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必修一分子与细胞第1章走近细胞说到细胞，我们还清晰地记得它在显微镜下的影像。还需要进一步探究吗？悠悠300余年，关于细胞的研究硕果累累；近50年来更进入了分子水平，老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活：植物细胞在培养瓶中悄悄长成幼苗；动物体细胞核移植诞生了克隆动物；不同生物细胞间DNA的转移创造出新的生物类型及其产品；病危的生命期盼着干细胞移植的救助……让我们再次走进细胞，更深入地探究它的奥秘。每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找。——威尔逊（美国细胞生物学家）除病毒以外，生物体都以细胞作为结构和功能的基本单位，生命活动离不开细胞。细胞是基本的生命系统。由细胞至组织，由组织至器官，由器官(或系统)至个体，由个体组成种群，不同种群组成群落，由群落及其无机环境构成生态系统，生物圈是最大的生态系统。这说明了生命系统存在着不同的层次。生物科学要研究各个不同层次的生命系统及其相互关系，首先要研究细胞。细胞有着相似的基本结构，如细胞膜、细胞质和细胞核(或拟核)等。但是，不同生物的细胞结构又有差别。除动植物细胞有差别外，总体上看，生物界存在着真核细胞和原核细胞两大类细胞，它们主要区别是有无核膜包被的细胞核。在同一个由多细胞构成的生物体内，由于细胞结构和功能的分化，构成生物体的细胞也呈现多样性。19世纪建立的细胞学说，它的基本内容阐明了动植物都以细胞为基本单位，论证了生物界的统一性。本章学习了使用高倍显微镜观察细胞；还从系统的视角，分析了生命系统的各个层次；更在分析细胞学说建立的过程中，领悟科学发现的特点。这对于增强科学实验技能，领悟科学思想和方法都是有益的。第2章组成细胞的分子同自然界的许多物体一样，细胞也是由分子组成的。细胞为什么能表现出生命的特征？是组成它的分子有什么特殊之处吗？这些分子在非生命的物体中能不能找到？组成这些分子的元素，在非生命物体中能不能找到？这些分子又是怎样构成细胞的呢？要认识细胞这个基本的生命系统，首先要分析这个系统的物质成分——组成细胞的分子。阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。——邹承鲁（中国科学院院士）细胞是由分子组成的，而分子又是由原子构成的。组成细胞的化学元素有20多种，C、O、H、N的含量最多，其中C是构成细胞的最基本的元素。元素可以组成不同的化合物，包括水、无机盐等无机物，和糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机物。蛋白质、核酸和多糖分别以氨基酸、核苷酸和单糖为单体组成多聚体，相对分子质量很大，称为生物大分子。生物大分子以碳链为骨架。蛋白质是生命活动的主要承担者。需要着重理解的是，20种左右的氨基酸是怎样组成结构和功能极其多样的蛋白质的。核酸是遗传信息的携带者。要了解它的种类、分布，以及由4种核苷酸组成的千差万别的核酸与遗传信息的关系。糖类和脂质也是细胞结构的重要组成成分，糖类和脂肪还是生命活动的重要能源物质。水是细胞结构的重要组成成分，以结合水和自由水两种形式存在。细胞的一切生命活动都离不开水。细胞中的无机盐多以离子的形式存在。一些无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分，许多种无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有非常重要的作用。本章还学习了利用不同的显色剂检测细胞中的糖类、脂肪和蛋白质的方法，并用显微镜观察了经显色处理后DNA、RNA在细胞中的分布。希望能引起你对实验方法的关注，特别是化学、物理学方法在生物学研究中的应用。组成细胞的分子的知识，突出表明了生命的物质性。生物体的复杂结构和生命活动的奥秘，归根结底都是物质的存在形式和运动变化。此外联系日常生活的事例进行学习，有助于从细胞水平和分子水平了解一些基本的保健常识。第3章细胞的基本结构你有过这样的经历吗？自己心爱的自行车出了毛病，你将一些零件拆卸下来，却发现再组装成原样并非易事。细胞的结构可比自行车复杂多了。虽然人类对细胞中的物质和结构已经有了深入的了解，但是至今也未实现人工组装细胞。不同的事实揭示同样的道理：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。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！——翟中和（中国科学院院士）细胞作为基本的生命系统，具有系统的一般特征：有边界，有系统内各组分的分工合作，有控制中心起调控作用。细胞的边界是细胞膜。细胞膜并不仅仅是把细胞内外环境分隔开，活细胞的细胞膜还具有控制物质进出、实现细胞间信息交流等功能。在细胞质中有线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网、核糖体、溶酶体等细胞器。动物细胞和植物细胞的细胞器有所不同。这些细胞器既有分工，又有合作。在系统的控制中心——细胞核的统一调控下，细胞的各部分结构协调配合，共同完成代谢、遗传等各项生命活动。认识细胞的结构，了解细胞的功能，离不开细致的观察和富有创造性的实验，同时还需要借助光学显微镜、电子显微镜等能延伸人类视觉深度的仪器设备，并依赖于细胞组分分离技术和显微制片技术的不断改进。面对细胞这样的肉眼看不见的微观世界，人类历经数百年的探幽入微，取得了丰硕的成果，其中不少成果已经走进人们的生活。每一项成果的取得都来之不易，需要探索精神、理性思维和技术手段的结令。第4章细胞的物质输入和输出细胞是一个开放的系统，每时每刻都与环境进行着物质交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地进出细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。这一层薄薄的细胞膜为什么能够控制物质的出入呢？膜的研究是当前细胞生物学和分子生物学的重要课题之一。——汪堃仁物质的输入和输出都必须经过细胞膜。细胞膜对进出细胞的物质具有选择性，是一种选择透过性膜。其他生物膜也是选择透过性膜。生物膜的选择透过性与它的成分和结构密切相关。关于生物膜的结构，目前为大多数人所接受的是流动镶嵌模型。这个模型认为，磷脂双分子层是膜的基本支架，具有流动性。蛋白质分子有的镶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。大多数蛋白质分子也是可以运动的。物质跨膜运输的方式主要分为两类：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，不需要消耗细胞的能量，但是协助扩散需要载体蛋白的协助。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。科学家研究生物膜结构的历程，是从物质跨膜运输的现象开始的。分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说，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到关键的作用。这也说明科学是一个动态发展的过程，这一过程是无止境的。第5章细胞的能量供应和利用细胞的主动运输需要能量。细胞内有机物的合成需要能量。肌细胞的收缩需要能量……细胞作为一个基本的生命系统，只有不断输入能量，才能维持生命活动的有序性。太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头。外界能量输入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。他们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！细胞作为基本的生命系统，只有不断地获取并利用能量，才能进行正常的生命活动。细胞的能量获取和利用要经历复杂的物质变化，而且是在温和的条件下有序地进行的。这就离不开生物催化剂——酶。同无机催化剂相比，酶降低了化学反应的活化能。绝大多数酶是蛋白质。酶的催化作用具有专一性、高效性，并对温度、pH等条件有严格要求。ATP是一种高能磷酸化合物，在细胞中，它与ADP的相互转化实现贮能和放能，从而保证细胞各项生命活动的能量供应。生成ATP的途径主要有两条：一条是植物体内含有叶绿体的细胞，在光合作用的光反应阶段生成ATP；另一条是所有活细胞都能通过细胞呼吸生成ATP。细胞呼吸分有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。这两种类型的共同点是：在酶的催化作用下，分解有机物，释放能量。但是，前者需要氧和线粒体的参与，有机物彻底氧化释放的能量比后者多。光合作用在植物体含有叶绿体的细胞中进行。捕获光能的色素位于叶绿体内类囊体的薄膜上。光合作用的光反应阶段也发生在类囊体的薄膜上，暗反应阶段则发生在叶绿体的基质中。光合作用最终使光能转换为化学能，贮存在生成的糖类等有机物中。本章有较多的实验和探究活动，在设计和实施时，应学会判断自变量和因变量，控制自变量，观察和检测因变量的变化，并设置对照组和重复实验，这些都是基本的科学方法。在提取、分离、检测一些物质时，既要理解原理，又要掌握基本的操作技能。关干探索酶本质的历史，光合作用探究历程的回顾，说明科学是在实验和争论中前进的。科学工作者既要继承前人的科学成果，善于汲取不同的学术见解，又要富有创新精神，锲而不舍，促进科学的发展。酶、细胞呼吸和光合作用等科学知识与我们的生活、生产紧密相关，要关注这些原理的应用，特别是要关注在生产中如何提高光合作用的强度。第6章细胞的生命历程生物都要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老直至最后死亡的生命历程。活细胞也一样。就在你阅读本书的时候，你身体内就有许多细胞在进行分裂，有些细胞在生长，有些细胞在变老，有些细胞刚刚结束自己的生命历程。生长，增殖，衰老，凋亡……细胞的生命历程大都短暂，却都对个体的生命有一份贡献。鲜花吐蕊，绿叶葱茏，抑或花瓣凋落，枯叶飘零，展示着个体的生命现象，折射出细胞的生命历程。生物都要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老直至最后死亡的生命历程，细胞也一样。细胞不能无限长大，体积的增大导致表面积相对缩小，影响细胞代谢。细胞通过分裂进行增殖。真核细胞的分裂方式有三种：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。细胞进行有丝分裂具有细胞周期。一个细胞周期包括分裂间期和分裂期。分裂期可以分为前期、中期、后期和末期。有丝分裂最重要的变化是，间期DNA复制，数目倍增，分裂期在纺锤体作用下将复制后的亲代细胞染色体，平均分配到两个子细胞中，从而保持了细胞遗传性状上的一致性。受精卵分裂形成的众多细胞，经过细胞分化的过程而具有不同的形态、结构和功能，进而形成组织和器官。高度分化的植物细胞仍然具有全能性，已分化的动物细胞的细胞核具有全能性。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，最终反映在细胞的形态、结构和功能上发生了变化。个体衰老与细胞衰老有密切关系。细胞凋亡是一个由基因决定的细胞自动结束生命的过程，与细胞坏死不同。新细胞的产生和一些细胞的凋亡同时存在于多细胞生物体中。癌症是细胞发生癌变后大量增殖而引起的疾病。癌细胞会恶性增殖和转移。引起细胞癌变的致癌因子有物理因子、化学因子和病毒因子三类。癌变与基因有关。用高倍显微镜观察根尖分生组织细胞的有丝分裂，是本章实验操作技能的重点。模拟探究细胞大小与物质运输的关系，有助于理解细胞不能无限长大的原因。随着人口出生率的下降和人均寿命的延长，社会老龄人口增多。我们应该关注人口老龄化给家庭、社会带来的诸多问题，关爱老年人。癌症是威胁人类健康的最严重的疾病之一。在日常生活中应选择健康的生活方式，远离致癌因子，预防癌症。治疗癌症的新方法、新技术不断涌现，随着在细胞和基因水平上对癌症研究的深入，人类终将战胜癌症。必修二遗传和进化第1章遗传因子的发现遗传，俯拾皆是的生物现象，其中的奥秘却隐藏至深。人类对它的探索之路，充满着艰难曲折，又那么精彩绝伦！让我们从140多年前孟德尔的植物杂交实验开始，循着科学家的足迹，探索遗传的奥秘。八年耕耘源于对科学的痴迷，一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密。实验设计开辟了研究的新路，科学统计揭示出遗传的规律。孟德尔用豌豆进行杂交实验，成功地揭示了遗传的两条基本规律：遗传因子的分离定律和自由组合定律。这两条遗传基本规律的精髓是：生物体遗传的不是性状的本身，而是控制性状的遗传因子。遗传因子在体细胞里是成对的，在配子里是成单的。遗传因子有显性和隐性之分，性状也有显隐之分。在杂种细胞内成对遗传因子不相混合，形成配子时分别进入配子。不同对的遗传因子在各自分离的同时，彼此自由组合进入配子。孟德尔的工作当时并没有被世人所理解，30多年后才重新被人们所认识，并被其他许多实验证明是正确的。1909年，约翰逊给孟德尔