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作者&投稿:佟寿 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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18世纪末、19世纪初,德国诗人、自然科学家 J.W.von歌德认为有机界的多样性是从物质的神圣统一性与第一原理衍生出来的,即由共同的原型所组成。德国自然哲学家、生物学家L.奥肯根据自然哲学思想与不确切的观察,提出由球状小泡发展成的纤毛虫是构成生命的共同单位。学者们寻找动植物原型的思想对细胞学说的提出有一定影响。  19世纪20、30年代,有些学者提出“小球”可能是植物或动植物的基本结构。其中法国生理学家H.J.迪特罗谢曾明确指出所有动植物的组织和器官都由小球构成。但是他所指的小球比较含糊,有时是细胞,有时是细胞核,也有时甚至是早期显微镜缺陷所造成的衍射圈。与此同时,有些学者开始采用消色差显微镜。1831年,英国植物学家R.布朗在兰科植物叶片表皮细胞中发现了细胞核。1835~1837年,捷克生物学家J.E.浦肯野及其学生G.G.瓦伦廷对构成动物某些组织的“小球”进行描述,并提到与植物细胞有相似性。  1838年德国植物学家M.J.施莱登发表《植物发生论》,提出只有最低等的植物,如某些藻类和真菌是由一个单细胞组成的。高等植物则是各具特色的、独立的单体即细胞的集合体;因而认为细胞是组成植物的基本生命单位。他还认为细胞的生命现象有两重性:一方面细胞是独立的,只与自身生长有关;另一方面又是附属的,是构成植物整体的一个组成部分。他研究植物的个体发育、发展了R.布朗关于细胞核的看法,认为核与细胞的产生有密切关系,并把它称为细胞形成核(cytoblast)。他描述了先由粘液颗粒长成细胞形成核,再在其表面出现小囊,逐步形成细胞的过程。他认为所有显花植物都具有共同的细胞形成规律。  德国动物学家 T.A.H.施万于 1837年10月,获悉M.J.施莱登的研究成果而受到启发,认识到从细胞核入手对论证植物细胞与动物细胞的一致性有重要意义。他于1839年出版《动植物的结构和生长一致性的显微研究》,提出了细胞学说。他通过对蝌蚪脊索细胞和不同动物软骨细胞的研究,阐述了动物细胞与植物细胞的相似性。他把动物的永久性组织分为5类,分别研究了血细胞,指甲、腱、骨、齿、肌肉、神经等,证明它们都是有核的细胞或是细胞分化的产物。他接受M.J.施莱登的观点,并发展为细胞可由细胞内或细胞间的一种无结构物质即细胞形成质(cytoblastema)产生。他根据研究结果提出一切动物和植物都是由细胞组成的,有机体的各种基本组成都有一个共同的发育原则,即细胞形成的原则,并认为细胞是生命的基本单位。一切有机体都从单个细胞开始生命活动,并随着其他细胞的形成,不断发育成长。他还明确指出细胞有两类现象,一类是塑造现象,与细胞由分子组成有关;另一类是代谢现象,与细胞本身组成成分或周围的细胞形成质中发生的化学变化有关。  细胞学说建立后的主要进展是原生质理论的建立和动植物细胞有丝分裂、减数分裂一致性的证实。继1835年法国原生动物学家F.迪雅尔丹将根足虫的内含物称为肉浆,1839年浦肯野把动物胚胎细胞内的物质,称为原生质。1844年 C.W.von内格利发现植物细胞壁内有一颗粒状的无色粘液层,同年H.von莫尔称它为原囊,1846年又称它为原生质。1850年F.J.科恩证明肉浆和植物原生质为同一物质。以后M.舒尔策于1861年证实植物和动物的原生质和最低等生物的肉浆是同一物质。  1844~1846年 C.W.von内格利和 H.von莫尔提出植物细胞通过分裂形成,但并不排除细胞游离形成。1852年,德国动物学家R.雷马克与德国病理学家R.C.菲尔肖分别明确指出动物细胞分裂的普遍性,并由R.C.菲尔肖于1855年总结提出“一切细胞来自细胞”的名言。但他们并未正确认识细胞分裂过程,而且也未完全排除细胞游离形成。直到19世纪70年代和80年代中期,通过德国植物细胞学家E.A.施特拉斯布格、德国细胞学家W.弗勒明等许多学者的努力,才正确阐明了动、植物细胞有丝分裂的过程,并证明它遵循着共同的规律。比利时胚胎学家E.van贝内登于 1883年发现马蛔虫性细胞染色体数目的减少是对于细胞减数分裂的认识的开始。后来德国动物学家H.亨金于1891年指出减数过程是染色体配对及染色体对之间的分离,并指出了脊椎动物、植物和昆虫细胞减数分裂的一致性。但是H.亨金的研究成果在当时并未得到承认。1905年英国植物学家J.B.法默和生物学家J.E.S.穆尔在总结前人工作的基础上,进一步证实了动、植物细胞减数分裂的统一性,以及两者之间的某些差异。 本文主要论点是1&2.

  生物按其结构来分,就分为三种类型,一是由真核细胞构成的真核生物;二是由原核细胞来构成的原核生物;三是没有细胞结构的病毒。所以没有细胞结构的生物就只有病毒了。

  其实病毒是一个大的范围,它还包括一个分支——亚病毒(如朊病毒就是属于亚病毒的一类),亚病毒就是比病毒结构更简单的生物。但如果从宏观来讲,也把亚病毒划在病毒学的范畴。所以对于高中生物知识来说,除了病毒外,其它的生物都是由细胞来构成的了(包括真核和原核)。
  在光学显微镜下观察植物的细胞,可以看到它的结构分为下列四个部分(图3-1-1)。


  细胞壁 位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。
  细胞膜 细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和脂类分子组成的薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过,因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。
  细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察,可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间,是磷脂双分子层,这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧,有许多球形的蛋白质分子,它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中(图3-1-2),或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,可以说,细胞膜具有一定的流动性。细胞膜的这种结构特点,对于它完成各种生理功能是非常重要的。


  细胞质 细胞膜包着的黏稠透明的物质,叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒,这些颗粒多数具有一定的结构和功能,类似生物体的各种器官,因此叫做细胞器。例如,在绿色植物的叶肉细胞中,能看到许多绿色的颗粒,这就是一种细胞器,叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。在细胞质中,往往还能看到一个或几个液泡,其中充满着液体,叫做细胞液。在成熟的植物细胞中,液泡合并为一个中央液泡,其体积占去整个细胞的大半。
  细胞质不是凝固静止的,而是缓缓地运动着的。在只具有一个中央液泡的细胞内,细胞质往往围绕液泡循环流动,这样便促进了细胞内物质的转运,也加强了细胞器之间的相互联系。细胞质运动是一种消耗能量的生命现象。细胞的生命活动越旺盛,细胞质流动越快,反之,则越慢。细胞死亡后,其细胞质的流动也就停止了。
  除叶绿体外,植物细胞中还有一些细胞器,它们具有不同的结构,执行着不同的功能,共同完成细胞的生命活动。这些细胞器的结构需用电子显微镜观察。在电镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构(图3-1-3)。


  线粒体 呈线状、粒状,故名。在线粒体上,有很多种与呼吸作用有关的颗粒,即多种呼吸酶。它是细胞进行呼吸作用的场所,通过呼吸作用,将有机物氧化分解,并释放能量,供细胞的生命活动所需,所以有人称线粒体为细胞的“发电站”或“动力工厂”。
  内质网 内质网是细胞质中由膜构成的网状管道系统。它与细胞膜相通连,对细胞内蛋白质等物质的合成和运输起着重要作用。
  核糖体 核糖体是一种颗粒状小体,多存在于内质网膜的外表面,是合成蛋白质的重要基地。
  中心体 中心体存在于动物细胞和某些低等植物细胞中,因为它的位置靠近细胞核,所以叫中心体。 中心体与细胞的有丝分裂有密切关系。

  细胞核 细胞质里含有一个近似球形的细胞核,是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央,成熟的植物细胞的细胞核,往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质,易被洋红、苏木精等碱性染料染成深色,叫做染色质。生物体用于传种接代的物质即遗传物质,就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时,染色质就变化成染色体。


  多数细胞只有一个细胞核,有些细胞含有两个或多个细胞核,如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分。核膜与内质网相通连,染色质位于核膜与核仁之间。染色质主要由蛋白质和DNA组成。DNA是一种有机物大分子,又叫脱氧核糖核酸,是生物的遗传物质。在有丝分裂时,染色体复制,DNA也随之复制为两份,平均分配到两个子细胞中,使得后代细胞染色体数目恒定,从而保证了后代遗传特性的稳定。
  动物细胞与植物细胞相比较,具有很多相似的地方,如动物细胞也具有细胞膜、细胞质、细胞核等结构。但是动物细胞与植物细胞又有一些重要的区别,如动物细胞的最外面是细胞膜,没有细胞壁;动物细胞的细胞质中不含叶绿体,也不形成中央液泡(图3-1-4)。
  总之,不论是植物还是动物,都是由细胞构成的。细胞是生物体结构和功能的基本单位


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“细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础”的命题,只要求解释细胞增殖与生物体生长的因果关系。

细胞周期是本单元知识的核心概念之一,教学时,首先让学生依据上面的图示表述细胞周期的定义,进而通过识图和分析,说出一个细胞周期的起止时间和划分的阶段。然后,教师用板书形式概括细胞周期划分的阶段及细胞分裂的方式。

间期是细胞分裂期的准备阶段。教学时,首先提示学生依据细胞周期的图解说出间期的起止时间和持续时间的长短;进而在阅读课文的基础上,用表格整理间期细胞的代谢状况。最后,让学生概述间期细胞的主要特征,以及在细胞周期中的地位。

有丝分裂是真核细胞的主要分裂方式,其知识点应包括:植物细胞有丝分裂、动物细胞有丝分裂、细胞有丝分裂的特征、细胞有丝分裂的意义。标准要求“观察细胞的有丝分裂并概述其过程”,按照这个要求,植物细胞有丝分裂的教学应先组织学生观察植物根尖细胞有丝分裂的制片,对照图片从显微镜视野中识别间期细胞和有丝分裂的各个时期细胞。在学生对植物细胞有丝分裂过程具有初步感性认识的基础上,教师再借助挂图、图片或录像等教学媒体,依次阐述有丝分裂各个时期细胞的分裂相,然后师生共同以表格的形式归纳植物细胞有丝分裂过程中发生的核、质分裂相变化。最后,组织学生独立完成制作和观察根尖临时压片,

在亲自制作的根尖临时压片中寻找和鉴别各个分期细胞的核、质分裂相。为了帮助学生理解有丝分裂中DNA和染色体的动态变化,也可以组织学生用不同颜色的塑料或橡皮泥塑成染色体,模拟染色体行为和数量的动态变化。

在细胞有丝分裂的教学过程中,组织学生制作并观察植物细胞有丝分裂装片是十分必要的,这个实验活动有助于提高学生的制作装片、显微观察和绘制生物图等基本技能。教学时,首先阐述制作洋葱根尖细胞有丝分裂临时装片的程序,进而演示制作装片的方法。然后指导学生制片和观察,并根据观察画出细胞有丝分裂各个时期的简图。

在组织学生制作并观察植物细胞有丝分裂装片时,安排一定时间让他们观察马蛔虫卵细胞分裂的制片,识别细胞两极的中心体结构和核、质分裂状况,从而为比较动物细胞有丝分裂与植物细胞的异同,归纳细胞有丝分裂的特征打下基础。

细胞有丝分裂是一个连续的过程,为了研究和揭示有丝分裂的具体过程中染色体和DNA分子的变化规律,人为地将其分为不同的时期。因此,教学中不仅要阐明分裂间期为分裂期进行着物质和能量的准备,而且还要揭示细胞分裂过程中染色体与纺锤体的动态变化及两者之间的关系,以此培养学生事物是相互联系,不断运动和发展的观点。细胞有丝分裂过程的特征可概括为:染色体复制一次后,平均地分配到两个子细胞中去,从而将亲代遗传信息传递给子代。为了强调细胞有丝分裂的重要意义,可用下面的曲线图概括细胞有丝分裂过程中DNA数量和染色体动态和数量之间的变化关系及规律。

细胞无丝分裂最主要的特征是没有出现染色体和纺锤丝的变化。教学时,结合洋葱表皮细胞或蛙蟾类红细胞无丝分裂的图解描述无丝分裂过程,首先强调细胞分裂过程也分为核分裂和质分裂,然后启发学生比较无丝分裂的核质分裂相与有丝分裂的异同,从而理解细胞无丝分裂的主要特征。

3.2 细胞分化、衰老和凋亡的教学

前面提到,细胞增殖、分化、衰老和凋亡是细胞的正常生命活动,这些生命活动是细胞的行为表现,而不能误认为是细胞发育的4个阶段。这是因为细胞凋亡不是衰老细胞的死亡,细胞凋亡与细胞增殖都是维持生物体内细胞动态平衡的基本行为。因此,本单元教学的开始,可以蛙的个体发育为实例,概述细胞增殖、分化、衰老和凋亡之间的复杂关系,如下:

本单元知识包含一系列概念,是教会学生学习概念的良好素材。高中生物的概念学习方法主要是:分析典型的正确例证,揭示一类事物的共同本质特征,进而以下定义的形式加以表述并赋予名称,最后确认概念应用的范围。因此,在细胞分化的教学中,首先借助图片、录像等媒体展示未分化的干细胞、分化的肌肉细胞、神经细胞、红细胞和胰岛分泌细胞(也可以植物细胞为例),引导学生认识到分化细胞与未分化细胞在形态、结构和功能上发生的差异,从而理解细胞分化的概念,进而列举受精卵与人体组织的发生、植物茎的形成层与木质部和韧皮部的形成等实例,使学生明确细胞分裂不仅发生在胚胎发育阶段,而且贯穿于生命个体的终生,以补充衰老和死亡的细胞。然后,以红细胞和胰岛细胞为例,阐明红细胞具有其他细胞没有的血红蛋白,胰岛细胞可分泌胰岛素,这表明分化细胞具有某种特殊的功能,这种特殊功能可以通过蛋白质表现出来,而蛋白质是基因表达的产物。由此,引导学生推理得出“细胞分化是基因在特定条件下选择性表达的结果”这一结论。

细胞全能性的原意指受精卵的分化潜能。上课前一周,要布置学生搜集有关干细胞研究进展和应用的资料。教学时,先以植物组织培养或以动物克隆为实例,说明分化的细胞仍然保持其全能性;进而用动物细胞的核移植技术进一步说明细胞核的全能性。这些实例使学生认识到分化细胞的细胞核中含有本物种的全部核基因,因此,分化细胞与受精卵一样,具有分化出各种细胞和组织,形成一个完整个体的潜能。这样,细胞全能性的定义应运而生。在此基础上,可结合图解介绍造血干细胞的培养和分化,组织学生交流有关干细胞研究进展和应用的资料,讨论研究干细胞与人类健康的关系。

细胞衰老又叫细胞老化,是指在正常情况下,随着年龄增长内稳态下降,机体组织细胞发生退行性变化并趋向死亡的不可逆现象。由于细胞衰老与个体衰老具有同步性,所以,教学时先启发学生从宏观上描述呈现衰老体态的老年人的面部特征,如老年斑、皮肤干燥和皱纹等;然后,让学生阅读课文,从微观角度初步认识衰老细胞的结构和功能的特征(如下表):

细胞凋亡是细胞发育过程中由基因引发的自动结束生命的生理过程。教学时,通过列举人体神经系统形成过程中的细胞凋亡的现象,以及健康成人的骨髓和肠黏膜上皮细胞凋亡的现象,使学生明确在胚胎发育阶段通过细胞凋亡清除多余或完成使命的分化细胞,保证胚胎发育正常;在成体发育阶段通过细胞凋亡清除衰老和病变的组织细胞,保证机体健康。因此,不能将细胞凋亡与细胞衰老而死亡混为一谈。最后,组织学生讨论如何延缓细胞衰老,关注老年人的健康问题。

3.3 细胞癌变的教学

细胞癌变的教学可以放在细胞分化部分,也可以与细胞的衰老和凋亡放在一起。学生对细胞癌变知之甚少,上课前布置他们搜集恶性肿瘤及防治方面的资料。教学可采用讨论式,让学生围绕以下问题展开讨论:什么是癌?癌细胞的主要特征是什么?细胞发生癌变的根源是什么?诱发原癌基因发生突变的因素是什么?怎样防治恶性肿瘤等等。针对上述问题开展的讨论活动,不仅有利于激发学生的兴趣和调动他们的学习主动性,而且还可以考查学生的学习能力、处理信息的能力、分析和解决问题的能力,以及他们的情感态度与价值观。

上述对“细胞的增殖、分化、衰老和凋亡”的教学构思是粗糙和肤浅的,但愿能够起到抛砖引玉的作用,深入学习和领会高中生物课程标准的精神,推动高中生物教学改革和提高生物教学质量。


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