細胞生物學生物奧賽輔導中學生生物奧賽簡介

中學生生物奧賽，從低到高主要包括以下4個層次的比賽：各省的初賽、全國聯(lián)賽、全國競賽、國際奧賽。

全國中學生生物學競賽綱要（摘要）

2009.12.23

*細胞生物學、生物化學、微生物學25%*植物和動物的解剖、生理、組織和器官的結構與功能

30%*動物行為學、生態(tài)學

20%*遺傳學與進化生物學、生物系統(tǒng)學

25%

競賽考試綱要細目（細胞生物學部分）細胞的結構和功能化學成分-單糖、雙糖、多糖-

脂類-

蛋白質：氨基酸、遺傳密碼子、蛋白質結構蛋白質的化學分類：簡單蛋白質和結合蛋白質蛋白質的功能分類：結構蛋白和酶-

酶類：化學結構、酶作用的模型、變性、命名-

核酸：DNA,RNA-

其他重要化合物

ADP和ATPNAD+和NADHNADP+和NADPH細胞器細胞核-核膜-（核透明質）

-染色體-核仁細胞質

-細胞膜-透明質-線粒體

-內(nèi)質網(wǎng)-核糖體-高爾基體

-溶酶體-液泡-前質體

-質體·葉綠體

·有色體

·白色體（如造粉體）

細胞代謝-碳水化合物的異化無氧呼吸：糖酵解有氧呼吸：糖酵解檸檬酸循環(huán)氧化磷酸化-

脂肪和蛋白質的異化-

同化作用光合作用光反應暗反應（卡爾文循環(huán)）蛋白質合成-

轉錄-

轉譯-

遺傳密碼通過膜的轉運-

擴散-

滲透，質壁分離-

主動轉運有絲分裂和減數(shù)分裂-

細胞周期：間期和有絲分裂-

染色單體、赤道板、單倍體和二倍體、基因組、體細胞和生殖細胞、配子、交換-

減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ第一章細胞的基本知識細胞的發(fā)現(xiàn)和細胞學說細胞的基本概念細胞的形態(tài)原核細胞和真核細胞植物細胞和動物細胞古細菌細胞工程幾乎所有有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位細胞是具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性沒有細胞就沒有完整的生命細胞是生命活動的基本單位

細胞的發(fā)現(xiàn)

1665年英國物理學家羅伯特·虎克（R.Hooke)用他自制的顯微鏡觀察栓皮櫟的軟木切片時，看到了一個個蜂窩狀的小室。他把這樣的“小室”稱為細胞。其實，他所看到的是植物細胞死亡后留下來的細胞空腔，是一個死細胞.RobertHookeandhismicroscopeRobertHooke’s“cells”栓皮櫟(li)Micrographia

MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.細胞學說

MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann細胞學說

CellTheory是19世紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，其基本內(nèi)容有三條：①有機體是由細胞構成的；②細胞是構成有機體的基本單位；③新細胞來源于已存在細胞的分裂細胞是生命活動的基本單位

一切有機體都由細胞構成，細胞是構成有機體的基本單位細胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細胞是代謝與功能的基本單位細胞是有機體生長與發(fā)育的基礎細胞是遺傳的基本單位，細胞具有遺傳的全能性沒有細胞就沒有完整的生命細胞的形狀一個細胞與其他細胞分離而單獨存在時，稱游離細胞。游離細胞常呈球形或近于球形。但實際上由于細胞表面張力或原生質粘度的不均一性等原因，很多單獨存在的游離細胞并不呈球狀。例如，動物的卵細胞、植物的花粉母細胞是球狀或近于球狀的細胞，人的紅細胞呈扁圓狀，某些細菌呈螺旋狀，精子和許多原生動物具有鞭毛或纖毛，變形蟲和白血球等為不定形細胞。不同細胞形狀和不同組織的模式圖許多細胞構成組織，這樣的細胞稱組織細胞。組織細胞的形狀受相鄰細胞的制約，并和細胞的生理功能有關。例如肌肉細胞適于伸縮，神經(jīng)細胞適于接受刺激、產(chǎn)生興奮、傳導興奮。細胞形態(tài)結構與功能的關系細胞的大小細胞的體積很小，肉眼一般是看不見的，需要借助顯微鏡才能看到。在顯微技術和電鏡技術中常用的單位有：毫米(mm)、微米（μm）、納米（nm）。

1m＝102cm＝106μm＝109nm細胞類型直徑大小(μm)支原體細胞0.1-0.3細菌細胞1-2動植物細胞20-30原生動物細胞數(shù)百至數(shù)千細胞的大小及其分析

各類細胞直徑的比較細胞的大小與生物體的大小沒有相關性。參天的大樹與新生的小苗；大象與昆蟲，它們的細胞大小相差無幾。鯨是最大的動物，但是它的細胞并不大，生物體積的加大，主要是細胞數(shù)目的增多造成的。

細胞和細胞組分的相對大小人體高度某些神經(jīng)和肌肉細胞的長度雞卵蛙卵動植物細胞細胞核、多數(shù)細菌、線粒體最小的細菌病毒、核糖體蛋白質小的分子、原子o.1mm200nm0.2nm主要代表：支原體

衣原體細菌

藍藻（藍細菌）放線菌

1.原核細胞原核細胞原核細胞外部由質膜包圍，質膜的結構與化學組成和真核細胞相似。在質膜之外還有一層堅固的細胞壁保護。原核細胞壁的化學組成與真核細胞不同，是由一種叫胞壁質的多糖蛋白所組成，少數(shù)原核細胞的壁還含有其他多糖和類脂，有的原核細胞壁外還有膠質層。原核細胞內(nèi)有一個含DNA的區(qū)域，稱類核或擬核。類核外面沒有核膜，只由一條DNA構成。這種DNA不與蛋白質結合形成核蛋白。原核細胞中沒有內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體、線粒體和質體等，但有核糖體和中間體。核糖體分散在原生質中，是蛋白質合成的場所。中間體是質膜內(nèi)陷形成的復雜的褶疊構造，其中有小泡和細管樣結構。有些原核細胞含有類囊體等結構。類囊體具有光合作用功能。在原核細胞中還有糖原顆粒、脂肪滴和蛋白顆粒等內(nèi)含物。真核細胞的結構對比原核與真核細胞的特征原核細胞真核細胞細胞大小很小（1～10微米）較大（10～100微米）細胞核無膜（稱“類核”）有膜遺傳系統(tǒng)DNA不與蛋白質結合一個細胞只有一條DNA核內(nèi)的DNA與蛋白質結合，形成染色質（染色體）一個細胞有兩條以上染色體細胞質無內(nèi)質網(wǎng)無高爾基體無溶酶無線粒體僅有功能上相近的中間體無葉綠體，但有的原核細胞有類囊體一般無微管、無微絲無中心粒有內(nèi)質網(wǎng)有高爾基體有溶酸體有線粒體有葉綠體(植物細胞）有微管、微絲在中心粒(動物細胞）細胞壁主要由胞壁質組成主要由纖維素組成

原核細胞和真核細胞的主要區(qū)別動物和低等植物細胞有高等植物細胞特有高等的植物細胞特有細胞壁、質體（葉綠體）、液泡結構而動物細胞及低等植物細胞沒有這三種結構。動物細胞和低等植物細胞有中心體而高等植物細胞沒有。動物細胞和植物細胞的亞顯微結構的區(qū)別？植物細胞和動物細胞的主要區(qū)別植物細胞具有質體；動物細胞具有中心體植物細胞具有細胞壁，相鄰細胞間有一層膠狀物粘合作用，稱中層或胞間層。在兩個相鄰植物細胞間，有原生質絲相連，稱胞間連絲，使細胞間互相溝通。成熟的植物細胞中往往有大液泡。古細菌與真細菌

古細菌（archaebacteria）生活在特殊的環(huán)境中，如有的生活在高濃度鹽環(huán)境中，有的生活在80度以上的環(huán)境中，與真核細胞曾在進化上有過共同歷程

主要證據(jù)進化系統(tǒng)樹主要證據(jù)（1）細胞壁成分與真核細胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖構成，因此抑制壁酸合成的鏈霉素，抑制肽聚糖前體合成的環(huán)絲氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素與萬古霉素等對古細菌與真核細胞無作用。（2）DNA與基因結構：古細菌DNA中有重復序列的存在。多數(shù)古核細胞的基因組中存在內(nèi)含子。（3）有類核小體結構：古細菌具有組蛋白，而且能與DNA構建成類似核小體結構。

（4）有類似真核細胞的核糖體：多數(shù)古細菌類的核糖體較真細菌有增大趨勢，含有60種以上蛋白，介于真核細胞（70～84）與真細菌（55）之間。抗生素同樣不能抑制古核細胞類的核糖體的蛋白質合成。（5）5S

rRNA：根據(jù)對5S

rRNA的分子進化分析，認為古細菌與真核生物同屬一類，而真細菌卻與之差距甚遠。5SrRNA二級結構的研究也說明很多古細菌與真核生物相似。進化系統(tǒng)樹p.998

初賽又叫預賽，絕大部分省份的初賽范圍以中學內(nèi)容為主，適當有所擴展。試題難度大于高考，易于全國競賽試題。我省一般在3月底4月初進行。

全國聯(lián)賽考試時間一般為每年5月第二周星期日上午9：00－11：00

聯(lián)賽考試內(nèi)容以高中生物學為基礎，并有一定擴展，擴展的部分可參考高校普通生物學的內(nèi)容。試題難度大于高考、低于全國競賽試題。

從2010年起全國生物學聯(lián)賽取消各省組織的實驗考試，改為在理論試題中設計一定比例的實驗筆答題試卷形式。聯(lián)賽試卷只采取不定項選擇題一種形式。試題按學科分類，單選與多選混排，每小題只標明分值，不標是否單選或多選（但多數(shù)題可從題干中判斷出單選或多選）。答案完全正確才可得分。

聯(lián)賽獲獎比例分別占本省參賽考生總數(shù)的1%、5%和10%。其中一等獎人數(shù)為基礎名額加獎勵名額，基礎名額為20，獎勵名額隨后由全國中學生生物學競賽委員會公布。二、三等獎人數(shù)上限100人和200人。

全國競賽的范圍要求學生在普通生物學內(nèi)容的基礎上，對生物學的主干課程：細胞生物學、生物化學、分子生物學、微生物學、植物學、植物生理學、動物學、動物生理學、遺傳學、進化論、生態(tài)學、動物行為學等有系統(tǒng)的了解，對學生生物學知識的廣度和深度都有一定的要求，難度較大?？荚嚂r間為8月中旬。一、最小、最簡單的細胞—支原體

細胞膜；遺傳信息載體DNA與RNA；進行蛋白質合成的一定數(shù)量的核糖體；催化主要酶促反應所需要的酶。歸納：一個細胞生存和繁殖必須具備的結構裝置與機能是什么？細菌的形態(tài)與結構Capsie莢膜cytosol細胞質基質flagella鞭毛藍藻模式圖細胞工程生物奧賽輔導(2)臧恒zangheng001@細胞工程的概念

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。細胞工程植物細胞工程動物細胞工程植物細胞工程的基本技術和理論基礎

植物細胞工程的理論基礎是：

植物細胞的全能性植物細胞工程常用的技術是植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交概念：細胞的全能性是指生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能。原因：是生物體的每一個細胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質及發(fā)育為完整個體所必需的全部基因。植物組織培養(yǎng)的概念

植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。植物組織培養(yǎng)的過程離體的植物器官、組織或細胞脫分化（又叫去分化）愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞）再分化根或芽等器官植物體植物組織培養(yǎng)的條件：適宜的養(yǎng)料和激素，適宜的溫度和無菌條件植物體細胞雜交的概念

將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。（不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點的）植物細胞A植物細胞B去掉細胞壁去掉細胞壁原生質體A原生質體B原生質體融合雜合的原生質體再生出細胞壁雜種細胞細胞分裂分化發(fā)育愈傷組織雜種植株植物體細胞雜交過程植物體細胞雜交過程原生質體制備原生質體融合

雜種細胞的篩選和培養(yǎng)雜種植株的再生與鑒定物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇等試劑纖維素酶、果膠酶處理問題為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。植物細胞工程的實際應用繁殖植物的新途徑微型育種作物脫毒人工種子育種新方法單倍體育種誘導突變體細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)概念：應用組織培養(yǎng)技術，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術）原理：植物細胞的全能性優(yōu)點：繁殖率高，可大批量生產(chǎn)取材少培養(yǎng)周期短保持優(yōu)良性狀微型繁殖作物脫毒病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會導致作物產(chǎn)量降低，品質變差分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少，甚至沒有采用莖尖進行組織培養(yǎng)人工種子結構：人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）優(yōu)點：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留優(yōu)良性狀時間短，占地少技術：組織培養(yǎng)原理：細胞全能性單倍體育種方法：花藥離體培養(yǎng)技術：組織培養(yǎng)獲得單倍體秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍優(yōu)點：明顯縮短了育種年限后代穩(wěn)定遺傳突變體的利用利用組織培養(yǎng)時，分裂狀態(tài)的細胞易受培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線，化學物質等）的影響而產(chǎn)生突變的原理，誘導并篩選出對人類有用的突變體。細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)紅豆杉與紫杉醇人參皂苷的生產(chǎn)動物胚胎或幼齡動物的組織、器官細胞懸浮液胰蛋白酶10代細胞原代培養(yǎng)50代細胞傳代培養(yǎng)細胞株無限傳代細胞系單個細胞加培養(yǎng)液遺傳物質未改變遺傳物質已改變動物組織細胞間隙中含有一定量的彈性纖維等蛋白質，將細胞網(wǎng)絡起來形成具有一定彈性和韌性的組織和器官。動物細胞培養(yǎng)思考：2、為什么選用動物胚胎或幼齡個體的器官或組織做動物細胞培養(yǎng)材料？1、動物細胞培養(yǎng)液的主要成分是什么？較植物組培培養(yǎng)基有何獨特之處？主要成分：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等。獨特之處有：1、液體培養(yǎng)基2、成分中有動物血清等

因為這些組織或器官上的細胞生命力旺盛，分裂能力強3、為什么培養(yǎng)前要將組織細胞分散成單個細胞？

成塊組織不利培養(yǎng)，分散了做成細胞懸浮液利于培養(yǎng)4、動物細胞培養(yǎng)能否像綠色植物組織培養(yǎng)那樣最終培養(yǎng)成新個體？不能，動物細胞培養(yǎng)只能使細胞數(shù)目增多，不能發(fā)育成新的動物個體

細胞克隆1、概念把一個單細胞從群體中分離出來單獨培養(yǎng)，使之繁衍成一個新的細胞群體的技術。遺傳性狀均一，表現(xiàn)的性狀相似2、最基本要求保證所建成的克隆來源于單個細胞細胞融合是正常的生命活動兩個細胞正在融合

受精作用動物細胞融合動物細胞融合細胞A細胞B雜種細胞滅活的病毒物理法化學法仙臺病毒皰疹病毒新城雞瘟病毒用滅活的病毒誘導動物細胞融合過程細胞核病毒顆粒細胞核滅活的病毒顆粒黏附于細胞表面細胞膜被病毒顆粒穿通細胞膜連接細胞融合，形成雜種細胞（細胞膜具有一定的流動性）

單克隆抗體制備過程

注射抗原B淋巴細胞骨髓瘤細胞細胞融合、篩選雜交瘤細胞細胞培養(yǎng)篩選，繼續(xù)培養(yǎng)足夠數(shù)量的、能產(chǎn)生特定抗體的細胞群體外培養(yǎng)注射到小鼠腹腔單克隆抗體動物的胚胎移植

解決某些妊娠時