第1章 走进生物学（期中复习课件）高一生物上学期沪科版

高一生物 必修一 走进生物学 01 复习课件 生物学是研究生命现象和生命活动规律的自然科学,它不仅是农业、医学,环境科学等众多相关学科的基础，而且与我们的生活密切相关。 一、生物学是与人类生活密切相关的自然科学 随着人口的不断地长，粮食短缺始终是世界性难题。中国科学家基于逸传学杂种优势原理，不断进行科技剑新培育杂交水稻，为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献。 1.杂交水稻技术的发展为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献 中国的杂交水稻研究起始于 1964 年。1973 年，袁隆平带领的研究团队以细胞质雄性不育系为遗传工具，突破实现了三系法配套，培育出第一代杂交水稻。 第一代杂交水稻 1986―1992 年，科学家们以光温敏雄性不育系为遗传工具，培育出第二代杂交水稻，极大地简化了育种程序、缩短了育种周期，增产效果明显。 科学家运用基因工程技术，以雄性不育系为遗传工具，推出第三代杂交水稻，提高性状稳定性和选育效率，降低了对环境的要求，使其每公顷产量由普通水稻的6t* 提升到15t，潜在产量更可达18t。 第二、三代杂交水稻 袁隆平一生致力于杂交水稻技术的研究、应用和推广，创建了超级杂交稻技术体系，为我国粮食安全、农业科学研究和世界粮食供给作出杰出贡献。 2019年，袁隆平荣获国家最高荣誉“共和国勋章”。袁隆平还多次去东南亚等地区讲学、传授技术，培训了来自亚洲、非洲、南美洲30多个国家的学员。联合国教科文组织、世界粮食基金会以及多个国家纷纷表彰袁隆平对世界粮食生产所作出的杰出贡献。 “共和国勋章”获得者：袁隆平 目前，更多的科学家还在继续深入研究新一代的杂交水稻。袁隆平认为，第四代杂交水稻应是正在研究中的碳四（C4）型杂交水稻，其光合作用效率高等优势必将使水稻产量潜力进一步提高。 第五代则是利用无融合生殖固定 水稻杂种优势，虽然难度很大，但随 着分子育种技术的进步，有望在本世 纪中期获得成功。 第四、五代杂交水稻 多年来，科学家一直在尝试能通过各种技术使生物的性状按照理想的意愿进行改变。 早期的基因工程技术将设计好的一段外源基因（DNA片段）通过特定的方法转入到靶细胞的细胞核中，使靶细胞获得新的、特定的生物学性状。 转基因的棉花 西红柿 马铃薯 大豆 2．基因编辑技术为农业和医学提供了更广阔的发展空间 基因编辑技术：在细胞和分子生物学研究基础上建立起来的基因编辑技术，通过特定的“工具”可以重新编辑细胞中DNA的遗传信息，以此改变细胞的生物学性状。 通过人工设计，可以使核酸酶在靶细胞DNA上的特定位点进行剪切，实现对细胞内源基因的精准定点编辑。 基因编辑技术 基因编辑技术的应用 ①用于生命科学基础研究、疾病模型构建、药物研发等领域。通过对特定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以帮助科学家研究特定基因的功能，或设计出相关疾病治疗的药物。 ②基因突变引起的疾病，如镰状细胞贫血症、血友病等，则有望直接通过对突变基因的修复、改造进行治疗。目前已知的人类遗传病超过5000种，95% 以上的遗传病仍缺乏有效的治疗方法，而基因治疗给这些患者带来治愈的新希望。 ③新一代的基因编辑技术可以不引入外源基因，有望更安全、更广泛地应用于各种农作物和果蔬品种的改良。 2018年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现：具有人体健康监护作用的T淋巴细胞表面的两种膜蛋白（PD-1 和 CTLA-4）会阻止T淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。如能研制出阻断这两种膜蛋白功能的靶向药物，就可以借助T淋巴细胞来清除肿瘤。 3．免疫治疗开启清除肿瘤细胞新途径 通过改造患者的 T 淋巴细胞，使其具有更强的识别和杀伤肿瘤细胞的能力 ，这种技术被称为嵌合抗原受体 T 细胞免疫疗法 (CAR-T 疗法 )。 T 淋巴细胞攻击肿瘤示意图 CAR-T 疗法 2012年，一位五岁的急性淋巴白血病患者在美国接受了CAR-T临床治疗后获得治愈，成为世界上首例CAR-T疗法治愈的儿童白血病病例。 发酵工程：利用微生物的生命活动来大量生产人们所需生物产品的工程技术。 现代发酵工厂设备 4.现代发酵工程在人类的生产和生活中广泛应用 1）食品领域：酿酒，酸奶，酱油，味精等； 2）医药领域：发酵工程技术生产的人源重组蛋白质药物（如重组人胰岛素、干扰素、白介素等）具有重要的治疗作用； 发酵工程的应用 4）环境保护领域：利用非粮资源的木质纤维素作为原料发酵生产可再生能源燃料乙醇；利用微生物发酵法生产生物可降解塑料聚乳酸。 发酵工程的应用 3）农牧业领域：微生物的产物可以当作土壤肥料，可以为畜牧业养殖提供食物，还能产生抗虫抗病物质； 随着人口的增长、人类对自然资源和环境的不合理开发和利用，气候变化、生物多样性丧失、海洋酸化、土地荒漠化加剧等全球性生态和环境问题，在可预见的未来还将进一步加剧。因此，生态学研究的重点将是如何在维持地球生态系统稳定的前提下，满足人类日益增长的需求。 5.生态学原理指导人类可持续发展 运用生态学原理，将人类活动合理融入地球生态系统，是解决可持续发展问题的有效途径。“绿水青山就是金山银山”，生动形象地阐明了人类社会发展与环境的“舟水关系”，更是我们加强生态文明、建设美丽中国、构建人与自然生命共同体的努力方向。 上海中心城区的生态公园 5.生态学原理指导人类可持续发展 生物学是一门实验科学，科学家对生命活动规律的研究都是通过实验探究获得的。实验探究也是学习生物学的重要途径。合理的思路和方法以及熟练的实验技术是进行实验探究的基本保障。走进实验室之前，让我们先来熟悉生物学实验探究的基本步骤和要求。 二、实验探究是学习生物学的重要途径 思考与讨论： 1. 对于做过的实验，表格中的几项内容你是否都能填写完成？为什么？ 2. 与小组同学交流，将表格信息进一步完善。 3. 从做过的实验中，你能归纳出生物学 实验有哪些基本步骤和要求？ 1.实验探究的基本步骤和要求 举例：为什么小麦不能在海边滩涂生长，而芦苇却可以在海边滩涂生长？海边滩涂土壤中对于作物生长的影响因素是什么？ 探究问题→作出假设→设计实验方案并实施，→获取数据→分析数据→得出结论→新的问题（如果要开发滩涂或盐碱地作为农田，应该怎么办（采取哪些措施））→进一步探究。 2．实验探究需要合理的思路和方法 土壤盐碱化影响农作物的生长，找出其中的影响因素就可以进行相应改善以提高产量。NaCl含量、pH 等因素可能会对农作物生长有影响。 3.探究 NaCl 含量对小麦幼苗生长的影响 实验结论：在一定范围内，NaCl浓度越高对小麦幼苗生长的抑制效应越大 提出问题：盐碱化的土壤中，NaCl含量对农作物的生长有怎样的影响？ 做出假设：土壤中NaCl含量高会抑制农作物的生长。 设计方案、实施方案： 1.小麦种子萌发 2.观察小麦幼苗生长 实验中观察、记录 分析数据 其他因素：如土壤酸碱度等，是否对小麦幼苗生长同样有影响呢？ 进一步探究 探究 NaCl 含量对小麦幼苗生长的影响过程 ①对照原则：需要设置对照组，通过实验组和对照组之间的比较，用统计学等方法确定是否存在差异，从而得出结论； ②单一变量原则：控制无关变量，保证实验组和对照组之间实验条件的一致性，尽可能避免因实验设计或操作引起的误差； ③平行重复原则：需要有一定数量的样本和重复，确保实验数据的可靠。 总结：实验设计基本原则 了解实验室操作规程和注意事项，熟悉实验仪器的操作和实验试剂的正确使用，确保实验的安全、可靠。 安全提示：生物学实验室是进行科学探究的特殊场所，配置有各类精密仪器、化学试剂、玻璃器皿、加热设备等。在进入实验室前，需先了解实验室安全守则，包括熟悉仪器设备的使用方法，遵守操作规程，做好防护措施，安全用水用电等；同时还要遵守实验室纪律，不在实验室进食，维持实验室清洁卫生，做好废弃物处理和垃圾分类等，遇到问题及时报告指导老师。 4．实验探究需要熟练的技能 实验目标 学会使用高倍镜；用高倍镜观察不同生物组织的细胞，比它们形态结构的异同；通过信息检索和归纳分析，初步体会细胞形态结构与其功能之间的关系。 实验原理 普通光学显微镜根据凸透镜的成像原理，通过物镜、目镜两次成像：物像呈倒立放大的虚像。 视野观察到物像的放大倍数：物镜和目镜放大倍数的乘积。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 实验步骤 （一）高倍镜的使用 熟悉显微镜构造，注意观察： ① 电源开关和光圈（或光亮度调节旋钮）的位置； ②目镜和物镜的放大倍数； ③粗准焦螺旋和细准焦螺旋的旋转方向与载物台升降的关系； ④片夹旋钮旋转方向与玻片移动方向的关系。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 实验步骤 2. 低倍镜和高倍镜之间的转换 ①取一片蚕豆叶下表皮永久装片放在载物台上，用片夹夹稳；打开显微镜电源开关，转动转换器，将低倍镜对准通光孔。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 实验步骤 ②找：在低倍镜下观察蚕豆叶下表皮永久装片，先调节粗准焦螺旋，再调节细准焦螺旋，使物像达到最清晰。 ③移：旋转片夹旋钮移动装片，选取不同的视野进行观察。将需要放大观察的细胞，通过旋转片夹旋钮，移至视野正中。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 ④转：转动转换器，切换到高倍镜。转动时，两眼须从显微镜侧面注视，避免镜头与装片相碰。 ⑤调：用目镜观察视野并微微转动细准焦螺旋，直到物像最清晰。 实验步骤 ( 二 ) 蚕豆叶下表皮细胞的形态结构观察 1. 低倍镜观察：低倍镜下观察到形态不规则的是蚕豆叶下表皮细胞，肾形的是保卫细胞（成对排列）；成对保卫细胞围成的是气孔。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 实验步骤 2. 高倍镜观察：在低倍镜视野中，选择一对保卫细胞，移到视野中央，转换高倍镜进一步观察表皮细胞和保卫细胞的形态以及细胞核，关注这两种细胞与周边细胞的连接形式。绘制细胞简图，并将观察结果填入表 1-4 中。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 实验步骤 ( 三 ) 人血细胞的形态结构观察 根据上述显微镜的操作过程，观察人血涂片永久装片。高倍镜下可观察到圆饼状的红细胞以及细胞核被染上颜色的颗粒状白细胞。 1-1 用高倍镜观察动植物细胞 A.下降镜筒时要目视物镜，防止物镜下降时压坏玻片标本或损伤物镜； B.转换物镜时要转动转换器，不可握住物镜直接转动； C.光线暗示，使用反光镜的凹面；光线亮时，使用反光镜的平面； D.高倍镜观察时，只能使用细准焦螺旋调节焦距。若视野光线较暗可调节光圈(或光亮度调节旋钮)，使视野明亮。 5.显微镜使用过程中的注意事项 1.关于放大倍数 放大倍数的计算：显微镜的放大倍数等于目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。 放大倍数的实质：放大倍数指放大的长度或宽度，不是指得面积或体积。 6.关于显微镜的相关问题 2.显微镜的成像特点和物像移动规律 (1)成像特点：显微镜成放大倒立的虚像，实物与像之间的关系是实物旋转180°，如实物为字母“b”，则视野中观察到的为“q”。 关于显微镜的相关问题 (2)移动规律：在视野中物像偏向哪个方向，则应向哪个方向移动(或同向移动)装片。如物像在偏左上方，则装片应向左上方移动；若将下图中的细胞移到视野正中央，应先将装片向右下方移动。 关于显微镜的相关问题 顺时针方向 向右 向上 向右上 单细胞生物：整个生物体由一个细胞构成。细胞直接与外界非生物环境进行物质和信息交换，生理活动由细胞的不同结构分工完成。例如绿眼虫、草履虫。 三、细胞是生物体结构的基本单位 高等动植物是先由细胞构成组织，再由组织形成一个带有功能的器官，再最终形成个体。 例如小肠绒毛、植物叶片中的栅栏组织。 细胞是生物体结构的基本单位 1．生物体由多种多样的细胞构成 -光学显微镜帮助人们发现细胞 1665 年，英国学者胡克用自制的能放大 30 倍的显微镜观察软木（栎树皮）薄片，并用“cell”（小室）来描述他观察到的蜂巢状的结构，后来这个词中文译为“细胞”。虽然他观察到的并非活细胞，但却开启了细胞观察之路。 1675 年后，荷兰学者列文虎克用自制的显微镜观察到活的动植物细胞和原生动物。但受当时显微镜制作工艺的限制，在随后长达 170 多年的历史中，对细胞的研究没有更多进展。 细胞的探究之路 1838 年，德国植物学家施莱登发表了《植物发生论》，指出细胞是构成植物的基本单位。 1839 年，施莱登和施旺提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。这标志着“细胞学说”正式建立。“细胞学说”提出后的十几年中，迅速扩展到更多领域，并不断地被修正。 细胞的探究之路 1858 年，德国病理学家魏尔肖指出“细胞只能来自细胞”，指明了细胞作为一个相对独立单位的重要性质，对“细胞学说”进行了重要的补充。“细胞学说”提出了生物统一性的细胞学基础，极大推动了人类对整个自然界的认识，掀起了对细胞及其内部结构研究的热潮。 1900 年之后，细胞核、叶绿体、线粒体、高尔基体等细胞结构都已陆续被发现。但普通光学显微镜的分辨率有限，人们无法清晰地看到细胞内更微小的结构。 细胞的探究之路 电子显微镜推动细胞结构与功能的探索 1930 年，世界上第一台透射电子显微镜诞生； 1937 年科学家们开始用电子显微镜探索更微小的细胞结构，细胞器的“真面目”开始浮出水面。 1945 年之后，内质网、核糖体、溶酶体等细胞器被发现，逐渐揭示了细胞内部结构及其功能。 1972 年，美国科学家辛格和尼克森结合电镜技术的研究成果，提出了细胞质膜的流动镶嵌模型。 细胞的探究之路 生物大分子研究帮助人们探索细胞的生命活动 1953 年，美国分子生物学家沃森和英国生物物理学家克里克发现了 DNA 分子的双螺旋结构，生物学的研究进入到分子生物学时代。 1990 年，人类基因组计划启动； 2003 年 4 月 14 日，人类基因组测序基本完成，绘制出的人类基因图谱将推动人类疾病研究和治疗的快速发展。蛋白质结构与功能研究推动了细胞功能研究的发展。 细胞的探究之路 1959 年，英国科学家佩鲁茨和肯德鲁解析了红细胞内血红蛋白和肌细胞中的肌红蛋白的三维空间结构。 细胞的探究之路 在自然界中，除了真核细胞外，还有一种细胞模式——原核细胞。 (1)荚膜：多糖，帮助自身适应恶劣环境 (2)细胞壁：主要成分肽聚糖 (3)细胞质膜 (4)细胞质：有唯一细胞器核糖体 (5)拟核：遗传物质(DNA) 集中分布的区域(无染色体) (6) 鞭毛: 运动 2．原核细胞没有由核膜包被的细胞核 　　 蓝细菌（旧称蓝藻）大多数无鞭毛，含叶绿素，但没有叶绿体，是地球上最早出现的能进行产氧光合作用的原核生物。 原核生物：蓝细菌 原核细胞 真核细胞 细胞大小 细胞核 染色体 细胞器 主要类群 有核糖体、线粒体、内质网、高尔基体、叶绿体（植物）等 有染色体，染色体由DNA和蛋白质结合 细菌、蓝藻、衣原体、放线菌 有核膜，有成形的细胞核 没有核膜，称为拟核 较小（1μm～10μm） 较大 （10μm～100μ） 只有核糖体 无染色体，环状DNA不与蛋白质结合 动物、植物、真菌等 原核细胞核真核细胞的比较 生物体 非细胞结构: 细胞结构： 病毒 原核细胞： 真核细胞： 细菌 蓝藻 衣原体 放线菌等 所有动物 除蓝藻外的植物 真菌：如蘑菇、酵母菌 原核细胞核真核细胞的比较 谢谢观看 $$