生物奥赛知识点全集

第一章 生命的物质基础

第一节 组成生物体的化学元素及化合物

一、组成生物体的化学元素

含量占生物体总质量的万分之一以上的元素，称大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素，称微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

二、组成生物体的化合物

（－）糖类

1．生物学功能 参与细胞组成，是生命活动的主要能源物质。

2．组成元素及种类

糖类的组成元素为C、H、O，分单糖、寡糖、多糖三类。

单糖是不能水解的最简单的糖类，其分类中只含有一个多羟基醛或一个多羟基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6个碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但结构式不同，在化学上叫做同分异构体。 核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）都是含有5个碳原子的戊糖，两者都是构成生物遗传物质（DNA或RNA）的重要组成成分。

寡糖（低聚糖）是由少数几个单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有2个单糖单位的双糖，如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖，动物细胞内的乳糖，存在于藻类细菌、真菌和某些昆虫细胞内的海藻糖等。

多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子，与单糖、双糖不同，一般不溶于水，从而构成贮藏形式的糖，如高等植物细胞内的淀粉，高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。

（二）蛋白质

1．生物学功能 催化、运输、免疫、调节作用，结构和机械支持作用、收缩功能。

2．组成元素和基本组成单位

蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成，多数还含有S。基本组成单位是氨基酸。除甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有L—型与D一型之分，为区别两种构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为L型，另种为D一型。当书写时—NH2写在左边为L型，－NH2在右为D型。已知天然蛋白质中的氨基酸都属L型。

氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应，形成的键为肽键。肽是两个以上氨基酸连接起来的化合物。两个氨基酸连接起来的肽叫二肽，三个氨基酸连接起来的肽叫三肽，多个氨基酸连接起来的肽叫多肽。多肽都有链状排列的结构，叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链集合而成的复杂的大分子。

20种基本氨基酸中，有许多是能在生物体内从其他化合物合成的。但其中有8种氨基酸是不能在人体内合成的，叫必需氨酸。20种氨基酸的分类，主要是根据R基来区分的，分为脂肪族、芳香族和杂环族三类，其中脂肪族又分为中性（一氨基一羧基）、酸性（一氨基二羧基）和碱性（二氨基一羧基）氨基酸。按R基的极性分为极性和非极性氨基酸。

3．结构

蛋白质结构分一、二、三、四级结构。

一级结构：多肽链中氨基酸连接方式及排序。

二级结构：是指多肽链本身折叠和盘绕方式，这种周期性的结构是以肽链内或各肽链间的氢键来维持。天然蛋白质二级结构有α–螺旋、β–折叠、β–转角和自由回折四种。例如动物的各种纤维蛋白，它们的分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状，称为α–螺旋。相邻的螺旋以氢键相连，以保持构象的稳定。指甲、毛发以及有蹄类的蹄、角、羊毛等的成分都是呈α–螺旋的纤维蛋白，又称α–角蛋白。β–折叠片是并列的比α–螺旋更为伸展的肽链，互相以氢铸连接起来而成为片层状，如蚕丝、蛛丝中的β–角蛋白。

三级结构：是指在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。

四级结构：是由两条或两条以上的具有三级结构的多肽聚合而成特定构象的蛋白质分子。构成功能单位的各条肽链，称为亚基，一般地说，亚基单独存在时没有生物活力，只有聚合成四级结构才具有完整的生物活性。如：血红蛋白是由4个不同的亚基（2个α肽链，2个β链）构成的，每个链都是一个具三级结构的球蛋白。

4．特点

（1）胶体性质：蛋白质分子量很大，容易在水中形成胶体粒，具有胶体性质。在水溶液中，蛋白质形成亲水胶体，就是在胶体颗粒之外包含有一层水膜。水膜可以把各个颗粒相互隔开，所以颗粒不会凝聚成块而下沉。

（2）变构作用：含2个以上亚基的蛋白质分子，如果其中一个亚基与小分子物质结合，那就不但该亚基的空间结构要发生变化，其他亚基的构象也将发生变化，结果整个蛋白质分子的构象乃至活性均将发生变化，这一现象称为变构或别构作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最终产物结合，引起变构效应，使酶的活力降低，从而起到反馈抑制的效果。

（3）变性作用：蛋白质在重金属盐（汞盐、银盐、铜盐等）、酸、碱、乙醛、尿素等的存在下，或是加热至70～100℃，或在X射线、紫外线的作用下，其空间结构发生改变和破坏，从而失去生物学活性，这种现象称为变性。变性过程中不发生肽键断裂和二硫键的破坏，因而不发生一级结构的破坏，而主要发生氢键、疏水键的破坏，使肽链的有序的卷曲、折叠状态变为松散无序。这种变化不可逆。

（三）核酸

1．生物学功能

核酸是遗传信息的载体，存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。

2．种类

核酸分DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两大类核酸（病毒只含有DNA或RNA）。

3．组成元素及基本组成单位

核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。每个核苷酸含一分子碱基、一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）及一分子的磷酸组成。

DNA的碱基有四种（A、G、C、T），RNA的碱基也有四种（A、G、C、U）。DNA中碱基的百分含量一定是A＝T、G＝C，不同种生物的碱基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之间并没有等量的关系。

4．结构

DNA一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是3’、5’﹣磷酸二酯键（5’端为磷酸）。所以DNA的一级结构是直线形或环形的结构。DNA的二级结构是由两条反向平行的多核苷酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。常有A、B(即Watson－Crick模型)、C型和Z型（左手螺旋）。

5．性质 （1）一般性质

核酸和核苷酸既有磷酸基，又有碱性基团，为两性电解质，因磷酸的酸性强，通常表现为酸性。核酸可被酸、碱或酶水解成为各种组分，其水解程度因水解条件而异。RNA在室温条件下被稀碱水解成核苷酸而DNA对碱较稳定，常利用该性质测定RNA的碱基组成或除去溶液中的RNA杂质。DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。

（2）核酸的紫外吸收性质

核酸中的嘌呤碱和嘧啶碱均具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在240～290nm的紫外波段有一个强烈的吸收峰，最大吸收值在260nm附近。不同的核苷酸有不同的吸收特性。由于蛋白质在这一光区仅有很弱的吸收，蛋白质的最大吸收值在280nm处，利用这一特性可以鉴别核酸纯度及其制剂中的蛋白质杂质。

（3）核酸的变性和复性

①核酸的变性：是指核酸双螺旋区的氢键断裂，碱基有规律的堆积被破坏，双螺旋松散，发生从螺旋到单键线团的转变，并分离成两条缠绕的无定形的多核苷酸单键的过程。变性主要是由二级结构的改变引起的，因不涉及共价键的断裂，故一级结构并不发生破坏。核酸变性后，一系列物理和化学性质也随之发生改变，如260nm区紫外吸收值升高(增色效应)，粘度下降，失去生物活性。②核酸的复性：变性DNA在适当条件（如缓慢冷却即退火）下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，这个过程称为复性。DNA复性后，许多物理、化学性质又得到恢复，生物活性也可以得到部分恢复。DNA的片段越大，复性越慢；DNA的浓度越高，复性越快。

（四）脂类

脂类是生物体内一大类重要的有机化合物，由C、H、O三种元素组成，有的（如卵磷脂）含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。

1．生物学功能

脂类是构成生物膜的重要成分；是动植物的贮能物质；在机体表面的脂类有防止机械损伤和水分过度散失的作用；脂类与其他物质相结合，构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫的成分；某些脂类具有很强的生物活性。

2．种类

（l）脂肪 也叫中性脂，一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸的末端羟基脱水连成酯键形成的。脂肪是动植物细胞中的贮能物质，当动物体内直接能源过剩时，首先转化成糖元，然后转化成脂肪。在植物体内就主要转化成淀粉，有的也能转化成脂肪。

（2）类脂 包括磷脂和糖脂，这两者除了包含醇、脂肪酸外，还包含磷酸、糖类等非脂性成分。含磷酸的脂类衍生物叫做磷酯，含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成，是脂类中的结构大分子。

（3）固醇 又叫甾醇，是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物，是合成胆汁及某些激素的前体，如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素D。在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。

（五）水和无机盐 1．水

水是细胞的重要成分，一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大，生命活力差的细胞组织中含水量较小，休眠的种子和孢子中含水量一般低于10％。水的作用有：水是代谢物质的良好溶剂，水是促进代谢反应的物质，水参与原生质结构的形成，水有调节各种生理作用的功能。

2．无机盐

它在体内通常以离子状态存在，各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的，其主要作用有：维持渗透压，维持酸碱平衡，特异作用等。

第二章 生命的基本单位——细胞

第一节 细胞的形态和类别

【知识概要】

一、细胞的概念及形态

细胞是由原生质小团所组成的基本单位，其中含有一个核（或拟核），四周被膜包围着。

细胞的大小千差万别。最大的直径近10cm，如驼鸟卵；小的需用电子显微镜才能看到，如支原体，其细胞直径只有0.1um。一般细胞的直径都在10～100um之间，观察需要借助光学显微镜。

细胞的形状多样。有球状、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构、自身的表面张力以及外部的机械压力的作用，各种细胞总是保持其一定的形态。细胞的形状与功能之间有着密切关系，如运动神经元细胞质伸展长达几米，用以传导外界刺激产生的兴奋。

二、原核细胞

原核细胞外部由质膜所包围，质膜之外是坚固的细胞壁。细胞壁主要是由一种叫胞壁质的蛋白多糖组成。在原核细胞内含有DNA的区域，没有核膜包围，这个区域为拟核，其中只有一条DNA。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但含有核糖核蛋白体、间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。原核细胞细胞质中的内含物有气泡。多磷酸颗粒、脂肪滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称原核生物，如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。

三、真核细胞

真核细胞的细胞质与细胞核之间有核膜把它们分开，细胞质中的细胞器与结构都比原核细胞复杂。真核细胞内含有的物质，大致可分为四类：①原生质，它是细胞质与细胞核所组成的生活物质的整体。细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。②后成质，由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物，如纤毛、鞭毛等。③异质，由原生质高度特化的物质，如角质、木质、木柱质、纤维素等。④副质，细胞质中的内含物，都是新陈代谢的产物，如淀粉粒、糖元粒、油滴、乳液等。

四、真核细胞和原核细胞的主要区分见下表

真核细胞和原核细胞的主要区别

五、动物细胞和植物细胞的区别

植物细胞的外面有细胞壁，它由纤维素和果胶质构成。细胞壁分为三层：中胶层、初生壁和次生壁。中胶层（胞间层）把相邻细胞粘合在一起，初生壁在中胶层的两侧，所有植物细胞都具有。次生壁在初生壁里面，又分为外、中、内三层，厚而硬，不是所有植物细胞都有的。在两个相邻细胞之间的壁上，有胞间连丝联结两个相邻细胞的原生质体，使细胞之间互相流通。此外，植物细胞的细胞器中有液泡和叶绿体。

动物细胞表面由质膜包着，它控制着细胞内物质的运输。两个相邻细胞之间的质膜也可变形，形成联结或桥粒，使两个相邻细胞“焊接”在一起，便于通讯。动物细胞质膜外无细胞壁，动物细胞内的微管对细胞的形态起着支持作用；动物细胞质内也无明显的液泡和叶绿体。在核附近有中心体，细胞有丝分裂时，中心体能发出星状细丝，分裂时称为星体。

第二节 真核细胞的结构和功能

【知识概要】

一、细胞膜

1．细胞膜的化学组成

细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，其中脂类以磷脂为主，它既有亲水的极性部分（一般称头部），又有疏水的非极性部分（一般称尾部）。构成膜的蛋白质按其在膜中与磷脂相互作用方式及排列部位不同，可以分为外在性蛋白和内在性蛋白两大类，外在性蛋白与膜的内外表面相连，内在性蛋白嵌在脂质的内部，有的穿过膜的内外表面。

2．细胞膜的结构

关于细胞膜的结构有很多假说和模型，其中广泛被接受的是“液态镶嵌模型”。它有两个主要特点：一是膜的结构不是静止的，而是具有一定的流动性；二是膜蛋白质分布的不对称性，即有的镶嵌在脂质中，有的附在脂质表面。

3．细胞膜的功能

细胞膜的基本功能是：物质运输、细胞膜受体作用、代谢的调节控制、细胞识别、信息传递、保护细胞等。物质运输方面。细胞膜对物质的通过有高度的选择性。物质出入细胞的三种方式见下表：

物质出入细胞的方式

此外，一些大分子物质或物质团块，还可以通过内吞和外吐的方式进出细胞。如白细胞吞噬侵入人体的病菌，属内吞方式；腺细胞所分泌的酶的过程，属外吐方式。内吞和外吐也需消耗能量。

二、细胞质

1．基质

细胞基质呈胶体状，除含有小分子和离子外，还含有脂类、糖、氨基酸、蛋白质、RNA等。在基质中存在着几千种酶，大多数中间代谢，如糖酵解、氨基酸合成等都在这里进行。在基质内分散着具一定结构和功能的小“器官”叫细胞器，如线粒体、质体。中心体、内质网、核糖体、溶酶体以及微管和微丝等。

2．线粒体

（1）线粒体形状、大小和数目线粒体一般呈线状或颗粒状，线粒体的直径约0.5～1um，长2～10um。线粒体数目因细胞类型和生理状况而不同，每个细胞中线粒体的数量可以从1到50万个，在生理活动旺盛的细胞中，线粒体数目多；在衰老或休眠的细胞中线粒体较少。

（2）线粒体结构电镜下观察线粒体由内外两层膜所包围。外膜磷脂含量较高，透性较强，有利于线粒体内外物质交换。内膜透性较差，在不同部位向内折叠形成嵴。嵴之间的内部空隙叫嵴间腔，里面充满基质，基质中含有蛋白质和少量DNA。内外膜之间的间隙叫膜间腔。里面充满液体。线粒体的内外膜上都附有酶系颗粒，在外膜上牢固附着的是柠檬酸循环所必需的酶系颗粒。柠檬酸循环所产生的NADPH通过膜进入线粒体，使ADP转变成ATP。在内膜内侧附着有许多带柄小颗粒，这种颗粒就是可溶性三磷酸腺苷。

（3）线粒体功能线粒体是细胞呼吸中心。它通过有呼吸作用的多种酶系颗粒，能将细胞质中的糖酵解，产生丙酮酸，再进一步氧化产生能量，并将能量贮藏在ATP高能磷酸键中。ATP通过膜上的小孔向外扩散到细胞质中，供细胞其他生理活动时能量的需要。

3．质体

质体是绿色植物细胞所特有的细胞器。根据颜色和功能的不同，成熟的质体分白色体、有色体和叶绿体三类。

（1）白色体（也叫无色体） 因所在的组织和功能的不同可分为造粉质体、造蛋白质体和造油体。

（2）有色体 有色体内含有叶黄素和胡萝卜素，呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果实中，其主要功能是积累淀粉和脂类。

（3）叶绿体主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内，是光合作用的场所。叶绿体由内外两层膜包围，叶绿体膜能控制代谢物质进出叶绿体。膜内淡黄色、半流动状态的物质叫基质，主要是可溶性蛋白质（酶）和其他代谢物质。基质中悬浮着浓绿色圆柱状颗粒叫基粒。每个基粒由两个以上类囊体重叠而成基粒片层，类囊体由自身闭合的双层薄膜组成。有些类囊体和基粒中的基粒片层横向连接，使基粒跟基粒相连，这种类囊体叫做基质片层。叶绿体的光合色素主要集中在基粒中，类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作用有关的酶。光合作用的光反应在类囊体膜上进行，合成有机物的暗反应，在叶绿体基质中进行。

4．内质网和高尔基体

内质网是由单层膜组成，有两种类型：粗糙内质网和光滑内质网。粗糙内质网呈扁平囊状，内质网膜的外面附有核糖核蛋白体颗粒，是细胞内合成蛋白质的主要部位。粗糙内质网常与核膜的外膜相连。光滑内质网呈管状，膜上没有颗粒，常与有分泌功能的高尔基体相连。光滑内质网与脂类物质的合成、糖元等的代谢有关。

高尔基体是由双层膜、表面光滑的大扁囊和小囊泡构成，多数扁囊和囊泡集合在一起，又叫高尔基复合体。在植物细胞内，有高尔基体合成的果胶、半纤维和木质素等物质，这些物质参与细胞壁的形成。在动物细胞内，高尔基体参与蛋白质的分泌。

在细胞生物学中，把核被膜、内质网、高尔基体、小泡和液泡等看成是在功能上连续统一的细胞内膜，被称为内膜系统。

5．液泡系

液泡系是指由内膜所包围的小泡和液泡，除线粒体和质体外，都属于液泡系。液泡的类型可分为以下几种：①高尔基液泡，由高尔基体成熟面高尔基地边缘形成的小泡，其中含有水解酶等。②溶酶体，由内质网形成，其中含有水解酶。③圆球体，为植物细胞所特有，相当于溶酶体，也是由内质网形成。④微体，按其中所含的酶来确定它们的性质。⑤自噬小体，由一层膜将一小部分细胞质包围而成，其中被消化的物质是细胞质内含有的各种组成，如线粒体、内质网的碎片等。⑥吞噬泡，由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。⑦胞饮液泡，由质膜的内陷作用吞噬了一些溶液或营养液而成。⑧糊粉粒，在植物的种子中产生的一种特异的液泡，其中贮有蛋白质（多数是酶），起源于内质网。⑨收缩泡，为原生动物所含有的液泡，具有伸缩性，收缩时可把废液和过量的水分排出体外。动、植物液泡都是由一层单位膜包围而成。

植物细胞中的液泡是植物细胞显著特征之一。液泡里有细胞液，细胞液主要成分是水，另外含有糖类、丹宁、有机酸、植物碱、色素、盐类等。植物细胞的液泡既是细胞营养物质的贮藏器，也是废物的排泄器。

溶酶体是溶解或消化小体，内含各种水解酶，在动植物细胞中都含有这类细胞器。细菌内没有发现溶酶体。溶酶体的功能有三个方面：正常消化作用、自体吞噬、细胞自溶作用。

微体有两种类型：过氧化物酶体和乙醛酸循环体。前者存在于动、植物细胞内，而后者仅存在于植物细胞内。

植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶，具有动物溶酶体同样的功能。

6．核糖体

核糖体颗粒存在于所有类型的活细胞内，游离在细胞质中或附着在粗糙型内质网上，快速增殖的细胞中含量更多。根据核糖体的沉降系数，把不同来源的核糖体分为70S型（具有30S和50S两个亚单位）和80S型（具有40S和60S两个亚单位）两大类。80S分布在真核细胞的细胞质中，而70S则存在于原核细胞与叶绿体内。

核糖体是蛋白质合成的主要场所。

7．中心体

中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部分：中央部分有中心粒，周围的致密物质叫中心球。它存在的位置比较接近细胞中央，在核的一侧，所以叫中心体。在电镜下看到，中心粒由27条很短的微管组成，从横切面看到是由9个三体微管盘绕成的环状结构。三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向，起着重要作用。

8．微管和微丝

微管是细胞的骨骼，而微丝则是细胞的肌肉系统。

微管含有微管蛋白，微丝含有的分子与肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白相同，也有像肌肉一样的收缩功能。

微管的功能有：支架作用、细胞的运动、细胞分裂、细胞内运输、细胞壁的结构等。微管可以单体到多聚体集合成完整的管子，但经低温、高压、秋水仙素和长春花碱等处理后就会破坏，使细胞变形，也不能运动。

微丝担负着细胞内运输、细胞质运动、细胞的移动和肌肉的收缩等功能。

三、细胞核

细胞核是细胞内储存、复制和转录遗传信息的主要场所。在真核细胞中，除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外，都有细胞核。细胞核的核膜由两层膜组成，包在核之外。核膜上有许多穿孔，称核孔，全部核孔占膜面积的8％以上。核孔是细胞核和细胞质进行物质交换的通道。核液充满在核膜内，是以核蛋白为主的胶态物质，染色质和核仁悬浮在其中。当这些基质呈液体状态（溶胶）时叫核液，呈半固体状态（凝胶）时叫核质。核仁主要由蛋白质和RNA组成，它与合成核糖体RNA有关。染色质是细胞核的重要成分，是真核细胞间期核中DNA、组蛋白、非组蛋白性蛋白质以及少量RNA所组成的一串念珠状的复合体，是能被碱性染料染色的物质。

第三节 细胞周期和细胞分裂

【知识概要】

一、细胞周期

1．概念

细胞周期是指细胞一次分裂结束开始生长，到下一次分裂完成所经历的过程。

2．细胞周期分四个时期

①从有丝分裂完成到DNA复制前的这段间隙时间叫G1期。②DNA复制的时期叫S期。在S期，DNA的含量增加一倍。③从DNA复制完成到有丝分裂开始，这段时间叫G2期，细胞分裂期的开始，标志着G2期的结束。④从细胞分裂开始到结束，也就是染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止，叫M期。M期包括前、中、后、末四个时期。

在细胞生长繁殖过程中，有的细胞在前一周期结束后，不再进入下一周期，而是退出了细胞周期，细胞这时所处的时期叫G0期。G0期的细胞不合成DNA，也不发生分裂，而处于静止状态。

二、细胞分裂

细胞分裂有三种方式：即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。

无丝分裂又称直接分裂。分裂时无染色体出现，不形成纺锤体，也无核膜、核仁的消失。无丝分裂过程简单，遗传物质也不能平均分配，但能保持亲代个体的遗传性。

有丝分裂是真核生物细胞分裂的基本形式，也称间接分裂。在分裂过程中出现由许多级锤丝构成的纺锤体，经复制后的染色质集缩成棒状的染色体，并平均分配到子细胞中。细胞有丝分裂是一个连续的过程，为研究方便，按照各时期的特点，人们将有丝分裂分为间期和分裂期。分裂期又包括前期、中期、后期和末期。

减数分裂是以有性方式繁殖的动、植物，在形成生殖细胞时发生的分裂。减数分裂有三种类型：合子减数分裂（形成合子后立即进行减数裂，如衣藻等某些藻类）

配子减数分裂（减数分裂发生在形成配子时，如动物和人）

居间减数分裂（所有高等植物）

有丝分裂和减数分裂的区别比较

第四节 细胞的分化、癌变及其他

一、细胞分化

1．细胞分化的原理

（1）细胞核的全能性

在动物个体发育过程中，受精卵具有分化出各种组织和细胞，并建立一个完整个体的潜在能力，这种细胞称为全能细胞。

在胚胎发育的囊胚细胞和原肠胚细胞，虽然具有分化出多种组织的可能，但却不能发育成完整的个体，这部分细胞叫做多能细胞。

在动物长成后，成体中储存着保持增殖能力的细胞，它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织，有的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。

看来，随着动物细胞分化程度提高，细胞分化潜能越来越窄，尽管如此，但它们的细胞核仍保持着原有的全部遗传物质，具有全能性。高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能，保持着发育的全能性。

（2）基因的选择表达

细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的，而是与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类：管家基因和奢侈基因。管家基因是维持细胞生存必需的一类基因，在各类细胞中都处于活动状态。奢侈基因是在不同组织细胞中选择表达的基因，与分化细胞的特殊性状直接相关，这类基因的丧失对细胞生存没有直接影响。目前一般认为，细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。

2．细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响

（1）细胞质在细胞分化中的决定作用

受精卵的分裂称卵裂。卵裂过程的每次分裂，从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中，但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配，在一定程度上决定了细胞的早期分化。

（2）细胞核在细胞分化中的作用

细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此，在细胞分化过程中，细胞核对于细胞分化也肯定有重要的影响，它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。

（3）外界环境对细胞分化的影响

细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响，并决定其分化方向。另外，在多细胞生物幼体发育过程中，环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。

二．癌细胞

在个体正常发育过程中，细胞有控制地通过有丝分裂增殖，有秩序地发生分化，执行特定的功能。可是，有时部分细胞由于受到某种因素的作用则发生转化，不再进行终未分化，而变成了不受调节的恶性增殖细胞，这种细胞即称为癌细胞。

1．癌细胞的主要特征

癌细胞的主要特征表现在无限增殖；接触抑制现象丧失；细胞间的粘着性降低，易分散和转移；易于被凝集素凝集；粘壁性下降；细胞骨架结构紊乱；产生新的膜抗原；对生长因子需要量降低等方面。

2．致癌因子及癌基因学说

凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类：化学致癌因子，物理致癌因子，病毒致癌因子。

一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”：认为病毒对细胞的致癌作用是由于病毒基因组中的癌基因引起，而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染而从病毒基因组中获得。如果细胞癌基因受阻，则细胞能正常发育；在各种致癌因子作用下，细胞癌基因被活化而使细胞发生癌变。

四、细胞工程

应用细胞生物学的方法，按照人们预先的设计，有计划地改变或创造细胞遗传物质的技术，以及发展这种技术的研究领域，叫做细胞工程。细胞工程学可分为五个部分：基因工程学，染色体工程学，染色体组工程学，细胞质工程学，细胞并合工程学。

第三章 生物的新陈代谢

第一节 酶

【知识概要】

一、酶的概念

1．酶是生物催化剂

酶是由生物体活细胞所产生的一类具有生物催化作用的有机物。生物体内的新陈代谢过程包含着许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，其中的许多化学反应都是在酶的催化作用下进行的。

2．酶的化学本质是蛋白质

酶具有一般蛋白质的理化性质。从酶的化学组成来看，有简单蛋白和复合蛋白两类。属于简单蛋白的酶，只含有蛋白质；属于复合蛋白的酶分子中，除了蛋白质外，还有非蛋白质的小分子物质，前者称酶蛋白，后者称辅助因子，可分为辅酶和辅基两类。近些年来发现，绝大多数酶是蛋白质，有的酶是RNA。

二、酶催化作用的特点

酶与一般催化剂一样，能降低化学反应所需的活化能，使反应速度加快，反应完成时，酶本身的化学性质并不发生变化。

酶与一般非生物催化剂不同的特点是：1．高效性；2．专一性；3．需要适宜的条件。

三、酶催化作用的机理

现在认为，酶进行催化作用时，首先要和底物结合，形成一中间络合物，它很容易转变为产物和酶；该过程可表示为：S（底物）＋E（酶）→SE（中间络合物）E（酶）＋P（反应产物）。酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位称为“活性（力）中心’。一般认为，酶的活性中心有两个功能部位：结合部位和催化部位。

四、影响酶催化作用的因素

影响酶催化作用的因素有底物浓度、温度、pH、酶浓度、激活剂和抑制剂等。

第二节 植物的营养器官

【知识概要】

一、根

根据发生的部位，根分成主根、侧根和不定根三种。植物地下部分所有根的总和叫做根系，分为直根系和须根系两种。

从根的顶端到着生根毛的部分叫做根尖，它是根生长、分化、吸收最活跃的部位。从根尖的顶端起，依次分成根冠、分生区（生长点）、伸长区和成熟区（根毛区）四部分。

根的初生结构由外向内分成表皮、皮层和维管柱（中柱）。皮层的最内层细胞叫做内皮层，这层细胞的径向壁和横壁上形成栓质化的带状加厚结构，叫做凯氏带，它具有加强控制根的物质转移的作用。维管柱由中柱鞘、初生木质部和初生韧皮部三部分组成。双子叶植物的根可以进行次生生长，由形成层细胞进行细胞分裂，向内形成次生木质部，向外形成次生韧皮部。

根的生理功能是吸收、支持、合成和贮藏，有些植物的根还有营养繁殖的作用。

二、茎

茎的形态特征是有节和节间，有芽，落叶后节上有叶痕。茎因生长习性的不同，可以分为直立茎、攀援茎、缠绕茎和匍匐茎四类。

茎的主干由种子的胚芽发育而成，侧枝由主干上的芽发育而成。因此，芽是一个枝条的雏型，将植物的叶芽纵切，从上到下依次为生长点、叶原基、幼叶、腋芽原基。

双子叶植物茎的初生结构分为表皮、皮层和维管柱。维管柱由维管束、髓和髓射线三部分组成。维管束是初生韧皮部、形成层和初生木质部组成的束状结构。双子叶植物茎的维管束常排列成筒状。茎的次生结构是由形成层的活动而加粗的部分。由于形成层的活动受四季气候影响而在多年生木质部横切面上出现年轮。

一般单子叶植物的茎只有初生结构，由表皮、维管束和薄壁组织组成。表皮下有机械组织，起支持作用，其细胞常含叶绿体。维管束是分散的，有的植物茎中空成髓腔。

茎的生理功能主要是运输水分、无机盐类和有机营养物质，同时又能支持技、叶、花和果实展向空中。此外还有贮藏和营养繁殖的作用。

三、叶

植物的叶一般由叶片、叶柄和托叶三部分组成。叶片内分布着叶脉，叶脉有网状脉和平行脉之分。叶柄有支持和输导作用。

叶片的结构通常分三部分：表皮、叶肉和叶脉。表在分为上表皮和下表皮。表皮细胞之间有许多气孔，由两个保卫细胞围成，保卫细胞控制着气孔的开闭。气孔是叶蒸腾水分和气体进出的通道。叶肉由含许多叶绿体的薄壁细胞组成，分为栅栏和海绵组织，大中型叶脉由维管束和机械组织构成，木质部在上，韧皮部在下。叶脉越细，结构越简单。

四、根、茎、叶的变态

根的变态包括贮藏根（有肉质直根、块根）、气生根（有支柱根、呼吸根、攀援根等）、寄生根（吸器）；茎的变态包括地下茎的变态（有块茎、鳞茎、球茎、根状茎等）、地上茎的变态（有茎卷须、枝刺、叶状枝、肉质茎等）；叶的变态，有苞叶、叶卷须、鳞叶、叶刺、捕虫叶等。

第三节 植物的光合作用

【知识概要】

一、光合作用的概念及其重要意义

光合作用是指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着能量的有机物，并且释放出氧的过程。光合作用的重要意义是把无机物转变成有机物，转化并储存太阳能，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定等。总之，光合作用是地球上几乎一切生物的生存、繁荣和发展的根本源泉。

二、光合作用的场所和光合色素

叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器。叶绿体的类囊体薄膜上分布有光合色素，在类囊体膜和间质中存在许多种光合作用需要的酶。

叶绿体中的色素有三类：①叶绿素，主要是叶绿素a和叶绿素b。绝大多数叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集光能的作用，少数不同状态的叶绿素a分子有将光能转换为电能的作用。②类胡萝卜素，包括胡萝卜素和叶黄素。它们除有收集光能的作用之外，还有防止光照伤害叶绿素的功能。③藻胆素，是藻类进行光合作用的主要色素。

三、光合作用的过程

光合作用的总反应式概括为：

CO2＋H2O（CH2O）＋O2

1．光反应阶段

是由光引起的光化反应，在叶绿体的类囊体上进行，包括两个步骤：①光能的吸收、传递和转换，是通过原初反应完成的。这个过程使光能转换为电能。②电能转换为活跃化学能过程，是通过电子传达和光合磷酸化完成的。结果使电能转变成的活跃化学能贮存于ATP和NADPH2中。

2．暗反应阶段

是由若干酶所催化的化学反应，不需要光，在叶绿体的间质中进行。暗反应是活跃的化学能转变为稳定化学能的过程，通过碳同化来完成。碳同化的途径有卡尔文循环（C3途径）、C4途径和景天科酸代谢（CAM）。卡尔文循环是碳同化的主要形式，大体分三个阶段：①羧化阶段（CO2的固定）。②还原阶段。③更新阶段。根据碳同化的最初光合产物的不同，把高等植物分为C3植物和C4植物两类。

四、外界条件对光合作用的影响

影响光合作用的外界条件主要有光照强度、二氧化碳浓度、温度和水含量等。

第四节 植物对水分的吸收和利用

【知识概要】

一、植物细胞对水分的吸收

细胞吸水的主要方式是渗透吸水。细胞的渗透吸水取决于水势。纯水的水势最高，定为零值，则其他溶液的水势就成负值，溶液越浓，水势越低，水势总是从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动。成熟的植物细胞是一个渗透系统，细胞的水势表示为：

水势＝渗透势＋压力势＋衬质势

当细胞处于不同浓度的溶液中时，在细胞内外就会有水势差，从而发生渗透作用。可以用“植物细胞的质壁分离和复原”实验来证明植物细胞的渗透作用。

植物细胞在形成液泡之前依靠吸胀作用吸水。吸胀作用是亲水胶体吸水膨胀的现象。

二、植物根系对水分的吸收

根系吸水有两种动力：（l）根压：即根系的生理活动使液流从根部上升的动力。从土壤到根内通常存在一个由高到低的水势梯度。使水分由土壤溶液进入根的表皮、皮层，进而到达木质部导管。此外水分还可以通过成熟区表皮细胞壁以及根内层层细胞之间的间隙向里渗入，最终也达到导管。（2）蒸腾拉力：这种吸水是依靠蒸腾失水而产生的蒸腾拉力，由枝叶形成的力量使到根部而引起的被动吸水。

影响根系吸水的外界条件有土壤中可用水分、土壤通气状况、土壤温度、土壤溶液浓度等。

三、蒸腾作用

水分以气体状态从植物体表面（主要是叶）散失到体外的现象叫做蒸腾作用。蒸腾作用对植物体有重要生理意义。蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力，蒸腾作用能促进矿质养料在体内的运输，蒸腾作用能降低叶片的温度。

植物成长以后，蒸腾作用主要通过叶面进行。叶面蒸腾分为角质蒸腾和气孔蒸腾，后者是最主要形式。

外界条件影响蒸腾作用的最主要因素是光照，此外还有空气相对湿度、温度、风等。生产实践上，一方面要促使根系生长健壮，增强吸水能力；另一方面要减少蒸腾，这在干旱环境中更为重要。

四、植物体内水分的运输

水分被根系吸收进入木质部的导管和管胞后，沿着木质部向上运输到茎或叶的木质部，而到达植物体的各部。水分子在导管内上有蒸腾拉力，下有根压，中间有水分子本身的内聚力，使水分形成连续的水柱源源而上。

第五节 植物的矿质营养

【知识概要】

一、植物必需的矿质元素及其主要生理作用

植物生长发育必需的元素有C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo和Cl等16种，除C、H、O以外的13种元素主要由根系从土壤中吸收，叫做矿质元素。植物对前9种元素需要量相对较大，属于大量元素；对后7种元素需要量极微，属于微量元素。

矿质元素的生理作用：一是细胞结构物质的组成成分；二是植物生命活动的调节者，参与酶的活动；三是起电化学作用，即离子浓度的平衡。胶体的稳定和电荷中和等。

二、植物体对矿质元素的吸收

根吸收土壤中矿质离子的过程，首先通过交换吸附把离子吸附在根部表皮细胞表面；然后靠扩散作用，通过非质体运输进入皮层内部，同时，也靠呼吸供给的能量做功，通过共质体主动运输进入根细胞内部；最后进入导管。

根吸收矿质元素的主要特点表现在：根吸收矿质元素和吸收水分是相对独立的，根对离子的吸收有选择性。

三、生物固氮

某些微生物把空气中的游离态氮还原为氨的过程称为生物固氮。固氮微生物依靠固氮酶，消耗能量，把氮还原成氨，供植物利用。其总反应式为

N2＋8e－＋8H＋＋16ATP2NH3＋H2＋16ADP＋16Pi

四、矿质元素在植物体内的运输和利用

吸收到根内的矿质元素，多数同化为有机物，有一些仍呈离子状态。它们进入导管后，随蒸腾作用流经木质部一起上升到地上各部，有些物质可从木质部横向运输到韧皮部。

在植物体内，参与循环的元素大多分布于代谢较旺盛的幼嫩部分，Ca、Fe等不参与循环的矿质元素在越老的器官含量越多。

第六节 高等动物和人体内的主要代谢系统

【知识概要】

一、消化系统

1．消化系统的组成

高等动物和人体的消化系统分为消化管和消化腺两部分。消化管一般分为口腔、咽、食道、胃、小肠（十二指肠、空肠和回肠）、大肠（盲肠、结肠和直肠）和肛门。小肠是消化和吸收的主要场所，是消化管中最长的部分。消化腺分为两类，一类是位于消化道外的大消化腺，如唾液腺、肝、胰；一类是位于消化道壁、粘膜层的大量小消化腺，如胃腺、肠腺。消化腺分泌的消化液里含多种消化酶。肝脏是体内最大的消化腺，具有分泌胆汁、物质代谢、参与血细胞生成和破坏、解毒、产生体热等作用。

2．食物的营养成分

组成食物的营养成分分为糖类、脂类、蛋白质、维生素、无机盐和水六大类。其中蛋白质、水、脂类等是构成机体的重要原料；糖类、脂类、蛋白质等有机物是机体生命活动的能源物质；维生素和无机盐对生命活动起调节作用。

3．食物的消化

消化是指食物通过消化管的运动和其在消化液的作用下被分解为可吸收成分的过程。消化的方式有细胞内消化和细胞外消化两种。消化的过程分为机械性消化和化学性消化。机械性消化是通过牙齿的咀嚼和胃肠的蠕动，将食物磨碎、搅拌和消化液混合、输送排出残渣等一系列消化管的运动机能。化学性消化是在生物体内把蛋白质、脂类和糖类等高分子物质分解成结构简单、能被吸收的小分子物质的过程，它是依靠消化液中各种消化酶来完成的。

4．营养物质的吸收

各种营养物质的消化产物以及水、无机盐和维生素等，通过消化管壁粘膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程叫做吸收。小肠是吸收的主要部位，胃只能吸收少量酒精和水分，大脑能吸收水、无机盐和部分维生素，小肠上皮细胞吸收营养物质时，水、甘油、胆固醇等是通过渗透、扩散等作用来吸收的，葡萄糖、氨基酸、无机盐离子等是通过主动运输来吸收的。甘油和脂肪酸被吸收到小肠上皮细胞后重新合成脂肪、再外包卵磷脂和蛋白质形成的膜，形成乳糜微粒。脂肪的主要转运途径是淋巴，经淋巴转入血液，其余营养物质的转运途径是通过血液循环。

二、循环系统

1．循环系统的组成

循环系统包括心血管系统和淋巴系统两部分。血液循环是在由心脏和血管组成的密闭的心血管系统中进行的。其中，心脏是血液循环的动力器官，血管是血液循环的管道，瓣膜是使血液向一定方向流动的特殊结构。

2．血液循环途径

血液循环分为体循环和肺循环。体循环和肺循环的大体途径归纳如下。

3．血液

血液由血浆和血细胞组成。血浆是血液的液体部分，有运输血细胞、营养物质和代谢产物的作用。血细胞包括红细胞、白细胞和血小板三种。红细胞有运输O2和CO2的功能，白细胞起防御和免疫作用，血小板能促进止血和加速凝血。

4．心脏

心脏为一中空的肌性器官。哺乳类和人的心脏有左、右心房和左、右心室四腔室，由中隔分为不相通的两半。同侧心房和心室之间有房室口相通，左房室四有二尖瓣，右房室口有三尖瓣，它们都朝心室方向开放，使血液只能从心房流入心室。

右心房与上、下腔静脉相连通，右心室与肺动脉相连通，左心房与四条肺静脉相连通，左心室与主动脉相连通。在肺动脉和主动脉起始部位的里面，各有三个半月形的瓣膜，分别称为肺动脉辩和主动脉瓣，它们都朝动脉方向开启，能阻止血液由动脉返回心室。

心脏有一套传导系统，能自动地、节律地发生兴奋。心脏有心动周期，心搏频率和心输出量等生理指标。

5．血管

根据结构、功能和血流方向不同，血管分为动脉、静脉和毛细血管。

动脉是把血液从心脏输送到身体各部分去的血管，动脉的管壁厚。弹性大、管内血流的速度快，心脏搏动所引起的主动脉管壁发生搏动，这搏动沿动脉管壁向外周传递，就是脉搏。

静脉是把血液从身体各部分送回心脏的血管，与伴行的动脉相比，静脉管壁薄，弹性小，管腔大，管内血流的速度慢。四肢静脉的内表面通常有防止血液倒流的静脉瓣。

毛细血管是连通于最小的动脉与最小的静脉之间的血管，毛细血管数量大，分布广，管壁由一层扁平细胞构成，管内血流的速度极慢，是血液和组织液进行物质交换的部位。

6．淋巴系统

淋巴系统是心血管系统的辅助部分。它由淋巴管、淋巴结、脾等组成。淋巴循环是未被毛细血管吸收的、可流动的少量组织液进入组织间隙的毛细淋巴管成为淋巴，逐级汇合进入较大的淋巴管，通过淋巴结，最后经左侧胸导管和右侧淋巴管进入左、右锁骨下静脉的过程。

7．循环系统的作用

循环系统能运输代谢原料和代谢废物，保证机体新陈代谢的进行；把内分泌腺分泌的激素运输到机体各部，执行体液调节作用；运输白细胞和淋巴细胞，有免疫功能；维持机体内环境的恒定，为生命活动提供最适宜的条件。

三、呼吸系统

1．呼吸系统的组成和结构

呼吸系统由输送空气的呼吸道和进行气体交换的肺组成。呼吸道包括鼻、咽、喉、气管和支气管，通常把鼻、咽、喉划为上呼吸道，气管、支气管划为下呼吸道。

鼻腔分成嗅部和呼吸部；喉是呼吸道的一部分，也是发声器官；气管反复分支为各级支气管和细支气管，再由终末细支气管分支为呼吸性细支气管，后者再经分支连接肺泡管、肺泡囊和肺泡。

肺是呼吸系统的主要器官，是气体交换的场所，肺内最小的呼吸单位是肺泡，肺泡由单层上皮细胞构成，被毛细血管网包绕，保证了肺泡内充分的气体交换，肺泡外有丰富的弹性纤维，有助于吸气后肺泡的弹性回缩。

2．呼吸的过程与原理

呼吸过程包括三个连续的环节：（1）外呼吸（肺呼吸），指外界环境的气体在肺部和体内的气体交换，包括肺的通气和肺泡内的气体交换；（2）气体在血液中的运输，氧由肺经过血液循环运送到组织，同时二氧化碳由组织运输到肺；（3）内呼吸（组织呼吸），指血液与组织细胞之间的气体交换。

肺的通气与呼吸运动密切相关。胸部有节律地扩大与缩小称为呼吸运动。它包括吸气和呼气两个过程。呼吸运动是由呼吸肌的舒缩活动引起的，人体主要的呼吸肌有隔肌和肋间肌。由于呼吸运动形成了肺内气压与大气压之间的压力差，才使气体能够进出肺泡，实现肺的通气。

肺泡内的气体交换和组织里的气体交换都通过扩散作用来实现。气体交换的动力是气体压力差，肺泡气、动脉血、静脉血液、组织内的氧气分压和二氧化碳分压各不相同，彼此存在分压差。于是气体就从分压高处向分压低处扩散。总之，肺循环中毛细血管的血液不断从肺泡获得氧气，放出二氧化碳；而体循环中毛细血管的血液则供给组织氧气和接受来自组织的二氧化碳，从而不断满足细胞新陈代谢的需要。

四、泌尿系统

1．排泄的概念与途径

人和动物把新陈代谢的最终产物，多余的水和无机盐，以及其他机体不需要或对机体有害的物质排出体外的过程，叫做排泄。人体的主要排泄器官是肾脏，此外还有皮肤的汗腺、肺和大肠。尿在肾脏里形成，经输尿管到达贮尿的膀就，最后由尿道排出体外。肾、输尿管、膀胱和尿道组成泌尿系统。

2．肾脏的结构

肾脏是泌尿系统的主要器官。从肾脏的纵剖面看，肾实质可以分为皮质和髓质两部分。髓质与漏斗状的肾盂相连通。每个肾约由一百多万个肾单位以及集合管和少量结缔组织组成。肾单位是肾脏的结构和功能的基本单位，肾单位的组成与分布归纳如下。

肾单位包括肾小体、肾小管；肾小体位于皮质，由肾小球、肾小囊组成；肾小管位于皮质和髓质，由近曲小管、髓袢细段、远曲小管组成。

肾小管最终通入集合管，后者伸入肾盂，再由肾盂连接输尿管。

3．尿的形成

尿是由流经肾单位的血液形成的，它包括三个步骤：（1）肾小球的滤过作用。血液流经肾小球时，血液里除血细胞和大分子蛋白质外，其余成分都能够滤过到肾小囊腔中，生成原尿。（2）肾小管和集合管的重吸收作用。原尿中的葡萄糖、氨基酸、小分子蛋白质等营养物质几乎被全部主动重吸收，水和Na＋、Cl－、Ca2＋等大部分被重吸收，少量尿素也随之被重吸收，肌酐则完全不被重吸收。（3）肾小管和集合管的分泌和排泄作用。肾小管上皮细胞可以把代谢产物的某些物质如H＋、NH3等分泌到管腔中，或把血液中某些物质转运到肾小管管腔中去。通过上述三个过程，最终形成终尿。

五、内环境的稳态

人体内含有的大量液体，称为体液。体液分为细胞内液和细胞外液。人体内的细胞外液构成了人体内细胞生活的液体环境，这个液体环境叫做人体的内环境。人体内的细胞可以通过内环境，与外界环境之间间接地进行物质交换。循环、消化、呼吸和泌尿系统与体内细胞的物质交换有密切的关系，神经和内分泌系统则起着重要的调节作用。

生理学家把正常机体在神经和体液调节下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫做内环境稳态。内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。

第七节 人和动物体内有机物的代谢

【知识概要】

一、糖类代谢

糖类是动物和人生命活动的主要能源。食物中的糖类主要是淀粉。淀粉经过消化分解成葡萄糖，被小肠吸收进人血液循环，运输到全身各个器官和组织中。糖类在体内主要有三个变化：氧化分解、合成糖元和转变成脂肪等。

1．氧化分解

氧气供给不足时，葡萄糖通过酵解生成乳酸；在充分供给氧气的条件下，葡萄糖经过三核酸循环和呼吸链等途径，彻底分解成二氧化碳和水。葡萄糖的有氧氧化是细胞内产生能量最主要的方式，它比无氧酵解过程释放的能量多，但后者为组织细胞在氧气供应不足时提供机体急需的能量。

2．合成糖元

血液中的葡萄糖除了供细胞利用外，多余的部分在肝脏或肌肉等组织细胞中合成糖元贮备起来。肝糖元是能量的暂时贮备，当血糖含量降低时，又可以分解成葡萄糖释放到血糖中，使血糖含量得以维持在相对稳定的水平。

3．转变成脂肪

若经上述变化后，还有多余的葡萄糖，则可以转变成脂肪，作为能源物质贮备起来。另外，葡萄糖代谢的中间产物如丙酮酸、a–酮戊二酸、草酸乙酸经转氨作用可以产生相应的丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸。

二、脂类代谢

食物中的脂类主要是脂肪，还有少量的磷脂和胆固醇。脂肪消化的产物是甘油和脂肪酸，它们被吸收到小肠上皮细胞以后，大部分重新合成脂肪，经淋巴循环进入血液循环被运送到脂肪组织贮存起来。脂肪也可以再水解成甘油和脂肪酸，甘油经转化后，通过酵解途径进入三羧酸循环而彻底氧化；脂肪酸经β–氧化作用逐步氧化，释放出的乙酰辅酶A通过三核酸循环彻底氧化。所以脂肪的主要功能是贮存和供给能量。此外，脂肪还有缓冲机械冲击，保护和固定内脏器官，以及保持体温的作用。磷脂主要参与构成机体的组织，也可以氧化分解，释放能量，或转变成脂肪。胆固醇主要是构成机体的组织，也可以转变成一些重要的化合物，如某些类固醇激素和胆汁酸等。

三、蛋白质代谢

食物中的蛋白质在消化道内被消化分解成氨基酸，氨基酸被小肠吸收后，通过血液循环输送到全身各器官组织，主要发生四方面变化

1．合成各种组织蛋白质，如血红蛋白、肌球蛋白、肌动蛋白等。

2．合成具有一定生理功能的特殊蛋白质，如蛋白质类激素等。

3．氨基转换作用，也称转氨基作用

在转氨酶作用下，氨基酸上的氨基转移到a一酮酸上，使后者变成相应的氨基酸，原来的氨基酸失去氨基变为相应的酮酸。可用下式表示：

＋＋

氨基酸 α–酮酸 酮酸 氨基酸

在人和动物体内能够合成的氨基酸，称为非必需氨基酸，如丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸等十几种。不能在人和动物体的细胞内合成，必须从食物中获得的氨基酸，称为必需氨基酸，人体的必需氨基酸有8种：甲硫氨酸、赖氨酸、色氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸。

4．脱氨基作用

氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下，进行氧化脱氨作用生成酮酸（不含氮部分）和氨（含氮部分）。氨在肝脏中经鸟氨酸循环转变成尿素而排出体外，酮酸经三核酸循环氧化分解为二氧化碳和水，释放能量，也可以合成糖类和脂肪。

四、三大有机物代谢的关系

糖类可以转变成非必需氨基酸，氨基酸都可以转变成糖类和脂肪，糖类和脂肪可以互相转化。关于糖类、蛋白质和脂肪在动物体内的转化关系可以概括如下：

表示精尖转弯成非必需氨某酸

第八节 生物的呼吸作用

【知识概要】

一、呼吸作用的概念、类型和生理意义

生物的呼吸包括外呼吸和内呼吸两个步骤。外呼吸是指机体与外界环境之间的气体交换。动物通过呼吸器官、植物通过叶的气孔与外界进行气体交换。内呼吸是指细胞的呼吸，即呼吸作用。

生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳和水或其他产物，并且释放出能量的过程叫做呼吸作用。

生物的呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两种类型，有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。有氧呼吸是高等动植物进行呼吸作用的主要形式。

呼吸作用的生理意义主要表现在：呼吸作用为生物体的生命活动提供能量，还为体内其他化合物的合成提供原料。

二、呼吸作用的过程

1．有氧呼吸的过程

有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖。有氧呼吸的反应式：

C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量 有氧呼吸的全过程分为三个阶段：

（1）糖酵解，葡萄糖在无氧条件下分解为丙酮酸的过程。该阶段在细胞质基质中进行，可概括如下：C6H12O6＋2NAD＋2ADP＋2Pi2CH3COCOOH＋2NADH2＋2ATP

（2）三羧酸循环，在有氧条件丙酮酸彻底分解的过程。该阶段在线粒体中进行。三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质和核酸及其他物质的共同代谢过程。总式可概括为：

→

（3）呼吸链和氧化磷酸化（生物氧化），前两阶段脱下的氢经呼吸链的一系列电子传递体和氢传递体而逐步氧化，最后氢被氧接受，形成水。同时，呼吸链上氧化作用释放的能量和ADP的磷酸化作用偶联起来，形成大量ATP。该阶段也在线粒体中进行，和概括为：

2．无氧呼吸的过程

细胞无氧呼吸的场所是细胞质基质。无氧呼吸全过程分为两个阶段：（1）与有氧呼吸的第一阶段相同。（2）在缺氧条件下，丙酮酸在不同酶的催化作用下，或脱羧形成乙醛，再被还原成乙醇；或直接被还原生成乳酸。总反应式为：

C6H12O6＋2ADP＋2Pi→2C2H5OH＋2CO2＋2ATP

C6H12O6＋2ADP＋2Pi→2C3H6O3＋2ATP 高等植物无氧呼吸的主要形式是产生酒精，酵母菌和其他一些微生物能进行酒精发酵。马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜和玉米胚的无氧呼吸也可以产生乳酸，乳酸细菌能进行乳酸发酵。高等动物和人体剧烈运动时，骨骼肌组织出现无氧呼吸，产生乳酸。

三、影响呼吸作用的因素

一般来说，凡是生长迅速的植物种类、器官组织和细胞，其呼吸均较旺盛，如幼根动叶的呼吸强于老根老叶，生殖器官的呼吸强于营养器官。

影响呼吸作用的外界条件主要有温度、氧气和二氧化碳含量。

四、呼吸作用的原理在生产实践中的应用

由于呼吸是新陈代谢的中心，在栽培过程中，应使呼吸过程正常进行，还要注意调节与光合作用的关系。由于呼吸作用消耗有机物和放热，所以，贮藏粮食和水果蔬菜时，又应该控制一定条件，降低呼吸作用，以利安全贮存。

第九节 微生物的新陈代谢

【知识概要】

一、微生物的营养类型

根据微生物所需要的能源、碳源的不同，可分为四大类。见下表。

微生物的营养类型比较

二、微生物的呼吸类型

微生物有不同的产能代谢途径。以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程，称为有氧呼吸；以有机物（基质未彻底氧化的产物如丙酮酸）作为最终电子受体的，称为发酵；以无机氧化物（如NO3－、SO42－、CO2）作为最终电子受体的，称为无氧呼吸。据此，微生物分为不同呼吸类型，见下表。

微生物的呼吸类型比较

三、微生物的发酵类型

1．乙醇发酵

如酵母菌，在缺氧条件下将葡萄糖经糖酵解途径分解成丙酮酸，丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛被还原成乙醇。工业上用于酿酒和生产酒精。

2．乳酸发酵

进行乳酸发酵的主要是细菌。它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸。用于制泡菜、青贮饲料及乳酪、酸牛奶等乳酸发酵制品。

3．丙酸发酵

葡萄糖经糖酵解途径生成的丙酮酸可羧化形成草酸乙酸，后者还原成琥珀酸，再脱羧产生丙酸。丙酸细菌多见于动物肠道及乳制品中。

4．混合酸发酵

是大多数肠杆菌的特征，如大肠杆菌的发酵产物中有甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、二氧化碳和氢气等。

5．丁酸发酵

如专营厌氧的梭状芽抱杆菌，丁酸是其特征性的发酵产物。用于工业上产生丙酮、丁醇。

四、生物新陈代谢的基本类型

新陈代谢是生物体最基本的生命活动过程，是活细胞中全部化学反应的总称。它包括同化作用和异化作用两方面。按照自然界中生物体同化作用和异化作用方式的不同，新陈代谢的基本类型可分为以下几种类型。

同化作用类型有自养型和异养型两种。

自养型就是摄取无机物转变为自身组成物质并储存能量的同化作用类型，包括光能自养型、化能自养型；

异养型就是摄取现成有机物转变为自身组成物质并储存能量的同化作用类型。

异化作用类型有需氧型（有氧呼吸型）和厌氧型（无氧呼吸型）。

需氧型即要摄取氧，彻底氧化分解有机物并释放大量能量的异化作用类型；

厌氧型即在缺氧条件下，将有机物不彻底分解并释放少量能量的异化作用类型。

第四章 生命活动的调节

第一节 植物的激素调节

【知识概要】

一、植物的感性运动和向性运动

感性运动是植物体受到不定向的外界刺激（如光暗转变、触摸等）而引起的局部运动。外界刺激方向与感性运动的方向无关。感性运动有些是生长运动，不可逆的细胞伸长；有些是紧张性运动，由叶枕膨压变化产生，是可逆性变化。

向性运动是植物体受到一定方向的外界刺激（如光、重力等）而引起的局部运动，它的方向取决于外界刺激的方向。向性运动是生长引起的、不可逆的运动。依外界因素的不同，向性运动又可分为向光性、向重力性、向化性和向水性等。

二、植物激素

植物激素是指一些在植物体内合成的，从产生部位运输到作用部位，并且对植物体的生命活动产生显著的调节作用的微量有机物。植物激素共有五类：生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸和乙烯。

1．生长素类

（1）生长素的产生。分布和运输生长素在植物体内的合成部位主要是叶原基、嫩叶和发育中的种子。生长素的分布大多集中在生长旺盛的部位。生长素具有极性运输的特性，只能从植物体的形态学上端向下端运输，而不能倒转。

（2）生长素的生理作用生长素是吲哚乙酸，它具有促进植物生长的作用。生长素能引起细胞壁松弛软化，促进RNA和蛋白质的合成。生长素对植物生长的作用具有两重性。一般地，低浓度的生长素可以促进植物生长，而高浓度的生长素则抑制植物生长。植物的不同器官对不同浓度生长素的敏感程度不同，根最敏感，茎最不敏感，芽居中。

（3）生长素在农业生产上的应用人工合成的生长素类似物有萘乙酸、2，4–D等。它们在生产上的应用主要有：（1）促进扦插的枝条生根；（2）促进果实发育；（3）防止落花落果。

2．赤霉素类

赤霉素是在水稻恶苗病的研究中发现的，引起该病的病菌叫赤霉菌，它能分泌促进稻苗徒长的物质，取名叫赤霉素。植物体合成赤霉素的部位一般在幼芽、幼根、未成熟的种子等幼嫩的组织和器官里。赤霉素的生理作用是促进细胞伸长，从而引起茎秆伸长和植物增高。此外，它还有促进麦芽糖化，促进营养生长，防止器官脱落和解除种子、块茎休眠促进萌发等作用。

3．细胞分裂素类

细胞分裂素在根尖合成，在进行细胞分裂的器官中含量较高，细胞分裂素的主要作用是促进细胞分裂和扩大，此外还有诱导芽的分化，延缓叶片衰老的作用。

4．脱落酸

脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多。脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进休眠和提高抗逆能力等作用。

5．乙烯

乙烯是一种气体激素，它广泛存在于植物各种组织和器官中，在正在成熟的果实中含量更多，乙烯的主要作用是促进果实成熟，此外，还有促进老叶等器官脱落的作用。

6．植物激素的相互作用

五大类植物激素的生理作用大致分为两方面：促进植物的生长发育和抑制植物的生长发育。植物的生长发育过程，不是受单一激素的调节，而是由多种激素相互协调，共同调节的。

第二节 动物的激素调节

【知识概要】

一、人和高等动物的体液调节

体液调节是指某些化学物质（如激素、CO2）通过体液的传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节。体液调节的主要内容是激素调节，此外，参与体液调节的化学物质还有CO2和H＋等。

1．激素的概念和化学成分

激素是由内分泌腺（或具有内分泌功能的细胞）分泌的活性物质。它在血液中的含量极少，但是对动物和人体的新陈代谢、生长发育和生殖等生理活动起着重要的调节作用。

激素按其化学结构分为两类。一类是含氮类激素，包括多肽及蛋白质、氨基酸衍生物和脂肪酸衍生物；另一类是类固醇激素。

2．激素的种类和生理作用

关于激素的种类、分泌器官和生理作用归纳如下表。

激素的种类、分泌器官和生理作用

3．激素间的相互作用

（1）对某一生理活动的调节，都是由多种激素相互协调、相互作用共同完成的。激素的作用有的是相互增强作用，有的则是相互拮抗。

（2）垂体分泌的多种促激素具有调节、管理对应的内分泌腺的作用，垂体的这种调节作用又是在下丘脑的控制下进行的。下丘脑的一些神经分泌细胞所分泌的“释放激素（因子）”和“释放抑制激素（因子）”对垂体的分泌具有特异性刺激作用或抑制作用；另一方面，靶腺激素对下丘脑——垂体的分泌也起反馈性调节作用，按反馈作用性质，可分为负反馈调节和正反馈调节两种类型。

（3）血糖调节 正常健康成人早晨空腹时的血糖浓度为80～120mg/100mL全血。在正常情况下，由于神经和体液因素的调节，血糖的利用和补充保持着动态平衡，血糖浓度得以保持在相对稳定的水平。在体液调节方面，生长激素、甲状腺激素、肾上腺素，胰高血糖素和糖皮质激素都作用于糖代谢，共同使血糖升高，相反地，胰岛素对糖代谢的重要作用是降低血糖浓度。

二、昆虫的激素调节

昆虫激素分为两类：内激素和外激素。关于昆虫激素的种类、分泌部位和特性、作用等内容的总结见下表。

昆虫激素的比较

第三节 人和高等动物的神经调节

【知识概要】

一、神经调节的结构基础

1．神经系统的功能和组成

神经系统是人和动物体的生命活动的调节者和控制者，它能保证体内各器官、系统的活动协调统一，使机体成为一个统一的整体；同时，通过神经系统的调节作用，使机体对环境变化各种刺激做出相应的反应，达到机体与环境的统一。

神经系统的组成简要概括如下：

2．神经元

神经元是神经系统的结构和功能的基本单位。神经元就是神经细胞。有关神经元的知识概括如下：

二、神经调节的基本方式

1．反射和反射弧

反射是在中枢神经系统的参与下，人和动物体对体内和外界环境的各种刺激所发生的规律性的反应。反射是神经调节的基本方式。反射分为非条件反射和条件反射两类。

反射活动的结构基础是反射弧。反射弧包括五部分：感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器。

2．兴奋的传导

（1）神经纤维上兴奋的传导 神经在静息状态下存在静息电位。当神经纤维某一点受到刺激产生兴奋时形成动作膜电位，进而产生局部电流，沿着神经纤维传导，兴奋沿神经纤维传导时，具有双向传导、绝缘传导、不衰减传导和沿有髓鞘神经纤维的跳跃传导等特点。

（2）神经元之间兴奋的传递 一个神经元与另一个神经元相接触的部位叫做突触。突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成。因所含递质的不同，突触分为兴奋性突触和抑制性突触。当兴奋沿轴突传到突触前膜引起去极化，促使递质释放到突触间隙，引起突触后膜的电位变化，而使另一个神经元产生兴奋或抑制。神经元之间兴奋的传递具有单向性，中枢延搁和总和等特点。神经元之间的主要联接方式有辐散原则、聚合原则。

3．反射活动的协调

（l）交互抑制 这种机能表现为协同的神经元的兴奋，拮抗的神经元的抑制。

（2）扩散 指某一个中枢的兴奋或抑制，通过突触的联系扩散到其他中枢的过程。

（3）反馈 当一个神经元轴突的侧支，经过若干个相互衔接的中间神经元，最后又返回到原来发出侧支的那个神经元的胞体，形成环式结构，构成反馈的回路结构基础。反馈有正反馈和负反馈之分。

三、脊髓和脊神经

脊髓位于椎管里，上端连接延髓，下端终止于第一腰椎下缘。脊髓的内部结构由灰质和白质构成。在脊髓的横切面上，灰质呈蝴蝶形，是神经元细胞体集中的地方，两侧灰质向前后形成前角和后角，在胸腰节段的前后角之间外突形成侧角。白质在灰质周围，由神经纤维集合而成。脊髓正中有中央管，里面充满脑脊液。脊髓的功能有两方面：①传导功能，脊髓白质的许多上下行神经束，是脊髓和脑之间上行下达的传导通路。②反射功能，脊髓能完成一些低级的反射活动。

脊神经连于脊髓，每一对脊神经由前根和后根在椎间孔处合成。前根由脊髓前角运动神经元的轴突及侧角的交感神经元或副交感神经的轴突组成，传导运动冲动到有关的效应器；后根由脊神经节内感觉神经元的轴突组成，传导感觉冲动到脊髓。所以脊神经是混合神经。人类的脊神经共31对，其中颈神经8对，胸神经12对，腰神经5对，骰神经5对和尾神经1对。脊神经出椎间孔后分为前支和后支，分布到颈部、躯干、四肢的皮肤和肌肉。

四、脑和脑神经

1．脑

脑位于颅腔内，由大脑、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑等六部分组成，通常把间脑、中脑、脑桥和延髓合称为脑干。

脑干的灰质是一些特定功能的神经核，它们断续地存在于白质中。在脑子中央有一个广泛网状结构。脑子的功能很复杂，与第3～12对脑神经分别发生联系，大脑、小脑、脊髓之间必须通过脑干进行联系。此外，脑子中还有许多与生命活动有关的重要神经中枢。间脑中的丘脑是皮层下较高级的感觉中枢，下丘脑是植物性神经的皮层以下的较高级中枢。

小脑由小脑半球和中间的蚓部构成，小脑表面为小脑皮层，内部为小脑髓质。小脑的功能是协调随意运动，维持和调节肌张力，维持身体的平衡。

大脑是中枢神经系统最高级部分。大脑半球表面为大脑皮层，内部为髓质。左右大脑半球之间由胼胝体相连结。大脑半球由三个沟裂（中央沟、大脑外侧裂和顶枕裂）而分成四个叶（额叶、顶叶、枕叶和颞时）和一个脑岛。在大脑半球一定区域分别有躯体感觉中枢、躯体运动中枢、视觉中枢、听觉中枢、嗅觉中枢以及人类特有的语言中枢。

2．脑神经

脑神经共12对，主要分布于头面部，迷走神经还分布到胸腹腔内脏器官。

五、植物性神经调节

植物性神经系统是指调节内脏功能的神经系统，习惯上植物性神经指支配内脏器官的传出神经，分布于全身的平滑肌、心肌和腺体，调节机体的营养、呼吸、分泌、生长和繁殖等各种生理机能。植物性神经从中枢到效应器之间兴奋传递是由两个神经元完成的，两者之间有一个神经节。

植物性神经分为交感神经和副交感神经。两者的结构特点归纳如下表。

交感神经和副交感神经的结构特点比较

交感神经与副交感神经对效应器官的作用既相互拮抗又协调统一。交感神经的作用主要是保证人体在紧张状态时的生理需要，而副交感神经的作用主要是维持安静时的生理功能。

六、神经系统的高级功能

1．条件反射学说

条件反射是机体在非条件反射的基础上，在后天的生活过程中，通过一定条件形成的，是一种高级神经活动。条件反射提高了动物和人适应环境的能力。一般认为，高等动物必须有大脑皮层参加才能实现各种条件反射。

建立条件反射时，无关刺激与非条件刺激在时间上的多次结合，使大脑皮层中两个兴奋灶之间在功能上暂时接通，就发生了功能上的暂时联系。条件反射建立后，如果反复应用条件刺激而得不到非条件刺激的强化时，会引起条件反射的消退。

2．人类的语言功能

人类有了语言和思维，就在大脑皮层相应地发现了语言中枢。大脑皮层最基本的活动是信号活动，即条件反射，信号从本质上分为两类：现实的具体信号称为第一信号；现实的抽象信号，即词语，是在具体信号的基础上建立起来的，是具体信号的信号，称为第二信号。对第一信号发生反应的皮层功能系统叫做第一信号系统，这是动物和人共有的；对第二信号发生反应的皮层功能系统叫做第二信号系统，这是人类所特有的。第二信号系统的活动是与人类的语言功能密切联系的神经活动。

3．睡眠和觉醒

睡眠是大脑维持正常功能的自律抑制状态，可以消除疲劳，恢复体力和精力。觉醒是大脑正常工作的生理条件。觉醒和睡眠随昼夜周期而相互交替，使机体保持与外环境的平衡，并保持内环境的稳定。

根据睡眠中脑电图的变化特点，把睡眠分成慢波睡眠和异相睡眠（快波睡眠），在睡眠过程中两种状态反复交替。异相睡眠是深睡状态。做梦是在异相睡眠时出现的一种正常现象。

七、感受器和感觉器官

感受器是具有感觉神经末梢的特殊感觉装置，感觉器官常指除了具有感受器外还有一些辅助装置或附属结构的器官，如眼、耳等。

感受器分为外感受器和内感受器两类。视、听、嗅、昧和皮肤的痛、温、触、压感受器位于体表或接近体表，都属于外感受器。内感受器位于身体的内部，存在于血管、内脏、骨骼肌、肌腱、关节、内耳前庭器官等处。

感受器具有适宜刺激、适应等生理特性，感受器能把各种刺激变成神经冲动，经感觉神经传到大脑皮层，产生相应的感觉，建立机体与内、外环境之间的联系。

八、神经调节和体液调节的联系与区别

神经调节是动物和人体最主要的调节方式，神经和体液的调节是互相联系的，一方面内分泌腺受中枢神经系统的控制，另一方面激素也和影响神经系统的功能。

神经调节和体液调节各有其不同特点。体液调节作用范围较广泛、弥散，作用较缓慢而持久；而神经调节作用迅速而精确，且范围较局限。

第四节 传染病和免疫

【知识概要】一、传染病

传染病是指由病原体引起的，能在人与人之间或人与动物之间传播的疾病。传染病具有传染性、流行性等特点。

1．传染病的流行环节

传染病在人群中流行，必须同时具备传染源、传播途径和易感人群三个基本环节。传染源是指能够散播病原体的人或动物。传播途径是指病原体离开传染源到达健康人所经过的途径。易感人群是指对某种传染病缺乏免疫力而容易感染该病的人群。三者的关系可表示为；传染源（携带病原体）易感人群。

2．预防传染病的一般措施

传染病的预防措施是针对流行环节而采取的，包括控制传染源，切断传播途径和保护易感者。

3．人类传染病的种类

按照传播途径的不同，人类传染病可以分为四大类。见下表。

二、免疫

免疫是机体识别和排斥异己物质的机能。机体的免疫反应在维持内环境平衡中，主要起防卫、自稳态和免疫监视三种作用。免疫有时也有不利的一面。

凡能刺激机体产生免疫反应的异己物质叫抗原或免疫原。如各种病原体、蛋白质毒素、异型血细胞、异体组织细胞、异体动物血清等。机体内的淋巴细胞在抗原物质激发下所合成的一种有特异性免疫功能的球蛋白质叫抗体。抗体又叫免疫球蛋白，分为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五种。

1．非特异性免疫

非特异性免疫又叫先天性免疫，它是通过遗传固定下来的，对抗原的识别和作用没有特异性。它的防御机制与屏障、体液、吞噬作用和炎症反应、遗传和营养等因素有关。

2．特异性免疫

特异性免疫又叫获得性免疫，它必须在机体免疫细胞与抗原接触后才能产生，对抗原的识别和作用具有特异的选择性。进行特异性免疫的细胞主要是T淋巴细胞和B淋巴细胞。

（1）细胞免疫和体液免疫

细胞免疫主要通过T淋巴细胞完成。T淋巴细胞在侵入机体的抗原作用下，变成带有信息的致敏淋巴细胞，散布全身。在抗原的再刺激下，致敏淋巴细胞增殖、分化，产生活性物质，通过各种方式排斥该抗原，发挥免疫效能。

体液免疫通过B淋巴细胞完成。B淋巴细胞受抗原刺激后分化成浆细胞，产生抗体，抗体进入体液中与抗原产生特异结合反应，从而排除或消除抗原的危害性。

（2）特异性免疫的获得方式

第五节 动物的行为

【知识概要】

一、动物行为及其类型

动物行为是指动物有机整体的任何活动。依行为的来源分为定经行为和学习行为。

在动物行为中，由遗传性所决定的行为称为定型行为。定型行为是动物定型的对于刺激的自动的反应，是该种动物所特有的行为特征，是生来就有的行为，因此又称为先天行为或本能行为。通过学习而获得的行为称为学习行为。学习有多种类型，如习惯化、经典的条件化、试错学习、印痕等。遗传和学习在决定行为中的作用是相互的，遗传决定了行为的局限性，学习在一定范围内决定了行为的精细特征。

二、动物的通讯

通讯就是由某一个体发送信息，另一个体接受信息。视觉通讯包括紧张不安的行为、顺从和妥协的展示，求偶和繁殖行为、警报的展示等。化学通讯的信息是外激素。听觉通讯主要用于求偶或进攻，在昆虫、鸟类中很普遍，在哺乳类中也是常见的。其他通讯方式还有触觉通讯、电通讯等。

三、社群等级

在一群动物中，各个动物的地位是有一定顺序的，其支配——从属关系的基本形式有独霸式、单线式、循环式。

四、双亲行为和婚配制度

双亲行为包括孵卵和育幼行为。双亲行为有五种功能：保护、喂食、清洁卫生、保暖和指导。婚配制度的内容包括获得的配偶数目、配偶联系的性质和雌雄所负的育雏职责。婚配制度的类型分为单配偶制（即一雌一雄制）和多配偶制。多配偶制是指一个个体具有两个或更多的配偶，包括一雄多雌制、一雌多雄制两种基本类型和一种特殊的类型混交制三种。

五、动物的竞争行为

可作如下分类：

六、动物行为产生的生理基础

动物行为的产生，不仅需要运动器官的参与，而且需要神经系统和内分泌系统的调节与控制。激素调节对动物行为的影响，表现最显著的是在性行为和育幼行为方面。动物的行为无论是定型行为还是学习行为，都与神经系统的调节作用有着直接的联系。高等动物的复杂行为主要是通过学习形成的，学习主要与神经系统中的大脑皮层有关，大脑皮层越发达的动物，学习的能力就越强，也就能更好地适应环境的变化。

第五章 生物的生殖和发育

第一节 高等植物的繁殖

一、生物生殖的类型

二、被子植物的有性繁殖器官——花

花是适应于生殖的节间缩短的枝条，上面生长变态的叶。一朵完整的花包括花柄、花托、花被、雄蕊群和雌蕊群儿部分组成。

1．花柄（梗）和花托

花柄是每朵花着生的小技，是花和茎的连接通道，起输送养料和支持花的作用。当果实成熟时，花柄变成果柄。花托是花柄的顶端部分。

2．花被

花被着生在花托的外围或边缘部分，是花导和花冠的总称。花萼是花的最外一轮变态叶，由若干萼片组成，常呈绿色，结构和叶相似。花冠位于花萼的内轮，由若干花瓣组成。

3．雄蕊群

它是一朵花中所有雄蕊的总称，是花的重要部分。雄蕊由花药和花丝两部分组成。花药通常有4个或2个花粉囊，每个囊分成两半，中间有药隔相连，花粉囊里产生大量花粉粒。花粉成熟后，花粉囊裂开，散出花粉。雄蕊通常是分离的，也有其他连合方式如两体雄蕊、多体雄蕊和聚药雄蕊。

4．雌蕊群

它位于花中央，由一个柱头、花柱和子房三部分组成。雌蕊由一个或多个心皮组成，心皮是构成雌蕊的变态叶。柱头是雌蕊顶端承受花粉粒的结构。花柱是花粒管进入子房的通道。于房内着生有胚珠。花分为单性花（雄花和雌花）和两性花。

三、胚珠的发育和胚囊的形成

1．胚珠的发育

子房壁的胎座上产生一个突起，叫珠原基。珠原基发育为珠心。珠原基下部四周细胞分裂速度快，逐渐向上包拢，包围在珠心的外部，形成珠被。珠被的顶端留有小孔，叫珠孔，是花粉管进入的门户。

2．胚囊的形成

在珠被形成时，珠心内也发生变化。靠珠孔一端的珠心表皮下，有一个细胞增大，叫抱原细胞。其变化过程概括如下：

四、花药内花粉粒的发育

五、传粉与双受精

1．传粉

植物开花后，花药裂开，花粉外露。成熟的花粉粒借外力传送到雌蕊柱头上叫传粉，它是受精的前提。传粉的方式有自花传粉和异花传粉两种。

2．种子植物的双受精

花粉管里的两个精子，分别与胚囊里的卵细胞和两个极核融合，形成受精卵和受精极核的过程，叫双受精。双受精是被子植物特有的受精方式。其过程概括如下：花粉管通过花柱进入子房，到达胚珠，穿过珠孔入珠心，到胚囊内。花粉管进入胚囊后，管的末端即行破裂，将两个精子、营养细胞核、淀粉粒、脂类物质等一起喷泄人卵和极核之间，其中一个精子跟卵细胞结合，两者的质膜发生融合，形成桥状，精核过桥入卵细胞。当精核与卵核相遇时，接触处两者核膜也融合成桥，两性核质相连，进而核仁融合，形成受精卵，以后发育成胚。另一精子进入极核，与两个极核融合，形成受精极核，以后发育成胚乳。

3．果实和种子的形成

被子植物的受精作用完成后，胚珠发育成种子，果实主要由子房发育而成，有的也可以由花的其他部分如花托、花等、花序等参与一起组成。主要发育过程概括如下：

4．果实的类型

果实的类型可以从不同方面来划分：

按果实的来源分为真果和假果。

①果实的果pi由子房发育而成的，称真果，多数植物的果实是这一情况。②除子房外，还有其他部分参加果皮组成的，如花被、花托以至花序轴，这类果实称为假果，如苹果、瓜类、凤梨（菠萝）等。

另外，一朵花中如果只有一枚雌蕊，以后只形成一个果实的，称单果。如果一朵花中有许多离生雌蕊，以后每一雌蕊形成一个小果，相聚在同一花托之上，称为聚合果，如莲、草莓、玉兰等。如果果实是由整个花序发育而来，花序也参与果实的组成部分，这就称为聚花果（复果），如桑、凤梨（菠萝）、无花果等。

按果皮的性质分有肉果和干果。

肉果的果皮肉质化，肥厚多汁，依果皮来源和性质不同又分为：

①浆果，由一个或几个心皮形成的果实，如葡萄、番茄、柿等，葫芦科植物的果实是浆果的另一种，一般称为瓠果。

②核果，是由一心皮一室的单雌蕊发展而成的果实，通常含一枚种子，如核桃、椰子等。樟科植物的果实多为核果。

③梨果，果实由花筒和心皮部分愈合后共同形成，如梨、苹果等。

果实成熟后，果皮干燥无汁，称干果，根据果皮是否开裂又分为型果类和闭果类。

裂果类有：①荚果，单心皮发育而成的果实，成熟后，果皮沿背缝和腹缝二面开裂，如大豆、蚕豆等。

②果，由单心皮或离生复心皮发育而成的果实，成熟后只有一面开裂，如木兰、白玉兰等的果实。

③蒴果，由合心皮的复雌蕊发育而成的果实，子房有一室或多室，每室含多粒种子。如秋水仙、罂粟，马齿苋等的果实。

④角果，由二心皮组成的雌蕊发育而成的果实。十字花种植物多具这种果实。

闭果类有：①瘦果，只含一粒种子，果皮与种皮分离，由一心皮发育成的果实，如荨麻、向日葵等的果实。

②颖果，果皮薄，只含一粒种子，果皮与种皮紧密愈合不易分离，果实小。如水稻、小麦、玉米等禾本科植物的果实。

③翅果，果皮延展成翅，如榆、枫杨等植物的果实。

④坚果，外果皮坚硬，含一粒种子，如榛、板栗等果实。

⑤双悬果，由二心皮的子房发育而成的果实，如胡萝卜、小茴香等的果实。

第二节 植物的个体发育及世代交替

【知识概要】

一、被子植物的个体发育

被子植物的个体发育包括种子的形成、种子萌发为幼苗、幼苗成长为成熟植株再产生种子的过程。其中种子的形成主要包括胚的发育和胚乳的发育。

1．胚的发育（以荠菜为例）

2．胚乳发育（以玉米为例）

二、世代交替

1．世代交替的概念

进行有性生殖的生物生活史中，有性世代与无性世代更迭出现的生殖方式，叫世代交替。无性世代（孢子体世代），细胞中含有二倍染色体（以2n表示），生殖细胞是抱子；有性世代（配子体世代），细胞中含有单倍染色体（以n表示），生殖细胞是配子。无性世代的孢子体产生孢子，由孢子发育成有性世代的配子体；配子体产生配子（精子和卵细胞），卵细胞受精后，合子发育成无性世代的孢子体。

2．世代交替的不同类型

（1）同形世代交替 二倍体的孢子体世代和单倍体的配子体世代互相更迭，由于孢子体和配子体的植物体形状、大小基本相同，叫同形世代交替。如石莼属的石莼（海白菜）。

（2）异形世代交替 其类型主要有三种：葫芦藓为代表、配子体发达的苔藓植物世代交替；蕨为代表、孢子体发达，但两世代都能独立生活的蕨类植物的世代交替；孢子体发达，配子体退化并寄生在孢子体上的种子植物的世代交替，如裸子植物的松、拍、杉，被子植物的杨、柳、桃、杏等。

被子植物的生活史：

蕨类生活史：

3．世代交替的进化趋势

种子植物的孢子体最发达，配子体最简单，依附于炮子体生活，但受精作用不受水的限制，因此，这类植物对陆地环境的适应性最强。

蕨类植物的孢子体比较发达，而配子体虽然简单，但是还能独立生活，受精作用离不开水。

植物配子体发达，受精作用也是在有水的环境才能进行，孢子体依附于配子体上生活。

石莼属藻类植物的同形世代交替，孢子体和配子体形状、大小基本相同，则代表水生藻类植物原始阶段的世代交替。

世代交替的进化趋势可以认为是从同形世代交替的绿藻向着两条进化路线发展：一条发展成为孢子体寄生在配子体上的苔藓，一条通过蕨类植物发展成为配子体寄生在孢子体上的种子植物。

第三节 高等动物的繁殖

【知识概要】

一、精巢的结构、功能和精子的形成（以高等哺乳动物和人为例）

l．精巢的功能和结构

精巢是产生雄性激素和精子的器官。哺乳动物和人体的精巢位于阴囊内，卵圆形，表面被覆结缔组织膜，称白膜。白膜在后缘增厚，称睾丸纵隔，纵隔向内侧延展，在睾丸实质内形成许多睾丸小隔，两小隔之间称睾丸小叶。每一小叶内有数条细长迂回的小管，叫曲细精管，曲细精管是精子发生的场所。曲细精管的管壁由两种上皮细胞组成，一种是分生能力很强的精原细胞，一种是有支持、营养和分泌雄性激素的支持细胞。曲细精管向睾丸内侧集中汇集，形成盘曲的睾丸网，进而构成附睾，附睾是精子进一步发育成熟的部位。附睾尾移行为输精管。

2．精子的形成

精子的形成过程一般分为以下四个阶段：（1）增殖期 精巢中精原细胞通过有丝分裂增加细胞数目；（2）生长期 增殖中的一部分精原细胞吸收营养物质，体积增大，称初级精母细胞；（3）成熟期 包括初级精母细胞的染色体复制以及两次连续的细胞分裂（过程见减数分裂）；（4）变形期 精细胞发育成熟为能流动、具有受精能力的精子。

二、卵巢的结构、功能和卵细胞的形成

1．卵巢的功能和结构

卵巢是分泌雌性激素、产生卵细胞的器官。哺乳动物和人的卵巢位于盆腔内子官两侧，呈扁椭圆形。表面被覆一层立方上皮，是卵细胞的生发组织，故称生殖上皮。上皮下有一层结缔组织和不同发育阶段的卵泡组成；髓质在中央，由结缔组织和神经、血管组成。

在胚胎期，生殖上皮细胞即分裂增殖，形成一团一团的细胞进入皮质。每一团中有一个细胞较大，为卵原细胞，其外周包围一层小形扁平细胞，叫卵泡细胞，卵泡细胞向卵原细胞提供营养，并分泌雌性激素。

排卵 卵原细胞加上周围一层扁平卵泡细胞，叫做初级卵泡。初生幼女两个卵巢中共约有30万～40万个初级卵泡，但要到青春期后才能陆续发育。每28天左右成熟一个卵细胞并排出卵巢，称为排卵。女性一生中由两个卵巢交替排出卵细胞约400～500个。

2．卵细胞的形成

哺乳动物和人的卵细胞形成过程可分为：卵泡的发育、排卵和成熟分裂三个过程。

（1）卵泡的发育 初级卵泡是卵巢中最幼稚的卵泡。青春期后，每月有一个初级卵泡进入成熟过程。在成熟过程中卵原细胞贮存营养、体积增大、称为初级卵母细胞。这时其周围的卵泡细胞也不断增殖，由单层变为双层，同时由扁平变为立方形。以后，在多层卵泡细胞之间出现腔隙，叫卵泡腔，内含卵泡液，这时的卵泡称为次级卵泡，其中所包围的初级卵母细胞继续增大。从初级卵泡发育到成熟卵泡，在人体为时需2周。

（2）排卵成熟卵泡向卵巢表面突出，由于卵泡激增，压力不断加大，最后引起卵泡腔破裂，初级卵母细胞由卵巢排出，经体腔进入输卵管。

（3）完成减数分裂由卵巢排出的初级卵母细胞（2n），要在输卵管内连续进行两次成熟分裂，最终成为染色体数目减半的成熟悉卵细胞（n）。卵细胞在减数分裂过程中的不均等分裂，有利于营养物质的集中，以保证早期胚胎发育的需要，这也是卵式生殖的一种适应特点。

三、月经周期

1．月经周期

女性从青春期开始，在整个生殖年龄中卵巢和子官内膜呈现周期性的变化。在每个周期中出现的最明显变化是子宫的周期性出血，约每月一次，所以叫月经。月经周期中子宫内膜变化可分三期：增生期（排卵前期或卵泡期）、分泌期（排卵后期或黄体期）、月经期。

2．卵巢内分泌与月经周期

月经周期中子宫内膜的周期性变化，受卵巢、脑垂体和下丘脑分泌的几种激素的控制。它们之间的关系是下丘脑调节腺垂体的活动，即下丘脑腺垂体卵巢子宫内膜。同时卵巢对下丘脑、腺垂体又有反馈调节作用。

四、动物的受精作用

受精是指精子和卵细胞融合而形成合子（受精卵）的过程。哺乳动物和人的卵细胞在输卵管的前1/3部分受精。无脊椎动物和大部分水生动物通常在水中行体外受精。受精大致分三个阶段：精子的侵入、受精膜的形成、核的结合。受精激发卵细胞开始发育，也使受精卵恢复二倍体细胞，保持物种染色体数目的相对稳定。

第四节 动物的个体发育

【知识概要】

一、卵裂方式

受精以后，合子开始发育，第一阶段是卵裂。卵裂种类概括如下：

二、高等动物（青蛙）的个体发育

蛙的胚胎发育概括如下：

（1）卵裂期 这时期弱端黄卵进行不均等分裂。经过几次分裂，形成一团细胞，动、植物极细胞大小悬殊。

（2）囊胚期 在继续分裂过程中，细胞数目增多，细胞产生的液态代谢产物集中在中心，细胞向四周飘移，围成一个空心的球体，这时的胚体叫囊胚，囊胚内部出现偏于动物极、充满流体的囊胚腔。

（3）原肠胚期 囊胚后期，在赤道线下出现一条月牙形的浅沟，浅沟的背缘叫背唇。背唇出现以后，动物极细胞分裂卷入囊胚腔。与此同时，植物极细胞也由背唇下卷入囊胚腔。先前出现的浅沟两端继续向下延伸，最终形成一个环状裂隙，称为胚孔（原口）。胚孔外周的细胞继续内卷，而胚孔中心始终堵塞着一团原来植物极的细胞，称为卵黄栓。那些内卷的细胞在原来囊胚腔处围成一个新的空腔，叫原肠腔。这时的胚体称为原肠胚。原肠胚早期的特点是胚体出现了两层细胞，围绕原肠腔的一层，称为内胚层，包围胚体体表的一层称为外胚层。原肠胚进一步发育，开始三胚层分化：即原肠腔顶壁的细胞分化为中胚层，中胚层包围着全部由内胚层细胞构成的原肠。

（4）神经胚期 外胚层形成一片神经板，进而围成一条神经管。神经营前端膨大发育成脑，其余发育成脊髓。同时，在神经管下方，中胚层细胞形成一条棒状实心结构，即脊索。在中胚层不断发育过程中，中胚层又分化出脏壁中胚层和体壁中胚层，它们两者之间的空腔，即为体腔。

蛙的个体发育在形态结构上有变态的特征。

各种动物在胚胎发育过程中都要形成内、中、外三胚层，再由这三胚层发育成动物的各种组织、器官和系统。

三、昆虫的个体发育

昆虫的个体发育也分为胚胎发育和胚后发育两阶段。其主要特点是在胚后发育，即从幼虫到成虫要经过外部形态、内部构造以及生活习性上的一系列变化，称为变态发育。

昆虫的变态主要有两种类型：①完全变态：个体发育史中具有四个虫态，即：卵→幼虫→蛹→成虫。如蚊、蝇、蝶、蚕蛾等。②不完全变态：个体发育史中只有三个虫态，即：卵→幼虫（若虫）→成虫。如蝗虫、螳螂、蜚蠊等。

第六章 遗传和变异

第一节 遗传的物质基础

【知识概要】

一、染色体是遗传物质的主要载体

1．染色体的化学成分

染色体的主要成分为DNA和组蛋白，两者含量比率相近，此外，还有少量非组蛋白和RNA。组蛋白为含赖氨酸和精氨酸比较多的碱性蛋白质，带正电荷。其功能是参与维持染色体结构，有阻碍NDA转录RNA的能力。非组蛋白为含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性蛋白质，带负电荷。非组蛋白的特点是：既有多样性又有专一性，含有组蛋白所没有的色氨酸。非组蛋白的功能是DNA复制、RNA转录活动的调控因子。

2．染色体的结构

核体→螺线管→超螺线管→染色单体。从舒展的DNA双螺旋经四级折叠，压缩到最短的中期时，DNA分子缩短约5000～10000倍。

二、DNA是主要的遗传物质

l．噬菌体侵染细菌实验证实DNA是遗传物质

2．肺炎双球菌的转化实验证实DNA是遗传物质

3．烟草花叶病毒（CMV）的重建说明CMV是不具DNA的病毒，RNA是遗传物质

三、DNA的结构和功能

1．DNA的结构 其结构要点如下：

（1）两条DNA链反向平行，一条走向是5’→3’，另一条走向是3’→5’，两条互补链相互缠绕，形成双螺旋状。

（2）碱基配对不是随机的。腺嘌呤（A）通过两个氢键与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤

（G）通过三个氢键与胞嘧啶（C）配对（见右图）。GC对丰富的DNA比AT对丰富的DNA更为稳定。

（3）DNA的双螺旋结构中，碱基顺序没有限制性，但是碱基对的顺序却为一种DNA分子提供了它性质上的特异性。

（4）双链DNA具有不同的构型，其中3种具有生物学上重要性。

①B—DNA：右旋，正常生理状态下的常见形式。②A－DNA：右旋，脱水状态下的常见形式。③Z—DNA：左旋，这种结构可能与真核生物中基因活性有关。

2．DNA的功能

（1）DNA的复制 凡有增殖能力的细胞，DNA复制是在间期细胞核的S期完成的。DNA的复制为半保留复制，DNA复制是从复制子起点开始的。DNA复制时，由于 DNA合成的方向是 5’→3’，所以一条长链是连续合成，另一条为不连续合成，先合成冈崎片段，去引物质再由DNA连接酶连成一条长链。总的来看，DNA是半不连续复制。复制从复制子起点开始，沿两个方向进行，当两个复制手的复制叉相接时，即相连在一起，当许多复制子的复制又相连时，两条新合成的链同各自的模板链相连形成两个相同的DNA分子。

高等生物的染色体是多复制子，原核生物则是单复制子。另外，噬菌体和质粒的环状DNA大都是随复制又同时向两侧移动方式复制。

（2）基因的表达 包括转录和翻译两个过程，在原核生物中这两个过程同时进行，在真核生物中是在不同时间、不同地点进行的。

①转录 转录是以DNA分子的一条链为模板，合成RNA的过程，合成方向也为5’→3’，转录不是沿DNA分子全长进行，是以包括一个成多个基因区段为单位进行合成。

原核细胞tRNA、mRNA、rRNA由一种RNA酶催化合成。而真核细胞具有三种聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ催化rRNA的合成，Ⅱ催化mRNA合成，Ⅲ催化tRNA的合成。

合成出的m RNA前体需经过戴帽、加尾、甲基化和剪接等加工程序，最后才成为成熟的mRNA。

②翻译它是以m RNA分子为模板，按5’→3’的方向在核糖体上合成蛋白质的过程。蛋白质合成是从N→C端。遗传密码在mRNA上，每三个相邻的碱基形成一个密码子，方向为5’→3’，四种碱基可组合形成64种密码，其中有两种起始密码，三种终止密码，密码子的特点是不重叠性、无标点符号、简并性、终止密码和起始密码、通用性。

反密码子是t RNA反密码环中的三个相邻碱基，阅读方向为3’→5’。然而，反密码子5’端的一个碱基并不一定与密码于3’端的一个碱基互补（摆动学说），因此，t RNA的反密码子按一定规则与m RNA密码子互补配对，从而把某密码子转译为相同或不同的氨基酸。

氨基酸在酶的催化下通过酯键连在t RNA3’末端的CCA中的A残基上。（其C’C’A是酶的作用加上去的）

四、基因的概念和结构

1．基因的概念

基因一词是1909年约翰逊提出的代替“遗传因子”的词。基因是有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的遗传物质的功能单位。遗传效应是指基因具有复制、转录、翻译、重组和突变以及调控等功能。

2．基因的结构。

在原核生物中，DNA分子中约1000个碱基对相当于一个基因，这些基因连续编码。真核生物中的情况复杂的多。如哺乳动物的基因长度平均约为5000～8000个碱基对，然而，高等真核生物的结构基因多为断裂基因。一个断裂基因含有几个编码顺序，叫外显子，被一个个不编码的间隔顺序隔开，这些间隔顺序叫内含子。不同的结构基因结构复杂程度不同，每一个断裂基因在其第一个和第末个外显子的外侧，都有一非编码区，并连接着一些调控顺序。基因种类如下：

①编码蛋白质的基因 包括结构基因和调节基因。

②没有转译产物的基因 如rRNA基因和tRNA基因。

③不能转录的DNA片段 如操纵基因。

第二节 遗传的基本规律

【知识概要】

一、研究性状遗传的方法

1．选择杂交亲本的标准

选择具有相对性状的纯系，各作为杂交亲本的一方。

2．交配试验方式

纯系亲本通过人工去雄和授粉等手段进行杂交，杂种F1进行自交或与亲本回交等。

3．实验观察和记载

观察相对性状在杂交子代和杂种后代中的遗传表现，对杂种及其各代中不同类型的植株分别计数。

4．实验结果的统计

运用数学统计法分析实验资料，确定每一代中不同类型植株数之间的数量关系。

二、基因的分离规律

1．相对性状和等位基因的概念

相对性状是同种生物同一性状的不同表现类型；等位基因是一对同源染色体的同一位置上的、控制相对性状的基因。

2．杂种体内等位基因的遗传行为

通过测交试验结果，揭示了杂种体内的等位基因随同源染色体分开而分离，各自随配子独立地遗传给后代。因此，基因的分离规律阐明了杂合子体内等位基因分离与杂种后代的性状分离的因果关系。

等位基因在二倍体生物的体细胞中成对存在，配子中只含等位基因的一个成员。

3．杂种体内的等位基因之间的相互作用

（l）完全显性：具有相对性状的纯合体杂交，F1杂合体全部表现为显性。

（2）不完全显性：F1的性状表现介于双亲性状中间的遗传现象。

（3）共显性：F1同时表现双亲性状的遗传现象。如AB血型，MN血型。

（4）镶嵌显性：双亲性状在F1的同一个体不同的部位表现出来，这种双亲的性状不一定有显隐性之分。

（5）超显性：F1的性状表现超过亲本性状。如害虫突变性的抗药性超过亲本个体。

（6）条件显性：等位基因之间的显性关系因环境因素的影响而改变。

4．致死基因

在杂交实验中，有时观察到后代分离比与预期值有一定的偏差。致死基因的作用可发生在不同的发育阶段，在配子期致死的称配子致死，在胚胎期或成体阶段致死的称合子致死。致死基因的致死效应往往也跟个体所处的环境有关。

5．基因分离规律的应用

（1）一个杂合体在逐代自交中，杂合体在某代群体中所占比例的计算。公式为：

杂合体的比例为（1/2）n（n代表自交代数）。

纯合体的比例为1－（1/2）n。

（2）在杂交育种上的应用：符合育种目标的隐性性状一旦出现，其基因型就能够稳定遗传，符合育种目标的显性个体，则应通过连续自交和选择，使其基因型逐渐趋于纯会状态。

（3）在人类优生上的应用。

①常染色体显性遗传病的系谱特点：a．患者的双亲常有一方患病，患病的亲代常常是杂合体。b．患者的同胞兄弟姐妹中，约有1/2患病，而且男女患病的机会均等。c．患者的子女中，有1/2的个体将患此病，在系谱中可看到在几代中连续传递。d．双亲有病时，可有正常的子女。e．双亲无病，子女一般不会患病，只有在突变的情况下才有例外。

②常染色体隐性遗传病的系谱特点：a．患者的双亲都无病，但是，他们都是携带者。b．患者的同胞兄弟姐妹中，约有1/4患病，而且男女患病机会相等。c．患者的子女中一般并无患儿，系谱中看不到连续遗传，往往是散发的。d．近亲婚配时，子女中的患病风险比非近亲婚配者高。亲表兄妹（或表姐妹）所具有的基因有1/8的可能性是相同的。

③常染色体不完全显性遗传病，如软骨发育不全症。杂合体的表型介于纯合显性和纯合隐性表型之间，纯合显性患儿（AA）病情严重，多死于胎儿期或新生儿期。

三、基因的自由组合规律

1．不同对的等位基因——非等位基因的遗传行为通过测定实验结果表明，杂合体内不同对的等位基因位于不同对的同源染色体上，有配子形成时，每对等位基因各自独立分离的同时，非等位基因之间表现为自由组合。因此，基因的自由组合规律阐明了杂合体内非同源染色体上的非等位基因之间分离或组合的互不干扰性与不同性状自由组合的因果关系。

2．多对非等位基因独立遗传时，F1的基因对数与后基因型和表现型间的数量关系（理论上的预测）如下表。

非等位基因独立遗传时，

F1基因对数与F2基因型和表现型间的数量关系

3．基因的自由组合规律在实践上的意义。

F2是按照育种目标选择杂种后代的有利时机，并能对符合育种目标的杂种后代的基因型和表现型及其比例做出预测。

四、遗传学数据的统计处理

三．概率的定义

所谓概率是指在反复试验中，预期某一事件的出现次数的比例，它是生物统计学中最基本的概念。

①相乘法则：两个（或两个以上）独立事件同时出现的概率是它们各自概率的乘积。

②相加法则：两个事件是非此即彼的或相互排斥的，那么出现这两个事件中某一事件的概率是两个各别事件的概率之和。

五、用卡平方（x2）来测定适合度

实得比数符合理论比数的程度如何，可用一个指数即卡平方（x2）来表示。x2的定义为：

x2＝∑（实得数－预期数）2／预期数（∑为积加符号）

算出x2后，就查x2表（表中 n代表“自由度”，p是实得数与理论数相差一样大以及更大的积加概率）。当观察结果与理论预期值差异的概率p＞0.05时，说明差异不显著；当p＜0.05时，表明差异显著，应把假设的分离比否定；当p＜0.01时，表明差异极显著，有把握地把假设的分离比否定。

六、非等位基因之间的相互作用

1．互补基因

不同对的两个基因相互作用，出现了新的性状，这两个互作的基因叫做互补基因。

2．修饰基因

有些基因可影响其他基因的表型效应，这些基因称修饰基因。据其作用，有加强其他基因的表型效应的称为强化基因；有减弱其他基因的表型效应的称为限制基因；有完全抑制其他基因的表型效应的称为抑制基因。

3．上位效应

某对等位基因的表现，受到另一对非等位基因的影响，随着后者的不同而不同，这种现象称上位效应。

七．复等位基因

1．概念

复等位基因是指位于同一基因座位中，一组等位基因的数目在两个以上，作用类似，都影响同一器官的形状和性质，有遗传上称复等位基因，如A→a1，a2，a3，…就构成一个复等位基因系列。对这一复等位基因系列来讲，每一个体只可能有其中的两个基因。

2．复等位基因的多态现象

在有一个复等位基因的系列中，可能有的基因型数目取决于复等位基因的数目。计算公式为：基因型数目＝n（n＋1）/2（n代表复等位基因数目）。其中纯合体数＝n，杂合体数＝n（n－1）/2，复等位基因的多态现象，增加了生物的多样性和适应性。

3．ABO血型

由三个复等位基因决定，分别为IA、IB、i，但IA与IB间表示共显性，它们对i都表现为显性，所以，IA、IB、i之间可组成6种基因型，但只显现4种表型。ABO血型系统的遗传，符合孟德尔定律。

4．Rh血型与母子间不相容

Rh血型最初认为是由一对等位基因R和r决定。RR和Rr为Rh＋，rr为 Rh－。现在知道Rh血型由18个以上复等位基因决定的。

Rh－个体在正常情况下不含Rh＋细胞的抗体，但在①Rh－个体反复接受Rh＋个体血液，就可能产生抗体。②Rh－母亲怀Rh＋的胎儿，在分娩时，Rh＋胎儿的红细胞有可能通过胎盘进入母体血液，使Rh－的母亲产生抗体，当怀第二胎时，胎儿为Rh＋，可造成胎儿死亡或生一个溶血症的新生儿。

5．自交不亲合

同类相抗，自交不育，保证了并花传粉受精。烟草是自交不育的，已知至少有15个自交不亲合基因，它们是S1，S2，S3，…，S15，构成一个复等位基因系列，相互无显隐关系。八、基因的连锁和互换及基因定位

1．基因的完全连锁

控制不同性状的非等位基因位于一对同源染色体的不同位置上，子一代杂合体在产生配子时，连锁基因连在一起不分离，随配子共同传递给后代，从而导致不同性状之间表现出完全连锁。

如果测交后代只有两种表型，比值为1︰1，没有重组类型出现，则可确定控制不同性状的非等位基因完全连锁。

2．基因的不完全连锁——基因互换

基因互换是指控制不同性状的非等位基因位于一对同源染色体的不同位置上，子一代杂合体在产生配子时，同步化进入减数分裂的全部性母细胞中，一小部分初级性母细胞的四分体时期，可能发生同源染色体的非姐妹染色单体间对应节段的交换，一旦互换发生在连锁基因之间，使位于对应节段上的等位基因互换，以形成新的非等位基因间的连锁关系。由于F1每个发生交换的性母细胞最多只能产生一半重组型配子，另一半是亲本型配子。因此，F1测交后代重组类型明显少于亲本类型。如双杂合体测交后代为两两相等比值不同的4种表型后代；三杂合体如发生两个单交换，其测交后代为两两相等比值不同的6种表型后代；三杂合体个体如发生两个单交换、一次双交换，其测交后代为两两相等、比值不同的8种表型后代，其中双交换个体占比值最少。

交换率的计算，通过对测交后代统计结果求得：

交换率＝重组类型/（重组类型＋亲本类型）×100％

交换率×2＝发生基因互换的初级性母细胞的比值（％）。

3．基因定位

（1）两基因间在遗传学上的相对图距，交换率的大小反映出连锁基因之间的距离大小，通过交换率的测定，即可以确定基因在染色体上的排列次序和相对距离。遗传学上把交换率的“％”去掉，可作为两基因在遗传学上的相对图距。

（2）基因定位的方法 基因定位通常采用“三点测交”法，即用三杂合体跟三隐性个体测交，通过对测定子代表型及比例分析、计算三个连锁基因间的交换值，从而确定各个基因在同一条染色体上的次序和相对距离。

值得注意的两个问题：①两边的两个基因的相对距离＝两个单交换值之和＋两倍的双交换值。②两边的两个基因间的交换值＝两个单交换值－两倍的双交换值。

另外，不必计算交换值，可直接判断三个基因的次序，其方法为：用亲组合表型的基因次序与双交换表型的基因次序进行比较，发生交换的一对等位基因应位于三对等位基因的中间。

第三节 性别决定和伴性遗传

【知识概要】

一、性别决定

性别决定是指生物雌雄性别发展趋势的内在因素和方式。

1．细胞水平

生物性别的差异大都与性染色体组合方式有关，由性染色体组合方式不同决定性别的方式主要有两种：XY型和ZW型，两者比较如下表。

XY型与ZW型两种不同性别决定方式的比较

2．分子水平

对人类来说，决定男性性别的并非是Y染色体，而是Y染色体的短臂上的睾丸决定基因（TDF），X染色体上无这个基因。TDF决定性别形成的大致过程为：

3．其他类型的性别决定

（l）受精与否决定性别 如蜜蜂雄性个体就是由未受精的卵细胞发育来的。

（2）环境影响决定性别 如海生蠕虫后。

（3）基因差异决定性别 如玉米。

（4）环境对性别分化的影响。

①性逆转 表型改变，基因型不变，如雌性非芦花鸡，性逆转为雄性。

②日照长短对性别分化的影响 如大麻。在短日照、温室内，雌性的逐渐性转换成雄性。

③异性双胎的性别分化 如牛怀异性双胎、雌犊的性别分化受影响。

④环境不同的性别分化 如蜜蜂的受精卵可发育为蜂王，也可发育为工蜂，其主要靠环境和蜂王浆的影响。

二、伴性遗传

性染色体上的基因，总是限性别相联系，这种遗传方式称伴性遗传。

1．果蝇的伴性遗传

2．人类的伴性遗传

（1）人类的红绿色盲、血友病为伴X隐性遗传病。红绿色盲、血友病的遗传与果蝇的红眼和白眼遗传方式相同。遗传系谱的主要特点为：①人群中男性患者远多于女性患者，在一些发病率低的系谱中，只有男性患者。②双亲无病，儿子可能发病，女儿则不会发病。③女性患者的儿子必患病。④系谱一般具有交叉遗传的特点。

（2）人类的抗维生素D佝楼病为伴X显性遗传。其系谱特点为：①人群中女性患者多于男性患者，前者的病情可较轻。②患者的双亲中，必有一个该病患者。③男性患者的后代中，女儿都将患病，儿子都正常。④女性患者的后代中，子、女都各有1/2的患病风险。

（3）人类男性外耳道多毛症是伴Y连锁遗传（或限雄遗传）。其特点是：患者均为男性，并且是父传子，子传孙，女性不会出现相应的遗传病症。

第四节 细胞质遗传及其在育种上的应用

【知识概要】

一、细胞质遗传的特点

①遗传方式是非孟德尔式的。②F1通常只表现母方的性状。③杂交的后代一般不出现一定比例的分离。

二、高等植物叶绿体的遗传

1．紫茉莉的绿白斑的遗传

其特点为：不同枝条上的花朵相互受粉时，其后代的叶绿体种类完全决定于种子产生于哪一种枝条上，而与花粉来自哪一种枝条无关。

2．玉米的埃型条斑遗传

其特点是：①条斑植株作父本，正常植株作母本时，显示孟德尔式遗传。②条斑植株作母本，不论父本基因型怎样，其子代看不到典型的孟德尔式比数，显示出典型的细胞质遗传。

三、真菌类线粒体的遗传

核基因遗传遵循孟德尔式遗传，但杂交的后代性状跟核基因无直接关系而表现为细胞质遗传（如酵母菌的“小菌落”和链孢霉的“缓慢生长”要变型等）。

四、细胞质遗传在育种上的应用

玉米的“二区三系”制种，就是核质互作的一个例子。杂交制种过程如下：

（S）rfrf × （N）rfrf （S）rfrf × （N）RfRf

雄性不育系 ↓ ↓保持系 ↓ ↓

（S）rfrf （N）rfrf （S）Rfrf （N）RfRfj

雄性不育系 保持系 杂交种 恢复系

雄性不育系和保持系的繁殖 制造杂交种，同时繁殖恢复系

第五节 生物的变异

一、基因突变

1．基因突变的类型

根据基因结构的改变方式不同，可将基因突变分为四种类型：

（1）点突变 由某位点一对减基改变造成的。其包括两种形式：转换和颠换。点突变的不同效应为：①同义突变；②错义突变；③无义突变；④终止密码突变。

（2）移码突变 某位点增添或减少1～2对碱基造成的。

（3）缺失突变 基因内部缺失某个DNA小段造成的。

（4）插入突变 基因内部增添一小段外源DNA造成的。

2．突变体的表型特性

突变对表型的最明显的效应，可分为：①形态突变；②生化突变；③致死突变；④条件致死突变。

3，突变发生的时期

突变可在个体发育的任何时期发生。突变发生在生殖细胞中，通过有性生殖必然引起后代遗传变化；突变发生在体细胞中，可引起某些体细胞遗传结构上的改变。突变发生的时期越迟，则生物表现出突变性状的部分越少。

4．基因突变的原因

基因突变是基因在诱变因素作用下，内部分子结构改变的结果。

5．基因突变的特征

①普遍性。②随机性。③低频性。④不定向性：一个基因可突变为一系列异质性的等位基因——复等位基因。但每一个基因突变的方向不是漫无限制的，如毛色基因，突变一般在色素的范围内。⑤可逆性。⑥多害少利性：但有害的突变在一定条件下转化为无害，甚至是有利的。

二、染色体变异

1．染色体数目变异

（1）染色体数目变异的常见类型如下表所示：

（2）染色体组及倍性

染色体组是指某种生物细胞中起源相同、形态各异、功能协调的一套完整的非同源染色体及其携带的全部基因。一个染色体组（用符号n表示）携带着一套非等位基因，由若干个染色体组成。染色体倍性是生物体细胞中包含的染色体组数。

异源多倍体生物的染色体组来源于若干个祖先种（又称为基本种），每个祖先种的染色体组称为基本染色体组。例如，普通小麦的生殖细胞中染色体组包含三个基本染色体组，而它的体细胞中则有六个染色体组。

单倍体是含有本物种配子染色体数的个体。一些低等植物的配子体和一些昆虫的雄体（如蜂类等膜翅目昆虫），都是正常的单倍体。但本来是二倍体或多倍体的生物通过单性生殖产生的单倍体，则是高度不育的。本来是二倍体的生物形成为单倍体后产生可育配子的几率为1/2n（n代表染色体对数）。

多倍体是由合子发育的体细胞含有三个或三个以上染色体组的体。二倍体的体细胞中染色体加倍形成同源多倍体（如染色体数未减数的雌雄配子结合成合子或产生染色体加倍的幼芽发育成）。种间杂交中体细胞染色体加倍则形成异源多倍体。同源多倍体可育性不高，仅四倍体的曼陀罗能正常繁殖，它有三种杂合体，即：AAAa、AAaa、Aaaa。各种杂合体的配子比和自交后裔表型比数如下表所示：

（3）非整倍体 单体、缺体和三体通过测交都可以把新的隐性突变基因定位在某染色体上。

在二倍体植物中，获单倍体容易，获单体很难。说明缺少单条染色体的影响较缺少一套染色体的影响还要大。在多倍体植物中，获得单体较容易，说明遗传物质的缺失对多倍体的影响比对二倍体的影响来得小。

2．染色体结构变异

染色体结构变异指染色体结构发生不正常的变化，主要有四种：缺失、重复、倒位和易位。

（l）缺失 指一个正常染色体失去了片段。包括中间缺失和顶部缺失。不致死的缺失往往引起不寻常的表型效应，不致死的缺失多数通过卵细胞遗传的。如一个显性基因的缺失，致使原来不应显现出来的一个隐性等位基因的效应显现出来，表现出“假显性现象”或“拟显性现象”。

（2）重复 指一个正常染色体增加了本身相同的某区段，包括顺接重复和反接重复。重复太大，也会影响个体的生活力，甚至引起个体死亡。染色体的某段的重复可引起基因的“剂量效应”或“累加作用”。另外，一般讲，重复很难检出，但从进化观点来讲很重要，它提供了额外的遗传物质，有可能执行新的功能，是新基因起源的一种可能方式。

（3）倒位 指一个染色体上某区段正常排列顺序发生了180º的颠倒，造成染色体内的重新排列，包括臂内倒位和臂间倒位。倒位纯合体不影响个体的生活力，只是改变了染色体上的相邻基因位置，从而某些表型发生位置效应，同时也改变与相邻基因的交换值。倒位杂合体则不然，其生育力降低。

染色体上的区段可能一次又一次发生倒位，且通过自交出现不同的倒位纯合体，致使它们与其原来的物种不能交配，形成生殖隔离，结果产生新族群或变种。

（4）易位 指两对非同源染色体间某区段的转移，造成染色体间的重新排列，包括相互易位和单向易位。相互易位纯合体不影响个体生活力。相互易位杂合体则不然，在减数分裂时，如邻近分离则形成不平衡配子，常有致死效应。如交互分离则使易位染色体和非易位染色体进入不同配子中，导致非同源染色体上的基因间的自由组合受到严重抑制，出现假连锁现象。相反，同一染色体上的连锁基因可能因易位而表现为独立遗传现象。

三、人类染色体疾病

1．染色体数目异常的疾病

（1）常染色体数目异常——先天愚型或Down综合症（软白痴）

患者的核型为：47，XX（XY）＋21，也称21三体。该病大多是由卵子发生过程中21号染色体不分离，形成了多一条21染色体的异常卵细胞，受精后形成。发病率为： l/600～1/800。

（2）性染色体数目异常的疾病

①先天性学儿发育不全症（Klinefelter综合病）本病患者在青春期出现临床症状，睾丸小且发育不全，不能生育。其核型为47，XXY。该病大多是由卵子发生过程中X染色体不分离，形成多一条X染色体的异常卵子，受精后形成。发病率占男性的1/700～1/800。

②性腺发育不全症（Turner综合症）本病患者只有卵巢基质而无滤泡，无生育能力。其核型为45、XO。该病大多数为精子发生过程中XY不分离，形成了性染色体异常的精子，并和卵子受精后形成。发病率占女性的1/3500。

2．染色体结构异常的疾病

（1）猫叫综合症，本病患者哭声如猫叫，智力低，肌张力也低下。患者的核型为46，XX（XY），但患者的一条5号染色体的短臂缺失。

（2）14/21易位型先天愚型，患者核型为46，XX（XY），－14，tt（14；21）。患儿核型中少一条14号染色体，多一条由14号和21号染色体形成的易位染色体。这种易位可以是新发生的结构畸变，也可以由双亲之一传来。

第六节 基因工程

1．基因的分离和合成

分离是利用限制性内切核酸酶将分离目的基因切割成粘性末端。合成是通过化学合成法和酶促合成法来合成目的基因。

2．运载体的选择

（1）运载体必备特点为：a．必须能复制，b．最好有一个限制酶的切点，C．必须含有一种标记基因，d．最好含有启动子。（2）常见运载体的种类：a．质粒DNA，b．SV40病毒，c．λ噬菌体，d．含质粒和噬菌体顺序的运载体。

第七章 生物的进化

第一节 生命在地球上的起源

【知识概要】

一、生命起源的假说

1．特创论；2．自生论；3，生生论；4．宇宙生命论；5化学进化论。

二、生命起源的化学进化过程

无机小分子物质有机小分子物质生物大分子物质多分子体系原始生命

三、真核细胞的起源

细胞起源的原始次序，大致如下：核苷酸和氨基酸→原型核酸和原型蛋白质→原型核蛋白体（生命前体）→原始生命体（原生体）→原型细胞→原型细胞的增生和选择→细胞（原核细胞）→细胞的增生与选择→真核细胞。

内共生学说认为：真核生物体内的许多细胞器不是渐进的进化过程产生，而是质膜的内陷和内共生作用产生的。许多科学家深信，真核细胞含有的线粒体和叶绿体是分别通过吞噬原核生物细菌和蓝藻及内共生作用产生出来的共生体。

此外，还有人认为真核细胞不是来自原核细胞，而是和原核细胞一同起源于原始生命。

第二节 生物进化的机制

【知识概要】

一、进化的证据

1．古生物学研究提供的证据——化石

化石是指经过自然界的作用，保存于地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。化石大多数是生物体的坚硬部分，有动物的骨骼、贝壳、植物的茎、叶等。它们经过矿质的填充和交替作用，形成仅保持原来形状、结构以至印模的石化（包括钙化、碳化、硅化、矿化）了的遗体、遗物和遗迹。也有少量是指未经改变的完整的古生物遗体。

地质年代的测定：现在主要运用放射性元素的方法。放射性元素以自己恒定的速度进行衰变，不受外界温度和压力的影响。

2．比较解剖学研究提供的证据——同源器官、痕迹器官

同源器官的存在说明生物有共同的原始祖先。痕迹器官的存在可以追溯某些生物之间的亲缘关系。

3．胚胎学对生物胚胎形成和发育过程的研究

通过对高等动物和人的胚胎发育比较，①说明高等动物起源于低等的单细胞动物。②显示了各种脊椎动物之间有一定的亲缘关系，说明它们有共同的原始祖先。③显示了生物在个体发育中重演了该物种生物的系统发育或进化过程。

4．生物学对动物血清鉴别的研究

利用接受狗血清的家兔体内产生的抗体，实际上利用兔子的抗血清来检验狗和其他动物的血清反应。据血清反应沉淀多少说明血清蛋白在结构和性质上差别程度，沉淀越多，说明其差别程度越小，两者的亲缘关系越近；反之，就越远。利用含抗人血清抗体的家兔的抗血清来检验人和黑猩猩、狒狒和猪等动物的血清，得出类似的结果。

5．生物化学对蛋白质、核酸的研究

①分析不同物种的同一种蛋白质的氨基酸组成，可以看出各种生物之间的亲缘关系，如细胞色素C。②利用DNA分子杂交技术来证明生物之间的亲缘关系。③总的趋势是愈是高等的动物，DNA的含量高，但是DNA含量不一定总是跟生物的复杂程度成正比，如肺鱼的一个种的DNA含量几乎是哺乳类的40倍。但要形成一个复杂的生物，基因组中含有足够数目的不同基因是必需的。

6．生物地理学对生物地理分布的研究

古代生物的地理分布说明生物的进化过程。

二、生物进化的机制

1．拉马克的“用进废退”和“获得性遗传”的法则

他认为环境变化是物种变化的原因。

2．达尔文的“自然选择学说”为核心的进化理论

他认为生物遗传和变异是生物进化的内在因素，生存斗争是生物进化的动力，定向的自然选择决定着生物进化的方向。其要点图件如下：

三、现代进化论的观点

这一观点继承了达尔文学说的自然选择的理论，并弥补了它的不足。认为基因突变和染色体结构变异是进化的原材料，生物群体通过突变、选择和隔离等过程而逐渐分化形成亚种，而后发展为新种。

这一观点还认为：种的形成和生物进化的基本单位不是个体，而是种群，种群是种的基本结构单位，种群遗传是有个体的高度杂合性和种群的极端异质性的特点，进化是群体在遗传成分上的变化。

四、基因频率和基因型频率

基因频率＝某染色体上某基因的数目∕该基因的等位基因的总数

基因型频率＝特定基因型的个体∕总个体数

五、哈迪一温伯格定律

哈迪一温伯格定律的概念是指在一个大群体随机交配的群体里，其基因频率和基因型频率在没有突变、选择和迁移的条件下，世代相传下发生变化，并且基因型频率是由基因频率决定的，此定律称为遗传平衡定律或基因平衡定律。由于该定律是1909年分别由Handy和Weinberg首先提出的，所以又称为哈迪一温伯格定律。遗传平衡时，基因频率和基因型频率有如下关系：即遗传平衡公式。

〔p（A）＋ q（a）〕2 ＝p2（AA）＋2pq（Aa）＋q2（aa）

哈迪一温伯格定律的应用：当完全显性的情况下无法从表现型统计中直接计算各基因型频率时，可假定群体处于“遗传平衡状态”，据遗传平衡公式来推算基因型频率。如调查得知，隐性性状个体（aa）为16％，q2＝0.16，再据p和q计算出各基因型频率。

六、生物亚化的因素

1．突变是进化的关键

基因突变增加了等位基因，进而增加了自然种群的杂合体。染色体畸变引起遗传基础的深刻变化，基因重组也产生丰富的遗传变异。

2．选择的作用

通过自然选择，使有害的基因突变消除，保存有利的基因突变。而群体的遗传性的定向变异是由选择作用造成的，而不是由个体的定向变异造成的。

3．隔离在新种形成中的作用

从突变和选择得到多样的物种，经过隔离将其固定下来，否则，就没有种群的分化，新种不可能形成。隔离的方式有：

（1）地理隔离 地理隔离在物种形成中起着促进性状分歧的作用，是生殖隔离必要的先决条件。

（2）生殖隔离 物种之间相互生殖隔离的种群。由于物种群体间在基因型上所造成的差异，而使其基因交换受到限制，生殖隔离包括几个方面的内容：a．生态隔离；b．季节隔离；c．性别隔离、心理隔离或行为隔离；d．机械隔离；e．不亲合性；f．杂种不活；g．杂种不育。

总之，由地理隔离发展到生殖隔离是大多数物种形成的基本因素。

七、物种形成的途径和方式

1．渐变式

主要通过变异的逐渐积累而成亚种，再由亚种形成一个或多个新种，其分为两种类型，即继承式新种形成和分化式新种形成。

2．爆发式

不通过亚种这一阶梯而迅速形成新的物种，其分为三种类型，即杂交产生新种，染色体结构变化形成新种和多倍体化的新种形成。

第三节 人类的起源和发展

【知识概要】

一、人类起源于动物的证据

人类是由动物界分化出来的，又超出动物界，在分类学上，人的分类地位是：

脊索动物门 / 脊椎动物亚门 / 哺乳纲 / 灵长目 / 类人猿亚目 / 人科 / 人属

人类起源于动物的证据：①胚胎发育方面的；②解剖学方面的；③分子水平方面的；④人类与类人猿的比较方面的。

二、从猿到人的过渡

从猿到人的发展过程尚无定论，比较普遍和肯定的看法是：

森林古猿→拉玛古猿→南方古猿→现代人。

三、人类发展的基本阶段

一般认为，制造工具可看作是人类在地球上出现的标志。人类发展分为四个基本阶段：即早期猿人（或能人阶段）、晚期猿人（或直立人）、早期智人（古人）、晚期智人（新人）等基本阶段。在从猿到人的转变和人类的发展过程中，劳动起着特别重要的作用。一方面，劳动是一种创造因素；另一方面，劳动是一种选择因素。

第八章 生物的多样性

一、生物的分类系统

现代分类系统是根据生物所有性状的异同，综合起来分门别类，称为自然分类法，它采用了阶梯从属的等级，分为界、门、纲、目、科、属、种七个等级。如果某一等级内种类繁多，还可划分出中间等级如亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属、亚种等。通过分类系统，可以了解各物种之间的亲缘关系和每一个物种在生物界中的地位。

二、生物的界级分类

随着生物科学的发展，对生物的分界产生了不同的观点，出现了不同的分界方法，如两界说、三界说、五界说、六界说等。

在显微镜发明以前，由林奈提出了两界说，把生物分为植物界和动物界。三界说是在用显微镜发现单细胞生物后产生的，在1866年由赫克尔提倡，把生物分成单细胞的原生生物界和植物界、动物界。五界说是1969年由惠特克提出的，把生物分为原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界五界，此说更完善地反映出生物的进化历程，得到大多数生物学家的承认。也有一些学者主张，将现在生活在地球上的生物，分为六大类群：病毒界、原核生物界、真核原生生物界、植物界、真菌界和动物界。

第一节 植物界的主要类群

【知识概要】

地球上的植物，目前已知的有40多万种，它们组成了整个植物界。植物界的主要类群归纳如下：

我国的植物资源非常丰富，有许多世界珍稀的和特有的种类。我国的一级保护植物有熊类植物中的桫椤，裸子植物中的银杉、水杉、秃杉和被子植物中的金花茶、珙桐、人参和望大树。

一、藻类植物

藻类植物属于低等植物，其主要特征是一般具有光合色素，能进行光合作用，自养。生殖器官为单细胞构造，植物体结构简单，有单细胞、群体和多细胞三类，没有根、茎、叶分化。绝大多数生活在水中。

现存的藻类植物约2万多种。按细胞所含色素以及贮存养分的不同，可把藻类分为绿藻门、轮藻门、红藻门、褐藻门等。绿藻门、红藻门和褐藻门的比较见下表。

绿藻门、红藻门和褐藻门的比较

藻类植物的生殖方式有营养生殖、无性生殖、有性生殖三种。

藻类植物有重要的自然和经济意义，地球上90％的光合作用是由海洋和淡水中的藻类植物完成的。藻类植物不仅为水生植物提供食物，而且也是水和大气中氧气的重要来源。

二、地衣植物

地衣是一类多年生的低等植物，是藻类和真菌共生的复合体。地衣没有根、茎、叶的分化，由真菌菌丝缠绕藻细胞，并从外面包围藻类，藻类光合作用制造的有机物大部分被菌类夺取，藻类与外界隔绝，所需水分、无机盐和二氧化碳依靠菌类从外界吸收供给。

地衣按生长型分为壳状、叶状、枝状三类。地衣的生殖方式主要有营养生殖和有性生殖。地衣抵抗干旱、寒冷等不良环境的能力十分强。

地衣植物约有25000余种，一般分为三纲：子囊衣纲、担子衣纲和藻状菌衣纲。常见的有石蕊、松萝、石耳、冰岛衣、梅衣等。

三、苔藓植物

苔鲜植物是一类原始陆生植物，多生于阴湿的环境中。苔藓植物的配子体发达，孢子体退化。配子体为叶状体或有茎叶分化的茎叶状体，没有真正的根，只有假根、茎、叶无维管束，吸水和保水能力差，因此，个体较低矮，孢子体不能独立生活，依附在配子体上。配子体能形成多细胞雌、雄生殖器官，受精作用必须在有水条件下进行，植物界从苔藓植物开始有胚的构造。

苔药植物约有23000多种，通常分为苔纲和藓纲。苔纲常见植物有地钱、大羽苔、平叉苔、角苔等。藓纲常见植物有葫芦藓、泥炭藓、黑藓等。

四．蕨类植物

藓类植物是最原始的维管植物。具有独立生活的配子体和孢子体。孢子体占优势，有根、茎、叶器官和维管系统的分化，根通常是不定根，茎多是根状茎，叶分小型叶和大型叶，孢子体产生孢子囊。配子体简单，产有颈卵器和精子器，受精作用必须在有水条件下进行。

现存的藏类植物约有12000种，分为五纲：石松纲、水韭纲、松叶蕨纲、木贼纲和真蕨纲。前四个纲都是小型叶，是比较原始古老的蕨类，真蕨纲具大型叶是最进化的一个类群。石松纲常见植物有石松、卷柏、翠云草等。水韭纲常见植物有中华水韭，松叶藏纲植物我国仅有松叶蕨一种。木贼纲常见的有节节草、水贼、问荆等。真蕨纲常见的有蕨、瓶尔小草、紫萁、海金沙、水龙骨、桫椤、贯众、槐叶苹、满江红等。

五、裸子植物

裸子植物是具有颈卵器和维管束、能产生种子的一类高等植物。裸子植物能形成种子，但不形成子房和果实，因此，胚珠和种子都是裸露的。配子体寄生在抱子体上。传粉时花粉萌发形成花粉管，直达胚珠，使受精作用摆脱了水的限制。孢子体特别发达，多为高大乔木，木质部中大多具有管胞而无导管，韧皮部中有筛管而无伴胞。具有多胚现象。

裸子植物现仅存760多种。我国是裸子植物种类最多、资源最丰富的国家，约有230种和48变种，其中不少是第三纪孑遗植物，称为“活化石”植物。裸子植物通常分为苏铁纲、银杏纲、松柏纲、红豆杉纲（紫杉纲）和买麻藤纲等五纲。苏铁纲是现代裸子植物最原始的类群，常见植物有苏铁、华南苏铁等。银杏纲现代仅残存银杏，是著名的孑遗植物。松柏纲是现代最繁荣、最进化的裸子植物类群，常见的如银杉、云杉、金钱松、落叶松、红松、油松、马尾松、黄山松、杉木、水杉、水松、丝杉、巨杉、侧柏、圆柏等，其中许多为我国特产树种，红豆杉纲常见的有罗汉松、红豆杉、香榧等。买麻藤纲是现代裸子植物完全孤立的一群，如草麻黄、买麻黄、百岁兰等。

六、被子植物

1．主要特征和分类

被子植物是现代植物界中最高级、最繁盛和分布最广的一个类群被子植物显著的特征是具有真正的花，花的形态结构多种多样，适应于虫媒、风媒、鸟媒、水媒等各种传粉方式；胚珠包被在子房内，种子包被在果实内，果实的形成，对于保护种子和种子散播有特殊意义；出现双受精和胚乳组织；孢子体高度发达，组织分化精细，输导组织结构、功能交加完善，配子体进一步简化。

现已知的被子植物约20多万种，种数占植物界的一半以上。被子植物分为两纲：双子叶植物纲和单子叶植物纲，两者的主要区别见下表。

双子叶植物纲和单子叶植物纲的区别

2．花程式和花图式

被子植物的分类是以形态学特征为主要标准，尤其是以花和果实的形态特征作为标准的最为普遍。为了简单地说明一朵花的结构，可以用一种公式或图案把一朵花的各部分表示出来，前者称花程式，后者称花图式。

3．花序

被子植物的花，有的是单独一朵花生在茎技顶上，称为单生花。绝大多数植物的花按一定排列顺序着生在特殊的总花柄上。花在总花柄上有规律地排列方式，称为花序。总花柄又称花轴或花序轴。花序种类归纳如下。

花序分为无限花序和有限花序。无限花序又分为简单花序和复合花序。简单花序包括：总状花序、伞房花序、伞形花序、穗状花序、葇荑花序、肉穗花序、头状花序、隐头花序。复合花序包括：圆锥花序（复总状花序）、复穗状花序、复伞形花序、复伞房花序、复头状花序。有限花序分为单歧聚伞花序、二歧聚伞花序和多歧聚伞花序。多歧聚伞花序包括密伞花序和轮伞花序。

第二节 动物类群的多样性

【知识概要】

一、无脊椎动物主要门的基本特征

无脊椎动物的主要特点是身体的中轴没有由脊椎骨组成的脊柱，这类动物各主要门的基本特征如下表所示。

无脊椎动物主要门的基本特征

1．腔肠动物门——水螅

水螅是腔肠动物的代表，是营淡水生活的水螅纲动物。水熄的外胚层特别是触手上，分布有刺细胞，这是腔肠动物所特有的。刺细胞有刺丝囊，囊内有毒液和蜷曲的刺丝，上端有触觉刺针。在内胚层里，有很多腺细胞。腺细胞能分泌蛋白质酶到消化腔，将捕获物初步消化，即细胞外消化。此外，内皮肌细胞还能用鞭毛卷住初步消化的食物颗粒，并伸出伪足吞噬到细胞里消化，即细胞内消化。水螅兼营无性和有性生殖。生活条件良好时，经常进行无性出芽繁殖，秋后进行有性生殖。水螅大多数是雌雄异体，少数雌雄同体。精巢在靠口的体壁上，卵巢生在下半部。它们不同时成熟，因此是异体受精。腔肠动物靠神经网传导刺激。其他腔肠动物有珊瑚、水母等。

2．扇形动物门——涡虫

涡虫是扁形动物的代表，属涡虫纲。涡虫的身体两侧对称，有前后、左右、腹背的区别。涡虫的身体除内胚层和外胚层外，出现了中胚层，这是重大的进化。涡虫有排泄系统，呈两条带分支的网络状排泄管。分支的末端被扇形动物所特有的焰细胞封闭，焰细胞中空，由焰细胞向着排泄管的方向伸出一束纤毛，不断摆动犹如火焰。焰细胞除了排泄废物外，也调节体内水分的平衡。涡虫具有梯状神经系统。涡虫是雌雄同体、异体受精的动物。涡虫具有极强的再生能力。其他的扁形动物有猪肉绦虫、血吸虫，它们都属于寄生的扁形动物。

3．线形动物门——人蛔虫

人蛔虫是线形动物的代表，属线形纲、蛔虫科。蛔虫外胚层发育成体表的上皮组织，能分泌一层有弹性的角质膜，起保护作用，角质膜只能随着身体的生长有限增长，因此蛔虫和其他线形动物都有周期性的蜕皮现象。蛔虫和其他线形动物都只有纵肌，没有环肌。该门动物有了口与肛门的分化。线形动物在体壁和消化管之间，从前到后发展了一个空腔，以容纳发达的生殖器官，这就是假体腔。这种体腔，是中胚层跟内胚层之间的空腔，实质相当于胚胎时期的囊胚胜，与高等动物在中胚层中发育的体腔有区别，因此叫初生体腔（假体胶）。假体腔是线形动物所特有的。其他线形动物有钩虫等。

4．环节动物门——蚯蚓

蚯蚓即环毛蚓，属环节动物门、寡毛纲。蚯蚓的体胶是中胚层发育出来的空腔，四周被体壁内侧和消化道外侧的体腔膜所包围，体壁和消化道壁都有发达的肌肉层，各个环节之间都有隔膜，是一切高等动物的次生体腔，即真体腔。蚯蚓体壁的肌肉层有环肌和纵肌，每一体节的表面都有一圈粗而短的刚毛。蚯蚓有专门的循环系统，它由心脏、血管和微血管组成，是封闭式循环系统。蚯蚓的排泄系统是分布在每一体节里的小肾管。蚯蚓的中枢神经系统呈链状，它由咽上神经节、围咽神经节、咽下神经节和腹神经素组成。蚯蚓雌雄同体，异体受精。其他环节动物有蛙、沙蚕等。

5．软体动物门——河蚌

河蚌是软体动物门的代表，属瓣鳃纲。河蚌的循环系统是开放式的循环系统。河蚌的神经系统有脑神经节、内脏神经节和足神经节，神经节之间有神经链。河蚌是雌雄异体的动物。其他软体动物有腹足纲的蜗牛、头足纲的乌贼等。

6．节肢动物门

节肢动物是数量和种类最多的一个门。节肢动物身体两侧对称，分节，有三胚层和真体腔，体节进一步分化成头、胸、腹等部，附肢高度特化，肢体被有甲壳质外骨骼，这种外骨骼不能随身体生长，要借助于周期性蜕壳，节肢动物神经系统比较发达，在感觉器官中值得注意的是眼的发展。呼吸器官有鳃、气管、书肺，也有身体表皮具有呼吸能力的。生殖方式大都是雌雄异体，卵生，也有卵胎生、孤雌生殖和幼体生殖的。

7．棘皮动物门——海星

海星属海星纲，体形辐射对称，由中央体盘发出5个或5个以上的腕。海星体表有许多棘状突起，这是中胚层产生的钙质骨骼与外胚层产生的体表结合形成的，所以叫棘皮。海星体内有棘皮动物特有的水管系。管足末端靠水管系的液压起到吸盘作用，能吸住物体。海星雌雄异体，卵在水中受精，并发育成幼虫，幼虫两侧对称，营浮游生活。成熟后，沉入水底固着生活、经变态，发育成辐射对称的小海星。其他棘皮动物有海胆、海参等。

二、脊椎动物亚门的主要特征

脊椎动物是脊索动物门的一个亚门，而脊索动物门则是动物界最高等的一门动物。

脊索动物有脊索、背神经管和鳃裂。它们可分为半索动物亚门（常见的有柱头虫）、尾索动物亚门（常见的有柄海鞘）、头索动物亚门（常见的有文昌鱼）和脊索动物亚门四个门。

脊椎动物体内有由脊椎骨相连的脊柱，体形左右对称，一般分头、躯干和尾三部分，躯干有附肢，水生动物有鳍，有发达的头骨。这类动物进化最高等，和人类关系最密切，主要包括鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲。它们的主要特征如下表所示。

鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲的特征比较

三、脊椎动物身体的主要结构和功能

1．脊椎动物的体态对环境的适应

脊椎动物的身体表现为两侧对称，在典型的种类，身体可分为四部分，即头部、颈部、躯干部和尾部。头部明显，为脑、感觉器官（眼、耳、鼻等）和摄食器官（上下颌）的所在地，有利于捕食或逃避敌害。颈部是陆生脊椎动物的特征。尾部紧接在躯干部之后，这两部的分界处就是肛门。肛后尾是脊索动物的特征之一。

2．脊椎动物的皮肤

皮肤系统有保护、调节体温、呼吸、感觉、运动、排泄和分泌等功能。现存的圆口纲，皮肤裸露，在表皮细胞之间有一些单细胞腺体，能分泌粘液，保持身体粘滑，有利于游动。

软骨鱼的循鳞是最原始的鳞片，由真皮和表皮共同衍生。一般硬骨鱼则具有真皮性的骨质鳞片。

两栖纲皮肤裸露，粘液腺也多，既可保持体表的润湿，又有助于皮肤的呼吸，两栖类的皮肤中大多有毒腺。

爬行纲是第一类真正适应陆生的脊椎动物。爬行类的表皮性角质鳞甲对于防止体内水分的散失起重要作用。

鸟类的羽毛和哺乳类的毛都是表皮的衍生物，在鸟类还有少量的角质鳞，在哺乳类还有鳞、爪、角、蹄、趾甲等。

3．脊椎动物的骨骼系统

脊椎动物的骨骼主要是指它的内骨骼而言，和软体动物及节肢动物的骨骼，在特性上完全相反。第一，节肢动物等的骨骼在身体的外部，把身体包着，所以叫外骨骼；脊椎动物的骨骼则在身体的内部，所以叫内骨骼。第二，节肢动物等的外骨骼，由细胞的分泌物构成，其中没有活物质，是死物；脊椎动物的内骨骼，由活细胞构成，是活的物质。

脊椎动物的内骨骼可以分为软骨和硬骨。软骨是低等脊椎动物（圆口类、软骨鱼类等）的骨骼组织。硬骨是绝大部分脊椎动物骨骼的主要部分。脊椎动物的骨骼系统可分中轴骨骼和附肢骨骼，中轴骨骼包括头骨、脊柱、肋骨和胸骨；附肢骨骼包括带骨和肢骨。头骨包括脑颅和咽颅两部分，咽颅由一系列咽弓组成，咽弓数目一般为七对，在进化过程中趋向减少。脊柱由脊椎组成，一个典型的脊椎由椎体、横突、椎弓、推棘、关节突起等五部分组成。鱼类的脊柱只包含体椎和尾椎两种，两栖类脊柱包含颈、体、荐、尾椎四种。爬行类脊柱的种类为颈、胸、腰、荐、尾椎五种。鸟类脊椎高度特化，颈椎呈鞍状椎骨型，最后一个胸椎又与腰椎、荐椎、部分尾推一起愈合起来构成鸟特有的愈合荐骨，是后肢的强有力的支持物。哺乳类的脊椎也是五种。鱼类没有胸骨，从两栖类开始才有胸骨出现。

4．脊椎动物的消化系统

鱼类、两栖类和爬行类的口中，一般都有许多小而尖锐的牙齿，形态构造简单。现存的鸟类都没有牙齿，用角质的喙啄取食物。哺乳动物的牙齿为异形齿，并且各种哺乳动物的齿式是恒定不变的。可作为哺乳类分类的依据之一。

鸟类的胃分为两部分：位置在前的称腺胃（前胃），位置在后的称肌胃（砂囊）。腺胃分泌消化液，肌胃借助鸟类的砂粒来磨碎食物。哺乳动物的反刍类，具有复胃，如牛胃可分为瘤胃、蜂巢胃（网胃）、瓣胃和皱胃，其中皱胃才是真正的胃。

5．脊椎动物的呼吸系统

脊椎动物的呼吸器官有两种类型：水生的种类是鳃，陆生的种类肺。不论是鳃或肺或某些辅助结构，作为一个呼吸器官，至少必须具两个基本条件：一是要有一层总面积比较大的薄膜，经常保持湿润，呼吸的气体（氧和二氧化碳）得以顺畅地在膜间通过；二是要有丰富的血管网，保证气体交换的充分进行。

鱼类的鳃位于咽部，发生于咽部的鳃裂。鳃裂的前后壁表皮形成许多鳃丝，组成鳃瓣，其间充满了微血管。

低等两栖类（如某些有尾目）和蝌蚪（无尾目的幼体）也都用鳃呼吸，两栖类的肺构造极为简单。从爬行类开始出现了胸廓，爬行类的肺较两栖类的肺有更大的进步。肺内隔层增多，面积增大。鸟类和哺乳类的肺，发达程度更高。鸟类的肺与鸟类特有的适应飞翔的薄膜结构——气囊相通连，完成鸟类所特有的“双重呼吸”。哺乳类的肺结构最复杂，与鼻、鼻咽、咽、喉、声门、气管、支气管、细支气管、肺泡等组成标准的陆生脊椎动物的呼吸系统。哺乳类的胸腔中出现了肌肉质的横膈膜，这是哺乳类动物的特征之一。

6．脊椎动物的循环系统

鱼类的心脏有一心房和一心室。连接心房的有一个静脉窦，连接心室的有一个动脉圆锥或动脉球。心脏的血完全是缺氧血，循环途径只有一条，是单循环。两栖动物的幼体蝌蚪，在没有发生变态以前，其循环系统也和水生的鳃呼吸脊椎动物相似。

从两栖类开始，陆生脊椎动物的血液循环为双循环（包括体循环和肺循环）。两栖类和爬行类的血液循环属于不完全的双循环。鸟类和哺乳类属于完全的双循环。

脊椎动物的血管系统包括两部分：一部分是动脉系统，把血液从心脏运至各器官组织，总的流向是离心的；另一部分是静脉系统，把血液从各器官组织运回心脏，总的流向是向心的。动脉系统中最显著的变化是动脉弓。一般的软骨鱼类如鲨鱼，腹大动脉前行，分出五对动脉弓，每对都有入鳃和出鳃动脉。硬骨鱼类为四对，两栖类的蝌蚪时期仍四对动脉引到变态为成体蛙时，第一对动脉弓转变为颈动脉，第二对转变为背大动脉，第三对消失，第四对转变为肺皮动脉。爬行类的四对动脉弓的转变与两栖类基本相同。鸟类的左侧体动脉弓完全退化，哺乳类的右侧体动脉弓完全退化。静脉系统中，两栖类与爬行类的静脉系统相似，但爬行类的肾门静脉显示退化。肾门静脉在鸟类更加退化，在哺乳类则完全消失。

7．脊椎动物的排泄系统

脊椎动物的排泄系统，其主要部分为一对发达的肾脏。从低等种类到高等种类，肾脏可分为三种类型：

（l）前肾 脊椎动物在胚胎期间都有前肾出现，但只在鱼类和两栖类的胚胎中，前肾才有作用。圆口纲的盲鳗仍用此种肾脏作为排泄器官。前肾位于身体前端，由许多排泄小管的一端开口于体腔，在开口处小管膨大为漏斗状，其上有纤毛，就是肾口，可以直接收集体腔内的排泄物。在肾口的附近具有由血管丛形成的血管球，它们用滤过血液的方法，把血中废物排出。排泄小管的另一端与一总管相通，这个总管称为前肾导管，管末通体外。

（2）中肾 它是鱼类和两栖类胚胎期以后的排泄器官，位于前肾的前方。排泄小管的肾口显出退化，一部分肾口甚至完全退化，不能直接与体腔相通。靠近肾口的排泄小管壁，膨大内陷，成为一个双层的囊状构造，称为肾球囊，把血管球包人其中，共同形成一个肾小体。肾小体和它的排泄管一起构成泌尿机能的一个基本结构，称为肾单位。在中肾阶段，原来的前肾导管纵裂为二，其一为中肾导管，在雄性动物体内兼有输精的作用；另一管在雄体内已退化，在雌体内则演化为输卵管（或称牟勒氏管）。

（3）后肾 是羊膜动物胚胎期以后的排泄器官，其位置在体腔的后部。后肾的排泄小管前端只有肾小体，肾口已完全消失。各排泄小管汇集尿液一起通入后肾导管（也常称输导管）。此管是由中肾导管基部生出的突起，向前延伸，各和一个后肾连接而成。后肾发生后，中肾和中肾导管都失去了泌尿的功能。中肾导管完全成为输精管，一部分遗留下来的中肾排泄小管则形成附睾等构造。

8．脊椎动物的生殖

脊椎动物一般都是雌雄异体，雌体生殖系统主要包括卵巢和输卵管。卵巢和输卵管不直接相连（除硬骨鱼外），在哺乳动物输卵管分化为喇叭管、子宫和阴道等部分。鸟类的卵巢和输卵管一般只是左侧的特别发达，右侧的已退化。雄性生殖系统主要包括精巢（睾丸）和输精管。

动物的受精卵在母体外发育的现象，称为卵生；受精卵在母体内发育兼从母体获得养料的现象，称为胎生；受精卵只在母体内发育，并不从母体组织吸收养料，则称为卵胎生。

圆口类、鱼类及两栖类这三纲动物，在胚胎的腹面有数量较多的卵黄，包在卵黄囊中。爬行类、鸟类和哺乳类的胚胎除具有卵黄囊之外，还有尿膜及羊膜，所以被称为羊膜动物。羊膜包着胚胎，使之生活于羊水之中，这样既保持了胚胎发育所需要的水环境，又能防止震荡。同时，羊膜动物能用羊水代替天然水，就使爬行类以上的动物的种族繁殖摆脱了水的限制，为陆生脊椎动物适应陆地环境创造了良好条件，增强了陆地生活的能力。

第三节 微生物类群的多样性

【知识概要】

一、原核微生物的类群

原核微生物主要是细菌和放线菌，此外还有立克次氏体、衣原体、支原体和蓝细菌等。

1．细菌形态有三型，细菌细胞由细胞壁（主要成分为肽聚糖）、细胞膜、细胞质（核糖体为70S），遗传物质DNA所在的核区等构成。有的细菌有荚膜，有的细菌有鞭毛和纤毛，有的细菌能形成芽饱和伴孢晶体。细菌多为异养型，营腐生或寄生生活，少数为光能或化能自养型；主要通过二分裂法进行繁殖；在自然界物质循环中起重要作用，有于人类有利，有些有害。

2．放线菌是介于细菌与丝状真菌之间、与细菌相类似的一类单细胞原核生物，它的菌体是由分枝的菌丝组成。链霉菌的菌丝有气生菌丝和基质菌丝之分。放线菌多营腐生生活。进行有氧呼吸；主要通过无性孢子进行繁殖；是抗菌素的主要产生菌，与人类关系密切。

3．立克次氏体是介于细菌和病毒之间的一类微生物，专性细胞内寄生。有细胞结构，具有DNA和RNA两种核酸。与细菌结构相似。为二分裂法进行繁殖。在立克次氏体中有不少病原菌，通过媒介感染人和动物，与人类关系较密切。

4．衣原体是介于立克次氏体与病毒之间的、属性能量寄生的微生物。有细胞结构，含DNA和RNA两种核酸。衣原体不通过媒介可直接侵入宿主细胞。感染鸟类、哺乳动物和人类。行二分裂法繁殖。

5．支原体是介于细菌与立克次氏体之间的微生物。是已知的可以自由生活的最小的生物。它有细胞结构，但无细胞壁，却对渗透具有抗性。含有DNA和RNA两种核酸。行分裂生殖成出芽生殖。肺炎支原体能引起人的非典型性肺炎。

6．蓝藻又称蓝细菌，它是含有叶绿素a，能进行放氧性的光合作用的原核生物，主要行分裂生殖。

二、真核微生物的类群

真核微生物包括真菌、单细胞藻类和原生生物。

1．真菌在形态结构上除少数为单细胞外，都是由菌丝（无隔或有隔）相互交错形成的菌丝体。细胞都有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、细胞器和内含物，细胞壁中无肽聚糖；细胞膜常有固醇；核糖体为80S；细胞核中有染色体；代谢类型多为腐生，以无性或有性孢子生殖为主。与人类关系密切，如酵母菌、霉菌、蘑菇、木耳和灵芝等。

2．单细胞藻类为真核生物中最低等的类群，一般分为四门：甲藻门、金藻门、裸藻门、粘菌门。其中：甲藻细胞壁由纤维素组成。DNA不与组蛋白相结合，有细胞核。硅藻细胞壁不含纤维素，通常含硅化物，眼虫藻细胞无细胞壁，兼自养和异养两种方式。

3．原生动物是一群营异养方式的单细胞动物，分三纲：肉足虫纲、纤毛虫纲和孢子虫纲。

三、病毒和类病毒

1．病毒是一类只含DNA或RNA的分子生物，具有高度的寄生性，只能在活细胞内以核酸复制的方式增殖，没有细胞结构，没有核糖体，不含与能量代谢有关的酶，在活体外没有生命特征。病毒的核酸结构多样，有DNA或RNA，单链或双链，线状或环状，侵染性或非浸染性等多种。大部分病毒的遗传信息贮存在DNA中，但也有些病毒以DNA为遗传物质。

病毒转录m RNA的途径随病毒核酸结构而异，共有下列6种：

（l）含双链DNA的病毒直接转录mRNA：

（±）DNA→mRNA

（2）含单链（＋）DNA的病毒先合成双链DNA后再转录成mRNA：

（＋）DNA→（±）DNA→m RNA

（3）含双链RNA的病毒可直接转录。RNA：

（±）RNA→mRNA

（4）含单链（＋）RNA的病毒先合成单链（－）RNA后再转录mRNA：

（＋）RNA→（－）RNA→mRNA

（5）含单链（－）RNA的病毒直接转录m RNA：

（－）RNA→m RNA

（6）含单链（＋）RNA的反转录病毒先复制成（－）DNA，后合成（±）DNA再转录成m RNA：

（＋）RNA→（－）DNA→（±）DNA→ m RNA

2．类病毒是一类裸露的浸染性核酸分子，是迄今人类发现的最小生命体。

第九章 生物与环境

第一节 生物与环境的相互关系

【知识概要】

一、生态因素对生物的影响

1．生态因素的概念

环境中影响生物的形态、生理和分布等的因素叫做生态因素。生态因素包括非生物因素和生物因素。

2．非生物因素对生物的影响

（1）阳光

①阳光是绿色植物进行光合作用的必要条件。

②光照强度影响植物的生长。

③不同波长的光对植物的意义不同。

波长0.4μm～0.7μm的光是绿色植物的光合作用能够吸收的光波范围，也是一般动物视觉器官所能感受的光波范围。波长0.7μm以上的红外光能够产生热量，以提高环境的温度。波长0.4μm以下的紫外光对生物具有杀伤作用，并可诱发突变和畸形。但紫外光是动物和人合成维生素D的动力。

④日照时间的长短能够影响动物的繁殖活动和生活节律。

（2）温度

生物体的新陈代谢需要在适宜的温度范围内进行；极端温度对生物的分布有着重要影响；极端温度能够影响生物的生长和发育；生命所能忍受的温度范围：有些原生动物能够忍受－190℃的低温，有些细菌和蓝绿藻能抵抗100℃的高温，北极鱼能终年在l℃～2℃冰水中生活。

温度系数（Q10定律） 动物的新陈代谢（生化反应）速度，随温度上升而加快，这种温度与反应速度的关系称做温度系数，它可以用下面的公式来表示：

Q10＝（V2/V1）10/（t

Q10即温度系数，表示温度每增高10℃，反应速度增加的倍数。

V1、V2为反应速度，t1、t2为相对温度。

（3）水

①水是一切生命活动和生化过程的基本物质。

②水分多或少都会对生物的生长发育有明显的影响。

③在一定地区，一年中的降水总量和雨季的分布，是限制陆地生物分布的主要因素。

④湿度常用的三种指标。

绝对湿度：在单位体积容器中，水蒸气所含的实际量。通常用g/rn3表示。

相对湿度：容器中水蒸气的实际含量和同一湿度下饱和含量之比。通常用百分率来表示。

饱和差：某一温度下的饱和湿度和实际的绝对湿度之差。

3．生物因素对生物的影响

（1）种内关系：同种生物的不同个体或群体之间的关系。

①种内互助。

②种内斗争：同种个体之间由于食物、栖所或其他生活条件的矛盾而发生斗争的现象。

（2）种间关系：不同种生物之间的关系。

①互利共生：两种生物共同生活在一起相互依赖，彼此有利。

②寄生：一种生物生活于另一种生物体内或体表，并从后者获得养物及生活条件的现象。

③竞争：两种生物生活在一起，相互争夺资源、空间以及其他生存条件的现象。

④捕食：一种生物以另一种生物为食物的现象。

二、生物对环境的适应与影响

l．适应的普遍性

（1）植物的根、茎、叶、花、果实和种子等器官都具有明显的适应性特征。

（2）动物在形态、结构、生理和行为等方面有许多适应性特征。

（3）生物在外形上具有明显的适应环境的特征：

保护色：动物适应栖息环境而具有的与环境色彩相似的体色。

警戒色：某些有恶臭或毒刺的动物所具有的鲜艳色彩和斑纹。

拟态：某些生物的外表形态或色泽斑，与其他生物或非生物异常似的状态。

2．适应的相对性

（1）生物对环境的适应只是在一定程度上的适应。

（2）环境条件的不断变化对生物的适应性也有影响。

3．生物对环境的影响

（1）某种生物的数量和分布等对环境中其他生物产生的影响。

（2）生物的生命活动对无机环境有影响。

第二节 种群和生物群落

一.种群

自然种群是一定的时间和空间内的同种个体的集合群或自然组合。

1．种群密度

种群密度是指单位空间内某个种群个体总数或生物量。它的统计可有两类方法：

（1）实际密度的测定方法

单位面积的个体数即实际密度。可以用总数调查和取样调查等不同的方法进行测定。

总数调查普查法：是计算某地段中某种生物的全部存活个体数的方法。如鸟、鼠可采取数巢穴的方法，人的总数统计则进行人口普查。

取样调查法：是通过计算某地段中（样方）的生物，从而估计整体数的一种方法。

（2）相对密度的估计方法

相对密度表示的是相对数量。动物的调查中常用的有粪堆、鸣叫声、动物活动所形成的土丘、洞穴、巢、蛹等进行估计，也可根据毛皮收购数量、拖网的捕捞量进行数目估计。在植物的调查中用频率、丰度、盖度等进行种群数量的估计。

2．种群的空间分布格局

种群的空间分布格局是种内个体在其生存环境空间中的配置方式。主要有均匀分布、随机分布和集群分布等形式。

（1）均匀分布：均匀分布是种群内各个体的分布是等距离的。这主要是由于种群的成员之间激烈竞争所引起的。如肥水池塘开始培肥时条件一致，浮游生物的分布是均匀分布；植物中，森林树木为争夺树冠、报部空间所进行的激烈竞争常导致均匀分布。

（2）随机分布：种群中每个个体在任一空间的分布概率相等的现象是随机分布。随机分布的现象在自然界中是十分罕见的，只有在资源，如食物、空间都分布均匀时，成员间相互作用并不导致任何形式的吸引和排斥时才会有随机分布。如面粉内拟谷盗的分布是随机分布，森林底层中一些脊椎动物的分布是随机分布。

（3）集群分布：种群的个体集中于一特定区的几个点上是集群分布。自然界中生物的空间分布大多属于集群分布。它是动植物对付环境差异的结果，造成这种分布的原因可能有资源分布不均，以母体为扩散中心等。

3．自然种群的数量变动与对策

种群研究的核心问题是种群的数量变动。种群中的个体有出生和死亡、迁入和迁出，因此，种群的数量是经常变化的。下面主要分析存活曲线、种群的增长等问题。

（1）存活曲线：存活曲线是表示一个种群在一定时期内的存活量的指标，也是衡量种群增长的基本参数。存活曲线一般有三种类型（如下图所示）。

第Ⅰ型存活曲线所代表的生物，它们早年活动期死亡率极低，晚年在达到生理年龄的最大值时，在很短的期限内一齐死亡。人类和许多哺乳动物的存活曲线很接近这一类。

第Ⅱ型存活曲线代表的一类生物，它在整个生命周期内，死亡率基本稳定，如水螅、某些鸟类及小型哺乳动物较接近这一类。

第Ⅲ型存活曲线代表的的生物，它们在幼龄阶段有极高的死亡率，一旦过了危险期，死亡率变得很低，而且稳定，许多无脊椎动物和低等脊椎动物属于这一型。如青蛙一次产卵很多，卵在早期发育中的死亡和蝌蚪大量被捕食，曲线迅速下降。一些蝌蚪闯过早期，变成成蛙，就能存活多年。

根据存活曲线的研究，可以看出各种动物种群最易受害的年龄。通过人为的控制这一阶段，就能达到有效控制种群数量的目的。

存活曲线图 “J”形曲线

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示三种类型曲线

（2）种群的增长（见上图所示）①种群增长的“J”型（又称指数增长）曲线

在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量往往会连续增长。以某种动物为例，假定种群的数量为N0，年增长率（指第二年的种群数量除以第一年的种群数量所得的倍数）为λ，该种群每年的增长率都保持不变，那么，一年后该种群的数量应为：

N1＝N0λ；

二年后该种群的数量应为

N2＝N1λ＝N0λ2；

n年后则应为Nn＝N0λn。

如果绘成曲线图，种群的增长就会呈“J”型曲。线种群迁入一个新环境后，常常在一定时期内出现“J”增长。但更多的时候，它并不是种群增长的实际状况，而是反映了种群增长的潜力。

②种群增长的“S”型（又称阻滞增长或逻辑斯蒂增长）曲线

在自然界中，环境条件是有限的，因此，种群不可能按照“J”型曲线无限增长。当种群在一个有限的环境中增长时，随着种群密度的上升，个体间对有限的空间、食物和其他生活条件的种内竞争必将加剧，以该种群为食的抗食者的数量也会增加，这就会使这个种群的出生率降低，死亡率增高，从而使种群数量的增长率下降。当种群数量达到环境条件所允许的最大值时，种群数量将停止增长，有时会在这个水平保持相对稳定。这种增长方式用坐标图表示出来就会呈“S”型曲线（见下图所示）。

“S”形曲线

两种生长曲线的差异说明，在种群生长的环境中存在着限制种群增长的因素，即存在一种阻力，称为环境阻力。这些因素可能是有限的食物、可能是废物的积累、可能是环境条件的变化，也可能是种内或种间的相互作用等。

影响种群个体数量的因素是很多的。某些能限制或控制种群数量的因素，其作用强度随种群密度而变化，称为密度制约因素。如物种的竞争在密度大的种群中程度比较强大，对种群数量的影响也较大，反之则较小。有些因素在种群达到一定水平时起限制种群数量的作用，但它的作用强度和种群密度无关。气候因素就是这样，如刮风、下雨、降雪、气温都会对种群的数量产生影响，但这些因素起多大作用与种群密度无关。无论是密度制约因素还是非密度制约因素，它们都通过单个地或联合地影响种群的出生率、死亡率或迁移率而起控制种群数量的作用。

（3）种群对数量变动的适应对策

种群的适应对策是种群适应生存环境而表现出来的生态生物学特性。根据适应方式可分为形态对策、生殖对策、生理对策和生态对策。这里主要介绍生态对策，包括两类：K对策和r对策。

K一对策：气候稳定的系统，如热带雨林，物种数量接近于环境容纳量的水平，与逻辑斯蒂增长模型中K值接近，故称K对策。其特点是：寿命长，个体大死亡率较低，生殖力弱，亲代对子代有效地保护，但缺乏有效的散布方式。K对策种群的死亡率主要由与种群密度相关的因素引起。K对策生物在新环境中定居能力较差，它常出现在群落演替的晚期。大部分脊椎动物属于K对策者。

r一对策：气候条件多变的系统中，种群密度常处于增长状态，是高增长率（r）的，故称r一对策。其特点是寿命短，个体小，死亡率高，生育时间早且生殖率高，发有快。往往是临时性生态环境的占据者，常常出现在群落演替的早期。其种群的死亡率主要由环境变化引起，与种群密度无关。绝大部分无脊椎动物属r对策者

二、生物群落的结构

1．空间结构：垂直结构和水平结构。

2．时间格局：昼夜相、季节相。

三、生物群落的演替

1．演替的类型

（1）按发生的地方分

①初级演替：在一个起初没有生命的地方开始发生的演替。

②次级演替：在原来有生物群落存在，后来由于多种原因使原有群落消亡或受到严重破坏的地方开始的演替。

（2）按代谢特征分

①自养性演替 ②异养性演替

2．演替的过程

（1）裸岩上发生的演替：裸岩→地衣→苔藓→草本植物→灌木→森林

（2）弃耕农田上发生的演替：l年生杂草→多年生杂草→灌木→乔木林

第三节 生态系统

【知识概要】

一、生态系统的概念 生物群落与它的无机环境相互作用而形成有机整体。

二、生态系统的类型

三、生物圈与人类

生物圈是指地球上的全部生物和它们的无机环境的总和。在空间位置上包括大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部。

整个生物圈在结构和功能上是一个整体，它是地球上最大的生态系统。

人类是生物圈中的成员，人类对自然环境的破坏威胁着生物圈的稳定和繁荣。1971年联合国教科文组织制定了“人与生物圈”的研究计划。我国是“人与生物圈”组织的理事国，在研究和保护生物圈方面做了大量工作。

四、生态系统的成分

1．非生物的物质和能量：阳光、热能、空气、水分和无机盐等。

2．生产者 植物、硝化细菌

3．消费者

（1）初级消费者：直接以绿色植物为食的植食性动物。

（2）次级消费者：以植食性动物为食的肉食性动物。

（3）三级消费者：以次级消费者为食的肉食性动物。

4．分解者：腐生细菌和真菌。

五、生态系统的营养结构

1．食物链

在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。

腐食食物链是专门以死亡生物为营养对象所形成的食物链，如植物的枯枝、败叶→纤维分解细菌→氨化细菌。

捕食食物链又叫活食链。如草→蚱蜢→田鼠→猫头鹰。其中草是生产者，蚱蜢是一级消费者，田鼠是二级消费者，猫头鹰是三级消费者。能量沿着食物链途径流动。

寄生食物链，如哺乳动物和鸟类→跳虱→原生动物→细菌→病毒，由于相互关系，形成了五个等级的食物链。

2．营养级

生物链中的生产者是第一营养级，初级消费者是第二营养级，次级消费者是第三营养级或更高营养级。

3．食物网

在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接的复杂营养关系叫做食物网。

生态系统的营养关系结构愈复杂，生态系统愈稳定。

六、生态环境的能量流动

1．能量流动的过程

2．能量流动的方向

生态系统的能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面各营养级，既不能够逆向流动，也不能够循环流动。

3．能量流动的效率

能量流动过程中，逐级减少，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10％～20％。

4．能量金字塔

单位时间内各营养级的能量值绘成的能量锥体呈金字塔形，叫做能量金字塔。在一个生态系统中，营养级越多，能量流动过程中消耗的能量越多。

5．研究能量流动的意义

合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类有益的部分。

七、生态系统中的物质循环

1．物质循环的概念

生态系统中的物质循环是指组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等化学元素，在生态系统的生物群落与无机环境之间所形成的反复的循环运动。主要有碳循环、水循环、氮循环。

（1）水循环

地球上的水是通过气体形式而循环的，循环动力是太阳能，大气是全球水循环的关键因素。水循环的主要途径有三条：①由于阳光照射，江、河、湖、海和土壤中的一部分水变成水蒸气，进入大气。②植物的蒸腾作用和动物体表蒸发出来的水分进入大气中。 ③大气中的水蒸气遇冷，以雨、雪等形式回到地面。

（2）碳循环

碳是一切有机物的基本成分，没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间以二氧化碳的形式进行循环。碳循环的主要途径为：①绿色植物通过光合作用固定大气中的CO2。②绿色植物合成碳有机物通过食物链转移到食草动物和食肉动物体内。③动、植物通过呼吸作用，把CO2放回大气中。④动物的排泄物、动植物的遗体被分解者利用，分解后产生的O飞也返回大气。⑤人类燃烧化石燃料，使大量地进人大气，从而使贮存于地层中的碳加入到碳循环中。

（3）氮循环

氮是构成蛋白质的基本元素之一。在大气中，氮的含量约占79％，但绝大多数生物不能直接利用大气中的氮。只有通过固氮作用，即把氮和氧结合成硝酸盐和亚硝酸盐，或使氮和氢结合成氨，才能被植物利用。固氮作用通常有三条途径：

①大气固氮：氮的化学性质很不活泼，但在闪电和宇宙射线产生的高能作用下可分别与氧和红结合成硝酸盐和氨，并随着雨水降到地面。

②生物固氮：与豆科植物共生的根瘤菌有固氮功能，某些种类的蓝绿藻也能固氮。

③工业固氮：通过工业生产而固氮是人类开辟的固氮途径。氮循环的基本过程（如下图所示）。

2．物质循环和能量流动的关系

两者同时进行相互依存、不可分割。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。

第十章 生态环境的保护

第一节 野生生物资源及保护

【知识概要】

一、野生生物资源的价值

1．野生生物在维系生态系统的稳定性方面有重要作用。

2．野生生物体的各种器官和生理功能，可以给科学技术的发明创造以重要启示。

3．野生生物资源是培育农作物和家畜、家禽新品种不可缺少的基因库。

4．不少野生生物都可以入药。

5．许多野生生物是重要的工业原料。

6．许多野生生物有很高的观赏价值。

二、野生生物资源的现状

1．野生生物资源的生存面临着威胁

到2000年时世界上可能每年就有一种鸟灭绝。

到20世纪末全世界有50万至上百万个物种将要灭绝。

我国某地的野生稻种群在1964年到80年代末的二十多年间从24个种群减少到1个种群。

我国现有占总物种15％～20％的动植物生存受到威胁。

2．野生生物资源减少的原因

（1）野生生物生存环境的改变和破坏

森林超量砍伐，草原过度放牧，草原大量开垦，不合理的围湖造田等都是导致野生生物生存环境遭到破坏，从而影响他们的生存。

（2）掠夺式的开发利用

滥捕乱猎和滥砍乱伐使野生生物资源明显减少。

（3）环境污染

三、野生生物资源的保护

1．加强法制管理

（1）我国相继颁布了《中华人民共和国森林法》、《中华人民共和国草原法》、《中华人民共和国渔业法》、《中华人民共和国野生动物保护法》和《中国自然保护纲要》等。

（2）公布我国一、二类保护动、植物名录。

2．建立自然保护区

（1）自然保护区的概念

自然保护区是指为了自然保护的目的，把包含保护对象在内的一定面积的陆地或水体划分出来进行特殊保护和管理的区域。

（2）我国著名的自然保护区

①为了保护大熊猫和金丝猴等珍稀动物和它们的生存环境，在四川省建立了卧龙自然保护区和王朗自然保护区。

②为了保护斑头雁和棕头鸥等鸟类和它们的生存环境，在青海省建立了青海湖鸟岛自然保护区。

③为了保护被誉为“欧亚大陆从温带到寒极各种植被类型的缩影”的长白山温带山地系统，在吉林省建立了长白山自然保护区。

④为了保护堪称“世界罕见的物种基因库”的武夷山地区，在福建省建立了武夷山自然保护区。

（3）自然保护区的主要功能

①能够保存许多物种、各种类型的生物群落和它们赖以生存的环境。

②为开展生物科学研究提供良好的基地。

③是向人们普及生物学知识和宣传自然保护的重要场所。

四、野生生物资源的合理利用

适时地、有计划地对森林进行合理的采伐，不仅能够收取林木产品，而且有利于森林生态系统的更新；适时地、适量地捕捞海洋成鱼，不仅能够收到经济效益而且有利于鱼苗的生长发育，长久地实现渔业的高产稳产。

第二节 生态系统的保护

【知识概要】

一、生态平衡及其保持

1．生态系统稳定性的概念

生态系统的稳定性是指生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。

2．抵抗力稳定性

抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力。

生态系统中各个营养级的生物种类越多，营养结构越复杂，自动调节能力就越大，抵抗力稳定性就越高。

3．恢复力稳定性

恢复力稳定性是指生态系统遭到外界干扰因素的破坏以后，恢复原状的能力。

恢复力稳定性与抵抗力稳定性相反，抵抗力稳定性较高的生态系统，恢复力稳定性就较低。

4．生态平衡的概念

生态系统发展到一定阶段，它的生产者、消费者和分解者之间的能量流动和物质循环能够较长时间地保持着一种动态的平衡，这种平衡状态叫生态平衡。

5．保持生态平衡的意义

只有保持生态系统的生态平衡，才能从生态系统中获得持续稳定的产量，才能使人与自然和谐地发展。

二、森林生态系统的作用及保护

1．森林生态系统的特点

森林生态系统分布在潮湿或较湿润的地区，动植物种类繁多、种群密度较稳定、群落的结构复杂且长期处于稳定状态。

2．森林生态系统的作用

能够为人类提供大量的木材和许多林副业产品，对维持大气中CO2和O2含量的平衡具有重要意义。在调节气候、涵养水源、防风固沙、保持水土方面起着重要作用。

3．我国的森林资源

据第四次全国森林资源清查，我国有森林面积1.337×108km2，森林蓄积量1.01×1010m3，森林覆盖率为13.92％。

4．森林生态系统的保护

对自然林区进行合理采伐并及时进行更新；加快防护林体系建设，对疏林地进行封山育林；加强对次生林抚育改造；重视森林防火和森林病虫害的防治工作。

三、草原生态系统的作用及保护

1．草原生态系统的特点

草原生态系统分布在干旱地区，动植物种类较少，种群密度常发生剧烈变化，群落的结构不够复杂且不太稳定。

2．草原生态系统的作用

草原是畜牧业的重要生产基地，能为人们提供大量的肉、奶和皮；草原还能调节气候，防治土地被风沙侵蚀。

3．草原生态系统的保护

建立合理放牧制度，兴修草原水利，营造基本草场，种植防护林、防治草原的鼠害、虫害。

四、海洋生态系统的作用及保护

1．海洋生态系统的特点

海洋可看作是一个巨大的生态系统。海洋中的植物绝大部分是微小的浮游植物，海洋中的动物大都能在水中游动；影响海洋生物的非生物因素主要是阳光、温度和盐度。

2．海洋生态系统的作用

海洋中蕴含着丰富的资源和能源，海洋在调节全球气候方面起着重要作用。

3．海洋生态系统的保护

控制工业污水向海洋排放，不得在禁渔期捕捞，不得在禁渔区捕捞，不得以禁用渔具捕捞。

五、农田生态系统与发展生态农业

1．农田生态系统的特点

农田生态系统是人工建立的生态系统，农田中的动植物种类较少，群落的结构单一，在一定程度上需人工控制。

2．生态农业

（1）生态农业的概念

生态农业是指运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系。

（2）生态农业理论根据

通过对农业生态系统中物质的多级利用，使农业生产相互依存，相互促进，形成良性循环。

（3）生态农业的基本模式

（4）生态农业的优点

减少化肥用量，降低农业投入；收获多种产品，增加经济效益；净化环境，降低人和家畜的发病率。

六、城市生态系统及保护

1．城市生态系统的特点

城市是以人为中心的系统，城市是一个典型的人工生态系统；城市的能量和物质代谢强度都很高；城市生态的维持和生存，必须依赖于周围的多种生态系统，现代城市不能自我维持、自我调节，不是独立的生态系统。

2．城市生态系统的结构

（1）社会生态亚系统：以人口为中心，为经济系统提供劳力和智力，该系统的特征是高密度运转。能量从低质向高质的高度集中，信息从低序向高序的连续积累。

（2）经济生态亚系统：以资源为核心，该系统的特征是，物资从分散向集中的高密度运转，能量从低质向高质的高度集聚，信息从低序向高序的连续累积。

（3）自然生态亚系统：以生物结构和物理结构为中心，该系统的特征是生物与环境的协调共生，环境对城市活动的支持容纳、缓冲、净化。

3．城市生态系统的功能

（1）生产功能：为社会提供丰富的物质和信息产品；

（2）生活功能：为市民提供方便的生活条件和舒适的栖息环境；

（3）还原功能：保证城乡自然资源的持续利用和社会、经济、环境的平衡发展。

4．城市生态系统的保护

（1）限制城市人口的迅速增长

（2）控制工业三废（废气、废水、废渣）的排放

（3）解决城市缺水和水污染问题

（4）降低噪声污染

第三节 环境污染的危害和防治

【知识概要】

一、环境污染对生物的不利影响

1．酸雨对生物的危害及预防

（1）酸雨的危害

①酸雨落在植物体上直接危害植物的茎和叶片；

②酸雨污染的水体，严重威胁着鱼、虾和贝类的生存；

③使土壤溶液中的金属离子增加，从而毒害植物和土壤动物；

④酸雨抑止土壤中有机物的分解。

（2）控制酸雨的措施

二氧化硫是形成酸雨的主要污染物，治理产生二氧化硫等污染物的源头是控制酸雨的根本措施。

2．有害化学药品对生物的危害及预防

（1）富集作用的概念：是指化学农药和重金属等有毒物质，经过食物链在生物体内大量浓缩的过程。

（2）危害：化学农药被植物吸收并在植物体内积累，会对农作物及产品造成污染，这不仅妨碍农作物的正常生长，而且人畜食用后容易中毒；化学农药不仅杀灭害虫，而且往往也直接杀灭田间和水体中的多种动物。

（3）预防措施：选用高效、低毒、低残留的农药；严格按照规定，安全地、合理地使用化学农药；提倡采用以虫治虫、以菌治虫等生物预防的方法。

3．重金属对生物的危害及预防

（1）重金属对生物的危害

大部分重金属对生物的生长活动有直接毒害作用。

（2）重金属危害的预防

禁止生产和使用含有重金属的农药，做好对工业废水中重金属的回收工作。

4．富营养化对生物的危害及预防

（l）富营养化的概念：是指氮、磷等植物必须的矿物元素大量地进入水中，导致水质恶化的现象。

（2）富营养化的危害：含有氮、磷的污水排到湖泊、海湾中，使水体中藻类植物和其他浮游生物大量繁殖，这些生物死亡后被需氧微生物分解，使水体中氧含量减少，进而被厌氧的微生物分解，产生出硫化氢等有毒气体，从而造成鱼类和其他水生生物大量死亡。

（3）富营养化的预防：不让氮、磷等物质进入水体。

二、环境污染与人体健康

1．大气污染与人体健康

（1）大气化学性污染：主要的污染物是二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳等，化学性污染是慢性支气管炎、肺气肿和支气管哮喘疾病的直接原因或诱因，大气污染物中有许多致癌物质，使人若干年患癌症。

（2）大气生物性污染：主要的污染物是花粉、霉孢子和病原菌，花粉和霉孢子能够使一些人产生过敏反应。病原菌可以使人患肺结核、痢疾等传染病。

（3）大气放射性污染：污染物主要来自原子能工业放射性废弃物和医用X射线源等，容易使人患皮肤癌和白血病。

2．水污染与人体健康

（1）饮用污染的水和食用污水中的生物，能够使人中毒，甚至死亡。

（2）人畜粪便和生活垃圾等污染了水体，能够引起各种传染病及寄生虫病。

（3）一些具有致癌作用的化学物质污染水体，人长期饮用容易诱发癌症。

3．固体废弃物污染与人体健康

固体废弃物往往含有多种对人体健康不利的物质，如果不及时加以治理和利用，就会污染生态环境，对人体健康造成危害。

4．噪声污染与人体健康

噪声损伤人的听力，干扰人的睡眠，还能引发多种疾病和影响人的心理。

5．环境污染与“三致作用”

“三致作用’塔指致癌作用、致突变作用和致畸作用。

三、我国防治环境污染的对策

1．政府重视

颁布有关环境保护一系列法律，把环境保护列为一项基本国策，制定在经济发展过程中经济效益、社会效益和环境效益相统一的战略方针，各级政府分别建立专门的环境保护机构。

2．各地各单位积极防治

3．全民增强环境意识

四、生物净化

1．生物净化的概念

生物净化是指生物体通过吸收、分解和转化作用，使环境中污染物的浓度和毒性降低或消失的过程。

2．绿色植物的净化作用

（1）绿色植物能够在一定浓度范围内吸收大气中多种有害气体。

（2）绿色植物可以阻滞、吸附大气中的粉尘和放射性污染物。

（3）许多绿色植物能够分泌抗生素，杀灭空气中的病原菌。

3．微生物的净化作用

（1）微生物能将土壤中的有机农药等分解。

（2）微生物能净化污水：在氧气充足的情况下，需氧微生物能够把污水中的有机物逐级分解成二氧化碳、水及含氧的和含磷的无机盐等；在缺氧的条件下，厌氧微生物能够把污水中的有机物逐步分解成二氧化碳、甲烷和硫化氢等。

五、无公害绿色食品

1．绿色食品应具备的条件

（l）产地或产品原料产地必须符合绿色食品生态环境质量标准。

（2）生产过程必须符合绿色食品生产操作规程。

（3）产品必须由指定的部门检测，必须符合绿色食品产品标准。

（4）产品的包装、贮运必须符合绿色食品包装贮运标准。

2．绿色食品的标志

绿色食品的标志有上方的太阳，下方的叶片和中心的蓓蕾组成，标志为正圆形寓意保护，A级绿色食品标志底色为绿色，标志与标准字体均为白色；AA级绿色食品标志底色为白色，标志与标准字体均为绿色。

3．实施绿色食品工程的意义

绿色食品工程的实施，不仅能够提高我国人民的身体素质，加速我国农业和食品加工等行业的现代化，而且能够促进我国生态环境的改善。

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