生物的基本特征

生物奧賽資料編寫者：劉志強

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第一節(jié)：生物的基本特征及組成生物體的物質(zhì)

【競賽要點】

1生物的基本特征2大量元素、微量元素、礦質(zhì)元素、必需礦質(zhì)元素3幾種重要元素的功

能及缺乏出現(xiàn)相應(yīng)的癥狀4生物界與非生物界的統(tǒng)一性和差異性5．水、無機鹽

【高考·競賽知識解讀】

一、生物的基本特征

㈠、生物學(xué)的概念

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)。具體內(nèi)容包括生物的形態(tài)、

結(jié)構(gòu)、生理、分類、遺傳和變異、進化、生態(tài)等。

㈡、生物的基本特征

1、生物體具有共同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

從化學(xué)組成上說，組成生物體的化學(xué)元素都是相同的。生物體的基本組成物質(zhì)中

都有蛋白質(zhì)和核酸，其中蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者和主要承擔(dān)者。

從結(jié)構(gòu)上說，除病毒等少數(shù)種類外，生物體都是由細胞構(gòu)成的，所以說細胞是生

物體的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。最簡單的生物體就是一個細胞，比較高等的生物由

多個細胞構(gòu)成，并分化成組織、器官和系統(tǒng)。它們都具有嚴整的結(jié)構(gòu)。

2、生物體都有新陳代謝作用

⑴、概念：

新陳代謝是生物體內(nèi)全部有序的化學(xué)變化的總稱，主要場所是細胞。

攝取外界營養(yǎng)物質(zhì)，合成為自身組成物質(zhì)；

儲存能量。物質(zhì)代謝

分解自身組成物質(zhì)，排出代謝終產(chǎn)物；能量代謝

釋放能量。

新陳代謝的概念也可表述為：生物體與外界環(huán)境之間的物質(zhì)和能量的交換以及生物

體內(nèi)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變過程。

同化作用和異化作用的關(guān)系（要求能舉例說明）:是新陳代謝過程中同時進行的兩個方

面，并不是兩個過程,兩者之間既相互矛盾，又相互聯(lián)系。

⑵、意義：

同化作用

異化作用

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新陳代謝是生物體進行一切生命活動的基礎(chǔ)，是生物的最基本的特征，是生

物與非生物的本質(zhì)區(qū)別所在。

3、生物體都有應(yīng)激性

在新陳代謝的基礎(chǔ)上，生物體對外界刺激都能發(fā)生一定的反應(yīng)。例

如，植物的各種向性，動物的趨利避害行為。

意義：生物體具有應(yīng)激性，因而能適應(yīng)周圍的環(huán)境。

4、生物體都有生長、發(fā)育和生殖的現(xiàn)象

在新陳代謝過程，如果同化作用超過了異化作用，生物個體從小長大，身

體的結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生一系列變化，最終發(fā)育成為一個成熟的個體。當(dāng)異化作

用超過同化作用時，生物體就會表現(xiàn)出衰老以致死亡。生物體發(fā)育成熟后，在死亡之

前，就能夠進行生殖，產(chǎn)生后代，保持了種族的延續(xù)性。

5、生物體都有遺傳和變異的特性

意義：由于遺傳使得物種能基本保持穩(wěn)定，變異使生物又能向前發(fā)展進化。

6、生物體都能適應(yīng)一定的環(huán)境，也能影響環(huán)境。

以上六個基本特征，可分為三個方面：

從生物體的結(jié)構(gòu)看，生物體都具有：共同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；

從生理功能看，生物體都具有：新陳代謝作用，應(yīng)激性，生長、發(fā)育和繁殖和現(xiàn)象，遺

傳和變異的特性。

從生物與環(huán)境的相互關(guān)系看，生物體都能適應(yīng)一定的環(huán)境，也能影響環(huán)境。

【例題1】（06年江蘇卷）土壤動物具有趨暗、趨濕、避高溫的習(xí)性．下圖A、B、C、D4種

土壤微型節(jié)肢動物分離收集裝置中，最合理的是（）

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【例題2】（09杭州聯(lián)考）18世紀(jì)，英國著名的植物學(xué)家林奈對植物開花時間作了很多觀察

和研究，并在自己的花園里培植了一座有趣的“花鐘”，如下表所示。決定表中各種花按時

開放的原因是（）

花種開花大致時間花種開花大致時間花種開花大致時間

蛇床花黎明三點牽牛花黎明四點野薔薇黎明五點

龍葵花清晨六點芍藥花清晨七點半支蓮上午十點

鵝鳥菜中午十二點萬壽菊下午三點紫茉莉下午五點

煙草花晚上七點曇花晚上九點

A.應(yīng)激性特征B.適應(yīng)性特征C.遺傳性特征D.變異性特征

二、組成生物體元素

㈠、原生質(zhì)的概念

細胞內(nèi)的全部生命物質(zhì)（即能參與新陳代謝的物質(zhì)），叫做原生質(zhì)。包括細胞結(jié)構(gòu)的細

胞膜、細胞質(zhì)和細胞核的各種化合物。一個動物細胞就是小團原生質(zhì)，植物細胞除細胞壁

外的部分都是原生質(zhì)。

㈡、組成生物體的化學(xué)元素及其重要作用

1、常見的主要有20種

2、生物體化學(xué)元素組成的特點：

①最基本元素是C，含量最多的是C、H、O、N4種。從碳原子的化學(xué)性質(zhì)上

看，碳原子之間能相互連結(jié)成鏈或環(huán)，進而形成各種生物大分子，可以說，地球上

的生命是在碳元素的基礎(chǔ)上建立起來的。

②組成細胞（原生質(zhì)）的主要元素是C、H、O、N、P、S6種，約共占細胞總量

的97%。

③組成不同生物體的化學(xué)元素大體相同，但各種化學(xué)元素的含量相差很大。

總結(jié)：①組成生物體的化學(xué)元素在不同的生物體內(nèi)種類大體相同;不同的生物體內(nèi)各種

化學(xué)元素的含量相差很大。②.組成人體細胞的化學(xué)元素中,占細胞鮮重最多的化學(xué)元素是O

(65%),占細胞干重最多的化學(xué)元素是C(48.4%)。③多糖蛋白質(zhì)核酸等生物大分子,都是由許

多基本的組成單位連接而成的,每一個基本單位以若干個相連的碳原子構(gòu)成的碳鏈為基本骨

架,所以說碳是生命的核心元素。

3、分類：

①大量元素：含量占生物體總重量萬分之一以上的元素，主要的有C、H、O、

N、P、S、K、Ca、Mg等。

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②微量元素：通常是指生物生活所必需，但需要量卻很少的一些元素，主

要的有Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl等。

③礦質(zhì)元素：是指除了C、H、O以外，主要由植物的根系從土壤中吸

收的元素。吸收的部位有根的成熟區(qū)（主要）和葉片氣孔（根外施肥）。

④必需礦質(zhì)元素：科學(xué)家確定植物必需的礦質(zhì)元素有14種，其中N、P、K、S、

Ca、Mg屬于大量元素；Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni屬于微量元素。

必需元素的必須滿足的條件：由于該元素缺乏，植物生育發(fā)生障礙，不能完成生活史；去除

該元素，則表現(xiàn)為專一的缺乏癥，而且這種缺乏癥是可以預(yù)防和恢復(fù)的；該元素在植物營養(yǎng)

生理上應(yīng)表現(xiàn)出直接的效果，絕不是因為土壤或培養(yǎng)基的物理、化學(xué)、微生物等條件的改變

而產(chǎn)生間接效果。

必需元素的研究方法：通過溶液培養(yǎng)法進行了研究。溶液培養(yǎng)法是指用含有全部或

部分礦質(zhì)元素的營養(yǎng)液培養(yǎng)植物的方法（不能用土壤或沙土,配制溶液時用蒸餾水不用自

來水、池塘水）。

實驗設(shè)計過程：設(shè)置對照實驗，其思路如下方法：

即在人工配制的營養(yǎng)液中，除去或加入某種礦質(zhì)元素，然后觀察植物在營養(yǎng)液中生長發(fā)

育的狀況：如果除去某一種礦質(zhì)元素后，植物的生長發(fā)育仍然正常，就說明這種礦質(zhì)元素不

是植物必需的礦質(zhì)元素；如果除去某一種礦質(zhì)元素后，植物的生長發(fā)育不正常了，而補充這

種礦質(zhì)元素后，植物的生長發(fā)育又恢復(fù)正常的狀態(tài)，就說明這種礦質(zhì)元素是植物必需的礦質(zhì)

元素。

三、組成生物體的化學(xué)元素重要作用

①組成多種多樣的化合物，如蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂肪等；

②影響生物體的生命活動。如在缺少B時，植物的花藥和花絲萎縮，花粉發(fā)

育不良。

附表常見的幾種元素在植物體內(nèi)的功能

元素功能缺乏出現(xiàn)的癥狀

N:促進細胞的分裂和生長，使枝葉

生長繁茂；

植株矮小，葉片發(fā)黃，嚴重時葉脈呈淡棕色

P:促使幼苗的發(fā)育和花的開放，使

果實、種子的成熟提早

植株特別矮小，葉片呈暗綠色，并出現(xiàn)紫色

K:使莖桿健壯，并促使淀粉的形莖桿軟弱，易倒伏，葉片邊緣和尖端呈褐色，并逐

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成漸焦枯

B對植物的開花結(jié)果有重要的影

響

油菜等植物只開花，不結(jié)果“花而不實

①、Ca：人體缺乏會患骨軟化病，血液中Ca2+含量低會引起抽搐，過高則會引起肌無力。

血液中的Ca2+具有促進血液凝固的作用，如果用檸檬酸鈉或草酸鈉除掉血液中的Ca2+，血

液就不會發(fā)生凝固。植物中屬于不能再利用元素，一旦缺乏，幼嫩的組織會受到傷害。

②、Fe：血紅蛋白的成分，缺乏會患貧血。植物中屬于不能再利用元素，缺乏，幼嫩的組

織會受到傷害。Fe在植物體內(nèi)的作用主要是作為某些酶的活化中心，如在合成葉綠素的過

程中，有一種酶必須要用Fe離子作為它的活化中心，沒有Fe就不能合成葉綠素而導(dǎo)致植物

出現(xiàn)失綠癥，但發(fā)病的部位與缺Mg是不同的，是嫩葉先失綠。

③、Mg：葉綠體的組成元素。很多酶的激活劑。植物缺鎂時老葉易出現(xiàn)葉脈失綠。

④、Na+是維持人體細胞外液的重要無機鹽，缺乏時導(dǎo)致細胞外液滲透壓下降，并出現(xiàn)血壓

下降，心率加快、四肢發(fā)冷甚至昏迷等癥狀

⑤、I：甲狀腺激素的成分，缺乏幼兒會患呆小癥，成人會患地方性甲狀腺腫。

⑥、K：K+在維持細胞內(nèi)液滲透壓上起決定性作用，還能維持心肌舒張，保持心肌正常的

興奮性，缺乏時心肌自動節(jié)律異常，導(dǎo)致心律失常；血鉀含量低時，出現(xiàn)心肌自動節(jié)律異常，

導(dǎo)致心律失常。在植物體內(nèi)參與有機物合成和運輸。

⑦、N：N是構(gòu)成葉綠素、蛋白質(zhì)和核酸及各種酶的必需元素。N在植物體內(nèi)形成不穩(wěn)定

的化合物可以移動，缺N時，幼葉可向老葉吸收N而導(dǎo)致老葉先黃。N是一種容易造成水

域生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化的一種化學(xué)元素，在水域生態(tài)系統(tǒng)中，過多的N與P配合會造成富營

養(yǎng)化，在淡水生態(tài)系統(tǒng)中的富營養(yǎng)化稱為“水華”，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的富營養(yǎng)化稱為“赤

潮”。動物體內(nèi)缺N，實際就是缺少氨基酸，就會影響到動物體的生長發(fā)育。

⑧、P：P是構(gòu)成磷脂、核酸和ATP及NADPH的必需元素。植物體內(nèi)缺P，會影響到DNA

的復(fù)制和RNA的轉(zhuǎn)錄，從而影響到植物的生長發(fā)育。P還參與植物光合作用和呼吸作用中

的能量傳遞過程，因為ATP和ADP中都含有磷酸。P也是容易造成水域生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化

的一種元素。

⑨、Zn：是某些酶的組成成分，也是酶的活化中心。Zn有助于人體細胞的分裂繁殖，促進

生長發(fā)育、大腦發(fā)育和性成熟。對植物而言，Zn是某些酶的組成成分，也是酶的活化中心。

如催化合成吲哚乙酸的酶中含有Zn，沒有Zn就不能合成吲哚乙酸。所以缺Zn引起蘋果、

桃等植物的小葉癥和叢葉癥，葉子變小，節(jié)間縮短。

四、生物界和非生物界的統(tǒng)一性和差異性：

①統(tǒng)一性的事實：組成生物體的各種化學(xué)元素，在無機自然界都可以找到，沒有一

種是生物界所特有的。

②差異性的事實：組成生物體的化學(xué)元素，在生物體內(nèi)和無機自然界中的含量相差

很大。

五、組成生物體的化合物

1、種類及在細胞中的鮮重含量

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水：85－90％

無機鹽：1－1.5％

蛋白質(zhì)：7－10％

脂類：1－2％

糖類及核酸：1－1.5％

2、各種化合物的組成元素、分類、生理功能等

⑴、水(存在形式及功能)

結(jié)合水：與細胞內(nèi)的其它物質(zhì)結(jié)合，是細胞結(jié)構(gòu)的組成成分，約占細胞內(nèi)全部

水分的4.5％。結(jié)合水相對越多，抗逆性越強。

自由水：以游離形式存在，可自由流動，占細胞內(nèi)水分的絕大部分。自由水的相對

比例越大，新陳代謝越強。

A、是細胞內(nèi)的良好溶劑。B、起運輸作用。

C、對于維持生物體溫度的穩(wěn)定起了很大作用。D、能保持植物的固有姿態(tài)。

⑵、無機鹽

①、存在形式：大多數(shù)以離子狀態(tài)存在于細胞中。

②、生理功能：

A、有些是細胞中某些復(fù)雜化合物的重要組成部分。如Mg2+是葉綠素分子必

需的成分，F(xiàn)e2+是血紅蛋白的重要成分。CaCO

3

是動物和人體的骨、牙齒重要成分，PO

4

3

－是合成核苷酸和三磷酸腺苷（ATP）分子所必需的成分。

B、許多種無機鹽離子對維持生物體的生命活動有重要作用。如哺乳動物的血液

中鈣鹽（Ca2+）的含量太低，這種動物就會出現(xiàn)抽搐。

C、維持細胞的滲透壓和酸堿平衡。如紅細胞內(nèi)外的Na+和K+必須保持一定的濃度差。

【例題3】：科學(xué)家在利用無土栽培培養(yǎng)一些名貴花卉時，培養(yǎng)液中添加了多種必需元素。

其配方如下：

其中植物根細胞吸收最少的離子是()

A．Ca+B．S0

4

—C．Zn+D．H

2

P0

3

—

【例題4】：（07西城區(qū)抽樣）科學(xué)工作者研究了鈣和硼對某種植物花粉粒萌發(fā)和花粉管生長

的影響，結(jié)果如下圖所示。下列結(jié)論與結(jié)果不

．

相符的是()

無機化合物

有機化合物

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A.鈣或硼對花粉萌發(fā)和花粉管生長都有同樣的影響

B.適宜濃度的硼或鈣明顯有利于花粉萌發(fā)或花粉管生長

C.鈣對花粉管生長有明顯影響，而一定范圍內(nèi)幾乎不影響花粉的萌發(fā)

D.硼對于花粉萌發(fā)有明顯影響，而一定范圍內(nèi)幾乎不影響花粉管生長

【例題5】：(2007江蘇)某生物小組進行無土栽培實驗，觀察不同礦質(zhì)元素對南瓜植株生長發(fā)

育的影響。在4組單因素缺素培養(yǎng)實驗中，他們觀察到其中一組的表現(xiàn)為老葉形態(tài)、顏色正

常，但幼葉顏色異常，呈黃白色。該組缺乏的元素是()

A．KB．PC．MgD．Fe

【例題6】：研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥在秋冬低溫條件下，細胞分裂活動減慢，物質(zhì)消耗減少，但細

胞內(nèi)可溶性糖的含量有明顯的提高。下列推斷不合理的是（）

A.細胞內(nèi)氧化分解的酶活性減弱，是植物適應(yīng)低溫環(huán)境的表現(xiàn)

B.細胞內(nèi)結(jié)合水含量降低，自由水含量增加，以適應(yīng)低溫環(huán)境

C.細胞液濃度增加，降低冰點，是植物對低溫環(huán)境的適應(yīng)

D.合成淀粉和蛋白質(zhì)的酶的活性減弱，以適應(yīng)低溫環(huán)境

【例題7】：被子植物花粉管的萌發(fā)及其結(jié)果，一般與溫度、促進物、氧氣等條件有關(guān)，請

以促進物作為研究課題，并在提供的實驗器材和材料中選擇合理器材進行實驗，完成下面的

實驗報告。

（1）實驗?zāi)康模?/p>

（2）實驗原理：

（3）實驗器材：新鮮蔥蘭花、恒溫箱、葡萄糖溶液、瓊脂、硼酸溶液、稀鹽酸、蒸餾水、

滴管、鑷子、載玻片、顯微鏡等

（4）實驗的步驟：

（5）實驗現(xiàn)象：

【例題8】：下面是生物科技活動小組設(shè)計的一種植物（玉米）在全素與缺素時的水培實

驗方案。請仔細觀察分析方案中的圖表資料后回答下列問題：

植物生長需要的各種元素、無機鹽，實驗用培養(yǎng)液配制一覽表

成分

培養(yǎng)液(mg·L－

1)

甲乙丙丁

硝酸鈣1

硝酸銨0.160.24

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⑴、該實驗方案的目的是驗證N、P、K是

玉米生長的必需礦質(zhì)元素

⑵、本實驗方案的原理是N、P、K是玉米生長的必需礦質(zhì)元素，與全素培養(yǎng)液相比，

缺N（或P或K）培養(yǎng)玉米會表現(xiàn)出相應(yīng)的病癥，當(dāng)向培養(yǎng)液補充這種元素后，這種病癥將

消失。

⑶、植物在乙培養(yǎng)液中生長其光合作用將會減弱，其原因是缺乏氮元素，光

合作用過程中所需的酶、ATP、NADPH等合成受影響，從而導(dǎo)致光合作用減弱；

在沙土中種植馬鈴薯用培養(yǎng)液丁，給其施肥，馬鈴薯產(chǎn)量將會降低，原因是缺少鉀

元素，影響馬鈴薯體內(nèi)有機物的運輸，使有機物不能運輸?shù)降叵聣K莖中儲存。

⑷、要想盡可能消除實驗誤差，一般采取的措施是：

①實驗所用玉米盡量相同；②實驗所用的試劑的量應(yīng)盡量相同；

③實驗條件應(yīng)相同；④實驗所用的時間應(yīng)相同

⑸、如果要使實驗更嚴密，還可以再設(shè)計二次對照，請用簡明的文字說明設(shè)計二次對照

的方法向缺某種礦質(zhì)元素的培養(yǎng)液中補充該元素，然后觀察玉米苗的生長情

況。

⑹、如用B組的培養(yǎng)液培養(yǎng)微生物，則適宜培養(yǎng)固氮微生物，同時還需要向培養(yǎng)液

中加入含碳有機物。

硝酸鉀0.2

磷酸二氫鉀0.250.25

磷酸一氫鈣0.17

氯化鉀0.250.08

硫酸鎂0.250.250.250.25

氯化鐵0.1250.1250.1250.125

硫酸鈣0.520.520.34