高一生物必修课程知识点汇编

高一生物必修课程知识点汇编生物学是一门探索生命奥秘、揭示生命规律的自然科学。高一生物必修课程作为生物学的入门与基础，涵盖了从微观分子到宏观进化的多个层面，旨在引导同学们建立对生命世界的基本认知框架，理解生命活动的基本原理。本汇编力求系统梳理课程核心知识点，注重概念的准确性与知识间的内在联系，希望能为同学们的学习提供有益的参考与辅助。必修一：分子与细胞一、走近细胞细胞是生物体结构和功能的基本单位。除病毒外，所有生物都由细胞构成。生命系统的结构层次由小到大依次为：细胞、组织、器官、系统（植物无系统层次）、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。细胞的多样性与统一性：不同生物的细胞形态、结构各异，体现了细胞的多样性；但所有细胞都具有细胞膜、细胞质（含核糖体）和遗传物质（DNA），体现了细胞的统一性。根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，可将细胞分为原核细胞和真核细胞。原核细胞（如细菌、蓝藻）结构相对简单，无核膜包被的细胞核，其遗传物质主要存在于拟核区域；真核细胞（如动物细胞、植物细胞、真菌细胞）结构复杂，具有细胞核及多种细胞器。细胞学说：由施莱登和施旺提出，揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性。其主要内容包括：细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成；细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用；新细胞可以从老细胞中产生。二、组成细胞的分子细胞中的元素和化合物：细胞中常见的化学元素有多种，根据含量分为大量元素和微量元素。C、H、O、N是构成细胞的基本元素，C是最基本的元素。组成细胞的化合物包括无机化合物（水、无机盐）和有机化合物（糖类、脂质、蛋白质、核酸）。水是细胞中含量最多的化合物，以自由水和结合水两种形式存在，自由水是细胞内的良好溶剂，参与许多化学反应，为细胞提供液体环境，运送营养物质和代谢废物；结合水是细胞结构的重要组成成分。无机盐在细胞中主要以离子形式存在，对维持细胞和生物体的生命活动（如维持细胞的酸碱平衡、渗透压平衡、神经肌肉的兴奋性等）具有重要作用。生命活动的主要承担者——蛋白质：蛋白质是细胞中含量最多的有机化合物，其基本组成单位是氨基酸。组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种，每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（-NH₂）和一个羧基（-COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸通过脱水缩合形成肽键，进而连接成多肽链，多肽链经过盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。蛋白质的结构多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链的空间结构。蛋白质的功能具有多样性，是构成细胞和生物体结构的重要物质（结构蛋白），具有催化（酶）、运输（如血红蛋白）、信息传递（如胰岛素）、免疫（如抗体）等功能。遗传信息的携带者——核酸：核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。核酸的基本组成单位是核苷酸，一分子核苷酸由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成。DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。细胞中的糖类和脂质：糖类是主要的能源物质，分为单糖（如葡萄糖、果糖）、二糖（如蔗糖、麦芽糖、乳糖）和多糖（如淀粉、纤维素、糖原）。脂质包括脂肪（细胞内良好的储能物质，还具有保温、缓冲和减压作用）、磷脂（构成细胞膜和细胞器膜的重要成分）和固醇（如胆固醇、性激素、维生素D）。三、细胞的基本结构细胞膜——系统的边界：细胞膜主要由脂质（磷脂最丰富）和蛋白质组成，此外还有少量糖类。细胞膜的功能主要有：将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞（具有选择透过性）；进行细胞间的信息交流。细胞膜的流动镶嵌模型认为，磷脂双分子层构成膜的基本支架，蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。大多数蛋白质分子是可以运动的，这体现了细胞膜的流动性。植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成，对细胞起支持和保护作用。细胞器——系统内的分工合作：细胞质中具有特定功能的各种亚细胞结构称为细胞器。线粒体是有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间”；叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”；内质网是蛋白质等大分子物质合成、加工场所和运输通道；高尔基体主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装；核糖体是“生产蛋白质的机器”；溶酶体是“消化车间”，内含多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌；液泡主要存在于植物细胞中，内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，可调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺；中心体存在于动物细胞和某些低等植物细胞中，与细胞的有丝分裂有关。这些细胞器既有分工又有合作，共同完成细胞的生命活动。分泌蛋白的合成和运输过程，就是核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等细胞器协调配合的典型例子。细胞核——系统的控制中心：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。细胞核的结构包括核膜（双层膜，把核内物质与细胞质分开）、核仁（与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关）、染色质（主要由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体）等。染色质和染色体是同样物质在细胞不同时期的两种存在状态。四、细胞的物质输入和输出物质跨膜运输的实例：细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程。当外界溶液浓度低于细胞质浓度时，细胞吸水膨胀；当外界溶液浓度高于细胞质浓度时，细胞失水皱缩；当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分进出细胞处于动态平衡。细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。生物膜的流动镶嵌模型：如前所述，其核心内容强调了膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。物质跨膜运输的方式：小分子物质跨膜运输的方式主要有被动运输和主动运输。被动运输是指物质顺浓度梯度进出细胞，不需要消耗能量，包括自由扩散（如氧气、二氧化碳、甘油、乙醇等）和协助扩散（如葡萄糖进入红细胞，需要载体蛋白协助）。主动运输是指物质逆浓度梯度进出细胞，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量（如小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸等）。主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。大分子物质进出细胞的方式是胞吞和胞吐，这依赖于细胞膜的流动性，并且需要消耗能量。五、细胞的能量供应和利用降低化学反应活化能的酶：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶具有高效性（催化效率远高于无机催化剂）、专一性（一种酶只能催化一种或一类化学反应），并且作用条件较温和（需要适宜的温度和pH等）。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温只是抑制酶的活性，酶的空间结构未被破坏，温度恢复，活性可恢复。酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能。细胞的能量“通货”——ATP：ATP（三磷酸腺苷）是细胞内的一种高能磷酸化合物。ATP的结构简式是A-P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键。ATP与ADP可以相互转化：ATP在有关酶的催化作用下，远离A的那个高能磷酸键很容易水解，释放出大量能量，同时生成ADP和Pi；在另一些酶的催化作用下，ADP接受能量与一个Pi结合转化成ATP。ATP水解释放的能量，直接用于各项生命活动。细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，ATP是细胞生命活动的直接能源物质。ATP的主要来源——细胞呼吸：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，其过程分为三个阶段：第一阶段在细胞质基质中进行，葡萄糖分解成丙酮酸和少量[H]，释放少量能量；第二阶段在线粒体基质中进行，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，释放少量能量；第三阶段在线粒体内膜上进行，前两个阶段产生的[H]与氧结合生成水，释放大量能量。有氧呼吸的总反应式可表示为：C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O→6CO₂+12H₂O+能量。无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物（如酒精和二氧化碳，或乳酸），同时释放出少量能量的过程。无氧呼吸的场所是细胞质基质。能量之源——光与光合作用：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。其总反应式可表示为：6CO₂+12H₂O→C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O（条件：光能、叶绿体）。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须有光才能进行，场所是类囊体的薄膜上，主要过程是水的光解（产生氧气和[H]）和ATP的合成（利用光能将ADP和Pi合成ATP）。暗反应阶段有光无光都能进行，场所是叶绿体基质，主要过程是二氧化碳的固定（CO₂与C₅结合生成C₃）和C₃的还原（在[H]和ATP的作用下，C₃被还原成糖类等有机物，并再生出C₅）。光合作用的强度受到光照强度、二氧化碳浓度、温度等环境因素的影响。六、细胞的生命历程细胞的增殖：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。细胞通过分裂进行增殖。真核细胞的分裂方式有三种：有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。细胞周期是指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。一个细胞周期包括分裂间期（占细胞周期的大部分时间，主要进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成）和分裂期（人为分为前期、中期、后期、末期）。有丝分裂的重要意义是将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中去，从而在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。细胞的分化：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞分化。细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。细胞分化的实质是基因的选择性表达。细胞分化是生物个体发育的基础，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。细胞的衰老和凋亡：细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。衰老细胞具有水分减少、新陈代谢速率减慢、多种酶活性降低、色素积累、呼吸速率减慢、细胞膜通透性改变等特征。细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，也常常被称为细胞编程性死亡。例如，蝌蚪尾的消失、胎儿手的发育过程中指间细胞的死亡等。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育，维持内部环境的稳定，以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。细胞的癌变：细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。癌细胞的主要特征有：在适宜条件下，能够无限增殖；形态结构发生显著变化；细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得癌细胞彼此之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移。致癌因子大致分为物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子三类。原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程；抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。环境中的致癌因子会损伤细胞中的DNA分子，使原癌基因和抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。必修二：遗传与进化一、遗传因子的发现孟德尔的豌豆杂交实验（一）：孟德尔用豌豆作为实验材料，因其具有易于区分的相对性状、自花传粉和闭花受粉等特点，便于进行杂交实验和结果分析。他通过一对相对性状的杂交实验（如高茎豌豆与矮茎豌豆的杂交），观察到F₁代只表现显性性状，F₂代出现性状分离，且显性性状与隐性性状的数量比接近3:1。基于此，孟德尔提出了分离定律（孟德尔第一定律）：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。孟德尔的豌豆杂交实验（二）：孟德尔在研究一对相对性状的基础上，进一步研究了两对相对性状的杂交实验（如黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的杂交）。他发现F₂代中出现了不同于亲本的重组类型，并且四种表现型的数量比接近9:3:3:1。由此，孟德尔提出了自由组合定律（孟德尔第二定律）：控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。孟德尔成功的原因在于他选材得当、研究方法科学（由单因子到多因子）、应用统计学方法对实验结果进行分析，并基于实验结果提出假说，再通过测交实验进行验证。二、基因和染色体的关系减数分裂和受精作用：减数分裂是进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次。减数分裂的结果是，成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。减数分裂过程中，同源染色体联会形成四分体（可能发生交叉互换），同源染色体分离，非同源染色体自由组合，分别进入不同的子细胞。受精作用是卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。基因在染色体上：萨顿通过类比推理法，提出基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，即基因在染色体上。摩尔根通过果蝇杂交实验，运用假说-演绎