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一、基础知识网络框架
第一部分植物的新陈代谢
光合作用和细胞呼吸是生物界中最基本的物质和能量代谢,其实质是完成物质和能量的转化。
第二部分动物的新陈代谢
动物的新陈代谢的主要内容是动物体内的细胞获得营养物质、排出代谢废物及物质在细胞内的变化情况。
二、掌握规律与方法不断提高层次
按新陈代谢的性质综合分为二个层次:
第一个层次是生物的物质代谢特点、基本过程、主要影响因素之间的综合;
第二个层次是生物能量代谢过程以及与物质代谢之间关系的综合。
复****本专题时,应抓住新陈代谢的本质,按知识的内在联系,将初、高中生物相关知识有机结合起来,形成知识网络体系如图。
三、考点核心整合
新陈代谢是细胞内一系列有序的化学反应的过程,是生物体自我更新的过程。酶和ATP是新陈代谢过程中必不可少的两种物质。新陈代谢的一系列化学反应都是在酶的催化作用和ATP的供能条件下完成的。细胞是新陈代谢的场所,所以大多数酶发挥作用的场所在细胞内,也有的酶在细胞外发挥作用,例如进行细胞外消化的各种消化酶。近几年的高考命题主要围绕着酶的特性、影响酶的活性的条件展开命题,复****时应注意这方面的问题。
、主要能源和最终能源
生物体生命活动的直接能源是ATP,ATP水解时释放的能量直接用于各项生命活动,如肌肉收缩、腺体分泌、合成代谢、神经传导和生物电等。生物体内的糖类、脂类和蛋白质等有机物中都含有大量的能量,但生命活动的主要能源物质是糖类,糖类在体内氧化分解释放的能量,一部分合成了ATP用于各项生命活动,另一部分以热能的形式散失掉了。糖类等有机物中含有的能量最终来自绿色植物光合作用所固定的太阳能,所以,生物体生命活动的最终能源是太阳光能。
ATP的结构简式可以写成A—P~P~P,“A”代表腺苷,“P”代表磷酸基团,“—”代表普通磷酸键,“~”表示高能磷酸键。
链接?提示
ATP与ADP之间的相互转变是真正意义上的可逆反应吗?
提示:(1)从反应条件分析:ATP水解是一种水解反应,催化该反应的酶是水解酶;ATP的合成是一种合成反应,催化该反应的酶属于合成酶。
(2)从能量分析来看:ATP水解所释放的能量来自于高能磷酸键能,而合成ATP所需的能量来自光合作用吸收的光能和呼吸作用分解有机物释放的化学能。
(3)从ATP的合成与分解场所分析:ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体,而ATP的分解场所较多。(4)ATP与ADP相互转化的意义使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡之中,进而构成生物体内部稳定的供能环境,其物质含量很少,但是因为转化速度很快,故能源源不断提供能量。
综上,在生物体内的反应可概括为“物质是可逆的,能量是不可逆的”或解释为“物质是循环的,能量是不循环的”。
光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢,这是高考的重点和热点,复****时要切实理解其实质——完成物质和能量的转化。光合作用的光反应阶段完成两大变化:水分解产生氧气和[H],合成ATP。暗反应阶段完成CO2的固定和还原。呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。光合作用必须在光下才能发生,而呼吸作用是每时每刻都在进行,一般来说,植物在白天和晚上的呼吸作用强度基本一致,呼吸作用的强弱主要受温度的影响。复****时抓住物质和能量的变化规律。注意联系实际,特别是分析植物的光合作用和呼吸作用的关系,分析生产中的实际问题。明确影响光合作用和呼吸作用的因素,充分利用光合作用、呼吸作用的反应式,从原料、产物和条件(如光照、温度、CO2、O2等)等方面进行分析。
光能在叶绿体中的转换过程,包括三个步骤:光能转换成电能(需要色素,主要是叶绿素a);电能转化为活跃的化学能(合成ATP的过程);活跃的化学能转化为稳定的化学能(合成有机物的过程)。前两步发生在光反应过程,第三步发生在暗反应过程。
(1)根据光合作用反应式进行有关物质的计算
(2)根据光合作用反应式进行能量计算
(3)光合作用与呼吸作用的综合计算
在光下光合作用与呼吸作用同时进行:
光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量
光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量
光合作用葡萄糖净产量=光合作用实际葡萄糖生产量-呼吸作用葡萄糖消耗量
(曲线分析)
(1)、外界因素
外因曲线含义
光照光照强度
阳生(阴生)植物:在一定范围内,随着光照强度的增大,光合作用速率增大;超出一定范围,光合作用速率达到最大。
A点:只进行细胞呼吸
B点:光合速率=呼吸速率(光的补偿点)
表现为既不吸收也不释放CO2
C点:光合速率达到最大(光的饱和点)
表现为再增大光强,光合速率不再加快
光质
单色光中
A曲线:表示红光照射时
B曲线:表示篮紫光照射时
C曲线:表示绿光照射时
CO2
浓度
1、单独分析A或B的含义:
在一定范围内,随着CO2浓度的增大,光合作用速率增大;超出一定范围,光合作用速率达到最大。
2、A为C3植物,B为C4植物,因为C4植物能利用低浓度的CO2进行光合作用。
矿质
元素
N:蛋白质合成的必需元素
P:合成ATP的重要元素
Mg:合成叶绿素的必需元素
K:有利于光合产物(有机物)的运输
水是光合作用的原料和反应介质
影响气孔的关闭,进而影响CO2的吸收
温度
在一定范围内,随着温度的升高,光合作用速率随着加快;超出一定范围,光合作用速率达到最大。
多因素综合影响
多曲线坐标的分析方法:坐标中同时存在多个变因,所以分析时要确定其它变因,
控制只能存在要研究的一个变因如下图,若要分析光强对光合速率的影响,则自能在某一温度下研究。
浓度1曲线:在CO2浓度1下,在一定范围内,随着光强的增强(升高),光合速率加快,超出一定范围,光合速率达到最大。
P点之前,影响光合速率加快的限制因素是光强
P点之后,影响光合速率加快的限制因素是CO2浓度
30℃曲线:30℃下,在一定范围内,随着CO2浓度的增大,光合速率随着加快,超出一定范围,光合速率达到最大。
P点之前,影响光合速率加快的限制因素是CO2浓度
P点之后,影响光合速率加快的限制因素是温度
30℃曲线:30℃下,在一定范围内,随着光强的增强,光合速率随着加快,超出一定范围,光合速率达到最大。
P点之前,影响光合速率加快的限制因素是光强
P点之后,影响光合速率加快的限制因素是温度
(2)、内部因素
内因曲线含义
不同植物
在相同光照(与光照强弱无关)条件下:
光合速率大小:A>B>C
影响因素:A植物细胞与光合作用有关的酶和
色素要较B、C多。
同一植物不同生长发育阶段合部位
某植物叶片,在一定范围内,随着叶龄的增大,
光合速率加快;当叶片的成熟时,光合速率达到最大,随着叶片的衰老,关合速率逐渐下降。
影响因素:主要是由于色素分子的合成与分解所导致的。
“午休”现象
影响光合作用的外界条件都在时时刻刻变化着,所以光合作用速率在一天中也有变化。光合作用进程一般与太阳辐射进程相联系,从早晨开始光合作用逐渐加强,中午达到高峰,以后逐渐降低,到日落则停止,成为单峰曲线。但当夏天光照强烈时,光合作用便形成两个高峰,一个在上午,一个在下午,中午前后光合作用速率下降,呈现“午休”现象,出现这一现象的原因有三点:①由于气温过高,蒸腾作用旺盛,水分在中午供应不上,气孔关闭;②由于气孔关闭导致二氧化碳供应不足;③光合作用的产物来不及运走,积累在叶肉细胞的细胞质中,阻碍细胞内二氧化碳的运输。
、渗透与吸胀作用的区别
在一般情况下,分子运动的总趋势是从浓度高的地方向浓度低的地方运动。就生物体来讲,扩散作用是指在扩散物质运动方向之间没有膜作为屏障的分子运动。
渗透作用是水分子或其他的溶剂分子通过半透膜的扩散,是扩散作用的一种特例。简单地说,通过半透膜的扩散作用叫渗透。不过气体(如O2、CO2等)通过半透膜的现象通常称为扩散作用。低浓度溶液(包括清水)中的水通过半透膜进入较高浓度溶液中的现象,就叫渗透作用。植物细胞通过渗透作用吸收水分的方式叫渗透吸水。一般来讲,产生渗透作用必须有两个条件:①有半透膜;②膜两侧的溶液具有浓度差。
吸胀作用不同于渗透作用。靠亲水物质(如淀粉、纤维素、蛋白质等)吸水膨胀的现象叫做吸胀作用。没有形成液泡的细胞可进行吸胀吸水。
、运输与利用
植物细胞吸水还是失水取决于膜两侧的溶液浓度差,或者说取决于根细胞液与土壤溶液的浓度差。通常情况下,土壤溶液的浓度比根毛区表皮细胞液浓度低,土壤溶液中的水分通过两条途径进入根的导管,在蒸腾作用产生的“拉力”下,依次进入茎、叶导管,主要通过蒸腾作用散失到大气中,只有1%~5%被植物体各部分利用。
、运输和利用
矿质元素离子是通过主动运输进入细胞的,矿质元素的吸收与根细胞的呼吸作用、细胞膜上的载体有关,载体的不同决定了植物对矿质元素的选择吸收。根对矿质元素离子的吸收和对水分的吸收是两个相对独立的过程。矿质元素进入植物体后随水分运输到植物体各个组织、器官后,在植物体内有两种利用情况:重复利用(如N、P、K、Mg等离子)和不重复利用(如Ca、Fe等离子)。如果某植物体内缺乏了前者,衰老部位的矿质元素可以转移到幼嫩部位,而衰老部位的组织细胞因缺乏这种矿质元素而首先受到伤害;如果植物体内(或土壤中)缺乏不能被再度利用的矿质元素,植物原有组织中的这些元素不能转移,所以首先受到伤害的是幼嫩部位。
特征阳生植物阴生植物
叶绿体结构基粒较小,基粒片层数目少基粒较大,基粒片层数目多
叶绿素叶绿素含量较少,叶绿素a与叶绿素b比值较大叶绿素含量相对较多,且叶绿素a与叶绿素b的比值相对较小,叶绿素b的含量相对较多
光饱和点全光照的100%(高)全光照的10%~50%
光补偿点全光照的3%~5%(高)全光照的1%以下(低)
(1)影响光合作用的环境因素:
(a)光:在一定范围内,光照强度逐渐增强光合作用中光反应强度也随着加强;但光照增强到一定程度时,光合作用强度就不再增加。另外光的波长也影响光合作用的速率,通常在红光下光合作用最快,蓝紫光次之,绿光最慢。
在生产上的应用:延长光合作用时间:通过轮种,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间,是合理利用光能的一项重要措施。增加光合作用面积:合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。
(b)CO2:CO2是植物进行光合作用的原料,只有当环境中的CO2达到一定浓度时,植物才能进行光合作用。%,%,产量可提高一倍左右。浓度提高到一定程度后,产量不再提高。%,光合作用就不能正常进行。
植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2的补偿点,即在此CO2浓度条件下,植物通过光合作用吸收的CO2与植物呼吸作用释放的CO2相等。一般来说,在一定的范围内,植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加,但达到一定浓度后,光合作用强度就不再增加或增加很少,这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。