生物学的真实情境不可能用文字表达

 

来源公众号：卢镇岳斋聊生物学　　作者：卢镇岳 

引言：

在高中生物学的知识体系中，选择性必修课程起着承上启下的关键作用，它既是必修课程的深化与拓展，又开启了通往生命科学前沿领域的大门。接下来，将陪同各位深入剖析选择性必修课程的核心知识，继续探寻生命科学的奥秘。

模块 1：稳态与调节

关键名词术语

内环境、稳态、神经调节、体液调节、免疫调节、植物激素调节

术语基本解释

• 内环境：由血浆、组织液和淋巴等细胞外液构成，是细胞生活的直接环境，为细胞提供适宜的生存条件，并通过各系统的协调作用与外界环境进行物质交换。例如，血浆中的营养物质可被细胞摄取，细胞产生的代谢废物则排入血浆，进而通过循环系统运输到排泄器官排出体外。
• 稳态：机体通过调节机制，使内环境的理化性质（如温度、pH、渗透压等）和化学成分保持相对稳定的状态。这是细胞正常代谢和机体生命活动的必要条件，如人体体温维持在 37℃左右，血浆 pH 稳定在 7.35 – 7.45 之间。
• 神经调节：通过神经系统的活动对机体生理功能进行的调节，其基本方式是反射，反射的结构基础是反射弧，包括感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。如膝跳反射，当膝盖下方的感受器受到刺激后，神经冲动沿传入神经传到脊髓的神经中枢，再经传出神经传到效应器（腿部肌肉），引起肌肉收缩。
• 体液调节：激素等化学物质（包括但不限于内分泌腺分泌的激素）通过体液运输，对机体生命活动进行的调节。例如，胰岛 B 细胞分泌的胰岛素可促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖，从而降低血糖浓度。
• 免疫调节：免疫系统通过免疫细胞、免疫器官和免疫活性物质，识别和清除外来病原体、自身衰老或病变细胞，维持内环境稳态。如人体感染病毒后，T 细胞会增殖分化为效应 T 细胞和记忆 T 细胞，效应 T 细胞可识别并裂解被病毒感染的细胞。
• 植物激素调节：植物体内产生的激素（如生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯等）对植物生长、发育、繁殖等生命活动进行的调节。例如，生长素能促进植物细胞伸长，从而使植物生长。

高关联度术语

• 内环境：细胞外液的成分、渗透压的调节。
• 稳态：血糖平衡的调节机制、体温调节的过程。
• 神经调节：神经元的结构与功能、神经冲动的传导与传递。
• 体液调节：激素的分泌与作用、内分泌腺的种类与功能。
• 免疫调节：免疫细胞的种类与功能（如 T 细胞、B 细胞、吞噬细胞等）、特异性免疫与非特异性免疫的区别与联系。
• 植物激素调节：生长素的两重性、不同植物激素间的协同与拮抗作用、植物生长调节剂。

高度关联基础知识

• 内环境：与必修课程中的 “细胞生活的环境” 紧密关联，如细胞外液的成分与细胞内液的物质交换等知识就密切相关。高考可能考查内环境成分的判断，如血浆、组织液、淋巴中物质的辨析，以及内环境稳态失调的实例分析，如尿毒症、组织水肿等原因分析。
• 激素调节：和必修的 “细胞的代谢” 中酶的调节作用相呼应，都涉及生命活动的调节机制。高考常考激素的分泌调节过程，如甲状腺激素分泌的分级调节和反馈调节，以及激素作用的特异性和作用机制相关问题。
• 神经调节：与必修的 “细胞的基本结构” 中细胞膜的电位变化等知识有关联，神经冲动的传导依赖于细胞膜的离子通道等结构。高考可能考查神经冲动在神经纤维上的传导和在突触间的传递过程，以及反射弧的结构与功能分析。

前沿拓展

• 神经 – 体液 – 免疫调节网络的深入研究：科学家正致力于揭示三者之间更为精细的相互作用机制，以及它们在疾病发生发展过程中的协同调控作用，为疾病的诊断和治疗提供新的靶点和思路。例如，在自身免疫性疾病中，研究发现神经内分泌系统的异常可能影响免疫系统的功能，导致免疫细胞对自身组织的攻击。
• 植物激素信号转导通路的解析：利用分子生物学技术，深入探究植物激素如何与受体结合，启动细胞内的信号转导级联反应，从而调控基因表达和生理过程。这有助于通过基因工程手段改良植物品种，提高农作物的产量和品质。

模块 2：生物与环境

关键名词术语

种群、群落、生态系统、生态平衡、生物多样性

术语基本解释

• 种群：在一定的自然区域内，同种生物的所有个体形成的集合。种群具有种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄结构、性别比例等特征，这些特征是种群动态变化的重要指标。例如，一个池塘中的所有鲤鱼就是一个种群，其种群密度会随季节、食物资源等因素而变化。
• 群落：同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，包括植物、动物和微生物等。群落具有垂直结构（如森林中植物的分层现象）和水平结构（如草原上不同地段的植被差异），群落中的物种通过种间关系（如竞争、捕食、互利共生、寄生等）相互影响、相互作用。
• 生态系统：由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。生态系统的结构包括生态系统的组成成分（生产者、消费者、分解者和非生物的物质与能量）和营养结构（食物链和食物网），其功能主要有物质循环、能量流动和信息传递。例如，森林生态系统中，树木等生产者通过光合作用固定太阳能，将无机物转化为有机物，为消费者和分解者提供物质和能量来源。
• 生态平衡：生态系统在一定时间内结构和功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入与输出接近相等，在外来干扰下，通过自我调节（如负反馈调节）能恢复到原初的稳定状态。但生态平衡是一种动态平衡，当外界干扰超过一定限度时，生态系统可能会遭到破坏。
• 生物多样性：包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性。生物多样性是地球生命的基础，对于维持生态系统的稳定性、提供生态服务、促进经济发展和文化传承等方面都具有极其重要的价值。例如，热带雨林拥有丰富的生物多样性，为众多珍稀动植物提供了栖息地，在调节气候、涵养水源等方面发挥着关键作用。

高关联度术语

• 种群：种群增长模型（如 “J” 型增长、“S” 型增长）、种群数量的调查方法（如标志重捕法、样方法）、种群数量的稳定与减少。
• 群落：群落演替的类型（初生演替、次生演替）、群落的物种组成与丰富度。
• 生态系统：生态系统的能量金字塔、物质循环的实例（如碳循环、氮循环）、生态系统的信息传递类型（物理信息、化学信息、行为信息）。
• 生态平衡：生态系统的稳定性与自我调节能力、影响生态平衡的因素（如人类活动、自然灾害）。
• 生物多样性：生物多样性的保护措施（就地保护、迁地保护、建立自然保护区等）、生物多样性的价值评估。

高度关联基础知识

• 种群：与必修的 “细胞的增殖” 中细胞分裂产生新个体的知识相关联，种群数量的增长基于个体的繁殖。高考可能考查种群增长模型的应用，如根据给定条件计算种群数量变化，以及分析影响种群数量的因素，如出生率、死亡率、迁入率、迁出率等。
• 生态系统：和必修的 “细胞的能量供应和利用” 中能量代谢知识相联系，生态系统的能量流动遵循能量守恒定律。高考常考生态系统能量流动的过程和特点，如能量在食物链各营养级的传递效率计算，以及物质循环的实例分析，如碳循环、氮循环等过程中生物与环境的相互作用。
• 群落：与必修的 “细胞的分化” 中细胞分化形成不同组织器官的知识有类比之处，群落中不同物种在生态位上的分化类似于细胞的分化（反之或是基因表达层面的——共同进化）。高考可能考查群落的结构特征，如垂直结构和水平结构的形成原因，以及群落演替的过程和类型判断。

前沿拓展

• 生态系统服务功能的量化研究：科学家运用生态学、经济学和社会学等多学科交叉的方法，对生态系统提供的服务功能（如水源涵养、土壤保持、气候调节、生物防治等）进行量化评估，为生态保护和生态补偿提供科学依据。例如，通过研究湿地生态系统对洪水的调蓄功能，计算其减少洪水灾害损失的经济价值，从而论证湿地保护的重要性。
• 全球气候变化对生物与环境相互关系的影响：随着全球气候变暖、极端气候事件增加，研究气候变化如何改变物种的分布范围、群落结构和生态系统功能，以及生物如何适应或反馈气候变化，对于预测生态系统的未来演变趋势和制定应对策略至关重要。例如，研究发现一些植物物种因气温升高而向高纬度或高海拔地区迁移，可能导致原有生态系统的物种组成和生态关系发生改变。

模块 3：生物技术与工程

关键名词术语

发酵工程、细胞工程、基因工程、生物技术安全与伦理

术语基本解释

• 发酵工程：利用微生物的特定功能，通过现代工程技术手段规模化生产对人类有用的产品。包括菌种选育、培养基配制、灭菌、扩大培养、发酵过程控制、产品分离提纯等环节。例如，利用酵母菌发酵生产啤酒，通过控制发酵条件（温度、pH、溶氧等），使酵母菌将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，再经过后续的过滤、杀菌等工艺，得到成品啤酒。
• 细胞工程：以细胞为对象，应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，按照人们的设计蓝图，进行细胞水平上的遗传操作及大规模细胞和组织培养。主要包括植物细胞工程（如植物组织培养、植物体细胞杂交）和动物细胞工程（如动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、干细胞技术等）。例如，植物组织培养可利用植物的离体组织或细胞，在无菌条件下培养成完整植株，用于植物快速繁殖、脱毒等方面。
• 基因工程：又称重组 DNA 技术，按照人们的意愿，将一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种（或同种甚至同一个体）生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。其操作步骤包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定等。例如，将抗虫基因导入棉花细胞中，培育出抗虫棉，减少棉花受虫害的损失。
• 生物技术安全与伦理：在生物技术的研究、开发和应用过程中，涉及到的对人类健康、生态环境、社会伦理等方面可能产生的潜在风险和问题，以及如何制定相应的法规、政策和伦理准则进行规范和管理。如转基因生物的安全性问题（包括食用安全、环境安全等）、基因编辑技术引发的伦理争议（如对人类生殖细胞的基因编辑）等。

高关联度术语

• 发酵工程：微生物的培养与驯化、发酵设备与工艺控制。
• 细胞工程：植物组织培养的培养基成分与激素调控、动物细胞融合的诱导方法。
• 基因工程：限制性内切核酸酶、DNA 连接酶、载体的种类与功能、PCR 技术的原理与应用。
• 生物技术安全与伦理：转基因生物的风险评估、基因治疗的伦理问题、生物武器的禁止与防控。

高度关联基础知识

• 基因工程：与必修的 “遗传的分子基础” 紧密相连，基因工程的操作基于对 DNA 结构和功能的深入理解。高考可能考查基因工程的基本操作步骤，如目的基因的获取方法（从基因组文库或 cDNA 文库中获取等）、基因表达载体的构建要素（启动子、终止子、标记基因等），以及基因工程在农业、医药等领域的应用实例分析。
• 细胞工程：和必修的 “细胞的分化” 相关，植物组织培养和动物细胞培养等技术涉及细胞的脱分化和再分化过程。高考常考植物组织培养的过程和条件，如外植体的选择、培养基中激素的配比，以及动物细胞培养的特点和应用，如细胞株和细胞系的区别、单克隆抗体的制备过程。
• 发酵工程：与必修的 “细胞的代谢” 中微生物的代谢类型和特点相关联，发酵工程利用微生物的代谢能力生产产品。高考可能考查发酵工程的基本流程，如菌种的选育方法（诱变育种、基因工程育种等）、发酵条件的控制（温度、pH、溶氧等对发酵产物的影响），以及常见发酵产品的生产原理，如酸奶、果酒、果醋的制作过程。

前沿拓展

• 合成生物学的发展：这是一门新兴的交叉学科，旨在设计和构建新的生物系统或对现有生物系统进行重新设计，以实现特定的功能。例如，通过合成生物学技术设计能够生产新型生物燃料或药物的微生物，为解决能源和健康问题提供新途径。
• 基因编辑技术的新突破与应用：如 CRISPR-Cas 系统的不断优化和拓展应用，除了在基础研究中用于基因功能研究外，在基因治疗、作物育种等领域也展现出巨大潜力，但同时也引发了更多关于技术安全性、伦理道德和社会影响的深入探讨。例如，利用 CRISPR-Cas 技术治疗某些遗传性疾病的临床试验正在进行中，但如何确保基因编辑的准确性和避免脱靶效应等问题仍是研究的重点和难点。

后记：

本文题目为《生物学的真实情境不可能用文字表达》，正如字面意思，能用文字（或其他人为形式，如图、表和数字）表达的都不“真实”，真实情境可以被刻画、被描写、被模拟或进一步被构建成模型，但这都和“真实”本身有差距，从另一个角度来说，人类的认知能力也不可能在有限时空内把握“真实”的全貌。所以我写这个后记只为了提醒大家，题目都是人编的，有时间和空间的局限（还有很多更细的限制条件就不一一列举了），再进一步说，就是高考前做再多的题都不太可能做到你自己真正要做的那套高考题，同一个切入点，不同角度看就有不同方向的延伸与拓展，就如今天的文章内容与《高三生物学备考真经》中相关内容的差别。

所以说：基础，永远基础！

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