高中生物 第4章《生命的物质变化和能量转换》学案（1） 沪科版第一册

用心 爱心 专心 1 第第 4 4 章章 生命的物质变化和能量转换生命的物质变化和能量转换 学习目标学习目标 1 1 识记生物体内常见的化学反应类型 ATP 的结构简式 2 2 理解新陈代谢 合成代谢 分解代谢 酶 光合作用 细胞呼吸等概念 3 3 理解酶的反应条件和作用条件 ATP 和 ADP 的相互转化及和生命活动能量供应的关系 光 合作用的发现史 过程 实质和意义 细胞呼吸的类型 过程 实质和意义 三大营养物质 的相互转化 4 4 理解呼吸作用与光合作用的影响因素 相互关系 实际应用 5 比较和归纳相关知识点 6 能够通过辨析曲线图 图表 关系式 实验数据 进行实验设计等形式提高辨证思维能 力 分析说明能力 图文转化能力 实验设计能力等 7 总结解题规律 提高解题能力 掌握解题技巧 知识结构知识结构 基础知识基础知识 一一 生物体内的化学反应生物体内的化学反应 生物体内的化学反应的特点 常温 常压 高速反应 1 新陈代谢的概念 把从外界环境中获得的营养物质 转变为自身的营养物质 新 陈 储存能量 代 分解自身的一部分组成物质 谢 并将代谢终产物排出体外 释放能量 生命的物质变化和能量变化 新陈代 谢的类 型 同 化 作 用 异化作用 合成反应 常见反应 类型 分解反应 条件 催化剂 酶 能量 ATP 光合作用 研究历 史 场所 色素 过程 影响因素 相关实验 三大物质的转化作用 细胞呼吸 作用 用心 爱心 专心 2 新陈代谢过程中 既有 又有 同化作用中有物质代谢 也有 能量代谢 同样异化作用中有物质代谢 也有能量代谢 生物体在进行物质代谢的同时 一 定伴随着 1 合成反应和分解反应 1 合成反应 如 2 分解反应 如 水解反应 如 氧化分解反应 如 2 2 生物催化剂 酶 生物催化剂 酶 1 酶的概念 酶是由 产生的具有 作用的 其中 胃蛋白酶 唾液淀粉酶等绝大多数的酶是 少数的酶是 2 酶的活性 辅酶 酶的命名 3 酶的特性 高效性高效性 专一性专一性 易变性易变性 反应条件的温和性反应条件的温和性 4 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 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其他因素不变的情况下 单独改变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 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 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 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 每一种酶在某一个在一定条件下 每一种酶在某一个 pHpH 时活力最大 这个时活力最大 这个 pHpH 称为这种酶的称为这种酶的 最适最适 pHpH 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 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 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 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 用心 爱心 专心 3 t1是 pH1是 5 实验 4 1 探究酶的高效性 实验目的 实验目的 通过实验 了解过氧化氢酶的特性及影响条件 实验原理 实验原理 过氧化氢酶广泛存在于动 植物组织中 它能迅速地催化过氧化氢 将其分解成 水和氧气 这种酶的抗热性较低 遇高温易被破坏 实验材料 实验材料 新鲜猪肝 马铃薯或匀浆液 煮熟猪肝 马铃薯或匀浆液 仪器试剂 仪器试剂 试管 镊子 滴管 锈铁钉 或 FeCl3溶液 3 H2O2溶液 卫生香等 实验步骤实验步骤 1 准备 6 支洁净的试管 并分别编号 1 6 2 在 6 支试管中分别加入 5mL3 H2O2溶液 按下表加入相应的材料 试管试管内容物实验现象结果分析 15mL3 H2O2蒸馏水 0 5mL 25mL3 H2O2新鲜的猪肝匀浆 35mL3 H2O2 经高温处理得猪肝 匀浆 45mL3 H2O23 5 FeCl3溶液 55mL3 H2O2 经高温处理的 3 5 FeCl3溶液 实验结果实验结果 在上表中填写相应的实验现象和结果分析 结果分析 结果分析 1 填写上表空白处 2 本实验可以证明 3 如要证明酶的高效性 应选用试管 证明酶的催化受温度的影响 应选用试管 如证明酶的催化受 PH 的影响 请在上表的空白处填写相关的内容 实验技巧 实验技巧 实验时应将夹新鲜猪肝和煮熟猪肝的镊子分开使用 熟猪肝一定要煮透 为使实验现象 更加清晰 可将猪肝或马铃薯切得小一点 也可以制成匀浆 这样可使猪肝或马铃薯与底物 的接触面积增大 反应速度可大大提高 6 酶催化作用的特点 生物体内的各种化学反应 几乎都是由酶催化的 酶所 催化的反应叫酶促反应 酶促反应中被酶作用的物质叫做底 物 经反应生成的物质叫做产物 酶作为生物催化剂 与一 般催化剂有相同之处 也有其自身的特点 t1 温度 酶的活性受温度影响的示意图 反应速度 pH1 pH 酶的活性受 pH 影响的示意图 酸碱度对酶催化作用的影响 酸碱度对酶催化作用的影响 反应速度 用心 爱心 专心 4 相同点 改变化学反应速率 本身不被消耗 只能催化热力学允许进行的反应 加快化学反应速率 缩短达到平衡时间 但不改变平衡点 降低活化能 使速率加快 不同点 高效性 指催化效率很高 使得反应速率很快 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 多样性 指生物体内具有种类繁多的酶 易变性 由于大多数酶是蛋白质 因而会被高温 强酸 强碱等破坏 反应条件的温和性 酶促反应在常温 常压 生理 pH 条件下进行 酶的催化活性受到调节 控制 有些酶的催化活性与辅因子有关 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 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 7 酶催化作用的机理 酶分子上的活性部位与底物在结构和形状上完全契合 3 3 生命活动的直接能源 生命活动的直接能源 ATPATP 1 ATP 的结构简式 其中 A 代表 它的全称是 P 代表 代表 代表 2 ATP 与新陈代谢的关系 ATP 是生物细胞内普遍存在 的一种高能化合物 是生物进 行各种生命活动的 3 ATP 与 ADP 的相互转换 反应式 注意 物质可逆 能量和酶不可逆 4 ATP 的形成途径 生物体内的 ATP 含量 所以 ATP 与 ADP 总是不断地进行着 相互转化 在动 植物细胞内能使 ADP 转化为 ATP 的途径有 动物与人 绿色植物 5 ATP 与 ADP 的相互转换不是可逆反应的原因 1 反应条件不同 2 反应场所不同 合成的场所 分解的场所 3 能量形式不同 4 反应类型不同 4 4 ATPATP 的利用的利用 用心 爱心 专心 5 ATP 是生命活动的直接能源 ATP 在酶的作用下水解 释放出储存在高能磷酸键的能量 就 可以直接用于动物体进行生命活动的各个方面 即 吸能反应 吸能反应 需要消耗能量 是吸能反应 如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应 这一反应所需 要的能量是由由 ATPATP 水解为水解为 ADPADP 时释放能量时释放能量来提供的 放能反应 放能反应 能够释放能量 是放能反应 如丙酮酸的氧化分解 这一反应所释放的能量除 以热能形式散失外 用于 ADPADP 转化为转化为 ATPATP 的反应的反应 储存在 ATP 中 ATPATP 中的能量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 二能量之源能量之源 光合作用 1 关于 定义 什么叫绿色植物的光合作用 还有哪些生物能进行光合作用 用心 爱心 专心 6 能进行光合作用的生物都具有叶绿体吗 自养型生物 生产者 都能进行光合作用吗 1 定义 绿色植物通过 利用 把 转化成储 存着能量的 并且释放出 的过程 范围 场所 动力 原料 产物 2 光合生物 3 能进行光合作用的自养生物在生态系统中属于 但生产者不都是能进 行光合作用的 如化能菌 2 关于 研究历史 请记住关于光合作用发现的几个经典实验的主要方法 步骤及变量的控制 对照原则的体 现 反应变量与观测指标 结果与结论等 时间科学家成就相关实验 1 1642 年 比利时科学家范 赫尔蒙特 方法 将柳树苗和干燥的土壤称重后载在密封的桶内 让水流入 土壤不会流失 5 年后将 柳树和土壤再称重 结论 受当时认识水平的局限 认为使柳树增重的物质来源于水 2 1771 年 英国科学家普里斯特利实验 方法 方法 点燃的蜡烛与绿色植物 密闭 蜡烛不熄灭 略去只放蜡烛的对照 略去只放蜡烛的对照 小鼠与绿色植物 密闭 小鼠不易窒息而死 略去只放小鼠的对照 略去只放小鼠的对照 结论 植物可以更新空气 但本实验未能重复 他忽略了 光 即植物并非总能 净化 空气 3 1864 年 德国科学家萨克斯实验 方法 方法 绿叶黑暗处理 让叶片中的营养物质消耗掉 避免叶片中原有的淀粉对实验 结果带来影响 叶片一半曝光 另一半遮光 对照 对照 一段时间后 将叶片置于酒精中煮沸 再用清水漂洗 使叶片脱色 避免叶片 绿色对实验结果的干扰 便于结果分析 得出结论 碘蒸气处理 观察颜色变化 检测指标是 叶片中是否有淀粉 结果 结果 曝光的一半变深蓝 遮光的一半无颜色变化 结论 结论 绿叶在光合作用中产生了淀粉 用心 爱心 专心 7 4 1880 年 美国科学家恩格尔曼 巧妙之处 巧妙之处 选用水绵水绵作实验材料 水绵不仅具有细而长的带状叶绿体 而且叶绿体螺旋状地分布在 细胞中 便于观察和分析 将临时装片放在黑暗并且无空气的环境中 排除了环境中光线和氧气的影响 从而确保 实验能够正常进行 水滴中溶有 CO2 水绵的光合作用可以进行 用极细的光束照射 并且用好氧细菌进行检测 观测指标 好氧细菌的分布 从而 能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位 进行了黑暗 局部光照 和曝光的对比实验 从而明确实验结果完全是由光照引起 结果 结果 用极细的光束照射 好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中 完全曝光下 好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围 结论 氧气是由叶绿体释放出来的 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 5 20 世纪 30 年代 美国科学家鲁宾和卡门实验 同位素标记法 方法方法 用 18O 分别标记 H2O CO2 给两组植物分别提供 H H2 218 18O O CO2和 H2O C C1818O O2 2 在相同适宜条件下培养 分析光合作用释放出的氧 观测指标 结果 结果 第一组释放的 O2全部是 1818 O O2 2 第二组释放的 O2全部是 O O2 2 结论 结论 光合作用释放的氧全部来自于水 3 记住下列反应式 1 1 生成糖类的光合作用总反应式 生成糖类的光合作用总反应式 2 2 生成葡萄糖的光合作用总反应式 生成葡萄糖的光合作用总反应式 3 3 光合作用中水的裂解 光合作用中水的裂解 4 4 光反应中生成 光反应中生成 ATPATP 5 5 光反应中生成 光反应中生成 NADPHNADPH 6 6 CO2CO2 的固定 的固定 4 关于叶绿体的形态 分布 物质基础和亚显微结构 1 哪些细胞中存在叶绿体 引起细胞中叶绿体的形态和分布发生改变的主要非生物因素 是什么 这种改变有何意义 形态 形态 扁平的椭球形或球形 分布 分布 叶肉细胞 幼茎的形成层细胞 气孔的保卫细胞 主要非生物因素 主要非生物因素 水 少 会皱缩 光照强度和方向 光 能 叶绿体 CO2 2 H2O CH2O O2 H2O 光能 叶绿体 6CO2 12H2O C6H12O6 6H2O 6 O2 酶酶 ADP Pi 能量能量ATP 酶酶 NADP 2 e H NADPH 酶酶 CO2 C52C3 2H2OO2 4H 4e 酶酶 用心 爱心 专心 8 改变的意义 改变的意义 既能接受较多的光照 又不至于被强光灼伤 2 绘出叶绿体的亚显微结构平面模式图 并分析回答 注明结构名称 写出各自含有的物质 化合物和元素 类囊体堆叠成基粒有何意义 类囊体堆叠成基粒使叶绿体内的膜面积大大增加 有利 于充分吸收光照 不同细胞中基粒数量和组成基粒的类囊体数量都相同吗 不同 归纳叶绿体色素的种类 注明各自的颜色 含量比例 功能 叶绿体色素中对能量转换最为重要的是少数特殊状态的叶绿素 a 分布 分布 叶绿体囊状结构的薄膜上 作用 作用 绝大多数叶绿素 a 全部叶绿素 b 和类胡萝卜素具有吸收和传递光能的作用 少数特 殊状态的叶绿素 a 具有吸收和转换光能的作用 影响的外界因素 影响的外界因素 温度 低温抑制叶绿素的合成 矿质元素的供应 N Mg 是叶绿素的组成成分 光照 合成叶绿素的必要条件 5 5 叶绿体中色素的提取和分离 叶绿体中色素的提取和分离 实验目的 实验目的 学习叶绿体色素的 方法 了解叶绿体内色素的种类及其物理性 质 实验原理 实验原理 本实验利用叶绿体 4 种色素 的 特性 将它们提取出来 而且叶绿体中的各种色素随着层析液在滤纸上的扩散速度是不 同的 因此 运用 法可使叶绿体中不同色素在扩散过程中被分离出来 实验材料 实验材料 仪器试剂 仪器试剂 干燥的分析滤纸 带塞大试管 研钵 小玻璃漏斗 脱脂棉 胶头吸管 毛细吸 管 剪刀 小试管 培养皿 药勺 量筒 天平 无水酒精 层析液 石油醚 二氧化硅 碳酸钙 实验步骤实验步骤 1 提取绿色叶片中的色素 取材 去 称量 5g 加试剂 少许 15mL 分步加入 研磨 过滤 制得深绿色澄清滤液 放在小试管中加塞避光备用 2 叶绿体色素的分离 制备滤纸条 干燥 剪去两角 画滤液细线 要求 层析 滤纸 橙黄色 黄色 占总量的 1 4 叶绿素 b C55H70O6N4Mg 叶绿素 a C55H72O5N4Mg 占总量的 3 4 种类种类 主要吸收蓝紫光 和蓝紫光 主要吸收红橙光 用心 爱心 专心 9 条下端插入层析液 但不能没及滤液细线 肉眼观察 3 观察叶绿素的荧光现象 将上述滤液分别置于透射光和反射光下 观察叶绿素溶液的颜色 实验结果实验结果 1 用 法分离色素 请在右图中填写从上到 下色素带的颜色和对应的名称 出现在滤纸上最整齐的一条色素带是 两条色素带相距最宽的是 和 相邻两条色素带相距最宽的是 和 2 让光线照射叶绿体色素溶液 在透射光线下呈 色 在反射光线下呈 色 此光即为叶绿素产生的 3 在实验中加无水酒精的作用是 加石英砂的作用是 加碳酸钙的作用是 加石油醚的作用是 实验技巧 实验技巧 选择颜色较深 不要太嫩的叶片 可作适当的干燥除去水分 并尽可能地除去粗 叶脉 SiO2 CaCO3不能加得太多 6 6 关于植物光合作用过程 关于植物光合作用过程 1 光合作用的过程可分为哪两个阶段 划分的依据是什么 大体上说 根据是否需要光能 光合作用可分为 和 其中光反 应必需要 暗反应与 无关 2 默写 植物光合作用过程图解 3 说出下图中 A J 的过程或物质名称 并完成表格 E G H F A B C DI J 光能光能 用心 爱心 专心 10 总过程总过程 A A B B C C D D E E F F G G H H I I J J 等 等 阶段名称阶段名称光反应光反应暗反应暗反应 场场 所所 物质变化物质变化 能量变化能量变化光能光能 活跃的化学能 重要条件重要条件 联联 系系 光反应为暗反应供能 供氢 是暗反应的基础 暗反应为光反应提供 ADP 和 NADP 限制光反应 要从整体上把握要从整体上把握 4 4 光反应和暗反应分别生成了哪些产物 能量来源有何不同 光合作用过程中存在的 循环 有哪些 这些周转循环有何意义 光反应阶段暗反应阶段 所需条件必须有光有光无光均可 进行场所类囊体的薄膜上叶绿体内的基质中 物质变化 H2O 分解成 O2和 H 形成 ATP NADPH 二氧化碳被固定 C3被 H 还原 最 终形成糖类 ATP 转化成 ADP 和 Pi NADPH 转变成 NADP 能量转换 光能转变为化学能 储 存在 ATP NADPH 中 ATP NADPH 中的化学能转化为糖类中储存 的化学能 联系物质联系 光反应阶段产生的 H 在暗反应阶段用于还原 C3 能量联系 光反应阶段生成的 ATP 在暗反应阶段中将其储存的化学 能释放出来 帮助 C3 形成糖类 ATP NADPH 中的化学能则转化为储 存在糖类中的化学能 循环 ADP 与 ATP 的相互转化 NADP 与 NADPH 的相互转化 卡尔文循环 C5 CO2 C3 C5 意义 使光合作用中有关化学反应循环往复地进行 高效经济 没有大量 ATP 生命活动并 2H2O 光光 酶酶 ADP Pi 能量能量 酶酶 NADP 2 e H CO2 C5 酶酶 2C3 ATP NADPH 酶酶 C3 C5 酶酶 用心 爱心 专心 11 不缺少 ATP 没有 C5 暗反应照常进行 5 光合作用产生的糖的利用 运输到叶肉细胞中 转变成蔗糖 在叶绿体中转变成淀粉 参于氨基酸 蛋白质 脂质 6 影响光合作用的因素 光 光照强弱直接影响光反应 温度 温度高低会影响酶的活性 CO2浓度 CO2是光合作用的原料 直接影响暗反应 水分 水既是光合作用的原料 又是体内各种化学反应的介质 特别地 水分还影响气孔 的开闭 间接影响 CO2进入植物体 矿质元素 矿质元素是光合作用产物进一步合成许多有机物所必需的物质如叶绿素 酶等 光照 CO2浓度 温度与光合速率基本关系见下图 实验 4 4 探究影响光合作用的因素 实验目的 实验目的 通过实验 了解影响光合作用的主要外界因素 实验原理 实验原理 在光合作用过程中 植物吸收 CO2放出氧气 由于 氧气在水中的溶解度很小 而在细胞间隙积累 结果使原来下沉的叶片上浮 根据上浮所需的时 间长短 即能比较光合作用的强弱 实验材料 实验材料 叶龄相当的蚕豆叶数片 其他绿色叶片也可 仪器试剂 仪器试剂 钻孔器 100mL 烧杯 5mL 注射器 40W 日光灯 镊子 1 NaHCO3溶液 用冷开水配制 冷开水 实验步骤实验步骤 1 制备叶圆片并利用真空渗入法排除叶圆片内的空气 使其能沉入 水底 2 取 9 只小烧杯 编号 1 9 号 按下表要求加入相应溶液和叶圆片 10 片 杯号光溶液 叶片总数 片 单位时间内上浮叶 片数 片 1暗处20mL 冷开水10 2暗处20mL1 NaHCO3溶液10 3暗处20mL2 NaHCO3溶液10 4离光源 5cm20mL 冷开水10 5离光源 5cm20mL1 NaHCO3溶液10 6离光源 5cm20mL2 NaHCO3溶液10 7离光源 10cm20mL 冷开水10 8离光源 10cm20mL1 NaHCO3溶液10 9离光源 10cm20mL2 NaHCO3溶液10 3 观察记录 用心 爱心 专心 12 实验结果实验结果 将结果填入上表的空白处 结果分析 结果分析 1 从上述实验可知 影响光合作用的因素有 它们之间的关系是 此外 还有一个很重要的环境因素是 2 2 比较烧杯 2 5 8 的实验结果 你得出的结 3 3 如要证明一定范围内光合作用强度随 CO2浓度的增加而增强 则你选择的烧杯是 7 提高农作物的光合作用效率 从光合作用的条件看从光合作用的条件看 光照光照 阳生植物和阴生植物要分别种在阳光充足和荫蔽的地方 适时适地播种 要提高产 量可适当增加光照强度 延长光照时间 增加光合作用面积等 温室大棚生产 可以通过选 用无色透明材料 人工补充光照来增加光照强度 大田则只能通过合理密植来改善透光条件 另外 还可通过套种 间种来提高光合作用面积和复种指数 矿质元素矿质元素 矿质元素直接或间接影响光合作用 如 N Mg Fe Mn Cu P Cl 等 参与酶 和叶绿素的组成或与光合产物合成有关 K P B 等对光合产物的运输和转化起促进作用 间接影响光合作用 因此 要合理施肥 根据植物的生长规律和需肥规律适时适量施肥 多 施有机肥 适当施用碳酸氢铵等化肥 发展生态农业 动物的粪便 沼气池的沼渣 鱼塘的 塘泥等均可作为肥料 将植物秸秆尤其是豆科植物的秸杆进行深耕翻埋 也是增加土壤肥力 的有效措施 还可以与豆科植物进行间种和轮作或对豆科植物进行根瘤菌拌种 温度温度 光合作用需要多种酶的催化 温度可直接影响酶的活性 从而影响光合速率 大棚 作物白天可适当降低温度 夜晚适当升高温度 另外 作物适时播种 也有利于利用适宜的 自然温度 从光合作用的原料看从光合作用的原料看 二氧化碳二氧化碳 环境中二氧化碳浓度的高低明显影响光合速率 在一定范围内增加作物周围二 氧化碳浓度 有利于提高作物的光合速率 大田则主要通过合理密植来改善通风 另外使用 农家肥 绿肥 可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳 适当使用等化肥 既 可以为植物提供铵盐 又可以为植物提供二氧化碳 日光温室可与养殖场的鸡舍和猪圈相连 利用动物呼吸作用产生的二氧化碳 温室中还可以使用二氧化碳发生器 施用固体二氧化碳 干冰 水水 合理灌溉 通过增加植物体内的水分来增加光合作用的原料 从作物品种来看 选择具有优良性状的杂交品种也是提高光合作用效率的有效措施 提高作物产量的途径 途径措施或方法 延长光时补充光照 增大光合作用面积间作 合理密植 提高光合作用效率 控制适宜光强 提高 CO2浓度 如通风 合理施肥 供应适量必需矿质元素 提高净光合作用速率维持适当昼夜温差 白天适当升温 晚上适当降温 难点点拨 1 光能利用率和光合作用效率 光能利用率一般是指单位土地面积上 植物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量 与 这块土地所接受的太阳能之比 提高光能利用率是提高农作物产量的重要条件之一 包括提 高光合作用效率 延长光合作用时间和增加光合作用面积三方面 光合作用效率是指绿色植 物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量 与光合作用中吸收的光能的比值 提高光合 作用效率的措施包括光照强度的控制 二氧化碳的供应 必需矿质元素的供应等方面 用心 爱心 专心 13 2 光补偿点和光饱和点 光补偿点是指同一片叶在同一时间内 光合作用过程中吸收的和呼吸作用过程中放出的 等量时的光照 光饱和点是指在光照强度较低时 植物光合速率随光照强度的增加而增 加 但光照强度进一步提高时 光合速率增加幅度逐渐减少 当光照强度超过一定值时 光 合速率不再增加时的光照强度 如果植物长期处于光补偿点以下 植物将不能正常生长 一 般说来 阳生植物的光补偿点和光饱和点都高于阴生植物 3 补偿点和饱和点 补偿点是指植物光合作用吸收的量等于呼吸作用放出的量时外界的浓度 饱和点是指在一定浓度范围内 植物的光合速率随浓度增加而增加 但达到一 定程度时再增加浓度 光合速率不再增加时的外界浓度 如果植物长期处于补 偿点以下 植物将不能正常生长 一般说来 C4植物的补偿点和饱和点都低于 C3 植物 4 光合速率 光合速率通常以每小时每平方分米叶面积吸收毫克数表示 一般测定的速率没有考虑叶 的呼吸作用 叫表观光合速率或净光合速率 如同时测得其呼吸速率 则真正光合速率 表 观光合速率 呼吸速率 影响光合作用的外界因素都会影响光合速率 如光合作用的 午休 现象 三三 ATPATP 的主要来源的主要来源 细胞呼吸细胞呼吸 细胞呼吸的概念 演示实验 酵母菌的呼吸方式演示实验 酵母菌的呼吸方式 指示剂为 由于酵母菌为 生物 和 产生 使指示剂由 变为 甲试管采取的措施是 反应方式 乙试管采取的措施是 反应方式 A D 两个试管的作用是 如不采取任何措施 水浴温度计的温度会 一一 有氧呼吸有氧呼吸 有氧呼吸是生物体进行呼吸作用的主要方式 1 概念 是指生物细胞在 的参与下 通过酶的催化作用 把 等有机物 氧 化分解 产生出 和 同时释放出大量 的过程 2 场所 先在 内 后在 内 用心 爱心 专心 14 3 有氧呼吸的过程 比较有氧呼吸三个阶段的场所 反应物 产物 产生的能量 阶段 比较项目 第一阶段第二阶段 第三阶段 场所 反应物 产物 产生的能量 有氧呼吸第一阶段反应式 有氧呼吸第二阶段反应式 有氧呼吸第三阶段反应式 有氧呼吸的总反应式 4 有氧呼吸释放的能量 有氧呼吸过程中 葡萄糖彻底氧化分解 部分能量储存在 中 其余大多数能量都 以 形式散失 二二 无氧呼吸无氧呼吸 1 概念 是指细胞在 条件下 通过酶的催化 把葡萄糖等有机物分解成为 用心 爱心 专心 15 的氧化产物 同时释放出 能量的过程 2 场所 3 无氧呼吸的过程 无氧 方程式 葡萄糖 方程式 产生酒精的生物种类 产生乳酸的生物种类 三 三 无氧呼吸和有氧呼吸的比较无氧呼吸和有氧呼吸的比较 呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸 场所先在细胞质基质中 后在线粒体中 主要在线粒体中 在细胞质基质中进行 条件氧气 多种酶无需氧参加 多种酶 物质 变化 葡萄糖彻底氧化分解 形成 CO2 和 H2O葡萄糖分解不彻底 形成乳酸或酒精 CO2 等 能量 变化 释放大量能量 形成大量 ATP释放少量能量 形成少量 ATP 还有部 分能量储存在简单有机物中 特点受 O2 和温度等因素的影响 有氧存在时 无氧呼吸受抑制 联系第一阶段反应完全相同 并且都在细胞质基质中进行 实质氧化分解有机物 释放能量 形成 ATP 意义为生命活动提供能量 呼吸作用产生的中间产物是合成另外一些物质的原料 有氧呼吸无氧呼吸 反应条件需要 O2 酶和适宜的温度不需要 O2 需要酶和适宜的温度 呼吸场所 第一阶段在细胞质基质中 第二 三阶段在线粒体内 全全过程都在细胞质基质内细胞质基质内 分解产物CO2和 H2OCO2 酒精或乳酸 不 同 点 释放能量 较多 1 mol 葡萄释放能量 2870 kJ 其中 1161 kJ 转移至 ATP 中 1 mol 葡萄糖释放能量 196 65 kJ 生成乳酸 或 222 kJ 生成酒精 其中均有 61 08 kJ 转移至 ATP 中 相同点其实质都是 分解有机物 释放能量 生成 ATP 供生命活动需要 用心 爱心 专心 16 相互联系 第一阶段 从葡萄糖到丙酮酸 完全相同 之后在不同条件下 在不 同的场所沿不同的途径 在不同的酶作用下形成不同的产物 四四 呼吸作用的意义呼吸作用的意义 1 通过呼吸作用 分解有机物释放能量并转化为 才能直接供给生命活动的需 要 2 呼吸作用还是各种有机物 的枢纽 五 影响呼吸作用的因素 五 影响呼吸作用的因素 温度 温度 温度能影响呼吸作用 主要是影响呼吸酶的活性酶的活性 一般而言 在一定的温度范围内 呼吸强度随着温度的升高而增强 如下图所示曲线所示 根据温度对呼吸强度的影响原理 在生产实践上贮藏蔬菜贮藏蔬菜和水果水果时应该降低温度 以减少呼吸消耗 氧气 氧气 氧气是植物正常呼吸的重要因子 绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸 大 多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和 CO2 酒精对细胞有毒害作用 所以大多数 陆生植物不能长期忍受无氧呼吸 在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生 氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用 有氧呼吸强度随氧浓度的增加而 增强 关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧 浓度之间的关系用上图所示的曲线来 表示 微生物的无氧呼吸称为发酵发酵 氧气 对发酵有抑制作用 下图所示的曲线 也适用于对微生物的无氧呼吸和有氧 用心 爱心 专心 17 呼吸的描述 根据氧对呼吸作用影响的原理 在贮存蔬菜 水果时就降低氧的浓度 一般降到无氧呼无氧呼 吸的消失点吸的消失点 如降得太低 植物组织就进行无氧呼吸 无氧呼吸的产物 如酒精等 往往对细 胞有一定的毒害作用 而影响蔬菜 水果的贮藏保鲜 COCO2 2 增加 CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应抑制效应 这可以从化学平衡的角度得到解释 据此原理 蔬菜和水果的保鲜时增加 CO2的浓度也具有良好的保鲜效果 人体骨骼肌运动时的能量供应人体骨骼肌运动时的能量供应 人体骨骼肌运动时的能量供应 具体地说 ATP 是肌肉收缩时的直接能源 但 ATP 在肌 肉中含量极低 当肌肉进行剧烈运动时 供能时间仅能维持约 1 3 秒 之后的能量供应就 要依靠 ATP 的再生 这时 细胞内的其他高能化合物 如磷酸肌酸 可以把高能磷酸键转移 到 ADP 以生成 ATP 磷酸肌酸在体内的含量也很少 当肌肉以最大功率运动时 供能时间 约能维持 6 8 秒 这两项之后的供能 就要依靠葡萄糖和糖元的无氧酵解所释放的能量来 合成 ATP 当人体进行较大强度剧烈运动时 无氧酵解约能维持 2 3 分钟时间 由于无氧呼 吸产生的乳酸易导致肌肉疲劳 所以 长时间的耐力运动需要靠有氧呼吸释放的能量用来合 成 ATP 综上所述 短时间大强度的运动 如 100 米短跑 主要靠 ATP 一磷酸肌酸供能 长时间 低强度的运动 主要靠有氧呼吸提供能量 介于二者之间的中强度运动 如 400 米跑 则主 要由无氧呼吸提供能量 细胞呼吸的应用细胞呼吸的应用 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 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 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 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 胖人通过适量的运动 细胞呼吸的速率会加快 细胞内有机物的分解会增加 体重就会下 降 应当将蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等冷凉的地方储藏 这样能够降低细胞呼吸的速率 减少细胞内有机物的损耗 六 光合作用与呼吸作用的关系 六 光合作用与呼吸作用的关系 用心 爱心 专心 18 1 光合与呼吸作用从物质和能量的变化看 是相反的两过程但并非简单逆转 光合作用呼吸作用 场所 条件 物质 变化 能量 变化 反应式 类型 影响 因素 意义 联系光合作用为呼吸提供 呼吸作用为光合提供 2 H 的来源和去路 光合作用 来源于 用于 形成 呼吸作用 来源于 用于 形成 种子萌发 有机物总量 有机物种类 水分的吸收 正在萌发 未萌发 萌发后 土豆发芽 洋葱 蒜 有机物总量 有机物种类 胚胎发育 有机物总量 DNA 总量 单个细胞体积 细胞总体积基本不变 将鲜奶制成酸奶 发面 总能量减少 有机物种类增加 营养价值升高 水果 蔬菜保鲜 三低 低温 低氧 低水 酸菜 酸奶密封 酿酒先通气后密封 吐鲁番葡萄甜的原因 昼夜温差大 不消耗 O2 释放 CO2 只进行无氧呼吸 酒精量等于 CO2量 只进行无氧呼吸 CO2释放量等于 O2的吸收量 只进行有氧呼吸 CO2释放量大于 O2的吸收量 既有氧呼吸 又无氧呼吸 多余 CO2来自无氧呼吸 计算 酒精量小于 CO2量 既有氧呼吸 又无氧呼吸 多余的 CO2来自有有氧呼吸 光合作用和呼吸作用的计算光合作用和呼吸作用的计算 一 准备知识 1 光合作用所需的 CO2的二个来源 呼吸作用产生的 从周围空气中吸收的 2 光合作用释放的 O2的二个去向 用心 爱心 专心 19 用于呼吸作用 呼吸作用用不完的 才释放到周围的空气中 3 光合作用制造 生产 合成 的葡萄糖的二个去向 用于呼吸作用消耗 呼吸作用消耗不完的 才用于积累 3 发生时间 光合作用 有光照时 呼吸作用 有光和无光时 4 只要温度相等 有光照和无光照情况下 植物的呼吸作用强度相等 5 在光下光合作用与呼吸作用同时进行 二 方法汇总 解答此类题目的关键是明确题中所示及所求的是哪个量 总量 净量 1 总光合作用速率 净光合作用速率 呼吸作用速率 进入叶绿 体 CO2的量 外界 CO2的量 线粒体 CO2的量 叶绿体 产生的 O2量 释放到外界 的 O2量 进入粒体 的 O2量 植物产生 O2 葡萄糖的量 植物光合作用利用 消耗 CO2的量 植物积累葡萄糖的量 植物一天积累葡萄糖的量 植物 向外界 释放 O2的量 植物 从外界 吸收 CO2的量 封闭的小室内 O2的增加量 CO2的减少量 叶绿体吸收 CO2的量 生成葡萄糖的量 植物光合作用的速率为 三个模型 3 单位换算 1 表观光合作用 即实验条件下能够直接测得的数据 如封闭容器中测得的气体体积等 的变化量 2 直接文字要求净的或者积累的光合作用量 3 有机物产物中能够转化为淀粉或者其它有机物的 部分 B 点 BC 段 6CO2 12H2O 688 Kcal C6H12O6 6H2O 6O2 分子分子 摩摩尔尔 数数 6 1 6 质量质量 6 44g 1 180 g 6 32g 体积体积 l l 用心 爱心 专心 20 4 图形体现 当横坐标即自变量为光照强度 而纵坐标表示光合作用速率 且起点为负 值时 即光照强度为零而光合作用速率为负值 这肯定是黑暗中呼吸作用的结果 因为此时 真正的光合作用速率为零 也就是说此时曲线表示的是净光合作用的速率 其它情况通常是求总的光合作用速率 其它情况通常是求总的光合作用速率 V V 光总光总 V V 光净光净 V V 呼呼 四四 人和动物体内三大营养物质的代谢人和动物体内三大营养物质的代谢 1 三大营养物质的代谢 糖类 脂类和蛋白质类三大营养物质的代谢要从来源和去路上进行分析 2 三大营养物质的相互转化 1 本讲内容最核心的内容是三大营养物质的代谢及相互转化 三大营养物质的代谢 起 着枢纽作用的应是糖代谢 蛋白质和脂肪代谢都可以通过糖代谢进行相互转化 使三大物质 的代谢形成一个相互联系的整体 糖代谢过程中产生的有机酸是多种有机物转化的关键 图 解关系如上右图 解题中必须以此为基础 2 蛋白质代谢要注意其含 N 部分和不含 N 部分代谢终产物的差异 不含 N 部分可视为与 糖代谢类似的过程 而含 N 部分形成尿素是在细胞 但并非只有肝细胞 其它细胞也可以形 成 三大营养物质在体内是可以相互转变的 其联系的桥梁是生物氧化过程中中间产物 如 丙酮酸等 用心 爱心 专心 21 糖类在分解过程中 产生的一些中间产物 如丙 酮酸 通过氨基转换作用 生成非必需氨基酸 但是 由于糖类分解时不能产生必需氨基酸相对应的中间产 物 所以糖类不能转化为必需氨基酸 蛋白质在分解的过程中产生一些氨基酸可通过脱氨基 作用等 转化为糖类 用心 爱心 专心 22 糖类 脂肪 蛋白质之间的转化是有条件的 只有在糖类供应充足的情况下 才能转化成脂 肪 不仅如此 各种代谢物质之间的转化程度也是有差异的 如 糖类可以大量转化为脂肪 而脂肪却不能大量转化为糖类 同时 三大类物质还相互制约 正常情况下 人和动物体活动所需的能量主要由糖类氧化分 解供给 只有当糖代谢发生障碍引起供能不足时 才由脂肪氧化供能 保证机体的能量需要 当糖类和脂肪的摄入量都不足时 体内蛋白质的分解就会增加 三大类营养物质互相转化关系可归纳成图 图 2 21 三大营养物质与人体健康三大营养物质与人体健康 一般情况下 血糖的来源和去路能够保持相对平衡的话 就会使血糖含量保持在 0 1 的相对稳定状态 当血糖降至 0 07 时 人会出现饥饿感 这时肝糖元可以分解成葡萄糖进 入血液 使血糖恢复正常 人在长期饥饿或肝功能减退的情况下 血糖降至 0 04 而得不到 补充时 就会出现头昏 心慌 出冷汗 面色苍白 四肢无力的低血糖症状 这时如果能喝 一杯浓糖水或含糖量高的食品 就可以恢复正常 否则会出现惊厥或昏迷等 这是由于脑组 织的活动所需能量主要来自葡萄糖的氧化分解 脑组织中含糖元极少 需要随时从血液中摄 取葡萄糖氧化供能 由于血糖浓度过低 脑组织不能及时得到足够的能量而发生功能障碍 因此出现上述症状 此时如给患者静脉输入葡萄糖溶液 症状则可得到缓解 如果人多食少动 摄入的糖过多 而消耗的少 处于供大于求的状态 不但食物中的脂 肪可以储存在体内 而且体内过多的葡萄糖 蛋白质也可转变为脂肪储存于体内 这就造成 了肥胖 这种肥胖可以通过控制饮食 加强运动来减肥 对于某些因遗传或内分泌失调而引 起的肥胖 则应该去医院诊断治疗 蛋白质在生命活动中具有多方面的生理作用 蛋白质在体内不能储存 人体每天都必须 摄入足够量的蛋白质 尤其是生长发育期的儿童 青少年 孕妇以及大病初愈的人 食物中 更应含足够量的蛋白质 各种蛋白质所含氨基酸的种类不同 动物性食物中的蛋白质 所含 氨基酸的种类齐全 有些植物性食物中的蛋白质 缺少人体必需氨基酸 如玉米的蛋白质缺 乏色氨酸 赖氨酸 稻谷蛋白质缺少赖氨酸 如果人长期食物种类单一 体内会因为缺乏某 些必需氨基酸而导致蛋白质合成受阻 而出现营养不良 豆类蛋白质中赖氨酸含量丰富 因 此在以大米为主食时 多吃些豆制品可提高对摄入蛋白质的利用率 改善人体营养状况 典型例题典型例题 酶和 ATP 1 列关于酶的叙述 不正确的是 A 酶的催化效率很高 B 酶大多数是蛋白质 少量是 RNA C 酶只有在细胞内才具有催化功能 D 淀粉酶不能催化麦芽糖分解成葡萄糖 解析 本题是对酶的基本性质的考查 酶是活细胞产生的具有催化能力的化学物质 具有 三个特性 酶虽然是活细胞产生的 但酶不仅在细胞内具有催化作用 在细胞外的适宜环境 用心 爱心 专心 23 中也同样具有催化作用 典型的如消化道内的消化酶作用 答案 C 特别提示 对概念的理解一定要准确 虽然酶是活细胞产生的 但作用的部位却可以是多 样的 联系实际分析可起到事半功倍的效果 消化道内的消化就是大家所熟悉的一个例子 2 下表是为了认识酶作用的特性 以 20 的过氧化氢溶液为反应底物的一组实验方法及结果 通过分析实验不能得出的结论是 A 酶的催化效率有高效性 B 酶的催化条件有温和性 C 酶的催化对象有专一性 D 高温会使酶失去活性 解析 本题是以实验现象来分析酶的特征 在考试中比较常见 实验 1 是其它实验的对照 实验 3 与 1 比较可得出酶具有高效性的特点 实验 4 分析可得出酶发挥作用需要一定的条件 即必须是在常温下有效 实验 3 与实验 2 比较说明酶的催化效率比普通的化学催化剂要强 但整个实验不能得出酶有专一性的特点 答案 C 特别提示 实验结果的分析一定要实事求是 不能以主观判断代替实验分析 否则实验本 身就失去了意义 实验就成为一种形式 科学的价值在于通过具体的分析找到解决问题的途 径或发现事实的真相 3 下图所示中的 A B C 三图依次 表示酶的浓度一定时 反应速度和反 应物浓度 温度 pH 的关系 请根据 图回答下列问题 1 图 A 中 反应物达到某一浓度时 反应速度不再上升 其原因是 2 图 B 中 a 点所对应的温度称 3 图 B 中 a 点到 b 点曲线急剧下降 其原因是 4 将装有酶与反应物的甲 乙两试管分别放入 12 和 75 水浴锅中 20 分钟后取出转入 37 的水浴锅中保温 两试管内反应分别为 甲 乙 5 图 C 表示了 催化反应的速率变化曲线 A 唾液淀粉酶 B 胃蛋白酶 C 胰蛋白酶 D 植物淀粉酶 解析 本题要根据曲线对酶的性质作出判断 考查图文转化能力 1 由于酶的浓度是一定 的 酶的催化作用具有高效性 因此 在 A 图中 当反应物在低浓度范围内增加时 反应速 度迅速上升 当反应物达到一定程度时 随着反应物浓度的增加 反应速度几乎不再增加 这是因为 酶虽然具有高效性 但它的催化能力也是有一定限度的 当所有的酶都发挥了最 高效能后 反应物浓度再增加 反应速度也不再增加 这是受酶的浓度的影响 2 温度影 响酶的催化效率 在一定范围内 酶的催化效率与温度成正相关 超过这个温度 最适温度 呈负相关 B 图中 a 点酶的催化效率最高 因此 它所对应的温度就是酶反应的最适温度 3 从 a 点到 b 点曲线急剧下降 这是因为温度升高 酶的活性下降 4 由于甲试管的温度 较低 抑制了酶的活性 反应速度很慢 当转入 37 酶反应的最适温度 的水浴锅中