生物的基本特征

生物奥赛资料编写者：刘志强

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第一节：生物的基本特征及组成生物体的物质

【竞赛要点】

1生物的基本特征2大量元素、微量元素、矿质元素、必需矿质元素3几种重要元素的功

能及缺乏出现相应的症状4生物界与非生物界的统一性和差异性5．水、无机盐

【高考·竞赛知识解读】

一、生物的基本特征

㈠、生物学的概念

生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。具体内容包括生物的形态、

结构、生理、分类、遗传和变异、进化、生态等。

㈡、生物的基本特征

1、生物体具有共同的物质基础和结构基础

从化学组成上说，组成生物体的化学元素都是相同的。生物体的基本组成物质中

都有蛋白质和核酸，其中蛋白质是生命活动的体现者和主要承担者。

从结构上说，除病毒等少数种类外，生物体都是由细胞构成的，所以说细胞是生

物体的结构和功能的基本单位。最简单的生物体就是一个细胞，比较高等的生物由

多个细胞构成，并分化成组织、器官和系统。它们都具有严整的结构。

2、生物体都有新陈代谢作用

⑴、概念：

新陈代谢是生物体内全部有序的化学变化的总称，主要场所是细胞。

摄取外界营养物质，合成为自身组成物质；

储存能量。物质代谢

分解自身组成物质，排出代谢终产物；能量代谢

释放能量。

新陈代谢的概念也可表述为：生物体与外界环境之间的物质和能量的交换以及生物

体内物质和能量的转变过程。

同化作用和异化作用的关系（要求能举例说明）:是新陈代谢过程中同时进行的两个方

面，并不是两个过程,两者之间既相互矛盾，又相互联系。

⑵、意义：

同化作用

异化作用

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新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础，是生物的最基本的特征，是生

物与非生物的本质区别所在。

3、生物体都有应激性

在新陈代谢的基础上，生物体对外界刺激都能发生一定的反应。例

如，植物的各种向性，动物的趋利避害行为。

意义：生物体具有应激性，因而能适应周围的环境。

4、生物体都有生长、发育和生殖的现象

在新陈代谢过程，如果同化作用超过了异化作用，生物个体从小长大，身

体的结构和功能也发生一系列变化，最终发育成为一个成熟的个体。当异化作

用超过同化作用时，生物体就会表现出衰老以致死亡。生物体发育成熟后，在死亡之

前，就能够进行生殖，产生后代，保持了种族的延续性。

5、生物体都有遗传和变异的特性

意义：由于遗传使得物种能基本保持稳定，变异使生物又能向前发展进化。

6、生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。

以上六个基本特征，可分为三个方面：

从生物体的结构看，生物体都具有：共同的物质基础和结构基础；

从生理功能看，生物体都具有：新陈代谢作用，应激性，生长、发育和繁殖和现象，遗

传和变异的特性。

从生物与环境的相互关系看，生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。

【例题1】（06年江苏卷）土壤动物具有趋暗、趋湿、避高温的习性．下图A、B、C、D4种

土壤微型节肢动物分离收集装置中，最合理的是（）

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【例题2】（09杭州联考）18世纪，英国著名的植物学家林奈对植物开花时间作了很多观察

和研究，并在自己的花园里培植了一座有趣的“花钟”，如下表所示。决定表中各种花按时

开放的原因是（）

花种开花大致时间花种开花大致时间花种开花大致时间

蛇床花黎明三点牵牛花黎明四点野蔷薇黎明五点

龙葵花清晨六点芍药花清晨七点半支莲上午十点

鹅鸟菜中午十二点万寿菊下午三点紫茉莉下午五点

烟草花晚上七点昙花晚上九点

A.应激性特征B.适应性特征C.遗传性特征D.变异性特征

二、组成生物体元素

㈠、原生质的概念

细胞内的全部生命物质（即能参与新陈代谢的物质），叫做原生质。包括细胞结构的细

胞膜、细胞质和细胞核的各种化合物。一个动物细胞就是小团原生质，植物细胞除细胞壁

外的部分都是原生质。

㈡、组成生物体的化学元素及其重要作用

1、常见的主要有20种

2、生物体化学元素组成的特点：

①最基本元素是C，含量最多的是C、H、O、N4种。从碳原子的化学性质上

看，碳原子之间能相互连结成链或环，进而形成各种生物大分子，可以说，地球上

的生命是在碳元素的基础上建立起来的。

②组成细胞（原生质）的主要元素是C、H、O、N、P、S6种，约共占细胞总量

的97%。

③组成不同生物体的化学元素大体相同，但各种化学元素的含量相差很大。

总结：①组成生物体的化学元素在不同的生物体内种类大体相同;不同的生物体内各种

化学元素的含量相差很大。②.组成人体细胞的化学元素中,占细胞鲜重最多的化学元素是O

(65%),占细胞干重最多的化学元素是C(48.4%)。③多糖蛋白质核酸等生物大分子,都是由许

多基本的组成单位连接而成的,每一个基本单位以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨

架,所以说碳是生命的核心元素。

3、分类：

①大量元素：含量占生物体总重量万分之一以上的元素，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，但需要量却很少的一些元素，主

要的有Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl等。

③矿质元素：是指除了C、H、O以外，主要由植物的根系从土壤中吸

收的元素。吸收的部位有根的成熟区（主要）和叶片气孔（根外施肥）。

④必需矿质元素：科学家确定植物必需的矿质元素有14种，其中N、P、K、S、

Ca、Mg属于大量元素；Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni属于微量元素。

必需元素的必须满足的条件：由于该元素缺乏，植物生育发生障碍，不能完成生活史；去除

该元素，则表现为专一的缺乏症，而且这种缺乏症是可以预防和恢复的；该元素在植物营养

生理上应表现出直接的效果，绝不是因为土壤或培养基的物理、化学、微生物等条件的改变

而产生间接效果。

必需元素的研究方法：通过溶液培养法进行了研究。溶液培养法是指用含有全部或

部分矿质元素的营养液培养植物的方法（不能用土壤或沙土,配制溶液时用蒸馏水不用自

来水、池塘水）。

实验设计过程：设置对照实验，其思路如下方法：

即在人工配制的营养液中，除去或加入某种矿质元素，然后观察植物在营养液中生长发

育的状况：如果除去某一种矿质元素后，植物的生长发育仍然正常，就说明这种矿质元素不

是植物必需的矿质元素；如果除去某一种矿质元素后，植物的生长发育不正常了，而补充这

种矿质元素后，植物的生长发育又恢复正常的状态，就说明这种矿质元素是植物必需的矿质

元素。

三、组成生物体的化学元素重要作用

①组成多种多样的化合物，如蛋白质、核酸、糖类、脂肪等；

②影响生物体的生命活动。如在缺少B时，植物的花药和花丝萎缩，花粉发

育不良。

附表常见的几种元素在植物体内的功能

元素功能缺乏出现的症状

N:促进细胞的分裂和生长，使枝叶

生长繁茂；

植株矮小，叶片发黄，严重时叶脉呈淡棕色

P:促使幼苗的发育和花的开放，使

果实、种子的成熟提早

植株特别矮小，叶片呈暗绿色，并出现紫色

K:使茎杆健壮，并促使淀粉的形茎杆软弱，易倒伏，叶片边缘和尖端呈褐色，并逐

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成渐焦枯

B对植物的开花结果有重要的影

响

油菜等植物只开花，不结果“花而不实

①、Ca：人体缺乏会患骨软化病，血液中Ca2+含量低会引起抽搐，过高则会引起肌无力。

血液中的Ca2+具有促进血液凝固的作用，如果用柠檬酸钠或草酸钠除掉血液中的Ca2+，血

液就不会发生凝固。植物中属于不能再利用元素，一旦缺乏，幼嫩的组织会受到伤害。

②、Fe：血红蛋白的成分，缺乏会患贫血。植物中属于不能再利用元素，缺乏，幼嫩的组

织会受到伤害。Fe在植物体内的作用主要是作为某些酶的活化中心，如在合成叶绿素的过

程中，有一种酶必须要用Fe离子作为它的活化中心，没有Fe就不能合成叶绿素而导致植物

出现失绿症，但发病的部位与缺Mg是不同的，是嫩叶先失绿。

③、Mg：叶绿体的组成元素。很多酶的激活剂。植物缺镁时老叶易出现叶脉失绿。

④、Na+是维持人体细胞外液的重要无机盐，缺乏时导致细胞外液渗透压下降，并出现血压

下降，心率加快、四肢发冷甚至昏迷等症状

⑤、I：甲状腺激素的成分，缺乏幼儿会患呆小症，成人会患地方性甲状腺肿。

⑥、K：K+在维持细胞内液渗透压上起决定性作用，还能维持心肌舒张，保持心肌正常的

兴奋性，缺乏时心肌自动节律异常，导致心律失常；血钾含量低时，出现心肌自动节律异常，

导致心律失常。在植物体内参与有机物合成和运输。

⑦、N：N是构成叶绿素、蛋白质和核酸及各种酶的必需元素。N在植物体内形成不稳定

的化合物可以移动，缺N时，幼叶可向老叶吸收N而导致老叶先黄。N是一种容易造成水

域生态系统富营养化的一种化学元素，在水域生态系统中，过多的N与P配合会造成富营

养化，在淡水生态系统中的富营养化称为“水华”，在海洋生态系统中的富营养化称为“赤

潮”。动物体内缺N，实际就是缺少氨基酸，就会影响到动物体的生长发育。

⑧、P：P是构成磷脂、核酸和ATP及NADPH的必需元素。植物体内缺P，会影响到DNA

的复制和RNA的转录，从而影响到植物的生长发育。P还参与植物光合作用和呼吸作用中

的能量传递过程，因为ATP和ADP中都含有磷酸。P也是容易造成水域生态系统富营养化

的一种元素。

⑨、Zn：是某些酶的组成成分，也是酶的活化中心。Zn有助于人体细胞的分裂繁殖，促进

生长发育、大脑发育和性成熟。对植物而言，Zn是某些酶的组成成分，也是酶的活化中心。

如催化合成吲哚乙酸的酶中含有Zn，没有Zn就不能合成吲哚乙酸。所以缺Zn引起苹果、

桃等植物的小叶症和丛叶症，叶子变小，节间缩短。

四、生物界和非生物界的统一性和差异性：

①统一性的事实：组成生物体的各种化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一

种是生物界所特有的。

②差异性的事实：组成生物体的化学元素，在生物体内和无机自然界中的含量相差

很大。

五、组成生物体的化合物

1、种类及在细胞中的鲜重含量

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水：85－90％

无机盐：1－1.5％

蛋白质：7－10％

脂类：1－2％

糖类及核酸：1－1.5％

2、各种化合物的组成元素、分类、生理功能等

⑴、水(存在形式及功能)

结合水：与细胞内的其它物质结合，是细胞结构的组成成分，约占细胞内全部

水分的4.5％。结合水相对越多，抗逆性越强。

自由水：以游离形式存在，可自由流动，占细胞内水分的绝大部分。自由水的相对

比例越大，新陈代谢越强。

A、是细胞内的良好溶剂。B、起运输作用。

C、对于维持生物体温度的稳定起了很大作用。D、能保持植物的固有姿态。

⑵、无机盐

①、存在形式：大多数以离子状态存在于细胞中。

②、生理功能：

A、有些是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分。如Mg2+是叶绿素分子必

需的成分，Fe2+是血红蛋白的重要成分。CaCO

3

是动物和人体的骨、牙齿重要成分，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、许多种无机盐离子对维持生物体的生命活动有重要作用。如哺乳动物的血液

中钙盐（Ca2+）的含量太低，这种动物就会出现抽搐。

C、维持细胞的渗透压和酸碱平衡。如红细胞内外的Na+和K+必须保持一定的浓度差。

【例题3】：科学家在利用无土栽培培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需元素。

其配方如下：

其中植物根细胞吸收最少的离子是()

A．Ca+B．S0

4

—C．Zn+D．H

2

P0

3

—

【例题4】：（07西城区抽样）科学工作者研究了钙和硼对某种植物花粉粒萌发和花粉管生长

的影响，结果如下图所示。下列结论与结果不

．

相符的是()

无机化合物

有机化合物

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A.钙或硼对花粉萌发和花粉管生长都有同样的影响

B.适宜浓度的硼或钙明显有利于花粉萌发或花粉管生长

C.钙对花粉管生长有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉的萌发

D.硼对于花粉萌发有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉管生长

【例题5】：(2007江苏)某生物小组进行无土栽培实验，观察不同矿质元素对南瓜植株生长发

育的影响。在4组单因素缺素培养实验中，他们观察到其中一组的表现为老叶形态、颜色正

常，但幼叶颜色异常，呈黄白色。该组缺乏的元素是()

A．KB．PC．MgD．Fe

【例题6】：研究发现，冬小麦在秋冬低温条件下，细胞分裂活动减慢，物质消耗减少，但细

胞内可溶性糖的含量有明显的提高。下列推断不合理的是（）

A.细胞内氧化分解的酶活性减弱，是植物适应低温环境的表现

B.细胞内结合水含量降低，自由水含量增加，以适应低温环境

C.细胞液浓度增加，降低冰点，是植物对低温环境的适应

D.合成淀粉和蛋白质的酶的活性减弱，以适应低温环境

【例题7】：被子植物花粉管的萌发及其结果，一般与温度、促进物、氧气等条件有关，请

以促进物作为研究课题，并在提供的实验器材和材料中选择合理器材进行实验，完成下面的

实验报告。

（1）实验目的：

（2）实验原理：

（3）实验器材：新鲜葱兰花、恒温箱、葡萄糖溶液、琼脂、硼酸溶液、稀盐酸、蒸馏水、

滴管、镊子、载玻片、显微镜等

（4）实验的步骤：

（5）实验现象：

【例题8】：下面是生物科技活动小组设计的一种植物（玉米）在全素与缺素时的水培实

验方案。请仔细观察分析方案中的图表资料后回答下列问题：

植物生长需要的各种元素、无机盐，实验用培养液配制一览表

成分

培养液(mg·L－

1)

甲乙丙丁

硝酸钙1

硝酸铵0.160.24

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⑴、该实验方案的目的是验证N、P、K是

玉米生长的必需矿质元素

⑵、本实验方案的原理是N、P、K是玉米生长的必需矿质元素，与全素培养液相比，

缺N（或P或K）培养玉米会表现出相应的病症，当向培养液补充这种元素后，这种病症将

消失。

⑶、植物在乙培养液中生长其光合作用将会减弱，其原因是缺乏氮元素，光

合作用过程中所需的酶、ATP、NADPH等合成受影响，从而导致光合作用减弱；

在沙土中种植马铃薯用培养液丁，给其施肥，马铃薯产量将会降低，原因是缺少钾

元素，影响马铃薯体内有机物的运输，使有机物不能运输到地下块茎中储存。

⑷、要想尽可能消除实验误差，一般采取的措施是：

①实验所用玉米尽量相同；②实验所用的试剂的量应尽量相同；

③实验条件应相同；④实验所用的时间应相同

⑸、如果要使实验更严密，还可以再设计二次对照，请用简明的文字说明设计二次对照

的方法向缺某种矿质元素的培养液中补充该元素，然后观察玉米苗的生长情

况。

⑹、如用B组的培养液培养微生物，则适宜培养固氮微生物，同时还需要向培养液

中加入含碳有机物。

硝酸钾0.2

磷酸二氢钾0.250.25

磷酸一氢钙0.17

氯化钾0.250.08

硫酸镁0.250.250.250.25

氯化铁0.1250.1250.1250.125

硫酸钙0.520.520.34