1、必修一必修一 分子与细胞分子与细胞 第第 1 1 章章 走近细胞走近细胞 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
2、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
3、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。 第第 2 2 章章 组成细胞的分子组成细胞的分子 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
4、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
5、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
6、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。 第第 3 3 章章 细胞的基本结构细胞的基本结构 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
7、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
8、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。 第第 4 4 章章 细胞的物质输入和输出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
9、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
10、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。 第第 5 5 章章 细胞的能量供应和利用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
11、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
12、：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
13、，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。 第第 6 6 章章 细胞的生命历程细胞的生命历程 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
14、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、
15、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。
16、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。
17、 必修二必修二 遗传和进化遗传和进化 第第 1 1 章章 遗传因子的发现遗传因子的发现 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
18、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，约翰逊给孟德尔的“遗传因子”重新起名为“基因”，并且提出了表现型和基因型的概念。 基因型是性状表现的内在因素，表现型是基因型的表现形式。 孟德尔的实验方法给后人许多有益的启示，如正确地选用实验材料；先研究一对相对性状的遗传，再 研究两对或多对性状的遗传；应用统计学方法对实验结果进行分析；基于对大量数据的分析而提出假说，
19、再设计新的实验来验证。特别是他把数学方法引入生物学的研究，是超越前人的创新。他对科学的热爱和 锲而不舍的精神，也值得我们学习。 第第 2 2 章章 基因和染色体的关系基因和染色体的关系 当孟德尔的遗传规律被重新发现以后，又一个问题始终没有解决：基因在细胞中究竟有没有物质基础 呢？孟德尔所假设的颗粒状的因子，究竟是不是物质的实体？如果是，又存在于细胞中什么位置？ 对细胞分裂的深入观察，使人们推测到基因和染色体的关联。摩尔根著名的果蝇杂交实验，使这一问 题有了确凿的答案。 基因在哪里？悠悠百年，寻寻觅觅。怀疑、争论、推理最终是观察和实验，探明它神秘的踪迹！ 在卵细胞和精子成熟的过程中， 要经过减数
20、分裂， 以保证生物体在传宗接代过程中染色体数目的恒定。 在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是，成熟生殖细胞中的染色体 数目比原始生殖细胞的减少一半。同时，在这个过程中，同源染色体先联会后分离，在联会时同源染色体 的非姐妹染色单体间还常常发生交叉互换，非同源染色体则自由组合，使配子的遗传组成多种多样。 受精作用是卵细胞和精子结合成受精卵的过程。受精过程使配子中已经减半了的染色体数目，恢复为 受精卵中与亲代一样的染色体数，使遗传性状相对稳定。同时，由于配子的多样性和受精的随机性，同一 双亲的后代又呈现多样性。 在孟德尔的遗传规律被重新发现之后，科学家迫切地寻找基因在
21、哪里，通过大量的观察，发现基因与 染色体的行为具有平行关系，摩尔根的果蝇杂交实验证实了基因在染色体上。 位于性染色体上的基因控制的性状在遗传中总是与性别相关联，这种现象称为伴性遗传。由于基因具 有显性和隐性的不同，又由于它们与性染色体相关联，因此，在遗传中会表现出不同的特点。 生物学研究离不开细致的观察， 并需要有一定的想像力。 当然也需要在观察的基础上提出假说或预测， 但是任何假说和预测最终都需要通过实验验证才得以确立。在本章的学习过程中，可以深切感受到科学家 在科学研究过程中表现出的丰富的想像力，大胆质疑和勤奋实践的精神，以及对科学的热爱。 第第 3 3 章章 基因的本质基因的本质 自从摩
22、尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”，而是存在于染 色体上的一个个单位。但是基因到底是什么呢？摩尔根在他的基因论一书的末尾说：“我们仍然很难 放弃这个可爱的假设： 就是基因之所以稳定， 是因为他代表着一个有机的化学实体。 ” 这个假设能成立吗？ 基因是什么？DNA或蛋白质？几多实验，几多争论。是谁将谜底揭破？ 1944年艾弗里的肺炎双球菌的转化实验和l952年赫尔希与蔡斯的噬茵体侵染细菌的实验表明：亲代的 各种性状是通过DNA遗传给后代的；DNA，而非蛋白质，是遗传物质。1953年，沃森和克里克提出了DNA分 子的双螺旋结构模型，它的主要特点是：DNA分子由两
23、条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在 外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧；DNA分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则连接成碱基对。 DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制的准确性，新合成的 每个DNA分子中都保留了原来DNA分子的一条链。DNA分子通过复制，将遗传信息传递给子代。分析DNA的双 螺旋结构发现：组成DNA分子的碱基虽然只有4种，但是，碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基序列的 多样性构成了DNA分子的多样性，DNA分子因而能够储存大量的遗传信息。 当DNA这一物质实体与孟德尔假设的“遗传
24、因子”、摩尔根定位于染色体上的基因相遇时，基因这一 抽象的概念便在分子水平上找到了物质载体。 经历了近百年的追寻， 人们终于认识到： 基因位于染色体上， 基因是有遗传效应的DNA片段。 提纯生物大分子、离心、 X射线衍射、放射性同位素示踪等技术与物理学和化学方法的应用紧密结 合，系统地应用于探测生命活动的过程，使人们能够从崭新的分子的视角理解生命。 本章中，与重要结论一同展示的是最初获得这些结论的科学实验，这能使我们在学习的时候不忘记科 学知识直接来源于实验而非书本，又能使我们领略科学研究的严谨与奥妙。而沃森和克里克默契配合发现 DNA双螺旋结构的过程，会让我们认识到合作与交流的重要。 第第
25、4 4 章章 基因的表达基因的表达 遗传物质实验证据的获得和DNA双螺旋结构模型的建立，解决了“基因是什么“的问题，生物学的研 究从此以空前的步伐前进。另一个长期悬而未决的问题“基因是如何起作用的”，成为研究的新热点。 关于蛋白质的研究， 此时也有了长足的进展。 人们认识到性状的形成离不开蛋白质(特别是酶)的作用， 于是推测基因通过指导蛋白质的合成来控制性状，并将这一过程称为基因的表达。 生命的图案，扑朔迷离：从信息到物质，从蓝图到现实，繁复、简约、粗放、精细，是谁创造出，如 此的和谐与统一? 基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。蛋白质的合成包括两个阶段转录和翻译。转 录是在细胞核
26、内进行的，是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成mRNA的过程。翻译是在 细胞质中进行的，是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。mRNA上3个相邻的碱基 编码l个氨基酸，这样的3个碱基又称做密码子。tRNA是氨基酸的运载工具，它能够识别mRNA的密码子。每 种tRNA只能识别并转运1种氨基酸。核糖体是细胞内利用氨基酸合成蛋白质的场所。 中心法则描述了遗传信息的流动方向，其主要内容是：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复 制，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。但是，遗传信息不能从蛋白质传 递到蛋白质，也不能从蛋白质流
27、向RNA或DNA。修改后的中心法则增加了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA 流向DNA这两条途径。 基因控制生物体的性状是通过指导蛋白质的合成来实现的。基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过 程，进而控制生物体的性状；也可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 基因与性状之间并不是简单的一一对应关系。有些性状是由多个基因共同决定的，有的基因可决定或 影响多种性状。一般来说，性状是基因与环境共同作用的结果。 第第 5 5 章章 基因突变及其他变异基因突变及其他变异 既然遗传物质能够稳定地传给后代，后代为什么会与亲代有一定差别？你已经知道，基因的自由组台 会使后代产生变异。那么，在生物繁殖
28、过程中，基因本身会不会改变呢？染色体的整体或局部会不会增加 或减少呢？ 人类自古以来就面临着遗传病的困扰。遗传病产生的原因是什么?怎样防治遗传病?人类基因组计划将 帮助人们在基因水平上认识和防治各种遗传病，使人类更好地把握自已的命运。 遗传伴随着变异，泛起进化的层层涟漪。遗传变异规律的妙用，赢来战胜病魔的惊喜。 生物的变异，有的仅仅是由于环境的影响造成的，没有引起遗传物质的变化，是不遗传的变异；有的 是由于生殖细胞内遗传物质的改变引起的，因而能够遗传给后代，属于可遗传的变异。基因突变、基因重 组和染色体变异是可遗传变异的来源。 由于DNA分子中发生碱基对的替换、增添、缺失，而引起的基因结构的改
29、变，叫做基因突变。基因突 变既可以由环境因素诱发，又可以自发产生。基因突变在生物界中是普遍存在的，并且是随机发生的、不 定向的。在自然状态下，基因突变的频率是很低的，但这一频率已足以使一个大的群体产生各种各样的随 机突变，为生物进化提供丰富的原材料。基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的 基因的重新组合，对生物的进化也具有重要意义。 染色体变异是可以用显微镜直接观察到的比较明显的染色体的变化，如染色体结构的改变、染色体数 目的增减等。染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，携带着控制生物 生长发育的全部遗传信息。人们常常采用人工诱导多倍体的方法来获得
30、多倍体植物，培育新品种。 人类遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的人类疾病，主要可以分为单基因遗传病、多基因遗传 病和染色体异常遗传病三大类。遗传病的监测，如遗传咨询、产前诊断等，在一定程度上能够有效地预防 遗传病的产生和发展。人类基因组计划将帮助人类认识自身生老病死的遗传秘密，使人类更好地把握自己 的命运。 但是，科学是一把双刃剑，既可以为人类造福，又可能造成一些负面影响。为了保证现代科学的研究 成果得到合理应用，身为现代公民，应该对科学的发展与影响给予密切的关注。 第第 6 6 章章 从杂交育种到基因工程从杂交育种到基因工程 自从人类开始种植作物和饲养动物以来，就从来停止过对品种的改良。
31、传统的方法是选择育种，通过 汰劣留良的方法来选择和积累优良基因。自从孟德尔发现了遗传规律之后，人工杂交的方法被广泛应用于 动植物育种。人工诱变技术的应用，使育种方法得到了较大的改进。基因工程的诞生使人们能够按照所 设计的蓝图，进行跨越种间鸿沟的基因转移，从而定向地改变生物的遗传特性，创造出新的生物粪型。 选育、杂交、诱变，实践理论实践。几多辉煌，几多遗憾。基因工程异军突起，朝阳产业， 光明无限！ 改良动植物品种，最古老的育种方法是选择育种：从每一代的变异个体中选出最好的类型进行繁殖、 培育。但是选择育种周期长，可选择的范围也有限。 在生产实践中，人类摸索出杂交育种的方法。通过杂交，使基因重新组
32、合，可以将不同生物的优良性 状组合起来。但是，杂交后代会出现性状分离现象，育种过程繁杂而缓慢，效率低，亲本的选择一般限制 在同种生物范围之内。 人工诱变的方法应用在育种上，大大提高育种的效率和选择范围。但是，基因突变的不定向性，导致 诱变育种的盲目性。 基因工程可以实现基因在不同种生物之间的转移，迅速培育出前所未有的生物新品种，在医药卫生、 农牧业、环境保护等领域有着广泛的应用。 基因工程在给人类的生产和生活带来益处的同时，也使人们产生关于转基因生物的安全性等方面的担 忧。 从选择育种到基因工程的发展历程说明，生产实践产生对科技发展的需求，科学理论上的突破必然会 带来技术上的进步，推动生产水平
33、的提高和人类文明的发展。 第第 7 7 章章 现代生物进化理论现代生物进化理论 自达尔文的物种起源问世以来，人们普遍接受了生物是不断进化的这一科学观点。但是，生物为 什么会不断地进化?生物是怎样进化的？达尔文的解释并未给人一个非常圆满的答案。随着生物科学的发 展，人们对生物进化的解释也在逐步深入，并且不乏争论。在各种论点的交锋中，进化理论本身也在“进 化”。 远去了“贝格尔”的帆影，无涯是进化论的航程。拨开那亿万年的迷雾，寻觅着生命史的真容。 拉马克认为，生物是不断进化的；生物进化的原因是用进废退和获得性遗传。达尔文在大量观察的基 础上提出自然选择学说，其要点是：生物都具有过度繁殖的倾向，而资
34、源和空问是有限的，生物要繁衍下 去必须进行生存斗争；生物都有遗传和变异的特性。具有有利变 异的个体就容易在生存斗争中获胜，并将这些变异遗传下去；出现不利变异的个体则容易在生存斗争中被 淘汰。经过长期的自然选择，微小的变异不断积累，不断形成适应特定环境的新类型。 随着科学的发展，人们对生物进化的认识不断深入，形成了以自然选择学说为核心的现代生物进化理 论，其主要内容是：种群是生物进化的基本单位；突变和基因重组提供进化的原材料，自然选择导致种群 基因频率的定向改变；通过隔离形成新的物种；生物进化的过程 实际上是生物与生物、生物与无机环境共同进化的过程，进化导致生物的多样性。 关于生物进化的原因，目
35、前仍存在着不同的观点。有人认为大量的基因突变是中性的，导致生物进化 的是中性突变的积累而不是自然选择；有人认为物种的形成并不都是渐变的，而是物种长期稳定与迅速形 成新种交替出现的过程。生物进化的理论仍在发展。 达尔文在科学上的成就得益于大量仔细的观察和严谨的逻辑推理。现代生物进化理论的形成是种群遗 传学、古生物学等多学科知识综合的结果，数学方法的运用也起到重要作用。 生物进化理论深刻地改变了人们对自然界的看法，为辩证唯物主义观点奠定了生物学基础，也帮助人 们正确地看待自己在自然界的地位，建立人与自然和谐发展的观念。 生物进化理论发展的历史和现状表明， 科学的基本特点是以怀疑作审视的出发点， 以
36、实证为判别尺度， 以逻辑作论辩的武器。科学是是一个动态的过程，在不断地怀疑和求证、争论和修正中向前发展。 必修三必修三 稳态与环境稳态与环境 第第 1 1 章章 人体的内环境与稳态人体的内环境与稳态 无论是在冰天雪地的边防线上巡逻的战士，还是在炼钢炉前挥汗如雨的工人，体温都是37左右，这 是为什么？大量出汗或严重腹泻时，需要及时补充含盐的水，比如喝电解质饮料，这又是为什么? 在外界环境发生剧烈变化的情况下，人体仍能通过自身的调节作用，维持内环境的相对稳定，从而使 体内的细胞拥有稳定而适宜的存活条件。 无论春夏秋冬，风云变幻，它却总是轻波微斓。稳态是生命系统的特征，也是机体存活的条件。它让 每一
37、个细胞分享，又靠所有细胞共建。 人体细胞生活在由组织液、血浆、淋巴等细胞外液共同构成的液体环境内环境中。内环境中含有 水、无机盐、各种营养物质和代谢废物等，具有一定的渗透压、酸碱度和温度。内环境不仅是细胞生存的 直接环境，而且是细胞与外界环境进行物质交换的媒介。内环境的各种理化性质总是在不断变化，但正常 情况下，借助机体的调节作用，这种变化保持在一定范围内。生理学家把正常机体通过自身的调节作用， 使各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态叫做稳态。内环境的稳态是机体进行生命活 动的必要条件。稳态的实现，是机体在神经一体液一免疫调节下，各器官、系统协调活动的结果。 稳态概念源于对内环
38、境的研究，后来逐渐发展成为适用于整个生物科学的基本概念。这从一个侧面反 映出生物科学从分析走向综合、由分支走向统一的发展趋势。 每一个人的健康都与内环境的稳态有关。学习有关内环境稳态的知识，有助于养成自我保健的意识和 习惯，还可以运用这方面的知识关爱家人和亲友。 第第 2 2 章章 动物和人体生命活动的调节动物和人体生命活动的调节 你的身体作为一个开放的系统，与外界不断进行着物质的交换、能量的转换和信息的传递，体内又有 成千上万种化学反应在同时进行，但是内环境却能维持相对稳定。这是为什么？ 打球、游泳、骑自行车不论你从事什么运动，全身各个器官都能够保持高度的协调一致。这又是 为什么？ 内环境稳
39、态的维持，备器官之间功能的协调，以及对外界刺激作出适当的反应，都是通过复杂而精巧 的调节实现的。 是重帘低垂抑或星云闪亮，不，是脑细胞织就信息之网。万千信息在此传输交汇：调节着机体的稳态， 更闪耀着智慧的光芒！ 内环境的稳态需要机体的调节机制神经调节、体液调节、免疫调节共同发挥作用。神经调节的基 本方式是反射，完成反射的结构称为反射弧。神经元接受内、外环境的刺激会产生兴奋。在同一个神经元 内，兴奋以神经冲动的形式传导。不同神经元之间，兴奋通过突触以神经递质的方式传递。脑和脊髓中有 控制机体各种活动的中枢，这些中枢的分布部位和功能各不相同，但彼此之间又相互联系，低级中枢受高 级中枢的控制。大脑还
40、具有语言、学习和记忆等高级功能。 体液调节主要是指激素调节。内分泌腺所分泌的激素通过血液循环被运送到全身各处，微量的激素就 可以显著影响靶细胞的生理活动。激素分泌的调节，存在着下丘脑一垂体-一内分泌腺的分级调节和反馈 调节。 神经调节和体液调节紧密联系、密切配合，相互影响。例如，体温和水盐平衡的调节等，都是神经调 节和体液调节协调一致作用的结果。 免疫调节在维持稳态的过程中也具有重要作用，并与神经调节和体液调节构成完整的调节网络。免疫 系统具有防卫功能、监控和清除功能，特异性免疫主要通过淋巴细胞发挥作用。 模型方法是现代科学方法的核心内容之一。 模型包括物理模型、 数学模型和概念模型等类型。
41、本章 “建 立血糖调节的模型”，模拟活动本身就是在构建动态的物理模型，之后，再根据活动中的体会构建概念模 型。 促胰液素是人们发现的第一种激素。它的发现过程告诉我们，在科学探索过程中，不能迷信权威，应 当大胆探索、勇于创新。 科学的发现，总会发展为实践上的应用，激素的应用就是这样。对于激素应用的利和弊应当客观地评 价。 艾滋病是由HIV所引起的免疫缺陷病。艾滋病病人是H的受害者，他们应当得到的不是偏见和歧视， 而是来自社会和个人的关爱。 第第 3 3 章章 植物的激素调节植物的激素调节 与高等动物相比，植物的形态结构要简单得多。它们没有神经系统，对外界刺激的反应自然就不如动 物灵敏。郭么，植物
42、体能不能对自身的生命活动进行调节呢？ 唤醒沉睡的种子，调控幼苗的生长。引来繁花缀满枝，瓜熟蒂落也有时。靠的是阳光雨露，离不开信 息分子。 植物激素是一类由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育有显著影响的微 量有机物。 植物激素主要有生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸等5类。它们对植物各种生命活动起着 不同的调节作用。同一种激素，在不同情况下作用也有差别。例如，生长素随浓度不同、植物细胞的老幼 和器官的种类不同，而在发挥的作用上有差异：既能促进生长，也能抑制生长；既能促进发芽，也能抑制 发芽；既能防止落花落果，也能疏花疏果。 发现生长素的过程，是由达尔文注意到植物向光
43、性并对此进行研究开始的。这说明在习以为常的现象 中，可能蕴涵着深刻的科学道理。达尔文注意到了这一现象，并且设计了简单而又有创造性的实验来进行 探索，而不是主观臆测。在达尔文之后，先后有多位科学家设计了几个关键的实验来进一步探索。通过一 代又一代科学家的努力，人们逐渐接近事实的真相，并在进一步探索着。 达尔文设计的实验从原理上看很简单排除法，让一部分“缺席”，研究这时系统的反应，但第一次 设计出这个实验又是充满创造性的。对实验结果的分析，既需要严密的逻辑推理，也需要丰富的想像力。 尽管人们在发现植物的激素调节时，并没有想到会带来经济利益，但是，植物激素调节的科学道理很 快就被应用于生产实践，并给
44、人们带来了很多好处。然而，如果植物生长调节剂应用不当，也会带来一些 负面影响。 本书第1章至第3章的内容，都是从个体水平来研究生命活动的稳态和调控。事实上，任何生物个体的 生存和发展，离不开同种或不同种的其他生物个体，更离不开由生物和无机环境形成的生态系统。以下章 节将涉及群体水平上的稳态和调控。 第第 4 4 章章 种种群和群落群和群落 从个体水平看，生物能通过自身的调节作用维持稳态，完成生长、发育和繁殖等生命活动。而在自然 界，任何生物都不是孤立存在的。在一定的自然区域内，同种生物的全部个体形成种群；同一时间内聚集 在一定区域中各种生物种群的集合，构成生物群藩。 从种群和群落的水平看，生命
45、系统具有什么特征？它们又是怎样发展变化的呢？ 冰原、寒风、企鹅。从个体到种群，从种群到群落。无不揭示一个原理整体不是部分叠加， “整 体大于部分之和” ！ 种群是由同种生物的个体在一定自然区域内组成的群体，并出现个体层次上所没有的一系列特征。其 中，种群密度是种群最基本的数量特征。在理想条件下，种群数量增长的数学模型为：Nt=N0 t，呈“J” 型曲线。然而，正常情况下，自然界中一定空间存在一定的环境容纳量，种群数量增长会呈“S”型曲线。 影响种群数量的因素很多， 因此种群的数量常常出现波动， 在不利条件下， 种群数量会急剧下降甚至消亡。 在自然界， 多种生物的种群共同生活在一定时间和区域内，
46、 相互之间通过直接或间接的关系构成群落。 同一群落的物种通过复杂的种间关系形成统一的整体。不同群落间，物种组成和物种的丰富度差别很大。 群落的空间结构包括垂直结构和水平结构。群落会发生演替。演替可以分为初生演替和次生演替。人类为 了一定目的开发利用自然资源，发展工农业生产，往往会使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进 行。在我国，退耕还林、还草、还湖，退牧还草是一项功在当代、惠及子孙的生态工程。 调查种群密度的方法有样方法和标志重捕法等。描述、解释和预测种群教量的变化，常常需要建立数 学模型。科学研究中建立数学模型有着重要意义，它可以帮助人们理解自然界事物的数量特征和数量变化 规律。 生命
47、系统具有从细胞到生态系统的多个层次。种群和群落是其中的两个层次，都是从“群体”的视角 来观察和研究生命系统。从不同的层次研究生命系统，会发现不同的问题，得到不同的认识。人类活动会 对种群、群落的存在和发展产生重大影响，追求人与自然和谐发展是人类付出沉重代价后得出的教训。 第第5 5章章 生态系统及其稳定性生态系统及其稳定性 生态系统是当今最受人们重视的研究领域之一，全球所面临的资源与环境问题的解决，都有赖于对生 态系统的结构和功能、多样性与稳定性等诸多方面的研究。 碧水、青草、牛羊地平线之外一片苍茫。 “小小寰球”在宇宙中旋转，承载着它的生命之网。 生态系统是在一定空间中生物群落与其无机环境相
48、互作用而形成的统一整体。生态系统的结构包括两 方面的内容：生态系统的成分、食物链和食物网。生态系统含有生产者、消费者、分解者和非生物的物质 与能量等基本成分。生态系统中，进行着物质循环、能量流动和信息传递过程，其中物质是可以被循环利 用的，物质的循环带有全球性；能量流动则是单向和逐级递减的。生态系统中，各种各样的信息在生物的 生存、繁衍和调节种间关系等方面起着十分重要的作用。 生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。生态系统具有自我调节能力，这是生态系统稳 定性的基础。生态系统中组成成分越多，食物网越复杂，抵抗外界干扰的能力就越强。当今全球出现的诸 多环境问题，就与生态系统稳定性遭到破坏有关。 对系统内的组分和种种过程进行分析时，数学方法有着广泛而重要的应用。 整体的观点、相互作用的观点、动态平衡的观点等，是随着对生态系统的分析探讨而加深理解的，这 些观点也是认识和理解其他许多问题的基础。 第第6 6章章 生态环境的保护生态环境的保护 地球是人类赖以生存的唯一求园。数十亿年生命的演化，不断改变着地球的环境，使地球从荒芜不毛 之地，逐渐演变成生命的乐园。然而随着人类的出现和人口的增多，人类的活动在很大程度上改变了地球 的环境，使这个星球上许多生物的生存受到严重威胁，并且危及人类自身的生存和发展。 在对待地球家园的
