《高一生物第一章思维导图》

一、走进生物科学

1.1 生物学是研究生命的科学

• 定义：
  • 研究生命现象和生命活动规律的科学。
• 研究对象：
  • 病毒、细菌、真菌、植物、动物、人类
  • 从宏观到微观，包括分子、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统。
• 研究内容：
  • 生命的起源和进化
  • 生物的遗传和变异
  • 生物的生长、发育和生殖
  • 生物的结构和功能
  • 生物与环境的关系
• 研究方法：
  • 观察法：直接观察或借助仪器观察。
  • 实验法：通过实验验证假设。
  • 调查法：收集资料，分析数据。
  • 比较法：比较不同生物的异同。
  • 建模法：建立模型模拟生命现象。
• 生物学的特点：
  • 实践性：需要大量的实验和观察。
  • 发展性：随着科学技术的进步不断发展。
  • 复杂性：生命现象复杂多样。
  • 综合性：与其他学科联系紧密。
• 与生活的联系：
  • 健康：疾病的预防和治疗。
  • 农业：提高农作物产量，改良品种。
  • 环保：保护生物多样性，防治环境污染。
  • 食品安全：保障食品安全。

1.2 生物学研究的基本方法

• 科学探究的一般过程：
  • 提出问题：基于观察和思考。
  • 作出假设：基于已有知识和经验。
  • 制定计划：包括实验材料、步骤和预期结果。
  • 实施计划：按照计划进行实验。
  • 得出结论：分析实验结果，得出结论。
  • 表达交流：撰写报告，交流结果。
• 实验设计的原则：
  • 对照原则：设置对照组，排除干扰因素。
  • 单一变量原则：控制其他变量相同，只改变一个变量。
  • 随机原则：随机选取实验对象，减少人为误差。
  • 重复原则：重复实验，保证结果的可靠性。
• 对照组的设置：
  • 空白对照：不施加任何处理。
  • 条件对照：施加除了实验变量外的其他条件。
• 变量的分类：
  • 自变量：实验中人为改变的变量。
  • 因变量：随着自变量变化而变化的变量。
  • 无关变量：对实验结果有影响，但需要控制相同的变量。
• 实例分析：
  • 探究温度对酶活性的影响。
  • 探究光照强度对光合作用的影响。
  • 探究某种药物对细菌生长的影响。

1.3 生物科学的发展历程

• 古代生物学：
  • 亚里士多德：观察和描述动植物。
  • 李时珍：《本草纲目》。
• 近代生物学：
  • 林奈：建立了生物分类系统。
  • 施莱登和施旺：提出了细胞学说。
  • 达尔文：提出了进化论。
  • 孟德尔：提出了遗传定律。
• 现代生物学：
  • DNA双螺旋结构的发现。
  • 基因工程的诞生。
  • 人类基因组计划。
• 生物技术的发展：
  • 发酵技术
  • 克隆技术
  • 转基因技术
  • 基因治疗
• 生物科学发展的伦理问题：
  • 转基因食品的安全性。
  • 克隆技术的伦理道德。
  • 基因治疗的风险。

二、组成细胞的分子

2.1 细胞中的元素和化合物

• 组成细胞的元素：
  • 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。
  • 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl 等。
  • C是最基本元素，构成有机物的骨架。
• 组成细胞的化合物：
  • 无机物：水、无机盐。
  • 有机物：糖类、脂质、蛋白质、核酸。
• 水的含量和作用：
  • 细胞中含量最多的化合物。
  • 自由水和结合水。
  • 良好的溶剂。
  • 参与化学反应。
  • 运输营养物质和废物。
  • 维持细胞的形态和功能。
• 无机盐的作用：
  • 维持细胞的渗透压和酸碱平衡。
  • 参与构成某些复杂的化合物（如血红蛋白中的Fe）。
  • 维持生物的生命活动。

2.2 糖类和脂质

• 糖类的种类和功能：
  • 单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖。
  • 二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖。
  • 多糖：淀粉、纤维素、糖原。
  • 功能：
    • 主要的能源物质。
    • 构成细胞结构。
    • 参与细胞识别。
• 脂质的种类和功能：
  • 脂肪：储存能量。
  • 磷脂：构成细胞膜的重要成分。
  • 固醇：胆固醇、性激素、维生素D。
  • 功能：
    • 储存能量。
    • 构成细胞膜。
    • 调节生理功能。
• 糖类和脂质的元素组成：
  • 糖类：C、H、O
  • 脂质：C、H、O（有的含有P、N）

2.3 蛋白质

• 蛋白质的元素组成：
  • C、H、O、N（有的含有S）
• 氨基酸的结构特点：
  • 至少含有一个氨基和一个羧基。
  • 氨基和羧基连接在同一个碳原子上。
  • 不同的氨基酸有不同的R基。
• 肽链的形成：
  • 脱水缩合：一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱去一分子水形成肽键。
  • 肽键：-CO-NH-
  • 肽链：多个氨基酸通过肽键连接形成的链状结构。
• 蛋白质的结构层次：
  • 一级结构：氨基酸的种类、数目和排列顺序。
  • 二级结构：肽链盘绕成螺旋或折叠成片状。
  • 三级结构：二级结构进一步折叠形成的空间结构。
  • 四级结构：多个三级结构组合形成的更复杂的结构。
• 蛋白质的功能：
  • 结构蛋白：构成细胞和生物体的结构。
  • 催化功能：酶具有催化作用。
  • 运输功能：血红蛋白运输氧气。
  • 免疫功能：抗体抵抗病原体。
  • 调节功能：胰岛素调节血糖。
  • 其他功能：运动、识别、信号传递等。

2.4 核酸

• 核酸的种类：
  • 脱氧核糖核酸（DNA）。
  • 核糖核酸（RNA）。
• 核酸的组成单位：
  • 核苷酸：由磷酸、五碳糖和含氮碱基组成。
  • DNA的五碳糖是脱氧核糖，碱基是A、T、C、G。
  • RNA的五碳糖是核糖，碱基是A、U、C、G。
• DNA的结构：
  • 双螺旋结构：由两条脱氧核苷酸链组成，两条链反向平行。
  • 碱基互补配对：A与T配对，C与G配对。
• RNA的结构：
  • 单链结构：通常为单链，但局部区域也可能形成双链。
• 核酸的功能：
  • 遗传信息的携带者：DNA是主要的遗传物质。
  • 控制细胞的生命活动：通过控制蛋白质的合成来控制细胞的生命活动。
  • 参与蛋白质的合成：mRNA、tRNA、rRNA。
• 核酸的分布：
  • DNA：主要存在于细胞核中，少量存在于线粒体和叶绿体中。
  • RNA：主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中。