2022年蘇教版生物必修1第一節(jié)生命活動(dòng)的基本單位細(xì)胞word學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.簡(jiǎn)述細(xì)胞學(xué)說(shuō)建立的過(guò)程。2.概述細(xì)胞學(xué)說(shuō)的內(nèi)容及意義。3.使用顯微鏡觀察各種各樣的細(xì)胞。學(xué)習(xí)提示：使用顯微鏡觀察各種各樣的細(xì)胞是本節(jié)的重點(diǎn)。學(xué)習(xí)資料：一、回眸歷史細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立與發(fā)展1.細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)英國(guó)物理學(xué)家R.Hooke利用自己制造的顯微鏡作了許多觀察，他把得到的結(jié)果寫成了一本書，書名為顯微圖譜，發(fā)表于1665年。他在該書中描述了他所見(jiàn)到的木栓是由許多盒狀的小室所組成的，他在書中所說(shuō)的小室用了“cell”一詞。雖然R.Hooke在這里所用的小室一詞實(shí)際上代表了植物死細(xì)胞的細(xì)胞壁，可是由此以后，生物學(xué)家們就用“cell”一詞來(lái)指生物體的基本構(gòu)成單位細(xì)胞了。R.Hooke于1665年發(fā)表的木栓顯微圖像，現(xiàn)在看起來(lái)很簡(jiǎn)單，歷史上卻有著重要的意義。真正觀察到活細(xì)胞的是與R.Hooke同時(shí)代的荷蘭科學(xué)Antonie Van Leeuwenkoek,他于1677年用自制的顯微鏡觀察到了池塘水中的原生動(dòng)物、人和哺乳動(dòng)物的精子，后又看到了鮭魚紅血細(xì)胞的核。1683年，他又在牙垢中看到了細(xì)菌。2.細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立與發(fā)展早在18081809年，Mirbel就指出：“植物是由有膜的細(xì)胞性組織所構(gòu)成?！?4年以后，德國(guó)植物學(xué)家M.Schleidon根據(jù)自己的觀察，論證了所有的植物體都是由細(xì)胞組合而成的。一年以后，德國(guó)動(dòng)物學(xué)家T.Schwann根據(jù)自己獨(dú)立的工作，認(rèn)為動(dòng)物體也是由細(xì)胞所組成。T.Schwann總結(jié)了前人的工作，正式提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)，肯定了“一切生物體都是由細(xì)胞組成的”?，F(xiàn)在雖說(shuō)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)始人是M.Schleidon和T.Schwann,可是細(xì)胞學(xué)說(shuō)的基本觀點(diǎn)在其30年前就提出來(lái)了。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立，明確了動(dòng)物和植物之間的統(tǒng)一性。恩格斯曾給予細(xì)胞學(xué)說(shuō)以高度評(píng)價(jià)，把它與進(jìn)化論和能量守恒與轉(zhuǎn)化定律并列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。M.Schleidon和T.Schwann正確地提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)，面對(duì)細(xì)胞的來(lái)源卻認(rèn)識(shí)不清。他們錯(cuò)誤地認(rèn)為，細(xì)胞是通過(guò)所謂的“自由細(xì)胞形成”結(jié)晶而成的。后來(lái)，德國(guó)病理學(xué)家R.Virchow明確提出：“細(xì)胞只能來(lái)自細(xì)胞?！爆F(xiàn)今所稱的細(xì)胞學(xué)說(shuō)包括三個(gè)內(nèi)容：（1）細(xì)胞是多細(xì)胞生物的最小結(jié)構(gòu)單位，對(duì)單細(xì)胞生物來(lái)說(shuō)，一個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)個(gè)體；（2）多細(xì)胞生物的每一個(gè)細(xì)胞為一代謝活動(dòng)單位，執(zhí)行特定的功能；（3）細(xì)胞只能通過(guò)細(xì)胞分裂而來(lái)。其中第（3）點(diǎn)顯然是R.Virchow的貢獻(xiàn)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立把生物學(xué)家的注意力引導(dǎo)到細(xì)胞上來(lái)了，有力地推動(dòng)了對(duì)細(xì)胞的研究。二、生物科學(xué)研究的重要工具顯微鏡細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和顯微鏡的發(fā)明是分不開的。（一）光學(xué)顯微鏡1.最早的一架顯微鏡是由荷蘭的眼鏡商Z.Jansen于1604年創(chuàng)制的，這架顯微鏡沒(méi)有保存下來(lái)，放大倍數(shù)也不高，約1030倍，對(duì)生物學(xué)價(jià)值也不大，與細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)無(wú)直接關(guān)系，但這一成就的意義不可抹煞，它是技術(shù)史上把光學(xué)放大裝置提高到顯微鏡水平的標(biāo)志。2.英國(guó)科學(xué)家R.Hooke創(chuàng)制了第一架有科學(xué)研究使用價(jià)值的顯微鏡，放大倍數(shù)為40140倍，并用這架顯微鏡發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞。3.Leeuwenhoek利用自制的顯微鏡發(fā)現(xiàn)了前人所未曾見(jiàn)到過(guò)的一些活細(xì)胞，他一生親手磨制了550個(gè)透鏡，裝配了247架顯微鏡。至今保存下來(lái)的還有9架。根據(jù)現(xiàn)存于荷蘭烏德勒支大學(xué)博物館中的一架測(cè)定，放大倍數(shù)應(yīng)為270倍，分辨力應(yīng)為1.4 m。但是，如果根據(jù)他的觀察記錄分析判斷，當(dāng)時(shí)他使用的顯微鏡，放大倍數(shù)應(yīng)為500倍，分辨力應(yīng)為1.0 m。在當(dāng)時(shí)，這一水平是很高的。直到19世紀(jì)初，所制作的顯微鏡還沒(méi)有超過(guò)這一水平。Leeuwenhoek的一生是刻苦奮斗的一生，他勤奮不息，終于由一個(gè)布店學(xué)徒成長(zhǎng)為一位著名學(xué)者，為后人樹立了一個(gè)自學(xué)成才的光輝典范。4.光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)普通光學(xué)顯微鏡主要由聚光鏡、目鏡、物鏡等部分組成，其中目鏡和物鏡是顯微鏡的主體，目鏡和物鏡的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但它的作用相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，在觀察細(xì)胞樣品時(shí)，被觀察的物像通過(guò)物鏡到達(dá)目鏡，被兩次放大，所以顯微鏡最終觀察到的物體的放大倍數(shù)是物鏡的放大倍數(shù)乘以目鏡的放大倍數(shù)。（二）電子顯微鏡1933年德國(guó)科學(xué)家Rusha在Siemens公司設(shè)計(jì)制造了世界上第一架電子顯微鏡，其放大倍數(shù)達(dá)到了10000倍。光學(xué)顯微鏡使用可見(jiàn)光為光源，由于波長(zhǎng)的因素使其分辨力無(wú)法突破0.2 m這一極限。因此小于0.2 m的一些細(xì)微結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡無(wú)法看清，要想看清這些結(jié)構(gòu)就必須提高顯微鏡的分辨力，要提高顯微鏡的分辨力就得選擇波長(zhǎng)更短的光源。電子束的波長(zhǎng)要比可見(jiàn)光和紫外光的波長(zhǎng)短得多，電子束的波長(zhǎng)與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說(shuō)電壓越高，波長(zhǎng)越短。這樣，顯微鏡學(xué)家便選中了電子束來(lái)作為光學(xué)顯微鏡分辨力極限的突破口，20世紀(jì)上半葉經(jīng)過(guò)近十余年的努力，終于研制成功透射電子顯微鏡。目前，電鏡分辨本領(lǐng)可達(dá)0.10.2 nm，我國(guó)已能制作80萬(wàn)倍、分辨力為0.144 nm的電鏡。電鏡和光學(xué)顯微鏡的成像原理基本上是一樣的，但所選用的光源和使用的透鏡卻和光學(xué)顯微鏡大大不同了。它用的是電子束和電磁場(chǎng)透鏡。由于電子束不能透過(guò)玻璃，因此用于電鏡觀察的標(biāo)本與光學(xué)顯微鏡也有所不同，電鏡觀察的標(biāo)本要求切成厚度約0.05 m的切片，這種切片要用超薄切片機(jī)制作。透射式電鏡是用來(lái)觀察標(biāo)本內(nèi)部細(xì)微構(gòu)造的，而掃描電鏡則是用來(lái)觀察標(biāo)本的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)的。電子束掃射到表面上以后，表面上發(fā)射次級(jí)電子，用帶陽(yáng)電荷的柵極收集到電子后，即向電子顯像管發(fā)送信號(hào)。這樣，顯像管的熒光屏上即顯示出與電子束同步掃描圖像。這種圖像和肉眼看到的形象基本一樣，呈立體形象。我國(guó)已能生產(chǎn)分辨力較高的掃描電子顯微鏡。三、細(xì)胞的大小和形態(tài)1.細(xì)胞的大小生物體各種細(xì)胞的體積差別很大，大的如鴕鳥卵，直徑可達(dá)5 cm，最小的支原體只有0.1 m。一般說(shuō)來(lái)，真核細(xì)胞的體積要大于原核細(xì)胞，高等動(dòng)物的卵細(xì)胞大于體細(xì)胞。對(duì)大多數(shù)高等動(dòng)物、植物的細(xì)胞來(lái)說(shuō)，其體積一般在2030 m之間。多細(xì)胞有機(jī)體的細(xì)胞的大小同生物體的大小無(wú)關(guān)。細(xì)胞體積的最小極限決定于細(xì)胞獨(dú)立生活所需的最基本成分的體積。2.細(xì)胞的形態(tài)各種細(xì)胞盡管都具有一些共同的屬性，但由于各類細(xì)胞的機(jī)構(gòu)、功能和所處的環(huán)境不同，在形狀上便產(chǎn)生了千差萬(wàn)別的變化，有圓形、方形、多角形、棱形，甚至不定形等等。單細(xì)胞生物，往往是單個(gè)細(xì)胞獨(dú)立生活，即便是成群體存在，它們彼此的關(guān)系也不密切，所以每種單細(xì)胞生物都有自己的固定形狀，如細(xì)菌細(xì)胞，有成棒狀的桿菌，也有球形的球菌，彎曲的弧菌等。單細(xì)胞動(dòng)物或植物的形狀就更復(fù)雜一些，如草履蟲像鞋底狀；眼蟲帶鞭毛呈棱形，而游捕蟲和鐘形蟲則呈袋狀。高等生物是多種細(xì)胞的有機(jī)體，細(xì)胞構(gòu)成了組織。各種細(xì)胞發(fā)生了結(jié)構(gòu)和功能上的分化，細(xì)胞的形狀往往和細(xì)胞所執(zhí)行的功能有一定的關(guān)系。如動(dòng)物體內(nèi)具有收縮功能的肌肉細(xì)胞呈條形或長(zhǎng)梭形；紅細(xì)胞為圓盤狀，有利于O2和CO2的氣體交換；神經(jīng)細(xì)胞的職能是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)，它具有很長(zhǎng)的細(xì)胞突，有的可長(zhǎng)達(dá)1米多。高等植物細(xì)胞的形狀也因所擔(dān)負(fù)的功能不同而有很大的差別。例如植物莖部起支持和輸導(dǎo)作用的細(xì)胞常呈條形，而在葉表皮的保衛(wèi)細(xì)胞，則呈半月形，兩個(gè)細(xì)胞圍成一個(gè)氣孔，以利呼吸和蒸騰。形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一是生物細(xì)胞的一個(gè)重要特征。四、邊做邊學(xué)：使用光學(xué)顯微鏡觀察各種各樣的細(xì)胞討論1.正確使用顯微鏡的基本步驟是：（1）安放打開鏡箱，右手握鏡臂，左手托鏡座，將顯微鏡放在自己前方稍偏左、離實(shí)驗(yàn)臺(tái)邊緣約1015 cm的位置上，右方留出一定的位置以便繪圖。（2）對(duì)光轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，使低倍物鏡對(duì)著光孔。在鏡筒的上方裝上目鏡，用左眼接近目鏡并注視目鏡內(nèi)，用手來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡，當(dāng)轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，左眼看到了一個(gè)圓形的、明亮的視野，對(duì)光就完成了。（3）壓片是指將裝片或永久切片、涂片等標(biāo)本用金屬夾固定在載物臺(tái)上。壓片時(shí)，要使玻片上的標(biāo)本對(duì)準(zhǔn)通光孔的中心，標(biāo)本小時(shí)尤其應(yīng)當(dāng)這樣做，否則，標(biāo)本會(huì)偏出視野，調(diào)焦時(shí)會(huì)找不到標(biāo)本。（4）調(diào)焦調(diào)焦時(shí)，要先使用低倍物鏡。下降鏡筒并用眼從側(cè)面注視物鏡下端使其接近玻片，然后左眼從目鏡往下看，右手逆時(shí)針?lè)较蚓従徤哏R筒，當(dāng)升至某一高度時(shí)，即能看到標(biāo)本的圖像。如果物像不清晰，可以調(diào)節(jié)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋，直至物像清晰。如果需用高倍物鏡繼續(xù)放大，需在低倍鏡下將觀察的目標(biāo)移到視野的中心，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，使高倍物鏡對(duì)著通光孔，這時(shí)左眼從目鏡看時(shí)，一般能看到模糊或清晰的物像，來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋，可使模糊的物像清晰。（5）觀察觀察時(shí)，要用左眼看目鏡，右眼也要睜著以便邊觀察邊繪圖。2.細(xì)胞的形態(tài)與其功能是統(tǒng)一的。如具有收縮功能的肌肉細(xì)胞呈條形或長(zhǎng)梭形；神經(jīng)細(xì)胞的職能是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)，它具有很長(zhǎng)的細(xì)胞突，有的可長(zhǎng)達(dá)1米多；植物葉表皮的保衛(wèi)細(xì)胞，則呈半月形，兩個(gè)細(xì)胞圍成一個(gè)氣孔，以利呼吸和蒸騰。知識(shí)閱讀顯微鏡的分辨力影響顯微鏡成像清晰度最關(guān)鍵的問(wèn)題是顯微鏡的分辨力。分辨力是指顯微鏡將物體放大成像后，能將物體相近兩點(diǎn)分辨清楚的距離極限。通常用D來(lái)代表兩點(diǎn)之間的距離，可通過(guò)公式換算出：式中代表光波波長(zhǎng)；N·A為鏡口率，亦稱數(shù)字孔徑，是numerical aperture的縮寫，或簡(jiǎn)寫為A。D值越小，分辨力越高。顯微鏡的物鏡和聚光鏡上都注有鏡口率的數(shù)值，如低倍鏡的為0.28，高倍鏡的為1.25，放大倍數(shù)越大，要求鏡口率越大。從上面的分辨力公式我們可以看出，要想得到高分辨力則要縮短波長(zhǎng)和加大鏡口率。在普通光學(xué)顯微鏡中我們使用的光源為可見(jiàn)光（白光），波長(zhǎng)為400700 nm，取其平均值為550 nm，這個(gè)數(shù)值無(wú)法改變，因而唯一能改變的數(shù)值為鏡口率（N·A），鏡口率的計(jì)算公式如下：N·An·sin式中：n=物鏡至標(biāo)本間的介質(zhì)折射率（index of refraction）；=物鏡的鏡口角（標(biāo)本在光軸的一點(diǎn)對(duì)物鏡口的張角）。因此鏡口率和n及sin/2成正比?？諝獾恼凵渎蕿?；水為1.33；香柏油為1.515。鏡口角總是要小于180°，所以sin/2的最小值小于1?？諝獾恼凵渎蕿?，故對(duì)干燥物鏡來(lái)說(shuō)，鏡口率一般為0.050.95；而用香柏油的油鏡頭可接近于1.5。如果用溴萘浸沒(méi)，鏡口率可達(dá)1.6。根據(jù)推算，顯微鏡的最小分辨力距離不會(huì)小于0.2 m（將1.6代入分辨力公式求得），分辨力約等于光波的一半。通常把這一數(shù)值看作是光學(xué)顯微鏡的分辨力極限。因?yàn)闆Q定顯微鏡分辨力的限制因素是光的波長(zhǎng)（衍射效應(yīng)），顯微鏡無(wú)論制作得如何精密都無(wú)法突破這一極限。所以一般顯微鏡的最大放大倍數(shù)為10001500倍。因?yàn)閷?.2 m的點(diǎn)數(shù)放大到0.20.3 mm,即可辨認(rèn)清楚。如果分辨力不再提高，只提高放大倍數(shù)也毫無(wú)意義了。