生物細胞的功能范文

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篇1

Keyword:exosome; stem cell; biological function; tissue repair; application prospect;

干細胞是一類具有多向分化潛能并能夠進行持續自我更新的未分化細胞，可分化為體內多種類型的成體細胞。在干細胞的研究中，干細胞培養基的上清液中可提取多種生長因子和細胞因子，因此，普遍的觀點認為干細胞主要通過旁分泌途徑分泌多種細胞因子參與組織修復。而Timmers等[1]研究發現，對含有骨髓間充質干細胞（mesenchymal stem cells,MSC）的條件培養液進行分餾研究中，只有含有100~200nm囊泡培養液可對缺血再灌注損傷的小鼠模型進行心臟保護。目前研究者認為，通過分泌某些物質來實現修復作用是干細胞發揮生物學功能的重要方式[2].

起初，Johnstone等在研究網織紅細胞向成熟紅細胞轉變過程中，發現網織紅細胞能分泌一種雙層膜小囊泡，最初這種囊泡結構被命名為外泌體（exosome）。長期以來，這種囊性小泡被認為是細胞分泌的一些無作用碎片[3].但越來越多的研究表明，外泌體是一種富含多種生物活性因子的亞細胞雙層膜囊泡，并且能夠發揮多種生物學作用。近年來干細胞來源的外泌體研究成為熱點，對干細胞外泌體的生物學功能，以及其在臨床當中的應用進行了較多研究探索。本文擬就干細胞外泌體的研究現狀進行綜述，重點闡述干細胞外泌體發揮生物學效應的物質基礎及機制，以及干細胞外泌體在臨床應用中的研究進展。

1、干細胞外泌體簡介

1.1 外泌體與微泡：

兩者均屬于細胞外囊泡[4]（Extracellular vesicles,EV），是細胞在靜息或應激狀態下產生的異質性膜分泌體系[5],包括直徑在100~1000nm的微泡（microvesicle,MV）和30~100nm的外泌體（exosome）。兩者在多數情況下被混淆，其主要區別在于形成方式不同。微泡通常比外泌體大，是質膜直接以出芽的方式向細胞外突出形成的大囊泡[6].外泌體則是經由內涵體（endosome）途徑生成[3].細胞內晚期內涵體的界膜多處凹陷，向內出芽形成管腔狀囊泡，從而轉變為具有動態亞細胞結構的多囊泡體（multi-vesicle bodys,MVBs）。MVBs是真核細胞重要的蛋白運輸與分揀中心，當MVBs與胞膜融合后，其內的管腔狀囊泡凹陷以內出芽方式形成顆粒狀小囊泡，并釋放入細胞外環境，即外泌體。參與細胞信息傳遞的外囊泡即為外泌體和微泡，在已發表的文獻中多將兩者合稱為EV.

1.2 干細胞外泌體：

干細胞來源的外泌體是干細胞在靜息或缺氧應激、輻照、氧化損傷等刺激下分泌產生的細胞外囊泡[7],可通過選擇性的轉運蛋白質、m RNA、micro RNA來充當干細胞與已分化細胞的信號分子[2].現有研究已證明間充質干細胞外泌體在減少心肌梗死面積[8],減輕肢體缺血[9],增進傷口愈合[10-11],改善移植物抗宿主?。╣raftversus-host disease,GVHD）[12],減少腎損傷[13],促進肝再生[14],減輕視網膜損傷[15],以及最近改善軟骨[16]和骨再生[17]等方面具有重要作用。外泌體是細胞間信息交流的重要載體，且外泌體特性與其來源的細胞有關，因此干細胞外泌體的功能與其干細胞的功能密切相關。Quesemberry[18]等人提出外泌體扮演著干細胞生物學連續體模型的關鍵角色，則可推測外泌體在促血管形成、促進細胞新生及免疫調節方面有重要作用。

2、干細胞外泌體的生物學功能

外泌體表面富含膽固醇、甘油二脂、鞘脂、磷脂等脂類物質，這些脂類分子不僅可以維持外泌體的形態，還可以作為信號分子參與多種生物學過程[19].且外泌體內載有蛋白質、m RNA、micro RNA等生物學信息，在細胞微環境中發揮重要作用[20].研究發現，外泌體不僅存在于體內活細胞，在體外培養的細胞中也能檢測到外泌體，如脂肪細胞、腫瘤細胞、間充質干細胞等[21].隨著研究進展，外泌體已可從人體血液、尿液、羊水及腹水等多種體液中分離出[22].這說明外泌體不僅是細胞正常生理病理的代謝產物，且分泌外泌體是一種普遍的細胞功能[23].Lai等[24]研究發現，骨髓MSC培養基上清液中發揮損傷修復作用的物質可能是一種直徑在50~100nm的磷脂膜包裹的小囊泡。后續研究發現此種囊泡可參與機體免疫調節、血管新生、細胞增殖及凋亡等環節，從而發揮組織修復作用。

2.1 免疫調節：

Zou等[25]研究發現，間充質干細胞外泌體可降低巨噬細胞趨化蛋白CX3CL1及腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor,TNF）的表達，同時上調白細胞介素-10（IL-10），降低局部炎癥反應，起到免疫調節的作用。Kordelas等[12]研究發現，干細胞外泌體可降低難治性抗移植物抗宿主病（therapy-refractory graft-versus-host disease,GVHD）患者體內的IL-1、TNF-及-干擾素水平，調節機體免疫，促進受損組織修復。

2.2 促血管新生：

有研究證明[26-27]來自內皮祖細胞的外泌體攜帶有促血管生成的mi RNA,如mi R-126、mi R-296和let-7,其能夠在靜止的內皮細胞中通過水平轉移RNA激活血管形成。當MSC外泌體與血管內皮細胞體外共混培養條件下，MSC外泌體可被血管內皮細胞攝取并內化，經real time-PCR檢測發現，培養后的血管內皮細胞同樣高表達MSC外泌體攜帶的促血管化mi RNA[28].脂質間充質干細胞（adipose mesenchymal stem cells,ASCs）可促進血管內皮的增生，并且血小板衍生的生長因子可促進ASCs釋放增強血管生長潛力的外泌體[29].人臍帶MSCs分泌的外泌體與體外培養的人臍靜脈內皮細胞共培養時，內皮細胞成管狀結構更加明顯，內皮細胞遷移更加良好[30].

2.3 促進細胞增殖、抑制細胞凋亡：

在甘油誘導的嚴重聯合免疫缺陷（severe combined immune deficiency,SCID）鼠急性腎損傷模型中發現骨髓MSC分泌的外泌體具有保護腎功能的作用[31],其修復能力與其母體細胞無顯著性差異。其通過上調bcl-xl、bcl2、birc8等抗凋亡基因，下調Casp1、Casp8、LTA等促凋亡基因，同時活化細胞外信號調節激酶，以促進細胞增殖，抑制細胞凋亡，從而發揮組織修復作用。此外，外泌體可通過向靶細胞轉運RNA,如m RNA、mi RNA等，誘導靶細胞合成一些因子，如肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor,HGF）、血管內皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）等，激活信號通路，調控靶細胞的細胞周期活動，最終促進其增殖[13].

外泌體由干細胞釋放后可通過彌散、內吞、受體介導等方式進入靶細胞，轉運特異性蛋白、脂質、m RNA和mi RNA等生物活性物質，從而發揮多種生物學功能。而且根據當前國內外研究，干細胞外泌體促進血管新生的機制與其向靶細胞轉運具有促血管生成作用的mi RNA有著密切的聯系。

3、外泌體的作用方式

外泌體內含有多種生長因子及細胞因子，如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）、干細胞因子（Stem Cell Factors,SCF），并且幾乎所有的外泌體都含有生理活性的脂質成分，如1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-l-phosphate,S1P）、神經酰胺-1-磷酸（ceramide-1-phosphate,C1P）。外泌體進入靶細胞后，這些旁分泌因子可與細胞相互作用，如S1P、C1P可抑制細胞凋亡和刺激血管新生[32].一系列研究表明，外泌體發揮作用的方式主要有3種：（1）通過直接識別靶細胞表面的信號分子，與受體結合傳遞細胞間信息[33];（2）外泌體與靶細胞融合后，釋放其內容物，實現信息轉運[34-36];（3）通過釋放胞內的信號分子作用于靶細胞表面受體，完成信息轉運[37-38].

通過識別靶細胞膜表面的信號分子轉運信息，常見于免疫系統中。第二種作用方式是Valadi等[34]在實驗中觀察到鼠肥大細胞分泌的外泌體可被人肥大細胞所攝取而發現的，外泌體所攜帶的m RNA進入細胞后會被翻譯成蛋白質。這是研究者首次發現基于基因水平的細胞間的信息轉運。這種信息轉運廣泛存在于機體中，例脂肪細胞的脂肪合成[36],間充質干細胞的心肌保護作用[24]等。外泌體中的細胞因子，如血管內皮生長因子，纖維母細胞生長因子等，通過第三種作用方式與內皮細胞表面受體相結合起到促進血管形成的作用[37].因而干細胞來源的外泌體促血管新生、促進細胞增殖、抑制細胞凋亡等作用，可能與多種機制共同作用有關，具體作用方式尚待進一步探究。

4、干細胞外泌體的生物學優勢及臨床應用前景

目前干細胞廣泛應用于組織修復及缺血性疾病治療領域。與干細胞比較，作為其旁分泌物的干細胞外泌體具有更穩定的生物特性，有研究表明[39]外泌體在-80℃保存2年仍能保持其生物學功能。在體內實驗中外泌體的脂質雙分子膜結構能防止其內容物降解，保持內部蛋白及遺傳物質的活性[40].而且與干細胞分泌的可溶性細胞因子不同，外泌體可直接進入靶細胞，通過向靶細胞轉運特異性蛋白、脂質及RNA等生物活性物質，來誘導靶細胞的增殖、遷移、血管化等生物學變化，從而改變局部微環境，穩定而持久地發揮多種生物學功能。這種載體式信號轉導方式使外泌體具備更高更穩定的信號轉導效率，且在生物體內不會被細胞外介質稀釋[41].

4.1 干細胞外泌體對創面的修復作用：

研究發現，MSC外泌體可通過促進血管生成發揮組織修復作用。Zhang等[11]研究發現，MSC外泌體可促進熱刺激后皮膚細胞的增殖，并抑制其凋亡，在大鼠皮膚燒傷模型中，外泌體能促進燒傷部位的再上皮化，加快傷口愈合。人臍帶MSC外泌體所遞送的Wnt4基因信號是皮膚傷口愈合所需的。在體外實驗中[10],成纖維細胞和人臍靜脈內皮細胞的增殖及遷移依賴于MSC外泌體的劑量。同樣，成纖維細胞分泌的I型、III型膠原、彈性蛋白量的提高和血管內皮細胞管狀形成率的提高也與外泌體的濃度增加有關。

4.2 干細胞外泌體在缺血性疾病中的治療作用：

研究發現，人CD34+造血干細胞分泌的外泌體具有促血管形成的作用，從而改善缺血性疾病[40].MSC外泌體可通過轉運micro RNA改善心肌缺血，對心臟功能產生保護作用[24].在缺血性腦病中，可同樣觀察到間充質干細胞可通過外泌體的轉運，使具有保護作用的mi R-133b進入到周圍神經元，改善疾病狀況[42].在小鼠后肢缺血模型中，HU GW[9]等發現MSC外泌體可促進小鼠血管生成和血液灌注來減輕嚴重的后肢缺血。干細胞分泌的外泌體具有促血管生成的作用，這在缺血性疾病的治療中具有非常重要的意義。

4.3 干細胞外泌體對器官急性損傷治療方面的臨床應用前景：

相關研究已證實來源于胚胎干細胞（embryonic stem cells,ESCs）和某些成體干細胞的外泌體可以改變受體細胞的生理功能，從而保護急性損傷的心臟和腎臟。Lai等[24]觀察到純化的MSC外泌體能夠減少小鼠心臟的梗死面積。Arslan等[43]也研究證明，MSC外泌體可通過增加ATP水平，降低氧化應激，激活P13K/Akt通路增強心肌生存能力及防止缺血再灌注損傷后的心肌不良重塑。MSCs生成的外泌體在治療急性心肌梗死方面有著巨大的潛力。上皮細胞分泌的外泌體，其內的激活轉錄因子3（activating transcription factor 3,ATF3）RNA可減弱缺血再灌注損傷時的促炎基因CMP-1的轉錄，減輕炎癥反應，起到腎保護作用[44].在急性腎損傷的干細胞治療實驗中，MSC外泌體可通過旁分泌途徑提高腎臟的恢復[45].

4.4 干細胞外泌體對骨及軟骨損傷治療方面的臨床應用前景：

Strassburg等[46]研究發現，外泌體與髓核細胞的相互作用可能是MSC促進退化的椎間盤結構恢復的一種機制。最近研究報道[16],在免疫大鼠骨軟骨缺損模型中人MSC外泌體可促進軟骨再生。在該研究中，外泌體加速了新組織的填充，II型膠原的合成，并增強硫酸化糖胺聚糖（sulphated glycosaminoglycan,s-GAG）的基質合成。到12周末，觀察到MSC外泌體處理的大鼠其軟骨和軟骨下骨完全恢復，特征包括表面具有良好且規則的透明軟骨，并與相鄰軟骨完全結合。TAO SC[47]等研究發現，過渡表達mi R-140-5p滑膜間充質干細胞（mi R-140-5p-overexpressing synovial mesenchymal stem cells,SMSC-140s）的外泌體在骨關節炎大鼠模型中可有效治療骨關節炎（Osteoarthritis,OA）。MSC外泌體因其抗纖維化、抗凋亡、免疫調節功能，在骨關節炎、風濕性關節炎等疾病中的治療作用將有著巨大的臨床應用前景[48].

4.5 干細胞外泌體作為藥物載體的臨床應用前景：

理想的藥物載體需能逃避宿主免疫系統，被靶細胞特異性吸收。具有足夠時長的循環半衰期，無毒性，且能加載多種不同的藥物。因此外泌體作為一種天然的脂質體，被認為較目前廣泛使用的人工合成脂質體具有更多優勢。將外泌體用于藥物遞送的另一個重要考慮因素是外泌體的細胞來源，例如，臨床試驗的樹突狀細胞（dendritic cell,DC）外泌體已被純化，并負載抗原肽來刺激T細胞增殖，將其作為一個潛在的抗腫瘤或感染性疾病的疫苗[49].然而，DC外泌體是具有免疫原性的，并且將它們作為藥物遞送載體時需要使用免疫相容性外泌體。因此，用于藥物遞送的外泌體，其理想的細胞來源是可產生豐富的非免疫原性外泌體的細胞。人胚胎干細胞衍生的間充質干細胞（human embryonic stem cellderived mesenchymal stem cells,h ESC-MSCs）為外泌體運用于理想的藥物載體提供了來源[50].MSC有一個十分獨特的功能，可以調節參與適應性免疫和固有免疫的多種細胞，從而產生免疫抑制和免疫調節的效應[51].MSC在同種異體宿主中耐受性良好，因此推測它們的分泌的外泌體也可具有良好的耐受性。與此假設一致，在小鼠動物模型研究中發現，用來源于人胚胎干細胞的外泌體靜脈注射治療具有免疫能力的小鼠可達到一定的治療效果，且未用免疫抑制藥物抑制小鼠的免疫系統[24,52].MSC外泌體被證明是普遍耐受性良好，并且所具有免疫原性及毒性的風險最小[12,16].這種以同種異體或自體方式發揮免疫抑制和調節作用的能力可以增強MSC外泌體即藥物遞送載體的壽命和其裝載藥物的生物利用度。因此可想而知，靜脈輸注MSC外泌體可以耐受性良好，便于更精確劑量的裝載藥物。

5、結語與展望

外泌體的發現豐富了研究者們對細胞間通訊方式的認識，加深了對機體生理、病理過程的理解。近年來，干細胞外泌體研究成為熱點，發現了其優良的生物學效應，有著十分廣闊的臨床應用前景。越來越多的研究表明，干細胞外泌體可減少細胞凋亡、減輕炎癥反應、促進血管生成、抑制纖維化、提高組織修復潛力等重要生物學作用。外泌體的這些作用使得其在治療心肌梗死，皮膚創傷等組織損傷中存在良好的應用前景，并且已經有較多深入的研究。與干細胞的移植治療相比，干細胞外泌體可以降低細胞移植致瘤風險，因此通過干細胞來源的外泌體進行促進血管生成和增強損傷細胞修復，有望成為組織損傷修復的治療新策略。外泌體的獨特生物學優勢也為未來藥物載體的研發開啟了一條全新的思路，但還需解決以下問題：如何大量制備純化的外泌體，如何根據外泌體半衰期制定合適的給藥途徑及頻次，以及提高治療靶向性，降低不良反應。目前，對干細胞外泌體研究仍處于臨床前期，而且對其生物效應的作用機制研究還不足，干細胞外泌體治療疾病的效率和安全性可能是未來亟需研究的問題?？傊S著對干細胞外泌體的深入研究，其在未來可能對于疾病診斷、干細胞治療、藥物遞送等領域發揮重要作用。

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篇2

關鍵詞：曝氣生物濾池，自控系統，設計

Abstract: in this paper the sewage treatment plant in shenzhen ridge (phase ii) biological aerated filters the functional design of automatic control system as an example, this paper introduces the biological aerated filters the main processing of the equipment operation and automatic control, the operation, the monitoring alarm, historical data query, statements such as automatic generation function design essentials.

Keywords: biological aerated filters, automatic control system, the design

中圖分類號：N945.23 文獻標識碼：A文章編號：

曝氣生物濾池工藝由于占地面積小，投資少而普遍應用于工業廢水和生活污水的處理，但該工藝對自控系統的要求高，特別是對自控系統功能的設計。深圳橫嶺污水處理廠（二期）采用曝氣生物濾池工藝，設計規模40萬噸/日，下面以該廠為例，介紹曝氣生物濾池自控系統功能的設計要點。

一、深圳橫嶺污水處理廠曝氣生物濾池工藝簡介

深圳橫嶺污水處理廠（二期）曝氣生物濾池共48套，每套濾池由前置反硝化濾池（DN池）和曝氣濾池（C/N池）兩級上向流濾池組成，主要工藝流程圖如下。

1、橫嶺污水處理廠（二期）工藝流程圖

2、橫嶺污水處理廠（二期）曝氣生物濾池工藝流程圖

3、濾池工作模式流程

4、濾池反沖洗工藝流程圖

二、濾池設備和主要工藝過程控制設計要點

（一）控制方式

控制方式包括現場手動控制和遠程控制，需要注意的是，當停電或PLC系統故障復位時，所有設備和工藝過程的控制方式應處于“現場手動”或“遠程手動”方式，避免設備異常自動啟動，經值班人員檢查沒有異常情況后再設置為“遠程自動”方式。

（二）濾池設備監控內容

1、 對于平時很少操作的設備，如低壓進線開關、機泵的電源空氣開關等，PLC只監測其工況（閉合或斷開），并對異常狀態進行報警。

2、 對于能夠獨立自動運行的成套設備，如廢水泵抽真空系統等，由廠家配套的控制系統自動進行控制，PLC只監測其工況和主要工藝參數，異常狀況則報警。

3、 對于需經常操作的設備，如反沖洗泵、風機等，其工況和主要運行參數都應輸入PLC進行監控，自動監控包括六個方面：啟動條件判斷、啟動過程監控、運行過程監控、停機條件判斷、停機過程監控、停止狀態監控。

（三）主要設備和工藝過程控制要點

1、濾池過濾控制

（1）濾池過濾水量控制

 可通過現場或遠程手動調節DN池進水調節閥的開度，控制進水量。

 可根據設定的進水量、實際進水流量和進水閥門開度，由PID調節器自動調節DN池進水調節閥的開度，使進水量保持恒定。

（2） C/N池溶解氧控制

C/N池溶解氧可通過調節相應的曝氣風機運行頻率進行控制。曝氣羅茨風機運行頻率有三種調節方式：

 在現場的變頻器操作面板上進行調節。

 在中控室監控計算機上進行調節（遠程手動設置運行頻率）。

 由PLC設定的PID調節器進行自動調節，以進水流量作為前饋參數，溶解氧檢測值作為反饋參數。

2、濾池反沖洗過程控制

（1）反沖洗基本條件

 該濾池反沖洗控制方式為“自動”。

 無其它濾池處在沖洗過程中。

 反沖洗泵和風機至少各有2臺具備啟動條件。

 該濾池相應閥門具備自動操作條件。

（2）正常定時反沖洗申請

濾池過濾時間大于24小時時（可設定），該濾池自動停止過濾，排隊申請反沖洗。

（3）特殊情況反沖洗申請

濾池阻力連續600秒（可設定）大于8米（可設定）時，該濾池自動停止過濾，排隊申請反沖洗。

（4）強制反沖洗

PLC在收到監控計算機發出的強制反沖洗命令后，只要滿足（1）中的條件，則直接進行反沖洗。

（5）反沖洗過程控制要點

 反沖洗降水時間、氣沖時間、水沖時間、氣水沖時間、漂洗時間、排氣時間、初濾時間等與反沖洗強度和效果有關的參數都能夠在計算機上設定。

 反沖洗水泵和風機運行頻率、臺數可設定，也可分別根據設定的水沖流量和氣沖壓力自動調節運行頻率。

 反沖洗過程如果出現閥門故障或閥門開、關不到位，導致反沖洗不能按順序進行下去時，應停止正在運行的反沖洗水泵和風機，關閉所有其它正常的閥門，設置為“停用”模式，待故障消除后再進行強制反沖洗。

 反沖洗過程如果出現水泵或風機不能自動停止，導致反沖洗不能按順序進行下去時，應報警提示，設置為“停用”模式，待故障處理后再進行強制反沖洗。

 反沖洗過程如果反沖洗水泵或風機出現故障導致停止運行，應報警提示，并自動啟動備用的反沖洗水泵或風機。

3、反沖洗水泵控制

（1）啟動條件

 控制方式為“自動”。

 該泵無故障。

 反沖洗水池水位高于2米（可設定）。

 該泵運行累計時間最少。

 無其它同一組的水泵正在啟動。

 水泵同時運行臺數低于2臺。

（2）啟動過程監控

 PLC 在輸出開泵命令后，延時3秒后檢測泵運行信號，若泵無運行信號應報警并取消“開機”命令。

 收到泵運行信號后10秒，反沖洗水流量應大于 1200m3/h（可設定，開第一臺和第二臺泵時，反沖洗流量不同），否則應報警。

 泵故障應報警并取消“開機”命令。

（3）運行過程監控

 運行信號連續3秒丟失應報警。

 泵故障、泵主回路或控制回路電源故障，應報警并取消開泵信號。

 反沖洗水池水位低于2米（可設定），應報警并停泵。

 泵電流連續10秒超限，報警并取消開泵信號輸出。

（4）停泵條件

 控制方式為“自動”。

 該泵處于運行狀態。

 PLC輸出停泵命令。

（5）停泵過程監控：PLC輸出停泵命令，延時3秒后檢測泵運行信號，若泵仍有運行信號應報警。

（6）停止狀態監控：泵控制方式改變或泵主回路或控制回路電源異常應報警。

4、反沖洗泵房和濾池管廊等地下構筑物排污泵控制

由于反沖洗泵房和濾池管廊都位于地面以下，因此需加強對排除積水的排水泵的監控，以確保反沖洗水泵、鼓風機等設備的安全，當排水泵故障或集水坑水位超限時都應報警。

三、中控室計算機監控軟件的主要功能設計

1． 監測與顯示

可顯示每個濾池工藝設備工況圖，在各個相應位置以文字、不同顏色和閃爍顯示等方式標識顯示工藝參數和設備狀況，每個濾池的狀態應包括：過濾、反沖洗、等待反沖洗、備用、停用、反沖洗控制方式。

2． 操作控制

 濾池進水調節閥、反沖洗水泵和風機等主要設備應有獨立的操作界面。

 在設備操作界面上可通過鍵盤或鼠標對主要設備進行開/停（開/關）操作，可設定設備遠程控制方式，可設定設備運行參數或工藝過程的控制參數。

3． 歷史數據查詢和打印

 能夠查詢和打印濾池進水量、溶解氧、反沖洗風量和水量等工藝參數的歷史趨勢曲線。

 在同一坐標上，可任意選擇多個參數同時顯示，以便進行比較分析水質變化規律和設備故障原因。

 能夠自動統計生成生產日報表、周報表和月報表等各類報表（EXECL表格），并可查詢和輸出打印。

4． 信息提示與報警

 對于主要設備工況的正常改變，由監控計算機實時信息窗口顯示相應的提示信息，以便及時發現設備頻繁的狀態改變等異常情況；

 對于工藝參數超限、設備故障等一般的異常情況，由監控計算機發出聲光報警并彈出報警窗口，以便提醒值班人員進行處理；

 對于涉及安全生產的嚴重異常情況，如位于地下的反沖洗泵房積水水位達到報警水位等，除了由監控計算機發出聲光報警之外，在生產現場設置聲光報警裝置，以便值班人員或其它人員及時發現和處理。

結束語

篇3

一、生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學。它是農學、醫學、林學、環境科學等科學的基礎。

二、生物科學的新成就：

1、試管嬰兒;2、雜交水稻;3、克隆技術;4、基因工程;中國已經成為世界生物技術強國之一。

三、環境問題：

1、森林正在減少，亂砍濫伐。森林火災的此起彼伏，大面積毀林。

2、工廠排放的廢水，海洋、河流、湖泊受到污染。

3、沙塵暴

初一上冊生物知識點第一單元 生物和生物圈

第一章認識生物

第一節 生物的特征

一、生物的特征

1、生物的生活需要營養。生物的一生需要不斷從外界獲得營養物質，維持生存。

2、生物能進行呼吸。絕大多數生物需要吸入氧氣，呼出二氧化碳。

3、生物能排出身體內產生的廢物。

4、生物能對外界刺激作出反應。

5、生物能生長和繁殖。

6、生物還具有其他特征。除病毒以外，生物都是由細胞構成的。

二、判斷下列哪些是生物，哪些不是生物?

機器人 鐘乳石 珊瑚 珊瑚蟲 太陽 水 樹 人 動物

第二節 調查我們身邊的生物

一、調查的一般方法：

1、明確調查目的。2、選擇材料用具。3、方法步驟：

(1)選擇調查范圍。(2)分組。(3)設計調查路線。(4)調查記錄。(5)歸類整理分析。

二、生物的分類。

1、按形態結構分：植物、動物、其他生物;2、按生活環境分：陸生生物和水生生物;3、按用途分：作物、家禽、家畜、寵物。

第二章 生物圈是所有生物的家

第一節 生物圈

一、生物圈的概念：生物圈是指地球上有生命活動的領域及其居住環境的整體，生物圈是地球上所有生物共同的一個家。

二、生物圈的范圍：大氣圈的底部、水圈的大部、巖石圈的表面。

三、生物圈為生物的生存提供了基本條件：營養物質、陽光、空氣和水、適宜的溫度、一定的生存空間。

第二節 環境對生物的影響

一、影響生物生活的環境因素分兩類：1、光、溫度、水、空氣等非生物因素。2、生物因素。

二、非生物因素對生物的影響：所有生物的生活都會受到非生物因素的影響。當環境中一個或幾個因素發生急劇變化時，就會影響生物的生活，甚至導致生物死亡。

三、生物因素對生物的影響：生物因素是指影響某種生物生活的其他生物。自然界中的每一種生物都受到周圍很多其他生物的影響。生物與生物之間的關系有：捕食關系、競爭關系、合作關系等。

四、探究實驗的步驟：

1、提出問題2、作出假設3、制定計劃4、實施計劃5、得出結論6、表達和交流

五、探究光對鼠婦生活的影響的實驗方法是：對照實驗。

在研究一種條件對研究對象的影響時，所進行的除了這種條件不同以外，其他條件都相同的實驗叫做對照實驗。

第三節 生物對環境的適應和影響

一、生物對環境的適應。

每一種生物都具有與其生活環境相適應的形態結構和生活方式。生物的適應性是普遍存在的。

二、生物對環境的影響。如：蚯蚓松土。沙地植物防風固沙等。

三、在自然環境中，各種因素(包括生物因素和非生物因素)影響著生物的生存，生物在生存和發展中不斷地適應環境和影響環境。在生物與環境相互作用的漫長過程中，環境在不斷改變;生物也在不斷進化，適應環境。生物和環境的相互作用造就了今天欣欣向榮的生物圈。

第四節 生態系統

一、定義：在一定地域內，生物與環境所形成的統一的整體叫做生態系統。

二、生態系統的組成：

生產者(主要指綠色植物)

1、生物成分： 消費者(主要指動物) 2、非生物成分：陽光、空氣、水等。

分解者(主要指細菌和真菌等微生物)

構成生態系統的各種生物之間是相互影響，相互作用，相互依存的。

三、食物鏈的定義：通過一系列吃與被吃的關系，把生物與生物緊密地聯系起來，這種生物之間以食物營養關系彼此聯系起來的序列，稱為食物鏈。

四、食物網的定義：一個生態系統中，多條食物鏈交錯連接，構成了食物網。

生態系統中的物質和能量就是沿著食物鏈和食物網流動的，有毒物質能夠沿食物鏈積累。

五、生態系統具有一定的自動調節能力

生態系統具有一定的自我調節能力，使得生態系統中各種生物的數量和所占比例保持相對的穩定，但是這種調節能力是有限度的，超過該限度，生態系統就會遭到破壞。

第五節 生物圈是最大的生態系統

一、多種多樣的生態系統：1、森林生態系統2、草原生態系統3、海洋生態系統4、淡水生態系統5、濕地生態系統6、農田生態系統7、城市生態系統8、河流生態系統等。

二、生物圈是一個統一的整體

1、生物圈中的各種生態系統，由于地域相隔，表面看來好像毫不相干，但實際上都存在著一定的聯系。

2、整個生物圈在結構和功能上是一個整體，它是地球上最大的生態系統。

3、生物圈是所有生物共同的家園.保護生物圈，人人有責!

初一上冊生物知識點第二單元 生物和細胞

第一章 觀察細胞的結構

第一節 練習使用顯微鏡

一、顯微鏡的構造。

二、使用顯微鏡的方法步驟：1、取鏡和安放2、對光3、觀察

三、目鏡內看到的物像是倒像。目鏡與物鏡放大倍數的乘積就是顯微鏡的放大倍數。倍數越大，看到的細胞越大，看到的細胞數量越少。

第二節 觀察植物細胞

一、玻片標本。

1、 種類：切片、涂片、裝片

2、 制作：需要載玻片和蓋玻片

二、植物細胞的結構。

1、 模式圖。細胞主要由細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞核構成。細胞質內含有液泡、葉綠體

2、細胞壁的作用：起保護和支持細胞的作用。

3、西瓜甘甜可口主要是因為西瓜的細胞液中含有大量的糖分。

4、植物細胞的各種結構分別具有各自的功能，它們協調配合，共同完成細胞的生命活動。

第三節 觀察動物細胞

一、人和動物的細胞形態不同，基本結構是一樣的。

動物細胞模式圖。主要由細胞膜、細胞質、細胞核構成。

二、植物細胞和動物細胞在結構上的相同點和不同點：

相同點是：都有細胞膜、細胞質、細胞核等，是生物體的結構和功能的基本單位。

不同點是：植物細胞有細胞壁，動物細胞沒有細胞壁;植物細胞有液泡，動物細胞沒有液泡;植物細胞有葉綠體，動物細胞沒有葉綠體。

第二章 細胞的生活

第一節 細胞的生活需要物質和能量

一、細胞中含有兩類物質。

1、 無機物：水和無機鹽 2、有機物：糖、脂類、蛋白質、核酸

二、細胞膜控制物質的進出。

細胞膜能夠讓有用的物質進入細胞，把其他物質擋在細胞外面，同時把細胞內產生的廢物排到細胞外。

三、細胞質中的能量轉換器。

1、 葉綠體將光能轉化成化學能，儲存在它所制造的有機物中。

2、 細胞都含有線粒體，線粒體將有機物與氧結合，經過復雜的過程，將有機物中的能量釋放出來，供細胞利用。

3、 葉綠體和線粒體都是細胞中的能理轉換器。

第二節 細胞核是遺傳信息庫

一、遺傳信息的定義：上一代能把控制生長發育的信息傳給下一代，這樣的信息就叫做遺傳信息。

二、遺傳信息儲存在細胞核中。由克隆羊的故事可以得出這個結論。

三、細胞核中儲存遺傳信息的物質是——DNA

1、遺傳信息的載體是一種叫做DNA的有機物。DNA存在于細胞核中。

2、DNA的每個片段具有特定的遺傳信息。這些片段叫基因。

四、染色體是由DNA和蛋白質兩種物質組成。

1、每一種生物的細胞內，染色體的數量是一定的。如人體細胞內含有23對染色體。水稻有12對。

2、細胞的控制中心是細胞核。

3、DNA上的遺傳信息是指導和控制細胞中物質和能量變化的一系列指令，也是生物體建造自己生命大廈的藍圖。

第三節 細胞通過分裂產生新細胞

一、生物體由小長大，是與細胞的生長和分裂分不開的。

二、細胞的生長：新產生的細胞體積很小，通過不斷地從周圍環境中吸收營養物質。并且轉變成組成自身的物質，體積逐漸增大。

三、細胞的分裂：一個分成兩個，兩個分成四個。新細胞和原細胞所含有的遺傳物質是一樣的。

第三章 細胞怎樣構成生物體

第一節 動物體的結構層次

一、細胞分化形成組織。

1、 在發育過程中，某些細胞各自具有了不同功能，它們在形態、結構上也逐漸發生了變化，這個過程叫做細胞分化。

2、 組織的定義：細胞分化產生了不同的細胞群，每個細胞群都是由形態相似，結構、功能相同的細胞聯合在一起形成的，這樣的細胞群叫做組織。

3、 人體的四種基本組織：

上皮組織：由上皮細胞構成，具有保護、分泌等功能。

肌肉組織：由肌細胞構成，具有收縮、舒張功能。

神經組織：由神經細胞構成，能夠產生和傳導興奮。

結締組織：支持、連接、保護、營養等功能。

二、組織進一步形成器官。

1、 器官的定義：不同的組織按照一定的次序結合在一起構成器官。例如：大腦、胃、心臟、肝、肺、腎、眼、耳等。

三、器官構成系統和人體

1、 系統的定義：能夠共同完成一種或幾種生理功能的多個器官按照一定的次序組合在一起構成系統。

2、 人體的系統：運動系統、消化系統、呼吸系統、循環系統、泌尿系統、神經系統、內分泌系統、生殖系統。這系統協調配合，使人體內各種復雜的生命活動能夠正常進行。

第二節 植物體的結構層次

一、植物體是由受精卵經過細胞分裂、分化，形成組織、器官，最終形成植物體。

二、綠色開花植物的六大器官。

1、 六大器官：根、莖、葉、花、果實、種子

三、植物的幾種主要組織。

1、 分生組織：位于根尖的分生區就是分生組織。

2、 另外幾種：保護組織、營養組織、輸導組織。

第三節 只有一個細胞的生物體

一、單細胞生物：身體只有一個細胞的生物。大多數生活在水里，有些生活在我們身上。

二、單細胞生物的結構和生活。

以草履蟲為例：如圖。草履蟲的結構和生活。

三、單細胞生物與人類的關系。

有利的一面：1、多數浮游生物是魚類的天然餌料。

2、 草履蟲對污水凈化有一定作用。

有害的一面：1、人體內寄生蟲危害人類健康。如：瘧原蟲、痢疾內變形蟲等。

2、單細胞生物大量繁殖造成赤潮，危害漁業。

第四章 沒有細胞結構的微小生物——病毒

一、病毒的種類。

1、根據它們寄生的細胞不同，可以將病毒分為三大類：

一類是專門寄生在人和動物細胞里的動物病毒，如流感病毒。

一類是專門寄生在植物細胞里的植物病毒，如煙草花葉病毒。

一類是專門寄生在細菌內的細菌病毒，也叫噬菌體，如大腸桿菌噬菌體。

二、病毒的結構和生活

1、病毒的結構是由蛋白質外殼和內部的遺傳物質組成的。沒有細胞結構。

2、病毒只能寄生在活的細胞里。離開了活細胞會變成結晶體。一有機會侵入活細胞就會重新開始生命活動。

三、病毒與人類的關系

病毒靠寄生生活，給人類、飼養動物、栽培植物帶來了極大危害。

如：流行性感冒、肝炎、艾滋病、口蹄疫、雞瘟都是由病毒引起的。

疫苗預防疾病。疫苗是經過人工處理的減毒病毒。

單元小結

1、 除病毒外，生物體都是由細胞構成的。細胞是生物體結構和功能的基本單位。

2、 細胞膜、細胞質和細胞核是絕大多數細胞共有的基本結構。

3、 細胞的生活需要物質和能量。細胞核內含有遺傳信息。細胞是物質、能量和信息的統一體。

篇4

一 、生物膜概念模型二、 生物膜考點例析

考點1生物膜的成分、結構模型和結構特點

1.組成成分：所有生物膜都含磷脂和蛋白質，功能越復雜的生物膜，其內蛋白質含量和種類越多.細胞膜外表面含糖蛋白，在癌細胞的表面糖蛋白等物質減少而使其易擴散和轉移.動物細胞膜中含少量膽固醇，以調節細胞膜的流動性.

2.結構模型：生物膜的流動鑲嵌模型是1972年由桑格和尼克森提出，其基本內容是：磷脂雙分子層構成生物膜的基本骨架，具有流動性.蛋白質分子以鑲在表面、不同程度嵌入及貫穿等形式分布在其中，大多數蛋白質分子可以運動.糖蛋白分布在細胞膜的外側，具有保護和、細胞識別及信息交流等功能.

3.結構特點：生物膜具有一定的流動性，其中細胞膜的流動性是細胞完成很多生命活動的必要條件，如變形蟲的運動、植物細胞的質壁分離和復原、紅細胞失水皺縮和分泌蛋白的胞吐等.

例1細胞膜在細胞的生命活動中具有重要作用.下列相關敘述不正確的是（ ）.

A.細胞膜的糖被在細胞間具有識別作用

B.吞噬細胞對抗原的攝取需依賴細胞膜的流動性

C.細胞膜內外兩側結合的蛋白質種類有差異

D.載體蛋白是鑲在細胞膜內外表面的蛋白質

答案:D

解析細胞間的識別由糖被來實現；吞噬細胞對抗原的攝取屬于胞吞作用，需依賴細胞膜的流動性；膜內外兩側的蛋白質種類有別，如糖蛋白只存在于細胞膜的外側；載體蛋白可協助物質跨膜運輸，應嵌插膜中，而不是鑲在細胞膜內外表面，故D錯.

考點2生物膜系統的結構和功能聯系

1.生物膜系統：指具有聯系的細胞膜、核膜及具膜的細胞器.真核細胞有生物膜系統，注意原核細胞和哺乳動物成熟紅細胞只有細胞膜，無生物膜系統.

2.不同生物膜特點：內質網膜在細胞中含量高、分布廣泛；細胞膜、內質網、高爾基體、液泡和溶酶體均為單層膜.葉綠體、線粒體和核膜均為雙層膜，葉綠體通過類囊體垛疊成基粒擴大內部膜面積，線粒體內膜折疊成嵴以擴大膜面積；核膜上有核孔，以實現核質間大分子物質選擇性和雙向換，可讓蛋白質進核和RNA出核，但不讓核DNA出核，代謝旺盛的細胞中核孔一般較多.

3.生物膜系統結構聯系：細胞中內質網膜向外連細胞膜，向內連外層核膜，有些細胞中還與線粒體膜相連；內質網與高爾基體間，高爾基體與細胞膜間可通過具膜小泡實現結構聯系.

4.生物膜功能聯系：分泌蛋白的加工和運輸與內質網、高爾基體、線粒體和細胞膜有關，注意：蛋白質合成場所是核糖體，其無膜結構，不屬于生物膜系統.（見下面圖）

例2下列有關生物膜結構和功能的描述，不正確的是（）.

A.植物原生質體的融合依賴于細胞膜的流動性

B.合成固醇類激素的分泌細胞的內質網一般不發達

C.分泌蛋白的修飾加工由內質網和高爾基體共同完成

D.生物膜之間可通過具膜小泡的轉移實現膜成分的更新

解析植物體細胞雜交中原生質體的融合依賴于細胞膜的流動性；光面內質網參與脂質的合成，因此合成固醇類激素的分泌細胞中的內質網一般比較發達；核糖體合成的多肽鏈經過內質網和高爾基體的修飾加工才形成分泌蛋白；在分泌蛋白的成熟過程中，內質網、高爾基體與細胞膜間通過具膜小泡來實現物質的轉運，這里實現了生物膜成分的更新.答案：B

考點3細胞膜的物質運輸功能和跨膜層數的計算

1．選擇透過性：細胞膜給細胞提供相對穩定的內部環境，其控制物質進出細胞，細胞膜是選擇透過性膜.細胞衰老后細胞膜的通透性發生變化，物質運輸功能降低.

2.小分子物質運輸方式：氣體分子（如O2、CO2等）、水、甘油、乙醇和苯等小分子物質跨膜運輸方式是自由擴散.氨基酸、葡萄糖及離子（如Na+、K+）等物質在細胞膜上載體蛋白協助下進行協助擴散；在膜上載體蛋白協助和消耗能量條件下進行逆濃度梯度的主動運輸.當甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等作為神經遞質時，由突觸前膜通過胞吐方式排出，以增加神經遞質釋放量，加快興奮傳遞.

3.大分子物質運輸方式：大分子物質進出細胞需依靠細胞膜的流動性完成，如蛋白質通過胞吐排出細胞，細菌和病毒等顆粒型物質通過胞吞進入細胞.

4. 物質穿越膜層數的計算：（1）常涉及到的細胞結構的膜層數：線粒體和葉綠體均為2層膜，液泡、細胞膜均為1層膜，核糖體、核膜上的核孔均為0層膜等.（2）常涉及到結構和細胞：由于肺泡壁、毛細血管壁、毛細淋巴管壁、小腸粘膜上皮、腎小囊壁、腎小管壁細胞等均為單層上皮細胞，物質在穿越這些細胞時均穿越了兩層細胞膜.（3）常涉及到的生理過程：營養物質的吸收、分泌蛋白的合成與分泌、泌尿、血液循環、神經傳導、光合作用、呼吸作用等.

例3下圖為細胞膜結構及物質跨膜運輸示意圖，下列有關敘述正確的是（）.

A．O2和CO2以圖中a方式通過細胞膜

B．被動運輸過程一定不需要膜蛋白的參與

C．人小腸中的葡萄糖被吸收到體內成為肝糖原，至少需穿過7層圖示膜

D．圖中①②④都能運動，而③一般不能運動

解析由圖可知，①是糖蛋白，其外側是細胞外部，②④為蛋白質，③是磷脂雙分子層，a、c是蛋白質分子，為主動運輸過程；b、d為自由擴散過程；氧氣和二氧化碳是自由擴散過程，不需載體蛋白質參與，A錯誤；協助擴散是被動運輸過程，需載體蛋白參與，B錯誤；小腸中的葡萄糖需要穿過小腸絨毛壁和毛細血管壁才能進入血漿成為血糖.再經過血液循環，穿越毛細血管到達組織液，進入肝細胞內合成肝糖原,小腸絨毛壁和毛細血管壁都是由一層上皮細胞圍成，而穿過每一層細胞都需穿過2層細胞膜，因此此過程中葡萄糖至少穿過7層膜；圖中的①②③④具有一定流動性，D錯誤.答案:C

考點4細胞膜的信息交流功能

1.非受體介導：高等植物相鄰細胞的細胞質間存在胞間連絲，攜帶信息的物質可通過胞間連絲進入另一個植物細胞進行信息交流，此過程不需受體介導.

2.受體介導：信號分子（如激素、神經遞質和淋巴因子等）與受體結合具有特異性.細胞分泌的激素（如胰島素）隨血液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結合，進而把信息傳遞給靶細胞；注意性激素和甲狀腺激素作用靶細胞時，其進入靶細胞內部并與細胞內受體結合完成信息傳遞.相鄰兩個細胞的細胞膜直接接觸，信息可從一個細胞傳遞給另一個細胞，如識別卵細胞，效應T細胞接觸靶細胞等；反射弧的突觸中，突觸前膜釋放的神經遞質經突觸間隙擴散到突觸后膜，進而和突觸后膜上特異性受體結合后完成信息傳遞.

例4眼可視物、舌可嘗鮮、鼻可嗅味，是因為這些感官細胞的細胞膜上分布著一類特殊蛋白質，統稱G蛋白耦聯受體(GPCR).美國科學家萊夫科維茨和克比爾卡因為突破性地揭示GPCR的內在工作機制而獲得2012年諾貝爾化學獎.下圖為評委會現場解釋他們的研究成果所展示的圖片之一，據此下列相關說法中錯誤的是（ ）.

A．信息分子主要是指激素和神經遞質

B．GPCR的化學本質是糖蛋白

C．信息分子與GPCR的結合不具有特異性

D．GPCR可將胞外信息傳遞給G蛋白

解析信息分子主要指激素和神經遞質，其和GPCR的結合具有特異性，結合后進而將胞外信息傳遞給G蛋白，進而調節靶細胞的生理功能.答案:C

例5下圖①②③表示人體細胞間信息傳遞的三種主要方式.下列描述錯誤的是（）.

A．方式①②的信息傳遞緩慢，方式③傳遞迅速

B．方式③的信息傳遞不通過體液

C．體溫調節可能涉及①②③三種傳遞方式

D．①②方式的信息傳遞都經過血液循環，存在反饋調節

解析圖中神經內分泌是下丘腦.方式③的信息傳遞要經過突觸，突觸間隙中是組織液，是體液成分.A選項符合激素調節與神經調節的異同，C選項考查體溫調節的過程，D選項考查激素調節的反饋調節.答案:B

三、變式訓練

1.真核細胞進行的下列活動中，不依賴于生物膜結構的是（B）.

A．合成有生物活性的胰島素B．形成乳酸

C．產生O2 D．傳導興奮

2.下列關于真核細胞生物膜的敘述，正確的是（A）.

A．生物膜的特定功能主要由膜蛋白決定

B．構成膜的脂質主要是磷脂、脂肪和膽固醇

C．有氧呼吸及光合作用產生ATP均在膜上進行

D．核糖體、內質網、高爾基體的膜部都參與蛋白質的合成與運輸

3.線粒體是真核細胞進行有氧呼吸產生ATP的主要場所，下列關于線粒體膜結構的分子模型，正確的是 (C).

4.下列關于生物膜結構和功能的敘述正確的是(A).

A.肌細胞的細胞膜上有協助葡萄糖跨膜運輸的載體

B.細胞膜上的受體是細胞間信息交流所必需的結構

C.線粒體內膜上只分布著合成ATP的酶

D.核膜上的核孔可以讓蛋白質和RNA自由進出

5.下列關于生物膜的敘述，不正確的是（A）.

A．細胞完成分化以后，其細胞膜的通透性穩定不變

B．膜的流動性是細胞生物膜相互轉化的基礎

C．特異性免疫系統通過細胞膜表面的分子識別"自己"和"非已"

D．分泌蛋白質合成越旺盛的細胞，其高爾基體膜成分的更新速度越快

6. 下圖是某一種植物的一個葉肉細胞中的兩種生物膜結構，以及在它們上發生的生化反應.下列有關的說法中，欠妥當的一項是（ C）.

A．①具有吸收、傳遞和轉換光能的功能，②的化學本質是蛋白質，

B．如果A中的O2被B利用，至少要穿過4層生物膜

C．B中的［H］是丙酮酸分解為CO2時產生的

D．B通過內膜向內折疊形成嵴以增大化學反應的膜面積，從而為適應其功能提供必要的條件

7. 有關生物膜結構與功能的敘述，正確的是(C).

A．膜載體蛋白的合成不需要ATP

B．葡萄糖跨膜運輸不需要載體蛋白

C．線粒體外膜與內膜的主要功能不同

篇5

1、多細胞生物是指由多個分化的細胞組成的生物體，其分化的細胞各有不同的，專門的功能，大多數可以使用肉眼看到的生物是多細胞生物，所有植物界和除粘體門外所有動物界的生物是多細胞生物；

2、多細胞生物必須解決從一個生殖細胞來產生整個生物的問題，來完成繁殖的任務，多細胞生物中的細胞假如喪失其規則發展的控制其生長的功能會導致癌癥；

3、常見的多細胞生物有獅子、馴鹿、鴨子、樹木、魚類等。

（來源：文章屋網 ）

篇6

關鍵詞：轉染基因Nanog內皮細胞上皮細胞混合種植聚砜膜中空纖維腎小管

生物人工腎(bioartificialkidney，BAK)是腎臟組織工程研究的重點之一。BAK的研究包括兩個方面：生物人工腎小管和生物人工腎小球。當前，腎臟組織工程研究已取得了極大的進展，但仍存在關鍵的問題有待解決。如何在一定時間內快速獲得大量的組織工程種子細胞；如何讓構建的生物人工濾器既有生物人工腎小球的濾過與抗凝功能，同時又有生物人工腎小管的重吸收及內分泌功能。針對如何提高一定時間內種子細胞產量的問題，我們在先前的研究中應用促細胞增殖的人Nanog基因(hNanog)來促進種子細胞的增殖。而對生物人工濾器功能兼備的問題，在本研究中我們采用了種子細胞混合種植的方法。

一、材料與方法

1、材料伊格爾最低濃度必需介質(EMEM)培養基(美國Gibco)，胎牛血清(FCS，美國Hyclone)，胰酶(美國Sig-ma)，PKH26及PKH67(美國Sigma)，Hoechst33342(美國Sigma)。JSM—6000F掃描電鏡(日本JEOL公司)。腎小管上皮細胞(HKC)由南京醫科大學楊俊偉教授饋贈，血管內皮細胞(ECV304)由軍事醫學科學院三所細胞室贈送，轉染種子細胞的rAAV2-hNanog重組病毒由北京本元正陽生物技術公司包裝完成，轉染rAAV2-hNanog重組病毒的2種細胞ECV304、HKC由本實驗室制備并保存。

2、中空纖維上混合細胞的分布

2.1混合細胞的PKH26/PKH67標記：將轉染hNanog基因的兩種細胞ECV304及HKC細胞各接種在75cm塑料培養瓶中，置于37℃、體積分數為0.05的CO2孵箱中，用10%的FCSEMEM進行培養。當兩種細胞各生長至匯合時，用0.25%的胰酶消化、離心并沉淀細胞后，然后再用無血清的EMEM洗滌細胞，400g/min離心，共5min，然后棄去上清，使殘留上清不要超過25μl，然后在獲得的細胞沉淀中加入1ml稀釋劑C溶液，輕輕吹打形成細胞懸液；按照PKH26和PKH67試劑盒說明書分別配制4×10-6mol/L的PKH26溶液和4×10-6mol/L的PKH67溶液，然后把ECV304細胞懸液加入到PKH26染液、HKC細胞加入到PKH67染液中，各自吹打均勻，并于室溫下放置2～5min。之后加入2ml血清，室溫下放置1min，再用10%EMEM4ml稀釋上述細胞懸液，25℃條件下1200r/min離心，共10min，棄去上清，去除染色液。用10%EMEM沖洗ECV304、HKC細胞4次，然后將細胞移到另一新管中，加入10ml完全培養基，離心，重懸，使兩種細胞各自的密度調整在(1.0～2.0)×107/ml，然后把兩種轉染細胞ECV304與HKC細胞懸液等體積混合，輕輕吹打均勻，制成混合細胞懸液。

2.2標記細胞的種植：將實驗組及對照組的AV400濾器(Fresenius公司0.7m2)均用無血清的EMEM培養基沖洗，再把無血清EMEM配制的層黏連蛋白0.74mg/ml[1]注入濾器中，置于37℃孵箱中1h，之后將其抽去。然后把標記的種子細胞混合液平均分成4次注入濾器內腔，兩次注射時間間隔為1h，每次注射完畢后按方向標記放置濾器，待下次注射結束后依照固定方向將濾器轉動90°，總共進行4次，完成360°循環。對照組只在AV400濾器中注入不含細胞的培養基，注射方法及放置方法同實驗組。最后把兩組濾器的外腔注滿培養基，置于37℃、體積分數為0.05的CO2孵箱中培養，濾器中培養液pH<7.2時即予以更換。于培養第5天時從兩組濾器中取出中空纖維，用刀片將纖維絲縱向剖開，磷酸鹽緩沖液(PBS)溶液沖洗2次，然后在熒光顯微鏡下觀察2種轉染細胞在中空纖維上的分布。

3、混合細胞在中空纖維上生長狀態的觀察把2種已轉染人Nanog基因的ECV304、HKC置于37℃、體積分數為0.05的CO2孵箱中，用10%FCSEMEM進行培養。當兩種細胞生長至匯合狀態時，用0.25%的胰酶消化，并對2種種子細胞進行細胞計數。實驗組及對照組所用AV400濾器仍用層黏連蛋白包被。把2種轉染細胞的密度調至(1.0～2.0)×107/ml，然后把兩者等體積混合，輕輕吹打均勻，制成混合細胞懸液，然后把細胞混懸液注入濾器內腔，注射方法與放置方法同2.2部分。對照組只在AV400濾器中注入不含細胞的培養基，注射方法及放置方法同實驗組。最后將兩組濾器外腔注滿培養液，置于37℃、體積分數為0.05的CO2孵箱中培養，濾器中培養液pH<7.2時即予以置換。第7天時從兩組濾器中取出中空纖維，用0.1mol/LPBS沖洗1次，然后再用2.5%戊二醛于4℃冰箱中固定2h，之后再用0.1mol/LPBS溶液沖洗，用刀片將中空纖維沿縱向剖開，再用0.1mol/LPBS溶液沖洗2次，最后把剖開的中空纖維置于1%鋨酸中，4℃冰箱中固定1h。標本制作完成后，進行掃描電鏡檢測。

二、結果

1、中空纖維上混合細胞PKH26及PKH67標記檢測：經PKH26染色的ECV304轉染細胞及經PKH67染色的HKC轉染細胞混合種植于聚砜膜中空纖維上后，可見兩種種子細胞呈點片狀分布在聚砜膜中空纖維上。熒光顯微鏡下，ECV304細胞呈現紅色，而HKC呈現黃綠色。而對照組則無紅色或黃綠色的點片狀細胞群分布。

2、中空纖維上混合細胞的生長形態：轉染的ECV304細胞與轉染的HKC細胞混合種植于聚砜膜中空纖維內腔7d后，掃描電鏡檢測：對照組未見細胞生長；混合細胞在中空纖維內腔上呈片狀生長，并可見細胞表面的微絨毛。

三、討論

早期的腎臟組織工程主要是模仿腎小球的濾過功能，人們利用具有類似腎小球濾過功能的生物膜(如聚砜膜)建立了血液透析的方法。然而，血濾器在血透過程中易出現血栓，最終導致濾過功能下降。為解決血濾器中出現血栓的問題，有人將轉染水蛭素基因的內皮細胞種植在生物膜材料上，制成生物人工腎小球[3，4]，但這種具有抗凝功能的生物人工腎小球只能對小分子溶質進行清除和濾過，缺乏物質重吸收及內分泌等重要功能。

生物人工腎小管是把腎小管上皮細胞種植在中空纖維腔內，上皮細胞在中空纖維內腔的表面黏附生長并形成單層，從而發揮小管上皮內分泌、重吸收作用[4-8]，但它缺乏抗凝的功能。在透析過程中，生物人工腎小管仍需要使用肝素抗凝。對血透患者來說，長期使用普通肝素(UFH)可引起脂質代謝異常，加重患者的脂質代謝紊亂[9，10]。盡管有研究認為，血透過程中使用低相對分子質量肝素(LMWH)在一定程度上可以緩解高脂血癥和改善脂質代謝，但John等[11]的研究證明，無論使用UFH還是LMWH，均有導致嚴重的肝素誘發性血小板減少癥的可能(heparin-in-ducedthrombocytopenia，HIT)。因此，把兩種種子細胞混合種植在聚砜膜中空纖維上，構建一種兼備血管內皮細胞抗凝功能、小管上皮細胞內分泌及重吸收功能的新型生物人工腎小管，是克服既往生物人工腎小球/腎小管不足的一個可行的方法。

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【關鍵詞】結構 功能 適應 實例

“結構與功能相適應”是生物學的基本觀點之一，即一定的結構就必然有與之相對應的功能存在。我國人教版初中生物學教材以人與自然為主線，指導學生運用生物學觀點分析自然界的發展規律，從而形成科學的思維方式。如何讓學生掌握結構與功能相適應的觀點，提高學生的生物科學素養，本文以人教版生物教材中的實例分析結構與功能之間的關系，從而加深學生對“結構與功能相適應”的認識與體會。

一、結構與功能相適應在細胞層次的體現

細胞是構成動植物體的最小單位，最大的細胞直徑細胞不足30μm。細胞雖小，但其內部的結構和功能十分復雜，細胞結構體現著結構與功能相適應的觀點。以白細胞為例，白細胞是人和動物體內的免疫細胞，它們個體體積相對較大，能從血管內遷移到血管外，在組織間隙游走，吞噬病毒、寄生蟲、細菌等病原體，同時對疾病的免疫也能起到一定的作用。人教版初中生物教學過程中，植物進行光合作用需要通過氣孔吸收大氣中的二氧化碳，植物氣孔是由一對半月形的保衛細胞構成的，植物氣孔的開合是由細胞結構決定的。由于保衛細胞的細胞壁厚薄不均勻，當細胞吸水膨脹時，內壁伸展拉伸，牽動細胞壁外壁內陷，使得氣孔張開，反之細胞失水時，內外壁都拉直，氣孔將閉合。氣孔作為植物和外界氣體交換的窗口，如何實現與外界氣體的交換，需要學生結合呼吸作用和光合作用進行理解，才能深刻理解“結構與功能相適應”的觀點。

二、植物的輸導組織

在人教版初中生物學教材中我們學習到植物中的導管和篩管都屬于輸導組織。在植物導管中我們可以發現它失去了橫壁，且分布于植物體內根、莖、葉、花、果、種等各個器官之中，便于運送水分和無機鹽，維持植物生長。而篩管是由許多管狀細胞上下連接而成的，在上下細胞連接處會有許多篩孔，且這些細胞都是活細胞，便于運送有機物，促進植物生長。輸導組織的不同結構決定了其所運送的物質不同，人教版生物教材通過對植物組織結構特征的描述，便于學生認識同一組織不同結構所具有的特殊功能，這同時也有利于提高學生的生物學素養。

三、豬籠草的結構適于捕食

在人教版生物教材中，我們學籠草結構時了解到；豬籠草的葉基和正常的葉子一樣，因豬籠草的外形如同“豬籠”而得名。但是，豬籠草葉子中脈長有一個長圓柱形的“捕蟲瓶”，該瓶子一般約有15cm，內壁光滑且長有許多蠟質，捕蟲瓶能夠分泌出略有香味的酸性消化液。當小昆蟲飛來采蜜時，往往會因為貪吃而跌落進捕蟲瓶內，最終將會被捕蟲瓶內的酸性消化液腐蝕，成為豬籠草的美餐。豬籠草特殊的生理結構，為其本身獵取食物提供了有利武器。豬籠草特有的結構決定豬籠草獨特的捕食方式，這是自然進化的結果。其特殊的生理結構，造就了其獨特的捕獵方式。

四、人體小腸的結構特點

人體內小腸長度大約為5～6m，是人體內消化道最長的一段，它承擔著人體主要的消化功能。小腸的長度較大，可以增加人體與食物的接觸面積，便于小腸絨毛與食物的接觸，有利于營養吸收，同時，人體小腸內還有豐富的消化液，便于食物的分解。人體小腸主要通過三種形式吸收營養：緊張性收縮運動、分解運動、蠕動。緊張性收縮運動有利于食糜與消化液充分混合；分解運動意義在于使食糜與消化液充分混合，并增加食糜與腸壁的接觸，為消化和吸收創造有利條件。此外，分解運動還能擠壓腸壁，有助于血液和淋巴的回流；而蠕動意義在于使分解運動作用后的食糜向前推進，到達一個新腸段，再開始分解運動。

五、呼吸道的結構特點

從人教版初中生物學教材中講述的人體呼吸道中我們可以發現，呼吸道主要是指由鼻、咽喉到肺的呼吸器官。呼吸道都有骨或軟骨作為支架的，這樣可以保證氣流通暢；人體鼻腔內長有鼻毛，可以阻擋空氣中的大顆粒分子、灰塵進入體內，保證人體呼吸；呼吸道器官內壁分泌有大量粘液，能夠吸收進入呼吸道氣管的細菌和灰塵，使人體肺部免受感染；同時，呼吸道的長度很長，這可以溫暖空氣，減少寒冷空氣對人體的刺激。例如；俄羅斯的氣候寒冷，俄羅斯人的表象特征一般都具有大鼻子，這樣可以預熱寒冷的空氣。

六、魚的結構適于水中生活

魚之所以能夠在水中暢游，是因為魚具有鰭和鰾這種特殊的生理結構。魚鰭的分類有背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭、尾鰭。不同的魚鰭在魚兒游動中發揮著不同的作用，其中胸鰭、腹鰭等保持魚體的身體平衡，尾鰭則為魚向前游動提供動力。而魚鰾則能調節魚兒身體密度，使得魚兒能在不同深度停留，增加魚兒的活動范圍。同時，魚是通過鰓進行呼吸的，由于鰓的特殊生理結構，能夠吸收水中的氧氣，使得水中的氧氣進入血液，并排除二氧化碳，完成氣體交換，保證魚兒能夠長期在水下生活。

七、鳥類形態結構適應飛行

鳥類之所以能夠在空中飛行，是由于其長期進化形成的特殊的生理結構決定的。鳥類經過長期進化，骨骼形成中空，從而減輕了鳥類本身的體重，易翔。同時，鳥類發達的消化吸收系統，其消化吸收具有快速、便捷的特點，且鳥類沒有膀胱，能夠及時排出體內的尿液、糞便，減輕自身體重。鳥類流線型的身體結構，可以減輕鳥類在飛行中的空氣阻力，同時，鳥類都長有雙翼，且雙翼覆有羽毛，發達的胸肌牽引著雙翼，使其能夠順利的完成飛行。鳥類特殊的生理結構決定了鳥類的生理功能，其特有的生理特征為鳥類的飛行提供了方便，這也體現了生物學中“結構與功能相適應”的論點。

八、結語

我國人教版初中生物學教材以動植物生理結構及其主要功能為核心內容，從多層次、多角度闡明了動植物的生活習性，反映了自然界的發展規律。人教版生物學教材采用文字圖片相結合的方式，細致的講述了多類生物的生理結構，便于同學們的學習和認識。教師應以人教版生物學為依托，以“結構與功能相適應”為核心觀念，指導學生學習分析生物學現象。

參考文獻：

[1]賴燕燕. 初中《生物學》（植物部分）大綱教材與課標教材的比較研究[D]. 廣西師范大學 2007

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（一）細胞分類

（二）真核細胞的結構和功能

1.細胞壁

（1）化學成分：植物細胞的細胞壁的主要成分是纖維素和果膠。

（2）特點：具有全透性（任何物質都可以通過）。

（3）功能：為植物細胞提供支持和保護。

2.細胞膜

（1）實驗：制備純凈的細胞膜。

①原理：滲透作用（將細胞放入蒸餾水中，細胞吸水漲破，內容物流出，得到細胞膜）。

②選材：人或其他哺乳動物成熟的紅細胞（因為這些細胞中沒有細胞核和眾多細胞器）。

③提純：差速離心法。

（2）細胞膜的結構和功能。

①成分：主要由脂質和蛋白質分子組成，還含有少量的糖類。脂質中磷脂最豐富，也含有少量的固醇。功能越復雜的細胞膜，蛋白質種類和數量越多。

②結構：目前比較流行的結構模型是流動鑲嵌模型，其主要觀點是：磷脂雙分子層是構成膜的基本支架；蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層。細胞膜的表面有糖蛋白（也叫糖被，蛋白質與多糖結合形成）、糖脂（糖類與脂質結合形成）。

③結構特點：具有一定的流動性（磷脂分子是可以流動的，大多數蛋白質分子也是可以運動的）。

④主要功能：將細胞與外界環境分隔開；控制物質進出細胞；進行細胞間的信息交流。

注：細胞間信息交流的方式有以下三種。通過細胞分泌的化學物質（如激素）間接傳遞信息；通過相鄰兩細胞的直接接觸（如與卵細胞的結合）傳遞信息；通過相鄰兩細胞間形成通道（如植物細胞的胞間連絲）進行信息交流。

⑤功能特性：選擇透過性，即允許水分子自由進出，細胞需要的離子、小分子也可以通過，其他離子、小分子和大分子都不能通過。

3.細胞質

細胞質是指細胞膜以內、細胞核以外的部分，包括細胞質基質和細胞器。

（1）細胞質基質：細胞質中除去所有細胞器和各種顆粒以外的部分，是無色透明的膠狀物。

①成分：含有水、無機鹽離子、脂質、糖類、氨基酸、核苷酸、多種酶等。

②作用：細胞代謝的主要場所，為細胞代謝提供物質和一定的環境條件。

（2）細胞器：在細胞質中具有一定形態結構和執行一定生理功能的結構單位，懸浮在細胞質基質中。

①分離方法：差速離心法。

②結構和功能：

名稱形態結構分布成分主要功能

葉綠體形態：一般是橢球形、球形；結構：外膜、內膜、基粒、基質主要存在于葉肉細胞蛋白質、磷脂、有氧呼吸酶、色素、少量DNA和RNA綠色植物進行光合作用的場所

線粒體形態：短棒狀、圓球形、線形、啞鈴狀等；結構：外膜、內膜、嵴、基質動植物細胞蛋白質、磷脂、光合作用酶、少量DNA和RNA細胞進行有氧呼吸的主要場所

內質網由單層膜結構連接而成的網狀物動植物細胞蛋白質、磷脂等細胞內蛋白質合成和加工，以及脂質合成的“車間”

核糖體橢球形的粒狀小體，無膜動植物細胞蛋白質、rRNA生產蛋白質的“機器”

高爾基體扁平囊狀結構，有大小囊泡，單層膜動植物細胞蛋白質、磷脂等對來自內質網的蛋白質進行加工、分類和包裝的“車間”及“發送站”；與植物細胞壁的形成有關

中心體無膜，由兩個互相垂直排列的中心粒及周圍物質組成動物和低等植物細胞微管蛋白與細胞的有絲分裂有關，決定細胞分裂的方向和參與形成紡錘體

液泡泡狀結構，單層膜主要是植物細胞蛋白質、磷脂、糖類、無機鹽、色素等可以調節植物細胞內的環境，充盈的液泡還可以使植物細胞保持堅挺

溶酶體單層膜包裹的小泡動植物細胞蛋白質、磷脂、多種水解酶等能分解衰老、受損的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或細菌

③記憶技巧：a.借助結構模式圖進行直觀記憶。b.利用表格進行比較記憶。c.歸類記憶，如雙層膜的有線粒體、葉綠體；能夠復制的有線粒體、葉綠體、中心體。d.實例記憶，如聯系抗體的合成和分泌記住核糖體、內質網、高爾基體、線粒體的功能。

（3）實驗：用高倍鏡觀察葉綠體和線粒體。

①原理：葉綠體散布在細胞質中，呈綠色。線粒體+健那綠染液（專一性染線粒體的活細胞中染料）線粒體藍綠色。

②實驗過程：取材制片低倍鏡下找到高倍鏡下觀察。

取材：觀察葉綠體用蘚類小葉（由一層細胞構成）或菠菜葉的下表皮（細胞中的葉綠體大且數目少）；觀察線粒體用口腔上皮細胞（沒有其他有顏色的結構干擾）。

制片：制作葉片的臨時裝片要始終保持有水，因為葉綠體失水后會縮成一團，從而無法觀察葉綠體的形態和分布；制作口腔上皮細胞的臨時裝片時，要用生理鹽水維持細胞活性。

觀察：本實驗中，在高倍鏡下只能觀察到葉綠體和線粒體的形態，觀察不到雙層膜、基粒、基質等。

4.細胞核

（1）分布：除高等植物成熟的篩管細胞和哺乳動物成熟的紅細胞等極少數細胞外，真核細胞都有細胞核。

（2）結構。

名稱作用模式圖

①染色質主要成分是DNA和蛋白質，是遺傳信息的載體

②核仁與某種RNA的合成以及核糖體的形成有關

③核膜雙層膜，把核內物質與細胞質分開

④核孔實現核質之間頻繁的物質交換和信息交流

（3）功能：細胞核是細胞的遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心。

（4）經典實驗。

實驗名稱結論

美西螈核移植實驗生物體性狀的遺傳主要由細胞核控制

傘藻嫁接和核移植實驗生物體的形態結構主要與細胞核有關

細胞核控制生物體性狀的遺傳

蠑螈受精卵橫縊實驗細胞核控制細胞分裂、分化

變形蟲切割、核移植實驗細胞核控制細胞代謝、生長、分裂等生命活動

細胞核是細胞的控制中心

5.生物膜及生物膜系統

（1）生物膜系統概念：生物膜系統是指由細胞膜、細胞器膜和核膜等結構共同構成的體系。其中細胞膜、內質網膜等是生物膜。

（2）生物膜的聯系：各種生物膜在化學成分上相似，在結構和功能上存在著直接或間接的聯系。

（3）生物膜系統的功能：①細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩定的內部環境，同時在細胞的物質運輸、能量轉換和信息傳遞的過程中起著決定性的作用。②廣闊的膜面積為多種酶提供附著位點，有利于許多化學反應的進行。③把各種細胞器分隔開，使細胞內能同時進行多種化學反應，不會互相干擾，保證細胞生命活動高效、有序地進行。

二、疑難剖析

1.幾個“不一定”

帶“菌”的不一定是細菌，如噬菌體（病毒）、霉菌（真核生物）、酵母菌（真核生物）；帶“藻”的不一定是藍藻，如衣藻、黑藻都是植物；有細胞壁的生物不一定是植物，如真核生物中的真菌、原核生物中的細菌和藍藻等；能夠進行有氧呼吸的細胞不一定有線粒體，如硝化細菌、醋酸菌；能夠進行光合作用的細胞不一定有葉綠體，如藍藻；植物細胞不一定含有葉綠體，如根、莖細胞（除幼莖皮層細胞）；沒有細胞核的細胞不一定是原核細胞，如哺乳動物成熟的紅細胞。

2.流動性與選擇透過性

（1）區別：流動性是膜結構方面的特性，膜流動性大小與溫度存在一定的聯系，一般情況下，溫度高流動性大，但溫度過高，膜的流動性過大，就有可能破壞膜的結構，不利于生命活動的進行。變形蟲的變形運動、胞吞、胞吐、細胞融合等依靠膜的流動性完成。選擇透過性是活細胞的膜功能方面的特性，主要與蛋白質的種類和數量有關，被動運輸和主動運輸都說明膜具有選擇透過性。

（2）聯系：膜的流動性是其表現選擇透過性的結構基礎。正是因為膜具有了流動性，細胞才能完成其各項生理功能，才能表現出選擇透過性。

3.核孔具有選擇性

很多人錯誤地認為大分子物質可以通過核孔自由進出且不消耗能量。其實在核孔上存在核孔復合體，核孔復合體是一種特殊的跨膜運輸蛋白質復合體，具有雙功能和雙向性。雙功能表現在兩種運輸方式：被動運輸與主動運輸；雙向性表現在既介導蛋白質的入核運輸，又介導RNA等的出核運輸。具體來說：離子、水分子等小分子物質可經被動運輸通過核孔復合體，而大分子憑借自身的核定位信號和與核孔復合體上的受體蛋白結合而實現主動轉運過程。如mRNA分子的前體在核內產生后，只有經過加工成為mRNA并與蛋白形成復合物后才能通過。

5.細胞是一個統一的整體

（1）從結構上看：細胞膜位于細胞的外層，起保護作用，保證細胞內結構和成分的相對穩定；細胞核與細胞質通過核孔互相溝通；核膜、細胞膜通過內質網互相連接，以及各種細胞器膜構成細胞完整的“生物膜系統”，使細胞內的各種物質得以聯系或轉化。

（2）從功能上看：細胞的各部分結構功能雖不同，但它們相互聯系、分工合作、協調一致地完成生命活動。如分泌蛋白的合成和分泌就是由核糖體合成、內質網加工和運輸、高爾基體加工和運輸、線粒體供能、細胞膜分泌協調完成的。

篇9

一、高中生物教學需要系統論的支撐

高中新版生物教材隨著科技的進步、生命領域探究的深入和現代生命科學的發展，充分體現了生命系統的復雜性。編排體系上明顯不同于以往，更加重視生物科學的探究過程和方法，關注與社會的聯系，注重對科學過程理解的親歷實驗和探究。

高中生物教師基本都經歷過教改培訓。但實際教學中依然很難適應新教材，過去的教學經驗、方法不適用了，又缺乏新的理論支撐。一般系統論為解決復雜問題提供了理論依據和方法，用系統論的方式揭示生命現象，能讓學生用開放的觀點觀察自然現象，理解生命的歷程，領悟生命的發生、發展和消亡的普遍規律，繼而能應用于實踐活動。

二、新版教材用系統論的思想構建知識體系

新教材在必修內容知識體系的構建上，充分體現了系統思想。

必修一《分子與細胞》知識體系構建，完全按照系統的思想構建。從內容安排上看，編者讓學生理解生命系統的基本內容的意圖非常明顯，建立細胞是最基本的生命系統這一概念，重點突出了系統的整體性。要求學生學會用系統剖析的方法，探究復雜的生命現象，并為后面學習更高層次的生命系統打下鋪墊。

必修二《遺傳與變異》，從生命系統遺傳的物質和結構基礎出發，闡述遺傳的發展和變化規律，然后是生命系統各組分間的相互作用，突出了系統組分的復雜性以及各組分之間的關聯性；通過遺傳、進化與環境的關系，目的讓學生了解系統的適應性。

必修三《穩態與環境》，從宏觀世界介紹更高層次生命系統的組成，按個體、種群、群落、生態系統做主線，進一步突出高層次生命系統的整體性和關聯性，通過系統內組分的相互作用以及系統與環境的相互作用，進行生命系統的自我調節，從而達到生命系統的穩態，更深入地介紹了系統的適應性。

三、高中生物教師應用一般系統論的原則引領教學

整體性原則：整體的性質不是要素具備的；要素的性質影響整體；要素性質之間相互影響。

整體性原則利于高中學生理解復雜的生命現象。例如：《分子與細胞》的教學內容從系統整體性的視角出發，從組成細胞的主要物質以及細胞的基本結構入手，構建最基本的生命系統——細胞。在實際教學中，學習細胞的基本結構，往往會機械地將細胞的各組分孤立化，用細胞器的功能解釋細胞的功能，比如講述線粒體的功能，造成學生用線粒體去解釋細胞的有氧呼吸，認為有了線粒體細胞就可以進行有氧呼吸，沒有線粒體就只能進行無氧呼吸。如果我們用整體性的原則出發，線粒體是真核細胞具有的重要結構，當細胞有了線粒體這一要素，就可以更加高效率地利用能量正確認識。高中生物教學，要避免類似這樣用細胞器功能說明細胞功能、局部說明整體的錯誤。

用系統論的整體性原則指導高中生物教學，要求教學對一個生命系統的要素進行分析，分析某一層次的生命系統具有哪些要素，重要要素影響了系統的哪些功能，各要素之間有什么樣的聯系，整體大于局部之和。讓學生建立對生命系統的統一認識，并嘗試著用整體性的觀點去揭示生命現象。

結構功能原則：1、系統論認為，組成系統的要素不變時，結構決定功能。反之，結構相同，要素不同，則功能不同。2、結構、要素都不同，則可以有相同的功能。3、同一結構可能有多種功能。

結構功能原則要求我們在分析研究生命系統時，必須把握好系統結構和功能的辯證發展規律，不能通過簡單地疊系統組成成分的功能推導出系統的功能。比如：基因和蛋白質之間存在著廣泛而復雜的相互作用。一個生物個體通常擁有成千上萬種的基因，而蛋白質作為基因產物之一，種類和數量就更為龐大。構成生命的這些大分子不是孤立地進行活動和執行生物功能，而是相互之間有著直接或間接的聯系，這些聯系構成了復雜的調控體系，從而決定系統的功能。同種生物具有相同的生命功能，不同的生物具有不同的特征，其核心內容就在于生物具有獨特的DNA和蛋白質。在另一方面，許多不同生物具有不同的DNA和蛋白質，卻可以有相同的生命功能。如：藍藻和綠色植物從組成的要素上差別極大，但都能進行光合作用。

目的性原則：即在反饋機制的作用下，系統能保持內部的穩定以及與環境的協調的一種特性。

目的性原則要求我們在研究系統發展趨向時，必須把握它的反饋機制?！斗€態與環境》模塊中的知識結構反映了生命的系統性、層次性以及適應性。穩態是生命系統的一種狀態，它不僅指個體內環境理化性質的相對恒定的狀態，而且存在于生命的各個層次上，細胞、群落和生態系統在沒有受到激烈的外界環境因素影響時，都處于穩態。生命系統的穩態實際上是一種動態平衡。一方面這種穩態由于內部代謝過程和外部環境因素的影響而不斷遭到破壞，另一方面，通過一定的反饋調節機制，又使生命系統恢復新的平衡。生命系統正是在穩態不斷受到破壞而又同時得到恢復的過程中得以維持和發展的。生態系統是一個開放系統，具有一定的自我調節能力，在不斷變化的環境條件下，依靠自我調節機制維持其穩態，實現物質循環和能量流動的相對穩定。

最優化原則：即現實系統都是變化、發展的，應當在動態中協調系統各方面的關系，使系統達到最優化。

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關鍵詞：高中；生物；細胞器教學；知識點分類

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A 文章編號：1008-3561（2015）30-0029-01

細胞器是真核生物細胞結構和功能上的重要組成部分，是細胞獨立進行生命活動的基礎。高中生物教學中，細胞器相關知識和教學活動，就成為“細胞類型和結構”這一章教學活動的重點，對高中生物教材后續章節的學習也有較大的影響。細胞內的細胞器種類很多，比較常見的細胞器有：線粒體、葉綠體、內質網、高爾基體、溶酶體、核糖體、液泡和中心體等。這些細胞器在不同的細胞內種類和數目也有所不同，同一種細胞器的功能也會發生變化。學生不僅僅要熟悉各種細胞器的結構特點、物質組成和功能，還要熟知這些細胞器在生物界的分布以及部分特殊的細胞器在動物細胞和植物細胞中功能上的區別。針對上述困難，借鑒其他教師的先進經驗，結合自身情況，采取分類教學，將細胞器分為雙層膜細胞器、單層膜細胞器和無膜細胞器，再指導學生以小組為單位進行分類學習，總結不同細胞器的分布、結構特點、組成物質和功能特點。

一、雙層膜細胞器

雙層膜細胞器有兩種：線粒體和葉綠體。二者雖然都是雙層膜細胞器，但是形態、化學組成和功能有很大的區別。在講新課之前，先將學生通過自主學習完成的重點學習內容通過PPT呈現給他們：線粒體和葉綠體的共同點；線粒體和葉綠體的各自特點：從分布、形態、結構（擴大反應面積）、組成成分、功能等方面闡述。學生在教師指導下完成自主學習，并且按照分組討論完成導學案上的基礎知識梳理；同時教師巡視各學習小組，更進一步地掌握各小組的學情，了解學生對線粒體和葉綠體知識的掌握情況，為下一階段的講解作準備。學生完成自主學習后，我習慣先檢查學生的學習成果，采取小組競賽等形式促進學生進行自主學習成果展示。但是學生總結不能代替教師的講解，教師還應在學生總結的基礎之上進一步對知識點進行總結和提取。

二、單層膜細胞器

在高中教材中，細胞里的單層膜細胞器有四種，分別是內質網、高爾基體、液泡和溶酶體。由于內容相對上部分較為簡單，我直接在投影儀上投出表格，讓學生按照表格的內容要求，自主完成基礎知識的學習和較難問題的總結。（1）內質網。很多學生對內質網的功能會產生混淆，認為粗面內質網是合成蛋白質的場所。這時候，教師就應該明確指出，粗面內質網并不是單一的細胞器，而是由于核糖體附著在內質網上而形成的，實質是核糖體和內質網結合后形成的特殊結構。在粗面內質網上的核糖體合成蛋白質，內質網的任務就是蛋白質的加工和運輸。高中生物考試中關于粗面內質網的考查較多，具體例題我們將會在后面的核糖體部分進行討論。（2）高爾基體。高爾基體的形態和功能相對于內質網要簡單，但是教師要指明高爾基體有其獨特之處――在動植物細胞內的功能不一樣。動物細胞中，高爾基體負責蛋白質的加工和分泌；植物細胞中，高爾基體只負責細胞壁的形成。（3）溶酶體。只需要在學生完成自習之后簡單地向學生介紹：溶酶體是從高爾基體上脫落的部分，內部含有水解酶，和細胞的程序性死亡有關。（4）液泡。液泡是植物標志性的細胞器之一，在高中生物教學中，液泡可以作為判斷是否是植物細胞的依據。教師也要讓學生明白：只有在成熟的植物細胞內才有明顯的中央液泡。液泡在植物細胞中是比較重要的細胞器，對維持細胞滲透勢和促進植物細胞吸水有重要意義。此外，還有可能會結合中心體考查學生對細胞類型的判斷，這部分實例將結合中心體部分進行探討。

三、無膜細胞器

在高中生物中，涉及的無膜細胞器只有核糖體和中心體。（1）核糖體是學生接觸到的第一個細胞器，也是唯一一種存在于所有細胞內的細胞器。但是在真核生中，核糖體和內質網會組合成為粗面內質網，在這個時候學生就會對核糖體和內質網的功能產生混淆。例如，當粗面內質網上的核糖體大量脫落，會造成什么影響？遇到這種復合式的問題，就需要學生較為全面細致地掌握游離核糖體、附著核糖體和粗面內質網的相關知識點。經過精確的講解，學生很輕松就可以搞清楚，由于核糖體是蛋白質組裝車間，所以粗面內質網的核糖體大量脫落會導致分泌蛋白的合成受到影響。（2）中心體是一個比較特殊的細胞器，分布于動物和低等植物細胞內，這一點容易讓學生在學習時出現知識點的混淆。線粒體的結構和形態比較特殊，易于識記，也便于在識圖題中辨認出來。動物細胞內的中心體和動物細胞的有絲分裂有關。所以，對中心體的考查也就集中體現在其結構、分布細胞的考查和動物細胞有絲分裂中星射線形成等方面。相對于其他細胞器，中心體的考查點以記憶和應用為主。例如，在一張細胞顯微結構圖中，同時出現細胞壁、液泡和中心體，很多學生在判斷該細胞屬于動物細胞還是植物細胞時會出現爭議。我認為，學生對剛剛學習的知識點掌握不夠深刻，因此才出現爭論，這樣的爭論可以讓師生及時發現教學過程中出現的理解偏差，及時指出和糾正，讓學生最終形成正確的知識體系。

四、結束語

細胞器這一部分的教學任務相對繁重，知識點較多，學生學習起來有很大的困難。因此，教師應該靈活多變地針對學生的記憶和理解能力，在上課前反復鉆研教材，和其他老師一起打磨課程，盡可能地采取適合學生的教材加工策略，從而促進學生的主動學習。

參考文獻：