细胞生物学与组织
每一种生物都由细胞构成,细胞是能独立完成生命过程的最小结构。本章作为中四生物学的开篇,先探讨动物细胞与植物细胞的一般结构,说明各细胞器的作用,再讲述多细胞生物中细胞如何合作组成组织、器官与系统。
结构与功能在考试中总是一并考查,因此正确说出细胞器的名称只是答对一半,另一半是说明该结构在细胞内到底执行什么作用。
本章也比较营养、呼吸、排泄与反应等生命过程的进行方式。在如变形虫这类单细胞生物中,仅靠一个细胞就完成所有这些过程,它通过自身细胞表面吸收食物、释放能量并排出废物。
而在如人类这样的多细胞生物中,相同的过程由互相依赖的特化细胞、组织与器官分工完成,以维持整个身体运作,这是任何单独自由生活的细胞都无法做到的分工合作。
另一项内容标准从最基础处建立组织层次:相似的细胞聚集形成组织,不同的组织协同工作形成器官,相关的器官合作形成系统,而所有系统共同组成完整的生物体。每一层次的存在都依赖其下一层次结构正确,因此考官常要求你把指定的人体例子,如肌肉组织、心脏与循环系统,按正确顺序排列,从最小的层次排到最大的层次。
贯穿本章,真正被考查的能力是把结构的形状与其作用联系起来。根毛细胞细长,是因为这种形状增大了吸收水分的表面积;红血球呈双凹形且无细胞核,使它能携带更多氧气。
若只死记细胞器名称而不理解这种结构与功能的关系,是本章失分最常见的原因,比考试压力下忘记某一个细胞器名称更容易造成失分。
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本章的内容标准
- 2.1 细胞的结构与功能
- 2.2 单细胞生物的生命活动
- 2.3 多细胞生物的生命活动
- 2.4 Levels of Organisation in Multicellular Organisms
关键概念
- 细胞结构
- 一般细胞具有控制其活动的细胞核、进行化学反应的细胞质、通过呼吸作用释放能量的线粒体,以及合成蛋白质的核糖体。植物细胞另外具备动物细胞没有的三种结构:用于支持的坚硬纤维素细胞壁、能捕获光能的叶绿体,以及维持细胞膨胀的一个大型永久液泡。
- 动物细胞与植物细胞
- 植物细胞在质膜外还有纤维素细胞壁、用于光合作用的叶绿体,以及用于储水和维持膨压的大型永久液泡;动物细胞完全没有这三种结构。两类细胞仍共有细胞核、细胞质、线粒体、核糖体,以及控制物质进出的质膜。
- 单细胞生物的生命过程
- 如变形虫与草履虫这类生物只有一个细胞,必须独自完成营养、呼吸、排泄、生长、运动与反应,没有其他细胞可以分担。食物、氧气与废物全都经由同一个细胞表面进出,该细胞也没有独立的器官可协助,这与拥有众多细胞的多细胞动物截然不同。
- 多细胞生物的生命过程
- 在多细胞生物中,没有任何一个细胞能独自完成所有生命过程。特化细胞、组织、器官与系统之间分工合作,例如消化系统吸收的养分由循环系统运送到全身各处的细胞,这在孤立的单个细胞内是无法实现的。
- 组织层次
- 多细胞生物按层级构建:相似细胞组成组织,不同组织协同工作组成器官,相关器官组成系统,各系统共同组成生物体。任一层次出现问题,例如组织中细胞受损,都可能影响由它构建而成的器官与系统。考官常通过要求你把指定人体例子,如肌肉细胞、肌肉组织、心脏与循环系统,归入正确层次来测试这一层级关系。
- 特化细胞
- 细胞结构与其功能相配:红血球呈双凹形且无细胞核,以便携带更多氧气;根毛细胞细长,以增大吸收水分的表面积;神经细胞具有长纤维,以便快速传导电冲动到远处。精子细胞具有尾部以游向卵细胞,保卫细胞则改变形状以开合叶片气孔,说明特化同样适用于植物与动物细胞。
- 动植物中的组织
- 组织是一群为同一功能而协同工作的相似细胞,例如能收缩的肌肉组织,或在植物中运输水分的木质部组织。认识指定的组织是连接细胞层次与器官层次的关键。其他例子包括覆盖表面(如肠道)的上皮组织,以及在植物中运输溶解养分的韧皮部组织。
- 细胞是生命的基本单位
- 维持生物存活的每一个反应,包括呼吸作用、蛋白质合成与废物排出,都发生在细胞内。由于细胞是能独立完成这些过程的最小单位,因此被称为生命的基本结构与功能单位,细胞层面的损伤最终会影响整个生物体。
- 质膜的选择性通透
- 质膜包裹每一个细胞,控制物质的进出,让氧气、葡萄糖等有用分子进入,同时让废物排出。这种控制使细胞内部环境保持适合其所进行的化学反应,从细菌到人类神经元,各类细胞都具有相同的基本膜结构。
- 细胞核与遗传控制
- 细胞核内含由 DNA 构成的染色体,携带指导细胞内每项活动(包括合成哪些蛋白质)的遗传指令。没有正常细胞核的细胞,例如成熟的红血球,无法分裂或自我修复,最终会衰亡并被替换。染色体数目也是物种的特征之一;例如人体细胞通常含有23对染色体。
本章如何考查
SPM 生物通过三张试卷评估。试卷一有40道客观题(40分),时长1小时15分钟;试卷二为100分,分 A、B、C 部分,时长2小时30分钟;试卷三是考查科学过程技能的实作卷。本章内容可能出现在其中任何一张,因此课程为试卷一训练记忆、为试卷二训练结构化作答。
常见考法
- 标注一幅完整绘出的动植物细胞图,并说明图中每个细胞器的确切功能。
- 以表格并排比较动物与植物细胞的共有结构与独有结构。
- 把细胞、组织、器官、系统、生物体等一组打乱的结构按正确的组织顺序重新排列。
- 用正确的生物学术语解释指定特化细胞的结构如何与其主要功能相配。
- 比较同一生命过程(如呼吸或排泄)在单细胞生物与人体器官系统中的进行方式。
- 仅根据书面功能描述正确辨认陌生的细胞器,而不看带标签的图。
常见错误
学生常写: 说液泡只存在于植物细胞。
能得分的写法: 动物细胞可有小而临时的液泡;植物细胞有一个大的永久液泡,有助维持膨压并储存细胞液、水分与废物。
学生常写: 把‘细胞膜’写成动物细胞独有。
能得分的写法: 动物与植物细胞都有质膜;只有植物细胞在其外再加细胞壁,该术语描述的是每个活细胞(无论植物或动物)中相同的结构。
学生常写: 把细胞壁当作动物细胞的最外层。
能得分的写法: 动物细胞没有细胞壁;其外界为质膜,而这一边界正是控制物质进出细胞的唯一屏障。
学生常写: 混淆组织与器官。
能得分的写法: 组织是一群相似的细胞;器官是多种组织协同工作,例如血液是组织,而由多种组织构成的心脏则是器官。
学生常写: 说细胞核只存在于植物细胞。
能得分的写法: 动物与植物细胞都有细胞核;它同样控制两类细胞的活动。
学生常写: 把线粒体说成是光合作用的场所。
能得分的写法: 线粒体在每个细胞中进行呼吸作用;只有仅存在于植物细胞的叶绿体才进行光合作用。
学生常写: 认为单细胞生物太简单,无法完成所有生命过程。
能得分的写法: 如变形虫这类单细胞生物仍能用它唯一的细胞完成所有生命过程,营养、呼吸、排泄、生长与反应。
学生常写: 认为叶绿体与线粒体功能相同,因为两者都与能量有关。
能得分的写法: 叶绿体在光合作用中捕获光能以制造食物;线粒体则在呼吸作用中从食物释放能量,两种细胞器的作用方向正好相反。
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常见问题
植物细胞与动物细胞有何区别?
组织层次有哪些?
细胞为什么会特化?
单细胞生物如何完成所有生命过程?
什么控制物质进出细胞?
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