高中生物必修1 原核细胞与非细胞生物体知识清单

高中生物必修1原核细胞与非细胞生物体知识清单一、课程标准与核心素养锚定本章内容建立在细胞学说基础上，是对细胞形态多样性的深入探索。学习本章，不仅要掌握具体知识点，更要站在生命观念的高度，理解生命的起源与本质差异。从结构与功能观来看，原核细胞的简单结构与其代谢方式的多样性是相适应的，而病毒的非细胞结构则决定了其必须寄生的生活方式。从进化与适应观来看，原核生物的多样性体现了其对各种极端环境的适应能力，病毒与细胞之间的复杂关系则揭示了生物进化的不同路径。本章内容也是高考中的高频考点，通常以选择题和非选择题的形式出现，重点考查原核细胞与真核细胞的区别、病毒的生活方式以及相关生物学概念的辨析。二、原核细胞：生命的原始形态与结构解析【核心】【高频考点】（一）原核细胞的定义与根本特征【基础】原核细胞是地球上最早出现、结构最简单的一类细胞。其名称源自希腊语，意为“没有真正的细胞核”。这类细胞的最本质特征，也是与真核细胞最根本的区别在于：它没有以核膜为界限的成形的细胞核。【非常重要】【高频考点】其遗传物质（DNA）为一条环状双链分子，不与蛋白质结合形成染色质（染色体），而是集中存在于细胞内的一个特定区域，这个区域被称为拟核或核区。除核糖体外，原核细胞没有其他由膜包被的细胞器，如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等。（二）原核生物的主要类群与辨识【热点】由原核细胞构成的生物统称为原核生物。高中阶段需要掌握的主要类群包括：1、细菌：这是最庞大的一类原核生物。从形态上可分为球菌（如金黄色葡萄球菌）、杆菌（如大肠杆菌）和螺旋菌（如霍乱弧菌）5。其名称通常带有“杆”、“球”、“螺旋”、“弧”等描述形态的字样，如枯草杆菌、肺炎双球菌。需要注意的是，虽然日常口语中常将所有细菌称为“菌”，但在生物学分类上，细菌是一个特定的类群。2、蓝藻（蓝细菌）：这是一类能够进行光合作用的原核生物，因其细胞内含有叶绿素a和藻蓝素等光合色素，故能呈现出蓝绿色。常见的蓝藻包括颤藻、念珠藻、发菜（因其形似头发而得名，现为国家一级保护植物，禁止采集）等。【重要】特别需要辨析的是，蓝藻虽能进行光合作用，但它没有叶绿体，其光合作用场所是分布于细胞质中的光合片层（或称为类囊体），上面附有光合色素和相关的酶。【高频考点】3、其他原核生物：包括支原体、衣原体、立克次氏体等。【基础】（1）支原体：这是一类非常特殊的原核生物，其特殊之处在于它没有细胞壁，因此形态可变。它是目前所知的最小、最简单的能独立生活的细胞生物。【非常重要】因为没有细胞壁，青霉素等作用于细胞壁合成的抗生素对其无效。（2）衣原体、立克次氏体：它们与支原体不同，具有细胞壁，但生活方式特殊，不能独立生活，必须在宿主细胞内寄生才能完成其生命周期。为了方便记忆，可以将原核生物归纳为“一藻（蓝藻）二菌（细菌、放线菌）三体（支原体、衣原体、立克次氏体）”。【难点】需要特别警惕名称中带有“菌”或“藻”但不属于原核生物的特例，例如：真菌中的酵母菌、霉菌是真核生物；原生动物中的草履虫、变形虫是真核生物；藻类中的衣藻、水绵、海带、紫菜等都属于真核生物（植物）。【易错点】（三）原核细胞的结构详解【基础】1、细胞壁：除支原体外，绝大多数原核生物都有细胞壁。细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，由N乙酰葡糖胺和N乙酰胞壁酸交替连接而成，具有保护和维持细胞形态的功能，并能抵抗一定的渗透压56。革兰氏阳性菌（G+）和革兰氏阴性菌（G）的细胞壁在结构和成分上存在显著差异，G+菌的细胞壁厚，肽聚糖层数多，还含有磷壁酸；G菌的细胞壁薄，肽聚糖层少，但在其外侧还有一层由脂多糖、磷脂和蛋白质构成的外膜6。这种结构差异导致了它们对某些抗生素和化学试剂的敏感性不同。例如，青霉素能抑制肽聚糖的交联，因此对G+菌作用显著。2、细胞膜：即质膜，结构与真核细胞相似，由磷脂双分子层和蛋白质构成，具有选择透过性，是细胞物质交换的主要屏障。由于原核细胞缺乏线粒体等膜结构细胞器，其细胞膜常内陷折叠形成间体（或称为中膜体），功能复杂，被认为与细胞呼吸（为细胞提供能量，类似于线粒体功能）、DNA和细胞分裂有关。【重要】3、细胞质：位于细胞膜内的胶状物质，含有酶、RNA、核糖体以及各种储藏颗粒。细胞质是进行多种生化反应的场所。4、核糖体：原核细胞唯一的细胞器，是合成蛋白质的场所。原核生物的核糖体为70S型，由50S大亚基和30S小亚基组成，比真核生物的80S核糖体要小。【高频考点】这也是某些抗生素（如链霉素、四环素）能特异性地抑制细菌蛋白质合成，而对人体细胞（80S核糖体）影响较小的原因。5、拟核：由一条环状双链DNA分子高度折叠而成，是遗传信息储存和的核心。与真核细胞不同，这个DNA是裸露的，不与组蛋白结合形成染色体。6、质粒：这是原核细胞中除拟核DNA外，存在的一种小型环状DNA分子。【重要】质粒不是细胞生存所必需的，但它可以携带一些特殊基因，如抗生素抗性基因、毒素基因等，并能自主。在基因工程中，质粒常被用作目的基因的运载体（载体）。【高频考点】7、特殊结构：部分原核细胞还具有一些特殊结构。（1）荚膜：某些细菌细胞壁外覆盖的一层疏松、透明的黏液状物质，化学成分是多糖或多肽。荚膜具有保护细菌、抵抗宿主吞噬细胞吞噬、增强致病性等作用。（2）鞭毛：某些细菌表面附有的细长、弯曲的蛋白质丝状物，是细菌的运动器官。（3）菌毛：比鞭毛更细、更短的丝状结构，数量较多，主要功能是帮助细菌附着于宿主细胞表面，与致病性有关，与运动无关。（4）性菌毛：一种特殊的菌毛，只存在于少数雄性细菌中，与细菌间的接合（遗传物质转移）有关。（5）芽孢：某些细菌（如枯草杆菌、炭疽杆菌）在生长后期，为应对不良环境（如高温、干旱、营养缺乏）而在细胞内形成的一个圆形或椭圆形的休眠体。【难点】【重要】芽孢具有极强的抗逆性，可耐高温、干燥和化学药品。一个细菌只能形成一个芽孢，一个芽孢萌发后也只能产生一个细菌，因此芽孢不是细菌的繁殖方式，而是一种抗逆性休眠结构。在医疗卫生和食品工业中，常以杀死芽孢作为灭菌是否彻底的标志。（四）原核细胞的生命活动1、代谢方式：原核生物的代谢类型极其多样，远较真核生物丰富。（1）异养型：大多数细菌属于此类，只能利用现成的有机物作为碳源和能源。其中又可分为腐生（分解动植物遗体）和寄生（从活体生物体内获取营养）两种。（2）自养型：少数原核生物能利用无机物合成自身的有机物。又分为光能自养型（如蓝藻，利用光能进行光合作用）和化能自养型（如硝化细菌，利用氧化无机物如NH3释放的化学能来合成有机物）。【重要】【高频考点】硝化细菌的化能合成作用在生态系统的物质循环（特别是氮循环）中起着关键作用。2、呼吸方式：（1）有氧呼吸：需氧型原核生物（如醋酸杆菌）可利用细胞膜上的呼吸酶进行有氧呼吸。（2）无氧呼吸：厌氧型原核生物（如破伤风杆菌）在无氧条件下生活。还有一些是兼性厌氧型（如大肠杆菌），有氧无氧均可生存。3、生殖方式：原核生物的生殖方式主要是二分裂。【基础】这是一种简单的无性分裂方式，DNA后，细胞横向分裂，形成两个大小相似的子代细胞。不存在有丝分裂或减数分裂过程。【高频考点】4、可遗传变异来源：原核生物的遗传物质重组方式有限，其可遗传变异主要来源于基因突变。另外，细菌之间还可以通过接合、转化、转导等方式实现基因的交流与重组。【难点】【重要】（1）基因突变：是主要的变异来源。（2）转化：指受体菌直接吸收供体菌的DNA片段，并将其整合到自己基因组中，从而获得部分新遗传特性的现象。格里菲斯和艾弗里的肺炎链球菌实验就是转化的经典案例。【高频考点】（3）接合：通过性菌毛将供体菌的遗传物质（如质粒）传递给受体菌的过程。（4）转导：以噬菌体（细菌病毒）为媒介，将供体菌的部分DNA片段转移到受体菌中，使其获得相应遗传特性的过程。三、非细胞生物体：生命形态的边缘探索【核心】【难点】（一）非细胞生物体的定义与特征【基础】非细胞生物体是指没有细胞结构，不能独立进行生命活动，必须在活细胞内才能表现出生命活动（如增殖）的一类生物。它们介于生物与非生物之间，是生命科学研究的重要对象。其最主要的特征包括：1、结构简单：主要由一种核酸（DNA或RNA）和蛋白质构成。部分种类甚至只有核酸或只有蛋白质。2、没有细胞结构：没有细胞膜、细胞质、细胞器等基本结构单元。3、不能独立代谢：缺乏完整的酶系统和能量代谢系统，必须依赖宿主细胞提供的原料、能量和酶系统来进行自身的和增殖。4、遗传方式特殊：遗传物质是DNA或RNA，其、转录、翻译过程都依赖于宿主细胞的机制。（二）非细胞生物体的主要类群与辨析【热点】1、病毒：这是最常见、最典型的非细胞生物体。病毒个体极其微小，通常只能在电子显微镜下观察到。其基本化学组成是蛋白质和一种核酸。蛋白质构成病毒的衣壳，起保护作用，并与宿主细胞的特异性识别有关；核酸位于病毒内部，是遗传物质。有些病毒在衣壳外还有一层包膜，主要来自宿主细胞的细胞膜或核膜，其上常有病毒编码的糖蛋白突起，与病毒的侵染能力有关。【重要】根据遗传物质的不同，病毒可分为DNA病毒（如噬菌体、乙肝病毒、天花病毒）和RNA病毒（如HIV、SARSCoV2、流感病毒、烟草花叶病毒）。【高频考点】必须牢记，病毒的遗传物质是DNA或RNA，因此，一种病毒只含有一种核酸。【易错点】2、亚病毒：这是近年来发现的一类比病毒更简单、更小的非细胞生物体的统称，主要包括类病毒和朊病毒。（1）类病毒：是目前已知的最小可传染致病因子。其结构极其简单，仅由一条单链环状RNA分子构成，没有蛋白质衣壳。类病毒主要感染高等植物，如马铃薯纺锤形块茎病就是由类病毒引起的。【基础】（2）朊病毒（又称朊粒）：这是一类更为特殊的传染性致病因子，其化学本质仅是一种具有感染性的、能够自我和传播的蛋白质（PrP），不含有核酸。【非常重要】朊病毒能够诱导生物体内正常的蛋白质分子转变为与自身相似的构象，从而引起疾病，如羊瘙痒病、疯牛病（牛海绵状脑病）和人的克雅氏病。【高频考点】这一发现对传统的“中心法则”提出了挑战，即遗传信息的流向并非只能从核酸到蛋白质，蛋白质本身也可以作为遗传信息的载体。（三）病毒的增殖过程——以噬菌体为例【核心】【难点】病毒不具有细胞结构，不能独立生长和分裂，必须在活细胞内营寄生生活。其增殖过程通常称为，主要包括以下五个阶段：1、吸附：病毒依靠其表面的蛋白质（如噬菌体的尾丝）与宿主细胞表面的特异性受体结合。这是病毒侵染的关键第一步，决定了病毒的宿主特异性。【重要】2、注入：噬菌体将其尾管刺入细菌细胞，然后将头部的DNA（遗传物质）注入到细菌体内，而将蛋白质衣壳留在细胞外。对于动物病毒，则通常是通过胞吞作用或膜融合的方式进入细胞。3、合成与：病毒的遗传物质（DNA或RNA）利用宿主细胞提供的原料（核苷酸、氨基酸）、能量（ATP）和合成场所（核糖体、酶等），开始进行自我，并指导合成病毒的蛋白质（如衣壳蛋白、包膜蛋白等）。4、装配：新合成的病毒核酸和蛋白质在宿主细胞内组装成新的、成熟的病毒颗粒（子代病毒）。5、释放：子代病毒裂解宿主细胞（如噬菌体），或者通过出芽的方式（如某些包膜病毒）从宿主细胞中释放出来，再去侵染新的细胞。（四）病毒与细胞的关系及在生物进化中的地位【拓展】病毒与细胞在起源与进化上的关系，是生物学中一个悬而未决的重要问题，目前主要有三种观点：【难点】1、生物大分子→病毒→细胞：即病毒是介于生物大分子和细胞之间的一种生命形式，是细胞出现之前的过渡形态。2、生物大分子→细胞→病毒：即病毒是细胞在进化过程中退化形成的。3、生物大分子→细胞，细胞→病毒：即病毒是细胞的部分遗传物质（如质粒或mRNA）逃逸出来后，获得了蛋白质衣壳而形成的。目前，第三种观点得到了更多证据的支持，例如，某些病毒的基因序列与宿主细胞染色体中的某些基因片段具有高度同源性。四、原核细胞、真核细胞与非细胞生物体的综合比较【高频考点】【核心整合】（一）原核细胞与真核细胞的统一性尽管两者存在巨大差异，但它们作为细胞生命的基本形式，具有统一性：1、都具有相似的细胞膜结构（磷脂双分子层+蛋白质）。2、都以DNA作为遗传物质，且遗传密码通用（如AUG都是起始密码，代表甲硫氨酸）。3、都具有蛋白质合成的机器——核糖体。4、都以ATP作为直接的能源物质。（二）原核细胞与真核细胞的主要区别【非常重要】比较项目 原核细胞 真核细胞细胞大小 较小（110μm） 较大（10100μm）细胞核 无成形的细胞核，无核膜、核仁，只有拟核 有成形的真正的细胞核，有核膜和核仁染色体 无染色体，DNA裸露，不与组蛋白结合 有染色体，DNA与蛋白质结合细胞器 仅有核糖体（70S） 有多种细胞器，如线粒体、叶绿体、内质网等，核糖体为80S细胞壁 主要成分是肽聚糖（细菌），支原体无 植物细胞壁主要成分是纤维素和果胶，真菌是几丁质，动物无细胞壁遗传物质 DNA（环状） DNA（与蛋白质结合成线性或环状染色体）分裂方式 二分裂 有丝分裂、减数分裂、无丝分裂变异类型 基因突变（主要）、转化、接合、转导 基因突变、基因重组、染色体变异举例 细菌、蓝藻、支原体、衣原体、放线菌 动物、植物、真菌（酵母菌、霉菌）（三）非细胞生物体（病毒）与细胞的全面比较【非常重要】比较项目 病毒 细胞（原核/真核）结构 非细胞结构，主要由核酸+蛋白质构成 细胞结构，有细胞膜、细胞质、细胞核等化学组成 核酸（DNA或RNA）和蛋白质 含有核酸、蛋白质、脂质、糖类等多种化合物遗传物质 DNA或RNA（一种病毒只有一种核酸） DNA（既有DNA，也有RNA，但遗传物质是DNA）代谢 无独立的代谢系统，完全依赖宿主细胞 具有独立、完善的代谢系统增殖 在宿主细胞内，利用宿主成分 通过细胞分裂（二分裂、有丝分裂等）实现增殖对药物的敏感性 对抗生素不敏感，对干扰素敏感 对抗生素（抑制细胞壁/蛋白质合成等）敏感生命系统层次 不属于生命系统（不能独立完成生命活动） 属于生命系统最基本的结构层次进化地位 可能是细胞演化过程中的产物 是生命系统的主体五、考点、考向、解题步骤与易错点精析（一）高频考点与考查方式1、概念辨析题：主要考查原核生物和真核生物的具体类群。常见形式是给出一些生物名称，要求判断哪些是原核生物。【例】下列生物中，属于原核生物的一组是（）①酵母菌②发菜③噬菌体④乳酸杆菌⑤衣藻⑥草履虫【解题步骤】第一步，回顾原核生物主要类群（一藻二菌三体）。第二步，逐一辨析：酵母菌（真菌，真核）、发菜（蓝藻，原核）、噬菌体（病毒，非细胞生物）、乳酸杆菌（细菌，原核）、衣藻（藻类，真核）、草履虫（原生动物，真核）。第三步，得出答案（②④）。【易错点】对“菌”和“藻”的归属不清晰，误认为带“菌”字就是原核生物（如酵母菌、霉菌是真核），带“藻”字就是真核生物（如蓝藻是原核）。2、结构功能对应题：考查原核细胞特有的结构及其功能。如蓝藻能进行光合作用却没有叶绿体；好氧细菌能进行有氧呼吸却没有线粒体；支原体没有细胞壁等。【例】下列关于原核细胞的叙述，正确的是（）A.有细胞壁的细胞一定是原核细胞B.原核细胞都有细胞壁C.原核细胞都没有核膜，但可能有多种细胞器D.蓝藻虽然没有叶绿体，但能进行光合作用【解题步骤】A项，植物细胞也有细胞壁，错误。B项，支原体无细胞壁，错误。C项，原核细胞只有核糖体一种细胞器，错误。D项，蓝藻有光合色素，能进行光合作用，正确。【易错点】对原核细胞的“无”和“有”记忆混乱：无核膜、无核仁、无染色体（DNA裸露）、无复杂细胞器（只有核糖体）。有细胞壁（除支原体外）、有拟核、有质粒。3、病毒相关题：考查病毒的成分、结构、生活方式以及与细胞的区别。【例】下列关于HIV、噬菌体、SARS病毒的描述，正确的是（）A.三者都含有核糖体，能合成蛋白质B.三者的遗传物质都是DNAC.三者都必须寄生在活细胞内才能增殖D.三者结构相似，都有蛋白质外壳和包膜【解题步骤】A项，病毒无核糖体，错误。B项，HIV和SARS病毒是RNA病毒，遗传物质是RNA，噬菌体是DNA病毒，错误。C项，所有病毒都是寄生生活，正确。D项，部分病毒有包膜（如HIV），部分无包膜（如噬菌体），错误。【易错点】误以为所有病毒的遗传物质都是DNA，或误以为病毒能独立进行某些生命活动。需牢记“一种病毒只有一种核酸”，“病毒的生命活动离不开细胞”。4、特例与“不一定”辨析题：生物学中充满特例，需要特别注意。【难点】【热点】（1）不一定都有细胞壁：原核生物（如支原体），真核生物（如动物细胞）。（2）不一定都有细胞核：原核生物（无成形细胞核），真核生物中的特例（如哺乳动物成熟的红细胞、高等植物成熟的筛管细胞）。（3）不一定有线粒体：原核生物（无线粒体，但好氧细菌可进行有氧呼吸），真核生物中的特例（如蛔虫细胞、哺乳动物成熟红细胞，只能进行无氧呼吸）。（4）不一定有叶绿体：真核生物中的植物根尖细胞、不见光部分细胞；能进行光合作用的原核生物（蓝藻）也没有叶绿体。（5）细菌不一定都是有害的：绝大多数细菌有益或无害，如人体肠道内的大肠杆菌（帮助消化、产生维生素）、酸奶中的乳酸杆菌、生产味精的谷氨酸棒状杆菌等。（6）病毒引起的疾病不一定只能用抗生素治疗：抗生素主要针对细菌（抑制细胞壁等），对病毒无效，治疗病毒性疾病通常使用抗病毒药物（如干扰素）。（二）综合应用题与实验探究题1、利用原核细胞与真核细胞的结构差异设计实验：例如，设计实验验证某未知样品是植物细胞、动物细胞、细菌还是病毒。可以从有无细胞壁、有无成形的细胞核、有无独立代谢能力等角度进行显微