备课素材：原核生物-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

原核生物 生物分类： 要理解原核生物，我们首先要明白“原核”是什么意思。这关乎生命最根本的组织结构。 想象一下建造房子。所有的房子都需要房间，比如卧室、厨房、卫生间，每个房间都有特定的功能。细胞也是如此。 · 真核细胞（Eukaryotic Cell）：就像一套装修精美、功能分区明确的公寓。它有墙壁（细胞膜）隔开外界，内部有一个个用墙隔开的“房间”，这些房间就是细胞器（Organelles）。最重要的房间是“公司总部”——细胞核（Nucleus），它被核膜包裹着，里面存放着最重要的设计图纸（DNA）。我们人类、动物、植物、真菌的细胞，都是这种类型的“豪华公寓”。所以我们的生命形式被称为真核生物（Eukaryotes）。 原核细胞（Prokaryotic Cell）：相比之下，它就像一个大开间（Studio Apartment）。它也有外墙（细胞膜和细胞壁），但里面没有任何用墙壁隔开的房间！没有细胞核，没有线粒体，没有叶绿体（绝大多数）。它的DNA——那份生命的设计图纸，就那么自由地、松散地漂浮在细胞质这个“大开间”的中央区域（这个区域叫拟核，Nucleoid）。所有的工作都在这个开放空间里进行。这就是原核生物（Prokaryotes）。 “Pro-”在希腊语中是“之前”的意思，“-karyon”是“核”。所以“Prokaryote”就是“前核生物”或“核出现之前的生物”，这精准地描述了它们在生命进化树上的古老地位。 原核生物主要包括两大域： 细菌（Bacteria）：我们最常听说的一类，种类极其繁多，形态和生存策略多样。 古菌（Archaea）：过去被归为细菌，但现在发现它们在生化机制上非常独特，甚至更接近真核生物。它们多是“极端微生物”，生活在高温、高酸、无氧等极端环境中。 原核生物的结构  结构虽简，功能齐全 细胞膜（Cell Membrane）：工厂的围墙和大门。由磷脂双分子层构成，控制着物质的进出，是细胞与外界环境交流的第一道屏障。 细胞壁（Cell Wall）：围墙外坚固的“铠甲”。主要成分是肽聚糖（Peptidoglycan）（细菌特有）。这身铠甲赋予细胞形状，保护它免受外界渗透压的破坏，防止它破裂。青霉素等抗生素就是通过干扰细胞壁的合成来杀死细菌的。 细胞质（Cytoplasm）：工厂的厂房车间。充满胶状物质，里面进行着各种生化反应。 拟核（Nucleoid）：厂房中央的“开放式设计办公室”。这里存放着环状的DNA分子，也就是原核生物的染色体，承载着所有的遗传信息。注意：它没有核膜包裹！ 核糖体（Ribosomes）：遍布厂房的小型“蛋白质合成机器”。它们读取遗传密码，合成生命活动所需的一切蛋白质。原核生物的核糖体比真核生物的小一些。 荚膜（Capsule）：有些细菌在铠甲外还有一层粘性的“糖衣”。用于附着、保护免受宿主免疫系统攻击，以及储存养分。 鞭毛（Flagellum）：细胞的“螺旋桨”。一条或多条长长的丝状结构，通过旋转驱动细胞运动，让它们能够趋向食物或逃离危险。 菌毛（Pili）：细胞表面的“毛发”或“钩子”。较短，用于附着在表面或其他细胞上，有些特殊菌毛（性菌毛）还用于在细菌间传递DNA碎片，这是它们“交换知识”（基因）的一种方式！ 超能力 能量获取的“食谱” 根据能量和碳源的不同，原核生物分成了多种“营养门派”： 光能自养型（Photoautotrophs）： like 植物一样，它们是“光合作用大师”。利用光能，将二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）合成有机物，并释放氧气（如蓝细菌）或其他物质（如某些硫细菌）。 化能自养型（Chemoautotrophs）： 地球上的“化学合成工匠”。它们不需要光，而是通过氧化环境中的无机物（如氨、硫化氢、亚铁离子）来获取能量，并用这些能量来固定CO₂合成有机物。深海热泉口的生态系统就完全建立在化能自养细菌的基础上。 光能异养型（Photoheterotrophs）： 利用光能，但需要从外界摄取现成的有机物作为碳源。一种混合策略。 化能异养型（Chemoheterotrophs）： 我们最熟悉的模式， like 动物和人类。它们通过分解现成的有机物（糖类、蛋白质等）来获取能量和碳源。大多数致病菌和我们的肠道菌群都属于这一派。 呼吸方式的“偏好” 根据对氧气的态度，它们又分为： 专性需氧菌（Obligate Aerobes）： 离不开氧气，必须靠有氧呼吸生存。 专性厌氧菌（Obligate Anaerobes）： 氧气对它们是毒药，只能在无氧环境下进行无氧呼吸或发酵。 兼性厌氧菌（Facultative Anaerobes）： “墙头草”式的生存高手。有氧时进行高效的有氧呼吸，没氧时就切换成无氧呼吸或发酵。大肠杆菌就是典型代表。 耐氧厌氧菌（Aerotolerant Anaerobes）： 不利用氧气，但也不怕氧气，无所谓。 这种代谢上的多样性，使得原核生物能够占领地球上几乎每一个角落：从万米深的海洋到高山之巅；从南极的冰盖到接近沸腾的热泉；从强酸性的火山湖到高盐的死海。它们的适应力是生命坚韧性的最好证明。 生命的基石：与地球共生 伟大的制氧者 在距今约25亿年前的大氧化事件（Great Oxidation Event）中，一种叫做蓝细菌（Cyanobacteria）的原核生物改变了世界。它们通过大规模的光合作用，将大量氧气释放到大气中，彻底改变了地球的大气成分，为后续需氧真核生物的出现和演化铺平了道路。我们今天呼吸的每一口氧气，都承载着古老蓝细菌的功绩。 自然界的分解者与循环者 原核生物是地球上最重要的分解者（Decomposers）。动植物的遗体、排泄物，都需要依靠它们来分解，将复杂的有机物矿化为简单的无机物（如二氧化碳、铵盐、硝酸盐、磷酸盐等），再回归土壤和水体，供植物重新吸收利用。它们就像是自然界的“垃圾处理厂”和“回收站”，确保了碳、氮、磷、硫等重要元素在全球范围内的循环。没有它们，地球早已被垃圾淹没，生命所需的养分也会被锁在尸体中，无法循环，生命将难以为继。 以氮循环为例：大气中有大量氮气（N₂），但植物和动物无法直接利用。是原核生物（如根瘤菌）通过固氮作用（Nitrogen Fixation），将氮气转化为氨（NH₃），才能被植物吸收。之后，另一些原核生物进行硝化作用（Nitrification），将氨转化为硝酸盐。还有的进行反硝化作用（Denitrification），将硝酸盐重新变回氮气释放回大气。整个过程几乎都由原核生物独家承包！ 共生大师 原核生物深知“合作共赢”的道理。它们与许多生物形成了亲密的共生关系。 与你我共生：你的身体是一个庞大的生态系统！人体肠道内驻扎着数万亿的细菌，它们构成了肠道菌群（Gut Microbiota）。它们帮助你消化食物、合成某些必需的维生素（如维生素K和B族维生素）、训练你的免疫系统、甚至影响你的情绪和健康。它们的总数量比你自身细胞的数量还多，可以说，你不仅仅是你，你是一个“人菌共生体”。 与动物共生：牛、羊等反刍动物之所以能吃草，全靠它们瘤胃中的微生物帮助分解坚韧的纤维素。 与植物共生：豆科植物根部的根瘤菌为其提供固氮产生的含氮化合物，植物则为根瘤菌提供养分和住所。 对人类的影响 双面刃有 益的一面 食品工业：酸奶、奶酪、泡菜、酱油、醋等发酵食品的制作，离不开乳酸菌、醋酸菌等的辛勤工作。 工业与医药：利用工程菌大规模生产胰岛素、抗生素、疫苗、酶制剂等。 生物修复（Bioremediation）：利用某些细菌来分解漏油、处理工业废水、清除有毒重金属，净化环境。 科学研究：大肠杆菌等是分子生物学和遗传工程研究中最重要的模式生物。科学家对生命规律的许多认知都来自于对它们的研究。 有害的一面 病原菌（Pathogens）：一部分原核生物是致病的。它们通过产生毒素、侵入组织等方式引发疾病，如肺结核、霍乱、鼠疫、炭疽、链球菌性咽炎等。人类与病原菌的斗争贯穿了整个历史。 腐败菌：引起食物腐败，造成浪费。 值得注意的是，致病菌只占原核生物中极小的一部分，绝大多数细菌要么无害，要么有益。我们应该科学地看待它们，既不要谈“菌”色变，也要注意卫生，防范 pathogenic 的威胁。 学科网（北京）股份有限公司 $$