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2012年高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座---十七个专题


高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题一 生命的物质 基础
[竞赛要求]
一、细胞的化学成分 1.水、无机盐 2.糖类:包括单糖、双糖、多糖 3.蛋白质:包括氨基酸、三字母缩写、蛋白质的四级结构、 蛋白质的理化性质、变性 实质 4.酶类:概念、特征、分类、作用机理、影响酶活性的因素 5.脂类 6.核酸:包括 DNA 和 RNA 7.其他重要化合物:包括 ADP

和 ATP、NAD+,和 NADH+、NADP+和 NADPH+

[知识梳理]
一、组成生物体的化合物 (一)无机化合物 1.水是生命之源 水是细胞的重要成分, 一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大, 生命活力差的细胞组织 中含水量较小,休眠的种子和孢子中含水量一般低于 10%。 水分子具有极性, 每个水分子均可与其它四个水分子之间形成氢键。 水分子的极性及氢 键的形成使水分子具有特殊的性质, 如水分子具有较强的黏滞性。 黏滞性使水分子较其它液 体均具有较强的表面张力,这有助于水从根运输到茎再到叶;水从叶片的气孔蒸发,对导管 中的水产生蒸腾拉力, 水的黏滞性使这种拉力一直延伸到根部。 表面张力使水分子可以水生 昆虫在水面上跳动。 自由水的功能:代谢物质的良好溶剂,水是促进代谢反应的物质,水参与原生质结构的 形成,水有调节各种生理作用的功能。 2.无机盐 + + + + + + 它在体内通常以离子状态存在,常见的阳离子有 K 、Na 、Ca2 、Mg2 、Fe2 、Fe3 - - - - - - 等;常见的阴离子有 Cl 、SO42 、PO43 、HPO42 、H2PO4 、HCO3 等。各种无机盐离子在 体液中的浓度是相对稳定的,其主要作用有:对细胞的渗透压和 pH 起着重要的调节作用。 有些离子是酶的活化因子,如 Mg+、Ca2+; 有些离子是合成有机物的原料,如 PO4+可用于合 成磷酸、核苷酸等,Fe2+可用于合成血红蛋白等。生物生存环境的 PH 范围为 3~8.5。细胞 中的各种离子有一定的缓冲能力,使细胞内的 PH 保持相对恒定,以利细胞维持正常的生命 活动。 细胞内某些无机盐的功能及缺乏症 矿质 元素 N P 功 能 是 否 可 再利用 是 是 缺乏时, 病症部位 衰老组织 衰老组织

合成光合作用过程中各种酶、ATP、NADPH 及叶绿素的成分 ATP、NADPH 的重要组成成分,对维持叶绿体膜的结构和功能有 重要作用

K Mg B Ca Fe

促进有机物的合成与运输 叶绿素的组成成分 促进花粉的萌发和花粉管伸长 一般作为酶的活化中心

是 是 是 否 否

衰老组织 衰老组织 衰老组织 幼嫩组织 幼嫩组织

动物体内无机盐及其作用一览表
K Na Ca
维持细胞内液渗透压的决定性作用;维持心 肌舒张、保持心肌正常兴奋性 维持细胞外液渗透压的主要物质 骨骼和牙齿的成分 调节生命活动 缺乏时,心律失常 缺乏进,血压下降、心率加快、四肢发冷 缺乏时:佝偻病、骨质软化、 骨质疏松血钙减少时:骨肉抽搐 血钙增多时:肌无力

(二)、有机化合物 1.碳是组成生物体的最基本元素 碳原子核最外层有四个价电子,可与碳、氢、氧及氮原子形成四个强共价键。碳原子与 碳原子之间可以单键相结合,可也以双键或三键相结合。碳原子能相互连接成链或环,从而 生成各种大分子,这些结构称为有机物的碳链骨架。碳链骨架结构的排列方式和长短,决定 了有机化合物的基本性质。 2.糖类 (1).生物学功能 糖类的主要功能有:构成生物体的重要成分,如糖被、(植物、细菌、真菌等的)细胞 壁的成分;是细胞的主要能源物质。 (2).组成元素及种类 糖类是多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物。其组成元素只有 C、H、O,分单糖、 寡糖、多糖三类。 单糖的分子通式是(CH2O)n,是不能水解的最简单的糖类。根据碳原子数,单糖又可 分为三碳—六碳糖。葡萄糖和果糖六碳糖,分子式都是 C6H12O6,但结构式不同,在化学上 叫做同分异构体(如图)。核糖(C5H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)都是五碳糖,分别是构 成 RNA 和 DNA 的重要成分(如图)。葡萄糖、果糖、麦芽糖等有还原性,为还原糖;淀 粉、蔗糖等为非还原性。 寡糖(低聚糖):是由少数几个单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有 2 个单糖单 位的双糖,如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖,动物细胞内的乳糖,存在于藻类细菌、真菌和某 些昆虫细胞内的海藻糖等。蔗糖的形成见下图。

核糖

脱氧核糖

葡萄糖 (环状结构)

果糖 (环状结构)

葡萄糖 (链状结构)

果糖 (链状结构)

多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子,与单糖、双糖不同,一般不溶于水,从而构成 贮藏形式的糖,如高等植物细胞内的淀粉,高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍 的结构多糖。 糖类的复合物:主要是糖蛋白质和糖脂。 3.蛋白质 (1).种类及功能 如按功能划分,可将蛋白质分为活性蛋白质和非活性蛋白质两大类。 活性蛋白质指在生命活动过程中具有活性的蛋白质。 主要种类有: 作用为催化生物体内 各种化学反应,如酶。激素蛋白其作用是调节机体各种代谢过程,如:胰岛素、促性腺激素 等。运输和贮存蛋白主要运输、贮存各种小分子物质、离子、电子等,如血红蛋白、载体蛋 白。运动蛋白它与生物体运动有关,如细菌的纤毛蛋白、动物的肌球蛋白和肌动蛋白等。防 御蛋白防御异物侵入机体,如免疫球蛋白、干扰素等。膜蛋白分布在细胞膜上,与膜的生物 学功能密切相关。 受体蛋白其作用为接受和传递信息。 控制生长分化的蛋白控制生物的生长 和组织分化,如组蛋白、各种生长因子。 非活性蛋白包括一大类对生物体起保护或支持作用的蛋白质。 主要种类有: 胶原是哺乳 动物皮肤的主要成分。角蛋白其作用是保护或加强机械强度。弹性蛋白存在于韧带、血管壁 等处,其支持与润滑作用。 (2).组成元素和基本组成单位 蛋白质主要由 C、H、O、N 四种元素组成,多数还含有 S。氮是蛋白质的标志性元素, 含量约占 16%。蛋白质的基本组成单位是氨基酸,其通式为 。组成天然蛋白

质的氨基酸约有 20 种,都是 L 型的α 氨基酸。氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应,形 成的键为肽键。肽又可划分为二肽、三肽及多肽(三肽以上)。多肽都有链状排列的结构, 叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链通过盘曲折叠形成的复杂的大分子。 (3).结构 蛋白质结构分一、二、三、四级结构(见下图)。在蛋白质分子中,不同氨基酸以一定 数目和排列顺序组合形成的多肽链是蛋白质的一级结构。 蛋白质分子的高级结构决定于它的 一级结构,其天然构象(四级结构)是在一定条件下的热力学上最稳定的结构。

(4).变性 蛋白质受到某些物理或化学因素作用时引起生物活性的丧失、 溶解度降低以及其他物理

化学因素的改变, 这种变化称为蛋白质的变性。 变性的实质是由于维持高级结构的次级键遭 到破坏而造成的天然构象的解体,但未涉及共价键的破坏。有些变性是可逆的(能复性), 有些则不可逆。 4.核酸 (1).生物学功能 核酸是遗传信息的载体,存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质,对于生 物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。 (2).种类 核酸分 DNA 和 RNA 两大类。 所有生物细胞都含有这两大类核酸 (病毒只含有 DNA 或 RNA)。 (3).组成元素及基本组成单位 核酸是由 C、H、O、N、P 等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每 个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。 每个核苷酸含一分子碱基、 一分子 戊糖(核糖或脱氧核糖)及一分子的磷酸组成。如下图所示:

5’﹣腺瞟吟核苷酸(5’﹣AMP) 3’﹣胞嘧啶脱氧核苷酸(3’﹣dCMP) DNA 的碱基有四种(A、T、G、C),RNA 的碱基也有四种(A、U、G、C)。这五 种碱基的结构式如下图所示:DNA 中碱基的百分含量一定是 A=T、G=C,不同种生物的 碱基含量不同。RNA 中 A﹣U、G﹣C 之间并没有等当量的关系。

腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 胞嘧啶(C) (4).结构 DNA 一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是 3’、5’﹣磷酸二酯键,如下图所示。所 以 DNA 的一级结构是直线形或环形的结构。DNA 的二级结构是由两条反向平行的多核音 酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。

5.脂类 脂类是生物体内一大类重要的有机化合物,由 C、H、O 三种元素组成,有的(如卵磷 脂)含有 N、P 等元素,不溶于水,但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。 (1).生物学功能 脂类是构成生物膜的重要成分; 是动植物的贮能物质; 在机体表面的脂类有防止机械损 伤和水分过度散失的作用; 脂类与其他物质相结合, 构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫 的成分;某些脂类具有很强的生物活性。 (2).种类 ①脂肪: 也叫中性脂, 一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸 的末端羟基脱水连成酯键形成的。 脂肪是动植物细胞中的贮能物质, 当动物体内直接能源过 剩时,首先转化成糖元,然后转化成脂肪。在植物体内就主要转 化成淀粉,有的也能转化成脂肪。 ②类脂:包括磷脂和糖脂,这两者除了包含醇、脂肪酸外, 还包含磷酸、 糖类等非脂性成分。 磷脂的这一结构使它成为一种 兼性分子。它的磷酸和含氮碱基一段是极性的,易与水相吸,构 成磷脂分子的亲水性头部, 而它的脂肪酸一端是非极性的, 不与 水相吸, 构成磷脂分子的疏水性尾部。 当磷脂分子被水分子包围 时, 便会自动排成双分子层。 磷脂是构成细胞膜结构的重要成分。 细胞各种膜结构的形成和特性,都与磷脂分子的双性质密切相 关。 ③固醇: 又叫甾醇, 是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生 物,是合成胆汁及某些激素的前体,如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外 线作用下会变成维生素 D。在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。 生理功能: 是构成细胞组织的结构大分子, 如有些固醇类化合物是构成神经鞘的主要成 分。由于它有良好的绝缘性,对神经冲动的传递十分重要。某些固醇类化合物可转变为维生 素 D。 固醇类化合物也是某些激素的前体。例如:调节水分和盐类代谢的肾上腺皮质激 素、 促进性器官和第二性征发育的性激素都是固醇类化合物的衍生物。 含磷酸的脂类衍生物

叫做磷酯,含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成, 是脂类中的结构大分子。 二、其他重要化合物 一、细胞内能合流通的物质——ATP 1.ATP 的结构 ATP(三磷酸腺苷)是各种活细胞内普遍存在的一种高磷酸化合物(水解时释放的能量 在 20~92kJ/mol 的磷酸化合物)。ATP 的分子简写成 A-P~P~P,A 代表由腺嘌呤和核 糖组成的腺苷,P 代表磷酸基团,~代表高能磷酸键。ATP 中大量化学能就贮存在高能磷酸 键中。ATP 结构中的 3 个磷酸(Pi)可依次移去而生成二磷酸腺苷(ADP)和一磷酸腺苷 (AMP),如下图:

ATP 的作用 ATP 水解时释放出的能量,是生物体维持细胞分裂、根吸收矿质元素离子和肌肉收缩 等生命活动所需能量的直接来源,是细胞内能量代谢的“流通货币”。在动物肌肉或其他兴 奋性组织中,还有一种高能磷酸化合物即磷酸肌酸,它也是高能磷酸基的贮存者,其中的能 量要兑换成“流通货币”才能发挥作用。如图下图所示磷酸肌酸与 ATP 关系。

磷酸肌酸
+ +

肌酸

2.NAD 和 NADP + + NAD 又叫辅酶Ⅰ,全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸;NADP 又叫辅酶Ⅱ,全称烟酰胺腺嘌 + + 呤二核苷酸磷酸。它们都是递氢体,能从底物里取得电子和氢。NAD 和 NADP 都是以分 子中的烟酰胺部分来接受电子的, 所以烟酰胺是它们的作用中心。 接受电子的过程如下图所 示:

这里虽然从底物脱下来的两个电子都被接受了, 但脱下来的两个氢原子却只有一个被接

受,剩下的一个质子 H 暂时被细胞的缓冲能力接纳下来,留待参与其他反应。因此,NAD + 和 NADP 的还原形式被写作 NADH 和 NADPH。



[典型例题]
例 1.当蛋白质溶液的 pH 值与蛋白质等电点相同时,蛋白质的 B A.溶解度最大 B.溶解度最小 C.溶解度与溶液 pH 无关 D.蛋白质变性 解析:蛋白质溶液的 pH 值与蛋白质等电点相同时,蛋白质所带的净电荷为零,蛋白质 会发生集聚作用,故溶解度最小。答案:B。 例 2.组成蛋白质的氨基酸的α --碳原子是不对称的,但 除外。 A.丙氨酸 B.组氨酸 C.甘氨酸 D.谷氨酸 解析:在组成蛋白质的 20 种氨基酸中,除甘氨酸外,各种氨基酸的α --碳原子都是不 对称的,它们都和 4 个不同的基团相连。答案:C。 例 3.组成 DNA 的核苷酸包括三个部分,以下哪些描述是正确的(多选)? A.碱基相同 B.磷酸基团相同 C.脱氧核糖相同 D.以上三种物质都不同 解析:组成 DNA 核苷酸中,碱基共有 4 种类型,磷酸均相同,脱氧核糖均相同。答案: BC 例 4.氨基酸与蛋白质共有的特性是: A.胶体性质 B.沉淀反应 C.两性性质 D.双缩脲反应 解析:氨基酸为兼性分子,由氨基酸组成的蛋白质也为两性分子。只有蛋白质才具有胶 体性质、沉淀反应和双缩脲反应。答案:C。 例 5.DNA 与 RNA 分类的主要依据是:( ) A.空间结构的不同 B.所含碱基不同 C.所含戊糖不同 D.在细胞中存在的部位不同 解析:DNA 与 RNA 分类的主要依据是所含的五碳糖的差异。 答案:C。 例 6.下列哪个糖是非还原糖:( ) A.D 一果糖 B. D 一半乳糖 C.乳糖 D.蔗糖 解析:含有游离半缩醛基团的糖都具有还原性,蔗糖不具有还原性。答案:D。 例 7.免疫球蛋白是一种:( ) A.铁蛋白 B.糖蛋白 C.核蛋白 D.铜蛋白 解析:免疫球蛋白是糖蛋白。答案:B。 例 8. 一个蛋白质分子有 5 条肽链,由 1998 个氨基酸组成,那么形成该蛋白质分子过 程中生成的水分子个数和含有的肽键数分别是多少? 解析:氨基酸通过脱水缩合形成多肽,在一条由 n 个氨基酸组成的多肽链中,形成的肽 键个数=生成的水分子个数=n-l。同理,在由多条肽链组成的蛋白质中,形成肽键数目= 组成该蛋白质分子的氨基酸数目-该蛋白质分子中肽链条数。 所以, 此题中生成水分子数和 含有的肽键数都应是 1998-5=1993。 例 9.肾上腺皮质细胞产生的激素其结构与以下哪一种物质结构相似?( ) A.血红蛋白 B.胆固醇 C.酪氨酸 D.肾上腺素 解析: 激素依化学成分分成两类, 一类是由肾上腺皮质分泌的激素统称肾上腺皮质激素, 属于类固醇激素;另一类属于含氮物质激素,包括蛋白质、多肽(胰岛素、甲状分腺素)和 胺类(肾上腺素、甲状腺激素)。上题中胆固醇是一种固醇类化合物,所以肾上腺皮质分泌

的激素与胆固醇的结构相似。答案选 B。 例 10.如果说光合作用中光反应的产物只有 ATP、氧气和氢,是否正确?为什么? 解析:不正确。因为在光反应中水分子被分解,产生的氧原子结合成氧气被释放,而氢 + + 则与 NADP 结合生成 NADPH,NADP 和 ATP 共同为暗反应所必需的还原剂。

[智能训练]
1.关于病毒遗传物质的叙述,正确的一项是:( ) A.都是脱氧核糖核酸 B.都是核糖核酸 C.同时存在脱氧核糖核酸和核糖核酸 D.有的是脱氧核糖核酸,有的是核 糖核酸 2.构成细胞内生命物质的主要有机成分是:( ) A.蛋白质和核酸 B.水和蛋白质 C.蛋白质和无机盐 D.水和核 酸 3.组成核酸和核糖核酸的核酸的种类分别有:( ) A.8 种和 2 种 B.4 种和 4 种 C.5 种和 4 种 D.8 种和 4种 4.一个含有 6 个肽键的多肽,组成它的氨基酸以及至少应有的氨基和羧基的数目分别是: ( ) A.6、1、1 B.7、1、1 C.6、6、6 D.7、6、 6 5.当动物体内直接能源物质过剩时,一般情况下,首先转化为:( ) A.葡萄糖 B.麦芽糖 C.脂肪 D.糖元 6.在 ATP 转变成 ADP 的过程中,( )能量;在 ADP 转变成 ATP 的过程中,ADP( )物质 代谢释放的能量,贮藏备用。这些转变都必须有( )参加。 7.关于人体细胞内 ATP 的描述,正确的是:( ) A.ATP 主要在线粒体中生成 B.它含有三个高能磷酸键 C.ATP 转变为 ADP 的反应是不可逆的 D.细胞内贮有大量 ATP,以满足生理 活动需要 8.光合作用光反应的产物是:( ) + + A.CO2、ATP、NADH+H B.淀粉、CO2、NADPH+H + C.蔗糖、O2、CO2 D.ATP、O2、NADPH+H 9.下列三组物质中,光合碳循环所必需的一组是:( ) A.叶绿素、类胡萝卜素、CO2 B.CO2、NADPH、ATP + C.CO2、H2O、ATP D.叶绿素、NAD 、ATP 10.生物和非生物最根本的区别在于生物体:( ) A.具有严谨的结构 B.通过一定的调节机制对刺激发生 反应 C.通过新陈代谢进行自我更新 D.具有生长发育和产生后代的特性 11.若组成蛋白质的氨基酸分子的平均相对分子质量为 130,则一条由 160 个氨基酸形成的 多肽,其相对分子质量为:( ) A.17938 B.19423 C.24501 D.28018 12.某一多肽链内共有肽健 109 个,则此分子中含有的-NH2 和 COOH 的数目至少为:( )

A.110、110 B.109、109 C.9、9 D.1、1 13.生物界在基本组成上的高度一致性表现在:( ) ① 组成生物体的化学元素基本一致 ② 各种生物体的核酸都相同 ③ 构成核酸 的碱基都相同 ④ 各种生物体的蛋白质都相同 ⑤ 构成蛋白质的氨基酸都相同 A.①②④ B.①③⑤ C.③④⑤ D.①②③ 14.

以上的核酸链是:( ) A.DNA B.rnRNA 15.下列物质中,不是氨基酸的是:( )

C.tRNA

D.dZNrx

A

B

C

D

16.如果将上题中的三种氨基酸缩合成化合物,那么该化合物含有的氨基、羧基、肽键的数 目依次是:( ) A.2、2、2 B.2、3、2 C.3、4、3 D.4、3、3 17.血红蛋白分子中含有四条多肽链,共由 574 个氨基酸构成,那么该分子中含有的肽键数 应是:( ) A.570 B.573 C.574 D.578 18.下列各项不属于脂类物质的是:( ) A.生长激素 B.维生素 D C.性激素 D.肾上腺皮质激素 19.活细胞内进行生命活动所需要的能量直接来自:( ) A.ATP 的水解 B.葡萄糖的水解 C.淀粉的水解 D.脂肪的水解 20.在下列化合物中,构成蛋白质的碱性氨基酸是:( )

A

B

C

D NH2—CH2-CH2-COOH

21.当生物体新陈代谢旺盛,生长迅速时,生物体内:( ) A.结合水/自由水的比值与此无关 B.结合水/自由水的比值会升高 C.结合水/自由水的比值会降低 D.结合水/自由水的比值会不变 22.下列物质中,对维持人体体液平衡,物质运输,出血时血液凝固等生理功能都有重要作 用的是:( ) A.蛋白质 B.维生素 C.葡萄糖 D.脂肪 23.人和动物乳汁中特有的二糖水解后的产物是:( ) A.一分子葡萄糖和一分子果糖 B.一分子果糖和一分子半乳糖 C.一分子半乳糖和一分子葡萄糖 D.二分子葡萄糖 24.氨基酸在等电点时具有的特点是:( ) A.不具正电荷 B.不具负电荷 C.溶解度最大 D.在电场中不泳 动 【参考答案】 1.D 2.A 3.D 4.B 5.D 6.释放、储存、酶 7.A 8.D 9.B 10.C 11.A 12.D 13.B 14.A 15.D 16.A 17.A 18.A 19.A 20.A 21.C 22.A 23.C 24.D

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题二 生命的结构 基础
[竞赛要求]
1.细胞是生命活动的基本单位 2.细胞膜:理化性质、分子结构与物质运输等 3.细胞内膜系统:内质网、高尔基体、溶酶体、液泡的结构与功能 4.线粒体结构、功能 5.质体的类型和叶绿体的结构功能 6.核糖体 7.过氧化氢体、过氧化物酶体的结构功能 8.细胞核(核膜、染色体、核仁、核 基质)和核功能 9.细胞壁成分与结构 10.细胞骨架系统(包括:微丝、微管、中等纤维、微梁)的功能 11.原核细胞与真核细胞 12.动物细胞与植物细胞的比较 13.细胞分化和组织形成

[知识梳理]
一、细胞的发现与细胞学说 1.细胞的发现 1665 年英国物理学家罗伯特·虎克首次观察到细胞,是植物细胞死亡后留下死细胞的 细胞壁。1667 年,列文虎克首次观察到了活细胞。

2.细胞学说的建立 德国植物学家施莱登于 1838 年提出了细胞学说的主要论点, 1939 年德国动物学家施旺 加以充实,最终创立了细胞学说。细胞学说的主要内容是:细胞是动、植物有机体的基本结 构单位,也是生命活动的基本单位。 二、细胞的形态与大小 1.细胞的形状 游离细胞常呈球形或近于球形。 动物的卵细胞、 植物的花粉母细胞是球状或近于球状的 细胞,人的红细胞呈扁圆状,某些细菌呈螺旋状,精子和许多原生动物具有鞭毛或纤毛,变 形虫和白血球等为不定形细胞。 2.细胞的大小 细胞的直径多在 10μ m~100μ m 之间。有的很小,如枝原体,其直径为 0.1μ m~0.2 μ m,是最小的细胞。细菌的直径一般只有 1μ m~2μ m。有的细胞较大,如番茄、西瓜的 果肉细胞直径可达 1mm;棉花纤维细胞长约 1cm~5cm;最大的细胞是鸟类的卵(鸟类的蛋 只有其中的蛋黄才是它的细胞,卵白是供发育用的营养物质,不屑于细胞部分),如鸵鸟蛋 卵黄的直径可达 5cm。 细胞的大小受细胞核所能控制的范围制约, 较小的细胞有相对较大的 表面积,较大的细胞则相反。 三、原核细胞和真核细胞 构成生物体的细胞可以分成两类:原核细胞和真核细胞。原核细胞如细菌、蓝藻、放线 菌、 枝原体等是由原核细胞构成的。 真核细胞结构复杂, 大多数生物都是由真核细胞所构成。 1.原核细胞 原核细胞壁的化学组成主要由是蛋白多糖(肽聚糖)所组成,少数原核细胞的壁还含有 其他多糖和类脂,有的原核细胞壁外还有胶质层。 原核细胞内有一个含 DNA 的区域,称类核或拟核。类核外面没有 核膜,只由一条 DNA 构成。这种 DNA 不与蛋白质结合形成核蛋白。原 核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等,但有核糖体和中间 体。核糖体分散在原生质中,是蛋白质合成的场所。中间体是质膜内陷 形成的复杂的褶叠构造,其中有小泡和细管样结构。有些原核细胞含有 类囊体等结构。 类囊体具有光合作用功能。 在原核细胞中还有糖原颗粒、 脂肪滴和蛋白颗粒等内含物。
藻细胞模式图 11.DNA 2.核糖体 3.细胞壁 4.细胞膜

2.真核细胞 真核细胞中,动物细胞和植物细胞也有重要区别。动物细胞质膜外无细胞壁,无明显的 液泡。此外,在细胞核的附近有中心粒,在细胞有丝分裂时,发出星状细丝,称为星体。 植物细胞和动物细胞的主要区别是:植物细胞具有质体;其次,植物细胞的质膜外被细 胞壁,相邻细胞间有一层胶状物粘合作用,称中层或胞间层。在两个相邻细胞间的壁上,有 原生质丝相连,称胞间连丝,使细胞间互相沟通。最后在植物的分化细胞中往往有大液泡。 原核细胞和真核细胞的主要区别比较如下: 原核细胞与真核细胞结构的主要区别 原核细胞 细胞大 小 细胞核 遗传系 统 很小(1~10 微米) 无膜(称“类核”) DNA 不与蛋白质结合 一个细胞只有一条 DNA 真核细胞 较大(10~100 微米) 有膜 核内的 DNA 与蛋白质结合,形成染色质(染 色体)

一个细胞有两条以上染色体 细胞质 无内质网 无高尔基体 无溶酶体 无线粒体 仅有功能上相近的中间体 无叶绿体,但有的原核细胞有类 囊体 一般无微管、无微丝 无中心粒 主要由胞壁质组成 有内质网 有高尔基体 有溶酸体 有线粒体 有叶绿体(植物细胞) 有微管、微丝 在中心粒(动物细胞)

细胞壁

主要由纤维素组成

四、真核细胞的亚显微结构 光镜下看到的结构称为细胞的显微结构。 电子显微镜下看到的结构, 一般称为亚显微结 构。亚显微结构水平能将分辨率提高到甚至几个埃,放大倍数可达到几十万倍。 1.细胞膜 (1)质膜的化学组成 细胞膜主要由脂类和蛋白质组成,蛋白质约占膜干重的 20%~70%,脂类约占 30%~ 80%,此外还有少量的糖类。 (2)质膜的分子结构模型 “流动镶嵌模型”主要特点:一是强调了膜的流动性,二是显示了膜脂和膜蛋白分布 的不对称性。 多糖只分布于膜和外侧,表现出不对称性。脂质在膜中的分布也是不完全对称的。流动 镶嵌模型认为质膜的结构成分不是静止的, 而是可以流动的。 一般认为膜脂所含脂肪酸的碳 链愈长或不饱和度愈高,流动性愈大。环境温度下降膜脂的流动性减弱,相反,在一定限度 内温度升高则脂质的流动性增加。 (3)物质通过质膜进出细胞 物质进出细胞必须通过质膜, 质膜对物质的通透有高度选择性。 通透过程可分 5 种类型: 自由扩散、促进扩散、伴随运送、主动运输和内吞外排作用(见下图)。

通过细胞膜物质运输的五种形式 (1)简单扩散;(2)促进扩散;(3)伴随运送;(4)主动运输;(5)内吞外排作用

自由扩散: 顺浓度梯度直接穿过脂双层进行运输。 既不需要细胞提供能量也不需要膜蛋 白协助。一般来说,影响物质进行自由扩散速度的因素主要是物质本身分子大小、物质极性 大小、膜两侧物质的浓度差及环境温度等。 协助扩散:顺浓度梯度的运输,但扩散是通过镶嵌在质膜上的蛋白质的协助来进行的。 如葡萄糖过红细胞膜进入细胞的过程。 但葡萄糖通过膜进入细胞的过程, 特别是在小肠上皮 细胞,往往是以主动运输方式进行的。 主动运输:一般逆浓度梯度进行的物质运输。主动运输过程中,需要细胞提供能量及细 胞膜上的载体蛋白协助。如钠-钾泵。 伴随运输(又叫协同运输) :逆浓度梯度进入细胞。在此过程中物质运动并不直接需要 ATP,而是借助其他物质的浓度梯度为动力进行的。后一种物质是通过载体和前一种物质相 + 伴随运动的。比如动物细胞对氨基酸和葡萄糖的主动运输,就是伴随 Na 的协同运输。 内吞作用和外排作用: 大分子物质要以形成小泡的方式才能进入细胞。 它们先与膜上某 种蛋白质进行特异性结合,然后这部分质膜内陷形成小囊,将该物质包在里面。随后从质膜 上分离下来形成小泡,进入细胞内部。这个过程称作内吞作用。内吞的物质为固体者称为吞 噬作用,若为液体则称为胞饮作用。与内吞作用相反,有些物质通过形成小泡从细胞内部逐 步移到细胞表面,与质膜融合而把物质向外排出。这种运送方式称为外排作用。内吞作用和 外排作用与其他主动运输一样也需要能量供应。 (4)细胞膜与细胞的识别 细胞识别的功能是和细胞膜分不开的。 因为细胞膜是细胞的外表面, 自然对外界因素的 识别过程发生在细胞膜。如哺乳动物和人类的细胞识别:当外来物质(例如大分子、细菌或 病毒,在免疫学上称它们为抗原)进入动物和人体,免疫系统以两种方式发生反应,一是制 造抗体,一是产生敏感细胞。抗体和敏感细胞与抗原相结合,通过一系列反摧毁抗原,把抗 原从体内消除掉。抗原与抗体的识别,主要取决于细胞膜上表面的某些受体。 2.细胞质 (1)细胞质的基质 细胞质基质其中包含了许多物质, 如小分子的水、 无机离子, 中等分子的脂类、 氨基酸、 核苷酸,大分子的蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。 (2)细胞器 ①线粒体 线粒体是一种普遍存在于真核细胞中的细胞器, 各种生命活动所需的能量大 部分都是靠线粒体中合成的 ATP 提供的,因此有细胞的“动力工厂”之称。 ②叶绿体 叶绿体是质体的一种,是绿色植物进行光合作用的场所。质体是植物细胞所特有的。它 可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。 兰藻和光合细菌等原核生物没有叶绿体。 兰藻的类囊体是分布在细胞内, 特别是分散在 细胞的周边部位。 光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进行的。 这种内膜呈小 泡状或扁囊状,分布于细胞周围,称为载色体。 ③内质网 内质网是细胞质中由膜围成的管状或扁乎囊状的结构, 互相连通成网, 构成细胞质中的 扁平囊状系统。 内质网根据不同的形态结构,可分为两种类型:一种是粗面内质网,其结构特点是由扁 平囊状结构组成,膜的外侧有核糖体附着。现在有大量实验证明,各种分泌蛋白质(如血浆 蛋白、 血浆清蛋白、 免疫球蛋白、 胰岛素等) 都主要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。 还有种内质网是滑面内质网,多由小管与小囊构成不规则的网状结构,膜表面光滑,无核糖 体颗粒附着。主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。

内质网的功能包括以下几点: 蛋白质的合成与转运(粗面内质网); 蛋白质的加工(如糖基化); 脂类代谢与糖类代谢(滑面内质网); 解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。 ④核糖体 核糖体是无膜的细胞器,主要成分是蛋白质与 RNA。核糖体的 RNA 称为 rRNA,约占 60%,蛋白质约占 40%,蛋白质分子主要分布在核糖体的表面,而 rRNA 则位于内部,二者 靠非共价键结合在一起。 核糖体附有附着核糖体和游离核糖体两种类型,附着核糖体与内质同形成复合细胞器, 即粗面内质网。 附着在内质网膜上的核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同, 但核糖 体的结构与化学组成是完全相同的。 核糖体由大、小两个亚单位组成。由于沉降系数不同,核糖体又分为 70S 型和 80S 型。 70S 型核糖体主要存在于原核细胞及叶绿体、线粒体基质中,其小亚单位为 30S,大亚单位 为 50S;80S 型核糖体主要存在于真核细胞质中,其小亚单位为 40S,大亚单位 60S。 核糖体是蛋白质合成的场所。 因此核糖体是细胞不可缺少的基本结构, 存在于所有细胞 中。核糖体往往并不是单个独立地执行功能,而是由多个核糖体串连在一条 mRNA 分子上 高效地进行肽键的合成。这种具有特殊功能与形态的核糖体与 mRNA 的聚合体称为多聚核 糖体。 ⑤高尔基复合体, 高尔基体是由滑面膜围成的扁囊状和泡状结构组成的。典型的高尔基体表现一定的极 性,凸面称形成面,凹面称成熟面。形成面的膜较薄,与内质网膜相似,成熟面的膜较厚, 与质膜相似。 高尔基器的第一个主要功能是为细胞提供一个内部的运输系统, 它把由内质网合成并转 运来的分泌蛋白质加工浓缩,通过高尔基小泡运出细胞,这与动物分泌物形成有关。高尔基 体对脂质的运输也起一定的作用。 高尔基体的第二个重要功能是能合成和运输多糖, 这可能 与植物细胞壁的形成有关。 第三个方面就是糖基化作用, 即高尔基体中含有多种精基转移酶, 能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。 ⑥溶酶体 溶酶体是由一个单位膜围成的球状体。 主要化学成分为脂类和蛋白质。 溶酶体内富含水 解酶,由于这些酶的最适 pH 值为酸性,因而称为酸性水解酶。其中酸性磷酸酶为溶酶体的 标志酶。 溶酶体可分成两种类型: 一是初级溶酶体, 它是由高尔基囊的边缘膨大而出来的泡状结 构,因此它本质上是分泌泡的一种,其中含有各种水解酶,各种酶还没有开始消化作用,处 于潜伏状态。二是次级溶酶体,它是吞噬泡和初级溶酶体融合的产物,是正在进行或已经进 行消化作用的液泡。有时亦称消化泡。 溶酶体第一方面的功能是参与细胞内的正常消化作用。 第二个方面的作用是自体吞噬作 用。溶酶体可以消化细胞内衰老的细胞器,其降解的产物重新被细胞利用。第三个作用是自 溶作用。如无尾两栖类尾巴的消失等。 ⑦圆球体和糊粉粒 植物细胞有具水解酶活性的结构,如圆球体。它们都是由一个单位膜围成的球状体。圆 球体具有消化作用及贮存脂肪功能;糊粉粒也具消化作用,并且为蛋白质的贮存场所。 ⑧微体 微体也是一种由单位膜围成的细胞器。 根据酶活性的差别可分为两种类型: 过氧物体和

乙醛酸循环体。 过氧化物酶体:是具有过氧化氢酶活性的小体,内含许多氧化酶、过氧化氢酶,能将对 细胞有害的 H2O2 转化为 H2O 和 O2。在植物叶肉细胞中,过氧化物酶体执行光呼吸的功能。 乙醛酸循环体:除含过氧化物酶体有关的酶系外,还含有乙醛酸循环有关的酶系,如异 柠檬酸裂合酶、苹果酸合成酶等。乙醛酸循环体除了具有分解过氧化物的作用,还参与糖异 生作用等过程 ⑨液泡与液泡系 在植物细胞中有大小不同的液泡。 成熟的植物细胞有一个很大的中央液泡, 可能占细胞 体积的 90%,它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小,差别也不显著。 液泡由一层单位膜围成。其中主要成分是水。不同种类细胞的液泡中含有不同的物质, 如无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。 液泡的功能是多方面的, 强维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。 其次是贮藏各种物 质, 例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡中, 而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液 泡中浓缩的结果。第三,液泡中含有水解酶,它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。最后,液 泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。 3.细胞核 真核细胞具有细胞核。 除了哺乳动物成熟红细胞及高等植物的筛管细胞等少数几种细胞 能在无核状态下进行生命活动外, 多数真核细胞都具有细胞核。 细胞核是遗传信息的贮存场 所,对于细胞结构及生命活动具有重要的调控作用。 (1)核膜 在电镜下真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质四部分。 真核细胞具有核膜,核膜亦称核被膜,使遗传物质 DNA 与细胞质分开。原核生物,如 细菌、兰藻等不具核膜,即 DNA 和细胞质之间没有膜隔开。核膜由内外两层膜组成。内膜 平滑,外膜靠细胞质的一侧有时附着有核糖体,并且常可看到外膜与粗面内质网是连续的, 所以内外膜之间的核周腔经过内质网似乎可能和细胞处相通。 内外两膜在很多地方愈合形成 小孔,称为核膜孔。 离子、 比较小的分子可以通透核膜。 但像球蛋白、 清蛋白等高分子则不能原样通过核膜。 高分子的进出核要由核膜孔通过。 (2)染色质 染色质是间期细胞核中易被碱性染料染色的物质,由 DNA 与蛋白质为主组成的复合结 构,是遗传物质的存在形式。染色体与染色质是化学组成一致、而在细胞周期的不同时期出 现的两种不同构型结构。 在真核细胞中, 核小体是构成染色质的基本单位, 核小体是 DNA 与组蛋白结合形成的。 另外,染色质的成分还包括少量的 RNA 和非组蛋白。 在间期核中, 染色质的形态不均匀。 根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质 两种类型。常染色质折叠疏松、凝缩程度低,处于伸展状态,碱性染料染色时着色浅,具有 转录活性的染色质一般为常染色质。异染色质折叠压缩程度高,处于凝集状态,经碱性染料 染色着色深,其 DNA 中重复序列多,复制较常染色质晚。 (3)核仁 光学显微镜下观察,真核细胞的间期核中可见到 1 个或多个球状小体称为核仁。 核仁是核糖体 RNA(rRNA)合成及核糖体亚单位前体组装的场所,与核糖体的生物发 生密切相关。核糖体 RNA 是在核仁合成的。如组成 80S 型核糖体的 rRNA 共有四种:5S、 5.8S、18S、28S,其中后三种是在核仁中合成的。 (4)核基质

间期核内非染色或染色很淡的基质称核内基质。 染色质和核仁悬浮于其中, 它含有蛋白 质、RNA、酶等。核内基质亦称核液。 4.细胞骨架 细胞骨架普遍存在于真核细胞中,蛋白质纤维构成的网架体系。主要包括细胞膜骨架、 细胞质骨架和细胞核骨架三部分。细胞骨架对于细胞形态的维持、细胞运动、物质运输、细 胞增殖及分化等具有重要作用。 (1)细胞膜骨架 指细胞膜下由蛋白质纤维组成的网架结构, 称为细胞膜骨架。 膜骨架一方面直接与膜蛋 白结合,另一方面又能与细胞质骨架相连,主要参与维持细胞质膜的形态,并协助细胞膜完 成某些生理功能。 (2)细胞质骨架 要指存在于细胞质中的三类成分:微管、微丝和中间纤维。它们都是与细胞运动有关的 结构。 微管:它是中空的圆筒状结构,直径为 18nm~25nm,长度变化很大,可达数微米以上。 构成微管的主要成分是微管蛋白。另外,纤毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由许多微管聚集 而成,细胞分裂时出现的纺锤丝也是由微管组成。组成纤毛、鞭毛的微管主要与运动有关, 而神经细胞中的微管可能与支持和神经递质的运输有关。微管经低温、高压、秋水仙素和长 春花碱等处理后就会破坏,使细胞变形,也不能运动。 微丝:微丝是原生质中一种细小的纤丝,直径约为 50 ?~60 ?,常呈网状排列在细胞 膜之下。微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白,这是肌纤维的运动蛋白。细胞质的流动、变形 运动等都和微丝的活动有关。 动物细胞在进行分裂时, 细胞中央发生横缢, 将细胞分成两个, 也必须由微丝收缩而产生。有的微丝主要起支架作用,与维持细胞的形状有关。 中间纤维:其粗细介于微管和微丝之间,也是由蛋白质组成。不同组织中,中间纤维的 蛋白质成分有明显的差异。中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系,细胞起支 撑作用。同时参与桥粒的形成。它外连细胞膜,内与核内的核纤层相通,它在细胞内信息传 递过程中可能起重要作用。 (3)细胞核骨架 真核细胞核中也存在着一个以蛋白质为主要结构成分的网架体系, 称为核骨架。 狭义地 讲,核骨架就是指核基质,广义地讲,核骨架则包括了核基质、核纤层和核孔复合体等。核 基质为 DNA 复制提供空间支架,对 DNA 超螺旋化的稳定起重要作用。核纤层为核被膜及 染色质提供结构支架。 (5)鞭毛和纤毛 鞭毛和纤毛是动物细胞及某些低等植物细胞表面的特化结构, 具有运动功能。 纤毛与鞭 毛结构基本相同, 包括两部分: 鞭杆、 基体。 鞭杆轴心是由 “9+2” 排列的一束微管构成 (包 括一对平行单管微管的组成的中央微管及围绕中央微管外周的 9 个二联体微管) 基体则无 。 中央微管,外周由 9 个三联体微管组成,呈“9+0”结构。这与中心粒的相同。 五、细胞分化 细胞分化,简单说是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 1.细胞分化的原理 (1)细胞核的全能性 受精卵具有分化出各种组织和细胞,并建立一个完整个体的潜在能力,称为全能细胞。 囊胚细胞和原肠胚细胞具有分化出多种组织的可能, 但却不能发育成完整的个体, 为多能细 胞。成体中储存着保持增殖能力的细胞,它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织,有

的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。 随着动物细胞分化程度提高, 细胞分化潜能越来越窄, 但它们的细胞核仍保持着全能性。 高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能,保持着发育的全能性。 (2)基因的选择表达 细胞分化与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类:管家基因和奢侈基因。管家 基因是维持细胞生存必需的一类基因, 在各类细胞中都处于活动状态。 奢侈基因是在不同组 织细胞中选择表达的基因,与分化细胞的特殊性状直接相关。目前一般认为,细胞分化主要 是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。 2.细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响 (1)细胞质在细胞分化中的决定作用 受精卵的分裂称卵裂。 卵裂过程的每次分裂, 从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞 中,但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配,在一定 程度上决定了细胞的早期分化。 (2)细胞核在细胞分化中的作用 细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此,在细胞分化过程中,细胞核对于细胞分 化也肯定有重要的影响,它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。 (3)外界环境对细胞分化的影响 细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响,并决定其分化方向。另外,在多细胞生物幼体 发育过程中,环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。 3.癌细胞 不受调节的恶性增殖细胞,这种细胞即称为癌细胞。 (1)癌细胞的主要特征 癌细胞的主要特征表现在无限增殖;接触抑制现象丧失;细胞间的粘着性降低,易分散 和转移;易于被凝集素凝集;粘壁性下降;细胞骨架结构紊乱;产生新的膜抗原;对生长因 子需要量降低等方面。 (2)致癌因子及癌基因学说 凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类:化学致癌因子,物理致癌因 子,病毒致癌因子。 一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”:认为病毒对细胞的致癌作用是由于 病毒基因组中的癌基因引起, 而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染 而从病毒基因组中获得。 如果细胞癌基因受阻, 则细胞能正常发育; 在各种致癌因子作用下, 细胞癌基因被活化而使细胞发生癌变。

[典型例题]
例 1.原核生物: A.具有细胞器,但不具有细胞核 B.能产生 ATP,能独立进行生命过程 C.细胞壁含几丁质 D.大多具有环状 DNA E.都是厌氧生物 解析:原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等,但有核糖体和中间体。细 胞壁成分主要 为肽聚糖,拟核内遗传物质为环状 DNA 分子。能独立代谢,但有需氧型的,也有厌氧型的。 答案 BD。 例 2.癌细胞的特征有(多选): A.可以远端转移 B.仅在人类和灵长类发现

C.其所有的癌基因表达上升 D.不存在细胞凋亡 解析:癌细胞的主要特征表现在无限增殖;接触抑制现象丧失;细胞间的粘着性降低, 易分散和转移; 易于被凝集素凝集;粘壁性下降;细胞骨架结构紊乱;产生新的膜抗原;对生长因子需要量 降低等方面。答案:AD。 例 3.以下哪个有关核仁的说法是错误的: A.核仁在有丝分裂中消失 B.rRNA 合成在核仁进行 C.tRNA 合成在核仁进行 D.小核仁可融合成大核仁 解析:核仁是核糖体 RNA(rRNA)合成及核糖体亚单位前体组装的场所,与核糖体的 生物发生密切相关。核仁可融合形成大核仁。答案:C 例 4.鞭毛摆动和细胞分裂收缩环的作用主要分别涉及细胞骨架: A.微管与微丝 B.中间纤维与微管 C.中间纤维与微丝 D.都是微管 解析:组成纤毛、鞭毛的微管主要与运动有关;动物细胞在进行分裂时,细胞中央发生 横缢,将细胞分成两个,也必须由微丝收缩而产生。答案:A。 例 5:自然界最小的细胞是 A.病毒 B.支原体 C.血小板 D.细菌 解析:最小的细胞是支原体。病毒无细胞结构,血小板无细胞核,不能算作真正的生命 体。答案:B。 例 6:在下列关于细胞基本共性的描述中,哪一项是错误的: A.所有细胞表面均具有脂蛋白体系构成的细胞膜 B.所有的细胞都有两种核酸(DNA 与 RNA)作为遗传信息复制与转录的载体 C.所有的细胞都有线粒体,作为产能细胞器 D.所有的细胞都具有核糖体作为蛋白质合成的机器 解析:凡细胞结构(包括原核细胞和真核细胞)均具有质膜,质膜的均以磷脂双分子层 为基本支架,蛋白质为运输载体。细胞中均具有两种核酸。但细胞中不均具有细胞器,厌氧 呼吸的细胞中均无线粒体。细胞中均具核糖体,用于蛋白质的合成。答案:C。 例 7:细胞膜脂质双分子层中,镶嵌蛋白质分子分布在: A. 仅在内表面 B.仅在两层之间 C.仅在内表面与外表面 D.两层之间、内表面与外表面都有 解析: 根据细胞膜的流体镶嵌模型, 镶嵌蛋白质分子分布在两层之间、 内表面与外表面。 答案:D。 例 8: 甜菜肉质贮藏根液泡中的花青素使块根呈红色, 将此根切成小块, 放入蒸馏水中, 水的颜色无明显变化;若先用盐酸处理此根,再放入蒸馏水中,则水变为红色,原因是: A.盐酸破坏了细胞壁 B.盐酸破坏了细胞膜 C.盐酸破坏了原生质层 D.花青素溶于盐酸而不溶于水 解析: 盐酸破坏了原生质层, 即细胞膜、 细胞质及液泡膜, 使细胞的选择透过性被破坏, 细胞液外流。答案:C。 例 9:造成动植物细胞营养类型不同的主要原因是动物细胞: A.无细胞壁 B.无中央液泡 C.无质体 D.无中心体 解析:动植物细胞代谢类型不同,植物一般为自养型,动物一般为异养型,主要原因是 动物细胞无质体,而植物细胞有。质体中的叶绿体可进行光合作用,制造有机物。 例 10:下列结构中,必需用电子显微镜才能看得到的结构是: A.液泡和叶绿体 B.基粒和核孔 C.细胞核和染色体 D.细胞壁和细胞 膜

解析:光镜下可见的结构为显微结构,如细胞壁、细胞核、核仁、染色体、纺锤体、叶 绿体等;电镜下分辨率达 0.25um 以下的结构为亚显微结构,如基粒和核孔。

[智能训练]
1.下列生物中属于原核生物的一组是:( ) A.蓝藻和酵母菌 B.蓝藻和硝化细菌 C.绿藻和根瘤菌 D.水绵和 紫菜 2.下列各种特征中,属于细菌共有的是 ① 原核细胞 ② 坚硬的细胞壁和肽葡聚糖 ③ 真核细菌 ④ 裂殖繁殖 ⑤ 具有纤维素的坚硬细胞壁 A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①②⑤ 3.细菌的芽孢是:( ) A.休眠体 B.营养繁殖体 C.孢子 D.营养体 4.根据内共生起源学说,线粒体和叶绿体分别起源于:( ) ① 原细菌 ② 原始真核细胞内细菌状共生体 ③ 紫色硫细菌 ④ 反硝化细菌 ⑤ 原始真核细胞内蓝藻状共生体 A.①③ B.②④ C.③⑤ D.②⑤ 5.动物细胞在细胞膜外缺少坚硬的细胞壁,但许多细胞仍然保持细胞的非球体状态,其原 因是:( ) A.细胞膜上的蛋白质分子可以流动 B.微管起着支持作用 C.基质充满细胞维持着形态 D.磷脂双分子层的骨架作用 6.是细菌具有的结构和重要的生理活动的是:( ) ① 自养 ② 异养 ③ 不能运动 ④ 有叶绿体 ⑤ 有线粒体 ⑥ 有细胞 核 ⑦ 没细胞核 ⑧ 有细胞膜 ⑨ 有细胞壁 ⑩ 可以运动 A.②⑤⑥⑧⑩ B.①③④⑤⑥⑧⑨ C.②③⑤⑥⑧⑨ D.①②③ ⑦⑧⑨⑩ 7.下列物质中,不能横穿细胞膜进出细胞的是:( ) A.维生素 D 和性激素 B.水和尿素 C.氨基酸和葡萄糖 D.酶和胰 岛素 8.关于细胞核膜上的核孔,以下叙述不正确的是:( ) A.核孔在核膜上均匀分布 B.核孔由内、外核膜融合而成 C.核孔数目多少与细胞核体积大小正相关 D.核孔是某些大分子物质的运输 孔道 9.在某一类型的血细胞中,一种中性物质的浓度比周围血浆中的浓度高得多,然而此物质 仍能继续不断地进入细胞。该物质进入细胞的这一方式是:( ) A.渗透作用 B.简单扩散作用 C.易化扩散,即进行得较快的扩散作用 D.主动运输 10.真核细胞细胞质中的核糖体:( ) A.与细菌的核糖体大小、组成相同 B.较细菌的核糖体大,但组成相 似 C.较细菌的核糖体小,组成不同 D.与细菌核糖体大小相同,但组 成完全不同

11.在真核细胞中,产生初级溶酶体的是:( ) A.细胞质液 B.细胞核 C.高尔基体 D.内质网 12.粗面内质网上合成的蛋白质需经下列哪种结构加工处理后才具有生物活性?( ) A.溶酶体 B.线粒体 C.质体 D.高尔基 体 13.睾丸间质细胞合成的雄性激素,是在下列哪种细胞器中合成的?( ) A.高尔基体 B.细胞质 C.核糖体 D.滑面内 质网 14.用某种影响细胞骨架的药水处理体外培养的细胞,群体中出现双核细胞,最可能的原因 是:( ) A.微丝破坏 B.微管破坏 C.染色体畸变 D.细胞发 生融合 15.下列四对名词中,合适的是:( ) A.叶绿体一酶的贮藏处 B.过氧化(酶)体一细胞中的转运 作用 C.核仁一核糖体亚基的组装部位 D.溶酶体一细胞中的发电站 16. 如果以下的说法对叶绿体和线粒体来说都正确, 在括号上标 “+” 如果不正确则标 , “-” A.含有蛋白质( ) B.含有可结合氢离子的辅酶( ) C.含有钾离子( ) D.缺少 DNA( ) E.能产生 ATP( ) F.能产生氧气( ) 17.请参考下面资料,回答以下两个问题: ①直径 25nm;②直径 8~10nm;③直径 7nm;④管状;⑤由各种蛋白质组成; ⑥由 4~5 条原丝组成的管;⑦由微管蛋白组成,是一种蛋白质;⑧主要由肌动蛋白组 成; ⑨死亡细胞形成角质保护层;⑩构成中心粒、纺锤体、纤毛的基本单位。 (1) 真核细胞含有微管和微丝结构, 这些结构称为细胞骨架。 正确描述微管的是: ) ( A.①④⑦⑩ B.③⑥⑧ C.②⑤⑥⑨ D.③⑧ (2)能描述微丝特点的是:( ) A.①④⑦⑩ B.③⑥⑧ C.②⑤⑥⑨ D.③⑧ 18.高等植物细胞和动物细胞之间,在细胞分裂的机制上的不同点是:( ) ① 着丝点分裂 ② 细胞质分裂 ③ 纺锤丝的功能 ④ 中心粒存在 A.①② B.①④ C.②④ D.③④ 19.“一些细菌的单个细胞可能包括不同数量的质粒分子。”这句话:( ) A.不对,每个细胞中只有一个质粒分子 B.对,但仅当细菌菌株不同时 C.对,但只是当细菌在不同条件下培养时 D.对,因为大多数质粒的复制并不 是严格控制的 20.核糖体 RNA 的基因位于染色体上的位置是:( ) A.端粒 B.主隘痕 C.着丝粒 D.副隘 痕 21.决定核糖体与内质网之间的联系的是:( ) A.碳水化合物 B.蛋白质氨基末端序列 C.蛋白质羧基末端序列 D.脂肪 22.支持叶绿体的内共生起源假说的特征是:( ) ① 它为单层膜的细胞器 ② 它为双层膜的细胞器

③ 它具有自己独立的遗传系统,包括环状 DNA ④ 它没有自己的遗传系统 ⑤ 它具有与细胞质核糖体不同的核糖体 ⑥ 它具有与细胞质核糖体相同的核 糖体 A.①④⑤ B.②④⑥ C.①③⑥ D.②③ ⑤ 23.一个分子自叶绿体类囊体内到达线粒体基质必须穿过的层膜数是:( ) A.3 B.5 C.7 D.9 24.下图中Ⅰ—Ⅳ说明了物质和离子通过细胞膜的转运,下列陈述中正确的是:( )

A.所有图中均有主动运输 B.在图Ⅱ和图Ⅲ中有主动转运,在图Ⅰ和图Ⅳ中有被动转运 C.在图Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ中有渗透作用 D.在Ⅲ图中有主动转运,而在图Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中有被动转运 25.高等植物细胞之间的物质交换和通讯主要通过的途径是:( ) A.胞隙连结 B.吞噬 C.外排 D.胞间连 丝 26.白细胞能吞噬绿脓杆菌,与这一现象有关的是:( ) A.主动运输 B.协助扩散 C.自由扩散 D.胞膜一 定的流动性 27.溶酶体内腔液:( ) A.较细胞质更具酸性 B.较细胞质更为碱性 C.同细胞质的 pH 一样 D.时而更酸,时而更碱 28.下列对克隆羊叙述正确的是(多选):( ) A.克隆羊是无性生殖产生的 B.克隆绵羊“多莉”采用的是母体乳腺上皮细胞 C.克隆绵羊“多莉”的产生过程利用了三只绵羊 D.克隆“多莉”用的是 16 细胞“胚”植入代孕母羊 29.病毒的特点是(多选):( ) A.可采用光学显微镜观察病毒的形态特征 B.病毒不能产生 ATP,不能独立进行各种生命过程 C.病毒毒粒内含有 DNA 和 RNA D.病毒能通过细菌滤器 E.没有细胞结构 30.对法囊藻(一种海藻)的细胞中各种离子浓度的分析表明,细胞液的成分与海水 的成分很不相同(见右图)。 + - + + (1)K 和 Cl 的细胞内积累,而 Na 、Ca2 等在细胞液中的含量低于海水中的含 量。这表明 。

(2)K 和 Cl 进入细胞的转运方向是 ,这种吸收方式叫 做 ,这种吸收方式需要的两个基本条件 是 , 。 + 2+ (3)Na 和 Ca 进入细胞的转运方向是 ,它们的吸收方式属 于 。 (4)法囊藻细胞液中的各种离子浓度与海水中各种离子浓度不成比例, 其结构基础是 。 31.右下图是某种生物的细胞亚显微结构示意图,试据图回答: (1)与图中⑥的形成有关的结构是 。 (2)与细胞渗透吸水能力直接有关的结构是 。 (3)对细胞各种生理活动起催化作用的物质是在 处会成。 (4)图中能将水分解的场所是 。 (5)CO2 主要由图中的 释放,所释放的 CO2 在充足的光照条件 下扩散到 处被利用。 (6)非生物界的能量通过图中结构 的生理活动后,才能进入生物界。 (7)既是细胞营养物质贮藏器,又是细胞废物的排泄器是图中的 。 32.右图为某动物细胞结构示意图,如果在一定时间内,让该细胞吸收放射性同位素 标记的氨基酸。请回答问题: (1)⑤部位的物质(图上方的黑点),首先是附着在( ) 上的 ( ) 合成的 物质。 (2)它是由( ) 。加工后形成的。 (3)此动物细胞对该物质还具有 功能。 33.阅读下文,并回答以下各问题: 把菠菜叶放进适当的溶液中,进行研磨。将研磨液用纱布过滤后,除去未磨碎的组织, 得到一种绿色的液体。把其倒入离心管中,进行适当强度的离心分离,得到沉淀(沉淀 A)。 将此沉淀用电子显微镜进行观察时,可发现细胞壁的碎片和(甲)膜上具有许多小孔的球状 结构。 将其上清液的绿色部分进行较强力的离心分离时, 绿色部分几乎全部沉淀 (沉淀 B) 。 用电子显微镜观察此沉淀,发现有许多(乙)直径为几微米的细胞器。又把几乎透明的上清 液,用更强的离心力进行分离时,可得沉淀(沉淀 C)。用电子显微镜观察此沉淀,则发现 (丙)许多直径约 0.5um 的球状或短棒状,内外包着两层膜且向内折叠的细胞器。如继续进 行强力离心时, 可使上部的澄清部分中的小微粒都沉淀, 此沉淀 (沉淀 D) 其中含有许多 (丁) 直径约 0.02um 的致密小颗粒和(戊)由该颗粒所附着的膜构成的细胞器。 (1):上述文章中划线处(甲)~(戊)所示的细胞结构名称分别是 甲 乙 丙 丁 戊 A 细胞核——叶绿体——线粒体——内质网——核糖体 B 线粒体——叶绿体——细胞核——内质网——核糖体 C 细胞核——叶绿体——线粒体——核糖体——内质网 D 线粒体——叶绿体——细胞核——核糖体——内质网 (2):下文①~⑨是对上述沉淀 A~D 所含有关细胞器的叙述。请从①~⑨中找出正 确答案填入各自 的括号内。 沉淀 A( ),沉淀 B( ),沉淀( ),沉淀 D( )。 ① 与 CO2 的产生和 ATP 的生成有关





② 具有全透的性质,对植物细胞的形态具有维持作用 ③ 是蛋白质合成的主要场所 ④ 含有大量的 DNA ⑤ 含有与糖酵解有关的酶 ⑥ 与氧的产生和 ATP 的生成有关 ⑦ 含有与三羧酸循环和电子传递系统有关的酶 ⑧ 含有 CO2 合成葡萄糖或淀粉有关的酶 ⑨ 是合成某些专供输送到细胞外的蛋白质的细胞器 【参考答案】 1.B 2.A 3.A 4.D 5.B 6.D 7.D 8.C 9.D 10.B 11.C 12.D 13.D 14.D 15.C 16.+ + + - + - 17.(1)A(2) D 18. C 19. D 20. D 21. 22. B D 23. B 24. D 25. D 26. D 27. A 28ABC 29BDE 30.(1)此海藻对矿质离子的吸收具有选择性 (2)从低浓度到高浓 度 主动运输 载体和能量(3)高浓度到低浓度 主动运输(4)细胞膜上不同离子 的载体数量不同 31.(1)② (2)③ (3)⑦ (4)⑤ (5)④⑤ (6)⑤ (7) ③ 32.(1)②内质网 ①核糖体 蛋白质 (2)③高尔基体 (3)分泌 33.(1) C (2)A ②④ B ⑥⑧ C ⑤⑦ D ③⑨

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题三 细胞代谢的 基础
[竞赛要求]
1.细胞代谢与能量 2.ATP(三磷酸腺苷)结构和功能 2.酶的功能 3.细胞膜:理化性质、分子结构与物质运输等

[知识梳理]
一、细胞代谢与能量 1.细胞代谢与能量 生物的新陈代谢,或称代谢,是生物体内所进行的全部物质和能量变化的总称,它是最 基本的生命活动过程。生活的细胞通过代谢活动,不断从环境中取得各种必需的物质,来维 持自身高度复杂的有序结构,并保证细胞生长、发育和分裂等活动的正常进行。 细胞中能的转换类型是多种多样的。由于细胞成分中的蛋白质、核酸等分子相当脆弱, 遇到高温就要变性失活, 所以细胞内不能利用热能来做功。 在细胞和生物体的能量转换中起 重要作用的是化学能。三磷酸腺苷(ATP)常常充当各种类型的能量相互转换的媒介物。许 多放能反应总是和 ATP 的合成相耦联,将放出的能贮存在 ATP 中;许多需能反应总是和 ATP 分解相耦联,从 ATP 中获得自由能(在压力和温度都恒定的条件下能够做功的能称为 自由能)。 2.三磷酸腺苷(ATP)

(1) ATP 的结构特性 三磷酸腺苷(ATP)也叫做腺苷三磷酸、是高能磷酸化合物的典型代表。ATP 是由一分 子腺嘌呤、 一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。 这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团 连接处算起,依次分别称为 α、β、γ 磷酸基团。ATP 的结构式是:

ATP 分子中的 γ 磷酸基团水解时(有关酶的催化下),能释放 30.5 kJ/mol 的能量。ATP 分子既可以水解一个磷酸基团(γ 磷酸基团),而形成二磷酸腺苷(ADP)和磷酸(Pi); 也可以同时水解两个磷酸基团(β 磷酸基团和 γ 磷酸基团),而形成一磷酸腺苷(AMP)和 焦磷酸(PPi)。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP 可以在腺苷酸激酶 的作用下,由 ATP 提供一个磷酸基团而形成 ADP,ADP 又可以迅速地接受另外的磷酸基团 而形成 ATP。 (2) ATP 系统的动态平衡 ATP 是活细胞内一种特殊的能量载体,在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广 泛存在着, 但是 ATP 在细胞内的含量是很少的。 ATP 与 ADP 在细胞内的相互转化却是十分 迅速的。在活细胞中,ATP 末端磷酸基团的周转是极其迅速的,其消耗与再生的速度是相 对平衡的,ATP 的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。这对于构成细胞内 稳定的供能环境具有十分重要的意义。 (3) ATP 的生成 动物和人等:呼吸作用 绿色植物:光合作用;呼吸作用 (4) ATP 的利用 ATP 中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量,用于各项生命活动。这些能量的形 式主要有以下 6 种。 渗透能:细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的,物质跨膜移动所做的功消耗了能量,这 些能量叫做渗透能。 机械能:细胞内各种结构的运动都是在做机械功,所消耗的就是机械能。例如,肌细胞 的收缩,草履虫纤毛的摆动,精子鞭毛的摆动,有丝分裂期间染色体的运动,腺细胞对分泌 物的分泌等。 电能:大脑的思考──神经冲动在神经纤维上的传导,以及电鳐、电鳗等动物体内产生 的生物电等,它们所做的电功消耗的就是电能。 化学能:细胞内物质的合成需要化学能,如小分子物质合成为大分子物质时,必须有直 接或间接的能量供应。另外,细胞内物质在分解的开始阶段,也需要化学能来活化,成为能 量较高的物质(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。可以说在细胞内的物质代谢中,到处都需要 由 ATP 转化而来的化学能做功。

光能:目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚,但是已经知道,生物体用于发 光的能量直接来自 ATP,如萤火虫的发光。 热能:有机物的氧化分解释放的能量,一部分用于生成 ATP,大部分转化为热能通过各 种途径向外界环境散发,其中一小部分热能作用于体温。通常情况下,热能的形成往往是细 胞能量转化和传递过程中的副产品。此外,ATP 释放的能量中,一部分能量也能用于动物 的体温的提升和维持。 (4) 其他高能磷酸化合物 除 ATP 外,由其他有机碱构成的核苷酸也有重要的生物学功能,如三磷酸鸟苷(GTP) 是蛋白质合成过程所需要的,三磷酸尿苷(UTP)参与糖原的合成,三磷酸胞苷(CTP)是 脂肪和磷脂合成所必需的。 在动物和人体细胞(特别是肌细胞)内,除了 ATP 外,其他的高能磷酸化合物还有磷 酸肌酸 (可用 C~P 代表) 。 磷酸肌酸的结构式是:

当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的 ATP 含量过分减少时,在有关酶的 催化作用下,磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给 ADP,从而生成 ATP 和肌酸(可 用 C 代表);当 ATP 含量比较多时,在有关酶的催化作用下,ATP 可以将磷酸基团连同能 量一起转移给肌酸,使肌酸转变成磷酸肌酸。

对于动物和人体细胞来说,磷酸肌酸只是能量的一种储存形式,而不能直接被利用。由 此可见, 对于动物和人体细胞来说, 磷酸肌酸在能量释放、 转移和利用之间起着缓冲的作用, 从而使细胞内 ATP 的含量能够保持相对的稳定,ATP 系统的动态平衡得以维持。 二、酶及其功能 新陈代谢是生命活动的基础。 而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变 化,都是在酶催化下进行的。可以说,没有酶的参加,生命活动一刻也不能进行。 (一)酶的化学本质 1.绝大多数酶是蛋白质,某些 RNA 也具有催化活性。 20 世纪 80 年代发现某些 RNA 有催化活性, 还有一些抗体也有催化活性, 甚至有些 DNA 也有催化活性,使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。 (二)酶是生物催化剂 1.酶与一般催化剂的共同点 (1)用量少而催化效率高。 (2)能加快化学反应的速度,但不改变平衡点,反应前后本身不发生变化。 (3)酶降低反应所需的活化能。

分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 例 2H2O2→2H2O+O2 反应 非催化反应 钯催化反应 H2O2 酶催化 活化能 75.24kJ/mol 48.9kJ/mol 8.36kJ/mol

2.酶作为生物催化剂的特点 (1)高效性:指催化效率很高,使得反应速率很快(酶降低活化能更显著)。 (2)高度的专一性:任何一种酶只作用于一种或几种相关的化合物,这就是酶对底物的 专一性。 (3)温和的反应条件:酶促反应在常温、常压、生理 pH 条件下进行。 (4)酶在体内受到严格的调节、控制。 (5)酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。 (三)酶的分类 按照酶的化学组成可以将酶分为以下两类: (1)单纯蛋白质酶:有些酶只是多肽链,除了氨基酸不含任何其他化学物质,也就是说 有些酶是单纯蛋白质,如胰脏的核糖核酸酶、淀粉酶等。 (2)结合蛋白质酶:有些酶除了蛋白质外,还含有一些对热稳定的非蛋白质类小分子物 质或金属离子, 即由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。 结合蛋白质酶的蛋白质部分称为脱辅 酶,非蛋白质部分称为辅因子。脱辅酶与辅因子结合后所形成的复合物称为―全酶‖,即全酶 =脱辅酶+辅因子。在酶催化时,一定要有脱辅酶和辅因子同时存在才起作用,二者各自单 独存在时,均无催化作用。脱辅酶部分决定酶催化的专一性,辅酶(辅基)在酶催化中通常 是起着电子、原子或某些化学基团的传递作用,大部分辅酶是维生素或维生素的衍生物。 (四)影响酶作用的因素 酶的催化活性的强弱以单位时间(每分)内底物减少量或产物生成量来表示。研究某一 因素对酶促反应速率的影响时,应在保持其他因素不变的情况下,单独改变研究的因素。 影响酶促反应的因素常有:酶的浓度、底物浓度、pH 值、温度、抑制剂、激活剂等。其变 化规律有以下特点。 (1)酶浓度对酶促反应的影响在底物足够,其他条件固定的条件下,反应系统中不含有 抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时,酶促反应的速率与酶浓度成正比。 (2)底物浓度对酶促反应的影响在底物浓度较低时,反应速率随底物浓度增加而加快, 反应速率与底物浓度近乎成正比; 在底物浓度较高时, 底物浓度增加, 反应速率也随之加快, 但不显著;当底物浓度很大,且达到一定限度时,反应速率就达到一个最大值,此时即使再 增加底物浓度,反应速率几乎不再改变。 (3)pH 对酶促反应的影响每一种酶只能在一定限度的 pH 范围内才表现活性,超过这个 范围酶就会失去活性。在一定条件下,每一种酶在某一个 pH 时活力最大,这个 pH 称为这 种酶的最适 pH。 (4)温度对酶促反应的影响酶促反应在一定温度范围内反应速率随温度的升高而加快; 但当温度升高到一定限度时, 酶促反应速率不仅不再加快反而随着温度的升高而下降。 在一 定条件下,每一种酶在某一温度时活力最大,这个温度称为这种酶的最适温度。 (5)激活剂对酶促反应的影响激活剂可以提高酶活性,但不是酶活性所必需的。激活剂 大致分两类:无机离子和小分子化合物。

(6)抑制剂对酶促反应的影响抑制剂使酶活性下降,但不使酶变性。抑制剂作用机制分 两种:可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。

二、生物膜及功能 (一)生物膜的化学构成 生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。 按其所处位置可分为两种: 一种处于细胞质外面 的一层膜叫细胞膜,也可叫质膜;另一种是处于细胞由膜围绕而成的细胞器或细胞结构,叫 内膜。细胞的内膜系统是指真核细胞内,在结构、功能或发生上相关的,如核膜、内质网、 高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体,等等。细胞内膜是相对于包围在细胞外面的细胞膜而 言的。细胞膜可由内膜转化而来(如子细胞的质膜由高尔基体小泡融合而成)。? 生物膜是细胞结构的基本形式, 它对酶催化反应的有序进行和整个细胞的区域化都提供 了一个必要的结构基础。当然,生物膜的功能是多种多样的,如细胞的物质代谢、能量转换 和信息传递等都与生物膜有关。 在真核细胞中,膜结构占整个细胞干重的 70%~80%。生物膜由蛋白质、脂类、糖、水 和无机离子等组成。蛋白质约占 60%~65%,脂类占 25%~40%,糖占 5%。这些组分,尤其是 脂类与蛋白质的比例,因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大。生物膜结构上,就是脂类以 双分子层构成生物膜的基本结构,而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。? 1.膜蛋白? 生物膜中的蛋白质约占细胞蛋白总量的 20%~30%,它们或是单纯的蛋白质,或是与糖、 脂结合形成的结合蛋白。 根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位, 可以大体 地将膜蛋白分为两类:外在蛋白与内在蛋白(图 1-7)。外在蛋白为水溶性球状蛋白质,通过 静电作用及离子键等非共价键与膜脂相连, 分布在膜的内外表面。 内在蛋白占膜蛋白总量的 70%~80%,又叫嵌入蛋白或整合蛋白,其主要特征是水不溶性,分布在脂质双分子层中,有 的横跨全膜也称跨膜蛋白,有的全部埋入疏水区,有的与外在蛋白结合以多酶复合体形式与 膜脂结合。 膜蛋白执行着生物膜的主要功能。不同生物膜所具有的不同生物学功能主要是由于所 含膜蛋白的种类和数量的不同。

细胞膜的构造 2.膜脂? 在植物细胞中,构成生物膜的脂类主要是复合脂类,包括磷脂、糖脂、硫脂等。? 磷脂是含磷酸基的复合脂。在植物细胞膜中重要的磷脂属甘油磷脂,它们是磷脂酰胆

碱(卵磷脂)和磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)。另外,还有磷脂酰丝氨酸,磷脂酰甘油,磷脂酰肌醇 等。? 磷脂分子结构既有疏水基团,又有亲水基团。

如图所示,分子中有一个极性的“头部”和一个疏水的“尾部” 。磷脂的这种特性使之 在生物膜形成中起着独特的作用。? 糖脂是指甘油脂中甘油分子上有一个羟基以糖苷键与一分子六碳糖相结合的产物。硫 脂则是糖脂分子中的六碳糖上又带一个硫酸根基团。糖脂和硫脂也具有极性的“头部”和疏 水的“尾部” ,这两种脂类在叶绿体膜中特别多,其含量甚至超过了磷脂。? 由上可知,膜上的脂类几乎都是两性分子,在水相中可自发地形成脂双层,即脂类分 子呈两层排列,亲水的头部处于水相,疏水的尾部朝向中央。这种自发的排列过程称作脂类 的自我装配。脂双层一旦有破损也能自我闭合。脂双层是流动的,脂类分子能在各自的单分 子层内迅速地移动,即横向扩散,而一般不容易“翻转” ,即不易从一个单分子层颠转到另 一单分子层。 脂双层的自我装配、 自我闭合以及具有流动性的三大特点决定了它能成为生物 膜理想的基本结构。? 膜脂上的脂肪酸有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸之分,不饱和脂肪酸分子有双键,其顺 式和反式的互变使不饱和脂肪酸易于弯曲或转动,从而使得膜结构比较松散而不僵硬。? 膜脂上的不饱和脂肪酸与植物的抗逆性有很大关系,通常耐寒性强的植物,其膜脂中 不饱和脂肪酸含量较高, 而且不饱和程度(双键数目)也较高, 有利于保持膜在低温时的流动 性;而抗热性强的植物,其饱和脂肪酸的含量较高,有利于保持膜在高温时的稳定性。 3.膜糖? 生物膜中的糖类主要分布于质膜的外单分子层。 这些糖是不超过 15 个单糖残基所连接 成的具分支的低聚糖链(寡糖链),它们大多数与膜蛋白共价结合,少部分与膜脂结合,分别 形成糖蛋白和糖脂(图 1-7)。由于单糖彼此间结合方式、排列顺序、种类、数量以及有无分 支等差别,其组合是千变万化的,所形成的寡糖链种类非常多,形成了多种细胞表面特异的 图像,细胞之间借此进行互相识别和交换信息。? (二) 、生物膜的结构? 关于生物膜的结构有许多假说与模型,下面介绍两种模型。? 1.流动镶嵌模型? 流动镶嵌模型由辛格尔(S.J. Singer)和尼柯尔森(G. Nicolson)在 1972 年提出,认为 液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质, 上图展示了此模型的结构特点。 内在蛋白嵌

合在磷脂分子层中,内在蛋白或其聚合体可横穿膜层,两端极性部分伸向水相,中间疏水部 分与脂肪酸部分呈疏水结合,外在蛋白与膜两侧的极性部分结合。? 这个模型的特点是强调膜的不对称性和流动性。脂双层的流动性保证了膜能经受一定 程度的形变而不致破裂,这可使膜中各种成分按需要调整或组合,使之合理分布,有利于表 现膜的多种功能。 更重要的是它允许膜互相融合而不失去膜对通透性的控制, 确保膜分子在 细胞分裂时均等地分配给子代细胞。 流动镶嵌模型虽得到比较广泛的支持,但仍有很多局限性,如忽视了蛋白质对脂类分 子流动性的控制作用和膜各部分流动的不均匀性等问题。 2.板块镶嵌模型? 板块镶嵌模型由贾因(M.K. Gain)和怀特(White)在 1977 年提出。他们认为,由于生物 膜脂质可以在环境温度或其它化学成分变化的影响下,或是由于膜中同时存在着不同脂质 (脂肪链的长短或不同的饱和度),或者由于蛋白质和蛋白质、蛋白质和脂质间的相互作用, 使膜脂的局部经常处于一种“相变”状态,即一部分脂区表现为从液晶态转变为晶态,而另 一部分脂区表现为从晶态转变为液晶态。因此,整个生物膜可以看成是由不同组织结构、不 同大小、不同性质、不同流动性的可移动的“板块”所组成,高度流动性的区域和流动性比 较小的区域可以同时存在,随着生理状态和环境条件的改变,这些“板块”之间可以彼此转 化。 (三) 、生物膜的功能 正是有了脂性的膜,才使生命物质——蛋白质与核酸获得与周围介质隔离的屏障而保 持聚集和相对稳定的状态,因此,细胞膜是任何活细胞必不可少的。植物细胞可以脱离细胞 壁而生活,却不能脱离细胞膜膜而生存。膜的主要功能如下: 1.分室作用 细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开, 而且把细胞内的空间分隔, 使 细胞内部的区域化,即形成各种细胞器,从而使细胞的代谢活动“按室进行” 。各区域内均 具特定的 pH、电位、离子强度和酶系等。 同时,由于内膜系统的存在,又将各个细胞器联系起来共同完成各种连续的生理生化 反应,比如光呼吸过程就是由叶绿体、过氧化物体和线粒体三者协同完成的。? 2.代谢反应的场所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。 如光合作用的光能吸 收、 电子传递和光合磷酸化、 呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体的光合 膜和线粒体内膜上进行的。 3.物质交换 质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性, 控制膜内外进行物质 交换。如质膜可通过扩散、离子通道、主动运输及内吞外排等方式来控制物质进出细胞。各 种细胞器上的膜也通过类似方式控制其小区域与胞质进行物质交换。? 4.识别功能 质膜上的多糖链分布于其外表面,似“触角”一样能够识别外界物质,并 可接受外界的某种刺激或信号,使细胞作出相应的反应。例如,花粉粒外壁的糖蛋白与柱头 细胞质膜的蛋白质之间就可进行识别反应。膜上还存在着各种各样的受体,能感应刺激,传 导信息,调控代谢。

[典型例题]
例 1:“高能磷酸键”中的“高能”是指该键:( ) A.健能高 B.活化能高 C.水解释放的自由能高 D.A、B、C 都是 解析:化学中使用的“键能”和生物化学中使用的“高能键”,含义是完全不同的。化 学中“键能”的含义是指断裂一个化学键所需要提供的能量; 生物化学中所说的“高能键” 是指该键水解时能释放出大量能量。(一般在 20.92 kJ/mol 以上)。答案:C。

例 2:酶具有极强的催化功能,其原因是:( ) A.增加了反应物之间的接触面 B.降低了底物分子的活化能 C.提高了反应物分子中的活化能 D.降低了底物分子的自由能 解析: 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 因为 酶降低活化能更显著,所以催化效率高。答案:B。 例 3:下列各组消化液中,每组均由每种消化液 2ml 混合而成,哪组能将蛋糕完全消化, 且对蛋糕的消化力最强:( ) A.胃液、胰液、肠液 B.胰液、肠液、胆汁 C.唾液、胃液、肠液 D.胃液、肠液、胆汁 解析: 酶的催化效率有最适 PH 值, 胃蛋白酶是 2.0 左右, 肠液和胰液最适 PH 值 8 左右, 唾液最适 PH 是 6.8 左右,胆汁的 PH 值 7 左右。所以,如有胃液和其他消化液混合,两方面 的酶都会由于 PH 值偏离最适而降低活性甚至失活, 从而降低了对蛋糕的消化能力。 答案: B 。 例 4:下列生理活动中,不产生 ATP 的是:( ) A.暗反应 B.有氧呼吸 C.光反应 D.无氧呼吸 解析:暗反应消耗 ATP,其他过程有 ATP 生成。 答案:A 例 5: 在人体和高等动物体内, pH 值由 5 上升到 10 的过程中, 在 蛋白酶的催化速度将: ( ) A.先升后降 B.不断上升 C.不断下降 D.先降后升 解析:本题考查问题并不难,但审题要仔细。题干所问是生物体内的蛋白酶活性随 PH 值变化!而不是胃蛋白酶。人体大多数酶的最适 PH 值为 7,所以本题答案:A。 例 6:人和动物体内发生“ADP 十磷酸肌酸

?酶 ATP+肌酸”反应的条件是:( ) ??

A.肌肉组织缺氧 B.机体消耗 ATP 过多 C.机体进行有氧呼吸 D.机体进行厌氧呼吸 解析:ATP 消耗过多,意味着生物体大量消耗能量,能量供不应求。磷酸肌酸是动物肌 肉中的储能物质,在 ATP 消耗过多时,会分解,将磷酸基团及高能键转移致 ADP,生成 ATP, 实现能量的迅速转移及供应。答案:B。 例 7:下列物质中属于高能化合物的是:( ) A.ATP B.ADP C.AMP D.A 解析:高能化合物是含有高能键的化合物,ATP 有两个高能磷酸键,ADP 有一个高能磷 酸键,AMP 虽然有磷酸基团但是不含高能磷酸键。所以答案:A、B。 例 8:下面哪种有关酶的描述是错的:( ) A.所有酶都是蛋白质 B.酶有专一性 C.酶在细胞外也可以发挥功能 D.酶可以不需要辅基 解析:酶的化学本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是 RNA。条件适宜,酶在体外也一 样具有催化作用。 从酶的化学构成角度: 单纯蛋白质酶, 除了氨基酸不含任何其他化学物质。 结合蛋白质酶含有辅酶(辅基)。本题答案:A。

[智能训练]
1.细胞膜脂质双分子层中,镶嵌蛋白质分子分布在:( ) A. 仅在内表面 B.仅在两层之间 C.仅在内表面与外表面 D.两层之间、内表面与外表面都有

2.以药物抑制草履虫 ATP 的合成,虫体死亡后其细胞常:( ) A.萎缩 B.膨大 C.破裂 D.不变 3.下列关于矿质元素的叙述不正确的是:( ) A.植物需要量最大的矿质元素是:氮、磷、钾 B.根对矿质元素的吸收具有选择性 C.根对矿质元素的吸收都要通过交换吸附 D.矿质元素进入根毛细胞中都需要 消耗 ATP 4.同呼吸作用有关,但与 ATP 无关的过程是:( ) A.主动运输 B.协助扩散 C.离子交换吸附 D.渗透吸水 5.以下四组是影响酶活力的主要因素,正确的是:( ) A.底物的浓度、pH 值、温度 B.光照、温度、pH 值 C.底物的浓度、压力、PH 值 D.温度、压力、pH 值 6.动物体内能量代谢过程中,能量转移是指:( ) A.肝糖元与血糖的相互转变需 ATP B.有机物氧化分解产生 ATP C.合成有机物消耗 ATP D.ATP 释放能量用于各种生理活动 7.人体进行下列哪项生理活动时,会产生 ATP?( ) A.呼吸运动 B.外呼吸 C.肺的通气 D.内呼吸 8.当人在剧烈运动时,合成 ATP 的能量主要来源于: ( ) A.无氧呼吸 B.有氧呼吸 C.磷酸肌酸 D.以上三项都有 9.人体的酶与激素的共同点是:( ) A.都是活细胞产生 B.都来源于腺体 C.都是细胞代谢产物 D.只存在于活细胞中 10.欲观察寄生在人体血细胞内的微丝蚴,可把红细胞置于( ) A.蒸馏水中 B.5%蔗糖溶液中 C.瑞氏溶液中 D.生理盐水中 11.以下哪种物质具有高能键:( ) A.磷酸烯醇式丙酮酸 B.3 一磷酸甘油酸 C.2 一磷酸甘油醛 D.果糖-6-磷酸 12.肌肉收缩时直接能源是:( ) A.ATP B.磷酸肌酸 C.葡萄糖 D.GTP 13.蔗糖在常温下很稳定,这是因为:( ) A.蔗糖需要较高的活化能 B.蔗糖是天然防腐剂 C.蔗糖处于一种低能级状态 D.葡萄糖不易同其他化合物反应 14.在酶促反应中,如果加入竞争性抑制剂:( ) A.米氏常数不变 B.最大反应速度不变 C.米氏常数和最大反应速度都不变 D.米氏常数和最大反应速度都变 15.参与体内供能反应最多的高能磷酸化合物是:( ) A.磷酸肌酸 B.三磷酸腺苷 C.PEP D.UTP E.GTP 16. 细胞中许多具膜结构的细胞器在化学组成上很相似, 其中与高尔基体的化学组成相似的 细胞器是( ) A.线粒体 B.叶绿体 C.滑面内质网 D.核糖体 17.一分子葡萄糖完全氧化可以生成多少分子 ATP:( ) A.35 B.38 C. 32 D.24 18.下列物质中属于高能化合物的是:( ) A.ATP B.ADP C.AMP D.A 19.下列 ADP 含量不会增加的是:( )

A.K+进入肾小管壁的上皮细胞 B.葡萄糖进入红细胞 C.线粒体中的氢与氧结合 D.甘油吸收进入小肠上皮细胞 20.多糖的合成中除需 ATP 供能以外,还需 供能。 21.用小刀将数十只萤火虫发火器割下,干燥后研成粉末状,取两等份分别装入 2 只小玻璃 瓶中,各加入少量的水,使之混合,可见到玻璃瓶中有淡黄色萤光出现,约过 15min 萤光消失。这时,再将 ATP 溶液加入其中一只玻璃瓶中,将葡萄糖溶液加入另一只玻 璃瓶中,可观察到加 ATP 溶液的玻璃瓶中有萤光出现,而加葡萄糖溶液的瓶中没有萤 光出现,以上现象说明了 (1) ; (2) ; (3) 。 22. ATP 和磷酸肌酸都是生物体内的高能化合物,都含有高能磷酸键,但是两者水解时用 途不同,ATP 水解时释放的能量用于 ,磷酸肌酸水解时释放的能量用 于 。 23.分析右图与生命活动有关的各种能量物质之间关系的图解,回答: (1)A 过程是 ,B 过程是 , C 过程是 ,D 过程发生的条件是 。 (2)如果在高等动物体内,E 过程是在 (器官)中进行的。 (3)由太阳能变为高等动物体内肌肉收缩用的机械能的大致过程(用箭头和文字表示) 。 (4)写出高等动物 C 过程中无氧呼吸的反应式 。 24.为了认识酶作用的特性,以 20%过氧化氢溶液为反应底物的一组实验,观察结果如下 表所示: 步骤 1 2 3 方法 常温下自然分解 常温下加入 Fe3+ 常温下加入鲜肝提取液 观察结果 氧气泡少而小 氧气泡稍多而小 氧气泡极多而大 同自然分解一样 。

加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 4 通过分析实验结果,能够得出相应的结论是

【参考答案】 1.DCDCA 6.BDBAA 11.AAABB 16.CB 18.AB 20.尿苷三磷酸 21.(1)萤火虫发光是将化学能转变为光能的过程,需能量供给 (2)所需的能量由 ATP 提供 (3)葡萄糖不是生命活动的直接能源,只能转移到 ATP 中才能利用 22.各种生命活动,合成 ATP 23.(1)光合作用光反应 光合作用 呼吸作用 高等动物剧烈运动 (2)肝脏 (3)太阳能→有机物中的化学能→ATP 中的化学能→机械能

19. BCD

?? 2C3H6O3+少量能量 (4)C6H12O6 ?


24.从催化条件看酶有温和性;从催化活性看酶变性而失活;从催化反应效率看酶有高效性

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题四 呼吸作用
[竞赛要求]
呼吸系统:1.系统的结构特点 2.呼吸机制 3.气体交换 呼吸作用:1.呼吸作用的类型 2.呼吸作用的生理意义 3.呼吸作用的途径 4.呼吸作用的过程 5.影响呼吸作用的因素 6.呼吸作用与光合作用的关系 7.呼吸作用的原理的应用

[知识梳理]
一、呼吸系统 呼吸:机体与环境交换氧和二氧化碳的过 程称为呼吸。其全过程包括外呼吸(又称肺呼 吸)、气体运输和内呼吸(又称组织呼吸)三 个相互紧密联系的环节。 1、呼吸系统的基本结构 呼吸系统由鼻、咽、喉、气管、支气管和 肺等器官组成。肺的实质是由反复分支的支气 管树 (各级支气管) 及大量肺泡构成。 (图 4-1) 肺泡是肺实现气体交换的结构和功能单位,壁 薄,仅由单层扁平上皮组成,外面密布毛细血 管网 (对保证血液与外界气体交换有重要作用) 和弹性纤维(与呼吸后肺泡的弹性回缩有关)。 肺泡的数量极多,为气体交换提供了广大的面 积。 图 4-1 人的呼吸系统 2、呼吸运动与肺通气 (1)呼吸运动 肺本身不能主动的长缩,呼吸时气体进出于肺,有赖于胸廓的周期性运动。胸廓扩大, 肺随之扩张, 外界气体吸入肺泡; 胸廓缩小, 肺泡气被排出。 所以胸廓的节律性扩大与缩小, 称为呼吸运动。 呼吸运动的实现, 是由于呼吸肌活动的结果。 主要的呼吸肌是膈肌和肋间肌。 吸气时,肋间外肌收缩,肋间内肌松弛,使肋骨上举,增大了胸廓的前后径,同时,当肋骨 上举时,其下缘又略向外侧偏转,故胸廓的左右径亦增大。呼气时,肋间内肌收缩,肋骨下 降,于是胸廓前后、左右径复位(图 4-2)。

图 4-2 吸气和呼气时胸廓的变化 (2)肺通气的动力 呼吸肌的活动是推动气体进出肺的原动力, 但此原动力还必须引起肺内、 外压力的周期 性变化,从而建立起肺泡与大气之间存在一定的压力差,方能推动气体进出肺。 3、气体交换与运输 (1)气体交换 呼吸气体的交换是指肺泡和血液之间, 血液和组织细胞之间氧和二氧化碳的交换。 气体 交换是通过扩散的方式进行的, 而决定气体扩散方向的为该气体的分压。 呼吸气体的交换动 力就是交换处细胞两边该气体的分压差。在肺泡内,氧分压高于静脉血,二氧化碳分压低于 静脉血,所以氧从肺泡扩散入静脉血,二氧化碳从静脉血扩散入肺泡。交换的结果,使静脉 血变成动脉血。在组织中,氧的分压低于动脉血的分压,而二氧化碳的分压则高于动脉血, 所以氧从血液中向组织扩散,二氧化碳从组织向血液扩散。交换的结果,使动脉血变成静脉 血。总之,肺循环毛细血管不断从肺泡获得氧排出二氧化碳;而体循环毛细血管不断从组织 接受二氧化碳排出氧。 (2)气体运输 血液运输氧和二氧化碳是以物理溶解和化学结合两种形式进行的, 但主要是以化学结合 形式进行的。 ①氧的运输 在通常氧的分压下,每 100 毫升血浆中仅能溶解 0.3 毫升的氧,所以绝大部分的氧是与 血红蛋白(Hb)形成可逆结合的形式进行运输的。一个血红蛋白分子是由一个珠蛋白分子 结合四个血红素构成的。每个血红素含有一个 Fe2+, Fe2+不仅能同氧结合,也能同一氧化碳 结合。肺内,由于氧的分压高,促使氧进入红细胞同血红蛋白结合形成氧合血红蛋白;而在 组织中,氧的分压低,促使血红蛋白与氧解离,形成还原血红蛋白。 ②二氧化碳的运输 组织中产生的二氧化碳进入血液后,在其分压差的推动下,大部分进入红细胞,在其中 以氨基甲酸血红蛋白或碳酸盐的形式运输。 二、呼吸作用 1.呼吸作用的类型 呼吸作用是指生活细胞内的有机物,在一系列酶的参与下,逐步氧化分解成简单物质, 并释放能量的过程。应该注意的是,呼吸作用并不一定伴随着 O2 的吸收和 CO2 的释放。依 据呼吸过程中是否有氧参与,可将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。

(1) 有氧呼吸是指生活细胞利用分子氧 2) 将某些有机物质彻底氧化分解释放 CO2, (O , 同时将 O2 还原为 H2O,并释放能量的过程。这些有机物称为呼吸底物,碳水化合物、有机 酸、蛋白质、脂肪等均可以作为呼吸底物。其总反应式如下: C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能

(2)无氧呼吸是指生活细胞在无氧条件下,把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物 (酒精、乳酸等),同时释放出部分能量的过程。有氧呼吸是由无氧呼吸进化来的。植物中 的无氧呼吸主要产生酒精,动物组织无氧呼吸主要产生乳酸。如苹果、香蕉贮藏久了产生的 酒味,便是酒精发酵的结果;胡萝卜、甜菜块根在储藏时也会产生乳酸。一般将微生物的无 氧呼吸统称为发酵。需要指出的是,发酵工业上所说的发酵,并非完全是无氧的,如醋酸发 酵就是需要氧的。反应式可写为: 酒精发酵(酵母菌): NADH+H 1 葡萄糖 2 丙酮酸 乳酸发酵(乳酸菌): 1 葡萄糖 2 丙酮酸 2 乙醛 NAD+ 2 乙醇+2ATP+2CO2+2H2O 2 乳酸+2ATP+2H2O

长时间的无氧呼吸对植物有较大影响: 无氧呼吸释放的能量少, 要依靠无氧呼吸释放的 能量来维持生命活动的需要就要消耗大量的有机物, 以至呼吸基质很快耗尽; 无氧呼吸生成 氧化不彻底的产物,如酒精、乳酸等。这些物质的积累,对植物会产生毒害作用;无氧呼吸 产生的中间产物少,不能为合成多种细胞组成成分提供足够的原料。 2.呼吸作用的生理意义(图 4-3) (1)为植物生命活动提供能量 (2)中间产物是合成重要有机物质的原料 (3)在植物抗病免疫方面有重要作用 3.呼吸作用的途径 呼吸作用的糖的分解代谢途径有三种,糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径。不管是有 氧呼吸或无氧呼吸,糖的分解都必须先经过糖酵解阶段,形成丙酮酸,然后才分道扬镳。还 有一种葡萄糖在细胞质内进行的直接氧化降解的酶促反应过程称为戊糖磷酸途径。 在正常情 况下, 植物细胞里葡萄糖降解主要是通过糖酵解和三羧酸循环, 戊糖磷酸途径所占的比重较 小(一般只占百分之几到三十之间)。但这两种途径在葡萄糖降解中所占的比例,随植物的 种类、器官、年龄和环境而异。 4.呼吸作用的过程

以葡萄糖的氧化为例,呼吸作用可分为三个部分:糖酵解;三羧酸循环和氧化磷酸化。 (1)糖酵解 指葡萄糖在无氧条件下被酶降解成丙酮酸,并释放能量的过程。也称为 EMP 途径。包 括一系列反应,都在细胞质中发生,而且不需要氧。这一过程可以分为以下两步(图 4-4): 第一步是 1 分子葡萄糖经过两次磷酸化,而形成 1 分子的 1,6-二磷酸果糖,这一过程要消 耗 2 分子的 ATP;第二步是 1 分子的 1,6-二磷酸果糖,在有关酶的催化作用下,最终形成 2 分子的丙酮酸,并将 2 分子的氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)还原成 2 分子的还原型辅酶Ⅱ (NADH),这一过程生成 2 分子的 ATP。总反应式: 葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+ 2 丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O

在缺氧情况下,NADH 就去还原乙醛成乙醇,或还原丙酮酸为乳酸。无氧呼吸释放二 氧化碳, 说明呼吸底物在此过程中也被氧化, 但是氧化作用所需要的氧是来自组织内的含氧 物质, 即水分子和被氧化的糖分子中得到的, 因此无氧呼吸也称分子内呼吸。 如果氧气充足, 则丙酮酸就完全氧化形成水和二氧化碳。 (2)三羧酸循环 糖酵解的产物丙酮酸,在有氧条件下进入线粒体,首先丙酮酸氧化脱羧,与辅酶 A 结 合成为活化的乙酰辅酶 A(乙酰 CoA),再通过一个包括三羧酸和二羧酸循环而逐步氧化 分解,最终形成水和二氧化碳并释放能量的过程。发生在在线粒体基质中。 这一循环过程的最初中间产物是柠檬酸, 而柠檬酸是一种三羧基酸, 所以这个过程叫做 三羧酸循环,也叫做 Krebs 循环或柠檬酸循环(图 4-5)。

图 4-4 糖酵解的过程

图 4-5 三羧酸循环

概括地说,这一过程一共发生了 5 次脱氢,其中 4 次脱出的氢都被 NAD+携带着,形成 NADH,另一次则被黄酶(FAD)携带着,形成还原型黄酶(FADH2),并形成 2 分子 ATP。 各种细胞的呼吸作用都有三羧酸循环;三羧酸循环是最经济和最有效率的氧化系统。 其特点和意义如下:①该途径不需要通过糖酵解,对葡萄糖进行直接氧化,生成的 NADPH 也可能进入线粒体,通过氧化磷酸化作用生成 ATP。②产生大量的 NADPH,为细胞 的各种合成反应提供主要的还原力。 NADPH 作为主要的供氢体,为脂肪酸、 固醇、 等的合成, 硝酸盐、亚硝酸盐的还原以及氨的同化等反应所必需。③为合成代谢提供原料。 (3)氧化磷酸化 在这一过程中,NADH 中的 H 传递给了 FAD,于是 NADH 被氧化成 NAD+,而 FAD 则被还原成 FADH2。FADH2 中的 H2 则分离成游离的氢离子(H+)和电子(e):

图 4-6 氧化磷酸化 FADH2→FAD+2H+ + 2e 电子 e 可以在多种细胞色素中按顺序传递,最终传递给氧,再加上由 FADH2 游离出来 的 H+,最终生成 H2O。这一过程中,H+和 e 在各传递体中依次传递,共同构成了一条链, 因此叫做细胞呼吸电子传递链,或简称为呼吸链。在电子传递过程中,因为氧化 NADH 和 FADH2 而释放出的能量形成了 ATP,并且这一氧化作用与磷酸化作用总是偶联在一起的, 所以这一过程叫做氧化磷酸化(图 4-6)。 (4)呼吸作用产生的 ATP 统计 1 分子葡萄糖经过呼吸作用产生的 ATP 统计: 糖酵解 底物水平的磷酸化 己 糖 分 子 活 化 产 生 2NADH 丙酮酸脱羧 三羧酸循环 2NADH 底物水平磷酸化产生 6NADH 产生 2FADH2 6ATP(线粒体) 2ATP(线粒体) 18ATP(线粒体) 4ATP(线粒体) 36 或 38ATP 4ATP(细胞质)-2ATP(细胞质) 4 或 6ATP(线粒体)

总计

在氧化磷酸化过程中,1 分子 NADH 彻底被氧化,需要发生 3 次磷酸化,生成 3 分子 的 ATP;1 分子的 FADH2 彻底被氧化,则生成 2 分子的 ATP。 因为 1 mol 的物质含有 6.02× 1023 个分子,所以,每氧化 1 mol 的葡萄糖,则生成 6 mol 的二氧化碳和 6 mol 的水,并生成 38 mol 的 ATP。在标准状态(是指作用物的质量浓度为 1 mol/L、pH 为 7.0、温度为 25 ℃的状态)下,1 mol ADP 形成 1 mol ATP,需要 30.54 kJ 的 能量, 那么, 个 ATP 就需要 1 161 kJ 的能量。 38 每氧化 1 mol 葡萄糖释放出来的能量是 2 870 kJ,其中只有 1 161 kJ 被保留在 ATP 中,它们可供细胞生命活动利用。这就是说,有氧呼

吸的能量转换效率约为 40%左右,其余的能量则以热能的形式散失或作他用。 5.呼吸作用与光合作用的关系 (1)ADP 和 NADP+在光合和呼吸中可共用。 (2)光合 C3 途径与呼吸 PPP 途径基本上正反反应,中间产物可交替使用。 (3)光合释放 O2 → 呼吸;呼吸释放 CO2 → 光合 6. 影响呼吸作用的因素 (1)呼吸作用的指标 ①呼吸速率:又称呼吸强度,是最常用的生理指标。通常以单位时间内单位鲜重或干重 植物组织或原生质释放的 CO2 ②呼吸商: (R.Q.)又称呼吸系数,同一植物组织在一定时间内所释放的 CO2 与所吸收 的 O2 的量(体积或摩尔数)的比值。它表示呼吸底物的性质及氧气供应状态的一种指标。 R.Q.=释放的 CO2/吸收 O2 的量 呼吸底物是各种有机物,有机物来源于食物,最终来源于光合作用。氨基酸和脂肪酸的 氧化,都首先转化为某种中间代谢物,再进入糖酵解或三羧酸循环。氨基酸氧化需先脱氨, 再进入呼吸代谢途径。脂肪酸氧化需转化为乙酰 CoA,再进入三羧酸循环。底物类型不同, 完葡萄糖全氧化时的 R.Q.=1;富含氢的脂肪、蛋白质<1;含氧较多的有机酸>1。呼吸商的 大小与呼吸底物的性质关系密切, 根据呼吸商的大小可大致推测呼吸底物的类型。 生物材料 的呼吸商也往往来自多种呼吸底物的平均值。 氧气对呼吸商影响也很大, 如无氧条件下发生 的酒精发酵,只有 CO2 释放,无 O2 的吸收,则 R.Q.远大于 1。 (2)内部因素对呼吸速率的影响 不同植物具有不同的呼吸速率,一般是生长快的植物呼吸速率也快。 同一植株的不同器官或组织, 呼吸速率也有很大差异。 一般来说, 生殖器官>营养器官; 生长旺盛>生长缓慢;幼嫩器官>年老器官;种子内,胚>胚乳 (3)外界条件对呼吸速率的影响 ①温度:最适温度: 25~35℃,而且呼吸最适温度>光合最适温度 最低温度:0℃左右(冬小麦: 0℃~ -7℃,松树针叶: -25℃) 最高温度:35~45℃ 在 0—35℃,温度系数(Q10)为 2.0~2.5 ②氧气:氧气浓度<20%时,呼吸开始下降;氧气浓度在 10%~20%时,有氧呼吸为 主;氧气浓度<10%;无氧呼吸出现并逐步增强,有氧呼吸迅速下降。把无氧呼吸停止进行 的最低氧含量(10%左右)称为无氧呼吸的消失点。 氧浓度过高,对植物有毒害;氧浓度过低, 无氧呼吸增强,产生酒精中毒,消耗体内养 料过多。 ③CO2:CO2 浓度增高, 呼吸受抑;CO2>5%时,明显抑制;土壤积累 CO2 可达 4%~ 10%, ④水分:干燥种子,呼吸很微弱;吸水后迅速增加,所以种子含水量是制约种子呼吸强 弱的重要因素。整体植物的呼吸速率,随着植物组织含水量的增加而升高。 ⑤机械损伤:造成的称伤呼吸。 7.呼吸作用的原理在农业生产中的应用 (1)呼吸作用与作物栽培 对于板结的土壤及时进行松土透气, 可以使根细胞进行充分的有氧呼吸, 从而有利于根 系的生长和对无机盐的吸收。此外,松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖,这能 够促使这些微生物对土壤中有机物的分解,从而有利于植物对无机盐的吸收。 水稻的根系适于在水中生长, 这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气

腔运送到根部各细胞,而且与旱生植物相比,水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是,水稻根 的细胞仍然需要进行有氧呼吸,所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足,水稻根的 细胞就会进行酒精发酵,时间长了,酒精就会对根细胞产生毒害作用,使根系变黑、腐烂。 (2)呼吸作用与粮食贮藏 种子是有生命的有机体, 不断进行着呼吸作用。 呼吸速率快, 会引起有机物的大量消耗; 呼吸放出的水分,又会使粮堆湿度增大,粮食“出汗”,呼吸加强;呼吸放出的热量,又使 粮温增高,反过来又促使呼吸增强,最后导致发热霉变,使粮食变质变量。因此,在贮藏过 程中,必须降低呼吸速率,确保贮粮安全。经分析,种子本身呼吸增高不大,主要是种子上 附着的微生物,它们在 75%相对湿度中可迅速繁殖。所以,粮食安全贮藏,首先要晒干。 (3)呼吸作用与果蔬贮藏 果蔬贮藏不能干燥,因为干燥会造成皱缩,失去新鲜状态,但柑橘、白菜、菠菜等贮 藏前可轻度干燥,以减少呼吸。果蔬贮藏也应采取降低氧浓度或降低温度的原理。 现在常用“自体保藏法”来贮藏果蔬,其原理是在密闭环境里,利用果蔬本身呼吸释 放出的二氧化碳,达到高浓度后抑制呼吸作用,以延长贮藏时间。 (4)呼吸作用的其他应用 较深的伤口里缺少氧气,破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以,伤 口较深或被锈钉扎伤后,患者应及时请医生处理。 选用―创可贴‖等敷料包扎伤口, 既为伤口敷上了药物, 又为伤口创造了疏松透气的环境、 避免厌氧病原菌的繁殖,从而有利于伤口的痊愈。 酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和 pH 等条件下,进行有氧呼吸 并大量繁殖;在无氧条件下则进行酒精发酵。醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有 酒精底物的条件下,醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。 谷氨酸棒状杆菌是一种厌氧细菌。 在无氧条件下, 谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物 质(如尿素、硫酸铵、氨水)合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工,就成为谷氨酸 钠──味精。 有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。 人体细胞通过有氧呼吸 可以获得较多的能量。相反,百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动,是人体细胞在缺氧条件下 进行的高速运动。无氧运动中,肌细胞因氧不足,要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够 刺激肌细胞周围的神经末梢,所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。

[典型例题]
例 1.在下列哪种条件下贮藏果实的效果好?( ) A.高二氧化碳浓度、低氧浓度和高乙烯浓度 B.低二氧化碳浓度、高氧浓度和无乙烯 C.低氧浓度、高二氧化碳浓度和无乙烯 D.无氧、无乙烯和高二氧化碳浓度 答案:C 解析:贮藏果实应降低呼吸强度,呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸,为使两种呼吸强 度都降低,应选较低氧气浓度,而不是无氧或高氧浓度,同时应选高 CO2 浓度,才能有效 的阻止呼吸作用的进行。乙烯是催熟剂,所以应选无乙烯的条件。 例 2.厌氧条件下,哪一种化合物会在哺乳动物的肌肉组织中积累 ( ) A.乳酸 B.丙酮酸 C.酒精 D.CO2 答案:A

解析:哺乳动物无氧呼吸的产物是乳酸,而不是酒精和 CO2,丙酮酸是呼吸作用的中 间产物,也不会在肌肉组织中积累。 例 3.水淹导致植物死亡的原因是 ( ) A.土壤水势过高 B.植物的根缺氧 C.呼吸产生的 CO2 的毒害作用 D.土壤中的物质溶于水中达到毒害作用的浓度 答案:B 解析:水淹导致植物死亡的原因是根系缺乏氧气,主要进行无氧呼吸。第一,无氧呼吸 释放的能量少,要依靠无氧呼吸释放的能量来维持生命活动的需要就要消耗大量的有机物, 以至呼吸基质很快耗尽。第二,无氧呼吸生成氧化不彻底的产物,如酒精、乳酸等。这些物 质的积累,对植物会产生毒害作用。第三,无氧呼吸产生的中间产物少,不能为合成多种细 胞组成成分提供足够的原料。 例 4.呼吸商是呼吸作用的一个重要指标.它是呼吸作用所放出的 CO2 的摩尔数或体积与 所吸收的 O2 的摩尔数或体积之比。蓖麻油的分子式是C57H101O9,如它是呼吸底物并 完全被氧化,C57H101O9 +O2→CO2+H2O,呼吸商是 ( ) A.0.57 B.1.65 C.0.73 D.0.89 答案:C 解析:将该 反应式配平,即为 4C57H101O9 +311O2=228CO2+202H2O,呼吸商为 228/311=0.733。 例 5.下列图文相符的有(BD)

A B C D 答案:BD 解析:A,小白鼠是恒温动物,当环境温度升高时,维持体温所需的能量减少,有氧呼 吸强度下降,耗氧量下降。B,酵母菌是兼性厌氧型生物,在氧浓度较低时,进行无氧呼吸, 随氧浓度的升高,无氧呼吸强度下降。当氧浓度到达一定值时,开始进行有氧呼吸,符合曲 线。C,此图表示的是“光合午休现象”,而“光合午休现象”只发生于夏季晴朗的中午。 D,番茄种子萌发时,由于呼吸产生能量,分解有机物,所以干重在减少。当长出叶片开始 光合时,合成有机物,干重又开始增加。 例 6.氨基酸作为呼吸底物时呼吸商是 ( ) A.大于 1 B.等于 1 C.小于 1 D.不一定 答案:D 解析:呼吸商是呼吸作用所放出的 CO2 的摩尔数或体积与所吸收的 O2 的摩尔数或体积 之比。呼吸商的大小主要取决于呼吸底物的碳、氢、氧的比,由于不同氨基酸的碳、氢、氧 的比不同,所以呼吸商不定。 例 7. 宇宙空间站内绿色植物积累 240mol 氧气, 这些氧气可供宇航员血液中多少血糖分解, 大约使多少能量储存在 ATP 中? ( ) A.40mol,28 675kJ B.240mol,28 657kJ C.40mol,46 440kJ D.240mol,46 440kJ

答案:C 解析:根据有氧呼吸反应式,葡萄糖与氧气的比是 1:6,240mol 氧气能分解 40mol 葡 萄糖,每 mol 葡萄糖分解时会将 1161KJ 的能量储存在 ATP 中,40mol 葡萄糖分解时会将 46440KJ 的能量储存在 ATP 中。 例 8.下列关于呼吸作用产物的叙述中,只适用于有氧呼吸的是 ( ) A.产生 ATP B.产生丙酮酸 C.产生 H2O D.产生 CO2 答案:C 解析:无氧呼吸和有氧呼吸都产生 ATP、丙酮酸和 CO2,而只有有氧呼吸产生 H2O。 例 9.以下哪种物质不属于糖酵解过程中的产物:( ) A.磷酸烯醇式丙酮酸 B.3--磷酸甘油酸 C.2--磷酸甘油醛 D.果糖--6--磷酸 答案:C 解析:糖酵解过程大致可分成下列四个阶段:(1)葡萄糖或糖原转变为果糖-1,6-二 磷酸(FDP),(2)果糖-1,6-二磷酸分解为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸,(3)甘油醛 -3-磷酸转变为丙酮酸,(4)在无氧情况下,丙酮酸经乳酸脱氢酶催化,接受甘油醛-3-磷酸 脱氢过程中生成的 NADH+H+中的两个氢原子,被还原成为乳酸,乳酸是糖酵解的最终产 物。 例 10.抗氰呼吸受下列哪种抑制剂抑制 ( ) A.抗霉素 A B.安密妥、鱼藤酮 C.CO D.KCN 和 CO

答案:B 解析:从上图可看出,要抑制抗氰呼吸,则这种呼吸抑制剂的作用位点应在 UQ 之前, 因此应为安密妥、鱼藤酮。 例 11.甲、乙两组数量相同的酵母菌培养在葡萄糖溶液中,甲组进行有氧呼吸,乙组进行 发酵,若两组消耗了等量的葡萄糖则 (ABC) A.甲组放出的 CO2 与乙组放出的 CO2 的体积比为 3︰1 B.甲组释放的能量与乙组释放的能量之比为 15︰1 C.它们放出的 CO2 和吸入的 O2 的体积之比为 4︰3 D.若两组产生的 CO2 量相等.那么消耗的葡萄糖之比为 3︰1 答案:ABC 解析:有氧呼吸每消耗 1mol 葡萄糖,产生 CO26mol,释放能量 2870KJ。无氧呼吸每消 耗 1mol 葡萄糖,产生 CO22mol,释放能量 196.65KJ。如果将两种呼吸产生的 CO2 累加与有

氧呼吸吸入的 O2 体积作比则应为(6+2):6=4:3。若两组产生 CO2 量相等.那么消耗 的葡萄糖之比为 3︰1。 例 12.下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下 O2 吸收量和 CO2 释放量的变化,请 据图回答:

(1)外界氧浓度在 10%以下时,该器官的呼吸作用方式是 。 (2)该器官 CO2 的释放与 O2 的吸收两条曲线在 P 点相交后则重合为一条曲线,此时该器 官的呼吸作用方式是 。 (3)当外界氧浓度为 4%~5%时,该器官 CO2 释放量的相对值为 0.6,而 O2 吸收量的相对 值为 0.4。此时,无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的 倍;释放的能 量约相当于有氧呼吸的 倍;形成 ATP 的数量约相当于有氧呼吸的 倍。 答案: (1)有氧呼吸和无氧呼吸(2)有氧呼吸(3)1.5,0.1,0.07 解析:(1)分析图中曲线,O2 吸收量可代表有氧呼吸的强度,CO2 释放量可代表有氧 呼吸与无氧呼吸强度之和。外界氧浓度在 10%以下时,两条曲线不重合,说明同时进行有 氧呼吸和无氧呼吸。(2)两条曲线在 P 点相交后重合为一条曲线,释放的 CO2 和吸收的 O2 量相等, 说明只进行有氧呼吸。 (3) 有氧呼吸消耗的葡萄糖: 消耗的 O2 : 释放的 CO2=1: 6:6,无氧呼吸消耗的葡萄糖:释放的 CO2=1:2,当 O2 吸收量的相对值为 0.4 时,说明有 氧呼吸释放的 CO 2 也是 0.4, 则无氧呼吸释放的 CO 2 是 0.2。 无氧呼吸消耗的葡萄糖是 0.2/2, 有氧呼吸消耗的葡萄糖是 0.4/6,作比为 1.5。再乘上无氧呼吸与有氧呼吸释放能量之比 196.65/2870, 约等于 0.1。 1.5 乘上无氧呼吸与有氧呼吸形成 ATP 之比 2/38, 用 约等于 0.07。

[智能训练]
1.动物脂肪氧化供能的特点是: A.氧化时释放能量多 B.动物体所消耗的能量的绝大部分是由脂肪提供 C.在短期饥饿情况下,脂肪是主要的能量来源。 D.脂肪不能在机体缺氧时供能 2.光呼吸底物氧化的地点在: A.叶绿体 B.过氧化物酶体 C.线粒体 ( )

( D.细胞质 (

) )

3.水果储藏保鲜时,降低呼吸的环境条件是: A.低 O2,高 CO2,零上低温 B.低 CO2,高 O2,零下低温 C.无 O2,高 CO2,零上低温 D.低 O2,无 CO2,零上低温 4.下列过程中哪一个释放能量最多? A.糖酵解 B.三羧酸循环 C.生物氧化 D.暗反应 5.葡萄糖酵解的产物是:

( (

) )

A.丙氨酸 B.丙酮醛 C.丙酮酸 D.乳酸 E.磷酸丙酮酸 6.动物体内糖类、蛋白质、脂肪在代谢过程中可以互相转化的枢纽是 ( ) A.三羧酸循环 B.丙酮酸氧化 C.ATP 的形成 D.糖酵解 7.在呼吸作用过程中,若有 CO2 放出,则可推断此过程一定 ( ) A.是有氧呼吸 B.是无氧呼吸 C.不是酒精发酵 D.不是乳酸发酵 8.贮藏在地窖中的大量马铃薯处在相对缺氧状态下,可以通过无氧呼吸获得少量能量。这 时葡萄糖被分解为 ( ) A.乳酸和二氧化碳 B.乳酸 C.酒精和二氧化碳 D.酒精 9.已知 1mol 葡萄糖完全燃烧释放出能量 2 870kJ,1molATP 转化为 ADP 释出能量 31kJ, lmol 葡萄糖生物氧化时, 脱下的 H 在线粒体内氧化生成 36molATP, 若在线粒体外氧化 则生成 38moIATP。那么,细菌和动物利用葡萄糖进行有氧呼吸的能量利用率分别为 ( ) A.34%和 36% B.36%和 34% C.39%和 41% D.41%和 39% 10.剧烈运动时,肌肉内产生乳酸,能在何处合成为糖元 ( ) A.肌肉中 B.血液中 C.肝脏中 D.胰脏中 18 11.让一只鼠吸入含有放射性 O 的 O2,该鼠体内最先出现标记氧原子的是 ( ) A.丙酮酸 B.二氧化碳 C.乳酸 D.水 12.l 分子丙酮酸经 TCA 循环及呼吸链氧化时 ( ) A.生成 3 分子 CO2 B.生成 5 分子 H2O C.生成 12 个分子 ATP D.有 5 次脱氢,均通过 NAD+开始呼吸链 13.葡萄糖转变为 1-磷酸葡萄糖需要 A.ATP B.NAD C.l,6-磷酸果糖 14.一分子葡萄糖完全氧化可以生成多少分子 ATP A.35 B.38 C.32 ( ) D.1,6-二磷酸葡萄糖 ( ) D.24

15.以有机物为基质的生物氧化反应中,主要以外源无机氧化物作为最终电子受体,称为 ( ) A.好氧呼吸 B.无氧呼吸 C.发酵 D.分子内呼吸 16.水稻对于土壤通气不良具有较强的忍耐力,这个特性与以下哪些特点有关?( ) A.水稻无氧呼吸不会产生酒精,不易烂根 B.水稻幼苗在缺氧情况下,细胞色素氧化酶仍保持一定的活性 C.水稻根部具有较强的乙醇酸氧化能力,该途径放出的氧可供根系呼吸用 D.水稻根部具有较发达的细胞间隙和气道,并与茎叶的气道相通 17.细胞进行有氧呼吸时电子传递是在 ( A.细胞质内 B.线粒体的内膜 C.线粒体的膜间腔内 D.基质内进行 18.参与体内供能反应最多的高能磷酸化合物是: ( A.磷酸肌酸 B.三磷酸腺苷 C.PEP D.UTP E.GTP 19.氧化磷酸化过程中电子传递的主要作用是: ( A.形成质子梯度 B.将电子传给氧分子 C.转运磷酸根 D.排出二氧化碳 20.以下各项中限制糖酵解速度的步骤是 ( A.丙酮酸转化为乳酸 B.6 一磷酸果糖的磷酸化 C.葡萄糖的磷酸化 ) ) )



D.从 6 一磷酸葡萄糖到 6 一磷酸果糖的异构作用 21. 植物细胞的呼吸强度一般随植物种类和组织类型不同而不同, 下列哪一项一般是不正确 的(D) A.相同环境下,落叶树叶片比常绿树呼吸强度高 B.阳生植物呼吸强度比阴生植物高 C.老器官的呼吸强度比幼嫩器官的低 D.花的呼吸强度一般低于叶、根 22.通常酚氧化酶与所氧化的底物分开,酚氧化酶氧化的底物贮存在 ( ) A.液泡 B.叶绿体 C.线粒体 D.过氧化体 23.植物抗氰呼吸的 P/O 比值是 ( ) A.1 / 2 B.1 C.3 D.3 24.在呼吸作用的末端氧化酶中,与氧气亲和力最强的是 ( ) A.抗坏血酸化酶 B.多酚氧化酶 C.细胞色素氧化酶 D.交替氧化酶 25. 水稻幼苗之所以能够适应淹水低氧条件, 是因为低氧时下列末端氧化酶活性加强的缘故 ( ) A.抗霉素 A B.安密妥 C.酚氧化酶 D.交替氧化酶 26.植物呼吸过程中的氧化酶对温度反应不同,柑橘果实成熟时,气温降低,则以下列哪种 氧化酶为主 ( ) A.细胞色素氧化酶 B.多酚氧化酶 C.黄酶 D.交替氧化酶 27.呼吸跃变型果实在成熟过程中,抗氰呼吸加强,与下列哪种物质密切相关 ( ) A.酚类化合物 B.糖类化合物 C.赤霉素 D.乙烯 28.当植物组织从有氧条件下转放到无氧条件下,糖酵解速度加快,是由于 ( ) A.柠檬酸和 ATP 合成减少 B.ADP 和 Pi 减少 + + C.NADH H 合成减少 D.葡萄糖–6–磷酸减少 29.细胞中物质分解代谢时,三羧酸循环发生在 ( ) A.细胞质 B.细胞核 C.叶绿体 D.线粒体 30.根瘤菌进行呼吸过程的主要场所是 ( ) A.细胞质基质 B.核区 C.线粒体 D.细胞膜 31.取浸泡去皮的种子,放在红墨水中染色 15min~20min,请指出下列哪项表明种子完全 丧失生命力 ( ) A.胚根、子叶完全未着色 B.胚根、子叶略带红色 C.胚全部染上红色 D.胚根、子叶出现红点 32.同呼吸作用有关,但与 ATP 无关的过程是 ( ) A.主动运输 B.协助扩散 C.离子交换吸附 D.渗透吸水 33.豌豆种子发芽早期,CO2 的释放量比 O2 的吸收量多 3 倍~4 倍,这是因为种子此时的 ( ) A.无氧呼吸比有氧呼吸强 B.光合作用比呼吸作用强 C.有氧呼吸比无氧呼吸强 D.呼吸作用比光合作用强 34.在植物很细胞中,彻底分解 1mol 葡萄糖,需消耗的氧气量、释放的能量以及其中可能 转移到 ATP 中的能量数分别是 ( ) A.2mol、1161kJ、2 870kJ B.2mol、686kJ、300kJ C.6mol、2 870kJ、1161kJ D.6mol、686kJ、300kJ 35.将细菌培养物由供氧条件转变为厌氧条件,下列过程中加快的一种是 ( )

A.葡萄糖的利用 B.二氧化碳的放出 C.ATP 的形成 D.丙酮酸的氧化 36.动物体内能量代谢过程中,能量转移是指 ( ) A.肝糖元与血糖的相互转变需 ATP B.有机物氧化分解产生 ATP C.合成有机物消耗 ATP D.ATP 释放能量用于各种生理活动 37.对于动物体内脂肪的叙述错误的是 ( ) A.脂肪是动物能源的补充料和储备品 B.动物体内脂肪氧化比同质的糖类氧化时产热量高 1 倍多 C.动物含不饱和脂肪酸比植物高 D.动物体内调配脂类的总枢纽是肝脏 38.在内呼吸过程中,吸入氧气与下列哪项无直接关系 ( ) A.呼吸运动 B.气体扩散 C.组织细胞缺氧 D.血红蛋白质的机能 39.当用 14C 标记的葡萄糖饲喂动物后,可在哪种物质中发现? ( ) A.胆固醇 B.脂肪 C.尿素 D.维生素 40.一分子葡萄糖在有氧呼吸分解过程中,经过三羧酸循环阶段,能直接产生几个分子的 ATP? ( ) A.1 B.2 C.4 D.0 41.1g 分子葡萄糖在细胞内氧化和在体外燃烧,其共同点是 ( ) A.C6H12O2+6O2→6CO2+6H2+686 000 卡 B.60%能量以热的形式散发 C.需 H2O 参与间接供氧 D.碳原子直接与 O2 结合生成 CO2 42.有氧呼吸、无氧呼吸和光合作用都有的现象是 ( ) A.最终合成有机物 B.最终分解有机物 C.气体交换 D.能量转换 43.下列哪一种活动释放能量最多 ( ) A.光解 B.糖酵解 C.柠檬酸循环 D.呼吸链中最后的氧化作用 44.当人在剧烈运动时,合成 ATP 的能量主要来源于 ( ) A.无氧呼吸 B.有氧呼吸 C.磷酸肌酸 D.以上三项都有 45. 人在剧烈运动时, 处于暂时相对缺氧状态下的骨骼肌可以通过无氧呼吸获得少量的能量, 此时葡萄糖变为 ( ) A.酒精 B.乳酸 C.酒精和二氧化碳 D.乳酸和二氧化碳 46.人体进行下列哪项生理活动时,会产生 ATP? ( ) A.呼吸运动 B.外呼吸 C.肺的通气 D.内呼吸 47.根瘤菌进行呼吸作用的主要场所是 ( ) A.细胞质基质 B.细胞膜 C.线粒体 D.核区 48.下图表示某陆生植物的非绿色器官呼吸过 程中 O2 的吸收量和 CO2 的释放量(mo1)之 间的相互关系,其中线段 XY=YZ,下列哪 个结论是正确的? ( ) A.B 点时无氧呼吸强度最低 B.在氧浓度为 a 时,有氧呼吸与无氧呼吸 释放的二氧化碳之比为 3:1

C.在氧浓度为 a 时,有氧呼吸和无氧呼吸 释放的能量相等 D.在氧浓度为 a 时,有氧呼吸与无氧呼吸 消耗的葡萄糖之比约为 1:3 49.实验室里三种植物细胞,分别取自于植物的三种营养器官。在适宜的光照、温度等条件 下,测得甲细胞只释放 CO2 而不释放 O2;乙细胞只释放 O2 不释放 CO2;丙细胞既不释 放 O2 也不释放 CO2。以下叙述中正确的有 ( ) A.甲不可能取自于叶 B.乙不可能取自于根 C.丙可能是死细胞 D.甲可能取自于茎 50.酵母菌无氧呼吸时,产生 A 摩尔的 CO2,人体在正常情况下消耗同样量的葡萄糖,可 形成 CO2 的量是 ( ) A.1 / 12A 摩尔 B.2A 摩尔 C.3A 摩尔 D.6A 摩尔 51.下列生物的呼吸作用只在细胞质基质中进行的是 ( ) A.乳酸菌 B.酵母菌 C.结核杆菌 D.硝化细菌 52.右图表示大气中氧的浓度对植物组织内 CO2 产生的影响。 (1)A 点表示植物组织释放的 CO2 较多,这些 CO2 是 的产物。 (2)由 A 到 B,CO2 的释放量急剧减少,其原因是 。 (3)由 B 到 C,CO2 的释放量又不断增加,其主要原因 是 。 (4)为了有利于贮藏蔬菜或水果,贮藏室内的氧气应调 节到图中的哪一点所对应的浓度? 。 采取这一措施的理由是 。 答案: C 2. 1. B 3. A 4. C 5. C 6. A 7. D 8. B 9. D 10. C 11. D 12.A 13.D 14.B 15.B 16.D 17.B 18.B 19.A 20.B 21.D 22. A 23.B 24. C 25. D 26. C 27. D 28.A 29. D 30.D 31. C 32.C 33.A 34.C 35.A 36.B 37.C 38.A 39.B 40.B 41.A 42. D 43. D 44. B 45. B 46. D 47. B 48. D 49. BCD 50. C 51. A 52.(1)无氧呼吸(2)氧气增加,无氧呼吸受到抑制(3)氧气充足时有氧呼吸加强,CO2 释放量增多(4)B 点,这时有氧呼吸已明显降低,同时又抑制了无氧呼吸,水果和蔬 菜组织内糖类等有机物分解得最慢

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题五 光合作用
[竞赛要求]
1.光合作用的概念及其重大意义 2.光合作用的场所和光合色素 3.光合作用的全过程(光系统 I 和光系统 II) 4.C3 和 C4 植物的比较(光呼吸) 5.外界条件对光合作用的影响(饱和点、补偿点)

6.光合作用的原理在农业生产中的应用

[知识梳理]
一、光合作用概述 光合作用是指绿色植物吸收阳光的能量, 同化二氧化碳和水, 制造有机物质并释放氧气 的过程。 1.光合作用的重要性可以概括为把无机物变成有机物、蓄积太阳能量和环境保护为三 方面。 2.叶绿体和光合色素 叶绿体是进行光合作用的细胞器。 在显微镜下观察, 高等植物的叶绿体大多数呈椭球形, 一般直径约为 3~6um,厚约为 2~3um。其结构可分为外膜、内膜、基粒和基质四部分, 内膜具有控制代谢物质进出叶绿体的功能, 基粒是光反应进行的场所, 基质是暗反应进行的 场所。叶绿体具有由许多片层组成的片层系统,称为类囊体。每个基粒是由 2 个以上的类囊 体垛叠在一起形成的,这样的类囊体称为基粒类囊体;有一些类囊体较大,贯穿在两个基粒 之间的基质中,称为基质类囊体。光合作用的光能转换功能是在类囊体膜上进行的,所以类 囊体膜亦称为光合膜。 光合色素就位于类囊体膜中。其种类、颜色和吸收的可见光段如下: 叶绿素 a(蓝绿色) 叶绿素――主要吸收蓝光和红光 叶绿素 b(黄绿色) 胡萝卜素 (橙黄色) 类胡萝卜素――主要吸收蓝光 叶 黄 素 (黄 色)

光合色素

应注意吸收光谱只说明光合色素吸收的光段, 不能进一步说明这些被吸收的光段在光合 作用中的效率, 要了解各被吸收光段的效率还需研究光合作用的作用光谱, 即不同波长光作 用下的光合效率称为作用光谱。 荧光现象:叶绿素溶液在透射光下呈绿色,而在反射光下呈红色的现象。 磷光现象:叶绿素在去掉光源后,还能继续辐射出极微弱的红光(用精密仪器测知)的 现象。 3.光合作用的发现 ? 17 世纪,van Helmont,将 2.3kg 的小柳树种在 90.8kg 干土中,雨水浇 5 年后,小柳树 重 76.7kg,而土仅减少 57g。因此,他认为植物是从水中取得所需的物质。 ? 1771 年,Joseph Priestley,密闭容器中蜡烛燃烧污染了空气,使放于其中的小鼠窒息; 若在密闭容器中放入一支薄荷, 小鼠生命就可得到挽救。 他的结论是, 植物能净化空气。 ? 1779 年,Jan Ingenhousz,确定植物净化空气是依赖于光的。 ? 1782 年,J.Senebier,证明植物在照光时吸收 CO2 并释放 O2。 ? 1804 年,N.T.De Saussure 发现,植物光合作用后增加的重量大于吸收 CO2 和释放 O2 所引起的重量变化,他认为是由于水参与了光合作用。 ? 1864 年,J.Sachs 观察到照光的叶绿体中有淀粉的积累,显然这是由光合作用产生的葡 萄糖合成的。 光 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 绿色细胞

?

20 世纪 30 年代,von Niel 提出光合作用的通式: CO2+2H2A (CH2O)+2A+H2O

?

1937 年,R. Hill 用离体叶绿体培养证明,光合作用放出的 O2,来自 H2O。将光合作用 分为两个阶段:第一阶段为光诱导的电子传递以及水的光解和 O2 的释放(又称希尔反 应);这一阶段之后才是 CO2 的还原和有机物的合成。 H2O+A AH2+1/2O2

?

1940 年代,Ruben 等用 18O 同位素示踪,更进一步证明光合作用放出的 O2,来自 H2O 6CO2+2H2O (C6H12O6)+ 6H2O +6O2

二、光合作用的过程 1.光反应和暗反应 根据需光与否, 可笼统的将光合作用分为两个反应――光反应和暗反应。 光反应发生水 的光解、O2 的释放和 ATP 及 NADPH(还原辅酶 II)的生成。反应场所是叶绿体的类囊体 膜中,需要光。暗反应利用光反应形成的 ATP 和 NADPH,将 CO2 还原为糖。反应场所是 叶绿体基质中, 不需光。 从能量转变角度来看, 光合作用可分为下列 3 大步骤: 光能的吸收、 传递和转换过程(通过原初反应完成);电能转化为活跃的化学能过程(通过电子传递和光 合磷酸化完成);活跃的化学能转变为稳定的化学能过程(通过碳同化完成)。前两个步骤 属于光反应,第三个步骤属于暗反应。 (1)光能的吸收、传递和转换 ①原初反应:为光合作用最初的反应,它包括光合色素对光能的吸收、传递以及将光能 转换为电能的具体过程(图 5-1)。

图 5-1 原初反应图解 ②参加原初反应的色素 光合色素按功能可分为两类: 一类具有吸收和传递光能的作用, 包括绝大多数的叶绿素 a,以及全部的叶绿素 b、胡萝卜素和叶黄素;另一类是少数处于特殊状态的叶绿素 a,这种 叶绿素 a 能够捕获光能,并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。在类囊体膜中,上 述色素并非散乱地分布着, 而是与各种蛋白质结合成复合物, 共同形成称做光系统的大型复 合物(图 5-2)。

图 7-2 光系统示意图 光系统:由光合色素组成的特殊功能单位。每一系统包含 250-400 个叶绿素和其他色素 分子。分光系统 I 和光系统 II,2 个光系统之间有电子传递链相连接。 光系统 I(PSI):作用中心色素为 P700,P700 被激发后,把电子供给 Fd。 光系统 II(PSII):作用中心色素为 P680,P680 被激发后,电子供给 pheo(去镁叶绿素), 并与水裂解放氧相连。 ③原初反应的基本过程:D·P·A →D·P*·A →D·P+· - →D+· AA P· D· A 为光系统或反应中心 P· Donor(原初电子供体) Pigment (作用中心色素) Acceptor (原初电子受体) (2)电能转化为活跃的化学能 ①水的光解:H2O 是光合作用中 O2 来源,也是光合电子的最终供体。 水光解的反应:2H2O→O2+4H++4e②光合电子传递链(光合链) 概念: 光合链是指定位在光合膜上的、 一系列互相衔接的电子传递体组成的电子传递的 总轨道。 由于各电子传递体具不同的氧化还原电位, 负值越大代表还原势越强, 正值越大代表氧 化势越强,据此排列呈―Z‖形,又称为―Z 方案‖(图 5-3)。

图 5-3 “Z 方案” ③光合电子传递 的类型: 非环式电子 传递;环式电子传递;假环式电子传递。 ④光合磷酸化 光合磷酸化的概念:叶绿体在光下把无机磷酸和 ADP 转化为 ATP,形成高能磷酸键的 过程。光合磷酸化与光合电子传递相偶联,同样分为三种类型:即非环式光合磷酸化;环式 光合磷酸化;假环式光合磷酸化。 光合磷酸化的机理:化学渗透学说,即在光合电子传递体中,PQ 经穿梭在传递电子的 同时, 把膜外基质中的 H+转运至类囊体膜内; PSⅡ光解水时在膜内释放 H+; PSⅠ引起 NADP+ 的还原时,进一步引起膜外 H+浓度降低。这样膜内外存在 H+浓度差(Δ pH),同时膜内外 电荷呈现“内正外负”,引起电位差(Δ )。Δ pH 和Δ 合称质子动力势。H+顺着浓度梯度返 回膜外时释放能量,在 ATP 酶催化下,偶联 ATP 合成。 (3)活跃的化学能转变为稳定的化学能 ①碳同化:植物利用光反应中形成的 NADPH 和 ATP 将 CO2 转化成稳定的碳水化合物 的过程,称为 CO2 同化或碳同化。 ②碳同化的途径: A)卡尔文循环(又叫 C3 途径):CO2 的受体是一种戊糖(核酮糖二磷酸,RuBP),故又 称为还原戊糖磷酸途径(RPPP)。二氧化碳被固定形成的最初产物是一种三碳化合物(3 -磷酸甘油酸)故称为 C3 途径。 , 是卡尔文等在 50 年代提出的, 故称为卡尔文循环(The Calvin cycle)。 卡尔文循环具有合成淀粉等有机物的能力, 是所有植物光合碳同化的基本途径, 大致可 分为三个阶段,即羧化阶段、还原阶段和再生阶段。 C3 途径的总反应式: 3CO2+5H2O+3RuBP+9ATP+6NADPH→PGAld+6NADP++9ADP+9Pi 可见,要产生 1molPGAld(磷酸丙糖分子)需要消耗 3mol CO2,9mol ATP 和 6mol NADPH。 B)C4 途径(又叫 Hatch-Slack 途径):有些起源于热带的植物,如甘蔗、玉米等,除了 和其它植物一样具有卡尔文循环以外,还存在一条固定 CO2 的途径。按 C4 途径固定 CO2 的 植物称为 C4 植物。现已知被子植物中有 20 多个科近 2000 种植物中存在 C4 途径。 C3 和 C4 叶的结构的不同:绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束,围绕着 维管束的一圈薄壁细胞叫做维管束鞘细胞,C3 植物叶片中的维管束鞘细胞不含叶绿体,维

管束鞘以外的叶肉细胞排列疏松,但都含有叶绿体(图 5-4)。

C4 植物的叶片中,围绕着维管束的是呈―花环型‖的两圈细胞:里面的一圈是维管束鞘 细胞,外面的一圈是一部分叶肉细胞。C4 植物中构成维管束鞘的细胞比较大,里面含有没 有基粒的叶绿体,这种叶绿体不仅数量比较多,而且个体比较大,叶肉细胞则含有正常的叶 绿体。(图 5-5)

图 5-5 C4 植物叶片 固定 CO2 的最初产物是四碳二羧酸 (草酰乙酸)故称为 C4-二羧酸途径 4-dicarboxylic , (C acid pathway),简称 C4 途径。也叫 Hatch-Slack 途径。 C4 循环和 C3 循环的关系见图 5-6。

图 5-6 C4 循环和 C3 循环的关系 C4 途径中的反应基本上可分为: ~ ①羧化反应 在叶肉细胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与 HCO3 在磷酸烯醇式丙酮酸羧化 酶(PEPC)催化下形成草酰乙酸(OAA); ②还原或转氨作用 OAA 被还原为苹果酸(Mal),或经转氨作用形成天冬氨酸(Asp); ③脱羧反应 C4 酸通过胞间连丝移动到 BSC, BSC 中释放 CO2, 2 由 C3 途径同化; 在 CO ④底物再生 脱羧形成的 C3 酸从 BSC 运回叶肉细胞并再生出 CO2 受体 PEP。 C4 植物具较高光合速率的因素有: ~ ~ ①C4 植物的叶肉细胞中的 PEPC 对底物 HCO3 的亲和力极高,细胞中的 HCO3 浓度一 般不成为 PEPC 固定 CO2 的限制因素; ②C4 植物由于有―CO2 泵‖浓缩 CO2 的机制,使得 BSC 中有高浓度的 CO2,从而促进 Rubisco 的羧化反应,降低了光呼吸,且光呼吸释放的 CO2 又易被再固定; ③高光强又可推动电子传递与光合磷酸化,产生更多的同化力,以满足 C4 植物 PCA 循 环对 ATP 的额外需求; ④鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束, 从而避免了光合产物累积对光合作用可能产 生的抑制作用。 但是 C4 植物同化 CO2 消耗的能量比 C3植物多,也可以说这个―CO2 泵‖是要由 ATP 来开动 的,故在光强及温度较低的情况下,其光合效率还低于 C3 植物。可见 C4 途径是植物光合碳 同化对热带环境的一种适应方式。 C)景天科酸代谢途径(CAM):干旱地区的景天科、仙人掌科、菠萝等植物有一个特 殊的 CO2 同化方式。晚上气孔开放,吸进 CO2,再 PEP 羧化酶作用下,与 PEP 结合,形成 OAA,进一步还原为苹果酸,积累于液泡中。白天气孔关闭,液泡中的苹果酸便运到胞质 溶胶,在依赖 NADP 苹果酸酶作用下,氧化脱羧,放出 CO2,参与卡尔文循环,形成淀粉 等。这类植物体内白天糖分含量高,而夜间有机酸含量高。具有这种有机酸合成日变化类型 的光合碳代谢称为景天科酸代谢。 植物的光和碳同化途径具有多样性,这也反映了植物对生态环境多样性的适应。但是 C3 途径是最基本、最普遍的途径,也只有该途径才可以生成碳水化合物,C4 和 CAM 途径 都是 C3 途径的辅助形式,只能起固定、运转、浓缩 CO2 的作用,单独不能形成淀粉等碳水 化合物。 (4)光呼吸 光呼吸:植物绿色细胞在光下吸收 O2、释放 CO2 的过程称为光呼吸。一般生活细胞的

呼吸在光暗条件下都可以进行,对光照没有特殊要求,可称为暗呼吸。光呼吸与暗呼吸在呼 吸底物、代谢途径以及光呼吸速率等方面均不相同。 光呼吸的全过程需要由叶绿体、 过氧化物酶体和线粒体三种细胞器协同完成。 光呼吸的 底物是乙醇酸,O2 的吸收发生在叶绿体和过氧化物酶体,CO2 的释放发生在线粒体。光呼 吸时,每氧化 2 分子乙醇酸放出 1 分子 CO2,碳素损失>25%。 光呼吸的意义:①消除乙醇酸的毒害:乙醇酸的产生在代谢中是不可避免的。光呼吸可 消除乙醇酸的毒害作用。②维持 C3 途径的运转:在叶片气孔关闭或外界 CO2 浓度降低时, 光呼吸释放的 CO2 能被 C3 途径再利用, 以维持 C3 途径的运转。 ③防止强光对光合机构的破 坏:在强光下,光反应中形成的同化力会超过暗反应的需要,叶绿体中 NADPH/NADP+的 比值增高,最终电子受体 NADP+不足,由光激发的高能电子会传递给 O2,形成超氧阴离子 ~ ~ ~ 自由基 O2 ,O2 对光合机构具有伤害作用,而光呼吸可消耗过剩的同化力,减少 O2 的形 成,从而保护光合机构。④氮代谢的补充:光呼吸代谢中涉及多种氨基酸(甘氨酸、丝氨酸 等)的形成和转化过程,对绿色细胞的氮代谢是一个补充。 光合作用主要反应概要 反 应 主要事件 需要的物质 最终产物 1、光反应 利用光能使水光解,合成 ATP 和还原 (类囊体膜) NADP+(即 NADPH) 光化学反应 叶绿素激发;反应中心将高能电子传递给 电子受体 电子传递 电子沿着类囊体膜上的电子传递链传递, 并最终还原 NADP +;水的光解提供的 H+ 积累于类囊体内 化学渗透 质子穿越类囊体膜进入类囊体;在类囊体 和基质间形成质子梯度;质子通过由 ATP 合成酶复合物构成的特殊通道回到基质 中;ATP 生成 2、暗反应 (基质) CO2 固定,即 CO2 与一有机化合物结合

光能; 光合色素

电子

电子;NADP+; NADPH+H + ; O2;H + H2O 质子梯度 ADP+Pi ATP

二磷酸核酮糖; 糖;ADP+Pi, CO2 ; ATP ; NADP + NADPH+H +

2.影响光合作用的因素 (1)外部因素: ① A)光强 光补偿点:当叶片的光合速率与呼吸速率相等(净光合速率为零)时的光照强度,称为 光补偿点。 光饱和点:在一定条件下,使光合速率达到最大时的光照强度,称为光饱和点。 出现光饱和点的原因:强光下暗反应跟不上光反应从而限制了光合速率。 一般来说,光补偿点高的植物其光饱和点也高。如,草本植物的光补偿点与光饱和点> 木本植物;阳生植物的>阴生植物;C4 植物的>C3 植物。光补偿点低的植物较耐荫,适于和 光补偿点高的植物间作。如豆类与玉米间作。 光抑制:光能过剩导致光合效率降低的现象称为光合作用的光抑制。 光抑制现象在自然条件下是经常发生的,因为晴天中午的光强往往超过植物的光饱和

点,如果强光与其它不良环境(如高温、低温、干旱等)同时存在,光抑制现象更为严重。 B)光质 对光合作用有效的是可见光。红光下,光合效率高;蓝紫光次之;绿光的效果最差。红 光有利于碳水化合物的形成,蓝紫光有利于蛋白的形成。 ② CO2 补偿点:当光合速率与呼吸速率相等时,外界环境中的 CO2 浓度即为补偿点。凡是 能提高 CO2 浓度差和减少阻力的因素都可促进 CO2 流通从而提高光合速率。如改善作物群 体结构,加强通风,增施 CO2 肥料等。 CO2 饱和点:当光合速率开始达到最大值(Pm)时的 CO2 浓度被称为 CO2 饱和点。 凡是能提高 CO2 浓度差和减少阻力的因素都可促进 CO2 流通从而提高光合速率。如改 善作物群体结构,加强通风,增施 CO2 肥料等。 ③ 光合作用有温度三基点,即光合作用的最低、最适和最高温度。低温抑制光合的原因主 要是,低温导致膜脂相变,叶绿体超微结构破坏以及酶的钝化。高温会引起膜脂和酶蛋白的 热变性,加强光呼吸和暗呼吸。在一定温度范围内,昼夜温差大,有利于光合产物积累。 ④ 用于光合作用的水只占植物吸收水分的 1%,因此,水分缺乏主要是间接的影响光合作 用,具体地说,缺水使气孔关闭,影响二氧化碳进入叶内;使光合产物输出减慢;使光合机 构受损;光合面积减少。水分过多也会影响光合作用。土壤水分过多时,通气状况不良,根 系活力下降,间接影响光合作用。 ⑤ 直接或间接影响光合作用。N、P、S、Mg 是叶绿体结构中组成叶绿素、蛋白质和片层 膜的成分;Cu、Fe 是电子传递体的重要成分;Pi 是 ATP、NADPH 以及光合碳还原循环中 许多中间产物的成分;Mn、Cl 是光合放氧的必需因子;K、Ca 对气孔开闭和同化物运输具 有调节作用。因此,农业生产中合理施肥的增产作用,是靠调节植物的光合作用而间接实现 的。 ⑥ 引起光合―午睡‖的原因:大气干旱和土壤干旱(引起气孔导度下降);CO2 浓度降低, 光合产物淀粉等来不及运走,反馈抑制光合作用。光呼吸增强。光合―午休‖造成的损失可达 光合生产的 30%以上。 (2)内部因素: ①不同部位 以叶龄为例:幼叶净光合速率低,需要功能叶片输入同化物;叶片全展后,光合速率达 最大值(叶片光合速率维持较高水平的时期,称为功能期);叶片衰老后,光合速率下降。 ②不同生育期 一般都以营养生长期为最强,到生长末期就下降。 3.提高光能利用率的途径 光能利用率: 单位土地面积上植物光合作用积累的有机物所含的化学能, 占同一期间入 射光能量的百分率称为光能利用率。作物光能利用率很低,即便高产田也只有 1%~2%。 (1)延长光合时间:措施有提高复种指数、延长生育期(如防止功能叶的早衰)、补 充人工光照等。 (2)增加光合面积:措施有合理密植、改变株型等。 (3)增强光合作用效率:措施主要有增加二氧化碳浓度、降低光呼吸等。 三、光合作用与人类社会

(1)人类活动引起全球变暖 (2)臭氧层的保护

[典型例题]
例 1.从海的不同深度采集到 4 种类型的浮游植物(I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)。测定了每种类型的 光合作用,如右图所示。在最深处采集到的是哪种类型 的浮游植物? ( ) A、Ⅰ B、Ⅱ C、Ⅲ D、Ⅳ 答案: D 解析:深海处的光强是极其微弱的,长期生活在深海处的浮游植物必然已适应这种环境,因 此在较低光强下即达到光饱和点,而在较高光强下其光合速率仍然是很低的。 例 2.取相同体积的培养液,分别放入透光瓶和不透光瓶中,分别加入等量的小球藻,置于 相同温度及光照下培养一段时间后,测得透光瓶中产生氧气的量为 0.3g,不透光瓶中消耗氧 气的量为 0.lg,则透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量是 ( ) A、0.4g B、0.3g C、0.2g D、0.lg 答案:A 解析: 此题中透光瓶中产生氧气的量应为光合作用制造的减去呼吸作用消耗的之后净剩的氧 气的量, 不透光瓶消耗氧气的量应为瓶中小球藻呼吸作用消耗氧气的量, 在其他条件相同时, 透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量应为净剩的氧气量加上呼吸作用消耗的氧气量。 例 3.在严寒的冬天,利用温室进行蔬菜种植,可以提高经济效益,但需要调节好温室的光 照、湿度、气体和温度,以提高产品的质量和品质。下列措施及方法正确的是 ( ) ①由于温室内外温差大,在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜,要及时擦干,以防止 透光率降低②适当地增加光照, 以补充冬季阳光的不足③尽量增加空气湿度, 以降低植物的 蒸腾作用④向温室内定期施放二氧化碳气体,以增加光合作用强度⑤向温室内定期施放氧 气,以降低呼吸作用强度⑥冬季温室内温度尽量维持恒定 A、 ①②④ B、①②④⑥ C、②③⑤⑥ D、③④⑥ 答案:A 解析:此题考察了影响光合作用的外界因素,主要有光照、二氧化碳、温度、水分、矿质元素 及光合速率的日变化。正确的:①水膜不擦干会导致透光率降低影响光合作用。②适当地增 加光照,可以补充冬季阳光的不足。④补充二氧化碳可以增加光合作用强度。错误的:③温 室内由于植物的蒸腾作用, 空气湿度本来就相对较高, 所以不用再增加空气湿度来降低植物 的蒸腾作用了。⑤光合作用就会释放氧气,不需要额外施放氧气来降低呼吸作用强度了。⑥ 为了多积累有机物,温度应控制为日温高夜温低。 例 4.对植物进行暗处理的暗室内,安装的安全灯最好是选用 ( ) A、红光灯 B、绿光灯 C、白炽灯 D、黄色灯 答案:B 解析:植物叶片中光合色素对绿光吸收、利用最少,即绿光对植物的光合作用不起作用。因 此绿光也称为生理无效光。

例 5.在光合环运转正常后,突然降低环境中的 CO2 浓度,则光合环的中间产物含量会发 生哪种瞬时变化? ( ) A、RuBP 量突然升高而 PGA 量突然降低 B、PGA 量突然升高而 RuBP 量突然降低 C、RuBP 和 PGA 均突然升高 D、RuBP 和 PGA 的量均突然降低 答案:A 解析: RuBP 是碳同化过程中直接与 CO2 结合的物质, 而且 RuBP 在光合环中是不断再生的, 当突然降低环境中的 CO2 浓度后,用于结合 CO2 而消耗的 RuBP 少了,但 RuBP 再生过程 仍然进行,因此此时 RuBP 量突然升高;PGA 是碳同化过程中产生的三碳化合物,当环境 中的 CO2 浓度降低后,同化的 CO2 少了,产生必然也就少了。 例 6.连接光反应和暗反应的关键物质是 ( ) A、ADP 和 NADPH B、ATP 和 NADPH C、CO2 和 C3 D、丙酮酸和〔H〕 答案:B 解析:光反应是植物体将光能转化为活跃的化学能贮存在 ATP 和 NADPH 中,用于暗反应 中 CO2 的同化和还原,ATP 和 NADPH 合称同化力,因此 ATP 和 NADPH 是将光暗反应联 系起来的关键物质。 例 7.如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应,最好是检验其 ( ) A、葡萄糖的形成 B、淀粉的形成 C、氧气的释放 D、CO2 的吸收量 答案:C 解析:葡萄糖的形成、淀粉的形成和 CO2 的吸收这三个现象都是要暗反应完成后才能发生, 如果光反应完成了, 必然要发生水的光解放出氧气。 而且在水中测定氧气的释放这一现象是 很方便的,而其它三项的的测定较复杂。 例 8.C4 植物同 C3 植物相比 ( ) A、C4 植物能在弱光下生长更好 B、C4 植物能在低 C02 浓度下生长更好 C、C4 植物利用高光合速率补偿高光呼吸带来的损失 D、C4 植物光合速率受高温抑制相对较小 答案:B D 解析:在生理上,C4 植物一般比 C3 植物具有较强的光合作用,这是与 C4 植物的 PEP 羧化 酶活性较强,光呼吸很弱有关。PEP 羧化酶对 CO2 的 Km 值(米氏常数)是 7μmol,核酮糖二 磷酸(RuBP)羧化酶的 Km 值是 450μmol。前者比后者对 CO2 的亲和力大得很多。试验证明, C4 植物的 PEP 羧化酶的活性比 C3 植物的强 60 倍,因此,C4 植物的光合速率比 C3 植物快许 多,尤其是在二氧化碳浓度低的环境下,相差更是悬殊。由于 C4 植物能利用低浓度的 CO2, 当外界干旱气孔关闭时,C4 植物就能利用细胞间隙里的含量低的 CO2,继续生长,C3 植物 就没有这种本领。所以,在干旱环境中,C4 植物生长比 C3 植物好。C4 之所以光呼吸很弱 是因为(1)C4 植物的光呼吸代谢是发生在维管束鞘细胞(BSC)中,由于 C4 途径的脱羧使 BSC 中 CO2 浓度提高,这就促进了 Rubisco 的羧化反应,抑制了 Rubisco 的加氧反应。(2) 由于 C4 植物叶肉细胞中的 PEP 羧化酶对 CO2 的亲和力高,即使 BSC 中有光呼吸的 CO2 释 放,CO2 在未跑出叶片前也会被叶肉细胞中的 PEP 羧化酶再固定。

C4 植物适应于高光强, 光饱和点明显高于 C3 植物。 相应的 C4 植物全年干物质积累量近 40 吨/ 公顷,C3 植物约 22 吨/公顷。C4 植物光合作用的最适温度 30-47℃,C3 植物适宜温 度在 20-30℃之间,C4 植物的高光合速率是付出代价的,它在同样的条件下要比 C3 植物消 耗更多的能量,C4 植物每同化一分子 CO2 要比 C3 植物多消耗 2ATP(腺苷三磷酸),在能 量上是不经济的。所以,在光照强、气温高的地区,C4 植物生长比 C3 植物好;而在光强、 温度较低的地区,C4 植物的光合效率就不一定比 C3 植物高。 例 9.右图表示在 75 %的全日照下两种植物的叶片在不同 CO2 浓度下 CO2 净吸收速度,下 列叙述正确的是: ( ) A、 植物 A 是 C4 植物, 因为它在高 CO2 浓度下有较高的 CO2 净吸收速度 B、在 CO2 净吸收速度等于 0 时,A 和 B 没有光合作用和呼吸作用 C、如果光照强度保持恒定,CO2 浓度 进一步增加,则 A 的 CO2 净吸收速度将达 到饱和点 D、在 CO2 浓度为 200× -6 时,B 比 A 10 有较高的光能利用效率 答案:C D 解析:A、在高 CO2 浓度下有较高的 CO2 净吸收速度并不能说明该植物是 C4 植物,C4 植物 具有特殊的叶片结构,即具有花环结构,可作为判定 C4 植物的一个标准,另外 C4 植物一般 应具有较低的 CO2 补偿点和较高的 CO2 羧化效率。B、在 CO2 净吸收速度等于 0 时,植物 的光合作用吸收 CO2 量与呼吸作用放出 CO2 量相等,是一种动态平衡。C、如果光照强度保 持恒定,CO2 浓度进一步增加,从图可看出植物 A 的 CO2 交换速度将为一恒定值,此时的 CO2 浓度称为该植物的 CO2 饱和点。D、从图可看出,相同光强下,在 CO2 浓度为 200× -6 10 时,植物 B 比植物 A 的 CO2 交换速度快,因此 B 比 A 有较高的光能利用效率。 例 10.在昼夜周期条件下,维持植物正常生命活动所需要的最低光照强度应 ( ) A、大于光补偿点 B、等于光补偿点 C、小于光补偿点 D、大于或等于光补偿点 答案:A 解析:光合作用吸收的 CO2 与呼吸作用释放的 CO2 相等时,即表观光合速率为零时的光照 强度称为光补偿点。当光照强度低于光补偿点时,呼吸作用释放的 CO2 就会大于光合作用 吸收的 CO2 的量,这样植物体内有机物就会被慢慢消耗尽。因此,要维持植物正常生命活 动,光照强度应大于光补偿点。 例 11.下面有关光系统 II 的论述是正确的? ( ) A、在受光激发后,作用中心色素分子 P680 失去电子 B、P700 是 P680 的氧化态形式 C、每一个吸收的光子可以导致两个电子传递 D、放氧过程产生的质子可以用于 ATP 合成 E、光系统 II 仅在叶绿体存在 答案:A D 解析:B、P700 是光系统 I 的作用中心色素分子,代表光能吸收高峰在 700nm。P680 是光系统

II 的作用中心色素分子,代表光能吸收高峰在 680nm。C、每 1 个吸收的光子导致 1 个电子 传递。D、根据化学渗透学说,放氧过程产生的质子在传递过程中造成类囊体膜内外质子梯 度,可以作为驱动 ATP 合成的动力。E、红藻、蓝藻等原核生物中没有叶绿体,但仍有光系 统 II。 例 12.气孔的开闭影响绿色植物的哪些生理活动?( ) A、光合作用 B、离子转运 C、呼吸作用 D、水的转运 答案:ABCD 解析:气孔是水分散失的主要通道,如果气孔关闭就会使水分散失减少,从而影响水分的吸 收和转运。离子是溶于水中进行转运的,由于水分散失减少也会使离子转运受影响。气孔也 是气体交换的主要通道,气孔开闭影响 CO2 进出叶片,从而影响光合作用和呼吸作用。 例 13.为探究光合作用放出了氧气,某同学设计了下图所示的实验装置。

(1)请说明他该如何检验试管内收集到的是否是氧气? (2)能利用这套装置探究植物光合作用最有效的波长吗?请写出实验思路。 (3)再给你一只秒表、蒸馏水、小苏打、天平,同样利用这套装置,你能探究二氧化碳对光 合作用效率的影响吗? (4)设计一个实验数据记录表: 答案:(1)让氧气排出试管里所有的水,小心地取下试管,用手指堵住试管口。用火柴点 燃一根薄木条。然后吹灭木条上的火。移开堵在试管口上的手指,迅速地把灼热的木条伸到 试管里,如果木条能够复燃,证明产生的是氧气。 (2)设置同样的装置若干套,分别置于不同波长的光下,用秒表记录试管中所收集到 的气体达到刻度线所需的时间,时间最短者,光合作用的效率最高。依次类推,可测出不同 波长的光对植物光合作用于的影响大小。 (3)写出方法步骤: 通过添加不同量的小苏打,使蒸馏水碳酸化,如可以用浓度是 O.50%、O.75%、1.0%、2.0%和 3.0%的溶液进行比较实验。通过测量试管中所收集到的气 体达到刻度线所需的时间长短, 可以测量不同二氧化碳浓度对光合作用的速率的影响。 注意: 一定要设立一个对照组, 这样就可以计算出所收集的气体中, 有多少是苏打水中的二氧化碳。 解析:(1)收集气体的方法有排水法和排空气法,根据氧气的物理性质,应采用排水法。 一般用使带火星的木条复燃的方法检验氧气。 (2)探究植物光合作用最有效的波长可用不同波长的光照射此装置。检测指标可以是产生 相同氧气量的时间长短,也可以是测量相同时间产生氧气量的多少。 (3)用小苏打来调节蒸馏水中 CO2 的含量,通过测量试管中所收集到的气体达到刻度线所 需的时间长短, 可以测量不同二氧化碳浓度对光合作用的速率的影响。 以上两个实验设计都

应设计对照组。 例 14.将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中,在一定条件下不给光照,CO2 的含量每小 时增加 8mg;如给予充足的光照后,容器内 CO2 的含量每小时减少 36mg,据实验测定上述 光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖 30mg。请回答: (1)上述条件下,比较光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用强度是 。 (2)在光照时该植物每小时葡萄糖的净生产量是 。 (3)若一昼夜中先光照 4 小时,接着处置在黑暗的情况下 20 小时,该植物体内有机物含 量的变化是 。 答案:(1)相同(2)24.5454(3)减少 解析:(1)影响呼吸作用的因素有温度、氧和二氧化碳等,光照不是影响因素,因此给光 与否不影响呼吸作用。 (2) 呼吸每小时产生 CO2 8mg, 即消耗葡萄糖 180×8/6×44≈5.4545。 光合每小时产生葡萄糖 30mg,净产生葡萄糖量则应为 30-5.4545≈24.5454(3)从题中可 知, 光下每小时光合消耗 36mg CO2, 光照 4 小时则消耗 144mg。 黑暗下每小时呼吸放出 8mg CO2,20 小时则放出 160mg,因此植物体内有机物含量应减少。 例 15.有人设计了一个研究光合作用的实验,实验前在溶液中加入破损了外膜和内膜的叶 绿体及一定量的 ATP 和 NADPH 然后分连续的Ⅰ、Ⅱ两个阶段,按图示的控制条件进行实 验请回答:

(1)根据光合作用原理,在上图中绘出糖类合成速率的两条可能的曲线。 (2)除糖以外Ⅰ阶段积累的物质是 ADP,Pi,NADP,三碳化合物 物质是 ATP,NADPH,五碳化合物 。 答案:(1) 。Ⅱ阶段积累的

(2)ADP,Pi,NADP,三碳化合物 ATP,NADPH,五碳化合物 解析:(1)由于加入了 ATP 和 NADPH,在黑暗有 CO2 的情况下,会进行暗反应的全 过程,所以糖的合成速率升高,但一段时间后,外加的 ATP 和 NADPH 被消耗掉,暗反应 停止,糖类合成速率下降至停止。再给以光照,又会产生 ATP 和 NADPH,利用前一阶段 剩余的 CO2 使暗反应继续进行,糖的合成速率再次升高。随着 CO2 被消耗,糖类合成速率 再次下降。(2)Ⅰ阶段 ATP 被消耗产生 ADP 和 Pi,NADPH 被利用产生 NADP,CO2 和

C5 化合物结合产生三碳化合物。Ⅱ阶段光反应产生 ATP 和 NADPH,由于糖类合成时再生 出五碳化合物,而此时缺乏 CO2,再生出的五碳化合物不能与 CO2 结合,从而导致五碳化 合物积累。

[智能训练]
1.光强度增加,光合作用速率不再增加时,外界的光强度为 ( ) A.光补偿点 B.CO2 饱和点 C.CO2 补偿点 D.光饱和点 2.植物光反应的最终电子受体和氧化磷酸化中最初电子受体依次是 ( ) + + A.NADP 和 NAD B.H2O 和 O2 + + + C.FAD 和 FMN D.NAD 和 FAD 3.下列论述哪项是对的? ( ) A.暗反应在叶绿体的基粒片层上进行 B.光反应在叶绿体的基质中进行 C.暗反应不需要光,但在阳光下也能进行 D.暗反应只有在黑暗中才能进行 4.光合作用的过程中,二氧化碳被〔H〕还原,这个〔H〕来源于 ( ) A.固定 CO2 的五碳化合物 B.水被光解后产生的 C.体内有机物氧化产生的 D.吸收大气中的氢 5.C4 植物维管束鞘细胞的特点 ( ) A.细胞较大、叶绿体没有基粒 B.细胞较大、叶绿体有基粒 C.细胞较小、叶绿体没有基粒 D.细胞较小、叶绿体有基粒 6.下列对叶绿素分子功能的叙述,正确的是 ( ) A.吸收光能 B.传递光能 C.储藏光能 D.转化光能 7.一个光合单位包括 ( ) A.天线色素系统和反应中心色素分子 B.ATP 酶复合物和电子传递体 C.电子传递体和 NADPH D.ATP 酶复合物和 P700 8.光合作用过程中在叶绿体类囊体腔中完成的反应步骤有: ( ) A.三碳化合物的形成 B.水的光解和氧的释放 C.NADP 的还原 D.ATP 的生成 9.所有进行光合放氧的生物都具有哪种色素 ( ) A.叶绿素 a,叶绿素 b B.叶绿素£L,叶绿素 c C.叶绿素 a,类胡萝卜素 D.叶绿素 a,藻胆素 10.以下哪些参与光合磷酸化: ( ) A.P680,P700,P450 B.P680,P700,去镁叶绿素 C.P680,P700,叶绿素 b D.细胞色素 c,细胞色素 b,NADH 11.哪些特征使得景天科植物适应在炎热荒漠环境生长? ( ) A.维管束的排列方式特异 B.具有 C4 代谢途径 C.白天气体交换少 D.储存酸性物质可以抗虫。 12.光合作用中 C02 固定和同化一定需要: ( ) A.Rubisco B.NADPH C.ATP D.放出氧气 13.一个分子自叶绿体类囊体内到达线粒体基质必须穿过的层膜数是 ( ) A.3 B.5 C.7 D.9 14.一种 C3 植物和一种 C4 植物在光下一起放在一个密封的玻璃钟罩中,在这个钟罩内 CO2 浓度如何变化? ( )

A.没有变化 B.增加 C.下降到 C4 植物的 CO2 补偿点 D.下降到 C3 植物的 CO2 补偿点 E.下降到 C4 植物的 CO2 补偿点以下 15.光合产物主要以什么形式运出叶绿体 ( A.丙酮酸 B.磷酸丙糖 C.蔗糖 D.G–6–P 16.叶绿体中所含的脂除叶绿体色素外主要是 ( A.真脂 B.磷脂 C.糖脂 D.硫脂 17.将叶绿素提取液放到直射光下,则可观察到 ( A.反射光为绿色,透射光是红色 B.反射光是红色,透射光是绿色 C.反射光和透射光都是红色 D.反射光和透射光都是绿色 18.光合作用中蔗糖的形成部位 ( A.叶绿体间质 B.叶绿体类囊体 C.细胞质 D.叶绿体膜 19.维持植物正常生长所需的最低日光强度 ( A.等于光补偿点 B.大于光补偿点 C.小于光补偿点 D.与日光强度无关 20.类胡萝卜素属于萜类化合物中的 ( A.倍半萜 B.三萜 C.双萜 D.四萜 21.Hill 反应的表达方式是 ( 光,叶绿体 A.CO2+2H2O* ????? (CH2O)+H2O+O2* B.CO2+2H2A ?光 (CH2O) +A2+H2O ?? C.ADP+P ????? ATP+H2O
光,光合膜

) ) )

) )

) )

D.2H2O+2A ????? 2AH2+O2
光,叶绿体

22.―高能磷酸键‖中的―高能‖是指该键 ( ) A.健能高 B.活化能高 C.水解释放的自由能高 D.A,B 和 C 都是 23.绿色植物在白天光合作用旺盛时,多数气孔常开放着,随着光合作用的减弱,越来越多 的气孔逐渐关闭。影响气孔开闭的主要内因是保卫细胞内部的 ( ) A.氧气的浓度 B.淀粉的浓度 C.水解酶的浓度 D.酸碱度(pH 值) 24.C3 植物光合作用时,CO2 的受体是 ( ) A.磷酸甘油醛 B.磷酸甘油酸 C.丙酮酸 D.l,5–二磷酸核酮糖 25.阳光经三棱镜分光照在丝状绿藻上,在哪些频率范围内聚集着最多的好气性细菌 ( ) A.红光和蓝紫光 B.黄光和蓝紫光 C.红光和绿光 D.蓝紫光和绿光 26.下列各个作用中,哪些是与光合作用的光反应相联系的? ( ) NADP NADPH2 ATP ADP CO2 C6H12O6

激发的叶绿素

叶绿素

A.1、3、6 B.2、4、5 C.2、3、6 D.1、4、6 27.在光合作用中,光化学反应的中心分子是 ( A.全部叶绿素 a 的各种状态分子 B.P700 和 P680 的叶绿素 a 的分子 C.与光合作用有关的酶分子 D.全部叶绿素和类胡萝卜素分子



28.正常状态下,光合作用过程中,限制光合作用速度的步骤是 ( ) A.光能的吸收 B.高能电子的传递 C.CO2 的固定 D.以上都是 29.天气晴朗的早晨,摘取一植物叶片甲,于 100℃下烘干,称其重量;黄昏时,再取同一 株上着生位置与叶片形状都与甲基本相同的叶片乙,同样处理,称其重量,其结果是 ( ) A.甲叶片比乙叶片重 B.乙叶片比甲叶片重 C.两叶片重量相等 D.不一定 30.光合磷酸化过程发生的场所是 ( ) A.叶绿体内膜上 B.叶绿体基质中 C.类囊体膜的外侧 D.类囊体膜的内侧 31.下列哪组色素是叶绿体和有色体都含有的? ( ) A.叶绿素和类胡萝卜素 B.叶绿素和叶黄素 C.叶绿素和胡萝卜素 D.叶黄素和胡萝卜素 32.绿色植物的保卫细胞与表皮细胞在生理功能上的主要区别是 ( ) A.含有叶绿体 B.能进行光合作用 C.能进行呼吸作用 D.能吸水、失水 33.下列生理活动中,不产生 ATP 的是 ( ) A.暗反应 B.有氧呼吸 C.光反应 D.无氧呼吸 34.影响光合作用速度的环境因素主要是 ( ) A.水分 B.阳光 C.温度 D.空气 35.光合电子传递链位于 ( ) A.叶绿体内膜上 B.叶绿体类囊体膜上 C.叶绿体间质中 D.叶绿体类囊体膜内 36.下列有关光合作用的叙述,哪项不正确? ( ) A.能进行光合作用的生物细胞都含有叶绿素 B.能进行光合作用的植物细胞都含有叶绿体 C.植物细胞进行光合作用时,将水分解产生氧分子的反应是在叶绿体的基质中进行 D.植物细胞进行光合作用时,固定二氧化碳生成糖分子的反应是在叶绿体的基质中进行 37.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。在叶柄基部作环剥 处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为 1cm2 的叶圆片烘干后称其重量,测得叶片的叶绿体光合作用速率=(3y 一 2z 一 x)/6 g· -2.H-1(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影 cm 响)。则 M 处的实验条件是 ( )

A.下午 4 时后将整个实验装置遮光 3 小时 B.下午 4 时后将整个实验装置遮光 6 小时 C.下午 4 时后在阳光下照射 1 小时 D.晚上 8 时后在无光下放置 3 小时 38.在光合作用研究过程中,科学实验陆续发现以下事实:





(1)在人们对光合作用的认识达到一定程度时,以式子:6CO2+6H2O C6H12O6+ O2 表示光合作用 (2)后来,希尔从细胞中分离出叶绿体,并发现在没有 CO2 时,给予叶绿体光照,就能 放出 O2,同时使电子受体还原。希尔反应式是:H2O + 氧化态电子受体 还原 态电子受体 + 1/2 O2 (3)在希尔反应基础上,Amon 又发现在光下的叶绿体,不供给 CO2 时,既积累 NADPH 也积累 ATP;进一步,撤去光照,供给 CO2,发现 NADPH 和 ATP 被消耗,并有有 机物(CH2O)产生 希尔反应和 Amon 的发现应该使当时的人们对光合作用有以下哪些方面的新认识? A.光合作用释放的 O2 来自 H2O 而不是 CO2 B.H2O 被裂解的时候,发生了由 H2O 最后到 NADP 的电子传递,这个过程需要光 C.希尔反应与 CO2 合成有机物是 2 个可以区分开来的过程 D.光合作用需要光的过程为 CO2 合成有机物过程提供还原剂 NADPH 和 ATP 39.根据叶绿体色素的有关知识回答下列问题: (1)叶绿素与类胡萝卜素的比值一般是 ,叶绿素 a / b 的比值是:C3 植物 为 ,C4 植物为 ;而叶黄素 / 胡萝卜素为 。 (2)阴生植物的叶绿素 a/b 比值,比阳生植物 ,高山植物的叶绿素 a / b 比值 比平原地区植物 ,同一植物在强光条件下,其叶绿素 a / b 比值比弱光条件下 的 ,同一叶片随着叶龄的增加,叫绿素 a/b 比值亦随之 。 40.植物的光合作用强度,可以用单位面积在单位时间内吸收二氧化碳量的测定来表示。这 样测定的光合作用强度 实际存在的光合作用强度。 41.下图是光合作用过程实验图解: 请分析实验结果

(1)装置 C 中产生含碳有机物是由于在装置 A 中结构〔 〕 了 反应,为在结构〔②〕 中进行的 等物质的缘故。 (2)装置 B 中不能产生含 14C 的有机物,主要是结构①中缺少 和 。 (3)此实验说明叶绿体是进行光合作用完整的 单位。 (4)适当增强 ,增加 ,以及适 当提高温度可提高 , 从而提高含碳的有机物的产量,并能产生较多 的 。 42.右图是简化了的光反应图解,据图回答下列问题:

进行 反应提供了

(1)指出右图中 A~D 物质的名称: A. H2O B. PSⅡ(P680) + C. PSⅠ(P700) D.NADP (氧化型辅酶Ⅱ) (2)电子的最终供体是 ,电子最终受体 是 。 (3)进行光化学反应的场所是图中的 和 。 (4)E 过程称为 光合磷酸化 。 (5)D 物质的重要特点是 。 (6)从能量角度看光反应的实质是 。 答案:1.D 2.A 3.C 4.B 5.A 6.ABD 7.A 8.B 9.C 10.B 11.BC 12. ABC 13. B 14. C 15. B 16. B 17. B 18. C 19. B 20. D 21.D 22.C 23.D 24.D 25.A 26.D 27.B 28.C 29.B 30.C 31.D 32.B 33.A 34.BC 35.B 36.C 37.A 38.ACD 39.(1) 3:1;3:1;4:1;2:1 (2)低;高;高;降低 40.小于 41.(1)①叶绿体片层膜上;光;②基质;暗;NADPH(或 ATP) (2)固定 CO2 的 C5(或 RuBP);有关酶 (3)结构 (4)光照;光合速率;O2 + 42.(1)A (2)H2O NADP (3)B C (4)非循环式 (5)易与 H 结合,又易与 H 分离 (6)光能→电能→活跃的化学能

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题六 细胞增殖与遗传
[竞赛要求]
本专题涉及的主要考点及要求: 一、细胞学说与原核细胞的二分裂 二、遗传的细胞学基础 三、细胞周期与有丝分裂(细胞周期概念、染色体复制、分裂过程、细胞分裂的影响因 素、癌细胞的产生、有丝分裂的功能) 四、减数分裂与交换值(减数分裂过程、减数分裂与有丝分裂的区别) 五、染色体数目与结构变异(21 三体、减数分裂突发变故影响染色体数、性染色体异 常不致死、染色体结构异常引发先天缺陷与癌变)

[知识梳理]
一、细胞学说与原核细胞的二分裂 1、细胞学说:施莱登和施旺的细胞学说主要有三个方面内容:(1)细胞是有机体。一 切动植物都是由细胞发育而来, 并由细胞和细胞产物所构成, 动植物的结构有显著的一致性。 (2)每个细胞作为一个相对独立的基本单位,既有它们―自己的‖生命,又与其他细胞协调 地集合,构成生命的整体,按共同的规律发育,有共同的生命过程。(3)新的细胞可以由 老的细胞产生。 2、原核细胞的二分裂 原核细胞的分裂包括两个方面: (1)细胞 DNA 的复制和分配, 使分裂后的子细胞能得到亲代细胞的一整套遗传物质; (2)细胞质分裂,把细胞基本上分成两 等份。 原核细胞的 DNA 分子是环状的,无游离端。 在一系列酶的催化下,经过解旋和半保留

式复制,形成了两个一样的环状 DNA 分子。复制常是由 DNA 附着在质膜上的部位开始。在 DNA 分子复制完成之后,便开始了细胞质分裂。当然,在开始分裂之前需要细胞生长。 细胞分裂时,先由一定部位开始。复制好的两个 DNA 分子仍与膜相连;随着连接处的生 长,把 DNA 分子拉开。 在细胞中部,质膜环绕细胞发生内褶,褶中产生了新的壁物质,形成了隔。 隔不断向中央生长延伸,最后形成了将细胞隔 下图:大肠杆菌的分裂 为两部分的完整的隔。隔纵裂为二,把母细胞分成 了大致相等的两个子细胞。 例如: 细菌。 细菌和其它原核生物一样, 没有核膜, DNA 集中在细胞质中的低电子密度区,称核区或 核质体。 细菌一般具有 1-4 个核质体, 多的可达 20 余个。核质体是环状的双链 DNA 分子,所含的遗 传信息量可编码 2000~3000 种蛋白质,空间构建 十分精简, 没有内含子。 由于没有核膜, 因此 DNA 的复制、 RNA 的转录与蛋白的质合成可同时进行, 而不像真核细胞那样这些生化反应在时间和空间 上是严格分隔开来的。细菌核区 DNA 以外的,可进行自主复制的遗传因子,称为质粒。质 粒是裸露的环状双链 DNA 分子,所含遗传信息量为 2~200 个基因,能进行自我复制,有时 能整合到核 DNA 中去。质粒 DNA 在遗传工程研究中很重要,常用作基因重组与基因转移 的载体。如图:细菌一二分裂的方式繁殖。 二、遗传的细胞学基础 染色体是核内遗传物质的载体, 在细胞分裂中呈现规律性的变化。 染色体是含有许多基 因的自我复制的核酸分子。在细菌中,染色体是一个裸露的双链环状 DNA 分子。在真核生 物中,染色体是线形双链 DNA 分子与蛋白质形成的复合物。生物的核基因组分别蕴藏在多 条染色体中。不同物种染色体的数目不同,具有物种专一性的特点。 1、染色体的化学组成: DNA 是染色体的主要化学成分,也是遗传信息的载体。染色 体还含有大量的蛋白质,少量 RNA。上述三类组成染色体的化学成分中,蛋白质含量约为 DNA 的二倍,根据组成蛋白质的氨基酸特点分为组蛋白和非组蛋白两类。RNA 含量很少,还 不到 DNA 量的 10%。 组蛋白是指染色体中的碱性蛋白质, 其特点是富含二种碱性氨基酸 (赖 氨酸和精氨酸), 非组蛋白是指染色体中组蛋白以外的其它蛋白质,它是一大类种类繁杂 的各种蛋白质的总称。 2、染色体复制 (1)染色体的结构:核小体是染色体基本结构单位。染色质中的 DNA 双螺旋链,等距 离缠绕组蛋白八聚体形成众多核心颗粒,各颗粒之间为带有 H1 组蛋白的连接区 DNA.这种组 成染色质的重复结构单位就是核小体。如下图:

(2) 染色体复制的核心内容是 DNA 分子的复制: DNA 分子的复制发生在细胞的有丝 分裂或减数分裂的第一次分裂前的间期。这时候,一个 DNA 分子双链之间的氢键断裂,两条 链彼此分开,各自吸收细胞内的核苷酸,按照碱基配对原则合成一条新链,然后新旧链联系起 来,各自形成一个完整的 DNA 分子。 复制完毕时,原来的一个 DNA 分子,即成为两个 DNA 分 子。 因为新合成的每条 DNA 分子都含有一条原来的链和一条新链,所以这种复制方式称为半 保留复制。在复制过程中,DNA 的两条母链并不是完全解开以后才合成新的子链,而是在 DNA 聚合酶的作用下,边解开边合成的,并且这种复制需要 RNA 作为引物,待 DNA 复制合成 后,由核酸酶切掉引物,经 DNA 聚合酶的修补和连结酶的―焊接‖把它们连结成完整的 DNA 链。DNA 分子能够人工复制是有重大的生物学意义的。但是,DNA 分子的人工复制不能脱 离细胞内的其他物质和条件,如需要原料(4 种核苷酸)、能量(ATP)、酶的作用等等。 3、染色体形态和结构相关的术语 (1)染色单体:中期染色体由两条染色单体组成,两者在着丝粒的部位相互结合,每 一条染色单体是由一条 DNA 双链经过螺旋和折叠而形成的,到后期,着丝粒分裂,两条染 色单体分离。 (2)染色线:前期或间期核内的染色质细线,代表一条染色单体。 (3)染色粒:前期染色体上呈线性排列的念珠状颗粒,是 DNA 局部收缩形成的,异 染色质的染色粒一般较大, 而常染色粒的染色粒较小, 在染色体上位于着丝粒两边的染色粒 一般较大,而向染色体端部的染色体较小,呈梯度排列。 (4)主缢痕:中期染色体上一个染色较浅而缢缩的部位,主缢痕处有着丝粒,所以亦 称着丝粒区,由于这一区域染色线的螺旋化程序低,DNA 含量少,所以染色很浅或不着色。 (5)次缢痕:除主缢痕外,染色体上第二个呈浅缢缩的部分称次缢痕,次缢痕的位置 相对稳定,是鉴定染色体个别性的一个显著特征。 (6)核仁组织区:是核糖体 RNA 基因所在的区域,其精细结构呈灯刷状。 (7)随体:指位于染色体末端的球形染色体节段,通过次缢痕区与染色体主体部分相 连。位于染色体末端的随体称为端随体,位于两个次缢痕中间的称中间随体。 (8)端粒:是染色体端部的特化部分。其生物学作用在于维持染色体的稳定性。端粒 由高度重复的短序列串联而成,在进化上高度保守,不同生物的端粒序列都很相似。 三、细胞周期与有丝分裂 1、 细胞周期的概念: 细胞周期指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程, 所需的时间叫细胞周期时间。可分为四个阶段:①G1 期,指从有丝分裂完成到期 DNA 复制 之前的间隙时间;②S 期,指 DNA 复制的时期,只有在这一时期 H3-TDR 才能掺入新合成 的 DNA 中; 2 期, DNA 复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间; ③G 指 ④M 期又称 D 期, 细胞分裂开始到结束。 从增殖的角度来看,可将高等动物的细胞分为三类:①连续分裂细胞,在细胞周期中连 续运转因而又称为周期细胞,如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。②休眠细胞暂不分裂,但 在适当的刺激下可重新进入细胞周期,称 G0 期细胞,如淋巴细胞、肝、肾细胞等。③不分 裂细胞,指不可逆地脱离细胞周期,不再分裂的细胞,又称终端细胞,如神经、肌肉、多形 核细胞等等。 2、分裂过程:有丝分裂过程是一个连续的过程,为了便于描述人为的划分为六个时期: 间期、前期、前中期、中期、后期和末期。其中间期包括 G1 期、S 期和 G2 期,主要进行 DNA 复制等准备工作。 (一)前期:前期的主要事件是:①染色质凝缩,②分裂极确立与纺锤体开始形成,③

核仁解体,④核膜消失。前期最显著的特征是染色质通过螺旋化和折叠,变短变粗,形成光 学显微镜下可以分辨的染色体,每条染色体包含 2 个染色单体。早在 S 期两个中心粒已完 成复制,在前期移向两极,两对中心粒之间形成纺锤体微管,当核膜解体时,两对中心粒已 到达两极,并在两者之间形成纺锤体,植物没有中心粒和星体,其纺锤体叫作无星纺锤体, 分裂极的确定机理尚不明确。 (二)前中期:指由核膜解体到染色体排列到赤道面这一阶段。纺锤体微管向细胞内部侵 入,与染色体的着丝点结合。 (三)中期:指从染色体排列到赤道面上,到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间,纵 向观动物染色体呈辐射状排列。 (四)后期:指姊妹染色单体分开并移向两极的时期,当子染色体到达两极后,标志这一 时期结束。后期可以分为两个方面①后期 A,指染色体向两极移动的过程。体外实验证明即 使在不存在 ATP 的情况下,染色体着丝点也有连接到正在去组装的微管上的能力,使染色 体发生移动。②后期 B,指两极间距离拉大的过程。 (五)末期:末期是从子染色体到达两极,至形成两个新细胞为止的时期。末期涉及子核 的形成和胞质分裂两个方面。1、子核的形成.末期子核的形成,大体经历了与前期相反的过 程,即染色体解聚缩,核仁出现和核膜重新形成。2、胞质分裂.虽然核分裂与胞质分裂是相 继发生的,但属于两个分离的过程。动物胞质分裂的一个特点是形成中体。末期纺锤体开始 瓦解消失,但在纺锤体的中部微管数量增加,其中掺杂有高电子密度物质和囊状物,这一结 构称为中体。 植物胞质分裂的机制不同于动物, 后期或末期两极处微管消失, 中间微管保留, 并数量增加,形成桶状的成膜体。来自于高尔基体的囊泡沿微管转运到成膜体中间,融合形 成细胞板。囊泡内的物质沉积为初生壁和中胶层,囊泡膜形成新的质膜,由于两侧质膜来源 于共同的囊泡,因而膜间有许多连通的管道,形成胞间连丝。源源不断运送来的囊泡向细胞 板融合,使细胞板扩展,形成完整的细胞壁,将子细胞一分为二。 3、 细胞分裂的影响因素 细胞增殖受到严密的调控机制所监控。 ①细胞周期的有序进 行涉及多方面的因素: 如必须有生长因子及其受体, 细胞接受信号后的传递系统及最终对信 号刺激起反应的原癌基因、抑癌基因、增殖相关基因、检验点及其控制系统的共同参与,协 调动作,才能对内外环境因子的影响产生相应的反应,维持其正常运转。真核细胞中细胞周 期调控因子种类繁多,相互作用关系复杂。举例:M-期激酶、细胞周期蛋白 A、细胞周期 蛋白 B、G1 细胞周期蛋白等等。 ②外界环境条件对有丝分裂的影响:如各种物理因素(温 度、射线、高渗、超声波等),化学药剂和毒气等对细胞有丝分裂的正常进行都有影响。正 在进行有丝分裂的材料经过不同方法处理后, 细胞的分裂会出现促进或抑制现象。 一般情况 下,如果处理后出现抑制现象,这个处理去除后,细胞分裂会在短期内出现超常现象,经过 一个短时期才恢复正常。温度对有丝分裂的影响,表现在对分裂速率的影响上。各种射线对 有丝分裂的影响依射线的剂量、 强度以及照射的时间长短而定。 化学药剂对有丝分裂的影响, 也有各种不同的情况。例如,白头翁素能将玉米幼苗的有丝分裂阻止在前期;秋水仙素能抑 制有丝分裂纺锤体的形成,阻止中期染色体的移动,使有丝分裂不能进入后期。 4、癌细胞的产生:现在普遍倾向于认为肿瘤来源于恶性干细胞。 (1)肿瘤形成的内因:恶性肿瘤的形成往往涉及多个基因的改变,如原癌基因的激活 和抑癌基因的功能丧失。 原癌基因的激活方式多种多样, 但概括起来无非是基因本身或其调 控区发生了变异, 导致基因的过度表达, 或产物蛋白活性增强, 使细胞过度增殖, 形成肿瘤。 (2)肿瘤形成的外因:人类肿瘤约 80%是由于与外界致癌物质接触而引起的,根据致 癌物的性质可将其分为化学、生物和物理致癌物三大类。 (一)化学致癌物按化学结构可分 为: ①亚硝胺类②多环芳香烃类③芳香胺类④烷化剂类⑤氨基偶氮类⑥碱基类似物⑦氯乙烯 ⑧某些金属。(二)生物性致癌因素生物性致癌因素包括病毒、细菌、霉菌等。 1.肿瘤

病毒:与人类肿瘤发生关系密切的有四类病毒:①逆转录病毒、②乙型肝炎病毒、③乳头状 瘤病毒和④Epstein-Bars 病毒,后三类都是 DNA 病毒。2.霉菌与肿瘤发生:但除黄曲霉 毒素外,对其它的研究都较少。黄曲霉菌广泛存在于污染的食品中,尤以霉变的花生、玉米 及谷类含量最多。黄曲霉毒素有许多种,是一类杂环化合物,其中黄曲霉毒素 B1 是已知最 强的化学致癌物之一。(三)物理因素 1.电离辐射。电离辐射可以引起人体各部位发生肿 瘤,辐射可引起染色体、DNA 的突变,或激活潜伏的致癌病毒。2.紫外线:紫外线照射可 引起细胞 DNA 断裂、交联和染色体畸变,紫外线还可抑制皮肤的免疫功能,使突变细胞容 易逃脱机体的免疫监视,这些都有利于皮肤癌和基底细胞癌的发生。 5、有丝分裂的功能:细胞增殖是生物繁育的基础。单细胞生物,细胞增殖将直接导 致生物个体数量的增加。 多细胞生物是由许多单细胞有机结合在一起而形成的生物体。 细胞 增殖也是多细胞生物繁殖的基础。成体生物需要细胞增殖,以弥补代谢过程中的细胞损失。 如人体皮肤细胞、血细胞、肠上皮细胞等等。另外,机体创伤愈合、组织再生、病理组织修 复等,都要依赖细胞增殖。 四、减数分裂与交换值 1、减数分裂过程: 一、间期 有丝分裂细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间期,称前减数分裂 间期。前减数分裂期也可分为 G1 期、S 期和 G2 期。和有丝分裂不同的是,DNA 不仅在 S 期合成,而且也在前期合成一小部分。 二、分裂期 (一)、减数分裂 I (1)前期 I:减数分裂的特殊过程主要发生在前期 I,通常人为划分为 5 个时期:①细 线期②合线期③粗线期④双线期⑤终变期 1)细线期: 染色体呈细线状,具有念珠状的染色粒。持续时间最长,占减数分裂周期 的 40%。细线期虽然染色体已经复制,但光镜下分辨不出两条染色单体。由于染色体细线 交织在一起,偏向核的一方,所以又称为凝线期,在有些物种中表现为染色体细线一端在核 膜的一侧集中,另一端放射状伸出,形似花束,称为花束期。 2)合线期:持续时间较长,占有丝分裂周期的 20%。亦称偶线期,是同源染色体配对 的时期,这种配对称为联会。这一时期同源染色体间形成联会复合体。在光镜下可以看到两 条结合在一起的染色体,称为二价体。每一对同源染色体都经过复制,含四个染色单体,所 以又称为四分体。 3)粗线期:持续时间长达数天,此时染色体变短,结合紧密,在光镜下只在局部可以 区分同源染色体,这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。 4)双线期:染色体进一步变短变粗,联会复合体解体,同源染色体分开,交换部位形 成交叉,且向两极移动,称为交叉端化。可看到 4 条染色单体。 5)终变期:染色体螺旋化程度更高,是观察染色体的良好时期。核仁此时开始消失, 核被膜解体,但有的植物,如玉米,在终变期核仁仍然很显著。 (2)中期 I:核仁消失,核膜解体,中期 I 的主要特点是染色体排列在赤道面上。每条 同源染色体由一侧的纺锤丝牵引。 (3)后期 I:在纺锤丝的牵引下,成对的同源染色体分离,移至两极。所以染色体数目 减半。但每个子细胞的 DNA 含量仍为 2C。同源染色体随机分向两极,使母本和父本染色 体重所组合,产生基因组的变异。 (4)末期 I:染色体到达两极后,解旋为细丝状、核膜重建、核仁形成,同时进行胞质 分裂。 (5)减数分裂间期:在减数分裂 I 和 II 之间的间期很短,不进行 DNA 的合成,有些生

物没有间期,而由末期 I 直接转为前期 II。 (二)、减数分裂 II 可分为前、中、后、末四个四期,与有丝分裂相似。 2、减数分裂与有丝分裂的区别 项目 母细胞 分裂次数 有丝分裂 体细胞 1次 减数分裂 性原细胞 2次

前期

第一次分裂: 同源染色体联会, 出现四分体, 染 色 体 散 乱 分 布 在 细 胞 中 有交叉互换现象 央,有同源染色体 第二次分裂:染色体散乱分布,无同源染色 体

分 裂 染色体的着丝点有规律地排 第一次分裂:四分体排列在赤道板的两侧 过 中期 列在细胞中央,有同源染色 第二次分裂:与有丝分裂相同,但无同源染 程 体 色体 染色体的着丝点分裂,姐妹 第一次分裂:四分体分开,移向两极 后期 染色单体分开,有同源染色 第二次分裂:与有丝分裂相同,但无同源染 体 色体 无同源染色体联会、无四分 有同源染色体联会、有四分体,出现同源染 同源染色 体,不出现同源染色体的分 色体的分离和四分体内非姐妹染色单体的 体行为 离和四分体内非姐妹染色单 交叉互换 体的交叉互换 子细胞 数目 子细胞 类型 子细胞 染色体数 子细胞间 遗传物质 2个 体细胞 与亲代细胞相同 几乎相同 雄性:精子 4 个,雌性:卵细胞 1 个+极体 3 个 成熟的生殖细胞(精子或卵细胞) 比亲代细胞减少一半 不一定相同

不 同 点

3、有丝分裂与减数分裂的图形判别

现以二倍体生物(2N)为例,说明有丝分裂与减数分裂的图形判别方法: 注意:上面的图形判别方法只适合二倍体生物。 4、植物的配子发生(以被子植物为代表)

雄性配子的发生称为小孢子发生,雌性配子的发生称为大孢子的发生。 雄性孢原细胞(2n)(1 个)
↓有丝分裂

雌性孢原细胞(2n)(1 个)
↓有丝分裂

小孢子母细胞(2n)(1 个)
↓ 减Ⅰ,减Ⅱ

大孢子母细胞(2n)(1 个)
↓ 减Ⅰ,减Ⅱ

小孢子(n)(4 个)
↓核内有丝分裂 2 次

大孢子(n)(1 个)
↓核内有丝分裂 3 次

成熟花粉粒(4 个)
(2 个雄核+1 个营养核)

8 核胚囊(1 个)
(1 个卵核+2 个极核+3 个反足核)

双受精 1 个雄核+1 个卵核→胚(2n) 1 个雄核+2 个极核→胚乳(3n) 5、连锁与交换的遗传分析 ①连锁:当两个或两个以上的基因位于同一染色体上时,这些基因称为连锁基因,它 们可在常染色体上也可在性染色体上以连锁方式遗传。 ②交换:当位于同一染色体上的两个或两个以上的基因,在减数分裂粗线期由于同源 染色体联会,非姐妹染色单体间发生交换,使基因重新组合。由交换产生的减数分裂配子, 称为重组类型;未发生交换的配子称为亲本类型。 ③重组频率与交换值。重组型配子占总配子数的百分比为重组率(重组值),重组值 也称交换值。严格意义上说交换值不能等于重组值,因为非等位基因间若发生多重交换,特 别是偶数次交换不形成重组型配子,重组值小于交换值。 6、遗传作图(图距) 染色体是基因的载体, 各基因在染色体上呈线性顺序排列。 图距是指两个基因在染色体 图上距离的数量单位。 基因间距离的单位

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