1.2 细胞的多样性和统一性

知识关系导航

• 所属章节：第一章 走近细胞
• 前置知识点：细胞是基本的生命系统；先认识细胞的基本地位，再观察其具体结构。
• 前置实验方法：高倍显微镜观察流程。
• 递进知识点：原核细胞、真核细胞与合成生物学；细胞分类是理解人工改造生命系统的基础。
• 相关知识点：归纳法；本节实验也要求从多个细胞的观察事实归纳共同结构和差异。

本节学习目标

学完本节后，应能够：

1. 根据材料和显微图描述细胞的形态、结构、大小和功能差异，并解释结构与功能相适应。
2. 熟练写出高倍显微镜观察细胞的关键步骤、操作顺序和注意事项。
3. 用“有无以核膜为界限的细胞核”区分原核细胞和真核细胞，避免用有无细胞壁、能否光合作用等非根本标准判断。
4. 说出蓝细菌的结构、营养方式、生态影响和与一般细菌的联系。
5. 从细胞膜、细胞质、遗传物质和生命活动基础说明细胞统一性，同时说明差异来源。
6. 能处理显微照片、结构模式图、实验流程图、分类题和实验评价题。

核心知识点讲解

一、知识对象与生命情境

细胞的多样性首先表现在外形和功能上：神经细胞有长的突起，肌肉细胞适于收缩，红细胞适于运输氧，植物叶肉细胞含有叶绿体并适于光合作用。不同形态不是“随意变化”，而是细胞在遗传信息、发育分化和生活环境影响下形成的结构—功能适应。

细胞的统一性表现在：不同细胞虽然大小、形状和内部结构复杂程度不同，但一般都有细胞膜、细胞质和遗传物质；原核细胞和真核细胞都以DNA作为遗传物质。这种统一性是细胞学说和生物界统一性的具体结构基础。

二、核心概念与结构功能

1. 原核细胞与真核细胞

科学家根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，把细胞分为两大类：

比较项目	原核细胞	真核细胞
典型生物	细菌、蓝细菌、支原体等原核生物	植物、动物、真菌等真核生物
细胞核	没有核膜包被的成形细胞核	有核膜包被的成形细胞核
遗传物质存在形式	DNA位于拟核等区域，通常没有染色体形态的细胞核结构	DNA主要位于细胞核染色质/染色体中，也可存在于某些细胞器
细胞器	内部结构相对简单，不具有典型膜性细胞器系统	具有较复杂的细胞器和内膜系统
基本共同结构	细胞膜、细胞质、DNA等	细胞膜、细胞质、DNA等
生活方式	可自养或异养；不同类群差异大	可自养或异养；单细胞和多细胞均有

“原核”的“原”不是“原始、低等”的简单同义词，“真核”的“真”也不是“更高级”的价值判断。它们首先是细胞核结构的分类术语；进化联系需要结合更多证据，不能只凭字面推断。

2. 蓝细菌的结构和生活方式

蓝细菌属于细菌，是原核生物。其细胞含有藻蓝素和叶绿素，可以进行光合作用，是自养生物；细菌中的许多其他种类营腐生或寄生生活，是异养生物。

蓝细菌细胞通常具有细胞壁、细胞膜和细胞质，没有核膜包被的细胞核，也没有由细胞核定义的染色体结构；环状DNA位于细胞内的拟核区域。

蓝细菌的直径通常比一般细菌大，但多数仍不能用肉眼分辨单个细胞。当蓝细菌以大量细胞群体存在时，才可能被肉眼观察到水华等现象。

3. 水华与发菜保护

淡水水域污染导致水体富营养化，蓝细菌和绿藻等大量繁殖，形成水华。水华会影响水质和水生动物生活。答题时要形成完整因果链：

水体污染/营养盐增加 → 水体富营养化 → 蓝细菌等大量繁殖 → 水华 → 水质下降并影响水生生物

发菜也是蓝细菌，因过度采挖破坏草地和荒漠生态，已列入国家重点保护生物。这个材料说明：认识细胞并不只是显微镜知识，也可以联系环境保护和生物多样性保护。

三、关键过程、规律与调控机制

1. 高倍显微镜观察的标准流程

教材实验的核心顺序是：

1. 调亮视野：转动反光镜，使光线适宜、视野明亮。
2. 低倍镜找像：先用低倍物镜观察，找到清晰目标。
3. 目标移中央：把要放大的目标移到视野中央。显微镜成倒像，移动玻片的方向与目标在视野中的移动方向相反；实际操作以“目标向中央移动”为准。
4. 换高倍物镜：转动转换器换成高倍镜，换镜时不要直接用手扳动物镜。
5. 细准焦调焦：只用细准焦螺旋调节焦距，使图像清晰；高倍下视野变暗、范围变小、观察到的细节增多。

临时装片的制备还包括取材、滴液、展平、盖盖玻片和必要时染色。盖盖玻片时应使其一侧先接触液滴，再缓慢放下，以减少气泡；材料太厚、气泡过多或染色过深都会影响观察。

2. 显微镜成像与观察结果判断

显微镜下看到的是倒像。判断玻片移动方向时，应以目标在视野中实际移动到中央为目标，而不是凭肉眼想象“玻片向目标方向移动”。

低倍镜适合找目标、观察整体分布和确定位置；高倍镜适合观察细胞内部细节。换高倍后通常视野变暗、可见范围变小、细胞数目减少但单个细胞变大。若高倍下找不到目标，通常不是“目标消失”，而是低倍时没有将目标准确移至中央，或换镜时发生了位置偏移。

3. 细胞差异的来源

细胞形态结构差异来自多种因素：

• 遗传信息差异或表达差异：决定细胞可形成何种结构和具有什么功能。
• 细胞分化：同一多细胞生物中，不同细胞在发育过程中选择性表达基因，形成分工。
• 生活环境差异：温度、光照、营养、渗透压和生物相互作用会影响细胞结构与生活方式。
• 功能需求差异：运输、收缩、保护、光合作用和信息传递等功能，对细胞形态和内部结构提出不同要求。

四、典型模型与分析方法

1. 原核/真核分类判定流程

看到某种细胞或生物的材料时，按以下顺序判断：

1. 找“核膜包被的细胞核”证据；有则是真核细胞，无则优先判断为原核细胞。
2. 不要把有无细胞壁作为主要依据，因为植物细胞、真菌细胞和许多原核细胞都可能有细胞壁。
3. 不要把能否光合作用作为依据，因为蓝细菌是原核自养生物，植物是真核自养生物。
4. 不要把单细胞/多细胞作为依据，因为真核生物既有单细胞的酵母、草履虫，也有多细胞植物和动物。
5. 若材料提到拟核、环状DNA、没有核膜包被的细胞核，通常指向原核细胞。

2. 细胞多样性与统一性的双向论证

回答“为什么细胞既有多样性又有统一性”时，可以分成两条证据链：

• 统一性证据链：都有细胞膜、细胞质和遗传物质；原核和真核都以DNA为遗传物质；新细胞来自先前细胞。
• 多样性证据链：细胞形态、大小、结构和功能不同；原核与真核的核结构和内部系统不同；同一生物中细胞也因分化而不同。

最后落脚到结构功能关系：统一性说明生命有共同基础，多样性说明不同细胞对不同功能和环境形成适应。

五、图表、实验与证据链

1. 实验变量与观察记录

本实验的自变量是观察材料/细胞种类，因变量是显微镜下观察到的形态、大小、排列、可见结构等特征，控制变量包括显微镜操作条件、放大倍数、光照、制片质量和观察记录标准。实验目的不是证明“所有细胞完全相同”，而是通过多种材料比较共同点和差异。

观察记录应至少包含：材料名称、制片类型、物镜倍数、视野亮度、细胞形态、排列方式、可见结构、推测功能和可能的误差来源。

2. 电镜照片与普通光学显微镜观察的比较

教材用大肠杆菌扫描电镜照片和透射电镜照片补充说明：

• 扫描电镜更适合呈现样品表面形貌和立体感。
• 透射电镜通过电子束穿透样品，更适合观察内部超微结构的切面信息。
• 光学显微镜下能观察到的细节受分辨率限制，不能因为“看不到”就断言“没有”。

比较不同显微图时要先看技术和放大倍数，再看形态和结构，避免把制样方式造成的图像差异误判为细胞本身差异。

3. 支原体材料的结构分析

支原体是原核生物，结构比许多细菌更简单，通常没有细胞壁，具有细胞膜、细胞质和拟核等基本结构。与动物细胞比较，它没有核膜包被的细胞核和典型真核细胞器；与一般细菌比较，最突出区别是缺少细胞壁。判断支原体属于原核生物的根本依据仍然是没有核膜包被的细胞核，而不是“有没有细胞壁”。

六、题型应用与迁移

1. 显微镜操作题：排序、补步骤、找错误操作、解释高低倍视野变化。
2. 显微图判断题：从轮廓、排列、可见细胞核/叶绿体、比例尺和放大倍数提取信息。
3. 原核真核分类题：围绕核膜包被的细胞核这一根本依据判断，并补充结构差异。
4. 多样性与统一性解释题：先列统一结构，再列形态功能差异，最后用结构与功能相适应解释。
5. 实验分析题：写出自变量、因变量、控制变量、操作要点、观察事实和结论边界。
6. 社会情境题：用富营养化—水华—生态影响链分析蓝细菌问题，联系保护发菜和生态保护。

重点梳理

1. 高倍显微镜四步操作

调亮视野 → 低倍找像 → 把目标移到中央 → 换高倍 → 细准焦调清晰。高倍下不能用粗准焦螺旋，不能直接扳动物镜，不能让镜头碰到玻片。

2. 原核与真核的根本区别

是否有以核膜为界限的细胞核。原核细胞没有成形的细胞核，DNA位于拟核等区域；真核细胞有核膜包被的细胞核。细胞壁、光合作用能力和是否单细胞都不是根本分类标准。

3. 统一性与多样性

统一性是共同的结构和遗传基础；多样性是细胞形态、大小、结构和功能的差异。二者并不冲突，差异通常是结构与功能相适应、细胞分化和环境适应的结果。

难点突破

难点一：细菌没有细胞核吗？

准确表述是：细菌没有由核膜包被的成形细胞核，但有遗传物质，DNA位于拟核区域。不能写成“细菌没有DNA”或“细菌没有遗传信息”。

难点二：有细胞壁就一定是原核吗？

不是。植物细胞、真菌细胞等真核细胞也可有细胞壁；根本判据仍是核膜包被的细胞核。

难点三：蓝细菌为什么能光合作用却不是植物

能否光合作用只说明其具有相关色素和代谢能力，不决定细胞核类型。蓝细菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物；植物有成形细胞核，属于真核生物。

难点四：高倍镜下视野变暗怎么办

换高倍后可适当调节光源或反光镜，但应先确认目标已在低倍视野中央，再用细准焦调焦。不要在高倍下用粗准焦螺旋大幅调焦，避免镜头压片和损伤标本。

难点五：看不到细胞核能否判断是原核细胞

不能只凭“看不到”判断，因为可能是分辨率不足、染色不佳、焦面不合适或图像模糊。应寻找“没有核膜包被的细胞核”等结构证据，结合模式图、材料文字和观察条件综合判断。

例题讲解

例题1：原核与真核判断

题目：下列判断原核细胞和真核细胞的主要依据是（ ）。

A. 有无细胞壁 B. 能否进行光合作用 C. 有无以核膜为界限的细胞核 D. 是否为单细胞生物

提取信息：题目问“主要依据”，不是问任意差异。

答案：C。

反思：植物细胞有细胞壁，蓝细菌能光合作用，酵母是真核单细胞生物，因此A、B、D都不能作为根本标准。

例题2：高倍镜操作排序

题目：某同学用显微镜观察叶片细胞，正确操作顺序是什么？

分析：高倍镜不是用来“盲目找目标”的。正确顺序是先低倍找到并居中，再换高倍和细调。

答案：调亮视野→低倍观察找像→将目标移至视野中央→转动转换器换高倍→用细准焦螺旋调焦。

反思：若高倍下目标不见，先退回低倍重新找像并居中，不要随意大幅移动玻片或使用粗准焦。

例题3：支原体结构分析

题目：支原体没有细胞壁，但有细胞膜、细胞质和DNA。它属于哪类生物？与动物细胞相比有什么不同？

信息提取：没有细胞壁不能直接决定原核/真核；要看是否有核膜包被的细胞核。

推理：支原体没有成形细胞核，DNA位于拟核，故为原核生物。动物细胞有核膜包被的细胞核和典型真核细胞器；支原体没有这些结构，且无细胞壁。

答案：支原体属于原核生物；与动物细胞相比，它没有核膜包被的细胞核和典型真核细胞器，同时没有细胞壁，只有细胞膜、细胞质和拟核等基本结构。

易错点整理

易错点	错误表现	纠正方式
高倍镜下用粗准焦	图像忽然消失或压片	高倍下只用细准焦，换镜前目标必须居中
把“没有看到细胞核”当作“没有细胞核”	忽略显微镜分辨率和染色条件	结合图像质量与结构证据判断
用细胞壁判断原核真核	把植物和真菌排除在真核外	根本标准是核膜包被的细胞核
用单细胞判断原核	认为所有单细胞生物都是原核	酵母、草履虫等单细胞生物是真核
把蓝细菌当成植物	看到叶绿素就按植物分类	蓝细菌有叶绿素但无成形细胞核，属于原核生物
把水华归因于水温单一变化	漏掉富营养化条件	写出污染/营养盐增加→大量繁殖→水华→生态影响

考点考证点整理

考点一：高倍显微镜使用

• 出题思路：给出错误操作、步骤排序或视野变化，要求纠正并解释原因。
• 关键条件：低倍找像、目标居中、再换高倍；高倍下细准焦；观察材料是否合适、是否有气泡。
• 解答要点：按“调亮→低倍找像→移中央→换高倍→细调”作答，并说明高倍视野范围变小、变暗、细节增多。
• 易扣分点：漏写目标居中；写高倍下用粗准焦；把“玻片移动方向”与“像移动方向”混淆；忽略盖片气泡。

考点二：原核细胞与真核细胞

• 出题思路：根据结构模式图、材料描述或生物名称进行分类并比较。
• 关键条件：有无核膜包被的细胞核、拟核、环状DNA、典型细胞器等信息。
• 解答要点：先写根本判据，再写共同结构和典型差异；若是蓝细菌、支原体等要联系具体结构。
• 易扣分点：用细胞壁、能否光合作用、单细胞性作主要标准；写“原核没有遗传物质”。

考点三：细胞的多样性和统一性

• 出题思路：根据显微照片比较不同细胞，要求归纳共同点、差异及差异原因。
• 关键条件：观察事实与解释要分开；差异要联系结构功能相适应、细胞分化和环境适应。
• 解答要点：统一性写细胞膜、细胞质、遗传物质和DNA；多样性写形态、大小、结构、功能及生活方式差异。
• 易扣分点：只写“都有细胞核”，排除原核细胞；只写结果不解释原因；把“统一”理解成“完全相同”。

考点四：水华与蓝细菌生态影响

• 出题思路：给出池塘污染、水华照片或生态保护材料，要求解释成因和后果。
• 关键条件：污染、富营养化、蓝细菌/绿藻大量繁殖、水质和水生生物受影响。
• 解答要点：使用完整因果链，并联系发菜保护和生态文明。
• 易扣分点：只写“蓝细菌太多”；不写富营养化；把水华等同于所有藻类都对生态完全有害。

练习题

一、教材探究与讨论

1. 说出高倍显微镜观察的步骤和要点。
2. 归纳所观察细胞的结构共同点和差异，分析差异原因。
3. 比较实验中观察到的细胞与大肠杆菌电镜照片的主要区别。
4. 解释“原核细胞”和“真核细胞”中“原”“真”的含义，并说明不能仅凭字面判断进化地位。

二、教材练习与应用

5. 判断：真菌和细菌都是原核生物；原核生物中既有自养生物又有异养生物；原核生物都是单细胞生物而真核生物既有单细胞也有多细胞。
6. 草履虫、衣藻、变形虫和细菌都为单细胞生物，它们共有的结构应选什么？

A. 细胞膜、细胞质、细胞核、液泡 B. 细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核 C. 细胞膜、细胞质、细胞核、染色体 D. 细胞膜、细胞质、储存遗传物质的场所

7. 根瘤菌与豆科植物共生，如何根据形态结构区分根瘤菌细胞与植物细胞？
8. 细胞为什么有统一性？多样性怎样产生？
9. 根据支原体模式图，比较支原体与动物细胞、一般细菌的区别，并判断其分类。

三、迁移训练

10. 某显微图中细胞边界清楚但看不到细胞核，能否据此判断其为原核细胞？请给出严谨理由。
11. 设计一份观察记录表，比较酵母菌、水绵、保卫细胞和鱼红细胞的共同点与差异。

练习题答案

1. 调亮视野；低倍找像；将目标移到视野中央；换高倍；用细准焦螺旋调焦。高倍下不使用粗准焦，换镜时不直接扳动物镜，镜头不能碰压玻片；临时装片要避免气泡和材料过厚。
2. 共同点可写细胞膜、细胞质和遗传物质；真核细胞通常有成形细胞核，原核细胞没有。差异来自遗传信息和表达、细胞分化、生活环境及功能需求等。
3. 光学显微镜观察多为整体轮廓和较大结构，电镜放大倍数和分辨率更高；扫描电镜侧重表面立体形貌，透射电镜侧重内部切面结构。比较时要结合制样和成像技术，不能把“看不到”当成“没有”。
4. “原核”表示细胞没有核膜包被的成形细胞核，“真核”表示有核膜包被的成形细胞核。它们是结构分类术语，不等于简单的高低、先进与落后，进化关系需结合更多证据。
5. 错、对、错。真菌是真核生物；原核生物中既有蓝细菌等自养生物，也有腐生或寄生的异养生物；真核生物中也有酵母、草履虫等单细胞生物。
6. D。四类单细胞生物都具有细胞膜、细胞质和储存遗传物质的场所，但不一定都有核膜包被的细胞核、细胞壁或液泡。
7. 根瘤菌属于原核细胞，没有核膜包被的细胞核，DNA位于拟核，通常没有典型真核细胞器；植物细胞是真核细胞，有成形细胞核，通常有细胞壁、液泡，绿色植物细胞可能有叶绿体。应以核膜包被的细胞核为主要判断依据。
8. 统一性来自共同的细胞基本结构和遗传基础，原核与真核都以DNA为遗传物质；多样性来自细胞形态、结构和功能分化，以及遗传、环境和功能需求的共同作用。
9. 支原体无细胞壁、无成形细胞核，具有细胞膜、细胞质和拟核，属于原核生物；动物细胞有成形细胞核且无细胞壁；一般细菌通常有细胞壁但同样无成形细胞核。支原体与一般细菌的根本共同点是原核结构，突出差别是支原体通常无细胞壁。
10. 不能。看不到可能是分辨率不足、染色不佳、焦面不合适或图像模糊造成的。应结合是否有核膜包被的细胞核、材料文字、放大倍数和结构模式图综合判断。
11. 记录表应有材料、制片方式、放大倍数、细胞形态、排列、可见结构、是否有细胞壁/叶绿体/细胞核、功能推测和误差来源。共同点写细胞膜、细胞质和遗传物质；差异写细胞核、叶绿体、细胞形态和功能等，并区分观察事实与推断。