沪科教版普通高中教科书·生物学选择性必修1 稳态与调节.pdf
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1、上海科技教育出版社生物学普通高中教科书稳态与调节选择性必修 1编写人员名单主 编 张新时 执行主编 张可柱 分册主编 樊庆义编著者(以姓氏笔画为序)邢怀庆 刘家广 李广军 陈 群周廷振 姜剑锋 黄玉娥审 读 王仁卿 李文军“不经一番寒彻骨,怎得梅花扑鼻香。”这两句唐诗描述了梅花在早春寒冷环境中盛开的场景,借梅花傲雪迎霜、凌寒独放的品性,勉励人们克服困难,立志成就事业。与梅花一样,任何生物个体都生活在一定的环境中,以不同的方式调节生长、发育、遗传与变异等复杂的生命活动,保持着自身生命活动的相对稳定,以适应多变的环境,保证个体的正常成长和物种的持久延续。貌似平淡无奇的植物,其机体内的各种稳态调节活
2、动令人惊奇。人体必须通过一系列复杂的调节方式和途径,才能适应变化多端的外界环境,可以说,人体的稳态及调节过程更加精妙。随着人们的生活水平不断提高,一些不合理的饮食习惯及生活方式破坏了人体的稳定与平衡,导致产生多种“富贵病”;一些人为了追求所谓的刺激,吸食毒品;还有一些人为了牟取私利,在农作物或食品生产加工过程中施加过量激素或添加剂。这些均威胁着人们的健康。本模块是高中生物学选择性必修 1稳态与调节,同学们将要探究生物体与环境间的相互作用,生物体各结构保持机体稳态的协调机制,包括人体的内环境与稳态、人和动物生命活动的调节,以及植物的激素调节等。希望同学们通过本模块的学习、思考和探究,对生命的调节
3、机制有比较深刻的了解,理解高等生物个体生命活动的规律,认识个体生命系统的稳态;理解健康生活方式对于维持人体内环境的稳态、预防疾病的意义,珍爱生命,远离毒品。总之,同学们要更加科学合理地认识生命和珍爱生命,崇尚健康文明的生活方式,成为健康中国的促进者和实践者!为了大家更好地学习,这一模块精心设立了如下栏目:致 同 学 们章首页 精美的图片和富有深意的章引言,让同学们带着问题出发,逐步学习一章的主要内容;以时间轴形式呈现的科学史,一目了然地展现出与本章学习内容有关的重要科学发现。第一章 人体的内环境要维持在相对稳定状态“朝晖夕阴,气象万千。”受季节更替、气候变化和地域差异影响,人体所处的外界环境不
4、断发生着变化。不过,对于多细胞生物来说,机体内的细胞进行生命活动需要一个相对稳定的 “环境” , 细胞不仅要从该 “环境” 中获取代谢所需的物质,而且需要“环境”提供适宜的条件。美国著名生理学家坎农(W. Cannon)在其躯体的智慧一书中写到:内环境并不是处于一种静止的、固定不变的状态,而是处于一种可变的动态平衡状态。什么是内环境?内环境与机体细胞有着怎样的关系?机体通过哪些调节机制才能维持内环境“可变的动态平衡状态”呢?约公元前 5 世纪后期希波克拉底提出四体液病理学说公元 2 世纪盖伦根据四体液学说提出气质类型学说18501855 年贝尔纳发现肝脏有合成及转化肝糖原的功能1857 年贝尔
5、纳提出“内环境”概念20 世纪 10 年代亨德森研究血液的 pH 缓冲作用1903 年 20 世 纪 30年代巴甫洛夫提出高级神经活动类型说1926年坎农发展 “内环境”概念内涵,提出“稳态”概念1948 年维纳控制论出版,建立反馈调节的数学模型阅读空间 提供一些趣味性的自主阅读资料,既与正文相呼应,又引领同学们将学习与生活实际密切联系。阅读空间视野拓展视野拓展 包括时代亮点、历史长河、榜样人物、科学生活和绿色视野等,展现与本章内容有关的最新研究进展,回顾重大历史发现,介绍榜样人物的高贵品质,为同学们提供更多的学习意义启发。学业要求 聚焦生物学大概念,关注生物学学科核心素养,以表格的形式,简洁
6、明了地将本章有关的课程标准内容要求和活动要求按一定逻辑呈现出来,有助于同学们将学习内容结构化联结, 以提升本章内容学习水平。学业要求思维训练 通过模型建构、曲线解读等形式,认识事物, 探讨、 阐释生命现象及其规律, 进一步发展科学思维。思维训练课题研究课题研究 通过一个探究实验、调查研究活动或者模型制作活动等项目实现任务驱动,引领全章内容的学习。学业检测 每节正文之后,以核心素养为指向,围绕本节内容精心设计一组自评自测题,促进学习目标内化和巩固,便于同学们自我反馈、自我评价、主动发展。学业检测探究活动 通过实验探究、资料探究、社会考察、经典再现、模型建构、方案设计、观点碰撞等形式引领同学们针对
7、特定的主题进行观察提问、实验设计、方案实施、分析讨论,逐步增强对自然现象和社会现实的好奇心与求知欲,掌握科学探究的基本思路和方法,培养主动学习与思考的品质。探究活动第一章 人体的内环境要维持在相对稳定状态 2课题研究制作运动饮料 3第一节 内环境为机体细胞提供适宜的生存环境 4 一、机体细胞参与内环境的形成和维持 4 二、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换 7第二节 机体通过自动调节维持内环境的稳态10 一、稳态是内环境理化性质维持相对稳定的状态10 二、机体通过一定的调节机制维持内环境的稳态11 三、内环境的稳态是细胞进行正常生命活动的必 要条件14第二章 人和动物通过神经系统调节生命活动
8、18课题研究蛙坐骨神经 - 腓肠肌实验19第一节 神经调节是人和动物生命活动调节的主要方式20 一、反射弧是反射活动的结构基础 20 二、低级神经中枢与高级神经中枢联系紧密 22 三、中枢神经系统通过自主神经来调节内脏的活动 24第二节 神经细胞膜内外具有电位差26 一、科学家巧妙地设计实验发现生物电26 二、离子的穿膜运输产生膜电位28第三节 神经冲动以不同的方式传导和传递32 一、动作电位沿神经纤维传导32 二、神经冲动在突触处的传递33 三、毒品和烟酒危害人类健康35目 录C O N T E N T S第四节 人脑具有多项高级功能38 一、语言活动是由大脑皮层控制的高级神经活动38 二、
9、大脑皮层特定的区域控制相应的生命活动41 三、条件反射是由大脑皮层控制的高级神经活动42第三章 人和动物通过体液调节生命活动 46课题研究探究甲状腺激素对青蛙发育的影响 47第一节 体液调节在维持稳态中具有重要作用48 一、激素是内分泌腺的分泌物48 二、激素参与稳态的调节51 三、其他体液成分参与稳态的调节53第二节 多种方式调节激素的分泌56 一、机体通过反馈调节机制调节激素分泌56 二、机体通过分级调节机制调节激素分泌58第三节 神经调节与体液调节共同维持水盐平衡62 一、人体内水、无机盐的摄入和排出保持动态平衡62 二、水盐平衡是神经调节和体液调节协调作用的结果63 三、 水盐平衡对维
10、持细胞的形态和功能具有重要作用65第四节 神经调节与体液调节共同维持体温相对恒定67 一、人的体温受多种因素影响67 二、机体的产热和散热保持动态平衡67 三、通过神经调节和体液调节维持体温相对恒定68 四、体温相对恒定是细胞正常代谢的必要条件70第四章 人体通过免疫系统实现机体稳态74课题研究合理接种,预防狂犬病75第一节 免疫包括非特异性免疫和特异性免疫76 一、非特异性免疫是人体生来就有的免疫76 二、特异性免疫是针对特定病原体发生的免疫应答77 三、免疫调节的结构与物质基础78第二节 体液免疫主要通过产生特异性抗体发挥效应 82 一、 体液免疫是主要由B淋巴细胞参与的特异性免疫82 二
11、、免疫接种主要与体液免疫有关84第三节 细胞免疫主要通过产生效应 T 淋巴细胞发挥效应 88 一、移植与 T 淋巴细胞密切相关88 二、细胞免疫是主要由T淋巴细胞参与的特异性免疫90第四节 免疫功能异常引发的疾病94 一、过敏是一种常见的免疫异常疾病94 二、免疫系统攻击正常组织会导致自身免疫病95 三、 免疫缺陷会引发严重疾病 96第五章 植物生命活动受多种因素调节 102课题研究调查植物激素在生产生活中的应用 103第一节 生长素是最早被发现和研究的植物激素 104 一、科学家经过不断探索发现了生长素 104 二、生长素从产生部位运输到作用部位 108第二节 生长素对植物生命活动具有重要调
12、节作用 110 一、生长素在调节植物生长时表现出两重性 110 二、生长素调节植物的其他生命活动 112第三节 多种激素共同调节植物的生命活动 115 一、植物体内含有多种激素 115 二、植物的生命活动受多种激素共同调节 117 三、植物激素类似物在生产上应用广泛 118第四节 环境因素参与植物生命活动的调节 122 一、光参与植物生命活动的调节 122 二、温度参与植物生命活动的调节 125 三、重力参与植物生命活动的调节 1262第一章 人体的内环境要维持在相对稳定状态“朝晖夕阴,气象万千。”受季节更替、气候变化和地域差异影响,人体所处的外界环境不断发生着变化。不过,对于多细胞生物来说,
13、机体内的细胞进行生命活动需要一个相对稳定的“环境”,细胞不仅要从该“环境”中获取代谢所需的物质,而且需要“环境”提供适宜的条件。美国著名生理学家坎农(W. Cannon)在其躯体的智慧一书中写道: “内环境并不是处于一种静止的、固定不变的状态,而是处于一种可变的动态平衡状态。”什么是内环境?内环境与机体细胞有着怎样的关系?机体通过哪些调节机制才能维持内环境“可变的动态平衡状态”呢?约公元前 5 世纪后期希波克拉底提出四体液病理学说公元 2 世纪盖伦根据四体液学说提出气质类型学说18501855 年贝尔纳发现肝有合成及转化肝糖原的功能1857 年贝尔纳提出“内环境”概念20 世纪 10 年代亨德
14、森研究血液的 pH 缓冲作用1903 年 20 世 纪 30年代巴甫洛夫提出高级神经活动类型说1926年坎农发展 “内环境”概念内涵,提出“稳态”概念1948 年维纳控制论出版,建立反馈调节的数学模型231. 请同学品尝你们制作的运动饮料,征求并记录改进建议。2. 总结你们制作的运动饮料的突出优点,并设计相应的广告语。3. 就“长期饮用运动饮料或其他饮料是否有利于身体健康”这一话题和同学展开辩论。课题研究提出问题制订并实施研究计划成果交流 查阅相关资料, 了解运动饮料的类型、 特点、 功效、 主要成分、禁忌人群等。前往超市, 收集不同品牌运动饮料所含营养成分的相关数据。走访饮料生产厂家, 调查
15、并了解饮料的生产工艺及生产流程。综合分析所收集到的资料,科学合理地制订运动饮料配料表并确定制作方式。1. 制作运动饮料前需要做哪些准备工作?图 1-1 学生自制的运动饮料如何科学地制作运动饮料?制作运动饮料在 2014 年巴西世界杯足球赛上,因为天气非常炎热,主裁判及时吹停比赛,足球场上破天荒地出现了补水暂停。双方队员借此机会在场边饮用运动饮料,用于补充流失的水和营养物质。运动饮料是根据人体运动时生理消耗的特点而配制的一种饮料,它可以有针对性地补充运动时流失的水分和电解质(主要是钠、钾),避免剧烈运动后产生脱水与电解质紊乱现象,起到加速消除运动后疲劳的作用。 按照配料表准备原料、器具,将器具清
16、洗干净,用纯净水配成 1L 溶液。将配制的溶液置于蒸馏烧瓶中,并在 121条件下灭菌4min,冷却后分装。2. 怎样动手制作饮料?34第一节 内环境为机体细胞提供适宜的生存环境图 1-3 血液分层现象实验探究在显微镜下观察一滴池塘水,你会发现,看起来十分清澈的水中,生活着多种多样的单细胞动物,如变形虫、草履虫(图 1-2)等。这些单细胞动物通过质膜直接与周围的外界环境进行物质交换,以满足生命活动的需要。而对于多细胞动物来说,绝大多数细胞并未与外界环境直接接触。这些细胞生活在怎样的环境中?它们又是如何与外界环境进行物质交换的? 一、机体细胞参与内环境的形成和维持机体内含有大量液体,这些液体总称为
17、体液(body fluid),约占体重的 60 70%。体液中除含大量的水以外,还含有许多离子与化合物。存在于细胞内的体液称为细胞内液(intracellular fluid),约占体液的 2/3;分布于细胞外的体液称为细胞外液(extracellular fluid),约占体液的 1/3。细胞外液包括血浆、组织液和淋巴(又名淋巴液)等。图 1-2 显微镜下的草履虫观察血液的分层现象脊椎动物的血液离体后会出现凝固现象,若在离体的血液中加入柠檬酸钠、 草酸钠等抗凝剂,则能够防止血液凝固。加入抗凝剂的血液在静置状态下会出现分层现象(图 1-3)。目的要求观察血液的颜色变化及分层现象,认识血液的组成
18、,分析血细胞与血浆的关系。50m5材料器具健康的家禽,医用碘伏(或体积分数为 75% 的酒精)、质量分数为 5% 的柠檬酸钠溶液,20mL 一次性无菌注射器、试管、试管架、棉签。活动程序1. 取 2 支试管,标记为 A 和 B,在 A 试管内加入 1 mL 质量分数为 5% 的柠檬酸钠溶液。2. 用一次性无菌注射器从家禽的翼下静脉内抽取 20mL 血液。取下注射器针头,将 10mL 血液慢慢注入 A 试管内,并轻轻振荡几次。再将剩余的 10mL 血液慢慢注入 B 试管内。3. 静置试管,注意观察现象。 安全警示一次性采血过多或短期内重复采血,会影响实验动物的健康甚至导致其死亡,请根据实验动物的
19、实际状况采集适量的血液。分析讨论1. 静置一段时间后,2 支试管内的血液分别出现了什么现象? A 试管出现该现象的原因是什么?2. 你认为血液由哪几部分组成?各部分之间有怎样的关系?3. 科学家曾经对人体血浆和海水的成分做过对比,经分析发现:两者之中水分都占到总质量的 90% 以上,血浆中 Na+、K+、Ca2+和 Cl-的离子浓度与海水中这几种离子的浓度接近。从生物进化的角度,你对此有何猜想?血液是流动在心脏和血管内的不透明红色液体,由血细胞和血浆组成。血细胞随血浆流动,血浆是一种淡黄色液体,其中水分约占总质量的 90% 92%,血浆蛋白约占7% 9%,还含有无机盐以及葡萄糖、脂质、维生素、
20、激素、尿素等物质。血浆的主要功能是运载血细胞,运输营养物质和代谢废物。当血浆流经毛细血管动脉端时,除大分子蛋白质等物质外,许多离子、小分子物质等能够透过毛细血管壁进入组织细胞间隙形成组织液。组织液为组织细胞的新陈代谢提供了营养物质和氧,同时,组织细胞也不断地把代谢废物排入组织液中,从而维持细胞正常的生命活动。组织液与组织细胞进行物质交换后,大部分从毛细血管静脉端回流进入血浆, 少部分渗透到毛细淋巴管内成为淋巴 (图1-4) 。毛细淋巴管以膨大的盲端起始于组织间隙,它比毛细血管有更大的通透性。淋巴中含有与人体免疫有关的细胞,能增强机体抵抗疾病的能力。 第一节 内环境为机体细胞提供适宜的生存环境第
21、一章 人体的内环境要维持在相对稳定状态6淋巴从毛细淋巴管开始,沿各级淋巴管向心脏方向回流,经过诸多淋巴结的滤过,最后汇入左、右锁骨下静脉,参与血液循环(图 1-5)。淋巴循环不仅能使部分组织液回归血液循环,而且还能转运脂肪和从毛细血管滤出的少量血浆蛋白,对维持体液平衡具有重要作用。血浆、组织液和淋巴紧密联系,构成人体内不同细胞直接生活的环境。人们把这个由细胞外液构成、体内细胞赖以生存的液体环境称为内环境(internal environment)。血浆在心脏和血管内不断地循环流动,是内环境中最为活跃的部分。图 1-4 血浆、组织液和淋巴相互关系示意图图 1-5 淋巴循环和血液循环的关系血 浆
22、蛋 白血浆蛋白是血浆中多种蛋白质的总称,种类繁多,功能各异。在生物化学研究中,可以通过盐析法将血浆蛋白分为白蛋白、球蛋白与纤维蛋白原三大类。白蛋白的主要作用是调节血浆的渗透压;球蛋白主要由白细胞产生,能够清除侵入人体的病原体;纤维蛋白原与伤口处血凝块的形成有关。血浆蛋白分子量很大,一般不能透过毛细血管壁,因此,血浆与组织液在成分上的最大差别在于血浆中含有较多的蛋白质。血浆蛋白绝大部分由肝合成,医学上通过测定血浆蛋白水平可了解肝在蛋白质代谢中的作用。例如,在肝功能检查项目中,医生通过测定白蛋白与球蛋白的数量之比来判断肝的健康状况。正常人的血液中白蛋白与球蛋白之比在 1.52.5 之间,而慢性肝炎
23、、肝硬化病人,尤其是肝癌患者,白蛋白下降,球蛋白增高,这个比值会明显降低。阅读空间7 二、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换内环境中的营养物质和氧是从外界环境中获得的。人体所需的糖类、脂质、蛋白质、维生素、水和无机盐等营养物质通过消化系统的消化、吸收进入循环系统,氧在肺部经过扩散作用进入血浆,营养物质和氧再经过循环系统运送到组织细胞而被利用。组织细胞在新陈代谢过程中产生的代谢废物如二氧化碳、尿素等进入内环境中,再通过循环系统的运输,分别由呼吸、泌尿等系统排出体外(图1-6)。图 1-6 消化、呼吸、循环、泌尿系统功能联系示意图由此可以看出,内环境与外界环境之间进行物质交换,需要人体多个器官、
24、系统的参与。第一节 内环境为机体细胞提供适宜的生存环境第一章 人体的内环境要维持在相对稳定状态8思维训练构建物质交换的物理模型或概念图物理模型可以将抽象的知识及微观的生理活动进行直观化表达;概念图可以构建起生物学概念之间的联系,不仅有助于理解知识,而且有助于发展发散思维和创新思维。请运用物理模型、概念图等形式,阐明细胞通过内环境与外界环境进行物质交换的过程。诞生在原始海洋中的单细胞生命直接与外界环境进行物质交换。进化过程中,高等多细胞动物逐渐出现,并在生物圈不同的环境中生存、繁衍,但其体内细胞的生命活动仍然离不开水环境。机体细胞借助内环境而相对独立于外界环境,这在一定程度上减少了机体对外界环境
25、的依赖。机体细胞生活在内环境中,同时,也参与内环境的形成和维持。内环境为机体细胞的新陈代谢及其他正常生命活动提供了稳定的环境条件,是细胞与外界环境之间进行物质交换的媒介。学业检测1. 徒步是一种有目的地进行中长距离步行的户外运动方式。某同学由于平时缺乏锻炼,一次较长时间的徒步运动使其脚掌磨出了“水泡”,但是几天后“水泡”又消失了。请回答:(1)“水泡”中的液体主要是指( )。内环境与安全用药大多数药物是在进入人体内环境后产生药效的。静脉注射药直接进入血浆;肌肉、皮下注射药进入肌肉和结缔组织的组织液,随后进入淋巴与血浆;除一些含服药经口腔黏膜吸收外,口服药主要是经消化系统的胃壁和小肠绒毛吸收后进
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