高中生物必修一科学史

一、细胞学说的建立过程

1、维萨里：比利时人，发表巨著《人体构造》，揭示了人体在器官水平的结构。 2、比夏：法国人，他指出器官由低一层次的结构——组织构成。 3、虎克：英国人，细胞的发现者和命名者。

（1）1665年，他用显微镜观察植物的木栓组织，发现由许多规则的小室组成，并把“小室”

称为细胞。

4、列文虎克：荷兰著名磨镜技师，

（1）他用自制的显微镜观察，观察了不同形态的细菌、红细胞和精子等 5、施莱登和动物学家施旺，德国植物学家， （1）19世纪30年代提出了细胞学说，

（2）揭示生物界的统一性（细胞的统一性和生物体结构的统一性）。 （3）内容：

①细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所组成。 ②细胞是一个相对的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生 命起作用。

③新细胞可以从老细胞中产生。 6、魏尔肖：德国人

（1）总结出：“细胞通过产生新细胞” 二、生物膜结构的探索历程 1、欧文顿：

（1）发现：细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。 （2）提出假说：膜由脂质组成的 2、20世纪初，科学家

（1）第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析：主要成分是脂质和蛋白质。 3、1925年，荷兰科学家

（1）用丙酮从人的红细胞中提取脂质，

（2）在空气—水界面上铺成单层分子，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 （3）结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。 4、罗伯特森：

（1）1959年他在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构，

（2）大胆提出生物膜的模型，①所有生物膜都由蛋白质——脂质——蛋白质三层结构构成， ②他把生物膜描述为静态的统一结构 质疑:

①细胞膜复杂功能难以实现

②细胞的生长，变形虫的运动不好解释 5、1970年，科学家

（1）通过荧光标记的人鼠细胞融合实验，以及其他相关实验 （2）证据表明：细胞膜具有流动性。

6、1972年，桑格和尼克森，提出“流动镶嵌模型”。 （1）内容：

①基本骨架：磷脂双分子层

②蛋白质：镶在磷脂双分子层表面，嵌入磷脂双分子层中，贯穿于整个磷脂双分子层中 （2）结构特点：

①膜具有一定的流动性 ②膜蛋白分布的不对称性。 7、1988年美国科学家阿格雷成功地将构成水通道的蛋白质分离出来。 备注：

①科研上鉴定死细胞和活细胞：常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。 ②原理：利用了细胞膜能够控制物质进出的原理 三、细胞结构和功能组织的发现

1、克劳德于19年生于比利时的布鲁塞尔，是一位著名的细胞生物学家

（1）差速离心法：采用不同的转速对破碎的细胞进行离心，将细胞内不同组分分开，这是一种沿用至今的定性定量分离细胞组分的经典方法。 2、德迪夫发现溶酶体

3、善于利用先进技术手段的帕拉德

（1）改进了电子显微镜，发现了核糖体和线粒体结构

（2）1960年，帕拉德向人们描绘了一幅生动的细胞“超微活动图”。形象地揭示出分泌蛋白质合成并运输到细胞外的过程。

①分泌蛋白：在细胞内合成，分泌到细胞外起作用（如消化酶、抗体和一部分激素） ②研究方法：同位素标记法 ③过程： ④相应结构： A、核糖体中形成肽链

B、内质网加工形成有一定空间结构的蛋白质 C、高尔基体进一步的修饰

D、然后形成包裹着蛋白质的囊泡，囊泡与细胞膜融 合，将蛋白质分泌到细胞外。 E、整个过程线粒体提供能量

例1、下列关于生物科学史的叙述，正确的是

A.施莱登和施旺提出细胞学说，认为所有生物都由细胞组成 B.罗伯特在光学显微镜下清晰看到细胞膜的暗—亮一暗三层结构 C.恩格尔曼用实验证明了氧气由叶绿体释放

D.鲁宾和卡门利用差速离心进行探究，证明光合作用释放的氧气来自水 例2：下图为真核细胞结构及细胞内物质转运的示意图。 请回答下列问题: (1)图中双层膜包被的细胞器有 填序号)。

(2)若该细胞为人的浆细胞,细胞内抗体蛋白的合成场所有 (填序号),合成后通过

运输到 (填 序号)中进一步加工。

(3)新转录产生的 mRNA 经一系列加工后穿过细胞核上的 转运到细胞质中,该结构对转运的物质具有 性。

(4)若合成的蛋白质为丙酮酸脱氢酶,推测该酶将被转运到 (填序号)发挥作用。

例3、研究分泌蛋白的合成及分泌过程中，科

学家们做了下列实验。请回答问题：

（1）豚鼠的胰腺腺泡细胞能够分泌大量的消化酶，可观察到这些细胞具有发达的_________。 （2）科学家将一小块胰腺组织放入含放射性标记____________的培养液中短暂培养，在此期间放射性标记物被活细胞摄取，并掺入到___________ 上正在合成的蛋白质中。组织内的放射性同位素可使感光乳剂曝光，固定组织后在显微镜下便可发现细胞中含放射性的位点，这一技术使研究者能确定________________在细胞内的位置。

（3）科学家将短暂培养的胰腺组织洗去放射性标记物，转入不含放射性标记物的培养液中继续培养。实验结果如图所示。随着______________的变化，放射性颗粒数的百分比在不同细胞结构上有规律的变化，据此推测，分泌蛋白转移的途径是_______________________。 （4）细胞内部产生的蛋白质被包裹于膜泡之中，这些膜泡能够精准的运输。为了确定参与膜泡运输的基因（sec基因），科学家筛选了两种酵母突变体，这两种突变体与野生型酵母电镜照片差异如下： 酵母突变体 sec12基因突变体 sec17基因突变体 与野生型酵母电镜照片的差异 突变体细胞内内质别大 突变体细胞内，尤其是内质网和高尔基体间积累大量的未融合小泡 据此推测，sec12基因编码的蛋白质的功能是与_____________________的形成有关。sec17基因编码的蛋白质的功能是__________________________________。 四、酶的发现史

1、斯帕兰札尼：意大利人，生理学家。

（1）1783年他通过实验证实胃液具有化学性消化作用。 2、法国微生物学家，化学家巴斯德

（1）提出酿酒中的发酵是由于酵母菌的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精。 3、德国化学家李比希

（1）认为引起发酵是由于酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

4、毕希纳：德国人，化学家。

（1）他从酵母细胞中获得了含有酶的提取液，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。 5、萨姆纳：美国人，化学家。

（1）1926年，他从刀豆种子中提取到脲酶的结晶，并用多种方法证明脲酶是蛋白质。荣获1946年诺贝尔化学奖。

6、20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼 （1）发现少数RNA也有生物催化作用。 五、光合作用的发现史

1、1771年， 英国科学家普里斯特利，

（1）通过实验证实植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气， （2）但是他没有发现光在植物更新空气中的作用。 2、1779年，荷兰科学家英格豪斯

（1）发现普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功，

（2）植物体只有绿叶才能更新污浊的空气，但不了解植物吸收和释放的究竟是什么。 3、1845年，德国的梅耶，

（1）提出植物进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。 4、18年，德国科学家萨克斯通过实验证明光合作用产生了淀粉 （1）过程

①饥饿处理：绿叶先在暗处放置几小时，目的是消耗掉叶片中的营养物质 ②对照实验：让叶片一半曝光一半遮光. ③脱色处理：酒精脱色

④碘蒸气处理：曝光一半是蓝色，遮光一半没有颜色变化. （3）结论：光合作用的产物是淀粉 备注：①还能证明：光合作用需要光 5、1880年，美国科学家恩格尔曼 （1）材料：好氧细菌和水绵

①水绵的叶绿体呈螺旋式或带状便于观察 ②好氧细菌可确定释放氧气多的部位 （2）过程、结果

①把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境里，先用极细光束来照射水绵，在显微镜下观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到部分附近。 ②如果将上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位周围。 （3）结论：实验证明氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 备注：实验组和对照组

①没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰

②叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验 ③临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果 备注：恩格尔曼的第二个实验 （1）过程

①他用三棱镜的光照射水绵临时装片

②惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域

（2）结论：证明叶绿体主要吸收红光、蓝紫光用于光合、放出氧气. 6、1939年，美国的鲁宾和卡门 （1）方法:同位素标记法 （2）过程、结果

①过程：证第一组向植物提供H2O和CO2

结果：第一组释放的氧气全部是O2；

②过程：第二组向同种植物提供H2O和CO2在其他条件都相同的情况下，

结果：第二组释放的氧气全部是O2

（3）结论:证明光合作用释放的氧气来自水。”

7、20世纪40年代，美国生物化学家，植物生理学家卡尔文及其合作者 （1）卡尔文循环 ①材料：小球藻

②方法：放射性同位素标记法

③过程：C标记CO2，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。 （2）卡尔文循环：二氧化碳 → 三碳化合物 → 糖类 六、植物细胞全能性

1、1958年，美国科学家斯图尔德，取胡萝卜韧皮部细胞进行组织培养，形成新植株，证实了高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，这就是细胞全能性。

例1、1883年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱．他将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上（a图内部空白区域），并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况（如图），他得出光合作用在红光区和蓝光区最强．这个实验的思路是（ ）

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A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强

B．好氧细菌聚集多的地方O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物光合作用强 C．好氧细菌聚集多的地方水绵光合作用产生有机物多，则在该种光照射下植物光合作用强 D．聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物O2，使水绵光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用

例2、如图为恩格尔曼利用水绵进行的光合作用实验示意图，相关分析正确的是 A．实验1在黑暗条件下进行，属于对照组，实验2在光照条件下进行，属于实验组 B．1是水绵细胞，2是培养液，此过程中，水绵一定要保持正常的生命活性 C．利用此实验装置，可以验证线粒体是呼吸作用的场所

D．1结构内不含与有氧呼吸相关的酶，2处的好氧菌含与有氧呼吸相关的酶 5.下图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，有关叙述正确的是

A.两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有淀粉 B.两实验均需要光的照射

C.两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照 D.两实验均可证明光合作用的产物有氧气

例3、下列关于科学史中所用的研究方法和生物实验方法叙述，不正确有几项 ①研究光合作用和呼吸作用化学反应过程——同位素标记法

②萨顿假说和摩尔根果蝇杂交实验，提出基因在染色体上用的都是类比推理法 ③孟德尔豌豆杂交实验提出遗传定律——假说-演绎法 ④沃森和克里克发现DNA双螺旋结构——模型建构法 ⑤探究酵母菌细胞呼吸方式——对比实验法 ⑥细胞器和叶绿体中色素的分离都可用差速离心法 A.二项 B.三项 C.四项 D.五项

总结：同位素标记法的实验（元素标记）

① “分泌蛋白的合成和运输”：用H标记的亮氨酸

②1939年美国科学家鲁宾和卡门利用氧的同位素O分别标记H2O和CO2，然后通过对比实验，证明了光合作用释放的氧气来自水。

③20世纪40年代，美国科学家卡尔文，用C标记的CO2，供小球藻进行光合作用，最终探明了碳在光合作用过程中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。 ④ “噬菌体侵染细菌的实验”：1952年赫尔希和蔡斯分别用同位素P和 体，通过实验证明了DNA才是真正的遗传物质。

⑤ “DNA半保留复制的实验证据”：1958年，科学家用同位素

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S 标记的噬菌

N标记的大肠杆菌（生物）

为实验材料，运用同位素示踪技术，通过实验证实了DNA复制的方式是半保留复制 ⑥ “DNA分子杂交技术”：用放射性同位素标记的含有目的基因的DNA片段作为探针进行目的基因的检测。

总结：荧光标记法的实验（分子标记：如蛋白质）

①“人鼠细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。 ② “基因在染色体上的实验证据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。