第一章生命的物质基础
第一节组成生物体的化学元素及化合物
一、组成生物体的化学元素
含量占生物体总质量的万分之一以上的元素，称大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素，称微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
二、组成生物体的化合物
（－）糖类
1．生物学功能参与细胞组成，是生命活动的主要能源物质。
2．组成元素及种类
糖类的组成元素为C、H、O，分单糖、寡糖、多糖三类。
单糖是不能水解的最简单的糖类，其分类中只含有一个多羟基醛或一个多羟基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6个碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但结构式不同，在化学上叫做同分异构体。核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）都是含有5个碳原子的戊糖，两者都是构成生物遗传物质（DNA或RNA）的重要组成成分。
寡糖（低聚糖）是由少数几个单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有2个单糖单位的双糖，如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖，动物细胞内的乳糖，存在于藻类细菌、真菌和某些昆虫细胞内的海藻糖等。
多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子，与单糖、双糖不同，一般不溶于水，从而构成贮藏形式的糖，如高等植物细胞内的淀粉，高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。
（二）蛋白质
1．生物学功能催化、运输、免疫、调节作用，结构和机械支持作用、收缩功能。
2．组成元素和基本组成单位
蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成，多数还含有S。基本组成单位是氨基酸。除甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有L—型与D一型之分，为区别两种构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为L型，另种为D一型。当书写时—NH2写在左边为L型，－NH2在右为D型。已知天然蛋白质中的氨基酸都属L型。
氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应，形成的键为肽键。肽是两个以上氨基酸连接起来的化合物。两个氨基酸连接起来的肽叫二肽，三个氨基酸连接起来的肽叫三肽，多个氨基酸连接起来的肽叫多肽。多肽都有链状排列的结构，叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链集合而成的复杂的大分子。
20种基本氨基酸中，有许多是能在生物体内从其他化合物合成的。但其中有8种氨基酸是不能在人体内合成的，叫必需氨酸。20种氨基酸的分类，主要是根据R基来区分的，分为脂肪族、芳香族和杂环族三类，其中脂肪族又分为中性（一氨基一羧基）、酸性（一氨基二羧基）和碱性（二氨基一羧基）氨基酸。按R基的极性分为极性和非极性氨基酸。
3．结构
蛋白质结构分一、二、三、四级结构。
一级结构：多肽链中氨基酸连接方式及排序。
二级结构：是指多肽链本身折叠和盘绕方式，这种周期性的结构是以肽链内或各肽链间的氢键来维持。天然蛋白质二级结构有α–螺旋、β–折叠、β–转角和自由回折四种。例如动物的各种纤维蛋白，它们的分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状，称为α–螺旋。相邻的螺旋以氢键相连，以保持构象的稳定。指甲、毛发以及有蹄类的蹄、角、羊毛等的成分都是呈α–螺旋的纤维蛋白，又称α–角蛋白。β–折叠片是并列的比α–螺旋更为伸展的肽链，互相以氢铸连接起来而成为片层状，如蚕丝、蛛丝中的β–角蛋白。
三级结构：是指在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。
四级结构：是由两条或两条以上的具有三级结构的多肽聚合而成特定构象的蛋白质分子。构成功能单位的各条肽链，称为亚基，一般地说，亚基单独存在时没有生物活力，只有聚合成四级结构才具有完整的生物活性。如：血红蛋白是由4个不同的亚基（2个α肽链，2个β链）构成的，每个链都是一个具三级结构的球蛋白。
4．特点
（1）胶体性质：蛋白质分子量很大，容易在水中形成胶体粒，具有胶体性质。在水溶液中，蛋白质形成亲水胶体，就是在胶体颗粒之外包含有一层水膜。水膜可以把各个颗粒相互隔开，所以颗粒不会凝聚成块而下沉。
（2）变构作用：含2个以上亚基的蛋白质分子，如果其中一个亚基与小分子物质结合，那就不但该亚基的空间结构要发生变化，其他亚基的构象也将发生变化，结果整个蛋白质分子的构象乃至活性均将发生变化，这一现象称为变构或别构作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最终产物结合，引起变构效应，使酶的活力降低，从而起到反馈抑制的效果。
（3）变性作用：蛋白质在重金属盐（汞盐、银盐、铜盐等）、酸、碱、乙醛、尿素等的存在下，或是加热至70～℃，或在X射线、紫外线的作用下，其空间结构发生改变和破坏，从而失去生物学活性，这种现象称为变性。变性过程中不发生肽键断裂和二硫键的破坏，因而不发生一级结构的破坏，而主要发生氢键、疏水键的破坏，使肽链的有序的卷曲、折叠状态变为松散无序。这种变化不可逆。
（三）核酸
1．生物学功能
核酸是遗传信息的载体，存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。
2．种类
核酸分DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两大类核酸（病毒只含有DNA或RNA）。
3．组成元素及基本组成单位
核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。每个核苷酸含一分子碱基、一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）及一分子的磷酸组成。
DNA的碱基有四种（A、G、C、T），RNA的碱基也有四种（A、G、C、U）。DNA中碱基的百分含量一定是A＝T、G＝C，不同种生物的碱基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之间并没有等量的关系。
4．结构
DNA一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是3’、5’﹣磷酸二酯键（5’端为磷酸）。所以DNA的一级结构是直线形或环形的结构。DNA的二级结构是由两条反向平行的多核苷酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。常有A、B(即Watson－Crick模型)、C型和Z型（左手螺旋）。
5．性质（1）一般性质
核酸和核苷酸既有磷酸基，又有碱性基团，为两性电解质，因磷酸的酸性强，通常表现为酸性。核酸可被酸、碱或酶水解成为各种组分，其水解程度因水解条件而异。RNA在室温条件下被稀碱水解成核苷酸而DNA对碱较稳定，常利用该性质测定RNA的碱基组成或除去溶液中的RNA杂质。DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。
（2）核酸的紫外吸收性质
核酸中的嘌呤碱和嘧啶碱均具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在～nm的紫外波段有一个强烈的吸收峰，最大吸收值在nm附近。不同的核苷酸有不同的吸收特性。由于蛋白质在这一光区仅有很弱的吸收，蛋白质的最大吸收值在nm处，利用这一特性可以鉴别核酸纯度及其制剂中的蛋白质杂质。
（3）核酸的变性和复性
①核酸的变性：是指核酸双螺旋区的氢键断裂，碱基有规律的堆积被破坏，双螺旋松散，发生从螺旋到单键线团的转变，并分离成两条缠绕的无定形的多核苷酸单键的过程。变性主要是由二级结构的改变引起的，因不涉及共价键的断裂，故一级结构并不发生破坏。核酸变性后，一系列物理和化学性质也随之发生改变，如nm区紫外吸收值升高(增色效应)，粘度下降，失去生物活性。②核酸的复性：变性DNA在适当条件（如缓慢冷却即退火）下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，这个过程称为复性。DNA复性后，许多物理、化学性质又得到恢复，生物活性也可以得到部分恢复。DNA的片段越大，复性越慢；DNA的浓度越高，复性越快。
（四）脂类
脂类是生物体内一大类重要的有机化合物，由C、H、O三种元素组成，有的（如卵磷脂）含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。
1．生物学功能
脂类是构成生物膜的重要成分；是动植物的贮能物质；在机体表面的脂类有防止机械损伤和水分过度散失的作用；脂类与其他物质相结合，构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫的成分；某些脂类具有很强的生物活性。
2．种类
（l）脂肪也叫中性脂，一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸的末端羟基脱水连成酯键形成的。脂肪是动植物细胞中的贮能物质，当动物体内直接能源过剩时，首先转化成糖元，然后转化成脂肪。在植物体内就主要转化成淀粉，有的也能转化成脂肪。
（2）类脂包括磷脂和糖脂，这两者除了包含醇、脂肪酸外，还包含磷酸、糖类等非脂性成分。含磷酸的脂类衍生物叫做磷酯，含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成，是脂类中的结构大分子。
（3）固醇又叫甾醇，是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物，是合成胆汁及某些激素的前体，如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素D。在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。
（五）水和无机盐1．水
水是细胞的重要成分，一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大，生命活力差的细胞组织中含水量较小，休眠的种子和孢子中含水量一般低于10％。水的作用有：水是代谢物质的良好溶剂，水是促进代谢反应的物质，水参与原生质结构的形成，水有调节各种生理作用的功能。
2．无机盐
它在体内通常以离子状态存在，各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的，其主要作用有：维持渗透压，维持酸碱平衡，特异作用等。
第二章生命的基本单位——细胞
第一节细胞的形态和类别
一、细胞的概念及形态
细胞是由原生质小团所组成的基本单位，其中含有一个核（或拟核），四周被膜包围着。
细胞的大小千差万别。最大的直径近10cm，如驼鸟卵；小的需用电子显微镜才能看到，如支原体，其细胞直径只有0.1um。一般细胞的直径都在10～um之间，观察需要借助光学显微镜。
细胞的形状多样。有球状、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构、自身的表面张力以及外部的机械压力的作用，各种细胞总是保持其一定的形态。细胞的形状与功能之间有着密切关系，如运动神经元细胞质伸展长达几米，用以传导外界刺激产生的兴奋。
二、原核细胞
原核细胞外部由质膜所包围，质膜之外是坚固的细胞壁。细胞壁主要是由一种叫胞壁质的蛋白多糖组成。在原核细胞内含有DNA的区域，没有核膜包围，这个区域为拟核，其中只有一条DNA。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但含有核糖核蛋白体、间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。原核细胞细胞质中的内含物有气泡。多磷酸颗粒、脂肪滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称原核生物，如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。
三、真核细胞
真核细胞的细胞质与细胞核之间有核膜把它们分开，细胞质中的细胞器与结构都比原核细胞复杂。真核细胞内含有的物质，大致可分为四类：①原生质，它是细胞质与细胞核所组成的生活物质的整体。细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。②后成质，由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物，如纤毛、鞭毛等。③异质，由原生质高度特化的物质，如角质、木质、木柱质、纤维素等。④副质，细胞质中的内含物，都是新陈代谢的产物，如淀粉粒、糖元粒、油滴、乳液等。
四、真核细胞和原核细胞的主要区分见下表
真核细胞和原核细胞的主要区别
特性
原核细胞
真核细胞
细胞大小
较小（1～10um）
较大（10～um）
染色体
一个细胞只有一条DNA，与RNA、蛋白质不联结在一起
一个细胞有几条染色体，DNA与RNA、蛋白质联结在一起
细胞核
无核膜和核仁
有核膜和核仁
细胞器
无
有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等
内膜系统
简单
复杂
微梁系统
无
有微管和微丝
细胞分裂
二分体、出芽，无有丝分裂
具有丝分裂器，能进行有丝分裂
转录与转译
出现在同一时间与地点
出现在不同时间与地点（转录在核内，转译在细胞质内）
五、动物细胞和植物细胞的区别
植物细胞的外面有细胞壁，它由纤维素和果胶质构成。细胞壁分为三层：中胶层、初生壁和次生壁。中胶层（胞间层）把相邻细胞粘合在一起，初生壁在中胶层的两侧，所有植物细胞都具有。次生壁在初生壁里面，又分为外、中、内三层，厚而硬，不是所有植物细胞都有的。在两个相邻细胞之间的壁上，有胞间连丝联结两个相邻细胞的原生质体，使细胞之间互相流通。此外，植物细胞的细胞器中有液泡和叶绿体。
动物细胞表面由质膜包着，它控制着细胞内物质的运输。两个相邻细胞之间的质膜也可变形，形成联结或桥粒，使两个相邻细胞“焊接”在一起，便于通讯。动物细胞质膜外无细胞壁，动物细胞内的微管对细胞的形态起着支持作用；动物细胞质内也无明显的液泡和叶绿体。在核附近有中心体，细胞有丝分裂时，中心体能发出星状细丝，分裂时称为星体。
第二节真核细胞的结构和功能
一、细胞膜
1．细胞膜的化学组成
细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，其中脂类以磷脂为主，它既有亲水的极性部分（一般称头部），又有疏水的非极性部分（一般称尾部）。构成膜的蛋白质按其在膜中与磷脂相互作用方式及排列部位不同，可以分为外在性蛋白和内在性蛋白两大类，外在性蛋白与膜的内外表面相连，内在性蛋白嵌在脂质的内部，有的穿过膜的内外表面。
2．细胞膜的结构
关于细胞膜的结构有很多假说和模型，其中广泛被接受的是“液态镶嵌模型”。它有两个主要特点：一是膜的结构不是静止的，而是具有一定的流动性；二是膜蛋白质分布的不对称性，即有的镶嵌在脂质中，有的附在脂质表面。
3．细胞膜的功能
细胞膜的基本功能是：物质运输、细胞膜受体作用、代谢的调节控制、细胞识别、信息传递、保护细胞等。物质运输方面。细胞膜对物质的通过有高度的选择性。物质出入细胞的三种方式见下表：
物质出入细胞的方式
自由扩散
协助扩散
主动运输
浓度
高→低
高→低
低→高
载体
不需要
需要载体协助
需要载体协助
能量
不消耗
不消耗
消耗
类例
水、脂溶性物质
葡萄糖进入红细胞
无机离子、氨基酸进入细胞
此外，一些大分子物质或物质团块，还可以通过内吞和外吐的方式进出细胞。如白细胞吞噬侵入人体的病菌，属内吞方式；腺细胞所分泌的酶的过程，属外吐方式。内吞和外吐也需消耗能量。
二、细胞质
1．基质
细胞基质呈胶体状，除含有小分子和离子外，还含有脂类、糖、氨基酸、蛋白质、RNA等。在基质中存在着几千种酶，大多数中间代谢，如糖酵解、氨基酸合成等都在这里进行。在基质内分散着具一定结构和功能的小“器官”叫细胞器，如线粒体、质体。中心体、内质网、核糖体、溶酶体以及微管和微丝等。
2．线粒体
（1）线粒体形状、大小和数目线粒体一般呈线状或颗粒状，线粒体的直径约0.5～1um，长2～10um。线粒体数目因细胞类型和生理状况而不同，每个细胞中线粒体的数量可以从1到50万个，在生理活动旺盛的细胞中，线粒体数目多；在衰老或休眠的细胞中线粒体较少。
（2）线粒体结构电镜下观察线粒体由内外两层膜所包围。外膜磷脂含量较高，透性较强，有利于线粒体内外物质交换。内膜透性较差，在不同部位向内折叠形成嵴。嵴之间的内部空隙叫嵴间腔，里面充满基质，基质中含有蛋白质和少量DNA。内外膜之间的间隙叫膜间腔。里面充满液体。线粒体的内外膜上都附有酶系颗粒，在外膜上牢固附着的是柠檬酸循环所必需的酶系颗粒。柠檬酸循环所产生的NADPH通过膜进入线粒体，使ADP转变成ATP。在内膜内侧附着有许多带柄小颗粒，这种颗粒就是可溶性三磷酸腺苷。
（3）线粒体功能线粒体是细胞呼吸中心。它通过有呼吸作用的多种酶系颗粒，能将细胞质中的糖酵解，产生丙酮酸，再进一步氧化产生能量，并将能量贮藏在ATP高能磷酸键中。ATP通过膜上的小孔向外扩散到细胞质中，供细胞其他生理活动时能量的需要。
3．质体
质体是绿色植物细胞所特有的细胞器。根据颜色和功能的不同，成熟的质体分白色体、有色体和叶绿体三类。
（1）白色体（也叫无色体）因所在的组织和功能的不同可分为造粉质体、造蛋白质体和造油体。
（2）有色体有色体内含有叶黄素和胡萝卜素，呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果实中，其主要功能是积累淀粉和脂类。
（3）叶绿体主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内，是光合作用的场所。叶绿体由内外两层膜包围，叶绿体膜能控制代谢物质进出叶绿体。膜内淡黄色、半流动状态的物质叫基质，主要是可溶性蛋白质（酶）和其他代谢物质。基质中悬浮着浓绿色圆柱状颗粒叫基粒。每个基粒由两个以上类囊体重叠而成基粒片层，类囊体由自身闭合的双层薄膜组成。有些类囊体和基粒中的基粒片层横向连接，使基粒跟基粒相连，这种类囊体叫做基质片层。叶绿体的光合色素主要集中在基粒中，类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作用有关的酶。光合作用的光反应在类囊体膜上进行，合成有机物的暗反应，在叶绿体基质中进行。
4．内质网和高尔基体
内质网是由单层膜组成，有两种类型：粗糙内质网和光滑内质网。粗糙内质网呈扁平囊状，内质网膜的外面附有核糖核蛋白体颗粒，是细胞内合成蛋白质的主要部位。粗糙内质网常与核膜的外膜相连。光滑内质网呈管状，膜上没有颗粒，常与有分泌功能的高尔基体相连。光滑内质网与脂类物质的合成、糖元等的代谢有关。
高尔基体是由双层膜、表面光滑的大扁囊和小囊泡构成，多数扁囊和囊泡集合在一起，又叫高尔基复合体。在植物细胞内，有高尔基体合成的果胶、半纤维和木质素等物质，这些物质参与细胞壁的形成。在动物细胞内，高尔基体参与蛋白质的分泌。
在细胞生物学中，把核被膜、内质网、高尔基体、小泡和液泡等看成是在功能上连续统一的细胞内膜，被称为内膜系统。
5．液泡系
液泡系是指由内膜所包围的小泡和液泡，除线粒体和质体外，都属于液泡系。液泡的类型可分为以下几种：①高尔基液泡，由高尔基体成熟面高尔基地边缘形成的小泡，其中含有水解酶等。②溶酶体，由内质网形成，其中含有水解酶。③圆球体，为植物细胞所特有，相当于溶酶体，也是由内质网形成。④微体，按其中所含的酶来确定它们的性质。⑤自噬小体，由一层膜将一小部分细胞质包围而成，其中被消化的物质是细胞质内含有的各种组成，如线粒体、内质网的碎片等。⑥吞噬泡，由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。⑦胞饮液泡，由质膜的内陷作用吞噬了一些溶液或营养液而成。⑧糊粉粒，在植物的种子中产生的一种特异的液泡，其中贮有蛋白质（多数是酶），起源于内质网。⑨收缩泡，为原生动物所含有的液泡，具有伸缩性，收缩时可把废液和过量的水分排出体外。动、植物液泡都是由一层单位膜包围而成。
植物细胞中的液泡是植物细胞显著特征之一。液泡里有细胞液，细胞液主要成分是水，另外含有糖类、丹宁、有机酸、植物碱、色素、盐类等。植物细胞的液泡既是细胞营养物质的贮藏器，也是废物的排泄器。
溶酶体是溶解或消化小体，内含各种水解酶，在动植物细胞中都含有这类细胞器。细菌内没有发现溶酶体。溶酶体的功能有三个方面：正常消化作用、自体吞噬、细胞自溶作用。
微体有两种类型：过氧化物酶体和乙醛酸循环体。前者存在于动、植物细胞内，而后者仅存在于植物细胞内。
植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶，具有动物溶酶体同样的功能。
6．核糖体
核糖体颗粒存在于所有类型的活细胞内，游离在细胞质中或附着在粗糙型内质网上，快速增殖的细胞中含量更多。根据核糖体的沉降系数，把不同来源的核糖体分为70S型（具有30S和50S两个亚单位）和80S型（具有40S和60S两个亚单位）两大类。80S分布在真核细胞的细胞质中，而70S则存在于原核细胞与叶绿体内。
核糖体是蛋白质合成的主要场所。
7．中心体
中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部分：中央部分有中心粒，周围的致密物质叫中心球。它存在的位置比较接近细胞中央，在核的一侧，所以叫中心体。在电镜下看到，中心粒由27条很短的微管组成，从横切面看到是由9个三体微管盘绕成的环状结构。三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向，起着重要作用。
8．微管和微丝
微管是细胞的骨骼，而微丝则是细胞的肌肉系统。
微管含有微管蛋白，微丝含有的分子与肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白相同，也有像肌肉一样的收缩功能。
微管的功能有：支架作用、细胞的运动、细胞分裂、细胞内运输、细胞壁的结构等。微管可以单体到多聚体集合成完整的管子，但经低温、高压、秋水仙素和长春花碱等处理后就会破坏，使细胞变形，也不能运动。
微丝担负着细胞内运输、细胞质运动、细胞的移动和肌肉的收缩等功能。
三、细胞核
细胞核是细胞内储存、复制和转录遗传信息的主要场所。在真核细胞中，除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外，都有细胞核。细胞核的核膜由两层膜组成，包在核之外。核膜上有许多穿孔，称核孔，全部核孔占膜面积的8％以上。核孔是细胞核和细胞质进行物质交换的通道。核液充满在核膜内，是以核蛋白为主的胶态物质，染色质和核仁悬浮在其中。当这些基质呈液体状态（溶胶）时叫核液，呈半固体状态（凝胶）时叫核质。核仁主要由蛋白质和RNA组成，它与合成核糖体RNA有关。染色质是细胞核的重要成分，是真核细胞间期核中DNA、组蛋白、非组蛋白性蛋白质以及少量RNA所组成的一串念珠状的复合体，是能被碱性染料染色的物质。
第三节细胞周期和细胞分裂
一、细胞周期
1．概念
细胞周期是指细胞一次分裂结束开始生长，到下一次分裂完成所经历的过程。
2．细胞周期分四个时期
①从有丝分裂完成到DNA复制前的这段间隙时间叫G1期。②DNA复制的时期叫S期。在S期，DNA的含量增加一倍。③从DNA复制完成到有丝分裂开始，这段时间叫G2期，细胞分裂期的开始，标志着G2期的结束。④从细胞分裂开始到结束，也就是染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止，叫M期。M期包括前、中、后、末四个时期。
在细胞生长繁殖过程中，有的细胞在前一周期结束后，不再进入下一周期，而是退出了细胞周期，细胞这时所处的时期叫G0期。G0期的细胞不合成DNA，也不发生分裂，而处于静止状态。
二、细胞分裂
细胞分裂有三种方式：即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。
无丝分裂又称直接分裂。分裂时无染色体出现，不形成纺锤体，也无核膜、核仁的消失。无丝分裂过程简单，遗传物质也不能平均分配，但能保持亲代个体的遗传性。
有丝分裂是真核生物细胞分裂的基本形式，也称间接分裂。在分裂过程中出现由许多级锤丝构成的纺锤体，经复制后的染色质集缩成棒状的染色体，并平均分配到子细胞中。细胞有丝分裂是一个连续的过程，为研究方便，按照各时期的特点，人们将有丝分裂分为间期和分裂期。分裂期又包括前期、中期、后期和末期。
减数分裂是以有性方式繁殖的动、植物，在形成生殖细胞时发生的分裂。减数分裂有三种类型：合子减数分裂（形成合子后立即进行减数裂，如衣藻等某些藻类）
配子减数分裂（减数分裂发生在形成配子时，如动物和人）
居间减数分裂（所有高等植物）
有丝分裂和减数分裂的区别比较
有丝分裂
减数分裂
形成体细胞分裂的方式
形成生殖细胞分裂的方式
分裂过程是一次细胞分裂
分裂过程是两次连续的细胞分裂
同源染色体不发生配对联会
同源染色体配对、联会、交叉和交换，形成四分体
染色体数目不减半（2n→2n）
第一次分裂染色体数目减半（2n→n）
分裂结果形成两个体细胞
分裂结果形成四个生殖细胞
第四节细胞的分化、癌变及其他
一、细胞分化
1．细胞分化的原理
（1）细胞核的全能性
在动物个体发育过程中，受精卵具有分化出各种组织和细胞，并建立一个完整个体的潜在能力，这种细胞称为全能细胞。
在胚胎发育的囊胚细胞和原肠胚细胞，虽然具有分化出多种组织的可能，但却不能发育成完整的个体，这部分细胞叫做多能细胞。
在动物长成后，成体中储存着保持增殖能力的细胞，它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织，有的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。
看来，随着动物细胞分化程度提高，细胞分化潜能越来越窄，尽管如此，但它们的细胞核仍保持着原有的全部遗传物质，具有全能性。高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能，保持着发育的全能性。
（2）基因的选择表达
细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的，而是与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类：管家基因和奢侈基因。管家基因是维持细胞生存必需的一类基因，在各类细胞中都处于活动状态。奢侈基因是在不同组织细胞中选择表达的基因，与分化细胞的特殊性状直接相关，这类基因的丧失对细胞生存没有直接影响。目前一般认为，细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。
2．细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响
（1）细胞质在细胞分化中的决定作用
受精卵的分裂称卵裂。卵裂过程的每次分裂，从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中，但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配，在一定程度上决定了细胞的早期分化。
（2）细胞核在细胞分化中的作用
细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此，在细胞分化过程中，细胞核对于细胞分化也肯定有重要的影响，它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。
（3）外界环境对细胞分化的影响
细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响，并决定其分化方向。另外，在多细胞生物幼体发育过程中，环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。
二．癌细胞
在个体正常发育过程中，细胞有控制地通过有丝分裂增殖，有秩序地发生分化，执行特定的功能。可是，有时部分细胞由于受到某种因素的作用则发生转化，不再进行终未分化，而变成了不受调节的恶性增殖细胞，这种细胞即称为癌细胞。
1．癌细胞的主要特征
癌细胞的主要特征表现在无限增殖；接触抑制现象丧失；细胞间的粘着性降低，易分散和转移；易于被凝集素凝集；粘壁性下降；细胞骨架结构紊乱；产生新的膜抗原；对生长因子需要量降低等方面。
2．致癌因子及癌基因学说
凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类：化学致癌因子，物理致癌因子，病毒致癌因子。
一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”：认为病毒对细胞的致癌作用是由于病毒基因组中的癌基因引起，而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染而从病毒基因组中获得。如果细胞癌基因受阻，则细胞能正常发育；在各种致癌因子作用下，细胞癌基因被活化而使细胞发生癌变。
四、细胞工程
应用细胞生物学的方法，按照人们预先的设计，有计划地改变或创造细胞遗传物质的技术，以及发展这种技术的研究领域，叫做细胞工程。细胞工程学可分为五个部分：基因工程学，染色体工程学，染色体组工程学，细胞质工程学，细胞并合工程学。
第三章生物的新陈代谢
第一节酶
一、酶的概念
1．酶是生物催化剂
酶是由生物体活细胞所产生的一类具有生物催化作用的有机物。生物体内的新陈代谢过程包含着许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，其中的许多化学反应都是在酶的催化作用下进行的。
2．酶的化学本质是蛋白质
酶具有一般蛋白质的理化性质。从酶的化学组成来看，有简单蛋白和复合蛋白两类。属于简单蛋白的酶，只含有蛋白质；属于复合蛋白的酶分子中，除了蛋白质外，还有非蛋白质的小分子物质，前者称酶蛋白，后者称辅助因子，可分为辅酶和辅基两类。近些年来发现，绝大多数酶是蛋白质，有的酶是RNA。
二、酶催化作用的特点
酶与一般催化剂一样，能降低化学反应所需的活化能，使反应速度加快，反应完成时，酶本身的化学性质并不发生变化。
酶与一般非生物催化剂不同的特点是：1．高效性；2．专一性；3．需要适宜的条件。
三、酶催化作用的机理
现在认为，酶进行催化作用时，首先要和底物结合，形成一中间络合物，它很容易转变为产物和酶；该过程可表示为：S（底物）＋E（酶）→SE（中间络合物）E（酶）＋P（反应产物）。酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位称为“活性（力）中心’。一般认为，酶的活性中心有两个功能部位：结合部位和催化部位。
四、影响酶催化作用的因素
影响酶催化作用的因素有底物浓度、温度、pH、酶浓度、激活剂和抑制剂等。
第二节植物的营养器官
一、根
根据发生的部位，根分成主根、侧根和不定根三种。植物地下部分所有根的总和叫做根系，分为直根系和须根系两种。
从根的顶端到着生根毛的部分叫做根尖，它是根生长、分化、吸收最活跃的部位。从根尖的顶端起，依次分成根冠、分生区（生长点）、伸长区和成熟区（根毛区）四部分。
根的初生结构由外向内分成表皮、皮层和维管柱（中柱）。皮层的最内层细胞叫做内皮层，这层细胞的径向壁和横壁上形成栓质化的带状加厚结构，叫做凯氏带，它具有加强控制根的物质转移的作用。维管柱由中柱鞘、初生木质部和初生韧皮部三部分组成。双子叶植物的根可以进行次生生长，由形成层细胞进行细胞分裂，向内形成次生木质部，向外形成次生韧皮部。
根的生理功能是吸收、支持、合成和贮藏，有些植物的根还有营养繁殖的作用。
二、茎
茎的形态特征是有节和节间，有芽，落叶后节上有叶痕。茎因生长习性的不同，可以分为直立茎、攀援茎、缠绕茎和匍匐茎四类。
茎的主干由种子的胚芽发育而成，侧枝由主干上的芽发育而成。因此，芽是一个枝条的雏型，将植物的叶芽纵切，从上到下依次为生长点、叶原基、幼叶、腋芽原基。
双子叶植物茎的初生结构分为表皮、皮层和维管柱。维管柱由维管束、髓和髓射线三部分组成。维管束是初生韧皮部、形成层和初生木质部组成的束状结构。双子叶植物茎的维管束常排列成筒状。茎的次生结构是由形成层的活动而加粗的部分。由于形成层的活动受四季气候影响而在多年生木质部横切面上出现年轮。
一般单子叶植物的茎只有初生结构，由表皮、维管束和薄壁组织组成。表皮下有机械组织，起支持作用，其细胞常含叶绿体。维管束是分散的，有的植物茎中空成髓腔。
茎的生理功能主要是运输水分、无机盐类和有机营养物质，同时又能支持技、叶、花和果实展向空中。此外还有贮藏和营养繁殖的作用。
三、叶
植物的叶一般由叶片、叶柄和托叶三部分组成。叶片内分布着叶脉，叶脉有网状脉和平行脉之分。叶柄有支持和输导作用。
叶片的结构通常分三部分：表皮、叶肉和叶脉。表在分为上表皮和下表皮。表皮细胞之间有许多气孔，由两个保卫细胞围成，保卫细胞控制着气孔的开闭。气孔是叶蒸腾水分和气体进出的通道。叶肉由含许多叶绿体的薄壁细胞组成，分为栅栏和海绵组织，大中型叶脉由维管束和机械组织构成，木质部在上，韧皮部在下。叶脉越细，结构越简单。
四、根、茎、叶的变态
根的变态包括贮藏根（有肉质直根、块根）、气生根（有支柱根、呼吸根、攀援根等）、寄生根（吸器）；茎的变态包括地下茎的变态（有块茎、鳞茎、球茎、根状茎等）、地上茎的变态（有茎卷须、枝刺、叶状枝、肉质茎等）；叶的变态，有苞叶、叶卷须、鳞叶、叶刺、捕虫叶等。
第三节植物的光合作用
一、光合作用的概念及其重要意义
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。光合作用的重要意义是把无机物转变成有机物，转化并储存太阳能，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定等。总之，光合作用是地球上几乎一切生物的生存、繁荣和发展的根本源泉。
二、光合作用的场所和光合色素
叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器。叶绿体的类囊体薄膜上分布有光合色素，在类囊体膜和间质中存在许多种光合作用需要的酶。
叶绿体中的色素有三类：①叶绿素，主要是叶绿素a和叶绿素b。绝大多数叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集光能的作用，少数不同状态的叶绿素a分子有将光能转换为电能的作用。②类胡萝卜素，包括胡萝卜素和叶黄素。它们除有收集光能的作用之外，还有防止光照伤害叶绿素的功能。③藻胆素，是藻类进行光合作用的主要色素。
三、光合作用的过程
光合作用的总反应式概括为：
CO2＋H2O（CH2O）＋O2
1．光反应阶段
是由光引起的光化反应，在叶绿体的类囊体上进行，包括两个步骤：①光能的吸收、传递和转换，是通过原初反应完成的。这个过程使光能转换为电能。②电能转换为活跃化学能过程，是通过电子传达和光合磷酸化完成的。结果使电能转变成的活跃化学能贮存于ATP和NADPH2中。
2．暗反应阶段
是由若干酶所催化的化学反应，不需要光，在叶绿体的间质中进行。暗反应是活跃的化学能转变为稳定化学能的过程，通过碳同化来完成。碳同化的途径有卡尔文循环（C3途径）、C4途径和景天科酸代谢（CAM）。卡尔文循环是碳同化的主要形式，大体分三个阶段：①羧化阶段（CO2的固定）。②还原阶段。③更新阶段。根据碳同化的最初光合产物的不同，把高等植物分为C3植物和C4植物两类。
四、外界条件对光合作用的影响
影响光合作用的外界条件主要有光照强度、二氧化碳浓度、温度和水含量等。
第四节植物对水分的吸收和利用
一、植物细胞对水分的吸收
细胞吸水的主要方式是渗透吸水。细胞的渗透吸水取决于水势。纯水的水势最高，定为零值，则其他溶液的水势就成负值，溶液越浓，水势越低，水势总是从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动。成熟的植物细胞是一个渗透系统，细胞的水势表示为：
水势＝渗透势＋压力势＋衬质势
当细胞处于不同浓度的溶液中时，在细胞内外就会有水势差，从而发生渗透作用。可以用“植物细胞的质壁分离和复原”实验来证明植物细胞的渗透作用。
植物细胞在形成液泡之前依靠吸胀作用吸水。吸胀作用是亲水胶体吸水膨胀的现象。
二、植物根系对水分的吸收
根系吸水有两种动力：（l）根压：即根系的生理活动使液流从根部上升的动力。从土壤到根内通常存在一个由高到低的水势梯度。使水分由土壤溶液进入根的表皮、皮层，进而到达木质部导管。此外水分还可以通过成熟区表皮细胞壁以及根内层层细胞之间的间隙向里渗入，最终也达到导管。（2）蒸腾拉力：这种吸水是依靠蒸腾失水而产生的蒸腾拉力，由枝叶形成的力量使到根部而引起的被动吸水。
影响根系吸水的外界条件有土壤中可用水分、土壤通气状况、土壤温度、土壤溶液浓度等。
三、蒸腾作用
水分以气体状态从植物体表面（主要是叶）散失到体外的现象叫做蒸腾作用。蒸腾作用对植物体有重要生理意义。蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力，蒸腾作用能促进矿质养料在体内的运输，蒸腾作用能降低叶片的温度。
植物成长以后，蒸腾作用主要通过叶面进行。叶面蒸腾分为角质蒸腾和气孔蒸腾，后者是最主要形式。
外界条件影响蒸腾作用的最主要因素是光照，此外还有空气相对湿度、温度、风等。生产实践上，一方面要促使根系生长健壮，增强吸水能力；另一方面要减少蒸腾，这在干旱环境中更为重要。
四、植物体内水分的运输
水分被根系吸收进入木质部的导管和管胞后，沿着木质部向上运输到茎或叶的木质部，而到达植物体的各部。水分子在导管内上有蒸腾拉力，下有根压，中间有水分子本身的内聚力，使水分形成连续的水柱源源而上。
第五节植物的矿质营养
一、植物必需的矿质元素及其主要生理作用
植物生长发育必需的元素有C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo和Cl等16种，除C、H、O以外的13种元素主要由根系从土壤中吸收，叫做矿质元素。植物对前9种元素需要量相对较大，属于大量元素；对后7种元素需要量极微，属于微量元素。
矿质元素的生理作用：一是细胞结构物质的组成成分；二是植物生命活动的调节者，参与酶的活动；三是起电化学作用，即离子浓度的平衡。胶体的稳定和电荷中和等。
二、植物体对矿质元素的吸收
根吸收土壤中矿质离子的过程，首先通过交换吸附把离子吸附在根部表皮细胞表面；然后靠扩散作用，通过非质体运输进入皮层内部，同时，也靠呼吸供给的能量做功，通过共质体主动运输进入根细胞内部；最后进入导管。
根吸收矿质元素的主要特点表现在：根吸收矿质元素和吸收水分是相对独立的，根对离子的吸收有选择性。
三、生物固氮
某些微生物把空气中的游离态氮还原为氨的过程称为生物固氮。固氮微生物依靠固氮酶，消耗能量，把氮还原成氨，供植物利用。其总反应式为
N2＋8e－＋8H＋＋16ATP2NH3＋H2＋16ADP＋16Pi
四、矿质元素在植物体内的运输和利用
吸收到根内的矿质元素，多数同化为有机物，有一些仍呈离子状态。它们进入导管后，随蒸腾作用流经木质部一起上升到地上各部，有些物质可从木质部横向运输到韧皮部。
在植物体内，参与循环的元素大多分布于代谢较旺盛的幼嫩部分，Ca、Fe等不参与循环的矿质元素在越老的器官含量越多。
第六节高等动物和人体内的主要代谢系统
一、消化系统
1．消化系统的组成
高等动物和人体的消化系统分为消化管和消化腺两部分。消化管一般分为口腔、咽、食道、胃、小肠（十二指肠、空肠和回肠）、大肠（盲肠、结肠和直肠）和肛门。小肠是消化和吸收的主要场所，是消化管中最长的部分。消化腺分为两类，一类是位于消化道外的大消化腺，如唾液腺、肝、胰；一类是位于消化道壁、粘膜层的大量小消化腺，如胃腺、肠腺。消化腺分泌的消化液里含多种消化酶。肝脏是体内最大的消化腺，具有分泌胆汁、物质代谢、参与血细胞生成和破坏、解毒、产生体热等作用。
2．食物的营养成分
组成食物的营养成分分为糖类、脂类、蛋白质、维生素、无机盐和水六大类。其中蛋白质、水、脂类等是构成机体的重要原料；糖类、脂类、蛋白质等有机物是机体生命活动的能源物质；维生素和无机盐对生命活动起调节作用。
3．食物的消化
消化是指食物通过消化管的运动和其在消化液的作用下被分解为可吸收成分的过程。消化的方式有细胞内消化和细胞外消化两种。消化的过程分为机械性消化和化学性消化。机械性消化是通过牙齿的咀嚼和胃肠的蠕动，将食物磨碎、搅拌和消化液混合、输送排出残渣等一系列消化管的运动机能。化学性消化是在生物体内把蛋白质、脂类和糖类等高分子物质分解成结构简单、能被吸收的小分子物质的过程，它是依靠消化液中各种消化酶来完成的。
4．营养物质的吸收
各种营养物质的消化产物以及水、无机盐和维生素等，通过消化管壁粘膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程叫做吸收。小肠是吸收的主要部位，胃只能吸收少量酒精和水分，大脑能吸收水、无机盐和部分维生素，小肠上皮细胞吸收营养物质时，水、甘油、胆固醇等是通过渗透、扩散等作用来吸收的，葡萄糖、氨基酸、无机盐离子等是通过主动运输来吸收的。甘油和脂肪酸被吸收到小肠上皮细胞后重新合成脂肪、再外包卵磷脂和蛋白质形成的膜，形成乳糜微粒。脂肪的主要转运途径是淋巴，经淋巴转入血液，其余营养物质的转运途径是通过血液循环。
二、循环系统
1．循环系统的组成
循环系统包括心血管系统和淋巴系统两部分。血液循环是在由心脏和血管组成的密闭的心血管系统中进行的。其中，心脏是血液循环的动力器官，血管是血液循环的管道，瓣膜是使血液向一定方向流动的特殊结构。
2．血液循环途径
血液循环分为体循环和肺循环。体循环和肺循环的大体途径归纳如下。
3．血液
血液由血浆和血细胞组成。血浆是血液的液体部分，有运输血细胞、营养物质和代谢产物的作用。血细胞包括红细胞、白细胞和血小板三种。红细胞有运输O2和CO2的功能，白细胞起防御和免疫作用，血小板能促进止血和加速凝血。
4．心脏
心脏为一中空的肌性器官。哺乳类和人的心脏有左、右心房和左、右心室四腔室，由中隔分为不相通的两半。同侧心房和心室之间有房室口相通，左房室四有二尖瓣，右房室口有三尖瓣，它们都朝心室方向开放，使血液只能从心房流入心室。
右心房与上、下腔静脉相连通，右心室与肺动脉相连通，左心房与四条肺静脉相连通，左心室与主动脉相连通。在肺动脉和主动脉起始部位的里面，各有三个半月形的瓣膜，分别称为肺动脉辩和主动脉瓣，它们都朝动脉方向开启，能阻止血液由动脉返回心室。
心脏有一套传导系统，能自动地、节律地发生兴奋。心脏有心动周期，心搏频率和心输出量等生理指标。
5．血管
根据结构、功能和血流方向不同，血管分为动脉、静脉和毛细血管。
动脉是把血液从心脏输送到身体各部分去的血管，动脉的管壁厚。弹性大、管内血流的速度快，心脏搏动所引起的主动脉管壁发生搏动，这搏动沿动脉管壁向外周传递，就是脉搏。
静脉是把血液从身体各部分送回心脏的血管，与伴行的动脉相比，静脉管壁薄，弹性小，管腔大，管内血流的速度慢。四肢静脉的内表面通常有防止血液倒流的静脉瓣。
毛细血管是连通于最小的动脉与最小的静脉之间的血管，毛细血管数量大，分布广，管壁由一层扁平细胞构成，管内血流的速度极慢，是血液和组织液进行物质交换的部位。
6．淋巴系统
淋巴系统是心血管系统的辅助部分。它由淋巴管、淋巴结、脾等组成。淋巴循环是未被毛细血管吸收的、可流动的少量组织液进入组织间隙的毛细淋巴管成为淋巴，逐级汇合进入较大的淋巴管，通过淋巴结，最后经左侧胸导管和右侧淋巴管进入左、右锁骨下静脉的过程。
7．循环系统的作用
循环系统能运输代谢原料和代谢废物，保证机体新陈代谢的进行；把内分泌腺分泌的激素运输到机体各部，执行体液调节作用；运输白细胞和淋巴细胞，有免疫功能；维持机体内环境的恒定，为生命活动提供最适宜的条件。
三、呼吸系统
1．呼吸系统的组成和结构
呼吸系统由输送空气的呼吸道和进行气体交换的肺组成。呼吸道包括鼻、咽、喉、气管和支气管，通常把鼻、咽、喉划为上呼吸道，气管、支气管划为下呼吸道。
鼻腔分成嗅部和呼吸部；喉是呼吸道的一部分，也是发声器官；气管反复分支为各级支气管和细支气管，再由终末细支气管分支为呼吸性细支气管，后者再经分支连接肺泡管、肺泡囊和肺泡。
肺是呼吸系统的主要器官，是气体交换的场所，肺内最小的呼吸单位是肺泡，肺泡由单层上皮细胞构成，被毛细血管网包绕，保证了肺泡内充分的气体交换，肺泡外有丰富的弹性纤维，有助于吸气后肺泡的弹性回缩。
2．呼吸的过程与原理
呼吸过程包括三个连续的环节：（1）外呼吸（肺呼吸），指外界环境的气体在肺部和体内的气体交换，包括肺的通气和肺泡内的气体交换；（2）气体在血液中的运输，氧由肺经过血液循环运送到组织，同时二氧化碳由组织运输到肺；（3）内呼吸（组织呼吸），指血液与组织细胞之间的气体交换。
肺的通气与呼吸运动密切相关。胸部有节律地扩大与缩小称为呼吸运动。它包括吸气和呼气两个过程。呼吸运动是由呼吸肌的舒缩活动引起的，人体主要的呼吸肌有隔肌和肋间肌。由于呼吸运动形成了肺内气压与大气压之间的压力差，才使气体能够进出肺泡，实现肺的通气。
肺泡内的气体交换和组织里的气体交换都通过扩散作用来实现。气体交换的动力是气体压力差，肺泡气、动脉血、静脉血液、组织内的氧气分压和二氧化碳分压各不相同，彼此存在分压差。于是气体就从分压高处向分压低处扩散。总之，肺循环中毛细血管的血液不断从肺泡获得氧气，放出二氧化碳；而体循环中毛细血管的血液则供给组织氧气和接受来自组织的二氧化碳，从而不断满足细胞新陈代谢的需要。
四、泌尿系统
1．排泄的概念与途径
人和动物把新陈代谢的最终产物，多余的水和无机盐，以及其他机体不需要或对机体有害的物质排出体外的过程，叫做排泄。人体的主要排泄器官是肾脏，此外还有皮肤的汗腺、肺和大肠。尿在肾脏里形成，经输尿管到达贮尿的膀就，最后由尿道排出体外。肾、输尿管、膀胱和尿道组成泌尿系统。
2．肾脏的结构
肾脏是泌尿系统的主要器官。从肾脏的纵剖面看，肾实质可以分为皮质和髓质两部分。髓质与漏斗状的肾盂相连通。每个肾约由一百多万个肾单位以及集合管和少量结缔组织组成。肾单位是肾脏的结构和功能的基本单位，肾单位的组成与分布归纳如下。
肾单位包括肾小体、肾小管；肾小体位于皮质，由肾小球、肾小囊组成；肾小管位于皮质和髓质，由近曲小管、髓袢细段、远曲小管组成。
肾小管最终通入集合管，后者伸入肾盂，再由肾盂连接输尿管。
3．尿的形成
尿是由流经肾单位的血液形成的，它包括三个步骤：（1）肾小球的滤过作用。血液流经肾小球时，血液里除血细胞和大分子蛋白质外，其余成分都能够滤过到肾小囊腔中，生成原尿。（2）肾小管和集合管的重吸收作用。原尿中的葡萄糖、氨基酸、小分子蛋白质等营养物质几乎被全部主动重吸收，水和Na＋、Cl－、Ca2＋等大部分被重吸收，少量尿素也随之被重吸收，肌酐则完全不被重吸收。（3）肾小管和集合管的分泌和排泄作用。肾小管上皮细胞可以把代谢产物的某些物质如H＋、NH3等分泌到管腔中，或把血液中某些物质转运到肾小管管腔中去。通过上述三个过程，最终形成终尿。
五、内环境的稳态
人体内含有的大量液体，称为体液。体液分为细胞内液和细胞外液。人体内的细胞外液构成了人体内细胞生活的液体环境，这个液体环境叫做人体的内环境。人体内的细胞可以通过内环境，与外界环境之间间接地进行物质交换。循环、消化、呼吸和泌尿系统与体内细胞的物质交换有密切的关系，神经和内分泌系统则起着重要的调节作用。
生理学家把正常机体在神经和体液调节下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫做内环境稳态。内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
第七节人和动物体内有机物的代谢
一、糖类代谢
糖类是动物和人生命活动的主要能源。食物中的糖类主要是淀粉。淀粉经过消化分解成葡萄糖，被小肠吸收进人血液循环，运输到全身各个器官和组织中。糖类在体内主要有三个变化：氧化分解、合成糖元和转变成脂肪等。
1．氧化分解
氧气供给不足时，葡萄糖通过酵解生成乳酸；在充分供给氧气的条件下，葡萄糖经过三核酸循环和呼吸链等途径，彻底分解成二氧化碳和水。葡萄糖的有氧氧化是细胞内产生能量最主要的方式，它比无氧酵解过程释放的能量多，但后者为组织细胞在氧气供应不足时提供机体急需的能量。
2．合成糖元
血液中的葡萄糖除了供细胞利用外，多余的部分在肝脏或肌肉等组织细胞中合成糖元贮备起来。肝糖元是能量的暂时贮备，当血糖含量降低时，又可以分解成葡萄糖释放到血糖中，使血糖含量得以维持在相对稳定的水平。
3．转变成脂肪
若经上述变化后，还有多余的葡萄糖，则可以转变成脂肪，作为能源物质贮备起来。另外，葡萄糖代谢的中间产物如丙酮酸、a–酮戊二酸、草酸乙酸经转氨作用可以产生相应的丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸。
二、脂类代谢
食物中的脂类主要是脂肪，还有少量的磷脂和胆固醇。脂肪消化的产物是甘油和脂肪酸，它们被吸收到小肠上皮细胞以后，大部分重新合成脂肪，经淋巴循环进入血液循环被运送到脂肪组织贮存起来。脂肪也可以再水解成甘油和脂肪酸，甘油经转化后，通过酵解途径进入三羧酸循环而彻底氧化；脂肪酸经β–氧化作用逐步氧化，释放出的乙酰辅酶A通过三核酸循环彻底氧化。所以脂肪的主要功能是贮存和供给能量。此外，脂肪还有缓冲机械冲击，保护和固定内脏器官，以及保持体温的作用。磷脂主要参与构成机体的组织，也可以氧化分解，释放能量，或转变成脂肪。胆固醇主要是构成机体的组织，也可以转变成一些重要的化合物，如某些类固醇激素和胆汁酸等。
三、蛋白质代谢
食物中的蛋白质在消化道内被消化分解成氨基酸，氨基酸被小肠吸收后，通过血液循环输送到全身各器官组织，主要发生四方面变化
1．合成各种组织蛋白质，如血红蛋白、肌球蛋白、肌动蛋白等。
2．合成具有一定生理功能的特殊蛋白质，如蛋白质类激素等。
3．氨基转换作用，也称转氨基作用
在转氨酶作用下，氨基酸上的氨基转移到a一酮酸上，使后者变成相应的氨基酸，原来的氨基酸失去氨基变为相应的酮酸。可用下式表示：
＋＋
氨基酸α–酮酸酮酸氨基酸
在人和动物体内能够合成的氨基酸，称为非必需氨基酸，如丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸等十几种。不能在人和动物体的细胞内合成，必须从食物中获得的氨基酸，称为必需氨基酸，人体的必需氨基酸有8种：甲硫氨酸、赖氨酸、色氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸。
4．脱氨基作用
氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下，进行氧化脱氨作用生成酮酸（不含氮部分）和氨（含氮部分）。氨在肝脏中经鸟氨酸循环转变成尿素而排出体外，酮酸经三核酸循环氧化分解为二氧化碳和水，释放能量，也可以合成糖类和脂肪。
四、三大有机物代谢的关系
糖类可以转变成非必需氨基酸，氨基酸都可以转变成糖类和脂肪，糖类和脂肪可以互相转化。关于糖类、蛋白质和脂肪在动物体内的转化关系可以概括如下：
表示精尖转弯成非必需氨某酸
第八节生物的呼吸作用
一、呼吸作用的概念、类型和生理意义
生物的呼吸包括外呼吸和内呼吸两个步骤。外呼吸是指机体与外界环境之间的气体交换。动物通过呼吸器官、植物通过叶的气孔与外界进行气体交换。内呼吸是指细胞的呼吸，即呼吸作用。
生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳和水或其他产物，并且释放出能量的过程叫做呼吸作用。
生物的呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两种类型，有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。有氧呼吸是高等动植物进行呼吸作用的主要形式。
呼吸作用的生理意义主要表现在：呼吸作用为生物体的生命活动提供能量，还为体内其他化合物的合成提供原料。
二、呼吸作用的过程
1．有氧呼吸的过程
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖。有氧呼吸的反应式：
C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量有氧呼吸的全过程分为三个阶段：
（1）糖酵解，葡萄糖在无氧条件下分解为丙酮酸的过程。该阶段在细胞质基质中进行，可概括如下：C6H12O6＋2NAD＋2ADP＋2Pi2CH3COCOOH＋2NADH2＋2ATP
（2）三羧酸循环，在有氧条件丙酮酸彻底分解的过程。该阶段在线粒体中进行。三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质和核酸及其他物质的共同代谢过程。总式可概括为：
→
（3）呼吸链和氧化磷酸化（生物氧化），前两阶段脱下的氢经呼吸链的一系列电子传递体和氢传递体而逐步氧化，最后氢被氧接受，形成水。同时，呼吸链上氧化作用释放的能量和ADP的磷酸化作用偶联起来，形成大量ATP。该阶段也在线粒体中进行，和概括为：
2．无氧呼吸的过程
细胞无氧呼吸的场所是细胞质基质。无氧呼吸全过程分为两个阶段：（1）与有氧呼吸的第一阶段相同。（2）在缺氧条件下，丙酮酸在不同酶的催化作用下，或脱羧形成乙醛，再被还原成乙醇；或直接被还原生成乳酸。总反应式为：
C6H12O6＋2ADP＋2Pi→2C2H5OH＋2CO2＋2ATP
C6H12O6＋2ADP＋2Pi→2C3H6O3＋2ATP高等植物无氧呼吸的主要形式是产生酒精，酵母菌和其他一些微生物能进行酒精发酵。马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜和玉米胚的无氧呼吸也可以产生乳酸，乳酸细菌能进行乳酸发酵。高等动物和人体剧烈运动时，骨骼肌组织出现无氧呼吸，产生乳酸。
三、影响呼吸作用的因素
一般来说，凡是生长迅速的植物种类、器官组织和细胞，其呼吸均较旺盛，如幼根动叶的呼吸强于老根老叶，生殖器官的呼吸强于营养器官。
影响呼吸作用的外界条件主要有温度、氧气和二氧化碳含量。
四、呼吸作用的原理在生产实践中的应用
由于呼吸是新陈代谢的中心，在栽培过程中，应使呼吸过程正常进行，还要注意调节与光合作用的关系。由于呼吸作用消耗有机物和放热，所以，贮藏粮食和水果蔬菜时，又应该控制一定条件，降低呼吸作用，以利安全贮存。
第九节微生物的新陈代谢
一、微生物的营养类型
根据微生物所需要的能源、碳源的不同，可分为四大类。见下表。
微生物的营养类型比较
营养类型
能源
碳源
供氢体
实例
光能自养微生物
光能
CO2
无机物
藻类、红硫细菌、绿硫细菌
光能异养做生物
光能
CO2
有机化合物
红螺细菌
化能自养微生物
无机物氧化产生的化学能
CO2或碳酸盐
硫细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌
化能异养微生物
有机物氧化产生的化学能
主要是有机物，来自有机质（腐生）或有机体（寄生）
绝大多数细菌、放线菌，几乎全部的真菌
二、微生物的呼吸类型
微生物有不同的产能代谢途径。以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程，称为有氧呼吸；以有机物（基质未彻底氧化的产物如丙酮酸）作为最终电子受体的，称为发酵；以无机氧化物（如NO3－、SO42－、CO2）作为最终电子受体的，称为无氧呼吸。据此，微生物分为不同呼吸类型，见下表。
微生物的呼吸类型比较
呼吸类型
生活环境
生物氧化方式
实例
好氧性微生物
有氧
有氧呼吸
很多常见的细菌、放线菌、真菌
厌氧性微生物
缺氧
无氧呼吸或发酵
梭状芽孢杆菌、产甲烷杆菌，乳酸菌等
兼性厌氧微生物
有氧缺氧均可
有氧时，进行有氧呼吸；缺氧时，进行发酵或无氧呼吸
酵母菌，硝酸盐还原细菌等
三、微生物的发酵类型
1．乙醇发酵
如酵母菌，在缺氧条件下将葡萄糖经糖酵解途径分解成丙酮酸，丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛被还原成乙醇。工业上用于酿酒和生产酒精。
2．乳酸发酵
进行乳酸发酵的主要是细菌。它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸。用于制泡菜、青贮饲料及乳酪、酸牛奶等乳酸发酵制品。
3．丙酸发酵
葡萄糖经糖酵解途径生成的丙酮酸可羧化形成草酸乙酸，后者还原成琥珀酸，再脱羧产生丙酸。丙酸细菌多见于动物肠道及乳制品中。
4．混合酸发酵
是大多数肠杆菌的特征，如大肠杆菌的发酵产物中有甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、二氧化碳和氢气等。
5．丁酸发酵
如专营厌氧的梭状芽抱杆菌，丁酸是其特征性的发酵产物。用于工业上产生丙酮、丁醇。
四、生物新陈代谢的基本类型
新陈代谢是生物体最基本的生命活动过程，是活细胞中全部化学反应的总称。它包括同化作用和异化作用两方面。按照自然界中生物体同化作用和异化作用方式的不同，新陈代谢的基本类型可分为以下几种类型。
同化作用类型有自养型和异养型两种。
自养型就是摄取无机物转变为自身组成物质并储存能量的同化作用类型，包括光能自养型、化能自养型；
异养型就是摄取现成有机物转变为自身组成物质并储存能量的同化作用类型。
异化作用类型有需氧型（有氧呼吸型）和厌氧型（无氧呼吸型）。
需氧型即要摄取氧，彻底氧化分解有机物并释放大量能量的异化作用类型；
厌氧型即在缺氧条件下，将有机物不彻底分解并释放少量能量的异化作用类型。
第四章生命活动的调节
第一节植物的激素调节
一、植物的感性运动和向性运动
感性运动是植物体受到不定向的外界刺激（如光暗转变、触摸等）而引起的局部运动。外界刺激方向与感性运动的方向无关。感性运动有些是生长运动，不可逆的细胞伸长；有些是紧张性运动，由叶枕膨压变化产生，是可逆性变化。
向性运动是植物体受到一定方向的外界刺激（如光、重力等）而引起的局部运动，它的方向取决于外界刺激的方向。向性运动是生长引起的、不可逆的运动。依外界因素的不同，向性运动又可分为向光性、向重力性、向化性和向水性等。
二、植物激素
植物激素是指一些在植物体内合成的，从产生部位运输到作用部位，并且对植物体的生命活动产生显著的调节作用的微量有机物。植物激素共有五类：生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸和乙烯。
1．生长素类
（1）生长素的产生。分布和运输生长素在植物体内的合成部位主要是叶原基、嫩叶和发育中的种子。生长素的分布大多集中在生长旺盛的部位。生长素具有极性运输的特性，只能从植物体的形态学上端向下端运输，而不能倒转。
（2）生长素的生理作用生长素是吲哚乙酸，它具有促进植物生长的作用。生长素能引起细胞壁松弛软化，促进RNA和蛋白质的合成。生长素对植物生长的作用具有两重性。一般地，低浓度的生长素可以促进植物生长，而高浓度的生长素则抑制植物生长。植物的不同器官对不同浓度生长素的敏感程度不同，根最敏感，茎最不敏感，芽居中。
（3）生长素在农业生产上的应用人工合成的生长素类似物有萘乙酸、2，4–D等。它们在生产上的应用主要有：（1）促进扦插的枝条生根；（2）促进果实发育；（3）防止落花落果。
2．赤霉素类
赤霉素是在水稻恶苗病的研究中发现的，引起该病的病菌叫赤霉菌，它能分泌促进稻苗徒长的物质，取名叫赤霉素。植物体合成赤霉素的部位一般在幼芽、幼根、未成熟的种子等幼嫩的组织和器官里。赤霉素的生理作用是促进细胞伸长，从而引起茎秆伸长和植物增高。此外，它还有促进麦芽糖化，促进营养生长，防止器官脱落和解除种子、块茎休眠促进萌发等作用。
3．细胞分裂素类
细胞分裂素在根尖合成，在进行细胞分裂的器官中含量较高，细胞分裂素的主要作用是促进细胞分裂和扩大，此外还有诱导芽的分化，延缓叶片衰老的作用。
4．脱落酸
脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多。脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进休眠和提高抗逆能力等作用。
5．乙烯
乙烯是一种气体激素，它广泛存在于植物各种组织和器官中，在正在成熟的果实中含量更多，乙烯的主要作用是促进果实成熟，此外，还有促进老叶等器官脱落的作用。
6．植物激素的相互作用
五大类植物激素的生理作用大致分为两方面：促进植物的生长发育和抑制植物的生长发育。植物的生长发育过程，不是受单一激素的调节，而是由多种激素相互协调，共同调节的。
第二节动物的激素调节
一、人和高等动物的体液调节
体液调节是指某些化学物质（如激素、CO2）通过体液的传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节。体液调节的主要内容是激素调节，此外，参与体液调节的化学物质还有CO2和H＋等。
1．激素的概念和化学成分
激素是由内分泌腺（或具有内分泌功能的细胞）分泌的活性物质。它在血液中的含量极少，但是对动物和人体的新陈代谢、生长发育和生殖等生理活动起着重要的调节作用。
激素按其化学结构分为两类。一类是含氮类激素，包括多肽及蛋白质、氨基酸衍生物和脂肪酸衍生物；另一类是类固醇激素。
2．激素的种类和生理作用
关于激素的种类、分泌器官和生理作用归纳如下表。
激素的种类、分泌器官和生理作用
性质
内分泌腺
激素
主要生理作用
氨基酸衍生物
甲状腺
肾上腺髓质
甲状腺激素
肾上腺素和去甲肾上腺素
促进新陈代谢，促进生长发育，提高神经系统兴奋性
增强心脏活动，使血管收缩，血压升高，促进糖元和脂肪分解，使血糖升高
类固醇类物质
睾丸
卵巢
肾上腺皮质
睾丸酮
雌激素
孕激素
盐皮质激素
糖皮质激素
促进男性生殖器官发育和精子生成，激发维持男性第二性征；促进女性生殖器官发育和卵子生成，激发维持女性第二性征；促进卵植入和乳腺成熟，维持妊娠；调节水、无机盐代谢，有“保钠排钾”和保水作用；调节糖类、脂肪、蛋白质代谢，应激反应和抗炎作用
肽和蛋白质衍生物
甲状旁腺；甲状腺（C细胞）；胰岛（α细胞）（β细胞）
甲状旁腺激素
降钙素
胰高血糖素
胰岛素
调节钙、磷代谢、使血钙浓度升高
调节钙、磷代谢，使血钙浓度降低
促进肝糖元分解和糖元异生作用，使血糖浓度升高
调节糖类、蛋白质和脂肪代谢，使血糖浓度降低
垂体
腺垂体
生长激素
促甲状腺激素
促肾上腺皮质激素
促性腺激素
促进生长，主要是促进蛋白质的合成和骨的生长
维持甲状腺正常发育，促进甲状腺激素的合成和分泌
维持肾上腺皮质正常发育，促进糖皮质激素的合成和分泌
维持性腺正常发育，促进性激素的合成和分泌
神经
垂体
催产素
抗利尿激素
刺激子宫收缩，乳腺排乳
促进肾小管对水的重吸收，使血压升高
3．激素间的相互作用
（1）对某一生理活动的调节，都是由多种激素相互协调、相互作用共同完成的。激素的作用有的是相互增强作用，有的则是相互拮抗。
（2）垂体分泌的多种促激素具有调节、管理对应的内分泌腺的作用，垂体的这种调节作用又是在下丘脑的控制下进行的。下丘脑的一些神经分泌细胞所分泌的“释放激素（因子）”和“释放抑制激素（因子）”对垂体的分泌具有特异性刺激作用或抑制作用；另一方面，靶腺激素对下丘脑——垂体的分泌也起反馈性调节作用，按反馈作用性质，可分为负反馈调节和正反馈调节两种类型。
（3）血糖调节正常健康成人早晨空腹时的血糖浓度为80～mg/mL全血。在正常情况下，由于神经和体液因素的调节，血糖的利用和补充保持着动态平衡，血糖浓度得以保持在相对稳定的水平。在体液调节方面，生长激素、甲状腺激素、肾上腺素，胰高血糖素和糖皮质激素都作用于糖代谢，共同使血糖升高，相反地，胰岛素对糖代谢的重要作用是降低血糖浓度。
二、昆虫的激素调节
昆虫激素分为两类：内激素和外激素。关于昆虫激素的种类、分泌部位和特性、作用等内容的总结见下表。
昆虫激素的比较
种类
名称
分泌部位与特性
作用
内激素
脑激素
脑的神经分泌细胞
作用于咽侧体和前胸腺等
对昆虫的生长发育等生命活动起调节作用
蜕皮激素
前胸腺
调节昆虫的蜕皮
保幼激素
咽侧体
使昆虫保持幼虫性状，抑制成虫性状的出现
外激素（信息激素）
性外激素
昆虫体表的腺体分泌到体外的一类挥发性的化学物质
引诱同种异性个体来交尾
作为化学信号影响和控制同种的其他个体，使它们发生反应
聚集外激素
营群体生活的昆虫个体间的信息联络
告警外激素
营群体生活的昆虫受到动物袭击时用来告警同类个体
追踪外激素
营群体生活的昆虫离巢外出时再归巢
第三节人和高等动物的神经调节
一、神经调节的结构基础
1．神经系统的功能和组成
神经系统是人和动物体的生命活动的调节者和控制者，它能保证体内各器官、系统的活动协调统一，使机体成为一个统一的整体；同时，通过神经系统的调节作用，使机体对环境变化各种刺激做出相应的反应，达到机体与环境的统一。
神经系统的组成简要概括如下：
2．神经元
神经元是神经系统的结构和功能的基本单位。神经元就是神经细胞。有关神经元的知识概括如下：
二、神经调节的基本方式
1．反射和反射弧
反射是在中枢神经系统的参与下，人和动物体对体内和外界环境的各种刺激所发生的规律性的反应。反射是神经调节的基本方式。反射分为非条件反射和条件反射两类。
反射活动的结构基础是反射弧。反射弧包括五部分：感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器。
2．兴奋的传导
（1）神经纤维上兴奋的传导神经在静息状态下存在静息电位。当神经纤维某一点受到刺激产生兴奋时形成动作膜电位，进而产生局部电流，沿着神经纤维传导，兴奋沿神经纤维传导时，具有双向传导、绝缘传导、不衰减传导和沿有髓鞘神经纤维的跳跃传导等特点。
（2）神经元之间兴奋的传递一个神经元与另一个神经元相接触的部位叫做突触。突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成。因所含递质的不同，突触分为兴奋性突触和抑制性突触。当兴奋沿轴突传到突触前膜引起去极化，促使递质释放到突触间隙，引起突触后膜的电位变化，而使另一个神经元产生兴奋或抑制。神经元之间兴奋的传递具有单向性，中枢延搁和总和等特点。神经元之间的主要联接方式有辐散原则、聚合原则。
3．反射活动的协调
（l）交互抑制这种机能表现为协同的神经元的兴奋，拮抗的神经元的抑制。
（2）扩散指某一个中枢的兴奋或抑制，通过突触的联系扩散到其他中枢的过程。
（3）反馈当一个神经元轴突的侧支，经过若干个相互衔接的中间神经元，最后又返回到原来发出侧支的那个神经元的胞体，形成环式结构，构成反馈的回路结构基础。反馈有正反馈和负反馈之分。
三、脊髓和脊神经
脊髓位于椎管里，上端连接延髓，下端终止于第一腰椎下缘。脊髓的内部结构由灰质和白质构成。在脊髓的横切面上，灰质呈蝴蝶形，是神经元细胞体集中的地方，两侧灰质向前后形成前角和后角，在胸腰节段的前后角之间外突形成侧角。白质在灰质周围，由神经纤维集合而成。脊髓正中有中央管，里面充满脑脊液。脊髓的功能有两方面：①传导功能，脊髓白质的许多上下行神经束，是脊髓和脑之间上行下达的传导通路。②反射功能，脊髓能完成一些低级的反射活动。
脊神经连于脊髓，每一对脊神经由前根和后根在椎间孔处合成。前根由脊髓前角运动神经元的轴突及侧角的交感神经元或副交感神经的轴突组成，传导运动冲动到有关的效应器；后根由脊神经节内感觉神经元的轴突组成，传导感觉冲动到脊髓。所以脊神经是混合神经。人类的脊神经共31对，其中颈神经8对，胸神经12对，腰神经5对，骰神经5对和尾神经1对。脊神经出椎间孔后分为前支和后支，分布到颈部、躯干、四肢的皮肤和肌肉。
四、脑和脑神经
1．脑
脑位于颅腔内，由大脑、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑等六部分组成，通常把间脑、中脑、脑桥和延髓合称为脑干。
脑干的灰质是一些特定功能的神经核，它们断续地存在于白质中。在脑子中央有一个广泛网状结构。脑子的功能很复杂，与第3～12对脑神经分别发生联系，大脑、小脑、脊髓之间必须通过脑干进行联系。此外，脑子中还有许多与生命活动有关的重要神经中枢。间脑中的丘脑是皮层下较高级的感觉中枢，下丘脑是植物性神经的皮层以下的较高级中枢。
小脑由小脑半球和中间的蚓部构成，小脑表面为小脑皮层，内部为小脑髓质。小脑的功能是协调随意运动，维持和调节肌张力，维持身体的平衡。
大脑是中枢神经系统最高级部分。大脑半球表面为大脑皮层，内部为髓质。左右大脑半球之间由胼胝体相连结。大脑半球由三个沟裂（中央沟、大脑外侧裂和顶枕裂）而分成四个叶（额叶、顶叶、枕叶和颞时）和一个脑岛。在大脑半球一定区域分别有躯体感觉中枢、躯体运动中枢、视觉中枢、听觉中枢、嗅觉中枢以及人类特有的语言中枢。
2．脑神经
脑神经共12对，主要分布于头面部，迷走神经还分布到胸腹腔内脏器官。
五、植物性神经调节
植物性神经系统是指调节内脏功能的神经系统，习惯上植物性神经指支配内脏器官的传出神经，分布于全身的平滑肌、心肌和腺体，调节机体的营养、呼吸、分泌、生长和繁殖等各种生理机能。植物性神经从中枢到效应器之间兴奋传递是由两个神经元完成的，两者之间有一个神经节。
植物性神经分为交感神经和副交感神经。两者的结构特点归纳如下表。
交感神经和副交感神经的结构特点比较
交感神经
副交感神经
中枢部位
脊髓胸腰段侧角
脑干副交感神经核、脊髓骶段侧角
换神经元部位
脊柱两侧的交感干
器官旁或器官内的副交感神经节
节前纤维
较短
较长
节后纤维
较长
较短
交感神经与副交感神经对效应器官的作用既相互拮抗又协调统一。交感神经的作用主要是保证人体在紧张状态时的生理需要，而副交感神经的作用主要是维持安静时的生理功能。
六、神经系统的高级功能
1．条件反射学说
条件反射是机体在非条件反射的基础上，在后天的生活过程中，通过一定条件形成的，是一种高级神经活动。条件反射提高了动物和人适应环境的能力。一般认为，高等动物必须有大脑皮层参加才能实现各种条件反射。
建立条件反射时，无关刺激与非条件刺激在时间上的多次结合，使大脑皮层中两个兴奋灶之间在功能上暂时接通，就发生了功能上的暂时联系。条件反射建立后，如果反复应用条件刺激而得不到非条件刺激的强化时，会引起条件反射的消退。
2．人类的语言功能
人类有了语言和思维，就在大脑皮层相应地发现了语言中枢。大脑皮层最基本的活动是信号活动，即条件反射，信号从本质上分为两类：现实的具体信号称为第一信号；现实的抽象信号，即词语，是在具体信号的基础上建立起来的，是具体信号的信号，称为第二信号。对第一信号发生反应的皮层功能系统叫做第一信号系统，这是动物和人共有的；对第二信号发生反应的皮层功能系统叫做第二信号系统，这是人类所特有的。第二信号系统的活动是与人类的语言功能密切联系的神经活动。
3．睡眠和觉醒
睡眠是大脑维持正常功能的自律抑制状态，可以消除疲劳，恢复体力和精力。觉醒是大脑正常工作的生理条件。觉醒和睡眠随昼夜周期而相互交替，使机体保持与外环境的平衡，并保持内环境的稳定。
根据睡眠中脑电图的变化特点，把睡眠分成慢波睡眠和异相睡眠（快波睡眠），在睡眠过程中两种状态反复交替。异相睡眠是深睡状态。做梦是在异相睡眠时出现的一种正常现象。
七、感受器和感觉器官
感受器是具有感觉神经末梢的特殊感觉装置，感觉器官常指除了具有感受器外还有一些辅助装置或附属结构的器官，如眼、耳等。
感受器分为外感受器和内感受器两类。视、听、嗅、昧和皮肤的痛、温、触、压感受器位于体表或接近体表，都属于外感受器。内感受器位于身体的内部，存在于血管、内脏、骨骼肌、肌腱、关节、内耳前庭器官等处。
感受器具有适宜刺激、适应等生理特性，感受器能把各种刺激变成神经冲动，经感觉神经传到大脑皮层，产生相应的感觉，建立机体与内、外环境之间的联系。
八、神经调节和体液调节的联系与区别
神经调节是动物和人体最主要的调节方式，神经和体液的调节是互相联系的，一方面内分泌腺受中枢神经系统的控制，另一方面激素也和影响神经系统的功能。
神经调节和体液调节各有其不同特点。体液调节作用范围较广泛、弥散，作用较缓慢而持久；而神经调节作用迅速而精确，且范围较局限。
第四节传染病和免疫
一、传染病
传染病是指由病原体引起的，能在人与人之间或人与动物之间传播的疾病。传染病具有传染性、流行性等特点。
1．传染病的流行环节
传染病在人群中流行，必须同时具备传染源、传播途径和易感人群三个基本环节。传染源是指能够散播病原体的人或动物。传播途径是指病原体离开传染源到达健康人所经过的途径。易感人群是指对某种传染病缺乏免疫力而容易感染该病的人群。三者的关系可表示为；传染源（携带病原体）易感人群。
2．预防传染病的一般措施
传染病的预防措施是针对流行环节而采取的，包括控制传染源，切断传播途径和保护易感者。
3．人类传染病的种类
按照传播途径的不同，人类传染病可以分为四大类。见下表。
种类
病原体原始寄生部位
传播途径
常见传染病
呼吸道传染病
呼吸道粘膜和肺
飞沫、空气
流感、白喉、百日咳、猩红热、肺结核、流行性腮腺炎、麻疹、流行性脑脊髓膜炎
消化道传染病
消化道及其附属器官
饮水、食物
细菌性痢疾、病毒性肝炎、伤寒、脊髓灰质炎、蛔虫病、蛲虫病
血液传染病
血液、淋巴
吸血的节肢动物
疟疾、流行性乙型脑炎、黑热病、丝虫病、出血热
体表传染病
皮肤及体表粘膜
接触
狂犬病、炭疽、破伤风、血吸虫病、沙眼、疥疮、癣、急性出血性结膜炎
二、免疫
免疫是机体识别和排斥异己物质的机能。机体的免疫反应在维持内环境平衡中，主要起防卫、自稳态和免疫监视三种作用。免疫有时也有不利的一面。
凡能刺激机体产生免疫反应的异己物质叫抗原或免疫原。如各种病原体、蛋白质毒素、异型血细胞、异体组织细胞、异体动物血清等。机体内的淋巴细胞在抗原物质激发下所合成的一种有特异性免疫功能的球蛋白质叫抗体。抗体又叫免疫球蛋白，分为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五种。
1．非特异性免疫
非特异性免疫又叫先天性免疫，它是通过遗传固定下来的，对抗原的识别和作用没有特异性。它的防御机制与屏障、体液、吞噬作用和炎症反应、遗传和营养等因素有关。
2．特异性免疫
特异性免疫又叫获得性免疫，它必须在机体免疫细胞与抗原接触后才能产生，对抗原的识别和作用具有特异的选择性。进行特异性免疫的细胞主要是T淋巴细胞和B淋巴细胞。
（1）细胞免疫和体液免疫
细胞免疫主要通过T淋巴细胞完成。T淋巴细胞在侵入机体的抗原作用下，变成带有信息的致敏淋巴细胞，散布全身。在抗原的再刺激下，致敏淋巴细胞增殖、分化，产生活性物质，通过各种方式排斥该抗原，发挥免疫效能。
体液免疫通过B淋巴细胞完成。B淋巴细胞受抗原刺激后分化成浆细胞，产生抗体，抗体进入体液中与抗原产生特异结合反应，从而排除或消除抗原的危害性。
（2）特异性免疫的获得方式
第五节动物的行为
一、动物行为及其类型
动物行为是指动物有机整体的任何活动。依行为的来源分为定经行为和学习行为。
在动物行为中，由遗传性所决定的行为称为定型行为。定型行为是动物定型的对于刺激的自动的反应，是该种动物所特有的行为特征，是生来就有的行为，因此又称为先天行为或本能行为。通过学习而获得的行为称为学习行为。学习有多种类型，如习惯化、经典的条件化、试错学习、印痕等。遗传和学习在决定行为中的作用是相互的，遗传决定了行为的局限性，学习在一定范围内决定了行为的精细特征。
二、动物的通讯
通讯就是由某一个体发送信息，另一个体接受信息。视觉通讯包括紧张不安的行为、顺从和妥协的展示，求偶和繁殖行为、警报的展示等。化学通讯的信息是外激素。听觉通讯主要用于求偶或进攻，在昆虫、鸟类中很普遍，在哺乳类中也是常见的。其他通讯方式还有触觉通讯、电通讯等。
三、社群等级
在一群动物中，各个动物的地位是有一定顺序的，其支配——从属关系的基本形式有独霸式、单线式、循环式。
四、双亲行为和婚配制度
双亲行为包括孵卵和育幼行为。双亲行为有五种功能：保护、喂食、清洁卫生、保暖和指导。婚配制度的内容包括获得的配偶数目、配偶联系的性质和雌雄所负的育雏职责。婚配制度的类型分为单配偶制（即一雌一雄制）和多配偶制。多配偶制是指一个个体具有两个或更多的配偶，包括一雄多雌制、一雌多雄制两种基本类型和一种特殊的类型混交制三种。
五、动物的竞争行为
可作如下分类：
六、动物行为产生的生理基础
动物行为的产生，不仅需要运动器官的参与，而且需要神经系统和内分泌系统的调节与控制。激素调节对动物行为的影响，表现最显著的是在性行为和育幼行为方面。动物的行为无论是定型行为还是学习行为，都与神经系统的调节作用有着直接的联系。高等动物的复杂行为主要是通过学习形成的，学习主要与神经系统中的大脑皮层有关，大脑皮层越发达的动物，学习的能力就越强，也就能更好地适应环境的变化。
第五章生物的生殖和发育
第一节高等植物的繁殖
一、生物生殖的类型
二、被子植物的有性繁殖器官——花
花是适应于生殖的节间缩短的枝条，上面生长变态的叶。一朵完整的花包括花柄、花托、花被、雄蕊群和雌蕊群儿部分组成。
1．花柄（梗）和花托
花柄是每朵花着生的小技，是花和茎的连接通道，起输送养料和支持花的作用。当果实成熟时，花柄变成果柄。花托是花柄的顶端部分。
2．花被
花被着生在花托的外围或边缘部分，是花导和花冠的总称。花萼是花的最外一轮变态叶，由若干萼片组成，常呈绿色，结构和叶相似。花冠位于花萼的内轮，由若干花瓣组成。
3．雄蕊群
它是一朵花中所有雄蕊的总称，是花的重要部分。雄蕊由花药和花丝两部分组成。花药通常有4个或2个花粉囊，每个囊分成两半，中间有药隔相连，花粉囊里产生大量花粉粒。花粉成熟后，花粉囊裂开，散出花粉。雄蕊通常是分离的，也有其他连合方式如两体雄蕊、多体雄蕊和聚药雄蕊。
4．雌蕊群
它位于花中央，由一个柱头、花柱和子房三部分组成。雌蕊由一个或多个心皮组成，心皮是构成雌蕊的变态叶。柱头是雌蕊顶端承受花粉粒的结构。花柱是花粒管进入子房的通道。于房内着生有胚珠。花分为单性花（雄花和雌花）和两性花。
三、胚珠的发育和胚囊的形成
1．胚珠的发育
子房壁的胎座上产生一个突起，叫珠原基。珠原基发育为珠心。珠原基下部四周细胞分裂速度快，逐渐向上包拢，包围在珠心的外部，形成珠被。珠被的顶端留有小孔，叫珠孔，是花粉管进入的门户。
2．胚囊的形成
在珠被形成时，珠心内也发生变化。靠珠孔一端的珠心表皮下，有一个细胞增大，叫抱原细胞。其变化过程概括如下：
四、花药内花粉粒的发育
五、传粉与双受精
1．传粉
植物开花后，花药裂开，花粉外露。成熟的花粉粒借外力传送到雌蕊柱头上叫传粉，它是受精的前提。传粉的方式有自花传粉和异花传粉两种。
2．种子植物的双受精
花粉管里的两个精子，分别与胚囊里的卵细胞和两个极核融合，形成受精卵和受精极核的过程，叫双受精。双受精是被子植物特有的受精方式。其过程概括如下：花粉管通过花柱进入子房，到达胚珠，穿过珠孔入珠心，到胚囊内。花粉管进入胚囊后，管的末端即行破裂，将两个精子、营养细胞核、淀粉粒、脂类物质等一起喷泄人卵和极核之间，其中一个精子跟卵细胞结合，两者的质膜发生融合，形成桥状，精核过桥入卵细胞。当精核与卵核相遇时，接触处两者核膜也融合成桥，两性核质相连，进而核仁融合，形成受精卵，以后发育成胚。另一精子进入极核，与两个极核融合，形成受精极核，以后发育成胚乳。
3．果实和种子的形成
被子植物的受精作用完成后，胚珠发育成种子，果实主要由子房发育而成，有的也可以由花的其他部分如花托、花等、花序等参与一起组成。主要发育过程概括如下：
4．果实的类型
果实的类型可以从不同方面来划分：
按果实的来源分为真果和假果。
①果实的果pi由子房发育而成的，称真果，多数植物的果实是这一情况。②除子房外，还有其他部分参加果皮组成的，如花被、花托以至花序轴，这类果实称为假果，如苹果、瓜类、凤梨（菠萝）等。
另外，一朵花中如果只有一枚雌蕊，以后只形成一个果实的，称单果。如果一朵花中有许多离生雌蕊，以后每一雌蕊形成一个小果，相聚在同一花托之上，称为聚合果，如莲、草莓、玉兰等。如果果实是由整个花序发育而来，花序也参与果实的组成部分，这就称为聚花果（复果），如桑、凤梨（菠萝）、无花果等。
按果皮的性质分有肉果和干果。
肉果的果皮肉质化，肥厚多汁，依果皮来源和性质不同又分为：
①浆果，由一个或几个心皮形成的果实，如葡萄、番茄、柿等，葫芦科植物的果实是浆果的另一种，一般称为瓠果。
②核果，是由一心皮一室的单雌蕊发展而成的果实，通常含一枚种子，如核桃、椰子等。樟科植物的果实多为核果。
③梨果，果实由花筒和心皮部分愈合后共同形成，如梨、苹果等。
果实成熟后，果皮干燥无汁，称干果，根据果皮是否开裂又分为型果类和闭果类。
裂果类有：①荚果，单心皮发育而成的果实，成熟后，果皮沿背缝和腹缝二面开裂，如大豆、蚕豆等。
②果，由单心皮或离生复心皮发育而成的果实，成熟后只有一面开裂，如木兰、白玉兰等的果实。
③蒴果，由合心皮的复雌蕊发育而成的果实，子房有一室或多室，每室含多粒种子。如秋水仙、罂粟，马齿苋等的果实。
④角果，由二心皮组成的雌蕊发育而成的果实。十字花种植物多具这种果实。
闭果类有：①瘦果，只含一粒种子，果皮与种皮分离，由一心皮发育成的果实，如荨麻、向日葵等的果实。
②颖果，果皮薄，只含一粒种子，果皮与种皮紧密愈合不易分离，果实小。如水稻、小麦、玉米等禾本科植物的果实。
③翅果，果皮延展成翅，如榆、枫杨等植物的果实。
④坚果，外果皮坚硬，含一粒种子，如榛、板栗等果实。
⑤双悬果，由二心皮的子房发育而成的果实，如胡萝卜、小茴香等的果实。
第二节植物的个体发育及世代交替
一、被子植物的个体发育
被子植物的个体发育包括种子的形成、种子萌发为幼苗、幼苗成长为成熟植株再产生种子的过程。其中种子的形成主要包括胚的发育和胚乳的发育。
1．胚的发育（以荠菜为例）
2．胚乳发育（以玉米为例）
二、世代交替
1．世代交替的概念
进行有性生殖的生物生活史中，有性世代与无性世代更迭出现的生殖方式，叫世代交替。无性世代（孢子体世代），细胞中含有二倍染色体（以2n表示），生殖细胞是抱子；有性世代（配子体世代），细胞中含有单倍染色体（以n表示），生殖细胞是配子。无性世代的孢子体产生孢子，由孢子发育成有性世代的配子体；配子体产生配子（精子和卵细胞），卵细胞受精后，合子发育成无性世代的孢子体。
2．世代交替的不同类型
（1）同形世代交替二倍体的孢子体世代和单倍体的配子体世代互相更迭，由于孢子体和配子体的植物体形状、大小基本相同，叫同形世代交替。如石莼属的石莼（海白菜）。
（2）异形世代交替其类型主要有三种：葫芦藓为代表、配子体发达的苔藓植物世代交替；蕨为代表、孢子体发达，但两世代都能独立生活的蕨类植物的世代交替；孢子体发达，配子体退化并寄生在孢子体上的种子植物的世代交替，如裸子植物的松、拍、杉，被子植物的杨、柳、桃、杏等。
被子植物的生活史：
蕨类生活史：
3．世代交替的进化趋势
种子植物的孢子体最发达，配子体最简单，依附于炮子体生活，但受精作用不受水的限制，因此，这类植物对陆地环境的适应性最强。
蕨类植物的孢子体比较发达，而配子体虽然简单，但是还能独立生活，受精作用离不开水。
植物配子体发达，受精作用也是在有水的环境才能进行，孢子体依附于配子体上生活。
石莼属藻类植物的同形世代交替，孢子体和配子体形状、大小基本相同，则代表水生藻类植物原始阶段的世代交替。
世代交替的进化趋势可以认为是从同形世代交替的绿藻向着两条进化路线发展：一条发展成为孢子体寄生在配子体上的苔藓，一条通过蕨类植物发展成为配子体寄生在孢子体上的种子植物。
第三节高等动物的繁殖
一、精巢的结构、功能和精子的形成（以高等哺乳动物和人为例）
l．精巢的功能和结构
精巢是产生雄性激素和精子的器官。哺乳动物和人体的精巢位于阴囊内，卵圆形，表面被覆结缔组织膜，称白膜。白膜在后缘增厚，称睾丸纵隔，纵隔向内侧延展，在睾丸实质内形成许多睾丸小隔，两小隔之间称睾丸小叶。每一小叶内有数条细长迂回的小管，叫曲细精管，曲细精管是精子发生的场所。曲细精管的管壁由两种上皮细胞组成，一种是分生能力很强的精原细胞，一种是有支持、营养和分泌雄性激素的支持细胞。曲细精管向睾丸内侧集中汇集，形成盘曲的睾丸网，进而构成附睾，附睾是精子进一步发育成熟的部位。附睾尾移行为输精管。
2．精子的形成
精子的形成过程一般分为以下四个阶段：（1）增殖期精巢中精原细胞通过有丝分裂增加细胞数目；（2）生长期增殖中的一部分精原细胞吸收营养物质，体积增大，称初级精母细胞；（3）成熟期包括初级精母细胞的染色体复制以及两次连续的细胞分裂（过程见减数分裂）；（4）变形期精细胞发育成熟为能流动、具有受精能力的精子。
二、卵巢的结构、功能和卵细胞的形成
1．卵巢的功能和结构
卵巢是分泌雌性激素、产生卵细胞的器官。哺乳动物和人的卵巢位于盆腔内子官两侧，呈扁椭圆形。表面被覆一层立方上皮，是卵细胞的生发组织，故称生殖上皮。上皮下有一层结缔组织和不同发育阶段的卵泡组成；髓质在中央，由结缔组织和神经、血管组成。
在胚胎期，生殖上皮细胞即分裂增殖，形成一团一团的细胞进入皮质。每一团中有一个细胞较大，为卵原细胞，其外周包围一层小形扁平细胞，叫卵泡细胞，卵泡细胞向卵原细胞提供营养，并分泌雌性激素。
排卵卵原细胞加上周围一层扁平卵泡细胞，叫做初级卵泡。初生幼女两个卵巢中共约有30万～40万个初级卵泡，但要到青春期后才能陆续发育。每28天左右成熟一个卵细胞并排出卵巢，称为排卵。女性一生中由两个卵巢交替排出卵细胞约～个。
2．卵细胞的形成
哺乳动物和人的卵细胞形成过程可分为：卵泡的发育、排卵和成熟分裂三个过程。
（1）卵泡的发育初级卵泡是卵巢中最幼稚的卵泡。青春期后，每月有一个初级卵泡进入成熟过程。在成熟过程中卵原细胞贮存营养、体积增大、称为初级卵母细胞。这时其周围的卵泡细胞也不断增殖，由单层变为双层，同时由扁平变为立方形。以后，在多层卵泡细胞之间出现腔隙，叫卵泡腔，内含卵泡液，这时的卵泡称为次级卵泡，其中所包围的初级卵母细胞继续增大。从初级卵泡发育到成熟卵泡，在人体为时需2周。
（2）排卵成熟卵泡向卵巢表面突出，由于卵泡激增，压力不断加大，最后引起卵泡腔破裂，初级卵母细胞由卵巢排出，经体腔进入输卵管。
（3）完成减数分裂由卵巢排出的初级卵母细胞（2n），要在输卵管内连续进行两次成熟分裂，最终成为染色体数目减半的成熟悉卵细胞（n）。卵细胞在减数分裂过程中的不均等分裂，有利于营养物质的集中，以保证早期胚胎发育的需要，这也是卵式生殖的一种适应特点。
三、月经周期
1．月经周期
女性从青春期开始，在整个生殖年龄中卵巢和子官内膜呈现周期性的变化。在每个周期中出现的最明显变化是子宫的周期性出血，约每月一次，所以叫月经。月经周期中子宫内膜变化可分三期：增生期（排卵前期或卵泡期）、分泌期（排卵后期或黄体期）、月经期。
2．卵巢内分泌与月经周期
月经周期中子宫内膜的周期性变化，受卵巢、脑垂体和下丘脑分泌的几种激素的控制。它们之间的关系是下丘脑调节腺垂体的活动，即下丘脑腺垂体卵巢子宫内膜。同时卵巢对下丘脑、腺垂体又有反馈调节作用。
四、动物的受精作用
受精是指精子和卵细胞融合而形成合子（受精卵）的过程。哺乳动物和人的卵细胞在输卵管的前1/3部分受精。无脊椎动物和大部分水生动物通常在水中行体外受精。受精大致分三个阶段：精子的侵入、受精膜的形成、核的结合。受精激发卵细胞开始发育，也使受精卵恢复二倍体细胞，保持物种染色体数目的相对稳定。
第四节动物的个体发育
一、卵裂方式
受精以后，合子开始发育，第一阶段是卵裂。卵裂种类概括如下：
二、高等动物（青蛙）的个体发育
蛙的胚胎发育概括如下：
（1）卵裂期这时期弱端黄卵进行不均等分裂。经过几次分裂，形成一团细胞，动、植物极细胞大小悬殊。
（2）囊胚期在继续分裂过程中，细胞数目增多，细胞产生的液态代谢产物集中在中心，细胞向四周飘移，围成一个空心的球体，这时的胚体叫囊胚，囊胚内部出现偏于动物极、充满流体的囊胚腔。
（3）原肠胚期囊胚后期，在赤道线下出现一条月牙形的浅沟，浅沟的背缘叫背唇。背唇出现以后，动物极细胞分裂卷入囊胚腔。与此同时，植物极细胞也由背唇下卷入囊胚腔。先前出现的浅沟两端继续向下延伸，最终形成一个环状裂隙，称为胚孔（原口）。胚孔外周的细胞继续内卷，而胚孔中心始终堵塞着一团原来植物极的细胞，称为卵黄栓。那些内卷的细胞在原来囊胚腔处围成一个新的空腔，叫原肠腔。这时的胚体称为原肠胚。原肠胚早期的特点是胚体出现了两层细胞，围绕原肠腔的一层，称为内胚层，包围胚体体表的一层称为外胚层。原肠胚进一步发育，开始三胚层分化：即原肠腔顶壁的细胞分化为中胚层，中胚层包围着全部由内胚层细胞构成的原肠。
（4）神经胚期外胚层形成一片神经板，进而围成一条神经管。神经营前端膨大发育成脑，其余发育成脊髓。同时，在神经管下方，中胚层细胞形成一条棒状实心结构，即脊索。在中胚层不断发育过程中，中胚层又分化出脏壁中胚层和体壁中胚层，它们两者之间的空腔，即为体腔。
蛙的个体发育在形态结构上有变态的特征。
各种动物在胚胎发育过程中都要形成内、中、外三胚层，再由这三胚层发育成动物的各种组织、器官和系统。
三、昆虫的个体发育
昆虫的个体发育也分为胚胎发育和胚后发育两阶段。其主要特点是在胚后发育，即从幼虫到成虫要经过外部形态、内部构造以及生活习性上的一系列变化，称为变态发育。
昆虫的变态主要有两种类型：①完全变态：个体发育史中具有四个虫态，即：卵→幼虫→蛹→成虫。如蚊、蝇、蝶、蚕蛾等。②不完全变态：个体发育史中只有三个虫态，即：卵→幼虫（若虫）→成虫。如蝗虫、螳螂、蜚蠊等。
第六章遗传和变异
第一节遗传的物质基础
一、染色体是遗传物质的主要载体
1．染色体的化学成分
染色体的主要成分为DNA和组蛋白，两者含量比率相近，此外，还有少量非组蛋白和RNA。组蛋白为含赖氨酸和精氨酸比较多的碱性蛋白质，带正电荷。其功能是参与维持染色体结构，有阻碍NDA转录RNA的能力。非组蛋白为含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性蛋白质，带负电荷。非组蛋白的特点是：既有多样性又有专一性，含有组蛋白所没有的色氨酸。非组蛋白的功能是DNA复制、RNA转录活动的调控因子。
2．染色体的结构
核体→螺线管→超螺线管→染色单体。从舒展的DNA双螺旋经四级折叠，压缩到最短的中期时，DNA分子缩短约0～00倍。
二、DNA是主要的遗传物质
l．噬菌体侵染细菌实验证实DNA是遗传物质
2．肺炎双球菌的转化实验证实DNA是遗传物质
3．烟草花叶病毒（CMV）的重建说明CMV是不具DNA的病毒，RNA是遗传物质
三、DNA的结构和功能
1．DNA的结构其结构要点如下：
（1）两条DNA链反向平行，一条走向是5’→3’，另一条走向是3’→5’，两条互补链相互缠绕，形成双螺旋状。
（2）碱基配对不是随机的。腺嘌呤（A）通过两个氢键与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤
（G）通过三个氢键与胞嘧啶（C）配对（见右图）。GC对丰富的DNA比AT对丰富的DNA更为稳定。
（3）DNA的双螺旋结构中，碱基顺序没有限制性，但是碱基对的顺序却为一种DNA分子提供了它性质上的特异性。
（4）双链DNA具有不同的构型，其中3种具有生物学上重要性。
①B—DNA：右旋，正常生理状态下的常见形式。②A－DNA：右旋，脱水状态下的常见形式。③Z—DNA：左旋，这种结构可能与真核生物中基因活性有关。
2．DNA的功能
（1）DNA的复制凡有增殖能力的细胞，DNA复制是在间期细胞核的S期完成的。DNA的复制为半保留复制，DNA复制是从复制子起点开始的。DNA复制时，由于DNA合成的方向是5’→3’，所以一条长链是连续合成，另一条为不连续合成，先合成冈崎片段，去引物质再由DNA连接酶连成一条长链。总的来看，DNA是半不连续复制。复制从复制子起点开始，沿两个方向进行，当两个复制手的复制叉相接时，即相连在一起，当许多复制子的复制又相连时，两条新合成的链同各自的模板链相连形成两个相同的DNA分子。
高等生物的染色体是多复制子，原核生物则是单复制子。另外，噬菌体和质粒的环状DNA大都是随复制又同时向两侧移动方式复制。
（2）基因的表达包括转录和翻译两个过程，在原核生物中这两个过程同时进行，在真核生物中是在不同时间、不同地点进行的。
①转录转录是以DNA分子的一条链为模板，合成RNA的过程，合成方向也为5’→3’，转录不是沿DNA分子全长进行，是以包括一个成多个基因区段为单位进行合成。
原核细胞tRNA、mRNA、rRNA由一种RNA酶催化合成。而真核细胞具有三种聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ催化rRNA的合成，Ⅱ催化mRNA合成，Ⅲ催化tRNA的合成。
合成出的mRNA前体需经过戴帽、加尾、甲基化和剪接等加工程序，最后才成为成熟的mRNA。
②翻译它是以mRNA分子为模板，按5’→3’的方向在核糖体上合成蛋白质的过程。蛋白质合成是从N→C端。遗传密码在mRNA上，每三个相邻的碱基形成一个密码子，方向为5’→3’，四种碱基可组合形成64种密码，其中有两种起始密码，三种终止密码，密码子的特点是不重叠性、无标点符号、简并性、终止密码和起始密码、通用性。
反密码子是tRNA反密码环中的三个相邻碱基，阅读方向为3’→5’。然而，反密码子5’端的一个碱基并不一定与密码于3’端的一个碱基互补（摆动学说），因此，tRNA的反密码子按一定规则与mRNA密码子互补配对，从而把某密码子转译为相同或不同的氨基酸。
氨基酸在酶的催化下通过酯键连在tRNA3’末端的CCA中的A残基上。（其C’C’A是酶的作用加上去的）
四、基因的概念和结构
1．基因的概念
基因一词是年约翰逊提出的代替“遗传因子”的词。基因是有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的遗传物质的功能单位。遗传效应是指基因具有复制、转录、翻译、重组和突变以及调控等功能。
2．基因的结构。
在原核生物中，DNA分子中约0个碱基对相当于一个基因，这些基因连续编码。真核生物中的情况复杂的多。如哺乳动物的基因长度平均约为0～个碱基对，然而，高等真核生物的结构基因多为断裂基因。一个断裂基因含有几个编码顺序，叫外显子，被一个个不编码的间隔顺序隔开，这些间隔顺序叫内含子。不同的结构基因结构复杂程度不同，每一个断裂基因在其第一个和第末个外显子的外侧，都有一非编码区，并连接着一些调控顺序。基因种类如下：
①编码蛋白质的基因包括结构基因和调节基因。
②没有转译产物的基因如rRNA基因和tRNA基因。
③不能转录的DNA片段如操纵基因。
第二节遗传的基本规律
一、研究性状遗传的方法
1．选择杂交亲本的标准
选择具有相对性状的纯系，各作为杂交亲本的一方。
2．交配试验方式
纯系亲本通过人工去雄和授粉等手段进行杂交，杂种F1进行自交或与亲本回交等。
3．实验观察和记载
观察相对性状在杂交子代和杂种后代中的遗传表现，对杂种及其各代中不同类型的植株分别计数。
4．实验结果的统计
运用数学统计法分析实验资料，确定每一代中不同类型植株数之间的数量关系。
二、基因的分离规律
1．相对性状和等位基因的概念
相对性状是同种生物同一性状的不同表现类型；等位基因是一对同源染色体的同一位置上的、控制相对性状的基因。
2．杂种体内等位基因的遗传行为
通过测交试验结果，揭示了杂种体内的等位基因随同源染色体分开而分离，各自随配子独立地遗传给后代。因此，基因的分离规律阐明了杂合子体内等位基因分离与杂种后代的性状分离的因果关系。
等位基因在二倍体生物的体细胞中成对存在，配子中只含等位基因的一个成员。
3．杂种体内的等位基因之间的相互作用
（l）完全显性：具有相对性状的纯合体杂交，F1杂合体全部表现为显性。
（2）不完全显性：F1的性状表现介于双亲性状中间的遗传现象。
（3）共显性：F1同时表现双亲性状的遗传现象。如AB血型，MN血型。
（4）镶嵌显性：双亲性状在F1的同一个体不同的部位表现出来，这种双亲的性状不一定有显隐性之分。
（5）超显性：F1的性状表现超过亲本性状。如害虫突变性的抗药性超过亲本个体。
（6）条件显性：等位基因之间的显性关系因环境因素的影响而改变。
4．致死基因
在杂交实验中，有时观察到后代分离比与预期值有一定的偏差。致死基因的作用可发生在不同的发育阶段，在配子期致死的称配子致死，在胚胎期或成体阶段致死的称合子致死。致死基因的致死效应往往也跟个体所处的环境有关。
5．基因分离规律的应用
（1）一个杂合体在逐代自交中，杂合体在某代群体中所占比例的计算。公式为：
杂合体的比例为（1/2）n（n代表自交代数）。
纯合体的比例为1－（1/2）n。
（2）在杂交育种上的应用：符合育种目标的隐性性状一旦出现，其基因型就能够稳定遗传，符合育种目标的显性个体，则应通过连续自交和选择，使其基因型逐渐趋于纯会状态。
（3）在人类优生上的应用。
①常染色体显性遗传病的系谱特点：a．患者的双亲常有一方患病，患病的亲代常常是杂合体。b．患者的同胞兄弟姐妹中，约有1/2患病，而且男女患病的机会均等。c．患者的子女中，有1/2的个体将患此病，在系谱中可看到在几代中连续传递。d．双亲有病时，可有正常的子女。e．双亲无病，子女一般不会患病，只有在突变的情况下才有例外。
②常染色体隐性遗传病的系谱特点：a．患者的双亲都无病，但是，他们都是携带者。b．患者的同胞兄弟姐妹中，约有1/4患病，而且男女患病机会相等。c．患者的子女中一般并无患儿，系谱中看不到连续遗传，往往是散发的。d．近亲婚配时，子女中的患病风险比非近亲婚配者高。亲表兄妹（或表姐妹）所具有的基因有1/8的可能性是相同的。
③常染色体不完全显性遗传病，如软骨发育不全症。杂合体的表型介于纯合显性和纯合隐性表型之间，纯合显性患儿（AA）病情严重，多死于胎儿期或新生儿期。
三、基因的自由组合规律
1．不同对的等位基因——非等位基因的遗传行为通过测定实验结果表明，杂合体内不同对的等位基因位于不同对的同源染色体上，有配子形成时，每对等位基因各自独立分离的同时，非等位基因之间表现为自由组合。因此，基因的自由组合规律阐明了杂合体内非同源染色体上的非等位基因之间分离或组合的互不干扰性与不同性状自由组合的因果关系。
2．多对非等位基因独立遗传时，F1的基因对数与后基因型和表现型间的数量关系（理论上的预测）如下表。
非等位基因独立遗传时，
F1基因对数与F2基因型和表现型间的数量关系
F1等位基因对数
F1配子种类数
F1雌雄配子的组合数
F2基因型的种类数
F2纯合基因型的种类数
F2杂合基因型的种类数
完全显性时F2表现型的种类数
F2表现型的分离比例
n
2n
4n
3n
2n
3n－2n
2n
（3∶1）n
3．基因的自由组合规律在实践上的意义。
F2是按照育种目标选择杂种后代的有利时机，并能对符合育种目标的杂种后代的基因型和表现型及其比例做出预测。
四、遗传学数据的统计处理
三．概率的定义
所谓概率是指在反复试验中，预期某一事件的出现次数的比例，它是生物统计学中最基本的概念。
①相乘法则：两个（或两个以上）独立事件同时出现的概率是它们各自概率的乘积。
②相加法则：两个事件是非此即彼的或相互排斥的，那么出现这两个事件中某一事件的概率是两个各别事件的概率之和。
五、用卡平方（x2）来测定适合度
实得比数符合理论比数的程度如何，可用一个指数即卡平方（x2）来表示。x2的定义为：
x2＝∑（实得数－预期数）2／预期数（∑为积加符号）
算出x2后，就查x2表（表中n代表“自由度”，p是实得数与理论数相差一样大以及更大的积加概率）。当观察结果与理论预期值差异的概率p＞0.05时，说明差异不显著；当p＜0.05时，表明差异显著，应把假设的分离比否定；当p＜0.01时，表明差异极显著，有把握地把假设的分离比否定。
六、非等位基因之间的相互作用
1．互补基因
不同对的两个基因相互作用，出现了新的性状，这两个互作的基因叫做互补基因。
2．修饰基因
有些基因可影响其他基因的表型效应，这些基因称修饰基因。据其作用，有加强其他基因的表型效应的称为强化基因；有减弱其他基因的表型效应的称为限制基因；有完全抑制其他基因的表型效应的称为抑制基因。
3．上位效应
某对等位基因的表现，受到另一对非等位基因的影响，随着后者的不同而不同，这种现象称上位效应。
七．复等位基因
1．概念
复等位基因是指位于同一基因座位中，一组等位基因的数目在两个以上，作用类似，都影响同一器官的形状和性质，有遗传上称复等位基因，如A→a1，a2，a3，…就构成一个复等位基因系列。对这一复等位基因系列来讲，每一个体只可能有其中的两个基因。
2．复等位基因的多态现象
在有一个复等位基因的系列中，可能有的基因型数目取决于复等位基因的数目。计算公式为：基因型数目＝n（n＋1）/2（n代表复等位基因数目）。其中纯合体数＝n，杂合体数＝n（n－1）/2，复等位基因的多态现象，增加了生物的多样性和适应性。
3．ABO血型
由三个复等位基因决定，分别为IA、IB、i，但IA与IB间表示共显性，它们对i都表现为显性，所以，IA、IB、i之间可组成6种基因型，但只显现4种表型。ABO血型系统的遗传，符合孟德尔定律。
4．Rh血型与母子间不相容
Rh血型最初认为是由一对等位基因R和r决定。RR和Rr为Rh＋，rr为Rh－。现在知道Rh血型由18个以上复等位基因决定的。
Rh－个体在正常情况下不含Rh＋细胞的抗体，但在①Rh－个体反复接受Rh＋个体血液，就可能产生抗体。②Rh－母亲怀Rh＋的胎儿，在分娩时，Rh＋胎儿的红细胞有可能通过胎盘进入母体血液，使Rh－的母亲产生抗体，当怀第二胎时，胎儿为Rh＋，可造成胎儿死亡或生一个溶血症的新生儿。
5．自交不亲合
同类相抗，自交不育，保证了并花传粉受精。烟草是自交不育的，已知至少有15个自交不亲合基因，它们是S1，S2，S3，…，S15，构成一个复等位基因系列，相互无显隐关系。八、基因的连锁和互换及基因定位
1．基因的完全连锁
控制不同性状的非等位基因位于一对同源染色体的不同位置上，子一代杂合体在产生配子时，连锁基因连在一起不分离，随配子共同传递给后代，从而导致不同性状之间表现出完全连锁。
如果测交后代只有两种表型，比值为1︰1，没有重组类型出现，则可确定控制不同性状的非等位基因完全连锁。
2．基因的不完全连锁——基因互换
基因互换是指控制不同性状的非等位基因位于一对同源染色体的不同位置上，子一代杂合体在产生配子时，同步化进入减数分裂的全部性母细胞中，一小部分初级性母细胞的四分体时期，可能发生同源染色体的非姐妹染色单体间对应节段的交换，一旦互换发生在连锁基因之间，使位于对应节段上的等位基因互换，以形成新的非等位基因间的连锁关系。由于F1每个发生交换的性母细胞最多只能产生一半重组型配子，另一半是亲本型配子。因此，F1测交后代重组类型明显少于亲本类型。如双杂合体测交后代为两两相等比值不同的4种表型后代；三杂合体如发生两个单交换，其测交后代为两两相等比值不同的6种表型后代；三杂合体个体如发生两个单交换、一次双交换，其测交后代为两两相等、比值不同的8种表型后代，其中双交换个体占比值最少。
交换率的计算，通过对测交后代统计结果求得：
交换率＝重组类型/（重组类型＋亲本类型）×％
交换率×2＝发生基因互换的初级性母细胞的比值（％）。
3．基因定位
（1）两基因间在遗传学上的相对图距，交换率的大小反映出连锁基因之间的距离大小，通过交换率的测定，即可以确定基因在染色体上的排列次序和相对距离。遗传学上把交换率的“％”去掉，可作为两基因在遗传学上的相对图距。
（2）基因定位的方法基因定位通常采用“三点测交”法，即用三杂合体跟三隐性个体测交，通过对测定子代表型及比例分析、计算三个连锁基因间的交换值，从而确定各个基因在同一条染色体上的次序和相对距离。
值得注意的两个问题：①两边的两个基因的相对距离＝两个单交换值之和＋两倍的双交换值。②两边的两个基因间的交换值＝两个单交换值－两倍的双交换值。
另外，不必计算交换值，可直接判断三个基因的次序，其方法为：用亲组合表型的基因次序与双交换表型的基因次序进行比较，发生交换的一对等位基因应位于三对等位基因的中间。
第三节性别决定和伴性遗传
一、性别决定
性别决定是指生物雌雄性别发展趋势的内在因素和方式。
1．细胞水平
生物性别的差异大都与性染色体组合方式有关，由性染色体组合方式不同决定性别的方式主要有两种：XY型和ZW型，两者比较如下表。
XY型与ZW型两种不同性别决定方式的比较
XY
ZW
♂
两条异型性染色体XY
两条同型性染色体ZZ
♀
两条同型性染色体XX
两条异型性染色体ZW
后代性别
决定于父方
决定于母方
动物类型
哺乳类、某些两栖类
双翅目和直翅目昆虫等
鱼类、两栖类、爬行类
某些鳞翅目昆虫等
2．分子水平
对人类来说，决定男性性别的并非是Y染色体，而是Y染色体的短臂上的睾丸决定基因（TDF），X染色体上无这个基因。TDF决定性别形成的大致过程为：
3．其他类型的性别决定
（l）受精与否决定性别如蜜蜂雄性个体就是由未受精的卵细胞发育来的。
（2）环境影响决定性别如海生蠕虫后。
（3）基因差异决定性别如玉米。
（4）环境对性别分化的影响。
①性逆转表型改变，基因型不变，如雌性非芦花鸡，性逆转为雄性。
②日照长短对性别分化的影响如大麻。在短日照、温室内，雌性的逐渐性转换成雄性。
③异性双胎的性别分化如牛怀异性双胎、雌犊的性别分化受影响。
④环境不同的性别分化如蜜蜂的受精卵可发育为蜂王，也可发育为工蜂，其主要靠环境和蜂王浆的影响。
二、伴性遗传
性染色体上的基因，总是限性别相联系，这种遗传方式称伴性遗传。
1．果蝇的伴性遗传
2．人类的伴性遗传
（1）人类的红绿色盲、血友病为伴X隐性遗传病。红绿色盲、血友病的遗传与果蝇的红眼和白眼遗传方式相同。遗传系谱的主要特点为：①人群中男性患者远多于女性患者，在一些发病率低的系谱中，只有男性患者。②双亲无病，儿子可能发病，女儿则不会发病。③女性患者的儿子必患病。④系谱一般具有交叉遗传的特点。
（2）人类的抗维生素D佝楼病为伴X显性遗传。其系谱特点为：①人群中女性患者多于男性患者，前者的病情可较轻。②患者的双亲中，必有一个该病患者。③男性患者的后代中，女儿都将患病，儿子都正常。④女性患者的后代中，子、女都各有1/2的患病风险。
（3）人类男性外耳道多毛症是伴Y连锁遗传（或限雄遗传）。其特点是：患者均为男性，并且是父传子，子传孙，女性不会出现相应的遗传病症。
第四节细胞质遗传及其在育种上的应用
一、细胞质遗传的特点
①遗传方式是非孟德尔式的。②F1通常只表现母方的性状。③杂交的后代一般不出现一定比例的分离。
二、高等植物叶绿体的遗传
1．紫茉莉的绿白斑的遗传
其特点为：不同枝条上的花朵相互受粉时，其后代的叶绿体种类完全决定于种子产生于哪一种枝条上，而与花粉来自哪一种枝条无关。
2．玉米的埃型条斑遗传
其特点是：①条斑植株作父本，正常植株作母本时，显示孟德尔式遗传。②条斑植株作母本，不论父本基因型怎样，其子代看不到典型的孟德尔式比数，显示出典型的细胞质遗传。
三、真菌类线粒体的遗传
核基因遗传遵循孟德尔式遗传，但杂交的后代性状跟核基因无直接关系而表现为细胞质遗传（如酵母菌的“小菌落”和链孢霉的“缓慢生长”要变型等）。
四、细胞质遗传在育种上的应用
玉米的“二区三系”制种，就是核质互作的一个例子。杂交制种过程如下：
（S）rfrf×（N）rfrf（S）rfrf×（N）RfRf
雄性不育系↓↓保持系↓↓
（S）rfrf（N）rfrf（S）Rfrf（N）RfRfj
雄性不育系保持系杂交种恢复系
雄性不育系和保持系的繁殖制造杂交种，同时繁殖恢复系
第五节生物的变异
一、基因突变
1．基因突变的类型
根据基因结构的改变方式不同，可将基因突变分为四种类型：
（1）点突变由某位点一对减基改变造成的。其包括两种形式：转换和颠换。点突变的不同效应为：①同义突变；②错义突变；③无义突变；④终止密码突变。
（2）移码突变某位点增添或减少1～2对碱基造成的。
（3）缺失突变基因内部缺失某个DNA小段造成的。
（4）插入突变基因内部增添一小段外源DNA造成的。
2．突变体的表型特性
突变对表型的最明显的效应，可分为：①形态突变；②生化突变；③致死突变；④条件致死突变。
3，突变发生的时期
突变可在个体发育的任何时期发生。突变发生在生殖细胞中，通过有性生殖必然引起后代遗传变化；突变发生在体细胞中，可引起某些体细胞遗传结构上的改变。突变发生的时期越迟，则生物表现出突变性状的部分越少。
4．基因突变的原因
基因突变是基因在诱变因素作用下，内部分子结构改变的结果。
5．基因突变的特征
①普遍性。②随机性。③低频性。④不定向性：一个基因可突变为一系列异质性的等位基因——复等位基因。但每一个基因突变的方向不是漫无限制的，如毛色基因，突变一般在色素的范围内。⑤可逆性。⑥多害少利性：但有害的突变在一定条件下转化为无害，甚至是有利的。
二、染色体变异
1．染色体数目变异
（1）染色体数目变异的常见类型如下表所示：
类别
名称
符号
实例
整倍体
单倍体
二倍体
三倍体
同源四倍体
异源四倍体
异源六倍体
异源八倍体
n
2n
3n
4n
2n=4x
2n＝6x
2n=8x
雄峰、花粉植物
雌蜂、水稻
香蕉、黄花菜
马铃薯、曼陀罗
烟草
普通小麦
小黑麦
非整倍体
单体
缺体
三体
双三体
四体
2n－1
2n－2
2n＋l
2n＋1＋l
2n＋2
人类21三体患儿
（2）染色体组及倍性
染色体组是指某种生物细胞中起源相同、形态各异、功能协调的一套完整的非同源染色体及其携带的全部基因。一个染色体组（用符号n表示）携带着一套非等位基因，由若干个染色体组成。染色体倍性是生物体细胞中包含的染色体组数。
异源多倍体生物的染色体组来源于若干个祖先种（又称为基本种），每个祖先种的染色体组称为基本染色体组。例如，普通小麦的生殖细胞中染色体组包含三个基本染色体组，而它的体细胞中则有六个染色体组。
单倍体是含有本物种配子染色体数的个体。一些低等植物的配子体和一些昆虫的雄体（如蜂类等膜翅目昆虫），都是正常的单倍体。但本来是二倍体或多倍体的生物通过单性生殖产生的单倍体，则是高度不育的。本来是二倍体的生物形成为单倍体后产生可育配子的几率为1/2n（n代表染色体对数）。
多倍体是由合子发育的体细胞含有三个或三个以上染色体组的体。二倍体的体细胞中染色体加倍形成同源多倍体（如染色体数未减数的雌雄配子结合成合子或产生染色体加倍的幼芽发育成）。种间杂交中体细胞染色体加倍则形成异源多倍体。同源多倍体可育性不高，仅四倍体的曼陀罗能正常繁殖，它有三种杂合体，即：AAAa、AAaa、Aaaa。各种杂合体的配子比和自交后裔表型比数如下表所示：
基因型
配子比
假设只有一个B交后代（A就产生A表型）
AAAa
/AA∶/Aa
全部A
AAaa
/AA∶4Aa∶/aa
35A∶/aa
Aaaa
/Aa∶/aa
/A∶/aa
（3）非整倍体单体、缺体和三体通过测交都可以把新的隐性突变基因定位在某染色体上。
在二倍体植物中，获单倍体容易，获单体很难。说明缺少单条染色体的影响较缺少一套染色体的影响还要大。在多倍体植物中，获得单体较容易，说明遗传物质的缺失对多倍体的影响比对二倍体的影响来得小。
2．染色体结构变异
染色体结构变异指染色体结构发生不正常的变化，主要有四种：缺失、重复、倒位和易位。
（l）缺失指一个正常染色体失去了片段。包括中间缺失和顶部缺失。不致死的缺失往往引起不寻常的表型效应，不致死的缺失多数通过卵细胞遗传的。如一个显性基因的缺失，致使原来不应显现出来的一个隐性等位基因的效应显现出来，表现出“假显性现象”或“拟显性现象”。
（2）重复指一个正常染色体增加了本身相同的某区段，包括顺接重复和反接重复。重复太大，也会影响个体的生活力，甚至引起个体死亡。染色体的某段的重复可引起基因的“剂量效应”或“累加作用”。另外，一般讲，重复很难检出，但从进化观点来讲很重要，它提供了额外的遗传物质，有可能执行新的功能，是新基因起源的一种可能方式。
（3）倒位指一个染色体上某区段正常排列顺序发生了o的颠倒，造成染色体内的重新排列，包括臂内倒位和臂间倒位。倒位纯合体不影响个体的生活力，只是改变了染色体上的相邻基因位置，从而某些表型发生位置效应，同时也改变与相邻基因的交换值。倒位杂合体则不然，其生育力降低。
染色体上的区段可能一次又一次发生倒位，且通过自交出现不同的倒位纯合体，致使它们与其原来的物种不能交配，形成生殖隔离，结果产生新族群或变种。
（4）易位指两对非同源染色体间某区段的转移，造成染色体间的重新排列，包括相互易位和单向易位。相互易位纯合体不影响个体生活力。相互易位杂合体则不然，在减数分裂时，如邻近分离则形成不平衡配子，常有致死效应。如交互分离则使易位染色体和非易位染色体进入不同配子中，导致非同源染色体上的基因间的自由组合受到严重抑制，出现假连锁现象。相反，同一染色体上的连锁基因可能因易位而表现为独立遗传现象。
三、人类染色体疾病
1．染色体数目异常的疾病
（1）常染色体数目异常——先天愚型或Down综合症（软白痴）
患者的核型为：47，XX（XY）＋21，也称21三体。该病大多是由卵子发生过程中21号染色体不分离，形成了多一条21染色体的异常卵细胞，受精后形成。发病率为：l/～1/。
（2）性染色体数目异常的疾病
①先天性学儿发育不全症（Klinefelter综合病）本病患者在青春期出现临床症状，睾丸小且发育不全，不能生育。其核型为47，XXY。该病大多是由卵子发生过程中X染色体不分离，形成多一条X染色体的异常卵子，受精后形成。发病率占男性的1/～1/。
②性腺发育不全症（Turner综合症）本病患者只有卵巢基质而无滤泡，无生育能力。其核型为45、XO。该病大多数为精子发生过程中XY不分离，形成了性染色体异常的精子，并和卵子受精后形成。发病率占女性的1/3。
2．染色体结构异常的疾病
（1）猫叫综合症，本病患者哭声如猫叫，智力低，肌张力也低下。患者的核型为46，XX（XY），但患者的一条5号染色体的短臂缺失。
（2）14/21易位型先天愚型，患者核型为46，XX（XY），－14，tt（14；21）。患儿核型中少一条14号染色体，多一条由14号和21号染色体形成的易位染色体。这种易位可以是新发生的结构畸变，也可以由双亲之一传来。
第六节基因工程
1．基因的分离和合成
分离是利用限制性内切核酸酶将分离目的基因切割成粘性末端。合成是通过化学合成法和酶促合成法来合成目的基因。
2．运载体的选择
（1）运载体必备特点为：a．必须能复制，b．最好有一个限制酶的切点，C．必须含有一种标记基因，d．最好含有启动子。（2）常见运载体的种类：a．质粒DNA，b．SV40病毒，c．λ噬菌体，d．含质粒和噬菌体顺序的运载体。
致各位读者：因为
