例析高中生物中的“結構與功能觀”

唐慶圓

摘 要 從生命系統的多個層次對“結構與功能觀”這一基本生命觀念進行了篩選、挖掘和整合，力圖幫助學生科學認識生物及其發展規律，建立系統的生物學知識體系。

關鍵詞 高中生物 結構與功能 例析

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）06 - 0003 - 02

生命觀念是科學世界觀在生命科學中的體現，其中“結構與功能觀”是現代生命科學的基本觀點，其內涵是一定的結構必然有與之相對應的功能存在，且任何功能都需要一定的結構來完成。無論分子、細胞，還是個體、生態系統，構成生命體的各個層次無不體現出“結構與功能”的統一性。篩選、挖掘和整合這一觀點的實例，對學生科學認識生命及其發展規律，建立系統完整的生物學知識體系有很大幫助。

1 元素——以碳元素為例

碳元素是構成細胞的最基本元素，其在干重中含量達到55.99%。碳元素是構成物質種類最多的一種元素，生命的基本單元氨基酸、核苷酸都以碳元素為骨架。可以說，沒有碳元素，就沒有生命。究其原因，碳元素在元素周期表中屬第ⅣA族第一個元素，它的核外電子排布最外層是4個電子，在化學反應中既不容易失去電子，也不容易得到電子，難以形成離子鍵，易于形成較為穩定的共價鍵。它能構成多種不同的結構，形成碳鏈后結構表現出對稱性，因此，構成的多聚體結構多種多樣。

2 分子——以ATP為例

細胞的生命活動為什么都以ATP作為能量“通貨”呢？首先，ATP分子很不穩定，遠離腺苷（A）的高能磷酸鍵容易斷開，形成ADP（二磷酸腺苷）和游離Pi（磷酸），同時釋放出能量；其次，ATP是一種高能磷酸化合物，其每摩爾ATP水解可釋放能量30.5kJ；第三，ATP和ADP可以實現快速相互轉化。因此，ATP能夠及時而持續的滿足細胞對能量的需求，成為良好的能量代謝中介。

3 細胞器——以線粒體為例

線粒體是細胞的“能量工廠”，其特有的結構使其能夠供應細胞內95%的能量。線粒體是由雙層膜圍成的封閉囊狀結構。外膜有孔蛋白構成的親水通道，1KD以下的分子可自由通過，因此，糖酵解生成的丙酮酸（90D）能夠自由通過外膜進入線粒體，并被主動運輸穿過線粒體內膜到達線粒體基質，與輔酶A生成乙酰輔酶A。乙酰輔酶A一旦生成，就會進入三羧酸循環。內膜是有氧呼吸中ATP合成的主要場所，其向內折疊形成嵴，擴大了化學反應的面積；膜上存在著大型酶復合體（NADH-泛醌還原酶、泛醌-細胞色素C還原酶、細胞色素C氧化酶），能夠利用能量將質子逆濃度梯度泵入內外膜間。當質子被泵入膜間后，質子就會有順濃度梯度擴散的趨勢。當質子通過復合體從膜間回到基質的時候，ATP酶復合體可以將ADP和磷酸合成ATP。

4 細胞——以神經元為例

神經元是構成多細胞動物神經系統的基本單位，它是動物體信息傳遞和處理的結構基礎。神經元細胞膜上有三種重要的載體蛋白：Na+通道、K+通道和Na+-K+離子泵。靜息狀態下，K+通道打開、Na+通道關閉，形成了“內負外正”的靜息電位；受到刺激的興奮部位，Na+通道打開、K+通道關閉，形成了“內正外負”的動作電位；當興奮部位和未興奮部位之間有了電位差，就產生了局部電流，局部電流刺激著相近的未興奮部位發生動作電位，興奮就沿著神經纖維向前傳導。與此同時，K+、Na+通過鈉-鉀離子泵完成主動運輸，使膜內外的K+、Na+濃度重新恢復到靜息狀態，從而維持了細胞正常的興奮性。

5 個體——以人體為例

人類作為陸生、站立行走的哺乳動物，四肢肌肉約占全身肌肉重量的80%，其中下肢約50%，上肢約30%。下肢肌肉較粗壯，與其支持人體體重的功能相適應，如粗壯的臀大肌、小腿三頭肌；上肢肌肉細小，與上肢適宜做靈巧、精細的動作相適應，如前臂肌中除了有伸肌、屈肌，還有回旋肌。

此外，人的心臟為兩心房兩心室。房室完全分隔的心臟，其肺循環和體循環完全分開。這樣，動靜脈血不再相混，體循環大動脈中全是含氧多的鮮血，各種組織細胞可得到更多的氧，大大提高了血液中營養物質的利用效率，使代謝水平提高，適應環境的能力大為增強。

6 群落——以園林植物群落為例

群落是同一時間內聚集在一定區域中各種生物種群的集合，群落結構和群落生態效應息息相關。以上海松江區公園中的兩塊園林綠地為樣本，研究結果發現：在群落降溫、增濕、增加負離子濃度3個生態效應中，生態效益總體水平較高的群落是D6，較低的是D4。從表1可以看出：D6的群落內植物種數多，喬木層結構較復雜，可以有效阻擋太陽輻射并減少水分的蒸發，起到很好的降溫增濕效果，整體生態功能較高。

7 生態系統——以“石油農業”為例

生態系統是生態學領域的一個主要結構和功能單位，屬于生態學研究的最高層次。農田生態系統是人類賴以生存的食物來源，其物種組成簡單，營養結構單一，因此抵抗自然災害、外來物種入侵和其他干擾的能力低下。人們為了提高農田生態系統的生產效率和產量，“石油農業”孕育而生。然而結果是，相當一部分農藥和化肥不能被作物充分利用，而通過各種途徑對土壤、水體和食物造成污染。新興的生態經濟要對“石油農業”進行改革，就應遵循生態系統的結構功能相統一的規律，增加農業生態系統的物種種類，優化營養結構，從而實現廢棄物的資源化，降低對環境的污染，如“桑基魚塘”模式。

以上實例僅例析了“結構與功能觀”在生命體不同層次的體現，實際上“結構與功能觀”在高中生物教材中還有許許多多的體現。在備課及教學過程中，教師應以“結構與功能觀”等生命觀點為指導，挖掘教材，理清各章節、各模塊之間的聯系，構建知識網絡。只有教師自身對知識、觀點的理解上升了，才有利于在課堂上引導學生建構正確的生命觀，在構建學生知識體系的基礎上提升學生的學科素養。

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