生物细胞的功能范文

导语：如何才能写好一篇生物细胞的功能，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

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

干细胞是一类具有多向分化潜能并能够进行持续自我更新的未分化细胞，可分化为体内多种类型的成体细胞。在干细胞的研究中，干细胞培养基的上清液中可提取多种生长因子和细胞因子，因此，普遍的观点认为干细胞主要通过旁分泌途径分泌多种细胞因子参与组织修复。而Timmers等[1]研究发现，对含有骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSC）的条件培养液进行分馏研究中，只有含有100~200nm囊泡培养液可对缺血再灌注损伤的小鼠模型进行心脏保护。目前研究者认为，通过分泌某些物质来实现修复作用是干细胞发挥生物学功能的重要方式[2].

起初，Johnstone等在研究网织红细胞向成熟红细胞转变过程中，发现网织红细胞能分泌一种双层膜小囊泡，最初这种囊泡结构被命名为外泌体（exosome）。长期以来，这种囊性小泡被认为是细胞分泌的一些无作用碎片[3].但越来越多的研究表明，外泌体是一种富含多种生物活性因子的亚细胞双层膜囊泡，并且能够发挥多种生物学作用。近年来干细胞来源的外泌体研究成为热点，对干细胞外泌体的生物学功能，以及其在临床当中的应用进行了较多研究探索。本文拟就干细胞外泌体的研究现状进行综述，重点阐述干细胞外泌体发挥生物学效应的物质基础及机制，以及干细胞外泌体在临床应用中的研究进展。

1、干细胞外泌体简介

1.1 外泌体与微泡：

两者均属于细胞外囊泡[4]（Extracellular vesicles,EV），是细胞在静息或应激状态下产生的异质性膜分泌体系[5],包括直径在100~1000nm的微泡（microvesicle,MV）和30~100nm的外泌体（exosome）。两者在多数情况下被混淆，其主要区别在于形成方式不同。微泡通常比外泌体大，是质膜直接以出芽的方式向细胞外突出形成的大囊泡[6].外泌体则是经由内涵体（endosome）途径生成[3].细胞内晚期内涵体的界膜多处凹陷，向内出芽形成管腔状囊泡，从而转变为具有动态亚细胞结构的多囊泡体（multi-vesicle bodys,MVBs）。MVBs是真核细胞重要的蛋白运输与分拣中心，当MVBs与胞膜融合后，其内的管腔状囊泡凹陷以内出芽方式形成颗粒状小囊泡，并释放入细胞外环境，即外泌体。参与细胞信息传递的外囊泡即为外泌体和微泡，在已发表的文献中多将两者合称为EV.

1.2 干细胞外泌体：

干细胞来源的外泌体是干细胞在静息或缺氧应激、辐照、氧化损伤等刺激下分泌产生的细胞外囊泡[7],可通过选择性的转运蛋白质、m RNA、micro RNA来充当干细胞与已分化细胞的信号分子[2].现有研究已证明间充质干细胞外泌体在减少心肌梗死面积[8],减轻肢体缺血[9],增进伤口愈合[10-11],改善移植物抗宿主病（graftversus-host disease,GVHD）[12],减少肾损伤[13],促进肝再生[14],减轻视网膜损伤[15],以及最近改善软骨[16]和骨再生[17]等方面具有重要作用。外泌体是细胞间信息交流的重要载体，且外泌体特性与其来源的细胞有关，因此干细胞外泌体的功能与其干细胞的功能密切相关。Quesemberry[18]等人提出外泌体扮演着干细胞生物学连续体模型的关键角色，则可推测外泌体在促血管形成、促进细胞新生及免疫调节方面有重要作用。

2、干细胞外泌体的生物学功能

外泌体表面富含胆固醇、甘油二脂、鞘脂、磷脂等脂类物质，这些脂类分子不仅可以维持外泌体的形态，还可以作为信号分子参与多种生物学过程[19].且外泌体内载有蛋白质、m RNA、micro RNA等生物学信息，在细胞微环境中发挥重要作用[20].研究发现，外泌体不仅存在于体内活细胞，在体外培养的细胞中也能检测到外泌体，如脂肪细胞、肿瘤细胞、间充质干细胞等[21].随着研究进展，外泌体已可从人体血液、尿液、羊水及腹水等多种体液中分离出[22].这说明外泌体不仅是细胞正常生理病理的代谢产物，且分泌外泌体是一种普遍的细胞功能[23].Lai等[24]研究发现，骨髓MSC培养基上清液中发挥损伤修复作用的物质可能是一种直径在50~100nm的磷脂膜包裹的小囊泡。后续研究发现此种囊泡可参与机体免疫调节、血管新生、细胞增殖及凋亡等环节，从而发挥组织修复作用。

2.1 免疫调节：

Zou等[25]研究发现，间充质干细胞外泌体可降低巨噬细胞趋化蛋白CX3CL1及肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF）的表达，同时上调白细胞介素-10（IL-10），降低局部炎症反应，起到免疫调节的作用。Kordelas等[12]研究发现，干细胞外泌体可降低难治性抗移植物抗宿主病（therapy-refractory graft-versus-host disease,GVHD）患者体内的IL-1、TNF-及-干扰素水平，调节机体免疫，促进受损组织修复。

2.2 促血管新生：

有研究证明[26-27]来自内皮祖细胞的外泌体携带有促血管生成的mi RNA,如mi R-126、mi R-296和let-7,其能够在静止的内皮细胞中通过水平转移RNA激活血管形成。当MSC外泌体与血管内皮细胞体外共混培养条件下，MSC外泌体可被血管内皮细胞摄取并内化，经real time-PCR检测发现，培养后的血管内皮细胞同样高表达MSC外泌体携带的促血管化mi RNA[28].脂质间充质干细胞（adipose mesenchymal stem cells,ASCs）可促进血管内皮的增生，并且血小板衍生的生长因子可促进ASCs释放增强血管生长潜力的外泌体[29].人脐带MSCs分泌的外泌体与体外培养的人脐静脉内皮细胞共培养时，内皮细胞成管状结构更加明显，内皮细胞迁移更加良好[30].

2.3 促进细胞增殖、抑制细胞凋亡：

在甘油诱导的严重联合免疫缺陷（severe combined immune deficiency,SCID）鼠急性肾损伤模型中发现骨髓MSC分泌的外泌体具有保护肾功能的作用[31],其修复能力与其母体细胞无显着性差异。其通过上调bcl-xl、bcl2、birc8等抗凋亡基因，下调Casp1、Casp8、LTA等促凋亡基因，同时活化细胞外信号调节激酶，以促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，从而发挥组织修复作用。此外，外泌体可通过向靶细胞转运RNA,如m RNA、mi RNA等，诱导靶细胞合成一些因子，如肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor,HGF）、血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）等，激活信号通路，调控靶细胞的细胞周期活动，最终促进其增殖[13].

外泌体由干细胞释放后可通过弥散、内吞、受体介导等方式进入靶细胞，转运特异性蛋白、脂质、m RNA和mi RNA等生物活性物质，从而发挥多种生物学功能。而且根据当前国内外研究，干细胞外泌体促进血管新生的机制与其向靶细胞转运具有促血管生成作用的mi RNA有着密切的联系。

3、外泌体的作用方式

外泌体内含有多种生长因子及细胞因子，如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）、干细胞因子（Stem Cell Factors,SCF），并且几乎所有的外泌体都含有生理活性的脂质成分，如1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-l-phosphate,S1P）、神经酰胺-1-磷酸（ceramide-1-phosphate,C1P）。外泌体进入靶细胞后，这些旁分泌因子可与细胞相互作用，如S1P、C1P可抑制细胞凋亡和刺激血管新生[32].一系列研究表明，外泌体发挥作用的方式主要有3种：（1）通过直接识别靶细胞表面的信号分子，与受体结合传递细胞间信息[33];（2）外泌体与靶细胞融合后，释放其内容物，实现信息转运[34-36];（3）通过释放胞内的信号分子作用于靶细胞表面受体，完成信息转运[37-38].

通过识别靶细胞膜表面的信号分子转运信息，常见于免疫系统中。第二种作用方式是Valadi等[34]在实验中观察到鼠肥大细胞分泌的外泌体可被人肥大细胞所摄取而发现的，外泌体所携带的m RNA进入细胞后会被翻译成蛋白质。这是研究者首次发现基于基因水平的细胞间的信息转运。这种信息转运广泛存在于机体中，例脂肪细胞的脂肪合成[36],间充质干细胞的心肌保护作用[24]等。外泌体中的细胞因子，如血管内皮生长因子，纤维母细胞生长因子等，通过第三种作用方式与内皮细胞表面受体相结合起到促进血管形成的作用[37].因而干细胞来源的外泌体促血管新生、促进细胞增殖、抑制细胞凋亡等作用，可能与多种机制共同作用有关，具体作用方式尚待进一步探究。

4、干细胞外泌体的生物学优势及临床应用前景

目前干细胞广泛应用于组织修复及缺血性疾病治疗领域。与干细胞比较，作为其旁分泌物的干细胞外泌体具有更稳定的生物特性，有研究表明[39]外泌体在-80℃保存2年仍能保持其生物学功能。在体内实验中外泌体的脂质双分子膜结构能防止其内容物降解，保持内部蛋白及遗传物质的活性[40].而且与干细胞分泌的可溶性细胞因子不同，外泌体可直接进入靶细胞，通过向靶细胞转运特异性蛋白、脂质及RNA等生物活性物质，来诱导靶细胞的增殖、迁移、血管化等生物学变化，从而改变局部微环境，稳定而持久地发挥多种生物学功能。这种载体式信号转导方式使外泌体具备更高更稳定的信号转导效率，且在生物体内不会被细胞外介质稀释[41].

4.1 干细胞外泌体对创面的修复作用：

研究发现，MSC外泌体可通过促进血管生成发挥组织修复作用。Zhang等[11]研究发现，MSC外泌体可促进热刺激后皮肤细胞的增殖，并抑制其凋亡，在大鼠皮肤烧伤模型中，外泌体能促进烧伤部位的再上皮化，加快伤口愈合。人脐带MSC外泌体所递送的Wnt4基因信号是皮肤伤口愈合所需的。在体外实验中[10],成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞的增殖及迁移依赖于MSC外泌体的剂量。同样，成纤维细胞分泌的I型、III型胶原、弹性蛋白量的提高和血管内皮细胞管状形成率的提高也与外泌体的浓度增加有关。

4.2 干细胞外泌体在缺血性疾病中的治疗作用：

研究发现，人CD34+造血干细胞分泌的外泌体具有促血管形成的作用，从而改善缺血性疾病[40].MSC外泌体可通过转运micro RNA改善心肌缺血，对心脏功能产生保护作用[24].在缺血性脑病中，可同样观察到间充质干细胞可通过外泌体的转运，使具有保护作用的mi R-133b进入到周围神经元，改善疾病状况[42].在小鼠后肢缺血模型中，HU GW[9]等发现MSC外泌体可促进小鼠血管生成和血液灌注来减轻严重的后肢缺血。干细胞分泌的外泌体具有促血管生成的作用，这在缺血性疾病的治疗中具有非常重要的意义。

4.3 干细胞外泌体对器官急性损伤治疗方面的临床应用前景：

相关研究已证实来源于胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）和某些成体干细胞的外泌体可以改变受体细胞的生理功能，从而保护急性损伤的心脏和肾脏。Lai等[24]观察到纯化的MSC外泌体能够减少小鼠心脏的梗死面积。Arslan等[43]也研究证明，MSC外泌体可通过增加ATP水平，降低氧化应激，激活P13K/Akt通路增强心肌生存能力及防止缺血再灌注损伤后的心肌不良重塑。MSCs生成的外泌体在治疗急性心肌梗死方面有着巨大的潜力。上皮细胞分泌的外泌体，其内的激活转录因子3（activating transcription factor 3,ATF3）RNA可减弱缺血再灌注损伤时的促炎基因CMP-1的转录，减轻炎症反应，起到肾保护作用[44].在急性肾损伤的干细胞治疗实验中，MSC外泌体可通过旁分泌途径提高肾脏的恢复[45].

4.4 干细胞外泌体对骨及软骨损伤治疗方面的临床应用前景：

Strassburg等[46]研究发现，外泌体与髓核细胞的相互作用可能是MSC促进退化的椎间盘结构恢复的一种机制。最近研究报道[16],在免疫大鼠骨软骨缺损模型中人MSC外泌体可促进软骨再生。在该研究中，外泌体加速了新组织的填充，II型胶原的合成，并增强硫酸化糖胺聚糖（sulphated glycosaminoglycan,s-GAG）的基质合成。到12周末，观察到MSC外泌体处理的大鼠其软骨和软骨下骨完全恢复，特征包括表面具有良好且规则的透明软骨，并与相邻软骨完全结合。TAO SC[47]等研究发现，过渡表达mi R-140-5p滑膜间充质干细胞（mi R-140-5p-overexpressing synovial mesenchymal stem cells,SMSC-140s）的外泌体在骨关节炎大鼠模型中可有效治疗骨关节炎（Osteoarthritis,OA）。MSC外泌体因其抗纤维化、抗凋亡、免疫调节功能，在骨关节炎、风湿性关节炎等疾病中的治疗作用将有着巨大的临床应用前景[48].

4.5 干细胞外泌体作为药物载体的临床应用前景：

理想的药物载体需能逃避宿主免疫系统，被靶细胞特异性吸收。具有足够时长的循环半衰期，无毒性，且能加载多种不同的药物。因此外泌体作为一种天然的脂质体，被认为较目前广泛使用的人工合成脂质体具有更多优势。将外泌体用于药物递送的另一个重要考虑因素是外泌体的细胞来源，例如，临床试验的树突状细胞（dendritic cell,DC）外泌体已被纯化，并负载抗原肽来刺激T细胞增殖，将其作为一个潜在的抗肿瘤或感染性疾病的疫苗[49].然而，DC外泌体是具有免疫原性的，并且将它们作为药物递送载体时需要使用免疫相容性外泌体。因此，用于药物递送的外泌体，其理想的细胞来源是可产生丰富的非免疫原性外泌体的细胞。人胚胎干细胞衍生的间充质干细胞（human embryonic stem cellderived mesenchymal stem cells,h ESC-MSCs）为外泌体运用于理想的药物载体提供了来源[50].MSC有一个十分独特的功能，可以调节参与适应性免疫和固有免疫的多种细胞，从而产生免疫抑制和免疫调节的效应[51].MSC在同种异体宿主中耐受性良好，因此推测它们的分泌的外泌体也可具有良好的耐受性。与此假设一致，在小鼠动物模型研究中发现，用来源于人胚胎干细胞的外泌体静脉注射治疗具有免疫能力的小鼠可达到一定的治疗效果，且未用免疫抑制药物抑制小鼠的免疫系统[24,52].MSC外泌体被证明是普遍耐受性良好，并且所具有免疫原性及毒性的风险最小[12,16].这种以同种异体或自体方式发挥免疫抑制和调节作用的能力可以增强MSC外泌体即药物递送载体的寿命和其装载药物的生物利用度。因此可想而知，静脉输注MSC外泌体可以耐受性良好，便于更精确剂量的装载药物。

5、结语与展望

外泌体的发现丰富了研究者们对细胞间通讯方式的认识，加深了对机体生理、病理过程的理解。近年来，干细胞外泌体研究成为热点，发现了其优良的生物学效应，有着十分广阔的临床应用前景。越来越多的研究表明，干细胞外泌体可减少细胞凋亡、减轻炎症反应、促进血管生成、抑制纤维化、提高组织修复潜力等重要生物学作用。外泌体的这些作用使得其在治疗心肌梗死，皮肤创伤等组织损伤中存在良好的应用前景，并且已经有较多深入的研究。与干细胞的移植治疗相比，干细胞外泌体可以降低细胞移植致瘤风险，因此通过干细胞来源的外泌体进行促进血管生成和增强损伤细胞修复，有望成为组织损伤修复的治疗新策略。外泌体的独特生物学优势也为未来药物载体的研发开启了一条全新的思路，但还需解决以下问题：如何大量制备纯化的外泌体，如何根据外泌体半衰期制定合适的给药途径及频次，以及提高治疗靶向性，降低不良反应。目前，对干细胞外泌体研究仍处于临床前期，而且对其生物效应的作用机制研究还不足，干细胞外泌体治疗疾病的效率和安全性可能是未来亟需研究的问题。总之，随着对干细胞外泌体的深入研究，其在未来可能对于疾病诊断、干细胞治疗、药物递送等领域发挥重要作用。

参考文献

[1]Timmers L,Lim SK,Arslan F,et al.Reduction of myocardial infarct size by human mesenchymal stem cell conditioned medium[J].Stem Cell Res,2007,1（2）：129-137.

[2]Camussi G,Deregibus MC,Bruno S,et al.Exosomes/microvesicles as a mechanism of cell-to-cell communication[J].Kidney Int,2010,78（9）：838-848.

[3]Simons M,Raposo G.Exosomes--vesicular carriers for intercellular communication[J].Curr Opin Cell Biol,2009,21（4）：575-581.

[4]Cvjetkovic A,Lotvall J,Lasser C.The influence of rotor type and centrifugation time on the yield and purity of extracellular vesicles[J].J Extracell Vesicles,2014,3:10.

[5]Pap E,Pallinger E,Pasztoi M,et al.Highlights of a new type of intercellular communication:microvesicle-based information transfer[J].Inflamm Res,2009,58（1）：1-8.

[6]Raposo G,Stoorvogel W.Extracellular vesicles:exosomes,microvesicles,and friends[J].J Cell Biol,2013,200（4）：373-383.

[7]Ratajczak J,Wysoczynski M,Hayek F,et al.Membrane-derived microvesicles:important and underappreciated mediators of cell-tocell communication[J].Leukemia,2006,20（9）：1487-1495.

[8]Lai RC,Chen TS,Lim SK.Mesenchymal stem cell exosome:a novel stem cell-based therapy for cardiovascular disease[J].Regen Med,2011,6（4）：481-492.

[9]Hu GW,Li Q,Niu X,et al.Exosomes secreted by human-induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells attenuate limb ischemia by promoting angiogenesis in mice[J].Stem Cell Res Ther,2015,6（1）：10.

[10]Zhang J,Guan J,Niu X,et al.Exosomes released from human induced pluripotent stem cells-derived MSCs facilitate cutaneous wound healing by promoting collagen synthesis and angiogenesis[J].J Transl Med,2015,13:49.

[11]Zhang B,Wang M,Gong A,et al.Huc MSC-Exosome MediatedWnt4 Signaling Is Required for Cutaneous Wound Healing[J].Stem Cells,2015,33（7）：2158-2168.

[12]Kordelas L,Rebmann V,Ludwig A K,et al.MSC-derived exosomes:a novel tool to treat therapy-refractory graft-versus-host disease[J].Leukemia,2014,28（4）：970-973.

[13]Zhou Y,Xu H,Xu W,et al.Exosomes released by human umbilical cord mesenchymal stem cells protect against cisplatin-induced renal oxidative stress and apoptosis in vivo and in vitro[J].Stem Cell Res Ther,2013,4（2）：34.

[14]Tan CY,Lai RC,Wong W,et al.Mesenchymal stem cell-derived exosomes promote hepatic regeneration in drug-induced liver injury models[J].Stem Cell Res Ther,2014,5（3）：76.

[15]Yu B,Shao H,Su C,et al.Exosomes derived from MSCs ameliorate retinal laser injury partially by inhibition of MCP-1[J].Sci Rep,2016,6:34562.

[16]Zhang S,Chu WC,Lai RC,et al.Exosomes derived from human embryonic mesenchymal stem cells promote osteochondral regeneration[J].Osteoarthritis Cartilage,2016,24（12）：2135-2140.

[17]Qi X,Zhang J,Yuan H,et al.Exosomes Secreted by Human-Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Mesenchymal Stem Cells Repair CriticalSized Bone Defects through Enhanced Angiogenesis and Osteogenesis in Osteoporotic Rats[J].Int J Biol Sci,2016,12（7）：836-849.

[18]Quesenberry PJ,Dooner MS,Aliotta J M.Stem cell plasticity revisited:the continuum marrow model and phenotypic changes mediated by microvesicles[J].Exp Hematol,2010,38（7）：581-592.

[19]Turchinovich A,Samatov TR,Tonevitsky A G,et al.Circulating mi RNAs:cell-cell communication function?[J].Front Genet,2013,4:119.

[20]Kowal J,Tkach M,Thery C.Biogenesis and secretion of exosomes[J].Curr Opin Cell Biol,2014,29:116-125.

[21]Yu B,Zhang X,Li X.Exosomes derived from mesenchymal stem cells[J].Int J Mol Sci,2014,15（3）：4142-4157.

[22]Yanez-Mo M,Siljander PR,Andreu Z,et al.Biological properties of extracellular vesicles and their physiological functions[J].J Extracell Vesicles,2015,4:27066.

[23]Vlassov AV,Magdaleno S,Setterquist R,et al.Exosomes:current knowledge of their composition,biological functions,and diagnostic and therapeutic potentials[J].Biochim Biophys Acta,2012,1820（7）：940-948.

[24]Lai RC,Arslan F,Lee M M,et al.Exosome secreted by MSC reduces myocardial ischemia/reperfusion injury[J].Stem Cell Res,2010,4（3）：214-222.

[25]Zou X,Zhang G,Cheng Z,et al.Microvesicles derived from human Whartons Jelly mesenchymal stromal cells ameliorate renal ischemia-reperfusion injury in rats by suppressing CX3CL1[J].Stem Cell Res Ther,2014,5（2）：40.

[26]Cantaluppi V,Biancone L,Figliolini F,et al.Microvesicles derived from endothelial progenitor cells enhance neoangiogenesis of human pancreatic islets[J].Cell Transplant,2012,21（6）：1305-1320.

[27]Cantaluppi V,Gatti S,Medica D,et al.Microvesicles derived from endothelial progenitor cells protect the kidney from ischemiareperfusion injury by micro RNA-dependent reprogramming of resident renal cells[J].Kidney Int,2012,82（4）：412-427.

[28]Bian S,Zhang L,Duan L,et al.Extracellular vesicles derived from human bone marrow mesenchymal stem cells promote angiogenesis in a rat myocardial infarction model[J].J Mol Med（Berl），2014,92（4）：387-397.

[29]Lopatina T,Bruno S,Tetta C,et al.Platelet-derived growth factor regulates the secretion of extracellular vesicles by adipose mesenchymal stem cells and enhances their angiogenic potential[J].Cell Commun Signal,2014,12:26.

[30]Zhao Y,Sun X,Cao W,et al.Exosomes Derived from Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells Relieve Acute Myocardial Ischemic Injury[J].Stem Cells Int,2015,2015:761643.

[31]Bruno S,Grange C,Collino F,et al.Microvesicles derived from mesenchymal stem cells enhance survival in a lethal model of acute kidney injury[J].PLo S One,2012,7（3）：e33115.

[32]Ratajczak MZ,Kim C H,Abdel-Latif A,et al.A novel perspective on stem cell homing and mobilization:review on bioactive lipids as potent chemoattractants and cationic peptides as underappreciated modulators of responsiveness to SDF-1 gradients[J].Leukemia,2012,26（1）：63-72.

[33]Gross JC,Chaudhary V,Bartscherer K,et al.Active Wnt proteins are secreted on exosomes[J].Nat Cell Biol,2012,14（10）：1036-1045.

[34]Valadi H,Ekstrom K,Bossios A,et al.Exosome-mediated transfer of m RNAs and micro RNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells[J].Nat Cell Biol,2007,9（6）：654-659.

[35]Montecalvo A,Larregina AT,Shufesky WJ,et al.Mechanism of transfer of functional micro RNAs between mouse dendritic cells via exosomes[J].Blood,2012,119（3）：756-766.

[36]Muller G,Schneider M,Biemer-Daub G,et al.Microvesicles released from rat adipocytes and harboring glycosylphosphatidylinositolanchored proteins transfer RNA stimulating lipid synthesis[J].Cell Signal,2011,23（7）：1207-1223.

[37]Skog J,Wurdinger T,van Rijn S,et al.Glioblastoma microvesicles transport RNA and proteins that promote tumour growth and provide diagnostic biomarkers[J].Nat Cell Biol,2008,10（12）：1470-1476.

[38]Wang S,Cesca F,Loers G,et al.Synapsin I is an oligomannosecarrying glycoprotein,acts as an oligomannose-binding lectin,and promotes neurite outgrowth and neuronal survival when released via glia-derived exosomes[J].J Neurosci,2011,31（20）：7275-7290.

[39]Lindoso RS,Collino F,Bruno S,et al.Extracellular vesicles released from mesenchymal stromal cells modulate mi RNA in renal tubular cells and inhibit ATP depletion injury[J].Stem Cells Dev,2014,23（15）：1809-1819.

[40]Oehmcke S,Westman J,Malmstrom J,et al.A novel role for pro-coagulant microvesicles in the early host defense against streptococcus pyogenes[J].PLo S Pathog,2013,9（8）：e1003529.

[41]Katsuda T,Kosaka N,Takeshita F,et al.The therapeutic potential of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles[J].Proteomi cs,2013,13（10-11）：1637-1653.

[42]Xin H,Li Y,Buller B,et al.Exosome-mediated transfer of mi R-133b from multipotent mesenchymal stromal cells to neural cells contributes to neurite outgrowth[J].Stem Cells,2012,30（7）：1556-1564.

[43]Arslan F,Lai RC,Smeets MB,et al.Mesenchymal stem cell-derived exosomes increase ATP levels,decrease oxidative stress and activate PI3K/Akt pathway to enhance myocardial viability and prevent adverse remodeling after myocardial ischemia/reperfusion injury[J].Stem Cell Res,2013,10（3）：301-312.

[44]Chen HH,Lai PF,Lan YF,et al.Exosomal ATF3 RNA attenuates pro-inflammatory gene MCP-1 transcription in renal ischemiareperfusion[J].J Cell Physiol,2014,229（9）：1202-1211.

[45]Gatti S,Bruno S,Deregibus MC,et al.Microvesicles derived from human adult mesenchymal stem cells protect against ischaemiareperfusion-induced acute and chronic kidney injury[J].Nephrol Dial Transplant,2011,26（5）：1474-1483.

[46]Strassburg S,Hodson N W,Hill P I,et al.Bi-directional exchange of membrane components occurs during co-culture of mesenchymal stem cells and nucleus pulposus cells[J].PLo S One,2012,7（3）：e33739.

[47]Tao SC,Yuan T,Zhang YL,et al.Exosomes derived from mi R-140-5p-overexpressing human synovial mesenchymal stem cells enhance cartilage tissue regeneration and prevent osteoarthritis of the knee in a rat model[J].Theranostics,2017,7（1）：180-195.

[48]Maumus M,Jorgensen C,Noel D.Mesenchymal stem cells in regenerative medicine applied to rheumatic diseases:role of secretome and exosomes[J].Biochimie,2013,95（12）：2229-2234.

[49]Qazi KR,Gehrmann U,Domange JE,et al.Antigen-loaded exosomes alone induce Th1-type memory through a B-cell-dependent mechanism[J].Blood,2009,113（12）：2673-2683.

[50]Yeo RW,Lai RC,Zhang B,et al.Mesenchymal stem cell:an efficient mass producer of exosomes for drug delivery[J].Adv Drug Deliv Rev,2013,65（3）：336-341.

篇2

关键词：曝气生物滤池，自控系统，设计

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

中图分类号：N945.23 文献标识码：A文章编号：

曝气生物滤池工艺由于占地面积小，投资少而普遍应用于工业废水和生活污水的处理，但该工艺对自控系统的要求高，特别是对自控系统功能的设计。深圳横岭污水处理厂（二期）采用曝气生物滤池工艺，设计规模40万吨/日，下面以该厂为例，介绍曝气生物滤池自控系统功能的设计要点。

一、深圳横岭污水处理厂曝气生物滤池工艺简介

深圳横岭污水处理厂（二期）曝气生物滤池共48套，每套滤池由前置反硝化滤池（DN池）和曝气滤池（C/N池）两级上向流滤池组成，主要工艺流程图如下。

1、横岭污水处理厂（二期）工艺流程图

2、横岭污水处理厂（二期）曝气生物滤池工艺流程图

3、滤池工作模式流程

4、滤池反冲洗工艺流程图

二、滤池设备和主要工艺过程控制设计要点

（一）控制方式

控制方式包括现场手动控制和远程控制，需要注意的是，当停电或PLC系统故障复位时，所有设备和工艺过程的控制方式应处于“现场手动”或“远程手动”方式，避免设备异常自动启动，经值班人员检查没有异常情况后再设置为“远程自动”方式。

（二）滤池设备监控内容

1、 对于平时很少操作的设备，如低压进线开关、机泵的电源空气开关等，PLC只监测其工况（闭合或断开），并对异常状态进行报警。

2、 对于能够独立自动运行的成套设备，如废水泵抽真空系统等，由厂家配套的控制系统自动进行控制，PLC只监测其工况和主要工艺参数，异常状况则报警。

3、 对于需经常操作的设备，如反冲洗泵、风机等，其工况和主要运行参数都应输入PLC进行监控，自动监控包括六个方面：启动条件判断、启动过程监控、运行过程监控、停机条件判断、停机过程监控、停止状态监控。

（三）主要设备和工艺过程控制要点

1、滤池过滤控制

（1）滤池过滤水量控制

 可通过现场或远程手动调节DN池进水调节阀的开度，控制进水量。

 可根据设定的进水量、实际进水流量和进水阀门开度，由PID调节器自动调节DN池进水调节阀的开度，使进水量保持恒定。

（2） C/N池溶解氧控制

C/N池溶解氧可通过调节相应的曝气风机运行频率进行控制。曝气罗茨风机运行频率有三种调节方式：

 在现场的变频器操作面板上进行调节。

 在中控室监控计算机上进行调节（远程手动设置运行频率）。

 由PLC设定的PID调节器进行自动调节，以进水流量作为前馈参数，溶解氧检测值作为反馈参数。

2、滤池反冲洗过程控制

（1）反冲洗基本条件

 该滤池反冲洗控制方式为“自动”。

 无其它滤池处在冲洗过程中。

 反冲洗泵和风机至少各有2台具备启动条件。

 该滤池相应阀门具备自动操作条件。

（2）正常定时反冲洗申请

滤池过滤时间大于24小时时（可设定），该滤池自动停止过滤，排队申请反冲洗。

（3）特殊情况反冲洗申请

滤池阻力连续600秒（可设定）大于8米（可设定）时，该滤池自动停止过滤，排队申请反冲洗。

（4）强制反冲洗

PLC在收到监控计算机发出的强制反冲洗命令后，只要满足（1）中的条件，则直接进行反冲洗。

（5）反冲洗过程控制要点

 反冲洗降水时间、气冲时间、水冲时间、气水冲时间、漂洗时间、排气时间、初滤时间等与反冲洗强度和效果有关的参数都能够在计算机上设定。

 反冲洗水泵和风机运行频率、台数可设定，也可分别根据设定的水冲流量和气冲压力自动调节运行频率。

 反冲洗过程如果出现阀门故障或阀门开、关不到位，导致反冲洗不能按顺序进行下去时，应停止正在运行的反冲洗水泵和风机，关闭所有其它正常的阀门，设置为“停用”模式，待故障消除后再进行强制反冲洗。

 反冲洗过程如果出现水泵或风机不能自动停止，导致反冲洗不能按顺序进行下去时，应报警提示，设置为“停用”模式，待故障处理后再进行强制反冲洗。

 反冲洗过程如果反冲洗水泵或风机出现故障导致停止运行，应报警提示，并自动启动备用的反冲洗水泵或风机。

3、反冲洗水泵控制

（1）启动条件

 控制方式为“自动”。

 该泵无故障。

 反冲洗水池水位高于2米（可设定）。

 该泵运行累计时间最少。

 无其它同一组的水泵正在启动。

 水泵同时运行台数低于2台。

（2）启动过程监控

 PLC 在输出开泵命令后，延时3秒后检测泵运行信号，若泵无运行信号应报警并取消“开机”命令。

 收到泵运行信号后10秒，反冲洗水流量应大于 1200m3/h（可设定，开第一台和第二台泵时，反冲洗流量不同），否则应报警。

 泵故障应报警并取消“开机”命令。

（3）运行过程监控

 运行信号连续3秒丢失应报警。

 泵故障、泵主回路或控制回路电源故障，应报警并取消开泵信号。

 反冲洗水池水位低于2米（可设定），应报警并停泵。

 泵电流连续10秒超限，报警并取消开泵信号输出。

（4）停泵条件

 控制方式为“自动”。

 该泵处于运行状态。

 PLC输出停泵命令。

（5）停泵过程监控：PLC输出停泵命令，延时3秒后检测泵运行信号，若泵仍有运行信号应报警。

（6）停止状态监控：泵控制方式改变或泵主回路或控制回路电源异常应报警。

4、反冲洗泵房和滤池管廊等地下构筑物排污泵控制

由于反冲洗泵房和滤池管廊都位于地面以下，因此需加强对排除积水的排水泵的监控，以确保反冲洗水泵、鼓风机等设备的安全，当排水泵故障或集水坑水位超限时都应报警。

三、中控室计算机监控软件的主要功能设计

1． 监测与显示

可显示每个滤池工艺设备工况图，在各个相应位置以文字、不同颜色和闪烁显示等方式标识显示工艺参数和设备状况，每个滤池的状态应包括：过滤、反冲洗、等待反冲洗、备用、停用、反冲洗控制方式。

2． 操作控制

 滤池进水调节阀、反冲洗水泵和风机等主要设备应有独立的操作界面。

 在设备操作界面上可通过键盘或鼠标对主要设备进行开/停（开/关）操作，可设定设备远程控制方式，可设定设备运行参数或工艺过程的控制参数。

3． 历史数据查询和打印

 能够查询和打印滤池进水量、溶解氧、反冲洗风量和水量等工艺参数的历史趋势曲线。

 在同一坐标上，可任意选择多个参数同时显示，以便进行比较分析水质变化规律和设备故障原因。

 能够自动统计生成生产日报表、周报表和月报表等各类报表（EXECL表格），并可查询和输出打印。

4． 信息提示与报警

 对于主要设备工况的正常改变，由监控计算机实时信息窗口显示相应的提示信息，以便及时发现设备频繁的状态改变等异常情况；

 对于工艺参数超限、设备故障等一般的异常情况，由监控计算机发出声光报警并弹出报警窗口，以便提醒值班人员进行处理；

 对于涉及安全生产的严重异常情况，如位于地下的反冲洗泵房积水水位达到报警水位等，除了由监控计算机发出声光报警之外，在生产现场设置声光报警装置，以便值班人员或其它人员及时发现和处理。

结束语

篇3

一、生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农学、医学、林学、环境科学等科学的基础。

二、生物科学的新成就：

1、试管婴儿;2、杂交水稻;3、克隆技术;4、基因工程;中国已经成为世界生物技术强国之一。

三、环境问题：

1、森林正在减少，乱砍滥伐。森林火灾的此起彼伏，大面积毁林。

2、工厂排放的废水，海洋、河流、湖泊受到污染。

3、沙尘暴

初一上册生物知识点第一单元 生物和生物圈

第一章认识生物

第一节 生物的特征

一、生物的特征

1、生物的生活需要营养。生物的一生需要不断从外界获得营养物质，维持生存。

2、生物能进行呼吸。绝大多数生物需要吸入氧气，呼出二氧化碳。

3、生物能排出身体内产生的废物。

4、生物能对外界刺激作出反应。

5、生物能生长和繁殖。

6、生物还具有其他特征。除病毒以外，生物都是由细胞构成的。

二、判断下列哪些是生物，哪些不是生物?

机器人 钟乳石 珊瑚 珊瑚虫 太阳 水 树 人 动物

第二节 调查我们身边的生物

一、调查的一般方法：

1、明确调查目的。2、选择材料用具。3、方法步骤：

(1)选择调查范围。(2)分组。(3)设计调查路线。(4)调查记录。(5)归类整理分析。

二、生物的分类。

1、按形态结构分：植物、动物、其他生物;2、按生活环境分：陆生生物和水生生物;3、按用途分：作物、家禽、家畜、宠物。

第二章 生物圈是所有生物的家

第一节 生物圈

一、生物圈的概念：生物圈是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体，生物圈是地球上所有生物共同的一个家。

二、生物圈的范围：大气圈的底部、水圈的大部、岩石圈的表面。

三、生物圈为生物的生存提供了基本条件：营养物质、阳光、空气和水、适宜的温度、一定的生存空间。

第二节 环境对生物的影响

一、影响生物生活的环境因素分两类：1、光、温度、水、空气等非生物因素。2、生物因素。

二、非生物因素对生物的影响：所有生物的生活都会受到非生物因素的影响。当环境中一个或几个因素发生急剧变化时，就会影响生物的生活，甚至导致生物死亡。

三、生物因素对生物的影响：生物因素是指影响某种生物生活的其他生物。自然界中的每一种生物都受到周围很多其他生物的影响。生物与生物之间的关系有：捕食关系、竞争关系、合作关系等。

四、探究实验的步骤：

1、提出问题2、作出假设3、制定计划4、实施计划5、得出结论6、表达和交流

五、探究光对鼠妇生活的影响的实验方法是：对照实验。

在研究一种条件对研究对象的影响时，所进行的除了这种条件不同以外，其他条件都相同的实验叫做对照实验。

第三节 生物对环境的适应和影响

一、生物对环境的适应。

每一种生物都具有与其生活环境相适应的形态结构和生活方式。生物的适应性是普遍存在的。

二、生物对环境的影响。如：蚯蚓松土。沙地植物防风固沙等。

三、在自然环境中，各种因素(包括生物因素和非生物因素)影响着生物的生存，生物在生存和发展中不断地适应环境和影响环境。在生物与环境相互作用的漫长过程中，环境在不断改变;生物也在不断进化，适应环境。生物和环境的相互作用造就了今天欣欣向荣的生物圈。

第四节 生态系统

一、定义：在一定地域内，生物与环境所形成的统一的整体叫做生态系统。

二、生态系统的组成：

生产者(主要指绿色植物)

1、生物成分： 消费者(主要指动物) 2、非生物成分：阳光、空气、水等。

分解者(主要指细菌和真菌等微生物)

构成生态系统的各种生物之间是相互影响，相互作用，相互依存的。

三、食物链的定义：通过一系列吃与被吃的关系，把生物与生物紧密地联系起来，这种生物之间以食物营养关系彼此联系起来的序列，称为食物链。

四、食物网的定义：一个生态系统中，多条食物链交错连接，构成了食物网。

生态系统中的物质和能量就是沿着食物链和食物网流动的，有毒物质能够沿食物链积累。

五、生态系统具有一定的自动调节能力

生态系统具有一定的自我调节能力，使得生态系统中各种生物的数量和所占比例保持相对的稳定，但是这种调节能力是有限度的，超过该限度，生态系统就会遭到破坏。

第五节 生物圈是最大的生态系统

一、多种多样的生态系统：1、森林生态系统2、草原生态系统3、海洋生态系统4、淡水生态系统5、湿地生态系统6、农田生态系统7、城市生态系统8、河流生态系统等。

二、生物圈是一个统一的整体

1、生物圈中的各种生态系统，由于地域相隔，表面看来好像毫不相干，但实际上都存在着一定的联系。

2、整个生物圈在结构和功能上是一个整体，它是地球上最大的生态系统。

3、生物圈是所有生物共同的家园.保护生物圈，人人有责!

初一上册生物知识点第二单元 生物和细胞

第一章 观察细胞的结构

第一节 练习使用显微镜

一、显微镜的构造。

二、使用显微镜的方法步骤：1、取镜和安放2、对光3、观察

三、目镜内看到的物像是倒像。目镜与物镜放大倍数的乘积就是显微镜的放大倍数。倍数越大，看到的细胞越大，看到的细胞数量越少。

第二节 观察植物细胞

一、玻片标本。

1、 种类：切片、涂片、装片

2、 制作：需要载玻片和盖玻片

二、植物细胞的结构。

1、 模式图。细胞主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核构成。细胞质内含有液泡、叶绿体

2、细胞壁的作用：起保护和支持细胞的作用。

3、西瓜甘甜可口主要是因为西瓜的细胞液中含有大量的糖分。

4、植物细胞的各种结构分别具有各自的功能，它们协调配合，共同完成细胞的生命活动。

第三节 观察动物细胞

一、人和动物的细胞形态不同，基本结构是一样的。

动物细胞模式图。主要由细胞膜、细胞质、细胞核构成。

二、植物细胞和动物细胞在结构上的相同点和不同点：

相同点是：都有细胞膜、细胞质、细胞核等，是生物体的结构和功能的基本单位。

不同点是：植物细胞有细胞壁，动物细胞没有细胞壁;植物细胞有液泡，动物细胞没有液泡;植物细胞有叶绿体，动物细胞没有叶绿体。

第二章 细胞的生活

第一节 细胞的生活需要物质和能量

一、细胞中含有两类物质。

1、 无机物：水和无机盐 2、有机物：糖、脂类、蛋白质、核酸

二、细胞膜控制物质的进出。

细胞膜能够让有用的物质进入细胞，把其他物质挡在细胞外面，同时把细胞内产生的废物排到细胞外。

三、细胞质中的能量转换器。

1、 叶绿体将光能转化成化学能，储存在它所制造的有机物中。

2、 细胞都含有线粒体，线粒体将有机物与氧结合，经过复杂的过程，将有机物中的能量释放出来，供细胞利用。

3、 叶绿体和线粒体都是细胞中的能理转换器。

第二节 细胞核是遗传信息库

一、遗传信息的定义：上一代能把控制生长发育的信息传给下一代，这样的信息就叫做遗传信息。

二、遗传信息储存在细胞核中。由克隆羊的故事可以得出这个结论。

三、细胞核中储存遗传信息的物质是——DNA

1、遗传信息的载体是一种叫做DNA的有机物。DNA存在于细胞核中。

2、DNA的每个片段具有特定的遗传信息。这些片段叫基因。

四、染色体是由DNA和蛋白质两种物质组成。

1、每一种生物的细胞内，染色体的数量是一定的。如人体细胞内含有23对染色体。水稻有12对。

2、细胞的控制中心是细胞核。

3、DNA上的遗传信息是指导和控制细胞中物质和能量变化的一系列指令，也是生物体建造自己生命大厦的蓝图。

第三节 细胞通过分裂产生新细胞

一、生物体由小长大，是与细胞的生长和分裂分不开的。

二、细胞的生长：新产生的细胞体积很小，通过不断地从周围环境中吸收营养物质。并且转变成组成自身的物质，体积逐渐增大。

三、细胞的分裂：一个分成两个，两个分成四个。新细胞和原细胞所含有的遗传物质是一样的。

第三章 细胞怎样构成生物体

第一节 动物体的结构层次

一、细胞分化形成组织。

1、 在发育过程中，某些细胞各自具有了不同功能，它们在形态、结构上也逐渐发生了变化，这个过程叫做细胞分化。

2、 组织的定义：细胞分化产生了不同的细胞群，每个细胞群都是由形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起形成的，这样的细胞群叫做组织。

3、 人体的四种基本组织：

上皮组织：由上皮细胞构成，具有保护、分泌等功能。

肌肉组织：由肌细胞构成，具有收缩、舒张功能。

神经组织：由神经细胞构成，能够产生和传导兴奋。

结缔组织：支持、连接、保护、营养等功能。

二、组织进一步形成器官。

1、 器官的定义：不同的组织按照一定的次序结合在一起构成器官。例如：大脑、胃、心脏、肝、肺、肾、眼、耳等。

三、器官构成系统和人体

1、 系统的定义：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构成系统。

2、 人体的系统：运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、泌尿系统、神经系统、内分泌系统、生殖系统。这系统协调配合，使人体内各种复杂的生命活动能够正常进行。

第二节 植物体的结构层次

一、植物体是由受精卵经过细胞分裂、分化，形成组织、器官，最终形成植物体。

二、绿色开花植物的六大器官。

1、 六大器官：根、茎、叶、花、果实、种子

三、植物的几种主要组织。

1、 分生组织：位于根尖的分生区就是分生组织。

2、 另外几种：保护组织、营养组织、输导组织。

第三节 只有一个细胞的生物体

一、单细胞生物：身体只有一个细胞的生物。大多数生活在水里，有些生活在我们身上。

二、单细胞生物的结构和生活。

以草履虫为例：如图。草履虫的结构和生活。

三、单细胞生物与人类的关系。

有利的一面：1、多数浮游生物是鱼类的天然饵料。

2、 草履虫对污水净化有一定作用。

有害的一面：1、人体内寄生虫危害人类健康。如：疟原虫、痢疾内变形虫等。

2、单细胞生物大量繁殖造成赤潮，危害渔业。

第四章 没有细胞结构的微小生物——病毒

一、病毒的种类。

1、根据它们寄生的细胞不同，可以将病毒分为三大类：

一类是专门寄生在人和动物细胞里的动物病毒，如流感病毒。

一类是专门寄生在植物细胞里的植物病毒，如烟草花叶病毒。

一类是专门寄生在细菌内的细菌病毒，也叫噬菌体，如大肠杆菌噬菌体。

二、病毒的结构和生活

1、病毒的结构是由蛋白质外壳和内部的遗传物质组成的。没有细胞结构。

2、病毒只能寄生在活的细胞里。离开了活细胞会变成结晶体。一有机会侵入活细胞就会重新开始生命活动。

三、病毒与人类的关系

病毒靠寄生生活，给人类、饲养动物、栽培植物带来了极大危害。

如：流行性感冒、肝炎、艾滋病、口蹄疫、鸡瘟都是由病毒引起的。

疫苗预防疾病。疫苗是经过人工处理的减毒病毒。

单元小结

1、 除病毒外，生物体都是由细胞构成的。细胞是生物体结构和功能的基本单位。

2、 细胞膜、细胞质和细胞核是绝大多数细胞共有的基本结构。

3、 细胞的生活需要物质和能量。细胞核内含有遗传信息。细胞是物质、能量和信息的统一体。

篇4

一 、生物膜概念模型二、 生物膜考点例析

考点1生物膜的成分、结构模型和结构特点

1.组成成分：所有生物膜都含磷脂和蛋白质，功能越复杂的生物膜，其内蛋白质含量和种类越多.细胞膜外表面含糖蛋白，在癌细胞的表面糖蛋白等物质减少而使其易扩散和转移.动物细胞膜中含少量胆固醇，以调节细胞膜的流动性.

2.结构模型：生物膜的流动镶嵌模型是1972年由桑格和尼克森提出，其基本内容是：磷脂双分子层构成生物膜的基本骨架，具有流动性.蛋白质分子以镶在表面、不同程度嵌入及贯穿等形式分布在其中，大多数蛋白质分子可以运动.糖蛋白分布在细胞膜的外侧，具有保护和、细胞识别及信息交流等功能.

3.结构特点：生物膜具有一定的流动性，其中细胞膜的流动性是细胞完成很多生命活动的必要条件，如变形虫的运动、植物细胞的质壁分离和复原、红细胞失水皱缩和分泌蛋白的胞吐等.

例1细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用.下列相关叙述不正确的是（ ）.

A.细胞膜的糖被在细胞间具有识别作用

B.吞噬细胞对抗原的摄取需依赖细胞膜的流动性

C.细胞膜内外两侧结合的蛋白质种类有差异

D.载体蛋白是镶在细胞膜内外表面的蛋白质

答案:D

解析细胞间的识别由糖被来实现；吞噬细胞对抗原的摄取属于胞吞作用，需依赖细胞膜的流动性；膜内外两侧的蛋白质种类有别，如糖蛋白只存在于细胞膜的外侧；载体蛋白可协助物质跨膜运输，应嵌插膜中，而不是镶在细胞膜内外表面，故D错.

考点2生物膜系统的结构和功能联系

1.生物膜系统：指具有联系的细胞膜、核膜及具膜的细胞器.真核细胞有生物膜系统，注意原核细胞和哺乳动物成熟红细胞只有细胞膜，无生物膜系统.

2.不同生物膜特点：内质网膜在细胞中含量高、分布广泛；细胞膜、内质网、高尔基体、液泡和溶酶体均为单层膜.叶绿体、线粒体和核膜均为双层膜，叶绿体通过类囊体垛叠成基粒扩大内部膜面积，线粒体内膜折叠成嵴以扩大膜面积；核膜上有核孔，以实现核质间大分子物质选择性和双向换，可让蛋白质进核和RNA出核，但不让核DNA出核，代谢旺盛的细胞中核孔一般较多.

3.生物膜系统结构联系：细胞中内质网膜向外连细胞膜，向内连外层核膜，有些细胞中还与线粒体膜相连；内质网与高尔基体间，高尔基体与细胞膜间可通过具膜小泡实现结构联系.

4.生物膜功能联系：分泌蛋白的加工和运输与内质网、高尔基体、线粒体和细胞膜有关，注意：蛋白质合成场所是核糖体，其无膜结构，不属于生物膜系统.（见下面图）

例2下列有关生物膜结构和功能的描述，不正确的是（）.

A.植物原生质体的融合依赖于细胞膜的流动性

B.合成固醇类激素的分泌细胞的内质网一般不发达

C.分泌蛋白的修饰加工由内质网和高尔基体共同完成

D.生物膜之间可通过具膜小泡的转移实现膜成分的更新

解析植物体细胞杂交中原生质体的融合依赖于细胞膜的流动性；光面内质网参与脂质的合成，因此合成固醇类激素的分泌细胞中的内质网一般比较发达；核糖体合成的多肽链经过内质网和高尔基体的修饰加工才形成分泌蛋白；在分泌蛋白的成熟过程中，内质网、高尔基体与细胞膜间通过具膜小泡来实现物质的转运，这里实现了生物膜成分的更新.答案：B

考点3细胞膜的物质运输功能和跨膜层数的计算

1．选择透过性：细胞膜给细胞提供相对稳定的内部环境，其控制物质进出细胞，细胞膜是选择透过性膜.细胞衰老后细胞膜的通透性发生变化，物质运输功能降低.

2.小分子物质运输方式：气体分子（如O2、CO2等）、水、甘油、乙醇和苯等小分子物质跨膜运输方式是自由扩散.氨基酸、葡萄糖及离子（如Na+、K+）等物质在细胞膜上载体蛋白协助下进行协助扩散；在膜上载体蛋白协助和消耗能量条件下进行逆浓度梯度的主动运输.当甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等作为神经递质时，由突触前膜通过胞吐方式排出，以增加神经递质释放量，加快兴奋传递.

3.大分子物质运输方式：大分子物质进出细胞需依靠细胞膜的流动性完成，如蛋白质通过胞吐排出细胞，细菌和病毒等颗粒型物质通过胞吞进入细胞.

4. 物质穿越膜层数的计算：（1）常涉及到的细胞结构的膜层数：线粒体和叶绿体均为2层膜，液泡、细胞膜均为1层膜，核糖体、核膜上的核孔均为0层膜等.（2）常涉及到结构和细胞：由于肺泡壁、毛细血管壁、毛细淋巴管壁、小肠粘膜上皮、肾小囊壁、肾小管壁细胞等均为单层上皮细胞，物质在穿越这些细胞时均穿越了两层细胞膜.（3）常涉及到的生理过程：营养物质的吸收、分泌蛋白的合成与分泌、泌尿、血液循环、神经传导、光合作用、呼吸作用等.

例3下图为细胞膜结构及物质跨膜运输示意图，下列有关叙述正确的是（）.

A．O2和CO2以图中a方式通过细胞膜

B．被动运输过程一定不需要膜蛋白的参与

C．人小肠中的葡萄糖被吸收到体内成为肝糖原，至少需穿过7层图示膜

D．图中①②④都能运动，而③一般不能运动

解析由图可知，①是糖蛋白，其外侧是细胞外部，②④为蛋白质，③是磷脂双分子层，a、c是蛋白质分子，为主动运输过程；b、d为自由扩散过程；氧气和二氧化碳是自由扩散过程，不需载体蛋白质参与，A错误；协助扩散是被动运输过程，需载体蛋白参与，B错误；小肠中的葡萄糖需要穿过小肠绒毛壁和毛细血管壁才能进入血浆成为血糖.再经过血液循环，穿越毛细血管到达组织液，进入肝细胞内合成肝糖原,小肠绒毛壁和毛细血管壁都是由一层上皮细胞围成，而穿过每一层细胞都需穿过2层细胞膜，因此此过程中葡萄糖至少穿过7层膜；图中的①②③④具有一定流动性，D错误.答案:C

考点4细胞膜的信息交流功能

1.非受体介导：高等植物相邻细胞的细胞质间存在胞间连丝，携带信息的物质可通过胞间连丝进入另一个植物细胞进行信息交流，此过程不需受体介导.

2.受体介导：信号分子（如激素、神经递质和淋巴因子等）与受体结合具有特异性.细胞分泌的激素（如胰岛素）随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，进而把信息传递给靶细胞；注意性激素和甲状腺激素作用靶细胞时，其进入靶细胞内部并与细胞内受体结合完成信息传递.相邻两个细胞的细胞膜直接接触，信息可从一个细胞传递给另一个细胞，如识别卵细胞，效应T细胞接触靶细胞等；反射弧的突触中，突触前膜释放的神经递质经突触间隙扩散到突触后膜，进而和突触后膜上特异性受体结合后完成信息传递.

例4眼可视物、舌可尝鲜、鼻可嗅味，是因为这些感官细胞的细胞膜上分布着一类特殊蛋白质，统称G蛋白耦联受体(GPCR).美国科学家莱夫科维茨和克比尔卡因为突破性地揭示GPCR的内在工作机制而获得2012年诺贝尔化学奖.下图为评委会现场解释他们的研究成果所展示的图片之一，据此下列相关说法中错误的是（ ）.

A．信息分子主要是指激素和神经递质

B．GPCR的化学本质是糖蛋白

C．信息分子与GPCR的结合不具有特异性

D．GPCR可将胞外信息传递给G蛋白

解析信息分子主要指激素和神经递质，其和GPCR的结合具有特异性，结合后进而将胞外信息传递给G蛋白，进而调节靶细胞的生理功能.答案:C

例5下图①②③表示人体细胞间信息传递的三种主要方式.下列描述错误的是（）.

A．方式①②的信息传递缓慢，方式③传递迅速

B．方式③的信息传递不通过体液

C．体温调节可能涉及①②③三种传递方式

D．①②方式的信息传递都经过血液循环，存在反馈调节

解析图中神经内分泌是下丘脑.方式③的信息传递要经过突触，突触间隙中是组织液，是体液成分.A选项符合激素调节与神经调节的异同，C选项考查体温调节的过程，D选项考查激素调节的反馈调节.答案:B

三、变式训练

1.真核细胞进行的下列活动中，不依赖于生物膜结构的是（B）.

A．合成有生物活性的胰岛素B．形成乳酸

C．产生O2 D．传导兴奋

2.下列关于真核细胞生物膜的叙述，正确的是（A）.

A．生物膜的特定功能主要由膜蛋白决定

B．构成膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇

C．有氧呼吸及光合作用产生ATP均在膜上进行

D．核糖体、内质网、高尔基体的膜部都参与蛋白质的合成与运输

3.线粒体是真核细胞进行有氧呼吸产生ATP的主要场所，下列关于线粒体膜结构的分子模型，正确的是 (C).

4.下列关于生物膜结构和功能的叙述正确的是(A).

A.肌细胞的细胞膜上有协助葡萄糖跨膜运输的载体

B.细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构

C.线粒体内膜上只分布着合成ATP的酶

D.核膜上的核孔可以让蛋白质和RNA自由进出

5.下列关于生物膜的叙述，不正确的是（A）.

A．细胞完成分化以后，其细胞膜的通透性稳定不变

B．膜的流动性是细胞生物膜相互转化的基础

C．特异性免疫系统通过细胞膜表面的分子识别"自己"和"非已"

D．分泌蛋白质合成越旺盛的细胞，其高尔基体膜成分的更新速度越快

6. 下图是某一种植物的一个叶肉细胞中的两种生物膜结构，以及在它们上发生的生化反应.下列有关的说法中，欠妥当的一项是（ C）.

A．①具有吸收、传递和转换光能的功能，②的化学本质是蛋白质，

B．如果A中的O2被B利用，至少要穿过4层生物膜

C．B中的［H］是丙酮酸分解为CO2时产生的

D．B通过内膜向内折叠形成嵴以增大化学反应的膜面积，从而为适应其功能提供必要的条件

7. 有关生物膜结构与功能的叙述，正确的是(C).

A．膜载体蛋白的合成不需要ATP

B．葡萄糖跨膜运输不需要载体蛋白

C．线粒体外膜与内膜的主要功能不同

篇5

1、多细胞生物是指由多个分化的细胞组成的生物体，其分化的细胞各有不同的，专门的功能，大多数可以使用肉眼看到的生物是多细胞生物，所有植物界和除粘体门外所有动物界的生物是多细胞生物；

2、多细胞生物必须解决从一个生殖细胞来产生整个生物的问题，来完成繁殖的任务，多细胞生物中的细胞假如丧失其规则发展的控制其生长的功能会导致癌症；

3、常见的多细胞生物有狮子、驯鹿、鸭子、树木、鱼类等。

（来源：文章屋网 ）

篇6

关键词：转染基因Nanog内皮细胞上皮细胞混合种植聚砜膜中空纤维肾小管

生物人工肾(bioartificialkidney，BAK)是肾脏组织工程研究的重点之一。BAK的研究包括两个方面：生物人工肾小管和生物人工肾小球。当前，肾脏组织工程研究已取得了极大的进展，但仍存在关键的问题有待解决。如何在一定时间内快速获得大量的组织工程种子细胞；如何让构建的生物人工滤器既有生物人工肾小球的滤过与抗凝功能，同时又有生物人工肾小管的重吸收及内分泌功能。针对如何提高一定时间内种子细胞产量的问题，我们在先前的研究中应用促细胞增殖的人Nanog基因(hNanog)来促进种子细胞的增殖。而对生物人工滤器功能兼备的问题，在本研究中我们采用了种子细胞混合种植的方法。

一、材料与方法

1、材料伊格尔最低浓度必需介质(EMEM)培养基(美国Gibco)，胎牛血清(FCS，美国Hyclone)，胰酶(美国Sig-ma)，PKH26及PKH67(美国Sigma)，Hoechst33342(美国Sigma)。JSM—6000F扫描电镜(日本JEOL公司)。肾小管上皮细胞(HKC)由南京医科大学杨俊伟教授馈赠，血管内皮细胞(ECV304)由军事医学科学院三所细胞室赠送，转染种子细胞的rAAV2-hNanog重组病毒由北京本元正阳生物技术公司包装完成，转染rAAV2-hNanog重组病毒的2种细胞ECV304、HKC由本实验室制备并保存。

2、中空纤维上混合细胞的分布

2.1混合细胞的PKH26/PKH67标记：将转染hNanog基因的两种细胞ECV304及HKC细胞各接种在75cm塑料培养瓶中，置于37℃、体积分数为0.05的CO2孵箱中，用10%的FCSEMEM进行培养。当两种细胞各生长至汇合时，用0.25%的胰酶消化、离心并沉淀细胞后，然后再用无血清的EMEM洗涤细胞，400g/min离心，共5min，然后弃去上清，使残留上清不要超过25μl，然后在获得的细胞沉淀中加入1ml稀释剂C溶液，轻轻吹打形成细胞悬液；按照PKH26和PKH67试剂盒说明书分别配制4×10-6mol/L的PKH26溶液和4×10-6mol/L的PKH67溶液，然后把ECV304细胞悬液加入到PKH26染液、HKC细胞加入到PKH67染液中，各自吹打均匀，并于室温下放置2～5min。之后加入2ml血清，室温下放置1min，再用10%EMEM4ml稀释上述细胞悬液，25℃条件下1200r/min离心，共10min，弃去上清，去除染色液。用10%EMEM冲洗ECV304、HKC细胞4次，然后将细胞移到另一新管中，加入10ml完全培养基，离心，重悬，使两种细胞各自的密度调整在(1.0～2.0)×107/ml，然后把两种转染细胞ECV304与HKC细胞悬液等体积混合，轻轻吹打均匀，制成混合细胞悬液。

2.2标记细胞的种植：将实验组及对照组的AV400滤器(Fresenius公司0.7m2)均用无血清的EMEM培养基冲洗，再把无血清EMEM配制的层黏连蛋白0.74mg/ml[1]注入滤器中，置于37℃孵箱中1h，之后将其抽去。然后把标记的种子细胞混合液平均分成4次注入滤器内腔，两次注射时间间隔为1h，每次注射完毕后按方向标记放置滤器，待下次注射结束后依照固定方向将滤器转动90°，总共进行4次，完成360°循环。对照组只在AV400滤器中注入不含细胞的培养基，注射方法及放置方法同实验组。最后把两组滤器的外腔注满培养基，置于37℃、体积分数为0.05的CO2孵箱中培养，滤器中培养液pH<7.2时即予以更换。于培养第5天时从两组滤器中取出中空纤维，用刀片将纤维丝纵向剖开，磷酸盐缓冲液(PBS)溶液冲洗2次，然后在荧光显微镜下观察2种转染细胞在中空纤维上的分布。

3、混合细胞在中空纤维上生长状态的观察把2种已转染人Nanog基因的ECV304、HKC置于37℃、体积分数为0.05的CO2孵箱中，用10%FCSEMEM进行培养。当两种细胞生长至汇合状态时，用0.25%的胰酶消化，并对2种种子细胞进行细胞计数。实验组及对照组所用AV400滤器仍用层黏连蛋白包被。把2种转染细胞的密度调至(1.0～2.0)×107/ml，然后把两者等体积混合，轻轻吹打均匀，制成混合细胞悬液，然后把细胞混悬液注入滤器内腔，注射方法与放置方法同2.2部分。对照组只在AV400滤器中注入不含细胞的培养基，注射方法及放置方法同实验组。最后将两组滤器外腔注满培养液，置于37℃、体积分数为0.05的CO2孵箱中培养，滤器中培养液pH<7.2时即予以置换。第7天时从两组滤器中取出中空纤维，用0.1mol/LPBS冲洗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溶液冲洗，用刀片将中空纤维沿纵向剖开，再用0.1mol/LPBS溶液冲洗2次，最后把剖开的中空纤维置于1%锇酸中，4℃冰箱中固定1h。标本制作完成后，进行扫描电镜检测。

二、结果

1、中空纤维上混合细胞PKH26及PKH67标记检测：经PKH26染色的ECV304转染细胞及经PKH67染色的HKC转染细胞混合种植于聚砜膜中空纤维上后，可见两种种子细胞呈点片状分布在聚砜膜中空纤维上。荧光显微镜下，ECV304细胞呈现红色，而HKC呈现黄绿色。而对照组则无红色或黄绿色的点片状细胞群分布。

2、中空纤维上混合细胞的生长形态：转染的ECV304细胞与转染的HKC细胞混合种植于聚砜膜中空纤维内腔7d后，扫描电镜检测：对照组未见细胞生长；混合细胞在中空纤维内腔上呈片状生长，并可见细胞表面的微绒毛。

三、讨论

早期的肾脏组织工程主要是模仿肾小球的滤过功能，人们利用具有类似肾小球滤过功能的生物膜(如聚砜膜)建立了血液透析的方法。然而，血滤器在血透过程中易出现血栓，最终导致滤过功能下降。为解决血滤器中出现血栓的问题，有人将转染水蛭素基因的内皮细胞种植在生物膜材料上，制成生物人工肾小球[3，4]，但这种具有抗凝功能的生物人工肾小球只能对小分子溶质进行清除和滤过，缺乏物质重吸收及内分泌等重要功能。

生物人工肾小管是把肾小管上皮细胞种植在中空纤维腔内，上皮细胞在中空纤维内腔的表面黏附生长并形成单层，从而发挥小管上皮内分泌、重吸收作用[4-8]，但它缺乏抗凝的功能。在透析过程中，生物人工肾小管仍需要使用肝素抗凝。对血透患者来说，长期使用普通肝素(UFH)可引起脂质代谢异常，加重患者的脂质代谢紊乱[9，10]。尽管有研究认为，血透过程中使用低相对分子质量肝素(LMWH)在一定程度上可以缓解高脂血症和改善脂质代谢，但John等[11]的研究证明，无论使用UFH还是LMWH，均有导致严重的肝素诱发性血小板减少症的可能(heparin-in-ducedthrombocytopenia，HIT)。因此，把两种种子细胞混合种植在聚砜膜中空纤维上，构建一种兼备血管内皮细胞抗凝功能、小管上皮细胞内分泌及重吸收功能的新型生物人工肾小管，是克服既往生物人工肾小球/肾小管不足的一个可行的方法。

篇7

【关键词】结构 功能 适应 实例

“结构与功能相适应”是生物学的基本观点之一，即一定的结构就必然有与之相对应的功能存在。我国人教版初中生物学教材以人与自然为主线，指导学生运用生物学观点分析自然界的发展规律，从而形成科学的思维方式。如何让学生掌握结构与功能相适应的观点，提高学生的生物科学素养，本文以人教版生物教材中的实例分析结构与功能之间的关系，从而加深学生对“结构与功能相适应”的认识与体会。

一、结构与功能相适应在细胞层次的体现

细胞是构成动植物体的最小单位，最大的细胞直径细胞不足30μm。细胞虽小，但其内部的结构和功能十分复杂，细胞结构体现着结构与功能相适应的观点。以白细胞为例，白细胞是人和动物体内的免疫细胞，它们个体体积相对较大，能从血管内迁移到血管外，在组织间隙游走，吞噬病毒、寄生虫、细菌等病原体，同时对疾病的免疫也能起到一定的作用。人教版初中生物教学过程中，植物进行光合作用需要通过气孔吸收大气中的二氧化碳，植物气孔是由一对半月形的保卫细胞构成的，植物气孔的开合是由细胞结构决定的。由于保卫细胞的细胞壁厚薄不均匀，当细胞吸水膨胀时，内壁伸展拉伸，牵动细胞壁外壁内陷，使得气孔张开，反之细胞失水时，内外壁都拉直，气孔将闭合。气孔作为植物和外界气体交换的窗口，如何实现与外界气体的交换，需要学生结合呼吸作用和光合作用进行理解，才能深刻理解“结构与功能相适应”的观点。

二、植物的输导组织

在人教版初中生物学教材中我们学习到植物中的导管和筛管都属于输导组织。在植物导管中我们可以发现它失去了横壁，且分布于植物体内根、茎、叶、花、果、种等各个器官之中，便于运送水分和无机盐，维持植物生长。而筛管是由许多管状细胞上下连接而成的，在上下细胞连接处会有许多筛孔，且这些细胞都是活细胞，便于运送有机物，促进植物生长。输导组织的不同结构决定了其所运送的物质不同，人教版生物教材通过对植物组织结构特征的描述，便于学生认识同一组织不同结构所具有的特殊功能，这同时也有利于提高学生的生物学素养。

三、猪笼草的结构适于捕食

在人教版生物教材中，我们学笼草结构时了解到；猪笼草的叶基和正常的叶子一样，因猪笼草的外形如同“猪笼”而得名。但是，猪笼草叶子中脉长有一个长圆柱形的“捕虫瓶”，该瓶子一般约有15cm，内壁光滑且长有许多蜡质，捕虫瓶能够分泌出略有香味的酸性消化液。当小昆虫飞来采蜜时，往往会因为贪吃而跌落进捕虫瓶内，最终将会被捕虫瓶内的酸性消化液腐蚀，成为猪笼草的美餐。猪笼草特殊的生理结构，为其本身猎取食物提供了有利武器。猪笼草特有的结构决定猪笼草独特的捕食方式，这是自然进化的结果。其特殊的生理结构，造就了其独特的捕猎方式。

四、人体小肠的结构特点

人体内小肠长度大约为5～6m，是人体内消化道最长的一段，它承担着人体主要的消化功能。小肠的长度较大，可以增加人体与食物的接触面积，便于小肠绒毛与食物的接触，有利于营养吸收，同时，人体小肠内还有丰富的消化液，便于食物的分解。人体小肠主要通过三种形式吸收营养：紧张性收缩运动、分解运动、蠕动。紧张性收缩运动有利于食糜与消化液充分混合；分解运动意义在于使食糜与消化液充分混合，并增加食糜与肠壁的接触，为消化和吸收创造有利条件。此外，分解运动还能挤压肠壁，有助于血液和淋巴的回流；而蠕动意义在于使分解运动作用后的食糜向前推进，到达一个新肠段，再开始分解运动。

五、呼吸道的结构特点

从人教版初中生物学教材中讲述的人体呼吸道中我们可以发现，呼吸道主要是指由鼻、咽喉到肺的呼吸器官。呼吸道都有骨或软骨作为支架的，这样可以保证气流通畅；人体鼻腔内长有鼻毛，可以阻挡空气中的大颗粒分子、灰尘进入体内，保证人体呼吸；呼吸道器官内壁分泌有大量粘液，能够吸收进入呼吸道气管的细菌和灰尘，使人体肺部免受感染；同时，呼吸道的长度很长，这可以温暖空气，减少寒冷空气对人体的刺激。例如；俄罗斯的气候寒冷，俄罗斯人的表象特征一般都具有大鼻子，这样可以预热寒冷的空气。

六、鱼的结构适于水中生活

鱼之所以能够在水中畅游，是因为鱼具有鳍和鳔这种特殊的生理结构。鱼鳍的分类有背鳍、胸鳍、腹鳍、臀鳍、尾鳍。不同的鱼鳍在鱼儿游动中发挥着不同的作用，其中胸鳍、腹鳍等保持鱼体的身体平衡，尾鳍则为鱼向前游动提供动力。而鱼鳔则能调节鱼儿身体密度，使得鱼儿能在不同深度停留，增加鱼儿的活动范围。同时，鱼是通过鳃进行呼吸的，由于鳃的特殊生理结构，能够吸收水中的氧气，使得水中的氧气进入血液，并排除二氧化碳，完成气体交换，保证鱼儿能够长期在水下生活。

七、鸟类形态结构适应飞行

鸟类之所以能够在空中飞行，是由于其长期进化形成的特殊的生理结构决定的。鸟类经过长期进化，骨骼形成中空，从而减轻了鸟类本身的体重，易翔。同时，鸟类发达的消化吸收系统，其消化吸收具有快速、便捷的特点，且鸟类没有膀胱，能够及时排出体内的尿液、粪便，减轻自身体重。鸟类流线型的身体结构，可以减轻鸟类在飞行中的空气阻力，同时，鸟类都长有双翼，且双翼覆有羽毛，发达的胸肌牵引着双翼，使其能够顺利的完成飞行。鸟类特殊的生理结构决定了鸟类的生理功能，其特有的生理特征为鸟类的飞行提供了方便，这也体现了生物学中“结构与功能相适应”的论点。

八、结语

我国人教版初中生物学教材以动植物生理结构及其主要功能为核心内容，从多层次、多角度阐明了动植物的生活习性，反映了自然界的发展规律。人教版生物学教材采用文字图片相结合的方式，细致的讲述了多类生物的生理结构，便于同学们的学习和认识。教师应以人教版生物学为依托，以“结构与功能相适应”为核心观念，指导学生学习分析生物学现象。

参考文献：

[1]赖燕燕. 初中《生物学》（植物部分）大纲教材与课标教材的比较研究[D]. 广西师范大学 2007

篇8

（一）细胞分类

（二）真核细胞的结构和功能

1.细胞壁

（1）化学成分：植物细胞的细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。

（2）特点：具有全透性（任何物质都可以通过）。

（3）功能：为植物细胞提供支持和保护。

2.细胞膜

（1）实验：制备纯净的细胞膜。

①原理：渗透作用（将细胞放入蒸馏水中，细胞吸水涨破，内容物流出，得到细胞膜）。

②选材：人或其他哺乳动物成熟的红细胞（因为这些细胞中没有细胞核和众多细胞器）。

③提纯：差速离心法。

（2）细胞膜的结构和功能。

①成分：主要由脂质和蛋白质分子组成，还含有少量的糖类。脂质中磷脂最丰富，也含有少量的固醇。功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多。

②结构：目前比较流行的结构模型是流动镶嵌模型，其主要观点是：磷脂双分子层是构成膜的基本支架；蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。细胞膜的表面有糖蛋白（也叫糖被，蛋白质与多糖结合形成）、糖脂（糖类与脂质结合形成）。

③结构特点：具有一定的流动性（磷脂分子是可以流动的，大多数蛋白质分子也是可以运动的）。

④主要功能：将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流。

注：细胞间信息交流的方式有以下三种。通过细胞分泌的化学物质（如激素）间接传递信息；通过相邻两细胞的直接接触（如与卵细胞的结合）传递信息；通过相邻两细胞间形成通道（如植物细胞的胞间连丝）进行信息交流。

⑤功能特性：选择透过性，即允许水分子自由进出，细胞需要的离子、小分子也可以通过，其他离子、小分子和大分子都不能通过。

3.细胞质

细胞质是指细胞膜以内、细胞核以外的部分，包括细胞质基质和细胞器。

（1）细胞质基质：细胞质中除去所有细胞器和各种颗粒以外的部分，是无色透明的胶状物。

①成分：含有水、无机盐离子、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸、多种酶等。

②作用：细胞代谢的主要场所，为细胞代谢提供物质和一定的环境条件。

（2）细胞器：在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位，悬浮在细胞质基质中。

①分离方法：差速离心法。

②结构和功能：

名称形态结构分布成分主要功能

叶绿体形态：一般是椭球形、球形；结构：外膜、内膜、基粒、基质主要存在于叶肉细胞蛋白质、磷脂、有氧呼吸酶、色素、少量DNA和RNA绿色植物进行光合作用的场所

线粒体形态：短棒状、圆球形、线形、哑铃状等；结构：外膜、内膜、嵴、基质动植物细胞蛋白质、磷脂、光合作用酶、少量DNA和RNA细胞进行有氧呼吸的主要场所

内质网由单层膜结构连接而成的网状物动植物细胞蛋白质、磷脂等细胞内蛋白质合成和加工，以及脂质合成的“车间”

核糖体椭球形的粒状小体，无膜动植物细胞蛋白质、rRNA生产蛋白质的“机器”

高尔基体扁平囊状结构，有大小囊泡，单层膜动植物细胞蛋白质、磷脂等对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”；与植物细胞壁的形成有关

中心体无膜，由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成动物和低等植物细胞微管蛋白与细胞的有丝分裂有关，决定细胞分裂的方向和参与形成纺锤体

液泡泡状结构，单层膜主要是植物细胞蛋白质、磷脂、糖类、无机盐、色素等可以调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺

溶酶体单层膜包裹的小泡动植物细胞蛋白质、磷脂、多种水解酶等能分解衰老、受损的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌

③记忆技巧：a.借助结构模式图进行直观记忆。b.利用表格进行比较记忆。c.归类记忆，如双层膜的有线粒体、叶绿体；能够复制的有线粒体、叶绿体、中心体。d.实例记忆，如联系抗体的合成和分泌记住核糖体、内质网、高尔基体、线粒体的功能。

（3）实验：用高倍镜观察叶绿体和线粒体。

①原理：叶绿体散布在细胞质中，呈绿色。线粒体+健那绿染液（专一性染线粒体的活细胞中染料）线粒体蓝绿色。

②实验过程：取材制片低倍镜下找到高倍镜下观察。

取材：观察叶绿体用藓类小叶（由一层细胞构成）或菠菜叶的下表皮（细胞中的叶绿体大且数目少）；观察线粒体用口腔上皮细胞（没有其他有颜色的结构干扰）。

制片：制作叶片的临时装片要始终保持有水，因为叶绿体失水后会缩成一团，从而无法观察叶绿体的形态和分布；制作口腔上皮细胞的临时装片时，要用生理盐水维持细胞活性。

观察：本实验中，在高倍镜下只能观察到叶绿体和线粒体的形态，观察不到双层膜、基粒、基质等。

4.细胞核

（1）分布：除高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。

（2）结构。

名称作用模式图

①染色质主要成分是DNA和蛋白质，是遗传信息的载体

②核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关

③核膜双层膜，把核内物质与细胞质分开

④核孔实现核质之间频繁的物质交换和信息交流

（3）功能：细胞核是细胞的遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

（4）经典实验。

实验名称结论

美西螈核移植实验生物体性状的遗传主要由细胞核控制

伞藻嫁接和核移植实验生物体的形态结构主要与细胞核有关

细胞核控制生物体性状的遗传

蝾螈受精卵横缢实验细胞核控制细胞分裂、分化

变形虫切割、核移植实验细胞核控制细胞代谢、生长、分裂等生命活动

细胞核是细胞的控制中心

5.生物膜及生物膜系统

（1）生物膜系统概念：生物膜系统是指由细胞膜、细胞器膜和核膜等结构共同构成的体系。其中细胞膜、内质网膜等是生物膜。

（2）生物膜的联系：各种生物膜在化学成分上相似，在结构和功能上存在着直接或间接的联系。

（3）生物膜系统的功能：①细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞的物质运输、能量转换和信息传递的过程中起着决定性的作用。②广阔的膜面积为多种酶提供附着位点，有利于许多化学反应的进行。③把各种细胞器分隔开，使细胞内能同时进行多种化学反应，不会互相干扰，保证细胞生命活动高效、有序地进行。

二、疑难剖析

1.几个“不一定”

带“菌”的不一定是细菌，如噬菌体（病毒）、霉菌（真核生物）、酵母菌（真核生物）；带“藻”的不一定是蓝藻，如衣藻、黑藻都是植物；有细胞壁的生物不一定是植物，如真核生物中的真菌、原核生物中的细菌和蓝藻等；能够进行有氧呼吸的细胞不一定有线粒体，如硝化细菌、醋酸菌；能够进行光合作用的细胞不一定有叶绿体，如蓝藻；植物细胞不一定含有叶绿体，如根、茎细胞（除幼茎皮层细胞）；没有细胞核的细胞不一定是原核细胞，如哺乳动物成熟的红细胞。

2.流动性与选择透过性

（1）区别：流动性是膜结构方面的特性，膜流动性大小与温度存在一定的联系，一般情况下，温度高流动性大，但温度过高，膜的流动性过大，就有可能破坏膜的结构，不利于生命活动的进行。变形虫的变形运动、胞吞、胞吐、细胞融合等依靠膜的流动性完成。选择透过性是活细胞的膜功能方面的特性，主要与蛋白质的种类和数量有关，被动运输和主动运输都说明膜具有选择透过性。

（2）联系：膜的流动性是其表现选择透过性的结构基础。正是因为膜具有了流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。

3.核孔具有选择性

很多人错误地认为大分子物质可以通过核孔自由进出且不消耗能量。其实在核孔上存在核孔复合体，核孔复合体是一种特殊的跨膜运输蛋白质复合体，具有双功能和双向性。双功能表现在两种运输方式：被动运输与主动运输；双向性表现在既介导蛋白质的入核运输，又介导RNA等的出核运输。具体来说：离子、水分子等小分子物质可经被动运输通过核孔复合体，而大分子凭借自身的核定位信号和与核孔复合体上的受体蛋白结合而实现主动转运过程。如mRNA分子的前体在核内产生后，只有经过加工成为mRNA并与蛋白形成复合物后才能通过。

5.细胞是一个统一的整体

（1）从结构上看：细胞膜位于细胞的外层，起保护作用，保证细胞内结构和成分的相对稳定；细胞核与细胞质通过核孔互相沟通；核膜、细胞膜通过内质网互相连接，以及各种细胞器膜构成细胞完整的“生物膜系统”，使细胞内的各种物质得以联系或转化。

（2）从功能上看：细胞的各部分结构功能虽不同，但它们相互联系、分工合作、协调一致地完成生命活动。如分泌蛋白的合成和分泌就是由核糖体合成、内质网加工和运输、高尔基体加工和运输、线粒体供能、细胞膜分泌协调完成的。

篇9

一、高中生物教学需要系统论的支撑

高中新版生物教材随着科技的进步、生命领域探究的深入和现代生命科学的发展，充分体现了生命系统的复杂性。编排体系上明显不同于以往，更加重视生物科学的探究过程和方法，关注与社会的联系，注重对科学过程理解的亲历实验和探究。

高中生物教师基本都经历过教改培训。但实际教学中依然很难适应新教材，过去的教学经验、方法不适用了，又缺乏新的理论支撑。一般系统论为解决复杂问题提供了理论依据和方法，用系统论的方式揭示生命现象，能让学生用开放的观点观察自然现象，理解生命的历程，领悟生命的发生、发展和消亡的普遍规律，继而能应用于实践活动。

二、新版教材用系统论的思想构建知识体系

新教材在必修内容知识体系的构建上，充分体现了系统思想。

必修一《分子与细胞》知识体系构建，完全按照系统的思想构建。从内容安排上看，编者让学生理解生命系统的基本内容的意图非常明显，建立细胞是最基本的生命系统这一概念，重点突出了系统的整体性。要求学生学会用系统剖析的方法，探究复杂的生命现象，并为后面学习更高层次的生命系统打下铺垫。

必修二《遗传与变异》，从生命系统遗传的物质和结构基础出发，阐述遗传的发展和变化规律，然后是生命系统各组分间的相互作用，突出了系统组分的复杂性以及各组分之间的关联性；通过遗传、进化与环境的关系，目的让学生了解系统的适应性。

必修三《稳态与环境》，从宏观世界介绍更高层次生命系统的组成，按个体、种群、群落、生态系统做主线，进一步突出高层次生命系统的整体性和关联性，通过系统内组分的相互作用以及系统与环境的相互作用，进行生命系统的自我调节，从而达到生命系统的稳态，更深入地介绍了系统的适应性。

三、高中生物教师应用一般系统论的原则引领教学

整体性原则：整体的性质不是要素具备的；要素的性质影响整体；要素性质之间相互影响。

整体性原则利于高中学生理解复杂的生命现象。例如：《分子与细胞》的教学内容从系统整体性的视角出发，从组成细胞的主要物质以及细胞的基本结构入手，构建最基本的生命系统——细胞。在实际教学中，学习细胞的基本结构，往往会机械地将细胞的各组分孤立化，用细胞器的功能解释细胞的功能，比如讲述线粒体的功能，造成学生用线粒体去解释细胞的有氧呼吸，认为有了线粒体细胞就可以进行有氧呼吸，没有线粒体就只能进行无氧呼吸。如果我们用整体性的原则出发，线粒体是真核细胞具有的重要结构，当细胞有了线粒体这一要素，就可以更加高效率地利用能量正确认识。高中生物教学，要避免类似这样用细胞器功能说明细胞功能、局部说明整体的错误。

用系统论的整体性原则指导高中生物教学，要求教学对一个生命系统的要素进行分析，分析某一层次的生命系统具有哪些要素，重要要素影响了系统的哪些功能，各要素之间有什么样的联系，整体大于局部之和。让学生建立对生命系统的统一认识，并尝试着用整体性的观点去揭示生命现象。

结构功能原则：1、系统论认为，组成系统的要素不变时，结构决定功能。反之，结构相同，要素不同，则功能不同。2、结构、要素都不同，则可以有相同的功能。3、同一结构可能有多种功能。

结构功能原则要求我们在分析研究生命系统时，必须把握好系统结构和功能的辩证发展规律，不能通过简单地叠系统组成成分的功能推导出系统的功能。比如：基因和蛋白质之间存在着广泛而复杂的相互作用。一个生物个体通常拥有成千上万种的基因，而蛋白质作为基因产物之一，种类和数量就更为庞大。构成生命的这些大分子不是孤立地进行活动和执行生物功能，而是相互之间有着直接或间接的联系，这些联系构成了复杂的调控体系，从而决定系统的功能。同种生物具有相同的生命功能，不同的生物具有不同的特征，其核心内容就在于生物具有独特的DNA和蛋白质。在另一方面，许多不同生物具有不同的DNA和蛋白质，却可以有相同的生命功能。如：蓝藻和绿色植物从组成的要素上差别极大，但都能进行光合作用。

目的性原则：即在反馈机制的作用下，系统能保持内部的稳定以及与环境的协调的一种特性。

目的性原则要求我们在研究系统发展趋向时，必须把握它的反馈机制。《稳态与环境》模块中的知识结构反映了生命的系统性、层次性以及适应性。稳态是生命系统的一种状态，它不仅指个体内环境理化性质的相对恒定的状态，而且存在于生命的各个层次上，细胞、群落和生态系统在没有受到激烈的外界环境因素影响时，都处于稳态。生命系统的稳态实际上是一种动态平衡。一方面这种稳态由于内部代谢过程和外部环境因素的影响而不断遭到破坏，另一方面，通过一定的反馈调节机制，又使生命系统恢复新的平衡。生命系统正是在稳态不断受到破坏而又同时得到恢复的过程中得以维持和发展的。生态系统是一个开放系统，具有一定的自我调节能力，在不断变化的环境条件下，依靠自我调节机制维持其稳态，实现物质循环和能量流动的相对稳定。

最优化原则：即现实系统都是变化、发展的，应当在动态中协调系统各方面的关系，使系统达到最优化。

篇10

关键词：高中；生物；细胞器教学；知识点分类

中图分类号：G633.91 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2015）30-0029-01

细胞器是真核生物细胞结构和功能上的重要组成部分，是细胞独立进行生命活动的基础。高中生物教学中，细胞器相关知识和教学活动，就成为“细胞类型和结构”这一章教学活动的重点，对高中生物教材后续章节的学习也有较大的影响。细胞内的细胞器种类很多，比较常见的细胞器有：线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、核糖体、液泡和中心体等。这些细胞器在不同的细胞内种类和数目也有所不同，同一种细胞器的功能也会发生变化。学生不仅仅要熟悉各种细胞器的结构特点、物质组成和功能，还要熟知这些细胞器在生物界的分布以及部分特殊的细胞器在动物细胞和植物细胞中功能上的区别。针对上述困难，借鉴其他教师的先进经验，结合自身情况，采取分类教学，将细胞器分为双层膜细胞器、单层膜细胞器和无膜细胞器，再指导学生以小组为单位进行分类学习，总结不同细胞器的分布、结构特点、组成物质和功能特点。

一、双层膜细胞器

双层膜细胞器有两种：线粒体和叶绿体。二者虽然都是双层膜细胞器，但是形态、化学组成和功能有很大的区别。在讲新课之前，先将学生通过自主学习完成的重点学习内容通过PPT呈现给他们：线粒体和叶绿体的共同点；线粒体和叶绿体的各自特点：从分布、形态、结构（扩大反应面积）、组成成分、功能等方面阐述。学生在教师指导下完成自主学习，并且按照分组讨论完成导学案上的基础知识梳理；同时教师巡视各学习小组，更进一步地掌握各小组的学情，了解学生对线粒体和叶绿体知识的掌握情况，为下一阶段的讲解作准备。学生完成自主学习后，我习惯先检查学生的学习成果，采取小组竞赛等形式促进学生进行自主学习成果展示。但是学生总结不能代替教师的讲解，教师还应在学生总结的基础之上进一步对知识点进行总结和提取。

二、单层膜细胞器

在高中教材中，细胞里的单层膜细胞器有四种，分别是内质网、高尔基体、液泡和溶酶体。由于内容相对上部分较为简单，我直接在投影仪上投出表格，让学生按照表格的内容要求，自主完成基础知识的学习和较难问题的总结。（1）内质网。很多学生对内质网的功能会产生混淆，认为粗面内质网是合成蛋白质的场所。这时候，教师就应该明确指出，粗面内质网并不是单一的细胞器，而是由于核糖体附着在内质网上而形成的，实质是核糖体和内质网结合后形成的特殊结构。在粗面内质网上的核糖体合成蛋白质，内质网的任务就是蛋白质的加工和运输。高中生物考试中关于粗面内质网的考查较多，具体例题我们将会在后面的核糖体部分进行讨论。（2）高尔基体。高尔基体的形态和功能相对于内质网要简单，但是教师要指明高尔基体有其独特之处――在动植物细胞内的功能不一样。动物细胞中，高尔基体负责蛋白质的加工和分泌；植物细胞中，高尔基体只负责细胞壁的形成。（3）溶酶体。只需要在学生完成自习之后简单地向学生介绍：溶酶体是从高尔基体上脱落的部分，内部含有水解酶，和细胞的程序性死亡有关。（4）液泡。液泡是植物标志性的细胞器之一，在高中生物教学中，液泡可以作为判断是否是植物细胞的依据。教师也要让学生明白：只有在成熟的植物细胞内才有明显的中央液泡。液泡在植物细胞中是比较重要的细胞器，对维持细胞渗透势和促进植物细胞吸水有重要意义。此外，还有可能会结合中心体考查学生对细胞类型的判断，这部分实例将结合中心体部分进行探讨。

三、无膜细胞器

在高中生物中，涉及的无膜细胞器只有核糖体和中心体。（1）核糖体是学生接触到的第一个细胞器，也是唯一一种存在于所有细胞内的细胞器。但是在真核生中，核糖体和内质网会组合成为粗面内质网，在这个时候学生就会对核糖体和内质网的功能产生混淆。例如，当粗面内质网上的核糖体大量脱落，会造成什么影响？遇到这种复合式的问题，就需要学生较为全面细致地掌握游离核糖体、附着核糖体和粗面内质网的相关知识点。经过精确的讲解，学生很轻松就可以搞清楚，由于核糖体是蛋白质组装车间，所以粗面内质网的核糖体大量脱落会导致分泌蛋白的合成受到影响。（2）中心体是一个比较特殊的细胞器，分布于动物和低等植物细胞内，这一点容易让学生在学习时出现知识点的混淆。线粒体的结构和形态比较特殊，易于识记，也便于在识图题中辨认出来。动物细胞内的中心体和动物细胞的有丝分裂有关。所以，对中心体的考查也就集中体现在其结构、分布细胞的考查和动物细胞有丝分裂中星射线形成等方面。相对于其他细胞器，中心体的考查点以记忆和应用为主。例如，在一张细胞显微结构图中，同时出现细胞壁、液泡和中心体，很多学生在判断该细胞属于动物细胞还是植物细胞时会出现争议。我认为，学生对刚刚学习的知识点掌握不够深刻，因此才出现争论，这样的争论可以让师生及时发现教学过程中出现的理解偏差，及时指出和纠正，让学生最终形成正确的知识体系。

四、结束语

细胞器这一部分的教学任务相对繁重，知识点较多，学生学习起来有很大的困难。因此，教师应该灵活多变地针对学生的记忆和理解能力，在上课前反复钻研教材，和其他老师一起打磨课程，尽可能地采取适合学生的教材加工策略，从而促进学生的主动学习。

参考文献：