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：生物的基本特征及組成生物體的物質

【競賽要點】

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

能及缺乏出現相應的癥狀4生物界與非生物界的統一性和差異性5．水、無機鹽

【高考·競賽知識解讀】

一、生物的基本特征

㈠、生物學的概念

生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學。具體內容包括生物的形態、

結構、生理、分類、遺傳和變異、進化、生態等。

㈡、生物的基本特征

1、生物體具有共同的物質基礎和結構基礎

從化學組成上說，組成生物體的化學元素都是相同的。生物體的基本組成物質中

都有蛋白質和核酸，其中蛋白質是生命活動的體現者和主要承擔者。

從結構上說，除病毒等少數種類外，生物體都是由細胞構成的，所以說細胞是生

物體的結構和功能的基本單位。最簡單的生物體就是一個細胞，比較高等的生物由

多個細胞構成，并分化成組織、器官和系統。它們都具有嚴整的結構。

2、生物體都有新陳代謝作用

⑴、概念：

新陳代謝是生物體內全部有序的化學變化的總稱，主要場所是細胞。

攝取外界營養物質，合成為自身組成物質；

儲存能量。物質代謝

分解自身組成物質，排出代謝終產物；能量代謝

釋放能量。

新陳代謝的概念也可表述為：生物體與外界環境之間的物質和能量的交換以及生物

體內物質和能量的轉變過程。

同化作用和異化作用的關系（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，又相互聯系。

⑵、意義：

同化作用

異化作用

生物奧賽資料編寫者：劉志強

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新陳代謝是生物體進行一切生命活動的基礎，是生物的最基本的特征，是生

物與非生物的本質區別所在。

3、生物體都有應激性

在新陳代謝的基礎上，生物體對外界刺激都能發生一定的反應。例

如，植物的各種向性，動物的趨利避害行為。

意義：生物體具有應激性，因而能適應周圍的環境。

4、生物體都有生長、發育和生殖的現象

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

體的結構和功能也發生一系列變化，最終發育成為一個成熟的個體。當異化作

用超過同化作用時，生物體就會表現出衰老以致死亡。生物體發育成熟后，在死亡之

前，就能夠進行生殖，產生后代，保持了種族的延續性。

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定，變異使生物又能向前發展進化。

6、生物體都能適應一定的環境，也能影響環境。

以上六個基本特征，可分為三個方面：

從生物體的結構看，生物體都具有：共同的物質基礎和結構基礎；

從生理功能看，生物體都具有：新陳代謝作用，應激性，生長、發育和繁殖和現象，遺

傳和變異的特性。

從生物與環境的相互關系看，生物體都能適應一定的環境，也能影響環境。

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

土壤微型節肢動物分離收集裝置中，最合理的是（）

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【例題2】（09杭州聯考）18世紀，英國著名的植物學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.應激性特征B.適應性特征C.遺傳性特征D.變異性特征

二、組成生物體元素

㈠、原生質的概念

細胞內的全部生命物質（即能參與新陳代謝的物質），叫做原生質。包括細胞結構的細

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

外的部分都是原生質。

㈡、組成生物體的化學元素及其重要作用

1、常見的主要有20種

2、生物體化學元素組成的特點：

①最基本元素是C，含量最多的是C、H、O、N4種。從碳原子的化學性質上

看，碳原子之間能相互連結成鏈或環，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上建立起來的。

②組成細胞（原生質）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元素大體相同，但各種化學元素的含量相差很大。

總結：①組成生物體的化學元素在不同的生物體內種類大體相同;不同的生物體內各種

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

(65%),占細胞干重最多的化學元素是C(48.4%)。③多糖蛋白質核酸等生物大分子,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（主要）和葉片氣孔（根外施肥）。

④必需礦質元素：科學家確定植物必需的礦質元素有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，植物生育發生障礙，不能完成生活史；去除

該元素，則表現為專一的缺乏癥，而且這種缺乏癥是可以預防和恢復的；該元素在植物營養

生理上應表現出直接的效果，絕不是因為土壤或培養基的物理、化學、微生物等條件的改變

而產生間接效果。

必需元素的研究方法：通過溶液培養法進行了研究。溶液培養法是指用含有全部或

部分礦質元素的營養液培養植物的方法（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）。

實驗設計過程：設置對照實驗，其思路如下方法：

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

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

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

種礦質元素后，植物的生長發育又恢復正常的狀態，就說明這種礦質元素是植物必需的礦質

元素。

三、組成生物體的化學元素重要作用

①組成多種多樣的化合物，如蛋白質、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

育不良。

附表常見的幾種元素在植物體內的功能

元素功能缺乏出現的癥狀

N:促進細胞的分裂和生長，使枝葉

生長繁茂；

植株矮小，葉片發黃，嚴重時葉脈呈淡棕色

P:促使幼苗的發育和花的開放，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對植物的開花結果有重要的影

響

油菜等植物只開花，不結果“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致植物

出現失綠癥，但發病的部位與缺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，缺乏時導致細胞外液滲透壓下降，并出現血壓

下降，心率加快、四肢發冷甚至昏迷等癥狀

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，缺乏時心肌自動節律異常，導致心律失常；血鉀含量低時，出現心肌自動節律異常，

導致心律失常。在植物體內參與有機物合成和運輸。

⑦、N：N是構成葉綠素、蛋白質和核酸及各種酶的必需元素。N在植物體內形成不穩定

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

域生態系統富營養化的一種化學元素，在水域生態系統中，過多的N與P配合會造成富營

養化，在淡水生態系統中的富營養化稱為“水華”，在海洋生態系統中的富營養化稱為“赤

潮”。動物體內缺N，實際就是缺少氨基酸，就會影響到動物體的生長發育。

⑧、P：P是構成磷脂、核酸和ATP及NADPH的必需元素。植物體內缺P，會影響到DNA

的復制和RNA的轉錄，從而影響到植物的生長發育。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系統富營養化

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

生長發育、大腦發育和性成熟。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，節間縮短。

四、生物界和非生物界的統一性和差異性：

①統一性的事實：組成生物體的各種化學元素，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：組成生物體的化學元素，在生物體內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：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)

結合水：與細胞內的其它物質結合，是細胞結構的組成成分，約占細胞內全部

水分的4.5％。結合水相對越多，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、是細胞內的良好溶劑。B、起運輸作用。

C、對于維持生物體溫度的穩定起了很大作用。D、能保持植物的固有姿態。

⑵、無機鹽

①、存在形式：大多數以離子狀態存在于細胞中。

②、生理功能：

A、有些是細胞中某些復雜化合物的重要組成部分。如Mg2+是葉綠素分子必

需的成分，Fe2+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，這種動物就會出現抽搐。

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

【例題3】：科學家在利用無土栽培培養一些名貴花卉時，培養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西城區抽樣）科學工作者研究了鈣和硼對某種植物花粉粒萌發和花粉管生長

的影響，結果如下圖所示。下列結論與結果不

．

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，而一定范圍內幾乎不影響花粉的萌發

D.硼對于花粉萌發有明顯影響，而一定范圍內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，觀察不同礦質元素對南瓜植株生長發

育的影響。在4組單因素缺素培養實驗中，他們觀察到其中一組的表現為老葉形態、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】：研究發現，冬小麥在秋冬低溫條件下，細胞分裂活動減慢，物質消耗減少，但細

胞內可溶性糖的含量有明顯的提高。下列推斷不合理的是（）

A.細胞內氧化分解的酶活性減弱，是植物適應低溫環境的表現

B.細胞內結合水含量降低，自由水含量增加，以適應低溫環境

C.細胞液濃度增加，降低冰點，是植物對低溫環境的適應

D.合成淀粉和蛋白質的酶的活性減弱，以適應低溫環境

【例題7】：被子植物花粉管的萌發及其結果，一般與溫度、促進物、氧氣等條件有關，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）實驗目的：

（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）實驗現象：

【例題8】：下面是生物科技活動小組設計的一種植物（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，實驗用培養液配制一覽表

成分

培養液(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元素，與全素培養液相比，

缺N（或P或K）培養玉米會表現出相應的病癥，當向培養液補充這種元素后，這種病癥將

消失。

⑶、植物在乙培養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，從而導致光合作用減弱；

在沙土中種植馬鈴薯用培養液丁，給其施肥，馬鈴薯產量將會降低，原因是缺少鉀

元素，影響馬鈴薯體內有機物的運輸，使有機物不能運輸到地下塊莖中儲存。

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盡量相同；

③實驗條件應相同；④實驗所用的時間應相同

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

的方法向缺某種礦質元素的培養液中補充該元素，然后觀察玉米苗的生長情

況。

⑹、如用B組的培養液培養微生物，則適宜培養固氮微生物，同時還需要向培養液

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