【高三生物专题复习纲要】专题1 生命的物质基础、结构基础、细胞工程
一、热点知识精要点拨
1．生物学中常见的化学元素及作用
(1)Ca：人体缺乏会患骨软化病，血液中Ca2＋含量过低会引起抽搐，过高则会引起肌无力。血液中的Ca2＋具有促进血液凝固的作用，如果用柠檬酸钠或草酸钠除掉血液中的Ca2＋，血液就不会发生凝固。属于植物中不能再利用的元素，一旦缺乏，幼嫩的组织会受到伤害。
(2)Fe：血红蛋白的组成成分，缺乏会患缺铁性贫血。血红蛋白中的Fe是二价铁，三价铁是不能利用的。Fe属于植物中不能再利用元素，一旦缺乏，幼嫩的组织会受到伤害。
(3)Mg：叶绿体的组成元素，很多酶的激活剂，植物缺镁时老叶易出现叶片失绿。
(4)B：促进花粉的萌发和花粉管的伸长，缺乏时植物会出现花而不实。
(5)I：甲状腺激素的成分，缺乏则幼儿会患呆小症，成人会患地方性甲状腺肿。
(6)K：血钾含量过低时，会出现心肌的自动节律异常，并导致心律失常。
(7)N：N是构成叶绿素、蛋白质和核酸的必需元素。N在植物体内形成的化合物都是不稳定的或易溶于水的，故N在植物体内可以自由移动，缺N时，幼叶可向老叶吸收N而导致老叶先黄。N是一种容易造成水域生态系统富营养化的一种化学元素，在水域生态系统中，过多的N与P配合会造成富营养化，在淡水生态系统中的富营养化称为“水华”，在海洋生态系统中的富营养化称为“赤潮”。动物体内缺N，会导致缺少氨基酸，就会影响到动物体的生长发育。
(8)P：P是构成磷脂、核酸和ATP的必需元素。植物体内缺P，会影响到DNA的复制和RNA的转录，从而影响到植物的生长发育。P还参与植物光合作用和呼吸作用中的能量传递过程，因为ATP和ADP中都含有磷酸。P也是容易造成水域生态系统富营养化的一种元素。植物缺P时老叶易出现茎叶暗绿或呈紫红色，生育期延迟。
(9)Zn：是某些酶的组成成分，也是酶的活化中心。缺Zn会引起苹果、桃等植物的小叶症或丛叶症，叶子变小，节间缩短。
2．常见蛋白质举例
(1)大部分酶、胰岛素、生长激素等，载体、抗体、朊病毒。
(2)抗毒素：属于抗体。一般指用外毒素给动物注射后，在其血清中产生的特异性中和外毒素毒性的成分。
(3)凝集素：属于抗体。指用细菌给动物注射后，在其血清中产生的能使细菌发生特异性凝集的成分。另外，人体红细胞膜上存在不同的凝集原，血清中则含有相应种类的凝集素。
(4)部分抗原：如红细胞膜上的凝集原、决定病毒抗原特异性的衣壳等。
(5)神经递质的受体：突触后膜上存在的一些特殊蛋白质，能与一定的递质发生特异性结合，从而改变突触后膜对离子的通透性，激起突触后神经元产生神经冲动或抑制。
(6)糖被：位于细胞膜表面，由蛋白质、多糖组成，有保护、润滑、识别等作用。
(7)丙种球蛋白：属于被动免疫生物制品。
(8)细胞色素C：是动、植物细胞线粒体中普遍存在的一种呼吸色素，由一条大约110个氨基酸的多肽链组成。
(9)血浆中的纤维蛋白原和凝血酶原：在凝血酶原激活物的作用下，凝血酶原转变成凝血酶，在凝血酶的作用下纤维蛋白原转变成不溶性纤维蛋白，起到止血和凝血作用。
(10)血红蛋白：含Fe2＋的蛋白质，存在于红细胞内，运输氧气。
(11)肌红蛋白：存在于肌肉细胞中，为肌肉细胞储存氧气。
(12)细胞骨架：细胞内由微管、微丝和中等纤维构成的蛋白质纤维网架系统，不仅在维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化等生命活动密切相关。
(13)微管：由微管蛋白组装成的长管状结构，参与组成纺锤体、中心体、鞭毛、纤毛、神经元的轴突等结构。
(14)微丝：在细胞中分散或成锁或交织成网，与微管共同构成细胞的支架，与细胞的收缩运动直接相关。
(15)干扰素：由多种细胞产生的具有广泛的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用的可溶性糖蛋白。正常情况下组织或血清中不含干扰素，只有在某些特定因素作用下，才能使细胞产生干扰素。
(16)动物细胞间质：主要含有胶原蛋白等成分，在进行动物细胞培养时，用胰蛋白酶处理才能获得单个细胞。
(17)含蛋白质成分的实验材料：黄豆研磨液、豆浆、蛋清、蛋白胨、牛肉膏等。
3．比较原核细胞与真核细胞
原核细胞
真核细胞
有无核膜
无
有
细胞器
只有核糖体
线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体等
细胞壁成分
肽聚糖
纤维素和果胶
遗传物质存在部位
拟核、质粒
细胞核、线粒体、叶绿体
4．细胞内的细胞器
分
布
植物特有的细胞器
质体(叶绿体、白色体)
动物和低等植物特有的细胞器
中心体
动植物都有的细胞器
线粒体、内质网、高尔基体、核糖体
主要存在于植物中的细胞器
液泡
主要存在于动物中的细胞器
中心体、溶酶体
分布最广泛的细胞器
核糖体(真、原核细胞)
结构
不具膜结构的细胞器
核糖体、中心体
具单层膜的细胞器
内质网、高尔基体、液泡、溶酶体
具双层膜的细胞器
线粒体、叶绿体
光学显微镜下可见的细胞器
线粒体、叶绿体、液泡
成分
含DNA(基因)的细胞器
线粒体、叶绿体(都有半自主性)
含RNA的细胞器
线粒体、叶绿体、核糖体
含色素的细胞器
叶绿体、液泡(有的液泡中无色素)
功能
能产生水的细胞器
线粒体、叶绿体、核糖体、高尔基体
能产生ATP的细胞器
线粒体、叶绿体
能复制的细胞器
线粒体、叶绿体、中心体
能合成有机物的细胞器
核糖体、叶绿体、内质网、高尔基体
与有丝分裂有关的细胞器
核糖体、线粒体、中心体、高尔基体
与分泌蛋白质的合成、运输、分泌有关的细胞器(结构)
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体(细胞膜)
能发生碱基互补配对的细胞器(结构)
线粒体、叶绿体、核糖体(细胞核、拟核)
5．生物组织中化合物的鉴定
方法
现象
水
取少许干种子放入干燥洁净试管中，放到酒精灯上加热
试管壁上出现小水珠
无机盐
取浸软的种子，放到酒精灯上充分燃烧
剩余的不再燃烧的灰白色物质
还原糖淀粉
还原糖溶液＋斐林试剂
淀粉溶液＋碘液
砖红色沉淀
蓝色溶液
脂肪
富含脂肪种子临时切片
蛋白质
蛋白质溶液＋双缩脲试剂
紫红色
DNA
DNA的NaCl溶液＋二苯胺
蓝色
6．细胞、细胞全能性、细胞工程
(1)为什么说细胞是生命的基本单位?
①原生质是细胞内的生命物质。
②生物体都具有细胞结构，病毒除外。
③生命都需要细胞来表现，病毒也不例外。
(2)什么是细胞的“全能性”?
①“全能性”是指细胞具有使其后代细胞形成完整个体的潜能。
②全能性表现的条件：细胞具有个体发育的全套基因；分化是基因选择性表达的结果；不同分化水平的细胞全能性不同；要在离体条件下，满足营养、激素、温度等适宜条件。
(3)什么是细胞工程?
①细胞工程是指在细胞整体或细胞器水平上人为改变细胞遗传物质，以获得新型生物或细胞产品的技术。
②细胞工程的手段有：组织培养与细胞培养技术；细胞融合与细胞拆合技术；染色体导入与基因转移技术；胚胎移植与核移植技术(试管婴儿、克隆动物)。
③细胞工程按材料分为两大类：植物细胞工程、动物细胞工程。
二、疑问难点比较思辨
1．为什么说组成生物的化学元素和化合物是生物体生命活动的物质基础?
从组成上分析：自然界中的任何生物都是由化学元素和化合物组成的，在细胞中可以找到至少62种元素，其中重要的有24种，这些元素在生物体内的含量不同，但不管含量的多少，在生物体内都有不可替代的作用，没有这些元素，就不可能有细胞和生物体存在，也就不可能有生命现象存在，从这个方面说，它们是生物体生命活动的物质基础。
从功能上分析：组成生物体的化学元素虽然在生物体内都有一定的生理作用，但是单一的某种元素不可能表现出相应的生理功能，这些元素只有在生活的机体中，在生物特定的结构基础上，有机地结合成各种化合物，然后与其他的物质相互作用才能体现出相应的生理功能，如蛋白质、核酸、糖类、脂质等化合物有机结合在一起形成细胞。
2．斐林试剂和双缩脲试剂的区别
斐林试剂很不稳定，故应将组成斐林试剂的A液(0.1g/mL的NaOH溶液)和B液(0.05g/mL的CuSO4溶液)分别配制、储存，使用时，再临时配制，将4～5滴B液滴入2mLA液中，配完后立即使用。原理是还原性糖中的基团—CHO与Cu(OH)2在加热条件下生成砖红色的Cu2O沉淀。而双缩脲试剂包括A液(0.1g/mL的NaOH溶液)及双缩脲试剂B液(质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液)，在使用时要分别加入。先加入A液，造成碱性的反应环境，再加入B液，这样蛋白质(实际上是指与双缩脲结构相似的肽键)在碱性溶液中与Cu2＋反应生成紫色或紫红色的络合物。
3．细胞膜、生物膜、生物膜系统及其生理功能
细胞膜是位于动物细胞最外层及植物细胞与真菌细胞或原核细胞的细胞壁内紧贴细胞壁的薄膜，它是生物膜中位于细胞最外面的膜，不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境，还在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换及信息传递等过程中起重要作用。
生物膜是指由脂质、糖类及蛋白质分子组成的膜结构，其基本骨架是磷脂双分子层，在磷脂双分子层中覆盖、镶嵌或贯穿着许多蛋白质分子，这些蛋白质分子和磷脂分子大都是运动的而不是静止的，因此，生物膜的结构特点是具有一定的流动性，这种流动性特点对于膜内、外物质交换的进行具有重要意义；而在功能上，生物膜又具有选择透过性特点，这使得细胞能按生命活动的需要有选择地吸收或排出物质，从而保证了细胞生命活动的正常进行。
细胞膜、核膜及由膜构成的细胞器如单层膜结构的细胞器——内质网、高尔基体、液泡、溶酶体等及双层膜结构的细胞器——线粒体、叶绿体等共同组成了细胞的生物膜系统。需要注意的是内质网膜，它不仅含量最多、面积最大，而且向内与细胞核膜相连，向外与细胞质膜相连，形成细胞内的管道运输系统，还能以膜泡形式与高尔基体相连，高尔基体再以膜泡形式与细胞膜相连。因此，内质网是生物膜系统中各种生物膜之间相互转化的中心。
4．植物细胞工程与动物细胞工程的比较
(1)植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
比较项目
细胞融合原理
细胞融合方法
诱导手段
用途
植物体细胞杂交
细胞膜的流动性
去除细胞壁后诱导原生质体融合
离心、电刺激、振动、聚乙二醇试剂诱导
克服远源杂交不亲和的障碍，获得杂种植株
动物细胞融合
细胞膜的流动性
使细胞分散后诱导细胞融合
离心、电刺激、振动、聚乙二醇试剂、灭活的病毒诱导
制备单克隆抗体
(2)植物组织培养与动物细胞培养的比较
比较项目
原理
培养基
培养结果
培养目的
植物组织培养
细胞的全能性
固体，营养物质、激素等
培养成植株
快速繁殖，培育无病毒植株等
动物细胞培养
细胞的增殖
液体，营养物质、动物血清等
培养成细胞株或细胞系
获得细胞的产物或细胞等
注意：植物组织培养与动物细胞培养起点不同：植物组织培养可以是离体的器官、组织或细胞，而动物细胞培养的起点是个单个细胞，离体的组织或器官需用胰蛋白酶处理成为单个细胞，配制成细胞悬浮液。
5．受精作用、原生质体融合、动物细胞融合
三者的相同点是：都由两个细胞融合成一个细胞，并且融合而成的这个细胞中的遗传物质都是由原来的两个细胞决定的。
三者之间的不同点是：(1)细胞类型不同。受精作用是精子和卵细胞融合为受精卵的过程，精子和卵细胞是有性生殖细胞；而原生质体融合和动物细胞融合中的细胞是体细胞。(2)细胞来源不同。用于受精作用的精子和卵细胞是来自同种生物个体；原生质体融合和动物细胞融合的细胞一般来自不同种的生物个体。(3)染色体数目变化不同。精子和卵细胞中的染色体数为N，受精卵中的染色体数又恢复到体细胞中的染色体数2N；而原生质体融合和动物细胞融合是两个体细胞(2N)融合成一个细胞，融合而成的杂种细胞中的染色体数是两个细胞中染色体数之和(2N+2N，并不一定是2N×2)。(4)融合条件不同。受精作用一般不需人工方法促进细胞融合；而原生质体融合和动物细胞融合需要人工的方法促使细胞融合。(5)原生质体融合与动物细胞融合基本原理相同，它们只是概念适用的对象不同，原生质体融合是植物体细胞杂交中的一个步骤，植物细胞有细胞壁，有细胞壁的植物细胞是不能直接融合的，首先要除去细胞壁，而植物细胞除去细胞壁之后就是原生质体，所以，原生质体融合的概念一般用于植物细胞。
6．植物体细胞杂交与杂交育种
两者的相同点是：通过改变细胞内的遗传物质，达到改变植物体的性状，培育出符合人们要求的新品种。两者主要的不同点在于：(1)基本原理不同。杂交育种的基本原理是基因重组，通过基因重组产生新的基因型；植物体细胞杂交原理如上文所述。(2)杂交性质不同。用于杂交育种的精子和卵细胞是有性生殖细胞，即有性杂交；而用于植物体细胞杂交的细胞是体细胞，即无性杂交。(3)染色体数目变化不同。杂交育种产生的后代染色体数与亲代相同，而体细胞杂交得到的杂种植株染色体数目与亲代不同。(4)杂交亲本来源不同。杂交育种的亲本是同种的，得到的是种内杂种，而植物体细胞杂交除得到种内杂种外，还可以得到种间杂种或属间杂种。(5)育种年限不同。杂交育种一般要4年～5年，植物体细胞杂交一般需1年～2年。
7．试管动物(婴儿)和克隆动物
试管动物(或婴儿)：是指通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物(或婴儿)。试管动物(或婴儿)的培育过程如图甲所示。试管动物(或婴儿)可以加快优良种畜的繁殖速度，也能解决人类不孕问题。
克隆动物：一般是指由一个细胞通过无性繁殖形成的动物，该动物的基因型与提供细胞(或细胞核)的个体完全相同。克隆技术的原理是根据细胞的全能性。1997年初，英国爱丁堡斯林研究所的胚胎学家维尔穆特率领的科研小组成功繁殖了世界第一头克隆绵羊“多利”，向世人表明，高度分化的动物体细胞的细胞核仍然保持有全能性。“多利”的培育过程如图乙所示。克隆技术在保护生物多样性等方面都有广阔的应用前景。
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