高中生物學中的“矛盾”說

梁愈

摘 要 通過揭示高中生物學中的矛盾現象，使學生對生命運動過程的認識樹立整體的觀點、全面的觀點。

關鍵詞 高中生物學 生物學教學 矛盾

中圖分類號 Q-49 文獻標識碼 E

毛澤東同志曾經說過：“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整合統(tǒng)一，使生命活動得以有序進行。

1 既促進又抑制

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植物生長，達到一定濃度又會抑制植物生長。從生長素的促進方面看，表現為增加雌花、單性結實、子房壁生長、細胞分裂、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為：花朵脫落、側枝生長、塊根形成和葉片衰老。應當說明的是，生長素對細胞伸長的促進作用與生長素的濃度、細胞年齡以及植物器官的種類有關?？偟恼f來，生長素在低濃度時可促進生長，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：在促進方面表現為：葉、花和果實的脫落，氣孔的關閉，側芽、塊莖的休眠，葉片衰老，光合產物向種子運輸，果實成熟；在抑制方面表現為種子發(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，一般認為酶能加快生化反應的速度，但在微生物細胞的代謝中，酶卻有降低化學反應速度甚至使化學反應停止的功能。比如在酶活力的調節(jié)過程就能說明這一點。酶活力是通過激活或抑制來進行的，酶活力的抑制主要表現為產物抑制，它發(fā)生在酶促反應的產物沒有被后面的反應消耗掉時。抑制大多數屬于反饋抑制。反饋抑制是指生物合成途徑的終產物反過來對該途徑中第一個酶（即調節(jié)酶）活力的抑制作用。當細胞內氨基酸或核苷酸等終產物過量積累時，積累的終產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途徑的反饋抑制。當然，反饋抑制大多數為分支式的，其情況也錯綜復雜。比如，天冬氨酸族的氨基酸合成受同工酶反饋抑制和協調反饋抑制，谷氨酰胺合成受積累反饋抑制調節(jié)，核苷酸合成受合作反饋抑制調節(jié)，芳香族氨基酸合成受順序反饋抑制調節(jié)等。通過種反饋抑制作用，使酶的活力減低從而導致生化反應減慢甚至停止。

3 既傳導興奮又抑制興奮

神經細胞的特點是當受到刺激時，既能產生興奮又能傳導興奮。神經細胞受到刺激時，被刺激部位的細胞膜處于內正外負的反極化狀態(tài)時，鄰近未受刺激部位的細胞膜仍處于外正內負的極化狀態(tài)，這樣在兩者之間便產生了電位差，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，將動作電位傳播出去，一直傳到神經末梢。神經末梢內有許多突觸小泡，每一個突觸小泡中含有一定數量的化學遞質，這些遞質中既有興奮性遞質也有抑制性遞質。當突觸小泡中的興奮性遞質釋放到突觸間隙中，并擴散到突觸后膜，遞質便與突觸后膜上相應的受體結合。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，則遞質與突觸后膜上的受體結合后，使后膜的極化作用加大即出現了超極化狀態(tài)。這樣就使得第二個神經元更不容易發(fā)放神經沖動，而阻止了神經沖動的傳導。

4 既剪切又連接

真核細胞的基因中含有內含子，基因轉錄過程中形成的mRNA是全部轉錄，新合成的RNA稱初級轉錄物。初級轉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，初級轉錄物比成熟的RNA長。真核細胞的mRNA和tRNA以及細菌tRNA的初級轉錄物都需要進一步地加工，才能形成成熟的RNA。目前為止，人們發(fā)現的內含子剪接有四種類型，其中Ⅰ型和Ⅱ型兩種內含子可自我剪接。第三種類型的內含子主要出現在核內mRNA初級轉錄物中，需要一些蛋白質的參與，通過RNA-蛋白質相互作用來實施剪接。第四種類型的內含子在tRNA分子中，剪接時需要ATP以及內切核酸酶。

5 既吸收又外排

細胞的胞吞有兩種類型：一是細胞對有害物質的吞噬作用；另一種是通過質膜受體介導的對細胞外營養(yǎng)物質的內吞。吞噬又稱胞飲作用，是指細胞吞入較大顆粒物質。如微生物或大的細胞殘片，直徑一般在250 nm。吞噬作用僅限于幾種特殊的細胞類型，如變形蟲及單細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)攝取細胞外基質中液滴的內吞過程。所形成的小囊泡直徑小于150 nm。胞飲又分為兩種類型：液相內吞和吸附內吞。前者無特異性，后者有一定的特異性。細胞除了吞外還可以吐。其實質是將細胞分泌的化學物質排出細胞外。細胞分泌的化學物質包括酶類、激素、神經遞質、局部介質、血清蛋白、抗體以及細胞外基質成分，也包括植物細胞壁的成分。細胞的分泌也有兩種類型：一種是分泌的物質為細胞所用；另一種是通過與質膜的融合進入細胞膜或運輸到細胞外。分泌過程涉及到內質網、高爾基體和細胞膜。這三個部門相當三個關卡，嚴格控制著產品的質量。內質網相當于生產基地，高爾基體相當于產品的精深加工和質量檢測分配部門，質膜相當于海關。對于組成型的化學物質的分泌途徑是：運輸小泡持續(xù)不斷地從高爾基體運輸到細胞膜，并立即進行膜的融合，將分泌小泡中的蛋白質釋放到細胞外，其運輸過程需要酶、生長因子、細胞外基質以及細胞質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為一致性，在有性生殖生物進行減數分裂過程中有所體現。在第一次減數分裂的四分體時期，同源染色體進行聯會，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。緊接著進入后期時，由于細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胞的兩極移動，隨后細胞進行分裂，使得配對的一對同源染色體分開進入兩個子細胞。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胞結合成為一個細胞，這時，基因和染色體又恢復了成對狀態(tài)。

7 既缺失又重復

在染色體結構畸變時有缺失或重復現象發(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構。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，造成對人體有害。例如，第5染色體短臂缺失的兒童出現的耳位低下、智力表現遲鈍、生活力差等一系列癥狀。患兒多數在生命的早期死亡。患兒最明顯的特征是哭聲輕，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片段。由于染色體片段重復，則位于這段染色體上的基因也就隨之重復。重復的遺傳學效應沒有缺失那么明顯，相對較緩和，如果重復過大也會影響個體的生活力甚至引起死亡。重復也產生特定的表型效應。重復在進化中有著重要意義，提供了額外的遺傳物質，可能會執(zhí)行新的功能。

8 既轉錄又反轉錄

最初發(fā)現的中心法則認為，遺傳信息從DNA流向RNA再流向蛋白質。遺傳信息從DNA流向RNA的過程稱為轉錄。1970年，Temin和Baltimore分別發(fā)現，在腫瘤病毒中，某些RNA感染有機體后，在宿主細胞中以病毒RNA為模板合成DNA，這個DNA整合在宿主的染色體DNA上，與染色體同步復制并分配到增殖的宿主細胞中，一方面，經過轉錄和翻譯產生毒害宿主的蛋白質，另一方面，經過轉錄產生子代病毒RNA。其中以病毒RNA為模板合成DNA過程中需要逆轉錄酶。逆轉錄酶實際上是依賴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。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”，表現出和諧的一面。

10 既正向運動又負向運動

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，達爾文研究了向光性現象，20世紀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70年代后，有人用生物測定和現代物理化學方法重復溫特實驗，生物測定的結果和溫特類似，而物理化學方法得到的結果顯示背光和向光兩側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光下，下胚軸不發(fā)生向光性反應，但在較強的藍光下1～100 μmol/（m2·s），下胚軸發(fā)生向光性反應。向光素實際上是一種蛋白激酶，藍光刺激向光性的活性，吸收藍光后發(fā)生自磷酸化。這是正向性中的植物的向光性產生的機理。在負向性中，主要指植物的某些感性運動，感性運動與刺激無關，其實質是一種膨壓運動少數為生長運動。

11 既升高濃度又降低濃度

這里以動物激素調節(jié)為例來加以說明。胰島是胰腺的內分泌部，分散在胰腺腺泡之間，根據胰島細胞顆粒的特點和所含有激素的不同，可區(qū)分出不同的內分泌細胞類型。哺乳動物中主要有四種類型：A細胞（α細胞）占總數的20%；B（β細胞）占總數的70%；D（δ細胞）占4%-5%；F（pp細胞）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胞內的磷酸化酶，加速肝糖原分解，促進肝臟內糖原異生，使得氨基酸加速轉化為酮體，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 細胞內的分子循環(huán)

細胞內有些信息的傳遞呈現循環(huán)方式。高中生物學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重要的作用。

12.1.2 血管內物質循環(huán)

人體內的血液循環(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，途經毛細血管網將營養(yǎng)物質和氧送入組織細胞。肺循環(huán)是血液從右心室射向肺動脈，在肺泡毛細血管網進行氣體交換，將肺動脈流動的靜脈血轉變成為動脈血后進入左心房。冠脈循環(huán)是心臟的自身循環(huán)。在主動脈基部左右兩側發(fā)出的兩條冠狀動脈，經逐級分支深入到心肌內部，形成心肌毛細血管網，然后匯集成靜脈進入右心房。三種循環(huán)三位一體相互聯系。

12.1.3 生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)

這里講的生態(tài)系統(tǒng)是指生物圈，其中物質循環(huán)具有全球性，是指物質在生態(tài)系統(tǒng)的生物群落和無機環(huán)境之間的反復循環(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)是基礎是生態(tài)系統(tǒng)物質循環(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系決定的，狼能夠捕食羊，但羊不能捕食狼。細胞內的能量供給也具有單向性。大多數生理活動的供能是由ATP來提供的，當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。

參考文獻：

[1] 潘瑞熾，董愚德.植物生理學[M].北京：高等教育出版社，1998，2：190；207.

[2] 黃秀梨，辛明秀.微生物學[M].北京：高等教育出版社，2009，2：171.

[3] 王希成，生物化學[M].北京：清華大學出版社，2010，11：250；324-325.

[4] 王金發(fā).細胞生物學[M].北京：科學出版社，2010，1：392；387-388.

[5] 劉祖洞.遺傳學下冊[M].北京：高等教育出版社，2010.11：6-7；9-10.

[6] 李惟基.遺傳學[M].中國農業(yè)大學出版社，2007.7：21.

[7] 李品健.動物生物學[M].北京：科學出版社，2008.7：577.

[8] 武維華.植物生理學[M].北京：科學出版社，2012.1：375；376.

[9] 楊秀平，肖向紅.動物生理學[M].北京：高等教育出版社，2010，12：310-311.

[10] 畢潤成.生態(tài)學[M].北京：科學出版社，2012，7：219.