师:亲爱的同学们,大家好!今天我们来学习生物的组成这一章的第一节——单细胞生物。本节的学习目标有两个:一是举例说明单细胞生物可以独立完成生命活动;二是举例说出单细胞生物对外界刺激产生的反应。
通过前面的学习,我们知道生命的起点是受精卵,然后经过细胞分裂和分化形成多细胞生物,很多生物都是由多个细胞构成,例如人。但也有一些生物,它们没有经历细胞分裂和分化过程,却也能在自然界中生存下来。比如,当我们用显微镜观察池塘水中的生物时,可能看到甲藻、衣藻、变形虫、喇叭虫、草履虫、轮虫等。它们结构简单,仅由一个细胞构成,被称为单细胞生物,却能表现出多细胞生物所具有的生命特征。下面我们就以草履虫为代表,看看单细胞生物是如何进行各项生命活动的。
草履虫身体很小,一般呈长圆筒形,前端钝圆,后端宽而略尖,形状似草鞋,因而得名。它一般生活在有机质丰富、水流平缓的池塘或水沟中。首先,请同学们思考,草履虫仅仅是由一个细胞构成的吗?为方便大家观察,老师给大家呈现了草履虫永久装片的拍摄照片。可以看到,被染色的草履虫身体内外形成了明显界限,为什么染料不会从身体内流出呢?结合前面的学习,我们不难想到,草履虫外侧包裹着能够控制物质进出的结构——细胞膜。进一步观察,草履虫身体内部被染成深色的结构是什么呢?通过之前对洋葱表皮细胞和人的口腔上皮细胞结构的学习,我们也能知道,这是草履虫的细胞核。细胞核内包含遗传物质,是细胞的控制中心,在细胞的生长和发育中起着重要作用。在草履虫的细胞核以外、细胞膜以内的部分就是它的细胞质,它是细胞进行生命活动的重要场所。这样,草履虫就具有了细胞膜、细胞质、细胞核三部分结构,也就是细胞的基本结构,这充分说明草履虫确实是由一个细胞构成的。除此之外,草履虫还具有纤毛、口沟、食物泡、胞肛、伸缩泡等结构。
人体的细胞如果离开人体就很难存活,而草履虫作为一种单细胞生物,又是如何独立完成营养、呼吸、生殖等各项生命活动的呢?接下来我们进一步学习。由于草履虫身体微小,我们只能借助显微镜来观察它的结构和生命活动。那么,如何正确使用显微镜观察呢?接下来我们看一下实验视频。
实验观察草履虫的材料用具:草履虫培养液、显微镜、载玻片、盖玻片、滴管。
观察过程:从草履虫培养液的表层吸一滴培养液,滴在载玻片上,盖上盖玻片,在低倍镜下观察草履虫的形态和运动。我们可以看到,草履虫的身体像一只草鞋,运动时身体不停地旋转,运动速度很快。如果草履虫运动速度太快不便观察,可以在载玻片的培养液液滴上放几丝棉花纤维,从而限制草履虫的运动。
通过实验,我们能进一步了解草履虫的生命活动。首先,草履虫是如何运动的呢?在草履虫身体周边布满了纤毛,通过纤毛的不停摆动,使草履虫能够在水中运动。大家看,这是草履虫的运动图像,可以看到草履虫以螺旋前进的方式运动,从而在水中捕获食物,满足其对营养物质的需求。
在草履虫身体中部有一条凹入的小沟,叫做口沟,口沟内部也布满了纤毛。当口沟内的纤毛不停摆动时,就能将水中的细菌和微小浮游生物作为食物送入口沟,再进入草履虫身体内部,进一步形成食物泡。大家看,这是显微镜下观察到的草履虫的口沟和食物泡,食物泡会随着身体内细胞质的流动而流动,食物泡中的食物会慢慢被消化,并将营养物质吸收进入体内。当然,这个过程我们也可以通过实验方法来观测。为方便观察,我们将同样为单细胞生物的酵母菌用相应染料染成红色。接下来,我们将酵母菌培养液跟草履虫培养液混合一段时间后,就会发现在草履虫身体内部出现了红色的食物泡,证明此时酵母菌已被草履虫捕食。这说明草履虫能够从外界获取营养物质,维持自身生存。当食物被消化后,未被消化的食物残渣又该怎么办呢?这些食物残渣会从草履虫身体后部一个叫做胞肛的结构排出,接下来我们看一下胞肛排出食物残渣的具体过程。
另外,当食物从口沟进入草履虫身体内部时,很多水分也会同时进入。多余的水分又是如何排出的呢?在草履虫身体两端都有收集管和伸缩泡。可以看到,收集管存在于伸缩泡周围,它会不断收集体内多余的水分及废物,并在伸缩泡内聚集,最终排出体外。我们来看具体过程。
草履虫还会通过它的细胞膜不断从水中获得氧气,并通过细胞膜将体内代谢产生的二氧化碳排出。我们也可以将草履虫的细胞膜称作表膜。由此,我们进一步得出草履虫可以排出代谢废物。一个草履虫的寿命有限,草履虫必须通过生殖不断产生新个体,才能延续群体的生存,那么草履虫能够生殖吗?在前面学习中,我们知道细胞是通过分裂的方式增加数量,而草履虫在适宜环境中也可以通过细胞分裂的方式进行生殖。我们来看草履虫分裂的具体过程。
这里我们总结一下草履虫的结构以及各结构的功能:草履虫的细胞核中含有遗传物质,可以传递遗传信息,控制自身的生殖和发育;通过纤毛的摆动螺旋前进;口沟是食物进入身体的通道,食物会在食物泡中进一步被消化吸收,从而从外界获得营养物质,并将食物残渣通过胞肛排出;通过细胞膜完成呼吸、排泄过程;最后,草履虫还会通过伸缩泡将多余的水分和代谢废物排出体外。
草履虫虽然是单细胞生物,仅由一个细胞构成,但面临复杂的外界环境,也能够趋利避害,适应环境。接下来我们一起探究一下单细胞生物对环境变化的反应。我们以草履虫为例,探究它对外界刺激,如盐、肉汁、蔗糖等刺激的反应。接下来我们以盐刺激为例进行探究。在前面学习中,我们讲到了探究实验的一般步骤:提出问题、做出假设、实验、得出结论以及表达与交流。那么针对这个探究,大家有什么疑问呢?
生:草履虫对盐的刺激会做出什么反应?
师:针对这个问题,同学们会做出哪些假设呢?
生:我们可以做出两种假设,草履虫会躲避或趋向盐的刺激。
师:接着我们就来开始设计并进行实验。在这里,我们提供了以下器材:草履虫培养液、载玻片、滴管、显微镜、食盐等。你能利用上述材料用具设计一个实验进行探究吗?说说你的思路是什么?
