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【关键词】高中生物;细胞;功能;结构
相信大家对于生物都不陌生,因为生物与人们的生活息息相关,人本身就是一种动物,存在于生物研究的领域,生物从最为基本的结构,最基础的生命物质细胞开始研究,让人们清楚的了解现在的世界上的生命组成的物质,更加透彻的了解自己,了解世界,这就是生物的学习存在的意义。
生命之中充满无穷的奥秘,而生物的探索就为我们大家揭开了这些神秘的面纱,让我们能够看清生命的本质,了解花草树木,鱼虫,甚至是人类生命的意义。人是由无数个分工明确的细胞组成的,这些细胞无时无刻不在为人类的活动而运转,就算是人在睡觉的时候,还有很多的细胞都在不停的运转,有些细胞会在人死了之后停止运转,而有些细胞就算是失去了供养,还是能够继续生存下去。
生物根据细胞的多少可以分为单细胞,多细胞。单细胞生物一般都是结构极其的简单,凭着一个细胞就能够进行摄食,排泄,运动等活动,最为普遍的就是草履虫,草履虫是一种简单的单细胞生物,主要是生活在水中,现代生物学中经常通过研究草履虫来研究单细胞生物的特性。人是多细胞的生物,那人的细胞每天都在做什么,又是怎样分工明确的来让人实现学习,工作,吃饭等事情的。笔者结合高中生物的教材,为大家进行详细,通俗易懂的解答。
一、细胞是生物体结构和功能的基本单位,一切生命活动都离不开细胞
如果大家有高中生物的教材,打开目录的第一章就会看到这句话。细胞在生命中起着不可缺少的作用,生物体结构和功能都离不开细胞的实现,生命的活动更加不能够离开细胞。没有细胞就没有生命,而那些不具有细胞结构的病毒,也要依赖于宿主细胞才能够生存,可想而知,细胞对于生命的活动是多么的重要。
一个细胞就可以构成一种简单的生物体。在上亿万年前,据说地球上都是海洋的时候,人类还没有存在在这个世界上,那时地球上唯一的生命物质就是最简单的单细胞,现在在各大博物馆都可以找寻这些地球祖先的身影,虽然她们已经在地球的舞台上失去了身影,但是对于人们对细胞的研究有不可或缺的价值,她们是现代生命的基础,是想要了解细胞的科学家们的研究对象,而这些简单的细胞对于地球的发展,人们的出现和进步都有极其重要的作用。
二、细胞的组成,动物细胞植物细胞的区别
经过了上亿年的发展,地球上的恐龙灭绝了,活跃在地球上面的是具有高智商的人类。曾经的地球上都是海洋,存在的也只有海洋里面极为简单的单细胞生物,但是如今,地球仍是被海洋覆盖,但是几块陆地上面物种丰富,动物和植物都有千百万种,构成各种动物和植物的细胞也存在差异,但是因为具有相同的起源,动物细胞和植物细胞的差异也就不是很大。
动物细胞和植物细胞的主要区别在于植物细胞含有细胞壁,而动物细胞没有细胞壁,只有细胞膜,另外动物细胞中多了很多的细胞器,这些细胞器的存在是为了让动物能够更好的进行生活,而植物细胞的细胞构造相对简单,植物的生活就是进行光合作用和呼吸作用,因此植物细胞存在高尔基体,内质网,线粒体等为光合作用和呼吸作用而存在的细胞器。
而动物细胞则因种类不同,相对构造也就存在差别,比如说是动物红细胞,动物红细胞在动物的生命中起着不可或缺的作用,红细胞会根据动物体内进行自己的调节,这都是通过细胞器才能够实现的,因此动物细胞中含有不同的细胞器,但是无论是动物细胞还是植物细胞都含有固定的结构,比如说是细胞质,细胞膜,中心体等。
三、细胞构成的大世界
生命的结构层次是从细胞开始了,接下来是组织,器官,系统,进而到了个体,个体之后又是种群,多个种群生活在一起形成群落,群落组成生态系统,最后形成生物圈。细胞是最为基础的物质,单细胞的生物既可以说是细胞这个生命系统的,又可以说是个体这个系统。
生物中存在很多不可思议的现象,而人们如果不通过研究,仅凭主观臆断的话,就会出现很多的错误,比如说血液其实是属于组织的这个层次,很多的同学都喜欢把血液归为系统,而皮肤是器官,这也是同学们经常会犯错误的地方,皮肤是由组织构成的器官,而不是一个系统。种群的概念也是极易混淆,种群是一定区域内,同种生物个体的总和,而很多时候,人们总是会以为,在不同区域的同一种生物也是一个种群,因为生活的环境不同,所以物种产生的变异也就不同,就算是基因相同,形状也会发生诧异,因此就不可以再说是同一个种群了。
群落中包含了更多的物种,在一个群落之中,微生物也是属于这个群落,因此如果说一个池塘中的所有生物的话,就不能说是一个池塘中的所有的鱼,因为池塘中的生物还有微生物,悬浮生物,还有很多的小虾米之类的,这些都算是池塘中的生物,都含有在池塘这个群落之中。
四、人由无穷细胞构成
人是高等的生物,由无数个分工明确的细胞共同组成,这些细胞协调工作,构成了人的思考,学习,工作,娱乐等多项技能。而人所区别于其他的低等生物最为显著的特征就是人类有语言,人类可以凭借语言,凭借文字进行沟通,而其他的动物就不会出现这个特征,就算是和人比较接近的猿猴等,多无法写字。
关键词:对虾细胞 永生性转化 研究进展
中图分类号:R73 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)04(c)-0248-02
随着对虾人工养殖集约化的发展,对虾病毒病日益频繁爆发,对虾细胞系是分离和纯化对虾病毒、研究病毒的致病机理、发展有效的诊断试剂和防控技术以及生产高效的病毒疫苗等的有利工具和研究技术。为建立对虾细胞系,国内外专家学者进行了大量的探索和不懈的努力,对虾细胞难以脱分化和有丝分裂寿命短是对虾细胞一直未能成功建系的两个制约性问题。人们逐渐意识到,仅仅靠改进对虾细胞培养基和培养条件可能难以实现对虾细胞的永生性转化。因此随着分子生物学的发展,逐渐有人开始尝试采用物理、化学和生物学方法来诱导转化对虾的原代细胞,以期望获得永生化的对虾细胞系。
1 物理方法诱导对虾原代培养细胞永生性转化
X-射线、电离辐射和60Co射线处理可以诱导细胞遗传物质发生变异,从而干扰细胞的衰老机制,激活细胞永生性相关基因的表达,是哺乳动物细胞常用的行之有效的永生性转化物理诱导手段。1990年,Crane最早尝试采用γ射线、x-射线和电离辐射处理原代培养的对虾细胞以使之发生变异成为永生性的细胞系,但是没有成功。虽然失败了,但这是对虾细胞永生性转化道路上的一次很好的探索[1]。
2 化学方法诱导对虾原代培养细胞永生性转化
5-溴尿嘧啶(BU)、甲基磺酸乙酯(EMS)、和N-甲基-N′-亚硝基胍类化合物(MNNG)等化学诱变剂都可引起细胞癌变,发生永生性转化。2001年,郎刚华等应用MNNG对中国明对虾淋巴组织原代培养细胞进行多次化学诱变处理,虽然诱变后的细胞呈现多层生长,并出现由成纤维样变为上皮样等转化特征,但没有实现连续传代[2]。
3 生物学方法诱导对虾原代培养细胞永生性转化
3.1 生长因子
细胞生长因子具有刺激细胞生长和繁殖,抑制细胞分化的生物学特性。1995年,Hsu等首次采用碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)对斑节对虾的淋巴细胞进行诱导转化,发现经诱导处理后的淋巴细胞不需饲养层就可生长繁殖,并传代超过90代[3]。但随后该细胞系被证实为污染的单细胞真核生物(Thraustochytrids)。2002年,樊廷俊等在对虾细胞培养基中同时添加了bFGF和胰岛素样生长因子Ⅱ(IGF-II)以诱导中国明对虾淋巴细胞转化,转化后的细胞在报道时已传代培养4代,但并未见到成功建系的后续报道。虽然已有不少研究发现在添加生长因子的情况下,对虾细胞的生存和增殖能力获得了不同程度的改善,但是目前还未发现哪一些生长因子能支持对虾细胞发生自发性转化并获得无限增殖能力。
3.2 细胞融合
通过细胞融合有可能获得具有两种亲本细胞生物学特性的杂交细胞。将已成系的永生性细胞与对虾细胞融合,有可能获得具有无限增殖能力的对虾细胞。2001年,樊廷俊和史振平将已成系的牙鲆鳃细胞(FG)与中国对虾淋巴组织原代培养细胞,通过聚乙二醇(PEG)诱导融合法进行杂交,筛选出可继代培养的杂交细胞,并将杂交细胞传代培养12次,但未见有该对虾杂交细胞成系的后续报道[4]。2010年,Claydon等同样采用PEG诱导融合法分别将鲤鱼上皮瘤细胞系(EPC)和草地夜蛾蛹卵巢细胞系(Sf9)与对虾血淋巴原代培养细胞进行融合,并成功筛选得到杂交细胞系,但是该细胞系缺乏甲壳纲动物细胞体外病毒复制的关键成分不能用于对虾病毒的研究,因而不能解决对虾细胞建系的根本目的。
3.3 病毒癌基因
猿猴病毒40(SV40)是简单的真核细胞病毒,SV40的大T抗原(SV40LT)可抑制肿瘤抑制因子p53蛋白的活性,因而将SV40LT基因导入哺乳动物细胞中,可成功诱导细胞的永生性转化[5]。1995年,Tapay等首次采用脂质体转染法成功将SV40LT基因转染到南美蓝对虾原代培养淋巴细胞中,发现转染后淋巴细胞呈圆形,聚集成葡萄样细胞团,贴壁不紧,生长速度加快,可传代18~44次以上;而未转染的淋巴原代细胞呈成纤维样,贴壁紧,不能传代。遗憾的是,最终也没有成功建立对虾淋巴细胞永生性的细胞系。2006年,胡国斌等利用复制缺陷型-泛嗜性逆转录病毒作为载体,也成功将SV40LT基因转染到中国对虾原代培养淋巴细胞中,转基因细胞呈现了转化特征,但传代细胞由于真菌污染未能保留下来。
人状多瘤病毒(human papilloma virus,HPV)的E6和E7基因编码的E6和E7蛋白可分别与抑癌基因p53和Rb结合,从而影响细胞的增殖、转移和细胞周期,诱发细胞永生性转化。2008年,Claydon将HPV的E6和E7基因转染到红螯螯虾的原代培养细胞中,结果发现转染细胞可存活4个月,但存活的对虾细胞不分裂[6]。
4 前景展望
成功建立对虾连续性细胞系的关键问题之一是对虾培养细胞的永生性转化。哺乳动物细胞中端粒酶活性的有无决定了细胞寿命的长短。肿瘤细胞的端粒酶常常被激活而获得永生性。Lang等(2004)报道,对虾细胞中可检测到端粒酶活性,而且日本对虾淋巴组织原代培养细胞的端粒酶的活性可以维持30天[7]。但Jayesh(2012)在对虾原代培养细胞中却并未检测到端粒酶活性。因此,通过转染端粒酶基因是否能够提高体外培养对虾细胞的寿命,以获得永生性对虾细胞系尚有待进一步实验验证。
分子重编程技术是近年来发展起来的一种通过在细胞中过表达多能性因子来实现分化细胞向多能干细胞逆转的技术。2006年,山中伸弥领导的研究小组利用逆转录病毒基因转移技术,将4个多能性转录因子(Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc)共转染到小鼠成纤维细胞中,成功诱导成纤维细胞的去分化,并重编程为多能干细(即iPS细胞),而且所获得的iPS细胞有高达50%的动物致瘤性。因此,将分子重编程技术应用于对虾细胞,以实现对虾细胞的脱分化与永生性转化,不失为今后对虾细胞建系的一个新的研究方向和突破口。
对虾永生性细胞系的建立是一个不断探索的过程,可能需要漫长的时间。目前,尽管对虾细胞永生性转化未取得成功,但实验中的尝试和探索为最终实现体外培养对虾细胞的永生性转化奠定了基础,并为以后的研究和发展提供了经验和借鉴。
参考文献
[1] Crane,M St J.Mutagensis and cell transformation in cell culture[J].Methods in Cell Science,1999,21:245-253.
[2] 郎刚华,王勇,陈西广,等.中国对虾淋巴组织的长期原代培养和化学诱变初探[J].青岛海洋大学学报,2001,31(3):411-414.
[3] Hsu Y-L,et al.Development of an in vitro subculture system for the oka organ(Lymphoid tissue)of Penaeus monodon[J].Aquaculture,1995,136: 43-55.
[4] 樊廷俊,史振平.牙鲆鳃细胞与中国对虾淋巴细胞杂交细胞的体外培养[J]. 水产学报,2001,25(1):11-15.
[5] Berthon P,Goubin G,Dutrillaux B,et al.Single-step transformation of human breast epithelial cells by SV40 large T oncogene[J].Int J Cancer, 1992,52(1):92-97.
传统的流感病毒疫苗生产多采用鸡胚培养工艺,这种方法一直沿用至今,然而这种生产工艺受到许多限制:鸡胚来源受限;培养过程极易污染;成本不易降低;不能保证产品的质量稳定性等。而在未来几年,随着对流行性和季节性流感疫苗的需求越来越大,人们会迫切选择使用低成本质量高的疫苗,这也就使得以细胞培养技术生产流感疫苗成为趋势,MDCK 细胞就是适用于流感病毒疫苗生产的细胞系之一,其对流感病毒具有高度敏感性。故而研究MDCK细胞的大规模培养及制备病毒疫苗具有重大意义。其中,考虑到细胞本身的生长特性- 贴壁生长,如果采用贴壁细胞培养应用于大规模工业生产会遇到很大的难题,如细胞的消化问题,因此,使MDCK 细胞适应悬浮生长进而培养流感病毒就成为研究的重点。
一、MDCK 细胞大规模培养技术
细胞的悬浮培养可谓是理想的大规模细胞培养方式,悬浮培养技术是在生物反应器中,在人工条件下,高效率大规模的培养动物细胞进而应用于生物制品生产的技术,可根据细胞的贴壁能力分为微载体悬浮培养方式和全悬浮培养方式。
1. 微载体悬浮培养。MDCK 细胞是从犬肾分离出来的一种贴壁依赖性上皮细胞,且它具有典型的“失巢凋亡”现象,即一种特殊的细胞程序死亡,是由于细胞与细胞外基质或相邻细胞脱离接触而诱发的,也就是说依靠传统的驯化方式或者单纯的用机械搅拌使MDCK 细胞悬浮生长难度相当大。Van Wezel 创立的微载体悬浮培养系统开创了细胞体外大规模培养的先河,更为准确的说是使贴壁细胞大规模培养成为现实。微载体悬浮培养是一种先进的贴壁细胞培养技术,其原理是将对细胞无害的颗粒加入到生物反应器的培养液中,作为载体,使细胞能在微载体表面附着生长,同时加以持续搅动使微载体始终保持悬浮状态。反应器中使用微载体是一种可以提高细胞浓度的策略,其细胞密度可达1×107 cells/ml。
采用微载体培养MDCK 细胞,结合了悬浮培养与贴壁培养的优点,包括(1)细胞贴壁表面积大大增加,培养基利用充分,细胞密度增大。(2)微载体可在搅拌停止时沉降,便于将培养基与细胞分离。(3)与方瓶贴壁培养时的代谢变化不大,正常培养基可通用等等。
但是,目前生物反应器微载体培养研究只是单批次的培养,其消化放大培养依旧是难题。且微载体培养过程中一般添加了血清,给下游纯化带来了巨大压力。采用商业无血清培养基,会大大增加企业生产成本。因此,自主开发无血清培养基进行MDCK 细胞悬浮培养是目前的发展趋势。
2. 无血清单细胞悬浮培养。我们知道,生物制品生产尤其是细胞培养方法生产病毒疫苗的过程十分严谨。细胞培养需添加血清,可是血清的加入无疑给生产后期的除杂纯化等工艺带来难度,而且,流感病毒血凝素HA 可被宿主蛋白酶裂解为成熟的HA1 和HA2,能够介导病毒囊膜和靶细胞膜结合,病毒开始繁殖,而MDCK 细胞本身不具备裂解HA 的蛋白酶类,所以常常添加胰蛋白酶来提高病毒产量,但是,细胞培养中的血清恰好又可以中和胰蛋白酶,这种矛盾致使MDCK 无血清培养问题更亟需解决。目前,MDCK 无血清培养已经取得了很大的进展,基本思路是在基础培养基的基础上补加各种生物活性因子来替代血清,结合细胞生长所需成分,配制出无血清培养基, 能够支持MDCK 细胞正常生长增殖。一般常见的营养添加因子有:胰岛素,人转铁蛋白,氢化可的松等等,再经过对这些添加因子的添加量的优化,最终确定无血清培养基成分。
现在,已有MDCK 细胞商业用无血清培养基,它们的成功问世解决了这一大难题。通过直接法或间接法,即:原含血清培养贴壁细胞直接消化传代换成无血清培养基培养或逐步降低血清浓度直至降到无血清培养,使MDCK 细胞适应无血清培养基,生长状态优良且能正常增殖传代。
完成了MDCK 无血清培养后,MDCK 单细胞悬浮培养仍在研究当中,有文献报道,已有驯化成功的MDCK 悬浮细胞系,但就市场应用来看,是远远不够成熟的。现阶段,驯化MDCK 细胞在适应了无血清培养基培养的基础上,对其进行单细胞悬浮培养驯化方法主要有以下几种:(1)使用硅化方瓶培养:将细胞培养方瓶先用硅化剂处理,防止了细胞的贴壁,再通过调整培养基成分,使细胞增殖;(2)使用摇床或摇瓶体系,通过外力作用,防止细胞贴壁,再对细胞进行筛选,然后扩大培养。
二、 MDCK 细胞应用于流感病毒疫苗生产
采用细胞系培养流感病毒是目前最有前景的流感疫苗生产方法,市场销售的一些贴壁细胞系如Vero 细胞,MDCK 细胞是应用于流感疫苗研究最典型的哺乳动物细胞系,经研究,这些宿主细胞产生的病毒滴度高,大部分病毒繁殖效果好。此外,研究表明,从相应的细胞培养生产的疫苗免疫应答效果和用鸡胚生产的疫苗一样好。MDCK 细胞应用于流感疫苗生产有很多优点:MDCK细胞易培养、增殖快、易放大,感染流感病毒效率高,可高效扩增流感病毒;MDCK 细胞生产的疫苗可以应用于对鸡胚蛋白过敏的患者等等。在使用MDCK 贴壁细胞接流感病毒后,通常会有较高的细胞特异性产率;微载体悬浮培养的MDCK细胞,接流感病毒后,HA 滴度可以高达9log2(1∶512);就已知实验室用驯化出MDCK 悬浮细胞系接流感病毒,得出的TCID50 值和HA 滴度都高于贴壁细胞系。且已有疫苗厂商如Solvay 制药公司采用无血清培养基、微载体技术制备出了MDCK细胞流感亚单位疫苗;诺华公司制备出了由MDCK 细胞培养生产的流感疫苗Optaflu。
三、展望
在过去十几年中,用动物细胞培养制备流感疫苗生产方式已经替代了传统的使用鸡胚生产方式。动物细胞培养生产流感疫苗的特征在于其灵活性和可扩展性,然而,贴壁细胞易培养但是却很难扩大生产量,而如果使用微载体提供生长表面又会大大增加其成本。所以要努力创建悬浮细胞系,特别是MDCK悬浮细胞系。
多年以来,监管部门督促行业设立无血清培养流程,以避免污染。
然而,许多市售培养基仍然需要添加物,以达到高细胞密度和最大产物产量。理想的情况是,在疫苗生产中应该使用不需添加另外的蛋白质等混合物的已知成分的培养基。这不仅会降低批次变化的风险也有利于病毒收获的下游处理。此外,疫苗生产过程可以被简化,可以直接接毒而不用更换培养基。
各种传代细胞系可用于工业生产, 如PER.C6 细胞,EB66 细胞,AGE1.CR 细胞等等,它们已经被应用于疫苗生产并且这些细胞系可以在不含动物血清的培养基中悬浮生长。还有一些悬浮生长的细胞如CHO 细胞,BHK 细胞,HEK293细胞也常常被用于重组蛋白,单克隆抗体和兽用疫苗的生产。所以悬浮MDCK 细胞系是非常有必要且可行的,因为用这种细胞生产,其生产效率和经验会增强生产过程中的稳定性,并且十分经济。MDCK 细胞无血清全悬浮培养是最终目的,既可以解决血清带来的种种不利,又可以避免使用微载体添加物带来的未知隐患,从而可以提高细胞增殖效率且降低成本,保证产品的质量。
【关键词】学业水平考试 复习教学 生物学学科思想
1.研究背景
上海市从2010年起恢复了全市统一的学业水平考试。学业水平考试是以《上海市普通中小学学科课程标准》为依据实施的。《标准》指出,评价不仅要关注学生的学业成绩,而且要发现和发展学生多方面的潜能,了解学生发展中的需求,帮助学生认识自我,建立自信。然而,为了能让学生获得更好的卷面成绩,教师往往会在教学的各个环节抓紧知识点的落实,在复习阶段更是背诵、默写、练习轮番上阵,导致学生的学习趋向机械化。知识是如何发展相互联系的,这其中蕴含的生物学学习的一般规律常常被忽视。复习结束,留给学生的回忆只是枯燥乏味地应试过程。生命科学对学生而言,仍然是“只见树木,不见森林”。这种复习方式也导致一些学生产生了错误的认识:平时不学习不要紧,只要复习时背一背,练一练就可以了。如此恶性循环,已与学业水平考试的初衷背道而驰,教学的育人目标也不可能达成。
为了解决上述问题,我一直在教学中探索如何有效地指导学生进行考前复习。从这两年的生命科学学业水平试卷中可以看出,考试考查的知识面广,难度适中。考试评价在注重知识考查的同时,也重视对生命科学思维、观念和探究能力的考察。这绝非机械式复习所能提高的。我认为,复习中应运用学科思想指导教学,促使学生系统地整理学科知识,理性地运用学科学习方法,深刻地领悟生命世界多姿多彩、博大精深。
2.生物学思想指导教学实践的理论研究
2.1 生物学思想的主要内容
2.1.1 辩证统一思想
辩证统一是唯物主义辩证法的基本观点,生物界也处处体现着辩证统一的思想。例如,生物从细胞水平到个体水平到生态系统,其结构和功能总是相互统一;无论从物质或能量方面看,同化作用与异化作用都是对立的,但两者共同起作用成为个体生长发育的基础;遗传和变异是一对矛盾,而生物的可遗传变异是自然选择发生的基础,是生物进化的内在因素;生物种类林林总总,生命形式多种多样,但所有的生物体在分子水平上都有统一的物质基础,核酸和蛋白质。
2.2.2 信息传递思想
生命活动的有序进行,离不开信息传递,生物个体间的信息传递形式非常多样,而生物体内部的信息传递方式更是如此。如激素分子携带的信息能调节生命活动;由电信号和化学信号构成的神经信息传递使生物能应对外界刺激做出反应;抗原作为一种信息能激发免疫应答;DNA所携带的遗传信息通过复制、转录和翻译,保证了生命的生生不息。
2.2.3 系统论思想和生命的自组织
系统论思想是由奥地利生物学家贝塔朗菲提出的,他认为生物体是一个复杂的有机整体,生物体部分不能离开整体而存在,整体不等于部分的叠加。例如,细胞就是一个完整的生命系统,其中的各细胞结构各司其职,密切配合,而独立于细胞外的细胞结构是不能执行相应功能,具备生命特征的。此外,生物具有自组织的特征。生命体在一定条件下,能与外界进行物质交换和能量转化,并通过自组织,使自身在时间、空间和功能各方面处于稳定有序的状态。
2.2.4 进化思想
进化思想认为,自然选择促使生物优胜劣汰,适者生存。因此,存留于世的生物,其生命形式、结构、功能等等方面都是经过反复打磨的。生物通过精确的生命活动来减少能量的消耗,保证物种的延续。进化思想并非独立于生物学的其他分支,相反,生命的代谢、遗传、生殖等生命活动无一不是适应环境后进化的结果。
2.2 生物学思想对促进学生一般发展的作用
苏联著名教育家赞可夫的发展主义理论认为,教学不仅应当为掌握知识和技能服务,而且应当促进儿童的一般发展,即智力、情感、意志、品质、性格的发展。教学有两个任务,一是发展,二是掌握知识获得技能。学生只有一般发展取得成绩的基础上,才能高质量地掌握知识和技能。
学业水平考试所涉及的知识点,在其学习和积累过程中蕴含着不同维度的学科思想,在复习中加以应用,能帮助学生进一步深刻理解知识,提高解决生活中与生物相关问题的能力。其次,学科知识时有更新,学科思想却能对学生的思维产生终身的影响。因为与较易遗忘的知识点相比,学科思想的内化需要经过体验和实践后才能逐步理解、认同,成为个人的主观认识,进一步影响自身的情感态度和价值观。
3 生物学思想在学业水平考试复习教学中的实践研究
3.1 以“物质―结构―功能―环境”为主线展开的复习教学
结构与功能的统一是生物学辩证统一思想的重要体现。生命的物质基础和结构基础作为学业水平考试中的基本内容,学生对此都感到较为熟悉。但学生对这些知识间的联系又很陌生,不利于解决实际问题。要加强知识点间的联系灵活,学生就要有“物质组成结构,结构决定功能,生物功能与环境相适应”的学科思想,以构建知识网络。
案例:关于“高等植物细胞特有的细胞结构”复习过程的比较
原有的复习过程:整理线粒体、叶绿体、高尔基体、细胞壁等细胞结构的结构特点、作用;根据上述细胞结构的整理来归纳动植物细胞结构的区别。
改进后的复习过程:从学生较为熟悉的植物细胞功能入手,根据“物质、结构、功能、环境”的关系进行知识点的延伸和整理。
效果:在以往的复习练习中,学生对类似“洋葱根尖成熟区细胞与动物细胞相比,特有的细胞结构是什么”这样的问题,常错答:“细胞壁、大液泡、叶绿体”。这说明学生对动植物细胞区别的认识是非常机械的,不能代入题目信息中应用。改进后,学生在解题时,能抓住“根尖”这一信息,从其吸水的功能联想到相应的结构液泡。再从其相应的土壤环境想到缺乏光照,不能进行光合作用,因而不需要有叶绿体。通过知识点之间的联系,降低了错误率。
3.2 以“信息传递”为主线展开的复习教学
在复习“生物体对信息的传递和调节”“遗传信息的传递和表达”这些内容时,学生表现出了知识点容易混淆,记忆不牢固的问题。确实,这部分内容量大知识点分散,不利于记忆。只有抓住“信息传递”这条主线来展开,明确各种细节问题所围绕的中心,使知识点的梳理有主脉可循,才能改变他们机械记忆的复习状态。
案例:“信息传递”相关章节的教学框架构建比较
原有的复习框架:按照教材顺序,先复习第五章“生物体对信息的传递和调节”,包括神经系统、内分泌系统、免疫系统、植物激素的复习,再复习第六章“遗传信息的传递和表达”,包括DNA的结构,DNA的复制和蛋白质的合成。
改进的复习框架:以中心法则为主线,先复习中心法则后,对DNA的结构、DNA复制、转录和翻译的具体过程进行复习,再复习“生物体对信息的传递和调节”。
效果:以中心法则为主线,学生在复习中进一步巩固并理解了DNA、RNA和蛋白质所具有的特定空间结构,明确了几种物质间的关系和相互作用,使DNA复制、转录和翻译的复习过程更具有连贯性。从中心法则上看,遗传信息的传递在指向蛋白质时戛然而止。这就引发了学生的思考:蛋白质会怎样表达出遗传信息?以此为抓手复习“生物体对信息的传递和调节”“信息传递”的概念由分子水平转向了细胞水平。蛋白质可以充当哪些信息分子,有没有其他物质能作为信息分子?个体内的各系统如何接受信息?带着这些问题开展复习整理,零散的知识点能得到梳理和归纳,提高复习效率。
3.3以系统论思想为指导开展复习教学
系统论思想强调了生命活动的整体性、协调性和精确的相互配合。运用在生物生殖、细胞增殖、遗传规律等章节的复习中,可以帮助学生从整体上理解生命活动的联系和变化,感受生命活动的有序性和系统性,进一步领悟进化对生物的作用。
案例:由“中心体复制”引起的教学改进
在一次知识点检查中我发现,对于动植物有丝分裂的区别,很多学生会答“动物细胞有丝分裂间期发生中心体复制”,对于关键点“动物细胞是由中心体发出纺锤丝形成纺锤体,高等植物细胞则是由细胞两极直接发出纺锤丝”,能提到的反倒很少。这是由于新授课时,学生通过图片观察,首先发现的区别就是动物细胞中心体在间期复制,因此容易以偏代全地记住这一点。
原有的复习过程:与图片相结合,复习有丝分裂每个时期的特征。观察动植物细胞有丝分裂的图片,列表归纳其不同点。
改进的复习过程:通过递进式问答,帮助学生从整体上系统地理解有丝分裂。
上课时,我针对上述错误问学生:“大家都知道动物细胞有丝分裂间期中心体会复制,那么中心体复制了干什么呢?”“中心体为什么要移向两极?”“细胞分裂时为什么需要纺锤丝呢?”“染色体是怎样活动的呢?”“染色体这样活动的目的是什么呢?”……
通过一连串的问题,学生再一次推敲了有丝分裂过程。当学生为细胞精确的生命活动发出感叹时,我提出了新的问题:“生命为什么能这样精确、有序地工作呢?”
这个问题激起了学生的讨论,在我的引导下,学生从遗传联系到进化。有学生最后总结:“进化过程中,如果生命活动不够准确,做些无意义的活动,浪费了能量,这样的个体会被淘汰。所以,保留下来的生物都有着精确的生命活动。”
我接着这个学生的话说:“有丝分裂这样的生命活动,只不过是生命复杂系统中的冰山一角。生命活动的精确性是亿万年来进化的结果。生命的延续伴随着不停息的、甚至是残酷的生存斗争。这个过程中,无以计数的个体因不适应环境被淘汰。维持生存的能量来之不易,只有进化出最有利于自身生存的系统,最大限度的保存和精确地使用能量,才能活下去。生命是不朽的传奇啊!来之不易,值得珍惜!”说到这里,我的心里充满了对生命的敬畏,让我高兴的是,我在学生们的眼里看到了赞同和思考。
第一单元
生物和生物圈
1、生物的特征:(P4,5,6,7)
1)
生物的生活需要营养(植物通过进行光合作用,动物直接或间接的以植物为食获取营养物质);
2)
生物能进行呼吸(吸入氧气,呼出二氧化碳);
3)
生物能排出体内产生的废物(植物落叶,动物和人出汗、呼吸和排尿);
4)
生物能对外界刺激做出反应(含羞草、狼追羊跑等);
5)
生物能生长和繁殖
;
6)
生物都有遗传和变异的特性(子代和亲代相似的叫遗传;子代和亲代不同的叫变异);
7)
生物都由细胞构成(病毒除外);
2、调查的注意事项——你所看到的生物,都要如实记录。
3、生物的分类
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按照形态结构分:动物、植物、其他生物
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按照生活环境分:陆生生物、水生生物
u
按照用途分:作物、家禽、家畜、宠物
4、生物圈是所有生物的家
生物圈(地球上最大的生态系统)
概念:地球上适合生物生存的地方,其实只是它表面的一薄层,科学家把这一薄层叫做生物圈。
生物圈的范围:大气圈的底部、水圈的大部、岩石圈的表面
以海平面为标准,向上、向下各约10千米(共20千米)。
生物圈为生物的生存提供了基本条件:营养物质、阳光、空气和水,适宜的温度和一定的生存空间
5、环境对生物的影响
u
非生物因素:光、温度、水、空气等
u
生物因素:
捕食关系(吃与被吃的关系)
竞争关系(两种生物争夺相同食物和空间等)
合作关系(生物互相帮助)
寄生关系(一种生物寄生在另一种生物体内)
6、生态系统的概念:在一定地域内,生物与环境所形成的统一整体叫生态系统。一片森林,一块农田,一片草原,一个湖泊,等都可以看作一个生态系统。
7、生态系统的组成:(生物部分和非生物部分)
组成
种类
类别
功能
生物部分
植物
生产者
通过光合作用制造有机物
动物
消费者
直接或间接以植物为食
细菌和真菌
分解者
将有机物分解为无机物
非生物部分
阳光、温度、空气和水等
8、物质和能量沿着食物链和食物网流动的。食物链的第一个成分必须是植物,食物链只能由植物动物组成,不能出现细菌、真菌和非生物因素。
食物链:植物虫青蛙蛇鹰
(能量的最终来源是太阳光能,此食物链中植物的能量最多,数量也最多,鹰的能量最少,数量也最少;但有毒物质或重金属,植物中含量最少,鹰体内最多)
9、生态系统具有一定的自动调节能力。在一般情况下,生态系统中生物的数量和所占比例是相对稳定的。但这种自动调节能力有一定限度,超过则会遭到破坏。生态系统的成分越复杂,自动调节能力越强。
10、森林生态系统:最稳定的生态系统,有“绿色水库”“地球之肺”之称。
海洋生态系统:生物圈中最大的生态系统。湿地生态系统:地球之肾
第二单元
生物体的结构层次
一、显微镜的结构(P37)
二、显微镜的使用方法(P38-39)
1、低倍镜对光,直到看到明亮的视野。找到物象之前,调节粗准焦螺旋,此时眼睛从侧面看物镜,防止压坏玻片;找到物象之后,想要看的更清晰,要调节细准焦螺旋,此时眼睛看目镜。视野太暗,调节遮光器和反光镜,换用大光圈和凹透镜;视野太亮,则换用小光圈和平面镜。且低倍物镜转换到高倍镜后,视野会变暗,应调节遮光器和反光镜,换用大光圈和凹透镜;
2、观察的物像与实际图像相反。如果是实物标本d,那么视野里是P,即上下,左右分别颠倒一次。注意玻片的移动方向和视野中物象的移动方向相反。视野里看到的物象偏向左上方,想要移到中央,还将玻片标本向左上方移动——偏哪儿,往哪儿移。
3、放大倍数=物镜倍数×目镜倍数
三、观察动植物细胞:实验过程
1、切片、涂片、装片的区别
P42
制作洋葱内表皮细胞临时装片(P43),碘液的作用使细胞核染色,便于观察。如果是有颜色的细胞(如黄瓜表皮细胞、黑藻细胞)无需染色。
2、植物细胞的基本结构
细胞壁:支持、保护
细胞膜:控制物质的进出细胞,保护
细胞质:液态的,可以流动的。
细胞核:贮存和传递遗传信息
叶绿体:进行光合作用的场所
线粒体:进行呼吸作用的场所
液泡:细胞液(内有糖分,甜味,香味,色素类等物质)
3、观察口腔上皮细胞实验(P47)(即:动物细胞的结构)
载玻片中央滴一滴生理盐水,避免细胞吸水过多而胀破。
细胞膜:控制物质进出细胞
细胞核:贮存和传递遗传信息
细胞质:液态,可以流动
线粒体:进行呼吸作用的场所
4、植物细胞与动物细胞的相同点:都有细胞膜、细胞质、细胞核。
5、植物细胞与动物细胞的不同点:植物细胞有细胞壁、液泡、叶绿体,动物细胞没有。
四、细胞是构成生物体的结构和功能基本单位。
五、细胞中的物质:
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有机物(一般含碳,可燃烧):糖类、脂类、蛋白质、核酸,这些都是大分子
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无机物(一般不含碳,不燃烧):水、二氧化碳、氧等,这些都是小分子
六、细胞膜控制物质的进出,对物质有选择性,有用物质进入,废物排出。
七、细胞内的能量转换器:
u
叶绿体:进行光合作用(光能化学能(储存在有机物)),是细胞内的把二氧化碳和水合成有机物,并产生氧。
u
线粒体:进行呼吸作用(释放有机物中的化学能),是细胞内的“动力工厂”、“发动机”。
八、动、植物细胞都有线粒体。
九、细胞核是遗传信息库,遗传信息存在于细胞核中
1、多莉羊的例子p53;
2、细胞核中的遗传信息的载体——染色体;
3、DNA(脱氧核糖核酸)和蛋白质组成染色体,染色体容易被碱性染料染成深色;
4、细胞的控制中心是细胞核;
不同的生物个体,染色体的形态、数量完全不同;
同种生物个体,染色体在形态、数量保持相同;
十、细胞通过分裂产生新细胞
1、生物的由小长大是由于:细胞的分裂和细胞的生长
2、细胞的由小长大是由于:细胞的生长(注:细胞不会无限制的生长)
3、细胞的分裂
(1)染色体进行复制
(2)细胞核分成等同的两个细胞核
(3)细胞质分成两份
(4)植物细胞:在原细胞中间形成新的细胞膜和细胞壁
动物细胞:细胞膜逐渐内陷,便形成两个新细胞
十一、新生命的开端---受精卵
1、经细胞分化形成的各种各样的细胞各自聚集在一起才能行使其功能,这些形态结构相似、功能相同的细胞聚集起来所形成的细胞群叫做组织。
动物和人的基本组织可以分为四种:上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织。
上皮组织
保护作用
皮肤上皮、小肠腺上皮、消化道上皮
肌肉组织
收缩、舒张
骨骼肌、心肌、平滑肌
结缔组织
支持、连接、保护、营养等
血液、骨组织等
神经组织
受刺激能产生兴奋、传导兴奋
脑和脊髓
2、不同的组织按一定的次序结合在一起构成器官。
3、够共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组成在一起构成系统。
系统:运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、泌尿系统,神经系统、内分泌系统、生殖系统。
4、动物和人的结构层次(小到大):细胞组织器官系统动物体和人体
5、植物的组织(P64):分生组织、保护组织、机械组织、输导组织、营养组织等
6、绿色开花植物的六大器官:
营养器官:根、茎、叶
;
生殖器官:花、果实、种子
7、植物的结构层次(小到大):细胞组织器官植物体(没有系统)
十二、单细胞生物
1、单细胞生物:草履虫、酵母菌、衣藻、眼虫、变形虫
2、草履虫的结构(P68)【其表膜摄入氧、排出二氧化碳】。
3、单细胞生物与人类的关系:有利也有害
十三、没有细胞结构的生物——病毒
1、病毒的种类
以寄主不同分:动物病毒、植物病毒、细菌病毒(噬菌体)
3、病毒结构:蛋白质外壳和内部的遗传物质
第三单元
生物圈中的绿色植物(P72)
第一章
生物圈中有哪些绿色植物
1、绿色植物:藻类、苔藓、蕨类,种子植物四大类群。
2、种子植物包括:裸子植物和被子植物
植物
类群
代表
植物
生活
环境
形态结
构特点
用 途
藻类
植物
衣藻、
水绵、
海带
大都生活在水中,少部分生活在陆地上潮湿的地方
无根、茎和叶的分化
释放氧气、鱼类的饵料、食用、药用、工业原料等
苔藓
植物
葫芦
藓
潮湿的陆地
植株矮小,茎和叶内无输导组织,具有假根
形成泥炭、监测空气污染程度的指示植物
蕨类
植物
肾蕨、
铁线
蕨
阴湿的陆地
有根、茎和叶,体内有输导组织、机械组织
食用、药用、优良的绿肥和饲料、古代的蕨类变成了煤等
3、藻类,苔藓、蕨类都是孢子生殖。
4、苔藓植物对二氧化硫等有毒气体十分敏感,在污染严重的城市和工厂附近很难生存。人们利用这个特点,把苔藓植物当作监测空气污染程度的指示植物。
5、藻类植物的主要特征:结构简单,细胞里有叶绿体,能进行光合作用;大都生活在水中,通过光合作用制造的有机物可以作为鱼的饵料,放出的氧气除供鱼类呼吸外,而且是大气中氧气的重要来源。
6、种子的结构(P81)
蚕豆种子:种皮、胚
[胚芽、胚轴、胚根、子叶(2片)]、无胚乳
玉米种子:果皮和种皮、胚
[胚芽、胚轴、胚根、子叶(1片)]、胚乳(中有淀粉,遇碘变蓝色)
7、种子植物比藻类、苔藓、蕨类更适应陆地的生活,其中一个重要的原因是能产生种子。
8、记住常见的裸子植物和被子植物(P82-83,84)
裸子植物:种子无果皮包被的植物。如油松、侧柏、苏铁、银杏、红豆杉、水杉、圆柏。
被子植物:种子有果皮包被的植物。如水稻、小麦、菊、豌豆、木瓜、苹果等绿色开花植物。
第二章
被子植物的一生(种子的萌发、植株的生长发育、开花、结果、衰老和死亡)
1、种子的萌发(P88)
环境条件:适宜的温度、一定的水分、充足的空气
自身条件:具有完整的有生命力的胚,已度过休眠期。
2、测定种子的发芽率(会计算)和抽样检测:检测对象太大,随机抽取少量个体作为样本。并在测定过程中给种子提供最适宜的条件。
3、种子萌发的过程
吸收水分——营养物质转运——胚根发育成根——胚芽胚轴发育成茎、叶,首先突破种皮的是胚根,食用豆芽的白胖部分是由胚轴发育来的。
4、幼根的生长
根尖:从根的顶端到生有根毛的一小段。(P97)
生长最快的部位是:伸长区
根的生长:一方面靠分生区细胞分裂增加细胞的数量,
一方面要靠伸长区细胞体积的增大。
5、枝条是由芽发育成的;花由花芽发育而来
6、茎的加粗生长:茎的形成层细胞(分生组织)不断分裂分化的结果。
7、植株生长需要的营养物质:氮、磷、钾(P99);植物缺少会患病(99100),过量施肥也不好。
8、花的结构(P104)
9、果实和种子的形成
子房——果实
受精卵——胚
胚珠——种子
子房壁----果皮(果肉也是果皮,与生活中果皮区别)。
10、人工受粉
当传粉不足的时候可以人工辅助受粉。
11、黄瓜南瓜等多半都不会结果,是因为雌雄异花,雄花不会结果。
第三章
绿色植物与生物圈的水循环
1、绿色植物的生活需要水
(1)水分在植物体内的作用
水分是细胞的组成成;水分可以保持植物的固有姿态;
水分是植物体内物质吸收和运输的溶剂;
水分参与植物的代谢活动
(2)水影响植物的分布
(3)植物在不同时期需水量不同
2、水分进入植物体内的途径
根吸水的主要部位是根尖的成熟区,成熟区有大量的根毛。
3、运输途径
导管:向上输送水分和无机盐
筛管:向下输送叶片光合作用产生的有机物
注:导管有许多细胞组成,这些细胞是死细胞,没有细胞核和细胞质,上下连接的细胞壁溶解消失。
筛管是活的细胞组成的,只没有细胞核。
4、叶片的结构
表皮(分上下表皮)、叶肉、叶脉(下表皮气孔数量多)
5、气孔的结构:有两个保护细胞组成。
保卫细胞吸水膨胀,气孔张开;
保卫细胞失水收缩,气孔关闭。
白天气孔张开,晚上气孔闭合。
6、蒸腾作用的意义:
[1]
可降低植物的温度,使植物不至于被灼伤
[2]
是根吸收水分和促使水分在体内运输的主要动力
[3]
可促使溶解在水中的无机盐在体内运输
[4]
可增加大气湿度,降低环境温度,提高降水量。促进生物圈水循环。
第四章
绿色植物是生物圈中有机物的制造者
1、天竺葵的实验(P117)
暗处理:把天竺葵放到黑暗处一夜,目的:让天竺葵在黑暗中把叶片中的淀粉全部转运和消耗。
对照实验:将一片叶子的一半的上下面用黑纸片遮盖,目的:做对照实验,看看照光的部位和不照光的部位是不是都产生淀粉。
脱色:几个小时后把叶片放进酒精中隔水加热,目的:脱色,溶解叶片中叶绿素便于观察。
染色:用碘液染色
结论:淀粉遇碘变蓝,可见光部分进行光合作用,制造有机物
2、光合作用概念:绿色植物利用光提供的能量,在叶绿体中合成了淀粉等有机物,并且把光能转变成化学能,储存在有机物中,这个过程叫光合作用。
3、光合作用实质: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(如淀粉),并且释放出氧气的过程。
4、光合作用的反应式:
注:氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳
二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊
5、绿色植物制造的有机物有什么作用
用来构建之物体;为植物的生命活动提供能量,养育了生物圈中的其他生物。
6、呼吸作用概念:细胞利用氧,将有机物分解成二氧化碳和水,并且将储存在有机物中的能量释放出来,供给生命活动的需要,这个过程叫呼吸作用。
7、呼吸作用实质:分解有机物,释放能量。
8、呼吸作用反应式:
9、呼吸作用意义:呼吸作用释放出来的能量,一部分是植物进行各项生命活动(如:细胞分裂、吸收无机盐、运输有机物等)不可缺少的动力,一部分转变成热散发出去。呼吸作用的强弱常常是生命活动强弱的标志。
第五章
绿色植物是与生物圈中的碳—氧平衡
1、绿色植物通过光合作用,不断消耗大气中的二氧化碳,产生氧气,维持了生物圈中的碳氧平衡。
2、呼吸作用与生产生活的关系:中耕松土、及时排涝都是为了使空气流通,以利于植物根部进行呼吸作用。植物的呼吸作用要分解有机物,因此在储存植物的种子或其他器官时,要设法降低呼吸作用,降低温度、减少含水量、降低氧气浓度、增大二氧化碳浓度等都可抑制呼吸作用。
3、光合作用与生产生活关系:要保证农作物有效地进行光合作用的各种条件,尤其是光。间作套种、合理密植使作物的叶片充分地接受光照。
第六章
爱护植被,绿化祖国
1、我国主要的植被类型
草原、荒漠、热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林
2、我国植被面临的主要问题
植被覆盖率低,森林资源和草原资源破坏严重
3、我国森林覆盖率16.55%,人均森林面积0.145公顷,
4、我国每年3月12日为植树节
5、热带雨林-----地球之肺,
6、生物圈的“绿色工厂”----绿色植物。
错字纠正:
水份(×)
水分(√)
液胞(×)液泡(√)
注意区分:
叶绿素(一种绿色物质,存在于叶绿体内)
叶绿体(光合作用的场所)
生理盐水
(不要写成盐水)