生命的“温度”

生命的“温度”

“温度”是影响生命活动的最重要的理化性质之一。以“温度”为核心，归纳、总结、梳理了高中生物教材与“温度”相关的知识。

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生命的存在与温度密切相关，温度是影响生物体生存、生长和繁殖的重要环境因素。[1]讲生物，论生命，温度是绕不开的话题。人教版高中生物教材中有关“温度”的知识，随处可见。对这些“温度”进行归纳总结和梳理，不仅能让我们清晰地认识温度与生命的关系，还能让我们更全面地把握高中生物教材的逻辑思路，更客观地理解物质与能量观、进化与适应观、稳态与平衡观等生命观念。

一、必修课本实验涉及到的温度

（1）还原糖的鉴定实验。《生物·必修1·分子与细胞》第18页指出，生物组织样液加入斐林试剂后，需在50～60℃温水中水浴加热2～3min。又从《生物·必修3·稳态与环境》第103页的示意图可知，加入了斐林试剂的样液直接用酒精灯加热，也可以达到实验效果。

（2）观察DNA和RNA在细胞中的分布。该实验的水解步骤，需要30℃水浴保温5min。

（3）用高倍镜观察叶绿体和线粒体。本实验主要是健那绿染液的配制时需要加温到30～40℃，使其充分溶解。

（4）比较过氧化氢在不同条件下的分解。在这个实验中，温度作为自变量之一，实验组中有一组需要90 ℃水浴加热并观察气泡冒出情况。

（5）探究酵母菌细胞呼吸的方式。这个实验中，温度作为无关变量，需要控制在适合酵母菌呼吸的温度，即实验装置需要放到25～35℃的环境中培养8～10h。

（6）绿叶中色素的提取和分离。该实验用到的层析液中的石油醚，是在60～90℃下分馏出来的。

（7）低温诱导植物染色体数目变化。这个实验的低温处理方式是将装置放入冰箱的4℃的低温室内，诱导培养36h。

二、温度与代谢

（1）温度影响分子的运动速率。随着温度的升高，分子运动速度增大[2]。因此，一定范围内升高温度，可以加快生物膜的流动性，从而加快物质跨膜运输

速率；可以使结合水转变为自由水；可以提供活化能，从而加快化学反应速率。20世纪60年代以前，利用淀粉生产葡萄糖的过程中，不仅需要盐酸催化，还需要245kPa的高压和140～150 ℃的高温。粗制的橘皮油可在5～10℃下静置5～7d，使杂质沉淀。

（2）温度影响酶的活性。在最适的温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或者偏低，酶的活性都会明显降低。不同生物体内酶的最适温度归纳如下：

动物：35～40℃之间；

植物：40～50℃之间；

细菌和真菌：差别较大，有的酶最适温度可高达70℃（如热泉里的微生物）。

温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构没有被破坏，适当升温，活性可恢复。因此，酶制剂适于在零上低温（0～4 ℃）保存。

正是因为温度对酶的活性存在这种影响，所以，生物体内发生的诸多代谢过程，也受到温度的影响，且影响方式与对酶的影响方式类似，如细胞呼吸和光合作用。生产实践过程中可以利用这些规律，如果蔬、粮食一般采取零上低温的储存方式，以减少有机物的消耗；再如大棚生产中，白天适当提高温度，晚上适当降低温度，可以提高有机物的积累量，从而提高产量。

类似地，蛋白质的活性也会受到温度的影响。大多数蛋白质不能忍受60～80℃的高温，所以提取DNA时，可以将滤液放在60～75℃的恒温水浴箱中保温10～15 min。一些天然蛋白质体外保存很困难，如干扰素，若进行基因工程改造，将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，则可在-70℃下保存半年。

（3）PCR。PCR是人工模拟生物体内的代谢过程。该过程中温度的控制极其关键。温度设置一般为：

变性：94℃；复性：55℃；延伸：72℃。

三、温度与植物生理

《生物·必修1·分子与细胞》第106页练习中，要求同学们解释“光合午休”现象。该现象的产生，是正午温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少导致的。因此，温度不仅可以通過影响酶的活性来影响植物的生理，还可以通过影响蒸腾作用，间接影响植物生理。

菊花组织培养时，温度控制在18～22℃；月季花药培养时，温度控制在25℃左右。

四、温度与动物生理

温度是重要的内环境的理化性质。人体体温一般维持在37℃左右。所以，动物细胞培养温度一般以36.5±0.5℃为宜，如1970年科学家在做人鼠细胞融合实验时，环境温度设置为37℃。

人体热量的来源主要是细胞中有机物的氧化放能，主要产热器官是肝脏和骨骼肌；热量的散出主要通过汗液蒸发、皮肤内毛细血管的散热，其次还有呼气、排尿和排便等。体温的调节方式是神经-体液调节。

动物体内皮下的脂肪层，可以起到保温的作用。

五、温度与微生物培养

（一）无菌技术

煮沸消毒法：100℃煮沸5～6 min；

巴氏消毒法：70～75℃煮30min或在80℃煮15min；

灼烧灭菌：直接用酒精灯外焰灼烧；

干热灭菌：干热灭菌箱在160～170℃加热1～2 h；

高压蒸汽灭菌：压力100kPa，温度为121℃维持15～30min。

（二）培养基溶化

配制培养基时，加入琼脂后，需要加热使其熔化。

（三）倒平板

培养基要冷却到50℃左右时。在酒精灯火焰附近倒平板。

（四）不同微生物的培养温度与培养时间

细菌：30～37℃培养1～2d；

放线菌：25～28℃培养5～7 d；

霉菌：25～28℃培养3～4 d。

具体到某一菌种，其温度也有讲究。比如：

酵母菌：最适合繁殖温度为20 ℃左右，发酵时一般将温度控制在18～25 ℃；

醋酸菌：最适生长温度为30～35 ℃；

毛霉：笼屉的温度控制在15～18 ℃。

（五）菌种保藏

临时保藏法：斜面接种后，放入4 ℃冰箱保藏；

甘油管藏法：菌液与甘油充分混匀后，放在-20 ℃的冷冻箱中保存。

六、温度与生态

人类大量燃烧煤、石油等化学燃料，使大气CO2浓度迅速增加，会形成温室效应，导致气温升高，加快极地和高山冰川的融化，海平面上升，威胁人类和其他生物的生存。

笔者能力水平所限，以上总结梳理未见得妥当，可能也存在疏漏之处。从以上总结和梳理，我们不难发现，虽然现行人教版高中生物教材涉及到的“温度”繁多、散乱，但不是完全没有规律可循。我们归纳起来，认真反思，就会发现，这些温度都不是“随意”的，而是与相关化学反应变化密切相关，与生物的生存和繁殖密切相关。课本涉及到“温度”的化学反应，是物质和能量变化的“化学体现”。不同生物适应不同的温度环境，是生物与环境之间进化与适应的结果。生物的生存环境、自身的体温也要保持一定的稳态，这种稳态与平衡一旦破坏，生物的生存就会受到影响，培养微生物，杀灭微生物，利用的正是这一点。

认真总结反思像“温度”这样有意思的关键词，不仅能让我们更好地从全局把握教材，梳理知识盲点、漏点，辨析知识易错点，为复习备考打下坚实的基础，也能让我们更好地认识生命，思考生命，进而探究生命。

参考文献：

[1]唐欣昀.生命的存在与温度[J].生物学通报，1991（1）：30～31.

[2]李宝增.试述化学反应速率与温度的关系[J].化学教育，1992，13（4）：49～51.