生物知识结构网络.docx

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生物知识结构网络

生物知识结构网络

第一单元生命的物质基础和结构基础

（细胞中的化合物、细胞的结构和功能、细胞增殖、分化、癌变和衰老、生物膜系统和细胞工程）

化学元素

必需元素

大量元素

有害元素

微量元素

基本元素：

C、H、O、N

主要元素：

C、H、O、N、P、S

最基本元素：

C

非必需元素

无害元素

C、H、

O、N、

P、S、

K、Ca、

Mg

Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等

Al、Si等

Pb、Hg等

1.1化学元素与生物体的关系

1.2生物体中化学元素的组成特点

不同种生物体中化学元素的组成特点

元素种类大体相同

C、H、O、N四种元素含量最多

元素含量差异很大

1.3生物界与非生物界的统一性和差异性

统一性

组成生物体的化学元素，在无机自然界中都能找到

差异性

组成生物体的化学元素，在生物体和无机自然界中含量差异很大

1.4细胞中的化合物一览表

化合物

分类

元素组成

主要生理功能

水

①组成细胞

②维持细胞形态

③运输物质

④提供反应场所

⑤参与化学反应

⑥维持生物大分子功能

⑦调节渗透压

无机盐

①构成化合物（Fe、Mg）

②组成细胞（如骨细胞）

③参与化学反应

④维持细胞和内环境的渗透压）

糖类

单糖

二糖

多糖

C、H、O

①供能（淀粉、糖元、葡萄糖等）

②组成核酸（核糖、脱氧核糖）

③细胞识别（糖蛋白）

④组成细胞壁（纤维素）

脂质

脂肪

磷脂（类脂）

固醇

C、H、O

C、H、O、N、P

C、H、O

①供能（贮备能源）

②组成生物膜

③调节生殖和代谢（性激素、Vit.D）

④保护和保温

蛋白质

单纯蛋白（如胰岛素）

结合蛋白（如糖蛋白）

C、H、O、N、S

（Fe、Cu、P、Mo……）

①组成细胞和生物体

②调节代谢（激素）

③催化化学反应（酶）

④运输、免疫、识别等

核酸

DNA

RNA

C、H、O、N、P

①贮存和传递遗传信息

②控制生物性状

③催化化学反应（RNA类酶）

1.5蛋白质的相关计算

设构成蛋白质的氨基酸个数m，

构成蛋白质的肽链条数为n，

构成蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量为a，

蛋白质中的肽键个数为x，

蛋白质的相对分子质量为y，

控制蛋白质的基因的最少碱基对数为r，

则肽键数＝脱去的水分子数，为

……………………………………①

蛋白质的相对分子质量

…………………………………………②

或者

…………………………………………③

1.6蛋白质的组成层次

C、H、O、N、S

氨基酸

肽链

基本成分

C、H、O、N、P、Fe、Cu……

离子和（或）分子

其它成分

蛋白质

1.7核酸的基本组成单位

名称

基本组成单位

核酸

核苷酸（8种）

一分子磷酸（H3PO4）

一分子五碳糖

（核糖或脱氧核糖）

核苷

一分子含氮碱基

（5种：

A、G、C、T、U）

DNA

脱氧核苷酸

（4种）

一分子磷酸

一分子脱氧核糖

脱氧核苷

一分子含氮碱基

（A、G、C、T）

RNA

核糖核苷酸

（4种）

一分子磷酸

一分子核糖

核糖核苷

一分子含氮碱基

（A、G、C、U）

1.8生物大分子的组成特点及多样性的原因

名称

基本单位

化学通式

聚合方式

多样性的原因

多糖

葡萄糖

R

NH2

COOH

H

C

C6H12O6

脱水缩合

①葡萄糖数目不同

②糖链的分支不同

③化学键的不同

蛋白质

氨基酸

①氨基酸数目不同

②氨基酸种类不同

③氨基酸排列次序不同

④肽链的空间结构

核酸

（DNA和RNA）

核苷酸

①核苷酸数目不同

②核苷酸排列次序不同

③核苷酸种类不同

1.9生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定

物质

试剂

操作要点

颜色反应

还原性糖

斐林试剂（甲液和乙液）

临时混合

加热

砖红色

脂肪

苏丹Ⅲ（苏丹Ⅳ）

切片

高倍镜观察

桔黄色（红色）

蛋白质

双缩脲试剂（A液和B液）

先加试剂A

再滴加试剂B

紫色

DNA

二苯胺

加0.015mol/LNaCl溶液5Ml

沸水加热5min

蓝色

选择透过性膜的特点

三个通过

水

自由通过

可以通过

不能通过

被选择的离子和小分子

其它离子、小分子和大分子

1.10选择透过性膜的特点

物质交换

大分子、颗粒

内吞

外排

离子、小分子

自由扩散

主动运输

亲脂小分子

高浓度——→低浓度

不消耗细胞能量（ATP）

离子、不亲脂小分子

低浓度——→高浓度

需载体蛋白运载

消耗细胞能量（ATP）

膜的流动性

膜的流动性、膜融合特性

原理

1.11细胞膜的物质交换功能

1.12线粒体和叶绿体共同点

1、具有双层膜结构

2、进行能量转换

3、含遗传物质——DNA

4、能独立地控制性状

5、决定细胞质遗传

6、内含核糖体

7、有相对独立的转录翻译系统

8、能自我分裂增殖

1.13真核生物细胞器的比较

名称

化学组成

存在位置

膜结构

主要功能

线粒体

蛋白质、呼吸酶、RNA、脂质、DNA

动植物细胞

双层膜

能

量

代

谢

有氧呼吸的主要场所

叶绿体

蛋白质、光合酶、RNA、脂质、DNA、色素

植物叶肉细胞

光合作用

内质网

蛋白质、酶、脂质

动植物细胞中广泛存在

单层膜

与蛋白质、脂质、糖类的加工、运输有关

高尔基体

蛋白质、脂质

蛋白质的运输、加工、细胞分泌、细胞壁形成

溶酶体

蛋白质、脂质、酶

细胞内消化

核糖体

蛋白质、RNA、酶

无膜

合成蛋白质

中心体

蛋白质

动物细胞

低等植物细胞

与有丝分裂有关

1.14细胞有丝分裂中核内DNA、染色体和染色单体变化规律

间期

前期

中期

后期

末期

DNA含量

2a—→4a

4a

4a

4a

2a

染色体数目（个）

2N

2N

2N

4N

2N

染色体单数（个）

0

4N

4N

0

0

染色体组数（个）

2

2

2

4

2

同源染色数（对）

N

N

N

2N

N

注：

设间期染色体数目为2N个，未复制时DNA含量为2a。

1.15理化因素对细胞周期的影响

理化因素

间期

前期

中期

后期

末期

机理

应用

过量脱氧胸苷

＋

抑制DNA复制

治疗癌症

秋水仙素

＋

抑制纺锤体形成

获得多倍体

低温（2—4℃）

＋

＋

＋

＋

＋

影响酶活和供能

低温贮藏

注：

＋表示有影响

1.16细胞分裂异常（或特殊形式分裂）的类型及结果

类型

分裂方式

结果

事例

细胞质不分裂

有丝分裂

双（多）核细胞

多核胚囊

个别染色体不分离

有丝分裂、减数分裂

单体、多体

21三体、唐氏综合征

全部染色体不分离

有丝分裂、减数分裂

多倍体

四倍体植物

染色体多次复制，但不分离

有丝分裂

多线巨大染色体

果蝇唾腺染色体

两个以上中心体

有丝分裂

多极核

G1

S

G2

M

周期性细胞

G0期（暂不增殖）

终端分化细胞

衰老

死亡

1.17细胞分裂与分化的关系

1.18已分化细胞的特点1.19分化后形成的不同种类细胞的特点

形态结构特化

新陈代谢改变

生理功能专一

分裂能力丧失

已分化细胞

形态结构不同

生理功能不同

代谢活动不同

基因表达不同

不同种类细胞

1.20分化与细胞全能性的关系

体细胞

生殖细胞（如卵细胞、花粉）

分化程度越低全能性越高，分化程度越高全能性越低

分化程度高，全能性也高

分化程度最低（尚未分化），全能性最高

受精卵

细胞

绝大多数细胞

少数细胞

未分化

分化

衰老

死亡

干细胞

癌细胞

分裂

分裂

干细胞特点：

（无限增殖）

既分裂也分化

癌细胞特点：

（无限增殖）

只分裂不分化

异常分化

癌变

（永生）

1.21细胞的生活史

1.22癌细胞的特点

癌细胞的特点

无限分裂增殖

形态结构变化

细胞物质改变

正常功能丧失

新陈代谢异常

引发免疫反应

扁平梭形

球形

成纤维细胞癌变

如癌细胞膜糖蛋白减少，细胞黏着性降低，易转移扩散。

癌细胞膜表面含肿瘤抗原，肝癌细胞含甲胎蛋白等

如线粒体功能障碍，无氧供能

可移植在异种生物体内生长，形成癌瘤

可以种间移植

主要是细胞免疫

永生细胞

1.23衰老细胞的特点

助

记

词

水分减少，细胞萎缩，体积变小，代谢减慢

水少

酶低

色累

酶的活性降低

色素积累，阻碍细胞内物质交流和信息传递

核大

细胞核体积增大，染色体固缩，染色加深

透变

细胞膜通透性改变，物质运输功能降低

细

胞

死

亡

病理性死亡（细胞坏死）

程序性死亡（细胞凋亡）

环境因素突变

病原体入侵

正常生命需要

动物变态

花儿凋谢

极体消失

大部分淋巴细胞死亡

蝌蚪尾部消失

花瓣凋萎

1.24细胞的死亡

膜

生物膜系统

生物膜

功能上的联系

组成细胞的膜的总称

化学组成相似

基本结构相同

结构上的联系

直接联系

间接联系

核外膜——内质网膜——胞膜

内质网膜——线粒体外膜（或相依）

内质网膜—膜泡—高尔基体膜—膜泡—胞膜

分泌作用

胞饮作用

内质网-高尔基体-细胞膜

细胞膜-溶酶体

相互配合

协调工作

细胞膜、核膜及具膜细胞器构成的结构体系

结构上紧密联系

功能上相互依存

生理作用

研究意义

为细胞提供稳定的内环境

进行物质运输、能量交换、信息传递

为化学反应提供场所

将细胞分隔成功能小区

细胞膜

工业上

淡化海水，处理污水

研究抗寒、抗旱、耐盐机理

人造膜材料代替病变器官

农业上

医药上

概念

概念

1.25生物膜与生物膜系统

你知道吗

细胞分裂产生新细胞

细胞分化产生新细胞类型

基因突变产生新基因

基因重组产生新基因型

生殖隔离产生新物种

植

物

细

胞

工

程

细

胞

工

程

植物酶TPP⑤5q_________________________________________________________________________________________________________________________组织培养

离体的

植物器官

组织或细胞

愈伤

组织

根

芽

植

物

体

脱分化

再分化

植物体细胞杂交

植物

细胞A

植物

细胞B

去壁

融合

杂种细胞

组织培养

动

物

细

胞

工

程

动物组织

单个细胞

原代培养

传代培养

动物细胞培养

胚胎移植

动物细胞融合

动物细胞A

动物细胞B

杂种细胞

细胞培养

融合

筛选

核移植

单克隆抗体

免疫小鼠

小鼠骨髓瘤细胞

小鼠B细胞

提取抗体

融合细胞

杂交瘤细胞

提取

融合

筛选

体内

培养

体外

培养

1.26细胞工程

你知道吗

动物细胞培养代数与取材有关

细胞来源

可传代数

人胎儿细胞

成人细胞

50代

20代

小鼠

乌龟

14—28代

90—125代

1.27植物组织培养与动物细胞培养的比较

比较项目

植物组织培养

动物细胞培养

生物学原理

细胞全能性

细胞分裂

培养基性质

固体

液体

培养基成分

蔗糖、氨基酸、维生素、水、矿物质、生长素、细胞分裂素、琼脂

葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、水、动物血清

取材

植物器官、组织或细胞

动物胚胎、幼龄动物器官或组织

培养对象

植物器官、组织或细胞

分散的单个细胞

过程

脱分化、再分化

原代培养、传代培养

细胞分裂生长分化特点

①分裂：

形成愈伤组织

②分化：

形成根、芽

①只分裂不分化

②贴壁生长

③接触抑制

培养结果

新的植株或组织

细胞株或细胞系

应用

①快速繁殖

②培育无病毒植株

③提取植物提取物（药物、香料、色素等）

④人工种子

⑤培养转基因植物

①生产蛋白质生物制品

②皮肤细胞培养后移植

③检测有毒物质

④生理、病理、药理研究

培养条件

无菌、适宜的温度和pH

1.28植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

比较项目

植物体细胞杂交

动物细胞融合

生物学原理

膜的流动性、膜融合特性

前期处理

原生质体制备：

纤维素酶和果胶酶处理

细胞分散：

胰蛋白酶处理

方法和手段

①物理：

离心、振动、电刺激

②化学：

聚乙二醇（PEG）

（同前）

③生物：

灭活的病毒

应用

进行远缘杂交，创造植物新品种

①制备单克隆抗体

②基因定位

下游技术（后续技术）

植物组织培养

动物细胞培养

你知道吗

细胞——生物体结构和功能的基本单位

葡萄糖——组成多糖的基本单位

氨基酸——组成蛋白质的基本单位

核苷酸——组成核酸的基本单位

基因——控制生物性状的基本单位

种群——生物生存和进化的基本单位

第二单元生物的新陈代谢

Ⅰ植物代谢部分：

酶与ATP、光合作用、水分代谢、矿质营养、生物固氮

2.1酶的分类

蛋白质类酶

ＲＮＡ类酶

单纯酶

复合酶

仅含蛋白质

蛋白质

辅助因子

离子

有机物

辅酶

NADP（辅酶Ⅱ）

B族维生素

生物素（羧化酶的辅酶）

RNA

端粒酶含RNA

唾液淀粉酶含Cl

细胞色素氧化酶含Cu2+

分解葡萄糖的酶含Mg2+

如胃蛋白质酶

酶

存在于低等生物中，将RNA自我催化。

对生命起源的研究有重要意义。

（蛋白质本质）

（核酸本质）

2.2酶促反应序列及其意义

酶促反应序列生物体内的酶促反应可以顺序连接起来，即第一个反应的产物是第二个反应的底物，第二个反应的产物是第三个反应的底物，以此类推，所形成的反应链叫酶促反应序列。

如

A

B

C

D

酶1

酶2

酶3

终产物

……

酶4

酶n

意义各种反应序列形成细胞的代谢网络，使物质代谢和能量代谢沿着特定路线有序进行，确定了代谢的方向。

2.3生物体内ATP的来源

ATP来源

反应式

光合作用的光反应

酶

酶

ADP＋Pi＋能量——→ATP

化能合成作用

有氧呼吸

无氧呼吸

其它高能化合物转化

（如磷酸肌酸转化）

C~P（磷酸肌酸）＋ADP——→C（肌酸）＋ATP

神经传导和生物电

肌肉收缩

吸收和分泌

合成代谢

生物发光

光合作用的暗反应

细胞分裂

矿质元素吸收

新物质合成

植株的生长

植物

动物

ATP——→ADP＋Pi＋能量

酶

2.4生物体内ATP的去向

色素

分布

分离

（橙黄色）胡萝卜素

（黄色）叶黄素

（蓝绿色）叶绿素a

（黄绿色）叶绿素b

快

慢

作用

吸收传递光能

胡萝卜素

叶黄素

大部分叶绿素a

叶绿素b

吸收转化光能

特殊状态的叶绿素a

组成

类胡萝卜素

叶绿素

叶绿素a

叶绿素b

胡萝卜素

叶黄素

叶绿体基粒的

类囊体薄膜上

2.5光合作用的色素

2.6光合作用中光反应和暗反应的比较

比较项目

光反应

暗反应

反应场所

叶绿体基粒

叶绿体基质

能量变化

光能——→电能

电能——→活跃化学能

活跃化学能——→稳定化学能

物质变化

H2O——→[H]＋O2

NADP+＋H+＋2e——→NADPH

ATP＋Pi——→ATP

CO2＋NADPH＋ATP———→

（CH2O）＋ADP＋Pi＋NADP+＋H2O

反应物

H2O、ADP、Pi、NADP+

CO2、ATP、NADPH

反应产物

O2、ATP、NADPH

（CH2O）、ADP、Pi、NADP+、H2O

反应条件

需光

不需光

反应性质

光化学反应（快）

酶促反应（慢）

反应时间

有光时（自然状态下，无光反应产物暗反应也不能进行）

2.7C3植物和C4植物光合作用的比较

C3植物

C4植物

光反应

叶肉细胞的叶绿体基粒

叶肉细胞的叶绿体基粒

暗反应

叶肉细胞的叶绿体基质

维管束鞘细胞的叶绿体基质

CO2固定

仅有C3途径

C4途径—→C3途径

2.8C4植物与C3植物的鉴别方法

方法

原理

条件和过程

现象和指标

结论

生理学方法

在强光照、干旱、高温、低CO2时，C4植物能进行光合作用，C3植物不能。

密闭、强光照、干旱、高温

生长状况：

正常生长

或

枯萎死亡

正常生长：

C4植物

枯萎死亡：

C3植物

形态学方法

维管束鞘的结构差异

过叶脉横切，装片

①是否有两圈花细胞围成环状结构

②鞘细胞是否含叶绿体

是：

C4植物

否：

C3植物

化学方法

①合成淀粉的场所不同

②酒精溶解叶绿素

③淀粉遇面碘变蓝

叶片脱绿→加碘→过叶脉横切→制片→观察

出现蓝色：

①蓝色出现在维管束鞘细胞

②蓝色出现在叶肉细胞

出现①现象时：

C4植物

出现②现象时：

C3植物

2.9C4植物中C4途径与C3途径的关系

草酰乙酸（C4）

苹果酸C4

丙酮酸C3

磷酸烯醇式

丙酮酸（C3）

ATP

PEP羧化酶

AMP

NADP+

NADPH

CO2

苹果酸C4

丙酮酸C3

NADP+

NADPH

CO2

暗反应

（CH2O）

叶肉细胞

维管束鞘细胞

C5

注：

磷酸烯醇式丙酮酸英文缩写为PEP。

2.10C4植物比C3植物光合作用强的原因

C3植物

C4植物

结构原因：

维管束鞘细胞的结构

以育不良，无花环型结构，无叶绿体。

光合作用在叶肉细胞进行，淀粉积累，影响光合效率。

发育良好，花环型，叶绿体大。

暗反应在此进行。

有利于产物运输，光合效率高。

生理原因：

PEP羧化酶

磷酸核酮糖羧化酶

只有磷酸核酮糖羧化酶。

磷酸核酮糖羧化酶与CO2亲和力弱，不能利用低CO2。

两种酶均有。

PEP羧化酶与CO2亲和力大，利用低CO2能力强。

2.11光能利用率与光合作用效率的关系

关系

提高光能利用率

延长光合作用时间

增加光合作用面积

提高光合作用效率

控制光照强弱

二氧化碳供应

必需矿质元素供应

光合作用效率

光合作用制造的有机物所含的能量

光合作用吸收的光能

＝

参与光合作用的能

量中被转移的能量

光能利用率

照在该地面的总的光能

光合作用制造的有机物所含的能量

＝

照在地面上的总能

量中被转移的能量

概念

热能损失

光能损失→荧光、磷光

光能→电能→化学能（贮存）

去向

2.12影响光合作用的外界因素与提高光能利用率的关系

影响光合作用的外界因素

提高光能利用率

增加二氧化碳供应

通风透光，增施农家肥；人工增CO2（温室）

必需矿质元素供应

N：

P：

K：

糖类的合成和运输

Mg：

叶绿素的成分

ATP、NADP+的成分

控制光照强弱

因地制宜：

阳生植物种阳地

阴生植物种阴地

光质影响：

蓝紫光照，蛋白质和脂类多

红光照，糖类增多

延长光合作用时间

提高复种指数：

改一年一季为一年多季

增加光合作用面积

合理密植

套种（不同时播种）、间作（同时播种）

光

CO2

矿物质

水

温度

2.13光合作用实验的常用方法

半叶法（遮盖法）

割主叶脉法

同位素标记法

验证（探索）光合作用需

CO2并放O2、光强的影响

光合作用产生淀粉

验证（探索）光合

作用中物质的转变

打孔法（抽气法）

密封法

光质对光合作用的影响

分光法

可同时使用

2.14植物对水分的吸收和利用

2.14.1植物对水分的吸收

渗透吸水

渗透系统

隔着半透膜的两种溶液构成的体系

吸胀吸水

液泡尚未形成或消失

通过亲水物质的亲水性吸水

植物细胞构

成渗透系统

原生质层

由细胞膜、液泡膜、两膜之间的细胞质构成

看作一层半透膜（本质是选择透过性）

两个系统

①植物细胞与土壤溶液之间构成

②每两个植物细胞之间构成

水分的吸收

吸水原理

主要由成熟细胞的中央液泡构成渗透系统

通过渗透作用吸水

发生条件

①具有半透膜

②膜两侧溶液具有浓度差

溶液与纯水达平衡时，溶液一方所承受的外压差。

渗透压

2.14.2扩散作用与渗透作用的联系与区别

扩散作用

渗透作用

物质由相对多（密度高）的地方向相对少（密度低）的地方运动的过程，叫扩散

溶剂分子的扩散叫渗透，具备一定条件才能发生

联系

区别

物质由高到低的移动方式，利用物质本身的属性，不需要能量

特指溶剂分子（如水、酒精等）的扩散，需特定的条件

2.14.3半透膜与选择透过性膜的区别与联系

半透膜

选择透过性膜

概念

小分子、离子能透过，大分子不能透过

水自由通过，被选择的离子和其它小分子可以通过，大分子和颗粒不能通过

性质

半透性（存在微孔，取决于孔的大小）

选择透过性（生物分子组成，取决于脂质、蛋白质和ATP）

状态

活或死

活

材料

合成材料或生物材料

生物膜（磷脂和蛋白质构成的膜）

物质运

动方向

不由膜决定，取决于物质密度

水和亲脂小分子：

不由膜决定，取决于物质密度

离子和其它小分子：

膜上载体（蛋白质）决定

功能

渗透作用

渗透作用和其它更多的生命活动功能

共同点

水自由通过，大分子和颗粒都不能通过

2.14.4植物体内水分的运输

导管运输

水分的运输

方向

向上：

根—→茎—→叶

动力

蒸腾作用

产生蒸腾拉力

根压

导致吐水现象

2.14.5植物体内水分的利用和散失

利用

1-5%参与光合作用、呼吸作用等生命活动

水分

散失

绝大部分水分通过蒸腾作用散失

生理意义

蒸腾作用

①根持续吸水的动力

②物质运输的载体

③降低叶片温度

2.15植物体内的化学元素

（1）

植物体

水分（10-95%）

干物质（5-90%）

有机物

90%

无机盐

10%

挥发部分

灰分元素

小部分N

大部分S

全部P

全部金属元素

C、H、O、N、S形成气体：

CO2、CO、N2、NH3、H2O和氮氧化物等。

少量硫形成H2S、SO2等。

燃烧

N、P、S、K、

Ca、Mg（6种）

大量元素

微量元素

必需矿质元素

Fe、Mn、B、Zn、

Cu、Mo、Cl、Ni

矿质元素

Al、Si、Na、I等

非必需矿质元素

概念

除C、H、O外

由根系吸收的元素

（N放在矿质元素中讨论）

非必需元素

必需元