第一章第一节细胞是生命活动的基本单位（教材注解）2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

第1节 细胞是生命活动的基本单位 问题探讨 大熊猫和冷箭竹形态迥异，但它们生命活动的基本单 位都是细胞。 讨论 1. 如果让你提供证据说明大熊猫和冷箭竹都是由细胞 构成的，你将如何获取和提供证据? 2. 与同学相互评价各自的证据是否正确和充分。 大熊猫吃冷箭竹 ◎ 本节聚焦 ● 细胞学说的内容是什么?有什么 意义? ● 细胞学说的建立过程对你有哪 些启示? ● 怎样理解细胞是基本的生命系 统? 施莱登 细胞学说内容 施旺 ▲图1-1 施莱登和施旺 面对奇妙的自然界，人类天生就有无限的好奇心。层 出不穷的“是怎样的?”“为什么是这样?”等问题，吸引 着人们去探究，科学因此而不断前进。 显微镜的发明使人类打开了微观世界的大门。借助显 微镜，人们看到了一滴水中有许多肉眼看不见的小生物， 看到了动物体和植物体中各种各样的细胞。随着观察的深 入，新的问题也接踵而至：细胞与生物体的关系是怎样 的 ? 动物体和植物体细胞的一致性和差异性是怎样的?新 细胞是如何产生的?生物体的生长和发育等生命活动与细 胞有什么关系?这一系列问题吸引着人们进行更深入的探 究，历时一百多年，终于作出了理论概括，形成了作为生 物学重要基础的细胞学说。 细胞学说及其建立过程 细胞学说的建立者主要是两位德国科学家施莱登( M.J. Schleiden,1804—1881) 和施旺( T.Schwann,1810—1882) (图1-1)。后人根据他们分别于1838年和1839年发表的研 究结果进行整理并加以修正，综合为以下要点： 1.细胞是一个有机体， 一切动植物都由细胞发育而 来，并由细胞和细胞产物所构成；不是一切生物 2.细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命， 又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用； 3.新细胞是由老细胞分裂产生的。 1、魏尔肖修正，细胞通过细胞分裂产生新细胞。2、并不是所有新细胞都由老细胞分裂产生，如精子与卵细胞结合形成受精卵。 2 第1章 走近细胞 ①维萨里；揭示了人体在器官水平的结构。 ②比夏；指出器官由组织构成。 ③罗伯特胡克；利用显微镜观察植物的木栓组织，并将这些小室称为细胞（已死亡的细胞）。 ④列文虎克；用自制的显微镜观察到了不同形态的细胞，如细菌、红细胞及精子。 ⑤马尔比基；用显微镜广泛观察了动植物的微细结构，如细胞壁和细胞质。 ⑥施莱登；首先提出细胞是植物体的基本单位，新细胞从老细胞中产生。 ⑦施旺；动物体也是由细胞构成的，动物个体都是由受精卵开始发育的；与施莱登共同提出细胞学说。 ⑧①耐格里：观察了多种植物分生区新细胞的形成，发现新细胞的产生是细胞分裂的结果。 细胞学说的内容，现在看起来似乎是显而易见的，当 时却经历了漫长而曲折的建立过程。 思考 ·讨论 分析细胞学说建立的过程 阅读和分析下面的资料，讨论相关问 题，发表你的见解。 1. 从人体的解剖和观察入手——从器 官到组织虎克绘制的木栓细胞图 虎克时代的显微镜 人体是怎样构成的?这个问题首先引 起了解剖学家的注意。1543年，比利时的 维萨里( A.Vesalius) 通过大量的尸体解剖 研究，发表了巨著《人体构造》,揭示了 人体在器官水平 的结构。法国的 比 夏 ( M.F.X.⑥ ② ① 增加，积累了较丰富的材料，但是，在长达 170多年的历史中，人们对细胞及其与生物 体的关系并没有进行科学的归纳和概括。 3. 科学观察和归纳概括的结合——形 成理论 植物学家施莱登通过对花粉、胚珠和 柱头组织的观察，发现这些组织都是由细胞 构成的，而且细胞中都有细胞核。在此基础 上，他进行了理论概括，提出了植物细胞学 说，即植物体都是由细胞构成的，细胞是植 物体的基本单位，新细胞从老细胞中产生。 施莱登把他的研究成果告诉了动物学家施旺，施旺很感兴趣并大受启发，决意要证明植物界和动物界这“两大有机界最本质的联系”。施旺主要研究了动物细胞的形成机理和个体发育过程，他认为：动物体也是由细胞构成的，一切动物的个体发育过程，都是 从受精卵这个单细胞开始的。为此，他发表了研究报告《关于动植物的结构及一致性的 显微研究》。施旺还说：“现在，我们已推倒了分隔动植物界的巨大屏障。” 4. 细胞学说在修正中前进 新细胞如何由老细胞产生呢?施莱 登认为新细胞是从老细胞的细胞核中长出 来的，或者是在老细胞的细胞质中像结 晶那样产生的。施莱登的朋友耐格里(K.Nageli) 用显微镜观察了多种植物分生区新 Bichat ) 经 过 对 器官的解剖观察， 指出器官由低一 层次的结构 — — 组织构成。这对 于人类认识生物 个体的结构层次⑦ 维萨里解剖工作图 非常重要。 2. 显微观察资料的积累——认识细胞 1665年，英国科学家罗伯特 ·虎克( R.Hooke) 用显微镜观察植物的木栓组织，发 现这些木栓组织由许多规则的小室组成，他 把观察到的图像画了下来，并把“小室”称 为cell——细胞。之后，荷兰著名磨镜技师列文虎克( A. van Leeuwenhoek)用自制的显微镜，观察到 不同形态的细菌、红细胞和精子等。意大利 的马尔比基( M. Malpighi) 用显微镜广泛 观察了动植物的微细结构，如细胞壁和细胞 质。此后，虽然观察细胞所获得的资料不断⑧ ⑤ ④ ③ 第1节 细胞是生命活动的基本单位 ① 3 细胞的形成，发现新细胞的产生原来是细 胞分裂的结果。还有些学者观察了动物受 精卵的分裂。在此基础上，1858年，德国 的魏尔肖( R.L.C.Virchow) 总结出“细胞通过分裂产生新细胞”。他的名言是： “所有的细胞都来源于先前存在的细胞。”① 魏尔肖在讲演 这个断言，至今仍未被推翻。 讨论 1. 科学家是如何通过获得证据来说明 动植物体由细胞构成这一结论的? 2. 施莱登和施旺只是观察了部分动植 物的组织，却归纳出“所有的动植物都是由 细胞构成的”。这一结论可信吗?为什么? 这一结论对生物学研究有什么意义? 3.“所有的细胞都来源于先前存在的细 胞”,这是否暗示着你身体的每个细胞都凝 聚着漫长的进化史?细胞学说主要阐明了细 胞的多样性还是生物界的统一性? 4. 通过分析细胞学说建立的过程，你 领悟到科学发现具有哪些特点? ①魏尔肖：总结出细胞通过分裂产生新细胞。 ②3个“未涉及”： 未涉及原核细胞； 未涉及病毒； 未涉及生物或细胞间的差异性。 2个“统一了”： 统一了动植物：动植物均由细胞和细胞产物构成。 统一了细胞：细胞既有自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用。 4 第1章 走近细胞 学科网（北京）股份有限公司 与化学的联系 1803年，英国化学家道尔 顿提出：物质是由不可再分的 基本微粒——原子所组成的。 原子也是化学作用的最小单位， 在一切化学反应中保持不变。 他的原子论为许多化学现象提 供了清晰的理论解释，对化学 的发展起到了奠基作用。 细胞学说揭示了动物和植物的统一性，从而阐明了生 物界的统一性。就像原子论之于化学一样，细胞学说对于 生物学的发展具有重大的意义。② 细胞学说使人们认识到植物和动物有着共同的结构基 础，从而在思想观念上打破了在植物学和动物学之间横亘 已久的壁垒，也促使积累已久的解剖学、生理学、胚胎学 等学科获得了共同的基础，这些学科的融通和统一催生了 生物学的问世。 细胞学说中关于细胞是生命活动基本单位的观点，使 人们认识到生物的生长、生殖、发育及各种生理现象的奥 秘都需要到细胞中去寻找，生物学的研究随之由器官、组 织水平进入细胞水平，并为后来进入分子水平打下基础。 细胞学说中细胞分裂产生新细胞的结论，不仅解释了 个体发育，也为后来生物进化论的确立埋下了伏笔。新细 胞由老细胞产生，老细胞由更老的细胞产生，如此上溯， 现代生物的细胞都是远古生物细胞的后代，小小的细胞内 部，凝聚着数十亿年基因的继承和改变。每个细胞，每个 生物，都是历史的产物。被恩格斯列入19世纪自然科学三 大发现的细胞学说和进化论，作为生物学大厦的基石，赋 予生物学不同于其他自然科学的独特韵味。 科学方法 归纳法 学科网（北京）股份有限公司 归纳法是指由一系列具体事实推出一般结 论的思维方法。例如，从观察到植物的花粉、 胚珠、柱头等的细胞都有细胞核，得出植物细 胞都有细胞核这一结论，运用的就是归纳法。 归纳法分为完全归纳法和不完全归纳法。根据部分植物细胞都有细胞核而得出植物细胞都有细胞核这一结论，实际上就是运用了不完全归 纳法。如果观察了所有类型的植物细胞，并发 现它们都有细胞核，才得出植物细胞都有细胞 核的结论，就是完全归纳法。科学研究中经常 运用不完全归纳法。由不完全归纳得出的结论 很可能是可信的，因此可以用来预测和判断， 不过，也需要注意存在例外的可能。如原核细胞绝大数具有细胞壁，但是支原体没有细胞壁 如草履虫、变形虫、细菌等的运动和分裂 细胞是基本的生命系统 正如施旺所说：每个细胞都相对独立地生活着，但同 时又从属于有机体的整体功能。单细胞生物能够独立完成 生命活动，多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作，共 同完成一系列复杂的生命活动。例如，缩手反射就是由一 系列不同的细胞共同参与完成的比较复杂的生命活动(图 1-2)。事实上，动植物以细胞代谢为基础的各种生理活 动，以细胞增殖、分化为基础的生长发育，以细胞内基因 的传递和变化为基础的遗传与变异，等等，都说明细胞是生命活动的基本单位，生命活动离不开细胞① 相关信息 系统是指彼此间相互作用、 相互依赖的组分有规律地结合 而形成的整体。比如，你的身 体是由许多器官在结构上相互 联系、在功能上相互配合而形 成的整体，因此可以看作 一 个 系统 。小小的细胞为什么具有如此强大的功能呢?细胞虽小，但其结构却复杂而精巧。本书的后续章 节将向你展示，细胞是一个由各种组分相互配 合而组成的复杂的系统。细胞是有生命的，拓展①；非细胞结构的生物（病毒）的生命活动离不开细胞。 病毒没有细胞结构，一般由蛋白质外壳和核酸(DNA 或 RNA)组成，只有寄生在活细胞中才能表现出增殖等生命活动，所以病毒的活动也离不开细胞。 是一个生命系统。 在多细胞生物体内，细胞又是构 成组织的组分，组织是构成器官 的 组 分 ，器官是构成个体的组 分。组织、器官、个体都是有生命活动的整体，因此单细胞生物既是细胞层次，又是个体层次 是不同层次的生命系统。 ▲图1-2 缩手反射 第1节 细胞是生命活动的基本单位 5 6 第1章 走近细胞 学科网（北京）股份有限公司 在自然界，生物个体都不是单独存在 的，而是与其他同种和不同种的个体以及 无机环境相互依赖、相互影响的。在一定 的空间范围内，同种生物的所有个体形成 一个整体——种群，不同种群相互作用形 成更大的整体——群落，群落与无机环境 相互作用形成更大的整体——生态系统， 地球上所有的生态系统相互关联构成更大 的整体——生物圈。可见，自然界从生物 个体到生物圈，可以看作各个层次的生命系统(图1-3)。病毒属于生物，其生命活动依赖于生命系统，但其没有细胞结构，因此不属于生命系统。 叶的保护组织 众多表皮细胞紧密排列、 覆盖在叶片表面，形成叶 片的上表皮和下表皮，起 保护叶片内部其他组织的 作用。 叶的表皮细胞 心 脏 ( 器 官 ) 构成心脏的组织有肌 肉组织、神经组织、 结缔组织等。 组成细胞的元素（分子）、化合物，以及细胞膜、细胞器等结构都可构成相应的系统，但由于它们不能独立表现生命特征，因此不属于生命系统，而是属于非生命系统。 心肌细胞 ▲图1-3 生命系统的结构层次模式图 叶( 器 官 ) 构成叶的组织有保护 组织、输导组织、营 养组织等。 冷 箭 竹 ( 个 体 ) 叶与根、茎等器官共同 构成冷箭竹个体。 血液循环系统 血液循环系统由心 脏、血管等器官组成。 熊猫的身体由循环、消 化、运动、泌尿等系统 组成。 一个分子或一个原子，也是 一个系统吗?如果是，它们是不 是生命系统?如果不是，请说明 理由。 在一定的区域内，所有的大熊猫个体形成了一个种群， 所有的冷箭竹也是一个种群；在同一区域内，大熊猫、 冷箭竹和其他生物一起共同形成了一个群落；这个群 落和它们所生活的无机环境相互关联，形成了一个统 一的整体，这就是生态系统。 生物圈 是最大的生命系统， 也是最大的生态系统。 种群、群落和生态系统 思考 ·讨论 从细胞的视角看生命世界 请结合图1-3,分析讨论以下问题。 1.叶的表皮细胞和心肌细胞各有什么 功能?保护叶与心脏跳动 2.冷箭竹的光合作用是在哪些细胞中 进行的?大熊猫的血液运输氧的功能是靠哪 种细胞完成的?叶肉细胞、保卫细胞；红细胞 3.大熊猫和冷箭竹繁殖后代关键是靠 什么细胞?生殖细胞 4.生物圈的碳氧平衡是不是与地球上所 有生物细胞的生命活动都有关系?为什么?是的，所有细胞呼吸作用释放二氧化碳，含有叶绿素的细胞进行光合作用，吸收二氧化碳和氧气。 第1节 细胞是生命活动的基本单位 7 学科网（北京）股份有限公司 8 第1章 走近细胞 学科网（北京）股份有限公司 知识链接 关于生态系统的能量流动 和物质循环，详见选择性必修2 《生物与环境》。 审视各层次生命系统的关系，我们发现，无论从结构 上还是功能上看，细胞这个生命系统都属于最基本的层次。 各层次生命系统的形成、维持和运转都是以细胞为基础的， 就连生态系统的能量流动和物质循环也不例外。因此，可 以说细胞是基本的生命系统。本书将带你在这个生命系统 中畅游，了解它的组成、运转和发展变化的规律。 动植物细胞共有细胞膜、细胞质、细胞核，线粒体；植物特有细胞壁、叶绿体、液泡。 练习与应用 一、概念检测 1. 判断下列事实或证据是否支持细胞是生 命活动的基本单位。 (1)草履虫是单细胞生物，能进行运动和分裂。(√) (2)人体发育离不开细胞的分裂和分化。(√) (3)离体的叶绿体在一定的条件下能释放氧气。(×) (4)用手抓握物体需要一系列神经细胞和肌肉细胞的协调配合。(√) 2. 下列叙述与细胞学说不相符的是 (C) A.植物和动物都是由细胞构成的，这反映 了生物界的统一性 B.植物和动物有着共同的结构基础 C.人体每个细胞都能单独完成各项生命活动 D.新细胞是通过已存在的细胞分裂产生的 3.观察人体皮肤纵切片和迎春叶横切片的 光学显微镜图像，回答问题。 (1)在两张切片的图像中，尽可能多地写出 你认识的细胞名称以及它们可能的功能。 人体皮肤纵切(局部) 迎春叶横切(局部)1、上表皮，2、栅栏层 3、海绵层，4、叶脉 5、下表皮 (2) 比较动物细胞和植物细胞，描述它们的 共同点和区别。都有不同的组织构成 (3)为什么把人体皮肤和迎春叶都称为器官?  例子：观察多种哺乳动物（如猫、狗、牛、羊）都胎生哺乳，得出“哺乳动物都是胎生哺乳的”结论（注：后来发现鸭嘴兽是卵生哺乳动物，说明不完全归纳法的结论可能存在例外）。 二、拓展应用 1. 某同学在显微镜下观察了菠菜、天竺葵、 柳树叶片中的叶肉细胞，发现这些叶肉细胞中都 有叶绿体，于是得出了植物叶肉细胞都有叶绿体 的结论。他得出这个结论应用了不完全归纳法。 你还能列举不完全归纳法其他应用的例子吗?在 使用这种方法时，要注意什么问题? 2. 病毒没有细胞结构， 一般由核酸和蛋白 质组成。但是， 病毒的生活离不开细胞，请查阅资料，说明病毒的生活为什么离不开细胞。  原因：1、生活方式:寄生。只能在宿主活细胞内生长增殖,不能独立代谢。不能在普通培养基中培养、生存。 2、 核酸是遗传信息的载体。蛋白质是保护核酸,决定病毒的外形和表面特征。 3、 遗传物质:DNA 或 RNA(病毒只含有一种核酸)。 4、增殖过程:吸附→注入→合成→组装→释放。 神经氨酸酶 ( 蛋 白 质 ) 核酸 血凝素 (蛋白质) 衣壳 ( 蛋 白 质 ) 某种病毒模式图 3. 如果“新细胞都是从老细胞中产生的”不成立，细胞一直可以从无机环境中自然发生，生物进化的观点还能被人们普遍接受吗?请用自己的语言简要阐述细胞学说是否支持生物进化的观点。 $