高考生物备考手册：重要知识点梳理（123）

二十八、自养型、异养型、需氧型、厌氧型与兼性厌氧型

在生物学中，生物体的代谢方式是理解其生存和繁衍的关键。根据同化作用和异化作用的不同，生物可以分为不同的类型，这些分类不仅帮助我们更好地理解生物的生理特性，也为我们研究生态系统提供了基础。

自养型与异养型

自养型生物是指那些能够通过光合作用或化学合成将无机物转化为有机物的生物。这类生物具备独特的酶系统和代谢途径，能够在缺乏现成有机物的环境中生存。自养型生物主要分为两种类型：光能自养型和化能自养型。

- 光能自养型：如绿色植物、藻类和某些蓝细菌，它们利用光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物质。这一过程不仅为自身提供了能量来源，还为整个生态系统中的其他生物提供了氧气和有机物。

- 化能自养型：如硝化细菌和硫化细菌，它们利用化学能将无机化合物氧化，从而获得能量并合成有机物。这类生物通常生活在极端环境中，如深海热泉或富含硫磺的土壤中。

相比之下，异养型生物不具备将无机物转化为有机物的能力，必须依赖环境中的现成有机物来维持生命活动。动物、真菌以及大多数细菌都属于异养型生物。它们通过摄取食物或寄生等方式获取所需的营养物质，因此对环境中的资源有较强的依赖性。

需氧型、厌氧型与兼性厌氧型

除了同化作用的差异，生物在异化作用上也有不同的表现，这取决于它们对氧气的需求和适应能力。

- 需氧型生物：如人类、大多数动物和许多细菌，它们在进行呼吸时需要不断从外界摄取氧气。有氧呼吸是一种高效的能量转换方式，能够产生大量的ATP（三磷酸腺苷），为细胞的各种生命活动提供充足的能量。需氧型生物通常生活在富氧环境中，如大气、淡水和海洋表层。

- 厌氧型生物：如一些古菌和特定的细菌，它们在缺氧条件下也能生存，并依靠无氧呼吸或发酵过程来获取能量。厌氧呼吸虽然效率较低，但能在缺氧环境中维持基本的生命活动。这类生物广泛存在于沼泽、淤泥和其他低氧环境中。

- 兼性厌氧型生物：如酵母菌和某些肠道细菌，它们既能在有氧条件下进行有氧呼吸，又能在无氧条件下进行无氧呼吸。这种灵活性使它们能够在多变的环境中生存，适应不同的生态位。例如，在发酵工业中，酵母菌可以在缺氧环境下大量繁殖，用于生产酒精和面包。

生物体的代谢方式决定了它们在生态系统中的角色和适应策略。了解这些分类有助于我们更深入地探讨生物多样性和生态系统的复杂性。

二十九、原代培养与传代培养

细胞培养技术是现代生物学研究的重要手段之一，它不仅为科学家提供了研究细胞行为的机会，还在医学、制药等领域有着广泛的应用。根据培养阶段的不同，细胞培养可分为原代培养和传代培养。

原代培养

原代培养是指从动物组织中分离出单个细胞并在体外进行初步培养的过程。具体步骤如下：

1. 组织分离：首先，从动物体内取出特定的组织块，如肝脏、皮肤或神经组织。这些组织经过清洗和切割，以去除不必要的杂质和大块组织。

2. 消化处理：使用胰蛋白酶或其他消化酶将组织分解成单个细胞。胰蛋白酶能够特异性地切断细胞间的连接蛋白，使细胞分散开来。这一过程需要精确控制时间和温度，以避免对细胞造成损伤。

3. 配制悬浮液：将分散后的细胞悬浮在含有营养成分的培养基中，制成一定浓度的细胞悬浮液。常用的培养基包括DMEM（Dulbecco's Modified Eagle Medium）和RPMI-1640，它们富含葡萄糖、氨基酸、维生素等必需成分。

4. 接种培养：将细胞悬浮液转移到培养瓶中，置于适宜的温湿度条件下进行培养。细胞会逐渐贴附在瓶壁上，开始分裂增殖。这个阶段被称为原代培养。

有些研究者将第1代细胞的培养及传10代以内的细胞培养统称为原代培养。在这个过程中，细胞保持了较高的原始特征和功能，适合用于研究细胞的基本生物学特性。

传代培养

随着细胞的生长和增殖，培养瓶中的空间变得有限，细胞密度增加，营养物质消耗殆尽。此时，需要进行传代培养，即将细胞从一个培养瓶转移到多个新的培养瓶中，继续培养。具体步骤如下：

1. 消化与分离：当细胞达到80%-90%的汇合度时，使用胰蛋白酶溶液将其从瓶壁上脱离下来，形成细胞悬浮液。这一过程需要轻柔操作，以防止细胞受到机械损伤。

2. 稀释与分装：将细胞悬浮液按照一定的比例稀释，并分装到新的培养瓶中。每个新瓶中应加入适量的新鲜培养基，确保细胞有足够的营养和空间继续生长。

3. 继续培养：将分装后的细胞重新置于培养箱中，观察其生长情况。传代培养可以使细胞长期存活并持续增殖，适用于大规模细胞生产或长时间实验。

通过原代培养和传代培养，科学家们能够在体外模拟复杂的细胞环境，研究细胞的增殖、分化、衰老等过程，为疾病治疗和药物开发提供重要的理论和技术支持。

三十、初级代谢产物与次级代谢产物

微生物的代谢产物是其生命活动的重要组成部分，这些产物不仅影响微生物自身的生长和繁殖，还对生态系统和人类健康产生深远的影响。根据其功能和产生时机，微生物的代谢产物可以分为初级代谢产物和次级代谢产物。

初级代谢产物

初级代谢产物是微生物在正常生长和繁殖过程中产生的必需物质，主要包括氨基酸、核苷酸、多糖、脂类和维生素等。这些物质对于维持细胞的基本结构和功能至关重要，是所有微生物共有的代谢产物。

- 氨基酸：作为蛋白质的基本组成单位，氨基酸参与了细胞内几乎所有生物分子的合成。不同种类的氨基酸具有不同的侧链结构，赋予蛋白质多样的功能和性质。

- 核苷酸：由碱基、五碳糖和磷酸组成的核苷酸是核酸（DNA和RNA）的基本构建模块。它们不仅参与遗传信息的传递，还作为能量载体（如ATP）和信号分子在细胞中发挥重要作用。

- 多糖：如淀粉、纤维素和糖原，多糖是细胞储存能量的主要形式。此外，多糖还参与细胞壁的构建和细胞间的识别与通讯。

- 脂类：包括脂肪酸、磷脂和固醇等，脂类构成了细胞膜的主要成分，调节细胞内外物质的交换，并储存能量。

- 维生素：作为辅酶或辅因子，维生素参与多种酶促反应，维持细胞正常的代谢功能。不同微生物对维生素的需求各异，有些可以通过自身合成，而另一些则依赖外界供应。

次级代谢产物

次级代谢产物是在微生物生长到一定阶段后产生的复杂有机化合物，通常不是维持生命所必需的。然而，这些物质在自然界中扮演着特殊的角色，如防御、竞争和信号传递。常见的次级代谢产物包括抗生素、毒素、激素和色素等。

- 抗生素：如青霉素、链霉素等，抗生素是由某些微生物产生的抗菌物质，能够抑制或杀死其他微生物。它们在医疗领域有着广泛的应用，但也引发了耐药性问题。

- 毒素：如肉毒杆菌毒素、黄曲霉毒素等，毒素是微生物用来抵御捕食者或竞争者的有毒物质。它们对人体和动植物具有潜在的危害，因此在食品安全和公共卫生方面备受关注。

- 激素：如植物生长素、赤霉素等，激素是由微生物产生的微量活性物质，能够调节宿主或邻近生物的生理过程。它们在农业和生态学研究中具有重要意义。

- 色素：如叶绿素、胡萝卜素等，色素赋予微生物特定的颜色，同时也参与光合作用和抗氧化保护。它们不仅丰富了自然界的色彩，还具有潜在的药用价值。

初级代谢产物和次级代谢产物的产生和积累受多种因素的影响，如营养条件、环境压力和基因表达调控。通过对这些代谢产物的研究，科学家们能够揭示微生物的进化历史、生态适应机制及其在生态系统中的功能。

三十一、适应性与应激性

生物体与其环境之间的相互作用是生命科学的核心问题之一。适应性和应激性是生物体应对环境变化的两种重要机制，它们共同保障了生物的生存和发展。

适应性

适应性是指生物在长期的进化过程中，通过自然选择和遗传变异，逐渐形成与环境相适应的性状和行为。适应性不仅体现在形态和生理特征上，还包括行为和生态位的选择。

- 形态适应：如北极熊的厚毛皮和企鹅的流线型身体，都是为了适应寒冷的极地环境。这些形态特征有助于减少热量散失，提高生存几率。

- 生理适应：如骆驼的耐渴能力和鱼类的渗透压调节，都是为了适应特定的生态环境。生理适应使得生物能够在极端条件下维持正常的生命活动。

- 行为适应：如候鸟的季节性迁徙和昆虫的伪装行为，都是为了逃避天敌或寻找更好的生存资源。行为适应增强了生物的生存能力和繁殖成功率。

适应性是一个渐进的过程，通常需要数百万年的时间才能形成显著的变化。然而，快速变化的环境也可能促使生物在较短时间内发生适应性进化，如抗药性细菌的出现。

应激性

应激性是指生物对外界刺激作出即时反应的能力。应激反应可以帮助生物迅速调整内部状态，以应对突发的环境变化或威胁。应激性反应可以是生理上的，也可以是行为上的。

- 生理应激：如人体在遇到危险时分泌肾上腺素，导致心跳加快、血压升高和肌肉紧张。这些生理变化有助于提高身体的警觉性和反应速度。

- 行为应激：如动物在遭遇天敌时逃跑或攻击，植物在受到病虫害侵袭时释放化学信号。行为应激使生物能够采取有效的防御措施，增加生存机会。

应激性反应通常是短暂的，旨在帮助生物度过危机。然而，长期的应激状态可能导致负面效应，如免疫力下降和器官损伤。因此，生物在进化过程中发展出了多种机制来平衡应激反应，确保自身的健康和稳定。

适应性和应激性是生物体应对环境变化的两种互补机制。适应性保证了生物在长期进化中的生存优势，而应激性则提供了短期的应急反应能力。两者共同作用，使生物能够在复杂多变的环境中繁衍生息。

三十二、生长素、生长激素、生长因子与秋水仙素

在生物学中，激素和化学物质对生物体的生长发育起着至关重要的作用。生长素、生长激素、生长因子和秋水仙素是其中几种典型的例子，它们各自具有独特的功能和作用机制。

生长素

生长素是一类植物激素，最著名的代表是吲哚乙酸（IAA）。生长素在植物体内的分布和运输非常精细，主要集中在根尖、茎尖和幼叶等生长活跃的部位。它的主要功能包括：

- 促进细胞伸长：生长素通过激活质膜上的质子泵，使细胞壁松弛，从而促进细胞吸水膨胀，实现细胞的纵向伸长。这一过程在植物的向光性和向重力性运动中尤为重要。

- 调控顶端优势：生长素在顶芽处浓集聚积，抑制侧芽的萌发，形成所谓的“顶端优势”。这种现象有助于植物集中资源向上生长，争夺更多的阳光和空间。

- 诱导不定根形成：在扦插繁殖中，外源施加的生长素可以诱导愈伤组织形成不定根，促进植株的再生。

生长激素

生长激素是由脑垂体前叶分泌的一种蛋白质激素，主要作用于骨骼、肌肉和软组织，促进人体的生长发育。其主要功能包括：

- 促进骨骼生长：生长激素刺激骨骺板的软骨细胞分裂增殖，延长骨骼长度，增加身高。青少年时期是生长激素分泌的高峰期，这也是青春期快速生长的原因之一。

- 促进蛋白质合成：生长激素通过激活mTOR信号通路，促进细胞内的蛋白质合成，增强肌肉力量和质量。运动员和健身爱好者常常关注生长激素的作用，以优化训练效果。

- 调节新陈代谢：生长激素还能提高脂肪分解，降低血糖水平，调节机体的能量代谢。这种作用有助于维持稳定的血糖浓度，预防糖尿病的发生。

生长因子

生长因子是某些微生物生长所必需的微量有机物，它们无法通过常规代谢途径自行合成，必须从外界获取。生长因子主要包括维生素、氨基酸和碱基等，是微生物五大类营养要素之一。它们的主要功能包括：

- 提供必要的营养：如维生素B族、氨基酸和嘌呤碱基，这些物质是微生物合成DNA、RNA和蛋白质的基础原料。缺乏这些生长因子会导致微生物生长缓慢甚至死亡。

- 促进细胞分化：某些生长因子如表皮生长因子（EGF）和成纤维细胞生长因子（FGF），能够诱导细胞进入特定的分化路径，形成特定类型的组织或器官。

- 增强免疫功能：如白细胞介素（IL）和干扰素（IFN），这些生长因子不仅促进细胞增殖，还增强免疫细胞的活性，提高机体的抵抗力。

秋水仙素

秋水仙素是从植物秋水仙中提取出来的一种生物碱，具有强烈的药理作用。它在细胞生物学和遗传学研究中有着广泛的应用，主要功能包括：

- 诱发基因突变：秋水仙素能够干扰DNA复制和修复过程，导致基因突变。这种特性使其成为研究遗传变异和进化机制的重要工具。

- 抑制纺锤体形成：在细胞有丝分裂过程中，秋水仙素可以阻止微管聚合，破坏纺锤体的正常结构，从而使染色体无法正确分离。这一作用常用于诱导多倍体植物的产生，提高作物产量和品质。

- 抗癌潜力：由于秋水仙素能够阻断细胞周期，抑制肿瘤细胞的增殖，它在癌症治疗中显示出一定的应用前景。然而，其毒性较强，需要严格控制剂量和使用范围。

生长素、生长激素、生长因子和秋水仙素在生物体的生长发育中各司其职，通过不同的机制调控细胞的行为和组织的功能。深入了解这些物质的作用原理，有助于我们更好地认识生命的奥秘，并为医学和农业领域的创新提供理论依据。