梁愈

摘 要 通過揭示高中生物學(xué)中的矛盾現(xiàn)象，使學(xué)生對生命運動過程的認(rèn)識樹立整體的觀點、全面的觀點。

關(guān)鍵詞 高中生物學(xué) 生物學(xué)教學(xué) 矛盾

中圖分類號 Q-49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 E

毛澤東同志曾經(jīng)說過：“一切過程中矛盾著的各方面，本來是互相排斥、互相斗爭、互相對立的。世界上一切事物的過程里和人們的思想里，無一例外?！备咧猩飳W(xué)知識體系中也存在著諸多矛盾體，在生命活動過程中，通過這些矛盾體間的斗爭最終實現(xiàn)整合統(tǒng)一，使生命活動得以有序進(jìn)行。

1 既促進(jìn)又抑制

生長素對植物的生長作用具有雙重影響。這就是一定濃度的生長素可促進(jìn)植物生長，達(dá)到一定濃度又會抑制植物生長。從生長素的促進(jìn)方面看，表現(xiàn)為增加雌花、單性結(jié)實、子房壁生長、細(xì)胞分裂、維管束分化、葉片擴大、莖伸長、葉片脫落、形成層活性、傷口愈合、不定根形成、種子發(fā)育、形成側(cè)根及根瘤、種子和果實的生長、座果以及頂端優(yōu)勢。生長素在抑制方面表現(xiàn)為：花朵脫落、側(cè)枝生長、塊根形成和葉片衰老。應(yīng)當(dāng)說明的是，生長素對細(xì)胞伸長的促進(jìn)作用與生長素的濃度、細(xì)胞年齡以及植物器官的種類有關(guān)?？偟恼f來，生長素在低濃度時可促進(jìn)生長，濃度較高則抑制生長，如果濃度再高則會使植物受傷。除生長素外，脫落酸對植物的生命活動也具有二重性：在促進(jìn)方面表現(xiàn)為：葉、花和果實的脫落，氣孔的關(guān)閉，側(cè)芽、塊莖的休眠，葉片衰老，光合產(chǎn)物向種子運輸，果實成熟；在抑制方面表現(xiàn)為種子發(fā)芽，生長素運輸和植株的生長。

2 既加速又減速

酶是生物催化劑，一般認(rèn)為酶能加快生化反應(yīng)的速度，但在微生物細(xì)胞的代謝中，酶卻有降低化學(xué)反應(yīng)速度甚至使化學(xué)反應(yīng)停止的功能。比如在酶活力的調(diào)節(jié)過程就能說明這一點。酶活力是通過激活或抑制來進(jìn)行的，酶活力的抑制主要表現(xiàn)為產(chǎn)物抑制，它發(fā)生在酶促反應(yīng)的產(chǎn)物沒有被后面的反應(yīng)消耗掉時。抑制大多數(shù)屬于反饋抑制。反饋抑制是指生物合成途徑的終產(chǎn)物反過來對該途徑中第一個酶（即調(diào)節(jié)酶）活力的抑制作用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)氨基酸或核苷酸等終產(chǎn)物過量積累時，積累的終產(chǎn)物就會直接抑制該途徑中第一個酶的活力，使整個合成過程減慢或停止。這樣可避免不必要的養(yǎng)料和能量浪費。如在蘇氨酸合成異亮氨酸的途徑中，異亮氨酸合成過多，就會抑制該合成途徑中的第一個酶——蘇氨酸脫氫酶。這是一個最簡單的直線式生物化學(xué)途徑的反饋抑制。當(dāng)然，反饋抑制大多數(shù)為分支式的，其情況也錯綜復(fù)雜。比如，天冬氨酸族的氨基酸合成受同工酶反饋抑制和協(xié)調(diào)反饋抑制，谷氨酰胺合成受積累反饋抑制調(diào)節(jié)，核苷酸合成受合作反饋抑制調(diào)節(jié)，芳香族氨基酸合成受順序反饋抑制調(diào)節(jié)等。通過種反饋抑制作用，使酶的活力減低從而導(dǎo)致生化反應(yīng)減慢甚至停止。

3 既傳導(dǎo)興奮又抑制興奮

神經(jīng)細(xì)胞的特點是當(dāng)受到刺激時，既能產(chǎn)生興奮又能傳導(dǎo)興奮。神經(jīng)細(xì)胞受到刺激時，被刺激部位的細(xì)胞膜處于內(nèi)正外負(fù)的反極化狀態(tài)時，鄰近未受刺激部位的細(xì)胞膜仍處于外正內(nèi)負(fù)的極化狀態(tài)，這樣在兩者之間便產(chǎn)生了電位差，由此形成了局部電流。該局部電流又會刺激未去極化的細(xì)胞膜使之去極化，又形成動作電位，照此，連續(xù)的局部電流向前傳導(dǎo)，將動作電位傳播出去，一直傳到神經(jīng)末梢。神經(jīng)末梢內(nèi)有許多突觸小泡，每一個突觸小泡中含有一定數(shù)量的化學(xué)遞質(zhì)，這些遞質(zhì)中既有興奮性遞質(zhì)也有抑制性遞質(zhì)。當(dāng)突觸小泡中的興奮性遞質(zhì)釋放到突觸間隙中，并擴散到突觸后膜，遞質(zhì)便與突觸后膜上相應(yīng)的受體結(jié)合。改變突觸后膜對離子的通透性，引起突觸后膜的去極化，形成一個小電位。如果是抑制性遞質(zhì)，則遞質(zhì)與突觸后膜上的受體結(jié)合后，使后膜的極化作用加大即出現(xiàn)了超極化狀態(tài)。這樣就使得第二個神經(jīng)元更不容易發(fā)放神經(jīng)沖動，而阻止了神經(jīng)沖動的傳導(dǎo)。

4 既剪切又連接

真核細(xì)胞的基因中含有內(nèi)含子，基因轉(zhuǎn)錄過程中形成的mRNA是全部轉(zhuǎn)錄，新合成的RNA稱初級轉(zhuǎn)錄物。初級轉(zhuǎn)錄物包含著目的基因序列，這里分散著一些非基因的區(qū)域，因此，初級轉(zhuǎn)錄物比成熟的RNA長。真核細(xì)胞的mRNA和tRNA以及細(xì)菌tRNA的初級轉(zhuǎn)錄物都需要進(jìn)一步地加工，才能形成成熟的RNA。目前為止，人們發(fā)現(xiàn)的內(nèi)含子剪接有四種類型，其中Ⅰ型和Ⅱ型兩種內(nèi)含子可自我剪接。第三種類型的內(nèi)含子主要出現(xiàn)在核內(nèi)mRNA初級轉(zhuǎn)錄物中，需要一些蛋白質(zhì)的參與，通過RNA-蛋白質(zhì)相互作用來實施剪接。第四種類型的內(nèi)含子在tRNA分子中，剪接時需要ATP以及內(nèi)切核酸酶。

5 既吸收又外排

細(xì)胞的胞吞有兩種類型：一是細(xì)胞對有害物質(zhì)的吞噬作用；另一種是通過質(zhì)膜受體介導(dǎo)的對細(xì)胞外營養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)吞。吞噬又稱胞飲作用，是指細(xì)胞吞入較大顆粒物質(zhì)。如微生物或大的細(xì)胞殘片，直徑一般在250 nm。吞噬作用僅限于幾種特殊的細(xì)胞類型，如變形蟲及單細(xì)胞原核生物吸收營養(yǎng)的狀況。吞飲又稱胞飲作用，是一種非選擇性的連續(xù)攝取細(xì)胞外基質(zhì)中液滴的內(nèi)吞過程。所形成的小囊泡直徑小于150 nm。胞飲又分為兩種類型：液相內(nèi)吞和吸附內(nèi)吞。前者無特異性，后者有一定的特異性。細(xì)胞除了吞外還可以吐。其實質(zhì)是將細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)排出細(xì)胞外。細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)包括酶類、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、局部介質(zhì)、血清蛋白、抗體以及細(xì)胞外基質(zhì)成分，也包括植物細(xì)胞壁的成分。細(xì)胞的分泌也有兩種類型：一種是分泌的物質(zhì)為細(xì)胞所用；另一種是通過與質(zhì)膜的融合進(jìn)入細(xì)胞膜或運輸?shù)郊?xì)胞外。分泌過程涉及到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和細(xì)胞膜。這三個部門相當(dāng)三個關(guān)卡，嚴(yán)格控制著產(chǎn)品的質(zhì)量。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當(dāng)于生產(chǎn)基地，高爾基體相當(dāng)于產(chǎn)品的精深加工和質(zhì)量檢測分配部門，質(zhì)膜相當(dāng)于海關(guān)。對于組成型的化學(xué)物質(zhì)的分泌途徑是：運輸小泡持續(xù)不斷地從高爾基體運輸?shù)郊?xì)胞膜，并立即進(jìn)行膜的融合，將分泌小泡中的蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞外，其運輸過程需要酶、生長因子、細(xì)胞外基質(zhì)以及細(xì)胞質(zhì)膜提供的膜整合蛋白和膜脂。

6 既分離又組合

由于基因位于染色體上，因此染色體是基因的主要載體。這就決定了基因與染色體的行為表現(xiàn)為一致性，在有性生殖生物進(jìn)行減數(shù)分裂過程中有所體現(xiàn)。在第一次減數(shù)分裂的四分體時期，同源染色體進(jìn)行聯(lián)會，配對的一對同源染色體是一個四分體，這意味著染色體具有成對性。緊接著進(jìn)入后期時，由于細(xì)胞兩極的紡錘絲不斷收縮變短，牽引著染色體的著絲點向著細(xì)胞的兩極移動，隨后細(xì)胞進(jìn)行分裂，使得配對的一對同源染色體分開進(jìn)入兩個子細(xì)胞。這就是基因和染色體的分離性。受精作用又使得兩性有性生殖細(xì)胞結(jié)合成為一個細(xì)胞，這時，基因和染色體又恢復(fù)了成對狀態(tài)。

7 既缺失又重復(fù)

在染色體結(jié)構(gòu)畸變時有缺失或重復(fù)現(xiàn)象發(fā)生。如果同源染色體中的一條染色體缺失，另一條染色體是正常的，則在同源染色體聯(lián)會時，因為一條染色體缺少了一個片段，它的同源染色體在這個片段便不能配對了，因此拱起形成弧狀結(jié)構(gòu)。缺失影響生物個體的生活力，不致死的缺失會引起不尋常的表型效應(yīng)，造成對人體有害。例如，第5染色體短臂缺失的兒童出現(xiàn)的耳位低下、智力表現(xiàn)遲鈍、生活力差等一系列癥狀?；純憾鄶?shù)在生命的早期死亡?；純鹤蠲黠@的特征是哭聲輕，如貓叫所以稱為貓叫綜合癥。除了正常的染色體組外，多出了一些部分染色體，這種額外的染色體部分就是重復(fù)片段。由于染色體片段重復(fù)，則位于這段染色體上的基因也就隨之重復(fù)。重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng)沒有缺失那么明顯，相對較緩和，如果重復(fù)過大也會影響個體的生活力甚至引起死亡。重復(fù)也產(chǎn)生特定的表型效應(yīng)。重復(fù)在進(jìn)化中有著重要意義，提供了額外的遺傳物質(zhì)，可能會執(zhí)行新的功能。

8 既轉(zhuǎn)錄又反轉(zhuǎn)錄

最初發(fā)現(xiàn)的中心法則認(rèn)為，遺傳信息從DNA流向RNA再流向蛋白質(zhì)。遺傳信息從DNA流向RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。1970年，Temin和Baltimore分別發(fā)現(xiàn)，在腫瘤病毒中，某些RNA感染有機體后，在宿主細(xì)胞中以病毒RNA為模板合成DNA，這個DNA整合在宿主的染色體DNA上，與染色體同步復(fù)制并分配到增殖的宿主細(xì)胞中，一方面，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)生毒害宿主的蛋白質(zhì)，另一方面，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生子代病毒RNA。其中以病毒RNA為模板合成DNA過程中需要逆轉(zhuǎn)錄酶。逆轉(zhuǎn)錄酶實際上是依賴RNA模板來合成DNA的一種DNA聚合酶，目前已從許多高等真核生物的RNA致癌病毒中分離到這種酶。

9 既競爭又和諧

群體動物個體之間為獲取有限的資源，會發(fā)生競爭產(chǎn)生敵對行為。動物的攻擊性行為可發(fā)生在同種之間，也可以發(fā)生在不同種之間。就同種動物之間的關(guān)系而言，通過競爭可合理、充分利用資源，保障每個個體正常生活；種群密度過大，由于資源短缺，使動物個體之間的攻擊性行為加劇，一些失敗的個體就會擴散到新的棲居地，這就起到了調(diào)節(jié)種群密度的作用。另外，攻擊性行為還有助于性選擇。這是因為只有性狀優(yōu)良的個體才能在生存競爭中取得勝利，這樣就提高了種群的遺傳素質(zhì)。競爭后的種群個體之間由于有著足夠的生活資源，又有著遺傳性狀優(yōu)良的配偶，在生存競爭中的勝者們卻可“和平相處”，表現(xiàn)出和諧的一面。

10 既正向運動又負(fù)向運動

植物器官對環(huán)境的單方向刺激所引起的定向運動是向性運動，朝向刺激方向運動為正向性運動，背離刺激方向的運動為負(fù)向性運動。幾乎所有的向性運動都是生長運動，是在一定的刺激下，植物的某特定部位發(fā)生了不均勻的生長引起的。植物的正向運動表現(xiàn)為向光性、向重力性、向水性向化性和向觸性。最明顯的正向性為向光性，高等植物的地上部分、胚芽鞘、子葉、莖、葉等多發(fā)生正向光彎曲生長，使葉片處于最適宜利用光能的位置。1880年，達(dá)爾文研究了向光性現(xiàn)象，20世紀(jì)20年代喬羅尼和溫特提出了植物向光性機制，這就是喬羅尼-溫特模型。20世紀(jì)70年代后，有人用生物測定和現(xiàn)代物理化學(xué)方法重復(fù)溫特實驗，生物測定的結(jié)果和溫特類似，而物理化學(xué)方法得到的結(jié)果顯示背光和向光兩側(cè)生長素的含量沒有明顯的差異。近年來的研究表明，向光素是向光性反應(yīng)的光受體。已證實，擬南芥中的向光素是由PHT1、PHT2基因編碼。它的突變體在低光強藍(lán)光下，下胚軸不發(fā)生向光性反應(yīng)，但在較強的藍(lán)光下1～100 μmol/（m2·s），下胚軸發(fā)生向光性反應(yīng)。向光素實際上是一種蛋白激酶，藍(lán)光刺激向光性的活性，吸收藍(lán)光后發(fā)生自磷酸化。這是正向性中的植物的向光性產(chǎn)生的機理。在負(fù)向性中，主要指植物的某些感性運動，感性運動與刺激無關(guān)，其實質(zhì)是一種膨壓運動少數(shù)為生長運動。

11 既升高濃度又降低濃度

這里以動物激素調(diào)節(jié)為例來加以說明。胰島是胰腺的內(nèi)分泌部，分散在胰腺腺泡之間，根據(jù)胰島細(xì)胞顆粒的特點和所含有激素的不同，可區(qū)分出不同的內(nèi)分泌細(xì)胞類型。哺乳動物中主要有四種類型：A細(xì)胞（α細(xì)胞）占總數(shù)的20%；B（β細(xì)胞）占總數(shù)的70%；D（δ細(xì)胞）占4%-5%；F（pp細(xì)胞）占1%-3%。胰島分泌的激素包括胰島素、胰高血糖素、生長抑素和胰多肽。對糖代謝而言，由于胰島素能夠增強骨骼肌和脂肪細(xì)胞對葡萄糖的攝取和利用，加速肝糖原和肌糖原的合成與儲存，抑制肝內(nèi)糖原的異生和分解，因此能夠使血糖的濃度降低。而胰高血糖素則激活肝細(xì)胞內(nèi)的磷酸化酶，加速肝糖原分解，促進(jìn)肝臟內(nèi)糖原異生，使得氨基酸加速轉(zhuǎn)化為酮體，因而使血糖濃度升高。通過胰島素和胰高血糖素之間的博弈，最終使得血液中的葡萄糖的濃度保持在正常的水平。

12 既循環(huán)流動又單向流動

12.1 循環(huán)流動

12.1.1 細(xì)胞內(nèi)的分子循環(huán)

細(xì)胞內(nèi)有些信息的傳遞呈現(xiàn)循環(huán)方式。高中生物學(xué)中涉及到的主要是檸檬酸循環(huán)和卡爾文碳循環(huán)。檸檬酸循環(huán)是細(xì)胞代謝的中心，屬于兩用代謝循環(huán)途徑，它在新陳代謝過程中有起至關(guān)重要的作用。

12.1.2 血管內(nèi)物質(zhì)循環(huán)

人體內(nèi)的血液循環(huán)途徑有三種：體循環(huán)（大循環(huán)）、肺循環(huán)（小循環(huán)）和冠脈循環(huán)。體循環(huán)是血液從左心室出發(fā)將血液射向主動脈，再通過全身各級動脈，途經(jīng)毛細(xì)血管網(wǎng)將營養(yǎng)物質(zhì)和氧送入組織細(xì)胞。肺循環(huán)是血液從右心室射向肺動脈，在肺泡毛細(xì)血管網(wǎng)進(jìn)行氣體交換，將肺動脈流動的靜脈血轉(zhuǎn)變成為動脈血后進(jìn)入左心房。冠脈循環(huán)是心臟的自身循環(huán)。在主動脈基部左右兩側(cè)發(fā)出的兩條冠狀動脈，經(jīng)逐級分支深入到心肌內(nèi)部，形成心肌毛細(xì)血管網(wǎng)，然后匯集成靜脈進(jìn)入右心房。三種循環(huán)三位一體相互聯(lián)系。

12.1.3 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

這里講的生態(tài)系統(tǒng)是指生物圈，其中物質(zhì)循環(huán)具有全球性，是指物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)的生物群落和無機環(huán)境之間的反復(fù)循環(huán)流動，包括水循環(huán)、氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)三種類型。從地位上看，水循環(huán)是基礎(chǔ)是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的中心；從循環(huán)周期上看，氣體型循環(huán)是最快的，沉積型循環(huán)的速度最慢。

12.2 單向流動

生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動是以有機物的形式，在食物鏈上是單向流動的、逐級遞減的。就是說，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動只能是從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再流入以后的各個營養(yǎng)級，不能逆向流動。這是由動物間的捕食關(guān)系決定的，狼能夠捕食羊，但羊不能捕食狼。細(xì)胞內(nèi)的能量供給也具有單向性。大多數(shù)生理活動的供能是由ATP來提供的，當(dāng)ATP用于生命活動時，第二個高能磷酸鍵斷裂，使ATP形成ADP，這部分用于生命活動的能量便不能再重新使ADP和Pi來合成ATP。

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