《分子与细胞》第一章走进细胞

1/9《分子与细胞》第一章走进细胞第一节从生物圈到细胞[教材分析]生物圈是所有生物共同的家园，生物圈中的生物尽管多种多样，千姿百态，但细胞是构成生物体结构和功能的基本单位，并且有的生物就是由一个细胞构成的，即使是没有细胞结构的微小生物──病毒，也必须依赖活细胞生活。因此，从宏观的生物圈逐级深入到微观的细胞，有利于学生用全局的、系统的观点来认识生物界。同时，从细胞到生物圈这些生命系统的各个结构层次，是本模块和其他模块将要逐一研究和学习的内容。本节的教学重点是：（1）生命活动建立在细胞的基础之上；（2）生命系统的结构层次。本节的教学难点：生命系统的结构层次。结合多媒体演示，引导学生观察、阅读，通过质疑讨论、反馈矫正、归纳、总结的方法来突出重点、突破难点。[“三维”教学目标]知识与能力：1．举例说明生命活动建立在细胞基础上2．说出生命系统的结构层次3．初步学会分析生物学知识素材过程与方法：体验从生活实例中去探求知识的过程。情感、态度、价值观：认同细胞是最基本的生命系统[课时安排]：1课时[教学策略]本节在教学上可以采取以下策略。1．生命活动离不开细胞选择SARS病毒作为“问题探讨”的素材，是基于以下两点理由。（1）SARS病毒给人类的健康造成非常严重的后果，是社会关注的热点，是学生经历过并且相对比较熟悉的一类病毒，容易激发学生的学习兴趣。（2）病毒不是一个细胞，不具有细胞的结构，但它不能离开活细胞而独立生活，选择SARS病毒侵害人体肺部细胞作为“问题探讨”的素材，有助于服务“生命活动离不开细胞”的主2/9题。因此，在教学时应注意将病毒与细胞联系起来，但不宜要求学生深入学习SARS病毒的相关知识。教师可以用多媒体展示SARS病毒的电镜照片或模式图、SARS患者肺部X光片示弥漫性阴影图，引导学生回顾初中学过的病毒的结构组成，并与细胞作简单比较。同时探讨教材中的两个问题，达成“像病毒那样没有细胞结构的生物，也必须依赖活细胞才能生活”的认识。图1SARS病毒電子顯微鏡照片SARS之免疫螢光抗體檢測图2SARS病毒颗粒电镜照片图3病理切片3/9SARS病毒属于冠状病毒科，病毒粒子多呈圆形，有囊膜，外周有冠状排列的纤突，病毒直径在80-120nm之间(图2)。病毒散在分布于细胞浆中，呈圆形，直径多在90nm左右。感染病毒的细胞线粒体肿胀，部分线粒体外膜或嵴溶解（图3）。在广州地区和北京地区的尸解肺组织标本感染的Vero-E6细胞中均查见大量的病毒颗粒，多呈圆形，直径在80nm左右。病毒颗粒主要分布在胞浆的内质网池、胞浆空泡内和细胞外，多聚集成堆（图4）。感染病毒的细胞可见内质网扩张，线粒体肿胀、嵴溶解，细胞核染色质凝聚，边集。图4组织切片电镜照片SARS病毒为单链单节段（+）RNA病毒，全长29.725kb,具有11个ORF（OpenReadingFrames），分别编码：依赖于RNA的RNA聚合酶、4种结构蛋白（S，E，M，N蛋白）、5种未知蛋白（图5）。与其它宿主来源冠状病毒的序列比较，进化分析，呈一单独的分支（图6）。病毒在增殖过程中虽没有逆转录过程，但RNA聚合酶没有矫正机制，变异较大，现已知SARS病毒至少有6个变种。这给治疗SARS带来了巨大困难。4/9图5人的可能传染途径SARS病毒主要经过紧密接触传播，以近距离飞沫传播为主，也可通过手接触呼吸道分泌物，经口鼻眼传播，另有研究发现存在粪－口传播的可能（图5）。是否还有其他传播途径尚不清楚。症状主要表现为：持续高烧（高于38℃），头痛和全身酸痛、乏力，干咳、少痰，部分病人有气促等呼吸困难症状，少数进展为呼吸窘迫综合征，肺部影像学显示肺炎改变（图6－图9）。一般感冒病征包括发烧，咳嗽，头痛，可在数日后转好，并且一般没有肺炎迹象外周血白细胞计数无明显变化，淋巴细胞计数减少。抗菌药无效。SARS病毒能侵犯多种脏器，引起免疫系统对脏器的过度攻击，导致严重的脏器损伤。图6SARS患者三天胸透照片图7SARS患者五天胸透照片图8SARS患者八天胸透照片图9SARS患者十天胸透照片关于让学生理解“生命活动离不开细胞”的观点，教材中的资料分析已比较全面，分别是从生命特征的不同方面，不同生物体的不同生命活动等来论证这一观点的。下表反映了编者的意图。（用多媒体演示）表1生命活动离不开细胞的实例生物生物类型生命活动基本特征说明草履单细胞生运动和分裂运动和繁单细胞生物具有生命的基本特征5/9虫物殖人多细胞生物生殖和发育繁殖、生长和发育多细胞生物的生命活动是从一个细胞开始的，其生长和发育也是建立在细胞的分裂和分化基础上的人多细胞生物缩手反射应激性反射等神经活动需要多种细胞的参与艾滋病病毒非细胞形态的生物侵入人体的淋巴细胞繁殖病毒在活细胞中繁殖人人和高等动物免疫应激性免疫作为机体对入侵病原微生物的一种防御反应，需要淋巴细胞的参与由于本资料中的一些事例是义务教育阶段七年级涉及的内容，因此，在分析本资料时，除按照教材的问题引导学生讨论外，教师还可以补充一些问题供学生思考。例如，草履虫是单细胞生物还是多细胞生物？它具有生物的哪些基本特征？人类发育的起点是从什么细胞开始的？新生儿逐渐发育长大是由于细胞发生了怎样的变化？等等。2．生命系统的结构层次“生命系统的结构层次”是本节的难点，教师应引导学生系统地理解这几个层次，在理解这些结构层次时，教师可以适当地补充各个层次的名词解释，以利于学生从微观到宏观，步步紧扣地理解生命系统的严密性、层次性和多样性。教师可以按下表的方式呈现这几个层次的递进关系。（用多媒体演示）表2生命系统的结构层次结构层次概念举例学生举例细胞细胞是生物体结构和功能的基本单位心肌细胞组织由形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起心肌组织器官不同的组织按照一定的次序结合在一起心脏6/9系统能够共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组合在一起循环系统个体由各种器官或系统协调配合共同完成复杂的生命活动的生物。单细胞生物由一个细胞构成生物体龟种群在一定的自然区域内，同种生物的所有个体是一个种群该区域内同种龟的所有个体群落在一定的自然区域内，所有的种群组成一个群落该区域内龟和其他所有生物的种群生态系统生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体龟生活的水生生态系统生物圈由地球上所有的生物和这些生物生活的无机环境共同组成地球上只有一个生物圈最后用多媒体演示：教师在引导学生学习这些层次时需要注意以下几点。1.在这些层次中，只有种群和群落这两个名词是学生陌生的，需要教师用具体的事例补充讲解。例如，在一个池塘中的全部鲫鱼就是一个种群，而池塘中的全部生物就构成了一个群落。这两个概念不需要掌握，只需要学生能通过具体的事例理解就行。2.除种群和群落外，其他的几个层次都是学生在义务教育阶段七年级接触过的概念，可以让学生分组回忆、讨论。7/93.除教材列举的事例外，教师还可以让学生列举其他的事例。例如，与心肌细胞同层次的还有平滑肌细胞、骨骼肌细胞、上皮细胞、神经细胞，等等；与心肌组织同层次的有上皮组织、结缔组织、神经组织，等等。另一方面，教师可以让学生以一个人、一棵松树或一只草履虫为例，用不同生物研究生命系统各个层次的关系，以便理解生命系统的复杂性和多样性。布置作业：课后完成教材第六页的《基础题》和《拓展题》结课：本节涉及细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统和生物圈等生命系统的层次，从微观到宏观，使我们初步了解到，生命科学的研究是从这些层次上展开和深入的，而细胞是其他生命系统层次的基础，是基本的生命系统，其他层次都是建立在细胞这一层次的基础之上的，没有细胞就没有组织、器官、系统等层次。另一方面，生物体中的每个细胞具有相对的独立性，能独立完成一系列的生命活动，某些生物体还是由单细胞构成的。由于本模块是以“细胞是基本的生命系统”为主线来展开教学内容的，后续各章依次讲述了这一基本生命系统的组成、结构、功能、发生和发展变化等，因此，本章既是后续各章的基础，又具有统领本模块的作用。附：[板书提纲][答案和提示]（一）问题探讨1.提示：病毒尽管不具有细胞结构，但它可以寄生在活细胞中，利用活细胞中的物质生活和繁殖。8/92.提示：SARS病毒侵害了人体的上呼吸道细胞、肺部细胞，由于肺部细胞受损，导致患者呼吸困难，患者因呼吸功能衰竭而死亡。此外，SARS病毒还侵害人体其他部位的细胞。（二）资料分析1.提示：草履虫除能完成运动和分裂外，还能完成摄食、呼吸、生长、应激性等生命活动。如果没有完整的细胞结构，草履虫不可能完成这些生命活动。2.提示：在子女和父母之间，精子和卵细胞充当了遗传物质的桥梁。父亲产生的精子和母亲产生的卵细胞通过受精作用形成受精卵，受精卵在子宫中发育成胚胎，胚胎进一步发育成胎儿。胚胎发育通过细胞分裂、分化等过程实现。3.提示：完成一个简单的缩手反射需要许多种类的细胞参与，如由传入神经末梢形成的感受器、传入神经元、中间神经元、传出神经元、相关的骨骼肌细胞，等等。人的学习活动需要种类和数量繁多的细胞参与。由细胞形成组织，由各种组织构成器官，由器官形成系统，多种系统协作，才能完成学习活动。学习活动涉及到人体的多种细胞，但主要是神经细胞的参与。4.提示：例如，胰岛细胞受损容易导致胰岛素依赖型糖尿病；脊髓中的运动神经元受损容易导致相应的肢体瘫痪；大脑皮层上的听觉神经元受损可导致听觉发生障碍，等等。5.提示：例如，生物体的运动离不开肌细胞；兴奋的传导离不开神经细胞；腺体的分泌离不开相关的腺（上皮）细胞，等等。（三）思考与讨论1.提示：如果把龟换成人，图中其他各层次的名称不变，但具体内容会发生变化。例如，心脏应为二心房、二心室；种群应为同一区域的所有人，等等。应当指出的是，生物圈只有1个。如果换成一棵松树，图中应去掉“系统”这个层次，细胞、组织、器官、种群的具体内容也会改变。如果换成一只草履虫，细胞本身就是个体，没有组织、器官、系统等层次。2.提示：细胞层次；其他层次都是建立在细胞这一层次的基础之上的，没有细胞就没有组织、器官、系统等层次。另一方面，生物体中的每个细胞具有相对的独立性，能独立完成一系列的生命活动，某些生物体还是由单细胞构成的。9/93.提示：一个分子或一个原子是一个系统，但不是生命系统，因为生命系统能完成一定的生命活动，单靠一个分子或一个原子是不可能完成生命活动的。（四）练习基础题1.（1）活细胞：A、D、G、I；（2）死细胞：B、E；（3）细胞的产物：C、F、H。2.（1）细胞层次（也是个体层次，因为大肠杆菌是单细胞生物）；（2）种群层次；（3）群落层次。拓展题1.提示：不是。病毒不具有细胞结构，不能独立生活，只能寄生在活细胞中才能生活，因此，尽管人工合成脊髓灰质炎病毒，但不意味着人工制造了生命。2.提示：人工合成病毒的研究，其意义具有两面性，用绝对肯定或绝对否定的态度都是不全面的。从肯定的角度看，人工合成病毒可以使人类更好地认识病毒，例如，研制抵抗病毒的药物和疫苗，从而更好地为人类的健康服务；从否定的角度看，人工合成病毒的研究也可能会合成某些对人类有害的病毒，如果这些病毒传播开来，或者被某些人用做生物武器，将给人类带来灾难。