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第21章 生命的发生和发育
第一节 生命的起源
一、 讨论地球上的生命是怎样发生的
1、神创论:生命是由神或上帝创造的。如女娲造人和上帝造人
2、自然发生论: 生命是由非生命物质随时自发地发生的.(腐草化萤、腐肉生蛆)
3、生生论:
(1) 雷迪实验:
(2) 巴斯德实验:A实验过程、B结论:生物只能来源于生物,非生命物质绝对不能随时自发地产生新生命。
原始地球模式图
4、化学进化论:认为生命是在漫长的宇宙进化中发生的,是宇宙进化到某一阶段的产物。
原 始 海 洋
NH3
X—射线
CH4
可见光
H2
H2O
紫外线
化学进化是在原始地球条件下由非生命物质通过化学途径演变为原始生命的过程。
(1)原始地球:或赤日炎炎,或电闪雷鸣,火山喷发,熔岩横流。
(2)原始大气:水蒸气、氢气、氨、甲烷、等,但没有氧气。
现在大气:水蒸气、氮气、二氧化碳、一氧化碳等,有氧气。
(3)推测原始生命出现的四个阶段:
第一个阶段,从无机小分子生成有机小分子的阶段。(已得到证实)
第二个阶段,从有机小分子物质生成生物大分子物质。
第三个阶段,从生物大分子物质组成多分子体系。
第四个阶段,有机多分子体系演变为原始生命。即
宇宙射线、紫外线 随水流入
原始大气 有机小分子 有机高分子 多分子体系 原始生命
热能、 闪电 原始海洋
原始海洋—生命诞生的摇篮 生命发生的开端―――有机小分子的形成
(4)米勒实验
米勒和他的实验装置
含有有机小分
子的溶液
沸水
冷却水
冷凝装置
电极
模拟原始大气
5、宇宙生命论:
地球上最早的生命或构成生命的有机物,来自其他宇宙星球或星际尘埃.
6、其他学说
热泉生态系统学说:热泉喷口附近的环境要以为生命的出现以及其后的生命延续提供所需的能量和物
质.关于生命的起源与进化问题一般认为经历了生命起源的化学进化阶段和生命发展的生物进化阶段。
第二节 生物的进化
一、生物进化的化石记录
化石是保存在地层中的古代生物的遗体、遗物和遗迹。(最有力的证据)
化石在地层中的分布规律:
越古老的地层中,成为化石的生物种类少,结构简单而低等;
越晚近的地层中,成为化石的生物种类多,结构复杂而高等。
生物进化的总体趋势:从简单到复杂,从低等到高等,从水生到陆生。
在地层中还发现了一些中间过渡类型的化石,揭示了不同生物之间的亲缘关系;如始祖鸟和古鸟化石证实,鸟类起源于古代的爬行类动物。
生物进化的历程:
植物:原始生命体→藻类植物→苔藓植物→蕨类植物→种子植物(裸子植物、被子植物)
鸟类
动物:原始生命体→原生动物→腔肠动物→扁形动物→线形动物→环节、软体、节肢动物
哺乳类
→棘皮动物→鱼类→两栖类→爬行类→
生物进化是指生物与生存环境的相互作用,一代又一代发生改变的过程。地球上的各种生物有共同祖先,有着或近或远的亲缘关系。
二、地球上的生命史:太古代、元古代、古生代、中生代、新生代
① 前寒武纪时期:开始出现了细菌、蓝藻等原核生物。蓝藻的出现改变了地球大气的成分(氧气产生),此时期,出现了原核生物,并发生了从异养到自养,从原核生物到真核生物、由单细胞生物到多细胞生物的进化过程。即原核生物 单细胞真核生物 多细胞真核生物。
② 古生代:早期出现三叶虫(三叶虫时代)等无脊椎动物类群和高等藻类植物类群;中期出现了海洋鱼类和陆生的裸蕨类植物;后期动物出现了两栖类和有翅昆虫,植物出现了石松类和蕨类植物。蕨类植物繁盛和两栖类动物的发展,表明生物完成了由水生到陆生的进化阶段。
③ 中生代:出现裸子植物和恐龙等爬行动物;哺乳动物和鸟类开始出现。
④ 新生代:被子植物开始出现;哺乳动物和鸟类繁盛,人类出现。
三、达尔文和他的“自然选择学说”
1、 达尔文的环球航行和考察
2、 大自然的选择
达尔文-----《物种起源》(自然选择学说为核心的生物进化理论)
自然选择学说的主要内容可以概括为四点:过度繁殖,生存斗争(也叫生存竞争),遗传和变异,适者生存。
关系:过度繁殖提供了更多的变异和选择材料,加剧了生存斗争,是生物进化的前提; 生存斗争是自然选择的过程,是生物进化的动力和手段; 遗传和变异是基础(内因); 适者生存是结果.
①过度繁殖:既是生存斗争的前提,也使出现大量变异成为可能。由于生物的过度繁殖造成食物短缺,生活空间狭小,必然激发生存斗争;而生物大量繁殖后代,也会不断产生变异,其中许多变异是能够遗传的。
②生存斗争:是生物进化的动力,也是自然选择的途径。生存斗争包括同种生物之间的斗争,不同种生物之间的斗争以及生物与无机环境之间的斗争。生存斗争有胜有负,就会优胜劣汰,生存斗争推动着生物的进化。
③遗传和变异:是生物进化的内在因素。生物的变异有的是有利变异,有的是不利变异。在生存斗争中,具有有利变异的个体容易生存下去,具有不利变异的个体则被淘汰,这便是自然界的选择。所以变异为自然选择提供了原始材料。有利变异通过遗传逐代得到积累和加强,最后形成新的物种。生物的变异是不定向的,而自然选择是定向的。环境的定向选择作用决定着生物进化的方向。
④适者生存:是生存斗争的结果。自然选择通过生存斗争实现。
生物进化的原因:内因是生物能产生各种变异并能遗传,外因是生物生存的各种环境条件。在生存斗争中,适者生存,不适者被淘汰,这就是自然选择。环境的定向选择决定生物进化的方向。生物的多样性和适应性是自然选择的结果。【即内因:遗传和变异(基础),外因:环境变化】
3、自然选择:自然界中的生物,通过激烈的生存竞争,适应者生存,不适者被淘汰的现象,叫做自然选择。生物通过遗传、变异和自然选择不断进化。
4、人工选择:根据人类需求和爱好,经过不断选择而形成生物新品种的过程叫做人工选择。
人 工 选 择
自 然 选 择
选择因素
人类
自然环境
选择结果
产生满足人类需求的新品种
产生适应环境的新物种
所需时间
较快
十分缓慢
自然选择与人工选择都是定向的。
第3节 人类的起源与进化
一、 现代类人猿(长臂猿、猩猩、大猩猩和黑猩猩)与人类有极为相似的特征
1、 外部形态:类人猿颜面扁平,两眼在一个平面,无尾,身体比猴大,外形与人接近。
2、 身体结构:骨骼与人相似;乳头一对,位于胸部,单子宫;大脑遮盖了小脑。与人相似。
3、 面部表情:大多有喜、怒、哀、乐等多样表情,和人的面部表情相似。
4、 行为表现:善于模仿;懂得交流;会使用枝条作工具等。
5、 其他:喜欢群居,有的有家庭生活;可勉强直立行走。
二、 猿向人的过渡
进化论的建立者达尔文提出:人类和现代类人猿的共同祖先是森林古猿
人类的进化过程:
原因:森林大量消失,树栖生活为主的森林古猿为了适应环境下地生活,逐渐能直立行走、制造并使用工具、最后进化成人类。
一部分生活在草地 进化 进化
地球环境发生变化 人类的最早祖先 现代人类
森林古猿
(如造山运动和气候剧变) 一部分生活在森林 进化 进化
现代类人猿的祖先 现代类人猿
人类祖先与猿分界的重要标志――两足直立行走
人与类人猿本质区别:人能劳动、能在劳动中制造和使用工具;人有语言,有思维。
三、 人类的进化阶段
1. 南方古猿(400万年-100万年前的非洲)脑容量与现代类人猿相当。非洲的南方古猿化石是最
早的原始人类化石。
2. 能人(约200万年前)平均脑容量约为700ml,能制造和使用工具。
3. 直立人(180万年-20万年前)脑容量约为1088ml,会用火和更先进的工具。如元谋直立人、和县
直立人、蓝田直立人和北京直立人。
4. 智人(20万年-1万年前),脑容量与现代人相当,可创造原始艺术。如金牛山人、丁村人、柳江
人、资阳人和山顶洞人。
南方古猿 能人 直立人 智人
身高
四、人种:根据肤色、毛形和鼻形等体质特征,现代人可分为4个人种。
1.蒙古利亚人(黄色人种)2.高加索人 (白色人种)
3.尼格罗人 (黑色人种)4.澳大利亚人(棕色人种)
劳动创造了人类本身,也选择了人类本身
第23章 生态系统及其稳定性
1.生态系统的概念:在一定自然区域内,所有生物及其生活的环境共同构成的统一整体。如一块农田、一片草原等。生物圈是地球上最大的生态系统。
2.生态系统的结构 非生物的物质和能量
生态系统的成分 生产者
生态系统 生物 消费者
的结构 食物链和食物网 分解者
(1).生态系统的成分
一个生态系统是由生物和非生物环境组成的。
A:非生物物质和能量:空气、水、矿物质、阳光和热能等。作用:为生物提供必要的物质和能量。
B:生产者:a.特点:属自养型生物(包括绿色植物及自养型微生物:硝化细菌等化能细菌及光合细菌)
b.作用:把无机物制造成有机物;把光能转换为化学能。制造有机物为其它生物提供物质和能量
c.地位:是生态系统的最主要生物,必备成分
C:消费者:a.特点:属异养型生物(动物、人及寄生性微生物)。
b.级别:初级消费者→次级消费者→三级消费者
c.作用:可加快生态系统的物质循环和能量流动
D:分解者:a.特点:主要是异养型.营腐生生活的微生物(另外还有少量腐生动物)
b.作用:将动、植物遗体、排出物.残落物中的有机物分解成无机物返回无机环境,再度被生产者利用
c.地位:也是生态系统的必备成分
(2).食物链和食物网
形成:生态系统中,各种生物因食物关系而形成的联系
食物链 基本模式:生产者+不同级别的消费者
书写原则:植物(起点)→植食性动物→小型→中型→大型肉食动物
第一营养级 第二营养级 三 四 五
分类:捕食链.寄生链.腐生链
环节:一般不超过5个环节
形成 一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物
食物网 一种植食性动物既可吃多种植物,也可被多种肉食动物所食
功能:生态系统物质循环和能量流动的渠道
生态系统各成分的关系
二氧化碳
土壤和水中的矿物质、水
生产者
消费者
水
二氧化碳
分解者
A.食物链:生态系统中,生产者与消费者之间、消费者与消费者之间通过吃与被吃的关系形成的链条式的联系。
**注意:食物链的起始点是生产者。用箭头表示“吃与被吃”的关系,箭头的方向从生产者指向消费者。如:草→虫→青蛙→蛇
第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 第五营养级
生产者 初级消费者 次级消费者 三级消费者 四级消费者
次级消费者
食物链
B.食物网:在一个生态系统中,许多条食物链彼此交错形成的网状联系。
食物链和食物网反映了生物之间因食物关系而形成的复杂关系,是生态系统营养结构基础。
生态系统中的物质和能量就是通过食物链在生物之间进行运输和传递的。食物链和食物网中的各种生物之间存在着相互依赖、相互制约的关系。其中任一环节出了问题,都会影响整个生态系统。正是由于物质流、能量流和信息流的存在,使各种生物与环境成为一个统一的整体。
草原生态系统的食物网
4.功能:能量流动和物质循环是生态系统的两大功能,它们是随着食物链和食物网在生物之间进行运输和传递的。太阳能是所有生物生命活动的最终能量来源。
A.能量流动.
1.能量流动的过程:以有机物形式沿食物链向下一营养级传递。
2.能量流动的总值:生产者固定的太阳能的总量是流动的总能量。
3. 能量流入某一营养级后的四个去向:①呼吸散失;②自身储存;③残落物.遗体;④流入下一营养级。
4.生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的。
5.能量流动的特点:
A:单向流动;由于生物与生物之间捕食与被捕食的关系是一定的,能量只能由被捕食者流向捕食者。
B:逐级递减;传递效率10%~20%(形象地用能量金字塔表示;又因能量储存在有机物中,故也存在生物量金字塔)。愈向食物链的后端,生物体的数量愈少,储存的能量也愈少,就形成了金字塔形的生物体数量与能量的关系。
由于能量在通过各营养级时会急剧地减少,所以食物链就不可能太长,生态系统中的营养级
一般只有四五级,很少有超过六级的。食物链太长,流向最高营养级的能量就越少,这是一山不容二虎的原因。
农业生产上除草和杀虫的目的:合理调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
6.研究能量流动意义:帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
生态农业的建立就是实现能量的多级利用和物质循环的再生,提高能量的利用率。
沼渣 → 肥料
如: 沼气 → 燃料
农作物秸杆→饲料→牲畜粪便→发酵
呼吸
生态系统的能量流动
分解者
太阳能
消费者
消费者
消费者
生产者
生 产 者
次级消费者
初级消费者
能量金字塔
B.物质循环:
1.概念:组成生物体的物质在生物与无机环境之间的往返循环。如碳在生物群落与无机环境主要是以二氧化碳的形式循环。
2.特点:全球性.循环性
3.实例:碳循环
(1)碳循环的主要形式:CO2。在生物群落与无机环境间以CO2形式循环,在生物群内部是以含碳有机物的形式流动
(2)碳在自然界中的存在形式:CO2.含碳有机物.碳酸盐.煤.石油. 天然气等
(3)碳在生物体内的存在形式:含碳有机物
(4)碳进入生物体的途径:绿色植物的光合作用
(5)碳在生物体之间传递途径:食物链
(6)碳进入大气的途径:①生物的呼吸作用②分解者的分 解作用③化石燃料的燃烧
4.与能量流动的关系
A:区别:物质是循环的,而能量流动是单向的.逐级递减的
B:联系:物质作为能量载体,使能量沿食物链流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
动植物的遗体和排出物
泥炭
煤
石油
厂房、汽车等
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
大气中的CO2库
5.生态系统的稳定性
概念:生态系统经过长期的发展过程,逐步形成了生物与非生物物质、能量之间、生物与生物之间相对稳定平衡的状态。(即它的结构和功能能够保持相对稳定)
(1)生态系统能在一定的时间里保持相对稳定和平衡状态的原因是:生态系统具有一定的自我调节能力。当生态系统发生一定的变化或受到外来干扰因素的影响,可通过生态系统内部的自我调节,克服了系统内部的变化及外界的干扰,维持相对稳定和平衡的状态。
时间
鼠类(消费者)
食鼠动物
草原植被(生产者)
生物数量
(2)生态系统的自动调节能力是有限度的,当外界的干扰因素超过这个限度,生态系统就会失去自我调节的能力,导致稳定状态被破坏。生态系统的调节能力有大有小,这主要取决于它自身的结构特点。生态系统中生物种类越多,营养结构越复杂,自我调节能力就越大。反之,生态系统的生物种类越少,营养结构越简单,自我调节能力就越小。人们在发展经济的同时,应该根据当地生态系统的结构特点、自我调节能力的大小,采取相应的对策,保持生态系统的相对稳定,以达到人与自然协调发展的目的。
生态系统的结构和功能总是处于不断变化的过程中,生态系统的稳定只是相对的。
破坏生态系统稳定性的因素有:自然因素和人为因素(主要)(对自然资源不合理的开发和利用,引种不合理也是一个因素)。
生物圈是目前人类生存的唯一家园,而人类活动的干扰正在全球范围内使生态系统偏离稳态,我们要保护并提高生态系统的稳定性。
生物富集现象:某些有害物质进入生物体以后,不易排出,通过食物链不断积累,在最高级消费者的体内积累的浓度最高。
水体富营养化:是指湖泊、河流、水库等水体中氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。由于水体中氮、磷等植物营养物质的富集,引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖,使水体溶解氧
含量下降,造成水生生物大量死亡。浮游生物的大量繁殖,在淡水中称为“水华”,在海洋中称为“赤潮”。
关于小生态瓶的制作
它是一个自我平衡的生态系统,在一定时间内能够保持动态平衡的原因有:
①有稳定的能量来源(太阳光)
②各类生物数量相对稳定
③植物的光合作用能为动物的生活提供氧气和养料
④动物生长活动过程中产生的CO2能够供植物进行光合作用合成有机物
⑤微生物能利用和转化动物粪便和动植物残体,为植物生活提供营养
制作设计小生态瓶的要求。
①在制作完成的小生态瓶中所形成的生态系统,必须是封闭的。
②小生态瓶中的各种生物之间以及生物与无机环境之间,必须能够进行物质循环和能量流动。
③小生态瓶必须是透明的,既让里面的植物见光,又便于学生进行观察。
④小生态瓶中投放的生物,必须有很强的生活力。投放的动物数量不宜过多,以免破坏食物链。
⑤生态瓶宜小不宜大。如果设计的是模拟微型池塘生态系统,则瓶中的水量应为容器的4/5。
⑥小生态瓶制作完毕后,应该贴上标签,写上制作者的姓名与日期,然后将小生态瓶放在有较 强散射光的地方。要注意不能将小生态瓶放在阳光能够直接照射到的地方,否则会导致水温过 高,而使生物死亡。另外,在整个实验过程中,不要随意移动小生态瓶的位置。
生态瓶原料可因材制作,如废弃灯泡、透明的小饮料瓶、大试管等都可以。
环境污染:
臭氧层
温室效应
水污染
噪声污染
土壤污染
农药污染
酸雨
环境问题
①酸雨:酸雨的pH值小于5.6, “空中死神”(二氧化硫)
危害:1)酸雨使土壤中养分发生变化,从而不能被植物吸收;
2)使得河流、湖泊的水酸化,使鱼虾等水生生物的
生长发育受到影响,严重时造成死亡;
3)危害人类健康、农作物、建筑等;
②温室效应:是指由于全球二氧化碳等气体的排放量不断增加,
导致地球平均气温不断上升的现象;
危害:1)使冰川加速融化,海平面逐渐上升;
2)造成世界各地农作物的减产和多种生物的灭绝;
③重金属污染:含汞、银、镉的固体废弃物和工业废水;
日本的“水俣病”(由汞引起的)
控制废电池危害的根本措施是禁止生产和销售危害性大的
电池,特别是含汞和镉的电池,大力开发无公害的环保型电池。
④臭氧层:作用是能够有效地滤去太阳辐射中对生物有强烈的破坏作用的紫外线;
由于氟利昂的排放遭到破坏。
第25章 第1节 发酵技术
一、发酵技术可以生产出多种食品和饮料
1.生物技术:是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工,以提供产品来为社会服务的技术。
2.乳酸发酵:利用乳酸菌在无氧的条件下,可把牛奶产生出乳酸,制作泡菜、酸奶、奶酪等食品
3.酒精发酵:利用曲霉、毛霉、酵母菌等微生物,首先把淀粉转化为葡萄糖,在无氧的情况下,酵母菌再转化为酒精。
4.沼气发酵:利用厌氧微生物(甲烷菌)将有机物制成沼气的过程。
5.发酵产品:抗生素、氨基酸、甜味剂、食用有机酸、酶制剂,还有维生素、动物激素。
二、工业化的发酵技术构成了生物技术产业
1.抗生素:青霉素、链霉素、金霉素新霉素等。
2.氨基酸:谷氨酸等。
3.甜味剂:阿斯巴甜等。
4.食用有机酸:柠檬酸、苹果酸等。
5.酶制剂:果胶酶、蛋白酶等。
第2节 现代生物技术
一、转基因技术可以有目的地改变生物性状
1.转基因技术:是把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。是现代生物技术的核心。例如:科学家把一个人的胰岛素基因转入到细菌质粒中,利用细菌的繁殖速度快,最后,细菌能在短时间内生产大量人胰岛素。再如:转基因西红柿、转基因抗生素、超级鼠等。
2.转基因药物:生长激素、干扰素、凝血因子、血清白蛋白、胰岛素、乙肝疫苗等。转基因技术还应用于遗传病诊断与治疗中,如果可以通过转换病人细胞中损坏了的基因或引放政党的基因,使其遗传病得到根治,但目前,在基因水平上治疗遗传病尚处于试验研究阶段。
3.转基因农作物:科学家应用转基因技术,培育一批抗虫、抗病、耐除草剂的农作物。还致力研究培育抗寒、抗热、抗旱、抗盐碱的植物。如将苏云金杆菌的毒蛋白基因转移到棉花等作物体内,使农作物有效抵御害虫,提高农作物产量,也也减少农药对环境的污染。
4.科学家利用转基因技术,培育出了高蛋白含量的马铃薯和玉米、能产生大豆蛋白的水稻、耐储藏的番茄、多色的牵牛花,发光的烟草等。生物技术已成为高技术革命的核心内容,但是生物技术的发展在为人类带来巨大利益的同时,也带来了某些潜在的威胁和负面影响。
二、克隆技术可以复制出遗传上相同的个体
1.克隆技术:采用核移植、细胞培养和胚胎移植等现代生物技术。
2.克隆技术的意义:⑴复制濒危的物种,拯救濒危动物,保存和传播动物物种资源;⑵培育优良畜种和生产实验动物,防止家禽和家畜良种的退化;⑶生产转基因动物;⑷生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法,克隆人体器官进行器官移植等。
三、现代生物技术引发的社会问题
1.转基因产品的安全性。
2.克隆技术引起伦理之争。
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