例析高中生物中的“结构与功能观”

唐庆圆

摘 要 从生命系统的多个层次对“结构与功能观”这一基本生命观念进行了筛选、挖掘和整合，力图帮助学生科学认识生物及其发展规律，建立系统的生物学知识体系。

关键词 高中生物 结构与功能 例析

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

文件编号： 1003 - 7586（2016）06 - 0003 - 02

生命观念是科学世界观在生命科学中的体现，其中“结构与功能观”是现代生命科学的基本观点，其内涵是一定的结构必然有与之相对应的功能存在，且任何功能都需要一定的结构来完成。无论分子、细胞，还是个体、生态系统，构成生命体的各个层次无不体现出“结构与功能”的统一性。筛选、挖掘和整合这一观点的实例，对学生科学认识生命及其发展规律，建立系统完整的生物学知识体系有很大帮助。

1 元素——以碳元素为例

碳元素是构成细胞的最基本元素，其在干重中含量达到55.99%。碳元素是构成物质种类最多的一种元素，生命的基本单元氨基酸、核苷酸都以碳元素为骨架。可以说，没有碳元素，就没有生命。究其原因，碳元素在元素周期表中属第ⅣA族第一个元素，它的核外电子排布最外层是4个电子，在化学反应中既不容易失去电子，也不容易得到电子，难以形成离子键，易于形成较为稳定的共价键。它能构成多种不同的结构，形成碳链后结构表现出对称性，因此，构成的多聚体结构多种多样。

2 分子——以ATP为例

细胞的生命活动为什么都以ATP作为能量“通货”呢？首先，ATP分子很不稳定，远离腺苷（A）的高能磷酸键容易断开，形成ADP（二磷酸腺苷）和游离Pi（磷酸），同时释放出能量；其次，ATP是一种高能磷酸化合物，其每摩尔ATP水解可释放能量30.5kJ；第三，ATP和ADP可以实现快速相互转化。因此，ATP能够及时而持续的满足细胞对能量的需求，成为良好的能量代谢中介。

3 细胞器——以线粒体为例

线粒体是细胞的“能量工厂”，其特有的结构使其能够供应细胞内95%的能量。线粒体是由双层膜围成的封闭囊状结构。外膜有孔蛋白构成的亲水通道，1KD以下的分子可自由通过，因此，糖酵解生成的丙酮酸（90D）能够自由通过外膜进入线粒体，并被主动运输穿过线粒体内膜到达线粒体基质，与辅酶A生成乙酰辅酶A。乙酰辅酶A一旦生成，就会进入三羧酸循环。内膜是有氧呼吸中ATP合成的主要场所，其向内折叠形成嵴，扩大了化学反应的面积；膜上存在着大型酶复合体（NADH-泛醌还原酶、泛醌-细胞色素C还原酶、细胞色素C氧化酶），能够利用能量将质子逆浓度梯度泵入内外膜间。当质子被泵入膜间后，质子就会有顺浓度梯度扩散的趋势。当质子通过复合体从膜间回到基质的时候，ATP酶复合体可以将ADP和磷酸合成ATP。

4 细胞——以神经元为例

神经元是构成多细胞动物神经系统的基本单位，它是动物体信息传递和处理的结构基础。神经元细胞膜上有三种重要的载体蛋白：Na+通道、K+通道和Na+-K+离子泵。静息状态下，K+通道打开、Na+通道关闭，形成了“内负外正”的静息电位；受到刺激的兴奋部位，Na+通道打开、K+通道关闭，形成了“内正外负”的动作电位；当兴奋部位和未兴奋部位之间有了电位差，就产生了局部电流，局部电流刺激着相近的未兴奋部位发生动作电位，兴奋就沿着神经纤维向前传导。与此同时，K+、Na+通过钠-钾离子泵完成主动运输，使膜内外的K+、Na+浓度重新恢复到静息状态，从而维持了细胞正常的兴奋性。

5 个体——以人体为例

人类作为陆生、站立行走的哺乳动物，四肢肌肉约占全身肌肉重量的80%，其中下肢约50%，上肢约30%。下肢肌肉较粗壮，与其支持人体体重的功能相适应，如粗壮的臀大肌、小腿三头肌；上肢肌肉细小，与上肢适宜做灵巧、精细的动作相适应，如前臂肌中除了有伸肌、屈肌，还有回旋肌。

此外，人的心脏为两心房两心室。房室完全分隔的心脏，其肺循环和体循环完全分开。这样，动静脉血不再相混，体循环大动脉中全是含氧多的鲜血，各种组织细胞可得到更多的氧，大大提高了血液中营养物质的利用效率，使代谢水平提高，适应环境的能力大为增强。

6 群落——以园林植物群落为例

群落是同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，群落结构和群落生态效应息息相关。以上海松江区公园中的两块园林绿地为样本，研究结果发现：在群落降温、增湿、增加负离子浓度3个生态效应中，生态效益总体水平较高的群落是D6，较低的是D4。从表1可以看出：D6的群落内植物种数多，乔木层结构较复杂，可以有效阻挡太阳辐射并减少水分的蒸发，起到很好的降温增湿效果，整体生态功能较高。

7 生态系统——以“石油农业”为例

生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。农田生态系统是人类赖以生存的食物来源，其物种组成简单，营养结构单一，因此抵抗自然灾害、外来物种入侵和其他干扰的能力低下。人们为了提高农田生态系统的生产效率和产量，“石油农业”孕育而生。然而结果是，相当一部分农药和化肥不能被作物充分利用，而通过各种途径对土壤、水体和食物造成污染。新兴的生态经济要对“石油农业”进行改革，就应遵循生态系统的结构功能相统一的规律，增加农业生态系统的物种种类，优化营养结构，从而实现废弃物的资源化，降低对环境的污染，如“桑基鱼塘”模式。

以上实例仅例析了“结构与功能观”在生命体不同层次的体现，实际上“结构与功能观”在高中生物教材中还有许许多多的体现。在备课及教学过程中，教师应以“结构与功能观”等生命观点为指导，挖掘教材，理清各章节、各模块之间的联系，构建知识网络。只有教师自身对知识、观点的理解上升了，才有利于在课堂上引导学生建构正确的生命观，在构建学生知识体系的基础上提升学生的学科素养。

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