到的形态，与粗面型内质网有明显的不同。
滑面型内质网与蛋白质的合成无关，可是它的功能却更为复杂，它可能参与糖元和脂质的合成、固醇类激素的合成以及具有分泌等功能。在胃组织的某些细胞的滑面型内质网上曾发现有Cl－的积累，这说明它与HCl的分泌有关。在小肠上皮细胞中，可以观察到它与运输脂肪有关。在心肌细胞和骨骼肌细胞内的滑面型内质网，可能与传导兴奋的作用有关；在平滑肌细胞内，却发现它与Ca2+的摄取和释放有关。
6.核糖体
核糖体是由核糖体的核糖核酸（符号为rRNA）和蛋白质构成的椭圆形的粒状小体构成的，其中rRNA和蛋白质的比例为1∶1。蛋白质分子基本上排列于核糖体的表面上，rRNA分子被包围于中央。细胞内有的核糖体附着于内质网的外面，称为固着核糖体，与内质网形成上面所谈到的粗面型内质网；有的不附着于内质网上，称为游离核糖体，常见于未分化的细胞中。附着于内质网上的核糖体，附着的情况也不相同。在某些细胞中，核糖体均匀地附着于细胞质中某一部分的内质网上；有的却集中地附着于细胞质中某一部分的内质网上。
核糖体是细胞内合成蛋白质的场所。现在已知，附着于内质网上的核糖体所合成的蛋白质，与游离于细胞质基质中的核糖体所合成的蛋白质有所不同。附着于内质网上的核糖体，主要是合成某些专供输送到细胞外面的分泌物质，如抗体、酶原或蛋白质类的激素等；游离核糖体所合成的蛋白质，多半是分布在细胞质基质中或供细胞本身生长所需要的蛋白质分子（包括酶分子），此外还合成某些特殊蛋白质，如红细胞中的血红蛋白等。因此，在分裂活动旺盛的细胞中，游离核糖体的数目就比较多，而且分布比较均匀。这一点已被用来作为辨认肿瘤细胞的标志之一。
不管是附着的核糖体还是游离的核糖体，在进行蛋白质合成的过程中，常常是几个核糖体聚集在一起进行活动，这是由于信息核糖核酸（mRNA）把它们串连在一起。这样的一个功能单位的聚合体称为多聚核糖体。
7.高尔基体
高尔基体位于细胞核附近的细胞质中，它的形状一般呈网状。在不同的生理情况下，可以转变为颗粒状、杆状或其他形状。在电镜下，高尔基体是一些紧密地重叠在一起的囊状结构。有些膜紧密地折叠成片层状的扁平囊，有些扁平囊的末端膨大成大小不等的泡状或囊泡状结构。
在有的电镜照片上，可以看到这些膜是与内质网相连通的，还可以观察到若干迹象，表明这些小囊泡可以连接于扁平囊，而成为扁平囊的一部分，扁平囊也可以在其末端部分脱落而形成小囊泡。另外，扁平囊也可以在囊腔中积累物质，逐渐膨大而形成大囊泡。可见，组成高尔基体的小囊泡、层状扁平囊和大囊泡三部分并不是固定的结构，而是相互有关系的，它们是高尔基体功能活动不同阶段的形态表现。
高尔基体在细胞内的位置和分布情况，与它在不同细胞内的功能有关。高尔基体的大小和在细胞内的数量，因细胞的类别和生理状况不同而有所不同。
高尔基体的主要功能有三方面。一是与分泌有关。早期根据光镜的观察，已有人提出高尔基体与细胞的分泌活动有关。后来，运用电镜、细胞化学及放射自显影技术更进一步证实和发展了这个观点。高尔基体在分泌活动中所起的作用，主要是将粗面型内质网运来的蛋白质类的物质，进行加工（如浓缩或离析）、储存和运输，最后形成分泌泡。当形成的分泌泡自高尔基体囊泡上断离时，分泌泡膜上带有高尔基体囊膜所含有的酶，还能不断起作用，促使分泌颗粒不断浓缩、成熟，最后排出细胞外。最典型的，如胰外分泌细胞中所形成的酶原颗粒。放射自显影技术证明，高尔基体自身还能合成某些物质，如多糖类。它还能使蛋白质与糖或脂结合成糖蛋白或脂蛋白的形式。在某些细胞（如肝细胞）中，高尔基体还与脂蛋白的合成、分泌有关。二是与溶酶体的形成有关。现在一般都认为初级溶酶体的形成过程与分泌颗粒的形成类似，也起自高尔基体囊泡。初级溶酶体与分泌颗粒（主要指一些酶原颗粒），从本质上看具有同一性，因为溶酶体含多种酶（主要是各种水解酶），都是蛋白质；与酶原颗粒一样，也参与分解代谢物的作用。不同处在于：酶原颗粒是排出细胞外发挥作用，而溶酶体内的酶类主要在细胞内起作用。三是高尔基体还有其他功能，如在某些原生动物中，高尔基体与调节细胞的液体平衡有关系。
8.动物细胞中心粒的结构和功能
用电子显微镜观察，可以看到中心粒是一个中空的短柱状小体，长约0.3～0.7 μm，直径约0.15～0.25 μm。每个中心粒由9组纵行的微管组成，排列成环状结构。每一组微管由A、B、C三条微管并列而成，是一个三联体。A管排列在最里面，靠近中柱轴，C管排列在最外面。每条微管的直径为20～25 nm，它的化学成分主要是微管蛋白。
动物细胞中心粒主要有以下几方面的功能：
（1）中心粒是微管的组织中心。中心粒的自发活动,可以使细胞质内存在的微管蛋白亚单位有条理地聚合起来,形成微管结构。
（2）中心粒与纺锤体的形成也有密切的关系,中心粒也是纺锤体微管的组织中心。如在一些生长快速的间期细胞中,在中心粒的周围可以看见有许多辐射状排列的微管,这里酝酿着有丝分裂期纺锤体的形成。
（3）中心粒可能在超微结构的水平上,调节着细胞的运动。
（4）中心粒也能产生纤毛和鞭毛,它们从中心粒的一端长出。
（5）动物细胞的中心粒与星体、纺锤体、染色体等组成了有丝分裂器。
动物细胞借助有丝分裂器的作用,使染色体能够准确地、有条不紊地在细胞内活动,从而使细胞正常地进行分裂。有丝分裂器有两极,每极有一对中心粒。分裂器的极,决定了染色体的运动方向分裂器的赤道面方向,决定了母细胞分裂成两个子细胞横缢面的位置。有丝分裂器还能把成对的染色体拉向相反的两极。●备课资料
1.细胞核概述
在真核细胞中，除高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞外，都有细胞核。
细胞核是细胞内最大的细胞器。是真核细胞特有的。它是真核细胞的重要组成部分之一。它和细胞膜、细胞质构成一个完整的生命系统，是细胞代谢和遗传的控制中心。
从生物进化历程看，细胞是由原核细胞向真核细胞进化的。真核细胞中细胞核的出现是细胞进化史上的一次飞跃。原核细胞无核膜，在核区内有DNA，称之为拟核。这样，细胞内DNA的复制、mRNA的转录、蛋白质的合成同在一个区域间连续进行。而真核细胞中有成形的细胞核，核外有双层核被膜把细胞核与细胞质隔开。核膜上有许多孔，称核孔。核孔控制着核质间物质的出入。
一般说来，一个细胞只有一个细胞核。但有的也有多个核。如某些藻类、高等植物和动物细胞都有多核的例子。例如，某些哺乳动物（如兔、鼠）的肝细胞，肠系膜间皮细胞，含有10个或10个以上的核。高等植物毡绒层细胞中也有2～4个核。
细胞核的形态和大小，因生物种类不同而不同。细胞核的形状一般为圆球形或卵形。它与细胞自身的条件及其发育有关。细胞核的大小差异较大，最小的直径不到1 μm，最大的可达到500～600 μm。高等动物细胞核直径一般为5～10 μm，高等植物细胞核的直径一般为5～20 μm，低等植物细胞核一般为1～4 μm。细胞核的大小与细胞的体积有关。
2.核被膜的结构和功能
核被膜由包围在核外把细胞质和细胞核隔开的两层单位膜组成。每层膜厚约6～10A。 ，两层膜之间的空隙叫核周腔，其中含有酶。膜上有孔，称核孔。全部核孔约占膜面积的8%以上。核孔是实现核质之间频繁的物质交换和信息交流的通道。
外层核膜表面有核蛋白体，有的部分与内质网相连，因此核膜是构成细胞生物膜系统的一部分。
3.染色质
染色质在细胞核结构中是与遗传和细胞代谢有关的部分。它由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成。是处在间期细胞的形态特点。它的特性是容易被碱性染料染成深色。这是人们在做细胞有丝分裂实验时遵循的染色原理。
染色质的主要成分中，DNA和组蛋白与RNA的含量则随着细胞的生理状态不同而变化。通常，细胞代谢越旺盛，非组蛋白和RNA的含量就越高，一般非组蛋白与DNA含量之比为0.2～0.8∶1，RNA与DNA含量之比为0.1∶1。
细胞由分裂间期进入分裂期，染色质高度螺旋化就形成为光学显微镜能看到的染色体。因此，染色质和染色体的异同点可归纳为：“一同一异不同期”。即两者成分相同，主要是由DNA和蛋白质组成；形态各异，丝状的染色质和棒状的染色体；两者所处的时期不同：染色质是细胞分裂间期的形态，而染色体则是细胞分裂期的形态。
染色体的多极螺旋模型是一种较早提出地解释染色体包装结构模型。根据这一模型的解释，染色体包装有四级结构。
染色体包装的一级结构是：由DNA和蛋白质装成核小体，核小体彼此连接形成直径约10 μm的核小体串珠结构。这是染色体包装的一级结构。
染色体包装的二级结构是：核小体链通过螺旋形成直径为30 μm的纤维，这一纤维是由核小体排列呈螺旋管状的结构。这被认为是染色体包装的二级结构。
染色体包装的三级结构是：30 nm的螺旋管进一步螺旋化形成直径为0.4 μm的圆筒状结构，被称为超螺线管。
染色体包装的四级结构是：超螺旋管进一步螺旋折叠，可以形成2～10 μm的染色单体。
在多极螺旋模型提出后，又有一些新的模型被提出，主要是对染色体高级结构提出的新的解释。关于染色体的超微结构模型，目前还处在假说阶段。
4.核仁
核仁常出现于间期的细胞核中。在分裂期的前期，随着染色体的螺旋凝集，核仁会变形，整个体积逐渐减小，rRNA的合成暂停。当细胞进入有丝分裂末期时，随着染色体的解螺旋，核仁重新出现。
核仁的形状、大小和数目因生物的种类、细胞的形状和生理状态不同而不同。在镜下看到核仁是匀质的球体，在电镜下核仁的超微结构是由三种结构成分组成，即纤维中心、致密纤维组分和颗粒组分。核仁外无膜。
核仁主要由DNA、RNA和蛋白质组成。这就是核仁的化学组成。由于细胞类型不同，生理状态不同，组成它的主要化学成分的含量也不一样。如：DNA的含量在豌豆的核仁中占7%，而在蚕豆中却为37%。RNA的含量在3%～13%之间，平均为8%，蛋白质含量在82%～97%之间，平均为92%。
核仁的功能主要是rRNA的合成、加工与成熟有核糖体亚单位的组装。第2章 组成细胞的分子
●章节规划
本章选取了构成细胞的物质这个最基本的知识，分别介绍这些物质的组成及功能，通过本章节的学习，学生将在微观层面上了解生命的物质性和生物界的物质统一性，活细胞中物质、能量和信息变化的统一，为以后细胞结构与功能的学习打下良好的基础。
本章包括5节，即《细胞中的元素和化合物》《生命活动的主要承担者——蛋白质》《遗传信息的携带者——核酸》《细胞中的糖类和脂质》《细胞中的无机物》，按每节一课时来安排教学。“细胞的分子组成”内容的单元知识点有：细胞的元素组成、细胞的分子组成、水和无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
本章教学的要求是：简述生命元素的类别，说明生物大分子以碳链为骨架；检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质。阐明蛋白质是由氨基酸为基本单位组成，是具有一定的结构和功能最复杂的生物大分子，认识蛋白质分子的空间结构对其功能起决定性作用；概述核酸的分子结构和功能；观察DNA、RNA在细胞中的分布。概述糖类的种类和作用，明确糖类既是细胞的重要结构成分，又是生命活动的主要能源；知道脂质具有区别于糖类的特征组分，举例说出脂质的种类和作用；说出细胞内水和无机盐含量、存在形式和生理作用。
本章的知识也是学习其他模块必备的基础。该单元阐述的生命分子的结构和功能，不仅是学习细胞的结构、功能、代谢和繁殖等知识的基础，而且也是学习遗传与进化、稳态与环境等知识的基础。例如，蛋白质和核酸等知识是进一步探讨DNA分子的结构与功能，基因和遗传信息的概念，遗传信息的传递和表达，以及基因的调控等知识的必要前提。蛋白质的结构与功能等知识也是学习激素调节机制的必要前提。此外，生命系统的物质、能量和信息传递等知识是理解生态系统的物质循环、能量流动和信息交流的重要基础。
由于知识点较多且这些物质的结构及组成都是平常不易直接观察到的，所以在学习过程中可运用多种多样的方法来学习。如第1节《细胞中的元素和化合物》的内容可运用比较法来学习，首先比较教材中地壳和细胞中的元素种类，然后比较这些元素的含量，使学生从比较中获得知识。第2节《生命活动的主要承担者——蛋白质》可利用分层认识法学习，遵循元素→氨基酸→多肽→肽链→蛋白质这几个层次来认识，由易到难，由浅入深。第3节《遗传信息的携带者——核酸》可从学生感兴趣的指纹开门引入，来引起学生的兴趣，让学生在好奇中进入学习。第4节《细胞中的糖类和脂质》从生活中的熟悉事例入手，比如从糖尿病、肥胖症入手，认识糖类和脂质在生命中的作用。第5节《细胞中的无机物》这一节内容较为简单，可通过教师拟定提纲。如植物缺水的现象有哪些？足球场上常看到在比赛的末段有运动员抽筋，原因何在？等等，让大家通过讨论的方式来进行学习，并在这个基础上对前几节内容进行总结，明确元素和化合物之间是有机结合的，单一的化合物是不能完成生命活动的。
重视实验教学。通过第一节的实验使学生了解实验的基本原理，如何选取实验材料，如何观察记录实验的现象，为今后的实验打好基础。
第1节 细胞中的元素和化合物
●从容说课
《细胞中的元素和化合物》这一节，首先在节的引言中，明确指出自然界的生物体中的元素是生物有选择地从无机自然界中获得的，没有一种元素是细胞特有的。但细胞与非生物相比，各元素的含量又大不相同。说明生物界与非生物界的统一性和差异性内容。这部分内容较为浅显，但是结论非常重要，对于学生了解生物的物质性具有重要意义。
关于组成生物体的化学元素的内容，一开始就指出组成生物体的化学元素主要有20多种，紧接着以人体细胞为例，将含量较多的化学元素以及各种元素的含量制成图形。通过对图形内容的分析，概括出两点：一是组成人体的基本元素是C、O、H、N；二是组成生物体的各种化学元素，在不同的生物体内，含量相差很大，由此进一步说明了大量元素和微量元素的概念和种类。并且强调指出在大量元素中，C是最基本的元素。
关于组成细胞的化合物，首先说明组成生物体的化学元素进一步组成多种多样的化合物，接着指出组成细胞化合物的种类及各种化合物的质量分数，从而说明它是生物体结构和生命活动的物质基础。
对于构成细胞的有机化合物的种类的认识，从日常生活中都已有这方面的知识，比如知道瘦肉含有蛋白质较多，水果含有较多的糖类等。如何定性地区分这些常见的有机物，可通过实验教学来进行。该实验最主要是要规范实验过程，可通过分组分别来完成一个实验，然后每一组选出一人来介绍该实验的过程以及要注意的事项，学会展示成果及共享成果。
●三维目标
1.知识与技能
（1）知道组成细胞的主要元素；知道为什么碳元素是构成细胞的基本元素。
（2）学会检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的方法。
2.过程与方法
（1）通过对C元素的分析，说明有机化合物形成的可能性及必然性，初步培养学生跨学科综合分析问题的能力。
（2）通过对组成细胞中的元素的百分比的分析，通过对不同化合物的质量分数的学习，培养学生理解、思考和分析问题的能力。
3.情感态度与价值观
（1）认同生命的物质性。
（2）认同生物界在物质组成上的统一性。
●教学重点
1.组成细胞的主要元素和化合物。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
●教学难点
1.构成细胞的基本元素是碳。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
●教具准备
细胞主要元素百分数挂图。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
教师收集关于地球及生物体细胞中各元素组成的资料，玉米和人体的化学元素组成的材料并制成课件；准备实验材料。学生预习实验，初步了解实验的原理以及实验步骤。
［情境创设］
地球上的环境千变万化，但都是有一定的物质组成，比如地壳表面的水、岩石以及空气，那么这些物质由哪些元素组成呢？生物是生活在一定的环境中，这些生物从环境中获取物质，那么这些生物又由哪些元素组成？
［师生互动］
（一）组成细胞的元素（屏幕展示以下资料）
组成地壳和组成细胞的部分元素含量元 素地壳细胞O48.6065.0Si26.30极少C0.08718.0N0.033.0H0.7610.0
问：组成生命的细胞和组成地壳的元素有没有什么不同？
答：组成细胞的化学元素在自然界的无机环境中都能找到，没有一种元素是生命特有的。但是元素在细胞中和无机环境中的含量却有区别，说明生命和非生命的无机环境既有统一性又有差异性。
作为生命的基本组成单位——细胞，它可以构成不同的生物体。那么元素在各种细胞中的含量是怎样的？引导学生分析图2－1－1和图2－1－2。
问：组成生物体的化学元素种类有许多，它们的含量是否相同？
答：不相同。
问：人体细胞在干重状态下和鲜重状态下哪种元素含量最大？
答：干重状态下和鲜重状态元素下元素含量最大的分别是C元素和O元素。
图2－1－1 组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）
图2－1－2 组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比）
下面我们以玉米和人体为例，来说明组成生物体的化学元素的种类和含量。（出示玉米和人体化学元素对比表投影片）
玉米与人体的化学元素组成（质量分数/%）元 素玉米人O44.4314.62C43.5755.99H6.247.46N1.469.33Si1.170.005
K 0.92 1.09
Ca 0.23 4.67
P 0.20 3.11
Mg 0.18 0.16
S 0.17 0.78
Cl 0.14 0.47
Zn — 0.01
Fe 0.08 0.012
问：从表中看，哪一种化学元素是玉米和人体中含量最多的？
答：是C。
问：除此之外，还有哪几种元素含量较多？
答：O、H、N。从表中可以看出C、O、N、H这4种元素在组成生物体的元素中含量最多，所以，C、O、N、H是组成生物体的基本元素。
问：表中只列举了13种元素，那么是不是说玉米和人体内只含有这13种元素呢？
答：不是。
实际上除了表中的13种元素之外，还有Mn等。据统计，在生物体的细胞内至少可以找到62种元素，其中常见的约有29种，重要的有24种。所以，一般情况下可以说组成生物体的化学元素主要有20多种。
问：构成生物体的这些元素的含量有什么特点呢？同学们可以相互讨论一下。
答：有的含量非常多，有的较多，有的很少，差别较大。
正是因为生物体内各种元素含量差别较大，所以可以按照含量的多少把它们分为两大类：一类是大量元素，一类是微量元素。
问：什么是大量元素？
答：含量占生物体总重量万分之一以上的元素。
问：哪些元素属于大量元素？
答：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。
问：什么是微量元素？
答：生物体内含量很少的一些元素。
问：哪些元素属于微量元素？
答：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
问：请同学们讨论一下，既然微量元素在生物体内含量很少，那么，是不是说它们在生物体内可有可无呢？
答：不是。微量元素对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用。如碘是甲状腺激素的成分，铁是血红蛋白的成分，锌、硒、钼、铁等是很多酶的成分。
在组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，从初中所学元素周期表中，知道C位于第14族位置，它的原子序数是6，说明一个碳原子核中含有6个质子，核外有6个电子，由于电子排布的不同，在最外层有4个电子，这样，碳原子就具有了4个能够成键的价电子。正是这4个价电子，能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键，所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。C是构成生命有机物中最重要的元素。
（二）组成细胞的化合物
讨论：作为生命的细胞是由元素组成的，组成生物体的化学元素在生物体内是以什么形式存在的？比如花生和大豆的应用中有很大的不同，花生可用来榨油，大豆常用来做豆腐说明了什么问题？
说明：教师引导学生分析组成生物体的化学元素在体内以什么形式存在（单质还是化合态），参考课本P17提供的表来分析，总结归纳出构成细胞的化合物。
水：85%～90%
无机盐：1%～1.5%
蛋白质：7%～10%
核酸和糖类：1%～1.5%
脂类：1%～2%
（三）实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
教材中本实验安排为验证性实验,可与讲课同步进行。
本实验难度并不大,但由于内容较多,实验时间较长,因此,必须作周密安排,才能按时完成。实验中应注意以下几点。
1.增设教师演示实验。上课之前,教师应该准备好做演示实验所需的实验材料、用具、仪器和试剂等。同时,逐项完成可溶性糖、脂肪、蛋白质三类有机物的鉴定实验。在实验课上,将三个实验的正确结果分别展示在讲台上,并作扼要的介绍,以便使学生将自己的实验结果与教师的演示实验作比较。
2.实验中学生应分工合作。在“还原糖的鉴定”实验中,当每组2个学生中的1个制备生物组织样液时,另一个学生可以用酒精灯将水煮开,以便缩短实验的等待时间。在“脂肪的鉴定”实验中,1个学生制作临时装片时,另一个学生则可以调试显微镜。另外,在完成前2个实验时,1个学生洗刷试管、清洗玻片和整理显微镜,另一个学生则可以进行后1个实验的操作。
3.鉴定可溶性还原糖的实验,在加热试管中的溶液时,应该用试管夹夹住试管上部,放入盛开水的大烧杯中加热,注意试管底部不要接触烧杯底部,同时试管口不要朝向实验者,以免试管内溶液沸腾时冲出试管,造成烫伤。如果试管内溶液过于沸腾,可以用手上提夹住试管的试管夹。
4.做鉴定糖和蛋白质的实验时,在鉴定之前,可以留出一部分样液,以便与鉴定后的样液的颜色变化作对比,这样可以增强说服力。
5.斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后方可使用,切勿将甲液和乙液分别加入组织样液中。
探究生物组织中的主要化合物
可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定的实验原理、方法、步骤和现象：
知识点 可溶性还原糖 脂 肪 蛋白质
实验原理 与斐林试剂反应生成砖红色沉淀 被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染成红色） 与双缩脲试剂反应产生紫色物质
实验步骤 样液制备 选材 含糖较高、颜色为白色或近于白色的植物组织，苹果、梨最好 富含脂肪的种子，以花生最好 浸泡1～2 d的黄豆种子（或用豆浆）或用鸡蛋蛋白
方法 苹果切块→研磨→过滤→滤液 制作花生种子的切片 黄豆浸泡切片→研磨→过滤→ 滤液
鉴定步骤 样液→加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸 切片→染色→漂洗→镜检 组织样液→加双缩脲试剂A→再加双缩脲试剂B→观察颜色变化
实验现象 蓝色→棕色→砖红色沉淀 脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染成红色） 加双缩脲试剂A无明显变化，加双缩脲试剂B后溶液变成紫色
注意事项 1.选材要用含糖较高、颜色为白色或近于白色的植物组织2.斐林试剂不稳定，一般配成甲液（NaOH：0.1 g/mL）乙液（CuSO4：0.05 g /mL）来保存，用时必须将甲、乙两液混合均匀后使用，切勿分别加入组织样液中进行检测 1.切片要尽可能的薄2.染色后一定要用50%的酒精溶液洗去浮色3.观察时找最薄处，最好只有1～2层细胞 1.用鸡蛋蛋白时，一定要加以稀释，如果稀释不够，与双缩脲试剂发生反应后会粘固在试管内壁上，使反应不彻底，且试管不易洗干净2.双缩脲使用时，应先加A造成碱环境，再加B
每组学生从教师提供的材料中选取两种进行鉴定，并记录（如下表）：
还原糖 脂肪 蛋白质
预测 实测 原因 预测 实测 原因 预测 实测 原因
苹果汁
梨汁
马铃薯匀浆
花生种子
花生种子匀浆
豆浆
鲜肝提取液
交流实验结果：每一组实验选取一个人介绍实验情况，然后分析实验成败的得失。
［教师精讲］
组成生物体的元素和非生命的元素种类没有区别，没有一种化学元素是生物界特有的，从这方面来看生物界和非生物界具有统一性。虽然从元素种类上看具有统一性，但从组成生命的元素的含量上来看是有区别的，组成生命的化学元素在生物体内和在无机环境中的含量相差很大，从这方面看生物界和非生物界具有差异性。
在细胞中，元素主要以化合物的形式存在。组成细胞的基本元素是C元素，它是构成有机物的标志性元素，有机物是生命中最重要的物质。
不同的生物组织中，有机物的含量是不同的，要学会用恰当的方法来检测和区分不同的有机物。
［评价反馈］
1.在植物体内，最基本的化学元素和含量最多的元素分别是
A.C、O B.O、H C.C、H D.H、O
2.做蛋白质鉴定实验时,事先留出一些大豆组织液的目的是
A.与反应物混合的颜色作对比 B.失败后重做
C.鉴定还原糖用 D.为了节约
3.做还原糖的鉴定实验所需的材料最好选用的颜色是
A.白色 B.红色 C.紫色 D.蓝色
4.活细胞中含量最多的化合物是
A.蛋白质 B.糖类 C.脂质 D.水
5.活细胞中含量最多的有机化合物是
A.蛋白质 B.糖类 C.脂质 D.核酸
参考答案：
1.A 2.A 3.A 4.D 5.A
［课堂小结］
本节课比较重要的就是理解生命的物质性——即构成生命的细胞是由元素组成的，而且这些元素在细胞中大多数是以化合物的形式存在。这些化合物的存在可以通过实验来进行验证。可以区分出在组织中是否有糖类、脂质和蛋白质，但是具体是哪种糖类或蛋白质还要通过其他方法才能鉴定。
［布置作业］
P19一、基础题：2，P19二、拓展题：2。
［课后拓展］
根据日常生活中你所用的食谱，分析搭配是否合理？（可查阅有关人体每天需要的物质的资料）
资料：一个体重65千克，从事较轻劳动的成年男子，应该从每天所吃的主副食（粮食500克，肉100克，蛋一个，豆制品50克，蔬菜500克）中获得所需要的75克蛋白质。根据需要与可能，还应该适当地调剂副食，如增加些乳、蛋、肉类、豆制品、花生等提高蛋白质的质和量。充分发挥各种植物蛋白质和动物的“互补作用”，以保证蛋白质的需要。我们选择蛋白质食物，首先应考虑蛋白质含量的多少。如果食物中蛋白质含量很少，即使营养价值很高，也不能满足人体需要。在常用的每100克食物中，肉类含蛋白质10～20克，鱼类含15～20克，全蛋含13～15克，豆类含20～30克，谷类含8～12克，蔬菜、水果含1～2克。
●板书设计
第2章 组成细胞的分子
第1节 细胞中的元素和化合物
大量元素：C、H、O、N、P、S等
微量元素：Fe、Mn、Zn、B、Cu、Mo等
组成细胞的基本元素：C
二、
三、检测生物组织中的常见有机物
●习题详解
一、练习（课本P19）
（一）基础题
1.（1）√ （2）×
2.
3.B
（二）拓展题
1.细胞是有生命的，它可以主动地从环境中获取生命活动需要的元素。这是生物与非生物的区别之一。
2.不能。生命系统内部有严谨有序的结构，不是物质随意堆砌而成的。
二、问题探讨（课本P16）
通过问题探讨知道组成地壳和组成细胞的元素的含量从种类上看有相同性，从质量分数来看有差异性。同为细胞，元素的含量也会有所不同，比如水稻中Ｓi较多，西红柿中Ca含量较多。
三、本节聚焦（课本P16）
1.组成细胞的主要元素是Ｃ、Ｈ、Ｏ、N、Ｓ、Ｐ、Ｋ、Ｃa、Mg等。主要元素是指在细胞中起重要作用的元素，可以是大量元素也可以是微量元素。
2.组成细胞的重要化合物主要有六大类，包括水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸。
3.检测生物组织中的这些物质常常通过某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机物产生特定的颜色反应来进行。生物组织中的糖类可分为还原性糖和非还原性糖。常用还原性糖可和斐林试剂反应生成砖红色沉淀来检验还原性糖的存在。脂肪可和苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅵ染液反应，生成橘黄色物质。蛋白质与双缩脲试剂发生反应生成蓝色物质。
四、思考与讨（课本论P17）
1.有机化合物和无机化合物的区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成；水是无机化合物，由氢、氧两种元素组成。当然这不是严格意义上的区别。比如二氧化碳虽然含有碳元素，但它的特性和无机物一样，所以它不是有机物。
2.细胞内最多的有机化合物是蛋白质，无机化合物是水。蛋白质是组成生物体的重要物质，在生命活动中起重要作用，它既可作为生命活动的实施者又可以作为生命活动的调节者；水是生命之源，离开水，生命活动就无法进行。
3.植物的叶肉细胞、果实细胞和种子的细胞中通常含有较多的糖类、脂质和蛋白质。如禾谷类的果实、种子、马铃薯等含淀粉（多糖）较多；甘蔗的茎和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻、向日葵等种子中含脂质多；大豆种子中含蛋白质多，等等。要想从植物的果实、种子中获得糖类、脂质和蛋白质，就要设法使细胞破碎，再将这些物质提取出来。
五、实验（课本P19）
讨论：1.（略）
２.通过交流应该发现只要所用的材料相同、实验条件相同，实验的现象就相同。说明实验是可重复的。
３.通过对检测的生物材料中有机化合物的分析，发现材料中的有机化合物种类、含量都不一样。就是同一种材料中有机物的含量也可能不同。比如苹果中颜色较鲜艳的有机物的含量就比较多。我们选择食物的时候就应该多样化，不要偏食、挑食，以满足人体对各种物质的需要。
无机化合物
有机化合物
成
分
材
料
一、组成细胞的元素●备课资料
1.细胞有氧呼吸中ATP的产生和消耗
在细胞有氧呼吸的过程中，ATP有产生，也有消耗。细胞的有氧呼吸过程需要经过一系列复杂的化学反应，它们可以概括为以下三个阶段：
糖酵解 这是指葡萄糖在无氧条件下进行分解而形成丙酮酸的过程。
图5－3－3
这一过程可以分为以下两步：第一步是1分子葡萄糖经过两次磷酸化，而形成1分子的1，6－二磷酸果糖，这一过程要消耗2分子的ATP；第二步是1分子的1，6－二磷酸果糖，在有关酶的催化作用下，最终形成2分子的丙酮酸，并将2分子的氧化型辅酶I（NAD＋）还原成2分子的还原型辅酶I（NADH），这一过程生成2分子的ATP。
图5－3－4
三羧酸循环 这一循环过程的最初中间产物是柠檬酸，而柠檬酸是一种三羧基酸，所以这个过程叫做三羧酸循环，也叫做柠檬酸循环。
概括地说，这一过程一共发生了5次脱氢，其中4次脱出的氢都被NAD＋携带着，形成NADH，另一次则被黄酶（FAD）携带着，形成还原型黄酶（FADH），并形成2分子ATP。在氧化磷酸化过程中，1分子NADH彻底被氧化，需要发生3次磷酸化，生成3分子的ATP；1分子的FADH彻底被氧化，则生成2分子的ATP。这样，1分子葡萄糖被氧化磷酸化的情况，可以概括如下：
下面可以把整个细胞有氧呼吸中ATP的产生和消耗情况，做一个小结。
（1）糖酵解
氧化磷酸化 在这一过程中，NADH中的H传递给了FAD，于是NADH被氧化成 NAD＋，而FAD则被还原成FADH2。FADH2中的H2则分离成游离的氢离子（H＋）和电子（e）：
FADH2FAD＋2H＋＋2e
电子e可以在多种细胞色素中按顺序传递，最终传递给氧，再加上由FADH游离出来的H＋，最终生成H2O。这一过程中，H＋和e在各传递体中依次传递，共同构成了一条链，因此叫做细胞呼吸电子传递链，或简称为呼吸链。在电子传递过程中，因为氧化NADH和FADH而释放出的能量形成了ATP，并且这一氧化作用与磷酸化作用总是偶联在一起的，所以这一过程叫做氧化磷酸化。
图5－3－5
（2）三羧酸循环
（3）氧化磷酸化
_______________________________________________
因为1 mol的物质含有6.02×1023个分子，所以，每氧化1 mol的葡萄糖，则生成6 mol的二氧化碳和6 mol的水，并生成38 mol的ATP。在标准状态下，1 molADP形成1 molATP，需要30.54 kJ的能量，那么，38个ATP就需要1 161 kJ的能量。每氧化1 mol葡萄糖释放出来的能量是2 870 kJ，其中只有1 161 kJ被保留在ATP中，它们可供细胞生命活动利用。这就是说，有氧呼吸的能量转换效率约为40％左右，其余的能量则以热能的形式散失或作他用。
2.细胞呼吸在线粒体中进行的部位和途径
通过细胞匀浆法和分级离心技术等手段处理，然后测定各细胞亚显微结构的成分得知，有氧呼吸中参与糖酵解阶段的酶，存在于细胞质基质中。参与三羧酸循环阶段和氧化磷酸化阶段的酶，都存在于线粒体内：与三羧酸循环阶段有关的酶存在于线粒体基质中；与氧化磷酸化阶段有关的酶存在于线粒体内膜上。
总之，细胞质基质是有氧呼吸第一阶段的场所；线粒体则是有氧呼吸第二阶段和第三阶段的场所。由于三羧酸循环和氧化磷酸化，在有氧呼吸过程中形成很多的ATP，所以，人们将线粒体形象地比喻成“能量转换站”或“细胞的发电厂”。至于无氧呼吸，则是在细胞质基质中进行的。第二课时 酶的本质
●教学过程
［课前准备］
教师收集有关酶研究的资料，比如酶工程、酶的分类等。学生整理酶本质探索的基本过程，了解这些科学家所作的重要贡献和基本观点。
［情境创设］
现在已经知道细胞内的生理活动之所以如此有序地快速进行，酶的作用无可替代，但是19世纪以前，人们对这些所知甚少，人们对酶的认识是科学家不懈努力的结果。
［师生互动］
巴斯德和李比希观点的比较
巴斯德 李比希
1822～1895（法国） 1803～1873（德国）
微生物学家、通过显微镜观察 化学家，通过对化学变化的研究
发现发酵的过程中有酵母菌存在 认为糖类变成酒精就是一个化学反应
结论：没有活细胞 结论：在这个变化过程中，只有细胞
糖类不可能变成酒精 死亡之后放出了某些物质起了作用
问：从巴斯德研究的领域来看，他得出结论的出发点主要是什么？
答：巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。
问：从李比希研究的领域来看，它得出结论的出发点主要是什么？
答：李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。
问：他们的争论被哪位科学家的研究成果平息了？
答：毕希纳。
请分析毕希纳研究的过程（学生活动）。
实验：酵母细胞研磨加水搅拌加压过滤含酵母细胞的提取液加入葡萄糖。
现象：冒出气泡。
结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样。
酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
问：你认为毕希纳只凭上面的实验能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用 一样？
答：不能。
问：那还应做怎样的实验？
答：对照实验。将酵母菌分成两等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。
问：有人说毕希那的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？
答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性。
虽然已经确定了酶在物质变化中的作用，但酶到底是什么物质仍然是困扰大家的问题。要研究酶是什么物质，首先要得到纯度较高的酶，然后才能作出鉴定。美国科学家萨姆纳在研究酶究竟是什么过程中作出了杰出贡献。
萨姆纳的研究过程
问：萨姆纳研究哪种酶？是如何确定的？
答：脲酶。借助其他科学家的研究，知道刀豆种子中脲酶的含量比较高。
问：脲酶提取出了，根据你学过的知识如何证明它就是脲酶，不是细胞中其他的有机物呢？
答：在这个实验中首先可以证明是不是蛋白质。用双缩脲试剂这个特有反应来鉴定。然后根据脲酶的特性：尿素氨＋二氧化碳，来判定它不是脲酶。
1926年萨姆纳的重要科学研究成果让人们知道脲酶就是蛋白质，后来其他科学家也提取了其他种类的酶，也证明是蛋白质，所以在以后一段较长的时间，人们都认为酶就是蛋白质。
问：科学家得出的结论应用的什么方法？
答：概括法。
问：你能说出当时概括得出这个结论的基本思路吗？
答：脲酶是蛋白质，胰蛋白酶也是蛋白质，胃蛋白酶也是蛋白质。人们发现的酶都是蛋白质，所以酶就是蛋白质。
问：这样的结论到了20世纪80年代美国科学家的重要发现出现了什么变化？
答：美国科学家切赫和奥特曼发现了一种酶，它也有催化功能，但是它是RNA。这样酶的定义就有了发展。即：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的是RNA。
［教师精讲］
酶作为生物催化剂，人们对它的认识经历了较长的时间，从酶究竟是在活细胞中能起作用还是释放出来起作用一直争论到到底是什么物质，每次争论的结果都让人们对酶的认识更深入一步，更加准确，所以可以说酶的本质的发现过程也正是人们认识自然的一个真实写照。
［评价反馈］
1.细胞内合成酶的主要的场所是
A.细胞质 B.线粒体 C.核糖体 D.内质网
2.分析上题中能不能说合成酶的场所是核糖体？
参考答案：
1.C 2.不能。因为还有少量的酶是RNA，它的合成场所就不在核糖体。
［课堂小结］
通过对酶本质的发现过程的学习，我们知道酶的本质就是具有催化作用的有机物。酶的本质的发现过程也说明了一个问题，这个科学结论的得出是科学家不断探索、不断进行实验，最终揭示出来的。它是许多科学家共同努力的结果。
［布置作业］
1.P82一基础题1、2、3。
2.预习酶的特性的内容。分小组来设计实验验证酶的专一性和酶要起作用需要温和条件。
［课后拓展］
通过对酶的研究，证实绝大多数的酶都是蛋白质。酶按照化学组成可分成两类：单纯酶和结合酶，单纯酶就是只有氨基酸组成，不含其他成分。例如：脲酶、胃蛋白酶等。结合酶就是除了蛋白质之外，还含有对热稳定的非蛋白质的小分子物质（如金属离子，也可以是小分子有机物），前者称为酶蛋白，后者称为辅酶。只有两者结合才具有活力。如转氨酶、乳酸脱氢酶都属于此类酶。
●板书设计
第二课时 酶的本质
酶本质的发现过程：
结论：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数为蛋白质。
●习题详解
一、练习（课本P82）
（一）基础题
1.巴斯德：发酵是在整个活细胞参与下进行的。李比希：发酵是细胞中的某些物质参与下进行的，这些物质只有在细胞死亡之后才能释放出来，才能发挥作用。毕希纳：发酵在完整细胞内或不完整细胞下都可进行，说明某些物质可促使物质进行发酵，它在细胞内外的作用相同。萨姆纳：酶是蛋白质。
2.（1）细胞代谢就是细胞内全部的化学反应，细胞内每时每刻都在进行大量的化学反应，而这些反应要进行，没有具有极高催化效率的酶是不可能完成的。（2）细胞内的化学反应之所以能在常温常压下迅速进行，也完全依赖酶的催化作用。
3.D（绝大多数酶是蛋白质，还有一些酶是RNA等有机物）
（二）拓展题
1.（1）取将待检测样品少许溶于2 mL水中；将该溶液注入试管，并向试管注入双缩脲试剂A液1 mL;向试管内注入双缩脲试剂B液4滴，摇匀；观察试管溶液的颜色呈紫色，说明该样品为蛋白质；如不为紫色则不是蛋白质。
（2）在萨姆纳之前，人们还没有一个好办法来提取和纯化细胞中的酶，当然更谈不上鉴定它了。
二、资料分析（课本P81）
1.巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。
2.巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3.毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
4.萨姆纳历时9年用正确的科学方法，将酶提纯出来。他有一种坚持不懈、百折不挠的科学精神。成功属于不畏艰苦的人。
5.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的酶是RNA。●备课资料
探究过程要素 学习要求 达成目标
提出科学问题 在观察、调查、阅读等情境中发现问题，尝试提出可以通过科学探究来解决的问题 能对自然现象产生好奇心，提出可能通过科学探究解决的问题；领会提出问题的途径和方法；理解提出问题对科学探究的意义
进行猜想和假设 收集相关信息，将已有的科学知识和问题相联系，尝试提出可检验的猜想和假设 能针对所提出的问题依据已有的科学知识、经验，通过思考作出猜想和假设；了解猜想和假设在科学探究中的作用
制定计划，设计实验 选择取得证据的途径和方法，决定收集证据的范围和要求，以及所需的相关材料、仪器、设备和技术等，并制定相应的计划 能针对探究目的和条件，选择合适的方法（实验、调查、访问、资料查询等）；考虑影响实验结果的主要因素，能确定需要测量的量，并采用适当的方法控制变量；理解制定计划和设计实验对科学探究的意义
观察与实验，获取事实与证据 使用有关设备和材料进行调查、检索、观察、测量和实验；安全地操作；记录观察和测量的结果 能使用基本仪器进行安全操作；能从多种信息源中选择有关信息；能进行一系列观察、比较和测量；会记录和处理观察、测量的结果；理解实验对科学探究的作用
检验与评价 分析、处理、观察、测量实验结果，与猜想和假设进行比较，作出解释；收集更多的证据支持解释，检查解释及过程、方法上是否存在问题，必要时提出改进措施 将证据与科学知识建立联系，得出基本符合证据的解释；能注意与预想结果不一致的现象，并作出简单的解释；能提出改进工作方法的具体建议；了解科学探究需要运用科学原理、模型和 理论
表达与交流 书写探究报告，并以适当的形式进行交流 能用语言、文字、图表、模型等方式表述探究的过程和结果；能倾听和尊重他人提出的不同观点和评议，并交换意见；认识表达和交流对科学探究的意义；认识探究的成果可能对科学决策产生积极的影响第6章 细胞的生命历程
●章节规划
新课程的基本理念是：
1.提高生物科学素养。
2.面向全体学生。
3.倡导探究性学习。
4.注重与现实生活的联系。
教师必须更新观念，朝着新的课程理念进行课程设计。本章是《分子与细胞》模块的最后一章，包含两个主题：细胞的增殖和细胞的分化、衰老和凋亡。在课程开发和设计与旧教材上是有差异的，以系统论来构建知识体系，让学生理解细胞的生命历程，领悟事物的发生、发展和消亡的普遍规律，形成科学的辩证观点。在内容上通过对细胞的增殖、分化、衰老、凋亡和癌变的了解，在方法上通过探究、实验、核心概念的学习和资料的收集等等，使学生认识世间万物都有其发生、发展、消亡的规律，人们可以认识、应用这个规律，让世界更美好。培养学生爱护生命、珍惜生命的情感价值观。
本章可分两部分：
1.“细胞的增殖”部分 本部分内容的单元知识点有：细胞增殖及其意义、细胞周期、细胞分裂间期、无丝分裂、有丝分裂等，要求是：模拟探究物质扩散速率与细胞大小的关系，理解生物体大多是由许多体积很小的细胞组成的道理，以及细胞分裂是其发展的必然；举例说明细胞分裂是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。简述细胞生长和增殖的周期性，图解一个细胞周期的持续时间和大体分期。概述分裂间期的细胞内进行的正常代谢活动，理解间期是细胞分裂期的准备阶段；描述细胞的无丝分裂过程，概述植物细胞的有丝分裂，观察植物细胞有丝分裂各个分期的特征，简述动物细胞有丝分裂与植物细胞的异同，归纳细胞有丝分裂的共同特征。
2.“细胞的分化、衰老和凋亡”部分 本部分内容的单元知识点有：细胞分化、细胞衰老和凋亡、细胞癌变等，要求是：以合子发育为例，说明细胞分化是生物个体发育的主要过程；以植物组织培养和动物克隆为例，说明分化细胞仍然保持其全能性；搜集有关干细胞研究进展和应用的资料。列举细胞衰老和凋亡是一种正常生理活动的事实，简述衰老细胞的主要特征，探讨防止细胞衰老和延长细胞寿命的可能性，综述有关细胞衰老的理论研究成果。描述癌细胞的主要特征，对致癌因子进行分类，说出正常细胞发生癌变的原因；关注恶性肿瘤的防治，搜集和交流防治恶性肿瘤方面的资料。
以上两部分可以用5个课时来完成，具体安排如下：《细胞的增殖》用2个课时，《细胞的分化》《细胞的衰老和凋亡》和《细胞的癌变》各用1个课时。这4节的内容基本上是按细胞生命历程的发展顺序安排的，先讲细胞的增殖，再讲细胞的分化，然后讲细胞的衰老和凋亡，最后一节所讲述的细胞的癌变实际上是细胞的生命历程出现异常可能导致的一种严重后果。这样的安排符合学生的认知过程。本章的知识结构如下：
细胞的生命历程
细胞的生命历程
第1节 细胞的增殖
●从容说课
本节教学内容可安排2课时，包括讲课和两个学生实验。第一课时安排模拟探究细胞大小与物质运输的关系的实验和观察植物根尖分生组织细胞的有丝分裂实验。第二课时安排实验成果的展示和《细胞增殖》内容的学习，符合从感性到理性的认识。目的是使学生知道模拟的方法也是科学研究的方法之一。教师应当采取引导学生通过探究活动主动学习的教学模式。一节课安排一个探究实验和一个观察实验，对学生来说难度是很大的，考虑学生前面已经做过几个探究实验，要求每位学生必须自己设计一个可行的实验设计以供实验课上用。观察植物根尖分生组织细胞的有丝分裂实验，考虑到装片的制作和观察的难度和效果，可以改用洋葱根尖固定装片。如果具有洋葱根尖有丝分裂过程的数码显微摄像的课程资源，教师也可大胆尝试，进行知识发生过程式教学。先做实验，创造和再现科学家发现细胞有丝分裂的条件和工作过程，获得感性认识后，再进行理性的思考，把拍摄到的静止图像，按照想象的细胞分裂过程图像的正常顺序排序，把学生已形成的细胞分裂静态图像转化为连续的动态画面，突出学生的主动探究。本实验增加了旧教材没有的一个内容，是让学生学习记录细胞周期不同时期的细胞数，通过统计每一时期的细胞数与计数细胞总数的比值，比较细胞周期不同时期的时间长短。这里运用了间接转换的方法。因为学生并没有真正记录下细胞周期不同时期的时间，而是根据得到的每一时期的细胞数与计数细胞总数的比值，来比较细胞周期不同时期的时间长短。这种思维上的转换有一定难度，是对学生想象力的一种挑战。第二课时《细胞的增殖》首先让学生了解细胞增殖的必要性，再来学习细胞增殖的方式。多细胞生物体体积的增大，即生物体的生长，既靠细胞生长增大细胞的体积，还要靠细胞分裂增加细胞数量。这是因为细胞不能无限长大。细胞为什么不能无限长大呢？承接上节课学生通过探究细胞大小，即细胞表面积与体积之比，与物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。这是一个模拟的探究实验，操作过程比较简单，但是实验后的讨论题却有相当的思维力度，需要学生开动脑筋思考，并且要用联想的方法将模拟实验的结果迁移至真实的细胞，思考物质运输的效率与细胞大小之间是什么关系；为什么细胞越大，物质运输的效率越低；为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。亲身参与、感性认识会提高学生思考的活跃程度，激发求知欲，学生会讨论得很热烈，时常会出现不同观点的论争。这种亲历探究、师生互动的教学场景正是今天提倡的探究性学习所需要的，教师应给予足够重视。通过模拟实验，学生理解了细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低，细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。但是限制细胞长大的因素并不仅限于此。例如，细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的扩大而增加的，如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。教科书在模拟实验之后，安排了一段文字，对这个问题进行了补充说明。
既然细胞越小，细胞表面积相对就越大，细胞的物质运输的效率就越高，细胞体积不是越小越好吗？学了这部分内容，学生可能会产生这样的疑问。逆向思维将有助于对问题的理解。因而教科书在旁栏的“批判性思维”中把这个问题提了出来，以培养学生批判性思考的能力。由于这个问题有一定的思维难度，因此，教科书给了一些必要的提示，如有人估计完成细胞的各项功能至少需要100种酶，每个酶促反应需占有直径约50 nm的空间，每个核糖体直径为10～20 nm等。当然学生还可以搜集、列举更多的证据来支持自己的观点。开放式的教学模式和学习方式也是这次课程改革所提倡的。
由于细胞不能无限长大，多细胞生物体体积的增加还有赖于细胞增殖。细胞增殖和细胞分裂是两个不同的概念，细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。真核细胞分裂的方式有3种：有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，本节重点介绍有丝分裂，简要介绍无丝分裂。减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂，它与有性生殖细胞的形成有关。有关减数分裂的内容安排在《遗传与进化》的相关章节中让学生学习。
细胞增殖是通过细胞周期实现的。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期。细胞在分裂之前必须进行各种必要的物质准备，然后才能进行细胞分裂。细胞分裂前重要的物质准备之一是遗传物质DNA的复制，DNA的复制必须正确和彻底，否则可能导致细胞死亡，或者细胞周期调控紊乱，如细胞恶性增殖和肿瘤发生。除了遗传物质的准备之外，所有其他细胞物质也必须进行积累，这些物质的积累如果不及时，有时也会危及细胞的生存。可见，细胞分裂的物质准备过程是一个十分复杂而又必须精确进行的生命活动过程，同时，分裂间期还包括细胞的适度生长。在以前的教学中，教师往往把重点放在对有丝分裂过程的详细介绍上，要求学生理解并熟记有丝分裂过程中染色体行为和数目的变化，这固然很重要。但是为细胞分裂进行活跃的物质准备的分裂间期也应该引起学生重视，以便学生对细胞的生命周期形成完整的认识。课本P112的“图6—1有丝分裂细胞周期”和课本P112的“表6—1不同细胞的细胞周期持续时间”，提示学生注意分裂间期在细胞周期中所占时间的比例，反映出分裂间期在细胞周期中的重要性。
高中生物必修1教师教学用书第6章《细胞的生命历程》关于有丝分裂过程的教学，老师们都很熟悉了，与原来的高中教材相比，新教材对这一问题的叙述，基本没有什么变化。仍然是分为前期、中期、后期、末期四个时期叙述，突出这四个时期中染色体行为和数目的变化。首先以植物细胞为例详细地介绍这一过程，然后再采取对比的方法，列举动物细胞有丝分裂的过程与植物细胞的不同点。最后归纳有丝分裂的重要意义。
这部分内容对于学生来说还是很抽象的，教师要注重对各种课程资源的选择、整合和优化。可事先用橡皮泥做成细胞和染色体模型，两人一组，教师边讲解边在黑板粘贴有丝分裂各时期的剪贴图，同时学生在课桌上的细胞模型中用染色体模型操作。最后通过电教手段把动态的植物细胞有丝分裂过程再现出来。强调细胞分裂的各时期是为了研究方便人为划分的，实际上有丝分裂是一个动态的连续过程。传统的教学方式与现代教学手段相结合，既让学生感受细胞分裂过程的动态性和连续性，又能克服电教手段转瞬即逝的弊端。通过剪贴图和染色体行为的模型建构，突出了探究学习，有利于学生知识的建构。
无丝分裂的过程比较简单，这种分裂方式也不是很常见，因而教科书只用一小段文字和一幅图作了简单介绍。关于无丝分裂的问题，长期以来就有不同的看法。有些人认为无丝分裂不是正常细胞的增殖方式，而是一种异常分裂现象；另一些人则主张无丝分裂是正常细胞的增殖方式之一，主要见于高度分化的细胞，如肝细胞、肾小管上皮细胞、肾上腺皮质细胞等。有关无丝分裂的不同观点，教师可根据教学情况的需要，适当补充介绍，不宜过多发挥。
●三维目标
1.知识与技能
（1）了解真核细胞增殖的方式及意义。
（2）理解细胞周期的概念。
（3）准确描述细胞有丝分裂各阶段的重要特征。了解动、植物细胞有丝分裂过程的异同。
（4）掌握有丝分裂的过程、特征和意义。尤其是DNA和染色体的规律性变化。
2.过程与方法
（1）学会科学探究细胞大小与物质运输的关系的方法。
（2）学习用曲线图描述DNA和染色体数量的变化规律。
（3）通过实验培养学生制作临时装片的技能，培养学生的观察、分析能力以及识图和绘图能力。
（4）学会使用高倍显微镜和绘生物图的方法。
3.情感态度与价值观
（1）通过对细胞周期以及有丝分裂过程中DNA和染色体的规律性变化的学习，培养学生树立唯物主义的世界观。使学生对生命的运动性、对事物发展变化过程中由量变到质变的转化等哲学问题有正确的认识。
（2）通过对实验思路的分析和对实验现象的观察培养学生实事求是的科学态度和严谨的科学工作作风。
●教学重点
1.如何进行探究实验，其基本方法和一般过程。
2.细胞生长和增殖的周期性。
3.真核细胞有丝分裂的过程，有丝分裂过程中DNA和染色体的规律性变化。
4.制作临时装片观察细胞有丝分裂的实验。
●教学难点
真核细胞有丝分裂过程中，各个时期染色体行为和数目的变化，以及DNA数量的变化。
●教具准备
1.植物细胞有丝分裂过程和动物细胞有丝分裂过程的多媒体课件。
2.细胞分裂周期的多媒体课件。
3.植物细胞有丝分裂过程的flash动画、动物细胞有丝分裂过程的flash动画。
4.有丝分裂过程染色体数及DNA含量坐标及表格。
5.动植物细胞有丝分裂异同点表格。
6.染色体模型剪贴图。
7.同一颜色的橡皮泥制作成的染色体模型。（学生准备）
8.板书（可银幕显示）。
●课时安排
2课时
第一课时 实 验
●教学过程
［课前准备］
老师上课前一天，准备足够的酚酞琼脂块。酚酞琼脂块的制备方法：每升水加30 g琼脂，不断搅拌下煮沸。在它冷却固化前，加1 g酚酞，并搅拌使之充分混合。若混合物呈粉红色，加数滴质量分数为0.1%的盐酸至粉红色退去。将混合物放在平底浅盘中，使混合物高度约为3 cm。琼脂固化后，将其切成3 cm×3 cm×6 cm的小块。
洋葱根尖的培养。培养洋葱生根时，避免用新采收的洋葱，因为这种洋葱尚在休眠，不易生根。如果必须用当年刚收的新洋葱生根，则应设法打破它的休眠。常用的方法是用低浓度的赤霉素溶液浸泡洋葱鳞茎的底盘，这样可以促使其生根。
对于前一年收下的洋葱，可以采用如下方法促使它生根：选择底盘大的洋葱作生根材料；剥去外层老皮，用刀削去老根（从底盘中央向四周削），注意不要削掉四周的根芽；培养时注意每天换水1～2次。如果班级较多，为了防止后来的班级所用的洋葱根长得过长，可以放入冰箱（4 ℃左右）保存。
教师将准备好的两个实验所用各种材料和用具，按每组两人分好。一节课安排两个实验，对学生来说难度是很大的，所以学生必须课前作好实验的设计，教师在课前给予指导和检查，决定可行方案或按课本提供的方案进行。
［情境创设］
播放一段配有大自然音乐的植物开花到凋谢过程的视频录像，引出生物都要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老直到最后残废的生命历程。活细胞也一样，对于一个细胞来说，同样要经过生长、增殖、衰老、凋亡的过程。
［师生互动］
1.引出探究的主题
教师：用PowerPoint演示象与鼠的比较和组成生物的几种细胞的比较图片。
学生：观察和讨论。
教师：引出探讨的问题：（1）请推测象与鼠相应器官和组织的细胞大小差异如何。 （2）生物体的长大，是靠细胞数量的增多还是靠细胞体积的增大？
学生：讨论。
教师：提示：（1）象与鼠相应器官和组织的细胞大小无明显差异。
（2）生物体的生长，既靠细胞分裂增加细胞的数量，还要靠细胞生长增大细胞的体积。事实上，不同动（植）物同类器官或组织的细胞大小一般无明显差异，器官大小主要决定于细胞数量的多少。自然提出探究的主题——细胞为什么不能无限长大？
学生进行讨论：细胞为什么都那么小？
2.开始探究实验——细胞大小与物质运输的关系
教师：用PowerPoint出示温馨提示牌：
酚酞是白色粉末，无臭，如果接触某些人的皮肤会引起过敏反应。因此，在准备实验材料时，最好戴橡皮手套。
氢氧化钠有腐蚀性，应避免与眼睛和皮肤等接触。如泼洒出来，应立即用水冲洗泼洒处，并告诉老师。
学生实验并测量实验结果：
根据测量结果进行计算，并将结果填在下表中，如下：
琼脂块的边长/cm 表面积/cm2 体积/cm3 比值（表面积/体积） 着色深度/cm 比值（着色的体积/整个琼脂块的体积）
3
2
1
结 论 琼脂块表面积与体积之比随着琼脂块的增大而___________________；NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而_________________
学生从模拟实验转入对一般细胞表面积和体积之比的讨论，具体情况如下：
根据球体的体积公式V=πr3，表面积公式S=4πr2，计算结果如下表：
细胞直径（μm） 表面积（μm2） 体积（μm3） 比值（表面积/体积）
20 1 256 4 187 0.30
30 2 826 14 130 0.20
从上表，学生能清楚地认识到：细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。细胞越大，需要与外界环境交流的物质越多；但是细胞体积越大，其表面积相对越小，细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了，所以物质运输的效率越低。
［教师精讲］
事实告诉我们：细胞不可能无限长大，细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。但是限制细胞长大的因素并不仅限于此。例如，细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的扩大而增加的，如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。
教师自然提出：既然细胞越小，细胞表面积相对就越大，细胞的物质运输的效率就越高，细胞体积不是越小越好吗？承接课本的批判性思维。
当然细胞不能太小，一个细胞好比一座工厂，里面要容纳各种细胞器。如有人估计完成细胞的各项功能至少需要100种酶，每个酶促反应需占有直径约50 nm的空间，每个核糖体直径为10～20 nm等。当然学生还可以搜集、列举更多的证据来支持自己的观点。开放式的教学模式和学习方式也是这次课程改革所提倡的。
由于细胞不能无限长大，多细胞生物体体积的增加还有赖于细胞增殖。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。真核细胞分裂的方式有3种：有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，下面我们来做《观察根尖分生组织细胞的有丝分裂》的实验。
教师应讲解实验成功的关键。解离充分是实验成功的必要条件。解离充分，组织才能分散，细胞也不会重叠。染色时，染液的浓度和染色的时间必须掌握好，特别是染色不能过深，否则不易观察。压片时用力必须适当，过重会将组织压烂，过轻则细胞未分散，二者都将影响观察效果。
教给学生观察要领。让学生观察时，强调先用低倍镜观察，再转高倍镜观察，切忌直接使用高倍镜。
增加演示实验。学生自己制作的装片，由于诸多原因，观察效果常都不理想。教师可在实验课前准备5台示范镜，分别示范有丝分裂固定装片中间期、前期、中期、后期、末期5个不同时期。
解离时，也可将剪取的2～3 mm洋葱根尖浸入浓盐酸和体积分数为95%的酒精各半的混合液中，浸20～30 min。这样根尖被固定，细胞间质被溶解，细胞容易分离。
染色时，也可用紫药水取代龙胆紫溶液，但浓度不宜过大。可将紫药水稀释，即2～3滴清水中加入一滴紫药水。
压片时，仅靠用手指轻按，不易将根尖细胞分散开。可将染色后的洋葱根尖用小刀压平，或用铅笔带橡皮的一端稍用力压，这样才能使细胞分散，并且便于平放盖玻片。
制作装片过程中空隙时间的利用。解离、漂洗、染色三个步骤中，都有一段等待的时间，教师应该充分利用这些空隙时间。建议讲解以下内容：洋葱根尖的培养方法，取材时间，解离和漂洗的目的和方法，分生区细胞与其他区细胞的区别等。
学生实验：
学生开始实验并记录数据，记录表如下：
细胞周期统计 间期 分裂期
前期 中期 后期 末期 总数
样本1（视野1）
样本2（视野2）
样本1和样本2合计
各时期细胞所占百分数
问题探讨：
1.所观察的细胞是活的还是死的？
2.为什么要对各个时期的细胞进行计数？
以上问题将为学生理解细胞周期中各时期的长短打下埋伏。
由于时间关系，本节课就上到这里。
［评价反馈］
本节课是以实验为主的课，下面通过评价表的填写和统计来反馈。
实验名称 观察植物根尖分生组织细胞的有丝分裂 姓名
评价项目 自评 小组互评 老师评价
1.能熟练制作洋葱根尖细胞的有丝分裂临时装片
2.能熟练正确操作显微镜
3.整个实验进程有序紧凑
4.实验效果明显
说明：评价采用“A、B、C、D”四个等级
［课堂小结］
本节课同学们要学会科学探究的方法和观察实验的技能。科学探究的步骤一般分为：
（1）提出问题 （2）作出假设 （3）设计实验 （4）开展实验 （5）记录结果 （6）分析结果，得出结论 （7）表达与交流
［布置作业］
课后要求学生统计全班结果，求出各时期细胞所占百分数；填写实验报告和实验评价方案表。
［课后拓展］
1.真核细胞的直径一般在10～100 μm之间。生物体细胞体积趋向于小的原因是
①受细胞所能容纳的物质制约 ②相对面积小，有利于物质的迅速转运和交换 ③受细胞核所能控制的范围制约 ④相对表面积大，有利于物质的迅速转运和交换
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
答案:C
2.下列有关细胞体积和细胞的物质运输关系的叙述中，正确的是
A.直径越小的细胞，其细胞的物质运输效率越高
B.直径越大的细胞，其细胞的物质运输量越小
C.表面积越大的细胞，其细胞的物质运输效率越高
D.体积越大的细胞，其细胞的物质运输效率越高
答案:1C 2.A
●板书设计
第6章 细胞的生命历程
第1节 细胞的增殖
第一课时 实验
一、细胞大小与物质运输的关系
（一）目的要求
通过探究细胞大小，即细胞的表面积与体积，与物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。
（二）实验原理
琼脂块越小，其表面积越大，则其与外界交换物质的表面积越大，经交换进来的物质在琼脂块中扩散的速度越快；琼脂块中含有的酚酞与NaOH相遇，呈紫红色，可显示物质（NaOH）在琼脂块中的扩散速度。
二、观察植物细胞的有丝分裂
（一）目的要求
1.观察植物细胞有丝分裂的过程，识别有丝分裂的不同时期。
2.学会制作洋葱根尖有丝分裂装片的技术。
3.学会使用高倍显微镜和绘生物图的方法。
（二）实验原理
染色体被碱性染料（如龙胆紫溶液）着色后，通过在高倍显微镜下观察，同一组织中可以看到不同时期细胞内染色体（或染色质）的存在状态，判断这些细胞各处于有丝分裂的哪个时期，从而认识有丝分裂的完整过程。
●习题详解
一、问题探讨（课本P110）
1.象与鼠相应器官和组织的细胞大小无明显差异。
2.生物体的生长，既靠细胞分裂增加细胞的数量，还要靠细胞生长增大细胞的体积。
二、实验（课本P111）
1.当NaOH与含酚酞的琼脂块相遇时，其中的酚酞变成紫红色，这是常用的检测NaOH的方法，从琼脂块的颜色变化就知道NaOH扩散到多远；在相同时间内，NaOH在每一琼脂块内扩散的深度基本相同，说明NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是相同的。
2.根据球体的体积公式V=（4/3）πr3，表面积公式S=4πr2，计算结果如下表：
细胞直径（μm） 表面积（μm2） 体积（μm3） 比值（表面积/体积）
20 1 256 4 187 0.30
30 2 826 14 130 0.20
3.细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。细胞越大，需要与外界环境交流的物质越多；但是细胞体积越大，其表面积相对越小，细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了，所以物质运输的效率越低。
三、批判性思维（课本P111）
细胞体积的最小限度，是由完成细胞功能所必需的基本结构（如核糖体）和物质（如酶）所需要的空间决定的。
四、实验（课本P116）
1.分裂间期的细胞最多。因为分裂间期时间最长。
2.每一时期的时间=洋葱的细胞周期（12 h）×每一时期的细胞数占计数细胞总数的比例。第二课时 光合作用的过程和化能合成作用
●教学过程
［课前准备］
1.制作多媒体课件。
2.课前教师提供一份预习提纲，布置学生预习课本P103～P105的内容。
预习提纲：①光合作用过程分为哪几个阶段？
②什么是光反应阶段？这个阶段发生的场所在哪里？需要哪些条件？物质和能量是如何转变的？
③什么是暗反应阶段？这个阶段发生的场所在哪里？需要哪些条件？物质和能量是如何转变的？
④光合作用受哪些外界因素的影响？这些因素是怎样影响光合作用的？
［情景创设］
教师：通过上一节课的学习，我们已经知道光合作用的场所是叶绿体，请问叶绿体有哪些结构特点与其功能相适应呢？
学生：第一，叶绿体内有许多基粒和类囊体，扩大了叶绿体的受光面积，类囊体膜表面分布着许多吸收光能的色素分子，便于光能的吸收；第二，类囊体膜表面以及基质内还分布着多种光合作用所必需的酶，有利于光合作用的进行。
教师：初中我们曾经学习过有关光合作用的知识，请问你们对光合作用的知识还有哪些方面的了解？
学生：（七嘴八舌）
光合作用的原料是CO2和H2O；
光合作用的条件是光；
光合作用的产物是糖类和氧气；
等等。
教师：很好。看来大家对光合作用的知识还了解不少。请一位同学来归纳光合作用的 概念。
学生：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
教师：那么在一个微小的叶绿体中，CO2和H2O究竟是怎样转化为糖类和氧气的呢？此过程中色素吸收的光能是怎样到有机物中去的？光合作用受哪些外界因素的影响？这就是我们今天这堂课要讨论的主要内容。
（显示板书：二、光合作用的原理和应用）
［师生互动］
（一）光合作用的过程
教师：下面我们先来看看光合作用是怎样在叶绿体中进行的。
（显示板书：1.光合作用的过程）
教师：用多媒体课件演示发生在一个叶绿体中的光合作用全程的动态过程。
教师：我们在观察课件的时候，是不是觉得有点“眼花缭乱”呀，这说明光合作用是个很复杂的过程。其实刚才课件中显示的只是光合作用的简化过程，其具体过程还要复杂得多。
教师：根据刚才的观察，你们说光合作用过程分为哪几个阶段呢？
学生：分为光反应和暗反应两个阶段。
教师：下面我们先来具体观察一下光反应过程。
（显示板书：光反应）
教师：演示光合作用光反应的动态变化，并指导学生观察。
教师：光反应在哪里进行？
学生：叶绿体基粒的类囊体薄膜上。
教师：利用到了哪种原料？
学生：水。
教师：水在光反应阶段发生了怎样的变化？
学生：水被分解成了[H]和O2。
教师：水是化学性质非常稳定的化合物，它为什么会在常温常压下分解？
学生：一方面有色素吸收的光能做“动力”；另一方面类囊体薄膜上分布有相应的酶作催化剂。
教师：回答得很好。我们再仔细观察一下，色素吸收的光能除了使水分解以外，还发生了什么变化？
教师：重新演示光合作用光反应的动态画面，并指导学生观察。
学生：还有一部分转移到了ATP中，即利用光能把ADP和Pi合成为ATP。
教师：刚才的一系列变化都需要什么参与？
学生：光。
教师：对啦。所以我们把发生在叶绿体类囊体薄膜上的这一化学变化称为光反应。那么，同学们能不能归纳一下，整个光反应阶段物质和能量是怎样转变的？
学生：从物质变化的角度来看，一是把水分解成了O2和具有强还原性的[H]，二是把ADP和Pi合成了ATP；从能量变化的角度来看，把光能转化成了ATP中活跃的化学能。
教师：很好。光反应一共产生了三种产物，其中我们看到O2作为光合作用的第一个终产物释放到了大气中，还原性很强的[H]和储存有活跃化学能的ATP又到哪里去了呢？
学生：提供给暗反应利用。
教师：下面我们就继续看看暗反应是怎样进行的。
（显示板书：暗反应）
教师：演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。
教师：暗反应在哪里发生？
学生：在叶绿体基质中。
教师：利用了哪种原料？
学生：二氧化碳。
教师：在暗反应过程中，二氧化碳发生了怎样的变化？
学生：首先CO2与一个C5结合形成两个C3，这一步称为“二氧化碳的固定”。
教师：二氧化碳的化学性质是非常稳定的，在空气中很难与其他化合物发生反应，为什么在叶绿体基质中可以顺利地与C5结合形成两个C3呢？
学生：因为在叶绿体基质中存在多种催化暗反应的酶。
教师：请大家仔细观察，经二氧化碳固定所产生的C3又发生了什么变化呢？
教师：继续演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。
学生：C3经过一系列变化转变成了（CH2O），这一步称为“三碳化合物的还原”。
教师：这一步除了形成（CH2O），还有什么产物？
教师：注意引导学生观察，这一步学生很容易忽略。
学生：还有C5。
教师：对啦。C5作为一种中间产物，在暗反应的固定阶段用到，同时在暗反应的还原阶段又产生，这对于光合作用有什么意义？
学生：保证暗反应不会缺乏原料，能够持续进行下去。
教师：还原阶段需要哪些条件？
学生：需要相应的酶催化，还需要光反应提供的[H]作还原剂以及ATP供能。
教师：刚才的一系列变化需不需要光？
学生：不需要。
教师：那是不是一定要在黑暗中进行呢？
学生：也不是，有光无光都可以进行。
教师：对。“暗”并不是指暗反应一定要在黑暗中进行，而是相对于光反应来说，这一阶段不需要光。故我们把光合作用第二阶段所发生的、在有光无光条件下都可以进行的化学反应称为“暗反应”。现在哪位同学来归纳一下整个暗反应阶段物质和能量进行了怎样的转变？
学生：从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被还原成（CH2O）和C5；从能量转变的角度来看，ATP中活跃的化学能变成了稳定的化学能储存在糖类等有机物中。
教师：好。综合我们刚才讨论的光反应和暗反应，我们可以把光合作用过程用下面的示意图表示。
教师：出示光合作用过程示意图并作适当讲解。
图5－4－1 光合作用过程示意图
教师：从图5－4－1中可以看出，光合作用是由“光反应”和“暗反应”两个阶段组成的。那么这两个阶段有什么关系呢？
教师：出示光反应和暗反应关系的比较表，并组织学生回答。
光反应 暗反应
区别 时间 反应很快（以毫秒计） 较缓慢
反应场所 叶绿体基粒的类囊体薄膜上 叶绿体基质中
反应条件 需要与光反应有关的酶、色素、光 需要与暗反应有关的酶[H]、ATP
物质变化 ①水的光解：2H2O4[H]＋O2↑②合成ATP：ADP＋PiATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3的还原：
能量变化 光能转化为ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
联 系 ①光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供还原剂[H]和ATP；②暗反应是光反应的继续；暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi；总之，光反应和暗反应是两个既相互独立又同时进行、既相互制约又密切联系的两个生理过程
列表中的答案由教师根据学生的回答逐一显示。
教师：通过刚才的列表比较，你认为“植物白天进行光反应，晚上进行暗反应”的说法正确吗？为什么？
学生：不对。因为暗反应的正常进行需要光反应提供的[H]和ATP，如果光反应停止，也就意味着暗反应随即停止；反之，光反应的正常进行需要暗反应提供ADP和Pi，如果暗反应受阻，光反应也不能正常进行。光反应和暗反应是两个同时进行、相互制约、密切联系、缺一不可的过程。
教师：如果从光合作用整体的角度来看：光合作用又完成了怎样的物质变化和能量变化？（即光合作用的实质是什么？）
（显示板书：2.光合作用的实质）
学生：①物质变化：把二氧化碳和水等无机物转变成了糖类等有机物。
②能量变化：把光能转变成化学能储存在糖类等有机物中。
教师：好。我们已经了解了整个光合作用的具体过程，同学们是否能用一个总反应式来表示呢？
（显示板书：3.光合作用的反应式）
请一位学生上黑板表示如下：CO2＋H2O（CH2O）＋O2↑
教师：从光合作用的整个过程来看，有哪些因素会对光合作用的进行产生影响呢？
可提示学生根据光合作用的总反应式，从光合作用的条件、原料、产物等方面来考虑。
（显示板书：4.影响光合作用的外界因素）
学生：光照、二氧化碳、温度、水等环境因素可以对光合作用的进行产生影响。
教师：归纳得很好。除此之外，还有矿质元素也会影响光合作用的进行。
（二）化能合成作用（显示板书）
组织学生阅读课本P105化能合成作用的知识。
教师：绿色植物能够利用光能、以二氧化碳和水为原料合成有机物，有机物中储存着由光能转换来的化学能，以供自身利用，我们把这类生物称为自养生物。请大家思考一下，人、动物与植物最大的区别是什么？
学生：人和动物不能利用无机物合成有机物。
教师：那它们是怎样来维持自身的生命活动的？
学生：它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
教师：对。我们把这类生物称为异养生物。
教师：除了人和动物外，还有哪些生物是异养生物？
学生：还有真菌、支原体、细菌、病毒等生物。
教师：所有细菌都是异养生物吗？
学生：不是，有些细菌是自养生物，比如硝化细菌。
教师：它是如何自养的？是否跟植物一样？
教师：多媒体课件显示硝化细菌的自养过程反应式，并指导学生观察。
学生：有所不同，主要是能量的来源不一样。植物制造有机物的能量来源是光能，而硝化细菌制造有机物的能量来源是把土壤中的NH3氧化为亚硝酸和硝酸时所释放的化 学能。
教师：回答得很正确。我们把这种利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用称为化能合成作用。除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌都属于这一类生物。
教师：同学们，今天我们主要学习了绿色植物的光合作用过程和硝化细菌的化能合成作用过程，这两种生理过程都能利用二氧化碳和水等无机物来制造有机物，但只有绿色植物光合作用制造的有机物才可以提供给地球上的其他生物和人类所利用，所以光合作用是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。为了给人类提供更多的食物和原料，我们就必须提高植物特别是农作物的光合作用强度，那么，在农业生产上有哪些提高农作物光合作用强度的措施呢？这就是我们下节课要学习的内容。
［教师精讲］
1.弄清楚C、H、O的去路，特别是氧的去向：反应物CO2中的O到了（CH2O）中，反应物H2O中的O全部到了O2中。光合作用的总反应式可表示为：
2.暗反应是个循环往复的过程，其中的C5可以循环生成，即在暗反应的固定过程中被用去，同时又在还原过程中产生。这一过程是由美国科学家卡尔文发现的，故称为“卡尔文循环”。因此，如果人为改变光合作用的一些条件，如突然缺CO2，突然停止光照（导致 [H]和ATP供给不足），等等，我们可以分析叶绿体中C3、C5、（CH2O）的含量。主要有以下三种情况：
①如果在光照条件不变的情况下，突然降低二氧化碳的浓度，此时，CO2的固定会受阻，而C3的还原照常进行，那么C5的含量就会上升，C3的含量就会下降，（CH2O）的含量也会下降。
②如果二氧化碳的浓度不变，突然停止光照，此时，CO2的固定照常进行，而C3的还原会受阻，那么C5的含量就会下降，C3的含量就会上升，（CH2O）的含量也会下降。
③如果在降低二氧化碳的浓度的同时，又停止光照，则C5和C3的含量都不变，（CH2O）的含量会下降。
3.光照、温度、二氧化碳、水和矿质元素是怎样影响光合作用的？
①光照作为光合作用的动力对光合作用的进行有着重要的影响。光照强度增强、光照时间延长可以促进光反应的进行，使光反应产生更多的氧气、[H]和ATP。[H]和ATP的增多又可以促进暗反应的进行，产生更多的有机物。光照强度减弱、光照时间缩短也可以限制光合作用的进行。
②二氧化碳作为光合作用的原料之一，对光合作用的进行也有重要影响。二氧化碳浓度增加，可以促进暗反应中二氧化碳的固定，从而产生更多的三碳化合物，进而促进还原过程的进行，产生更多的有机物。二氧化碳浓度的降低同样可以限制光合作用的进行。
③温度是通过影响酶的催化效率来影响光合作用的。作为复杂的化学反应，光合作用需要大量的酶进行催化。温度的适当提高可以大幅度提高酶的催化效率，从而提高光合作用的强度。
④水分作为光合作用的原料之一，缺乏时可以使光合作用的强度下降。虽然光合作用所需的水分只是植物所吸收水分的一小部分（1%～5%左右），水分减少对光合作用不会有太大的直接影响，但是，水分的减少可以使叶片的气孔关闭，影响二氧化碳的进入，从而降低光合作用的强度。
⑤矿质元素也可以直接或间接地影响光合作用的进行。如N是催化光合作用过程中各种酶以及ATP的重要组成部分，磷也是ATP的重要组成部分，镁是叶绿素的重要组成部分，K与光合作用产物的运输直接有关。
［评价反馈］
1.在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析上标18O放射性标志，最有可能的是
A.在植物体内的葡萄糖中发现
B.在植物体内的淀粉中发现
C.在植物体内的脂肪、蛋白质和淀粉中均可发现
D.在植物周围的空气中发现
2.光反应为暗反应提供的[H]和ATP参与
A.CO2和C5的结合
B.C3的还原
C.由CO2合成葡萄糖
D.由C5合成葡萄糖
3.在正常情况下进行光合作用的某植物，当改变某条件后，即发现叶肉细胞中的五碳化合物突然上升，则改变的条件是
A.停止光照
B.停止光照并降低二氧化碳浓度
C.升高二氧化碳浓度
D.降低二氧化碳浓度
4.生长于较弱光照条件下的植物，当提高二氧化碳浓度时，其光合作用速度并未随之增加，主要限制因素是
A.呼吸作用与暗反应 B.光反应
C.暗反应 D.呼吸作用
5.图5－4－2是光合作用示意图。请据图回答：
图5－4－2
（1）请写出字母所代表的物质：
a______________________，b_______________________，c________________________，d_________________________，e________________________，f_______________________，
g_________________________。
（2）由“f”经暗反应产生“g”，可以分为_____________、_____________两个阶段。
（3）如果同位素3H标记参与光合作用的水，并追踪3H，它最可能的途径是（用图中字母表示）_____________。
（4）根据题意，简述光合作用能量变化的过程：__________________________________
___________________________。
答案：1.D 2.B 3.D 4.B 5.（1）H2O O2 ADP和Pi ATP [H] CO2 糖类等有机物 （2）CO2的固定 C3的还原 （3）a→e→g （4）光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
［课堂小结］
（一）光合作用的过程
1.光合作用的过程
2.
3.光合作用的总反应式及氧元素去向：
4.影响光合作用的外界因素：光照、二氧化碳浓度、温度、水、矿质元素等。
（二）化能合成作用
［布置作业］
1.完成课本P104页思考与讨论1～2题。
2.完成课本P106叶基础题1～8题。
3.调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施，写好调查报告。
［课后拓展］
1.光合作用的重要意义
（1）制造有机物
绿色植物的光合作用把二氧化碳、水等无机物转变成糖类等有机物。全球自养植物每年同化碳素约2×1011 t，相当于5×1011 t有机物，提供人类及全部动物所需的食物。所以我们把绿色植物称为制造有机物的“绿色工厂”。
（2）能量转化
绿色植物在进行光合作用的时候将多数生物不能利用的光能转变成化学能。全球植物每年储存3×1018 kJ，供给包括植物本身在内的全球生物生长、发育及进行各项生命活动；另外我们现在利用的木材、煤炭、石油、天然气等都是绿色植物通过光合作用积累下来的。所以绿色植物又称为“巨型能量转换站”。
（3）保护环境
绿色植物好比是一台天然的“空气净化器”，不断地通过光合作用吸收CO2和释放O2。绿色植物每年释放氧气5.35×1011 t。
（4）对生物的进化有重要作用
原始大气中并没有O2存在，直到20～30亿年以前，原始蓝藻在地球出现以后，地球的大气中才逐渐有了O2，从而促使地球上的生物由无氧呼吸型向有氧呼吸型进化，进一步提高了生物的代谢速率和生存能力；同时，大气中的一部分O2可以转化为臭氧（O3），于是，在大气上层就形成了臭氧层，能够有效滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，这样才使水生生物进化成陆生生物成为可能。
2.光合作用和呼吸作用的比较
生理过程比较项目 光合作用 呼吸作用 两者关系
场 所 主要在绿色植物的叶绿体中进行 凡是活细胞都进行，在细胞质基质和线粒体中进行 两者是不可逆的
条 件 在光照条件下进行 有光无光都能进行
物质转变 无机物→有机物 有机物→无机物 两者是相反的
能量转变 光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能是同化作用的重要组成部分 有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能是异化作用的重要组成部分
联 系 光合作用为呼吸作用提供了物质基础（有机物和O2）；呼吸作用为光合作用提供了能量和原料（CO2） 两者是互相联系的
3.光合作用的有关计算
（1）物质计算
依据光合作用的总反应式：
CO2＋H2*O(CH2O)＋*O2↑
或6CO2＋12H2*OC6H12O6＋6H2O＋6*O2
①光合作用释放6*O2来自光反应阶段原料水的光解。
②光反应阶段12H2*O，光解产生24个[H]，在暗反应中用于还原6CO2，并产生6H2O。
③光合作用产物C6H12O6中的碳和氧来自原料CO2，氢来自原料水。
④生成物6H2O中的氢来自原料水，氧来自原料CO2。
（2）能量计算：依据光合作用反应式进行计算。
（3）与呼吸作用相结合的计算：
在光下光合作用与呼吸作用同时进行：
光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量
光合作用实际二氧化碳释放量=实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量
光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量
4.化能合成作用
自然界中有少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌属于化能自养型生物，它们以化学能为能源，以CO2为碳源。主要的代表有以下几种：
（1）硝化细菌
硝化细菌能将土壤中的氨（NH3）氧化，从中获得能量而把CO2和H2O合成糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。其过程可以用下列反应式表示：
上面的前两个反应是说明NH3和HNO2的氧化和释放能量的过程；最后一个反应是说明硝化细菌利用前面的两个反应所释放的能量，把从外界吸收的CO2和H2O合成葡萄糖的过程。硝化细菌的化能合成作用对于自然界的氮循环具有重要意义，因为它把环境中不能被植物体吸收利用的NH3变成了硝酸盐（NO－3），从而被植物吸收利用。
（2）硫细菌
这些细菌能够氧化硫化氢，并且把硫积累在体内。如果环境中缺乏硫化氢，这类细菌就把体内的硫氧化成硫酸。这一过程的化学反应式如下：
H2S＋O2H2O＋2S＋能量
2H2O＋2S＋3O22H2SO4＋能量
硫细菌就是利用上述反应中释放的能量来合成有机物的。
（3）铁细菌
铁细菌就是能够氧化硫酸亚铁的一类细菌，这一过程的化学反应式如下：
4FeSO4＋2H2SO4＋O22Fe2（SO4）3＋2H2O＋能量
硫细菌就是利用上述反应中释放的能量来合成有机物的。
●板书设计
第二课时 光合作用的过程和化能合成作用
二、光合作用的原理和应用
（一）光合作用的过程
1.过程
2.实质
3.总反应式
4.影响光合作用的外界因素
（二）化能合成作用
●习题详解
见第三课时相应内容
●备课资料
见第三课时相应内容
第三课时 光合作用的探究历程和光合作用原理的应用
●教学过程
［课前准备］
1.教师制作多媒体课件；
2.教师设计《生物小组合作学习记录卡》；
小组编号 时间 月 日 第 节
组长 记录员
组员
课题
讨论结果
交流代表
3.准备探究实验《环境因素对光合作用强度的影响》所需的材料用具；
4.组织学生每两人为一组调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施，并写好调查报告。
［情境创设］
教师：上节课我们学习了光合作用的具体过程，同学们还记得光合作用分为哪几个阶 段吗？
学生：分为光反应和暗反应两个阶段。
教师：光反应和暗反应各发生了怎样的物质变化和能量变化？
学生：光反应包括两个物质变化，即水的光解和合成ATP，同时光能转变为ATP中活跃的化学能。暗反应也包括两个物质变化，即二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，同时，ATP中活跃的化学能转变成糖类等有机物中的化学能。
教师：很好，看来同学们对光合作用的具体过程掌握得不错。但是有哪位同学知道光合作用的过程是怎样被人发现和了解的吗？
教师：这个问题看来大家了解得不多。人们对光合作用的认识经历了一个漫长的过程，科学家们用了200多年的时间经过无数次的实验才对光合作用的过程有了比较清楚的认识。今天这节课我们将沿着科学家们探寻的足迹，去体验他们认识问题的思维过程和科学探索的乐趣。
［师生互动］
1.光合作用的探究历程
教师：首先我们来看一看科学家们是怎样逐渐认识光合作用的？
〔显示板书：（三）光合作用的探究历程〕
教师：这部分内容我们将以小组合作学习的方式来进行。请大家结合课本P 101～P102的内容，快速阅读以下材料，然后分组讨论表格中所提出的问题。请看大屏幕。
多媒体课件出示小组合作学习要求：（1）每个小组推选一名组长，组织本组同学讨论学习；（2）推选一名记录员记录本组同学讨论的结果；（3）推选一名交流代表发言，汇报本组讨论结果；（4）每位同学在讨论时都要积极思维、踊跃发言，帮助本组代表准备好发言提纲。
多媒体课件显示材料内容：
年代 科学家 实验情况 结论 思考
1648年 [比利时]海尔蒙特 把一棵重2.5 kg的柳树苗栽种到一个木桶里，每天只用纯净的雨水浇灌树苗，五年以后取出柳树，并把柳树和土壤分别称重。结果发现柳树增重80多千克，而土壤却只减少了100 g ① 1.海尔蒙特的实验设计有什么 缺陷？
1771年 [英国]普利斯特利 密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死 ② 2.他的实验有时成功，有时失败，试想一下可能的原因是什么？
1779年 [荷兰]英格豪斯 密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在光照条件下，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死；密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在黑暗中，一段时间后，蜡烛熄灭，小鼠死亡；重复500多次 ③ 3.英格豪斯的实验设计与前人相比，改进在什么地方？
1782年 [日内瓦] J.Senebier （略） 植物在照光时吸收CO2释放O2 4.J.Senebier的这个结论是在什么基础上提出的？
1845年 [德]R.Mayer （略） 植物在进行光合作用时把光能转变成了化学储存起来 5.R.Mayer得出这个结论的依据是什么
1864年 [德]萨克斯 暗处理后的叶片一半遮光，一半曝光，后经碘蒸气处理，曝光一半叶变蓝，遮光一半不变 ④ 6.萨克斯的实验目的是什么？7.为什么对天竺葵先进行一昼夜的暗处理？8.为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
20世纪30年代 [美]鲁宾和卡门 用同位素18O标记水（即H218O），进行光合作用实验，发现生成的氧全部是18O2；如用18O标记二氧化碳（即18CO2），H2成的氧全部是O2 ⑤ 9.鲁宾和卡门采用了什么先进方法来进行实验？
10.从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段的进步有什么关系？试举例说明。11.分析人类对光合作用的探究历程，你还有哪些感悟？
学生：分组讨论，由记录员填写生物小组合作学习记录卡。
教师：哪一组同学先来汇报？
教师：好。我们掌声有请第一小组的代表发言。其他小组的同学要注意听，看看本小组讨论的结果是否跟他们的一样。等一下其他小组代表发言的时候，只讲你们的不同结论，并说明原因。
第一小组的交流代表用实物投影仪呈现讨论结果，并作讲解；各小组的代表分别提出本小组的不同看法，并说明原因；其他学生有不同意见也可以提出来；最后由老师进行总结。在师生的共结论同讨论中得到正确答案并逐一呈现。
结论 思考
①建造植物体的原料是水分 1.缺乏对照实验
②植物可以更新空气 2.可能是在无光条件下做的这个实验。因为无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，所以实验失败
③植物只有在阳光照射下才能更新空气 3.①设计了对照实验；②控制单一变量（即唯一自变量）；③对实验过程进行重复
植物在照光时吸收CO2释放O2 4.在发现了空气的组成的基础提出的
植物在进行光合作用时把光能转变成了化学能储存起来 5.依据是“能量的转换和守恒定律”
④证明绿叶在光合作用中制造了淀粉 6.为了验证光合作用的产物是什么。7.暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走 耗尽8.一半遮光一半曝光，是为了进行对照
⑤光合作用释放的氧全部来自水 9.采用了“同位素标记法”来进行实验
10.提示：从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切。例如：直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳，这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，基于核科学的进展，鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳。这些都说明在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展有巨大的推动作用。11.提示：①许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索，他们不断地探索研究，从不放弃，坚持到底，这种献身科学的精神值得我们学习；②使我们体验到了科学探究的一般过程是：通过观察、发现问题—提出问题、进行假设—指定计划、设计实验—观察实验、获取证据—检验假设、得出结论，并认识到科学发现的艰难，科学研究方法的重要性，以及综合利用各学科的成果和研究手段的重要性；③科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则，这些科学实验方法都是值得我们借鉴的。
教师：刚才我们体验了科学家们探索发现光合作用的历程，学习了他们的科学研究方法，接下来，我们也来模仿科学家设计实验的方法，看看自己能否创造性地设计实验探究光合作用的奥秘。
〔显示板书：（四）光合作用原理的应用〕
教师：农业生产上有许多提高农作物光合作用强度的措施。上节课已经布置同学们调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施有哪些，现在请同学们来汇报一下你们的调查结果。
（显示板书：提高农作物光合作用强度的措施）
学生：用投影仪展示调查报告、相片、图片、资料等。
汇报结果总结如下：
（1）适当提高光照强度、延长光照时间：如冬天或阴雨天可以使用人工光照作为补充等。
（2）适当提高二氧化碳浓度：如施用农家肥、在温室内施干冰等。
（3）适当提高温度：如阳光充足的天气温室内的温度调节在25～30 ℃之间。
（4）适当增加植物体内的含水量：如合理灌溉等。
（5）适当增加矿质元素的含量：如合理施肥等。
教师：很好。现在我们就每两个人为一组，选择其中的一种因素，通过实验来探究它对光合作用的影响。
（显示板书：探究环境因素对光合作用的影响）
教师：首先请大家确定好你们想要研究的课题，然后按以下步骤来实施：
一、确定课题
二、作出假设
你的依据是：
三、设计方案
原理提示：从蚕豆（或其他植物）上选取健壮、叶龄相似的成长叶数片，用直径1 cm的钻孔器，避开叶脉，打小圆片数十片，放于大注射器中注入水，排除空气后，用手指堵住注射器前端小孔，把活塞用力往后拉，即可造成减压环境而逐出叶肉组织中的空气，放开手指，水即进入组织中，如此重复多次，整个叶子圆片全部充满水分而下沉。把下沉的圆叶片连同水倒于小烧杯中，放在黑暗处备用。
植物进行光合作用时，吸收二氧化碳放出氧气，由于氧气在水中的溶解度很小，而在细胞间隙中积累，结果会使原来下沉的叶片上浮。
请根据你们前面提出的假设，思考以下其中一个问题，小组同学通过讨论，设计出你们下一步的实验方案。
1.如果你探究的是光照对光合作用的影响，你如何设置单一的光照变量？根据什么现象观察实验结果？
2.如果你探究的是温度对光合作用的影响，你如何设置单一的光照变量？根据什么现象观察实验结果？
3.如果你探究的是二氧化碳对光合作用的影响，你如何设置单一的光照变量？根据什么现象观察实验结果？
（当然你也可以不参照提示，自己设计一个更合理的方案）
（一）选择你所需要的实验器材：叶片、打孔器、注射器、烧杯、40 W台灯、温度计、可调式控温器、NaHCO3。
（二）方法步骤：
（三）实验结果记录：
请你设计一个简单、合理的表格，记录你的实验结果。
（四）老师选择几组实验方案设计得较好的组别，派代表到讲台宣读，供其他组别参考，经进一步修改完善后便可实施。
四、实施方案
按实验方案进行操作，仔细观察，认真记录。
五、分析与结论
把你的实验结果填写在前面设计的记录表上，并根据实验结果绘出曲线图。小组同学共同分析和讨论实验结果，得出结论。
六、表达与交流
向全班同学展示你们的实验成果，并对其他小组提出的质疑作出合理的解答；认真倾听其他小组的汇报，共同归纳出提高光合作用强度的措施。
［教师精讲］
1.人类是怎样认识到光合作用原理的
人们对光合作用的认识经历了一个漫长的阶段，大约用了近200多年的时间，才对光合作用的生理过程有了一些认识，知道了光合作用的场所、条件、原料和产物。从公元前3世纪古希腊学者亚里士多德提出，土壤是植物体的食物来源，直到20世纪40年代初，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究，了解了光合作用中各产物组成元素的来龙去脉后，对光合作用才有了一个较彻底的认识。
2.关于变量和单一变量原则
变量，或称因子，是指实验过程中可被操纵的特定因素或条件。根据其在实验中的作用，通常可分为两类：
实验变量与反应变量：
实验变量，也称自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，两者是因果关系。
无关变量与额外变量：
无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的其他一切影响实验现象或结果的因素或条件。无关变量并不是对实验结果不产生影响，而是指在实验中不作为实验的研究对象。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量起干扰作用，造成实验结果的误差。
单一变量原则是处理实验中各种复杂关系的一个基本原则。指实验设计中只能确定一个变量为实验变量，其他变量则为无关变量。单一变量原则包括两层含义：一是确保“单一变量”的实验观测，不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量。二是确保“单一变量”的操作规范，即实验操作中要尽可能避免无关变量的干扰。
［评价反馈］
1.20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究绿色植物的光反应过程。他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用实验。图5－4－3中容器内为小球藻悬液，并置于光下：
图5－4－3
（1）甲图中的A代表___________________，它来源于________________。
（2）乙图中的B代表___________________，它来源于________________。
（3）甲图中物质A与乙图中物质B的相对分子质量之比是________________________。
（4）本实验能证实_________________________________。
（5）若甲图中供给12 molC18O2，能产生________________氧气。
2.一种水溶液染料对细胞无任何毒害且有O2时会变成蓝色。如图5－4－4装置是研究光合速率与光照强度相对关系的示意图。
图5－4－4
请分析如下问题：
（1）在溶液顶部加一层油的目的是_________________________________________。
（2）为什么要在无色溶液中加一定量的NaHCO3？____________________________
_________________________________。
（3）此实验装置如何改变或调控光照的相对强度？____________________________
_________________________________。
答案：1.（1）O2 H2O （2）18O2 H182O （3）8∶9 （4）光合作用中产生的氧气来自于水 （5）12 mol
2.（1）由于空气中存在O2，为避免空气中的氧影响实验结果，因此加一层油 （2）维持装置中CO2浓度的相对恒定，以保证光合作用对CO2的需要 （3）光照强度的控制可以通过移动台灯来实现
[课堂小结]
［布置作业］
1.完成课本P103思考与讨论1～2；
2.完成课本P106基础题1～8。
［课后拓展］
1.光合作用的探究历程给我们什么样的启示和借鉴
这些科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，更值得我们借鉴的是，他们的实验都遵循了以下原则：①科学性：实验设计的原理必须有充分的科学根据，不是凭空想象，比如德国科学家萨克斯的实验依据的实验原理是淀粉遇碘变蓝；恩格尔曼的实验依据的原理是氧气多则好氧型细菌聚集数量就多；鲁宾和卡门的实验所依据的原理是释放的氧中有没有放射性与标记的原料的对应关系。因此，我们设计实验时要以前人的实验、定理、定律和已知的经验为基础，进行科学设计。②严谨性：实验中要设计对照实验，便于实验前后对比或组间对比或不同部分之间的对比，得出明确的结论。还有的实验要建立在严谨的逻辑推理基础之上。如萨克斯的叶片一半曝光，一半遮光；鲁宾和卡门的实验一组标记的是H218O，另一组标记的是C18O2；恩格尔曼的实验则是建立在严谨的逻辑推理基础之上的巧妙设计。因此，我们在进行实验设计时，要通过对照实验使结论无懈可击，以确保实验的严谨性和逻辑性。③实验条件的一致性：实验时，要保证对照实验只要一个条件不同，我们称为单一变量（即实验变量或自变量），其他条件均要相同，这样才能说明对照实验结果的不同是由单一变量引起的，从而确保实验结果的准确性。
2.植物栽培与光能的合理利用
光能是绿色植物进行光合作用的动力。在植物栽培中，合理利用光能，可以使绿色植物充分地进行光合作用。合理利用光能主要包括延长光合作用时间和增加光合作用面积。合理利用光能主要包括延长光合作用时间和增加光合作用面积两个方面。
延长光合作用时间就是最大限度地利用光照时间，提高光能的利用率。措施有：①提高复种指数。复种指数是指一年中收获作物的面积与土地总利用面积之比。如果一年一熟，复种指数就是1，一年三熟，复种指数就是3。从提高光能利用的角度看，尽可能种几熟的作物。②合理地间作套种。利用不同作物光饱和点的差异，在同一季节里、同一土地上种植高矮不同的植物。如高光饱和点的玉米田里间种低光饱和点的大豆。在一季作物成熟前，播种下一季作物称为套种。套种的结果是后季作物幼苗在前季作物中度过，大大减少了由播种出苗造成的光能浪费。
增加光合面积的一项重要措施就是合理密植。合理密植是指在单位面积的土地上，根据土壤肥沃程度等情况种植适当密度的植物。如果种植得太稀，光能就得不到充分的利用；如果种植得太密，植物互相遮挡，植物也不会茁壮地生长。
3.实验设计：证明温度对光合速率的影响。
（1）实验目的：了解温度是光合速率的因素之一。
（2）实验材料、试剂：金鱼藻，NaHCO3，清水，试管，烧杯，铁架台，温度计，水族箱，可调式加温器，棉花和小刀。
（3）实验步骤：
①在水中剪下生长健壮的没有损伤的金鱼藻嫩枝后，切口向上插入已经装满清水的试管内，并用棉花裹住管口，放在盛有清水并放有NaHCO3的烧杯内，同样准备三套装置。
②在烧杯里插入可调式加温器，对水加温，分别将三个装置的水温调节到15 ℃、25 ℃、35 ℃，用温度计测定水温。
③把三个装置都放到距灯光20 cm处进行光照，数分钟后可以看到在金鱼藻的切口处冒气泡。观察并记录在不同水温下释放气泡的速度。
（4）结果分析：光合作用的强度受到外界温度的影响，在一定范围内，高温能促进光合作用，而低温却能使光合作用的反应速度减慢。
（5）结论：光合作用是一个复杂的碳素同化过程，每一反应都需要酶的参与，温度的不同使酶的活性发生变化，从而改变反应进行的速度。
4.实验设计：请自选材料用具，设计一个实验证明“植物的光合作用需要二氧化碳”。
实验题目：验证“植物的光合作用需要二氧化碳”。
实验材料：
实验方法和步骤：
实验结论：
●板书设计
第三课时 光合作用的探究历程和光合作用原理的应用
（三）光合作用的探究历程
1.海尔蒙特的盆栽柳条实验
2.普利斯特利的实验
3.英格豪斯的实验
4.萨克斯的实验
5.鲁宾和卡门的实验
（四）光合作用原理的应用
1.提高光合作用强度的措施
2.探究环境因素对光合作用的影响
●习题详解
一、练习（课本P106）
（一）基础题
1.（1）√ （2）× 2.B 3.D 4.C 5.D 6.B
7.光合作用中光反应阶段的能量来源是光能，暗反应阶段的能量来源是ATP。
8.白天若突然中断二氧化碳的供应，叶绿体内首先积累起来的物质是五碳化合物。
（二）拓展题
1.（1）根据图中的曲线表明，7～10时光合作用强度不断增强，这是因为在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度是随着光照加强而增强的。
（2）在12时左右光合作用强度明显减弱，是因为此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。
（3）14～17时光合作用强度不断下降的原因是此时光照强度不断减弱。
2.（略）
二、本节聚焦（课本P101）
1.人们对光合作用的认识经历了一个漫长的阶段，大约用了近200多年的时间，才对光合作用的生理过程有了一些认识，知道了光合作用的场所、条件、原料和产物。从公元前3世纪古希腊学者亚里士多德提出土壤是植物体的食物来源，直到20世纪40年代初，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究，了解了光合作用中各产物组成元素的来龙去脉后，对光合作用才有了一个较彻底的认识。
2.光合作用的第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段在叶绿体基粒的类囊体薄膜上进行。从物质变化的角度来看，一是把水分解成了O2和具有强还原性的[H]，二是把ADP和Pi合成了ATP；从能量变化的角度来看，把光能转化成了ATP中活跃的化学能。
光合作用的第二个阶段中的化学反应，有光没光都可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段在叶绿体基质中进行。从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被还原成（CH2O）和C5；从能量转变的角度来看，ATP中活跃的化学能变成了稳定的化学能储存在糖类等有机物中。
3.影响光合作用的外界因素有光照、二氧化碳浓度、温度、水、矿质元素等。
4.利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用称为化能合成作用。如硝化细菌能够利用土壤中的NH3氧化为亚硝酸和硝酸时所释放的化学能来制造有机物。
三、旁栏思考题（课本P101）
提示：持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。
四、思考与讨论（课本P103）
1.光合作用的原料是二氧化碳和水，产物是糖类和氧气，场所是叶绿体，条件是要有光，还需要多种酶等。
光合作用的反应式：
2.从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切。例如：直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳，这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳；卡尔文用同位素示踪技术探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，都说明在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展的推动作用。
3.提示：①许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索，他们不断地探索研究，从不放弃，坚持到底，这种献身科学的精神值得我们学习；
②使我们体验到了科学探究的一般过程是：通过观察、发现问题—提出问题、进行假设—制定计划、设计实验—观察实验、获取证据—检验假设、得出结论，并认识到科学发现的艰难，科学研究方法的重要性，以及综合利用各学科的成果和研究手段的重要性；
③科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则，这些科学实验方法都是值得我们借鉴的。
五、思考与讨论（课本P104）
1.区别：
光反应阶段 暗反应阶段
反应场所 叶绿体基粒的类囊体薄膜上 叶绿体基质中
反应条件 必须有光，需要与光反应有关的酶催化 有光无光均可，需要与暗反应有关的酶催化
物质变化 ①水分解成O2和H2O；②形成ATP ①CO2的固定②C3被[H]还原，最终形成糖类③ATP转化成ADP和Pi
能量变化 光能转化为ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
2.物质联系：光反应阶段产生的 [H]，在暗反应阶段用于还原C3。
能量联系：光反应阶段产生的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。第4节 细胞中的糖类和脂质
●从容说课
本节学习的内容与学生的生活和身体健康有着密切的联系。我们教学中可以按照教材中的问题探讨创设情境，让同学们观察课本上的图片,从平日熟悉的食物中思考我们如何利用食物中的有机物,通过学生对糖类和脂质认识的基础为切入点,将学生引入新课。也可以通过一系列平时常见的问题创设问题情境：如为什么有些人在早晨空腹运动会发生晕眩 应怎么处理比较好？人的肥胖症状与饮食中的糖类和脂肪有什么关系 用这些问题引发学生思考,作为情境引入,调动学生学习新课的积极性。
课堂教学的重心应放在对糖类的学习上,教学方法可以是自主学习和讨论交流。由于糖类的知识比较容易理解，生活中接触较多，所以可尝试让学生当小老师，归纳整理糖类的种类和主要作用，懂得无论动物还是植物都存在糖类，糖类分为单糖、二糖、多糖三大类。多糖的种类是学生不太容易理解的地方，可以利用教材上形象的插图来帮助学生理解，糖类是细胞和生物体生命活动的主要能源物质，然后通过列举生活中的实例来丰富学生的感性认识。学习脂质的内容时同样根据学生已有的生活经验展开，让学生了解脂质对于生物体和细胞的重要作用,尤其是在结构组成和功能调节上的重要性,尽量联系人的身体健康,如肥胖、心脏病等，讨论脂肪对人体的利弊,认识脂肪对于细胞和生物体的作用和脂肪过多造成的危害，拓展学生的视野。使学生认识养成健康的生活方式和习惯的重要意义。
本节的最后一段内容，是对蛋白质、核酸、多糖三类生物大分子结构组成的高度概括。说明这三种生物大分子都是以单体为单位的多聚体，都是以碳链为骨架，碳是生命的核心元素。
●三维目标
1.知识与技能
（1）概述糖类的种类和作用。
（2）举例说出脂质的种类和作用。
（3）说明生物大分子以碳链为骨架。
2.过程与方法
（1）尝试进行自主学习和合作学习。
（2）运用生物学知识解决社会生活中一些实际问题。
（3）运用互联网、图书、杂志进行资料的收集和整理。
3.情感态度与价值观
（1）参与小组合作与交流，培养学生自主、探究、合作式的学习方式。
（2）认识生物科学的价值。
（3）养成健康的生活方式和习惯。
●教学重点
1.糖类的种类和作用。
2.说明生物大分子以碳链为骨架。
●教学难点
1.多糖的种类。
2.生物大分子以碳链为骨架。
●教具准备
1.学生家庭的一般食谱。
2.学生查找的资料：标准体重怎么衡量。肥胖的原因。
3.实物投影仪。
4.平时膳食的几种食物图、几种二糖组成示意图、几种多糖的分子组成示意图。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
１.学生家庭的一般食谱。
２.学生查找的资料：标准体重是怎么样的？肥胖的原因是什么？
［情境创设］
某所中学早上7：00准时进行升旗仪式。校长正有声有色地发表讲话，突然一个同学晕倒了！脸色苍白。老师和同学们七手八脚地把他送到校医室抢救。医生不慌不忙地给他喝一杯糖水，不一会儿，他清醒了。这是为什么呢？
假如我们上午上课已经到最后一节课了，你的身体有什么感觉？（很饿、四肢无力、思维也迟钝了）
你想吃饭了吧？吃饭后你会觉得又有了力气。为什么呢？（那是因为补充了能量）
请观察平时膳食的几种食物图。讨论这些食物含有的能量一样吗？当你在学校参加运动会消耗了大量体力时，你认为图中能尽快为你补充能量的食物是什么？
［师生互动］
（一）学生以四人为一个小组，认识图中的各种食物，讨论问题探讨中提出的问题。学生充分发表自己的意见。
学生对食物中含有能量的知识不是很了解，但是人人都清楚，吃了东西，人就不会挨饿，就会有力气。学生一定能猜想出，各种食物所含有的能量是不一样的。
能尽快为你补充能量的食物是什么？学生的答案是五花八门的，老师可以以此转入正题，能够为细胞生命活动提供能量的物质很多，细胞生命活动的主要能源物质是糖类。
（二）通过谈话、自学和归纳总结，让学生认识糖类的种类和作用。
1.你能列举一些你所熟悉的糖的名称吗？
白糖、黄糖、冰糖、麦芽糖、葡萄糖、砂糖、蔗糖……
2.这些糖都是同一种类型的糖吗？
不是/不知道。
3.糖都是甜的吗？
是/不知道。
其实，除了我们熟悉的这些甜的糖之外，还有很多糖是不甜的，例如淀粉、植物细胞壁的组分之一的纤维素等都是糖类。
4.糖类由哪些元素构成？糖类可以分为几大类？每一种类型的糖类有哪些具体的糖？它们主要存在于哪种生物体上？请同学们阅读课文P30～P31，细胞中的糖类的内容，并归纳整理知识结构。
5.学生代表上讲台讲自己对这部分知识的归纳情况，请学生填写完整如下的表格。
种 类 分 布 功 能
单糠 五碳糖 核糖 细胞中都有 组成RNA的成分
脱氧核糖 细胞中都有 组成DNA的成分
六碳糖 葡萄糖 细胞中都有 主要的能源物质
果糖 植物细胞中 提供能量
半乳糖 动物细胞中 提供能量
二糖 麦芽糖 发芽的小麦、谷粒中含量丰富 都能提供能量
蔗糖 甘蔗、甜菜中含量丰富
乳糖 人和动物的乳汁中含量丰富
多糖 淀粉 植物粮食作物的种子、变态根或茎等储藏器官中 储存能量
纤维素 植物细胞的细胞壁中 支持保护细胞
糖元 肝糖元 动物的肝脏中 储存能量，调节血糖
肌糖元 动物的肌肉组织中 储存能量
6.单糖、二糖、多糖是怎么区分的？
单糖：不能水解的糖。
二糖：由两分子的单糖脱水缩合而成。如麦芽糖由两个葡萄糖分子脱水缩合而成，蔗糖可以水解为一分子果糖和一分子葡萄糖，乳糖可以水解为一分子葡萄糖和一分子半乳糖。（展示课本P31图2－11）
多糖：由许多的葡萄糖分子连接而成。如淀粉、纤维素、糖元，构成它们的基本单位都是葡萄糖。
（展示课本P31图2－12）
7.人在患急性肠炎时，往往采取静脉输液治疗，输液中含有葡萄糖。你们知道为什么吗？请小组讨论。
临床上医生给病人输入葡萄糖液，可以为病人提供能量和营养。葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，是“生命的燃料”，它在细胞内被氧化分解，放出大量的能量，为病人的生命活动提供能量。
8.葡萄糖的能量如何衡量？
无论体外燃烧还是体内释放能量，1 g葡萄糖释放的能量大约为17.15 kJ。
9.糖尿病与糖的摄取量有关吗？为什么要严格限制糖尿病人的甜味食品以及米饭、馒头等主食？有关。甜味食品含有糖，米饭、馒头含有的淀粉经消化分解后生成的是葡萄糖。
10.你能否通过上网、查找书报等途径得到更多糖尿病方面的知识？
11.有人认为，吃的糖过多或吃得过饱，即使不吃肥肉也很容易引起肥胖，你认为对吗？
12.比较你们的家庭食谱，在质量相同的情况下，你知道其中含能量最高的食物是哪一种吗？
（三）通过小组讨论的方式，了解细胞中脂质的种类和作用。阅读课文P32。
1.组成脂质的化学元素主要是什么？（C、H、O，有些含有P、N）
2.常见的脂质有哪些？（脂肪、磷脂、固醇。固醇又包括胆固醇、性激素、维生素D等）
3.在人和动物体内，脂肪主要分布在哪些部位？（皮下、大网膜、肠系膜）
4.在日常生活中，你所知道的含脂肪较高的植物有哪些？脂肪主要在这些植物的什么器官？（花生、油菜、向日葵、松子、核桃、芝麻、蓖麻等的种子里）
5.讨论：在人体的脏器周围的脂肪对人体有何利弊？
脂肪除了可以储存大量能量外,还具有隔热、保温、缓冲和减压的作用,可以有效地保护动物和人体的内脏器官。
如果人过多地摄入脂肪食物，缺少运动，就有可能导致肥胖。体内脂肪过多将增加心脏的负担，我们要适度摄入脂肪类食物。若多吃动物性脂肪和含胆固醇高的食物，如肥肉、脑、肝、蛋黄等，容易引起冠状动脉硬化性心脏病。
……
1 g糖元氧化分解释放约17 kJ的能量，而1 g脂肪可以放出约39 kJ的能量。脂肪是细胞内良好的储能物质。磷脂是构成细胞膜的重要成分。固醇又包括胆固醇、性激素、维生素D等。它们对人体的代谢起到很重要的调节作用。
（四）引导学生理解生物大分子以碳链为骨架。
1.我们熟悉的生物大分子有哪些？（多糖、蛋白质、核酸等）
2.多糖、蛋白质、核酸的基本组成单位分别是什么？（单糖、氨基酸、核苷酸）
3.什么是单体？多聚体？（单糖、氨基酸、核苷酸这些组成大分子的基本单位称为单体。许多单体连接成多聚体）
4.如何理解单体以碳链为骨架？（每一个单体都是以若干个相连的碳原子构成的）
5.如何理解碳原子在组成生物大分子中的作用？
［教师精讲］
糖类和脂质都是细胞内的重要有机化合物，广泛分布在动植物中，两者都是由C、H、O三种元素构成，有的脂类还有N、P等元素。
糖类和脂类对生命活动有不同的作用。两者都是能源物质。生命系统的一切生命现象和代谢活动都需要不断输入能量，因此它们对细胞和生物体的能量代谢非常重要。
多糖、蛋白质、核酸等生物大分子都是由单体构成的多聚体。每一个单体都是以若干个相连的碳原子构成的碳链为骨架。所以生物大分子以碳链为骨架。没有碳就没有生命。
［评价反馈］
1.多糖在生物体内转化为单糖是通过
A.蛋白酶的消化作用 B.脱氢作用 C.缩合作用 D.水解作用
2.生物体进行生命活动的主要能源物质是
A.糖类 B.脂肪 C.蛋白质 D.核酸
3.苹果细胞中含量最丰富的多糖是
A.蔗糖、麦芽糖 B.淀粉、糖元 C.淀粉、纤维素 D.糖元、纤维素
4.下列脂质中参与细胞膜构成的是
A.脂肪 B.磷脂 C.维生素D D.性激素
5.糖元、核酸、淀粉酶的基本组成单位分别是
A.碱基、单糖、氨基酸 B.葡萄糖、碱基、氨基酸
C.乳酸、核苷酸、葡萄糖 D.葡萄糖、核苷酸、氨基酸
6.图2－4－1表示细胞中四种有机物的组成和功能，请分析回答：
图2－4－1
（1）A是__________，E在动物体内是指__________，在植物体内是指__________。
（2）F是______，它是由B（脂肪酸和甘油）形成的，除此之外，脂质还包括____和____。
（3）C是__________，C形成G的过程叫__________。
（4）D是__________，H可分为__________和__________。
参考答案：
1.D 2.A 3.C 4.B 5.D
6.（1）葡萄糖 糖元 淀粉 （2）脂肪 磷脂 固醇 （3）氨基酸 缩合 （4）核苷酸 DNA RNA
［课堂小结］
［布置作业］
1.P33练习题。
2.请你通过上网或其他途径查阅资料，分析产生肥胖的原因，并提出一些好的减肥方法。
［课后拓展］
1.冠状动脉硬化性心脏病
此病是由于冠状动脉粥样硬化，造成管腔狭窄或闭塞而使心肌缺血缺氧而引起的心脏病。肥胖症、糖尿病和缺少运动的人容易患此病，多在春、冬季节发病。预防此病主要是经常参加体育运动，凡40岁以上特别是患有高血压和糖尿病的人，应少吃动物性脂肪和含胆固醇高的食物如肥肉、脑、肝、蛋黄等，预防动脉硬化，定期体检及早治疗。
2.糖尿病
是由于胰岛素分泌不足所引起的糖代谢紊乱的一种代谢疾病。多发生在中年肥胖者。主要症状是三多一少，即多吃、多喝、多尿，体重减少。预防本病在于节制饮食以免过胖，避免精神刺激等。
3.肥胖
不仅使人行动不便，身材不美，更重要的是引起心脑血管的疾病，危害健康，请你分析产生肥胖的原因。有人为了减肥，大量服用减肥药物或者节食，然而效果并不好。请你通过上网或其他途径查阅资料，说明效果不好的原因，并提出一些好的减肥方法。
4.标准体重
一个人是否肥胖，可以用标准体重来衡量。凡是体重超过标准体重的10%的人为超重，体重超过标准体重的20%的人就是肥胖。中国人标准体重的简便计算公式如下：
男性：标准体重（kg）=身高（cm）－105
女性：标准体重（kg）=身高（cm）－100
5.脂质过氧化作用对机体的损伤
脂质过氧化作用对机体损伤的机制十分复杂，是当前研究的重要课题之一。
脂质过氧化的直接结果是膜不饱和脂肪酸减少，膜脂的流动性降低。过氧化产物还会引起膜蛋白共价交联与聚合,使膜蛋白处于永久性缔合状态,严重限制了膜蛋白在膜平面上的运动,导致膜功能异常。
动脉粥样硬化是一种主要侵害大、中动脉,使血管内壁增厚、变硬、管腔狭窄的疾病。脂质过氧化物与此过程密切相关。
老年斑或老年色素是衰老的重要标志之一。它出现在老年人的皮肤,特别是面部和手的背部，表现为褐色斑块或斑点。老年色素主要由脂褐素和黑色素组成。脂褐素是长期累积在老细胞内的不溶性有色物质,是氧化了的不饱和脂质、蛋白质和其他细胞降解物的聚合物,存在于所有细胞特别是神经元和肌肉细胞，影响RNA代谢，使细胞萎缩和死亡。
6.含淀粉类油炸食品贴上致癌标签
薯类油炸食品中含有的可能致癌物丙烯酰胺平均含量高出谷类油炸食品4倍。卫生部前日首次发布“慎食含淀粉类的油炸食品”公告,建议大家尽量避免长期食用高温加工的淀粉类食品,改变以油炸、高脂肪食物为主的饮食习惯,减少因丙烯酰胺可能导致的健康危害。
卫生部食品污染物监测网监测结果显示,高温加工的淀粉类食品丙烯酰胺含量比较高,尤其是高温加工的薯类食品,比方说炸薯片、炸薯条,它的丙烯酰胺含量要高出油炸谷类食品的四倍。中国疾病预防控制中心提供的资料还显示,速溶咖啡、大麦茶、玉米茶也含有丙烯酰胺。
著名肿瘤专家孙燕院士曾在采访中表示,其实不光是薯条、薯片等西方食品,中国人食用了多年的油饼、油条等油炸类食品也脱不开“致癌”的黑标签。中国癌症研究基金会孟祥柱向媒体表示，油炸、烧烤等种类食物对人体健康的危害,远远大于近来为人们所熟知的苏丹红。（摘自《南方日报》2004年4月15日）
丙烯酰胺是一种化学物质,是生产聚丙烯酰胺的原料,主要用于塑料制品的生产及涂料、橡胶、污水净化等工业。淀粉类食品在高于120 ℃的温度下烹调,容易产生丙烯酰胺。动物实验结果显示,丙烯酰胺是一种可能致癌物。流行病学观察表明,长期低剂量接触丙烯酰胺会出现嗜睡、情绪和记忆改变、幻觉和震颤等症状，并伴随末梢神经病（手套样感觉、出汗和肌肉无力）。（摘自《南方日报》2004年4月15日）
7.淀粉
淀粉是植物生长期间以淀粉粒形式储存于细胞中的储存多糖。它在种子、块茎和块根等器官中含量特别丰富。
当淀粉悬于水中并加热时,淀粉粒吸水溶胀并发生破裂,淀粉分子进入水中形成半透明的胶悬液，这一过程称凝胶化或糊化。当凝胶化的淀粉液缓慢冷却并长期放置时，淀粉分子会自动聚集并借助分子间的氢键键合形成不溶性微晶束而重新沉淀，这种现象称为退行或老化。食品工业中为防止淀粉老化,可将淀粉食品速冻至零下20 ℃,使食品中的水迅速结晶以阻止淀粉分子聚结而沉淀。
淀粉除作为食物外,主要用作食品和医药等工业用的增甜剂（如水解糖浆）和增稠剂（如糊精）。把天然淀粉进行适当处理,使它的某些物理或化学性质发生改变,以适应特定的需要，这种淀粉称为改型淀粉。实验室中常用的可溶性淀粉就属于这一类,它是普通淀粉在质量分数为7.5%的盐酸中室温下放置7 d形成的。
天然淀粉一般含有两种组分：直链淀粉和支链淀粉。多数淀粉所含的直链淀粉与支链淀粉的比例为（20%～25%）∶（15%～80%）。某些谷物如蜡质玉米和糯米等几乎只含支链淀粉，而皱缩豌豆中直链淀粉含量高达98%。直链淀粉和支链淀粉在物理和化学性质方面有明显差别。纯的直链淀粉仅少量地溶于热水,溶液放置时重新析出淀粉晶体（退行现象）。支链淀粉易溶于水,形成稳定的胶体,静置时溶液不出现沉淀。
淀粉在酸或淀粉酶作用下被逐步降解,生成分子大小不一的中间物,统称为糊精。糊精依相对分子质量的递减,与碘作用呈现由蓝紫色、紫色、红色至无色。例如,淀粉糊精呈现蓝紫色,红糊精为红褐色,消色糊精无色。
●板书设计
第4节 细胞中的糖类和脂质
一、细胞中的糖类
元素组成 含 量 种 类 功 能
C、H、O 很少 单糖、二糖、多糖 生命活动主要能源
二、细胞中的脂类
元素组成 含 量 种 类 功 能
C.H、O（有些含N、P） 1%～2% 脂肪、磷脂、固醇 储能、代谢调节等
三、生物大分子以碳链为骨架
●习题详解
一、练习（课本P33）
（一）基础题
（1）√（细胞有细胞膜，细胞膜是由磷脂双分子层和蛋白质分子组成）
（2）×（植物细胞的细胞壁含有纤维素，动物细胞没有）
2.C（葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质。二糖、多糖等必须分解成葡萄糖才能被细胞利用）
3.C（植物体内含有的多糖是淀粉和纤维素。动物体内的多糖是糖元）
4.C（多糖是生物大分子，是由许多基本的组成单位连接而成的。这些基本单位称单体。糖元、淀粉、纤维素的基本单位都是葡萄糖）
5.C（脂肪是动物细胞内良好的储能物质）
（二）拓展题
1.糖类是生物体利用的主要能源物质,尤其是大脑和神经所利用的能源必须由糖类来供应。而脂肪是生物体内最好的储备能源。脂肪是非极性化合物,可以以无水的形式储存在体内。虽然糖元也是动物细胞内的储能物质,但它是极性化合物,是高度的水合形式,在机体内储存时所占的体积相当于同等重量的脂肪所占体积的4倍左右。因此脂肪是一种很“经济”的储备能源。与糖类氧化相比,在生物细胞内脂肪的氧化速率比糖类慢,而且需要消耗大量氧气,此外,糖类氧化既可以在有氧条件下也可以在无氧条件下进行,所以对于生物体的生命活动而言,糖类和脂肪都可以作为储备能源,但是糖类是生物体生命活动利用的主要能源物质。
2.葡萄糖是不能水解的糖类,它不需要消化可以直接进入细胞内,因此葡萄糖可以口服也可以静脉注射；但是蔗糖只能口服而不可以静脉注射,因为蔗糖是二糖,必须经过消化作用分解成两分子单糖后才能进入细胞。蔗糖经过口服后,可以在消化道内消化分解,变成单糖后被细胞吸收。
二、问题探讨（课本P30）
1.不一样。
2.糖类。
三、本节聚焦（课本P30）
1.细胞中的糖类主要有单糖、二糖、多糖三大类。糖类是细胞生命活动的主要能源物质。
2.细胞中的脂质主要有脂肪、磷脂、固醇三大类。脂肪是细胞内良好的储能物质。磷脂是构成细胞膜和多种细胞器膜的重要成分。固醇又可以分为胆固醇、性激素、维生素D等。胆固醇是构成细胞膜的重要成分，参与血脂的运输；性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成；维生素D能促进钙和磷的吸收。
3.生物大分子以链为骨架。
四、旁栏思考题（课本P31）
糖尿病人饮食中,米饭、馒头等主食也需限量,是因为其中富含淀粉,淀粉经消化分解后生成的是葡萄糖。
五、旁栏思考题（课本P32）
熊在冬眠前大量取食获得的营养,有相当多的部分转化为脂肪储存,既可御寒,也供给冬眠中生命活动所需的能量。
六、思考与讨论（课本P32）
1.脂肪主要分布在人和动物体内的皮下、大网膜和肠系膜等部位。某些动物还在特定的部位储存脂肪,如骆驼的驼峰。
2.花生、油菜、向日葵、松子、核桃、蓖麻等植物都含有较高的脂肪,这些植物的脂肪多储存在它们的种子里。
3.脂肪除了可以储存大量能量外,还具有隔热、保温和缓冲的作用,可以有效地保护动物和人体的内脏器官。
4.（略）●备课资料
1.中国生物膜研究新进展
膜生物学是一门既传统又崭新的交叉学科。生物膜是由蛋白质、脂类及糖等组成的超分子体系。几乎所有细胞的重要功能都与生物膜相关。人类基因组中编码并可表达为蛋白质的基因约为30 000～40 000,据估计,表达的蛋白质中内在膜蛋白也占1/4～1/3。这些膜蛋白在细胞信号转导、物质运输、能量转换等细胞生命活动中发挥重要作用。目前知道,有一半以上的药物作用靶标是膜蛋白。近年来,生物膜研究的创新成果不断涌现,发展迅猛。由于生物物理学、结构生物学、分子生物学、细胞生物学、生理学等不同学科的广泛交叉,以及分子和细胞生物学技术、膜片钳技术、单分子技术、超敏探测技术、生物膜传感技术、纳米技术和显微成像技术的应用,大大促进和拓宽了膜生物学的发展。
（1）膜蛋白三维结构的研究
中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室杨福愉院士及其他专家认为,正在成为研究的热点问题。
（2）物质跨膜运输和跨膜信号转导
物质的跨膜运输,特别是蛋白质在细胞内的运输和定位是目前国际研究的热点问题之一。
（3）植物信号转导与光合膜的研究
植物细胞的物质运输、光合作用及植物信号转导在生物膜研究领域受到广泛关注。
（4）生物膜与细胞凋亡
近10年来细胞凋亡研究取得了突飞猛进的进展,研究表明,细胞凋亡在多种疾病,如肿瘤、神经退行性疾病、心脏病、免疫疾病和艾滋病等疾病的发生中起重要作用。
（5）生物膜与疾病
生物膜/膜蛋白的变化与多种疾病直接相关。线粒体基因组的变异及其编码的氧化磷酸化酶蛋白结构和功能的缺陷和失控都涉及心血管病、老年痴呆、帕金森氏等神经退行性疾病,糖尿病、肿瘤以及衰老和细胞死亡等医学问题,形成了一个线粒体医学新领域。
（6）新技术在生物膜研究中的应用
不断涌现的新技术在生物膜研究中起关键作用。例如研究生物单分子，就是对单个分子进行成像观察、构象变化、动力学、分子操纵以及分子间相互作用的探讨。
（7）仿生物膜的研究
用于仿生膜研究的分子组装技术,使得有可能构造出具有表面纳米阵列的生物膜模拟材料,即具有表面纳米阵列的固体支撑磷脂膜。微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆,使其形成微小粒子的技术。这种微小粒子称为微胶囊。它们能保护物质免受环境影响,具有屏蔽气味、颜色,改变物质重量、体积、状态或表面性能,隔离活性成分,降低挥发性和毒性,控制释放等多重作用,因而可广泛应用于医药、食品、农药、化妆品等诸多领域。
2.膜流动性的控制机制
所谓膜的流动性，包括膜脂的流动性和膜蛋白质的运动性。膜脂的流动性随温度不同而有变化，或处于固相，或处于液相。当缓慢提高温度时，脂双层可由晶态（凝胶）熔融为较为流动的液态，发生这一变化的熔融温度即相变温度。在相变温度以上，脂类处于液晶态，膜脂分子具有多种运动方式，如绕化学键旋转、左右摆动、围绕与膜平面相垂直的轴左右作旋转运动、沿膜平面作侧向扩散或侧向移动、由一个单分子层倒翻至另一层。有许多因素会影响膜脂的流动性，其中脂肪酸本身的不饱和程度起着主要的作用。膜的流动性对膜的功能活动，特别是酶的活性，具有重要意义。
关于膜蛋白的运动性，指膜蛋白在不同情况下都可以发生位置的变动。膜蛋白的运动方式有侧向扩散和旋转运动等。膜蛋白的运动要受其周围的膜脂性质和相态的制约，还要受细胞内部结构的控制，它在膜中的运动并不是随机性的“漂流”。
3.膜蛋白
不同生物膜中蛋白质的含量不同。例如，线粒体内膜的蛋白质可占膜总物质的75％，而神经纤维的髓鞘膜的蛋白质只有膜重的25％或更少。在一般质膜中，蛋白质约占膜重的50％，蛋白质与脂类分子数之比约为1∶50。
膜蛋白可分为两大类，即固有蛋白或内在蛋白和外在蛋白。固有蛋白都是以其疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合的。它们大多是两端都带有极性的，因而大多都贯穿膜的内外。两个极性端则暴露于膜的表面。也有些固有蛋白只是部分地插入脂双层，只有一端是亲水的，暴露在膜外。外在蛋白不与磷脂分子的疏水部分直接结合，它们只是以非共价键结合在固有蛋白的外端上，或结合在磷脂分子的亲水头上。
膜蛋白的功能是多方面的。有些膜蛋白可作为“载体”而将物质带入或带出细胞。有些膜蛋白是激素或其他化学物质的特异受体，如甲状腺细胞上有接受来自脑垂体的促甲状腺素（TSH）的受体。膜表面还有各种酶（蛋白质），使特异的化学反应能在膜上进行，如内质网膜上的酶能催化磷脂的合成等。细胞的识别功能也是决定于膜的表面蛋白的。这些蛋白可统称为表面抗原。表面抗原能和特异的抗体结合，如人细胞表面有一种蛋白质抗原HLA，这是一种变化极多的双链分子。不同的人有不同的HLA分子，器官移植时，被植入的器官常被排斥，就是因为植入细胞的HLA分子不为受体所接受之故。
很多膜蛋白在脂双层中能自由移动，这可通过人、鼠两种细胞的融合实验而得到证明。在诱导人、鼠细胞融合时，从开始诱导到两个细胞实现融合之间陆续取出细胞，用固定剂（戊二醛）杀死，使表面抗原停留原地，然后将一种细胞的抗体，假定是小鼠细胞的抗体，染以荧光染料，将这种带有荧光的抗体放入融合细胞的外面介质中，抗体就和小鼠细胞的表面抗原结合，结果小鼠细胞表面也有了荧光，而人细胞由于不和小鼠抗体结合，没有荧光。这样就可在荧光显微镜下分清两种细胞的表面抗原（蛋白质）了。实验结果表明，细胞开始融合时，人、鼠细胞的表面抗原“泾渭分明”，各自只分布于各自的细胞表面；但在融合之后，两种抗原就平均地分布在融合细胞的表面了。另外一例：淋巴细胞的表面抗原蛋白在抗体或植物凝集素（即从植物中分离出的能使细胞凝集成团的物质）的作用下，不再均匀分布而聚集到膜表面的某些部位上。这两例都说明膜蛋白是可以移动的，也证明了生物膜的流体性。●备课资料
1.绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA
生物体内存在三千多种具有不同功能的酶，一切生命现象都与酶有关，因为活细胞内的生物化学反应，都是在酶的催化作用下进行的，没有酶，新陈代谢就不能进行，生命也就会随之停止。酶的化学本质是蛋白质，随着美国科学家Sumner提取的脲酶并获得结晶得到证实。这一认识直到20世纪80年代后才被人们普遍接受。20世纪80年代初科学家Cech和Altman分别发现了具有催化作用的RNA——核酶（RNaseP）。RNaseP酶，它是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的。科学家将这种酶的蛋白质除去，同时提高镁离子的浓度，留下来的RNA仍具有与该酶相同的催化活性。为此两人于1989年共同获得诺贝尔化学奖。后来的科学实验进一步证实其他某些RNA分子与那些构成酶的蛋白质分子一样，也都是效率非常高的生物催化剂。
2.设计对照实验常用的方法
a.空白对照 不给对照组任何处理因素。如“证明甲状腺激素可促进幼小动物的发育”的实验中，可用含甲状腺制剂的饲料喂蝌蚪，另一组不作任何处理作为对照。
b.条件对照 虽然给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的处理因素。但这种处理是有对照意义的。如“证明甲状腺激素可促进幼小动物的发育”的实验中，可用甲状腺抑制剂饲喂蝌蚪，这就是作为条件对照的。
c.自身对照 对照和实验都在同一研究对象上进行。有的是同一研究对象在实验前后对照，如“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验；有的是在同一研究对象的不同部位进行对照，如利用银边天竺葵（叶片边缘无绿色）证明光合作用需要叶绿素。
d.相互对照 不单设对照组，而是几个实验组相互对照。如“证明温度对酶活性的影响”的实验中，用不同的温度分别处理得出结论是作为相互对照的。
3.影响酶促反应的常见因素
（1）温度对反应速度的影响：升高温度可加快酶促反应速度，同时也会加速酶蛋白变性，酶促反应速度降低。酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。酶的最适温度不是酶的特征性常数，酶可在短时间内耐受较高的温度，延长反应时间，酶的最适温度会降低。由于低温时酶活性虽降低但不被破坏，故保存菌种和酶制剂需低温条件。测定酶活性时，常控制反应体系在最适温度。
（2）pH对酶促反应速率的影响：pH影响酶活性中心某些必需基团、辅酶及许多底物的解离状态，因而，pH的改变对酶的催化作用影响很大。酶促反应速率最快时的环境pH称为酶促反应的最适pH。环境pH高于或低于最适pH，酶活性都降低。动物体内多数酶的最适pH接近体液中性pH，但胃蛋白酶最适pH约为1.8，肝精氨酸酶最适pH约为9.8。酶的最适pH也不是酶的特征常数。在测定酶活性时，应选用适宜pH的缓冲液保持酶活性相对恒定。
（3）抑制剂对反应速率的影响：能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称酶的抑制剂。抑制剂与酶活性中心内、外的必需基团结合而抑制酶的活性。除去抑制剂可使酶的活性恢复。根据抑制剂与酶结合牢固或疏松，分为可逆性抑制与不可逆性抑制。第2节 细胞器——系统内的分工合作
●从容说课
本节教材的编写不仅仅是介绍有关细胞器的基本结构以及功能的知识，而是把细胞作为一个基本的生命系统，引导学生用系统的观点来认识细胞，探讨组成生物体的各个细胞是怎样相对独立，又紧密联系的，细胞的生命活动是怎样通过各组成成分的协调配合完成的。由于该节知识微观、抽象，教学时，首先引导学生联系生活经验进行类比，认识细胞内各个细胞器及其分工，然后采用：识图——感知科学过程和方法——实验观察——解决问题的流程进行教学。
本节课计划用三个课时来完成。第一课时通过引导学生识图，感知科学过程和方法，了解细胞，细胞器的结构、形态和功能，达到从理性上认识细胞器。第二课时安排用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体的实验，以增强学生对叶绿体和线粒体的感性认识，进一步了解叶绿体、线粒体的形态和分布，为下一步学习其功能打下伏笔，同时巩固使用高倍显微镜的方法步骤。
学生在学习了各种细胞器的结构和功能之后，脑子里还是一个个独立的细胞器的印象，还没有把这些细胞器作为一个系统的组成成分联系起来，所以，第三课时教师以分泌蛋白的合成和运输为例，通过设计的问题，创设问题情境，让学生分析分泌蛋白合成并分泌到细胞外的过程，体会细胞器之间的分工和协调配合，引导学生思考，在激活学生原有知识的基础上，进一步发现新的知识。细胞内的各种生物膜在结构上有一定的联系，同时，结构又决定功能，各种生物膜在功能上分工、协作，才能保证细胞的生命活动高效、有序地进行。因此必须以此为切入点，明确各种生物膜在结构上有哪些联系，在功能上又是如何分工协作的，才能深入理解细胞是生物体结构和功能的基本单位。使学生进一步理解生物膜系统的概念，形成一定的知识体系。最后适当补充一些资料，使学生知道相关知识发展的新动向，了解一些科研方法，并且有利于培养学生的阅读和分析能力。
●三维目标
1.知识与技能
（1）举例说明几种细胞器的结构和功能。
（2）了解分离各种细胞器的科学方法。
（3）了解植物细胞和动物细胞的区别。
（4）用高倍镜观察叶绿体、线粒体在细胞中的分布和形态。
（5）制作人的口腔上皮细胞临时装片；制作藓类植物叶片的临时装片。
（6）实验原理
①叶绿体是细胞中最大的细胞器之一，数量多，呈绿色，用高倍显微镜在活细胞状态下，不需要染色就可以清晰地看到。
②线粒体在动植物代谢比较旺盛的细胞中数量较多，健那绿染液是针对线粒体的专一性很强的活细胞染料，对活细胞进行染色后可以把线粒体染成蓝绿色，并用显微镜观察。
（7）明确生物膜的化学组成和基本结构。
（8）理解细胞的生物膜系统的概念和作用。
（9）理解细胞的生物膜系统是一个在结构和功能上都是紧密联系的统一整体。
（10）了解生物膜的研究成果及研究意义。
2.过程与方法
（1）自主学习：让学生通过类比认识细胞内各细胞器及其分工。通过资料的阅读和设计的问题的引导，培养学生分析和理解问题的能力，进而发展综合的能力。
（2）思维训练：利用课本插图、教学挂图和课件，培养和发展学生的读图能力，提高分析、类比归纳的学习方法。
（3）合作实验、自主探究、讨论答疑。
3.情感态度与价值观
（1）引导学生认同：细胞是一个基本的生命系统，其生命活动是通过各组成成分的协调配合完成的。
（2）让学生体验到科学研究离不开探索精神、理性思维和技术手段的结合。
（3）通过细胞内各种生物膜在结构和功能上联系的学习，进一步明确结构与功能相统一的观点以及事物之间存在普遍联系的观点。
（4）通过生物膜的研究成果的介绍，充分调动学生学习生物学知识的兴趣，激励他们对生命科学知识要有不断探索的精神，同时渗透STS思想。
（5）参与小组合作交流，体验合作学习的快乐。
●教学重点
1.几种细胞器的结构和功能。
2.使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。
3.各种生物膜在结构和功能上的联系。
4.细胞的生物膜系统的重要作用。
●教学难点
1.如何掌握几种细胞器的结构和功能。
2.如何将这些细胞器的功能和生物体的相关生命现象联系起来并灵活运用。
3.各种生物膜在结构和功能上的联系。
4.实验材料的选择。
5.生物图的绘制。
●教具准备
1.教师课件、细胞亚显微结构模型。
2.各种实验仪器、试剂。
3.教师准备观察材料：新鲜的藓类叶片、菠菜叶。
4.课前10分钟制作藓叶的临时装片和人的口腔上皮细胞临时装片。
●课时安排
3课时
第一课时 细胞器的结构和功能
●教学过程
［课前准备］
1.教师制作教学课件。
2.学生查阅资料，收集在“探究细胞的微观世界”方面的科学家及研究成果。
［情境创设］
利用课本“问题探讨”创设问题情境，同时出示本节课题：细胞器的结构和功能。
［师生互动］
教师：工厂一般都由若干个车间和部位组成，那么一件优质产品是如何通过各车间和部门之间的配合生产出来的？细胞内也存在类似的部门或车间吗？你能举出例子吗？
学生：讨论并回答上述问题。
教师：细胞在生命活动中发生着物质和能量的复杂变化。细胞内部像一个繁忙的工厂，在细胞质中有许多忙碌不停的“车间”，这些“车间”都有一定的结构，如：线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体等，它们统称为细胞器。同学们可能会感到很疑惑：细胞器这么小，科学家是怎样把各种细胞器分离开来，分别去研究它们的生理功能的呢？
课前我曾请几位同学去做了这方面的资料收集工作，现在我们来看看他们的成果如何。
学生1：汇报科学家分离各种细胞器的分法。
学生2：汇报科学家对不同细胞器的研究方法及成果。
教师：这几位同学收集到的资料都非常珍贵。我们大家要向他们学习，现在我们一起来阅读课本P44和P51介绍的方法。
学生：阅读课文，并归纳。
1.分离各种细胞器的方法是差速离心法。
2.科学探究离不开探究精神、理性思维和技术手段的结合。
教师：细胞内有哪些细胞器？它们在形态、结构上有什么不同？在功能上如何分工？它们又是如何协调配合完成各种生命活动的呢？
课本中展示了各种细胞器的图，以及动物细胞、植物细胞的亚显微结构模式图。请仔细观察图、文和老师展示的资料，说出各种细胞器在细胞中的分布位置、形态结构，并推测它们的功能。
线粒体：
屏幕显示资料一：
学生：观察资料以及课本P45图3－3和P46图3－7，讨论回答：
1.解析：用“结构与功能相统一”的观点解释。
答案：（1）心肌细胞运动量大，因不停地收缩舒张，需能量多 （2）冬眠时，动物维持生命活动的能量主要靠肝脏，肝脏代谢加强，需能量多 （3）细胞新陈代谢的强弱
2.答案：线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，能够提供细胞生命活动需要的能量。鸟类飞翔、运动员运动需要大量的能量，所以，飞翔鸟类胸肌细胞中、运动员肌细胞中的线粒体数目多。同样道理，新生细胞的生命活动比衰老细胞、病变细胞旺盛，所以线粒体多。
教师：线粒体大多是颗粒状、短线状，均匀地分布在细胞质基质中，但它在活细胞中能自由移动，往往在细胞内代谢旺盛的部位比较集中。线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，为细胞生命活动提供能量。所以，线粒体是细胞的“动力车间”。细胞生命活动所需的能量，95%来自线粒体。线粒体由内外两层膜构成，外膜使线粒体与周围的细胞质基质分开，内膜向内折叠成嵴，加大了内膜的表面积，有利于有氧呼吸的顺利进行。
叶绿体：
屏幕显示资料二：
叶绿体是绿色植物叶肉细胞中，进行光合作用的细胞器。因此，有人把它比喻为“养料制造工厂”和“能量转换站”。
在光学显微镜下观察高等植物的叶绿体，可以看到它一般呈扁平的椭球形或球形。在电子显微镜下，可以看到叶绿体的外面有双层膜，使叶绿体内部与外界隔开，叶绿体的内部含有几个到几十个基粒。基粒与基粒之间充满着基质。叶绿体的每个基粒都是由一个个囊状的结构堆叠而成的，在囊状结构的薄膜上，有进行光合作用的色素，这些色素可以吸收、传递和转化光能。在叶绿体的基粒上和基质中含有许多进行光合作用所必需的酶。基质中还含有少量的DNA。
学生：观察资料以及课本P45图3－4和P46图3－7，讨论。
教师：叶绿体是扁平的椭球形或球形，有两层膜，膜光滑透明，内部含有几个到几十个基粒，每个基粒是圆柱形，由一个个囊状的结构垛叠而成，囊状结构的薄膜上有进行光合作用的色素，可以吸收、传递和转化光能，是进行光合作用的场所。它是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。
内质网：
屏幕显示资料三：
从某腺体的细胞中，提取出附着有核糖体的内质网，放入含有放射性标记的氨基酸的培养液中。培养液中含有核糖体和内质网完成其功能所需的物质和条件。很快连续取样，并分离核糖体和内质网。测定标记的氨基酸出现在核糖体和内质网中的情况，结果如图3－2－1所示。请回答：
图3－2－1
（1）放射性氨基酸首先在核糖体上大量积累，最可能的解释是________。
（2）放射性氨基酸继在核糖体上积累之后，在内质网中也出现，且数量不断增多，最可能的解释是_____________________。
（3）实验中，培养液相当于细胞中的________。
学生：观察资料以及课本P45图3－5和P46图3－7讨论回答。
解析：用“结构与功能相统一”的观点解。首先知识归类：核糖体是细胞内将氨基酸合成蛋白质的场所，内质网是蛋白质的运输通道。分析：在细胞内，游离的氨基酸应先进入核糖体，在核糖体内合成蛋白质，蛋白质合成后进入内质网被内质网运输。与图中曲线对照（读图），看是否符合曲线变化态势。整个实验过程中，培养液相当于细胞质基质，内含蛋白质合成等生化反应所需的一系列酶及必要条件。
答案：（1）核糖体是蛋白质合成的场所 （2）蛋白质进入内质网中 （3）细胞质基质
教师：内质网是由膜连接而成的网状结构，有光面内质网和滑面内质网两种类型。内质网增大了细胞内的膜面积，膜上附着很多种酶，它是细胞内蛋白质合成和加工，以及糖类、脂质合成的“车间”。
高尔基体：
屏幕显示资料四：
高尔基体位于细胞核附近的细胞质中,它的形状一般呈网状。在不同的生理情况下,可以转变为颗粒状、杆状或其他形状。在电镜下,高尔基体是一些紧密地重叠在一起的囊状结构。有些膜紧密地折叠成片层状的扁平囊,有些扁平囊的末端扩大成大小不等的泡状或囊泡状结构。
高尔基体的主要功能有三方面。一是与分泌有关。早期根据光镜的观察,已有人提出高尔基体与细胞的分泌活动有关。近年来,运用电镜、细胞化学及放射自显影技术更进一步证实和发展了这个观点。放射自显影技术证明,高尔基体自身还能合成某些物质,如多糖类。它还能使蛋白质与糖或脂结合成糖蛋白和脂蛋白的形式。在某些细胞（如肝细胞）,高尔基体还与脂蛋白的合成、分泌有关。二是与溶酶体的形成有关。三是高尔基体还有其他功能,如在某些原生动物中,高尔基体与调节细胞的液体平衡有关系。
学生：观察资料以及课本P46图3－6和图3－7，讨论。
高尔基体是单层膜结构，由一些紧密地重叠在一起、排列比较整齐的扁平囊状结构和囊状小泡组成。在动物细胞中，高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装和分泌，所以它是蛋白质的“加工车间”和“发送站”。在植物细胞中，高尔基体与新细胞壁的形成有关。
教师：刚才同学们对细胞中的四种细胞器进行了详细的分析讨论，从课本的图中我们可以看出，细胞中还有其他的细胞器，你能根据课本的介绍对它们进行比较，并完成下列表格吗？
屏幕显示八种细胞器的比较表。
学生：小组讨论，并完成表格。
八种细胞器的比较表
名 称 分 布 形 态 结 构 成 分 功 能
线粒体 普遍存在于动植物细胞 大多数呈椭球形 外膜、内膜（双层膜结构）、嵴、基粒、基质 蛋白质、磷脂、有氧呼吸酶、少量DNA和RNA 有氧呼吸的主要场所，“动力车间”
叶绿体 主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内 球形、椭球形 外膜、内膜（双层膜结构） 蛋白质、磷脂、光合作用的酶、色素、少量DNA和RNA 光合作用的场所，“养料制造车间”，“能量转换站”
内质网 绝大多数动植物细胞 网状 （单层膜结构） 蛋白质、磷脂等 增大了细胞内的膜面积；与蛋白质、脂质、糖类的合成有关；蛋白质等的运输通道；“有机物的合成加工车间”
高尔基体 普遍存在于动植物细胞 囊状 （单层膜结构） 蛋白质、磷脂等 动物细胞：与分泌物的形成有关，表现在对蛋白质的加工和转运植物细胞：与植物细胞壁的形成有关“蛋白质的加工车间”和“发送站”
核糖体 普遍存在于动植物细胞 椭球形粒状小体 游离于基质，附着在内质网、核外膜上（无膜结构） 蛋白质、rRNA 合成蛋白质的场所，“生产蛋白质的机器”
中心体 动物细胞、低等植物细胞 “十”形 两个互相垂直的中心粒及其周围物质构成（无膜结构） 微管蛋白 动物细胞的中心体与有丝分裂有关
液泡 植物细胞 泡状 液泡膜、细胞液（单层膜） 蛋白质、磷脂、有机酸、生物碱、糖类、无机盐、色素等 调节细胞的内环境，使细胞保持一定的渗透压，保持膨胀状态
溶酶体 动物细胞、植物细胞 囊状 囊状（单层膜） “酶仓库”和“消化车间”
教师：引导学生一起，利用表格对各种细胞器的分布、形态、结构和功能进行归纳，然后提问：我们如何去记忆和理解这些细胞器的结构和功能呢？
学生：小组讨论提出记忆的方法。
方法一：通过列表比较来记忆。
方法二：用“结构与功能相适应”的生物学科思想来理解记忆。
方法三：用绘结构简图的形式来记忆各种细胞器的结构。
方法四：将这些细胞器的功能与生物体的相关生命现象联系起来理解记忆及表格运用。（要求举例说明）
教师：对学生提出的方法进行简单的评价和补充。
教师：通过上面的学习，谁能归纳细胞质的结构由哪几部分组成？
学生回答：
［教师精讲］
通过对细胞质各种成分的学习，我们知道，细胞质主要包括细胞质基质和细胞器两大部分，各种细胞器的结构和功能虽然不同，但它们分工协作，密切配合，共同完成细胞的各种生命活动。
［评价反馈］
教师出示细胞的亚显微结构模型（一半为动物细胞，另一半为植物细胞）并提问：
1.请说出各个细胞器的名称。
2.这个模型是否为一个完整的细胞？你判断的依据是什么？
学生：
1.到讲台面向全体同学说出各个细胞器的名称。
2.不是一个完整的细胞，它分别属于植物细胞和动物细胞，判断的依据是：有一半模型中有细胞壁、叶绿体、液泡，所以它是植物细胞；而另一半模型中则没有这些细胞器，但它有中心体，所以它是动物细胞。
教师：从刚才同学的回答中，由我们今天的学习内容可拓展了解动物细胞和植物细胞的区别。现请同学们完成下列表格（出示植物细胞和动物细胞的比较表）。
学生：讨论完成表格。
植物细胞和动物细胞结构的比较表
动物细胞 植物细胞
不同点 没有细胞壁 有细胞壁
没有叶绿体 有叶绿体
有中心体 中心体见于低等植物
某些低等动物有液泡 有液泡
相同点 都有细胞膜、细胞质、细胞核。细胞质中共有的细胞器是线粒体、内质网、核糖体和高尔基体等
［课堂小结］
1.请4～5名学生来总结本节课的学习内容和自己掌握的情况。
2.教师重新出示“八种细胞器的比较表”和“植物细胞和动物细胞的比较表”对本节内容的知识点、重点、难点进行总结。
［布置作业］
课本P50基础题1、2、3。
［课后拓展］
1.阅读下文，并回答问题。
把菠菜叶放进适当的溶液中，进行研磨，将研磨液用纱布过滤后，除去未磨碎的组织，得到一种绿色的液体。把其放入离心管中，进行适当强度的离心分离，得到沉淀（沉淀A），将此沉淀用电子显微镜进行观察，可发现细胞壁的碎片和（甲）膜上具有许多小孔的球状结构。将其上层清液的绿色部分进行较强的离心分离时，绿色部分几乎全部沉淀（沉淀B）。用电子显微镜观察此沉淀，发现有许多直径为几微米的细胞器（乙）。又把几乎透明的上层清液，用更强的离心力分离时，可得沉淀（沉淀C）。用电子显微镜观察此沉淀，则发现许多直径为0.5 μm的球形或短棒形，内外包着两层膜且向内折叠的细胞器（丙）。如继续进行强力离心，可使上部的澄清部分中的小微粒都沉淀，此沉淀（沉淀D）其中含有许多直径为0.02 μm的致密小颗粒（丁）和由该颗粒所附着的膜构成的细胞器（戊）。
（1）上述文章中画线处（甲）～（戊）所示的细胞结构名称分别是
A.细胞核—叶绿体—线粒体—内质网—核糖体
B.线粒体—叶绿体—细胞核—内质网—核糖体
C.细胞核—叶绿体—线粒体—核糖体—内质网
D.线粒体—叶绿体—细胞核—核糖体—内质网
（2）下文①～⑨是对上述沉淀A～D所含有细胞结构的叙述，请从①～⑨中找出正确答案填写在各自横线上。
沉淀A___________；沉淀B___________；沉淀C___________；沉淀D___________。
①与渗透吸水有关
②具有全透的性质，对植物细胞的形态具有维持作用
③是蛋白质合成的场所
④含有大量的DNA
⑤含有与有氧呼吸有关的酶
⑥与氧的产生和ATP的生成有关
⑦细胞内CO2浓度最高处
⑧含有与CO2合成葡萄糖或淀粉有关的酶
⑨是合成某些专供输送到细胞外的蛋白质的细胞器
参考答案：
（1）C （2）②④ ⑥⑧ ⑤⑦ ③⑨
●板书设计
第2节 细胞器——系统内的分工合作
第一课时 细胞器的结构和功能
一、分离细胞器的方法
二、细胞器的结构和功能
三、细胞质基质
成分：多种物质和酶。
功能：新陈代谢的主要场所。
四、细胞质的统一性
细胞质基质和细胞器及细胞器之间相互依存，密切联系，是一个不可分割的整体。
●习题详解
一、练习（课本P50）
（一）基础题
1.图1中，注字的“内质网”应是“高尔基体”，“高尔基体”应是“内质网”。染色质的注字指示线位置有误。中心体还应包括指示线下方的中心粒。
图2中，注字的“核仁”应是“叶绿体”，“叶绿体”应是“线粒体”，“核糖体”应是“中心体”。
2.C
3.B
二、问题探讨（课本P44）
1.提示：一件产品是由许多个零部件组成的，不同车间生产不同的零部件后，要有组装车间完成装配工作，质量检测部门负责检查产品的质量。同时要有部门提供原材料，有部门提供设计图，还要有部门负责动力供应，等等。部门齐全，配合协调，才能生产出优质产品。
2.提示：例如蛋白质的合成。细胞核是遗传信息库，蛋白质的合成要在遗传信息的指导下进行，核糖体是合成蛋白质的场所，同时内质网、高尔基体等细胞器也在蛋白质合成中起到重要的作用。这说明细胞的生命活动也是需要多个“部门”和“车间”协调配合完成的。
三、本节聚焦（课本P44）
1.不同的细胞器功能不同，线粒体是有氧呼吸的主要场所；叶绿体是光合作用的场所；内质网增大了细胞内的膜面积，还与蛋白质、脂质、糖类的合成有关；是蛋白质等的运输通道；动物细胞的高尔基体与分泌物的形成有关，表现在对蛋白质的加工和转运，植物细胞的高尔基体与植物细胞壁的形成有关；核糖体是合成蛋白质的场所，是“生产蛋白质的机器”；动物细胞的中心体与有丝分裂有关；植物细胞的液泡可调节细胞的内环境，使细胞保持一定的渗透压，保持膨胀状态；溶酶体是细胞的“酶仓库”和“消化车间”。
2.分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜等结构。分泌蛋白是在内质网上的核糖体初步合成，在内质网内加工。由囊泡运输到高尔基体做进一步加工，再由囊泡运输到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。
3.细胞中线粒体、叶绿体、溶酶体等的膜化学组成相似，基本结构大致相同，统称为生物膜。这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。
生物膜系统有下列三点重要功能：第一，使细胞具有一个相对稳定的内环境，并使细胞与周围环境进行物质运输、能量交换、信息传递；第二，为酶提供大量的附着位点，为生化反应有序进行创造条件；第三，将细胞分成小区室，使生化反应互不干扰。
四、旁栏思考题（课本P45）
线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，能够提供细胞生命活动需要的能量。鸟类飞翔、运动员运动需要大量的能量，所以，飞翔鸟类胸肌细胞中、运动员肌细胞中的线粒体数目多。同样道理，新生细胞的生命活动比衰老细胞、病变细胞旺盛，所以线粒体多。
1.德国科学家华尔柏在研究线粒体时，统计了某种动物部分细胞中线粒体的数量（见下表）。分析回答：
肝细胞 肾皮质细胞 平滑肌细胞 心肌细胞 动物冬眠状态下的肝细胞
950个 400个 260个 12 500个 1 350个
（1）心肌细胞的线粒体数量最多，这是因为_____________________。
（2）动物冬眠状态下肝细胞中的线粒体比常态下多，是因为_____________________。
（3）从表中所示数据可以看出线粒体的多少与________有关。
2.通常线粒体均匀分布在细胞质基质中，但在细胞内新陈代谢旺盛的部位比较集中，例如，在小鼠受精卵的分裂面附近集中。在同一生物不同的组织、器官的细胞中线粒体的数量也有很大差别，例如，线粒体数量在人的心肌细胞比平滑肌细胞中多。在不同生物体，因为代谢程度的不同，线粒体数量也有差别，例如，一般动物细胞中线粒体的数量，比植物细胞多一些，飞翔鸟类胸肌细胞线粒体数比不飞翔鸟类的多。运动员肌细胞线粒体的数目比缺乏锻炼的人多。在体外培养细胞时，新生细胞比衰老细胞或病变细胞的线粒体多。为什么？●备课资料
1.化学元素与人体健康
自然界中的元素有些对人体是必需的，有些则是有害的。凡是人体新陈代谢或生长发育所必需的元素，称为必需元素；反之，为非必需元素。必需元素中又分常量元素和微量元素两类，成人每日需要大于100 mg的称为常量元素，也有人称为宏量元素，如钾、钠、钙、磷、镁、氯、硫等。成人每日需要小于100 mg的称为微量元素，目前认为有铁、锌、碘、硒、氟、铜、钼、锰、铬、镍、钒、锡、硅、钴等。非必需元素也分两类，一类是人体新陈代谢和生长发育并不需要，但摄入少量后不会产生严重病理现象的，如铝、铋等元素；另一种不仅人体不需要，而且摄入微量也会使人出现病态或新陈代谢严重障碍，这些元素，常称之为有害元素或有毒元素，例如汞、镉、铅等。
一、必需元素的功能
必需元素种类很多、功能各异，概括起来有以下几个方面：
（一）构成身体的重要材料：如钙、磷等是骨骼、牙齿的重要成分。
（二）维持身体的酸碱平衡：体内各种生理变化，需要有一个酸碱度稳定的内环境，溶液中呈酸性的元素有氯、硫、磷等，在肉、鱼、蛋、谷物中含量多。溶液中呈碱性的元素有钙、钠、钾、镁等，在蔬菜及水果中含量多。各种水果中的有机酸，虽然有酸味，因通常在体内经代谢分解成二氧化碳和水，并不影响体内的酸碱度。
（三）维持组织、细胞的渗透压：如钾离子维持细胞内液渗透压，钠离子维持细胞外液渗透压，这样就可保持体内细胞内外渗透压的平衡。
（四）构成身体许多重要生理活性物质：如碘是甲状腺激素的成分，铁是血红蛋白的成分，锌、硒、钼、铁等是很多酶的成分。
（五）与神经、肌肉的兴奋、收缩等有关。目前，我国膳食模式矿物质中以钙和铁缺乏较常见，某些地区和人群也可出现锌、碘、硒、氟等的缺乏。
2.还原糖的鉴定原理
生物组织中普遍存在的可溶性糖种类较多,常见的有葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖。前三种糖的分子内都含有游离的具有还原性的半缩醛羟基,因此叫做还原性糖。蔗糖的分子内没有游离的半缩醛羟基,因此叫做非还原性糖,不具有还原性。实际上在课本所提供的实验中,用斐林试剂只能检验生物组织中可溶性的还原糖存在与否,而不能鉴定可溶性的非还原性糖。
用于鉴定还原糖的实验材料准备植物组织是常用的实验材料，但必须加以选择。在双子叶植物中，光合作用的主要产物葡萄糖形成后，合成为淀粉，暂时储藏在叶子内，因此最好不用双子叶植物的叶子作实验材料。有些单子叶植物，如韭菜、鸢尾，并不将光合作用的初始产物转变为淀粉，因此叶内含有大量的可溶性单糖，但是，由于叶片中叶绿素的颜色较深，对于鉴定时的颜色反应起着掩盖作用，导致实验现象不明显，因此，也不宜用单子叶植物的叶子作实验材料。
本实验最理想的实验材料是还原糖含量较高的植物组织（或器官），而且组织的颜色较浅或近于白色的，如苹果和梨的果实。经试验比较，颜色反应的明显程度依次为苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜。
斐林试剂由质量浓度为0.1 g/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.05 g/mL的硫酸铜溶液配制而成,二者混合后,立即生成淡蓝色的Cu（OH）2沉淀。Cu（OH）2与加入的葡萄糖在加热的条件下,能够生成砖红色的Cu2O沉淀,而葡萄糖本身氧化成葡萄糖酸。
用斐林试剂鉴定可溶性还原糖时,溶液的颜色变化过程为：浅蓝色→棕色→砖红色（沉淀）。
3.蛋白质的鉴定原理
鉴定生物组织中是否含有蛋白质时,常用双缩脲法,使用的是双缩脲试剂。双缩脲试剂的成分是质量浓度为0.1 g/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.01 g/mL的硫酸铜溶液。在碱性溶液（NaOH）中,双缩脲（H2NOC—NH—CONH2）能与Cu2+作用,形成紫色或紫红色的络合物,这个反应叫做双缩脲反应。由于蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键,因此,蛋白质都可与双缩脲试剂发生颜色反应。第二课时 水分及其他物质的跨膜运输
●教学过程
［课前准备］
老师准备——渗透作用的演示实验：剪取一块平整、无裂痕的羊皮纸（或赛璐珞膜，俗称透明纸或玻璃纸，也可以选用动物的膀胱膜、肠衣，蛋壳内膜等材料）作为半透膜，包在长颈漏斗的口上，用橡皮筋扎紧，然后在漏斗颈上套一段乳胶管（约3～4 cm长），将漏斗口朝下平放在桌面上，用吸管吸取加有红墨水的蔗糖溶液，注满漏斗。取一支0.5　mL的移液管，插在乳胶管的另一端并且与漏斗颈相接。将乳胶管的两端用线扎紧。安装完毕，将漏斗移入盛有清水的烧杯中，并且用铁架台固定如图4－1－2所示：
图4－1－2
实验开始时，选一块色彩鲜艳的纸条贴在移液管上，标明这时的液面位置。几分钟以后，便能够看到明显的实验效果。注意，移液管不能太细，否则液面上升太快。
学生准备——预习实验并写下详细实验方案，复习显微镜的使用方法。
［情境创设］
在上一节课中，我们学习了进行探究实验的一般方法和基本步骤，并且一起分析了“细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水”的实验设计，那今天我们就来动手做这个探究实验，看我们的假设是否正确。
［师生互动］
1.学生实验，教师指导
大家课前已经做好了预习，实验器材已经发放到大家的桌面上了，下面可以开始动手实验了。注意以下几点：
（1）加蔗糖溶液时不要污染了显微镜。
（2）如果你从盖玻片左侧加蔗糖溶液，接下来加清水时应从右侧加入。
（3）如实记录实验结果，并完成实验评价表（见评价方案）。
（4）实验时间为25分钟，实验结束后要清洗和整理好实验用具。
学生进行实验，老师旁边指导，将实验效果特别好的装片拿到教师显微镜下并通过显微投影投放到大屏幕上展示出来。
2.分析实验结果，得出结论
下面我们看一组同学的实验结果记录，它能否证明我们最初的假设是正确的呢？
中央液泡的大小 原生质层的位置 细胞大小
0.3 g/mL蔗糖溶液 变小 脱离细胞壁 基本不变
清水 逐渐恢复原来的大小 逐渐恢复原来的位置 基本不变
学生：可以，很明显细胞在0.3 g/mL蔗糖溶液下因失水发生了质壁分离，而在清水中因吸水发生了质壁分离的复原。
教师：大家想想，假如没有细胞壁，实验结果会有什么不同，你会联系到之前我们讲的一个什么实验？
学生：细胞会发生破裂，就像之前学的用哺乳动物的红细胞制备细胞膜的实验，红细胞因没有细胞壁，吸水以后会发生破裂。
教师：很好，其实动物细胞也会发生失水和吸水。下面我们看看水分进出哺乳动物红细胞的图片：
图4－1－3 外界浓度与 图4－1－4 外界浓度小 图4－1－5 外界浓度
细胞质浓度相同， 于细胞质浓度， 大于细胞质浓度，
细胞形态正常 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩
那为什么细胞在高浓度的溶液中就会失水呢？原理是什么呢？我们接下来看下面的演示实验。
3.渗透作用
演示“渗透作用实验”——介绍实验装置，指导观察实验结果：
在这个装置中（图见［课前准备］），①倒置漏斗内的是蔗糖溶液（为了便于观察，可加入少量红墨水），烧杯中的是清水。②漏斗口上扎的是玻璃纸（或肠系膜，或蛋壳膜，或鱼鳔），它的特点是一些小分子如水分子可以自由通过，而大分子如蔗糖分子则不能通过，我们把它叫半透膜。③实验之初，漏斗内液面位置我们用一个标志环标示出来了。
图4－1－6
大家看现在液面发生了什么变化？为什么会发生这种变化呢？
通过多媒体动画演示突破难点：
①蔗糖分子不能自由通过半透膜而水分子可以。②两侧的水分子都在运动。③由于下侧（烧杯内）的水分子数量多（相对浓度大），所以由下侧进入上侧（漏斗内）的水分子比由上侧进入下侧的水分子多。④整体表现为水分子由烧杯通过半透膜进入了漏斗。
这种水分子透过半透膜的运动叫渗透作用。这个装置叫渗透装置。
大家总结一下，渗透作用的发生必需的条件有哪些？
引导学生回答：①要有半透膜；②半透膜两侧的溶液浓度不同。
那漏斗内的液面会一直升高吗？
学生：不会，当两侧水分子的数量同时达到一种动态的平衡时，漏斗内液面不再上升。
教师：我们再回到细胞的失水与吸水，那一个细胞相当于一个渗透系统吗？它具备渗透作用的发生必需的条件吗？（展示植物细胞结构图P61图4－2）
从图中可以看出原生质层相当于半透膜，一些分子可以自由通过，一些分子不能自由通过，但由于原生质是具有生命活性的物质，它又与物理意义的半透膜（如玻璃纸也是半透膜）是有区别的。下面我们看看物质跨膜运输的其他实例。
4.半透膜与选择透过性膜
学生阅读课本P63的“资料分析”，并进行讨论：
（1）水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高？说明什么？
学生：水稻吸收水分和其他离子多，而吸收Ca2+和Mg2+较少。
（2）不同作物对无机盐的吸收有差异吗？
学生：有明显差异，水稻吸收大量的Si4+而番茄几乎不吸收。番茄吸收Ca2+和Mg2+较多。
（3）水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质也是这样的吗？
学生：不是的，比如水稻吸收Si4+，这是根据生物生命活动的需要。
（4）细胞对物质的吸收有选择吗？如果有，这种选择有普遍性吗？
学生：是有选择性的，因为不同生物吸收的离子的量是各不相同的；这种选择也是有普遍性的，如不同微生物对不同矿物的吸收表现出较大的差异。
教师：所以，细胞膜并不是单纯物理意义的半透膜，它是有生理活性的，能对一些物质进行选择性通过，这叫选择透过性膜。
［教师精讲］
典型的渗透装置必须具备两个条件：一是具有半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。细胞主要通过渗透作用从外界吸收水分，当水分进入细胞时，人必须通过细胞壁和原生质层，细胞壁是全透性的，原生质层由于细胞膜和液泡膜是选择透过性膜，因此可以看作一层选择透过性膜。这里，往往造成概念错误，把选择透过性膜当作半透膜。事实上，两者之间是有区别的。
渗透作用原先是一种物理和化学现象。化学中的半透膜是指只允许某种混合物中的一些物质透过，而不容许另外一些物质透过的薄膜，如膀胱膜、动植物细胞的细胞膜；物理中的半透膜是指只允许某种混合物（溶液、混合气体）中的一些物质透过，而不允许另一些物质透过的薄膜，例如动物的膀胱、动植物细胞膜；生物上的半透膜是指只让溶剂分子透过而不让溶质分子透过的薄膜，如膀胱膜等。从上述概念中可以看出，半透膜是指只允许某些分子（或离子）透过而不让别的分子（或离子）透过的膜。植物生理学中通过杜南氏平衡不消耗能量使某种离子在细胞内累积的现象是用半透膜理论来解释的。由于植物细胞的质膜是一个半透膜，细胞内含有一些大分子带电化合物（如蛋白质），这些蛋白质带负电而又不能向细胞外扩散，但它可与一些阳离子形成盐（如K+），当把这种细胞放于KCl溶液中，如果细胞内没有Cl－，则Cl－进入细胞内，同时K+也跟着进入细胞内以保持细胞内外一定的电位差，最后达平衡时细胞内的K+远远高于细胞外。细胞膜选择透性是由于膜上具有一些吸收与运输物质的载体。一般认为这种载体是蛋白质大分子，它有专门运送物质的功能。因不同植物细胞膜含有不同类型的载体，同一细胞膜上对不同物质的载体性质不同，数量也不同，甚至对同一种盐类的阳离子与阴离子的透过酶也不同，因而表现了细胞膜的高度选择性。细胞通过选择透性膜吸收物质时需要消耗能量，故称为主动吸收。细胞死亡时膜便失去选择透过性，成为全透性。由此可见半透性膜与选择透性膜是两个明显不同的概念。
［评价反馈］
1.实验过程性评价
实验名称 探究植物细胞在什么情况下失水和吸水 姓名
评价项目 自评 小组互评 老师评价
1.能熟练制作洋葱表皮临时装片
2.能熟练正确操作显微镜
3.整个实验进程有序紧凑
4.实验效果明显
说明：评价采用“A、B、C、D”四个等级
2.精选练习
（1）放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会发生质壁分离的细胞是
A.人的口腔上皮细胞 B.干种子细胞
C.洋葱根尖分生区细胞 D.洋葱表皮细胞
（2）甜菜块根细胞的液泡中有花青素，使块根为红色。将块根切成小块放在蒸馏水中，水无明显的颜色变化。但用盐酸处理这些块根后，则能使溶液变红。这是因为
A.细胞壁被盐酸破坏 B.盐酸破坏了细胞膜的选择透过性
C.盐酸破坏了原生质层的选择透过性 D.花青素不溶于水而溶于盐酸
（3）当把紫色的洋葱鳞片叶的表皮置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中后，原生质层和细胞壁之间将
A.紧紧靠在一起 B.充满细胞液
C.充满蔗糖溶液 D.充满清水
（4）图4－1－7中a、b、c表示某植物体的三个相邻的细胞，它们的细胞液浓度为a>b>c，它们之间的水分渗透方向应是
图4－1－7
（5）将洋葱表皮浸泡在7%的尿素溶液中，表皮细胞发生质壁分离，随后又自发地发生质壁分离复原。你能解释其原因吗？
（6）将洋葱表皮细胞放入一定浓度的硝酸钾溶液中，其细胞便发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原，你能解释其原因吗？
参考答案：
（1）D〔动物细胞没有细胞壁不能发生质壁分离，干种子和根尖分生区细胞（没有形成大的中央液泡）主要以吸胀方式吸水〕
（2）C（盐酸破坏了原生质层，选择性功能丧失，液泡中的花青素渗出。B选项不全面）
（3）C（细胞壁是全通透的）
（4）C（根据水分由浓度低的溶液向浓度高的溶液渗透的原理来判断）
（5）因为尿素通过细胞膜的方式是自由扩散，即尿素可在不需要载体、不需要能量的情况下，完全依靠膜两侧的尿素分子的浓度差过膜移动，所以，在洋葱表皮细胞失水而发生质壁分离的同时，尿素分子会顺着浓度差向细胞液内扩散，从而使得在尿素溶液中质壁分离的速率与在相同浓度的蔗糖液中相比要慢一些，当细胞液浓度由于尿素不断增多而与外界尿素溶液浓度一样时，由于细胞本身失水而使细胞液总的浓度高于外界尿素液浓度，从而自发地发生质壁分离复原现象。
（6）当硝酸钾溶液的浓度大于洋葱表皮细胞的细胞液浓度时，细胞液中的水分会更多地向细胞外移动，表现为细胞失水，从而发生质壁分离现象；而后，由于植物细胞可主动运输硝酸根离子和钾离子，使这两种离子进入细胞，结果导致硝酸钾溶液的浓度降低，细胞液浓度升高，当细胞液的浓度大于硝酸钾溶液的浓度时，植物细胞会吸水，从而表现出质壁分离复原的现象。
［课堂小结］
本节课我们通过实验探究了植物细胞在什么情况下失水和吸水，并且学习了其失水和吸水的原理是渗透作用。细胞膜是一种半透膜，一些小分子可以自由通过，一些分子则不能自由通过，但细胞膜又不是纯物理意义上的半透膜，它是有生理活性的，能对一些离子和小分子进行选择性通过。所以细胞膜更是一种选择透过性膜。
那为什么会有选择性呢？细胞膜是靠什么机制来对不同的物质进行选择的呢？这就跟细胞膜的结构有密切的关系，下节课我们再来学习细胞膜的结构特点。
［布置作业］
课后探讨课本P64“与社会的联系”中的问题。
［课后拓展］
质壁分离法测定细胞的渗透势实验
实验原理
将植物组织置于对其无毒害的一系列不同浓度的溶液里处理一定时间，然后镜检发生质壁分离的细胞数，通常把视野中有50％的细胞发生质壁分离时定为初始质壁分离，细胞初始质壁分离时压力势为零，因而可把引起细胞初始质壁分离的外界溶液称之为等渗溶液，其溶液具有的渗透势即为细胞的渗透势。由于很难正好找到引起50％细胞发生质壁分离的浓度。因此通常用插值法求得等渗溶液浓度，代入公式即可计算渗透势。
器材与试剂
器材：显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，培养皿（或具塞试管），记号笔，滴管。
试剂：蔗糖。
方法与步骤
（1）配制质量浓度为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 mol/L蔗糖溶液，放于6个试剂瓶中，必要时配制溶液浓度可相差≤0.05 mol。
（2）取6套干净清洁的小培养皿，用记号笔编号，将配制好的不同浓度的蔗糖溶液按顺序倒入各个培养皿中使之成一薄层，盖好培养皿盖。
（3）将带有色素的植物组织或叶片（可选用有色素的洋葱鳞片的外表皮，紫鸭跖草，蚕豆，小麦，玉米等叶的表皮）撕取表皮分别迅速投入各种浓度的蔗糖溶液中，每个培养皿中放3块左右材料，使其完全浸没，浸泡20～40分钟。
（4）到时间后，取出表皮，放在载玻片上，滴一滴相同浓度的蔗糖，盖上盖玻片，在显微镜下观察质壁分离的细胞数和细胞总数，找出引起50％细胞发生质壁分离的外界溶液浓度，即为细胞渗透浓度值。
●板书设计
第二课时 水分及其他物质的跨膜运输
一、渗透作用：水分子是顺着水分子的相对含量的梯度跨膜运输的
两个条件：1.要有半透膜 2.半透膜两侧的溶液浓度不同
二、离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度来进行的
细胞膜是一种选择透过性膜
●习题详解
一、练习（课本P64）
（一）基础题
1.√（此题考查对生物膜系统的理解，生物膜系统中各种膜的成分和结构很相似，也都是选择透过性膜）
2.√（此题考查对渗透作用的应用，水分子是通过渗透作用进出细胞的，渗透作用中水分子的运输方向取决于膜两侧的浓度差）
3.×（此题考查对选择透过性膜的理解，并不是所有的小分子都能通过细胞膜；另一些大分子物质可以有选择地通过细胞膜，另一些大分子还可以以胞吞和胞吐的方式通过细胞膜）
（二）拓展题
农业生产上的轮作正是针对不同作物根系对矿物质元素的选择性吸收而采取的生产措施。如果长期在同一块田里种植同种作物，地力就会下降（俗称伤地），即某些元素因被植物吸收过多而含量下降，这样就会影响往后种植的作物的产量。（此题考查细胞膜对矿质离子的选择透过性吸收在实际生产中的应用）
二、问题探讨（课本P60）
1.由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。
2.不会。因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过。
3.液面不会上升。单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。
三、思考与讨论（课本P61）
1.血红蛋白不能通过细胞膜。
2.红细胞膜相当于半透膜。
3.当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而胀破。
4.红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。
四、与生活的联系（课本P61）
会感到口腔黏膜比较干。因为吃过盐的食物，口腔细胞失水过多。
五、与社会的联系（课本P64）
不能过于宣传高浓度饮料的解渴作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。
六、本节聚焦（课本P60）
1.细胞在外界浓度高于细胞内液体浓度时会失水，反之则细胞吸水。
2.植物细胞的质壁分离与复原说明了细胞的失水和吸水现象。
3.因为细胞膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过。而细胞不需要的小分子、离子和大分子则不能通过。●备课资料
1.ATP的结构特性
ATP也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。高能磷酸化合物的特点是：它的高能磷酸键（即酸酐键，用“～”表示），水解时释放出的化学能是正常化学键释放化学能的2倍以上（一般在20.92 kJ／mol以上）。这里需要说明的是，化学中使用的“键能”和生物化学中使用的“高能键”，含义是完全不同的。化学中“键能”的含义是指断裂一个化学键所需要提供的能量；生物化学中所说的“高能键”是指该键水解时能释放出大量能量。
ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为o、p、丫磷酸基团。ATP的结构式是：
分析ATP的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合，形成ATP。ATP分子中的三个磷酸基团水解时，能释放 30.5 kJ／mol的能量，而6－磷酸葡萄糖水解时释放的能量只有13.8 kJ/mol。需要指出的是，ATP分子既可以水解一个磷酸基团（丫磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；又可以同时水解两个磷酸基团（p磷酸基团和丫磷酸基团），而形成一磷酸腺苷（AMP）和焦磷酸（PPi）。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP可以在腺苷酸激酶的作用下，由ATP提供一个磷酸基团而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成ATP。
2.ATP系统的动态平衡
ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在着，并不断与ADP相互转化而形成ATP系统。ATP在细胞内的含量是很少的，但是，ATP与ADP在细胞内的相互转化却是十分迅速的。一般地说，ATP在细胞内形成后不到1 min的时间就要发生转化。这样累计下来，生物体内ATP转化的总量是很大的。例如，一个成年人在静止的状态下，24 h内竟有40 kg的ATP发生转化；在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5 kg／min。总之，在活细胞中，ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。可见，细胞内ATP系统处在动态平衡之中，这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。第二课时 细胞的分裂
●教学过程
［课前准备］
教师准备一对染色体在有丝分裂过程中变化的模型剪贴图。如图6—1-2。
图6—1-1 染色体的复制 图6—1-2 着丝点分裂，姐妹染色单体分开成两条染色体
学生用橡皮泥制作染色体的模型，以供上课用。
［情境创设］
教师：上节课我们观察植物细胞的有丝分裂，观察到的细胞是死的还是活的？为什么？
学生：是死的，解离的时候已经把细胞杀死了。
教师：为什么要对视野中的细胞进行计数？
学生：因为细胞已经被杀死，我们不能观察到细胞分裂的动态过程，只能用看到的视野中细胞的多少来说明细胞分裂的某个时期的长短。
教师：同学们回答得很精彩（掌声鼓励）。下面我们就一起来认识有丝分裂的过程。
［师生互动］
教师演示有丝分裂细胞周期的动画课件。
学生观察。
教师引导学生总结：
有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。细胞进行有丝分裂具有周期性。即连续分裂的细胞，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。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期。
教师：同学们上节课的实验结果怎样呢？
学生：根据实验的计数，我们发现：细胞分裂间期的细胞最多，大约是其他各期细胞的8倍。
教师：非常好！引导学生观察课本P112表6—1不同细胞的细胞周期持续的时间（t/h）。在细胞周期里，哪一个时期长？
学生：细胞分裂间期。
教师：细胞分裂间期有什么特点呢？
教师和学生一起总结：从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前，是分裂间期。细胞周期的大部分时间处于分裂间期，大约占细胞周期的90%～95%。分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备，完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。
教师：DNA分子和蛋白质实际上是什么？
学生：染色质，也是染色体。
学生：用橡皮泥操作染色体的复制。
教师：用先剪好的剪贴图在黑板上贴出染色体复制图。如课前准备的图（一）。细胞分裂间期的活动是非常活跃的，它为细胞的分裂提供了物质的准备。这时候细胞核内染色体数目和状态如何？
学生：（1）染色体经复制成两条染色单体连于一个着丝点，形态为丝状，为染色质。见课本P113图6—4。
（2）染色体数目→与分裂前比较数目不变，但DNA数目加倍。
教师：下面我们一起结合同学们上一节课的实验来分析细胞的分裂期。人们为了研究的方便，把分裂期分为四个时期：前期、中期、后期、末期。下面以高等植物为例，认识有丝分裂的过程。
学生：观察课本P112图6—2，课本P113图6—3。
教师：用flash动画演示细胞分裂的前期。这是什么时期？染色体有哪些变化？
学生：（1）细丝状的染色质高度螺旋化，形成染色体。（2）核仁、核膜解体、消失。 （3）出现纺锤丝，构成纺锤体。
学生用橡皮泥操作染色质染色体，教师引导学生总结：
细胞分裂前期的特征：
（1）核膜、核仁解体消失。
（2）纺锤体和染色体形成。（两消失，两出现）
（3）每条染色体会分开成为两条姐妹染色单体，染色体排列无序。
教师：用flash动画演示细胞分裂的中期。这是什么时期？这个时期的明显标志是什么？（引导学生根据染色体形状、数目、位置归纳特点）
学生：（1）染色体形态固定，数目清晰，着丝点与纺锤丝相连。
（2）染色体数目→与前期、间期相同。
（3）染色体位置→染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上。
教师引导学生总结：
细胞分裂中期的特征：
（1）染色体缩得最短、最粗。
（2）染色体有规律地排列在赤道板上。
教师：用flash动画演示细胞分裂的后期。这个时期又有什么特点呢？用剪贴图操作。
学生：用橡皮泥操作着丝点分裂，一条染色体中的两条姐妹染色单体分开成为两条染 色体。
教师：要求学生数一数这时细胞核中有多少染色体，并与间期、前期、中期作比较。
学生：（1）染色体形态→每条染色体分开，无姐妹染色单体。
（2）染色体位置→移至细胞的两极。
（3）染色体数目→比间、中、前期加倍（因着丝点分裂加倍）。
教师引导学生总结：
细胞分裂后期的特征：
（1）着丝点分裂为二，姐妹染色单体分开成为染色体。
（2）染色体移至细胞的两极。
（3）染色体数目加倍，DNA数目不变。
教师：用flash动画演示细胞分裂的末期。最后指导学生概括末期的特点，注意与前面各期对比。
学生：（1）染色体形态→染色质呈丝状。
（2）染色体数目→与间期、前期、中期细胞中相同。
（3）染色体位置→散乱分布在细胞核中。
教师引导学生总结：
细胞分裂末期的特征：
（1）染色体成为丝状染色质。
（2）核仁、核膜出现。（两出现，两消失）
（3）细胞板形成，将一个细胞分裂成两个子细胞。
（4）染色体数目和DNA数目都恢复原样。
（5）大多数子细胞进入下一个细胞周期的分裂间期状态。
［课堂反馈］
教师：下面我们一起来探讨动物细胞的有丝分裂，其实动物细胞的有丝分裂与植物细胞的分裂是有很多相似之处的，现在我们一起来观察它们的异同。用多媒体课件演示动物细胞有丝分裂和植物细胞有丝分裂的过程，提醒学生对照观察、分析比较。
学生：通过对比图中各时期变化特征，找出动植物细胞有丝分裂过程的异同点；学习通过观察分析得出结论，由推荐生回答教师问题。
教师和学生：
（1）相同点：A.动植物细胞分裂过程染色体变化规律，即各时期特征相同。B.动植物细胞有丝分裂过程经染色体复制，然后平均分配到两个子细胞的结果是相同的。
（2）不同点：主要有两点。
银幕显示：
动植物细胞有丝分裂过程不同点植物细胞的有丝分裂动物细胞的有丝分裂分裂分裂前期（纺锤体的 形成）由细胞两极发出许多纺锤丝，纵行排列在细胞中央，形成梭形的纺锤体中心体复制形成两组中心粒，分别移向细胞两极，两个中心粒发出星射线，在两组之间的星射线形成纺锤体分裂末期在细胞赤道板位置形成细胞板，并向周围扩展形成细胞壁，将细胞质分成两部分——两个子细胞不形成细胞板，细胞膜从细胞中部向内凹陷，最后将细胞质缢裂成两部分，其结果形成两个子细胞
学生：阅读教材P113最后一自然段。
教师：要求学生理解有丝分裂的特征、意义，并能回答问题。
银幕显示检测题：
细胞有丝分裂的重要特征是：亲代细胞的染色体_______后，________到两个子细胞中去。由于染色体上有________，因而在生物的__________之间保持了__________的稳定性。可见，
细胞的有丝分裂对于生物的遗传有重要意义。
答案：经过复制 平均分配 遗传物质 亲代和子代 遗传性状
教师：除了细胞的有丝分裂，还有其他的分裂方式吗？
学生：减数分裂和无丝分裂。
教师：无丝分裂是最简单的分裂方式。进行无丝分裂的生物是不多的，通常是单细胞生物，特别是原生动物的生殖方式，例如草履虫、变形虫主要靠这种方式进行。无丝分裂在高等生物中也较普遍存在，而且是一种分裂方式。主要是高度分化的细胞，例如肝细胞，肾小管上皮细胞等。无丝分裂的过程如何，有什么特点呢？请同学们回答。要求学生阅读教材P114第二自然段。
教师：银幕显示：草履虫的无丝分裂图、蛙的红细胞的无丝分裂图。
学生：分裂过程中没有纺锤丝和染色体出现。
［教师精讲］
通过今天的学习，同学们深刻认识到每种植物细胞和每种动物细胞，在有丝分裂过程中，都有这样的共同特征：染色体经过自我复制，然后平均分配到两个子细胞中去，使每个子细胞核中都含有与上代细胞数目相同、种类相同的染色体。例如高等动物体组织中，已分化组织在不断丧失的情况下，不断地进行有丝分裂，就角化的皮肤而言，不断地发生上皮细胞的有丝分裂，以提供恒定的细胞供应，因此它的意义就在于保证了动物染色体上遗传物质的相对稳定，从而对保持生物体前后代遗传性状的稳定性起了很大作用。另外，细胞有丝分裂的知识也是研究生物遗传规律的必要基础。
［评价反馈］
用银幕显示下列题目，学生回答后，统计正误，反馈评价。
1.连续进行有丝分裂的细胞间期的特点是
A.细胞没有变化 B.染色体隐约可见
C.核膜解体 D.DNA复制和有关蛋白质合成
2.每条染色体复制后，在细胞进入下一阶段之前应该含有
A.两条染色体 B.两条姐妹染色单体
C.四条染色体 D.一条染色单体
3.在植物细胞分裂中期，牵引染色体运动的是
A.纺锤体 B.纺锤丝 C.纤维 D.中心体
4.在植物细胞分裂过程中，染色体形态、数目最清晰的时期是
A.间期 B.前期 C.中期 D.末期
5.细胞分裂后期，使染色体移向细胞两极的原因是
A.着丝点分裂，染色单体分离 B.纺锤丝缩短变粗，形成纺锤体
C.细胞板出现，染色单体分离 D.着丝点分裂，纺锤丝变短变粗
6.某细胞有丝分裂后期有染色体数目为16个，那么该物种染色体数为
A.4个 B.8个 C.16个 D.32个
7.（1）细胞分裂前期最显著变化表现在_________高度螺旋化，形成_________。
（2）细胞分裂前期的特征是：_______、________出现；_______、_________消失。
答案:1.D 2.B 3.B 4.C 5.D 6.B 7.（1）染色质 染色体 （2）染色体 纺锤体 核仁 核膜分裂末期，两组染色体分别到达细胞的两极。其细胞分裂的明显特征是：“两个消失”：纺锤体消失，染色体消失；“两个出现”：核仁出现，核膜出现。子细胞形成，细胞板——细胞壁。
［课堂小结］
本节课主要认识真核细胞有丝分裂的过程，落实有丝分裂过程中DNA和染色体的规律性变化。如下：
含四条染色体细胞为例 细胞周期比较项目 间期 分裂期
前期 中期 后期 末期
DNA含量（个） ４→８（逐步复制） ８ ８ ８ ８→４
染色体数（条） ４ ４ ４ ４→８ ８→４
染色单体数（条） ０→８ ８ ８ ０ ０
纺锤体 无 出现 最清 较清 消失
［布置作业］
1.P114的练习一.基础题1～5。
2.以体细胞里含有4条染色体为例，画一个处于有丝分裂中期的植物细胞。
［课后拓展］
1.图6—1—3是细胞有丝分裂某时期的示意图，请回答下列问题：
图6—1—3
（1）该图是__________细胞的有丝分裂，理由是_________________。
（2）该细胞所处的分裂时期是_____________。
（3）细胞分裂的结果形成两个子细胞。每个子细胞中的染色体是_________条，_________个DNA分子。
参考答案：（1）动物 有中心体而没有细胞壁 （2）有丝分裂后期 （3）4 4
2.图6—1—4是果蝇体细胞在连续有丝分裂时期DNA含量变化曲线，请根据曲线
回答下列问题：
图6—1-4
（1）完整的细胞周期从_________开始，到_________为止。
（2）细胞分裂的末期是_________。
（3）着丝点分裂，染色单体分离发生在___________。
（4）观察和研究染色体的形态和数目最好在_________期。
答案：（1）a f （2）e～f （3）d～e （4）c～d（中）
●板书设计
第二课时 细胞的分裂
●习题详解
一、练习（课本P114）
（一）基础题
1.C（因为A、B都只有一个模块，而C有多个模块，因此C能够表示生物体细胞大小和数量的状况）
2.A（分裂间期主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成）
3.D（染色体着丝点分裂，两条姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下各细胞向两极移动。这是后期的特点）
4.CE（植物细胞有丝分裂和动物细胞有丝分裂的不同点：前期，植物细胞是由细胞两极发出的纺锤丝构成纺锤体；动物细胞是由中心粒发出星射线，由两组中心粒之间的星射线组成纺锤体。末期，植物细胞是在赤道板位置形成细胞板，然后，细胞板向四周扩展形成细胞壁，把一个细胞分隔成两个子细胞。动物细胞不形成细胞板，是靠细胞膜从中部内陷，最后缢裂成两个子细胞）
5.B（无丝分裂概念中的“无丝”的含义是：在无丝分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。这也是无丝分裂的重要特征）
（二）拓展题
1.提示：卵细胞的卵黄中储存了大量营养物质，卵裂初期所需的营养物质由卵黄提供，不是靠细胞外物质的输入；细胞的表面积与体积之比限制细胞的物质运输，而卵细胞内部储存了大量的营养物质，可以长得比较大。
2.在下面的坐标图中画出有丝分裂染色体和DNA的数量变化曲线。如图6—1—5：
图6—1—5
二、本节聚焦（课本P110）
1.细胞不可能无限长大，细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。探究细胞大小与物质运输的关系实验结果表明：细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。细胞越大，需要与外界环境交流的物质越多；但是细胞体积越大，其表面积相对越小，细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了，所以物质运输的效率越低。但是限制细胞长大的因素并不仅限于此。例如，细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的扩大而增加的，如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。
2.细胞通过分裂方式进行增殖。
3.细胞进行有丝分裂具有周期性。即连续分裂的细胞，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。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期。
4.细胞有丝分裂实际上就是亲代细胞的染色体经过复制后，平均分配到两个子细胞中去（详见教学过程）。它的生物学意义是：由于染色体上有遗传物质DNA，因而在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。可见，细胞的有丝分裂对于生物的遗传有重要意义。
5.无丝分裂是最简单的分裂方式，在无丝分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。
三、旁栏思考题（课本P113）
有丝分裂的丝指的是纺锤丝。
四、技能训练（课本P114）
提示：限制细胞长大的因素主要有两方面：
（1）细胞表面积与体积的比。原生动物细胞中的伸缩泡就是增大膜表面积与体积的比。
（2）细胞的核质比，细胞核所控制的细胞大小与核的大小成比例。所以像草履虫这样个体较大的细胞有两个细胞核，保证正常的核质比。第1章 走近细胞
●章节规划
本章可以说是高中生物的绪论课。如何使学生产生学习本模块，甚至整个高中生物课的学习兴趣，是本章要解决的第一个问题。本模块是以“细胞是基本的生命系统”为主线来展开教学的，对于系统、生命系统等基本问题必须在本章解决，所以，本章又为后续章节的学习起着奠基的作用。
本章教学内容分析：本章共分2节，其知识网可列表如下：
本章的教学价值：
1.知识方面：
（1）举例说明生命活动建立在细胞的基础上。
（2）说出生命系统的结构层次。
（3）说出原核细胞和真核细胞的区别与联系。
（4）分析细胞学说建立的过程。
2.情感态度与价值观方面：
（1）认同细胞学说的建立是一个开拓、继承、修正和发展的过程。
（2）讨论技术进步在科学发展中的作用。
（3）认同细胞是基本的生命系统。
3.能力方面：
（1）使用高倍显微镜观察细胞，比较不同细胞的异同点。
（2）学会制作临时装片的方法。
本章教学活动规划：
本章计划3个课时。
第一课时，从生物圈到细胞。以讨论课的形式组织教学。通过让学生阅读、观察教材提供的事例进行分析讨论，得出生命活动离不开细胞的观点，掌握生命系统的结构层次，认同细胞是最基本的生命系统。
第二课时，实验。通过学生的分组实验，让学生能亲身感悟不同生物的细胞其形态千差万别，但它们却有共性，进而进一步理解细胞是最基本的生命系统。同时，让学生掌握使用高倍显微镜和制作临时装片的方法技巧。
第三课时，细胞的多样性和统一性。通过课前让学生收集有关细胞的发现、细胞学说的建立，组装细胞等生物史学资料和生物科学前沿资料，让学生了解任何学说的建立都是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
第1节 从生物圈到细胞
●从容说课
本节课一开始，教师就用录像展示2003年SARS在我国的传播及危害的过程，创设一个情境，来激发学生的学习兴趣，同时产生了问题，然后让学生分析讨论教材提供的资料，分别从生命特征的不同方面来论证“生命活动离不开细胞”，达到从具体事例上升到普遍意义的目的。
“生命系统的结构层次”是本节的难点，教师引导学生观察教材提供的图片，进行具体分析，教师适当的做一些拓展和补充，让学生从微观到宏观，步步紧扣地理解生命系统的严密性、层次性和多样性，并在此基础上认同细胞是基本的生命系统。
●三维目标
1.知识与技能
（1）举例说出生命活动建立在细胞的基础上。
（2）举例说出生命系统的结构层次。
2.过程与方法
（1）尝试将你所获得的文字、图表信息表达出来。
（2）自主学习：运用互联网、图书、杂志等资料收集和整理生物史学资料。
3.情感态度和价值观
（1）激发对生物学学科的学习兴趣。
（2）认同细胞是基本的生命系统。
（3）体验合作学习的快乐。
●教学重点
1.生命活动建立在细胞的基础上。
2.生命系统的结构层次。
●教学难点
生命系统的结构层次。
●教具准备
教师课件。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
1.教师利用网络或新闻资料将2003年SARS病毒的图片及给人类健康造成了非常严重后果的录像进行编辑，并用于课件制作。
2.组织运用互联网、图书、杂志等资料收集和整理生物史学资料。
［情境创设］
教师利用课件展示2003年SARS病毒的图片及给人类健康造成了非常严重后果的录像，将学生带回到他们亲身经历的这一恐慌事件中，引起学生的兴趣。
为什么人们对SARS这么恐惧呢？这是因为它具有较高的传染性和致死率，而这一切都是由SARS病毒造成的。
课件展示SARS病毒的结构示意图；SARS病毒患者肺部的X光照片。
［师生互动］
教师提问：
1.结合初中所学病毒知识，你认为SARS病毒是一种什么样的生物？
2.SARS病毒具有怎样的结构？它是怎样生活和繁殖的？
3.SARS病毒主要侵害人体的哪些细胞？
4.如果离开了活细胞，SARS病毒能够很好的生活和繁殖吗？
学生：回顾初中所学的病毒的知识，观察录像、图片，并根据已有的社会经验讨论回答。
（教学意图：考查学生对初中知识的掌握程度和从社会中获得信息的能力；激发学生的学习兴趣；理解病毒的生活和繁殖离不开细胞这一基本事实）
教师：病毒的结构简单，由蛋白质外壳和内部的遗传物质组成，没有细胞结构。病毒只能寄生在活细胞里，靠自己的遗传物质储存的遗传信息，利用寄主细胞内的物质，制造新的病毒，这就是病毒的生活和繁殖。SARS病毒主要侵害人的肺部细胞，使人发生呼吸困难而死亡。病毒一旦离开活细胞，就不再表现生命现象。除病毒外，其他生物都是由细胞构成的，那么，是不是所有生物的生命活动都离不开细胞呢？
屏幕显示资料：
［实例1］ 展示草履虫的运动和分裂方式及变形虫除去细胞核或除去细胞壁的变化的图片。
教师提问：
（1）草履虫和变形虫都是一种什么样的生物？它们能完成哪些生命活动？
（2）若没有完整的细胞结构，它们还能完成这些生命活动吗
学生：结合生物体的基本特征举例回答。
［实例2］ 展示人的生殖和发育过程图，提问：
（1）每个人的个体发育是从什么细胞开始的 你和父母之间什么细胞充当了“桥梁”？
（2）你能写出蛙的发育过程吗？
学生：根据已有的知识回答。
［实例3］ 展示缩手反射的动态过程及反射弧的结构图，并提问：
（1）完成一个简单的缩手反射，至少需要哪些细胞的参与？一个细胞能完成缩手反射吗？
（2）我们现在的学习活动，又有哪些细胞的参与呢？
学生：根据已有知识和生活经验讨论回答。
［实例4］ 展示艾滋病病毒和患者图片，问：
（1）你了解艾滋病吗？为什么人们“谈艾色变”？
（2）你还能举出哪些细胞受到损伤后导致疾病的例子
学生：收集资料小组简单介绍已了解的有关艾滋病的知识。根据社会经验回答。
教师：上述四个实例分别从不同的角度说明了生物的生命活动都离不开细胞，即细胞是生物体的结构和功能的基本单位。多细胞的生物必须依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂的生命活动。
（设计意图：考查学生初中所学的知识。与学生的生活经验联系，有利于激发学生的学习兴趣，训练学生的发散思维。强调单细胞生物和多细胞生物都有其共性，即都离不开细胞这一生命活动的基本单位。从人是由一个细胞开始发育这一事实，引导学生认识生命活动与细胞的关系）
设问：多细胞生物的生命活动是如何实现的呢？
屏幕展示龟的结构层次图，并提出问题引导学生思考回答：
［问题1］ 生命系统分为哪几个层次？它们从小到大的排列顺序是什么？
学生：观察图片分组讨论并回答。
细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。
［问题2］ 请说出生命系统中每个层次的概念。
学生：小组讨论，尝试说出每个层次的概念。
教师：同时用课件出示每个层次的名称和概念。
细胞：细胞是生物体的结构单位和功能的基本单位。
组织：由形态、结构、功能相同的细胞联合在一起的细胞群。
器官：不同的组织按照一定次序结合在一起的结构。
系统：能够完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组合在一起的结构。
个体：由各种器官或系统协调配合共同完成复杂的生命活动的生物。单细胞生物是由一个细胞构成的生物体。
种群：在一定的自然区域内，同种生物的所有个体是一个种群。
群落：在一定的自然区域内，所有种群组成一个群落。
生态系统：生物群落和它的无机环境相互作用而形成的统一整体。
生物圈：由地球上所有的生物和这些生物生活的无机环境共同构成。
［问题3］ 草履虫、松树、人，它们构成生命系统的层次相同吗？若不同，区别在哪里？
学生：小组讨论回答：
草履虫：是单细胞生物，只具有细胞这一个结构层次。
松树：是被子植物，没有“系统”这一结构层次。
人：具有上述所有层次。
［问题4］ 一个分子或一个原子是系统吗？是生命系统吗？
学生：小组讨论回答：分子、原子不能独立完成生命活动，所以，不是生命系统。
［问题5］ 在生命系统的各个层次中能完整地表现出生命活动的最小的层次是哪一个？
学生：在生命系统的各个层次中能完整地表现出生命活动的最小的层次是细胞。
教师、学生边分析边填写下表：
结构层次 概念 举例 学生举例
细胞
组织
器官
系统
个体
种群
群落
生态系统
生物圈
［问题6］ 不同的生物具有不同的具体的生命系统，这说明了什么？
学生：小组讨论回答：越高等的生物其生命系统越复杂，而低等生物则比较简单。由此说明生命系统的复杂性和多样性。
教师：由上述的分析可知，构成生命系统的结构具有层次性、复杂性、多样性。从最小的细胞开始，到最大的系统生物圈，尽管生命系统复杂多样，大小不同，但它们层层相依，紧密联系，都离不开细胞这一最基本的生命系统。
（设计意图：从局部和整体的关系引导学生理解生命系统的层次，同时理解生命系统的复杂性。训练学生的发散思维，训练学生的知识迁移能力）
［教师精讲］
通过刚才的分析我们知道生物的生命活动都离不开细胞，即细胞是生物体的结构和功能的基本单位。多细胞的生物必须依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂的生命活动。
构成生命系统的结构具有层次性、复杂性、多样性。它们从小到大的排列顺序是细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。从最小的细胞开始，到最大的系统生物圈，尽管生命系统复杂多样，大小不同，但它们层层相依，紧密联系，都离不开细胞这一最基本的生命系统。
［评价反馈］
1.下列细胞受到损伤后会导致哪些疾病？在（ ）内写出疾病的名称。
（1）胰岛细胞损伤后会导致（ ）；
（2）脊髓中的运动神经元损伤后会导致（ ）；
（3）大脑皮层听觉神经元损伤后会导致（ ）。
2.根据下面的要求将细胞名称填写在（ ）内。
（1）劳动是离不开（ ）细胞；
（2）兴奋传导离不开（ ）细胞；
（3）腺体分泌离不开（ ）细胞。
（4）做完这几道题后，你可得出什么结论？
3.从生命系统的结构层次分析，下列各种情况对应哪种结构层次？将名称填写在（ ）中。
（1）大肠杆菌属于（ ）层次；
（2）大肠杆菌菌落属于（ ）层次；
（3）一个池塘中的全部鲤鱼属于（ ）层次；
（4）一个池塘中的全部动物属于（ ）层次。
参考答案：
1.（1）糖尿病 （2）脊髓灰质炎 （3）耳聋
2.（1）肌肉 （2）神经 （3）腺 （4）结论：细胞是生物体的结构和功能的基本单位。
3.（1）细胞 （2）种群 （3）种群 （4）群落
［课堂小结］
由学生根据教师板书和自己的课堂笔记总结本节课的学习内容和知识结构：
［布置作业］
课本P6练习。
［课后拓展］
1.下列有关病毒的叙述，正确的是
A.病毒和其他生物一样，也具有细胞结构
B.一种病毒一般可以同时感染动物细胞和植物细胞
C.病毒的繁殖只在宿主的活细胞中进行
D.在人工配制的培养基上就能培养病毒
2.一片森林中的桉树苗、小桉树、大桉树组成一个
A.种群 B.群落
C.生态系统 D.生物圈
3.在一块草原上有8户牧民，每户牧民各养了一群羊，其中有6户养的是绵羊，有2户养的是山羊，这块草原上的8群羊是
A.一个群落 B.一个种群
C.两个种群 D.八个种群
4.夏日，取池塘中一滴水制成装片，在显微镜下观察，你会发现一些生物的存在。试写出你确认它们是生物的依据。
5.材料分析：
一个著名的科学实验
很多人都有这样的生活感受：夏天，做熟的食品很快就会腐败变质，俗称“变馊了”。这是什么原因呢？原来，做熟的食品里生出了无数细菌。食品中的这些细菌是从哪里来的呢？是由食品自然产生，还是来自于空气？对此，法国生物学家巴斯德（1822～1895）进行了认真地研究。
巴斯德把新鲜、清澈的肉汤分别装入甲、乙两个玻璃瓶里，然后把甲瓶的瓶颈烧软，并拉成鹅颈似的弯曲细长的形状，把乙瓶的瓶口敞开。随后他再次煮沸瓶内的肉汤。
观察发现，乙瓶内的肉汤很快就腐败变质了；而甲瓶，尽管肉汤通过弯曲细长的瓶颈与外界相通，但4年后，瓶内的肉汤仍然新鲜如初。后来他又反复做了几次类似的实验，都得到了相同的实验结果。
怎样解释这一实验结果呢？巴斯德认为，纯净的肉汤是永远不会自然生出细菌的，使肉汤腐败变质的细菌来自空气。
在巴斯德这项研究成果的启示下，人们懂得了消毒灭菌的意义。在这之前，外科手术后的病人往往死于伤口的化脓感染，医生们对此束手无策。为了防止感染，有时候不得不用烧红的烙铁去烫伤口，其痛苦程度简直无法想象，但仍然无法解决伤口感染的问题。在这之后，人们懂得了一定要将绷带、手术用具进行严格的消毒灭菌。人们还根据巴斯德的这项研究成果，研究出了食品长期防腐的办法。这就是现在普遍生产的各种罐头食品。
研究生物学最基本的方法有观察法和实验法，材料中运用的是__________法。其基本过程可以概括为以下几个基本环节：观察现象、提出问题→作出假设→设计实验、完成实验→检验假设、得出结论。分析材料中所述实验，回答相关问题。
（1）观察到的现象是：_____________________；
（2）提出的问题是：_____________________；
（3）实验中设计了对照实验吗？_____________________；
（4）装入甲、乙两瓶的肉汤为何要再次煮沸？__________________；
（5）实验研究的单一因素是什么？__________________；
（6）得出的科学结论是：_____________________。
参考答案：
1. C〔病毒不具备细胞结构。病毒是营寄生生活的生物，必须生活在活细胞中，离开活细胞病毒不具有生命现象，所以在普通培养基上不能生活。病毒的寄生生活还具有专一性，根据宿主的不同，病毒可分为植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）〕
2. A（种群是研究一定范围内同种生物的所有个体，它应包括该范围内各个年龄段的所有个体）
3. C（群落应该包括此草原上的各种生物，所以A是错误的。种群是指在一定的区域内，同种生物的所有个体。绵羊和山羊分别属于两个不同物种，这里虽有八群羊，但只包含两个物种）
4. 解析：本题通过设置具体的情境，考查生物体的基本特征。但又不能照搬生物体区别于非生物的特征，要切合题设要求。生物来自于池塘中的一滴水，因此它们是生物的根据是：有细胞结构，对刺激能作出反应，能繁殖（或细胞分裂），能自主运动（游动）。只要符合上述几种条件即可判断生物的存在。
答案：有细胞结构，对刺激能作出反应，能繁殖（或细胞分裂），能自主运动（游动）等。
5.实验 （1）熟食变馊 （2）熟食中的细菌从哪里来 （3）设计了：甲瓶的瓶颈烧软，并拉成鹅颈似的弯曲细长的形状，乙瓶的瓶口敞开 （4）再次煮沸能杀死肉汤中的细菌，排除细菌可能来自于食物中这一因素 （5）细菌是否来自空气 （6）使肉汤腐败变质的细菌来自空气
●板书设计
第1章 走近细胞
第1节 从生物圈到细胞
一、生命活动离不开细胞
二、生命系统的结构层次
说明：构成生命系统的结构具有层次性、复杂性、多样性。细胞是基本的生命系统。
●习题详解
一、练习（课本P6）
（一）基础题
1.（1）活细胞：A、D、G、I （2）死细胞：B、E （3）细胞的产物：C、F、H
2.（1）细胞层次（也是个体层次，因为大肠杆菌是单细胞生物）；（2）种群层次；（3）群落层次。
（二）拓展题
1.提示：不是。病毒不具有细胞结构，不能独立生活，只能寄生在活细胞中才能生活，因此，尽管人工合成了脊髓灰质病毒，但不意味着人工合成制造了生命。
2.人工合成病毒的研究，其意义具有两面性，用绝对肯定或绝对否定的态度都是不全面的。从肯定的角度来看，人工合成病毒可以使人类更好地认识病毒。例如，研制抵抗病毒的药物和疫苗，从而更好地为人类的健康服务；从否定的角度看，人工合成病毒的研究也可能合成某些对人类有害的病毒，如果这些病毒传播开来，后者被某些人用作生物武器，将给人类带来灾难。
二、问题探讨（课本P2）
1.提示：病毒尽管不具有细胞结构，但它可以寄生在活细胞中，利用活细胞的物质生活和繁殖。
2.提示：SARS病毒侵害了人体的上呼吸道细胞、肺部细胞，由于肺部细胞受损，导致患者呼吸困难，患者因呼吸功能衰竭而死亡。此外，SARS病毒还侵害人体其他部位的细胞。
三、本节聚焦（课本P2）
1.生物体无论是单细胞生物还是多细胞生物，它们的运动、繁殖、生长、发育、应激性等生命特征的体现和生命活动的进行，都离不开细胞这一生物体的结构和功能的基本单位。
2.地球上的生命系统从小到大可分为以下九个层次：细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。
3.细胞是生物体的结构和功能的基本单位，各种生物的生命活动都是在细胞内或细胞的参与下完成的，所以，细胞是最基本的生命系统。
四、资料分析（课本P4）
1.提示：草履虫除能完成运动和分裂外，还能完成摄食、呼吸、生长、应激性等生命活动。如果没有完整的细胞结构，草履虫不可能完成这些生命活动。
2.提示：在子女和父母之间，精子和卵细胞充当了遗传物质的桥梁。父亲产生的精子和母亲产生的卵细胞通过受精作用形成受精卵，受精卵在子宫中发育成胚胎，胚胎进一步发育成胎儿。胚胎发育通过细胞分裂、分化等过程实现。
3.提示：完成一个简单的缩手反射需要许多种类的细胞参与，如由传入神经末梢形成的感受器、传入神经元、中间神经元、传出神经元、相关的骨骼肌细胞，等等。人的学习活动需要种类和数量繁多的细胞参与，但主要是神经细胞的参与。由细胞形成组织，由各种组织构成器官，由器官形成系统，多种系统协调工作，才能完成学习活动。
4.提示：例如，胰岛细胞受损容易导致胰岛素依赖型糖尿病；脊髓中的运动神经元受损容易导致相应的肢体瘫痪；大脑皮层的听觉神经元受损可导致听觉发生障碍，等等。
5.提示：例如，生物体的运动离不开肌细胞；兴奋的传导离不开神经细胞；腺体的分泌离不开相关的腺（上皮）细胞，等等。
五、思考与讨论（课本P6）
1.提示：如果把龟换成人，图中其他各层次的名称不变，但具体内容会发生变化。例如，心脏应为二心房二心室；种群应为同一区域的所有人，等等。如果换成一棵松树，图中应去掉“系统”这个层次，细胞、组织、器官、种群的具体内容也会改变。如果换成一只草履虫，细胞本身就是个体，没有组织、器官、系统等层次。
2.提示：细胞层次；其他层次都是建立在细胞这一层次的基础之上的，没有细胞就没有组织、器官、系统等层次。另一方面，生物体中的每个细胞具有相对的独立性，能独立完成一系列的生命活动，某些生物体还是由单细胞构成的。
3.提示：一个分子或一个原子是一个系统，但不是生命系统，因为生命系统能完成一定的生命活动，单靠一个分子或一个原子是不可能完成生命活动的。第3节 遗传信息的携带者——核酸
●从容说课
《遗传信息的携带者——核酸》的知识，学生在日常生活中很少有感性的认识，所以教学的直观性非常重要。但是学生对遗传物质会产生强烈的好奇心，我们可以利用这一点，再结合新的科技成果来创设情景，例如课文中的问题探讨：DNA指纹法技术在侦破工作中的用途，来进入新课程的教学。本节虽然提出了遗传信息，但是对遗传信息的深入理解需要在《遗传进化模块》中完成。这一节重点是让学生了解承载遗传信息的物质——核酸。通过实验，观察DNA和RNA在细胞中的分布，让学生在实验中通过试剂的特殊显色反应，感受到遗传物质——核酸的真实存在和分布情况，这样对核酸有一个比较直观的感性认识，从而更好地理解核酸的种类有两种：脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA）。教师在教学中要注意引导学生正确地使用显微镜的方法和关键的实验步骤，引导学生分析问题以及如何得出结论。此实验是本节一个很重要的内容。第二个重点内容是理解核酸是一种生物大分子，它是由核苷酸连接而成的长链。教师可以从学生已有的学习知识入手，从核酸的基本组成元素出发，由元素组成核苷酸，由核苷酸组成核苷酸链，再形成核酸。注意利用课文中两种核苷酸的比较，以区分DNA和RNA的基本组成单位的不同，组成两种核苷酸碱基的不同和所含的五碳糖不同，提高归纳判断能力。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出核酸的种类。
（2）简述核酸的分子结构和功能。
（3）懂得以特定的染色剂染色，观察并区分DNA和RNA在细胞中的分布。
2.过程与方法
（1）尝试进行自主学习和合作学习。
（2）学会运用比较、归纳等方法分析实验结果。
（3）运用互联网、图书、杂志进行资料的收集和整理。
（4）积极参加社区实践活动，并尝试进行调查报告的写作。
3.情感态度与价值观
（1）参与小组合作与交流，培养学生自主、探究、合作式的学习方式。
（2）认识生物科学的价值，乐于学习生物科学，养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
●教学重点
1.核酸的分子结构和功能。
2.观察并区分DNA和RNA在细胞中的分布。
●教学难点
观察并区分DNA和RNA在细胞中的分布。
●教具准备
1.实验材料的准备。
2.学生的探究性学习预习作业：观察DNA和RNA在细胞中的分布。
3.脱氧核苷酸和核糖核苷酸分子组成示意图、脱氧核苷酸长链示意图、DNA与RNA在化学组成上的区别图。
4.实验的多媒体课件。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
1.实验材料用具：人的口腔上皮细胞或青蛙皮肤细胞、蛙的红细胞、蚕豆叶表皮，洋葱表皮
大烧杯，小烧杯，温度计，滴管，消毒牙签，载玻片，盖玻片，铁架台，石棉网，火柴，酒精灯，吸水纸，显微镜
质量分数为0.9%的NaCl溶液，质量分数为0.8%的盐酸，吡罗红甲基绿染色剂（取A液20 mL,B液80 mL配成染色剂，使用时现配。A液：取吡罗红甲基绿粉1 g，加入100 mL蒸馏水中溶解，放入棕色瓶中备用。B液：取乙酸钠16.4 g,用蒸馏水溶解至1 000 mL。取乙酸12 mL，用蒸馏水稀释至1 000 mL。取稀释的乙酸钠溶液30 mL和乙酸20 mL，加蒸馏水50 mL,配成pH为4.8的溶液），蒸馏水。
2.学生实验人员的分组（一般4人为一个小组），实验的预习作业。
3.调查报告的一般写法资料准备。
［情境创设］
首届国际DNA证据研讨会于2004年11月23日至25日在北京人民警察学院举行。迄今为止，没有任何一项法庭证据鉴别技术像DNA鉴定一样，能够以99.999 9%的精度锁定或排除犯罪嫌疑人。在全国司法系统推广DNA证据鉴定技术，建立全国联网的犯罪现场DNA证据数据库以及重点监控人群DNA数据库，对于大幅提高破案率、缩短结案时间，震慑强奸、杀人等恶性犯罪分子，维护社会安定具有重要意义。
以下是一个真实的故事：检验荔枝DNA找到杀人者 一个年仅12岁的女孩，失踪数日后，在村边的臭水沟中被人发现尸体。侦查人员在死者胃里发现了一种呈咖啡色的肉丝状物质，随后又在嫌疑人家中发现了一些发霉的荔枝壳和荔枝核，两者之间究竟有无关联？
检验人员运用植物DNA检验技术，采用多对引物进行扩增检验，结果证明在死者胃内发现的咖啡色肉丝状物质就是荔枝肉。检验进一步证明，死者胃内所发现的荔枝肉和嫌疑人家中发现的荔枝壳具有同一来源的特性，在所有的引物扩增检验结果中，果肉和外壳都呈现出相同的DNA谱带。同时，警方从市场上随机购买的荔枝却与前两者的DNA谱带不同。
这个结果说明一个事实，在死者胃内发现的荔枝肉与在嫌疑人家中发现的荔枝壳是同一棵树上结的果实，具有同一性。在证据面前，嫌疑人供认了犯罪过程。
DNA指纹法技术在侦破工作中有着重要的用途。众所周知，每个人都有指纹，而且每个人的指纹都很独特，刑侦人员将从案发现场得到的血液、头发等样品中提取的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比较，就有可能为案件的侦破提供证据。那么什么是DNA指纹呢？DNA是什么？为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息？
［师生互动］
（一）学生分小组进行合作式的讨论和交流
学生对DNA指纹法在案件侦破中的作用可能略有所闻，让学生分组进行合作式的讨论，然后让学生进行交流表达、回答提出的疑问，尽可能地让所有学生分享他们对遗传物质——核酸的认识。
1.DNA指纹是不是平时说的手指印？（不是）
2.怎么知道那些DNA是否来自同一个人？（根据复杂的检测，观察DNA谱带是否完全相同）
3.DNA可以做身份证吗？（可以。而且这种身份证是终身的，也是唯一的，能避免同名同姓同地点同时出生的人身份混淆）
……
可以由学生自由提问，在老师组织下，由同学答疑，回答不上来的，再由老师作补充。
为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息，这与DNA是遗传物质的本质是分不开的，因此通过对DNA指纹的鉴定，可以判断两个人之间的亲缘关系，DNA指纹在人的一生中是无法改变的，因此，科学家只需要一滴血、一根头发等就可以对其DNA指纹进行鉴定。DNA指纹分析除了用于破案以外，还广泛用于其他很多方面，如亲子鉴定、鉴别移民、孤儿、难民、遇难者的身份等。
4.DNA的中文名称是什么呢？（脱氧核糖核酸）
5.脱氧核糖核酸属于哪一类的有机化合物？（核酸）
6.核酸有哪些种类？有什么功能？（核酸包括两大类：一类是脱氧核糖核酸，简称DNA；一类是核糖核酸，简称RNA。核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中有重要的作用）
7.一个细胞的基本结构是什么？核酸存在于细胞的哪些部位？（细胞有细胞膜、细胞质、细胞核等几个部分，植物细胞还有细胞壁、液泡等特殊结构）
8.大家能否通过实验，判断DNA和RNA在细胞中的分布情况？
（二）老师介绍实验的原理以及科学认识的模式
原理：甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同，甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色。利用甲基绿和吡罗红混合染色剂将细胞染色，可以显示DNA和RNA在细胞中的分布。盐酸能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同时使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA和染色剂结合。
科学认识模式是“假设检验”，即在提出问题后，接着提出猜测性的假设，然后用观察和实验来检验。这种科学认识模式的程序是问题→试探性假设→批判与检验。这是科学探究的一般程序，也是探究性学习的一般程序。
（三）找一个预习作业做得比较好的同学，陈述实验如何进行
A.问题的提出：DNA和RNA在细胞中是怎么分布的？
B.试探性假设：DNA分布在细胞核，RNA分布在细胞质。
C.实验检验：甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色，通过观察两种颜色出现的部位来判断DNA和RNA在细胞中的分布。
实验方法步骤
1.取口腔上皮细胞
（1）在洁净的载玻片上，滴一滴质量分数为0.9%的NaCl溶液。
（2）用消毒牙签在自己漱净的口腔内侧壁上轻轻地刮几下，把牙签上附有碎屑的一端，放在载玻片的液滴中涂抹几下。
（3）点燃酒精灯，将涂有口腔上皮细胞的载玻片烘干。
2.水解
（1）在小烧杯中加入30 mL质量分数为8%的盐酸，将烘干的载玻片放入小烧杯中。
（2）在大烧杯中加入30 ℃温水。
（3）将盛有盐酸和载玻片的小烧杯放在大烧杯中保温5 min。（如下图所示）
图2－3－1
3.冲洗涂片
用蒸馏水的缓水流冲洗载玻片10 s。
4.染色
（1）用吸水纸吸去载玻片上的水分。
（2）将吡罗红甲基绿染色剂滴2滴在载玻片上，染色5 min。
（3）吸去多余染色剂，盖上盖玻片。
5.观察
先用低倍镜找到染色均匀、色泽浅的区域，再用高倍镜观察各部分的染色情况。
（四）教师把实验关键的步骤作多媒体演示
请你把观察到的实验现象记录在下表中，分析得出结论。
选用材料 细胞核的颜色 细胞质的颜色
人的口腔上皮细胞
洋葱鳞片叶表皮细胞
自选材料________
结 论
（五）各实验小组的学生交流实验结果
请你和其他实验小组交流实验现象和结论，你们得出的结论是一样的吗？
结论：通过各种动植物实验材料的观察，同学们观察到的结果非常相似，在细胞核部分被染成了绿色，而在细胞质部分被染成了红色。说明DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。
（六）学生带着三个主要问题阅读课本P28～P29，进行自主学习和交流
1.核酸的组成元素有哪些？
2.核酸的分子结构是怎么样的？
3.如何区分DNA和RNA？
老师投影图片：课本P28，图2－8脱氧核苷酸和核糖核苷酸、图2－9脱氧核苷酸长链，课本P29，图2－10 DNA与RNA在化学组成上的区别，由学生对上述问题一一回答，老师对学生理解不到的地方作必要的补充说明。
核酸由C、H、O、N、P五种元素组成。核酸水解后得到很多核苷酸。核苷酸是核酸的基本组成单位。
观察图2－8脱氧核苷酸和核糖核苷酸，比较脱氧核苷酸和核糖核苷酸分子结构有什么异同？（观察能力的培养）
相同点：一个核苷酸都是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成。很快也能观察到组成两者的糖不一样，组成脱氧核苷酸的糖比核糖核苷酸的糖少了一个氧原子。
观察脱氧核苷酸长链图。此图是一小段脱氧核苷酸长链，图中有多少个脱氧核苷酸分子？（5个）每个核酸是由几十个乃至上亿个核苷酸连接而成的。绝大多数生物体的细胞中，DNA由2条核苷酸链构成。RNA由1条核苷酸链构成。
观察DNA与RNA在化学组成上的区别图，由学生归纳并说出它们的区别。
［教师精讲］
观察DNA与RNA在细胞中的分布是一个重要的学习活动，懂得实验的原理是基础。甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色。要想实验得到明显的效果，必须注意用盐酸水解的实验步骤，改变细胞膜的通透性和使染色体中的DNA与蛋白质分离。
看懂脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸图解，DNA和RNA在化学组成上的区别图解，以及核苷酸长链的特点，也是本节对同学们在观察能力、分析归纳能力方面的一个重要的要求。应该指出的是遗传信息是指DNA的脱氧核苷酸序列。DNA的脱氧核苷酸虽然只有4种，但若数量不限，在连成长链时，排列顺序就极其多样化，它的信息容量就非常大了。有关DNA和RNA知识的深入了解，在第二模块《遗传与进化》中继续学习。
［评价反馈］
学习过程评价表
班级：___________姓名：___________评定结果：__________
评价内容 评价的主体（评价者）
维度 自评 互评 教师评价
学习能力 善于搜集信息和分析信息，通过自主学习获取知识
能积极参加课堂教学活动，在合作学习和合作讨论中表现积极
实践能力 积极参加学科实践，能在实践中发表自己的看法或意见
能熟练制作口腔上皮细胞或洋葱表皮细胞
正确使用显微镜，并能观察到较明显的实验现象
有较强的合作精神，能与小组成员共同完成任务
学习情感和态度 学习态度认真，有坚定的学习信念，能克服学习中的困难
有课前预习，堂上听课注意力集中，按时完成作业
有学习诚信，不抄袭他人的作业
能主动设疑、解疑，积极思考、发言
有协作精神，能与他人交流自己的学习体验
任课教师（签名）：__________
△等级建议：
A.优秀 B.良好
C.合格 D.不合格
［课堂小结］
遗传信息
［布置作业］
1.课本P29练习题。
2.如何写调查报告。
［课后拓展］
（一）调查报告的一般格式
调查课题：核酸保健品的种类调查或核酸保健品功效调查
调查目的：
1.初步学会调查和统计的基本方法。
2.培养接触社会，并从社会中直接获取资料的能力。
3.在调查实践中，培养学生的团队精神、探索精神和实事求是的科学态度。
调查过程：
1.调查单位：
2.调查时间：
3.调查方式：（包括组成人员）
●板书设计
第3节 遗传信息的携带者——核酸
核酸的种类和功能
功能：
二、核酸在细胞中的分布
DNA：主要分布在细胞核内
RNA：主要分布在细胞质中
三、核酸的分子结构
●习题详解
一、练习（课本P29）
（一）基础题
（1）√〔绝大多数生物的遗传信息储存在DNA分子中，部分病毒（如HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒、狂犬病毒等）的遗传信息直接储存在RNA中〕
（2）√（脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸都是由一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮的碱基组成）
（3）×（DNA主要分布在细胞核内，细胞质中的线粒体和叶绿体也有少量的DNA；RNA主要分布在细胞质中，但细胞核中的染色体也含有少量的RNA）
2.C（DNA是由脱氧核苷酸分子组成的，每个脱氧核苷酸含有的五碳糖是脱氧核糖）
3.C（豌豆叶肉细胞中核酸有DNA和RNA两种类型，组成DNA的碱基种类有A、T、C、G四种，组成RNA的碱基种类有A、U、C、G四种,所以豌豆叶肉细胞含有A、T、C、G、U五种碱基）
（二）拓展题
提示：根据网上收集的各种资料以及社会调查的结果显示，迄今为止卫生部共批准了十种核酸保健食品：恒达核酸口服液、泼力金核酸饮品、正分子牌核酸胶囊、中西新生力牌核酸胶囊、珍奥核酸胶囊、珍奥核酸口服液、迪源牌鲁迪核酸口服液、安泰核酸口服液、御麟牌御麝核酸胶囊、莱福赛茵牌敬尊核酸片。其保健功能也仅限于免疫调节、抗疲劳、改善记忆、延缓衰老。（人民健康网）
二、问题探讨（课本P26）
1.全名为脱氧核糖核酸。DNA是主要的遗传物质,而每个人的遗传物质都有所区别,因此DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息。
2.DNA鉴定技术还可以运用在亲子鉴定上。在研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系等方面,也可以利用DNA鉴定技术。
3.需要。因为DNA鉴定只是提供了犯罪嫌疑人的遗传物质方面的信息,还需要有嫌疑人是否有作案动机、时间，是否在犯罪现场，是否有证人等其他证据。如果有人蓄意陷害某人,也完全有可能将他的头发、血液等含有DNA的物质放在现场。因此案件侦查工作应在DNA鉴定的基础上,结合其他证据确定罪犯。
三、本节聚焦（课本P26）
1.组成DNA和RNA的五碳糖和含氮的碱基种类不同。组成DNA的五碳糖是脱氧核糖，碱基中有胸腺嘧啶T，而RNA的五碳糖是核糖，碱基没有T而有尿嘧啶U。
2.核酸的基本组成单位是核苷酸。
3.DNA中脱氧核苷酸的排列顺序就代表了生物的遗传信息。
四、实验（课本P27）
结论：说明DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。
五、旁栏思考题（课本P27）
原核细胞的DNA位于拟核区域。第2节 细胞的分化
●从容说课
本节内容是在学生学习完细胞的增殖开设的，教师要明确指出细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，仅有细胞的增殖，而没有细胞的分化，生物体是不能正常发育的。关于细胞分化，课程标准的要求是“说明细胞的分化”和“举例说明细胞的全能性”，这都是“理解”水平的要求；可是细胞分化概念对于学生来说要比细胞增殖的概念抽象得多，教师可结合人的受精卵的发育过程，从而引导学生展开本节的学习。
在讲述细胞的分化时，应该联系初中学过的有关组织、器官、系统的知识；联系不同组织中的细胞形态、结构、成分等特点。从个体发育过程中，各种组织、器官、系统的建成角度来理解细胞分化的重要地位。在讲述中，最好结合运用几种细胞分化过程的示意图和多媒体课件。
在教学中，教师应当引导学生理解好以下几点：①一般多细胞生物体的发育起点是一个细胞(受精卵)，细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成胚胎、幼体，并发育成成体。②分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的变化，如组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶。③细胞分化是一个渐变过程，在胚胎发育的早期，细胞外观上尚未出现明显变化前，细胞的分化前途就已经决定，以后依次渐变，不能逆转。因此，分化是一种持久的、稳定的变化。④由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的DNA分子。因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。
细胞分化是多细胞生物体发育的基础与核心。鉴于细胞分化的重要性，课程标准从知识层面对细胞分化的学习内容提出了比较高的要求。本节内容是这样安排的：先介绍什么是细胞分化，细胞分化对多细胞生物体的发育有什么重要意义；再介绍已经分化的细胞，仍然可能具有发育为完整个体的潜能，即具有全能性；最后安排“干细胞研究进展与人类健康”的资料搜集与分析活动。
细胞分化是指在个体发育中，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。在这个概念中，“稳定性差异”这几个字，内涵很深刻，也是学生不好理解的。因此，教科书在关于细胞分化的概念的叙述上，不是采取演绎式写法，而是采取归纳式，从动植物体胚胎发育的具体事例入手，帮助学生理解什么是细胞分化。动物胚胎发育的过程，以红细胞和心肌细胞的分化为例；植物胚胎发育的过程，以叶肉细胞、表皮细胞和储藏细胞的分化为例。通过这些实例，帮助学生理解早期胚胎中彼此相似的细胞，经过分裂和分化，发育为形态、结构和功能上不相同的细胞，这一变化过程是持久性的，一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。但是学生没有学过基因表达，无法理解基因的选择性表达是怎么回事。为了让学生对细胞分化的认识能够深入到本质，即基因水平，而不只是停留在表面现象，即不同类群细胞形态、结构和功能的差异上，教科书先设问：“就一个个体来说，各种细胞具有完全相同的遗传信息，但形态、结构和功能却有很大差异，这是怎么回事呢？”然后以红细胞和肌细胞中，血红蛋白基因和肌动蛋白基因所处的开、关状态不同为例，解释在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息执行情况不同，导致细胞形态、结构、功能上的差异。通过具体的事例，帮助学生理解基因的“选择性”“表达”。
紧接着提出下一个问题：高度分化的细胞，还能像早期胚胎细胞那样，再分化成其他细胞吗？由此引入对“细胞的全能性”的学习，植物细胞一般都具有全能性，而动物和人体内有没有具有分裂和分化能力的细胞呢？在这个问题下，教科书引出了干细胞的概念。近年来哺乳动物胚胎干细胞的分离成功，极大地促进了人们对干细胞的认识，并使干细胞的研究成为生物医学研究的热点领域之一。干细胞的研究为替换病变的组织和器官、某些癌症和遗传病的治疗带来了新的希望。教科书安排的“资料搜集和分析”活动，鼓励学生通过报纸、刊物、书籍、互联网等途径搜集有关干细胞研究进展的资料，在关注与人类健康密切相关的生物学热点问题的同时，培养资料搜集和分析能力，以及表达与交流的能力。
综上所述，本节内容信息量比较大，概念抽象，内容新鲜，因此教师要灵活运用教学方法，如讨论法、发现法、讲述法等等，使本节的教学达到新课标的要求。
●三维目标
1.知识与技能
（1）了解细胞的分化与生物体发育的关系，能说明细胞的分化。
（2）能举例说明细胞的全能性及其在科学研究中的应用。
2.过程与方法
（1）培养学生分析比较的能力。
（2）培养学生联系实际灵活运用知识的能力。
（3）学会有关干细胞研究进展与人类健康的资料搜集和分析。
3.情感态度与价值观
（1）通过学习使学生体会生命的运动性，体会内因和外因对生命进程的影响等哲学思想。
（2）引导学生关注当今世界面临的重大社会问题和人类的健康问题。激发社会责任感和使命感，激发学生关爱生命的美好情感。
●教学重点
1.细胞分化的概念和意义。
2.细胞全能性的概念。
3.细胞分化与细胞分裂的关系。
●教学难点
1.细胞分化的概念。
2.细胞全能性的概念及实例。
●教具准备
1.各种不同形状的细胞和不同组织的图片。
2.植物体细胞培养产生完整植株示意图。
3.骨髓中造血干细胞分化出各种血细胞图片。
4.植物体细胞培养产生完整植株的录像片断。
5.细胞分化的多媒体课件。
6.学生用橡皮泥制作一个细胞连续两次分裂的模型。
7.人的受精卵发育成胎儿过程的视频录像。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
为了更好地落实教师的主导地位和学生的主体地位，教师要先把上课所需要的各种图片、资料、板书设计和视频等用PowerPoint平台制作成多媒体课件；教师在课前检查学生搜集有关干细胞研究进展与人类健康资料的情况；学生用橡皮泥预先制作一个细胞连续两次分裂的模型以供上课使用。
［情境创设］
教师先播放人的受精卵发育成胎儿过程的视频录像给学生观看，这是人的生理常识，学生会很迫切想认识这个过程，大大地激发学生学习兴趣，（注：教材的问题探讨有关骨髓移植来治疗白血病的话题太沉重，我认为不能用来作为情境创设，可以放在介绍了细胞的全能性以后再讨论）非常有利于本节课的学习；学生观看后，教师提问学生回答问题。
教师：这个过程中包含了我们前面学过的哪些方面的细胞学知识？
学生：细胞的增殖，细胞的生长等知识。
教师：上节课我们学习了细胞增殖的知识，认识到细胞增殖的结果是细胞数量的增多，这些细胞是一堆相同的细胞。
学生：出示用橡皮泥制作成细胞分裂结果模型。
教师：从我们刚才观看的录像认识到在受精卵发育的过程中，只有细胞的增殖和生长是远远不够的，还要有我们今天要学习的细胞的分化。什么是细胞的分化呢？下面我们一起来讨论。
［师生互动］
（一）细胞分化及其意义
1.什么是细胞分化？
教师：播放人的胚胎发育过程的FLASH动画。提出问题：胚胎的早期和后期有什么 不同？
学生：观察和讨论。
教师引导学生回答：胚胎发育的早期，各个细胞彼此相似；它们都来自受精卵的分裂，具有相同的遗传物质。
教师：组成胎儿的各种细胞组织是怎样来的呢？用PowerPoint演示课本P117的图6—8。见图6—2—1和图6—2—2。
图6-2-1
图6—2—2 细胞和组织分化的不同途径（*内胚层只形成这些器官、系统的上皮）
学生：思考和观察，然后回答问题。
教师引导学生回答：细胞增殖的同时，这些细胞逐渐向不同方向变化，如课本图6-8，红细胞和心肌细胞都来自一群相似的胚胎细胞。后来，有的细胞发育为红细胞，合成运输氧的血红蛋白；有的细胞发育为肌细胞，合成行使运动功能的蛋白质。
教师：如图6—2—2，我们看到了组成胎儿的各种细胞组织就是因为细胞的变化方向不同，使它们从相似的早期胚细胞变成了形状结构各异的各种各样的细胞和所组成的组织，（如图6—2—3），这些不同的细胞组织就组成了一个完整的生物体——胎儿。用PowerPoint演示课本P118的图6—9，引导学生观察。提出问题：植物的情况怎样呢？
图6-2-3 各种不同形状的细胞和不同组织的示意图
学生观察。
教师引导学生讲出：植物也是一样，同一植物体的各种细胞，如叶肉细胞、表皮细胞、储藏细胞等细胞也都来自一群彼此相似的早期胚细胞。
教师：我们认识到这里，同学们明白什么是细胞分化吗？提问学生回答。
学生：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，叫做细胞分化。细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化了的细胞将一直保持分化的状态，直到死亡。
学生用各种颜色的橡皮泥操作一种细胞分化成多种细胞的模型。教师用PowerPoint演示同样的过程。学生阅读课本P118第二自然段和讨论课本的想象空间的问题，加深对细胞分化的理解。
1.细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，发生在生物体的整个生命进程中，但在胚胎发育期最旺盛， 、最频繁，达到最大程度。细胞分化是稳定有序的，一般是不可逆的。
2.细胞分化是个体发育的基础。仅有细胞的增殖，而没有细胞的分化，就不可能形成具有特定形态、结构和功能的组织器官（课本P118图6-10），生物体也就不可能正常发育。
3.细胞分化使细胞的功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
教师：创设问题：同学们想过吗？组成生物体的各种各样的细胞遗传信息一样吗？
学生：同一个生物个体中，各种各样的细胞遗传信息是完全相同的，都来自受精卵。
教师：但这些细胞形态、结构和功能却有很大差异，这是怎么回事呢？原来，在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息的执行情况是不同的，例如，在红细胞中，与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态，与肌动蛋白（肌细胞中的一种蛋白质）合成有关的基因则处于关闭状态；在肌细胞中则相反。（注：基因的有关知识将在第二模块中继续学习）。也就是说，细胞分化是特定基因在一定的时间、空间表达的结果。讨论到这里，同学们能讲出细胞分化的意义吗？
2.细胞分化的意义
教师引导学生回答：多细胞生物经过细胞分化形成各种不同的细胞和组织，多细胞生物的个体发育起点——受精卵，通过细胞分裂分化形成各种组织、器官和系统，进一步构成多细胞生物个体。
教师创设问题：是不是所有分化的细胞都不能再分裂呢？
教师：同学们，看过家里的爷爷种花，他摘取月季花的一段枝条，把它种到地里，过一段时间，枝条长成完整的植株并开花。我们再来看一个例子，播放胡萝卜经组织培养产生完整植株的录像片。这两个实验表明什么问题呢？学生讨论。
教师：这两个实验表明，高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，这就是细胞的全能性。同学们能表达清楚吗？
（二）细胞的全能性
1.细胞全能性的概念
教师引导学生讲出：细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的 潜能。
教师：其实受精卵和早期胚胎细胞都是具有全能性的细胞。同学们能再举出有关植物细胞全能性应用的例子吗？
学生交流当地农业试验基地组织培养的情况，认识组织培养的优越性。
教师：通过学习和交流，同学们认识到植物细胞都具有全能性，表现出细胞全能性需要前提条件：必须是离体的细胞或组织器官、适宜的条件，且个体发育同样经过细胞分裂、细胞分化。那动物细胞具有全能性吗？和植物细胞一样吗？
学生阅读课本P119第四、五自然段。
教师：动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，细胞分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。可是细胞核则不同，它含有保持本物种遗传性所需要的全套基因，并且并没有因细胞分化而失去基因，因此，高度分化的动物细胞核仍然具有全能性。这可以从细胞核移植实验以及其他的实验证据中得到证实。同学们能举出例子吗？
学生交流，教师补充：如我国的克隆山羊阳阳等，学生讨论当今热门话题——“克隆人”可能吗？提出克隆人体器官对医学上人体器官移植的作用。
学生讨论课本P117的问题探讨，引出干细胞有关内容的学习。
2.什么叫干细胞
在动物和人体内仍然保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。如：胚胎干细胞和骨髓中的造血干细胞等。为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的残废而减少？
学生：因为健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
学生交流有关干细胞研究进展与人类健康的情况。如：在我国的很多大医院，利用骨髓移植已经成功治愈了多例白血病患者；利用胚胎干细胞培育出肝组织，为重肝病患者带来佳音。教师教育学生要有爱心，关爱生命，维护人体健康。
［教师精讲］
细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象，细胞的分裂是细胞分化的基础，通过细胞的分裂和分化，生物体才能完成生长、发育和繁殖的过程。细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。人类利用植物细胞的全能性，通过组织培养，生产出大量的植物良种，拯救珍稀物种，为人类造福；对动物和人体干细胞的研究，将为人类战胜病魔带来福音。同学们，努力吧！走科学研究的道路，胜利是属于你们的。
［评价反馈］
用PowerPoint演示下列题目，学生抢答，统计正误，进行反馈。
1.细胞分化的结果是
细胞数目增加 B.形成组织
C.生长 D.细胞衰老
2.组织培养和克隆技术应用的原理是
A.所有细胞都具有分化的能力
B.所有细胞都具有分裂的能力
C.所有细胞的细胞核都具有全能性
D.所有的细胞都具有全能性
3.细胞分化达到最大限度的时期是
A.受精卵时期 B.胚胎时期
C.有丝分裂时期 D.细胞的增殖时期
4.在细胞分化过程中，遗传物质将
A.发生改变 B.部分改变 C.不改变 D.是随机的
5.能克服有性杂交的不亲和性的技术是
A.组织培养 B.细胞融合
C.动物胚胎移植 D.克隆技术
6.细胞分化发生在个体发育的
A.整个生命过程中 B.胚胎期
C.受精卵分裂期 D.性成熟期
答案:1.B 2.C 3.B 4.C 5.A 6.A
［课堂小结］
为了让同学们能更好地理解本节的内容，利用下表来概括，如下：
概 念 意 义 特点、特征 原 因
细胞分化 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 通过细胞分化形成各种组织，使生物体能正常地生长发育 细胞的全能性：是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。高度分化的植物细胞仍然保持细胞的全能性——应用于植物组织培养。高度分化的动物细胞核仍然具有全能性。干细胞仍具分裂的能力 基因的选择性表达
［布置作业］
课本P120的练习。
2.预习第三节，收集有关社会老龄化的相关资料。
［课后拓展］
图6—2—4所示为某植株的形成层细胞，通过无菌操作，接入试管苗的培育过程，已知该植株有10对染色体。
图6—2—4
（1）愈伤组织是形成层细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得____________和小分子有机物等营养物质。
（2）试管苗的细胞核中含有___________个DNA分子。
（3）该实验说明植物细胞具有___________性。
（4）该试管苗的形成经历了_________________等几个过程。
解析：本题考查细胞全能性的概念及多细胞生物体的形成过程，同时还考查了对染色体成分的掌握情况，在了解上述知识后，可知正确答案。
参考答案：
（1）水、无机盐、维生素 （2）20 （3）全能 （4）细胞分裂细胞分化组织器官的形成新个体的形成
●板书设计
第2节 细胞的分化
（用PowerPoint演示）
一、细胞的分化
1.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，叫做细胞分化。
2.特点：持久性、不可逆性、稳定性。
3.时间：整个生命进程，胚胎期达到最大限度。
4.意义：多细胞生物经过细胞分化形成各种不同的细胞和组织，使生物体能正常生长和发育。
5.机理：基因的选择性表达。
二、细胞的全能性
1.概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
2.基础：细胞内含有该物种的所有遗传信息。
3.类型：
三、干细胞
1.概念：动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞。
2.类型：
●习题详解
一、练习（课本P120）
（一）基础题
1.解析：此题是考查学生对细胞增殖和细胞分化概念的理解。
答案：数目增多 染色体数目 稳定性差异
2.答案：C
（二）拓展题
1.解析：细胞的全能性的应用是本节课的一个重点，学习时既要理解细胞全能性的概念，又要弄明白课本的实例，还要在此基础上进行拓展达到能举一反三。
答案：通过植物组织培养技术繁殖花卉，保证花木的优良品质不变，并且繁殖得快；通过体细胞克隆哺乳动物；干细胞移植治疗白血病；利用干细胞技术解决器官移植缺少供体器官的难题等。
2.解析：干细胞是一类具有自我更新和分化发育潜能的原始细胞，机体的各种细胞、组织和器官都是由干细胞分化发育来的。因此可以利用干细胞的分离和体外培养，在体外培养出组织和器官，再经过组织或器官移植来治疗临床疾病。
答案：动物细胞特别是高等动物细胞随着胚胎的发育，细胞分化潜能变窄。肌细胞是已分化的细胞，它通常不能转化为其他类型的细胞，因而不能用肌细胞代替干细胞培育组织和器官。
二、问题探讨（课本P117）
1.健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
2.骨髓中造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生不同种类的血细胞。
三、本节聚焦（课本P117）
1.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，叫做细胞分化。
2.细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。多细胞生物经过细胞分化形成各种不同的细胞和组织，使生物体能正常生长和发育。
3.细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
四、旁栏思考题（课本P118）
提示：细胞分化的实例：如根尖的分生区细胞不断分裂、分化，形成成熟区的输导组织细胞、薄壁组织细胞、根毛细胞等；胚珠发育成种子，子房发育成果实；受精卵发育成蝌蚪，再发育成青蛙；骨髓造血；皮肤再生等都包含着细胞的分化。
五、旁栏思考题（课本P119）
动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，细胞分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。可是细胞核则不同，它含有保持本物种遗传性所需要的全套基因，并且并没有因细胞分化而失去基因，因此，高度分化的细胞核仍然具有全能性。这可以从细胞核移植实验以及其他的实验证据中得到证实。
六、资料搜集和分析（课本P120）
1.在个体发育过程中，通常把那些具有自我复制能力，并能在一定条件下分化形成一种以上类型细胞的多潜能细胞称为干细胞。干细胞有很多种类型，大体上可分为成体干细胞和胚胎干细胞。
2.提示：干细胞的研究为替换病变的组织和器官、某些癌症和遗传病的治疗带来新的 希望。●备课资料
1.肿瘤的概念
肿瘤（tumor,neoplasm）是一种基因病，但并非是遗传的。它是指细胞在致瘤因素作用下，基因发生了改变，失去对其生长的正常调控，导致异常增生。肿瘤可分为良性肿瘤和恶性肿瘤两大类。前者生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转移，对人体健康危害不大。后者生长迅速，可转移到身体其他部位，还会产生有害物质，破坏正常器官结构，使机体功能失调，威胁生命。
恶性肿瘤也叫癌症，是目前危害人类健康最严重的一类疾病。在美国，恶性肿瘤的死亡率仅次于心血管疾病而居第二位。据我国2000年卫生事业发展情况统计公报，城市地区居民死因第一位为恶性肿瘤，其次为脑血管病、心脏病。我国最为常见和危害性严重的肿瘤为肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大肠癌、肝癌、乳腺癌、宫颈癌、白血病及淋巴瘤等。
2.癌症
癌症不同于各类病原体入侵机体所引起的传染病，它是由机体内的正常细胞因为基因突变而完全改变了原有性质而发生的。癌细胞总是无视自己与周围细胞的关系以及所属组织、器官的生理功能，只管“我行我素”。
正常细胞仅在需要新细胞时才进行细胞分裂，而癌细胞则通常以每24小时一次的频率活跃地分裂，并且会在无度的繁殖过程中逐渐获得新的性质，“转移能力”便是其中之一。如果癌细胞不转移，即使肿瘤长得很大，仍然可以通过手术切除挽救患者的生命。然而，一旦部分癌细胞脱离原发病部位，通过血管或淋巴管转移至其他部位继续生长，治疗就非常困难了。
3.癌细胞的特征
癌细胞有三个显著的基本特征：不死性，迁移性和失去接触抑制。除此之外，癌细胞还有许多不同于正常细胞的生理、生化和形态特征。
（1）癌细胞的形态特征
癌细胞大小、形态不一，通常比它的源细胞体积要大，核质比显著高于正常细胞，可达1∶1，正常的分化细胞核质比仅为1∶4～6。
核形态不一，并可出现巨核、双核或多核现象。核内染色体呈非整倍态，某些染色体缺失，而有些染色体数目增加。正常细胞染色体的不正常变化，会启动细胞凋亡过程，但是在癌细胞中，细胞凋亡相关的信号通路出现障碍，也就是说癌细胞具有不死性。
线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生，细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。细胞表面特征改变，产生肿瘤相关抗体。
（2）癌细胞的生理特征
细胞周期失控。就像寄生在体内的微生物，不受正常生长调控系统的控制，能持续地分裂与增殖。
具有迁移性。与细胞黏着和连接相关的成分发生变异或缺失，相关信号通路受阻，细胞失去与细胞间和细胞外基质间的连接，易于从肿瘤上脱落。许多癌细胞具有变形运动能力，并且能产生酶类，使血管基底层和结缔组织穿孔，便于向其他组织迁移。
接触抑制丧失。正常细胞在体外培养时表现为贴壁生长和汇合成单层后停止生长的特点，即接触抑制现象，而癌细胞即使堆积成群，仍然可以生长。
定着依赖性丧失。正常真核细胞，除成熟血细胞外，大多须黏附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活，称为定着依赖性。癌细胞失去定着依赖性，可以在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长。
去分化现象。已知癌细胞中表达的胎儿同功酶达20余种。胎儿甲种球蛋白是胎儿所特有的，但在肝癌细胞中表达，因此可作为肝癌早期鉴定的标志特征。
对生长因子需要量降低。体外培养的癌细胞对生长因子的需要量显著低于正常细胞。某些癌细胞还能释放血管生成因子，促进血管向肿瘤生长，使癌细胞能获取大量繁殖所需的营养物质。
代谢旺盛。肿瘤组织的DNA和RNA聚合酶活性均高于正常组织，核酸分解过程明显降低，DNA和RNA的含量均明显增高。蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分解代谢，甚至可夺取正常组织的蛋白质分解产物，结果可使机体处于严重消耗的恶病质状态。
线粒体功能障碍。即使在氧供应充分的条件下也主要是糖酵解途径获取能量。
可移植性。正常细胞移植到宿主体内后，由于免疫反应而被排斥，多不易存活。但是癌细胞具有可移植性，如人的癌细胞可移植到鼠类体内，形成移植瘤。
4.癌基因的概念
癌基因的概念，最初来自于人们对有致癌作用的病毒——肿瘤病毒的研究和认识。早在1908年，两位荷兰科学家便发现了一种可以使家鸡白细胞变成癌细胞的病毒，后称为鸡白血病病毒。三年后，美国科学家劳斯发现了另外一种引起家鸡恶性肉瘤的病毒，后命名为劳斯肉瘤病毒。虽然肿瘤病毒所携带的基因数目并不很多，但是，确定并找出其中有致癌作用的基因非常困难。直至1976年，科学家才成功地从劳斯肉瘤病毒中分离得到了第一个能使细胞癌变的基因（取肉瘤sarcoma的缩写，sac基因），人们称这种基因为癌基因（oncogene）。有趣的是，首次分离病毒癌基因的科学家随后竟然从正常的家鸡细胞中找到了和劳斯病毒癌基因序列几乎一模一样的基因。人类的第一个癌基因是1982年美国科学家从人膀胱癌细胞中找到的，因为它和先前已经获得的鼠肉瘤病毒的癌基因完全相同，故命名为ras基因（取鼠肉瘤ratsarcoma的缩写）。
正常细胞中的癌基因可以看作是肿瘤病毒中的癌基因和癌细胞中的癌基因的原型。为了区别起见，我们通常将正常细胞的癌基因称为原癌基因（proto－oncogene）。各种致癌物诱发的DNA损伤很容易导致原癌基因发生变异而成为癌基因，并使正常细胞转变为癌细胞。
5.原癌基因
原癌基因（oncogene）是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必需的，在进化上高度保守。当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，细胞就会过度增殖，形成肿瘤。
6.抑癌基因
抑癌基因也称为抗癌基因。早在20世纪60年代，有人将癌细胞与同种正常成纤维细胞融合，所获杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色体时就可表现为正常表型，但是随着染色体的丢失又可重新出现恶变细胞。这一现象表明，正常染色体内可能存在某些抑制肿瘤发生的基因，它们的丢失、突变或失去功能，使激活的癌基因发挥作用而致癌。
抑癌基因的功能是抑制细胞增殖，促进细胞分化和抑制细胞迁移，因此起负调控作用，抑癌基因的突变是隐性的。
7.环境中的致癌因子
有些致癌物的作用很强，兼具启动和促进作用，单独作用即可致癌，称为完全致癌物，如多环芳香烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。
（1）化学致癌物
亚硝胺类 这是一类致癌性较强，能引起动物多种癌症的化学致癌物质。在变质的蔬菜及食品中含量较高，能引起消化系统、肾脏等多种器官的肿瘤。
多环芳香烃类 这类致癌物以苯并〔α〕芘为代表，将它涂抹在动物皮肤上，可引起皮肤癌，皮下注射则可诱发肉瘤。这类物质广泛存在于沥青、汽车废气、煤烟、香烟及熏制食品中。
芳香胺类 如乙萘胺、联苯胺、4－氨基联苯等，可诱发泌尿系统的癌症。
烷化剂类 如芥子气、环磷酰胺等，可引起白血病、肺癌、乳腺癌等。
氨基偶氮类 如用二甲基氨基偶氮苯（即奶油黄，可将人工奶油染成黄色的染料）掺入饲料中长期喂养大白鼠，可引起肝癌。
碱基类似物 如5－溴尿嘧啶、5－氟尿嘧啶、2－氨基腺嘌呤等，由于其结构与正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成。
氯乙烯 目前应用最广的一种塑料聚氯乙烯，是由氯乙烯单体聚合而成的。大鼠长期吸入氯乙烯气体后，可诱发肺、皮肤及骨等处的肿瘤。通过塑料工厂工人流行病学调查已证实氯乙烯能引起肝血管肉瘤，潜伏期一般在15年以上。
某些金属 如铬、镍、砷等也可致癌。
化学致癌物引起人体细胞癌变的作用机制很复杂。少数致癌物质进入人体后可以直接诱发细胞癌变，这种物质称为直接致癌物；而大多数化学致癌物进入人体后，需要经过体内代谢活化或生物转化，成为具有致癌活性的最终致癌物，方可引起细胞癌变，这种物质称为间接致癌物。
（2）生物性致癌因素
生物性致癌因素包括病毒、细菌、霉菌等。其中以病毒与人体细胞癌变的关系最为重要，研究也最深入。与人类细胞癌变关系密切的有4类病毒：逆转录病毒、乙型肝炎病毒、乳头状瘤病毒和Epstein－Bars病毒（简称EB病毒），后三类都是DNA病毒。
引起人类T淋巴细胞白血病的人T淋巴细胞白血病病毒、成人T细胞白血病病毒和艾滋病病毒等都属于逆转录病毒。逆转录病毒感染机体后，病毒的遗传信息整合到宿主细胞的染色体中，成为细胞的组成部分。一般情况下受到正常细胞的调节控制，病毒处于静止状态，但受到化学致癌物、辐射等因素的作用后，可能被激活而表达，在体内诱发细胞癌变。
人乳头瘤状病毒与生殖道癌的发生有密切关系，并与口腔、咽、喉、气管等处的乳头状瘤和皮肤疣等良性病变有关。
EB病毒是一种疱疹病毒，与儿童的一种淋巴瘤和成人的鼻咽癌发生有关。
霉菌与癌也有关系。目前已知有数十种霉菌毒素对动物有致癌性。但除黄曲霉毒素外，对其他霉菌毒素研究都较少。黄曲霉菌广泛存在于污染的食品中，尤以霉变的花生、玉米及谷类中含量最多。黄曲霉毒素有许多种，是一类杂环化合物，其中黄曲霉毒素B1是已知最强的化学致癌物之一，可引起人和啮齿类、鱼类、鸟类等多种动物的肝癌。
（3）物理因素
电离辐射 电离辐射可以引起人体各部位发生癌变，但据估计在所有癌症的总病例数中只占2%～3%。居里夫人的去世，日本原子弹爆炸后引起白血病的发病率增高，都是著名的例子。辐射可引起染色体变异，DNA突变，或激活潜伏的致癌病毒。放射线引起的癌症有：白血病、乳腺癌、甲状腺肿瘤、肺癌、骨肿瘤、皮肤癌、多发性骨髓瘤、淋巴瘤等。
紫外线 紫外线照射可引起细胞DNA断裂、交联和染色体畸变，紫外线还可抑制皮肤的免疫功能，使突变细胞容易逃脱机体的免疫监视，这些都有利于皮肤癌和基底细胞癌的发生。近年来由于环境恶化，大气层的臭氧减少，出现地球臭氧空洞，地表紫外线的辐射强度急剧增高，诱发人体皮肤癌的潜在危险性大为增加。据估计，大气臭氧减少1%，皮肤癌就要增加2%～6%，美国每年就会增加10 000～20 000名皮肤癌患者。
8.癌症的治疗
目前，常用的治疗方法仍然是手术切除。这就需要尽可能在早期发现癌组织，用外科手术完全清除。然而，这种方法对癌病灶已有多处转移的患者显然很难实施。遇到这种情形，必须采取“化学疗法”和“放射线疗法”辅助治疗。首先使用抗癌药物和放射线照射缩小转移的癌病灶，再对原发病灶的癌组织进行切除。
放射线疗法是使用高能X射线或γ射线集中照射患病部位，杀死癌细胞。这里利用的是射线对细胞DNA的损伤作用。放射线疗法不适于病灶范围已经扩大的患者。
化学疗法主要利用抗癌剂杀死癌细胞。常用的抗癌剂包括细胞分裂抑制剂、细胞增殖蛋白合成的抑制剂等。多种抗癌剂混合使用往往可以获得较好的疗效，并且副作用小。
免疫疗法主要通过提高机体免疫能力，特别是通过增殖和活化T淋巴细胞，增强机体免疫系统抵抗癌组织的能力。
9.癌症病人的常见心理问题及对策
癌症是引起人类死亡的重要原因，位列第二。近年的研究表明，癌症的发生、发展、转归与社会、心理因素有密切的关系，因此，研究癌症病人的心理，采用合适的干预对策，解决癌症病人的心理问题是十分必要的。
肿瘤病人的心理状态的分型：
（1）稳定型面临癌症威胁，能客观地认识疾病，既认识癌症可怕的一面，又懂得癌症可治愈的一面，以正确的态度对待疾病。
（2）否认型不敢面对现实，否认癌症的诊断，怀有侥幸心理，寄希望于诊断错误，以“否认”作为自己的心理防卫方式，压抑自己对癌症的强烈情绪反应，将自己的心理反应封闭 起来。
（3）惊恐型情绪反应较强烈，精神极度紧张，坐卧不安，陷入惊慌恐惧之中。
（4）消极型对治疗失去信心，消沉、少动，沉默寡语，心事重重，悲观失望。
（5）易怒型情绪极度暴躁，稍遇挫折便大发脾气，不能配合治疗。
（6）拼搏型求生欲望强烈，即使意识到所患疾病不能治愈，但希望医院能延长其生命，总是情绪饱满、配合治疗。
确诊后病人的主要心理反应：
（1）否认期：病人都否认癌症诊断，或是低估它的严重性，他们都避免谈论自己的疾病。
（2）抗争期：病人完全接受了癌症诊断,并采取乐观的态度,向疾病挑战，病人会收集相关资料，到处求医。
（3）接受期：病人不再收集更多的信息，采取宿命顺从的态度。
（4）无助/无望期：病人完全沉浸在癌症的痛苦中，生活完全被死亡恐惧所搅扰，情绪悲观。
心理行为干预对策：
心理行为干预对策是指通过教育性和心理治疗性的途径影响病人，使病人正确应对疾病的一类措施。
（一）教育性干预
1.目标：减轻病人由于对癌症的认识不足所带来的无助和不适感，提高病人对癌症的认识水平，增强病人战胜疾病的信心。
2.措施：在癌症的诊断期，病人常会碰到大量不理解的问题和种种担忧，可以通过向病人提供有关的病情信息，如化验、诊断、治疗等措施，澄清病人的一些错误认识，介绍一些成功的病例，给予一定的保证和支持，从而减轻病人的抑郁、敌视和焦虑等反应。
（二）治疗性干预
1.心理药物治疗：一般病人心理反应持续7～14天会自然消退，尤其在良好的医患、护患关系中，在医疗措施及家庭生活支持下，病人会很快自我调整，不需要药物控制症状，但有时病人心理反应很严重，如严重的焦虑、抑郁等。可通过抗焦虑、抗抑郁、抗精神病药等来消除因癌症的诊断或治疗而带来的继发的适应障碍、严重焦虑、抑郁，恶心、呕吐等。
2.认知行为干预：可用集体和个别治疗，其中集体治疗优于个别治疗。（1）认知治疗：教育、认知重建、语言重构、角色转换。（2）行为治疗：行为训练可帮助癌症病人减少心理压力和因治疗带来的不适感，有进行性松弛、催眠、深呼吸、冥想、被动放松和指导性想象。
进行性松弛：训练病人随意放松全身肌肉，以消除紧张与焦虑，达到心情轻松的状态。指导病人从头、肩、上肢、胸腹、臀、下肢，一直到双脚，对各组肌肉先收缩后放松，最后达到全身放松的目的。
催眠：选择安静的环境、舒适的体位，病人调整呼吸，放松全身肌肉，凝视眼前的物体或听钟摆的声音，让病人进入催眠状态。
指导性想象包括“想象愉快的场面”等。
3.集中性心理治疗：通过集中讲课和讨论，帮助患者解决和克服心理行为问题。
（三）支持—表达式干预
与病人建立良好的护患关系，护理人员通过语言、体语、触摸、倾听等，让病人表达他们有关疾病的问题及与疾病相关的害怕、悲伤、愤怒等情绪，合适地解答病人提出的问题。同时建立相关的家庭与社会支持，解除病人的后顾之忧，满足病人的合理需求。
（四）临终关怀
协助病人安静、有尊严地离开。
10.肿瘤病毒的发现
早在1908年即已发现,患白血病的家禽的细胞提取液有引起健康家禽患白血病的作用。并且还发现,在肿瘤细胞中含有病毒。PeytonRous首先对病毒传播致癌问题进行了研究,并且在1911年发现了能引起鸟类结缔组织生瘤的病毒,这种病毒命名为Rous肉瘤病毒。Rous因此项出色的研究工作而于1966年（时年85岁）荣获诺贝尔奖。后来,学者们逐渐肯定了某些病毒对动物的致瘤作用,而且也意识到病毒可能也会诱发人体产生肿瘤。能使生物体产生肿瘤的病毒是肿瘤病毒或致癌病毒。肿瘤病毒可按其所含的遗传物质的性质而分为两类：（1）DNA肿瘤病毒:这类肿瘤病毒的基因组都很小,具有高度感染性,可以使培养细胞和体内正常细胞发生转化。（2）RNA肿瘤病毒:这类病毒通常称为反转录病毒。病毒粒子由芯部、外壳和被膜三部分组成。Rous肉瘤病毒就是一种RNA肿瘤病毒,它是通过肉瘤基因的蛋白质产物的作用来诱发正常细胞转化的。
本章自我检测详解
一、概念检测
判断题
1.×（已经分化了的细胞一般是不再进行分裂的。例如神经细胞是不进行分裂的）
2.√
选择题
1.C〔有丝分裂是真核生物进行分裂的主要方式。而单细胞的生物并不一定是真核生物，如细菌，没有中心体，没有成形的细胞核，所以也没有染色体和纺锤体，因此不存有丝分裂。
原核细胞既无核膜，又无核仁，只有由环状DNA分子构成的核区，这是储存和复制遗传信息的部位，具有类似细胞核的功能。环状DNA或连在质膜上或连质膜内陷形成的“质膜体”上（亦称为间体）。随着DNA的复制，间体也复制成两个。以后两个间体与它们相连的两个DNA分子环被拉开，每一个间体与一个DNA环相连，细胞膜从拉开的两个DNA环之间向中央长入，形成隔膜，于是一个细胞分为两个细胞〕
2.D（苯是致癌的化学物质）
3.A（新陈代谢减慢是衰老的细胞的表现特征）
4.A
5.C（受精卵细胞是还没有分化的细胞，其全能性较容易表达出来）
6.A（细胞分裂的次数是有限的。因为细胞最终要走向衰老和死亡）
连线题
画概念图（略）
二、技能应用
1.在数轴上可以画出两个完整的周期：（1）2～21.3；（2）21.3～40.6。根据细胞周期的概念：指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。
2.细胞周期：19.3 h；间期：17.3 h；分裂期：2 h。
三、思维拓展
提示：用哺乳动物小鼠进行胚细胞培养和成体细胞核移植实验。
实验设计和预期实验结果如下，从而证明动物细胞分化程度越高，它的全能性越受到限制，但细胞核仍具有全能性。
步骤1：分离小鼠8细胞胚胎的一个细胞，培养到胚泡时期，移植到代孕母体子宫中，结果发育成小鼠；
步骤2：分离囊胚期细胞，移植到代孕母体子宫中，结果不能发育成小鼠；
步骤3：分离囊胚期细胞，将其核移植到去核的卵细胞中，可发育成小鼠；
步骤4：分离小鼠肠上皮细胞，将其核移植到去核的卵细胞中，可发育成小鼠。
研究结果表明，不但未分化的胚胎细胞具有全能性，已分化的体细胞在特定条件下经过脱分化也具有全能性。已分化的细胞具有全能性的前提条件是这种细胞在体外诱导进入休眠状态。细胞全能性是细胞核基因在不断变化的胞质环境的作用下有次序、有系统地表达的结果，在分化的细胞内存在有可逆性修饰的遗传物质。但并非所有的体细胞均具有全能性，例如红细胞，在成熟时失去细胞核，丧失了可逆性分化的遗传物质。第3节 物质跨膜运输的方式
●从容说课
生物膜是一种选择透过性膜，它的选择性是与其结构密切相关的，那生物膜的这种选择性功能是如何实现的呢？则在这一节中来阐述。主要介绍两大块内容，一是小分子或离子进出细胞膜的方式，包括自由扩散、协助扩散、主动运输，要求学生理解这三种方式的相同点和不同点，主要从膜两侧的浓度差、是否需要载体、是否需要消耗能量、代表的例子等方面来进行对比。二是大分子物质进出细胞的方式，包括胞吞和胞吐，这部分内容和前面所学的“分泌蛋白的合成和运输”有关联的地方，同时这又是对生物膜具有流动性的一个很好的佐证，老师要引导学生将知识融会贯通。
本节教材中的“问题探讨”设置很好，有启发性和思考性，通过对比不同物质通过不含蛋白质的人工脂双层的实验结果，引导学生思考为什么葡萄糖不能通过脂双层，而小肠上皮细胞不仅能吸收水，还能大量吸收葡萄糖，很自然地引出后面的协助扩散和主动运输。值得注意的是，“问题探讨”并未将所有该提的问题和盘托出，而是鼓励学生自己提出问题。比如，学生可能会问：“钠离子、钾离子也不能通过脂双层，但是却能够被细胞吸收，这是为什么？”也为后面讲述主动运输埋下了伏笔，同时也培养了提出问题的能力。
本节内容属于原理性的内容，但学生并不难掌握，通过自学课本，结合老师的动画课件演示，学生还是能很容易比较出三种方式的异同的。但是学生应用这些基本知识解决实际问题习题时，可能会有一定难度。所以建议采用“先学后教，当堂训练”的教学方法能取得较好的教学效果，老师先引导学生自学并总结对比三种跨膜运输的方式之异同，然后老师稍做点拨，最后精选一些习题让学生当堂训练。在精选的习题中，可以突出一些对坐标图表分析的题型，因为新教材越来越强调解读数学坐标图表的能力，并要求学生能用坐标图表来表达一些结论。本节内容在对坐标图表分析上有较好教学价值。
●三维目标
1.知识与技能
（1）举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。
（2）说出被动运输与主动运输方式的异同点。
（3）阐述主动运输对细胞生活的意义。
（4）正确解读坐标数据图表。
2.过程与方法
（1）运用类比和对比的方法进行学习，抓住关键，掌握本质。
（2）运用表格的方式进行总结，简洁明了。
3.情感态度与价值观
本节情感态度与价值观的教学价值方面不太明显，主要强调积极思考，主动自觉。
●教学重点
1.小分子和离子跨膜运输的方式：自由扩散、协助扩散和主动运输。
2.大分子跨膜运输的方式：胞吞和胞吐。
●教学难点
主动运输。
●教具准备
自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吞、胞吐五种跨膜运输方式的多媒体演示课件
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
（1）用于指导学生对比学习三种运输方式的表格。
（2）自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吞、胞吐五种跨膜运输方式的多媒体演示课件。
（3）精选一些相关的习题，用于当堂训练。
［情境创设］
前面我们讲到生物膜是半透膜，有的分子可以通过而有的分子和离子则不能通过，下面我们看看图4－3－1：
图4－3－1
教师：首先大家仔细观察，这张图所反映的膜是不是生物膜？为什么？
学生：不是生物膜，它只有磷脂双分子层，中间没有镶嵌蛋白质。
教师：很好，观察很准确。这是人工合成的没有蛋白质的脂双层膜。研究它的通透性。大家看什么分子能通过人工合成的脂双层？什么分子不能通过人工合成的脂双层？
学生：氧气、二氧化碳、氮气、水等小分子很容易通过合成的脂双层；苯、甘油、乙醇等脂溶性的分子也可以通过；氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。
教师：很好，大家发现葡萄糖分子不能自由通过人工合成的无蛋白质的脂双层，但我们又知道细胞生命活动中是离不开葡萄糖的，细胞需要不断补充葡萄糖以提供能量，也就是说葡萄糖肯定是可以通过细胞膜进到细胞内部的。那这又该如何解释呢？
学生：因为人工脂双层中是没有蛋白质的，会不会是蛋白质对葡萄糖等物质的运输起了作用呢？
教师：想得很好，大家看这个图还能发现什么问题？
学生：前面我们讲了水稻、番茄会有选择地吸收离子，而这个图中显示离子是不能通过脂双层的，会不会离子的吸收也与蛋白质有关？
教师：很好，大家开始具备一些分析问题的能力了。其实蛋白质在物质的跨膜运输中起了十分重要的作用。那下面我们就一起来学习物质跨膜运输的方式。
［师生互动］
1.小分子或离子的跨膜运输
教师：这部分内容不难，要求大家先进行自学，首先大家看物质的跨膜运输有几种方式？
学生：两大类三种：被动运输（自由扩散、协助扩散）和主动运输。
教师：那这几种方式有什么异同呢？我们如何来区分它们？希望大家能通过自学总结出来。大家可以结合这个表格来总结：
项 目 自由扩散 协助扩散 主动运输
细胞膜两侧物质浓度差
是否需要载体蛋白
是否消耗细胞内的能量
代表例子
学生活动：阅读课本按表格进行总结。（约给学生十分钟时间）
在老师的引导下完成表格。
老师展示自由扩散、协助扩散和主动运输三种跨膜运输的多媒体动画。（动画演示之前要交代清楚背景知识，如什么图形代表什么物质，哪边是细胞膜内侧，哪边是细胞膜外侧等，要注意引导学生有侧重地观察）请学生依次来填充表格：
项 目 自由扩散 协助扩散 主动运输
细胞膜两侧物质浓度差 由高浓度到低浓度 由高浓度到低浓度 由低浓度到高浓度
是否需要载体蛋白 不需要 需要 需要
是否消耗细胞内的能量 不消耗 不消耗 需要消耗
代表例子 氧气、水、二氧化碳、苯等通过细胞膜 葡萄糖通过红细胞膜 葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；离子通过细胞膜
教师：自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？
学生：自由扩散和协助扩散都不需要消耗细胞代谢产生的能量。因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。
教师：自由扩散和协助扩散有什么异同？
学生：自由扩散与协助扩散的共同之处是都是顺着物质的浓度梯度进行的，都不需要细胞消耗能量。不同之处是：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。因为有蛋白质的协助，协助扩散的速度远远比自由扩散快。
教师：为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？
学生：因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量，所以统称为被动运输。
教师：主动运输与被动运输的区别是什么？这对于细胞的生活有什么意义？
学生：最大的区别是是否消耗能量。主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，保证了活细胞能按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，主动排出代谢废物和对细胞有害的物质。
2.大分子的跨膜运输
载体蛋白虽能帮助许多离子和小的分子通过细胞膜，但对于一些像蛋白质这样的大分子的运输是无能为力的，那这些特别大的分子是如何进出细胞的呢？
我们来回忆一下我们以前讲的分泌蛋白是如何运输的。
学生：通过高尔基体形成小囊泡将分泌蛋白包住，然后小囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将蛋白质分泌出去。
教师：很好，其实大家已经知道了大分子的蛋白质是如何排出的，就是通过这种方式，叫做胞吐。那大家知道白细胞是如何吃掉病菌的吗？
学生：通过细胞膜内陷形成小囊泡包住细菌，然后囊泡从细胞膜上脱离出来，在细胞内杀死细菌。
教师：对了，这其实也就是大分子物质进入细胞膜的方式，叫胞吞。
［教师精讲］
1.小分子或离子的跨膜运输
（1）自由扩散
一滴蓝墨水滴到清水中，很快就会分散到清水中，使清水呈现蓝色，这就是扩散。
水分子和脂溶性的小分子物质按照一般扩散作用的原理从分子密度高的地方向分子密度低的地方运动，能够自由通过细胞膜，这种方式称为自由扩散。
前面我们所讲的渗透作用水分子的移动也就是自由扩散。脂溶性小分子和不带电的极性小分子顺浓度梯度扩散通过质膜的过程，不需要特殊的膜装置协助，也不直接消耗ATP，是自由扩散，属于被动运输。
扩散是有方向的，总是从高浓度向低浓度的方向发生物质的转移。自由扩散的动力是物质由高浓度流向低浓度的倾向。例如CO2、O2、N2进出红细胞，取决于血液和肺泡中该气体的浓度差。脂溶性的甾类小分子激素（性激素、肾上腺皮质激素）以及酰胺类、甘油、乙醇等出入细胞是自由扩散。自由扩散的速度基本上取决于分子的大小和油溶度，分子越小，油溶度越大，扩散速度越快。还与分子的大小、溶解性和电性有关。例如，由于膜的基本结构是脂类双分子层，所以疏水性分子较易扩散，而亲水性分子和离子主要是通过膜上小孔进行扩散，这种小孔的直径小于1.0 nm，因此只有不大于1.0 nm的分子才能穿膜扩散。
同种分子的扩散速度取决于膜两侧的分子浓度差，浓度差越大，扩散速度越快。用坐标图表示，如图4－3－2。
图4－3－2
（2）协助扩散
一些非脂溶性的物质或水溶性强的物质，依靠细胞膜上镶嵌在脂质双分子层中特殊蛋白质的“帮助”，顺着化学浓度梯度扩散的过程。即将本来不能或极难进行的跨膜扩散变得容易进行，所以叫做协助扩散。协助扩散也是顺着浓度梯度扩散，也不需要细胞提供代谢能量，但扩散速度确远远大于自由扩散。其物质的运输速度与其浓度差关系可用图4－3－3的坐标
图4－3－3
图表示。当细胞外侧浓度增加到一定的时候，运输速度不再增加，这是因为受到载体数量的限制。例如，存在于红细胞膜中的葡萄糖透过体已经分离纯化出来，并已查明是一种相对分子质量为45 000的蛋白质。将这种透过体嵌入人工制造的脂双层中，葡萄糖分子就能很快穿过脂双层。大体来说，葡萄糖首先结合到这一透过体的表面，使透过体在构象上发生变化，出现通道，葡萄糖分子就可从这一通道进入细胞之中。如图4－3－4：
图4－3－4
（3）主动运输
主动运输指细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。按照热力学定律，溶液中的分子由低浓度区域向高浓度区域移动，就像举起重物或推物体沿斜坡上移，或使电荷逆电场方向移动一样，必须由外界供给能量。在膜的主动转运中，能量只能由膜或膜所属的细胞来供给，这就是主动的含义。前述的单纯扩散和易化扩散都属于被动转运，其特点是在这样的物质转运过程中，物质分子只能作顺浓度差，即由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的净移动，而它所通过的膜并未对该过程提供能量。被动转运时物质移动所需的能量来自高浓度所含的势能（图4－3－5示），因而不需要另外
图4－3－5
供能。被动转运最终可能达到的平衡点是膜两侧该物质的浓度差为零的情况；如果被动转运的是某种离子，则离子移动除受浓度差的影响外，还受当时电场力的影响，亦即当最终的平衡点达到时，膜两侧的电—化学势的差应为零。主动转运与此不同，由于膜以某种方式提供了能量，物质分子或离子可以逆浓度或逆电—化学势差而移动。体内某种物质分子或离子由膜的低浓度一侧向高浓度一侧移动，结果是高浓度一侧浓度进一步升高，而另一侧该物质愈来愈少，甚至可以全部被转运到另一侧。如小肠上皮细胞吸收某些已消化的营养物；肾小管上皮细胞对小管液中某些“有用”物质进行重吸收，均属此现象。由于此过程在热力学上为耗能过程，不可能在无供能的情况下自动进行，因此如果在生物体内出现这种情况，说明有主动的跨膜转运在进行，必定伴随了能源物质（常常是ATP）的消耗。
主动运输因要消耗能量，而能量的产生又与有氧呼吸的耗氧量有关，所以其运输速度与耗氧量有关，用坐标图表示为图4－3－6。图中出现一段平台期同样是因为载体的数量是有限的。
图4－3－6
2.胞吞和胞吐
一些大分子或物质团块的转运，是通过胞吞作用和胞吐作用来实现的。
①胞吞：胞吞是指物质通过细胞膜的运动，从细胞外进入细胞内的过程。如果进入的是固体物质，称为吞噬；如果是液态物质，称为吞饮。
胞吞过程进行时，首先是细胞膜“辨认”环境中的某物质。这一“辨认”过程可能与细胞膜表面存在的特殊受体以及被吞物质所带的电荷和其表面的粗糙程度有关。接着是膜和该物质接触，引起膜的形态和机能的变化。接触处的膜内陷。其周围的膜形成了突出的伪足并包围该物质，然后，伪足相互接触并发生膜的融合和断裂，于是异物和包围它的一部分细胞膜一起内陷而进入细胞内。在胞质内，吞噬物与溶酶体接触后，两膜融合成一体，溶酶体内的水解酶即可将进入的物质进行消化。
吞噬现象见于中性粒细胞与巨噬细胞对细菌、异物、组织碎片等的吞噬；吞饮现象见于人体毛细血管、肝、小肠上皮等细胞借以摄取外界蛋白质、脂肪等。
②胞吐：胞吐是指物质通过细胞膜的运动，从细胞内排出到细胞外的过程。它是细胞把代谢产物或腺细胞的分泌物排到细胞外的方式。以腺细胞分泌酶原的过程为例，当胞吐作用进行时，腺细胞内的酶原颗粒逐渐向细胞的顶端靠近。最后酶原颗粒外包裹的膜和细胞膜接触并融合，在融合处形成小孔，致使酶原颗粒内容物放出细胞外。胞吞和胞吐作用也都是耗能的主动转运过程。
［评价反馈］
1.人体组织细胞从组织液中吸收甘油的量主要取决于
A.组织液中甘油的浓度 B.细胞膜上甘油载体的数量
C.细胞的呼吸作用强度 D.细胞膜上载体的种类
2.海带细胞中碘的浓度比海水中碘的浓度高很多倍，但仍然能吸收碘，原因是
A.海带细胞能够通过自由扩散的方式吸收碘
B.海带细胞膜上运载碘的载体多，通过协助扩散的方式吸收
C.海带细胞膜上运载碘的载体多，通过主动运输方式吸收
D.海带细胞不断消耗碘元素，细胞内碘浓度不断降低
3.实验表明，K+不能通过磷脂双分子层的人工膜，但如在人工膜中加入少量缬氨霉素（含12个氨基酸的脂溶性抗菌素）时，K+则可以通过膜从高浓度处向低浓度处扩散。这种物质通过膜的方式是
A.自由扩散 B.协助扩散 C.主动运输 D.胞饮作用
4.下列物质中易通过细胞膜的是
A.淀粉 B.甘油 C.蛋白质 D.糖类
5.图4－3－7是胡萝卜在不同的含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K+和NO的曲线。影响A、B两点和B、C两点吸收量不同的因素分别是
图4－3－7
A.载体数量、能量 B.能量、载体数量
C.载体数量、离子浓度 D.能量、离子浓度
6.对细胞膜的选择性起主要作用的物质是
A.胆固醇 B.多糖 C.蛋白质 D.磷脂
7.图4－3－8为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答：
图4－3－8
①A代表________分子；B代表________；D代表________。
②细胞膜从功能上来说，它是一层___________膜。
③科学家发现，当温度升高到一定程度时，B的厚度变薄而面积增大，这说明B具有___________。
④在a～e的五种过程中，代表被动运输的是___________。
⑤可能代表氧气运输过程的是图中编号________；葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号________。
⑥细胞膜上与细胞识别、信息传递有密切关系的化学物质是________。
8.图4－3－9中纵坐标表示物质通过心肌细胞细胞膜的运输速率。请据图回答：
图4－3－9
①心肌细胞吸收氧气和葡萄糖的方式依次为________（填序号）。
②图B中出现平区的主要原因是___________。
③若对心肌细胞施用某种毒素，结果钙离子吸收量明显减少，而钾离子、葡萄糖等物质的吸收量不受影响，其原因是___________。
④若用呼吸抑制剂处理心肌细胞，则钙离子、钾离子、葡萄糖等物质的吸收均受到明显影响，其原因是___________。
9.科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时，做了下述实验：先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放射性同位素24Na。不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na。如果在神经纤维膜外溶液中先后加入某药物和ATP，测得神经纤维周围溶液中24Na的量如图4－3－10所示。
图4－3－10
由此可见，神经纤维排出24Na需要________，24Na通过细胞膜的方式是________。药物的作用机理是______________________。
参考答案：
1.A 2.C 3.B 4.B 5.B 6.C
7.蛋白质 磷脂分子 多糖/糖蛋白/糖被 ②选择透过性 ③流动性 ④ b、 c、 d ⑤ b a ⑥糖被/糖蛋白
8.①A图和B图 ②载体蛋白的数量有限 ③毒素只对钙离子的载体蛋白起抑制作用
④主动吸收需要的能量来不及提供
9.消耗能量 主动运输 抑制细胞呼吸从而抵制能量的产生
［课堂小结］
这节课主要学习了物质的跨膜运输方式，分为两大类：被动运输和主动运输。被动运输包括自由扩散和协助扩散，它们都是顺浓度梯度运输的过程，不需要消耗能量，但协助扩散需要载体蛋白协助。主动运输是逆浓度梯度运输的过程，需要消耗细胞的能量，还需要载体蛋白的协助。
［布置作业］
完成书本“技能训练”（P73）
［课后拓展］
细胞膜主动运输功能的实验
实验目的：
验证和认识细胞主动运输的基本原理，学会研究活细胞生理功能的操作方法。
实验原理：
细胞主动运输是一种耗能的活性功能。它的运输速度跟环境有关，运用高温明显抑制主动运输的进行，因此，也就能观察到主动运输现象。
材料器具：
活蝗虫，蟋蟀，蟑螂（蜚蠊）或其他大型昆虫；培养皿或小烧杯，镊子，解剖针，解剖蜡盘，剪刀，载玻片，酒精灯，显微镜；昆虫任氏液，酚红染液。
实验步骤：
（1）在解剖蜡盘内用大头针固定活蝗虫，腹面向上。剪开腹部，剪去蝗虫的足和翅，沿虫体背面左侧气门上方，由腹部末端向前剪至头部，再从右侧气门上方从腹部末端剪至头部。除去背部的外骨骼、体壁和肌肉，露出其内部器官，在中后肠交界处可以看到有数十条盲管游离在血腔内，这就是昆虫的排泄器官马氏管（见图4-3-11）。小心分离马氏管，沿根部剪断，立即投入不含酚红的任氏液中。
图4－3－11
（2）在干净载玻片上放上几条马氏管，滴上一滴含有酚红染料的任氏液，放在显微镜下观察，可以看到马氏管管腔内的红色染料逐步积累，并逐渐超过管外的浓度。
（3）取几根马氏管，放于60 ℃以上水浴锅中水浴，使马氏管失去活性，再重复步骤2，观察有何不同。
（4）在0 ℃、15 ℃、30 ℃等不同温度下水浴数分钟，重复步骤2，观察染料主动吸收的不同速度。
注意事项：
昆虫马氏管离体一段时间内仍保持活性，这跟环境、温度等条件有关，一般可保持活性一二小时。操作宜快速细心，环境温度以20 ℃左右为宜。酚红染液宜淡，否则难以显示马氏管内浓度高出管外浓度。
分析和讨论：
活性马氏管有主动运输功能，能逆浓度吸收染料。失活马氏管已成为物理性渗透系统，不具主动运输功能。实验表明主动运输的速度跟环境温度有关。
●板书设计
第3节 物质跨膜运输的方式
一、小分子和离子的跨膜运输
项 目 自由扩散 协助扩散 主动运输
细胞膜两侧物质浓度差 由高浓度到低浓度 由高浓度到低浓度 由低浓度到高浓度
是否需要载体蛋白 不需要 需要 需要
是否消耗细胞内的能量 不消耗 不消耗 需要消耗
代表例子 氧气、水、二氧化碳、苯等通过细胞膜 葡萄糖通过红细胞膜 葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；离子通过细胞膜
二、大分子的跨膜运输方式
1.胞吞
2.胞吐
●习题详解
一、练习（课本P73）
（一）基础题
1.D（此题主要考查三种跨膜运输方式的比较，A选项错在离子不能通过自由扩散进入细胞，B选项运输大分子物质的过程载体蛋白质是无能为力的，C选项协助扩散是需要载体蛋白的）
2.A（此题主要考查三种跨膜运输方式的应用，A选项果脯在腌制过程中由于失水过快过多而导致细胞死亡，细胞膜失去选择性，糖分大量进入细胞内）
（二）拓展题
提示：此题与后面酶及呼吸作用的知识相关。低温环境肯定会影响物质的跨膜运输。温度会影响分子运动的速率，影响酶的活性而影响化学反应的速率，因此，组成细胞膜的分子的流动性也会相应降低，呼吸作用释放能量的过程也会因有关酶的活性降低而受到抑制。这些都会影响物质跨膜运输的速率。
二、问题探讨（课本P70）
参见“教学过程”中［情境创设］。
三、思考与讨论（课本P71）
参见“教学过程”中［师生互动］。
四、旁栏思考题（课本P72）
这是细胞的胞吞作用，对于人体起免疫保护作用。
五、技能训练（课本P73）
1.K+和Mg2+是通过主动运输进入细胞的。
2.Na+和Cl－是通过主动运输排出细胞的。
3.因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有通过主动运输才能维持这种状况。
六、本节聚焦（课本P70）
1.有自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吞、胞吐五种跨膜运输方式。
2.自由扩散与协助扩散的共同之处是都是顺着物质的浓度梯度进行的，都不需要细胞消耗能量。不同之处是前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。因为有蛋白质的协助，协助扩散的速度远远比自由扩散快。
3.最大的区别是是否消耗能量。主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，保证了活细胞能按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，主动排出代谢废物和对细胞有害的物质。第4章 细胞的物质输入和输出
●章节规划
本章和第5章的内容都属于细胞的功能。任何一个生命系统都是开放的系统，都与外界有物质的交换，即物质的输入和输出。而物质进出的大门是细胞膜，所以本章与细胞膜有重要关系。前面第2章已经介绍了细胞膜的化学组成和细胞膜在细胞识别和信息传递上的功能。本章着重介绍细胞膜作为细胞大门在控制物质进出中发挥的作用。第1节主要通过以水和无机盐的跨膜运输为实例，说明细胞膜是选择透过性膜。为什么能实现选择透过性？功能与结构有关，于是第2节内容着重介绍细胞膜的结构。那不同的物质是如何进出细胞膜的呢？在第3节则主要探讨了物质进出细胞的不同方式。三节内容之间存在内在的联系。
本章的知识结构体系：
1.物质的跨膜运输实例
（1）水分的输入和输出：质壁分离与复原的条件、现象、原理、结论
（2）无机盐等其他物质跨膜运输的特点
（3）选择透过性膜的概念
2.生物膜的流动镶嵌模型
（1）对生物膜结构的探索历程
（2）流动镶嵌模型的基本内容
3.物质跨膜运输的方式
（1）离子和小分子的跨膜运输方式：被动运输（自由扩散、协助扩散）和主动运输
（2）大分子的跨膜运输方式：胞吞和胞吐
本章中所含的重要的教学价值：通过对植物细胞失水和吸水的实验，培养学生学会探究问题的一般方法和步骤；通过对生物膜的探索历程的分析，让学生体验人们认识自然世界的一般规律，人们在实验的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法和技术的进步起关键的作用；通过数学坐标图来表达3种跨膜运输方式的一些规律和特征，培养学生对图表数据的解读能力。
本章中《物质跨膜运输的实例》可用2课时教学，1个课时结合对植物细胞失水和吸水的实验的设计分析，突出教会学生探究问题的一般方法，1个课时用来完成实验并分析结论，突出实验操作的教学。《生物膜的流动镶嵌模型》可用1课时，突出生物学史的教学。《物质跨膜运输的方式》可用1课时，突出比较的方法和对坐标图表的分析。
分离开来的原生质层最外面的是细胞膜。
第1节 物质跨膜运输的实例
●从容说课
本节利用一些具体例子和资料，介绍了两方面的内容：
1.水分子是顺着相对含量的梯度跨膜运输的。
2.一些离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度来进行的，最后总结出细胞膜是选择透过性膜。实例主要突出的是水的跨膜运输方式——渗透。要让学生明确这几个问题：扩散与渗透的区别；原生质层与原生质的区别；细胞与渗透装置的共同之处（一个成熟的细胞就是一个渗透系统）；半透膜与选择透过性膜的区别和联系；细胞在什么情况下吸水和失水。
本节实验是一个“探究实验”，这也是学生高中阶段第一次接触“探究实验”，要逐步教会学生进行探究的基本方法和步骤。虽然实验本身很简单，关键是要引导学生如何从生活现象中发现问题，提出有价值的问题，引导学生学会如何分析问题作出假设，并根据所做的假设来设计实验，考虑实验操作的具体细节（材料、用具、试剂的选择，操作步骤，结果预期，设计记录表格等），这才是最重要的。
本节可以分2课时进行，第一课时着重介绍探究实验的一般方法和步骤，第二课时则进行实验，分析实验结果，得出结论。结合对实验的分析来介绍渗透装置和渗透作用，指出一个成熟的细胞就是一个渗透装置，最后通过书本中的资料分析得出：（1）离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度来进行的；（2）细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出细胞在什么情况下吸水和失水。
（2）举例说明细胞膜是选择透过性膜。
（3）熟练制作临时装片和操作显微镜观察。
2.过程与方法
（1）尝试从生活现象中提出问题，作出假设。
（2）学习进行探究问题的一般方法和步骤。
3.情感态度与价值观
（1）参与课堂讨论与交流。
（2）养成良好的实验习惯，如及时清洗和摆放实验用具，爱护实验室卫生等。
●教学重点
1.如何进行探究实验，其基本方法和一般过程。
2.渗透作用；细胞是一个渗透系统。
3.细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。
●教学难点
1.如何发现问题和提出问题。
2.如何设计实验过程（材料、实验用具、试剂的选择，实验结果的预测，操作的细节）。
3.细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。
●教具准备
1.渗透演示实验。
2.萝卜条吸水和失水的演示实验。
3.渗透原理的多媒体演示课件。
●课时安排
2课时
第一课时 探究细胞的吸水与失水
●教学过程
［课前准备］
课前老师准备好萝卜条吸水和失水的演示实验，取三块形状大小相同的萝卜条，一块置于盛有清水的烧杯中，一块置于盛有盐水的烧杯中，一块用培养皿盛放以作对照。此实验一般需要半小时就可以有明显的结果。
［情境创设］
今天我们开始学习第4章《细胞的物质输入和输出》，无论是从个体层次还是细胞层次来看，生命系统并不是一个孤立封闭的系统，它要不断与外界发生物质和能量的交换，包括从外界摄入物质（如我们吸入氧气、吃饭等），同时也包括及时地把代谢产生的废物排出体外（如呼出二氧化碳，排尿，出汗等）。那么这一章我们着重探讨在细胞层次上物质是如何输入和输出的。
首先我们来看这样几个生活中的例子：
（1）你吃比较咸的食物时，例如腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？为什么？
学生：会有干燥难受的感觉，因为口腔和唇的细胞失去水分，即水分的输出。
（2）当你把白菜剁碎准备做馅时，常常要放一些盐，过一段时间后就可见有水分渗出，这些水分是从哪里来的？
学生：菜馅细胞失去的水分，即水分的输出。
（3）蔫了的青菜叶放入清水中浸泡一段时间后，会有什么变化？
学生：菜叶又重新变得硬挺起来了，叶面伸展，即水分的输入。
（4）老师展示课前准备好的萝卜条失水和吸水的实验，介绍实验过程，展示实验结果。问：两个烧杯中的萝卜条为什么会出现明显的不同呢？
学生：清水中的萝卜条吸水，即水分的输入；盐水中的萝卜条失水，即水分的输出。
（5）你还能想到哪些类似的例子呢？
……
［师生互动］
1.提出问题
教师：结合上面这些例子，特别是萝卜条吸水和失水的这个演示实验，如果深入思考的话，你可以提出什么问题？将问题写下来。
学生：①细胞会失水吗？（渗出的水是细胞内的水还是间隙的水）
②细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水呢？
③水分是如何进出细胞的？
……
教师：大家一起来讨论一下提的问题哪些是有价值的，值得探究的？
学生：②和③两个问题提得好，可以探究。
教师：我们要学会善于从生活中的现象中发现新的问题，提出问题。许多科学家发现也就是在平时看似习以为常的现象或者一些偶然巧合的现象中提出来的，例如牛顿就从苹果掉下来的现象中提出地球引力的问题；细菌学家弗莱明从一个长了青霉的细菌培养皿中提出青霉的分泌物是否具有抑制葡萄球菌生活的作用，从而提取出青霉素的。当然这要求我们要有敏锐的观察能力和敏捷的思维。爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题比解决一个问题更重要。”可以说“提出问题的能力”是人们素质的一个重要组成部分,是创造发明的源泉之一。
好，提出了一个有价值的问题以后，我们如何去研究它呢？这节课我主要是告诉大家探究问题的一般方法和步骤。
2.作出假设
当一个问题提出来后，首先我们要对现象进行分析，结合已有的知识（必要时还要查找一些资料）和生活经验，对提出的问题作出一个尝试性的回答。我们叫“作出假设”。
比如我们研究“细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水呢”，综合分析以上几个例子——嗑瓜子引起口干，菜馅渗出水，还有盐水中的萝卜条失水，它们的共同点是细胞外有一定的盐分，所以可以推理“是不是当细胞外界溶液的浓度过大或者说大于细胞内的浓度时，细胞会失水呢？反之如果细胞外溶液低于细胞内溶液的浓度时细胞则会吸水”，作出了一个假设。
那作出的假设正确与否呢？就需要通过实验来验证，那么接下来我们就要设计一个实验，创造我们假设中所提出的条件，来检测细胞是否发生失水或吸水。
3.设计实验
教师：那这个实验的设计上我们需要考虑哪些细节呢？
首先我们要考虑“选择怎样的细胞材料来进行实验”，脱开书本，假如你是第一次碰到这样的问题，你会考虑选择怎样的材料呢？
学生：树叶；菜叶；血细胞；花瓣。
……
教师：大家可以打开思维来想，刚才你们提的材料很好，都可以用来尝试，或许这些材料都能成功，但也可能一些材料不能助你成功。同时你们也想一想这个实验要用到哪些工具，你如何判断细胞失水了还是没有失水？
学生：用显微镜观察。
教师：很好，当你选用了显微镜以后，你的选材就应注意要尽可能选容易做成装片的，在显微镜下容易观察到的（如细胞比较大，或细胞有颜色等，如果没有颜色，能不能染色？染色要注意什么）。比如洋葱表皮细胞有紫色，也很好撕取做成装片，就可以考虑，那大家还能不能想到其他什么好材料呢？
学生：水绵，水绵是绿色的，水绵是单层细胞。
那葫芦藓也可以，它的叶是一层细胞的。
美人蕉的花瓣表皮细胞中液泡颜色呈现鲜红色。
紫鸭跖草表皮容易撕取，紫色液泡大而明显，很容易找到。
……
教师：大家的思路开始打开了，想得很好，那究竟这些材料好不好，大家也可以做为一个课题来研究，多选几种材料都试试，进行比较。
好，那接下来我们还要考虑选用怎样的试剂好呢？
学生：盐水。
教师：还有没有其他的呢？
学生：糖水；
醋酸；
海水。
……
教师：想得很好，这里我们同样也考虑这些问题，我们选的试剂会不会对细胞有伤害？能否保证细胞是活的？如醋酸就可能对细胞产生伤害；试剂的浓度我们最好是能控制的，海水的浓度我们不好控制。还有试剂要是容易获得的。所以这里大家提的盐水和糖水是比较好的。
材料、用具、试剂都选好了，接下来我们要考虑整个实验具体的操作步骤该如何。是先把洋葱泡在盐水中，10分钟后取出做成装片，显微镜下检测；还是先做好装片，再想办法往里加入试剂呢？
学生：先做装片再加试剂好，这样可以在显微镜下监控细胞失水的变化过程。
教师：很好，现在我们还有一个重要的问题，那就是要预期一下实验结果，加了高浓度糖水后细胞会发生怎样的变化呢？
学生：细胞会缩小。
图4－1－1
1.正常细胞 2、3.发生了质壁分离的细胞
教师：对，细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层（包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质。注意：原生质层和原生质两个概念是不同的，原生质则指细胞内的生命物质，整个动物细胞都是一团原生质，而植物细胞除细胞壁外的其他所有物质是一团原生质）比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质就会与细胞壁分离开来，也就发生质壁分离。所以观察到质壁分离可以作为细胞失水的表现。
预测了实验结果后，我们可以设计一个表格来记录实验结果。这个实验中的表格就比较简单了。
中央液泡的大小 原生质层的位置 细胞大小
0.3 g/mL蔗糖溶液
清水
4.开展实验
好，当所有这些实验的细节都考虑清楚了以后，我们就可以开始实验了，下节课我们就到实验室完成这个探究实验。
5.记录结果
6.分析结果，得出结论
做完实验后，我们要对实验结果进行分析，实验结果是否与预期相吻合？是否支持了我们最初的假设？
当实验结果与预期不符时，我们要多思考，也不要急于认定假设不成立，要考虑会不会是因为实验操作的不正确导致不能达到预期结果的？会不会有什么干扰因素呢？
例如这个实验中，如果开始使用了0.8 g/mL的蔗糖溶液，很快就观察到了质壁分离，但后来加清水怎么也不能使细胞发生质壁分离复原，能否断定当外界浓度低的时候细胞不能吸水呢？
学生：不能。
教师：那为什么会出现与预期不符的结果呢？就要多思考了，有没有谁能想到呢？
学生：会不会因为蔗糖浓度过高了，导致细胞失水过快而死亡了。
教师：很好，回答得很正确。所以无论实验成功也好，失败也好，都要认真分析。
如果确实找不到实验设计上的原因也找不到实验操作上的原因，始终也未能得到预期的结果，这就要认定假设是错的了。这时又要重新回头做新的假设，然后设计别的实验了。失败不要紧，很多伟大的发现都不可能一次就成功的，都是要经过多次，有的甚至千百次的失败后才成功的。失败是成功之母嘛。
［教师精讲］
进行科学探究的方式是多种多样的。一般来说，其基本过程具有六个要素：提出科学问题；进行猜想和假设；制定计划，设计实验；观察与实验，获取事实与证据；检验与评价；表达与交流。某些探究过程只包含其中的几个要素，而且也不一定按上面呈现的顺序进行。我们进行科学探究主要是领悟科学探究的思想，培养自己进行科学探究所需要的能力，增进对科学探究方法与过程的理解。科学探究能力是通过完成部分探究活动和完整的探究活动而形成和发展的。
［评价反馈］
1.精选练习
（1）酵母菌培养基中，常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抵制了微生物的生长，原因是
A.改变了酵母菌的pH
B.碳源太丰富
C.细胞失水影响其生活
D.葡萄糖不是酵母菌的原料
（2）当把紫色的洋葱鳞片叶的表皮置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中后，原生质层和细胞壁之间将
A.紧紧靠在一起
B.充满细胞液
C.充满蔗糖溶液
D.充满清水
答案：（1）C （2）C
［课堂小结］
我们这节课就到这里，主要是告诉大家探究的一般方法和基本的步骤：提出问题→作出假设→设计实验→开展实验→记录结果→分析结果，得出结论→表达与交流。下节课我们就到实验室来完成这个实验。
［布置作业］
课后完善本实验的设计，理顺操作步骤，预期实验结果并思考：
1.假如细胞壁相当于一层半透膜，实验结果会有什么不同？
2.如果没有细胞壁，实验结果会有什么不同？
［课后拓展］
请根据下述条件设计一个实验，鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤并分析结果：一瓶10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250 mL烧杯1只、半透膜制成的透析袋子只、有刻度玻璃管1支、细线1根、支架1个。
提示：此题主要考查设计实验的能力。设计实验的目的（提出问题）：鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液。设计实验依据的原理：渗透作用原理。实验材料和用品的选择：制作一个渗透装置和进行渗透作用测量的材料、用品。合理安排实验步骤参见下面的答案。对实验结果的预测和分析参见下面答案。得出科学的结论：明确实验目的→实验依据的原理→实验材料和用品的选择→合理安排实验的步骤→对实验结果的预测和分析→得出科学的结论，这是设计实验的基本思路和程序。
（1）实验步骤
①将一瓶中的蔗糖溶液倒入烧杯中。②将另一瓶中的蔗糖溶液装满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用线将袋口和玻璃管扎紧。③将插有刻度玻璃管的透析袋放入盛有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录刻度玻璃管液面刻度。④一段时间后，观察玻璃管液面刻度，确定液面是升还是降。
（2）结果分析
如液面升高，则透析袋中的溶液是0.3 g/mL的蔗糖溶液，烧杯中的溶液为0.1 g/mL的蔗糖溶液。反之，可推测透析袋中是0.1 g/mL的蔗糖溶液，烧杯中的溶液为0.3 g/mL的蔗糖溶液。
●板书设计
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 物质跨膜运输的实例
第一课时 探究细胞的吸水与失水●备课资料
1.活化能
非活化分子转变为活化分子所需吸收的能量。温度对反应速率有显著影响。在多数情况下，其定量规律可由阿伦尼乌斯公式来描述：
κ=Ae－E/RT（1）
式中κ为反应的速率系（常）数；E和A分别称为活化能和指前因子，是化学动力学中极重要的两个参数；R为摩尔气体常数；T为热力学温度。对于更为复杂的描述κ与T的关系式中，活化能E定义为：
E=RT2（dlnκ/dT）（2）
在元反应中，并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。S.A.阿伦尼乌斯认为，只有“活化分子”之间的碰撞才能发生反应，而活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值即为活化能。近代反应速率理论进一步指出，两个分子发生反应时必须经过一个过渡态——活化络合物，过渡态具有比反应物分子和产物分子都要高的势能，互撞的反应物分子必须具有较高的能量足以克服反应势能垒，才能形成过渡态而发生反应，此即活化能的本质。
2.降低反应的活化能（activation energy）原理的假说
（1）中间产物学说
在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。
E＋SE－SP＋E
许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E－S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。电子显微镜的观察结果、X射线晶体结构分析、酶与底物反应前后光谱特性分析、酶的溶解度变化、酶与底物的共沉降，获得E－S复合物结晶都可证明中间产物的存在。
（2）邻近效应（proximity effect）和定向效应（orientation effect）
邻近效应在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应。
定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。
（3）酶使底物分子中的敏感键发生变形（distortion）
酶－底物复合物形成时，酶分子构象发生变化，底物分子也常常受到酶的作用而发生变化，甚至使底物分子发生扭曲变形，从而使底物分子某些键的键能减弱，产生键扭曲，有助于过度态的中间产物形成,从而降低了反应的活化能。
（4）多功能催化作用
酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态。●备课资料
1.利用质壁分离现象可以解决什么问题
利用质壁分离现象可以解决下列几个问题：（1）说明原生质层是选择透过性膜：半透膜只能让液剂（水分子）通过，而不能让溶质分子（如蔗糖）通过。自动质壁分离复原现象说明，作为细胞渗透系统的原生质层（包括细胞膜、液泡膜和这二者之间的细胞质）是选择透过性膜，而不是真正的半透膜，外界溶质分子（如蔗糖）是可以进入细胞的。（2）判断细胞的死活：只有活细胞的原生质层才是选择透过性膜，才有质壁分离现象。若细胞死亡，原生质层结构破坏，选择透过性膜性质消失，不能产生质壁分离现象。（3）测定细胞液的渗透势：当植物组织细胞液与其周围的某种溶液处于渗透平衡状态，且此时植物细胞内的压力势为零时，细胞液的渗透势就等于该溶液的渗透势（该溶液的浓度称之为等渗浓度）。（4）从质壁分离的形式了解原生质黏性大小，是现今研究植物抗旱性和抗寒性时利用的原理。（5）从质壁分离复原时间的长短了解物质进入细胞的难易程度。总之，质壁分离法在研究植物生理活动中具有重要作用。
2.“植物细胞的质壁分离和复原”实验注意事项
（1）选材 为了观察植物细胞质壁分离和复原的过程，了解具有液泡的植物细胞发生渗透作用的情况，理想的材料应当是液泡较大，原生质层较薄，液泡中含有一定的色素。这种材料完成实验速度快且观察清晰，所以，最好选用紫色洋葱。如果到时刚好没有紫色洋葱，则可选用葫芦藓、水绵以及白菜、空心菜、女贞、紫茉莉等叶片下表皮。像水绵、葫芦藓之类，是由叶绿体的分布来标志质壁分离和复原的，可直接观察。如果液泡无色，还可用稀释的红墨水染色观察。总之，最好选能观察到液泡的大小变化的材料，以便更能说明渗透作用的原理。
（2）质壁分离试剂 实验中应使用浓度适当、在短时间内对细胞没有损伤作用的溶液。浓度过大，质壁分离快，但影响细胞活力，而且复原较慢；浓度太低，质壁分离速度慢，现象不明显。常用的溶液是0.30～0.35 g/mL的蔗糖溶液或1 mol/L的硝酸钾溶液。
（3）换液技术 由于实验要求用高倍镜观察，在盖玻片下换液和技术要求较高。除按实验指导进行操作外，应提醒学生要耐心，不要一次滴液太多，避免溢至盖玻片上，污染物镜头。如果糖液是从左侧滴入，右侧吸引，那么清水应从右侧滴入，左侧吸引。这样实验速度可能会快一些。
3.渗透原理的应用
（1）食品加工防腐处理的应用
食醋中的醋酸分子是活细胞不需要的小分子物质，蔗糖是活细胞需要的大分子物质，用食醋和蔗糖可将新鲜的大蒜腌制成醋蒜，其原因是
A. 醋酸和蔗糖分子均能被活细胞选择吸收
B. 因腌制时间过久，两种物质慢慢进入活细胞
C. 醋酸将活细胞杀死后，使细胞膜失去了选择性
D. 两种物质通过细胞壁，附着在细胞膜的外表面
解析：这是一个细胞膜选择透过性、渗透作用原理在生活中应用的实例。蔗糖是不能通过细胞膜进入细胞内的，加之蔗糖溶液会使细胞发生渗透作用失水，从而杀灭细菌，保存食物。加醋的目的是尽快杀死蒜细胞，细胞被杀死后，细胞膜失去了选择透过性，各种物质能尽快进入细胞内，这样腌制的味道和颜色便产生了。
答案：C
（2） 作物水肥管理方面的应用
家庭养花，如施肥过多，会引起花卉萎蔫，这时可采取的措施有
①加强光照 ②改善空气流通 ③适当浇灌清水 ④更换盆中泥土
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
解析：这是渗透作用原理在生产上应用的实例。引起花卉萎蔫的原因是土壤溶液浓度大于花卉细胞的细胞液浓度，从而导致细胞发生渗透失水，引起萎蔫，因此，只要把土壤溶液浓度降低（如浇灌清水等），即可补救。
答案：D
（3） 观察植物细胞的细胞膜及细胞内的寄生物
如观察寄生在人体红细胞内的微丝蚴，可把红细胞置于蒸馏水中制成装片，让其发生渗透吸水，引起膨胀以至破裂，造成溶血现象，此时微丝蚴便直接暴露出来，便于观察。相反观察植物细胞的细胞膜则利用细胞渗透失水，由于植物细胞的细胞膜紧贴着细胞壁，在一般情况下看不到细胞膜，而通过植物细胞发生渗透失水，造成质壁分离，则能清楚地看到与细胞壁分离开来的原生质层最外面的细胞膜。●备课资料
1.细胞的内膜系统
细胞的内膜系统是指真核细胞内，在结构、功能或发生上相关的，由膜围绕而成的细胞器或细胞结构，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体，等等。细胞内膜是相对于包围在细胞外面的细胞膜而言的。
细胞的内膜系统为真核细胞所特有，而且也是真核细胞所必需的。许多与细胞生命活动密切相关的生化反应都在膜内部或者膜表面进行。一个典型的真核细胞的长度是一个典型细菌（如大肠杆菌）的10倍，但真核细胞细胞膜的表面积与细胞体积的比，要比细菌小得多。由于真核细胞的细胞膜无法提供生化反应所需的足够表面积，因而真核细胞内需要有大量的内膜结构。
2.膜融合现象
膜融合是一种重要的生命现象，它是指两个不同的膜相互接触和融合的过程。膜融合导致两膜的脂类和蛋白质相互混合，以及两膜包围的内含物的混合。膜融合在细胞融合（如高等生物的受精过程）中起关键作用。此外，膜融合还与细胞的内吞和外排、细胞内的物质运输等过程密切相关。
膜融合在细胞的生命活动中是经常发生的，但是任何生物膜几乎都没有自发融合的倾向，因此，生物体中膜的融合过程必然是受某种因素控制的。目前已经知道有许多因子可以诱导膜融合，如Ca2+、渗透压、酸、聚乙二醇、质子泵和电等。
3.分泌蛋白在内质网上的合成和加工
分泌蛋白的合成是在细胞质基质中开始的。首先合成的是一段含16～26个氨基酸残基的多肽链，这段多肽链能够起到信号的作用，叫做信号肽。当多肽链延伸至80个氨基酸左右时，信号肽指引正在合成的多肽链穿过内质网膜，转移至内质网腔中。内质网腔面上的信号肽酶将信号肽切除，多肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成。
进入内质网腔的多肽链还要经过加工，如糖基化、羟基化、酰基化和二硫键的形成等。糖基化伴随着多肽链的合成同时进行，是内质网中最常见的多肽链加工方式。当多肽链被输送到高尔基体腔后，在内质网腔中加在多肽链上的寡糖链，还要再进行一系列复杂的加工。
多肽链在内质网腔中要进行折叠。不能正确折叠的多肽链一般不能进入高尔基体，而在内质网腔中很快被降解。
4.高尔基体与细胞内具膜小泡的运输
分泌蛋白和大多数细胞膜的膜蛋白都是在粗面型内质网上合成的，经过高尔基体的加工和组装，通过具膜小泡运输到细胞表面。同样，细胞外的大分子和颗粒性物质，以及细胞膜的膜蛋白也会通过内吞作用，包裹在具膜小泡里运输到细胞内。
铁蛋白携带有正电荷，能够与细胞膜上带负电荷的糖蛋白或糖脂结合。用铁蛋白标记活细胞表面，经过一段时间后，在电镜下观察，可以看到被标记的内吞物质进入高尔基体或溶酶体中。这一结果表明，高尔基体不仅在向外运输的具膜小泡中转移，而且在内吞形成的具膜小泡转移中也起着重要作用。
伴随各种具膜小泡的运输过程，细胞内形成了复杂的“膜流”。高尔基体在“膜流”的调控中很可能起着重要的枢纽作用。在某些分泌旺盛的植物细胞中，高尔基体会产生大量的具膜小泡，具膜小泡的数量之多足可以在20 min之内使细胞膜的面积增大一倍。与此同时，细胞的内吞作用也非常活跃，从而保证了“膜流”的相对稳定。由高尔基体产生的溶酶体也参与“膜流”过程。溶酶体的作用主要是更新膜蛋白和膜脂，以及水解细胞内吞的物质。●备课资料
1.光合作用的模拟
研究光合作用机理的目的之一，就是人工模拟光合作用，利用地球上丰富的二氧化碳、水和太阳光，加上一些必要的化合物，人工合成有机物，最终合成粮食。这是农业生产利用光合作用的远景，将会比依赖植物进行光合作用生产粮食向前迈进一大步。人们已经开始对这方面进行一些探索性的实验，并取得了一些初步成果。
在光反应方面是以得到NADPH和ATP为目的，有人把叶绿素铺在水相和辛烷油相的界面上，在水相中含有NADP＋等，在油相中加入二硝基苯酚作为质子受体，照光后可使 NADP＋等还原为NADPH等，并放出氧气。此外，根据光合作用催化电子理论，可以利用某些无机半导体（如ZnO、CdS）代替叶绿体，在光下把ADP和Pi合成ATP。
在暗反应方面，尽管它的机理比较清楚，但反应过程复杂，目前在国内外还没有它的全过程人工模拟工作成功的例子，只有某些复制工作。例如在不断供应NADP＋和ADP的情况下，利用各种有关的酶，在特定条件下，使离体叶绿体同化二氧化碳，生成糖类。
2.光合作用研究历程中的七次诺贝尔奖获得情况
（1）Wilstatter从绿色植物的叶片中将叶绿素分离纯化出来，对它的结构进行研究，使人们对绿色植物吸收光能并引起光化学反应进行光合作用的主要色素有所了解。Wilstatter在1915年因此获得诺贝尔奖。
（2）20世纪20年代初，Fischer因研究叶绿素化学和阐明叶绿素结构而获得诺贝尔奖。
（3）Woodward于1965年因人工合成叶绿素等工作获得诺贝尔奖。
（4）20世纪80年代末，Deisenhofer等测定了紫色非硫细菌Rs.viridis光合作用中心的三维结构，并因此于1988年获得诺贝尔奖。
（5）1992年，Marcus因研究包括光合作用电子传递在内的生命体系的电子传递理论而获得诺贝尔奖。
（6）1961年，Mitchell等提出了化学渗透假说。化学渗透假说不仅使人们了解光合作用中的能量转换机理，并且导致将质子动力势与离子运转、类囊体结构动态变化和能量转换反应调控过程联系起来研究。Mitchell于1978年获诺贝尔奖。
（7）20世纪90年代末，催化光合作用的光合磷酸化和呼吸作用的氧化磷酸化的腺三磷（ATP）合成酶的动态结构与反应机理的研究获得重大进展。鉴于Boyer和Walker在ATP合成酶催化ADP形成ATP研究工作方面的贡献，他们获得了诺贝尔奖。
3.光合作用产生的O2来自于H2O的证据
（1）van Niel的研究：20世纪30年代，van Niel比较了不同生物的光合作用过程，发现它们有共同之处，例如：
绿色植物：CO2＋2H2O（CH2O）＋O2↑＋H2O
紫硫细菌：CO2＋2H2S （CH2O）＋2S↓＋H2O
氢细菌：CO2＋2H2（CH2O）＋H2O
因此他提出光合作用的通式为：
CO2＋2H2A（CH2O）＋2A＋H2O
H2A可以是H2O，也可以是H2S和H2。可见，van Niel的研究已经科学地预见到，绿色植物光合作用中产生的O2，来自于H2O。
（2）希尔反应：1937年，希尔（R.Hill）从细胞中分离出叶绿体，他发现，在电子受体，如氰化物或染料亚甲蓝（氧化时蓝色，还原时绿色）存在的条件下，给分离的叶绿体照光，叶绿体在没有CO2（和NADP＋）存在的条件下就能放出O2，同时使电子受体还原。这一实验有力地证明，光合作用产生的O2不是来自CO2，而只是来自H2O。更有意义的是，这一发现将光合作用区分为两个阶段：第一阶段为光诱导的电子传递以及水的光解和O2的释放，这一过程又称为希尔反应；这一阶段之后才是CO2的还原和有机物的形成。第二阶段是不需要光的。
（3）鲁宾和卡门实验：1939年，鲁宾和卡门用同位素18O分别标记H2O，即H218O，结果植物光合作用释放的氧全部是18O2；如果用同位素18O分别标记CO2，即C18O2，而供给植物的水是正常的H2O，则植物释放的氧全部是O2。这一权威性实验肯定了van Niel和希尔的科学预见，即光合作用产生的O2不是来自CO2，而是来自H2O的。因此光合作用通式应该更合理地写为：
6CO2＋12H2 *OC6H12O6＋H2O＋6*O2↑
4.叶绿体中能量的转换
（1）光能转换成电能
在叶绿体中类囊体薄膜上的色素只有少数叶绿素a分子能够将光能转换成电能，其余的色素都只有吸收和传递光能的作用。当光能传递给这些少数的叶绿素a时，使叶绿素a被激发而失去电子（e）。脱离叶绿素a的电子，经过一系列传递，最后传递给带正电荷的辅酶Ⅱ（NADP＋）。同时失去电子的叶绿素a变为一种强氧化剂，夺取水分子中的电子，使水分子氧化生成氧分子和氢离子（H＋），叶绿素a由于获得了电子而恢复成稳态，继续转换电能。
（2）电能转换成活跃的化学能
NADP＋得到两个电子和一个氢离子，就形成了还原型辅酶Ⅱ（NADPH），这样一部分电能便转化成化学能储存在NADPH中，供暗反应所需；另外一部分转化成的电能，促使ADP磷酸化为ATP，将活跃的化学能储存在ATP中，供暗反应所需。
（3）活跃的化学能转换成稳定的化学能
在暗反应阶段，二氧化碳在叶绿体基质中与C5结合，经过一系列变化形成C3，C3在光反应提供NADPH。
5.二氧化碳的同化
二氧化碳同化是光反应产物NADPH和ATP分别作为还原剂和能源将CO2转化成糖，把活跃的化学能转变为储藏在有机物中的稳定的化学能的过程。此过程是在叶绿体基质中进行的，有光无光均发生，故二氧化碳同化的过程也称光合作用的暗反应。根据不同植物固定CO2的固定方式不同，分为C3植物（进行C3途径）和C4植物（进行C4途径）。（见图5－4－5）
C4植物（玉米）与C3植物（水稻）叶片解剖结构的差异
1.维管束鞘 2.叶绿体
图5－4－5
（1）C3植物和C4植物
绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束，围绕着维管束的一圈薄壁细胞叫做维管束鞘细胞，C3植物叶片中的维管束鞘细胞不含叶绿体，维管束鞘以外的叶肉细胞排列疏松，但都含有叶绿体。如水稻、小麦、棉花、大豆等都是C3植物。
C4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞：里面的一圈是维管束鞘细胞，外面的一圈是一部分叶肉细胞。C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大，里面含有没有基粒或基粒发育不良的叶绿体，这种叶绿体不仅数量比较多，而且个体比较大，叶肉细胞则含有正常的叶绿体。如甘蔗、玉米、高粱等都是C4植物。
（2）C3途径和C4途径
二者主要是CO2固定的途径不同。C3植物光合作用暗反应中固定CO2的受体是1，5－二磷酸核酮糖（RuBP），固定后形成2分子3－磷酸甘油酸（PGA）。即碳素同化的最初产物是3－磷酸甘油酸（三碳化合物），这种反应途径称C3途径。
C4植物在有关酶的催化作用下形成2分子CO2，一个CO2被一个叫做磷酸烯醇式丙酮酸的三碳化合物（PEP）所固定，形成一个C4。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并且形成一个含有三个碳原子的有机酸——丙酮酸。释放出来的CO2再被五碳化合物1，5－二磷酸核酮糖（RuBP）固定，然后很快形成两个C3，由此可见，C4植物的C4途径发生在叶肉细胞的叶绿体内，C3途径发生在维管束鞘细胞的叶绿体内。虽然C3植物与C4植物固定CO2的途径不同，但CO2被还原成糖的过程却是相同的，都是通过卡尔文循环进行。故卡尔文循环是光合作用暗反应最基本的过程。
图5－4－6 C4植物光合作用特点示意图
（3）卡尔文循环
卡尔文循环大致分为三个阶段：羧化阶段、还原阶段和再生阶段。
①羧化阶段
研究证明固定CO2的受体是1，5－二磷酸核酮糖（RuBP）。1分子RuBP接受1分子CO2后，形成2分子三碳化合物，即3－磷酸甘油酸（PGA）。由于CO2固定后的第一个产物是一种三碳化合物，故卡尔文循环又称C3途径。催化这一反应的酶是RuBP羧化酶（RuBPC）。反应式如下：
②还原阶段
在3－磷酸甘油酸酶的催化下，PGA被光反应产物ATP磷酸化，形成1，3－二磷酸甘油酸（DPGA），然后在甘油磷酸脱氢酶作用下，DPGA被NADPH还原成3－磷酸甘油醛（PGA1d）。反应式如下：
3—磷酸甘油醛（PGA1d）的形成完成了将无机的CO2还原成糖，即实现了把活跃的化学能转变成稳定的化学能。从实质上讲光合作用完成。
③再生阶段
3—磷酸甘油醛在丙糖磷酸异构酶的作用下，转变为二羟丙酮磷酸（DHAP），DHAP可被运出叶绿体，进入细胞质中合成蔗糖，蔗糖则是光合产物通过韧皮部的筛管运到非光合组织中的主要形式。DHAP也可在叶绿体中转变成6—磷酸葡萄糖进而形成淀粉，把光合产物暂时储藏在叶绿体中。DHAP另一个更重要的去向是在一系列酶的作用下转变成为5—磷酸戊糖，最后在ATP和5—磷酸核酮糖激酶催化下再生成RuBP，RuBP又可以继续参加反应，重新固定CO2分子。
在C4植物叶肉细胞的叶绿体中，在有关酶的催化作用下，一些C3接受NADPH和ATP释放出的能量并且被NADPH还原，然后经过一系列复杂的变化，形成糖类等有机物；另一些C3则经过复杂的变化，又形成C5，从而使暗反应阶段的化学反应不断地进行下去。丙酮酸则再次进入到叶肉细胞的叶绿体内，在有关酶的催化作用下，通过ATP提供的能量，转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2。
C4植物固定CO2的PEP羧化酶与CO2的亲和力比C3途径中C5羧化酶与CO2的亲和力高60倍。因此C4植物可以把大气中含量很低CO2以C4的形式固定下来，并运输到维管束鞘细胞的叶绿体中供C3途径利用。因此，在热带的高温地区及在夏季炎热的中午，叶片气孔关闭，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用。而C3植物不能。所以C4植物比C3植物具有较强的光合作用，比C3植物更适于生活在温度较高的热带地区，C4植物比C3植物在进化上更高等。
6.光合作用过程中有没有水生成
光合作用的总反应式一般可以写成：CO2＋H2O（CH2O）＋O2↑
从这个总反应式看出，光合作用只有水的分解，没有水的生成。但是，根据用氧的同位素18O所做的实验，光合作用中所释放出来的O2完全来自H2O。所以，光合作用的总反应式又应该写成：
CO2＋2H2*O（CH2O）＋*O2↑＋H2O ①
这说明在光合作用过程中，一方面有水的分解，产生出分子态氧，另一方面又有水的生成，即H2O中的H与CO2中的O形成了新的水分子。
我们知道，光反应阶段可以概括成H2O在光下分解、产生O2和形成NADPH与ATP，后者的反应式是：
2H2O＋2ADP＋2Pi＋2NADP＋O2＋2ATP＋2NADPH＋2H＋
这一反应过程称作非环式磷酸化作用，它把H2O氧化成O2，同时产生出ATP和NADPH。
由于每还原1分子CO2需要3分子ATP，所以可能还有一种环式光合磷酸化作用参加 反应：ADP＋PiATP ②
CO2的还原是通过暗反应阶段中的卡尔文循环进行的。其总反应式：
CO2＋3ATP＋2NADPH＋2H＋（CH2O）＋3ADP＋3Pi＋2NADP＋＋H2O ③
显然，这个反应式产生H2O。但是，将①②③式相加，则得到：
CO 2＋H2O（CH2O）＋O2↑
可见，在光合作用的局部反应中有水生成，但是从全部的光合作用反应来看，则只有水的分解。换句话说，就光合作用的净反应而言，只有水的氧化，而没有水的生成。
本章自我检测详解
一、概念检测
判断题
1.√（ATP转化为ADP时释放大量能量，不断地为生命活动提供能源补充，保证了新陈代谢的正常进行）
2.×（有氧呼吸与无氧呼吸并不是两个完全不同的过程，而是有联系的，这是因为：（1）有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段是相同的，都产生丙酮酸，两种呼吸作用是在丙酮酸后分道扬镳的；（2）两种呼吸作用不仅在过程上有共同点，而且在本质上也有共同点，都是分解有机物，释放能量产生ATP）
3.√（光合作用和化能合成作用的最本质区别就是两者制造有机物时的能量来源不同，光合作用的能量来自光能，而化能合成作用是利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物）
选择题
1.D（1号试管因为加入了唾液，作用条件适合，淀粉被分解；2号试管因无酶，淀粉未被分解；3号试管虽然加入的是稀释的唾液，但酶具有高效性，作用条件适合，淀粉被分解；4号试管虽然加入了唾液，但作用条件不适合（温度太高，酶失活），淀粉未被分解；5号试管虽然加入了唾液，但作用条件不适合（酸性使酶失活），淀粉未被分解。淀粉未被分解遇碘变蓝）
2.D（线粒体和叶绿体在结构上的共同点：都具有双层膜，都含有DNA和酶，功能上的共同点是：都需要水作为原料）
画概念图
呼吸是指生物体与外界进行气体交换，为细胞呼吸提供氧气的过程。而呼吸作用是生物体分解有机物，释放能量的过程。
二、知识迁移
松土是我国农业生产中一项传统的耕作措施。松土可以增加土壤的透气性，能促进土壤中枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，从而有利于农作物生长。但是，松土容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素，科学研究表明，产生沙尘的粉尘主要来源是农田。由于松土促进了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的排放，从而使温室效应和全球气候变暖问题变得更加严重。此外，松土还增加了农业的成本。因此，农业生产上应当提倡免耕法。
免耕法又叫保护性耕作法，是指农业生产中平时不用或尽量少用松土措施（能保证种子发芽出土即可），收获时只收割麦穗或稻穗等部位，而将经过处理后的农作物秸秆和残茬保留在农田地表，任其腐烂，以便尽量恢复土壤的自然状态并保护土壤，避免水分蒸发。对于农业病虫害和农田杂草，则主要通过使用农药和除草剂来解决，免耕法有利于水土保持，能减少沙尘暴的发生，并提高土壤的肥力。
三、技能应用1.
20 ℃ 50 ℃
6 h 12 h 6 h 12 h
2.
比较项目 光合作用 细胞呼吸
场所 植物细胞内的叶绿体 细胞内的线粒体和细胞质基质
原料 CO2和H2O C6H12Ｏ6（或C6H12Ｏ6和Ｏ2）
条件 光、酶 酶
产物 （CH2Ｏ）和Ｏ2 CO2和H2O或C3H6O3或C2H5OH和CO2
四、思维拓展
哈密地区夏季的白天长，阳光充足，而且光照强烈，所以哈密瓜植株的叶片进行的光合作用时间长，光合作用的强度大，制造的糖类很多；夜间温度比较低，哈密瓜植株的细胞呼吸相对比较弱，消耗的糖类比较少。这样哈密瓜内积累的糖类比较多。哈密瓜细胞内的糖类在有关酶的催化作用下，最终转化成果糖和葡萄糖，所以哈密瓜特别甜。
自己的家乡或社区如果想种哈密瓜并使瓜甜，就要模仿哈密地区的自然条件，创造类似的生态环境，如采取白天适当增加光照时间和光照强度，夜间适当降低温度等措施。第二课时 实验：用高倍镜观察叶绿体和线粒体
●教学过程
［课前准备］
课前培训8名学生充当“小老师”，协助教师指导同学进行实验。课前10分钟制作藓叶的临时装片和人的口腔上皮细胞临时装片。
［情境创设］
屏幕显示：课前教师制作的几种材料的临时装片，并显微投影给学生观察。
教师：上节课我们通过图片和资料，了解了细胞器的分布、形态和功能，那么实际生物体中的细胞器是怎样的呢？这是老师刚才制作的临时装片，请仔细观察其中的叶绿体和线粒体的分布和形态，下面请各小组自行制作临时装片并观察。
屏幕显示本节课题：用高倍镜观察叶绿体和线粒体。
［师生互动］
1.观察叶绿体的形态和分布情况
屏幕显示：制作藓类叶片的临时装片的方法步骤和观察叶绿体的方法步骤。
制作藓类叶片临时装片的方法：在洁净的载玻片中央滴一滴清水，用镊子取一片藓类的小叶，或者撕取菠菜叶稍带叶肉的下表皮，放入水滴中，盖上盖玻片。
观察叶绿体的步骤：将制作好的叶片临时装片放在低倍镜下观察，找到叶片细胞后，换用高倍镜仔细观察叶片细胞内叶绿体的形态和分布情况。
学生：各小组在小组长的指导下，制作和观察临时装片，并绘制图。
教师：巡回检查，指导。
学生：各小组分别用显微投影仪展示自己制作的装片，并指出叶绿体的位置，以及自绘的叶绿体形态图，提出疑惑。
学生：各小组讨论，对展示小组的实验结果进行评价，对展示小组的疑惑进行解答。
教师：（1）点评学生实验过程中操作的优点和存在的不足，如：叶片取材不当，装片中的水分过多或过少等。
（2）由于取材于活的植物体，叶片中的叶绿体在不同的光照条件下是可以运动的，因此，在不同光照条件下采集的葫芦藓，其叶内叶绿体椭球形的形状不完全一样。
（3）点评并纠正高倍显微镜操作中错误的做法。
2.观察线粒体的形态和分布情况
屏幕显示：制作人的口腔上皮细胞临时装片的方法和步骤，以及使用高倍显微镜观察线粒体的步骤。
制作人的口腔上皮细胞临时装片的方法和步骤：在洁净的载玻片中央滴一滴健那绿染液，用消毒牙签在自己漱净的口腔内侧壁上轻轻地刮几下，把牙签上附有碎屑的一端，放在染液中涂抹几下，盖上盖玻片。
观察线粒体的步骤：在高倍镜下观察经过染色的口腔上皮细胞临时装片，可以看到蓝绿色的线粒体，细胞质接近无色。
学生：各小组在小组长的指挥下，制作和观察临时装片，并绘图。
教师：巡回检查、指导。
学生：各小组分别用显微投影仪展示自己制作的临时装片，指出线粒体的位置，同时展示自己绘制的线粒体图。
学生：各小组讨论，对展示小组的实验结果进行评价，对展示小组的疑惑进行解答。
教师：（1）点评学生实验操作过程中的优缺点。
（2）点评学生绘制的生物图。
［教师精讲］
1.生物图的画法和注意事项（屏幕显示）：
①图的大小要适当，在纸上的位置要适中，一般稍偏左上方，以便在右侧和下方留出注字和写图名的地方。
②先用削尖的铅笔（一般为3H的），根据观察到的物像（不能抄书），轻轻地画出轮廓，经过修改，再正式画好，务必使图形真实。
③图中比较暗的地方，如叶绿体、细胞核，用铅笔点上细点来表示，越暗的地方，细点越多，不能涂阴影表示暗处。
④字尽量注在图的右侧，用尺子引出水平的指示线，然后注字。
⑤在图的下方写上所画图形的名称。
2.叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形，一般散布在细胞质基质中，靠近细胞膜的叶绿体较多一些，光照强的一面叶绿体分布较多一些。靠边叶脉部分的叶肉细胞中的叶绿体数量要多一些。
3.线粒体的形态多种多样，有短棒状、圆珠状、线形、哑铃形等。人的口腔上皮细胞中的线粒体均匀地分布在细胞质基质中。在细胞内新陈代谢旺盛的部位比较集中，例如，在人的受精卵分裂面附近线粒体较多，人的心肌细胞中线粒体的数量比平滑肌细胞中线粒体的数量多。
［评价反馈］
1.绿色植物叶片细胞中含有大量的叶绿体，叶绿体位于细胞的________中，显________色，一般呈____________形状。
2.线粒体的主要功能是____________，其形态多样，有短棒状、圆球状、线形、哑铃形等。在实验中观察发现，染色后的线粒体显___________色，细胞质显___________色。
参考答案：
1.细胞质基质 绿 扁平的椭球形或球形 2.有氧呼吸的场所 无 蓝绿
［课堂小结］
1.观察叶绿体、线粒体的形态和分布的实验方法和步骤
取材→制片→观察
2.实验中几个问题的分析
（1）为什么用藓类的小叶，或者菠菜叶的下表皮（稍带叶肉）作观察叶绿体的实验材料？
藓类属阴生植物，菠菜叶的下表皮是菠菜叶的背阳面，这样的细胞中的叶绿体大且数目少，便于观察叶绿体的形态和分布。
（2）为什么观察叶绿体的临时装片时要始终保持有水状态？
防止细胞内的叶绿体失水。如果叶绿体失水，叶绿体就缩成一团，无法观察叶绿体的形态和分布。
（3）细胞质基质中的叶绿体，是不是静止不动的？为什么？
不是静止不动的。叶绿体存在于细胞质中，它会随着细胞质的流动而运动。
（4）叶绿体的形态和分布，与叶绿体的功能有什么关系？
①叶绿体呈椭球形或球形，可以减少运动时的阻力，有利于叶绿体的运动。叶绿体在细胞质中散乱地分布，相互不重叠，有利于其内部的每一个基粒充分接受光照。
②叶绿体呈椭球体形，在不同的光照下可以运动，改变椭球体的方向，这样即能接受较多的光照。叶绿体在细胞中的运动又有利于其内部的每一个基粒充分接受光照。
③叶绿体的形态和分布都有利于按受光照，完成光合作用，如叶绿体呈椭球体形，能够对不同光照条件改变方向；又如，叶肉细胞中的栅栏组织，其中的叶绿体分布比海绵组织的多，可以接受更多的光照。
3.高倍镜使用中的注意事项
（1）一般地讲，在低倍镜下调节清晰后，可直接转动转换器，使高倍镜对准通光孔。但若高倍镜不是原配的，则应先稍微转动粗准焦螺旋，使镜头上升后再换高倍镜，下降镜筒时必须从一侧注视物镜下降到一定距离。
（2）换高倍镜后因镜头与装片间的距离很小，切记不可再转动粗准焦螺旋，以防损坏镜头或装片。应该一面从目镜里观察，一面逆时针方向转动，直到清晰为止。
（3）在高倍镜下若要换装片，必须升高镜筒后才能进行。
［布置作业］
1.高倍镜下看到的叶绿体是
A.绿色、棒状 B.红色、棒状
C.红色、扁平的椭球形或球形 D.绿色、扁平的椭球形或球形
2.如图3－2－3所示，1、2为物镜长度；3、4为目镜长度；5、6为观察时物镜与标本装片距离大小。欲获得最大放大倍率的观察效果，其正确的组合是
图3－2－3
A.1、3、5 B.2、4、6 C.2、3、5 D.2、4、5
3.在不同光强下，有关叶绿体的椭球体方向改变的说法正确的是
A.强光下，叶绿体的椭球正面朝向光源 B.强光下，叶绿体的椭球侧面朝向光源
C.任何光下，叶绿体的椭球体正面朝向光源 D.弱光下，叶绿体的椭球体侧面朝向光源
4.植物叶片含叶绿体较多的是
A.下表层 B.叶肉海绵组织 C.叶肉栅栏组织 D.导管
5.在视野右上方发现一后期的细胞，要将其移至视野正中，应将装片移向
A.左上方 B.左下方 C.右上方 D.右下方
6.下列关于高倍物镜使用的叙述中，正确的是
A.因为藓类的叶片大，在高倍镜下容易找到，所以可以直接使用高倍物镜观察
B.在低倍镜下找到叶片细胞，即可换高倍物镜观察
C.换用高倍物镜后，必须先用粗准焦螺旋调焦，再用细准焦螺旋调到物像最清晰
D.为了使高倍镜下的视野亮一些，可用最大的光圈或凹面反光镜
7.（2001年上海高考题）某学生用显微镜观察装片时，见视野中有甲、乙、丙三异物。为判断异物的位置，他先转动目镜，见甲异物动，然后转换物镜，三异物仍在。据此，三异物可能在
A.目镜 B.物镜 C.反光镜 D.目镜和装片
8.制作菠菜叶的临时装片时，应取菠菜叶的________表皮并稍带些叶肉为观察对象，因为该细胞内的叶绿体的体积________，而且数目________。高倍镜下可观察到叶绿体分布于细胞质基质中，并随细胞质的流动而________。
9.现有如下材料和器具，欲观察植物细胞叶绿体的形态和分布，及光照强弱对叶绿体分布的影响，请选择最理想的材料完成实验并回答问题。
材料和用具：藓类的小叶、菠菜叶、棉花叶、玉米叶、200 W灯泡、25 W灯泡、显微镜、载玻片、盖玻片、镊子等。
（一）实验原理
高等植物的叶绿体存在于____________细胞的细胞质基质中，一般呈绿色、扁平的椭球形或球形，可以用____________显微镜观察它的形态和分布。高等植物的叶绿体作不同的光照下，可以运动，改变椭球形的方向，改变其分布。
（二）实验步骤
（1）取材：选取最理想的材料________三份。该材料最理想的原因是______________________。
（2）将上述三份材料分别放在载玻片中的清水滴中，盖上盖玻片，制成临时装片。
（3）将三个临时装片分别入在200 W、25 W的白炽灯和暗处，依次处理5 min、10 min、10 min。
（4）观察：先用________观察，找到相应的细胞，然后转动________，换上________，调节________使视野高度适宜，最后调节________螺旋，直到物像清晰。
（三）实验现象
（1）叶绿体的形态：___________________。
（2）在弱光下，叶绿体以其________面朝向光源，好处是________；在强光下，叶绿体以其________面朝向光源，好处是________。
10.图3－2－4示光学显微镜的一组镜头，目镜标有5×和15×字样，物镜标有10×和40×字样。请看图回答：
图3－2－4
（1）仔细观察叶绿体的形态时，显微镜的目镜、物镜及其与盖玻片间距离的组合为________（用标号作答）。此时放大的倍数为________。
（2）在观察叶绿体时，③与④的显微视野中比较明亮的是________。
（3）若在低倍镜视野中发现有一异物，当移动装片时，异物不动，转换高倍镜后，异物仍可观察到，此异物可能在________。
A.物镜上 B.目镜上 C.装片上 D.反光镜上
参考答案：
1.D 2.C 3.B 4.C 5.C 6.D 7.D
8.下 大 少 流动
9.（一）叶肉 高倍 （二）（1）藓类的叶 藓类植物的叶片薄而小，叶片是单层细胞，叶绿体清楚，不需要加工即可进行观察 （4）低倍镜 转换器 高倍镜 光圈 细准焦 （三）（1）扁平的椭球形或球形 （2）椭球形的正 便于接受较多的光照 椭球形的侧 不至于被强光灼伤
10.（1）②③ 600 （2）④ （3）B
［课后拓展］
1.增加“不同光照条件下叶绿体的形态变化”的实验,使学生了解叶绿体对不同光照条件的适应性。实验课前,在讲台前摆放3台显微镜,载物台上分别放着强光（200 W灯泡照射5 min）、弱光（25 W灯泡照射10 min）、黑暗处理过的3片葫芦藓小叶装片。让学生轮流观察,看清楚不同条件下叶绿体位置的改变。应该注意的是,如果用强光照射叶的装片,灯泡不能离装片太近（灯泡距装片应大于20 cm）,否则叶绿体会被强光灼伤而解体。
某同学在观察细胞质流动实验时，选用了如下材料和用具：新鲜的黑藻、带有测微尺的显微镜、载玻片、盖玻片、滴管、镊子、秒表、30 ℃的温水、室温下的温水、冰水。现请你利用上述材料，完成下面的实验，以观察细胞质的流动，证明温度对细胞质流动速率的影响，并回答问题。
Ⅰ.实验原理
活细胞中的细胞质处于不断流动的状态，观察细胞质的流动，可用细胞质基质中________的运动作为标志，利用测微尺和秒表分别测出不同温度下运动距离和所用的时间，就可求出各自细胞质的流动速率。
Ⅱ.方法步骤
第一步：用事先培养好的黑藻和室温下的水做成临时装片。
第二步：在室温下用显微镜观察。寻找靠近________部位的细胞进行观察，以___________作为标志，测出运动的距离和时间，计算出室温下的细胞质流动速率。
第三步：________________________________。
第四步：________________________________。
Ⅲ.实验结果和结论：_____________________。
Ⅳ.问题
（1）用黑藻作实验材料的原因是___________________。
（2）细胞质处于不断流动状态的意义是___________________。
影响黑藻细胞质流动的外界因素还有___________________；影响黑藻细胞质流动的内部因素是___________________。
2.增加“不同外界条件下细胞质的流动情况”的演示实验。在讲台前摆放3台显微镜,分别是缺水（萎蔫）、光照（强光照射过）、化学刺激（质量分数为5%的盐酸刺激过）三种不同条件下黑藻叶的装片,让学生轮流观察细胞质的流动情况。要使学生了解,细胞质的流动不是一成不变的,而是在不同的外界条件下,细胞质的流动速度不完全一样。
观察细胞质流动可用小麦根毛细胞作为实验材料。实验步骤如下：
（1）剪下0.5～1 cm小麦根（带有根毛），纵剖为二，将剖面朝下，放于载玻片上。
（2）制装片，滴一滴蔗糖溶液，盖上盖玻片。
（3）观察。观察时首先在________镜下找到根尖成熟区，选取1个细胞，然后换上________镜。由于根毛细胞无色透明，光照充足时难以观察到它的细胞质流动。要________光圈，改用___________面反光镜，进行观察，在辨认细胞质流动时，要选取细胞内____________结构作为________。结果可以发现细胞质流动从根尖端转向基部，然后回转不断循环。
枟卉同学想观察小麦根毛细胞质流动，于是做了如下实验：
步骤：剪下一段长0.5～1 cm的带有根毛的小麦根，纵剖成两半。让剖面向下，放在载玻片上。然后加一两滴预先制备的蔗糖溶液。盖上盖玻片，轻压盖玻片。观察时，先在低倍镜下找到根毛区，再选取一个根毛细胞换用高倍镜观察。
（4）根据根毛细胞的细胞质的特点，观察它的细胞质流动，为使观察效果显著，应采用________反光镜、________光圈。
（5）实验中，她滴加蔗糖溶液的目的是_____________________。
（6）她选择根毛区细胞观察的原因是_____________________。
（7）实验时，老师要她将盖玻片四周用凡士林封好，原因是___________。
（8）最后，她向老师借了块秒表，说是想测细胞质的流动速度。你知道她准备怎样做吗？
1.解析：本题主要考查学生对课内实验的拓展和探究能力，对于实验的具体操作能力，对实验现象进行分析的能力及应用课本理论知识，灵活处理及解答问题的能力。
答案：Ⅰ.叶绿体
Ⅱ.叶脉 叶绿体 在载玻片上不断滴加30 ℃的温水，按上述方法观察测量 在载玻片上滴加冰水，按第二步的方法观察、测量
Ⅲ.在30 ℃温水中的黑藻细胞，细胞质流动速度最快，冰水中的黑藻细胞，细胞质的流动速度最慢
结论：细胞质的流动速度受温度的影响
Ⅳ.（1）黑藻的叶片薄而扁平，含有叶绿体便于观察；（2）有利于细胞内物质的运输和交换，有利于细胞器的移动，能够为细胞内的新陈代谢提供所需要的物质及合适的条件 （3）光照、含水量 新陈代谢的强弱
2.解析：本题主要考查学生对课内实验的拓展和探究能力，对不同实验材料的处理能力，对实验现象进行分析的能力及应用课本理论知识，灵活处理及解答问题的能力。
答案：（3）低倍 高倍 缩小 平 相对 参照物 （4）平面 缩小 （5）维持根细胞的生命活动 （6）此处的细胞生命活动旺盛，细胞质流动较快 （7）避免水分蒸发散失，导致蔗糖浓度较高，影响实验效果 （8）知道在一定放大倍数下的视野直径，或者用带有计量刻度的目镜观察，并用秒表测出所用的时间，就可以计算出细胞质的流动速度。
●板书设计
第二课时 实验：用高倍镜观察叶绿体和线粒体
一、观察叶绿体的形态和分布
先低倍镜
后高倍镜→绘图
二、观察线粒体的形态和分布
先低倍镜
后高倍镜→绘图
●习题详解
实验（课本P47）
叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形，一般散布在细胞质基质中，靠近细胞膜的叶绿体较多一些，光照强的一面叶绿体分布较多一些。靠边叶脉部分的叶肉细胞中的叶绿体数量要多一些。
线粒体的形态多种多样，有短棒状、圆珠状、线形、哑铃形等。人的口腔上皮细胞中的线粒体均匀地分布在细胞质基质中。
取材→制片→观察
取材→制片→染色→观察●备课资料
1.实验替代药品
（1）提取液除用丙酮外，还可以在加入2～3 mL丙酮后，再加入2 mL石油醚（这样可以提高类胡萝卜素的提取效果）。经过充分研磨、过滤、静置后，滤液分为两层，滤液中的色素浓缩了近一倍。
（2）层析液还可以采用以下的配方：
①20份汽油、2份丙酮、2份石油醚、1份苯。将滤纸条直接用该层析液进行层析，就可以得到比较理想的效果。
②9份体积分数为95%的酒精和1份苯混合。
③汽油或四氯化碳加少许无水硫酸钠。
④体积分数为95%的酒精或93号汽油。
2.叶绿体中色素的提取和分离实验中的几个关键问题
（1）取材要新鲜，以便使滤液中含有较多的色素；
（2）研磨要迅速、充分，防止丙酮挥发，同时可以得到色素浓度较大的滤液；
（3）画滤液细线要细、直，防止色素带重叠；
（4）画滤液细线要重复2～3次，以便色素带清晰；
（5）滤液细线勿浸入层析液，防止色素溶解在层析液中；
（6）层析时，烧杯要加盖，避免苯等有毒物质挥发出来污染空气；
（7）实验结束，要用肥皂洗手，因为实验中可能接触了苯等有毒物质；
（8）滤纸条要避光保存，防止褪色。
3.光质与光合作用产物
不同波长的光对光合作用产物的合成有不同的影响，如红光有利于碳水化合物的合成，而蓝光则促进蛋白质、脂类物质的合成。所以在农业生产上，用浅蓝色薄膜育秧能提高秧苗质量（蛋白质含量提高）。
4.光质与植物生长
红光具有促进器官伸长的作用，蓝光被类胡萝卜素吸收后，进而使叶绿体移动，并沿侧壁分布，避开直射光，接受散射光。蓝光还能使器官向光一侧的生长素被破坏，造成背光一侧生长素相对分布较多，因而器官（茎）向光弯曲生长。
青光、蓝紫光和紫外光通过抑制生长素形成，破坏生长素或抑制生长素的活性，从而抑制植物的伸长生长。
5.叶绿体的形态与结构
在高等植物中叶绿体像双凸或平凸透镜，长径5～10 μm，短径2～4 μm，厚2～ 3 μm。高等植物的叶肉细胞一般含50～200个叶绿体，可占细胞质的40%，叶绿体的数目因物种细胞类型、生态环境、生理状态而有所不同。
在藻类中叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片状和星形等等，而且体积巨大，可达 100 μm。
叶绿体由叶绿体外被（chloroplastenvelope）、类囊体（thylakoiD）和基质（stroma）3部分组成，叶绿体含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜和3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔。
（1）外被
叶绿体外被由双层膜组成，膜间为10～20 nm的膜间隙。外膜的渗透性大，如核苷、无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。
内膜对通过物质的选择性很强，CO2、O2、Pi、H2O、磷酸甘油酸、丙糖磷酸、双羧酸和双羧酸氨基酸可以透过内膜，ADP、ATP已糖磷酸，葡萄糖及果糖等透过内膜较慢。蔗糖、C5糖双磷酸酯，C糖磷酸酯，NADP＋及焦磷酸不能透过内膜，需要特殊的转运体（translator）才能通过内膜。
（2）类囊体
是单层膜围成的扁平小囊，沿叶绿体的长轴平行排列。膜上含有光合色素和电子传递链组分，又称光合膜。
许多类囊体像圆盘一样叠在一起，称为基粒，组成基粒的类囊体，叫做基粒类囊体，构成内膜系统的基粒片层（granalamella）。基粒直径约0.25～0.8 μm，由10～100个类囊体组成。每个叶绿体中约有40～60个基粒。
贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠的类囊体称为基质类囊体，它们形成了内膜系统的基质片层（stromalamella）。
由于相邻基粒经网管状或扁平状基质类囊体相连接，全部类囊体实质上是一个相互贯通的封闭系统。类囊体作为单独一个封闭膜囊的原始概念已失去原来的意义，它所表示的仅仅是叶绿体切面的平面形态。
类囊体膜的主要成分是蛋白质和脂类（60∶40），脂类中的脂肪酸主要是不饱和脂肪酸（约87%），具有较高的流动性。光能向化学能的转化是在类囊体上进行的，因此类囊体膜亦称光合膜，类囊体膜的内在蛋白主要有细胞色素b6/f复合体、质体醌（PQ）、质体蓝素（PC）、铁氧化还原蛋白、黄素蛋白、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ复合物等。
（3）基质
是内膜与类囊体之间的空间，主要成分包括：
①碳同化相关的酶类：如RuBP羧化酶占基质可溶性蛋白总量的60%。
②叶绿体DNA、蛋白质合成体系：如，ctDNA、各类RNA、核糖体等。
③一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。
6.叶绿体的半自主性
线粒体与叶绿体都是细胞内进行能量转换的场所，两者在结构上具有一定的相似性。 ①均由两层膜包被而成，且内外膜的性质、结构有显著的差异。②均为半自主性细胞器，具有自身的DNA和蛋白质合成体系。因此绿色植物的细胞内存在3个遗传系统。
叶绿体DNA由Ris和Plaut在1962年最早发现于衣藻叶绿体。
ctDNA呈环状，长40～60 μm，基因组的大小因植物而异，一般约200 kb～2 500 kb。数目的多少与植物的发育阶段有关，如菠菜幼苗叶肉细胞中，每个细胞含有20个叶绿体，每个叶绿体含DNA分子200个，但到接近成熟的叶肉细胞中有叶绿体150个，每个叶绿体含30个DNA分子。
和线粒体一样，叶绿体只能合成自身需要的部分蛋白质，其余的是在细胞质激离的核糖体上合成的，必须运送到叶绿体，才能发挥叶绿体应有的功能。已知由ctDNA编码的RNA和多肽有：叶绿体核糖体中4种rRNA（20S、16S、4.5S及5S），20种（烟草）或31种（地钱）tRNA，约90多种多肽。
由于叶绿体在形态、结构、化学组成、遗传体系等方面与蓝细菌相似，人们推测叶绿体可能也起源于内共生的方式，是寄生在细胞内的蓝藻演化而来的。
7.叶绿体的增殖
在个体发育中叶绿体由原质体发育而来，原质体存在于根和芽的分生组织中，由双层被膜包围，含有DNA，一些小泡和淀粉颗粒的结构，但不含片层结构，小泡是由质体双层膜的内膜内折形成的。
在有光条件原质体的小泡数目增加并相互融合形成片层，多个片层平行排列成行，在某些区域增殖，形成基粒，变成绿色原质体发育成叶绿体。
在黑暗生长时，原质体小泡融合速度减慢，并转变为排列成网格小管的三维晶格结构，称为原片层，这种质体称为黄色体。黄色体在有光的情况下原片层弥散形成类囊体，进一步发育出基粒，变为叶绿体。
叶绿体能靠分裂而增殖，各分裂是靠中部缢缩而实现的，在发育7天的幼叶基部2～ 2.5 cm处很容易看到幼龄叶绿体呈哑铃形状，而菠菜幼叶含叶绿体少，含ctDNA多，老叶含叶绿体多，每个叶绿体含ctDNA少的现象也可以看出叶绿体是以分裂的方式增殖的。
成熟叶绿体正常情况下一般不再分裂或很少分裂。●备课资料
1.个体衰老的特征
老年人和青年人相比，机体成分及结构有明显改变。例如，老年人全身含水量减少，脂肪比例增加；细胞萎缩导致各器官的重量减轻（其中，老年人的性腺、脾和肾重量下降较明显，甲状腺、肾上腺和脑的重量下降则较少）。但是，老年人的肺因异物沉积、纤维化，60岁左右时重量反而增加。
衰老器官的功能改变，主要表现为适应能力降低，抵抗力减退以及器官整体机能的减弱和丧失。例如，更年期以后，女性的排卵功能基本丧失。有时，衰老器官功能改变主要表现为部分细胞机能减退或细胞数目减少。例如，老年人神经细胞外形完整，但传导速度减慢；而老年人基础氧利用的减少起因于有活力细胞数目的减少。此外，因组织细胞萎缩减少了对营养的需求，从而使各器官血流灌注量减少，血液供应不足又促使组织进一步萎缩，影响器官的机能。
2.细胞衰老的特征
（1）形态变化
细胞核：增大，染色深，核内有包含物，核膜内陷。
染色质：凝聚，固缩，碎裂，溶解。
细胞膜：黏度增加，流动性降低。
细胞质：色素积聚，空泡形成。
线粒体：数目减少，体积增大。
高尔基体：碎裂。
包含物：糖元减少，脂肪积聚。
（2）分子水平的变化
DNA：在总体上，DNA复制与转录在细胞衰老时均受抑制，但个别基因可能会异常激活；端粒DNA缩短，线粒体DNA特异缺失；DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。
RNA：mRNA和tRNA含量降低。
蛋白质：合成减弱；细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性、可降解性下降；自由基使蛋白质肽链断裂、交联而变性；氨基酸由左旋变为右旋。
酶分子：活性中心被氧化；金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失；酶分子的二级结构、溶解度、等电点发生改变；酶部分或完全失活。
脂质：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。
3.细胞衰老的分子机理
（1）差错学派
差错学派认为，细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，使“差错”积累而导致的。根据对导致“差错”的主要因子和主导因素的认识不同，可分为不同的学说，这些学说各有实验证据。
代谢废物积累学说 细胞代谢产物积累至一定量后会危害细胞，引起衰老。哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子。脂褐质是一些长寿命的蛋白质与DNA及脂质共价缩合形成的巨交联物，由于脂褐质结构致密，不能被彻底水解，又不能排出细胞，结果在细胞内沉积增多，阻碍细胞的物质交流和信号传递，最后导致细胞衰老。研究还发现老年性痴呆（AD）脑内的脂褐质、脑血管沉积物中均有β－淀粉样蛋白（β－AP），因此β－AP可作为AD的鉴定指标。
大分子交联学说 过量的大分子交联是衰老的一个主要因素，如DNA交联和胶原交联均可损害细胞功能，引起衰老。在临床上，胶原交联与动脉硬化、微血管病变有密切关系。
自由基学说 自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生物系统。其种类多、数量大，是活性极高的过渡态中间产物。正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统，前者如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT），谷胱甘肽过氧化物酶；非酶系统有维生素E，醌类物质等电子受体。
自由基的化学性质活泼，可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂质等大分子物质，造成损伤，结果导致DNA断裂、交联、碱基羟基化，蛋白质变性而失活，膜脂中不饱和脂肪酸氧化，细胞膜流动性降低。
大量实验证明，SOD和CAT的活性升高能延缓机体的衰老。Sohal将SOD和CAT基因导入果蝇，使转基因果蝇比野生型的这两种酶基因多一个拷贝，转基因果蝇中酶活性显著升高，而平均年龄和最高寿限有所延长。
体细胞突变学说认为诱发和自发突变积累均可使基因部分或全部功能丧失，导致功能性蛋白的合成减少，细胞衰老或死亡。例如，辐射可以导致年轻的哺乳动物出现衰老的症状，和个体正常衰老非常相似。
DNA损伤修复学说 外源的理化因子、内源的自由基均可引起DNA损伤。正常机体内存在DNA的修复机制，通常可使损伤的DNA得到修复。但是随着年龄的增加，这种修复能力逐渐下降，结果导致DNA错误累积，最终细胞衰老死亡。另外，DNA的修复并不均一，转录活跃基因被优先修复，而在同一基因中转录区被优先修复，彻底的修复仅发生在细胞分裂的DNA复制时期，这也是干细胞能“永葆青春”的原因。
（2）遗传论学派
遗传论学派认为衰老是遗传决定的自然演变过程，一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命，而细胞寿命又决定种属寿命的差异，外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动。
细胞有限分裂学说许多实验证明，正常的动物细胞无论是在体内生长还是在体外培养，其分裂次数总存在一个“极限值”，亦称最大分裂次数，如人胚成纤维细胞在体外培养时只能增殖60～70代。
现在普遍认为细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。
有研究表明，体细胞染色体的端粒DNA会随细胞分裂次数增加而不断缩短。DNA复制一次端粒就缩短一段，当缩短到一定程度至极限值时，细胞停止复制，而走向衰亡。资料表明人的成纤维细胞端粒每年缩短14～18 bp，可见染色体的端粒有细胞分裂计数器的功能，能记忆细胞分裂的次数。
端粒的长度还与端聚酶的活性有关，端聚酶是一种反转录酶，能以自身的RNA为模板合成端粒DNA，在精原细胞和肿瘤细胞（如Hela细胞）中有较高的端聚酶活性，而正常体细胞中端聚酶的活性很低，呈抑制状态。
重复基因失活学说 真核生物基因组DNA重复序列不仅增加基因信息量，而且也是使基因信息免遭机遇性分子损害的一种方式。主要基因的选择性重复是基因组的保护性机制，也可能是决定细胞衰老速率的一个因素，重复基因的一个拷贝受损或选择关闭后，其他拷贝被激活，直到最后一份拷贝用完，细胞因缺少某种重要产物而衰亡。
衰老基因学说 统计学资料表明，子女的寿命与双亲的寿命有关，各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命。成人早衰症病人平均39岁时出现衰老，47岁生命结束；婴幼儿早衰症的小孩在1岁时出现明显的衰老，12～18岁即过早夭折。由此看来，物种的寿命主要取决于遗传物质，DNA链上可能存在一些“长寿基因”或“衰老基因”来决定个体的寿限。
研究表明，当细胞衰老时，一些衰老相关基因（SAG）表达特别活跃，其表达水平大大高于年轻细胞，已在人1号染色体、4号染色体及X染色体上发现SAG。
用线虫的研究表明，基因确可影响衰老及寿限，Caenorhabditiselegans的平均寿命仅3.5 d，该虫age－1单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%，age－1突变型有较强的抗氧化酶活性，对H2O2、农药、紫外线和高温的耐受性均高于野生型。
对早老综合症的研究发现体内解旋酶存在突变，该酶基因位于8号染色体短臂，称为WRN基因，对AD的研究发现，至少与4个基因的突变有关。其中淀粉样蛋白前体基因（APP）的突变，导致基因产物β－淀粉样蛋白易于在脑组织中沉积，引起AD。
4.细胞凋亡与细胞坏死的区别
细胞坏死是细胞受到急性强力伤害时立即出现的早期反应，包括细胞膜直接被破坏，大量水进入细胞；线粒体外膜肿胀而密度增加；核染色质呈絮状；蛋白质合成减慢。如及时去除伤害因素，以上早期反应尚可逆转。若伤害外因持续存在，则发生不可逆的变化，如细胞骨架破坏，溶酶体解体，pH下降，最后细胞膜和细胞器破裂，DNA降解，细胞内容物流出，引起周围组织炎症反应。
细胞凋亡（cell apoptosis）是借用古希腊语，表示细胞像秋天的树叶一样凋落的死亡方式。1972年Kerr最先提出这一概念，他发现结扎大鼠肝的左、中叶门静脉后，其周围细胞发生缺血性坏死，但肝动脉供应区的实质细胞仍存活，只是范围逐渐缩小，其间一些细胞不断转变成细胞质小块，不伴有炎症，后在正常鼠肝中也偶然见到这一现象。
细胞凋亡与细胞坏死的区别在于：（1）染色质聚集、分块、位于核膜上，细胞质凝缩，最后细胞核破裂；（2）细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体，凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内容物释放，故不会引起炎症；（3）线粒体无变化，溶酶体活性不增加；（4）内切酶活化，DNA降解，凝胶电泳图谱呈梯状；（5）凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。
5.细胞程序性死亡
在细胞凋亡一词出现之前，胚胎学家已观察到动物发育过程中存在着细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）现象，近年来PCD和细胞凋亡常被作为同义词使用，但两者实质上是有差异的。首先，PCD是一个功能性概念，描述在一个多细胞生物体中，某些细胞的死亡是个体发育中一个预定的、并受到严格控制的正常组成部分，而凋亡是一个形态学概念，指与细胞坏死不同的受到基因控制的细胞死亡形式；其次，PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。
线虫Caenorhabditis elegans是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料。其生命周期短，细胞数量少，成熟的成虫若是雌雄同体则有959个体细胞，约2 000个生殖细胞。若是雄虫则有1 031个体细胞和约1 000个生殖细胞。神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。这些前体细胞中有105个发生了程序死亡。控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个：Ced－3、Ced－4和Ced－9，Ced－3和Ced－4的作用是诱发凋亡。在缺乏 Ced－3、Ced－4的突变体中不发生凋亡，有多余细胞存在。Ced－9抑制Ced－3、Ced－4的作用，使凋亡不能发生，Ced－9功能不足导致胚胎因细胞过度凋亡而死亡。
2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究荣获诺贝尔生理学或医学奖。
6.细胞凋亡与机体发育
细胞凋亡与细胞的病理死亡——坏死，有明显的区别。细胞坏死时，细胞肿胀、解体，释放出内容物，引起炎症反应；而细胞凋亡时，细胞核和细胞质收缩，染色质常断裂。
细胞的存活或死亡是受动物整体控制的。细胞凋亡受来自其他细胞的信号所激活或抑制。机体通过这些特异信号来清除迁移过程中迷途的细胞，进而调节器官或组织的细胞数量以及发育过程中新旧器官的更替。例如蛙的发育过程，从一个用鳃呼吸、有尾无肢、食草的蝌蚪，变成一个用肺呼吸、无尾有肢、食肉的成蛙，正是由于在发育过程中破坏了蝌蚪尾部的各种细胞，并在整体上经重新调整而成的。
在人体发育中，许多器官形态的形成也都与细胞凋亡分不开。如一些器官分泌导管的形成，常常不是由于细胞的拉开，而是由于细胞凋亡才形成中心腔隙。口腔中牙龈与唇的分开，手指及脚趾的分开，无一不是细胞凋亡的杰作。所以成体各器官的形态大小实际上是细胞增生和细胞凋亡两过程之间的平衡的结果，这两过程各有其不同的调控机制（Roff，1992）。
细胞凋亡又是机体防御机制的一种策略，当细胞遭到病毒攻击时，通过细胞凋亡这种自杀行为，可以阻止或限制病毒的复制，因为被激活的核酸酶在降解宿主DNA的同时，也降解病毒DNA（Clem ＆Mill，1993）。
7.细胞凋亡与癌变
细胞凋亡与细胞癌变的关系已引起广泛重视。
研究发现，哺乳动物中，癌基因和抑癌基因也可能参与细胞凋亡的调控。c－myc原癌基因的过度表达可以导致细胞凋亡（Smeyne，1993）；而bc1－2原癌基因的过度表达却可以阻止c－myc诱导的细胞凋亡（Bissonette，1992；Finidi，1992）。抑癌基因p53在诱发细胞凋亡中起重要作用。淋巴细胞经辐射或化疗引起DNA损伤时，p53蛋白大量增加，同时出现细胞凋亡。进一步的分析发现，DNA损伤引起的细胞凋亡绝对需要p53基因产物的存在；而糖皮质激素、Ca2+载体和衰老引起的细胞凋亡则无需p53蛋白的存在（Lome，1993；Clarke）。p53基因编码一个转录激活蛋白，其靶基因负责监管基因组的完整性、DNA损伤的修复和细胞周期的运行。p53基因产物诱发的细胞凋亡可提供一种防护机制：避免那些发生了DNA损伤的突变细胞存活下去，演变成癌细胞。当p53基因突变、失活或p53蛋白被其他癌基因产物抑制时（如MDM2癌蛋白能掩盖p53蛋白的活化结构域而使其失活）（Oliner，1993），突变细胞便得到继续存活的机会，并发展成癌细胞（Lane，1993）。
8.人类细胞衰老研究获进展:科学家发现P16基因作用及调控机制
北京大学生化与分子生物学系童坦君、张宗玉教授领导的课题组发现，人类细胞衰老的主导基因P16是细胞衰老遗传控制程序中的重要环节，可影响细胞寿命与端粒（人类细胞的生物钟）长度。
童教授等潜心研究十余年，在此期间，科研人员构建了P16cDNA正、反义逆转录病毒重组载体转染成纤维细胞，观察其可传代数以及衰老的进程。实验证明，抑制P16表达，细胞寿命延长，端粒长度缩短减慢；增加P16表达，细胞寿命缩短，端粒长度缩短加快。进而，研究人员又采用衰老细胞的4种定量指标，证明抑制P16的表达，确实使细胞衰老得慢了，增加P16的表达，则细胞衰老比以前加快。为此，研究人员认为，人类某些细胞的寿命是可以用基因重组技术来进行调节的。虽然端粒酶可以合成端粒，但研究证明P16基因并没有影响端粒酶，而是影响了一种称为Rb的蛋白质分子起作用的。P16基因在衰老细胞中过度表达。它在衰老细胞中的表达比年轻细胞高10～20倍，这种现象是怎样造成的并不清楚。研究者证明，P16基因的遏制机制随着细胞衰老越来越弱，是出现上述现象的一个重要原因。
9.饮茶可抑制细胞衰老
茶叶是我国的传统饮料，据《左传》记载，我国周朝就开始种茶，两千多年前就有经常饮茶可以使人延年益寿的传说。《南部新书》记载，一和尚时年130岁，宣宗皇帝问其服什么药得以长寿，和尚答曰：“仅嗜茶而已”，又有歌云：“空腹饮茶心里荒，隔夜饮茶伤脾胃；过量饮茶人黄瘦，淡茶温饮保年岁”。
茶叶中含量较多的是单宁，又名茶鞣质，是由儿茶酚和没食子酸缩合而成的。儿茶酚占茶中酚类物质总量的80%左右，有延年益寿的功能。
茶具有抗癌作用，儿茶素对肿瘤增殖具有较强的抑制作用。茶具有降胆固醇和血脂作用，绿茶中的儿茶素具有明显的降血脂的作用。
茶具有抗氧化、抗衰老的作用。中国农科院茶叶研究所研究发现，儿茶素对猪油的抗氧化指数为1.71，对亚油酸的抗氧化指数为3.3，所以是天然抗氧化剂。河南医科大学研究表明，儿茶素能提高超氧化物歧化酶的活性，并有利于机体对自由基脂质氧化物的清除，故有较强的抗衰老作用。儿茶素的抗衰老作用，比维生素C和维生素E还高，尤其在增强机体对各种病菌的抵抗力和免疫力方面，更显得极为突出。因此，健康者只要每天坚持喝8～10克优质绿茶，并持之以恒，就能起到自然抗衰作用。第二课时 细胞的多样性和统一性
●教学过程
［课前准备］
1.学生上节实验课的作业。
2.辅导学生收集整理资料。
教师课前召集每个学习小组的组长，布置收集资料的内容、方法、时间，并强调要相互分工合作。要求将收集到的资料，制作成电脑课件或文字资料，而且必须设计一些问题、习题便于相互提问。教师布置任务后，要随时跟踪辅导，加强督促和鼓励。
［情境创设］
1.教师展示上节课学生的观察作业。
2.教师展示一个大肠杆菌的照片和结构式图。
［师生互动］
教师：从你们观察到的不同细胞的比较表中，你们发现这些细胞有什么异同点？
学生：不同的细胞在形态、大小、功能上都不相同，但它们都有细胞膜、细胞质、细胞核这些共同的结构，植物细胞还有细胞壁。
教师：观察图中大肠杆菌的细胞，它与你们观察到的细胞有什么不同？
学生：大肠杆菌没有明显的细胞核，没有核膜。细胞外有鞭毛等结构。
教师：请各小组同学讨论下列问题，并完成表格。
思考：（1）细胞核和拟核在结构上有什么不同？
（2）拟核的成分是什么？与真核细胞的染色体有什么不同？
（3）原核细胞中有什么结构？植物细胞的细胞质有哪些结构？
（4）是原核细胞的结构简单，还是真核细胞的结构简单？
表格：原核细胞与真核细胞的区别：
类 别 原核细胞 真核细胞细胞
细胞大小 较小 较大
细胞核 无成形的细胞核、无核膜、无核仁、无染色体 有成形的真正的细胞核，有核膜、核仁和染色体
细胞质 有核糖体 有核糖体、线粒体等，植物细胞还有叶绿体、液泡等
生物类群 细菌、蓝藻 真菌、植物、动物
学生：1.小组讨论分别回答思考题，并展示填写的表格。
2.小组展示，并对其回答进行评价。
老师展示原核细胞与真核细胞区别表的具体内容，并点评回答中出现的错误。
教师：由原核细胞构成的原核生物会表现什么样的特征？
学生：观察课本P9图片，以蓝藻为例说明原核生物一些基本特征。
教师点拨如下：
教师：真核细胞、原核细胞都是多种多样的，它们都表现了细胞的多样性，但它们在结构上，都有相似的细胞膜和细胞质，表现了结构的统一性。
在前面的学习，我们已经知道，细胞是生命系统中最基本的层次，是生物体结构和功能的基本单位，不同的生物体其细胞的形态大小，功能虽然千差万别，但它们却有共同的结构。那么是谁发现了细胞呢？他们是如何发现的呢？课前各个学习小组都从不同的方面，收集整理了许多相关的资料，现在我们就来参观他们的研究成果吧！
学生1：从发现细胞和建立细胞学说的科学家的角度来介绍。
维萨里→比夏→虎克→马尔比基→施莱登→施旺→耐格里→魏尔肖……
学生2：从科学技术的发展程序来介绍。
肉眼观察→光学显微镜观察→电子显微镜观察……
学生3：从科学实验的角度观察。
解剖人尸体→观察死细胞→观察动、植物的活细胞→观察受精卵的分裂……
学生4：从理论思维与科学实验结合的角度来介绍。
教师：上面各位同学的介绍，就是“细胞学说”的建立过程。该学说有以下几个要点：
①细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物构成。
②细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。
③新细胞可以从老细胞中产生。
请同学们思考、讨论并回答下列问题：
①通过分析细胞学说建立过程，你领悟到科学发展具有哪些特点？
②细胞学说主要是阐明了细胞的多样性还是生物界的统一性。
③恩格斯把细胞学说、能量转化和守恒定律、达尔文进化论并列为19世纪自然科学的三大发现。细胞学说的地位和意义为什么如此重要？说出你的理解。
学生：回答问题。
①通过分析细胞学说的建立过程，可以领悟到科学发现具有以下特点：科学发现是很多科学家的共同参与、共同努力的结果；科学发现的过程离不开技术的支持；科学发现需要理性思维和实验的结合；科学学说的建立过程是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
②细胞学说提示了细胞的统一性和生物体结构的统一性，使人们认识到各种生物之间存在共同的结构基础。
③细胞学说的建立标志着生物学的研究进入到细胞水平，极大地推进了生物学的研究进程。
［教师精讲］
生物界存在着真核细胞和原核细胞两大类细胞。它们在结构上，都有相似的细胞膜和细胞质，表现了结构的统一性，它们的主要区别是有无核膜包被的细胞核。在同一个有多细胞构成的生物体内，由于细胞结构和功能的分化，使构成生物体的细胞呈现了多样性。
19世纪建立的细胞学说，它的基本内容阐明了动植物都是以细胞为基本单位，论证了生物界的统一性。细胞学说的建立标志着生物学的研究进入到细胞水平，极大地推进了生物学的研究进程。
科学发现是很多科学家共同参与、共同努力的结果，科学发现需要理性思维和实验的结合，科学学说的建立过程是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
［评价反馈］
1.下列生物中，属于真核生物的是
A.酵母菌 B.发菜
C.HIV D.乳酸菌
2.下列各项中，属于单细胞藻类的是
A.衣藻 B.水绵
C.细菌 D.酵母菌
3.水绵可以从下列哪种环境中采集到
A.大洋的海底
B.小河的浅水边
C.潮湿的土坡上
D.海边的洼地
参考答案：
1.A 2.A 3.B
［课堂小结］
细胞是最基本的生命系统，不同的细胞有着相似的结构：细胞膜、细胞质和与遗传有关的核物质。19世纪科学家建立细胞学说，它阐明了动植物都是以细胞为基本单位，论证了生物界的统一性。
本节的知识可归纳如下：
［布置作业］
教材P12练习。
［课后拓展］
1.用高倍显微镜观察酵母菌和乳酸菌，可以用来鉴别两者差异的主要结构是
A.细胞壁 B.细胞膜
C.细胞质 D.核膜
2.19世纪30年代创立的细胞学说的最主要的意义是
A.证明病毒不具有细胞结构
B.使人们对生物体的结构认识进入微观领域
C.证明生物之间存在亲缘关系
D.发现动、植物细胞的不同之处
3.某同学在低倍镜下看到了标本，但太小，换用高倍物镜后，来回调节细准焦螺旋，始终看不到要放大的物像，其可能的原因是_____________________。
4.阅读下面材料，并回答（1）～（4）题。
美国“9·11”事件后，炭疽杆菌这一恐怖的生物武器已变得家喻户晓。由这种细菌感染的疾病症状之一是皮肤创面中央略凹陷，外形似毒疮，上覆黑色似炭块的坏死组织，故称为“炭疽”。
虽然炭疽杆菌是形体较大的致病菌，但如果不借助放大仪器，人们仍看不到它。炭疽杆菌对营养条件要求不高，在普通培养基中分裂繁殖形成长链状，在含有血清的培养基上形成荚膜，这是炭疽芽孢杆菌的特点。氧气充足，温度适宜（25～30 ℃）的人工培养基上易形成芽孢，芽孢没有繁殖作用，是生命活动微弱的休眠体，芽孢不仅对低温、潮湿等不良环境的抵抗力极强，也不会因阳光照射、喷洒消毒药品而死亡，是炭疽杆菌被用作生物武器的主要形式。
炭疽杆菌为需氧芽孢杆菌，在有氧环境中生长发育良好，在无氧条件下则不生长。人和动物接触被炭疽芽孢污染的环境如空气、水、食物、土壤等，经皮肤伤口、皮肤黏膜、消化道和呼吸道等途径侵入机体，引起皮肤炭疽、肺炭疽、肠炭疽、脑炭疽等。炭疽杆菌释放炭疽毒素，这种毒素能杀死血液中的免疫细胞；增强微血管的通透性，导致出血和组织肿胀；抑制中枢神经系统，从而发生呼吸衰竭和心脏衰竭。炭疽杆菌作为生物武器的剂型就是其芽孢附着在一定的载体（羽毛、树叶、昆虫或滑石粉等）上后，再进行大面积的扩散传播。
炭疽杆菌虽有致病力强、感染后潜伏期短、致死率高等特点，但让人感到恐惧的真正原因是它的高度隐秘性，发病初期常被当作感冒、皮肤病，以致延误最佳治疗时间。抗生素能够抑制炭孢感染，但条件是必须在接触炭疽杆菌后的48小时内使用。
（1）炭疽杆菌和酵母菌在结构上的重要区别是___________。
A.前者无细胞壁，后者有细胞壁
B.前者比后者结构复杂
C.前者无核膜，后者有核膜
D.前者无染色体，后者有染色体
（2）生物界中的菌类，它们获取营养物质的基本方式是吸收，与之相适应的是它们的个体一般都很小。下列关于炭疽杆菌体积小的意义叙述，其中不正确的是___________。
A.体积小，使其繁殖力强，数量大，分布广
B.体积小，使其结构简单，有利于自养
C.体积小，使其表面积相对较大，有利于吸收
D.体积小，使其菌类利用更多寄主
（3）炭疽杆菌经感染动物的皮肤伤口、皮肤黏膜、呼吸道等途径侵入机体，抵抗吞噬作用引起临床症状，炭疽杆菌与易感染动物的这种关系叫___________。
（4）炭疽杆菌在活体内不易形成芽孢，在人工培养基或外界环境中易形成芽孢。当吸入带有炭疽芽孢的尘埃时，芽孢会繁殖产生毒素。炭疽杆菌产生芽孢这是__________________的一种形式。
参考答案：
1. D（酵母菌是一种真菌，属于真核生物；乳酸菌是一种细菌，属于原核生物。二者的主要区别是：前者有成形的细胞核，即有核膜，后者无成形的细胞核，即无核膜）
2. C（1665年罗伯特·虎克发现了细胞，从而使人们对生物体的认识进入细胞这一微观领域。19世纪30年代施莱登和施旺建立了细胞学说，指出“一切动植物都是由细胞发育而来”，从而“证明两大有机界最本质的联系，推倒了分隔动植物界的巨大屏障”，也就是说证明了生物之间存在亲缘关系）
3. 解析：实验室所使用的显微镜，低倍物镜和高倍物镜是配套的。移走低倍物镜换用高倍物镜后，稍稍转动细准焦螺旋，就应该能看到清晰的放大的物像，如果看不到，则很可能是在换用高倍物镜前，未将目标移到低倍镜视野的中心。
答案：未把低倍镜下将要观察的目标移到视野中心
4. 解析：炭疽杆菌是一种细菌，属于原核生物，而酵母菌是一种真菌，属于真核生物。二者的主要区别在于：前者无核膜，后者有核膜。炭疽杆菌易形成芽孢，芽孢对低温、潮湿等不良环境的抵抗力极强，这体现了生物对环境的适应性。
答案：（1）C （2）B （3）寄生 （4）适应外界环境
●板书设计
第二课时 细胞的多样性和统一性
1.细胞与真核细胞的区别
类别 原核细胞 真核细胞
细胞大小 较小 较大
细胞核 无成形的细胞核、无核膜、无核仁、无染色体 有成形的真正的细胞核，有核膜、核仁和染色体
细胞质 有核糖体 有核糖体、线粒体等，植物细胞还有叶绿体、液泡等
生物类群 细菌、蓝藻 真菌、植物、动物
2.原核生物的特征
●习题详解
一、练习（课本P12）
（一）基础题
1.B
2.提示：（1）人体皮肤：本切片图中可见上皮组织的细胞、角质保护层细胞（死亡）和皮下结缔组织中的多种细胞。迎春叶：表皮细胞（保护）、保卫细胞（控制水分蒸发和气体进出）、叶肉细胞（光合作用）、导管细胞（运输水和无机盐）、筛管细胞（运输有机物），等等。
（2）动植物细胞的共同点为：都有细胞膜、细胞质和细胞核；不同点是：植物细胞有细胞壁、液泡、一般还有叶绿体。
（3）因为它们都是由多种组织构成的，并能行使一定的功能。例如，人体皮肤由上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织共同构成，人体皮肤有保护、感受环境刺激等功能；迎春叶有保护组织（表皮）、营养组织、机械组织和输导组织等构成，有进行光合作用、运输营养物质等功能。
3.原核细胞和真核细胞的根本区别是有无成形的细胞核。即真核细胞有由核膜包围的细胞核；原核细胞没有细胞核，只有拟核，拟核的结构比细胞核要简单。它们的区别里包含着共性：细胞核和拟核的共同点是都有遗传物质DNA，体现了彼此之间在生物进化上的联系。
二、问题探讨（课本P7）
1.从图中至少可以看出5种细胞，它们分别是：红细胞、白细胞、口腔上皮细胞、正在分裂的植物细胞和洋葱表皮细胞。这些细胞共同的结构是：都有细胞膜、细胞质、细胞核，植物细胞还有细胞壁，人的红细胞没有细胞核。
2.提示：细胞具有不同的形态结构是因为生物体内的细胞所处的位置不同，功能不同，是细胞分化的结果。例如，红细胞呈两面凹的圆饼状，这有利于与氧气充分接触，起到运输氧气的作用；洋葱表皮细胞呈长方形状，排列紧密，有利于起到保护作用。
三、本节聚焦（课本P7）
1.高倍显微镜的使用应严格按照的步骤和要求如下：
（1）步骤：对光——放置装片——使镜筒下降——使镜筒上升——观察——将要用高倍镜观察的部位移至视野中央——转动转换器，换至高倍镜——观察。
（2）高倍镜观察：
①移动装片，在低倍镜下使需要放大观察的部分移动到视野中央。
②转动转动器，移走低倍物镜，换上高倍物镜。
③缓缓调节细准焦螺旋，使物像清晰。
④调节光圈，使视野亮度适宜。
（3）注意事项：
①使粗准焦螺旋下降时，双眼要注视物镜与玻片之间的距离，到快接近时（约0.5 cm）停止下降。
②在使用高倍镜观察时，不能转动粗准焦螺旋。
2.细胞内无真正细胞核的细胞叫原核细胞，它的核是拟核；细胞内有真正细胞核的细胞叫原真核细胞。
3.“细胞学说”的内容有以下几个要点：
（1）细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物构成。
（2）细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。
（3）新细胞可以从老细胞中产生。
4.通过分析细胞学说的建立过程，可以领悟到科学发现具有以下特点：科学发现是很多科学家共同参与、共同努力的结果；科学发现的过程离不开技术的支持；科学发现需要理性思维和实验的结合；科学学说的建立过程是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
四、思考与讨论（课本P10）
提示：绝大多数细胞有细胞核，只有少数细胞没有细胞核。例如，人的成熟的红细胞就没有细胞核。细菌是单细胞生物，蓝藻以单细胞或细胞群体存在，它们的细胞与植物细胞和动物细胞比较，没有成形的细胞核，而有拟核。拟核与细胞核的区别主要是：（1）拟核无核膜、无核仁；（2）拟核中的遗传物质不是以染色体的形式存在，而是直接以DNA的形式存在。
五、资料分析（课本P12）
1.通过分析细胞学说的建立过程，可以领悟到科学发现具有以下特点：科学发现是很多科学家的共同参与，共同努力的结果；科学发现的过程离不开技术的支持；科学发现需要理性思维和实验的结合；科学学说的建立过程是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。
2.细胞学说主要阐述了生物界的统一性。
3.细胞学说提示了细胞的统一性和生物体结构的统一性，使人们认识到各种生物之间存在共同的结构基础。细胞学说的建立标志着生物学的研究进入到细胞水平，极大地推进了生物学的研究进程。第4节 细胞的癌变
●从容说课
第4节《细胞的癌变》，课程标准的要求是“说出癌细胞的主要特征，讨论恶性肿瘤的防治”，活动建议是“搜集恶性肿瘤防治方面的资料”。因此本节安排了癌细胞的主要特征、致癌因子等内容。考虑到第3节《细胞的衰老和凋亡》已经让学生自己搜集与社会老龄化有关的问题的资料，本节不再安排资料搜集活动，而是改为“资料分析——健康的生活方式与 防癌”。
本节的“问题探讨”从学生熟悉的日光浴引入，让学生讨论晒太阳的利与弊，从而引发学生思考：“为什么臭氧层破坏会导致皮肤癌患者增多？”由此引入细胞癌变的学习。首先介绍什么是癌细胞；然后介绍癌细胞在形态、结构及增殖等方面与正常细胞的相异之处，即癌细胞的特征；再列举三类致癌因子：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子，并介绍致癌因子导致细胞癌变的原因，引入对“健康的生活方式与防癌”的资料分析和讨论。
虽然癌症是威胁人类健康最严重的疾病之一，说到癌症，人们都不寒而栗。但是经过漫长的与癌症作斗争的探索之路，科学家已经找到了一些诊断和治疗癌症的方法，不少癌症患者通过治疗而康复。本节最后一段，以昂扬向上的语调，表达科学技术的进步，将最终帮助人类攻克癌症，在潜移默化中对学生进行爱科学、努力学习科学文化知识的教育。
本节知识与当今许多科技新进展热点问题都有紧密联系，因此能联系实际了解或解决一些实际问题就显得很重要。也会激发学生了解科学的积极性，也是激发学生社会责任感的良好契机。因此，本节课对情感态度与价值观的落实尤其重要。
本节内容安排1课时。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出癌细胞的主要特征和致癌因子。
（2）讨论恶性肿瘤的防治，选择健康的生活方式。
2.过程与方法
（1）培养学生分析比较的能力。
（2）培养学生联系实际灵活运用知识的能力。
（3）培养学生网络探究学习的能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过学习使学生体会生命的运动性、体会内因和外因对生命进程的影响等哲学思想。
（2）引导学生关注当今世界面临的重大社会问题和人类的健康问题。
（3）激发学生的责任感和使命感，激发学生关爱生命的美好情感。
●教学重点
1.癌细胞的主要特征。
2.致癌因子。
3.健康的生活方式与防癌。
●教学难点
原癌基因与抑癌基因的区别。
●教具准备
1.收集有关癌症的资料及相关的图片。
2.制作多媒体课件。
3.学生收集有关健康生活方式的资料。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
1.制作PowerPoint演示文稿。
2.检查学生资料收集的情况。
［情境创设］
播放一个细胞的生长、增殖、衰老、凋亡的过程的动画。从动画中学生深刻认识到细胞是有一定寿命的，细胞的生长、增殖、衰老、凋亡是细胞的正常生理过程。人没有长生不老，细胞有长生不老吗？当今世界人们谈癌色变，患病的原因是什么？这节课我们将围绕这些问题展开讨论。
［师生互动］
教师：提供自学讨论提纲和案例，引导学生阅读课本P125～P127的内容，重新整理加工知识结构。（用PowerPoint演示）
1.什么是癌细胞？癌细胞有何独具的特征？
2.你认为引起细胞癌变的致癌因子有哪些呢？根据下列案例分析是哪种致癌因子引起 癌症？
（1）臭氧层破坏导致皮肤癌患者增多。
（2）日本长崎、广岛在第二次世界大战时受原子弹爆炸影响，幸存居民经过29年的观察，发现粒细胞性白血病发生率明显增高，距离爆炸中心越近，发生率也越高。
（3）我国西北地区居民冬季烧火炕取暖，有时臀部皮肤发生癌变形成所谓“炕癌”。
（4）我国华北地区食管癌患者中有50%～73%有好热食的饮食习惯。
（5）3、4－苯并芘是煤焦油的主要致癌成分，存在于吸烟时烟草燃烧的烟雾、工厂的煤烟、汽车等内燃机排出的废气中。近几年来，肺癌的发生率出现日益增加的趋势，可能与吸入的上述气体有关。
（6）居里夫人在研究工作中长期被放射线损伤，导致白血病。
（7）人乳头瘤状病毒侵染人的生殖道，使人患上子宫癌。
3.致癌因子为什么会导致细胞癌变呢？
4.怎样预防癌症呢？预防癌症与健康生活方式有什么关系呢？人类能否征服癌症吗？
学生：自学、分析案例、小组交流讨论，最后归纳整理。
先学生发言，教师再用PowerPoint演示：
（一）什么是癌细胞
细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，而形成了不受有机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。
（二）癌细胞的特征
（1）无限恶性增生。
（2）形态结构异常。
（3）细胞膜异常，膜上的糖蛋白减少，细胞容易分离扩散和转移。
（三）致癌因子（外因）
（1）物理因素：各种有害辐射（如X射线、紫外线和核辐射等）
（2）化学因素：有害化学药物、制剂（如砷、苯、煤焦油、亚硝胺、黄曲霉素等）
（3）生物因素：病毒侵入（如逆转录病毒、乙型肝炎病毒、乳头状瘤病毒和Epstein－Bars病毒等）
学生进行案例分析和交流：
案例（1）（2）（3）（4）（6）分别为物理致癌因子（紫外线、核辐射、热辐射、X射线辐射），案例（5）为化学致癌因子（3、4－苯并芘是多环碳氢化合物），案例（7）为病毒致癌因子。
（四）癌变机理（内因）
人体内有原癌基因和抑癌基因，原癌基因：主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。抑癌基因：主要是阻止组织细胞不正常的增殖。这两种基因共同调控细胞周期。如环境中的致癌因子损伤细胞中的DNA分子，使原癌基因和抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控就变成癌细胞。癌细胞的恶性增殖就成为癌症。
以上内容在学生交流的基础上进行归纳整理。（注意进行内因和外因关系的哲学教育）
学生继续交流讨论：致癌因素究竟离我们有多远？怎样预防癌症呢？预防癌症与健康生活方式有什么关系呢？人类能否征服癌症吗？日光浴的度如何把握？医院里是否有会诱发癌症的因素？等一系列的问题。（气氛非常活跃）
学生发言后归纳总结。
（五）癌症的预防和治疗
在个人日常生活中注意远离致癌因子。在诱发癌症的因素中，吸烟和不健康的饮食是诱发癌症的最主要的两大因素。因此，为了防止细胞癌变，应远离烟草，养成健康的饮食习惯，少食肥肉、油炸食品和腌熏食品，多吃水果蔬菜和谷物。另外还要尽量避免接触物理的、化学的和病毒的各种致癌因素，同时，要注意增强体质，这样就能大大降低患某些癌症的机会。
当癌症被发现但还未扩散时，及早实施外科手术，切除肿瘤。如果癌细胞已扩散或不能彻底切除肿瘤，应采取放疗或化疗。
新的治疗癌症的方法有：使用干扰素，使用调控细胞周期的药物，还有基因治疗等。
我国对肿瘤的治疗和预防，采取早发现、早诊断和早治疗相结合的综合防治措施。医学专家还针对我国国情提出了“肿瘤的三级预防”策略。一级预防是防止和消除环境污染；二级预防是防止致癌物的影响；三级预防是高危人群早期检出。
［教师精讲］
癌症种类繁多，如肝癌、血癌（白血病）、骨癌、肠癌、膀胱癌等。随着环境的污染，癌症的发病率急速提升，而且有低年龄化的趋势。因此癌症是当今世界上威胁人类健康的头号杀手。癌症已经无情地夺走了很多人的生命，严重地影响了人类的生活质量，缩短了人类的寿命。但是通过本节的讨论和学习，我们也认识到癌症并非都是不治之症，并且是可以预防的，只要我们注意保护环境，养成良好的生活方式，积极向上，保持身心健康，我们才能预防癌症。随着科技的不断发展，生物学研究不断深入，癌症终究会被人类所征服。
［评价反馈］
用PowerPoint演示下列题目，学生进行抢答，统计正误来评价反馈。
1.能够无限增殖的细胞是
A.神经细胞 B.血细胞
C.心肌细胞 D.癌细胞
2.癌细胞具有什么特征
A.无限增殖 B.形态结构变化
C.易分散转移 D.A、B、C都是
3.在二次大战后，在日本广岛生活的人癌症发病率很高，原因是受什么作用
A.物理致癌因子 B.化学致癌因子
C.病毒致癌因子 D.煤焦油
4.癌症发生的原因是
A.细胞分裂受阻 B.细胞分化受阻
C.致癌基因激活 D.人过度气愤
5.细胞一生要依次经过哪几个阶段
A.未分化、分化、衰老、死亡 B.分化、衰老、未分化、死亡
C.衰老、分化、未分化、死亡 D.分化、未分化、衰老、死亡
6.下列哪一种恶性肿瘤在人类中发生的平均年龄较小
A.胃癌 B.肝癌 C.膀胱癌 D.白血病
7.皮肤癌一般发生于皮肤哪一层细胞的哪一时期
A.表皮细胞有丝分裂期 B.生发层细胞有丝分裂S期
C.真皮细胞有丝分裂G1期 D.生发层细胞有丝分裂G2期
8.大剂量电离辐射使动物产生放射病，其原因是
①细胞膜被破坏 ②破坏催化基本代谢过程的酶 ③杀死了消化道中的共生细菌，从而导致一些种类的维生素供应不足 ④破坏DNA，干扰细胞增殖
A.①② B.③④ C.①②③ D.①②③④
答案：1.D 2.D 3.A 4.C 5.A 6.D 7.B 8.D
［课堂小结］
［布置作业］
1.课本P128的练习。
2.写一份建议书，纠正家庭的不良生活（包括饮食）习惯，给家庭成员提出防癌的生活方式的建议。
3.在澳大利亚患皮肤癌的比例较高，其原因是
A.紫外线的辐射强烈
B.人们的饮食中致癌物多
C.致癌病毒的流行
D.原癌基因活化性高
答案：A
4.正常细胞变为癌细胞的原因是
A.基因突变 B.基因重组
C.基因互换 D.染色体变异
答案：A
5.若用化学药剂抑制肿瘤细胞的DNA复制，这些细胞就停留在
A.分裂期前期 B.分裂期中期
C.分裂期后期 D.分裂间期
答案：D
6.细胞畸形分化的结果产生
A.癌细胞 B.松的管胞
C.白细胞 D.茎节瘤部分的细胞
答案：A
［课后拓展］
1.世界上许多实验室广泛地使用的“海拉细胞系”是从黑人妇女海拉的宫颈癌细胞分离建立的，分离出来的癌细胞在体外培养中能无限地传代下去，这说明癌细胞能______________；这些癌细胞容易在有机体内分散、转移，其原因是____________________________；若使这些癌细胞转化为正常细胞，从基因水平来看，应采取的措施是____________________________；目前治疗癌症的主要手段有_____________________________________________。
答案：无限增殖 细胞膜上的糖蛋白等养活细胞之间的黏着性显著降低 使原癌基因和抑癌基因由突变状态转为正常状态 手术切除、化疗和放疗等
2.正常骨髓细胞的细胞周期约为40小时。急性淋巴性白血病白细胞的细胞周期为2 d至10 d。医院采用化疗的方法最大限度地杀伤肿瘤细胞，保存骨髓。请从理论上推断给药间隔时间并简述理由。
答案：由于正常骨髓细胞的细胞周期短，恢复快，白血病细胞周期长，在第一次给药后，待骨髓细胞恢复正常而白血病细胞尚未恢复前重复给药，从理论上讲可以消灭白血病细胞，所以给药的时间间隔应为2 d以后10 d以内。
●板书设计
第4节 细胞的癌变
●习题详解
一、练习（课本P128）
（一）基础题
1.（1）√（癌细胞可无限制地分裂，成为“永生”细胞，正常细胞生长到彼此接触时，分裂活动就停止，而癌细胞并不因相互接触而停止增殖）
（2）√（原癌基因和抑癌基因都与癌变有关。人体正常细胞中，都存在着这两种基因，共同来调控细胞生长和增殖）
2.癌细胞的特点：细胞增殖失控，能够无限增殖；细胞的形态结构发生显著变化；容易在体内分散和转移；对不良环境有较强的抵抗力，等等。
（二）拓展题
1.不都是。如果早发现，有些癌症完全可以通过手术切除、化疗或放疗治愈，如乳腺癌、胃癌、肠癌等。
2.不吸烟得肺癌有两方面的原因：其一是不吸烟的人经常处在吸烟的人群中或经常处于有吸烟人的环境中，就成为了被动吸烟者，弥散在环境中的尼古丁长期作用于不吸烟的人，同样可诱发肺癌。其二是除了烟中的尼古丁外，还有其他一些因素可以诱发肺癌。
二、问题探讨（课本P125）
1.日光浴使皮肤生发层细胞中的胆固醇在紫外线照射下转化成维生素D，可以预防佝偻病、骨质疏松症；同时在紫外线的照射下，表皮细胞可以产生黑色素，保护内部组织和器官。
2.日光浴能使皮肤内的黑色素细胞产生较多的黑色素，有利于防止阳光中过多的紫外线穿透皮肤损伤内部组织，日光浴还能促进皮肤细胞内胆固醇转化成维生素D，促进小肠吸收钙和磷，因此日光浴对人体有好处。但长时间站在强的阳光下，阳光中的较多的紫外线长时间作用于人体皮肤，就会损伤皮肤内部组织，还会诱发皮肤癌，因此要正确处理日光浴与预防紫外线过度辐射之间的关系。不要长时间地站在阳光下，也不要在夏天正午在阳光下曝晒。
3.臭氧层是地球的保护伞，它可以部分吸收紫外线。当臭氧层被破坏时，过多的紫外线辐射有可能伤及表皮细胞中的遗传物质，严重时可能导致皮肤癌。
三、本节聚焦（课本P125）
1.癌细胞有以下特征：（1）在适宜的条件下，癌细胞能够无限增殖。（2）癌细胞的形态结构发生显著变化。（3）癌细胞的表面发生了变化，由于细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得癌细胞彼此之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。
2.目前认为常见的致癌因子大致有三类：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。
3.预防癌症与健康的生活方式密切相关。首先，在个人日常生活中注意远离致癌因子，尽量规避罹患癌症的风险。另外，保持良好的心理状态，对预防癌症的发生也很重要。
四、资料分析（课本P127）
1.“病从口入”也适用于癌症。发霉的、熏制的、烧烤的以及高脂肪的食品中含有较多的致癌物质，如黄曲霉素、亚硝酸盐、苯并〔α〕芘等。
2.物理的，化学的，生物的（病毒的）。
3.（略）第三课时 细胞的生物膜系统
●教学过程
［课前准备］
将豚鼠胰腺腺泡细胞中分泌物的形成过程，制作成课件，动态演示分泌物的运输过程，适当补充一些资料并配以一定的问题，这样，可以帮助学生理解教材内容，使文字内容形象地保留在记忆中，从而降低了本知识点的难度。
课前给学生布置作业：通过网络、报纸、杂志等渠道收集科学界对生物膜和生物膜工程研究的相关资料，经筛选后，课上交流。
［情境创设］
屏幕显示细胞的亚显微结构。并设计如下问题：
（1）细胞内有哪些细胞器？各有何功能？
（2）蛋白质的合成场所是什么？
（3）核糖体有哪几种存在形式？
教师引导：这两种类型的核糖体所合成的蛋白质有何不同呢？
教师：科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，发现了各种生物膜在功能上有一定联系。下面介绍证明各种生物膜在功能上有一定联系的实验。
屏幕显示课题：细胞的生物膜系统
屏幕显示资料一：
蚕的丝腺细胞在5龄的初期主要是细胞本身增大，这时细胞质中的核糖体多为游离型的，而内质网很贫乏。但到5龄的后半期，腺细胞开始大量合成和分泌丝心蛋白时，则核糖体都与内质网结合，形成发达的粗面内质网。
［师生互动］
1.细胞器之间的协调配合
教师：通过资料一事实你可得出什么结论？
学生：丝心蛋白是在附着于内质网上的核糖体上合成的，它是一种分泌蛋白。
教师：有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用，这类蛋白质叫做分泌蛋白。豚鼠胰腺腺泡细胞分泌物形成过程的研究就采用了同位素标记法。
屏幕显示资料二：简介同位素标记法
同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法。
屏幕显示：豚鼠胰腺腺泡细胞分泌物形成过程
首先给豚鼠的胰腺腺泡细胞注射氚（3H）标记的亮氨酸，进行脉冲标记，然后制作电镜的显微放射自显影标本，如课本P48的三组图。
课件显示观察结果是：3 min后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中。
教师：被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中说明了什么？
学生：在附着有核糖体上合成的蛋白质进入到内质网中。
课件继续显示：脉冲标记后17 min和117 min后的情况。学生仔细观察并回答下列问题：
教师：17 min和117 min后被标记的氨基酸相继出现在哪些部位？
学生：分别在高尔基体和细胞外出现。
教师：与此分泌物的合成和分泌有关的结构有哪些？
学生：核糖体、内质网、高尔基体、细胞膜。
教师：这些分泌物的合成和运输方向是怎样的？
学生：核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜→细胞外。
教师：这些分泌物通过哪种方式被运输到细胞外？
学生：外排作用。
课件连续显示豚鼠胰脏腺泡细胞分泌物形成过程，教师引导学生总结分泌蛋白的合成与分泌的过程。
教师：在核糖体上合成的分泌蛋白，为什么要经过内质网和高尔基体，而不是直接运输到细胞膜呢？内质网和高尔基体与蛋白质的形成有何关系呢？
学生思考并复习内质网和高尔基体的功能，然后讨论回答。
教师归纳：分泌蛋白的形成过程是这样的：首先在内质网的核糖体上由氨基酸形成肽链，肽链进入内质网后，还要经过一些加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能形成具有一定空间结构的蛋白质。然后，由内质网腔膨大、出芽形成具膜的囊泡，囊泡包裹着蛋白质转移到高尔基体，与高尔基体膜融合，把蛋白质输送到高尔基体腔内，作进一步的加工。接着，高尔基体边缘突起形成囊泡，把蛋白质包裹在囊泡里，运输到细胞膜，囊泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。在分泌蛋白的合成、加工和运输的过程中，需要大量的能量。这些能量的供给来自线粒体。
同时教师板书。
在细胞内，许多由膜构成的囊泡就像深海中的潜艇，在细胞中穿梭往来，繁忙的运输“货物”，而高尔基体在其中起着重要的交通枢纽的作用。
综上所述，细胞内的各种细胞器在功能上既有明确的分工，又有紧密的联系。各种细胞器相互配合，协同工作，才使得细胞这台高度精密的生命机器能够继续、高效地运转。这些细胞器为什么在功能上有如此紧密的联系呢？这是由它们的结构决定的。（引出下一个内容）
2.细胞的生物膜系统
屏幕显示细胞的亚显微结构。并设计如下问题：
（1）具有单层膜的细胞结构有哪些？
（2）具有双层膜的细胞结构有哪些？
（3）细胞膜的化学成分是怎样的？结构如何？
学生讨论并回答如下：
（1）图中所标注的一些结构：内质网、高尔基体、液泡、溶酶体的膜等均为具单层膜的细胞结构。
（2）而线粒体、叶绿体膜为具双层膜的细胞结构。
教师：是不是所有膜的成分和结构都与细胞膜一样呢？
学生：阅读课本P41和P49后，讨论回答。
（3）生物膜的化学组成是蛋白质、脂类和糖类。
教师点拨：但生物膜的化学成分中的脂类不是专指磷脂，实际上组成脂双层的脂类成分随不同生物而不同。在动物细胞中，胆固醇在脂双层中所占的比例较大，特别是在哺乳动物细胞中，它可和磷脂分子一样多。而细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞中一般没有胆固醇，细胞中线粒体、叶绿体、溶酶体等的膜化学组成相似，基本结构大致相同，统称为生物膜。这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。
教师：各种生物膜在结构上有什么联系呢？
学生观察课件和课本插图，分析出各种生物膜在结构上有哪些联系。
学生1：内质网向内与外层核膜相连，内质网腔与内、外隔膜之间的腔相通；内质网膜向外与细胞膜相连，并与核糖体、线粒体紧密相连。
学生2：从刚才对细胞器之间的协调配合的学习中可见，各细胞器膜之间以及与细胞膜之间可通过“具膜小泡——囊泡”以“出芽”“突起”“内陷”的形式相互融合。
教师引导：生物膜的厚度一般为7～8 nm，真核细胞的生物膜约占细胞干重的70％～80％，最多的是内质网膜，因此内质网在各种膜结构的联系中处于中心地位。需给学生指出的是：液泡、叶绿体的膜与其他有膜结构也有一定的联系。
教师提问：内质网既可以与核膜、线粒体、细胞膜直接相连，还可以借助于囊泡与高尔基体间接相连，其物质基础是什么？
学生：他们的物质基础都是蛋白质、脂类和糖类。
教师引导：既然它们之间有着直接或间接的联系，它们之间能否相互转化呢？
大屏幕显示资料
Grimstone曾观察到：饥饿的原生动物逐渐停止形成高尔基体，同时粗面内质网也减少或几乎完全消失，由于这些细胞于实验期间还继续形成分泌小泡，所以每一个高尔基体的囊的数目减少了，但当给动物重新喂食后，形成了新的粗面内质网，同时产生新的高尔基体，囊的功能也恢复了。
教师提问：该实验说明了什么问题？
学生思考并回答：
细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性，它们之间是可以相互转化的。
教师归纳：可见，细胞内的各种生物膜不仅在功能上有明确的分工和紧密的联系，在结构上也有一定的联系。各种生物膜相互配合，协同工作，才使得细胞这台高度精密的生命机器能够继续、高效地运转。
教师：细胞的生物膜系统在细胞的生命活动中起着什么样的作用呢？
学生：根据已有的各种生物膜的基础知识，加以讨论、分析，试述生物膜的重要作用。
学生：阅读课本，总结生物膜系统的重要作用如下：
第一，使细胞具有一个相对稳定的内环境，并使细胞与周围环境进行物质运输、能量交换、信息传递。
第二，为酶提供大量的附着位点，为生化反应的有序进行创造条件。
第三，将细胞分成小区室，使生化反应互不干扰。
教师：设计问题，温故知新，加深学生对知识的理解。
（1）细胞膜使细胞所具有的内环境与人体的内环境有何区别？
（2）细胞膜在控制物质进出细胞时是如何发挥作用的？
（3）列举实例说明在生物膜上发生的重要的化学反应。
教师介绍：20世纪70年代以来，由于各种新的物理、化学技术和方法的使用，使得生物膜的研究已深入到分子水平，并且取得了突飞猛进的发展，成为分子细胞生物学研究中的前沿领域之一。
课前给同学们已经通过网络、报纸、杂志等渠道收集科学界对生物膜和生物膜工程研究的相关资料，现在请各小组的代表上台来介绍，让我们大家共享。
学生：各小组的代表上台来介绍。
教师：对学生的汇报进行简评，然后把自己收集的资料展示给大家。
屏幕显示：生物膜与膜生物工程国家重点实验室的介绍。
（1）生物膜与膜生物工程国家重点实验室是由中国科学院与我国著名的北京大学、清华大学有关实验室组成的联合实验室之一，它是在中国科学院动物研究所、北京大学生物系、清华大学生物科学与技术系有关从事生物膜及工程的实验室基础上于1988年创建的，1990年建成，向国内外开放。
中国科学院动物研究所膜生物化学分实验室
清华大学膜生物物理分实验室
北京大学兴奋膜电生理分实验室
主要研究方向：在近代生物学与近代物理学及有关工程学科相互结合的基础上，探讨生物膜的能量转换、信息识别与传递和物质转移等基本生命现象的分子机理及其结构基础；揭示这些与生物膜密切相关的基本生命过程的内在联系。一方面，为发展膜分子生物学和解决生物学、医学及农学中的重大理论问题服务，如肿瘤和其他主要疾病的防治，神经和免疫功能的调节，发育和遗传的控制等；另一方面，通过生物膜的人工模拟研究，当前着重运用人工膜生物技术作为药物和遗传物质的定向导运系统，为解决医学临床和动、植物和微生物遗传工程等方面的重大实际问题服务。从较长远的发展方向上看，膜生物工程将包括在阐明生物膜的换能机理、选择透性、信息感受、识别和传递等工作原理的基础上结合其他工程技术发展“生物换能器”“生物分离浓缩器”“生物传感器”“生物电子计算机”及“生物光计算机”等新兴技术领域，更广泛地为国民经济和国防建设服务。
主要研究成果：
研究了线粒体氧自由基的生成、转移和靶向的作用机制，提出活性氧理论。
研究了Mf细胞膜上离子通道活动的变化与GM－CSF激活过程的关系以及Mf与NK细胞对同种和异种抗原的识别作用。
研制出对癌细胞恶性增殖有较强抑制活性的药物和有明显降糖效果的口服脂质体新剂型。
蛋白质构象变化及基因导入的研究。用表面园二色谱法以及FTIR－ATR（全内反射傅利叶红外谱）和固体荧光谱法测定了蛋白质与生物医用材料表面作用后蛋白质构象的变化；
在国内率先建立了磁园二色谱（MCD）技术，在蛋白质二维晶体组装的基础研究和突触形
成过程中突触前后膜相互作用的研究中，都取得了许多重要的成果。研制并开展了一系列导入外源基因的新方法，用超声波法在植物完整细胞及组织块中实现外源基因的转移。
细胞膜离子通道特性的研究。人工合成的22肽在肌细胞膜上组装成具有离子选择性的通道，分离纯化了具有生物活性的抗吗啡肽和芋螺毒素，在离子通道水平上研究其作用机理；阐明心肌细胞早后去极化的发生机制、电生理学特性及各种抑制因素。
（2）介绍科学技术在攻克人类疾病、提高粮食产量、改善作物品质等方面的例子。
工业上：人工模拟生物膜功能。如：海水淡化、污水处理。
农业上：改善作物品质。如：抗寒、抗旱、耐盐机理的研究。
医学上：人工膜代替病变器官。如：人工肾中的“血液透析膜”。
（3）归纳研究生物膜的重要意义。生物膜与膜生物工程是现代生物科学的重大方向之一，它将近代生物学与近代物理学及有关工程学科互相结合起来，对阐明生物能量转换、信息识别、传递和物质转移等诸多生命现象具有重大意义，同时在生物学、医学及农学中具有实际应用的前景。随着科学技术的不断发展，可以更广泛地为国民经济和国防建设服务。
［教师精讲］
本节内容课要求同学们从分析细胞器之间的协调配合为切入点，重点掌握各种生物膜在结构和功能上的联系；细胞的生物膜系统的概念和细胞的生物膜系统的重要作用。
细胞内的各种生物膜在结构上有一定的联系，同时，结构又决定功能，各种生物膜在功能上分工、协作，才能保证细胞的生命活动高效、有序地进行。因此必须明确各种生物膜在结构上有哪些联系，在功能上又是如何分工协作的，才能深入理解细胞是生物体结构和功能的基本单位。
［评价反馈］
1.对生物膜化学组成的表述最全面的是
A.蛋白质、糖类、类脂 B.糖蛋白、类脂
C.蛋白质、糖类、脂类 D.糖蛋白、脂类
2.内质网膜与核膜、细胞膜相连，这种结构特点表明内质网的重要功能之一是
A.扩展细胞内膜，有利于酶的附着 B.提供细胞内物质运输的通道
C.提供核糖体附着的支架 D.参与细胞内某些代谢反应
3.完成与内环境之间的信息传递的膜是
A.细胞膜 B.核膜 C.高尔基体膜 D.内质网膜
4.生物膜结构与功能的研究成果，在工业生产和医学实践中有重要的用途，下列有关生物膜的应用叙述中，错误的是
A.模拟生物膜可以处理污水、淡化海水
B.研究生物膜可以找寻改善农作物品质的途径
C.模拟生物膜可以人工合成人体的病变器官
D.通过生物膜工程技术可以诊断、治疗疾病、病变细胞的遗传特征
参考答案：
1.C 2.B 3.A 4.C
［课堂小结］
4.细胞的生物膜系统
内质网、高尔基体、线粒体等细胞器膜和细胞膜、核膜等都由膜构成，这些膜的化学组成相似，基本结构大致相同，共同构成细胞的生物膜系统。
［布置作业］
课本P50一、基础题：4，二、拓展题。
［课后拓展］
阅读下列资料后，回答问题：
人工肾能部分替代真正的肾脏起作用。患者的血液在中空纤维中向一侧流动，一种称为透析液的水溶液在中空纤维外向相反方向流动（图3－2－8）。血液中的小分子废物通过血液透析膜（中空纤维壁）进入到透析液中。为了防止某些盐类等有用的物质随着废物离开血液，透析液中的酸碱度和渗透压应与血液中的基本相同。血液从患者臂部或腿部的血管通路流入人工肾，经过人工肾得到净化后，又流回静脉（图3－2－9）。患者的血液要流经人工肾许多次之后，才能除去大部分的小分子废物。
图3－2－8 人工肾的透析原理
图3－2－9 患者与人工肾的连接方式示意图
（1）人工肾中流出的溶液中含有尿素。试加以解释。
（2）患者的血液要流经人工肾许多次之后，才能除去大部分的小分子废物，原因是_____________________。
（3）该治疗每隔一段时间要重复进行（每星期约2～3次）。为什么？
（4）灌入人工肾的溶液中应含有________、________、____________（答三种）等物质。患者某一段时间因病情严重不能饮食，只能注射葡萄糖，请写出葡萄糖转化成蛋白质的生理生化过程。_____________________。
（5）治疗肾衰竭的另一种办法是进行肾移植。肾移植的最大问题是缺乏供肾者，克隆是解决这一问题的好办法。从理论上分析，利用患者皮肤的生发层细胞是否能培养出肾脏来？请说明理由。
参考答案：
（1）由于人工肾的透性与人的微血管壁的透性相似，血液在流经透析管时，其中的尿素就渗到人工肾溶液中。（2）一次透析不能全部交换充分 （3）因为人体蛋白质代谢过程中，通过脱氨基作用继续产生尿素。（4）无机盐 葡萄糖 氨基酸 葡萄糖丙酮酸丙氨酸蛋白质
5.能。因为生发层细胞具有一定的全能性。
●板书设计
第三课时 细胞的生物膜系统
一、细胞器之间的协调配合
核糖体（合成肽链）内质网膜（折叠、组装、糖基化）高尔基体（浓缩、加工、运输）细胞膜（外排作用）细胞外。
二、细胞的生物膜系统
1.概念：内质网、高尔基体、线粒体等细胞器膜和细胞膜、核膜等都由膜构成，这些膜的化学组成相似，基本结构大致相同，共同构成细胞的生物膜系统。
2.三种膜之间的转化关系
图中①②⑤⑥是以“出芽”的形式形成“小泡”而发生膜的转移，③④则是膜之间的直接转变。
3.生物膜系统在细胞的生命活动中的重要作用
●习题详解
一、练习（课本P50）
（一）基础题
4.C
（二）拓展题
提示：溶酶体的膜在结构上比较特殊，如经过修饰等，不会被溶酶体内的水解酶水解。
二、资料分析（课本P48）
1.分泌蛋白是在内质网上的核糖体中合成的。
2.分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜等结构。分泌蛋白是在内质网上的核糖体上初步合成，在内质网内加工。由囊泡运输到高尔基体作进一步加工，再由囊泡运输到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。
3.需要，如核糖体在氨基酸连接成肽链的过程中就需要能量。这些能量是由线粒体进行有氧呼吸提供的。●备课资料
美国生物化学家萨姆纳（1887～1955）
20世纪20年代，萨姆纳相信酶是蛋白质。他从1917年开始用刀豆粉为原料，分离提纯其中的脲酶（刀豆中脲酶多，易于测定）。1926年他成功地分离出一种脲酶活性很强的蛋白质。这是生物化学史上首次得到的结晶酶，也是首次直接证明酶是蛋白质，推动了酶学的发展。1937年他又得到了过氧化氢酶的结晶，还提纯了几种其他的酶。由于脲酶和其他酶的工作，他于1946年获得诺贝尔化学奖。他的著作有《生物化学教本》《酶的化学和方法》（与G.F.萨默斯合著）、《酶－化学及其作用机制》（与K.迈尔巴克共同主编）等，后两种已被译成俄文等其他文字。●备课资料
1.细胞的形态
所有的生物都是由细胞组成的，只是不同的生物体细胞的大小和形状有所不同。有的细胞人的眼睛可以看得见，如鸟类的蛋，最大的直径近10厘米（鸵鸟蛋）。有的细胞直径只有0.1微米，要用高倍显微镜才能看到，如原始的细菌。大多数细胞的直径是10～100微米，用低倍显微镜就能看到。细胞的大小，即使在同一生物体的相同组织中也不一样。同一个细胞，处在不同发育阶段，它的大小也是会改变的。
细胞的形状多种多样，有球体、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构和自身表面张力，以及外部的机械压力，各种细胞总是保持自己的一定形状。细胞的形状和功能之间有密切关系。例如，神经细胞会伸展到几米，这是因为伸长的神经细胞有利于传导外界的刺激信息。高大的树木为什么能郁郁葱葱，这是因为植物内的导管、筛管细胞是管状的，有利于水分和营养的运输。
2.细胞的亚显微结构
普通光学显微镜的分辨极限约为0.2微米，而细胞内更加细微结构如细胞膜、核糖体、微管等直径均小于0.2微米。普通光学显微镜是观察不到的。电子显微镜以电子束代替照明，对细胞的超微结构的分辨本领可达0.1～0.2纳米。用电子显微镜看到的细胞超微结构叫做细胞的亚显微结构。
3.由于细胞很微小，用电子显微镜观看的细胞膜、细胞器则更加微小，所以在表示它们的大小时，测量单位通常用微米（μm）、纳米（nm）、埃（）表示。
换算关系如下：
1米（m）=103毫米（mm）
1毫米（mm）=103微米（μm）
1微米（pm）=103纳米（nm）
1纳米（nm）=10埃（）
1 m=103mm=106μm=109nm=1010
即1=10－1nm=10－4μm=10－7mm=10－10m
4.病毒
病毒是已知最微小的生活在细胞内的致病因子，它的大小为10～300 nm。常见的有球状（实际上是二十面体对称球状，如流感病毒、腺病毒），杆状（如烟草花叶病病毒）以及蝌蚪状（如大肠杆菌噬菌体）。
通过化学方法，将病毒提纯成结晶状态。结晶的病毒在试管里就像普通的化学药品，看不出任何生物的特征。但是，一进入活细胞，病毒就变得十分活跃，体现出生物的特征。这就是说，病毒只有寄生在其他生物的细胞里，才能生长、繁殖。
据统计，人和动物约60%的疾病是由病毒感染引起的，其中麻疹、腮腺炎、脊髓灰质炎、流行性感冒、病毒性肝炎、狂犬病、流行性乙型脑炎等是常见的威胁人类健康的病毒性疾病。1918～1919年流行性感冒在全球大流行，全世界上亿人患病，2 000人死亡。另外，肆虐世界的艾滋病，由艾滋病病毒引起，教科书另外的单元中会有介绍。
猪瘟、鸡瘟、口蹄疫等病毒性疾病是发展畜牧业的严重阻碍。蚕脓病、蜜蜂瘫痪病是养蚕和养蜂生产中最重要的病毒性昆虫疾病。番茄花叶病、水稻黄矮病、大白菜孤丁病等植物病毒病能够严重地威胁农业生产，例如，广东省某县1965年水稻黄矮病大流行，导致水稻减产50多万千克。
5.病毒病的防治
人类病毒病的种类很多，感染的范围很广。在控制病毒感染时，主要采取广泛使用疫苗的方法。
疫苗有活疫苗和死疫苗两种。活疫苗是选用人工变异的方法或直接从自然界选择出来的基本无毒或毒力高度减弱的活的微生物制成的预防制剂。常用的活疫苗有卡介苗、牛痘苗、麻疹疫苗、脊髓灰质炎疫苗等。由于活疫苗进入人体内有一定的繁殖力，因此只需接种一次，持续时间长，一般可长达3～5年，免疫效果好。死疫苗是选用免疫原性高而毒性强的细菌、病毒等，经人工大量培养，用物理或化学方法将其杀死后制成的预防制剂。常用的死疫苗有百日咳、伤寒、霍乱、流行性乙型脑炎、狂犬病疫苗等。此疫苗由于病原微生物已被杀死，不能繁殖，所以用量大，免疫时间短。
我国先后在北京、上海、长春、武汉、兰州、成都等地建立了生物制品研究所，专门进行各类疫苗的研制和生产。我国自1950年起普及牛痘、卡介苗、百日咳菌苗及白喉类毒素的预防接种，1960年以后扩展到麻疹、破伤风和脊髓灰质炎等预防制剂的接种，使这些疾病在我国广大地区得到控制。
6.病毒的遗传物质
病毒由核酸和蛋白质外壳组成。病毒的核酸通常是一个DNA分子或RNA分子，至今没有见到在一种病毒中存在两种核酸的情况，这也是病毒与其他生物的不同之处。不同的病毒所含DNA或RNA分子不同，有的分子为单链，有的为双链。不同病毒中组成核酸分子的核苷酸数目也有区别，少的几千个，多的可达25万个。如果1 000个核苷酸相当于1个基因，则每一个病毒的基因数不过是几个到几百个。所以说病毒是一种简单的生命形态。下面是具有不同遗传物质的病毒举例。
双链DNA 疱疹病毒、痘病毒、腺病毒、大肠杆菌噬菌体
单链DNA 细小病毒（常与腺病毒一同侵染细胞）
双链RNA 肠炎病毒
单链RNA 大脑炎病毒、狂犬病病毒、埃博拉病毒、腮腺炎病毒、烟草花叶病毒、感冒病毒
单链RNA（能反向转录出DNA） 肿瘤病毒、艾滋病病毒
7.病毒杀虫剂
在自然界中，有许多昆虫受到病毒的侵染而死亡。目前，我国已经分离出的昆虫病毒约200种。
单个或多个昆虫病毒粒子被包围在一个主要由蛋白质构成的包被中，形成的结构叫包涵体。包涵体有不同的形态，包含单个病毒粒子的呈圆形；包含多个病毒粒子的呈多角体形。包涵体不溶于水，也不溶于乙醇、氯仿、苯酚等一般的有机溶剂，许多种蛋白酶对它不起作用。它保护着病毒粒子，使病毒粒子在离开昆虫数年后仍然具有侵染活性。在自然条件下，病毒包涵体通过食物进入昆虫的消化道，由于昆虫碱性消化液的作用，使得包涵体破裂释放出病毒粒子。当病毒粒子逐步侵染昆虫体内的各种细胞后，造成昆虫死亡。
世界卫生组织和粮农组织推荐使用核型多角体病毒，研究表明，这种病毒只在昆虫体内寄宿，对人、植物和害虫的天敌均无危害。我国科学家研制出棉铃虫核型多角体病毒的商品杀虫剂，应用于棉铃虫的防治，能够有效地控制虫害的大规模发生。
8.生物圈
地球表面有生命的地带被称为“生物圈”。它包括地球上一切生命有机体（植物、动物和微生物）及其赖以生存和发展的环境（空气、水、岩石、土壤等）。生物群落与环境之间以及生物群落内部通过能量流动和物质循环形成一个统一整体，即生态系统，生物圈是地球上最大的生态系统。群落内部依靠食物链维系着物质和能量的平衡和流动，生物和环境之间也因物质和能量的制约而达到一种较稳定的状态，即生态平衡。生物与环境之间、生物群落内部以及人类与生物环境之间时刻存在着复杂的相互作用，研究这些相互作用将有助于人类更好地保护自身生存环境。第2节 生命活动的主要承担者——蛋白质
●从容说课
关于蛋白质的结构是本节教学的重点和难点。教师在讲述蛋白质的组成和结构时,可以按照以下教学思路来设计教学过程：通过列举日常生活中我们每天必须摄取的营养物质入手使学生认识到蛋白质的重要性；指出对生物大分子结构的研究,常采取分层认识的方法；对蛋白质的组成和结构的教学,可从元素、基本单位——氨基酸、肽、肽链间的结合和卷曲折叠而成的空间结构等几个层次逐步深入。
在讲述肽时,要注意讲清缩合、肽键、二肽和多肽的概念。要指出每种多肽具有特定的氨基酸种类、数目和排列顺序,这种特点决定着肽的空间结构。为学生理解多肽间的区别和蛋白质的多样性打下基础。
对于蛋白质的空间结构,教师不必详细讲述,可以让学生通过对教材中某种胰岛素空间结构示意图的观察,了解蛋白质具有一定的空间结构就可以了。但是应该对学生指出,蛋白质的生理作用依赖于其自身特定的空间结构。
在讲述蛋白质的功能时,应该注意从列举典型的、易于理解的例子中,概括出蛋白质是构成细胞和生物体的重要结构成分和在生命活动中发挥的重要作用。
另外,在关于蛋白质结构内容的教学中,要充分利用剪贴图、投影片和教材中的示意图,来帮助学生理解动态的、抽象的知识内容。
●三维目标
1.知识与技能
（１）氨基酸的结构特点，以及氨基酸形成蛋白质的过程。
（２）蛋白质的结构和功能。
2.过程与方法
（１）培养学生跨学科的分析综合能力。
（２）收集资料、分析资料的能力。
3.情感态度与价值观
（１）认同蛋白质是生命活动的主要承担者。
（２）关注蛋白质研究的新进展。
●教学重点
1.氨基酸的结构特点，以及氨基酸形成蛋白质的过程。
2.蛋白质的结构和功能。
●教学难点
1.氨基酸形成蛋白质的过程。
2.蛋白质的结构多样性的原因。
●教具准备
肽键形成的动画课件。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
教师准备几种氨基酸的结构图；学生准备一些食品的成分说明书。
［情境创设］
蛋白质是构成原生质的最重要的物质之一，它在细胞中的含量只比水少，大约占细胞干重的50％以上。（1）它的基本组成是什么呢？（2）蛋白质含量这么大，在生命活动中承担什么作用呢？
［师生互动］
展示说明书，让大家分析问题讨论：蛋白质由哪些化学元素组成？
从蛋白质的化学元素组成上看，它主要是由C、H、O、N 4种元素组成的，很多重要的蛋白质。此外，有些蛋白质还含有Fe、Cu、Mn、I、Zn等元素。
蛋白质的相对分子质量很大，下面可以通过比较得到证明。
投影：
计算下面几种物质的相对分子质量：H2O（水）、H2SO4（硫酸）、C30H4 816O872N280S8Fe4（血红蛋白）
问：蛋白质的相对分子质量比起其他化合物有何特点？
答：它的相对分子质量较大，是高分子化合物。
（课本图示：显示胰岛素结构模型图，帮助学生理解什么是高分子化合物）
讨论：通过胰岛素这种蛋白质分子的结构，同学们可以看出，蛋白质分子这种高分子化合物的结构确实是相当复杂，它是由很多氨基酸组成的，所以氨基酸就是组成蛋白质的基本单位。那么氨基酸的结构又是怎样的呢？下面请同学们写出一个甲烷的结构式。
（一位学生在黑板上写出甲烷结构简式：）
讲述：用一个氨基、一个羧基、一个R基分别取代甲烷中的三个H，就组成蛋白质分子的基本单位氨基酸的结构通式：
（投影：几种氨基酸的结构式）
甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸
问：请同学们观察这几种氨基酸的结构式，它们在结构上有什么相同点和不同点？
答：共同点：每种氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个C上；不同点：R基不同）
总结得出：由于R基的不同，构成了氨基酸的种类不同，在生物体中组成的蛋白质的氨基酸约有20种。R基上可以有氨基，也可以有羧基，所以造成了氨基酸在溶液中呈现不同的pH。在人体内有的氨基酸是列有办法在人体细胞内合成的，如赖氨酸、色氨酸等，但是它又是构成蛋白质必不缺少的，所以要对这类没法合成的氨基酸（必需氨基酸）要有一定量的补充，这样才能满足生长发育的需要。
讨论：蛋白质分子作为一种高分子化合物，往往是由很多个氨基酸构成的，那些氨基酸之间是如何连接在一起构成蛋白质分子的呢？
是通过一种叫做脱水缩合的化学反应来完成连接的。（展示动画课件）
（教师以板图形式讲解两个氨基酸之间的脱水缩合反应。并请同学注意肽键是如何形成的，以及把形成的产物叫做二肽的原因）
（教师再以同样的方法，演示三肽化合物的形成）
该过程由学生写出由四个氨基酸通过脱水缩合形成的四肽化合物结构式，并注明生成的水分子数和形成肽键的数目。学生到黑板上演示，如有错误予以纠正。
许多的氨基酸通过肽键相互连接成多肽链，多肽链盘曲折叠构成了蛋白质分子的结构。
师生共同归纳出：
氨基酸肽链（一条或多条）蛋白质
讨论：既然蛋白质都是按照上述方式构成的，那么，为什么会有那么多种类的蛋白质呢？
（投影：血红蛋白的空间结构图）
问：学生对血红蛋白和胰岛素的空间结构进行对比，分析组成这两种蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序是否相同？
答：因为组成每种蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列次序不同。
组成蛋白质的氨基酸数目很多，由于数目、种类、排列顺序不同，会不会形成不同种类的蛋白质。再加上构成蛋白质的肽链的空间结构千差万别，这些都是细胞中的蛋白质种类繁多的原因。
小结：蛋白质结构多样性的原因：
（1）组成每种蛋白质的氨基酸种类、数目不相同；
（2）组成每种蛋白质的氨基酸排列顺序不同；
（3）每种蛋白质分子的空间结构均不相同。
讨论：根据生物学中结构和功能相适应的原理，蛋白质有多种结构，必然会有多种功能，请大家回忆初中生物学中涉及了蛋白质分子的哪些功能？
〔学生经过讨论可举出如抗体、酶、激素（胰岛素）作用的例子，教师加以归纳，总结出蛋白质的多种功能，即功能的多样性〕
（教师引导学生去看课后的科学史话，使学生了解我国在人工合成蛋白质上取得的成就，增强民族自豪感）
［教师精讲］
蛋白质作为生命活动的主要体现者，它在生命活动中担当无可替代的作用，它的作用主要表现在以下几个方面：
①有些蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质（结构蛋白）；
②有些蛋白质有催化作用（酶）；
③有些蛋白质有运输作用（载体蛋白）；
④有些蛋白质有调节作用（激素蛋白）；
⑤有些蛋白质有免疫作用（抗体）。
对于生物体来说，蛋白质是必不可少的，这在生物体的各项生命活动中都担当重要的作用，所以可以说一切生命活动都离不开蛋白质，这是生命活动的主要承担者。
［评价反馈］
1.根据下列化学简式回答：
（1）此化合物名称叫__________，生成此化合物的反应叫__________，反应所产生的化学键叫__________。
（2）填写方框内的名称：①__________；②__________；③__________。
（3）每个氨基酸的平均相对分子质量为180,该物质的相对分子质量约为__________。
2.2003年春季发生了非典疫情，讲卫生达到了前所未有的重视。当时灭毒消毒产品供不应求，为了达到灭毒消毒的效果，家中每天把吃过的碗筷等进行蒸煮，你认为这样做的理由是什么？
参考答案：
1.（1）二肽 缩合反应 肽键 （2）氨基 肽键 羧基 （3）342 2.能导致人体生病的微生物的主要成分是蛋白质，高温能让蛋白质变性，失去活性，达到灭菌消毒的功能。
［课堂小结］
元素（C、H、O、N等）氨基酸（约20种）多肽蛋白质（承担各种功能）
［布置作业］
P24一、基础题1、2、3。
［课后拓展］
查资料：当前蛋白质研究的现状，以及研究它的现实意义在哪？
蛋白质的结构
蛋白质结构的近代概念 已有证据证明，蛋白质是由α－氨基酸结合而成，水解后产生α－氨基酸。这种结合是1个氨基酸的氨基与另1个氨基酸的羧基以肽键（即酰胺键）结合成肽链，再由1个或1个以上的肽链按各自特殊的方式组合成为蛋白质分子。随着氨基酸的分子数目、排列次序，以及肽链数目和空间结构的不同，遂形成了不同的蛋白质。
根据长期研究蛋白质结构的结果，已确认蛋白质的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构 又称初级结构，是指氨基酸如何连接成肽链以及氨基酸在肽链中的排列顺序。在一级结构中，一致公认肽键（—CO—NH—）是主要连接键，而多肽链（由多个氨基酸以肽结合形成的长链）无疑是一级结构的主体。
二级结构 蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。根据已有的实验证明，多肽链的二级结构主要是α－螺旋结构，其次是β－折叠结构，还有β－转角，Ω环和无规则卷曲。在二级结构中有氢键参加以维持其稳定性。
三级结构 蛋白质的三级结构是指螺旋肽链结构盘绕、折叠成复杂的空间结构，包括肽链中一切原子的空间排列方式，即原子在分子中的空间排列和组合的方式。
四级结构 是指蛋白质的亚基（subunit，亦称亚单位）聚合成大分子蛋白质的方式。
●板书设计
第2节 生命活动的主要承担者——蛋白质
1.含量50%以上（干重）
2.元素组成 主要有元素C、H、O、N等
3.基本组成单位氨基酸，大约20种
结构通式：
4.蛋白质的结构：氨基酸连接方式
5.蛋白质的主要功能（具有多样性）
●习题详解
一、练习（课本P24）
（一）基础题
1.（1）√ （2）√ 2.A 3.B
（二）拓展题
提示：红细胞中的蛋白质和心肌细胞中的蛋白质，其氨基酸的种类、数量和排列顺序以及蛋白质分子的空间结构都不同，它们的功能也不相同。
二、问题探讨（课本P20）
1.富含蛋白质的食品有大豆制品，如豆浆、豆腐、腐竹；奶类制品，如奶粉、酸奶、袋装奶；还有肉、蛋类食品，如烤肉、肉肠、鸡蛋，等等。
2.有些蛋白质是构成细胞和生物体的结构成分，如结构蛋白；有些蛋白质能够调节生命活动，如胰岛素、生长激素；有些蛋白质有催化作用，绝大多数酶都是蛋白质，如胃蛋白酶；有些蛋白质具有运输载体的功能，如红细胞中的血红蛋白；有些蛋白质有免疫功能，如人体内的抗体。
3.因为氨基酸是构成蛋白质的基本单位，在人体内约有20种氨基酸，其中有8种是人体需要而不能自己合成的，必须从外界环境获得，如赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等，它们被称为必需氨基酸。所以有些食品中要添加赖氨酸或苯丙氨酸等人体必需的氨基酸。
三、思考与讨论（课本P20）
1.每个氨基酸都有氨基和羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上（又叫中心碳原子）。
2.“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中主要的部分——氨基和羧基。
四、思考与讨论（课本P22）
1.氨基酸→二肽→三肽→多肽，一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质，或几条多肽链折叠形成蛋白质。
2.食物中的蛋白质要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠蛋白酶、肠肽酶等多种水解酶的作用，才能分解为氨基酸。这些氨基酸进入细胞后，重新按照一定的排列顺序缩合形成二肽、三肽到多肽，由多肽构成人体的蛋白质。人体的蛋白质与食物中的蛋白质不一样，它们之间氨基酸的数目、种类和排列次序都不同。人体的蛋白质有完成人体生命活动的结构和功能。
3.10个氨基酸能够组成2 010条互不相同的长链。氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋白质空间结构的不同是蛋白质多种多样的原因。
五、旁栏思考题（课本P22）
n个氨基酸形成一条肽链时，脱掉n－1个水分子，形成n－1个肽键。同理，n个氨基酸形成m条肽链时，脱掉n－m个水分子，形成n－m个肽键。●备课资料
1.洋葱根尖的培养
（1）培养洋葱生根时,避免用新采收的洋葱,因它尚在休眠不易生根。培养过程中,注意每天至少换水一次,以防烂根。
如果必须用当年刚采收的新洋葱培养生根,则应设法打破它的休眠。常用的方法是用低浓度的赤霉素溶液浸泡洋葱底盘,这样可以促使其生根。
（2）对于头年收下的洋葱,可以采用如下方法促使它生根
（1）选择底盘大的洋葱作生根材料。
（2）剥去外层老皮,用刀削去老根（从底盘中央向四周削）,注意不要削掉四周的根芽。
（3）用烧杯装满清水,放上洋葱,放置在光照处。水要保持清洁,注意每天换水1～2次。一般2～3 d即可获得实验所需材料。如果班级较多,为了防止后用的班级所需的洋葱根长得过长,也可以放入冰箱里（1～2 ℃）培养。
2.实验注意事项
解离时,也可将剪取的2～3 mm洋葱根尖浸入浓盐酸和酒精的体积分数为95%的溶液各半的混合液中,浸20～30 min。这样,根尖细胞被杀死,细胞间质被溶解,细胞容易分离。
染色时,也可用紫药水取代龙胆紫染液,但浓度不宜过大。可将紫药水稀释,即每2～3滴水中加入一滴紫药水。将洋葱根尖染色3～5min后再移入中央有一滴清水的载玻片上,制作 装片。
压片时,仅靠用手指轻按,不易将根尖细胞分散开。可将染色后的洋葱根尖用小刀压平,或用铅笔带橡皮的一端稍用力压,这样才能使细胞分散,并且便于放平盖玻片。第4节 能量之源——光与光合作用
●从容说课
光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢，光合作用也真实地显示出生命系统的自主性和高度有序性。初中阶段，学生通过一系列探索性实验，初步形成光合作用的概念。高中生物学课本将为学生提供光合作用的研究史料，期望学生不仅能从光合作用的发现过程中深化对概念的理解，而且能受到科学家崇高的精神境界的熏陶，领悟科学探究的方法。因此，教学中要组织学生认真学习和讨论这一部分史料。光合作用内容的学习始于绿叶中色素吸收和转化光能，教学中要指导学生做好《绿叶中色素的提取和分离》的探究性实验，并借助投影机、三棱镜和新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液等材料做好绿叶中色素吸收光谱的演示实验，通过叶绿体结构的学习让学生进一步体会到生物体结构与功能的相统一。光合作用的光反应和暗反应过程是本小节的重点和难点，要让学生重点掌握这两个过程中的物质变化和能量变化以及发生的部位和条件，并从物质和能量转变的高度去认识光合作用的意义。为了更好地让学生认识光合作用原理在农业生产中的应用，可通过自主与合作学习的方式，尝试让学生利用各种媒体去调查和收集农业生产上有哪些提高光合作用强度的措施，并组织好学生完成教材中的探究活动——环境因素对光合作用强度的影响。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出绿叶中色素的种类和作用。
（2）说出叶绿体的结构和功能。
（3）说明光合作用以及对它的认识过程。
（4）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。
（5）说出光合作用原理的应用。
（6）简述化能合成作用。
2.过程与方法
（1）自主与合作学习：利用各种媒体调查和收集资料，学会鉴别、选择、运用和分享 信息。
（2）训练表达能力：尝试将你所获得的信息表达出来。
（3）活动与探究：通过探究“环境因素对光合作用的影响”，初步学会科学研究的一般方法，发展科学探究能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过光合作用发现史的学习，使学生受到科学家们崇高的精神境界的熏陶，并养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
（2）通过了解光合作用原理在农业生产上的应用，使学生认识生物科学的价值，从而乐于学习生物科学。
●教学重点
1.绿叶中色素的种类和作用。
2.光合作用的发现及研究历史。
3.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。
4.影响光合作用的环境因素。
●教学难点
1.光反应和暗反应的过程。
2.探究影响光合作用强度的环境因素。
●教具准备
多媒体课件、各种实验器材、学生实验设计报告和相关照片等，教学挂图。
●课时安排
3课时
第一课时 捕获光能的色素和结构
●教学过程
［课前准备］
（1）制作多媒体课件；
（2）《绿叶中色素的提取与分离》实验所需的材料用具；
（3）收集菠菜、韭菜、黄瓜叶、空心菜、生菜、油菜、白玉兰、番薯叶等新鲜绿叶；
（4）色素在滤纸条上分离的样品；
（5）投影机、三棱镜；
（6）新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液。
（7）学生2人为一组，在课前采集新鲜幼嫩绿叶20 g。
［情境创设］
教师：我们经常听到这样的一句话：万物生长靠太阳。为什么这么说呢？请同学们观察以下数据：据统计：①地球表面上的绿色植物每年大约制造了4 400亿吨有机物；②地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.11×1018 kJ，这个数字大约相当于240 000个三门峡水电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生产、日常生活和食物营养上所需能量的100倍。
教师：根据以上资料，我们可以得出什么结论？
学生：对绝大多数生物来说，活细胞所需能量的最终源头来自太阳的光能。
教师：那么太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的呢？
学生：光合作用。
教师：对。这就是我们今天开始学习的新内容：光与光合作用。
（显示板书：第4节 能量之源——光与光合作用）
［师生互动］
1.绿叶中色素的提取与分离
教师：本节内容分两个部分，今天我们先来学习第一部分：捕获光能的色素和结构。
（显示板书：一 捕获光能的色素和结构）
教师：同学们已经知道生物生命活动所需要的能量归根到底来自植物通过光合作用所吸收的光能，不知同学们有没有思考过这样的问题：植物是靠细胞中的哪些物质去捕获光能的？
学生：不知道。
教师：那大家又是否想过为什么不同植物叶片的颜色会不同，以及相同植物的叶片在不同时期也会不同这些问题呢？
学生：那是因为植物含有色素。
教师：对啦。正是因为植物含有色素，才让我们看到一个五彩缤纷的世界，也正是植物含有色素，才能捕获太阳光能。我们先来学习“捕获光能的色素”这一内容。
（显示板书：1.捕获光能的色素）
教师：绿叶中的色素究竟有哪些不同种类？它们分别又是什么颜色的？以及各种色素在绿叶中的含量是否相同呢？带着这些问题我们一起来做《绿叶中色素的提取与分离》实验。
教师：研究叶绿体中的色素，我们首先要做的就是把色素从绿叶中提取出来，色素提取量的多少与实验的成败有没有关系？
学生：有。
教师：那我们应选择什么样的叶片作为实验材料呢？
学生：应选择叶色较深，也就是浓绿色的新鲜叶片作为实验材料。
教师：很好。现在每两个同学为一组，以你们课前在校园里所采集到的新鲜幼嫩绿叶或用我收集到的菠菜、韭菜、黄瓜叶、空心菜、生菜、油菜、白玉兰、番薯叶等新鲜绿叶为实验材料。
学生选择叶片。
教师：接下来我们要考虑的是如何才能把绿叶中的色素提取出来。不知同学们是否还记得，我们在学习《生物学》（人教版，七年级上册）《绿叶在光下制造淀粉》实验时知道，可以用酒精溶解叶绿素，从而使叶片变成黄白色。为什么会这样？
学生：说明酒精可以溶解叶绿素。
教师：非常好。绿叶中的色素不仅能溶解于酒精，还可以溶解于丙酮、石油醚等有机溶剂。所以我们今天的实验有酒精、丙酮、石油醚三种有机溶剂供大家选择，看看哪种实验效果最好。
教师：当我们把绿叶中的色素溶解于丙酮等有机溶剂以后，又可以利用什么方法将它们分离开来呢？其实，绿叶中的色素不只一种，而且它们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，几分钟之后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
教师：下面我们按以下步骤进行实验。同学们在实验过程中思考相关问题：
步骤 操作方法 学生思考
（1）提取绿叶中的色素 5 g绿叶放入研钵中快速研磨研磨液 ①加入SiO2、CaCO3的作用是什么？②研磨时为什么要迅速而充分？③将滤液收集到试管后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
学生也可自主选择等量的丙酮、石油醚
（2）制备滤纸条 将干燥的定性滤纸剪成长与宽小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，放入试管下端，并在距这一端1 cm处用铅笔画一条细的横线 若滤纸条的一端不剪去两角，则实验结果如何？可设置对照实验探究
（3）画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再重复一两次 重复画一两次的目的是什么？
可用盖玻片的垂直边代替
（4）分离绿叶中的色素 将3 mL层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液细线触及层析液 ①为什么不能让滤液细线触及层析液？如滤液细线没入层析液中，实验结果如何？可设置对照实验探究。②为什么要用棉塞塞紧试管口？
可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯
（5）观察与 记录 观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色、排序和宽窄 根据实验结果，可得出什么结论？
（6）实验结果展示 将实验结果（滤纸条）贴在课本P98左下角空白处 在课本P98左下角空白处画出如右图的滤纸条，绘出你观察到的色素带，并在每条色素带旁边标明颜色。注意每条色素带的宽窄比例
教师在指导学生实验的过程中，可适当地提示学生如何合作学习，如一名同学提取绿叶中的色素，另一名同学则制备滤纸条；又如一名同学做滤纸条剪去两个角的实验，另一名同学则做滤纸条不剪去两个角的实验，然后比较实验结果的不同。
教师：实验结束啦，现在让我们一起来看看实验结果是怎么样的。下面请每个小组将你们认为最好的其中一条滤纸条交到我这里来。
教师将学生交上来的滤纸条与自己所做的样品一起用实物投影仪显示出来。
教师：刚才实验过程中，提取色素所用的有机溶剂有酒精、丙酮、石油醚三种，但结果却相同，这说明什么问题呢？
学生：说明了绿叶中的色素能溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂。
教师：对啦。虽然我们每个组所用绿叶的品种是不同的，但现在我们所看到的实验结果却基本上是相似的，这又说明了绿叶中的色素主要有几种？
学生：4种。
教师：没错。滤纸条上的色素由上至下，分别是什么颜色？
学生：依次是橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色。
教师：很好。橙黄色的是胡萝卜素，黄色的是叶黄素，蓝绿色的是叶绿素a，而黄绿色的是叶绿素b。其中胡萝卜素和叶黄素合称为类胡萝卜素，叶绿素a与叶绿素b则合称为叶绿素。
（显示板书：见下）
（如果学生得不到正确的结果，则可组织学生分析讨论实验失败的可能原因）
教师：实验过程中我们做了两种滤纸条，一种是剪去两个角的，一种则不剪去两个角。色素在滤纸条上的扩散有什么不同？
学生：剪去两个角的滤纸条上的色素带扩散速度一致，色素在滤纸条上平行排列；而没有剪去两个角的滤纸条上的色素带，边缘扩散得比较快，中间扩散得慢，所以看起来色素带是两边高中间低。
教师：因此我们在制备滤纸条时要将一端剪去两个角的目的是什么啊？
学生：使色素在滤纸条上的扩散速度一致。
教师：说得好。
教师：刚才有没有哪位同学把滤液细线浸入层析液中的？
学生：有。
教师：实验结果如何？
学生：得不到4种色素带。
教师：为什么会这样？
学生：是不是滤液细线上的色素溶解到层析液当中啦？
教师：正是如此。所以本实验成功的关键之一就是不能让层析液没及滤液细线。
2.色素对光的吸收
教师：既然绿叶中含有4种不同颜色的色素，那为什么我们所看到的叶子往往是绿色 的呢？
学生：可能是因为叶绿素的含量较多的原因吧。
教师：叶绿素含量较多是其中一方面的原因。据分析，绿叶中叶绿素的含量约占3/4，而类胡萝卜素约占1/4。
（补充显示板书：叶绿素含量约占3/4，类胡萝卜素含量约占1/4）
教师：另一个主要原因则是因为色素对不同波长的光的吸收是有差别的，由于叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。那么，这4种色素主要吸收哪些波长的光呢？我们来看看以下的实验：
演示实验A
①利用投影仪的光源和三棱镜，可见到清晰的七色光谱可见光；
②将已制备好的新鲜的菠菜色素滤液（滤液中的色素主要是叶绿素）倒入培养皿中（薄薄的一层），将培养皿放在投影仪的光源和三棱镜之间，让学生观察光谱区的变化。
教师：通过以上实验，我们可以发现当叶绿素提取液放在光源与三棱镜之间，光谱区出现什么样变化？
学生：两头光谱（红光光谱区和蓝紫光光谱区）变暗，其他变化不大。
教师：为什么会这样？
学生：被色素吸收了，所以变暗。
教师：从这里我们可以得出什么结论？
学生：叶绿素主要吸收红光与蓝紫光。
教师：总结得很好。接下来我们继续观察另一个实验。
演示实验B
①利用投影仪的光源和三棱镜，可见到清晰的七色光谱可见光；
②将已制备好的新鲜的胡萝卜素提取液（取胡萝卜，制取滤液，滤液中色素多数是类胡萝卜素），将提取液倒入培养皿中（薄薄的一层），将培养皿放在投影仪的光源和三棱镜之间，让学生观察光谱区的变化。
教师：通过这个实验，我们可以发现光谱区出现了什么变化？
学生：蓝紫光光谱区变暗，其他变化不大。
教师：说明什么结论？
学生：类胡萝卜素主要吸蓝紫光。
教师：正确。
教师显示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图。
教师：人们用更加精密的仪器测定得知，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
（补充显示板书：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光）
3.叶绿体的结构
教师：现在我们已经知道绿叶中含有4种色素，那么，这些色素分布在细胞中的哪些部位呢？直到1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。1880年德国科学家恩格尔曼用水绵作实验材料进行光合作用的实验，发现了叶绿体是光合作用的场所。那么，叶绿体的结构如何，它又有哪些结构特点是与作为光合作用场所相适应 的呢？
（显示板书：2.捕获光能的结构——叶绿体）
教师显示叶绿体立体结构示意图。
教师：首先让我们回忆一下，哪些细胞才含有叶绿体？
学生：绿色植物的叶肉细胞。
教师：除了绿色植物的叶肉细胞，还存在于哪些细胞之中？
学生：植物幼嫩的茎也有叶绿体。
教师：对啦。
（显示板书：①分布：主要在绿色植物的叶肉细胞）
教师：叶绿体的形状又是怎样的？
学生：一般呈扁平的椭球形或球形。
教师：对。而且叶绿体可以根据光照的强弱来改变自己的形状，如外界光照较强，叶绿体则以侧面接受光照，如果外界光照较弱时则以正面接受光照。这样的特点有什么好处？
学生：保证接受到充分的光照，又可避免被较强的光照灼伤。
教师：回答得很好。
（显示板书：②形态：一般呈扁平的椭球形或球形）
教师：现在同学们仔细观察叶绿体的立体结构示意图，说说它由哪些结构组成？
学生：包括外膜、内膜、基粒和基质4部分。
教师：很好。叶绿体的外表有双层膜，双层膜是一种透明膜，膜是透明的，有什么好处？
学生：有利于光线的透过且被色素吸收。
教师：叶绿体内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满了基质。每个基粒都是由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。
（显示板书：见下）
教师：每个基粒都含有2个以上的类囊体，多者可达100个以上。据计算，1 g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟达60 m2左右。同学们思考一下，叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，有什么作用？
学生：极大地扩展了受光面积。
教师：没错。叶绿体中除含有吸收光能的4种色素外，还应该含有哪种物质？
学生：酶。
教师：为什么？
学生：因为光合作用是一系列复杂化学反应的过程，光合作用的顺利进行需要酶的参与。
教师：既然光合作用需要酶的参与，那么哪个外界因素肯定会影响到光合作用的效率？
学生：温度。
教师：如何影响？
学生：适当提高温度有利于提高光合作用效率，降温则会使光合作用效率降低。
教师：综上所述，我们可以得出叶绿体的功能是什么？
学生：光合作用的场所。
教师：非常好。
（显示板书：④功能：光合作用的场所）
教师：最后同学们能不能总结一下叶绿体作为光合作用场所，在结构与功能上有什么相适应的特点？
学生：叶绿体的双层膜是透明的，有利于光照的透过；叶绿体内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
教师：同学们归纳得很好。在初一的《生物学》（人教版，七年级上册）中我们已经知道，光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。那么，对于光合作用的过程是如何被人们一步步所揭示的呢？绿色植物又是如何通过光合作用把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的呢？我们下一节课继续学习。
［教师精讲］
1.关于《绿叶中色素的提取与分离》实验
滤纸条上有4条不同颜色的色带，从上往下依次是：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），这说明绿叶中的色素有4种。叶绿体中色素是光合作用的物质基础，色素吸收光能则是光合作用的动力。原核生物（自养型，如蓝藻等）没有叶绿体的结构，但这些生物细胞中同样含有能进行光合作用的色素。
2.关于色素吸收光谱特点
太阳辐射中含有紫外光（150～400 nm）、可见光（400～760 nm）和红外光（760～ 3 000 nm）。植物光合作用中所能利用的光主要是可见光中的红光、橙光和蓝紫光，其中对红橙光吸收最多，这些光称为生理有效光。射到叶片上的可见光中的绿光大部分被反射或透射掉，很少被吸收利用，所以绿光被称为生理无效光。因此，在农业生产中，有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，或在温室中悬挂发红色或蓝色光的灯，可以有效地提高蔬菜产量，道理就在这里。
3.叶绿体结构分析
在分析绿叶中色素的种类和吸收光谱的特性后，再进一步分析叶绿体的成分和结构特点与光合作用的关系。如叶绿体的双层膜是透明的，有利于光照的透过；叶绿体中的每个基粒由2～100个类囊体组成，可增大叶绿体内的膜表面，扩大色素的附着面，有利于提高光能的利用效率；叶绿体内的类囊体上和基质中含有多种与光合作用有关的酶，有利于光合反应高效地进行等。使学生理解生物的结构与功能相统一的特点。
［评价反馈］
1.从叶绿体中提取色素，选取下列哪一种叶片效果最好
A.厚硬似革质的绿色叶片
B.衰老、黄绿色的叶片
C.新鲜、幼嫩、色浓绿的叶片
D.多浆汁或有特殊气味的绿色叶片
2.在叶绿体色素的提取实验中，研磨绿叶时要加入丙酮，其目的是
A.防止叶绿素被破坏
B.使叶片充分磨碎
C.使各种色素充分溶解在丙酮里
D.为了使叶绿素溶解在丙酮里
3.在圆形滤纸的中央点上粘叶绿体的色素滤液，进行色素分析，会得到近似同心环状的四个色素圈，排在外圈的色素呈
A.橙黄色 B.黄色 C.蓝绿色 D.黄绿色
4.叶绿体中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是
A.色素提取液中色素已经分层
B.阳光的照射使不同色素彼此分开
C.丙酮有使色素溶解并彼此分离的特性
D.各种色素在滤纸上的扩散速度不同
5.对绿色植物光合作用最有效的一组光是
A.红光和黄绿光 B.黄光和蓝紫光
C.红光和橙光 D.红光和蓝紫光
6.关于叶绿体和线粒体的共同叙述中，不正确的是
A.都是双层膜结构的细胞器
B.所含酶的功能都相同
C.都有基质和基粒
D.都不存在于原核细胞中
7.绿色植物细胞中，与能量转换有关的一组细胞器是
A.线粒体和叶绿体 B.核糖体和高尔基体
C.中心体和内质网 D.高尔基体和叶绿体
8.研磨过程中加入少许SiO2与CaCO3的作用是________________________________。
9.将滤液收集到小试管中，必须用______________将试管口塞紧，目的是为了__________________________。
答案：1.C 2.C 3.A 4.D 5.D 6.B 7.A
8.加入SiO2的目的是为了研磨得充分；加入CaCO3是为了防止研磨时防止叶绿素被破坏
9.棉塞 防止丙酮挥发
［课堂小结］
［布置作业］
（1）完成课后P100练习；（2）回答课本P97、P98和P100的讨论题。
［课后拓展］
1.实验设计：探究不同颜色新鲜叶片中色素的种类与含量
提示：根据当地实际情况，搜集不同颜色的常见新鲜幼嫩叶片，如大白菜、洋紫苏、洒金榕、一品红等蔬菜或植物的叶片，参照课本P97《绿叶中色素的提取和分离》的实验原理、材料用具和方法步骤进行实验，观察不同颜色新鲜叶片中色素的种类与含量的相对 多少。
2.比较同一植物不同叶龄的叶片中色素的含量与种类
提示：以不同叶龄（如幼叶、成叶和老叶）的新鲜菠菜叶（或其他叶片）为实验材料，实验原理、材料用具和方法步骤参照课本P97《绿叶中色素的提取和分离》的实验，观察同一植物不同叶龄的叶片中色素的种类与含量的相对多少。
●板书设计
第4节 能量之源——光与光合作用
第一课时 捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
2.捕获光能的结构——叶绿体
（1）分布：主要在绿色植物的叶肉细胞
（2）形态：一般呈扁平的椭球形或球形
④功能：光合作用的场所
●习题详解
一、练习（课本P100）
（一）基础题
1.（1）×（叶绿体中的色素有4种，都能吸收光能）
（2）√（叶绿体内含有许多基粒，而每个基粒都含有2个以上，甚至高达100个以上的类囊体，极大地扩展了细胞内的膜面积）
2.B
3.结论：叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用，放出氧气。
（二）拓展题
1.植物吸收光能的色素，还存在于植物幼嫩的茎和果实等器官的一些含有光合色素的细胞中。
2.有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即达深水层的光线是相对的富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
二、问题探讨（课本P97）
1.用这种方法可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。
2.因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。
三、本节聚焦（课本P97）
1.捕获光能的色素有胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b 4种。
2.叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形，其结构包括外膜、内膜、基粒和基质。
3.叶绿体的双层膜是透明的，有利于光照的透过；叶绿体中的每个基粒由2～100个类囊体组成，可增大叶绿体内的膜表面，扩大色素的附着面，有利于提高光能的利用效率；叶绿体内的类囊体上和基质中含有多种与光合作用有关的酶，有利于光合反应高效地进行。
四、实验（课本P98）
1.滤纸条上有4条不同颜色的色带，从上往下依次为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。这说明绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散的快慢也不一样。
2.滤纸条上的滤液细线如果触及层析液，细线上的色素就会溶解到层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。
五、与社会的联系（课本P99）
可选择红色或蓝色的塑料薄膜（或玻璃）代替普通塑料薄膜（或玻璃）；补充光源可选择在温室内悬挂发红色或蓝色光的灯管。
六、资料分析（课本P100）
1.恩格尔曼实验结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的 场所。
2.提示：实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境可排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果等。
3.叶绿体是光合作用的场所。●备课资料
1.细胞分化的生理机制
（1）细胞分裂的不对称性
卵母细胞的细胞核并不位于中央，而是在细胞外周靠近表面的地方，极体就是从这里形成并释放出来的，通常把极体释放的位点称为动物极，而相对的一极称为植物极。
动物卵细胞中，储存有2万～5万种不同核苷酸序列的mRNA，专供受精卵的启动、分化和发育之用。卵细胞中的mRNA并非均匀分布的，而是位于特定的空间。因此，卵细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运，如昆虫是以表面卵裂的方式形成胚层细胞的。
（2）细胞间的相互作用
胚胎诱导在胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用称为胚胎诱导，如中胚层形成的脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板、神经沟和神经管，视细胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜。
分化抑制用含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育成正常的心脏，若去除成蛙心组织，则蛙胚发育正常，这说明分化成熟的细胞可以产生某种物质，抑制相邻细胞发生同样的分化，这种作用称为分化抑制。
细胞数量效应当小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但是，如果把胰腺原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织；如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。可见细胞数量对诱导组织形成可能也是必要的。细胞外基质在胚胎发育和细胞分化中也具有重要的作用。
激素对细胞分化的影响可看作是远距离细胞间的相互作用，如昆虫的保幼激素和蜕皮激素。前者的功能是保持幼虫特征，促进成虫器官原基的发育，后者的功能是促进蜕皮和成虫形态的出现。当两者保持一定的比例时，幼虫蜕皮而长大，当保幼激素含量减少或不合成时，幼虫化蛹，变为成虫。成虫期又开始合成保幼激素，促进性腺的发育。
2.细胞分化的分子机制
（1）染色体结构的变化与细胞分化
基因剔除 某些原生动物、昆虫和甲壳动物在细胞分化过程中有部分染色体丢失的现象。例如，马蛔虫的一个变种（2n=4），当个体发育到一定阶段时，在将要分化为体细胞的那些细胞中，染色体破裂为碎片，含有着丝粒的碎片在细胞分裂中保留，不具有着丝粒的碎片在分裂中丢失。不过，预定形成生殖细胞的那些细胞中不发生染色体的断裂和丢失现象。
基因扩增 基因扩增是指细胞内特定基因的拷贝数专一性大量增加的现象。例如，在卵裂和胚胎发育过程中，爪蟾卵母细胞中的rDNA基因大量扩增而形成大量核糖体，以供大量合成蛋白质所需；在果蝇的唾腺细胞中，由于DNA复制而核不分裂，很容易观察到多线染色体。
基因重排 哺乳动物能产生106～108种抗体，但并不意味着细胞内具有相应数量的基因，免疫球蛋白是异四聚体结构，除重链和轻链的随机组合以外，免疫球蛋白的多样性主要来源于基因的重新组合。从这一点来看，淋巴细胞的分化是不可逆的。
DNA的甲基化 脊椎动物一些基因的活性与基因调控区域或其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲基化使基因失活，相应地非甲基化和低甲基化能活化基因的表达。细胞内的基因可分为管家基因（house-keeping gene）和奢侈基因（luxury gene），前者是维持细胞生存不可缺少的，后者与细胞分化有关，是与组织特异性表达有关的基因，在特定组织中保持非甲基化或低甲基化状态，而在其他组织中呈甲基化状态。
（2）基因与细胞分化
无论是母体mRNA的作用还是细胞间的相互作用，其结果是启动特定基因的表达。因此细胞分化的实质是基因的差次表达或顺序表达。即特定的基因在特定的时间内在特定的组织中表达的结果。
受精卵发育为新个体，是受一系列基因调控的，这些基因在发育过程中，按照时间、空间顺序启动和关闭，互相协调，对胚胎细胞的生长和分化进行调节。
人和鼠都是从单个受精卵发育而来的。其实，从一个受精卵中产生什么生物完全由基因组决定。这种决定究竟是如何进行的呢？
人体细胞的类型比我们想象的少得多。按照常规的组织学分类方法，脊椎动物和人体细胞类型约有200余种。这些细胞在人体中呈现有序的空间分布。细胞的种类或形状彼此不同，是因为不同细胞中合成一些彼此不同的特殊蛋白——“奢侈蛋白”，如表皮细胞的角蛋白，红细胞的血红蛋白，消化道细胞的消化酶，透镜状细胞的晶体蛋白，等等。除了这些“奢侈蛋白”以外，几乎所有细胞中合成的蛋白质都是一些生活必需品——“持家蛋白”。由于细胞类型的差异源于细胞中工作的基因类群不同，所以人们自然想到也许细胞中的基因组成发生了改变。例如，透镜状细胞不能合成血红蛋白和角蛋白，可能是丢失了血红蛋白和角蛋白的基因，而只剩下了晶体蛋白。或者，细胞中其他基因没有变化，但晶体蛋白基因增加了很多份。然而，许许多多的证据显示，没有这类可能性。几乎所有细胞的基因组都和受精卵的一模 一样。
已有实验证明，虽然分化常常伴随着显著的细胞外观变化，但细胞的基因组总是保持不变。两栖类卵细胞较大，先用紫外线破坏它的核，再用玻璃微细管将其他细胞的核吸出，注入去核的卵细胞中。玻璃微细管刺入卵细胞时，会使卵细胞活化并开始分裂和分化。用各种分化细胞的核置换卵细胞的核，结果发现它们和卵细胞的核完全一样，都可以发育成有生育能力的成蛙。
3.细胞分化与再生
进入生长期之后，分化细胞即使进一步分裂，其分化的特性并不会改变。
脊椎动物的皮肤、血液、肺等组织上的细胞，每过一段时间便会更新换代。机体多数组织的细胞并不需要更新，有些特殊细胞将终生保持胚胎发育早期形成的数目。这些细胞因为不再分裂，所以一旦丧失便无法补充，如神经细胞、心肌细胞、透镜状细胞等。当然，这些细胞通常寿命很长，并且处于多重保护之下。除此之外，它们之间没有其他共同之处。为什么其他细胞需要不断更新，而这些细胞却可以终生保持呢？原因很难找寻，但是，至少对神经细胞来说，细胞更新将改变已经形成的精巧的神经通路，致使某些记忆丧失。至于心肌细胞，目前尚难解释。
细胞再生有两种方式，其一是通过已分化细胞的分裂——细胞复制，其二是通过干细胞再生。干细胞的性质、再生速度以及再生过程非常多样化。干细胞可以无限分裂产生分化 细胞。
形形色色的血细胞都是由多能的干细胞分化形成的，这些干细胞主要在成体的骨髓中产生。多能干细胞在胚胎发育早期，通过血液循环进入骨髓、脾脏和肝脏，并分别在这些组织中形成有造血功能的细胞群。
4.干细胞及其分类
一个成熟或者已分化的细胞进行分裂通常只能产生同种类型的细胞，而一个干细胞则可以分化形成多种类型的细胞。干细胞有很多种类型，它们存在于从胚胎到成体各个阶段的组织和器官里。胚胎干细胞分裂速度快，并且有产生多种分化细胞类型的潜力，因此，它们也被称为多能干细胞。成体干细胞分布于很多组织中，但是它们数量稀少，分裂频率低，分化潜力也很有限。事实上，很多类型的干细胞至今没有在成体中找到。例如，肺上皮细胞缺陷会造成囊性纤维化，而成体中还没有发现可以产生这种细胞的干细胞。
利用干细胞进行各种疾病治疗的关键在于能否成功分离胚胎干细胞和成体干细胞，并将它们在体外扩增后用于替代受损的组织。一般认为，每种成体干细胞只能分化产生几种相关的成熟细胞类型，但最近有研究表明，在某些环境中，一种干细胞类型可以转化成其他类型的细胞，例如，造血干细胞可以分化形成神经细胞。
因为大多数疾病只是由于一类细胞损坏造成的，所以针对特定细胞类型的干细胞治疗要比原来整个器官的移植更具优势。例如，帕金森氏综合征、多发性硬化和糖尿病等慢性疾病非常适合利用干细胞治疗。但是，在一些患有慢性疾病或多组织急性衰竭患者的受损组织中，通常很难再找到合适的干细胞。即使能够分离到相应的干细胞，也不一定能保证通过体外培养获得治疗所需的数量。
最具潜力的干细胞是从胚泡中分离的胚胎干细胞。发育5天的人类胚泡最多有100个细胞，其中包括两种类型：将来发育成胎盘的外层细胞和发育成胚胎的内层细胞，即内细胞团（ICM）。通常，移除外层细胞将导致ICM无法发育形成胚胎，但是，ICM可以在培养皿中快速分裂产生胚胎干细胞。
胚胎干细胞有很多显著的特征。例如，虽然它们在染色体组型等方面和正常的细胞没有差别，但却可以在体外无限增殖。另外，胚胎干细胞在体外可以分化形成很多类型的细胞，这些细胞再移植回动物体内，可以在一定程度上改善一些模型动物的病情。如果有办法攻克免疫排斥的难题，胚胎干细胞移植有可能成为治疗多种疾病的有效途径。
5.人胚胎干细胞的研究
人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命，也引发了一场科学与伦理的大辩论。假设你的朋友患有糖尿病、进行性老年性痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，如果从他身上任何部位取下一些体细胞，通过核移植技术，将其体细胞的细胞核显微注射至去核的人卵细胞中，这种包含与病人完全相同的遗传物质的杂合卵细胞在体外培养发育成囊胚，若将囊胚植入假孕妇女的子宫中，将会克隆出与提供体细胞的人基因相同的个体，即所谓的“克隆人”。但是如果从获得的囊胚中分离并扩增所谓的“人胚胎干细胞”(ES)，并体外诱导它们分化成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，将这些细胞移植至发病部位，则能够修复病人的组织或器官，从而使病人免受病魔的煎熬。由于移植细胞与病人的基因完全相同，不会产生通常器官移植中的免疫排斥反应，修复的组织或器官将良好地履行职责，无需使用免疫抑制剂。也许你会认为这是科幻小说，但这种情景也许在不远的将来（有可能是几年之内）会成为一种常规的治疗方法。而引发这场“医学革命”的关键技术——人胚胎干细胞技术已经出现，并将随着研究的深入而逐步完善。
1998年11月，威斯康星大学的汤姆生和约翰·霍普金斯大学的吉尔哈特教授分别在《科学》（Science,1998,Vol282:1145～1147）和《美国科学院论文集》（PNAS,1998,Vol95:13726～13731）上报道，他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能分化潜力的人胚胎干细胞。这一成就将会给移植治疗、药物发现及筛选、细胞及基因治疗和生物发育的基础研究等带来深远的影响，打开在体外生产所有类型的可供移植治疗的人体细胞、组织乃至器官的大门。因为从理论上讲，人胚胎干细胞具有全能性，在一定的诱导条件下，既可发育分化为感受和传导生物电信号的神经组织，也可分化为携带氧的血细胞，还可分化为提供血液循环动力的心肌细胞等等。
但是，由于人胚胎干细胞来自具有发育成一个个体潜力的人胚胎，因而人胚胎干细胞的研究引发了一场伦理大辩论。有人担心，人胚胎干细胞的研究会导致医生刻意收集未出生胚胎的细胞，来提供其他病人治疗的需要，或者利用该项技术进行克隆人的研究，这可能会引发公众对科学的恐惧。美国总统克林顿为此专门责成美国生物伦理指导委员会（NBAC）研究人胚胎干细胞可能带来的科学、伦理、立法等方面的影响，对此作出广泛而深入的评论，并提出相关的人胚胎干细胞研究的指导原则。
6.脐血库
目前有两种脐血库：一种为异体脐血库，储存随机收取的正常新生儿的脐血，通过各种检测和组织配型后，可用于适合造血干细胞移植的病人。另一种为自体脐血库，用来保存胎儿本人的脐血，为将来胎儿本人或亲属需要时作储备。●备课资料
1.蛋白质在人体内的主要功能
（1）构成酶、激素、抗体以及机体组织。（2）促进人体生长发育。（3）维持渗透压。（4）供给人体部分能量。
人体每天需要通过食物摄入一定量的蛋白质，用以机体生长、更新、组织修补以及各种生理功能的需要。也就是说，生命的产生、存在与消亡，无一不与蛋白质有关。
人体的神经、肌肉、血液、骨骼，甚至没有一处不含蛋白质，一个几千克重的婴儿长成为一个几十千克重的大人，体内各种组织成分的自我更新都离不开蛋白质。人体的新陈代谢是通过成千上万种化学反应来实现的，而这些反应都需要酶来催化，酶能在正常体温下，广泛参加人体各种各样的生命活动。如肌肉收缩、血液循环、消化、生长、发育和繁殖以及各种各样的思维活动。如果没有酶的参加，生命活动就无法进行。而这些具有各种各样特异作用的酶，和调节生理功能的一些激素一样，本身也是蛋白质。
由此可见，在生命活动中蛋白质是无处不存在的，而且具有多种多样的重要功能。生物体一旦失去蛋白质，那么一切生命活动即将停止，生命终结。所以说，蛋白质是生命物质。一个人每天需要多少蛋白质，要根据年龄、性别、劳动条件和健康情况而定，并因食物来源而有所不同。例如，一个65千克的健康成年男子，根据其体力劳动强度的不同，每天约需要蛋白质75～100克。一般成年女子略微少些。而儿童、青少年在生长发育期，以及妇女怀孕和授乳期间所需要的蛋白质便多些。至于人在生病的情况下，如烧伤、骨折、感染、肾炎等，患者的蛋白质需要量可根据病情作相应增减。
一个体重65千克，从事较轻劳动的成年男子，可以从他每天所吃的主副食（粮食500克，肉100克，蛋一个，豆制品50克，蔬菜500克）中获得所需要的75克蛋白质。根据需要与可能，他还可以适当地调剂副食，如增加些乳、蛋、肉类、豆制品、花生等提高蛋白质的质和量。如果调配得当，充分发挥各种植物蛋白质的“互补作用”，少加甚至不加动物性食品也可保证蛋白质的需要。
其他儿童、青少年、成年、老年男女以及孕妇、产妇和病人可以此为参考，调剂每天的主副食，酌情增减蛋白质的摄入量。
我们选择蛋白质食物，首先应考虑蛋白质含量的多少。如果食物中蛋白质含量很少，即使营养价值很高，也不能满足人体需要。在常用的每100克食物中，肉类含蛋白质10～20克，鱼类含15～20克，全蛋含13～15克，豆类含20～30克，谷类含8～12克，蔬菜、水果含1～2克。动物性食物比植物性食物含量多，豆类含量很多，质量上比动物性食物也不差。判断蛋白质质的优劣有三点：（1）蛋白质被人体消化、吸收得越彻底，其营养价值就越高。整粒大豆的消化率为60%，做成豆腐、豆浆后可提高到90%，其他蛋白质在煮熟后吸收率也能提高，如乳类为98%，肉类为93%，蛋类为98%，米饭为82%。（2）被人体吸收后的蛋白质，利用的程度有高有低，利用程度越高，其营养价值也越高。利用的程度高低，叫蛋白质的生理价值。常用食物蛋白质的生理价值是：鸡蛋94%，牛奶85%，鱼肉83%，虾77%，牛肉76%，大米77%，白菜76%，小麦67%。动物蛋白质的生理价值一般比植物蛋白质高。（3）看所含必需氨基酸是否丰富，种类是否齐全，比例是否适当。种类齐全、数量充足、比例适当，叫完全蛋白质，如动物蛋白质和豆类蛋白质。种类齐全，但比例不适当，叫半完全蛋白质，在谷物中含量较多。种类不全，叫不完全蛋白质，如肉皮中的胶质蛋白，平米中的平米胶蛋白。将两种以上的食物混合食用，使含的氨基酸相互补充，能更好地适合人体的需求。多吃蛋白质也不好，会增加肾脏负担，增加额外的热能消耗，不经济。所以，要合理食用蛋白质。
2.蛋白质的主要生理功能
蛋白质是一切生命的物质基础，这不仅是因为蛋白质是构成机体组织器官的基本成分，更重要的是蛋白质本身不断地进行合成与分解。这种合成、分解的对立统一过程，推动生命活动，调节机体正常生理功能，保证机体的生长、发育、繁殖、遗传及修补损伤的组织。根据现代的生物学观点，蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。
蛋白质的生理功能：①蛋白质是构成组织和细胞的重要成分，如肌肉、骨骼及内脏主要由蛋白质组成。一切细胞的原生质都以蛋白质为主，动物的细胞膜及细胞间质也主要由蛋白质组成。②用于更新和修补组织细胞。③参与物质代谢及生理功能的调控。④氧化供能。1克蛋白质在体内氧化供能约1.67×104焦耳。⑤其他功能。如多功能血浆蛋白质的生理功能。
组成蛋白质的氨基酸有20余种，体内只能合成一部分，其余则须由食物蛋白质供给。体内不能合成或合成速度太慢的氨基酸都必须由食物蛋白质供给，故又称为“必需氨基酸”。体内能自己合成的氨基酸则不必由食物蛋白质供给的又称为“非必需氨基酸”。在体内合成蛋白质的许多氨基酸中，有8种必需氨基酸须食物供给，即赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸。食物中含有的必需氨基酸越多，其营养价值越高。动物蛋白如肉类、蛋、乳均含8种必需氨基酸，又称优质蛋白；植物蛋白如豆类蛋白质所含的必需氨基酸是不全的。但若把玉米、小米及大豆三种植物蛋白质混合组成的面食，其营养价值则明显提高。这种把几种营养价值较低的蛋白质，混合后使其营养价值提高的作用又称为不同蛋白质的互补作用。
3.蛋白质工程及进展
简单地讲，蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程在诞生之日起就与基因工程密不可分。基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。蛋白质工程则更进一步根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的，具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了的进化过程，期望能更快、更有效地为人类的需要服务。
对蛋白质的研究与改造：蛋白质是重要的生物大分子，参与生命体系几乎所有的过程。血红蛋白在红血球中载氧，胶原蛋白组成皮肤的大部分，各种酶催化生命活动中众多的反应。具有如此繁多功能的蛋白质，在组成和结构上有一些规律，使得人们可以着手对它进行研究和改造。蛋白质都是由一类叫做氨基酸的小分子化合物构成，这些氨基酸按特定的排列顺序首尾相连，形成特定长度的肽链。在生理条件下，由于肽链内部相邻氨基酸残基之间的相互作用，以及在顺序上相隔较远，但在空间上相互接近的氨基酸残基之间的相互作用，使得肽链总是倾向于采取一种能量最低的空间结构，来达到稳定存在的形式。这样的特定的空间结构，与蛋白质特有的功能密切相关。综合上面所说的，可以发现蛋白质的空间结构是由其氨基酸的组成和排列顺序决定的。有了这样一个规律，就可以通过改变蛋白质的氨基酸组成和排列顺序来改变其空间结构，进而影响蛋白质的功能。
当前，蛋白质工程是发展较好、较快的分子工程。这是因为在进行蛋白质分子设计后，已可应用高效的基因工程来进行蛋白质的合成。最早的蛋白工程是福什特（Forsht）等在1982～1985年间对酪氨酰－t－RNA合成酶的分子改造工作。他根据XRD（X射线衍射）实测该酶与底物结合部位结构，用定位突变技术改变与底物结合的氨基酸残基，并用动力学方法测量所得变体酶的活性，深入探讨了酶与底物的作用机制。佩里（Perry）1984年通过将溶菌酶中Ile（3）改成Cys（3），并进一步氧化生成Cys（3）～Cys（97）二硫键，使酶热稳定性提高，显著改进了这种食品工业用酶的应用价值。1987年福什特通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，而导致了活性中心His（64）质子pKa从7下降到6，使酶在pH＝6时的活力提高10倍。工业用酶最佳pH的改变预示可带来巨大经济效益。蛋白工程还可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变。由此可以看出蛋白工程的威力及其光辉前景。上述各例是通过对关键氨基酸残基的置换与增删进行蛋白工程的一类方法。另一类是以某个典型的折叠进行“从头设计”的方法。1988年杜邦公司宣布，成功设计并合成了由四段反平行α－螺旋组成为73个氨基残基的成果。这显示，按人们预期要求，通过从头设计以折叠成新蛋白的目标已是可望又可及了。预测结构的模型法，在奠定分子生物学基础时起过重大作用。蛋白的一级结构，包含着关于高级结构的信息这一点已日益明确。结合模型法，通过分子工程来预测高级结构，已成为人们所瞩目的问题了。
蛋白质工程应用领域极为广泛，如可开发多元疫苗，具有免疫调节机能和直接杀死癌细胞的新抗癌制剂，具高度选择性的分离剂和附着剂，超稳定并具有多种催化活性的酶，或者扩大酶对pH、温度及有机溶剂的适应性，使之耐酸碱、耐高温、不易变性或改变其异体蛋白的抗原性等等。第2节 细胞的能量“通货”——ATP
●从容说课
《细胞的能量“通货”——ATP》主要介绍了ATP分子的组成和结构特点,ATP具有与ADP相互转化的特性,以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容。
关于ATP与ADP的相互转化既是本节的重点也是难点。教师可以继续利用前面的比喻，将细胞中的能量通货比作我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持正常生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。在有机物分解时释放出的能量能被用来合成ATP，这个过程通过ATP与ADP的相互转化来实现。教师在介绍这部分内容时可以充分利用教材上的图解，告诉学生ATP水解时，远离腺苷的磷酸键断裂时释放出较多的能量，是一种放能的过程，所以当ADP与磷酸再次结合形成ATP时，必然从周围吸收相同的能量，而且这个过程在细胞中时刻发生，这就是为什么ATP可以作为一种能量的“小票”而在细胞中流通使用的原因。
关于ATP的利用，一是要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系，二是要充分利用教材上的图解，让学生在看懂图解的基础上，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图解进行补充和完善。
●三维目标
1.知识与技能
（1）简述ATP的化学组成和特点。
（2）写出ATP的分子简式。
（3）解释ATP在能量代谢中的作用。
2.过程与方法
（1）通过ATP与ADP相互转化关系的多媒体动画，认识ATP在细胞中作为能量流通的原因。
（2）通过分析，比较在生物体生命活动中，ATP如何生成又如何消耗，找出能量代谢的规律。
3.情感态度与价值观
（1）激发学生的学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感教育。
（2）通过对课本P90图5－7进行补充和完善，以调动学生学习积极性,培养主动参与的学习态度,培养用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的态度。
●教学重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
●教学难点
ATP与ADP的相互转化。
●教具准备
1.教师课件。
2.ATP结构式挂图。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
思考问题:在人类的生产和生活中是怎样解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？例如,发电厂是如何转化能量的 人们是如何从农产品转化成各种生活用品的
［情境创设］
1.老师提出问题，学生讨论
（1）萤火虫发光需要能量吗？
（2）细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，生物的生命活动需要能量能直接利用它们吗？
2.教师讲解
从课文中的唐诗中我们知道，生物的生命活动需要能量。实际上，细胞中还有许多化学反应是需要能量的，这些能量是从哪里来的呢？我们知道，细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，这些能源物质的稳定性，利于大量地储存，但它们不能直接为细胞的生命活动提供能量，细胞是怎样解决“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？细胞把稳定的能量转化成另一种能直接给细胞的生命活动提供能量的有机物——ATP，解决了这一问题。ATP什么物质呢？
［师生互动］
1.ATP分子结构特点
学生阅读课本P88相关内容后，教师讲解：
（1）展示ATP结构式挂图，向学生介绍腺嘌呤、核糖（两者结合而成腺苷）、磷酸。
（2）ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，T代表三，～代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。ATP水解时高能磷酸键可以水解放出大量的能量，达到30.54 kJ/mol。所以说，ATP是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）学生阅读课本P88～P89页相关内容，回答问题：ATP与ADP是怎样相互转化的？
（2）教师讲解：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP（播放多媒体课件：ATP与ADP相互转化）。
资料显示，正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重，但在体内存在的ATP的量是很少的。ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下所示：
3.ATP的形成途径
（1）学生阅读课本P89相关内容后，分组讨论：动植物ATP的形成途径有哪些？
（2）教师讲解：对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自于呼吸作用和光合作用；对于人、高等动物、真菌和大多数细菌来说，ADP转化成ATP时所需的能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）教师讲解：吸能反应总是与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
（2）学生看课本图，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图进行补充和完善。
［教师精讲］
1.细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等。细胞内消耗能源物质的顺序是：糖类脂肪蛋白质。一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类，而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP，转变成活跃的化学能，才能供给各种生命活动利用，从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。
2.直接供给生命活动能量的能源物质是ATP。在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物质。ATP是生物体内能量转换的“中转站”，它有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等等，从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。
3.ATP的结构与物理、化学知识有密切联系，ATP中的能量可以转变成机械能（如肌肉收缩、鞭毛摆动）、化学能、电能（如神经冲动的传导）、渗透能（如主动运输的能量）、光能等其他形式的能量。
4.胞内供能物质有ATP和磷酸肌酸，ATP普遍存在，但含量不多，当ATP大量消耗时，则磷酸肌酸释放能量供ADP和Pi合成ATP。磷酸肌酸的存在对ATP含量的相对稳定起缓冲作用。
［评价反馈］
学生做课本练习题、教师检查评讲。
［课堂小结］
［课后拓展］
1.其他高能磷酸化合物
在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷酸肌酸（可用C～P代表）。磷酸肌酸的结构式是：
当动物和人体细胞由于能量的大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作用下磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）；当ATP含量比较多时，在有关酶的催化作用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。
对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的一种储存形式，而不能直接被利用。由此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲的作用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。
2.萤火虫发光的原理和意义
萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小一些，但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来交尾。萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号回应。雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地回应了闪光信号，则雄虫就会前来交尾，以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。
有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号，这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。雌虫的这一特性，可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外，萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。
萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。顺便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98％左右，而热光则发光效率低得多，如太阳的发光效率只有35％左右。
●板书设计
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
1.ATP分子结构特点
（１）化学组成：腺嘌呤、核糖、磷酸；
（２）ATP（三磷酸腺苷），结构简式A—P～P～P，是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下式所示：
ADP＋Pi＋能量ATP
（2）ATP和ADP能相互转化的原因
3.ATP的形成途径
（1）绿色植物：能量来自于呼吸作用和光合作用；
（2）人、高等动物、真菌和大多数细菌：能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）运输物质；
（2）肌肉收缩；
（3）合成物质；
（4）生物发电；
（5）神经活动。
●习题详解
一、练习（课本P90）
（一）基础题
1.B
2.吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，需要消耗能量，是吸能反应。这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。放能反应：如丙酮酸的氧化分解，能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，还可用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。
3.在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点：一是ATP分子中含有的化学能比较少，一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1／94；二是ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。
（二）拓展题
提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“通货”——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源。
二、问题探讨（课本P88）
1.萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。
2.萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
3.有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
三、思考与讨论（课本P90）
1.1分子葡萄糖所含的能量，约是1分子ATP所含能量的94倍（指ATP转化为ADP时释放的能量）。
2.有道理。糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。
四、本节聚焦（课本P88）
1.因为能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。
2.ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。
ATP与ADP在活细胞中一定条件下循环转化。ATP水解时释放出大量能量，不断地为生命活动提供能源补充，保证了新陈代谢的正常进行；由于ATP在细胞内的含量很少，ADP迅速转化形成新的ATP，使ATP含量处于动态平衡之中，从而使ATP不会因能量的不断消耗而枯竭，保证了生命活动能够及时地、不断地得到能量而顺利进行。
3.ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种：
渗透能 细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能来自ATP。
机械能 细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝分裂期间染色体的运动，腺细胞对分泌物的分泌等，都是由ATP提供能量来完成的。
电能 大脑的思考——神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。电能是由ATP提供的能量转化而成的。
化学能 细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。
光能 目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如萤火虫的发光。
热能 有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物体温的提升和维持。●备课资料
1.观察叶绿体实验的原理简介
高等植物的叶绿体呈椭球状，在不同的光照条件下，叶绿体可以运动，并改变椭球体的方向。因此，在不同光照条件下采集的葫芦藓，其叶内叶绿体椭球体的形状不完全一样。
2.观察叶绿体实验材料的准备
实验用的葫芦藓必须提前准备。从阴面潮湿的墙根、林地、花房的花盆土表可以找到葫芦藓。将它连根铲起，带土栽在花盆内，放在阴面，要经常洒水，保持湿润。
3.观察细胞质流动实验材料的准备
实验用的黑藻应该提前到池塘或小河中捞取，采集后放在实验室的养鱼缸中，让它继续生长。
黑藻是淡水沉水草本植物，根入泥，叶短，3～4片叶轮生（图3－2－5）。有冬芽，生小枝顶端，芽的苞叶卵状披针形至线形，排列紧密，可进行营养繁殖。夏季采集到以后，可以一年四季连续培养。春天时，其冬芽伸展，一个月之后，茎可伸出，并长出较多的叶。
图3－2－5 黑 藻
4.观察细胞质流动的代替实验材料
观察细胞质流动的材料，如果找不到黑藻，可用以下材料代替：
（1）紫鸭跖草雄蕊的花丝表皮毛；
（2）鸭跖草的蓝色花瓣，观察韧皮部筛管细胞中的细胞质流动；
（3）向日葵舌状花花冠的表皮；
（4）万寿菊管状花的花瓣表皮；
（5）新鲜大白菜内层叶片宽大中脉处的表皮；
（6）黄瓜嫩茎的表皮毛；
（7）小麦的根毛。
使用上述实验材料时，实验课前教师应该对实验用的植株浇足水分。如果是在野外采集的，则应将采集到的实验材料放在塑料袋内，扎紧袋口，以防止水分散失过快。在使用植物的表皮或表皮毛观察细胞质流动时，视野应调暗些。
5.小麦根毛细胞质流动的观察
（1）方法步骤
①剪下一段0.5～1 cm的带有根毛的小麦根，纵剖为二。将剖面向下，放在载玻片上。
②加1滴质量浓度适宜的蔗糖溶液，盖上盖玻片，轻压盖玻片。
③在低倍镜下找到成熟区，选取1个根毛细胞，然后换用高倍镜观察。
（2）注意事项
①根毛细胞的细胞质无色透明，难于观察它的流动，因此需要采用缩小光圈或采用较弱光线进行观察。
②细胞质内有许多小颗粒随着细胞质流动，只要以细胞的其他相对静止结构作为参照物，就能辨认出细胞质的流动。其流动途径是从根毛尖端转向基部，然后回转，不断循环（图3－2－6）。
图3－2－6 小麦根毛细胞质流动示意图
③剪下的小麦根应立即滴上质量浓度适宜的蔗糖溶液，以便维持其生活力。或者预先在载玻片上滴1～2滴质量浓度适宜的蔗糖溶液，然后再放置实验材料。
④放上盖玻片以后，可以用凡士林涂在盖玻片的四周，以免水分蒸发导致蔗糖浓度提高，影响实验效果。
6.南瓜幼苗茎表皮毛细胞质流动的观察
①实验课的前3周，把南瓜种子种在盛有土壤的花盆内，放在温暖的地方，并保持土壤湿润。
②待种子萌发成幼苗后，用镊子撕下茎和叶上的表皮。
③把表皮放在载玻片的水滴里，盖上盖玻片。先用低倍镜观察，找到表皮毛细胞。
④在高倍镜下观察细胞质的流动方向（见图3－2－7）。
（箭头表示细胞质的流动方向）
图3－2－7 南瓜幼苗茎表皮毛细胞质的流动
7.美洲鸭跖草雄蕊花丝表皮毛细胞质流动的观察
（1）方法步骤
①从花上取1枚雄蕊，摘去花药，迅速将花丝放入滴有质量浓度适宜的蔗糖溶液的载玻片上，盖上盖玻片。
②用手指轻轻压盖玻片，使花丝平贴。
③先用低倍镜找到花丝上的表皮毛，选定表皮毛上的1个细胞，换用高倍镜观察。
（2）注意事项
①美洲鸭跖草又名紫鸭跖草，花自夏到秋不断开放，冬季不能在室外越冬。但可以盆栽，以随时备用。
②美洲鸭跖草花丝表皮毛由多个细胞构成，呈念珠状排列，1个“念珠”即1个表皮毛细胞。它们的细胞质里有小油滴和其他颗粒状内含物，这些物质随细胞质流动。紫色液泡能与细胞质区别开来。9月间，在室温26～28 ℃条件下，不用蔗糖溶液也能观察到细胞质的流动。最好选择细胞中部呈细线条的细胞质来观察，可看到小的颗粒像青蛙的红细胞流过毛细血管那样流动，在10～20 s内从细胞的一端流动到另一端。
植物体
2.叶（放大）
3.雄花
4.雌花
5.种子●备课资料
1.自由水、结合水和代谢水
自由水是指在生物体内或细胞内可以自由流动的水，是良好的溶剂和运输工具。如人和动物血液中含水83％，多为自由水，可把营养物质输送到各个细胞，又把细胞产生的代谢废物运到排泄器官。它的数量制约着细胞的代谢强度。如呼吸速度、光合速度、生长速度等。自由水占总含水量百分比越大则代谢越旺盛。
结合水是指在细胞内与其他物质结合在一起的水。水是极性分子，氧侧带部分负电荷，氢侧带部分正电荷，因此水分子很容易与其他极性分子间形成氢键。如氨基、羧基、羟基等均可与水结合，成为结合水。所有这些水不再能溶解其他物质，较难流动。如心肌含水79％，与血液含水量相差不多，但所含的水均为结合水，故呈坚实的形态。结合水不参与代谢作用，然而植物中结合水的含量与植物抗性大小有密切关系。即使干燥的成熟种子也保持约25％左右的水即结合水，这时原生质呈半凝固的凝胶状态，生理活性降到最低程度，但原生质的基本结构还可以保持并可抵抗干旱和寒冷等不良环境。另外，据对人和动物的研究发现，人和动物的年龄愈大，细胞中的结合水愈少，生病时，结合水也有变化。自由水和结合水的区分不是绝对的，两者在一定条件下可以相互转化。如血液凝固时，自由水就变成了结合水。
代谢水是指糖类、脂肪和蛋白质等有机物在生物体内氧化时产生的水。每100 g糖氧化时可产生55 mL水；每100 g脂肪氧化时可产生107 mL水；而100 g蛋白质可产生41 mL水。普通食谱中每418.4 J热量的食物代谢后产生12 mL水，通常成人每天需进食10 460 J热量的混合性食物，这样每天约产生300 mL代谢水。鸡胚在封闭的蛋壳内发育成小鸡所需的水全是代谢水。
2.阳离子在细胞中的作用
离子种类 在细胞中的作用
Fe2+或Fe3+ 血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的组成成分
Na+ 维持膜电位
K+ 参与蛋白质合成和某些酶促合成
Mg2+ 叶绿素、磷酸酶、Na—K泵
Mn2+ 肽酶
Cu2+ 酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶
Co2+ 肽酶
Mo2+ 硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶
Ca2+ 钙调素、肌动球蛋白、ATP酶
3.水适于作生物体进行生命活动的介质的理化性质
（1）水分子是极性分子，在水分子中氧的一端带有负电，氢的一端带有正电，每个水分子的氧都和它周围的另一些水分子的带正电的氢相吸引而形成氢键。这种氢键很脆弱，并且很快就断开，每一氢键只能保持10－10～10－11s。但断得快形成得也快，总的结果是水分子总是以不稳定的氢键形成一片，水的这一特性使水分子有较强的内聚力和表面张力。由于内聚，水就可以在根、茎、叶的导管中形成连续的水柱，从而可以从根部一直上升到参天大树的树梢。由于有较高的表面张力，所以水蝇等昆虫能在水面上行走。由于水分子的极性，它可以和多种极性分子和极性表面结合，这就是水的附着力，也是细胞内存在结合水的主要原因。
（2）水是一种极性分子使水成为一种良好的溶剂。生命系统中很多分子都是电解质或是极性分子，如小分子的糖类、氨基酸等都能溶于水，水也由此而成为生命系统中各化学反应的原理想介质。没有极性的分子，如脂类分子不溶于水，它们是生物膜的主要成分，由于它们的疏水性，膜才能存在而不被水溶解。
（3）水的比热在自然界中是最高的，为1，即1 g水上升1 ℃需4.184 J热量。而1 g空气上升1 ℃只需1.046 J热量就行了。由于水能在温度升高时吸收较多的热量，这就使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定。水生生物还可以由于水的这一特性而不至于遭到水温急剧变化的冲击。水的蒸发热也高，1 g液态水变为气态水需要2 259.36 J，这一特性对生物的活动也是有利的，我们夏天出汗，汗水蒸发吸热多，有利于维持体温。植物在高温的夏季仍能保持低体温，就是由于水分子大量蒸发之故。提高水温和水的汽化都必须打开氢键，使水分子能自由运动，而打开氢键是需要能量的。
（4）由于水溶液的流动性大，水在生物体内还起到运输物质的作用，将吸收来的营养物质运输到各个组织中去，并将组织中产生的废物运输到排泄器官，排出体外。
（5）水还有一个重要的特点，固态的水（冰）密度比液态的水密度低。水温降低时，分子运动变慢，分子间距离缩小，水密度增大。在水温降至4 ℃时，分子间距离最小，分子运动最慢，各分子间几乎都能和另外4个水分子形成氢键。水温如再下降，各水分子间距离彼此又稍稍离开以保持最大数量的氢键存在。水温降至0 ℃时，水分子互以氢键相连而结冰，但体积略大于等量的液态水，密度也低于液态水而漂浮于水的表层。这一特性对水生生物至关重要。若冰的密度大，沉入水底，上面的水又层层结冰而下沉，水生生物将无存身之处，冰浮在表面，正好成为一层绝缘层，使下面的水保持在冰点以上，水生生物可生活于其中。此外，结冰时散热，冰融化吸热，这一过程有缓冲水温变化的作用，也有利于生物的生存。
（6）水的电离：水的一部分分子可解离成H+和OH－，H2O H+＋OH－。这样写只是为了方便，实际上水并不解离为游离的H+，而是水分子中的一个氢质子脱离它外周的电子而跳跃到另一个水分子上去，结果2个水分子产生一个带正电的H3O+和一个带负电的OH－。H2O＋H2OH3O+＋OH－，纯水在25 ℃时，H+和OH－的浓度是一样的，都为1.0×10－7 mol·L－1。pH是以mol·L－1为单位的氢离子浓度的负对数。所以纯水的pH=7，为中性。生物体内大多数的生物化学反应是在中性的环境中进行的。
本章自我检测详解
一、概念检测
判断题
1.√（组成细胞的化学元素，在无机自然界里都能找到，没有一种化学元素为细胞所特有）
2.×（能够为细胞的生命活动提供能量的能源物质主要有糖类、脂质、蛋白质等，而核酸是细胞内携带遗传信息的物质，不是能源物质）
3.×（细胞中含量最多的物质是水）
4.√（蛋白质在细胞中承担的功能多种多样。结构蛋白是构成细胞和生物体结构的重要物质，蛋白质还有催化作用、运输作用、传递信息、调节机体生命活动、免疫功能等。一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者）
5.×（核酸包括DNA和RNA两种类型。DNA主要存在细胞核内，RNA主要存在细胞质中）
6.×（胆固醇是构成细胞膜的重要成分，参与血脂的运输。胆固醇含量过高才对生物体有害）
选择题
1.A（蔗糖和麦芽糖是植物细胞含有的糖类，乳糖是动物细胞所含有的糖类，而葡萄糖是动植物细胞共有的糖类）
2.B（脱氧核糖核酸（DNA）的基本组成单位是脱氧核苷酸）
3.D（糖类、脂肪都只含有C、H、O三种元素。胰岛素是一种蛋白质，含有C、H、O、N四种化学元素）
4.A（酷暑使在室外作业的人们大量出汗，排出过多的无机盐，导致体内的水盐平衡和酸碱平衡失调，应多喝淡盐水）
画概念图
二、知识迁移
自由水 结合水 自由水
三、技能应用
20种氨基酸在形成肽链时可以有不同的序列,这是肽链形式多样的主要原因。用数学的排列组合方式可以解释,假若一段只有20个氨基酸的肽链,那么由于不同的排列组合可以形成的肽链形式就有2020种之多。更何况肽链中的氨基酸数目远不止20个,通常是成百上千,可以想象形成的肽链形式将会是一个天文数字。
四、思维拓展
在陨石中发现了氨基酸,且非地球所有,这说明宇宙中很可能还存在与地球生物类似的生命形式。因为氨基酸是组成蛋白质的基本单位,而蛋白质又是生命活动的主要承担者。第3章 细胞的基本结构
●章节规划
细胞作为地球上最基本的生命系统，其结构复杂而精巧。有边界，有分工合作的若干组分，有内部的调控机制。各种结构组分配合协调，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。本章用系统的视角，从《细胞膜——系统的边界》《细胞器——系统内的分工合作》和《细胞核——系统的控制中心》等三个层面描述细胞的基本结构。
第1节《细胞膜——系统的边界》，主要介绍细胞膜的成分和细胞膜的主要功能两方面的内容。细胞膜是如何提取，其成分是如何分析出来的呢？教材安排了“体验制备细胞膜的方法”的实验。这个实验的目的，不仅是让学生亲自动手，练习制备细胞膜，更重要的是让学生体验实验材料的正确选择对于科学研究的重要性，以及制备细胞膜的方法中所蕴涵的科学原理。关于细胞膜的组成成分，学生只需知道“细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。此外，还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%～10%”就可以了。
细胞膜作为细胞系统的边界，其功能是多种多样的。教材用学生能够理解的语言，采用类比、打比方等手法，深入浅出地介绍了“将细胞与外界环境分隔开”“控制物质进出细胞”“进行细胞间的信息交流”等几种主要功能。至于其他功能，则以开放的处理方式，鼓励有兴趣的学生自己去探究。
植物细胞在细胞膜的外面还有一层细胞壁。在介绍了细胞膜之后，还提到了细胞壁的化学组成和生理功能。
第2节《细胞器——系统内的分工合作》，主要讲述细胞质基质和细胞器、细胞器之间的协调配合以及生物膜系统三方面的内容。把细胞器作为系统的组分，既谈它们的分工，也讲到它们之间的合作。细胞内部就像一个繁忙的工厂，在细胞质中有许多忙碌不停的“车间”，这些“车间”就是细胞器，如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体等。在了解细胞器是怎样既有分工，又密切合作之前，即了解细胞器的结构和功能之前，学生也许会有这样的疑惑：科学家是怎样把各种细胞器分离开，分别研究它们的功能的呢？为了解决学生的疑惑，同时进行科学方法的教育，教科书安排了“分离各种细胞器的方法”的介绍。细胞质里，多种细胞器悬浮在细胞质基质当中。细胞质基质呈胶质状态,含有多种无机化合物和有机化合物,是活细胞进行新陈代谢的主要场所。
线粒体和叶绿体是两种非常重要的细胞器，教材安排的《用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体》的实验，目的是让学生了解叶绿体和线粒体的形态和分布，增加对叶绿体和线粒体的感性认识，学习在光学显微镜下观察叶绿体和线粒体的方法。
学习了各种细胞器的结构和功能之后，“细胞器之间的协调配合”以分泌蛋白的合成和运输为例，通过让学生分析分泌蛋白合成并分泌到细胞外的过程，体会细胞器之间的分工和协调配合。参与这一过程的细胞器大都具有膜，这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统，由此引出下一个学习内容“细胞的生物膜系统”。
本节之后安排了“科学家的故事——细胞世界探微三例”。这个阅读资料可以让学生体会到：科学研究离不开探索精神、理性思维和技术手段的结合，受到情感态度价值观方面的启迪。
第3节《细胞核——系统的控制中心》，通过创设有利于学生开展探究性学习的情境，让学生对细胞核的重要性，以及结构与功能相适应的观点有深刻的领会。“细胞核的功能”从“资料分析”开始，给学生提供一系列的科学实验事实，让学生分析细胞核的功能。黑白美西螈的核移植实验、蝾螈受精卵的横缢实验、变形虫的切割实验、伞藻的嫁接实验和核移植实验，科学家分别用不同物种的细胞作实验材料，从几个方面有力地证明，细胞核是细胞代谢和遗传的“控制中心”。
细胞核能够控制细胞的代谢和遗传，是与细胞核的结构分不开的。关于细胞核的结构，简要介绍核膜、核仁和染色质的知识。最重要的结构是染色质。教材重点阐述了DNA、染色质、染色体的关系。正是由于DNA上储存着遗传信息，细胞核才能成为细胞代谢和遗传的控制中心。
在学习了细胞的结构和功能之后，安排学生在课后进行“模型建构——尝试制作真核细胞的三维结构模型”。为学生提供了适当的方法指导和评价模型的参考指标，如科学性、艺术性、成本低廉等。
本章的重难点：
1.重点：（1）细胞膜的制备和成分。
（2）细胞器的结构和功能。
（3）细胞核的结构和功能。
2.难点：（1）细胞膜的功能。
（2）细胞器之间的分工和协调配合。
（3）细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。
本章的知识结构：
本章的教学价值：
1.知识目标：（1）了解细胞膜的成分，理解细胞膜的结构特点和功能特点之间的关系。
（2）了解各种细胞器的分布、形态结构和功能特点。
（3）简述细胞膜系统的结构和功能。
（4）阐明细胞核的结构与功能。理解染色质和染色体的相互转变。
2.能力目标：（1）熟练使用显微镜,进一步提高实验技能。
（2）使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。
（3）尝试制作真核细胞的三维结构模型。
（4）训练学生利用资料分析判断问题，进行研究性学习的能力。
3.情感目标：（1）体验制备细胞膜的方法。
（2）体会生命的精致完美，教育学生崇尚生命、热爱科学。
本章可安排5课时。具体是：第1节《细胞膜——系统的边界》，1课时；第2节《细胞器——系统内的分工合作》，2课时；第3节《细胞核——系统的控制中心》，2课时。
课文由组成细胞的分子引入，体会构成细胞的各种元素和化合物是生命活动的物质基础。蛋白质、核酸、糖类、脂质……这些生物分子固然重要，但是光有分子还不能表现出生命活动。只有当这些分子有机地组合在一起，形成细胞的各种结构，细胞才成为基本的生命系统。以自行车的拆装为例，用类比的手法揭示细胞作为系统的基本特征：系统不是其组分的简单堆砌，而是通过组分间结构和功能的密切联系形成的统一整体。进而激发学生对细胞结构和功能进行探索的兴趣。
开篇首先要明确说明，研究对象以真核细胞为主。作为系统，细胞有边界，有分工合作的若干组分，有信息中心对其代谢和遗传进行调控。教学中尽量为学生提供各种素材，积极调动学生参与分析讨论；为学生创造实验条件，亲身参与探究过程，培养基本的生物学研究能力，提高科学素质。
细胞的基本结构中，细胞膜的组成和功能是比较重要的知识能力培养点。要多花费一些精力和时间，让学生体会细胞膜的制备以及领会科学研究的方法。膜的结构和物质跨膜运输的功能在第4章《细胞的物质输入和输出》将有详细介绍，因此在这节只是简单带过。细胞器部分重点学习叶绿体和线粒体的结构，由于第5章《细胞的能量供应和利用》学习细胞呼吸和光合作用的有关内容的时候，还会进一步认识线粒体和叶绿体的结构和功能，因此功能方面不用涉及得太深。细胞核部分重点讲清细胞核的结构；讲清染色体和染色质的关系。其他内容将在细胞分裂以及遗传和变异部分再作深入探究分析。
教学资源充分利用实验、多媒体以及图片资料等组织教学。
第1节 细胞膜——系统的边界
●从容说课
本节通过前言部分的教学，把组成细胞的分子与细胞结构建立起联系。组成细胞的分子不能单独发挥生命功能，只有在细胞中以一定的方式有机地构建起来，才能表现生命。然后由外而内分析细胞各部分结构特点与其功能的适应性。本节中细胞膜的教学，通过制备细胞膜的实验和一些资料，介绍了两方面的内容：（1）细胞膜的主要成分。（2）细胞膜的功能。通过本节的教学，使学生对第1章中有关组成细胞的元素和化合物的功能的认识具体化、结构化，使学生对细胞的结构和功能的认识物质化（达到分子水平）。
本节实验是一个体验性的“制备实验”，要让学生从实验中体会科学研究的思路和方法，培养基本的生物学研究能力，提高科学素质。例如根据实验目的，如何选择合适的实验材料，用什么方法可以得到实验材料，以及如何纯化等等。考虑实验操作的具体细节，在操作过程中，细观察，勤思考。考虑如何克服实验中遇到的困难，改善实验，以达到最佳效果。
●三维目标
1.知识与技能
（1）简述细胞膜的成分和功能。
（2）临时装片的制作和显微镜的熟练操作。
2.过程与方法
（1）体验制备细胞膜的方法，学会调整视野与选择观察范围。
（2）通过设计和分析实验，培养学生的科学探究能力。
3.情感态度与价值观
（1）参与问题探讨与实验结果分析。
（2）通过对细胞结构和功能的学习让学生体会生命的精致完美，教育学生崇尚生命、热爱科学。
●教学重点
1.细胞膜的成分和功能。
2.实验技能的巩固提高。
●教学难点
1.制备细胞膜时，观察到红细胞的变化。
2.形象地理解细胞膜的功能，体会细胞膜作为细胞这个生命系统的边界的重要意义。
●教具准备
1.红细胞稀释液与相关实验用具。
2.显微投影。
3.演示文稿与图片。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
课前老师准备好人或哺乳动物（猪、兔等）的新鲜的红细胞稀释液（血液加适量的生理盐水），以及相关的实验用具。
［情境创设］
翟中和院士说：“我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！”，你们认为他这话说得对吗？（学生思考，有的认为有道理，有的觉得很难判断）现代电脑的精密已经令人不可思议了，小小的一个细胞，怎么可能比电脑还精巧呢？大家别忘了，电脑再精密，也是人造出来的，而人类尽管已经分析出细胞的成分以及结构，却至今造不出细胞。为什么呢？别小看了小小的细胞，因为细胞不是简单的物质的堆砌，组成细胞的分子只有在细胞中以一定的方式有机地构建起来，才能表现生命。这就是细胞的精巧所在。下面，就让我们来看看细胞的基本结构吧。
出示几张光学显微镜下的细胞图片（图3－1－1），包括植物细胞和动物细胞、染色的和未染色的细胞。
植物细胞 经过染色的动物细胞 未经染色的动物细胞
图3－1－1
［师生互动］
1.问题探讨
从学生使用高倍显微镜观察几种细胞的经验引入问题探讨。
教师：懂得区分显微镜视野中的水泡、气泡和细胞吗？（学生思考讨论回答）
参考答案：水泡有一圈很粗的黑边，气泡是光亮的，水泡和气泡里面只有空气，而细胞可以观察到有具体的结构和内容物，如植物细胞的细胞壁，动植物细胞的细胞质、细胞核等。细胞是立体的，在显微镜下，通过调节焦距可以看到它的不同层面。
教师：光学显微镜下能不能看见细胞膜？（学生思考讨论回答）
参考答案：正常的植物细胞细胞膜紧贴着细胞壁，完全观察不到；动物细胞染色后很容易看出细胞与细胞之间，细胞与外界环境之间有明显的界限，未染色的动物细胞观察效果不明显，但仍然可以分辨它们的界限，这个界限我们判断就是细胞膜。
教师：如何确定细胞膜的存在？（学生思考讨论回答）
参考答案：鸡蛋的卵黄部分就是一个细胞，轻轻碰触完整的卵黄表面，可以感受到它有弹性，用尖锐的物体挑破它，黄色的浆液就流散出来。也就是说，那层包裹着黄色浆液的透明薄膜就是细胞膜了。
活细胞是具有生命活动的，每个活细胞都可以看作是一个独立的生命王国。在我们深入探寻这个生命王国的运行秘密之前，首先要跨越它的边界——细胞膜。
教师：这层神秘的屏障是由什么物质组成的？
要分析细胞膜的化学成分，首先要把这层屏障从细胞上剥落下来单独地进行研究。
教师：绝大多数的细胞个体都非常的小，如何才能使细胞膜和细胞的其他部分分离呢？
2.学生实验
下面我们通过一个实验来体验制备细胞膜的方法。
实验选材
教师：动植物细胞都有细胞膜，细胞内的细胞核以及叶绿体、线粒体等等这些细胞器也有膜结构，我们选择什么样的材料进行实验才会使细胞膜制备起来更容易，而又不会跟其他的膜混在一起呢？
哺乳动物成熟的红细胞是一种很好的材料，因为它没有细胞核和叶绿体等众多的细胞器，也没有细胞壁。因此我们可以选择人血、兔血或者猪血等容易取得的材料来进行实验。如果能够使红细胞的细胞膜破裂，里面的物质都流出来，剩下的空壳不就是细胞膜了吗？
教师：那么，用什么方法可以使红细胞的细胞膜破裂呢？
实验原理：
细胞吸水和失水的原理（图3－1－2）。
形态正常的人的红细胞 红细胞吸水膨胀 涨破的红细胞
图3－1－2
把红细胞放在蒸馏水当中，由于细胞内外浓度差的关系，水分就会不断进入细胞，细胞吸水开始膨胀，如同给气球吹气一样慢慢地鼓起来，太多的水分进入细胞，最后会将细胞膜撑破，使里面的物质流出来。
材料用具
兔（或人、猪）的新鲜的红细胞稀释液（血液加适量的生理盐水）、蒸馏水、滴管、吸水纸、载玻片、盖玻片、镊子、显微镜。
方法步骤
1.制作临时装片。
2.显微镜下观察。
3.滴加蒸馏水并吸引。
4.观察细胞变化。
操作要求
1.装片制作较好。
2.显微镜操作熟练。
3.蒸馏水的滴加不弄污镜头，吸引不吸走细胞。
4.寻找最先进水部分的细胞观察。
小结：教师选取学生实验效果明显的装片，通过显微投影投示出来，大家观看，交流成功制备的经验，寻找实验失败的原因。
讨论：如果不是在装片而是在试管进行实验，细胞破裂后，流出的内容物和细胞膜都混杂在蒸馏水中，还要用什么方法才能获得比较纯的细胞膜？
［教师精讲］
1.细胞膜的成分
科学家们通过电子显微镜观察细胞膜，并对细胞膜和细胞中其他各种膜进行微量化学成分分析,发现膜主要含有脂质和蛋白质两大类物质。蛋白质约占膜干重的40%,脂质约占50%（图3－1－3），其中脂质以磷脂为主。此外,细胞膜还含有约10%的碳水化合物,但是碳水化合物都是和膜蛋白质或脂质结合成糖蛋白或糖脂,分布在细胞膜的外表面（图3－1－4）。
图3－1－3 图3－1－4
各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关,机能活动较旺盛的膜,其蛋白质含量较高,因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担。下面我们来看看细胞膜有什么功能。
2.细胞膜的功能
细胞膜与细胞的物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等功能密切相关。细胞膜的主要功能包括以下三个方面：
（1）将细胞与外界环境分隔开。细胞膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。
（2）控制物质进出细胞（图3－1－5）。细胞膜最重要的特性之一是半透性或选择透过性，即有选择地允许物质通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，从而保证细胞正常代谢的进行。
图3－1－5 图3－1－6
（3）进行细胞间的信息交流（图3－1－6）。大多细胞膜上存在激素的受体、抗原结合点以及其他有关细胞识别的位点，所以细胞膜在激素作用、免疫反应和细胞通讯等过程中起着重要作用。①受体：通过电子显微镜观察可看到细胞膜上存在着受体。受体是一种能够识别和选择性结合某种配基的大分子，与配基结合后，产生物理的或化学的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应，如神经细胞传递兴奋等。许多免疫反应均是在细胞膜上进行的。细胞膜上存在着细胞识别部位，这些识别部位均和细胞膜上的受体有关。②细胞识别：细胞膜能提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递。细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识，对自身和异己物质的鉴别。无论是单细胞生物，还是高等动植物，许多重要的生命活动都和细胞间的识别能力密切相关。例如，单细胞生物有性生殖过程中的细胞结合，开花植物的雌蕊能否接受花粉进行受精，都要靠细胞识别能力。高等动物和人类的免疫功能更要依靠细胞的识别能力，如当细菌侵入体内时，就会被白细胞吞噬，但白细胞从不吞噬循环血液中的正常细胞。现已知道，细胞识别的部位是在细胞膜上，细胞相互识别的分子基础是细胞膜上的糖蛋白。③介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接。例如高等植物细胞之间的胞间连丝（图3－1－7），使相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
图3－1－7
细胞膜的这些功能，与它的结构密切相关。在第4章我们将会深入地体会到细胞膜的功能与结构相适应的关系。
3.细胞壁
在植物细胞膜外还有由细胞分泌的纤维素、果胶等物质构成的细胞壁。对细胞具有机械支持和保护的作用，同时还能防止细胞吸涨而破裂，保持细胞正常形态。
举例：用纤维素酶除掉细胞壁的植物细胞不再保持原来的形态。将这样的细胞放置在清水中时，它会像红细胞一样吸水破裂。
［评价反馈］
1.实验过程性评价
实验名称 体验制备细胞膜的方法 姓名
评价项目 自评 小组互评 老师评价
1.能制作出观察效果良好的临时装片
2.能熟练正确操作显微镜
3.能适当处理问题和改善操作方法
4.及时记录观察结果
说明：评价采用“A、B、C、D”四个等级
2.精选练习
（1）将红细胞放在质量分数为9%的食盐溶液中制成装片后，用显微镜观察，可以发现红细胞的状态变化是
A.不能判定 B.正常状态 C.细胞膜破裂 D.细胞皱缩
（2）实验中先用显微镜的10倍物镜观察细胞，然后转换40倍的物镜继续观察，其结果是
A.视野变亮，看到的细胞数目变多 B.视野变亮，看到的细胞数目变少
C.视野变暗，看到的细胞数目变多 D.视野变暗，看到的细胞数目变少
（3）在视野右上方发现一细胞，要将其移至视野正中，应将装片向什么方向移动
A.左上方 B.左下方 C.右上方 D.右下方
（4）1985年Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有___________。后来，科学家还发现细胞膜除了会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解，这说明组成细胞膜的物质中还有___________。
（5）你能解释细胞为什么这么小吗？（直径小于0.1毫米）
参考答案：
（1）D （2）D （3）C （4）磷脂（脂质） 蛋白质 （5）体积越小，相对膜面积越大，越有利于新陈代谢。
［课堂小结］
无论植物细胞还是动物细胞，其原生质的最外层都是细胞膜。提取细胞膜通过电子显微镜观察并进行化学成分分析得知，细胞膜主要由蛋白质分子和磷脂分子构成。细胞膜的生理功能主要包括保护作用、信息传递作用以及进行细胞内外的物质交换等。
［布置作业］
课本P43一、基础题，二、拓展题。学习册P36～P37（一）基础达标，（二）拓展创新。
［课后拓展］
体现活细胞的细胞膜功能的实验
用新鲜的花生（玉米或小麦等种子也可以）若干粒，晒干的种子先浸水吸涨（干的玉米或小麦种子等30～35 ℃时约浸5小时，20 ℃时浸15小时），然后用小刀将每粒花生（或玉米）沿中线切成两半，分成两组。其中一组放入烧杯加清水煮沸10分钟，另一组放入烧杯加清水室温放置10分钟。然后将两组种子分别放入两个培养皿中，都倒入稀释的红墨水中（1份红墨水加10份清水），浸没5分钟后取出，洗去浮色，观察染色情况：煮过的那一组种子的胚全染上了红色，而没煮过的那一组种子的胚，仅表层带有浅浅的红色。可见，活细胞的细胞膜有选择透过性的特点，所以不吸收红墨水；当煮沸杀死后便失去这一特性，红墨水进入细胞把胚染成红色。这说明活细胞的细胞膜有控制物质进出的功能。
●板书设计
第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜——系统的边界
一、制备细胞膜
为什么要用哺乳动物红细胞作材料研究膜的组成
二、细胞膜的成分
脂质（约50%）、蛋白质（约40%）、糖类（约2%～10%）。
三、细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
四、细胞壁
化学成分：纤维素和果胶
功能：支持和保护
细胞壁是全通透的
●习题详解
一、练习（课本P43）
（一）基础题
1.C 2.A 3.C
（二）拓展题
1.把细胞膜与窗纱进行类比，有一定的合理性，因为两者都具有相同的特点：容许一些物质出入而阻挡另外一些物质的出入。但两者进行类比，又有不妥之处。物质是否透过细胞膜主要取决于膜的特点和细胞的需要，细胞对物质的透过有主动选择的作用。而物质是否透过窗纱取决于物质颗粒的大小，窗纱只是被动地在起作用。两者控制物质进出的作用在本质上是不同的。
2.细胞活力的测定有许多方法，最简便最常用的方法是台盼蓝染色法。台盼蓝又称锥蓝，是一种阴离子型染料，这种染料不能透过活细胞正常完整的细胞膜，因为活细胞的细胞膜能够控制物质的进出，细胞不需要的或者对细胞有害的物质不容易进入细胞，所以活细胞不着色。但当细胞死亡后，细胞膜就失去了这种控制作用，染料就可以通过细胞膜进入细胞，细胞被染成蓝色。染色排除法可以根据细胞染色与否鉴别细胞的活力。
二、问题探讨（课本P40）
1.气泡是光亮的，里面只有空气，而细胞可以观察到有具体的结构和内容物，如植物细胞的细胞壁，动植物细胞的细胞质、细胞核等。细胞是立体的，在显微镜下，通过调节焦距可以看到它的不同层面。光学显微镜下不能直接看见细胞膜，动物细胞可以从细胞内与细胞外的界限分辨出细胞膜的位置，而正常植物细胞的细胞膜紧贴着细胞壁更难观察，只有在细胞失水，发生质壁分离的情况下可以感受到细胞膜的存在。
2.科学家的研究发现，不同的物质进出细胞的速度和难易程度不同，说明细胞有一道屏障对进出细胞的物质有选择和控制作用。我们也可以确定细胞膜的存在：鸡蛋的卵黄部分是一个细胞，轻轻碰触完整的卵黄表面，可以感受到它有弹性，用尖锐的物体挑破它，黄色的浆液就流散出来。也就是说，那层包裹着黄色浆液的透明薄膜就是细胞膜了。
三、本节聚焦（课本P40）
1.细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，脂质约占细胞膜总量的50%，蛋白质约占40%。
2.把哺乳动物的红细胞放置在低渗溶液（清水）中，使细胞吸水涨破，里面的物质流出来，从而获得细胞膜。
3.细胞膜的主要功能有：将细胞与外界环境分隔开，控制物质进出细胞，进行细胞间的信息交流等。
四、实验（课本P41）
如果实验在试管中进行，细胞破裂后，细胞膜以及细胞中的其他物质混在一起组成匀浆，可以将匀浆放入离心管中，用高速离心机在一定的转速下进行离心，利用离心速度所产生的离心力，将细胞膜与其他物质分离开，这种方法可以获得较纯的细胞膜。第3节 细胞核——系统的控制中心
●从容说课
本节内容，课程标准的要求是“阐明细胞核的结构和功能”。为了帮助学生实现这一学习目标，本节创设了利于学生思考分析、动脑动手尝试制作的自主学习的情境。让学生对细胞核的重要功能，对细胞核的结构以及两者相适应的关系有较深刻的领悟。
本节的“问题探讨”从学生的认知实际、求知心理出发提出问题，从而激发了学生的求知欲望。“细胞核在细胞的生命活动中，起什么作用呢？”课文不是用结论性文字来直接回答这一问题。而是通过“资料分析”栏目，用不同方式的科学实验，从不同侧面来展示细胞核功能的科学实验的事实：黑白美西螈的核移植实验，蝾螈受精卵的横缢实验，变形虫的切割实验，伞藻的嫁接实验和核移植实验。让学生从这些实验事实中去分析思考和领悟，沉清心理的模糊，解开脑中的疑惑，使这一强烈的求知欲望变成现实，从而得到对这一问题求知的满足。学生不光获得了“细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心”这一认知，突破了难点，而且身心健康也得到了发展。两全其美，真是妙极了！
“细胞核为什么能成为细胞的遗传代谢的控制中心？”这是与细胞的结构分不开的。从而引出生物学的一个最基本的观点，生物体的结构与功能是相适应的。细胞核有哪些特点与其功能相适应呢？课本先展示了细胞核结构模式图（课本P53图3－10），接着在课文的文字描述中描述了细胞核重要结构部分：染色质。重点描述了DNA与染色体的关系，染色质与染色体的关系。因DNA中储存了大量的遗传信息，其主要载体染色体在细胞核中。因此，课文最后点出：对细胞核功能较为全面的描述应该是：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。
在学生学习了细胞核的结构和功能之后，本节安排了能发挥学生潜能的动脑动手的实验制作：“模型构建——尝试制作真核细胞的三维结构模型”。这是课程标准的要求。
以上是本节内容的总体构思。课文以一定的逻辑思路、层层推进，最后水到渠成。使学生在自主研习过程中实现本节内容确定的三个学习目标。
根据本节知识内容，可安排两个课时进行教学。
●三维目标
1.知识与技能
（1）阐明细胞核的结构和功能。
（2）尝试制作真核细胞的三维结构模型。
（3）学会进行实验数据分析。
2.过程与方法
（1）通过自主互动的过程式教学，领悟细胞核的功能、细胞核的结构以及功能与结构相适应的关系。
（2）分小组尝试制作真核细胞的三维结构模型，展开组间评价竞争机制，既发挥每个学生的潜能，又使学生学习和体会合作的愉悦。
3.情感态度与价值观
（1）认同细胞核是细胞生命系统的控制中心。
（2）在合作与交流中分享解决问题后的愉悦。
●教学重点
1.细胞核的结构和功能。
2.制作真核细胞的三维结构模型。
●教学难点
1.领悟细胞核是遗传信息库。
2.理解细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。
●教具准备
1.制作真核细胞三维结构模型的器具和材料。
2.制作细胞核结构动画。
●课时安排
2课时
第一课时 细胞核的结构和功能
●教学过程
［课前准备］
1.制作“资料分析”的动画课件。
（1）黑白美西螈的核移植实验。
（2）蝾螈受精卵的横缢实验。
（3）变形虫的切割实验。
（4）伞藻的嫁接实验和核移植实验。
2.学生自主学习课前预习提纲。
（1）通读课文。
（2）思考“问题探讨”中的4个问题。
（3）思考“资料分析”中的5个问题。
（4）细胞核在细胞的生命活动中起什么作用？
（5）细胞核为什么能成为细胞的“控制中心”？
［情境创设］
1.屏幕显示细胞结构动画，凸现细胞核部分的结构。暗示学生，引起他们对细胞核的注意。今天，我们来学习：细胞核——系统的控制中心（屏幕显示这节课内容的课题，教师引导点题）
2.引入“问题探讨”（屏幕“问题探讨”中的几个问题，激发学生对细胞核每一知识内容的探讨欲望）
（1）细胞核在细胞中起着什么作用？发挥自己的想象力，把细胞核比喻成什么才既形象又贴切？
（2）没有细胞核的细胞还能存活吗？
（3）没有细胞核的细胞还能合成蛋白质吗？
（4）没有细胞核的细胞还能生长和分裂吗？
［师生互动］
1.学生议论以上问题，似懂非懂，产生了一些疑惑，激起了强烈的求知欲望。
此时，教师概述了细胞核的数目、形状、大小和在细胞中的位置等知识要点后，顺理成章地提出：细胞核在生命活动中起什么作用呢？
2.屏幕演示制作的“资料分析”细胞核具有什么功能的动画。
（1）黑白美西螈的核移植实验动画。
问题：这个实验说明美西螈皮肤的颜色是由细胞核还是由细胞质控制的？生物体性状的遗传主要是由细胞核还是由细胞质控制的？为什么？
（2）蝾螈受精卵的横缢实验的动画。
问题：从这个实验可以看出细胞核与细胞的分裂、分化有什么关系？
（3）变形虫的切割实验的动画。
问题：以这个实验可以得出什么结论？
（4）伞藻的嫁接实验和核移植实验动画。
问题：这个实验说明生物体形态结构的建成与细胞核有关还是与细胞质有关？
（5）你认为细胞核具有什么功能？
3.在老师的组织引导下，学生分组进行讨论。（学生每四人分为一个小组，按原班级里的大组依此顺序每个小组重点讨论一个问题，并推举一人交流讨论情况）
课堂集中交流。每个问题两小组交流。其他同学给在大会交流的同学作堂上评价、打分。教师组织引导，掌握交流的情况。
4.最后由两位同学作综合发言，回答：
（1）以上四个实验各从哪个侧面阐述细胞核的功能？
（2）四个实验总地说明了什么？
5.同学们在小组讨论中都争相发言。从大会交流和综合发言的同学的发言看，大家都对细胞核的功能领悟较深，都能利用资料，透过现象看本质。同学们想想，细胞核为什么能成为细胞代谢和遗传的控制中心？
这一个承上启下的问句，把学生从是什么的思维中转入了为什么的思维方向了。
6.要弄清为什么的问题，我们先要看细胞核的结构。出示细胞核结构图。
问：细胞核由哪几个部分构成？（看图回答）
生：细胞核主要由核膜、核仁和染色质组成。
问：核膜与细胞膜有何不同？（联系了前面学过的知识进行比较学习）
生：主要不同：①核膜是双层单位膜，而细胞膜是单层的；②核膜上有核孔而细胞膜没有孔。
师：你回答得很不错。一是观察能力和比较分析能力强，二是知识再现能力。
7.大家看书：细胞核结构的内容。看能提出几个问题，对这些问题是怎样理解的。看完后同桌两个可进行讨论。
问：从课文的段落看，你认为课文描述了几个问题？
生：依课文看，我认为描述了三个问题。
问：第一个问题是什么？
生：第一个问题描述的是染色质。这里面包含了三个小问题。一是染色质的主要成分：它是由DNA和蛋白质组成的；二是染色质的特性：容易被碱性染料染成深色；三是染色质与染色体的关系。两者是同一物质在细胞的不同时期不同的形态特征。
问：第二个问题是什么？
生：第二个问题描述的是DNA。DNA上储存着遗传信息，遗传信息能从亲代细胞传给子代细胞，从而保证性状的遗传。
问：第三个问题是什么呢？
生：第三个问题描述的是遗传信息的作用。
问：在细胞的结构中，课文为什么只描述了染色质这个结构？大家现在清楚了吗？
生：明白了。细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，其功能与染色质相关。
问：现在大家能回答（理解）细胞核为什么能成为细胞的“控制中心”吗？
生：能。因为细胞核中有染色质，染色质的组成中有DNA，DNA主要在细胞核的染色质中，DNA储存有遗传信息。所以……
问：以此看，细胞核的结构与功能的关系如何？
生：相适应。老师过去给我们讲过，生物体的结构和功能有相适应的关系。这是生物学习的一个最基本的观点之一。
问：大家认为这位同学回答得怎样？
生：好！真的妙极了！
问：细胞核有何功能？
生：细胞核的功能，完整地表述应该是：
（1）遗传信息库。
（2）细胞代谢和遗传的控制中心。
［教师精讲］
前面，我们已经学习了细胞核的结构和功能。我们应该怎样理解细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心？我相信，对这个问题大家有了一定的理解。为了加深对这个问题的认知，我再谈谈对这个问题的领悟。对“细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心”的理解，我们可以从以下两个方面去分析领会。
第一个方面，一些科学实验的事实已说明了细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。事实是最好的说明。
1.黑白美西螈的核移植实验和伞藻的嫁接实验与核移植实验共同说明了生物的性状遗传，生物体的形态构造的建成都是由细胞核控制的。因此，细胞核是细胞遗传的控制中心。
2.蝾螈受精卵的横缢实验，说明细胞的分裂和分化离不开细胞核，细胞核是与细胞代谢密切相关的。而变形虫的切割实验说明，细胞核和细胞质是相互依存、不可分割的。
这两个实验，从总体看是与细胞代谢相关的实验。实验结果说明细胞核是代谢的控制中心。
第二个方面，从细胞结构角度看,这是紧扣前面列举的事例,回答“为什么”的问题。细胞核为什么能成为细胞的代谢和遗传的控制中心呢？这无疑要从细胞核结构上去寻求答案。细胞核的结构中，染色质与这一问题直接相关。因为染色质上有DNA，也即DNA的主要载体是染色质。DNA储存着遗传信息，遗传信息控制细胞代谢和遗传。可见细胞核的结构与其功能是相适应的。这也是我们在学习生物过程中应掌握和运用的一个基本观点。
总地来看，课本列举了一些科学实验事实回答了细胞核的功能是什么的问题，而细胞核的结构——染色质则回答了细胞核为什么有这种功能的问题。这是我们分析和理解这个问题的总思路，总的逻辑思维过程。掌握了这个正确的逻辑思维方法，教与学上的这个难点就会迎刃而解了。同学们，你们认为呢？
［评价反馈］
A.学生小结本次课学习的内容。绘出课堂研习知识结构图。
要求每个学生都做。老师在课堂上巡视学生的完成情况。以检查学生对本次课学习内容的回顾和小结，以了解学习的掌握程度。
B.或者用以下检测题进行评价反馈。
1.选择题
（1）细胞核中容易被碱性染料染成深色的结构是
A.核仁 B.核膜
C.染色质 D.核仁和染色质
（2）下列关于染色质和染色体的叙述中，正确的是
A.同种物质在同一时期的两种形态
B.不同物质在同一时期的两种形态
C.不同物质在细胞不同时期的两种形态
D.同种物质在不同时期的两种形态
（3）下列结构中，既具双膜又含有DNA，同时是遗传的控制中心的是
A.线粒体 B.细胞核
C.叶绿体 D.核糖体
（4）DNA是控制遗传性状的遗传物质，在水稻的细胞中它分布在
A.细胞核、内质网
B.细胞核、核糖体
C.细胞核、细胞质基质
D.细胞核、线粒体、叶绿体
（5）绿色植物细胞的细胞核中，不包括下列哪种结构
A.染色质 B.核膜
C.叶绿体 D.核仁
2.问答题：人成熟的红细胞还能生长和分裂吗？为什么？
参考答案：
1.（1）C （2）D （3）B （4）D （5）C
2.不能。因为成熟的红细胞没有细胞核。而细胞核是细胞代谢的控制中心。所以红细胞不能生长和分裂。
［课堂小结］
本次课堂研习的知识结构：
［布置作业］
课本P56练习
技能训练：解释数据（P56）
［课后拓展］
1.用图解或文字描述形式，说明多利羊是怎样诞生的？从生物生殖角度看，多利的诞生属于哪种生殖方式？从遗传和细胞生物学角度看，多利的诞生说明了什么？
2.人的成熟的红细胞还能分裂、生长吗？为什么？
3.通过互联网、图书馆、新华书店等多种途径查找资料，以“真核细胞和原核细胞比较问题”写一篇研究性学习的小论文。
●板书设计
第3节 细胞核——系统的控制中心
第一课时 细胞核的结构和功能
板书设计图解的几点说明：
1.细胞核——系统的控制中心的板书设计图解，设计了“四个点”。即细胞核功能和结构的知识要点是本节教学的重点和难点。
2.图解直观表示了细胞核的功能和结构，以及两者的关系。在两者关系中特别表示了染色质与细胞核功能的直接关系。染色质是DNA的主要载体，DNA中储存着遗传信息。因此细胞核是遗传信息库，细胞核中的遗传信息控制着细胞代谢和遗传。
3.图解直观示意了教学的重点和难点以及两者的关系。一般地说，教学的难点也是教学重点中的重要要点。
4.图解直观显示了突破难点的途径和方法。难点（功能）与染色质的关系，两者是一个因果关系。在这里，也就是结构和功能的关系。知道问题的因果，这个难点就会迎刃而解了。
5.图解还直观示意了细胞核结构各部分的关系。即各自功能各异，相互协调，使细胞核构成一个整体。
●习题详解
一、课本练习（P56）
（一）基础题
1.（1）√（此题主要考查细胞核核孔的功能。核孔是实现核质物质交换和信息交流的通道）
（2）×（此题主要考查物理模型的概念。洋葱鳞片叶表皮细胞的显微照片不是物理模型）
2.C（此题考查细胞核各部分结构的功能。与行使遗传有关的核结构是染色质。因染色质的成分中含量相对稳定的成分是DNA，而DNA是遗传物质）
3.C（该题主要考查细胞核的功能。细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。其功能与细胞核在细胞中的位置无关）
（二）拓展题
细胞核是遗传信息库。遗传信息通过传递、表达而控制蛋白质合成，从而表现生物的性状。同时遗传信息（DNA）主要分布在细胞核中。因此，丙生出的小牛与从体细胞中取出细胞核的母牛甲最相似。而与丙牛无关。
二、问题探讨（课本P52）
1.细胞核在细胞生命活动中起着控制作用。如：DNA主要分布在细胞核中，DNA可控制蛋白质合成，而蛋白质是生命的表现者。因此，把细胞核比喻成各种会战的指挥部。
2.不能。去掉细胞核的细胞，当其将细胞质中的物质消耗完后，就会死亡。
3.不能。没有细胞核，就没有遗传信息的转录而形成信使RNA，没有mRNA，就不会有蛋白质的合成。
4.不能。细胞生长需要蛋白质和多种物质作为基础，而细胞分裂必然有DNA的复制和有关蛋白质的合成。没有细胞核，这些生命活动就不能进行。因此，没有细胞核，细胞不能生长和分裂。
三、资料分析（课本P52）
1.美西螈皮肤的颜色是由细胞核控制的，DNA主要分布在细胞核中，是遗传物质，DNA是基因的载体，有许多基因，基因控制蛋白质合成，从而控制生物性状。
2.没有细胞核，细胞就不能分裂分化。
3.细胞核是生命活动的控制中心。
4.生物体形态结构的建成主要与细胞核有关。
5.细胞核具有控制细胞代谢和遗传的功能。
四、旁栏思考题（课本P54）
在正常情况下，同一个生物体内所有细胞的“蓝图”都是一样的。生物体内细胞形态、结构和功能的多种多样，是细胞分化的结果。
五、技能训练（课本P56）
1.技能训练中所列的数据，是一位生物科学家一次对比实验的结果。
实验中，细胞无核部分随着培养天数的增加而死亡的个数增加，结果到第四天就没有存活的了。这是因为，没有细胞核，细胞无法进行生命活动；而在核部分，虽然实验时间比无核部分实验的时间长，但存活下来的是大多数。这说明细胞核是细胞生命活动不可缺少的部分。
2.有细胞核部分出现死亡现象的原因可能是：（1）实验过程中对细胞进行处理时，已对细胞造成了伤害，导致部分细胞死亡；（2）细胞的正常凋亡。●备课资料
1.协助扩散
有很多物质虽然不溶于脂质，或溶解度甚小，但它们也能由膜的高浓度一侧向低浓度一侧较容易地移动。这种有悖于单纯扩散基本原则的物质转运，是在膜结构中一些特殊蛋白质分子的“协助”下完成的，因而被称为协助扩散。例如，糖不溶于脂质，但细胞外液中的葡萄糖可以不断地进入一般细胞，适应代谢的需要；Na+、K+、Ca2+等离子，虽然由于带有电荷而不能通过脂质双分子层的内部疏水区，但在某些情况下可以顺着它们各自的浓度差快速地进入或移出细胞。这些都是易化扩散的例子。易化扩散的特点是：物质分子或离子移动的动力仍同单纯扩散时一样，来自物质自身的热运动，所以易化扩散时物质的净移动只能是由它们的高浓度区移向低浓度区，但特点是它们不是通过膜的脂质分子间的间隙通过膜屏障，而是依靠膜上一些具有特殊结构的蛋白质分子的功能活动，完成它们的跨膜转运。由于蛋白质分子结构上的易变性（包括其构型和构象的改变）和随之出现的蛋白质功能的改变，因而使易化扩散得以进行，并使它处于细胞各种环境因素改变的调控之下。
目前认为，参与协助扩散的镶嵌蛋白质有两种类型：一种是载体蛋白质（简称载体），另一种是通道蛋白质（简称通道）。因而协助扩散可分为两种：
①以载体为中介的协助扩散：载体的作用可能是在细胞膜的一侧与某物质相结合，再通过本身的变构作用将其运往膜的另一侧。以此种方式转运的物质是一些小分子的有机物，如葡萄糖、氨基酸和其他简单有机分子。载体转运有三个主要特点：第一，是它具有高度特异性，一种载体只能转运一种物质，如葡萄糖载体只能转运葡萄糖。第二，是它具有饱和性，即在单位时间内的物质转运量不能超过某一数值。第三，它还具有竞争抑制性，即结构近似的物质可争夺占有同一种载体、载体优先转运浓度较高的物质。
②以通道为中介的协助扩散：通道的作用是在一定条件下通过蛋白质本身的变构作用而在其内部形成一个水相孔洞或沟道，使被转运的物质得以通过。以此种方式转运的物质是一些简单的离子。通道的开放和关闭，受一定因素控制。由化学因素控制的通道，称为化学依赖性通道；由电位因素控制的通道，称电位依赖性通道。化学依赖性通道是在与某一化学物质结合时开放，在与该化学物质脱离时关闭。电位依赖性通道是在细胞膜两侧的电位差变化到某一数值时开放。
2.主动运输
主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输）；③都有载体蛋白。
（1）钠钾泵
实际上就是Na+—K+ATP酶，一般认为是由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体。Na+—K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+，而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。
钠钾泵的一个特性是它对离子的转运循环依赖自磷酸化过程，ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象的变化。通过自磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P－type，与之相类似的还有钙泵和质子泵。它们组成了功能与结构相似的一个蛋白质家族。
Na+—K+泵作用是：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。乌本苷、地高辛等强心剂能抑制心肌细胞Na+—K+泵的活性；从而降低钠钙交换器效率，使内流钙离子增多，加强心肌收缩，因而具有强心作用。
（2）钙离子泵
钙离子泵对于细胞是非常重要的，因为钙离子通常与信号转导有关，钙离子浓度的变化会引起细胞内信号途径的反应，导致一系列的生理变化。通常细胞内钙离子浓度（10－7 mol·L－1）显著低于细胞外钙离子浓度（10－3 mol·L－1），主要是因为质膜和内质网膜上存在钙离子转运体系，细胞内钙离子泵有两类：其一是P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。另一类叫做钠钙交换器（Na+—Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。
位于肌质网上的钙离子泵是了解最多的一类P型离子泵，占肌质网膜蛋白质的90%。肌质网是一类特化的内质网，形成网管状结构位于细胞质中，具有储存钙离子的功能。肌细胞膜去极化后引起肌质网上的钙离子通道打开，大量钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩之后由钙离子泵将钙离子泵回肌质网。
（3）质子泵
质子泵有三类：P－type、V－type、F－type。
①P－type：载体蛋白利用ATP使自身磷酸化，发生构象的改变来转移质子或其他离子，如植物细胞膜上的H+泵、动物细胞的Na+—K+泵、Ca2+离子泵，H+—K+ATP酶（位于胃表皮细胞，分泌胃酸）。
②V－type：位于小泡的膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。
③F－type：是由许多亚基构成的管状结构，H+沿浓度梯度运动，所释放的能量与ATP合成偶联起来，所以也叫ATP合酶，F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子的缩写。F型质子泵位于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上，其详细结构将在线粒体与叶绿体一章讲解。F型质子泵不仅可以利用质子动力势将ADP转化成ATP，也可以利用水解ATP释放的能量转移质子。
3.协同运输
协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同与反向协同。
（1）同向协同
同向协同指物质运输方向与离子转移方向相同。如动物小肠细胞对对葡萄糖的吸收就是伴随着Na+的进入，细胞内的Na+又被钠钾泵泵出细胞外，细胞内始终保持较低的钠离子浓度，形成电化学梯度。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入，每转移一个H+吸收一个乳糖分子。
（2）反向协同
反向协同物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+以调节细胞内的pH，即Na+的进入胞内伴随者H+的排出。此外质子泵可直接利用ATP运输H+来调节细胞pH。
还有一种机制是Na+驱动的Cl－—HCO交换，即Na+与HCO的进入伴随着Cl－和H+的外流。
本章自我检测详解
一、概念检测
判断题
1.×（协助扩散和主动运输都需要载体蛋白，但在运输不同的物质时所需的载体蛋白是不相同的。对物质或离子的选择性吸收，是细胞膜上的载体蛋白种类和数量决定的。运输某种离子的载体蛋白多，吸收该种离子就可能多，反之就可能少。细胞膜上的载体蛋白情况是由遗传性决定的）
2.×（一些小分子和脂溶性的物质可以通过自由扩散的方式进出细胞膜，而一些离子和其他分子则通过协助扩散或主动运输的方式有选择地吸收。大分子物质也可以通过细胞膜，方式是胞吞或胞吐）
3.×（葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，但葡萄糖进入小肠上皮细胞的方式是主动运输）
4.×（所有细胞膜的基本结构是相同的，都由磷脂双分子层和镶嵌在其中的蛋白质等组成，但不同细胞的生物膜中蛋白质的种类和数量是不相同的）
5.×（成熟的植物细胞在细胞内外溶液存在浓度差时，会发生质壁分离或复原。干种子和没有形成大的中央液泡的植物细胞采用吸胀吸水，不会发生质壁分离或复原。动物细胞没有细胞壁，也不会发生质壁分离或复原）
选择题
1.D（菜叶细胞外溶液浓度小于细胞内溶液的浓度，发生渗透吸水，水分通过自由扩散进入细胞）
2.C（钾离子进入小肠上皮细胞是通过主动运输的方式，需要载体蛋白）
画概念图
二、知识迁移
小肠绒毛上皮细胞能够从消化了的食物中吸收葡萄糖，却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。这一事实说明细胞膜对物质进入细胞具有选择透过性。这与细胞的生活关系密切，细胞膜的这一特性使细胞尽可能地只吸收自身需要的物质，细胞不需要或对细胞有害的物质常被阻挡在细胞外。
三、技能应用
温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分子通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。
实验方案设计提示，按本章第1节渗透现象示意图组装好三组装置。在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，并记录液面变化及时间，进行比较。
四、思维拓展
在顺浓度梯度的情况下，葡萄糖、氨基酸等分子可以通过协助扩散进入细胞。当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时，如果此时细胞的生命活动需要这些营养物质，细胞还能吸收这些营养物质，是通过主动运输。
人们早就发现,有些离子在细胞内外的浓度差别很大,如大多数动物和人的细胞,K+浓度在细胞内很高,是细胞外的7倍，Na+浓度则细胞内很低，低于细胞外25倍，这种浓度差的维持有重要的生理意义,如形成膜电位,调节细胞渗透压等。细胞具有逆浓度梯度运输物质的能力,在这种转运过程中,除了需要借助膜上载体蛋白外,还要消耗代谢能（分解ATP），细胞利用代谢能来驱动物质逆浓度梯度转运的运输,即主动运输。
细胞为了维持生存,必须从外环境摄取葡萄糖等营养物质,这些物质的浓度常是细胞外比细胞内低得多,因而也需逆浓度梯度进行运输。但它们逆浓度梯进入细胞的动力不是直接来自ATP分解,而是依靠钠泵分解ATP，把Na+泵出细胞外,造成Na+的浓度梯度差,使膜外Na+浓度高于膜内,此时,Na+可顺浓度梯度进入细胞,葡萄糖等就利用Na+的势能的驱动,伴随Na+一起逆浓度梯度进入细胞,这种主动逆运输现象称为伴随运输。即伴随运输是靠离子势能驱动的主动运输。此运输系统是靠两个组分来完成的（同向运载体和钠泵）。
一组分是膜中同向转运的载体,此蛋白有两个结合点,当细胞外Na+浓度高时,可分别与Na+和葡萄糖相结合,载体蛋白即发生构象变化,使Na+顺浓度梯度进入细胞的同时,葡萄糖就靠Na+的势能驱动,也相伴逆浓度梯度进入细胞,与载体分离而释放,载体蛋白又返交原构象,反复转运。
另一组分是钠泵,Na+顺浓度梯度回流到细胞内时,钠泵就开始工作,依靠分解ATP提供能量,不断将Na+泵出细胞外,维持细胞内外Na+的浓度差。
所以,葡萄糖并不直接利用ATP,而是利用钠原产生的Na+浓度梯度的势能伴随运输,不断进入细胞,实际上是钠泵和同向转运载体共同协作而完成的,是一种间接的主动运输。
这种伴随运输对小肠上皮吸收肠道营养物质有重要作用,像小肠上皮细胞吸收葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖以及各种氨基酸等,都是通过Na+梯度驱动的伴随运输进行的,在动物细胞中,驱动伴随运输的离子常常是Na+,而在大多数细胞中是H+,即H+浓度梯度驱动着细胞对大多数糖基和氨基酸的运输。第二课时 尝试制作真核细胞三维结构模型
●教学过程
［课前准备］
1.课前以4人为单位将全班分为若干实验小组。小组成员有明确分工，有小组长。
2.以实验小组为单位进行实验设计。
首先，学习“尝试制作真核细胞三维结构模型”模拟实验的实验原理。
实验原理
“尝试制作真核细胞三维结构模型”模拟实验的实验原理是：尝试制作真核细胞的三维结构模型实验属于模拟实验。
模拟实验是根据相似性原理，用模型来代替研究对象。这种实际存在的研究对象叫原型。而模拟的替代物叫模型。由于研究对象在时间和空间上极为遥远，通常适用于模拟实验。
模拟实验的类型可分为两大类，一类是理论模型（包括数学模型和概念模型），另一类则是实物模型。前者通常借助于抽象形式来表达，而后者通常借助于具体的实物或形象化的手段来表达。
第二，进行实验设计。
（1）小组成员根据自身实际和学校实验条件，先确定是制作计算机三维动画模型还是制作实物模型。
（2）实物模型的设计
①确定设计的是动物细胞原型还是植物细胞原型。
②确定实验中所要用的实验用具。
③确定制作细胞核、细胞器的材料和方法。
④根据所作细胞的大小，确定细胞核及各细胞器的大小比例。
3.实验材料的准备及实验用具的准备。
4.真核细胞的三维结构模型。
［情境创设］
生物实验室（或课室）屏幕上显示电脑制作的真核细胞三维结构动画。实验台上放着真核细胞三维结构模型。（以此情境激发学生的求知欲）
上课！
屏幕显示本次课的课题：尝试制作真核细胞三维结构模型
［师生互动］
课前大家学习了本实验的实验原理，在老师的教导下进行了实验设计。这节实验课各小组就按自己的设计方案（经论证是可行的）在实验室进行模拟实验。
1.实验室屏幕显示以下内容：
实验目的
（1）尝试制作真核细胞的三维结构。
（2）体验建构模型的过程。
材料用具
1 000 mL烧杯一个、泡沫塑料、大头针、玻璃棒、电炉（或酒精灯）半球形塑料大碗、琼脂（或明胶）、各色彩泥（或胶泥、面团）。
以上是实物模型建构的材料用具。
电脑动画模型：计算机、三维动画软件。
方法步骤
（1）细胞膜和细胞质的制作。（可在课前完成）
①在1 000 mL的烧杯中，加入800 mL自来水，用电炉（或酒精灯）加热；
②将20 g琼脂（或明胶）加入热水中至琼脂溶化；
③将溶化的琼脂水倒入大塑料碗中；
④将大碗中盛的琼脂水置冰箱中冷却（约40 min），也可置于室温下冷却，但时间延长；
⑤冷却后取出，模拟半球状的细胞膜和细胞质（无色透明状）。
（2）各种细胞器的制作。
粉红色彩泥制作核糖体。
蓝色彩泥制作溶酶体。
棕色彩泥制作线粒体。
红色彩泥制作细胞核。
（3）用大头针将模拟制作的各种细胞器和细胞核置于模拟的细胞质的相对位置上。
2.各实验小组依据自己的设计方案进行制作真核细胞三维结构模型。
3.老师在课堂上巡视，观察各小组的制作，解答学生在制作中遇到的问题，注意小组的制作进程、小组成员间的合作协调情况。
4.各小组展示制作模型。
5.依据事先确定的评价标准，评出各小组制作成果的等级。
（1）评价组织，由班级评审组负责组织评审；
（2）评价标准和评价等级
①评价标准：评价从模型的科学性、准确性、艺术性、协调性和完成时间等五个方面进行评价。
②评价等级：评价等级可分为四等。
一等：即优秀（A）
二等：即良好（B）
三等：即合格（C）
等外：即不合格（D）
（3）评价表
模型（作品）评价表 评审员________
实验小组 科学性 准确性 艺术性 协调性 成本 评价等级
（3～1） （3～1） （2～1） （1～0.4） （1～0.4）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
评审时间 年 月 日
6.评价及公布评价等级。
7.四个等级中各选一个小组为代表在课堂上进行交流。
［教师精讲］
1.课堂制作情况聚焦。
2.模型建构——尝试制作真核细胞三维结构模型，是一次全新的课外和课内结合的多维评价模式的模拟实验课。
模型的建构，先要学习和理解模型建构实验原理，了解模型类型，然后根据实际和可能，运用实验原理进行实验设计。在完成实验设计后，要对设计方案进行可行性思考。这是能发挥各自潜能的动脑动手的模拟实验实践活动。这次模拟实验实践活动，既可有效地巩固和深化前面所学的细胞结构的知识，同时还可体验模型的制作过程。
模型的制作，首先要讲求科学性、准确性，这是最重要的。同时还要注重艺术性、协调性和制作的成本。这就是对模型的多维评价标准。
［评价反馈］
在课堂上由老师提问，让学生先作答，然后对答案作出评价。
请回答下列问题：
1.真核细胞三维结构实物模型在实验室制作的一般步骤是怎样的？
2.在制作真核细胞三维结构模型（实物模型）时，内质网应体现出何种特点？
3.在制作真核细胞三维结构实物模型时，核糖体、线粒体、中心体、溶酶体和细胞核等细胞器从大到小的顺序是什么？
参考答案：
1.见方法步骤。
2.应为膜状,外连细胞膜,内接核膜,有的附着有核糖体。
3.细胞核→线粒体→溶酶体→中心体→核糖体。
［课堂小结］
课堂知识结构：
［布置作业］
1.写出参与制作真核细胞的三维结构实物模型的小论文。题目自拟，内容要围绕这次活动写。篇幅：800～1 000字。
2.评上一等和二等模型作品的小组成员，写出尝试制作过程中的收获和体会。要有自己的见解和真实感受。
［课后拓展］
1.以多种形式，将制作成果举行一次作品（模型）展。充分发挥成果的功能，从中总结这次模型制作的经验和改进模型制作的意见和建议。
2.如何设计制作植物细胞三维结构实物模型？
●板书设计
第二课时 尝试制作真核细胞三维结构模型
●习题详解
在设计并制作模型时，科学性、准确性和艺术性哪个更重要？为什么？
提示：在设计并制作细胞模型时，科学性和准确性是第一位的，其次才是模型的艺术性。●备课资料
用新鲜材料制作四种动物组织装片
制作新鲜的动物组织装片，可以取材于多种动物体，这里只介绍取材于1～2种动物体制作装片的方法。
1.上皮组织
（1）取材：把活蛙放在容器内，2～3 h以后，向容器中注入一定量的水。蛙在水中游动几分钟后，可以见到水中有脱落的上皮薄膜。
（2）制作装片：取一载玻片，其中央滴一滴稀释的红墨水（或碘液、伊红溶液），再取上皮薄膜一小块，放在载玻片上的红墨水滴中，展平，盖上盖玻片，即制成上皮组织装片。数分钟后，即可放在显微镜下观察。
2.结缔组织
（1）取材：将小白鼠处死后，将它腹部向上置于解剖盘中，用镊子夹住腹部皮肤，沿腹中线由后向前剪开皮肤，在皮肤和肌肉之间，用镊子取一小块白色透明的皮下组织（主要为疏松结缔组织）。
（2）制作装片：取一载玻片，将取出的结缔组织放在载玻片中央，用解剖针展平，然后在材料上加一滴甲基蓝溶液或稀释的龙胆紫溶液，盖上盖玻片，即制成结缔组织装片。数分钟后，即可放在显微镜下观察。
3.肌肉组织
（1）取材：从处死后的小白鼠身体上，剥去腿上的皮肤，用解剖剪剪取其腿部肌肉（骨骼肌）少许。
（2）制作装片：取一载玻片，其中央滴一滴生理盐水，将剪取的肌肉放在载玻片上的生理盐水中，用解剖针分离肌纤维（如果将肌肉放在甘油中浸1～2 d，肌纤维更容易分离），盖上盖玻片，即制成肌肉组织的装片。如果往材料上滴一滴质量分数为1%的醋酸溶液，盖上盖玻片，1～2 min后将装片放到显微镜下观察，不仅能看到横纹，还能看到细胞核，效果更好。
4.神经组织
（1）取材：最好取大型哺乳动物（如猪、羊、兔）的一段脊髓，用解剖剪将脊髓剪一新鲜断面，以便清晰地见到灰质。然后用针从脊髓上取一些灰质前角。
（2）制作装片：取一载玻片，将取到的灰质前角涂于载玻片的中央，再在材料上滴一滴甲基蓝溶液，盖上盖玻片，即制成神经组织的装片。数分钟后，即可放在显微镜下观察。
注：除上皮组织外，取下的结缔组织、肌肉组织和神经组织，都可以放入甘油中固定保存，在一般室温下可以保留1～2周。第5节 细胞中的无机物
●从容说课
《细胞中的无机物》的知识内容并不难，主要是让学生了解水和无机盐在细胞中的存在形式和作用，在讲授无机化合物水时，可以从水在细胞、组织中的含量入手，引出水的两种存在形式。引导学生分析两种形式的水在细胞中的作用，理解水的含量与生命活动的状态密切相关。在讲述水时，要注意渗透出两种形式的水存在着动态转化，不能截然分开。恰当地运用生活常识，说明水的存在状态和作用，将会更吸引学生，使学生加深对水的认识。关于无机盐的教学，可以从学生已知的知识中提出问题，通过简明的分析，使学生懂得无机盐的存在形式和作用。例如，为什么在观察动物和人的细胞时，要用一定浓度的生理盐水 为什么长期缺乏铁会出现缺铁性贫血 从这些问题的分析过程中，归纳出无机盐对维持细胞形态、参与重要的物质组成等作用。
本节最后一段是对全章的小结，旨在点明“细胞是多种元素和化合物构成的生命系统”，“活细胞中的这些化合物，含量和比例处在不断变化之中。但又保持相对稳定，以保证细胞生命活动的正常进行”。教师要在最后总结中给学生分析、强调、点明。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出水在细胞中的存在形式和作用。
（2）说出无机物在细胞中的存在形式和主要作用。
2.过程与方法
（1）尝试进行自主个性化的学习。
（2）运用互联网、图书、杂志进行资料的收集和整理。
（3）尝试将你所获得的信息表达出来。
（4）尝试进行科普写作。
3.情感态度与价值观
（1）参与小组合作与交流。
（2）体验与你的同学分享通过自己的努力所获得的知识。
（3）认同“细胞是多种元素和化合物构成的生命系统”。
●教学重点
水和无机盐在细胞中的存在形式和作用。
●教学难点
水的存在形式，结合水与自由水的区别。
●教具准备
1.学生作业。
2.学生讲学课件。
3.教师课件。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
教师到市面上收集一些运动饮料的包装，并把它拍摄下来；收集一些其他相关图片资料，用于课件的制作。
［情境创设］
教师课件展示一些市面上的“运动饮料”图片，引起学生兴趣，接着教师课件中出现一个运动饮料化学成分表（可拍摄某牌子的饮料包装）。
“这是××饮料的化学成分表，表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加这些无机盐呢？那么无机盐在生活中起什么作用呢？”
“另外还有一个问题，为什么人会口渴呢？”
课件呈现园艺师为植物浇水的画面，“为什么我们在种植植物时也那么强调浇水，水在细胞内起什么作用呢？”
［师生互动］
（一）细胞中的水
1.水在生物体中的含量
对绝大多数生物来说，没有水就不能存活。地球上如果没有水，也就没有生命。最早的生命也是在水中诞生的。水在细胞中含量是最多的。在不同种类的生物体中，水的含量差别较大，生物体中水的含量为60％～95％。如，幼嫩植物体中水的含量约为70％，动物体中水的含量约为80％左右。
一般来说，①水生生物的含水量大于陆生生物的含水量，例如，水母的身体里水的含量竟约为97％（显示水母的图片）。②幼年生物的含水量要大于老年生物的含水量（显示幼儿与老人的图片），所以人体老化的特征之一是身体细胞含水量的下降。③同一生物在生长发育的不同时期，含水量也是不相同的。在不同的组织、器官中，水的含量也不相同。例如，血液含水83％、肌肉含水76％、骨骼含水约25％、牙含水10％、唾液含水99.5％、脂肪组织含水20％左右，因此成人中肌肉发达而体型消瘦的人其水分所占比例高于体脂多的胖体型者。
水在生物体的含量这么高，我们平时似乎并不觉得，那水是以怎样的形式存在于生物体内的呢？
2.水在细胞中的存在形式
水在细胞中以两种形式存在。一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫做结合水。结合水是细胞结构的重要组成成分，大约占细胞内全部水分的4.5％。细胞中绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动，叫做自由水。
自由水大家是好理解的，它是可以流动，可以蒸发，可以离析的水分子，那么结合水具体是怎么回事呢？
结合水是在生物体内或细胞内与蛋白质、多糖等物质以氢键的形式相结合形成水胶体（亲水力蛋白质强于淀粉，淀粉强于纤维素），失去流动性，含量比较稳定，不易散失。结合水是细胞结构的重要组成成分，不能溶解其他物质，不参与代谢作用。结合水赋予各种组织、器官一定形状、硬度和弹性，因此某些组织器官的含水量虽多（如人的心肌含水79％），仍呈现坚韧的形态。
图2－5－1 氨基、羧基、羟基等均可与水结合,成为结合水
下面我们通过几道习题来区分两者：
（1）下列属于结合水的是
A.血液中的水 B.细胞液中的水
C.干种子细胞中的水 D.蒸腾作用散失的水
答案：C
（2）心肌的含水量为79%而呈坚韧的形态，血液的含水量为82%则是流动的液态，对这两种形态差异正确的解释是：（心肌中的是结合水，而血液中的是自由水）
自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，当生命活动旺盛时，结合水向自由水转化，反之，当生命活动缓慢时，自由水向结合水转化。自由水含量少时生命活动缓慢，有利于保存，例如：种子要晒干来保存。反之为了使种子萌发，要先将种子浸泡在水中一段时间，让种子吸水，增加自由水的含量。
（3）下列结合水相对含量比较多的是
A.休眠的大豆子叶细胞 B.休眠的玉米胚乳细胞
C.洋葱的分生细胞 D.成熟西瓜的果肉细胞
自由水多代谢旺盛，显然C、D可以排除，休眠的细胞自由水少，代谢很弱，结合水是指与细胞内的亲水物质相结合的水，纤维素、淀粉、蛋白质，都是亲水物质，亲水力蛋白质强于淀粉，淀粉强于纤维素。大豆子叶细胞中蛋白质含量相对比较高，玉米的胚乳，淀粉含量相当高，因为蛋白质的亲水能力强于淀粉的亲水能力，所以休眠的大豆子叶细胞中，结合水的含量相对比较高，所以答案应该是A。
3.水的重要作用
水在生物体中的含量最多，自然也有其重要的意义：水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。世界上最早的生命就是在逐渐冷却的海洋里由蛋白质和其他化合物产生出来的。植物也起源于水中，后来其中的一部分才逐渐进化为陆生植物。植物的一切正常生命活动都必须在细胞含有一定的水分状况下才能进行。天然植被的分布主要受供水情况所控制。农作物产量对供水的依赖性也往往超过了任何其他因素。“有收无收在于水”和“水利是农业的命脉”的道理就在这里。
（1）自由水是细胞内生化反应的良好溶剂：水分子具有极性，是自然界中能溶解物质最多的良好溶剂。（水的介电常数是溶液中最高的，这就意味着按单位容计算，没有任何溶剂能比水溶解更多的种类和数量的溶质，所以水成为最理想的生物溶剂）动植物体内的各种生理生化过程，如矿质元素的吸收、运输,气体交换，光合产物的合成、转化和运输以及信号物质的传导等都需以水作为介质。
（2）运输营养和废物：水在生物体内的流动（如血液），可以把其中溶解的营养物质运输到各个细胞，同时又把细胞代谢产生的废物运送到排泄器官或者直接运输到体外。
（3）结合水是组成细胞的成分：结合水通过氢键与蛋白质或多糖结合，成为细胞成分的一部分。
（4）自由水作为反应物参与细胞内一些反应：水是光合作用的原料。在呼吸作用以及许多有机物质的合成和分解过程中都有水分子参与。没有水，这些重要的生化过程都不能进行。
根据自己已有的知识和生活经验，你还能举出哪些实例，说明生命活动离不开水？（学生讨论）
①在正常情况下，一个人一天需要2千克水。当人体失去6%的水分时，就会出现口渴、尿少和发烧等症状。
②当人体失水10%～20%时，就会出现幻觉，甚至死亡。对人来说，水比食物还要重要。一个人在饥饿时，可以损失40%的体重而不致毙命，但是如果损失了20%的水分，就能死亡。
③水在机体内还具有润滑剂的功能，如关节液。没有唾液不能进行吞咽动物。
④许多动植物的受精作用都离不开水。精子的移动离不开水，一些昆虫和蛙的受精卵要在水里发育。
⑤……
（二）细胞中的无机盐
初中我们做实验，将骨和小麦的种子烧尽，最终都会得到一些灰白色的灰烬，请问这些灰烬是什么呢？
学生：是无机盐。
1.无机盐在细胞中的存在形式：
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在，含量较多的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。阴离子有Cl－、SO、PO、HCO等。
细胞中无机盐的含量虽少，比水远远要少，只占1%～1.5%，那无机盐在生物体内有什么作用呢？
2.无机盐在细胞中的作用：
课本P35思考与讨论：
（1）为什么缺铁会导致贫血呢？
学生：血红蛋白是一种红色含铁的蛋白质，是红细胞的主要成分，功能是运输氧气和一部分二氧化碳。血红蛋白中的铁是二价铁离子，对人来说，小肠也只吸收二价铁离子，对三价铁离子是不吸收的。没有Fe2+就不能合成血红蛋白，人就会患缺铁性贫血。
（2）植物体缺镁会影响光合作用，为什么？
学生：叶绿素是绿色植物进行光合作用的色素，它能吸收光能用于光合作用。绝大多数植物叶片的颜色是绿色的，这是叶绿素显现的颜色。没有Mg2+就不能合成叶绿素，植物的叶片就会发黄，影响到光合作用的正常进行。
（3）为什么现在许多食盐都是加碘盐呢？
学生：人缺碘会引起大脖子病（甲状腺肿大），如果幼年时缺碘，造成甲状腺素合成不足，继而还会引起大脑发育落后，出现呆小症。调查显示，我国普遍缺碘，因此要求在食盐中加碘来补充碘的不足。
（4）你还能想到人体缺哪些无机盐会引起疾病吗？
学生：缺钙会引起佝偻病。血钙太低还可能会引起抽搐。
（5）为什么老年人容易骨折而青少年的骨容易变形？
学生：骨是由有机物和无机物构成，骨的有机物使骨具有韧性，而使骨具有硬度，骨整体的弹性和硬度也就是由这两种化学成分的比例而决定。骨中有机物与无机物的比率会随着年龄的改变而发生变化，成年人的骨含有2/3的无机物和1/3的有机物，这样的比率使骨有最大的坚固性。根据力学测定，每平方厘米的股骨能承受170至220千克的抗压（缩）强度（轴向）。由于儿童的骨是有机成分大而无机成分小，故硬度差，但韧性及可塑性大。虽然不易骨折，但却容易弯曲变形。因此，儿童应特别注意良好的坐立姿势。反之，老年人骨中的无机物随年日而增多，有机物却相对地减少，所以骨较脆而易折断，而且不易愈合。因此，老年人不宜从事太过剧烈和幅度大的活动。
（6）初中提过无机盐对植物有哪些作用呢？
学生：含氮的无机盐促进细胞分裂和生长，使枝叶繁茂。
含磷的无机盐促进幼苗发育和花开放，果实种子提早成熟。
含钾的无机盐使植物茎秆健壮，促进淀粉的形成。
［教师精讲］
从大家的讨论我们也可以看出，无机盐对生物体来说也是具有重要作用的，下面我们来归纳一下：
（1）组成细胞中的化合物：例Mg2+是叶绿素分子必需的成分，Fe2+是血红蛋白的主要成分。碳酸钙是动物和人体的骨和牙齿中的重要成分。
（2）维持细胞和生物体的生命活动：例哺乳动物的血液中必须含有一定量的钙盐，如果血液中钙盐的含量太低，这种动物就会出现抽搐。
（3）维持生物体内的平衡：渗透压的平衡：细胞内外无机盐的含量是维持原生质渗透压的重要因素。
酸度平衡（即pH平衡）：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生质组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。例如：各种蛋白质对于pH的改变异常敏感，人体血浆pH降低0.5个单位，立即发生酸中毒。无机离子如HPO/H2PO和H2CO3/HCO等组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。
离子平衡：动物细胞内外的Na+/K+/Ca2+的比例是相对稳定的。细胞膜外Na+高、K+低，细胞膜内K+高、Na+低。K+、Na+这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以保持反应性能的重要条件。此外，在细胞膜外Na+多Ca2+少时，神经细胞会失去稳定性，对于外来刺激会过于敏感等等。
［评价反馈］
1.某地区晒干的小麦种子的含水量约为14%，此时活细胞内水分
A.全部为自由水 B.全部为结合水 C.主要为自由水 D.主要为结合水
2.在患急性肠炎时，要及时注射生理盐水；不慎外伤后要用0.9%的盐水清洁伤口；在高温作业时，要喝淡盐水。以下各项中属于以上三种做法的主要原因依次是
①消毒 ②维持水分代谢的平衡 ③维持无机盐代谢的平衡 ④降温 ⑤是细胞的等渗溶液并有清洁作用
A.①②④ B.③②⑤ C.②⑤③ D.②③④
参考答案：
1.D 2.C
［课堂小结］
到这里，我们就讲完了细胞内的六大类化合物。总结一下：细胞是多种元素和化合物构成的生命系统。C、H、O、N等化学元素在细胞内含量丰富，是构成细胞中主要化合物的基础。以碳链为骨架的糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机化合物，构成细胞生命大厦的基本框架；糖类和脂肪提供了生命活动的主要能源；水和无机盐与其他物质一道，共同承担起构建细胞、参与细胞生命活动等重要生理功能。活细胞中的这些化合物，含量和比例处在不断变化之中。但又保持相对稳定，以保证细胞生命活动的正常进行。
［布置作业］
完成课本P36练习及P38自我检测。
［课后拓展］
植物组织中自由水和结合水含量的测定
原理：
植物组织中的水分是由被胶粒所固着的结合水及不被胶粒所固着的自由水两部分所组成。结合水不蒸发和结冰，不能作为溶剂，也不被溶质夺取，所以当植物组织被浸入较浓的糖溶液中脱水，一定时间后仍未被夺取的水分作为结合水，而被夺取的水分作为自由水。自由水的量可根据所加糖液浓度的降低量来计算。再由植物组织的总含水量减去自由水量，即可求得结合水量。
植物体内自由水和结合水含量及其比值常与植物的生长及抗性有密切关系。自由水较多时，代谢活动常较强，生长速度也较快，但抗性往往降低；而结合水含量多时，则情况相反。所以自由水与结合水含量是植物抗性生理的一个指标。
仪器药品：
阿贝氏折射仪、分析天平、烘箱、超级恒温水浴、直径5 mm钻孔器、干燥器、滤纸、称量瓶、吸滤管、移液管、65%～70%（W/V）蔗糖溶液
操作步骤：
1.取称量瓶2个，洗净、烘干、称重后备用。
2.在田间选定待测作物，摘取在生长、部位、叶龄等较一致的叶片5～10片。
3.用直径5 mm钻孔器，在叶子的半边钻下小圆片，每叶5片，放入1号称量瓶中，盖紧。然后在叶子的另半边的对称位置上同样钻下5个小圆片，放入2号称量瓶，盖紧。
4.1号称量瓶于105 ℃烘箱中烘干至恒重，以计算含水量（%）。
5.2号称量瓶中分析天平上称重，求得样品鲜重Wf。
6.用移液管吸取5 mL 60%蔗糖溶液，加到2号称量瓶中，加盖后再在分析天平上称重，求得所加蔗糖溶液的重量B。小心摇动瓶中溶液，使与样品混合均匀，放在阴凉处4到5小时，其间经常摇动。
7.在老师指导下，将折射仪与超级恒温水浴相边连，水浴温度调节到20 ℃。
8.用吸滤管（在玻璃管的一端塞上少许脱脂棉，另一端配上橡皮吸头）吸取2号瓶中上层透明的溶液少许，滴一滴在折射仪棱镜在毛玻璃上，旋紧棱镜，测定浸出液的含糖百分数B2。棱镜用蒸馏水清洗后，再用同样方法测得原来蔗糖溶液的含糖百分数B1。
9.计算：按下式计算植物样品中自由水含量（%）。
β=
式中：β为自由水含量（%）；
B为加入样品中蔗糖溶液的重量；
B1为原蔗糖溶液深度百分数；
B2为加样后糖溶液的浓度百分数；
Wf为植物样品鲜重。
公式（1）系根据如下关系求得：
若A为样品中自由水重量，
加样后糖溶液中自由水量为（B+A）×（1－B2），
原来糖溶液中自由水量为B（1－B1），
则样品中自由水量A=（B+A）（1－B2）－B（1－B1），
简化得：A=。β===
式（2）和式（1）完全相等。
求得自由水含量（%）后，即可根据下式求出结合水含量（%）。
结合水含量（%）=组织含水量（%）－组织中自由水量（%）
实验作业：
1.植物组织中的自由水与结合水的生理作用有何不同？
2.结合水含量何以与植物的抗逆性有关？
●板书设计
第5节 细胞中的无机物
一、细胞中的水
1.水在生物体中的含量：60%～95%
水生生物>陆生生物
幼年生物>老年生物
2.水在细胞中的存在形式：结合水（4.5%）和自由水（95.5%）
3.水在细胞中的功能：
①细胞内生化反应的良好溶剂；
②运输营养和废物；
③组成细胞成分；
④作为反应物参与细胞内一些反应。
二、细胞中的无机盐
1.无机盐在生物中的含量：1%～1.5%
2.无机盐在生物中存在形式：离子
3.无机盐的功能：
①组成细胞中的化合物。
②维持细胞和生物体的生命活动。
③维持生物体内的平衡。
●习题详解
一、练习（课本P36）
（一）基础题
1.C（水是细胞中含量最多的化合物。细胞的含水量一般都在60%以上）
2.A（自由水是细胞内的良好溶剂，许多物质溶解在这部分水中）
3.D（Pb是重金属，在体内会引起蛋白质的变性，是有害的物质）
（二）拓展题
质量分数为0.9%的氯化钠溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境的浓度，所以叫生理盐水。当人体需要补充盐溶液或输入药物时，应输入生理盐水或用生理盐水作为药物溶剂，以保证人体细胞的生活环境维持在相对稳定的状态。
二、问题探讨（课本P34）
1.每升饮料中约有95%的水；水是细胞结构的重要组成成分，是细胞内的良好溶剂，许多种物质溶解在水中，细胞内的许多化学反应也都需要有水的参与，多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中。水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时，也把各个细胞在代谢中产生的废物，运送到排泄器官或者直接排出体外。
2.表中氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐；在饮料中加无机盐是补充汗液中损失的无机盐；无机盐的作用：细胞中许多有机物的重要组成成分，调节细胞的生命活动等。
三、旁栏思考题（课本P35）
植物要经常浇水；蜻蜓点水要在水里产卵繁殖；精子的游动是在水中；胎儿在羊水中发育等。
四、旁栏思考题（课本P36）
1.补充碘，预防大脖子病。
2.不同种类的细胞中化合物的种类有差别。各种化合物的含量也不相同。
五、思考与讨论（课本P35）
1.铁是制造血红蛋白的主要原料之一，当铁缺乏时，血红蛋白就不能合成，从而发生缺铁性贫血。
2.镁是合成叶绿素的主要原料之一，当镁缺少时，叶绿素的合成受到影响，从而影响光合作用。
六、本节聚焦（课本P34）
1.水在细胞中以自由水和结合水的形式存在。
2.水在细胞中的作用：①细胞内生化反应的良好溶剂；②运输营养和废物；③组成细胞成分；④作为反应物参与细胞内一些反应。
3.大多数无机盐在细胞中以离子的形式存在。
4.因为许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要的作用。①组成细胞中的化合物。②维持细胞和生物体的生命活动。③维持生物体内的平衡。

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