梁愈

摘 要 闡述了生物學(xué)中有關(guān)生命物質(zhì)、結(jié)構(gòu)及生命過程的終端及其生物學(xué)功能，強調(diào)了終端知識點在學(xué)生認知過程中的作用。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教學(xué) 生命物質(zhì) 終端

中圖分類號 Q-49 文獻標(biāo)志碼 E

在生物學(xué)知識體系中，某些生命物質(zhì)的終端對于生命活動的順利實施起著關(guān)鍵性、決定性的作用。因此，在教學(xué)中強化終端知識的教學(xué)是十分必要的。

1 神經(jīng)末梢

神經(jīng)末梢是神經(jīng)細胞的終端，這里存在著突觸小泡，突觸小泡中含有化學(xué)遞質(zhì)，化學(xué)遞質(zhì)通過突觸小泡與突觸前膜結(jié)合，將化學(xué)遞質(zhì)釋放到突觸間隙，然后作用于突觸后膜或效應(yīng)器細胞的受體，并使突觸后神經(jīng)元或效應(yīng)器細胞產(chǎn)生一定的效應(yīng)。若實現(xiàn)上述過程一般要具備以下條件：① 突觸前神經(jīng)元內(nèi)含有合成該遞質(zhì)的前體物質(zhì)和酶系統(tǒng)。② 貯藏于突觸小泡內(nèi)，當(dāng)神經(jīng)沖動傳導(dǎo)到神經(jīng)末梢時，能夠釋放并進入突觸間隙。③ 經(jīng)突觸間隙作用于突觸后膜，使后膜上的特異性受體發(fā)揮其生理作用。④ 存在使該遞質(zhì)滅火的酶或其他失活方式。⑤ 有特異性的受體激動劑或阻斷（拮抗）劑，能分別模擬或阻斷相應(yīng)遞質(zhì)的突觸傳遞作用。神經(jīng)末梢釋放出的化學(xué)遞質(zhì)一方面能夠使神經(jīng)沖動繼續(xù)傳遞下去，另一方面也能夠使神經(jīng)沖動終止。而沖動繼續(xù)傳遞還是終止，與神經(jīng)末梢釋放的遞質(zhì)有關(guān)。神經(jīng)遞質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)較多，僅從對下一個神經(jīng)元或效應(yīng)器細胞發(fā)生的效應(yīng)上看，可將遞質(zhì)分為興奮性遞質(zhì)和抑制性遞質(zhì)。前者能夠使神經(jīng)沖動繼續(xù)延續(xù)下去，后者則使沖動阻止，但無論使下一個神經(jīng)元或效應(yīng)器細胞興奮還是抑制，都能夠使人及動物產(chǎn)生一定的動作行為，而這種行為的產(chǎn)生不能不說與神經(jīng)末梢有關(guān)。

2 牧食食物鏈的頂級營養(yǎng)級

人類在利用和改造自然過程中，不可避免地會向生態(tài)系統(tǒng)排放一些有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)通過富集作用，積累在食物鏈終端的生物體上。食物鏈不僅是能量流動和物質(zhì)循環(huán)的通道，也是殺蟲劑和各種有毒有害物質(zhì)移動的濃縮通道。殺蟲劑如DDT，其化學(xué)名為雙對氯苯基三氯乙烷，在20世紀(jì)上半葉防止農(nóng)業(yè)蟲害、減輕瘧疾、傷寒等蚊蠅傳播的疾病中起了不小的作用。但到20世紀(jì)60年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)DDT在環(huán)境中很難分解，而且殺蟲的效率又很低，嚴(yán)重地污染了環(huán)境，通過食物鏈的富集作用，可在動物的脂肪中積累。研究表明，在南極企鵝的血液中也發(fā)現(xiàn)了DDT的蹤影，由于鳥類體內(nèi)含有DDT，導(dǎo)致了產(chǎn)生而不能孵化的軟蛋。有毒物質(zhì)進入生態(tài)系統(tǒng)后，就會沿著食物鏈在生物體內(nèi)富集濃縮，越是后面的營養(yǎng)級，生物體內(nèi)的有毒物質(zhì)的殘留濃度就越高。這種有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)高度富集，導(dǎo)致危害的現(xiàn)象稱為生物放大（擴大作用）。生物個體或處于同一營養(yǎng)級的生物種群，從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的平衡濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，這是生物的富集作用。由此看出，越是食物鏈的頂端特別是終端，其有毒有害物質(zhì)物質(zhì)的濃度就越大，食物鏈的頂端的濃度最大。當(dāng)動物體內(nèi)積累的DDT達到一定數(shù)量時，DDT的毒性就開始顯現(xiàn)，并且造成嚴(yán)重的生理傷害。這種傷害對鳥類尤其嚴(yán)重，這是因為鳥類體重相對較輕而捕食量較大，這樣就容易引起DDT在體內(nèi)富集，從而導(dǎo)致慢性中毒甚至出現(xiàn)下一代的畸變。

3 多肽鏈的氮端和碳端

肽鏈的終端含有游離的α-氨基和游離的α-羧基，它們可以像游離的氨基酸那樣進行離子化。雖然肽鏈中氨基酸殘基的羧基和氨基大都用于形成肽鍵，但其中有些氨基酸的側(cè)鏈R基團仍然可以離子化。所以，多肽可解離的R基團和兩個末端基團，可決定多肽的酸堿性質(zhì)，NH2能夠結(jié)合一個H質(zhì)子轉(zhuǎn)變成NH3+，而COOH能夠釋放出一個H質(zhì)子，轉(zhuǎn)變成為COO-。凡是能夠結(jié)合一個H質(zhì)子的物質(zhì)表現(xiàn)為酸性，能夠釋放出H質(zhì)子的物質(zhì)表現(xiàn)為堿性。因此，多肽終端的NH2和COOH就決定了多肽的化學(xué)性質(zhì)。

4 高等植物莖的尖端

小麥、水稻、玉米等禾本科植物，以及棉花、蘋果等雙子葉植物穗分化的過程，都是從莖的生長錐伸長開始的。春花和光周期影響著生長錐的形態(tài)變化，這在小麥、水稻等作物的研究中得到了證明。研究表明，小麥在春化過程結(jié)束時，生長錐的形態(tài)并無變化，只有進入光周期誘導(dǎo)時，生長錐才開始伸長。生長錐的表面一層或數(shù)層細胞分裂加速，細胞小且細胞質(zhì)較濃，中部的一些細胞則分裂速率減慢，細胞體積變大，細胞質(zhì)相對稀薄，有的出現(xiàn)了液泡。生長錐表面的細胞具有較高含量的蛋白質(zhì)和RNA。研究還表明，用抗核酸化合物5-氟尿嘧啶（5-FU），在蒼耳暗期的起初8 h時施于芽部，可抑制RNA的合成，也抑制了開花，這個實驗也說明了花的分化與DNA→RNA→蛋白質(zhì)系統(tǒng)的活化有關(guān)。之后，由于表層分生細胞迅速分裂，使生長錐表面出現(xiàn)皺褶，在原來形成葉原基處形成了花原基，在花原基上再分化出花各部分的原基。

5 細胞結(jié)構(gòu)的外表面

糖蛋白主要位于真核生物的細胞膜上。在動物細胞中，糖蛋白是糖萼的主要成分。在植物細胞中，主要是由糖脂構(gòu)成膜包被。膜糖在細胞的生命活動中具有重要作用，可提高膜的穩(wěn)定性，增強膜蛋白對細胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性，幫助膜蛋白進行正確的折疊和維持正確的三維構(gòu)型。糖膜的重要功能之一是參與信號的識別，這是因為在細胞膜的外表面存在某些化學(xué)信號的受體。如溶酶體的酶蛋白都有1個6-磷酸甘露糖的標(biāo)記，這樣便于被識別和被分選裝入溶酶體小泡。又比如，細胞表面還有凝集素，也參與細胞的識別。由于凝集素可與細胞表面的糖蛋白、蛋白多糖、糖脂結(jié)合，且不同凝集素識別糖基的不同特異序列，發(fā)生特異性的結(jié)合，因此，在細胞生物學(xué)中被廣泛用于定位和分離各種糖的細胞膜分子。另外，細胞膜外表面除了糖蛋白外還存在糖脂，它是某化學(xué)物質(zhì)的受體，如霍亂毒素受體、百日咳毒素受體等。有的受體是由糖蛋白和糖脂共同組成的復(fù)合物，如促甲狀腺激素受體等。受體是一種接受信息的分子，信號分子則是配體，通過配體與受體間的特異性結(jié)合才能進行有效識別，以進行細胞間通訊。

6 遺傳信息表達的終端

遺傳信息表達的終端是蛋白質(zhì)。按照中心法則，遺傳信息的傳遞過程為：DNA→mRNA→蛋白質(zhì)。DNA分子中蘊藏著大量的遺傳信息，這些遺傳信息其本質(zhì)是具有一定結(jié)構(gòu)，有著遺傳效應(yīng)的脫氧核苷酸序列，mRNA分子中存在著遺傳密碼，其本質(zhì)是一定結(jié)構(gòu)的核苷酸序列，它是遺傳信息在mRNA中的表現(xiàn)形式，由DNA轉(zhuǎn)譯來的。遺傳密碼又可指導(dǎo)一定順序氨基酸的蛋白質(zhì)形成。在DNA→mRNA→蛋白質(zhì)這個信息鏈中，DNA為首端，RNA為中端，蛋白質(zhì)為終端。結(jié)構(gòu)蛋白中主要包括運輸?shù)鞍?、結(jié)構(gòu)單位蛋白、抗體和受體等；功能蛋白中主要是酶和部分激素。這個終端的主要功能是：

運輸 脊椎動物及人的血液中，含有一種血紅蛋白，它的特性是容易與氧結(jié)合也容易與氧分離。血液通過肺部時，血紅蛋白與氧結(jié)合。血液返回心臟流向全身其余部分時，血紅蛋白與氧分離，將結(jié)合的氧釋放出來，以供給各種組織利用。另外，細胞膜上還有載體蛋白，它可將細胞需要的物質(zhì)運輸進來，將細胞不需要的代謝廢物運送出細胞外。

防御 細胞器是由較小的亞基構(gòu)成，這些亞基大都是蛋白質(zhì)。亞基以一定的方式配搭起來，從而決定了總的形狀，使它們能夠執(zhí)行特定的功能。抗體：脊椎動物和人體中，一種外來的蛋白質(zhì)、多糖或核酸進入血液，帶到淋巴結(jié)核脾臟，就產(chǎn)生一種特定的蛋白質(zhì)——抗體。由于抗體獨特的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成，可辨認出外來分子并與之結(jié)合，身體運用這個系統(tǒng)作為一種防御機制，來防止病菌、病毒的侵入。

識別 前面已經(jīng)談及，在細胞膜及細胞內(nèi)存在著受體，它們是大分子的蛋白質(zhì)，能夠特異性地與一定的活性物質(zhì)相結(jié)合，產(chǎn)生特定的生理效應(yīng)。

催化 細胞每進行一項工作，都包括一系列錯綜復(fù)雜的化學(xué)變化，一個反應(yīng)的產(chǎn)物則是另一個反應(yīng)的底物。這些化學(xué)反應(yīng)進行的速率很快，一個活細胞中進行著幾千種生化反應(yīng)，這是因為酶的催化作用。

調(diào)節(jié) 激素中的一部分是蛋白質(zhì)。如生長激素、促甲狀腺素、促性腺素、胰島素、促性腺激素釋放激素、促腎上腺激素釋放激素等。這些物質(zhì)的量很少，作用相當(dāng)大，對人及動物的新陳代謝、生長發(fā)育及生殖等生命活動起著重要的調(diào)節(jié)作用。過多過少都會造成不正常的代謝，使機體處于病態(tài)。以甲狀腺素為例，如果甲狀腺機能亢進，會造成人及動物的興奮性增強，易激動，睡眠減少；當(dāng)甲狀腺激素不足時，使胎兒出生后數(shù)周至3或4個月，明顯地出現(xiàn)智力低下，生長停滯，形成呆小癥。

7 反射弧的終端

效應(yīng)器是反射弧的終端，具有收縮和分泌的功能。一個反射弧的產(chǎn)生要由感受器接受體內(nèi)外刺激產(chǎn)生神經(jīng)沖動，神經(jīng)沖動經(jīng)感覺神經(jīng)纖維傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腦或脊髓，通過中間神經(jīng)元將神經(jīng)沖動傳遞給運動神經(jīng)元，經(jīng)運動神經(jīng)纖維傳遞給效應(yīng)器，產(chǎn)生反應(yīng)。效應(yīng)器包括骨骼肌、平滑肌和各種腺體。骨骼肌是附著于骨骼上的橫紋肌肉，每一個動作都是由多塊肌肉協(xié)調(diào)收縮來完成的。而肌肉的協(xié)調(diào)是通過神經(jīng)系統(tǒng)來完成的。皮膚肌是位于皮膚之下，與皮膚相連的橫紋肌（也稱表情?。?，它收縮可使人產(chǎn)生喜怒哀樂等表情。色素細胞也是一種效應(yīng)器，是很多動物合成體色變化的最后一站。有些動物的體色隨著外界環(huán)境的變化而變化，這一變化的實質(zhì)也是神經(jīng)反射過程，通過反射弧實現(xiàn)。如烏賊等頭足類動物在不同環(huán)境中身體發(fā)生相應(yīng)的顏色變化以求得保護。色素細胞得到神經(jīng)或激素的信息時，在ATP的參與下，色素若分散在細胞質(zhì)中，則使動物的體色變深；也可以收縮在中央，使動物的體色變淺。運動神經(jīng)末梢與腺體結(jié)合形成的效應(yīng)器，當(dāng)神經(jīng)沖動傳遞到腺體時，便造成腺體收縮使其分泌某種化學(xué)物質(zhì)，用于某種生理活動。

8 群落演化的終端

群落的演替自裸巖、沙丘和湖底開始，一直發(fā)展到茂密的森林群落，這要經(jīng)歷一個漫長的時間才能得以實現(xiàn)。群落演替并非是一個永恒延續(xù)的過程，當(dāng)一個群落演替到與當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件處于平衡狀態(tài)時，演替便不再進行。在此平衡點上，群落的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、最穩(wěn)定。如果無外力干擾，它將永遠保持原狀。這就是頂極群落，頂極群落是群落演替的終端，其功能在于使得群落處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，它是群落發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。例如，美國的密執(zhí)安湖沙丘上的演替。著名植物群落學(xué)家Cowles在1899年進行了最早的植物演替研究，動物群落學(xué)家Shelford于1913年進行了動物演替研究。后來Olson于1958年重新研究了沙丘演替系列，并提供了有關(guān)演替過程和速度的有關(guān)數(shù)據(jù)。他們的研究認為，沙丘上的先鋒植物，是由一些先鋒植物（Ammophila Agropyron等）和無脊椎動物（如虎甲、穴蛛和蝗蟲等）構(gòu)成。隨著沙丘暴露時間的延長，它上面的先鋒群落依次為檜柏松林、黑櫟林、櫟—山核桃林所取代，最后發(fā)展成為穩(wěn)定的山毛櫸—槭樹林群落。群落演替開始于極端干燥的沙丘上，最終形成次冷濕的群落環(huán)境，形成富有裸原腐殖質(zhì)的土壤，土壤中出現(xiàn)了蝸牛和蚯蚓。整個演替過程進行的十分緩慢，據(jù)Olson（1958年）估計，從裸露的沙丘到穩(wěn)定的森林群落（山毛櫸—槭樹林），大約經(jīng)歷了1 000年的歷史。

頂極群落的穩(wěn)度也存在差異，在高溫高濕的氣候條件下形成的熱帶雨林，由于濕度與溫度等氣候條件較適合動植物的生長發(fā)育，造成了動植物的種類繁多，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其穩(wěn)度最大。在低溫高濕的氣候條件下形成的北方針葉林，其穩(wěn)度較熱帶雨林差。在缺水條件下形成的沙漠，由于動植物種類稀少，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)也單純，它的穩(wěn)度最小，穩(wěn)定性很容易遭到破壞。