细胞怎样维持生命活动
把一粒新鲜葡萄轻轻捏破，汁液立刻流出；可在完整果肉里，汁液能较长时间留在一个个细胞中。再想想自己：吃进的食物和吸入的氧气并不会原样堆在身体里，它们最终要到达细胞，被利用后还会产生二氧化碳等物质。小小的细胞既不是密封盒，也不是谁都能随便进出的水泡。它怎样取得物质、利用能量，又怎样保持自身特点？
上一章认识的细胞膜、细胞质和细胞核，并不是静止的“零件清单”。细胞膜维持内外边界并控制物质进出，细胞质中不断进行多种生命活动，细胞核内含遗传物质并对细胞生命活动起重要控制作用。植物绿色部分的细胞中，叶绿体能把光能转变成化学能，储存在有机物中；动植物细胞中的线粒体则能在有氧条件下分解有机物，释放其中的能量，供生命活动利用。把这些结构联系起来，才会看到一个活着的细胞。
细胞生活需要物质和能量
细胞生活需要物质和能量，所需物质来自外界。人体细胞利用的营养物质来自食物，经吸收和运输后到达细胞，氧来自呼吸；植物从环境获得水和无机盐，绿色部分的细胞还可利用二氧化碳制造有机物。物质到达细胞周围后，还要经过细胞边界。
细胞中的常见物质可分两类：水、无机盐、氧等属于无机物；糖类、脂质、蛋白质、核酸等属于有机物。有机物能构成细胞，其中还储存着能量。细胞不能凭空产生物质和能量，而是在与外界交换和转变物质的过程中，把其中的能量转变为可利用的形式。接下来先看物质怎样跨过细胞边界。
细胞膜：有边界，也有交换
“控制”不是完全封闭
细胞生活需要水、氧气和营养物质，还要排出二氧化碳和一些不需要的物质。如果细胞膜只负责包住细胞，细胞很快会“断粮”，废物也会积累；如果所有物质都能任意通过，细胞内部同样无法维持适合生命活动的状态。
图中只示例某些物质的进出；水也可向外移动，不表示所有有害物质都能被阻挡。
因此，教材说细胞膜能控制物质的进出。通常，细胞需要的某些物质可以进入；细胞产生的某些物质可以排出；有些外界物质会被挡在外面。这里的关键词是“有些”和“控制”。细胞膜不会像人一样判断“好坏”，对细胞有害的物质也可能进入，细胞需要的物质也不是任何时候都能无限进入。答题时，把它写成“只让有用物质进入、把所有有害物质挡住”，就把相对的调节说成了绝对保证。
还有一种常见混淆：进入和排出是从谁的角度说的？题目中的方向必须以细胞为参照。血液把氧气送到组织附近后，氧气进入细胞；细胞生命活动产生二氧化碳后，二氧化碳离开细胞。只写“氧气向里、二氧化碳向外”而不说明参照物，在复杂示意图中就可能判断反了。画箭头前，先圈出细胞膜，再确认膜的哪一侧是细胞质。
打开下面的闸门实验。先预测不同物质的方向，再切换正常膜与受损膜，看看“能通过”“被阻挡”和“控制减弱”有什么区别。
从颜色变化中寻找证据
以红苋菜等植物组织为例，可以设计这样的对照情境：取同种、大小和颜色相近的组织块，一组放入等量常温清水，另一组放入等量热水，经过相同时间后比较水的颜色。若常温组水色较浅、热水组明显较深，可以解释为：高温使细胞的膜结构受到损伤，细胞内有色物质更容易进入水中，说明完整的膜结构对维持细胞内部环境很重要。这里是教学情境，不是本课实际测得的数据；若实际操作，热水和切取材料须由教师处理，避免烫伤或割伤。
功能示意省略了液泡等结构。红色色素主要储存在液泡中，高温影响细胞膜、液泡膜等膜结构；色素逸出不等于细胞壁破裂。
这个实验里，水温是有意改变的条件，材料大小、水量、处理时间等应尽量相同。观察到的是“水的颜色深浅”，推断的是“有色物质逸出的多少存在差异”。不能跳过推理，直接写成“热水产生了色素”；也不能只凭这一项现象就说明每一种物质通过细胞膜的具体方式。中考遇到类似实验，先分别写清改变的条件、观察的现象和得到的解释，证据链就不容易断。
细胞壁和细胞膜不能混为一谈。植物细胞的细胞壁主要起支持和保护作用，细胞膜才具有控制物质进出的作用；动物细胞没有细胞壁，也能依靠细胞膜维持边界和交换。
细胞质：生命活动正在发生
显微镜下，细胞质常像一片半透明区域，容易被误认为只是“填充物”。实际上，活细胞的细胞质中有多种结构，物质会发生变化，许多生命活动在这里进行。有些植物细胞还能观察到细胞质缓慢流动，这种运动有利于细胞内物质的运输，也提醒我们：图上的静态结构，在活细胞中可能处于动态状态。
不过，“许多生命活动在细胞质中进行”不等于“所有活动只由细胞质完成”。物质从外界进入要经过细胞膜，细胞的发育和遗传受到细胞核中遗传信息的控制，能量转换还与叶绿体、线粒体有关。细胞能生活，靠的是各部分相互联系，而不是某一个结构单独包办。
细胞核：遗传信息的控制中心
同一种生物为什么能保持相对稳定的形态特征？一个细胞为什么能按一定方式生长、发育？关键线索在细胞核。细胞核中的遗传物质是 DNA，DNA 上的遗传信息包含着指导、控制生物生长发育以及细胞中物质和能量变化的一系列指令。因此，细胞核常被称为细胞的“控制中心”或“遗传信息库”。这是对信息作用的功能概括，不表示细胞核脱离细胞质和细胞膜后还能独立完成生命活动。
伞藻实验怎样支持结论
本节教材用克隆羊多莉说明细胞核的作用，下面的伞藻研究作为拓展。伞藻是一种大型单细胞藻类，外形可分为帽、柄和假根，营养生长阶段的细胞核位于假根中。不同种伞藻的帽形不同。将一种伞藻的柄与另一种伞藻的含核假根组合后，经过再生和一段时间的发育，帽形最终表现出提供细胞核一方的特征。这不是说任何一次嫁接后的第一顶帽都会立即完全随核；细胞质中已有的物质也会影响早期再生。下图、交互和练习采用后期典型结果的教学简化。
图示为后期再生的典型结果，不代表首次再生就必然完全呈现供核方帽形。
推理时不要只背“细胞核控制遗传”。先找变量：组合中改变了柄与含核假根的来源；再看结果：再生帽形随含核假根的类型变化；最后联系位置：细胞核就在假根中。于是可以推断，控制伞藻形态发育的遗传信息主要与细胞核有关。若设置相反方向的嫁接并多次重复，排除偶然性的力量会更强。
实验结论的用词也有边界。“支持”比“彻底证明一切”更科学，因为实验研究的是特定材料和特定现象；“细胞核起重要控制作用”也比“细胞核独自决定所有生命活动”准确。证据越充分，结论越可靠，但结论不能超过证据所覆盖的范围。
现在进入证据实验室，亲自选择预测和实验结果，再判断哪一种表述真正由证据支持。
初中阶段应掌握“细胞核中的遗传物质是 DNA，DNA 上的遗传信息指导、控制生物的生长发育及细胞中的物质和能量变化”。这里只认识遗传信息的作用，不展开 DNA 复制或指令实现过程；“控制中心”也不等于细胞核能独立生活。
叶绿体与线粒体：能量怎样接力
一盆绿萝放在阳光下，叶片能够制造有机物；人吃下食物后，细胞又能从有机物中获得生命活动所需的能量。两件事似乎相隔很远，实质上共同指向能量的转变。
这是功能联系示意，不是完整结构图；图中省略了叶肉细胞中的线粒体，并不表示叶肉细胞没有线粒体。
植物绿色部分的细胞含有叶绿体。叶绿体中的叶绿素能吸收光能，细胞利用二氧化碳和水制造有机物，并释放氧气；光能由此转变成化学能，储存在有机物中。这里要注意范围：根尖细胞、洋葱鳞片叶内表皮细胞等通常没有叶绿体，所以不能说“所有植物细胞都有叶绿体”。
线粒体存在于动植物细胞中，是细胞进行呼吸作用的重要场所。在氧气参与下，线粒体将有机物分解，释放其中储存的能量，供生长、运动、物质运输等生命活动利用。植物也要呼吸，也有线粒体；动物没有叶绿体，却能从食物中的有机物获得能量。本章比较的是典型的叶肉细胞、根细胞和动物细胞：叶肉细胞通常有叶绿体，这三类细胞通常都有线粒体，不能由此推出所有植物细胞都有叶绿体。
能量联系可以概括为：太阳的光能经过叶绿体作用储存在有机物中，有机物中的能量再经过线粒体作用释放出来，供细胞利用。不要写成“叶绿体把能量直接送给线粒体”，中间的物质纽带是有机物；也不要写成“线粒体制造能量”，能量不会凭空产生，它只是从有机物中释放并发生转变。
同一株植物的叶肉细胞和根部细胞可以帮助你检验概念。叶肉细胞通常既有叶绿体又有线粒体，白天能制造有机物，也一直需要通过呼吸作用获得可利用的能量；根部细胞通常没有叶绿体，不能靠自己捕获光能制造有机物，但可利用植物运输来的有机物进行呼吸作用。结构不同，功能也随所在部位的任务而不同。
下面把叶片细胞、根细胞和动物细胞放到同一张能量地图中。先搭路径，再切换细胞类型检查自己的判断。
把细胞看成一个生命系统
现在回到开头的问题。细胞膜使细胞拥有相对稳定又能交换物质的边界；细胞质为许多生命活动提供场所；细胞核中 DNA 上的遗传信息提供指导和控制；叶绿体和线粒体在教材层面分别联系有机物中能量的储存与释放。细胞获得和转变物质，能量随物质变化发生转变，这些过程又受遗传信息指导和控制。结构各有作用，又彼此依赖，因此，细胞的生活是物质、能量和信息变化的统一。
做结构功能题时，可以沿着“现象—结构—功能—证据”来想：色素大量漏出，联系膜结构受损；再生形态随含核部分改变，联系细胞核中的遗传信息；绿色部位在光下制造有机物，联系叶绿体；有机物分解释放供生命活动利用的能量，联系线粒体。这样得到的不是孤立背诵，而是一条能解释新情境的因果链。
本章练习
1
将菠菜叶细胞放入适宜环境中，能直接控制某些物质进出细胞的结构是？
2
细胞膜能把一切有害物质永久挡在细胞外，因此有细胞膜的细胞不会受到有害物质影响。
3
关于细胞质的描述，正确的是？
4
伞藻嫁接后，新生帽形更接近提供含核假根的一方。这一结果最能支持什么结论？
5
绿色植物细胞中的 ________ 能使光能转变并储存在有机物中；动植物细胞中的 ________ 能释放有机物中的能量。
6
下列哪些说法能共同说明‘细胞的生活是物质、能量和信息变化的统一’？
第 7 题：读图定位
观察上文“叶绿体制造有机物与线粒体释放能量的联系图”：绿色椭圆体只画在叶片细胞一侧，橙色椭圆体同时画在动物细胞和根细胞中。两种椭圆体分别表示什么结构？这幅图还能帮助排除哪两个常见错误？
第 8 题：分析对照实验
在一个假设的对照实验中，小林在教师协助下，把同种、等量、同样大小的红色植物组织分别放入 25 ℃和 70 ℃的等量清水中，10 分钟后发现 70 ℃组水色更深。请指出实验变量、需要控制的两个条件，并解释水色差异。
第 9 题：证据能推出什么
研究者发现：甲组伞藻保留 A 型含核假根，接上 B 型柄后再生出 A 型帽；乙组保留 B 型含核假根，接上 A 型柄后再生出 B 型帽。与只做甲组相比，增加乙组有什么意义？这个实验能否说明细胞核可以脱离其他结构独立生活？