ARTICLE · 1300727
高中生物选择性必修1知识点汇总
全文共5大模块,覆盖90%以上高频考点,建议收藏+转发给需要的同学~
不少同学说选择性必修1《稳态与调节》知识点细碎、概念容易混,一会是神经调节一会是激素调节,刷了很多题还是踩坑。其实这册书的核心逻辑非常清晰:所有知识点都围绕「内环境稳态」展开,所有调节机制都是为了维持稳态的动态平衡。今天我们把整册知识点按模块梳理清楚,帮你搭建完整的知识框架,基础题再也不丢分。
一、内环境的稳态:整本教材的核心逻辑
这个模块是全书的基础,后续所有调节机制的最终目的都是维持内环境稳态,选择题和填空题都会考,核心是搞清楚「内环境是什么、有什么、怎么维持稳定」三个问题。
1.1 内环境的组成与物质交换
内环境是由细胞外液构成的液体环境,是体内细胞直接生活的环境,只针对多细胞生物而言,单细胞生物没有内环境的概念。
高频易错点:泪液、汗液、尿液、消化液等直接与外界相通的液体不属于内环境;血红蛋白、呼吸酶等细胞内的成分也不属于内环境成分。
(1)内环境三种组分的对比
组分 | 存在部位 | 成分差异 | 相互转化关系 |
血浆 | 血管中 | 含较多蛋白质 | 血浆→组织液→淋巴液→血浆;组织液可双向渗透进血浆和细胞内液,淋巴液只能单向回流到血浆 |
组织液 | 组织细胞间隙 | 蛋白质含量很少 | |
淋巴液 | 淋巴管中 | 蛋白质含量很少,含大量淋巴细胞 |
(2)细胞与内环境的物质交换过程
1.细胞代谢需要的氧气、营养物质:外界环境→循环系统→内环境→组织细胞
2.细胞代谢产生的废物、二氧化碳:组织细胞→内环境→循环系统→泌尿系统/呼吸系统/皮肤→外界环境
参与物质交换的系统共4个:循环系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统,直接涉及的器官包括小肠(消化吸收)、肺(气体交换)、肾脏(排泄)、皮肤(排汗)等。
1.2 内环境的理化性质与稳态调节
内环境的理化性质主要包括渗透压、酸碱度、温度三个方面,正常情况下三者都处于动态平衡中:
·渗透压:大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,血浆渗透压主要与无机盐、蛋白质的含量有关,细胞外液渗透压90%以上来自Na⁺和Cl⁻。
·酸碱度:正常人血浆pH为7.35~7.45,稳定主要靠HCO₃⁻、H₂CO₃、HPO₄²⁻等缓冲物质调节。
·温度:人体细胞外液温度一般维持在37℃左右。
稳态的定义是:正常机体通过调节作用,使各个器官、系统协调活动,共同维持内环境的相对稳定状态。注意这里的稳定是动态的、可变的,只要在正常范围内波动都属于稳态。
稳态的调节机制是必考内容:目前普遍认为神经-体液-免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。稳态的调节能力有一定限度,外界干扰超过限度就会导致稳态失调,比如发烧、严重腹泻、高原反应都属于稳态失调。
二、神经调节:调节机制的核心主导
神经调节是整个调节模块的难点,常考实验题、流程图题,核心是搞清楚「反射的结构基础、兴奋怎么传导和传递、神经系统怎么分级调节」三个核心问题。
2.1 神经调节的结构基础与反射
神经调节的基本方式是反射,完成反射的结构基础是反射弧,反射弧的五个组成部分及功能如下:
反射弧组成 | 功能 | 受损后的影响 |
感受器 | 接受刺激,产生兴奋 | 既无感觉也无效应 |
传入神经 | 将兴奋传导到神经中枢 | 既无感觉也无效应 |
神经中枢 | 对传入的信息进行分析和综合 | 既无感觉也无效应 |
传出神经 | 将兴奋传导到效应器 | 有感觉但无效应 |
效应器 | 对刺激作出应答,包括传出神经末梢和它支配的肌肉或腺体 | 有感觉但无效应 |
判断传入/传出神经的两个方法:①有神经节的是传入神经;②根据突触结构判断,兴奋从突触前膜传到突触后膜,对应「轴突→树突/细胞体」的方向。
2.2 兴奋的传导与传递
兴奋是指动物体或人体内的某些组织或细胞感受外界刺激后,由相对静止状态变为显著活跃状态的过程,传导和传递是两个不同的过程。
(1)兴奋在神经纤维上的传导
传导形式是电信号(神经冲动),传导方向是双向的,过程可以分为三个阶段:
1.静息电位:神经纤维未受刺激时,膜电位为外正内负,主要由K⁺外流维持。
2.动作电位:神经纤维某一部位受刺激时,膜电位变为外负内正,主要由Na⁺内流维持。
3.电位恢复:兴奋部位和未兴奋部位形成电位差,产生局部电流,兴奋向两侧传导,之后通过钠钾泵恢复静息电位。
这里的K⁺外流、Na⁺内流都是协助扩散,顺浓度梯度,不需要消耗能量;钠钾泵将Na⁺运出细胞、K⁺运进细胞是主动运输,逆浓度梯度,需要消耗ATP。
(2)兴奋在神经元之间的传递
传递结构是突触,包括突触前膜、突触间隙、突触后膜三部分,传递形式是「电信号→化学信号→电信号」的转换,传递方向是单向的。
具体过程:兴奋传到突触小体时,突触小泡释放神经递质到突触间隙,神经递质与突触后膜上的特异性受体结合,引发突触后膜电位变化,产生兴奋或抑制。
单向传递的原因:神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中,只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜。
高频考点:神经递质发挥作用后会被降解或回收进细胞,避免持续作用于突触后膜;如果某种物质阻止了神经递质的降解,会导致突触后膜持续兴奋或抑制,比如有机磷农药会抑制乙酰胆碱酯酶的活性,导致肌肉持续收缩。
2.3 神经系统的分级调节与人脑的高级功能
中枢神经系统包括脑(大脑、小脑、脑干、下丘脑)和脊髓,不同中枢的功能不同,低级中枢受脑中相应高级中枢的调控:
·下丘脑:体温调节中枢、水平衡调节中枢、生物节律调节中枢,还能分泌促激素释放激素、抗利尿激素。
·脑干:有许多维持生命必要的中枢,比如呼吸中枢、心跳中枢。
·小脑:维持身体平衡,协调运动。
·大脑皮层:调节机体活动的最高级中枢。
·脊髓:调节躯体运动的低级中枢,比如膝跳反射、缩手反射的中枢都在脊髓。
人脑的高级功能除了感知、控制机体的反射活动,还包括语言、学习、记忆、情绪等,其中语言功能是人脑特有的高级功能,四个言语区受损的症状是高频考点:
言语区 | 受损后症状 |
W区(书写性语言中枢) | 不能写字(听得懂、看得懂、会说话) |
V区(视觉性语言中枢) | 不能看懂文字(听得懂、会写字、会说话) |
S区(运动性语言中枢) | 不能说话(听得懂、看得懂、会写字) |
H区(听觉性语言中枢) | 不能听懂话(会说话、看得懂、会写字) |
三、体液调节:和神经调节协同作用的重要机制
体液调节的核心是各种激素的功能和调节过程,常和神经调节结合出综合题,重点掌握「激素的种类和功能、激素分泌的分级调节、神经调节和体液调节的关系」三个部分。
3.1 体液调节的概念与激素的种类
体液调节是指激素等化学物质,通过体液传送的方式对生命活动进行调节,激素调节是体液调节的主要内容。
激素是由内分泌腺或内分泌细胞分泌的高效生物活性物质,既不组成细胞结构,也不提供能量,也不起催化作用,只是作为信息分子调节细胞的生理活动。
人体主要内分泌腺及其分泌的激素和功能:
内分泌腺 | 激素 | 化学本质 | 主要功能 |
下丘脑 | 促甲状腺激素释放激素、促性腺激素释放激素等 | 多肽 | 促进垂体合成和分泌相应的促激素 |
抗利尿激素 | 多肽 | 促进肾小管、集合管重吸收水 | |
垂体 | 生长激素 | 蛋白质 | 促进生长,主要促进蛋白质的合成和骨的生长 |
促甲状腺激素、促性腺激素等 | 蛋白质 | 调节相应内分泌腺的生长发育和激素的合成与分泌 | |
促肾上腺皮质激素 | 蛋白质 | 促进肾上腺皮质分泌糖皮质激素 | |
甲状腺 | 甲状腺激素 | 氨基酸衍生物 | 促进新陈代谢和生长发育,提高神经系统的兴奋性 |
肾上腺 | 肾上腺素 | 氨基酸衍生物 | 升高血糖,增加产热,提高应激能力 |
胰腺(胰岛) | 胰岛素(胰岛B细胞) | 蛋白质 | 降低血糖浓度 |
胰高血糖素(胰岛A细胞) | 多肽 | 升高血糖浓度 | |
性腺 | 性激素(雄激素、雌激素、孕激素) | 固醇 | 促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成,激发并维持第二性征 |
化学本质是蛋白质/多肽类的激素不能口服,会被消化道中的蛋白酶分解,只能注射;氨基酸衍生物类、固醇类激素可以口服。
3.2 激素分泌的分级调节与反馈调节
以甲状腺激素的分泌调节为例:
1.分级调节:下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素(TRH),作用于垂体,促进垂体分泌促甲状腺激素(TSH),TSH作用于甲状腺,促进甲状腺分泌甲状腺激素(TH)。
2.反馈调节:当血液中甲状腺激素含量增加到一定程度时,会反过来抑制下丘脑和垂体分泌相关激素,进而使甲状腺激素的分泌减少,维持激素含量的稳定。
分级调节的意义:可以放大激素的调节效应,形成多级反馈调节,有利于精细调控,维持机体的稳态。除了甲状腺激素,性激素、肾上腺皮质激素的分泌也存在分级调节和反馈调节。
3.3 神经调节和体液调节的关系
两者的区别可以通过下表对比记忆:
比较项目 | 神经调节 | 体液调节 |
作用途径 | 反射弧 | 体液运输 |
反应速度 | 迅速 | 较缓慢 |
作用范围 | 准确、比较局限 | 较广泛 |
作用时间 | 短暂 | 比较长 |
两者的联系主要有两点:
·不少内分泌腺本身直接或间接地受中枢神经系统的调节,这种情况下体液调节可以看作神经调节的一个环节,比如血糖调节、体温调节、水盐调节中都有神经调节调控激素分泌的过程。
·内分泌腺分泌的激素可以影响神经系统的发育和功能,比如甲状腺激素能提高神经系统的兴奋性,幼年时甲状腺激素缺乏会影响脑的发育,患呆小症。
3.4 三大调节实例:体温调节、水盐调节、血糖调节
这三个调节是必考点,经常出流程图或实验题,核心是搞清楚调节过程中的神经调节路径和激素作用。
(1)体温调节
体温的相对稳定是产热和散热动态平衡的结果:产热主要来自细胞中有机物的氧化放能,安静时主要靠肝脏产热,运动时主要靠骨骼肌产热;散热主要通过皮肤的毛细血管舒张、汗腺分泌汗液完成。
调节过程:
·寒冷环境:冷觉感受器→传入神经→下丘脑体温调节中枢→传出神经→骨骼肌战栗、立毛肌收缩、甲状腺激素和肾上腺素分泌增加(增加产热),毛细血管收缩、汗腺分泌减少(减少散热)→体温回升。
·炎热环境:温觉感受器→传入神经→下丘脑体温调节中枢→传出神经→毛细血管舒张、汗腺分泌增加(增加散热)→体温下降。
体温调节中枢在下丘脑,体温感觉中枢在大脑皮层;寒冷环境下既有神经调节也有体液调节,炎热环境下主要是神经调节。
(2)水盐调节
调节中枢在下丘脑,渴觉中枢在大脑皮层,参与的主要激素是抗利尿激素:
1.当饮水不足、体内失水过多或吃的食物过咸时→细胞外液渗透压升高→下丘脑渗透压感受器兴奋→一方面传到大脑皮层产生渴觉,主动饮水补充水分;另一方面促使下丘脑合成、垂体释放抗利尿激素,促进肾小管、集合管重吸收水,减少尿量→细胞外液渗透压下降。
2.当饮水过多时→细胞外液渗透压降低→抗利尿激素分泌减少→肾小管、集合管重吸收水减少,尿量增加→细胞外液渗透压回升。
(3)血糖调节
正常人的血糖浓度维持在0.8~1.2g/L(80~120mg/dL),参与调节的主要激素是胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素:
·血糖升高时→胰岛B细胞分泌胰岛素增加→促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖,抑制肝糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖→血糖降低。
·血糖降低时→胰岛A细胞分泌胰高血糖素增加,肾上腺分泌肾上腺素增加→促进肝糖原分解,促进非糖物质转化为葡萄糖→血糖升高。
胰岛素是唯一能降低血糖的激素,升高血糖的激素有胰高血糖素、肾上腺素、甲状腺激素等;糖尿病的病因是胰岛B细胞受损,胰岛素分泌不足,或者胰岛素受体异常,导致血糖浓度过高,超过肾小管的重吸收能力,出现糖尿。
四、免疫调节:稳态的防御屏障
免疫调节的考点集中在免疫系统的组成、特异性免疫的过程、免疫失调病三个部分,经常结合新冠、疫苗等热点出题。
4.1 免疫系统的组成与功能
免疫系统包括免疫器官、免疫细胞、免疫活性物质三部分:
·免疫器官:骨髓、胸腺、脾、淋巴结、扁桃体,是免疫细胞生成、成熟或集中分布的场所,其中骨髓是各种免疫细胞的发生地,是B细胞成熟的场所;胸腺是T细胞成熟的场所。
·免疫细胞:包括树突状细胞、巨噬细胞等吞噬细胞,以及淋巴细胞(T细胞、B细胞),是发挥免疫作用的细胞。
·免疫活性物质:抗体、细胞因子、溶菌酶等,由免疫细胞或其他细胞产生的发挥免疫作用的物质。
免疫系统的三大功能:
1.免疫防御:抵抗病原体的入侵,是免疫系统最基本的功能。
2.免疫自稳:清除衰老、损伤的细胞,维持自身稳态。
3.免疫监视:识别和清除突变的细胞,防止肿瘤发生。
4.2 特异性免疫的过程
免疫分为非特异性免疫和特异性免疫,非特异性免疫是人人生来就有,不针对某一类特定病原体,包括第一道防线(皮肤、黏膜)和第二道防线(体液中的杀菌物质和吞噬细胞);特异性免疫是后天获得的,针对特定病原体,是第三道防线,包括体液免疫和细胞免疫。
(1)体液免疫:靠抗体「作战」,主要对付细胞外的病原体
过程可以分为三个阶段:
1.识别阶段:病原体被树突状细胞等抗原呈递细胞摄取、处理,将抗原信息暴露在细胞表面,呈递给辅助性T细胞;B细胞可以直接识别病原体表面的抗原。
2.活化阶段:辅助性T细胞表面的特定分子发生变化并与B细胞结合,同时辅助性T细胞分泌细胞因子,促进B细胞活化;活化后的B细胞大部分分化为浆细胞,小部分分化为记忆B细胞。
3.效应阶段:浆细胞产生和分泌抗体,抗体可以与病原体结合,抑制病原体的增殖或对人体细胞的黏附;多数情况下抗原抗体结合后会形成沉淀,被其他免疫细胞吞噬消化。
记忆细胞的特点:可以在抗原消失后很长时间内保持对这种抗原的记忆,当再次接触相同抗原时,能迅速增殖分化为浆细胞,快速产生大量抗体,这就是二次免疫反应快、作用强的原因。
(2)细胞免疫:靠T细胞「作战」,主要对付被病原体感染的细胞、自身突变的细胞
过程:
1.识别阶段:靶细胞(被病原体感染的细胞、突变细胞)表面的分子发生变化,被细胞毒性T细胞识别。
2.活化阶段:细胞毒性T细胞在辅助性T细胞分泌的细胞因子的作用下,活化、增殖、分化为新的细胞毒性T细胞和记忆T细胞。
3.效应阶段:活化后的细胞毒性T细胞可以识别并接触、裂解被同样病原体感染的靶细胞,靶细胞裂解后,病原体暴露出来,与抗体结合或被其他免疫细胞吞噬。
4.3 免疫失调病与免疫学应用
免疫失调包括三类:
1.过敏反应:已免疫的机体,在再次接触相同的抗原时,有时会发生引发组织损伤或功能紊乱的免疫反应。特点是发作迅速、反应强烈、消退较快,一般不会破坏组织细胞,也不会引起组织严重损伤,有明显的遗传倾向和个体差异。引起过敏反应的抗原叫做过敏原,比如花粉、海鲜、青霉素等。
2.自身免疫病:是指自身免疫反应对组织和器官造成损伤并出现了症状,比如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、重症肌无力,病因是免疫系统异常敏感、反应过度,「敌我不分」地将自身物质当做外来异物进行攻击。
3.免疫缺陷病:是指由机体免疫功能不足或缺乏而引起的疾病,包括先天性免疫缺陷病(比如重症联合免疫缺陷病)和获得性免疫缺陷病(比如艾滋病,HIV主要攻击人体的辅助性T细胞,导致免疫功能几乎全部丧失)。
免疫学的应用主要包括三个方面:
·疫苗:通常是用灭活的或减毒的病原体制成的生物制品,接种后可以刺激机体产生相应的抗体和记忆细胞,属于主动免疫。
·器官移植:器官移植的排斥反应主要是细胞免疫起作用,使用免疫抑制剂可以提高器官移植的成活率。
·免疫检测:利用抗原抗体特异性结合的特性,检测病原体、肿瘤标志物等。
五、植物生命活动的调节:最后一个易得分模块
这个模块考点相对独立,难度不大,重点掌握生长素的发现、运输、生理作用,以及其他植物激素的功能,选择题常考。
5.1 生长素的发现与运输
生长素的发现是经典实验,常考实验设计和结论:
科学家 | 实验过程 | 实验结论 |
达尔文 | 金丝雀虉草的胚芽鞘在单侧光照射下,向光弯曲生长;去掉尖端,不生长不弯曲;用锡箔罩住尖端,直立生长;罩住尖端下部,向光弯曲生长 | 胚芽鞘的尖端受单侧光刺激后,向下面的伸长区传递某种「影响」,造成伸长区背光面比向光面生长快,因而出现向光性弯曲 |
鲍森·詹森 | 尖端和下部之间插入琼脂片,胚芽鞘仍向光弯曲生长 | 尖端产生的影响可以透过琼脂片传递给下部 |
拜尔 | 切去尖端,放在胚芽鞘的一侧,在黑暗中胚芽鞘向对侧弯曲生长 | 胚芽鞘的弯曲生长,是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的 |
温特 | 把接触过尖端的琼脂块放在切去尖端的胚芽鞘一侧,胚芽鞘向对侧弯曲生长;空白琼脂块对照组无弯曲 | 尖端产生的是一种化学物质,命名为生长素 |
生长素的化学本质是吲哚乙酸(IAA),主要的合成部位是芽、幼嫩的叶和发育中的种子,运输方式有两种:
·极性运输:在胚芽鞘、芽、幼叶和幼根中,生长素只能从形态学上端运输到形态学下端,是主动运输,需要载体和能量。
·非极性运输:在成熟组织中,生长素可以通过输导组织进行非极性运输。
植物向光性的原因:单侧光照射后,胚芽鞘背光一侧的生长素含量多于向光一侧,因而引起两侧的生长不均匀,从而造成向光弯曲。
5.2 生长素的生理作用
生长素的作用特点是低浓度促进高浓度抑制:既能促进生长,也能抑制生长;既能促进发芽,也能抑制发芽;既能防止落花落果,也能疏花疏果。
生长素的作用效果与浓度、植物细胞的成熟情况、器官的种类有关:
·浓度:低浓度促进生长,高浓度抑制生长,甚至杀死植物。
·器官敏感程度:根>芽>茎,根的最适生长素浓度是10⁻¹⁰mol/L,芽是10⁻⁸mol/L,茎是10⁻⁴mol/L。
·细胞成熟程度:幼嫩细胞对生长素敏感,衰老细胞比较迟钝。
体现低浓度促进高浓度抑制两个经典实例:
1.顶端优势:顶芽产生的生长素逐渐向下运输,枝条上部的侧芽处生长素浓度较高,由于侧芽对生长素浓度比较敏感,因此它的发育受到抑制,植株因而表现出顶端优势。去掉顶芽后,侧芽处的生长素浓度降低,侧芽发育成枝条。
2.根的向地性:水平放置的植物,由于重力作用,近地侧生长素浓度高于远地侧,根对生长素敏感,近地侧高浓度生长素抑制生长,远地侧低浓度促进生长,因此根向地生长,体现了生长素的两重性。
茎的背地性和向光性都只体现了生长素促进生长的作用,没有体现高浓度抑制,因为茎对生长素不敏感,高浓度仍然是促进生长。
5.3 其他植物激素与植物生长调节剂
除了生长素,植物激素还有赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯等,它们的主要功能如下:
植物激素 | 合成部位 | 主要功能 |
赤霉素 | 幼芽、幼根和未成熟的种子 | 促进细胞伸长,从而引起植株增高;促进细胞分裂与分化;促进种子萌发、开花和果实发育 |
细胞分裂素 | 主要是根尖 | 促进细胞分裂;促进芽的分化、侧枝发育、叶绿素合成 |
脱落酸 | 根冠、萎蔫的叶片等 | 抑制细胞分裂;促进气孔关闭;促进叶和果实的衰老和脱落;维持种子休眠 |
乙烯 | 植物体各个部位 | 促进果实成熟;促进开花;促进叶、花、果实脱落 |
植物激素之间不是孤立起作用的,而是相互作用、共同调节植物的生长发育:比如生长素浓度升高到一定值时,会促进乙烯的合成,乙烯含量升高,反过来抑制生长素的作用。
植物生长调节剂是人工合成的,对植物的生长、发育有调节作用的化学物质,比如生长素类似物(α-萘乙酸、2,4-D)、乙烯利、赤霉素等,具有容易合成、原料广泛、效果稳定的优点。常见应用:用2,4-D除去双子叶杂草,用乙烯利催熟水果,用赤霉素处理大麦使种子无须发芽就可以产生α-淀粉酶。
5.4 环境因素参与调节植物的生命活动 核心知识点
一、光的调节作用
作用:光不仅是光合作用的能量来源,更作为信号分子调控植物种子萌发、生长、开花、衰老全过程。
受体:光敏色素(本质是色素-蛋白复合体,主要吸收红光/远红光,分生组织含量丰富),另有感受蓝光的受体。
调控机制:光照→光敏色素结构改变→信号传导至细胞核→调控特定基因表达→产生生物学效应。
实例:
少数种子(烟草、莴苣)需光才能萌发(种子小、储能少,萌发后立即光合作用避免“饿死”)
植物开花受昼夜时长调控:长日照植物(菠菜)需日照超临界值开花,短日照植物(菊花、水稻)需黑夜超临界值开花,可通过人工控制光照/黑暗时长调控花期。
二、其他环境因素调节
温度
影响所有生理活动(通过酶活性),决定植物分布的地域性。
实例:①年轮(春夏温度高→细胞分裂快、色浅;秋冬温度低→细胞分裂慢、色深);②春化作用(低温诱导植物开花,如冬小麦需经历冬季低温才能开花,避免冬季前开花冻害)。
重力
是调节植物形态建成的重要因素,表现为根向地生长、茎背地生长。
机制:根/茎中平衡石细胞(富含淀粉体)感受重力→将重力信号转化为生长素运输信号→生长素分布不均(近地侧浓度高)→根对生长素敏感,近地侧生长受抑制(向地);茎对生长素不敏感,近地侧生长更快(背地)。
三、整体调控
植物生长发育是基因表达调控、激素调节、环境因素调节三者共同作用的结果:环境因素影响激素的合成和分布,激素作为信息分子调控基因表达,最终实现对生命活动的协调调控。
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