细胞生物学与组织，复习笔记

概览

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。

一般细胞与各细胞器的职责

内容标准 2.1 从一个一般细胞讲起，它由质膜包裹着细胞质，细胞质是一种像果冻的介质，细胞大部分的化学反应都在其中进行。悬浮在细胞质中的是各种细胞器，每一种承担一项主要任务：细胞核控制细胞的活动并存放由 DNA 构成的染色体，线粒体通过呼吸作用释放能量，核糖体则把氨基酸连接起来合成蛋白质。

植物细胞拥有动物细胞的一切，并另外具备动物细胞从来没有的三种结构。纤维素细胞壁位于质膜之外，赋予细胞固定的形状与支持；含有绿色色素叶绿素的叶绿体捕获光能进行光合作用；一个充满细胞液的大型永久液泡则向细胞壁向外挤压，使细胞保持坚挺，即膨胀状态。

动物细胞至多只有小而临时的液泡，也没有其他两种结构。

这项内容标准所奖励的技能，是同时说出结构的名称并陈述它的功能。单写‘线粒体’得分很少；‘线粒体，进行呼吸作用、从葡萄糖释放能量的场所’才是阅卷者给分的答案，因为结构与功能在本章自始至终都是一并考查的。

动物细胞与植物细胞的比较

并排比较是本章最常见的考查方式之一，因此把共有结构与独有结构整理在一张表内很值得。‘功能’一栏出现的每一项都必须与左侧所命名的结构相配，因为带标签的图题要求准确陈述功能，而不是含糊地转述。

特化细胞的结构如何与其功能相配

红血球呈双凹形，成熟时失去细胞核；双凹形使它拥有更大的表面积对体积比，便于氧气扩散进出，而缺少细胞核则腾出更多内部空间容纳血红蛋白，因此细胞能携带更多氧气。根毛细胞被拉伸成细长的突起，增大与土壤水分接触的表面积，加快对水分与溶解矿物盐的吸收。

神经细胞具有长纤维，使电冲动能在体内从一处传到远处；精子细胞有尾部以游向卵细胞，头部后方密集排列着线粒体以供应游动所需的能量。保卫细胞随着吸水或失水而改变形状，开合它所包围的气孔，以控制叶片的气体交换。

特化并不限于动物。栅栏叶肉细胞呈柱状，密集排布叶绿体于叶片上表面附近光线最强之处，使光合作用尽可能高效。

在以上每个例子中，阅卷者想要的论证都相同：说出该特征，再解释这一特征如何使某一项功能运作得更好。

单细胞生物的生命过程

内容标准 2.2 以变形虫与草履虫等生物为例，它们的整个身体就是一个细胞，必须独自完成每一项生命过程。变形虫以细胞质流动包围食物颗粒，直到颗粒被封入食物泡中并在其中被消化来进食；它进行呼吸时，氧气经由同一细胞表面扩散进入、二氧化碳扩散排出，因为并没有独立的呼吸器官。

经渗透进入变形虫的多余水分聚集在伸缩泡中，伸缩泡膨胀后把内含物排出细胞外，维持水分含量的平衡；含氮废物则经细胞表面扩散排出。变形虫用伪足运动并捕捉食物，伪足是细胞质的临时延伸，而它通过有丝分裂一分为二进行繁殖。

一个细胞之所以能仅靠扩散供应自身全部所需，是因为它体积小、表面积相对体积很大，任何物质到达细胞任何部位都无须走远。草履虫以纤毛运动、以内衬纤毛的口沟把食物颗粒扫入，同样达到自给自足，也无需运输系统，因为在如此短的距离内单靠扩散已足够快。

多细胞生物中的分工

当生物体长大时，其体积增加得比外表面更快，因此表面积对体积比下降，跨越体表的扩散再也无法供应深埋在内部的细胞。内容标准 2.3 说明多细胞生物借由把生命过程分派给特化细胞、组织、器官与系统来解决这一问题，这种安排称为分工，是任何独立生活的单个细胞都无法做到的。

在人体内，消化系统分解并吸收食物，呼吸系统在肺泡处交换氧气与二氧化碳，循环系统在各器官间运输这些物质，排泄系统则清除废物；没有任何一个系统单独运作，因为肠道吸收的养分只有在血液把它们送达之后才能抵达身体细胞。每个系统都依赖其他系统来维持整个生物体的存活。

把同一过程放在两类生物中比较，差异便一目了然。变形虫在其整个细胞表面进行气体交换，而人类依靠数以百万计的肺泡提供庞大的气体交换表面，并依靠血液把气体运送到每个细胞并带回，同样的工作，却由一连串特化结构完成，而非由单个细胞独自承担。

从细胞到生物体的组织层次

内容标准 2.4 建立起一个层级，其中每一层都由其下一层构成：协同工作的相似细胞组成组织，多种组织合成一个工作单位组成器官，相关器官合作组成系统，而所有系统共同组成完整的生物体。由于每一层都依赖其下一层结构的正确，层级低处的损伤，组织中受损的细胞，可能扰乱由它构建的器官与系统。

确定这一顺序最清楚的方法，是追踪一个指定例子一路向上。在动物中：肌肉细胞组成肌肉组织，肌肉组织连同神经组织与结缔组织组成心脏，心脏与血管组成循环系统，各系统共同组成人体。

在植物中：栅栏细胞组成栅栏叶肉组织，多种组织组成叶，叶与茎组成枝系统，枝系统与根系统共同组成整株植物。

阅卷者考查这项标准的方式，是给出一份打乱的层次或指定例子清单，要求按从小到大的正确顺序排列，或要求你把某个指定结构，血液、心脏、肌肉细胞，归入正确层次。血液是组织，心脏是由不止一种组织构成的器官，而循环系统把心脏与每一条血管相连，因此把组织、器官与系统的定义分清，正是得分之所在。

须掌握的关键概念

• 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。

快速回想清单

1. 你能定义并解释细胞结构吗？
2. 你能定义并解释动物细胞与植物细胞吗？
3. 你能定义并解释单细胞生物的生命过程吗？
4. 你能定义并解释多细胞生物的生命过程吗？
5. 你能定义并解释组织层次吗？
6. 你能定义并解释特化细胞吗？
7. 你能定义并解释动植物中的组织吗？
8. 你能定义并解释细胞是生命的基本单位吗？
9. 你能定义并解释质膜的选择性通透吗？
10. 你能定义并解释细胞核与遗传控制吗？

常见问题

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