生物的新陈代谢.docx
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生物的新陈代谢
生物的新陈代谢
光合作用 呼吸作用
【知识网络结构和知识点归纳】
【重点、难点、拓展知识解析】
一、叶绿体色素
叶绿体色素不溶于水，是一种脂溶性物质，因而能稳定地分布于以磷脂为骨架的类囊体膜上，溶于有机溶剂中。
因而可以用有机溶剂提取色素。
正常叶片叶绿素/类胡萝卜素为3/1，所以呈绿色；条件不正常（秋天）或衰老叶片中的叶绿素较易被破坏分解，类胡萝卜素相对稳定，所以叶片变黄。
至于秋天叶片变红，是因为降温使体内积累较多的糖分，以适应寒冷，体内可溶性糖的增多，有利于形成红色的花色。
物体呈现出不同的颜色和该物体对光的吸收光谱有关。
当某种物质吸收其中的一种光，而反射或透射出其余光时，该物质就呈现出其余光所组合成的颜色。
红色物体可以吸收除红光以外的所有光；白色物体不吸收而反射出所有的光。
黑色物体则吸收所有的光。
叶绿体的色素基本不吸收绿光，所以植物的叶片通常为绿色。
二、光合作用的过程
植物不费任何力气，只要生长，就能完成自然界中最伟大的化学反应：
把二氧化碳和水转化为有机物，把光能转变为化学能，在植物的叶绿体中，如何完成这一了不起的过程？
可概括如下:
**光反应：
叶绿体色素吸收光能后，受光激发了的叶绿体色素分子释放出高能电子，光能转化为电能，水做为叶绿体色素的电子供体，在光的作用下分解，并释放出H+和氧气。
电子和H+通过类囊体膜上的一系列电子传递体的氧化还原反应，最终将电子和氢传递给NADP，形成NADPH（即教材中的[H]），电子传递的过程中形成ATP；将光能变成活跃的化学能。
光合作用的光反应和暗反应的比较
项 目
光反应
暗反应
区
别
反应部位
与光关系
反应步骤
主要产物
反应实质
叶绿体片层膜上由光引起，在光下进行
①叶绿素吸收和转化光能
②水光解和放氧
③光合磷酸化
O2、ATP、[H]
光能→电能→化学能
叶绿体基质中不需要光
①CO2的固定
②三碳酸被还原
③合成葡萄糖等
葡萄糖等有机物
同化CO2形成贮能有机物
两者联系
光反应为暗反应提供ATP和有还原能力的[H]；暗反应继续完成储存能量于光合产物的过程
三、呼吸作用的过程
想一想你的房间。
整洁的时候，它是一个有序的体系。
这种状态能维持多久？
你的房间的趋势是变成无序的状态，书籍和衣物杂乱无章，到处都是。
要使你的房间重新处于有序的状态，需要收拾，即需要工作消耗能量。
生物体的结构极端复杂，组成生物的分子或原子都排列在高度组织的体系中，细胞结构的精巧完美和高度有序令我们惊叹不已。
这种有序状态的维持必须有能量，死的生物体会腐烂而无序，因为没有能量的输入。
植物的光合作用把光能转化为化学能，储存在葡萄糖等有机物中，为植物和其它生物直接或间接提供能量，那幺有机物中的能量如何释放出来？
在体外，有机物质中的能量可以通过燃烧释放出来，食物在体外燃烧的本质是在有氧的条件下把有机物分解成二氧化碳和水，同时释放能量的过程。
在细胞内，有一个类似于体外燃烧的过程，使营养物质释放其中的能量，既细胞呼吸。
所以细胞呼吸的本质是分解有机物释放能量的过程。
包括有氧呼吸和无氧呼吸。
可概括如下：
在体外燃烧的情况下，葡萄糖分子中大量能量以光和热能的形式迅速地不受控制地被释放出来。
而在细胞内，一分子葡萄糖，经过有氧呼吸，能把能量逐步地释放出来，并将其释放能量的44%用于形成细胞各种生命活动的直接能源—ATP，可谓效率非凡。
而相比之下，汽车发动机只能把汽油能量的25%转化为可以利用的形式。
动物和植物的细胞总有处于相对缺氧的时候，某些生物则生活在完全无氧的环境中，他们如何生活？
无氧呼吸的过程
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
项目
有氧呼吸
无氧呼吸
区别
与氧气关系
需氧
不需氧
有机物分解程度
彻底：
C6H12O6→CO2+H2O
不彻底：
释放能量多少
大量
少量
联系
过程
都有糖酵解阶段
实质
分解有机物释放能量的过程
意义
为生命活动提供能量；其中间产物为其它化合物的合成提供原料
四、需注意的问题
综合考试目标中，强调设计和完成实验的能力，包括正确解释实验现象和结果，通过分析和推理得出实验结论；强调读懂自然科学方面的资料，包括理解图、表的主要内容及特征；强调应用生物学基本知识分析和解决一些日常生活和社会发展中的有关现实问题，关注生命科学发展中的重大热点问题。
本部分知识的考察能体现学生的上述能力水平，要在上述方面给予额外的关注。
【例题解析】
1、下图中,在黑暗条件下,试管内含氧量有变化,黑暗中,氧气含量最多的试管是:
1 2 3 4
A 试管1 B 试管2 C 试管3 D 试管4
[解析] 本题综合考察了植物的光合作用和呼吸作用的条件，黑暗条件下，上述试管中的植物均不能进行光合作用，但却要进行呼吸作用而消耗氧气，所以试管4中含氧气最多，故答案为D。
本题同时考察了学生读懂生物图解的能力。
2、下图是小球藻进行光合作用的示意图，图中物质①与物质②分子量之比是________
A 9:
8 B 1:
2 C 2:
1 D 8:
9
[解析]本题考察的知识点是光合作用释放的氧气中氧的来源，同时考察学生读图的能力，答案为A
3、光照强度和CO2浓度是影响光合作用的两个主要外界因素，下图是北方夏季一天中棉花叶片光合作用强度的变化曲线，请指出正确的图解是：
C D
[解析]一天中，由于光照条件发生变化，光合作用的速度发生相应的变化。
早晨，随着光强的增强，光合速度增强；中午，强光和度温使蒸腾作用加强，因而植物气孔关闭，二氧化碳供应量减少，光合速率降低；下午光强逐渐降低，光合速度增强。
本题要求能看懂生物学图解。
答案为C
4、将酵母菌研磨，离心后，把得到的上清液（含细胞质基质）、沉淀物（含细胞器）和未离心的匀浆，分别加入甲、乙、丙三只试管中，向试管滴加等量的丙酮酸后，其终产物是CO2和水的试管是：
A 甲和乙 B 乙 C 丙 D 乙和丙
[解析]本题考察的知识点是有氧呼吸的场所，乙和丙中均含有线粒体，能将丙酮酸进一步氧化分解为二氧化碳和水。
答案为D
5、油料种子和其它种子相比，在播种时，不可过深埋于土壤中，其原因是：
A 幼苗不能顶出土面
B 土壤深处水分不足
C 油料种子萌发时需要更多的氧气来氧化分解储藏物质
D 油料种子不耐寒
[解析]本题考察的知识点是糖类、脂类、蛋白质分子作为呼吸作用的底物的的差异。
由于油料作物种子含有更多的脂肪，脂肪分子氧化分解时释放出更多的氢，因而需要更多的氧气，所以播种时，不可埋得过深。
答案为C
6、下列叙述错误的是：
A 在叶绿体、线粒体中都能合成ATP
B 在光反应、暗反应中都能合成ATP
C 在有氧呼吸、无氧呼吸中都能合成ATP
D 在动植物细胞中都能合成ATP
[解析]光合作用的暗反应只消耗ATP，答案为B
7、我国青藏高原农区小麦产量高，新疆、甘肃产的瓜果特别甜，其主要原因是：
A 昼夜温差大，太阳辐射强 B CO2浓度高，
C 雨量充沛 D 气温偏低，水分蒸发少
[解析]本题考察的知识点为影响光合作用和呼吸作用的因素。
同时考察应用所学知识解释生产中的实际问题的能力。
我国青藏高原地区海拔高，太阳辐射强，白天可以形成更多的糖类等光合产物；同时由于昼夜温差大，夜晚温度低，呼吸消耗的有机物减少，因此瓜果特别甜。
，答案为A
8、苹果内部腐烂时消耗一定量的葡萄糖可产生A摩尔的二氧化碳，其植物体叶片在正常生长时，消耗同样数量的葡萄糖可产生二氧化碳：
A 1A摩尔 B 2A摩尔 C 3A摩尔 D 4A摩尔
[解析]根据呼吸作用的反应式，消耗同样数量的葡萄糖，有氧呼吸产生的二氧化碳量是无氧呼吸的3倍。
苹果内部腐烂，苹果内部细胞进行无氧呼吸；而正常生长的叶片的呼吸方式是有氧呼吸。
答案为C
9、下图是某同学验证呼吸作用产生二氧化碳的实验装置，在透明的容器B中放入湿润的种子，把这种装置放在湿润的光下，实验也能成功的原因是：
A 种子不进行光合作用，检测到的二氧化碳是呼吸产生的
B 光下，呼吸作用旺盛
C 湿润的光下，种子进行光合作用
D 在黑暗条件下，种子不呼吸
[解析]用种子验证呼吸作用产生二氧化碳，不受是否照光的影响。
因为种子在有光、无光条件下，都能进行呼吸，但不进行光合作用。
答案为A
10、把载有新鲜水绵和细菌的临时装片，置于显微镜载物台上进行观察。
光线从反光镜反射上来后，可看到细菌从分散状态逐渐向水绵方向移动。
水绵附近的细菌密度增加。
如果在反光镜上放置一个三棱镜，使7种不同颜色的光束照射水绵的不同部位，这时，看到细菌逐渐聚集成明显的两堆（如图所式）。
请回答：
⑴ 实验用的细菌的异化作用类型是__________。
做出这一判断的依据是________。
水绵同化作用类型是________。
⑵放置三棱镜后,细菌聚集成两堆的原因是________。
[解析]藻类植物水绵能够进行光合作用，释放氧气，其新陈代谢的同化作用类型属于自氧型。
细菌会聚集到水绵周围，说明该细菌的异化作用的类型属于需氧型。
水绵的叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，所以水绵进行光合作用主要利用的光为红光和蓝紫光。
在红光和蓝紫光的光带，水绵光合作用强，释放出更多的氧气，所以聚集更多的好氧细菌。
本实验是人们在研究光合作用的过程中设计的一个很巧妙的实验。
了解了设计者的实验意图，本题并不难，但本题考察了新陈代谢的类型、光合作用放氧、叶绿体色素的吸收光谱几个知识点，也考察了同学们应用所学知识分析、解决问题的能力。
课外拓展
一、光合作用中，物质、能量的变化及联系
光合作用中的各种变化可简单归纳为：
由以上表中内容可总结如下几点：
（1）光反应为暗反应提供物质条件[H]和能量条件ATP。
（2）叶绿体的代谢活动既消耗水，同时又产生代谢水，产生的代谢水既可作为原料再参与以后的光合作用过程，也可以参与其它的代谢过程。
（3）用放射性同位素标记追踪可知，O2来自水的光解，C6H12O6的C和O全来自于CO2，即C6H12O6中的C并不来自C5。
（4）光合作用的反应式中两侧的水不能抵消去。
通过小球藻实验可以看出产生6分子氧气需12分子水（因氧气中的氧全部来自H2O而不是来自CO2），生成物水和葡萄糖中的氧来自CO2。
（5）光合作用过程中，可循环利用的物质为：
C5、ADP和Pi。
（6）光合作用将光能→ATP→有机物中化学能是能量流动过程的开始；在物质循环中的作用是将无机物转变成有机物。
二、影响光合作用的因素
影响光合作用的条件主要包括光（可分为光照强度、光质和光照时间的长短），环境中CO2的浓度、温度（主要影响光合作用酶的催化作用）及水肥条件等。
这些因素中，任何一种的改变都将影响光合作用的进程。
光合速度的日变化。
影响光合作用的外界条件的每天都在时时刻刻变化着，所以光合速度在一天中也有变化。
例如当晴天无云而太阳光照强烈时，光合作用便形成两个高峰，一个是在上午，一个在下午。
中午前后光合速度下降，呈"午休"现象，其原因有三点：
第一，水分在中午供给不上，气孔关闭，第二，CO2供应不足；第三，光合产物来不及运走，积累在叶肉细胞的细胞质中，阻碍细胞内CO2的运输。
三、光合作用与呼吸作用的比较
比较项目
光合作用
呼吸作用（有氧）
区别
反应场所
叶绿体
细胞质基质、线粒体（为主）
反应条件
需光、叶绿素、多种酶
多种酶
物质变化
无机物→有机物：
CO2→C6H12O6
有机物彻底氧化分解：
C6H12O6→CO2+H2O
能量变化
光能→贮存在有机物中的化学能
有机物中化学能释放，一部分贮存在ATP中，一部分以热能形式散失
联系
光合作用为呼吸作用提供物质基础，而呼吸作用为光合作用提供能量基础
四、人和动物的呼吸
机体与环境之间氧和二氧化碳的气体交换过程，称为呼吸。
人和哺乳动物的呼吸系统由呼吸道（鼻、咽、喉、气管、支气管）和肺两大部分组成。
人和哺乳动物呼吸的全过程由三个连续的环节组成：
即外呼吸、气体在血液中的运输和内呼吸。
（如下图）
这三个环节，主要涉及呼吸运动、气体扩散和气体在血液中的运输等几个基本原理，具体如下：
（1）呼吸运动
由呼吸肌舒缩引起的胸廓扩大和缩小，称呼吸运动。
呼吸运动决定于呼吸肌的活动，呼吸肌主要包括膈肌和肋间肌等。
膈肌和肋间外肌收缩使胸腔扩大，因而使胸腔内的气压小于大气压，即产生了胸负压，于是空气被吸进肺，这是吸气动作；当膈肌和肋间外肌舒张时，肋骨和胸骨恢复原位，膈肌上升，导致胸腔缩小，肺也回到原位，这样，胸内压就上升而高于大气压，肺内气体被驱出。
平静呼吸时，吸气是主动的，呼气则是被动的过程；深呼吸时，无论是吸气还是呼气，都是主动的。
（2）气体在血液中的运输
①O2的运输
血液中的O2只有少量溶于血浆中，大部分与血红蛋白结合，靠血红蛋白运输。
血红蛋白的特性适于运输O2：
在肺中的氧分压高，血红蛋白容易与氧结合而成氧合血红蛋白（HbO2）；当血液流到组织中时，由于组织代谢产生的CO2导致氧分压下降，氧合血红蛋白又能与氧分离而成血红蛋白和O2。
HbO2呈鲜红色，而Hb呈暗蓝色。
此外，Hb还能与CO结合成HbCO，呈樱桃红色。
Hb与CO结合的亲和力比O2大210倍，Hb与CO结合后就失去了运输O2的能力，这就是煤气中毒，如果有50％以上的Hb与CO结合后，就会因组织缺氧而致死。
②CO2的运输
血液从组织吸收的CO2，只有很少一部分溶于血浆中，90％以上进入红细胞，以两种化学结合的方式进行运输：
a．形成碳酸氢盐
约占CO2运输总量的88％。
在组织毛细血管中，CO2分子进入红细胞后，在碳酸酐酶作用下，迅速与水结合成碳酸，并立即解离为H＋和HCO3-；HCO3-扩散到血浆中，与Na＋结合成为NaHCO3。
血液流经肺部时，这里的CO2分压比较低，血液中的碳酸氢盐向相反方向迅速离解成水和CO2，扩散到肺泡中的CO2通过呼吸排出体外。
b.形成氨基甲酸血红蛋白
进入红细胞内的CO2除大部分形成HCO3-外，还有小部分直接与血红蛋白的自由氨基结合，形成氨基甲酸血红蛋白（HbNHCOOH）。
当血液流经肺泡时，它又解离，CO2由肺排出体外。
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1、将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖生成量的变化是（ ）
A、C3突然增加，C6H12O6减少
B、C3与C6H12O6都减少
C、C3与C6H12O6都增加
D、C3突然减少，C6H12O6增加
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2、用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是（ ）
A、葡萄糖→丙酮酸→水
B、葡萄糖→丙酮酸→氧
C、葡萄糖→氧→水
D、葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
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3、下图表示氧气浓度对培养液中草履虫、乳酸菌、酵母菌呼吸作用的影响，则呼吸曲线a、b、c分别代表了（ ）
A、酵母菌、乳酸菌、草履虫
B、草履虫、乳酸菌、酵母菌
C、乳酸菌、酵母菌、草履虫
D、酵母菌、草履虫、乳酸菌
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4、外界空气中的氧进入人体血液中要通过几层磷脂分子（ ）
A、2层
B、4层
C、6层
D、8层
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5、绿色植物置于哪种光下产生的氧气最多（ ）
A、蓝紫光
B、红光
C、绿光
D、白光
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6、播种前浸种时间过长，就会引起烂种和烂芽，其主要原因是（ ）
A、细胞二氧化碳中毒
B、细胞酒精中毒
C、细胞乳酸中毒
D、细胞无法进行呼吸作用
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7、某科学家用含碳的同位素14C的二氧化碳来追踪光合作用碳原子在下列分子中的转移。
最可能的途径是（ ）
A、二氧化碳→叶绿素→ATP
B、二氧化碳→叶绿素→ADP
C、二氧化碳→酒精→ADP
D、二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖
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8、为了促进作物根系吸收矿质元素，在农业生产上应采取的措施是（ ）
A、大量施用化肥
B、进行中耕，疏松土壤
C、大量灌溉
D、增加光照，促进蒸腾
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9、下列哪一种作用是有机物相互转化的枢纽（ ）
A、光合作用
B、蒸腾作用
C、呼吸作用
D、渗透作用
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10、在光合作用过程中，光能最初用于（）
A．碳和氧的化学合成
B．氢和二氧化碳的合成
C．将水分解为氧和氢
D．将淀粉分解为葡萄糖
答案和讲解
答案：
1、A2、D3、D4、D5、D6、B7、D8、B9、C10、C
讲解：
1、光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，光反应为暗反应提供[H]和ATP，[H]用于还原三碳化合物最终生成C6H12O6，ATP是暗反应的能量，但光反应的能量直接来自太阳光，即必须在光下进行。
将盆栽植物移至暗处停止了光照，而其他条件如CO2浓度等没有变化的情况下，当停止光照时，从气孔中进入的CO2仍被C5固定生成C3，C3因缺乏[H]和ATP不能还原成C6H12O6，故此时的叶肉细胞内C3暂时增加，C6H12O6的生成量自然减少。
2、葡萄糖的有氧呼吸过程可分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖在无氧参与的情况下分解成丙酮酸（糖酵解），同时产生[H]和少量ATP；第二阶段是丙酮酸分解生成CO2，同时产生[H]和少量ATP；第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的[H]还原从空气中吸收进来的氧，生成水，同时产生大量的ATP。
从C6H12O6被氧化分解产生H2O和CO2的全过程可以看出，葡萄糖中18O的转移途径是葡萄糖®丙酮酸®二氧化碳。
3、题干文字说明中要求分别指出三种生物的呼吸曲线，图像中提供了三条曲线的走向。
分析可知b为需氧型生物的呼吸曲线，C为厌氧型生物的，a先下降后上升为兼性厌氧生物的。
经过对错误选项的排除，可得到正确答案D。
4、细胞膜是单位膜，主要由磷脂分子和蛋白质分子组成。
磷脂分子是双层，它是构成细胞膜的骨架；空气中的氧通过外呼吸进入人体血液，肺泡壁由一层上皮细胞构成，毛细血管壁也由一层上皮细胞构成，因此肺泡中的氧进入血液要通过4层细胞膜（通过肺泡壁的一个上皮细胞有2层细胞膜，再通过毛细血管壁的一个上皮细胞也有2层细胞膜，总共是4层细胞膜），8层磷脂分子。
5、此题要将放氧和光谱联系起来分析，绿色植物放氧的生理过程是光合作用，而光合作用是由叶绿体中的色素吸收光来推动的，被叶绿体中色素吸收作用于光合作用的光是有效光。
叶绿体的色素中，叶绿素的含量最多，它主要吸收红光和蓝紫光，不吸收并反射出来的是绿光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收并反射出来的是橙光和黄光。
从以上分析，似乎将绿色植物置于蓝紫光下产生的氧气最多，但白光（太阳光）中的红光、橙光、蓝光、紫光、黄光、绿光等可见光能同时或分别被不同种类的色素吸收，故在阳光、温度、CO2等条件相同的情况下，将绿色植物置于白光下的光合作用最强，产生的氧气最多。
6、种子较长时间浸没在水中无法得到氧气，但在缺氧条件下种子仍能无氧呼吸，获得能量。
一般的种子无氧呼吸的产物是酒精，不是乳酸。
如果长时间以这种方式呼吸，酒精积累过多，就会毒害细胞，从而引起烂种和烂芽。
7、此题考查的知识点是植物光合作用暗反应中的物质变化，绿色植物同化碳元素的过程是通过光合作用的暗反应来实现的，暗反应在叶绿体基质中进行，二氧化碳首先被植物体内的一种五碳化合物结合成三碳化合物，然后在ATP和多种酶的作用下，被[H]还原，经一系列复杂变化形成葡萄糖。
8、解题的依据是：
根的呼吸作用是根吸收矿质元素主要的生理基础，因为根吸收矿质元素过程中用于交换吸附的离子和主动运输的能量都是呼吸作用提供的。
9、呼吸作用的许多中间产物，如丙酮酸、草酰乙酸、苹果酸等，在物质转化中非常重要，所以答案应选C。
10、光合作用的第一步是水的光解，利用光能将水分解为H+和O2。
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