生物选修一教学课件

生物选修一教学课件本课件旨在系统讲解高中生物选修一内容，通过丰富的图文资料、思维导图和实验指导，帮助学生全面掌握细胞生物学基础知识我们将突出生物学核心素养培养，促进学生科学思维能力提升，并将生物学知识与日常生活紧密结合，培养学生的科学探究精神目录第一章走近细胞细胞学说、细胞观测方法、细胞多样性与统一性第二章组成细胞的分子水和无机盐、蛋白质、核酸、糖类和脂质第三章细胞的基本结构细胞膜、细胞器、细胞核、动植物细胞比较第四章细胞的物质输入和输出物质跨膜运输、生物膜流动镶嵌模型、胞吞胞吐第五章细胞的能量供应和利用、细胞呼吸、光合作用、细胞能量代谢ATP第一章走近细胞细胞的定义与地位细胞是生命的基本单位，也是结构和功能的基本单位所有生物都由细胞构成，新细胞只能由已存在的细胞分裂产生细胞是生命活动的基本场所理解细胞的概念对于认识生命现象、解析生命本质具有关键作用通过研究细胞，我们可以探索生命的奥秘，从微观角度理解宏观生命现象动物细胞与植物细胞在显微镜下的观察图像细胞是生物体结构和功能的基本单位，通过显微技术我们可以观察到不同类型细胞的特征细胞学说的发展年11665英国科学家罗伯特胡克首次观察到并描述了细胞，他在显微镜下观察软·木切片时发现了小房间结构，并将其命名为细胞年21838德国植物学家马蒂亚斯施莱登提出植物体是由细胞构成的·年31839德国动物学家西奥多施旺推广细胞学说，确认动物体也是由细胞构成·的，奠定了细胞学说的基础年41855德国医生鲁道夫菲尔绍提出细胞只能来源于细胞的理论，完善了细胞·学说从生物圈到细胞细胞1组织2器官3系统4个体5种群6群落7生态系统8生物圈9细胞在整个生物圈中扮演着最基础的角色，作为生命的基本单位，细胞通过不同层次的组织形成复杂的生物体系在生态系统中，细胞通过物质循环和能量流动维持着生态平衡，是整个生物圈能量转换和物质循环的基本单元细胞的多样性与统一性细胞的多样性细胞的统一性形态多样如神经细胞的树突、肌肉基本结构相似均有细胞膜、细胞质••细胞的纤维状结构、红血细胞的双凹和遗传物质圆盘形相同的遗传密码中的遗传信•DNA功能多样感光细胞接收光信号、肝息编码系统具有普遍性•细胞进行解毒、胰岛β细胞分泌胰岛相似的代谢途径如合成、糖酵•ATP素解等基本代谢过程大小差异从数微米的细菌到直径超•统一的物质组成蛋白质、核酸、脂•过微米的卵细胞100质、糖类等分子构成细胞的观测方法光学显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜利用可见光和透镜系统放大观察物体，最大放大利用电子束代替光线，最大放大倍数可达100万利用电子束扫描样品表面，形成三维立体图像，倍数约倍，分辨率约微米适合观察倍，分辨率可达纳米适合观察细胞超微结放大倍数可达万倍适合观察细胞表面结构、

15000.

20.110活细胞和组织切片，可进行细胞计数、形态观察构，如细胞器内部结构、病毒颗粒等微生物形态等，具有良好的景深效果等实验观察洋葱表皮细胞实验步骤取一小片新鲜洋葱鳞片叶，用镊子撕取内表皮，制成临时装片

1.先用清水观察，记录细胞结构特征

2.用碘液染色后再次观察，辨识细胞核等结构

3.换用甲基蓝溶液重复染色实验，比较效果

4.注意事项表皮必须单层铺展，避免折叠•染色时间控制适当，过度染色会影响观察•洋葱表皮细胞在显微镜下的观察图像通过碘液染色，可清晰观察到细调节光圈获得最佳观察效果•胞壁、细胞质和细胞核等结构注意细胞的规则排列和紧密连接的特点第二章组成细胞的分子水无机盐占细胞质量的，是细胞中含量最多60%-90%以离子形式存在，调节渗透压、维持酸碱平的物质，为生化反应提供环境，参与物质运输衡、参与神经传导和肌肉收缩等生理功能和代谢反应脂质蛋白质3构成生物膜的主要成分，是重要的能量储存生命活动的主要承担者，具有催化、运输、物质，也参与信号传导等过程防御、调节、结构支持等多种功能糖类核酸为细胞提供能量，部分糖类构成细胞结构，如DNA携带遗传信息，RNA参与蛋白质合成，纤维素构成植物细胞壁共同完成遗传信息的传递和表达细胞中的元素和化合物细胞中的主要元素细胞中含量最丰富的四种元素是碳C、氢H、氧O和氮N，占细胞总质量的96%以上此外，磷P、硫S、钾K、钠Na、钙Ca、镁Mg、氯Cl等也是细胞必需的元素，虽然含量较少，但在细胞生命活动中起着重要作用水和无机盐的作用氧碳氢氮钙磷其他•水优良的溶剂，参与水解和水合反应，调节体温•钙离子参与血液凝固、肌肉收缩、神经冲动传导•钠钾离子维持细胞膜电位，参与神经冲动传导•镁离子作为多种酶的辅助因子，参与叶绿素合成•铁离子参与血红蛋白、细胞色素等含铁蛋白的合成•碘离子参与甲状腺激素的合成生命活动的主要承担者蛋白质——一级结构氨基酸以肽键连接形成的多肽链，决定蛋白质的基本特性人体蛋白质由20种氨基酸组成，氨基酸排列顺序由基因决定二级结构多肽链局部区域形成的规则结构，主要有α螺旋和β折叠两种形式，由氢键维持稳定这些结构增强蛋白质的稳定性三级结构整个多肽链在空间上的弯曲折叠形成的立体结构，由多种化学键维持，决定蛋白质的生物学功能四级结构由两条或多条肽链（亚基）通过非共价键相互结合形成的复合蛋白，如血红蛋白由四个亚基组成，能协同结合和释放氧气案例解析血红蛋白是一种具有四级结构的蛋白质，由四个亚基组成，每个亚基含有一个血红素基团，可逆结合氧分子其空间结构使其能在肺部高氧环境下与氧结合，在组织低氧环境下释放氧气，实现氧气运输功能高分子化合物简介分类基本组成单位主要功能典型例子蛋白质氨基酸催化反应、物质运输、免疫防酶、抗体、血红蛋白、胶原蛋白御、信号传递、结构支持多糖单糖能量储存、结构支持淀粉、糖原、纤维素、几丁质核酸核苷酸储存和传递遗传信息DNA、RNA（mRNA、、）tRNA rRNA脂质脂肪酸、甘油等能量储存、膜结构、信号分子磷脂、固醇类、三酰甘油生物大分子是细胞的重要组成部分，由小分子基本单位通过脱水缩合反应聚合而成它们的多样性主要源于基本单位的种类、数量和排列顺序的不同这些大分子在细胞内相互协作，共同支持生命活动的进行遗传信息的携带者核酸——的结构的结构DNA RNA双链螺旋结构，由两条互补的多核苷通常为单链结构，可形成局部双链区••酸链组成域基本单位是脱氧核苷酸，包含脱氧核基本单位是核糖核苷酸，包含核糖、••糖、磷酸和含氮碱基磷酸和含氮碱基四种碱基腺嘌呤、鸟嘌呤四种碱基腺嘌呤、鸟嘌呤•A•A、胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、胞嘧啶G TC GU C碱基互补配对原则，主要类型、、•A-T G-C•mRNA tRNA rRNA核酸是遗传信息的物质基础存储遗传信息，参与遗传信息的传递和表达DNA RNA在中心法则中，通过复制实现自我传递，通过转录生成，通过翻译指导DNA RNARNA蛋白质的合成，共同完成从基因到性状的表达过程实验的提取DNA实验材料•新鲜香蕉或猪肝组织•蒸馏水、食盐、洗涤剂•菠萝汁或肉桂粉•冰冷酒精（95%乙醇）•研钵、玻璃棒、烧杯、量筒、漏斗、纱布实验步骤

1.制备提取液将洗涤剂、食盐溶于水中

2.制备组织匀浆将材料切碎研磨，加入提取液

3.裂解细胞37℃水浴10分钟，洗涤剂破坏细胞膜

4.过滤通过纱布过滤，获得清澈的滤液

5.沉淀DNA缓慢倾倒冰冷酒精于滤液表面，观察界面处的DNA丝状物

6.收集DNA用玻璃棒缠绕提取出DNA实验现象在滤液与酒精的界面处可观察到白色丝状或棉絮状物质析出，这就是提取的DNA洗涤剂破坏细胞膜和核膜，释放DNA；食盐中的钠离子中和DNA的负电荷，减少其水溶性；酒精使DNA变性沉淀细胞中的糖类和脂质单糖二糖最简单的糖类，如葡萄糖、果糖、半乳糖葡萄糖是细胞呼吸的主要由两个单糖分子脱水缩合形成，如蔗糖（葡萄糖+果糖）、麦芽糖底物，通过糖酵解和柠檬酸循环产生单糖可以直接被细胞吸收（葡萄糖葡萄糖）、乳糖（葡萄糖半乳糖）需要水解后才能被机ATP++利用体利用多糖脂肪由多个单糖分子聚合而成淀粉是植物的储能物质，糖原是动物的储由甘油和脂肪酸脱水缩合形成的甘油三酯，是动植物体内重要的能量能物质，纤维素是植物细胞壁的主要成分，几丁质是真菌细胞壁和节储存物质每克脂肪氧化释放的能量约为糖类的两倍脂肪可在脂肪肢动物外骨骼的主要成分组织中长期储存磷脂固醇类生物膜的主要成分，具有亲水性头部和疏水性尾部，在水溶液中自发如胆固醇，是动物细胞膜的重要组成部分，调节膜的流动性胆固醇形成双分子层结构，构成细胞膜的基本骨架也是合成类固醇激素的前体物质细胞中的无机物水的特性与功能常见无机盐作用水是细胞中含量最丰富的物质，占细胞质量的60%-90%水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，呈现出极性结构，使其成为优良的溶剂无机离子主要功能•优良的溶剂能溶解多种极性物质和离子化合物钙离子Ca2+参与血液凝固、肌肉收缩、神经冲动传导，是骨骼和牙齿的主要成分•高比热容吸收或释放大量热能时温度变化小，有助于维持细胞稳定的温度环境•高蒸发潜热蒸发时带走大量热量，有助于散热钠离子Na+维持细胞外液渗透压，参与神经冲动传导•强大的内聚力和粘附力形成毛细现象，支持植物体内水分运输钾离子K+维持细胞内液渗透压，参与神经冲动传导•参与生化反应作为水解反应的底物和脱水缩合反应的产物镁离子Mg2+作为多种酶的辅助因子，是叶绿素的组成部分铁离子Fe2+/Fe3+血红蛋白、细胞色素的组成部分，参与氧气运输和电子传递综合案例分析1案例背景张同学近期饮食不规律，常吃快餐，出现易疲劳、记忆力下降等症状血液检查发现多种营养素缺乏，包括蛋白质、铁、维生素B族等医生建议调整饮食结构，增加蛋白质和微量元素的摄入蛋白质摄入不足的影响蛋白质是体内酶、抗体等功能分子的组成成分缺乏优质蛋白质会导致免疫力下降、肌肉减少、伤口愈合缓慢等问题建议增加瘦肉、鱼、蛋、豆制品等优质蛋白食物摄入铁元素缺乏的影响铁是血红蛋白的重要组成部分，参与氧气运输缺铁会导致贫血，表现为疲劳、头晕、面色苍白等建议增加动物肝脏、红肉、深绿色蔬菜等含铁丰富的食物摄入族维生素缺乏的影响BB族维生素参与能量代谢和神经系统功能维持缺乏会导致精神不振、记忆力下降、皮肤问题等建议增加全谷物、坚果、奶制品等B族维生素丰富食物的摄入通过这个案例，我们可以理解细胞分子组成与人体健康的密切关系合理膳食能确保细胞获得所需的各类分子，维持正常的生命活动第三章细胞的基本结构细胞膜细胞核由磷脂双分子层和蛋白质构成，选择性地控制细胞的控制中心，含有遗传物质DNA，负责物质出入细胞，维持细胞内环境稳定遗传信息的储存和表达叶绿体线粒体植物细胞特有，进行光合作用，将光能转化为细胞发电站，进行有氧呼吸，为细胞提供化学能大部分ATP能量溶酶体核糖体细胞消化系统，含多种水解酶，消化细胞蛋白质合成场所，由和蛋白质构成，存rRNA内外的废物和异物在于细胞质和内质网上高尔基体内质网对蛋白质进行加工、分类和包装，形成分泌泡合成、加工、运输蛋白质和脂质的场所，分为或溶酶体粗面内质网和滑面内质网细胞膜系统的边界——细胞膜的分子组成•磷脂双分子层形成基本骨架，每个磷脂分子有亲水的头部和疏水的尾部•膜蛋白嵌入或附着于磷脂双层，执行特定功能•胆固醇插入磷脂分子之间，调节膜的流动性和稳定性•糖脂和糖蛋白位于细胞膜外侧，参与细胞识别和免疫应答流动镶嵌模型的关键点•流动性磷脂和膜蛋白可在膜平面内自由移动，呈流动状态•镶嵌性膜蛋白镶嵌在磷脂双层中，可分为跨膜蛋白、外周蛋白等•非对称性膜的内外两侧组成不同，功能各异•选择透过性控制物质进出细胞，维持细胞内环境稳定细胞膜的流动镶嵌模型图这一模型由S.J.Singer和G.L.Nicolson于1972年提出，成为现代细胞膜结构的主流理论磷脂分子排列成双层结构，其中嵌有各种蛋白质膜的流动性使其能够在保持结构完整的同时实现多种功能细胞膜的选择透过性小分子物质的通过离子通道的调控渗透实验案例水分子、氧气、二氧化碳等小分子非极性物质可带电离子通过特定的离子通道蛋白穿过细胞膜将红细胞置于不同浓度的盐溶液中，可观察到不以直接通过磷脂双层扩散水分子可通过水通道这些通道具有高度特异性，只允许特定离子通同现象在高渗溶液中细胞皱缩，在低渗溶液中蛋白快速穿过膜这种被动运输方式不需要能量过神经细胞的钠离子通道和钾离子通道在神经细胞膨胀甚至破裂，在等渗溶液中细胞形态正消耗，物质从高浓度向低浓度移动冲动传导中起关键作用常这说明水分子可自由通过细胞膜细胞膜的选择透过性与多种疾病相关如囊性纤维化是由氯离子通道蛋白缺陷引起的；某些中毒现象是由于毒素破坏了细胞膜的结构；多种抗生素通过干扰细胞膜功能杀死细菌理解细胞膜的选择透过性对疾病治疗具有重要意义细胞器系统内的分工合作——线粒体叶绿体内质网和高尔基体双层膜结构，内膜折叠形成嵴，基质中含有双层膜结构，内含基质和类囊体系统类囊体膜内质网是膜性管道和囊泡网络，分为粗面内质网DNA和核糖体进行有氧呼吸，将有机物中的上含有叶绿素等光合色素，能捕获光能基质中（合成分泌蛋白）和滑面内质网（合成脂质）能量转化为ATP拥有自己的DNA和半自主复含有DNA和核糖体进行光合作用，将光能转高尔基体由扁平囊泡堆叠而成，对蛋白质进行加制能力，被认为起源于内共生的原始细菌化为化学能，合成有机物工、分类和包装，形成分泌泡或溶酶体细胞核控制中心——细胞核的结构组成•核膜双层膜结构，上有核孔，控制物质出入•染色质DNA和蛋白质的复合体，分裂时凝缩成染色体•核仁合成核糖体RNArRNA的场所•核基质支持核内结构的网络细胞核的功能•存储遗传信息DNA包含编码蛋白质的基因•遗传信息表达转录合成RNA•遗传信息传递DNA复制后通过细胞分裂传给子代细胞•核糖体生物合成在核仁中合成rRNA并组装核糖体亚基基因调控实例人体不同组织的细胞含有相同的DNA，但表达不同的基因，导致细胞分化为不同类型如红细胞表达血红蛋白基因，胰岛β细胞表达胰岛素基因这种选择性基因表达由转录因子等调控蛋白控制，是细胞分化和发育的基础细胞器之间的协作细胞核DNA转录合成mRNA，mRNA通过核孔进入细胞质核糖体核糖体结合mRNA，翻译合成多肽链内质网粗面内质网上的核糖体合成蛋白质，蛋白质进入内质网腔，进行初步修饰高尔基体蛋白质通过转运小泡运至高尔基体，进行进一步加工、修饰和分类分泌泡加工完成的蛋白质装入分泌泡，运至细胞膜，通过胞吐作用释放到细胞外细胞可以类比为一座高效运转的工厂，各个细胞器相当于工厂中的不同部门细胞核是决策中心，制定生产计划；内质网是生产车间，制造产品；高尔基体是包装车间，对产品进行包装和分类；线粒体是发电站，提供能量；溶酶体是废物处理厂，分解废物；细胞膜是海关，控制物资进出动植物细胞结构对比结构动物细胞植物细胞细胞壁无有，主要成分为纤维素中心体有，参与细胞分裂多数高等植物细胞无叶绿体无有，进行光合作用液泡小而多大而少，常为一个中央液泡形状不规则，可变形规则，固定能量储存主要以糖原形式主要以淀粉形式溶酶体丰富较少细胞膜有有细胞核有有线粒体有有动植物细胞在结构上存在明显差异，这与它们的生活方式和代谢特点密切相关植物细胞具有细胞壁和叶绿体，使其能够进行光合作用并提供支持力；而动物细胞缺乏这些结构，但具有更发达的中心体和溶酶体系统，适应其多样的生活环境和能量获取方式两类细胞的共同点是均具有细胞膜、细胞核和线粒体等基本结构，体现了生物的统一性实验分离细胞器实验原理差速离心法利用细胞器大小、密度的差异，通过不同转速和时间的离心分离细胞器离心力大小与转速的平方成正比，离心力越大，沉降速度越快实验步骤

1.组织匀浆将新鲜组织（如肝脏）切碎，加入等渗缓冲液，使用匀浆器研磨，破碎细胞释放细胞器

2.低速离心1000g，10分钟分离细胞核和未破碎细胞

3.中速离心10000g，20分钟分离线粒体、叶绿体等大型细胞器

4.高速离心100000g，60分钟分离微粒体（内质网和高尔基体碎片）

5.超速离心300000g，120分钟分离核糖体和大分子第四章细胞的物质输入和输出自由扩散通道蛋白介导的扩散小分子非极性物质（如₂、₂）和水等小O CO离子和水分子通过特定的通道蛋白快速通过细分子极性物质直接通过磷脂双层，不需要载体12胞膜，不需要能量消耗蛋白和能量胞吐作用载体蛋白介导的扩散6细胞内的囊泡与细胞膜融合，将内容物释放葡萄糖等极性分子借助载体蛋白，从高浓度到细胞外，是分泌蛋白的主要方式向低浓度扩散，不需要能量胞吞作用主动运输5细胞膜内陷，包裹外界物质形成囊泡进入细胞通过转运蛋白将物质从低浓度向高浓度运输，内，可分为吞噬作用和入胞作用需要消耗ATP提供能量物质跨膜运输的实例被动运输实例•气体交换肺泡和毛细血管之间的氧气和二氧化碳通过自由扩散进行交换•水的渗透水分子通过水通道蛋白快速通过细胞膜，维持细胞内外水平衡•促进性扩散肝细胞和肌肉细胞表面的GLUT4蛋白转运葡萄糖进入细胞•离子通道神经细胞上的钠离子和钾离子通道在神经冲动传导中起关键作用主动运输实例•钠钾泵将3个钠离子泵出细胞，同时将2个钾离子泵入细胞，消耗1个ATP•钙泵将钙离子从肌浆网泵入肌质网，在肌肉舒张中起重要作用•质子泵植物细胞将H⁺泵出细胞，形成质子浓度梯度，为其他物质运输提供能量•次级主动运输利用一种物质的浓度梯度为另一种物质提供运输能量，如钠-葡萄糖协同转运体钠钾泵Na⁺-K⁺ATP酶是细胞膜上重要的主动运输系统，由α和β两个亚基组成其工作过程为

①ATP提供能量，使泵蛋白磷酸化；

②磷酸化使泵蛋白构象改变，钠离子被释放到细胞外；

③钾离子结合到泵蛋白上；

④磷酸基团释放，泵蛋白恢复原构象，钾离子被释放到细胞内；

⑤钠离子重新结合，进入新一轮循环生物膜的流动镶嵌模型磷脂双分子层膜蛋白的类型每个磷脂分子有亲水的头部和疏水的尾部，在水环境中自发形成双层结构磷脂分子可跨膜蛋白穿过整个膜，两端分别伸向细胞内外；外周蛋白附着于膜的内侧或外侧；在层内自由移动，赋予膜流动性脂锚定蛋白通过共价连接的脂质分子锚定在膜上胆固醇的作用糖脂和糖蛋白插入磷脂分子之间，在高温时限制磷脂流动性，防止膜过度流动；在低温时防止磷脂过碳水化合物链连接在膜脂质或蛋白质上，朝向细胞外侧，形成糖萼参与细胞识别、细度排列，保持膜的流动性胞粘附和免疫应答膜的动态性质使其能够执行多种功能，包括物质运输、信号转导、细胞识别等膜蛋白的侧向移动可使相关蛋白聚集形成功能复合体；膜的流动性也使细胞能够进行胞吞胞吐作用；某些信号分子可通过影响膜流动性调控细胞功能温度、不饱和脂肪酸含量等因素都会影响膜的流动性物质跨膜运输方式归纳

0.2nm100x1ATP自由扩散通道尺寸通道蛋白加速倍率主动运输能量消耗只有极小的分子如O₂、CO₂通道蛋白可将某些特定离子或分主动运输每循环通常消耗1个和水等能直接通过磷脂双层这子的跨膜速率提高数百倍如水ATP分子如钠钾泵每消耗1个些分子直接穿过脂质双层空隙或通道蛋白每秒可允许数十亿个水ATP，可将3个钠离子泵出细通过特定通道蛋白分子通过胞，同时将2个钾离子泵入细胞⁻10⁷s离子通道开放时间神经细胞上的电压门控钠通道开放时间极短，仅约

0.1-1毫秒，但足以改变膜电位，产生神经冲动典型实验演示用荧光标记的葡萄糖类似物2-NBDG可视化观察葡萄糖转运过程；用荧光钙指示剂观察钙离子通过钙通道的动态变化；用膜电位敏感染料观察离子通道活动引起的膜电位变化这些技术帮助科学家深入理解物质跨膜运输的分子机制渗透作用实验实验设计将红细胞分别放入不同浓度的盐溶液中，观察细胞形态变化•高渗溶液（

0.9%NaCl）细胞周围溶液浓度高于细胞内•等渗溶液（

0.9%NaCl）细胞周围溶液浓度等于细胞内•低渗溶液（

0.9%NaCl）细胞周围溶液浓度低于细胞内观察现象•高渗溶液中细胞内水分子向外扩散，细胞皱缩•等渗溶液中水分子进出平衡，细胞形态正常•低渗溶液中水分子向细胞内扩散，细胞膨胀，甚至破裂（溶血）植物细胞与动物细胞在低渗溶液中的反应不同由于植物细胞具有细胞壁，当细胞吸水膨胀时，细胞壁会产生向内的压力，当这个压力与渗透压平衡时，水分子不再净流入，细胞处于饱满状态（称为胀状态）这是植物保持挺拔的重要机制胞吞胞吐的应用白细胞的吞噬作用胆固醇的摄取神经递质的释放LDL白细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）通过吞噬作低密度脂蛋白LDL携带胆固醇进入细胞的过程神经冲动传递至突触末梢时，突触小泡与细胞膜用摄取并消化病原体，是免疫系统的重要防御机是受体介导的胞吞作用典型例子细胞表面的融合，通过胞吐作用释放神经递质到突触间隙，制白细胞表面的受体识别病原体，细胞膜伸出LDL受体识别并结合LDL颗粒，形成被包膜小神经递质与突触后膜上的受体结合，产生新的电伪足包围病原体，形成吞噬泡，随后与溶酶体融窝，内陷形成囊泡，随后LDL与受体分离，受体信号，完成信息传递胞吐后，细胞膜通过内陷合，溶酶体中的酶消化病原体被回收到细胞膜回收突触小泡实验观察植物细胞质壁分离实验原理当植物细胞置于高渗溶液中，水分子从细胞内向外扩散，细胞质收缩，细胞膜与细胞壁分离，形成质壁分离现象这个过程是可逆的，若将细胞重新置于低渗溶液中，水分子会进入细胞，使细胞质重新贴附细胞壁实验步骤

1.取一小片紫色洋葱鳞片叶表皮，制作临时装片

2.先用清水观察，记录细胞正常形态

3.用滤纸吸去载玻片上的水，滴加10%蔗糖溶液

4.观察并记录质壁分离现象

5.再次更换为清水，观察质壁分离是否恢复结果分析在高渗溶液中，可观察到•细胞质从细胞壁各处收缩•细胞质团聚在细胞中央或一侧•细胞质与细胞壁之间出现明显空隙•紫色液泡颜色加深（因体积减小，液泡色素浓度增加）更换为清水后，水分子重新进入细胞，细胞质逐渐膨胀，最终与细胞壁重新贴合，恢复正常形态，表明质壁分离是一个可逆过程综合案例分析2案例背景沿海地区植物适应盐碱环境的细胞机制沿海地区土壤含盐量高，形成高渗环境，普通植物在此环境中会因水分流失而萎蔫但红树林等耐盐植物能在此环境中正常生长，这与其细胞的特殊适应机制有关渗透调节机制耐盐植物通过在细胞内积累高浓度溶质（如甜菜碱、脯氨酸等有机溶质）来降低细胞内水势，防止水分流失这些有机溶质被称为相容性溶质，不会干扰正常的细胞代谢离子平衡调控通过主动运输将钠离子排出细胞或隔离在液泡中，同时保持钾离子等必需离子的正常水平这种调控依赖于细胞膜和液泡膜上的离子转运蛋白，如钠-氢反向转运蛋白、钠泵等盐腺分泌某些耐盐植物在叶片表面进化出特殊的盐腺结构，能将过量的盐分泌到叶片表面，随后被雨水冲走或结晶脱落这一过程涉及胞吐作用等细胞运输机制这一案例揭示了细胞物质运输与环境适应的关系研究这些机制不仅有助于理解生物多样性，也为培育耐盐作物提供理论基础，对解决全球土壤盐碱化问题具有重要意义第五章细胞的能量供应和利用光合作用太阳能绿色植物利用叶绿体将光能转化为化学能，合成有机物，释放氧气光能是生物圈能量的最终来源，被光合生物捕获并转化为化学能有机物含有化学能的有机物被生物摄取作为能量来源5ATP细胞呼吸能量以形式储存，随时供给各种生命活ATP动使用有机物在细胞内氧化分解，释放能量，产生₂和₂CO HO能量流动是维持生命活动的基础在生物圈中，能量从太阳流向生物，最终以热能形式散失到环境中光合作用将光能转化为化学能，细胞呼吸将化学能转化为，而则直接供能给各种生命活动这一能量流动过程遵循能量守恒和熵增定律，是生命系统与非生命系统的重要区别之一ATP ATP的结构与功能ATP的分子结构ATPATP三磷酸腺苷由三部分组成•腺嘌呤一种含氮碱基•核糖一种五碳糖•三个磷酸基团依次为α、β、γ磷酸高能磷酸键连接磷酸基团之间的键，特别是连接β和γ磷酸之间的键，水解时释放大量能量的功能ATP•为细胞活动提供能量如肌肉收缩、主动运输、生物合成•磷酸化修饰通过磷酸化改变蛋白质活性，参与信号传导•核苷酸合成的前体参与DNA和RNA的合成•辅酶组分作为多种辅酶的组成成分ATP是细胞内的能量货币，ATP→ADP+Pi过程中释放的能量直接驱动各种需能反应ATP的生成与分解形成动态平衡，一个人体细胞每天约合成和分解相当于自身重量的ATP细胞呼吸作用概述糖酵解丙酮酸氧化发生在细胞质中，将葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量ATP和NADH不需要氧在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体，被氧化为乙酰CoA，释放CO₂，产生气参与，是有氧和无氧呼吸的共同阶段NADH连接糖酵解和柠檬酸循环的过渡阶段柠檬酸循环电子传递链与氧化磷酸化在线粒体基质中进行，乙酰CoA进入循环，完全氧化为CO₂，同时产生在线粒体内膜上进行，NADH和FADH₂释放的电子通过电子传递链，最终被NADH、FADH₂和少量ATP氧接受形成水，同时驱动ATP合成酶合成大量ATP呼吸类型最终电子受体最终产物ATP产量每摩尔葡萄糖有氧呼吸氧气O₂CO₂+H₂O30-32乳酸发酵丙酮酸乳酸2酒精发酵乙醛乙醇+CO₂2实验种子呼吸测定实验目的观察和测定不同条件下种子的呼吸强度，了解影响呼吸的因素实验材料•浸泡24小时的豌豆种子和煮沸后的豌豆种子•呼吸测定装置（广口瓶、导管、石灰水）•温度计、天平、烧杯、纱布实验步骤

1.准备两组呼吸测定装置，分别放入等量的浸泡种子和煮沸种子

2.确保装置气密性良好，观察石灰水变化

3.设置不同温度10℃、20℃、30℃条件，观察呼吸强度差异

4.根据石灰水变浑浊的速度判断CO₂产生量，间接反映呼吸强度实验现象与结论实验现象光合作用基本过程光反应（光能反应）发生在叶绿体类囊体薄膜上，包括光能的吸收、电子传递、ATP合成和NADPH生成三个主要过程叶绿素吸收光能，通过电子传递链将能量转化为ATP和NADPH暗反应（碳反应）发生在叶绿体基质中，利用光反应产生的ATP和NADPH，将CO₂固定并转化为有机物主要通过卡尔文循环完成，核心酶是RuBP羧化酶，最终产物是G3P糖类合成G3P进一步转化为葡萄糖、蔗糖、淀粉等碳水化合物一部分G3P也用于再生RuBP，维持卡尔文循环的持续进行生态系统影响光合作用释放氧气，为需氧生物提供生存条件；固定二氧化碳，减缓温室效应；合成有机物，为几乎所有生物提供食物和能量来源光合作用是将光能转化为化学能的关键过程，其总反应式为6CO₂+12H₂O+光能→C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O光合作用与呼吸作用在生物圈中形成能量流动和物质循环，维持生态系统平衡人类活动导致的大气CO₂浓度升高可能短期内提高植物光合效率，但长期气候变化可能对生态系统产生负面影响细胞能量代谢调控酶的调节功能酶是细胞代谢的关键调控者，通过以下机制调节代谢途径•变构调节某些分子与酶的变构位点结合，改变酶的构象和活性•共价修饰通过磷酸化/去磷酸化等方式改变酶活性•反馈抑制代谢产物抑制代谢途径中的关键酶•酶原激活将无活性的酶原转变为有活性的酶举例磷酸果糖激酶的调控磷酸果糖激酶PFK是糖酵解途径中的关键调节酶ATP水平高时抑制PFK活性，减缓糖酵解；AMP水平高时激活PFK，加速糖酵解这种机制确保细胞能量供需平衡细胞呼吸与光合作用的协调植物细胞中，光合作用与呼吸作用同时进行，两者需要精密协调•底物水平调控光合作用产物葡萄糖为呼吸提供底物实验光合作用强度测定叶片浮沉实验设计该实验利用叶片在光照下产生氧气而浮起的现象，间接测定光合作用强度实验材料•新鲜菠菜叶片•注射器、打孔器•碳酸氢钠溶液（提供CO₂）•不同强度光源•秒表、温度计实验步骤

1.用打孔器从菠菜叶片上打出若干大小相同的圆片

2.用注射器抽去叶片中的气体，使其沉入溶液底部

3.将装有叶片的碳酸氢钠溶液分别置于不同光照强度下

4.记录叶片上浮所需时间，计算上浮速率

5.探究温度、光照强度、CO₂浓度等因素对光合作用强度的影响综合案例分析3案例背景马拉松运动中的能量代谢变化起跑阶段（分钟）0-20马拉松选手在

42.195公里的长跑过程中，身体能量代谢经历复杂变化主要依靠肌肉中储存的磷酸肌酸和肌糖原提供能量磷酸肌酸直接为不同阶段，肌肉细胞利用不同底物产生ATP，以满足持续运动需求ATP再生提供磷酸基团，可快速释放能量；肌糖原通过糖酵解分解为丙酮酸，进入有氧呼吸产生ATP持续跑阶段（分钟小时）耐力极限阶段（小时以后）20-22逐渐转向脂肪酸氧化提供能量脂肪酸通过β氧化产生乙酰CoA，进入柠糖原储备减少，主要依靠脂肪分解提供能量极端情况下，还会动用蛋檬酸循环和电子传递链，产生大量ATP肝糖原分解为葡萄糖进入血白质作为能量来源，氨基酸脱氨基后的碳骨架进入柠檬酸循环产生能液，也为肌肉提供能量底物量这阶段容易出现撞墙现象马拉松运动员的饮食安排直接影响比赛表现赛前3天进行碳水负荷，增加肌糖原储备；比赛中及时补充运动饮料，提供葡萄糖和电解质；赛后摄入优质蛋白质和碳水化合物，促进恢复这一案例展示了细胞能量代谢与宏观生理功能的紧密联系生物技术与前沿基因编辑技术分子检测技术合成生物学CRISPR-Cas9系统是一种高效精准的基因编辑聚合酶链式反应PCR能快速扩增特定DNA片合成生物学通过设计和构建不存在于自然界的生工具，源于细菌的免疫防御机制科学家可利用段，是现代分子诊断的基础荧光定量PCR技术物系统，实现特定功能例如，改造大肠杆菌生它在特定位点切割DNA，实现基因敲除、插入在COVID-19检测中发挥了关键作用基于抗原产胰岛素，设计酵母菌合成抗疟药青蒿素，以及或修复该技术已应用于治疗遗传性疾病、培育-抗体特异性结合的免疫检测技术广泛应用于疾开发微生物传感器监测环境污染物这一领域将抗病作物等领域，但也引发了伦理争议病诊断，如妊娠试纸、艾滋病检测等生物学与工程学原理相结合学科素养提升与转化科学思维训练案例以植物光合作用研究为例培养科学思维

1.提出问题不同波长的光对光合作用效率有何影响？

2.形成假设蓝光和红光区域的光合效率最高

3.设计实验使用不同波长滤光片，测量氧气释放速率

4.数据收集记录各波长下的氧气产量数据

5.分析结论验证或修正最初假设

6.反思改进思考实验误差来源和改进方法这一过程培养了观察、假设、实验、分析和评价等科学思维能力核心素养目标回顾综合实验活动设计细胞模型制作食物中生物分子检测细胞膜透过性探究让学生分组制作三维细胞模型，用不同材料表示设计一系列实验检测日常食物中的生物分子使使用马铃薯条和不同浓度盐溶液设计渗透实验各种细胞器如用气球代表细胞膜，毛线代表内用碘液检测淀粉，斐林试剂检测还原糖，苏丹学生测量浸泡前后马铃薯条的质量和长度变化，质网，豆子代表线粒体等制作过程中讨论各细III染液检测脂肪，双缩脲试剂检测蛋白质学计算渗透率，绘制浓度-变化率曲线通过这一胞器的结构特点和功能关系，完成后进行小组展生可自带各种食物样品进行测试，并讨论食物营活动，理解细胞膜选择透过性原理和渗透作用在示和评价这一活动强化对细胞结构的立体认养成分与健康的关系生活中的应用识学业评价典型题讲解知识点综合运用示例【题目】某研究小组培养了两组相同的植物细胞，A组在有氧条件下培养，B组在无氧条件下培养，测定两组细胞中的ATP含量下列有关分析正确的是（）•A.A组细胞主要通过有氧呼吸产生ATP，B组细胞主要通过无氧呼吸产生ATP•B.A组和B组细胞产生的ATP总量相同•C.A组和B组细胞都能进行光合作用产生ATP•D.B组细胞不能产生ATP【分析】植物细胞在有氧条件下主要通过有氧呼吸产生ATP，在无氧条件下可通过无氧呼吸（发酵）产生少量ATP有氧呼吸产生的ATP远多于无氧呼吸光合作用需要光照条件，题目未提及光照，因此两组细胞都不进行光合作用【答案】A新题型解析与答题规范解答细胞生物学实验类题目的思路

1.明确实验目的，理解实验原理

2.分析实验设计的对照组和实验组作用

3.结合已学知识解释实验现象

4.注意区分相关和因果关系

5.作图题注意坐标轴标题、单位和数据点的准确标记

6.开放性问题应从多角度分析，注重逻辑性和科学性多学科融合与创新活动细胞结构虚拟实验室结合信息技术和生物学，利用虚拟现实VR技术创建细胞内部三维环境学生可漫游于细胞内部，观察各细胞器的立体结构和工作过程这种沉浸式学习方式大大提升了对微观世界的理解和记忆效果生物传感器模型设计融合生物学与工程学，设计简易的生物传感器模型例如，利用酵母发酵产生CO₂的原理，结合气体传感器监测面团发酵过程；或利用植物光合作用释放氧气的原理，设计水质污染监测装置细胞艺术与科学摄影结合生物学与艺术，引导学生利用显微镜观察各种细胞样本，捕捉微观世界的美丽图像，并进行艺术加工可举办微观世界摄影展，将科学观察与艺术创作相结合，培养学生的审美能力和创新思维细胞代谢数学模型结合数学与生物学，建立简单的细胞代谢数学模型如利用指数函数描述细胞生长曲线，用微分方程模拟酶促反应动力学，通过数据分析和可视化，深入理解生命过程中的数量关系和变化规律学生自主实践与研究课题探究建议学生可选择以下方向开展自主研究•不同蔬果中抗氧化物质含量比较•植物生长素对种子萌发的影响•环境因素对酵母菌发酵效率的影响•不同洗涤剂对细胞膜通透性的影响•光照条件对植物色素合成的影响研究流程应包括选题立项、文献调研、实验设计、数据收集、结果分析、报告撰写和成果展示等环节教师提供必要指导，但鼓励学生独立思考和操作论文写作与展示样例优秀研究报告应包含以下要素

1.明确的研究问题和假设

2.详细的实验材料和方法

3.清晰的数据记录和统计分析

4.有逻辑性的结果讨论

5.合理的结论和应用前景

6.规范的参考文献引用学生可通过PPT演示、科学海报、实物展示等形式展示研究成果优秀作品可推荐参加校级或市级青少年科技创新大赛，激发学生的科研热情生态与可持续发展议题绿色生物技术生物多样性保护利用植物和微生物改善环境，如生物修复技术去除土壤和水体污染物；生物能源技术利建立自然保护区，保护珍稀物种栖息地；基因库保存濒危物种遗传资源；控制外来入侵用藻类和农作物废弃物生产可再生能源；生物塑料研发减少白色污染物种；制定和执行生物资源可持续利用政策循环经济模式生态文明教育建立资源-产品-废弃物-再生资源的循环体系；开发生物降解材料替代传统塑料；推普及生态环保知识，增强公众环保意识；倡导简约适度、绿色低碳的生活方式；培养青广有机农业和生态养殖，减少化学品使用少年生态保护责任感和可持续发展理念生活中的生态知识应用选择节能家电减少能源消耗；正确分类垃圾便于回收利用；选择可降解包装减少白色污染；适量使用洗涤剂减少水体富营养化；种植绿色植物改善室内空气质量；选择本地时令食物减少运输碳排放课后思考与拓展阅读推荐书目与资源•《细胞生命的礼赞》以生动语言描述细胞世界的奥秘•《基因传》讲述DNA发现的科学史诗•《自私的基因》从进化视角解读生命现象•《生命是什么》探讨生命的物理学本质•TED演讲《细胞内部的虚拟之旅》•纪录片《细胞的秘密生活》、《生命的起源》•网站资源中国数字科技馆、生物学在线总结与展望课程关键点回顾本课程系统介绍了细胞生物学的基础知识，包括细胞的基本结构、分子组成、物质运输和能量代谢等通过理论讲解、实验探究和案例分析，帮助学生建立了从微观到宏观的生命科学认知框架，理解了细胞是生命活动的基本单位这一核心概念学科整合与应用细胞生物学知识与医学、农业、环保等领域密切相关理解细胞结构与功能有助于探索疾病机制和治疗方法；细胞代谢研究为改良作物、提高产量提供理论基础；细胞技术应用于环境治理和资源可持续利用未来发展趋势随着单细胞测序、超高分辨率显微技术、人工智能等新技术发展，细胞生物学研究将更加精细化和系统化合成生物学、基因编辑、细胞治疗等领域将取得突破性进展，为人类健康和环境可持续发展带来新机遇科学探究精神细胞生物学是一个充满未知的领域，需要科学家持续探索希望同学们保持好奇心和探究精神，敢于质疑、勤于思考、勇于创新，成为未来推动生命科学发展的新力量。