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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10μm～100μm之间。有的很小，如枝原体，其直径为0.1μm～0.2μm，是最小的细胞。细菌的直径一般只有1μm～2μm。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。
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 真核细胞
细胞大小 很小（1～10微米） 较大（10～100微米）
细胞核 无膜（称“类核”） 有膜
遗传系统 DNA不与蛋白质结合一个细胞只有一条DNA 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 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 主要由胞壁质组成 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．①②③⑦⑧⑨⑩
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．②③⑤
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 ， 。
（3）Na＋和Ca2＋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．B 22．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
藻细胞模式图
11．DNA 2．核糖体 3．细胞壁 4．细胞膜
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1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 功 能 是否可再利用 缺乏时，病症部位
N 合成光合作用过程中各种酶、ATP、NADPH及叶绿素的成分 是 衰老组织
P 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 是 衰老组织
K 促进有机物的合成与运输 是 衰老组织
Mg 叶绿素的组成成分 是 衰老组织
B 促进花粉的萌发和花粉管伸长 是 衰老组织
Ca 否 幼嫩组织
Fe 一般作为酶的活化中心 否 幼嫩组织
动物体内无机盐及其作用一览表
KNaCa 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。
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 C．tRNA D．dZNrx
15．下列物质中，不是氨基酸的是：（ ）
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
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）
核糖
脱氧核糖专题三：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 活化能
非催化反应 75.24kJ/mol
钯催化反应 48.9kJ/mol
H2O2酶催化 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，在pH值由5上升到10的过程中，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 方法 观察结果
1 常温下自然分解 氧气泡少而小
2 常温下加入Fe3＋ 氧气泡稍多而小
3 常温下加入鲜肝提取液 氧气泡极多而大
4 加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 同自然分解一样
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 19． BCD
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
（4）C6H12O62C3H6O3＋少量能量
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
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9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；③G2期，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间；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 有丝分裂 减数分裂
不同点 母细胞 体细胞 性原细胞
分裂次数 1次 2次
分裂过程 前期 染色体散乱分布在细胞中央，有同源染色体 第一次分裂：同源染色体联会，出现四分体，有交叉互换现象
第二次分裂：染色体散乱分布，无同源染色体
中期 染色体的着丝点有规律地排列在细胞中央，有同源染色体 第一次分裂：四分体排列在赤道板的两侧
第二次分裂：与有丝分裂相同，但无同源染色体
后期 染色体的着丝点分裂，姐妹染色单体分开，有同源染色体 第一次分裂：四分体分开，移向两极
第二次分裂：与有丝分裂相同，但无同源染色体
同源染色体行为 无同源染色体联会、无四分体，不出现同源染色体的分离和四分体内非姐妹染色单体的交叉互换 有同源染色体联会、有四分体，出现同源染色体的分离和四分体内非姐妹染色单体的交叉互换
子细胞数目 2个 雄性：精子4个，雌性：卵细胞1个+极体3个
子细胞类型 体细胞 成熟的生殖细胞（精子或卵细胞）
子细胞染色体数 与亲代细胞相同 比亲代细胞减少一半
子细胞间遗传物质 几乎相同 不一定相同
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） 雌性孢原细胞（2n）（1个）
↓有丝分裂 ↓有丝分裂
小孢子母细胞（2n）（1个） 大孢子母细胞（2n）（1个）
↓ 减Ⅰ，减Ⅱ ↓ 减Ⅰ，减Ⅱ
小孢子（n）（4个） 大孢子（n）（1个）
↓核内有丝分裂2次 ↓核内有丝分裂3次
成熟花粉粒（4个） 8核胚囊（1个）
（2个雄核+1个营养核） （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（图距单位）用有关两基因间发生交换的概率表示。一个图距单位称为1cM（厘摩），等于1%交换值。
五、染色体畸变
（一）染色体结构的变异
1、缺失：染色体丢失了某一区段，有如下两种类型
顶端缺失：指缺失的区域为某臂的外端。若某一整臂缺失即成为顶端
（1）类型 着丝点染色体。
中间缺失：指缺失的区域为某臂的内段。由于没有断头外露，比较稳定，
因而常见的缺失染色体多是中间缺失。
（2）遗传效应：①大片段缺失杂合体时，配子可育率低或致死 ；②假显性：如果缺失一部分包括显性基因与原来不应显现出来的隐性基因的效应表现出来的现象
③利用缺失和假显性可进行基因定位。
（3）引发人类疾病：如猫叫综合症 ：5号染色体短臂缺失
2、重复：指细胞的染色体组中，存在两段或两段以上相同的染色体片段，即染色体多了自己的某一区段。
（1）重复的类型 ：①顺接重复：某区段按照自己在染色体上正常直线顺序重复。
②反接重复：某区段在重复时颠倒了自己在染色体上正常直线顺序
（2）遗传效应：致死效应比缺失缓和，当重复区段大时，也会影响个体的生活力；重复可产生特定的表型
3、倒位：是指染色体某一区段的正常直线顺序颠倒。
（1）类型
臂内倒位:即一侧倒位，倒位区段在染色体的某一臂的范围内。
臂间倒位：即两侧倒位，倒位区段内有着丝粒，即倒位区段涉及染色体的两个臂。
（2）遗传效应：倒位杂合体，基因顺序改变，交换值变化；倒位杂合体产生半不育配子；倒位杂合体又作为交换抑制因子。由于产生重组配子是重复、或缺失配子，多数死亡，降低了重组，类似于重组被抑制；倒位杂合体可作为平衡致死品系，保留两个致死基因。
４、易位：是指非同源染色体间发生节段转移的现象，即某染色体的一个区段移接在非同源的另一条染色体上。
（1）类型：相互易位：两条非同源染色体都折断，而且这两条折断的染色体及其断片交换重接。
简单易位： 某染色体的一个臂内区段，嵌入非同源染色体的一个臂内
（2） 遗传效应：易位杂合体产生半不育配子；重组率减低；改变连锁群；造成染色体融合，导致染色体数目改变
（二）染色体数目的变异
1．染色体组：来自生物一个配子的全部染色体称为一个染色体组。
2．整倍体：染色体数目以染色体组的整数倍进行增加或减少，称为整倍体。整倍体中包括单倍体、二倍体、多倍体，多倍体有同源多倍体和异源多倍体。
（1）单倍体：单倍体是指体细胞内具有本物种配子染色体数目的个体。单倍体是配
子未经受精而发育起来的个体，所以又称一倍体。单倍体有正常的单倍体和非正常的
单倍体。正常的单倍体低等植物中的藻类、工蜂、雄蚁等。非正常的单倍体孤雌、孤
雄生殖个体，花粉诱导的植株等。
遗传表现：比二倍体和多倍体体态小；由配子产生的个体高度不育，原因是配子中的
染色体减数分裂时随机向两极移动，只有到达一极的染色体完全时，配子才是可育
的。
用 途：有利于研究基因的性状表达；单倍体经染色体可使基因型纯合，缩短育
种年限
（2）同源多倍体：增加的染色体组来源于同一物种或在原有染色体组的基础上加倍而成的称为同源多倍体。
（3）异源多倍体：增加的染色体组来源于不同种属。如小麦为异源多倍（AABBDD）
2n=6x=42，有A、B、D三种不同的染色体组，每个染色体组都
有7条染色体。
3．非整倍体：染色体组内的个别染色体数目有所增减，使体细胞内的染色体数目不成
基数的整数倍，这种变异类型称为非整倍体。
单体：二倍体基础上，某对染色体缺少了一条，使体细胞的染色体数目为2n-1。往往是许多动物的物种，如许多昆虫（蝗虫、蟋蟀）的雌性为XX型（即2n），雄性为XO（即2n—1）。
双单体：从两对染色体各中缺少了一条染色体，体细胞的染色体数目为2n-1-1。
缺体：某个体缺少了一对染色体，体细胞的染色体数目为2n-2。缺体几乎都是活力较差和育性较低的。
三体：增加了一条染色体，体细胞的染色体数目2n+1。
双三体：增加两条来自不同来源染色体，体细胞的染色体数目2n+1+1。
4．人类染色体数目异常的机理
在细胞分裂时，如果某一染色体的两条单体在分开后的期不能正常地分开而同时进
入某一子细胞，则必然导致该子细胞增多一条染色体而另一子细胞缺少一条染色体，这称为染色体不分离。
　　如不分离发生在减数分裂，所形成的异常配子与正常配子结合后，就会出现合子细胞中某一染色体的三体性或单体性。不分离可以发生在第一次减数分裂，也可以发生在第二次减数分开。不分离产生的异常配子在受精后导致合子染色体异常，因此由合子分裂得来的全身细胞都具有该种异常。
　　另一情况是，合子细胞最初是正常的，但在以后的某次有丝分裂时发生不分离，这也能导致染色数目异常。这种异常细胞如能存活和继续分裂，将构成异常的细胞系，并与正常细胞系并存。具有染色体组成不同的两种或两种以上细胞系的个体称为嵌合体。
　　还有一种造成个别染色体数目异常的原因是染色体丢失。这是由于有丝分裂后期染色单体的迟留所致。导致本应向子细胞移动的某一染色体未能与其它染色体一起移动而进入了细胞，并随后丢失，这就导致某一子细胞及其后代中该染色体减少一条。
[典型例题]
一．选择题：
1．某生物的肝细胞分裂后期有40条染色体，则它的精原细胞在减数分裂的联会期，细胞内有染色体和DNA分子数目依次是
A．20，40 B．20，20 C．40，20 D．40，40
解析：题目涉及有丝分裂和减数分裂的知识。欲求减数分裂的联会期细胞内染色体数日和DNA数目，必须首先知道精原细胞中染色体数，而精原细胞中染色体数与体细胞染色体数相同。已知有丝分裂后期有40个染色体，则推知体细胞中有染色体数2n=20条。所以联会期细胞中DNA分子数为40个(已在间期完成了复制)，而染色体仍为20个（与精原细胞相同）。
答案： A
2．某二倍体动物有K对染色体，经减数分裂形成遗传信息不同的配子，其种类为
A．2K B．(1/2)K C．K2 D．K+
解析：在不考虑染色体互换的前提下，根据减数分裂“同源染色体分开，非同源染色体自由组合”的特点，可按如下“分枝法”推理：(设A和A’，B和B’，C和C’……为同源染色体)，可知产生配子为2K种。
答案：A
3．西瓜的瓜子壳，西瓜的两片仁及大豆的豆荚壳，分别由下列哪项发育而来
A．珠被、基细胞、子房壁 B．子房壁、顶细胞、子房壁
C．珠被、顶细胞、子房壁 D．子房壁、基细胞、珠被
解析：①明确被子植物花的结构与果实形成的关系。子房发育成果实，子房壁发育成果皮，胚珠发育成种子，珠被发育成种皮，受精卵发育成胚，受精极核发育成胚乳。受精卵经一次分裂形成的顶细胞→球状胚体→胚；形成的基细胞→胚柄。②掌握西瓜子是西瓜的种子，西瓜子壳是种皮，由珠被发育而来，西瓜两片仁是子叶，由顶细胞发育而来，大豆的豆荚是果实，豆荚壳是果皮，由子房壁发育而来。
答案：B
4．用四倍体水稻作为母方、二倍体水稻（24条染色体）作为父方杂交产生的种子中，种皮细胞、胚细胞、胚乳细胞的染色体个数分别是
A．24、38、46 B．48、36、60 C．36、48、72 D．48、36、48
解析：二倍体水稻有24条染色体，作为父方产生的精子中染色体数为12条，四倍体水稻有48条染色体，作为母方产生的卵细胞中有24条染色体。种皮是由母方的珠被发育成的，珠被是体细胞，染色体数是48条，经有丝分裂产生种皮细胞中染色体数仍为48条。胚是由受精卵发育来的，精子的染色体数为12条，卵细胞的染色体数为24条，受精卵的染色体数为36条。胚乳是由受精极核发育成，一个精子（12）和两个极核（24×2=48）三者融为受精极核，其染色体数为60，胚乳细胞中染色体数即为60。
答案：B
二、简答题：
1．下列是有关细胞分裂的问题。图1表示细胞分裂的不同时期与每条染色体DNA含量变化的关系；图2表示处于细胞分裂不同时期的细胞图像。请据图回答：
（1）图1中AB段形成的原因是_________________，该过程发生于细胞分裂的_______期。图1中CD段形成的原因是_______________________。
（2）图2中________细胞处于图1中的BC段，图2中_______细胞处于图1中的DE段。
（3）就图2乙分析可知，该细胞含有_______条染色单体，染色体数与DNA分子数之比为_____________。该细胞处于___________分裂的________________期，其产生的子细胞名称为___________________________。
答案：（1）DNA复制 （或染色体复制） 间 着丝点分裂 （2）乙，丙 甲
（3）8 1：2 减数第一次 后 次级卵母细胞和第 一次极体
2．右图为细胞分裂某一时期的示意图。
(1)此细胞处于_______________分裂时期,此时有四分体_______个
(2)可以和1号染色体组成一个染色体组的是____________染色体
(3)此细胞全部染色体中有DNA分子_______个。
(4)在此细胞分裂后的一个子细胞中,含有同源染色体_______对。
子细胞染色体的组合为_________________________。
答案：（1）减数第一次；2。
（2）3号或4号（答3号和4号不给分，只答3号或只答4号不给分）。
（3）8。
（4）0；1、3，2、4或2、3，1、4（“或”答成“和”不给分）。
3．右图为一种二倍体高等生物细胞分裂过程中某时期的示意图。
请回答：
(1)该细胞所处分裂期为___________________,
它的名称为______________或______________
(2)该生物的体细胞中染色体最多时为______________条,
染色单体最多时为_______条,DNA分子最多时为_______个。
(3)该生物单倍体细胞中染色体为________条。
答案：(1) 减数第二次分裂后期 次级精母细胞 第1极体
(2)20 20 20 (3) 5
4．下图表示在高等动物的配子生成和融合过程中，细胞核中DNA的相对数量随染色体动态而发生的变化。请据图回答问题：
（1）图中I过程表示_______________期，其中导致DNA数量发生A→B变化的原因是
_______________________________
（2）图中Ⅱ过程表示_______________期，其中导致DNA数量发生C→D变化的原因是
_______________________________
（3）图中Ⅲ过程表示_______________期，其中导致DNA数量发生E→F变化的原因是
_______________________________
（4）图中Ⅳ表示_______________过程，其中导致DNA数量发生G→H变化的原因是
_______________________________
答案：（1）减数分裂间期 复制
（2）减数分裂第一次分裂 同源染色体分离形成子细胞
（3）减数分裂第二次分裂 着丝点分裂，染色单体彼此分开形成子细胞
（4）受精过程 精子核和卵细胞核融合
5．下图的五个细胞是某一生物个体的不同细胞的分裂示意图。请回答以下问题：
（1）A、B、C、D、E中属于有丝分裂的是__________，属于减数分裂的是___________。
（2）A细胞有______条染色体，有______个DNA分子，属于____________________期。
（3）具有同源染色体的细胞有___________。
（4）染色体与前一时期比，暂时加倍的细胞有___________。
（5）不具有姐妹染色单体的细胞有___________。
（6）A细胞经分裂形成的子细胞是___________，染色体有___________条。
答案：（1）AC BDE （2）8 8 有丝分裂后期 （3）ABCE （4）AD （5）AD
（6）体细胞 4
6．假设下图为某动物精巢内的一个精原细胞在减数分裂过程中染色体数量变化的曲线图。(1为精原细胞的分裂间期)。
(1)请根据图中的内容回答下列问题:
①图中2~4时期的细胞名称是____________,这细胞有____条染色体,有____对同源染色体。
②①图中8时期,是减数分裂___________________期,细胞的名称是___________________。
③图中4发展至5时期,染色体数目发生变化是由于____________分离,并分别进入到两个子细胞。
④图中7发展至8时期,染色体数目发生变化是由于________________________________,并分别进入到两个子细胞,其子细胞(9)的名称是__________________。
(2)请在本题图的空白座标上画出该细胞减数分裂过程DNA分子数目变化曲线图。（2分）
答案：(1) ①初级精母细胞 20 10 ②第二次分裂后 次级精母细胞 ③同源染色体
④每条染色体的着丝点分裂，姐妹染色单体分开形成两条染色体 精子细胞
7．高等生物的生殖发育周期如下图所示，请回答：
（1）生物的个体发育是从________开始的。主要进行________分裂。
（2）个体发育成熟后通过［ ］________ 产生配子，它发生在植物的________中，动物的________中。
（3）图中B过程是_____________________，青蛙的该过程是在________中进行的，人的该过程在________中进行。
（4）青蛙的［C］_________________过程和［D］__________过程合称为____________。
（5）高等动物胚胎发育的过程是：卵裂→__________胚→________胚（具有________个胚层）→________。
（6）蛙的胚后发育属于______________。
（7）A、B两过程的重要意义是_______________________________________________。
解析：生物的个体发育是从受精卵开始的，从受精卵发育成幼体的过程称为胚的发育，从幼体发育到成体的过程称为胚后发育，在整个发育过程中，有丝分裂、减数分裂和受精作用对于维持物种前后代细胞中染色体数目的稳定性和连续性，对于生物的遗传和变异都具有重要意义。
答案：（1）受精卵 有丝 （2）A 减数分裂 花药、胚珠 精巢或卵巢 （3）受精作用 水 输卵管 （4）胚的发育 胚后发育 个体发育 （5）囊 原肠 三 幼体 （6）变态发育 （7）保持生物前后代细胞中染色体数目的恒定，对生物的遗传和变异具有重要意义
8．玉米孢子体细胞中有10对染色体，2n=20，请问写出下列各组织细胞的染色体数目：根尖，子叶，胚，营养核，胚囊，胚乳，反足细胞，卵细胞。
解析：此题旨在考查学生对被子植物的配子发生，染色体周史和生活史的掌握。主要是植物个体发育的过程。
根尖20，子叶20，胚20，营养核10，胚囊80，胚乳30，反足细胞10，卵细胞10
9．将基因型为Aabb的玉米的花粉给基因型为aaBb的雌穗受粉。所得到的子粒，其胚乳的基因型有哪几种？
解析：考查学生对植物胚乳的形成过程和遗传组成的理解。植物的胚乳是有1个精核和2个极核受精形成的三倍体。
精核 极核（2个）
AaBB（2n） Aabb（2n）
Ab AaaBBb（3n） Aaabbb（3n）
ab aaaBBb（3n） aaabbb（3n）
10．基因型AAaa的同源四倍体，通过四分体的随机分配只形成二倍体配子。设位点A离着丝粒很近，所以在该区的互换可忽略不计。（1）确定通过自交产生合子的频率 （2）与基因型Aa的自交二倍体比较，该四倍体自交后代的隐性表现型频率减少到多少？
解析：考查同源四倍体的基因分离情况。配子的比例为：AA：Aa：aa=1：4：1。利用棋盘法：
1/6AA 2/3Aa 1/6aa
1/6AA 1/36AAAA 2/18AAAa 1/36AAaa
2/3Aa 2/18AAAa 4/9AAaa 2/18Aaaa
1/6aa 1/36AAaa 2/18Aaaa 1/36aaaa
则后代基因型期望比值为：1/36AAAA（四显性组合）：8/36AAAa（三显性组合）：
18/36AAaa（二显性组合）：8/36Aaaa（显性组合）：1/36aaaa（无显性组合）。
11．当进行某杂交实验时，获得下图所示结果：
AaBb ╳ aaBB
↓
Aabb aaBb AaBb aaBB
42% 42% 8% 8%
（1）发生交换和没有发生交换的配子类型；（2）在这两个位点之间，四线期交叉的
百分率；（3）这两点间的遗传距离是多少？
解析；考查对两个基因间连锁交换遗传的理解。
（1）此杂交为测交，子代中的类型和比例直接反映被测亲本所形成的配子的类型和比例。数值多的为未交换配子，数值少的为交换配子。所以，未交换的配子是Ab、aB；交换的配子是AB、ab。
2╳8%
（2）A、B间的重组率：Rf= = 16% = 0．16
2╳（42%+8%）
因为每发生一次交叉，只有一半发生交换，所以四线期时A、B发生的百分率是：
2╳16% = 32%。
（3）A、B间的基因图距是16cM。
[知能训练]
一、单项选择题:
1．一个成熟的卵细胞内有染色体，这些染色体的来源是
A．一半为父方，一半为母方 B．父方、母方的数目是随机的
C．父方 D．母方
2．四倍体西瓜植株与二倍体西瓜杂交，结出的四倍体西瓜中有250粒种子，形成
这250粒种子的过程中发生受精作用的精子数目是
A．250个 B．500个 C．750个 D．1000个
3．下列哪一类群是孢子体发达，配子体不发达，但配子体能独立生活
A．被子植物 B．裸子植物 C．藻类植物 D．苔藓植物
4．人体内DNA含量与正常体细胞相同，却不含同源染色体的细胞是
A．精细胞 B．表皮细胞 C．初级精母细胞 D．次级卵母细胞
5．设某生物的体细胞中的DNA含量为2n，则它的精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞及精子中的DNA含量应依次为
A．2n，2n，4n，n，n B．4n，2n，n，n，n
C．2n，4n，2n，n，n D．n，4n，2n，n，2n
6．下列哪项叙述是同源染色体的特点？
A．同对两染色体上必含等位基因 B．形态、大小基本相同
C．有丝分裂后期会分离 D．减数第二次分裂中会分离
7．利用精巢作实验材料，不能观察到的是
A．有丝分裂 B．减数分裂 C．极体的形成 D．分化的细胞
8．人的体细胞有23对同源染色体，在下列情况中，你预料有多少条染色体？
（a）初级精母细胞 （b）次级精母细胞 （c）精原细胞 （d）极体
A．a：46，b：23，c：23，d：46 B．a：23，b：46，c：23，d：23
C．a：46，b：23，c：46，d：23 D．a：23，b：23，c：46，d：23
9．青蛙的一生中，细胞中同源染色体配对后来自父方的染色单体和来自母方的染色单体交叉互换发生在
A．减数分裂第一次分裂后期的四分体时期
B．减数分裂第一次分裂前期的四分体时期
C．减数分裂第二次分裂后期的四分体时期
D．减数分裂第二次分裂前期的四分体时期
10．动物卵细胞与精子形成不同之处是
A．次级卵母细胞进行的是普通有丝分裂
B．一个卵原细胞只形成一个初级卵母细胞
C．减数分裂时，染色体复制的时期
D．卵细胞不经过变态阶段
11．卵巢中5个卵原细胞，经过两次连续的细胞分裂，形成以下哪种结果
A．20个卵细胞 B．10个卵细胞和10个极体
C．5个卵细胞和5个极体 D．5个卵细胞和15个极体
12．在正常情况下，人的次级精母细胞与体细胞相比
A．染色体数减少一半，DNA含量不变
B．染色体数减少一半，DNA含量也减少一半
C．染色体数不变，DNA含量也不变
D．染色体数不变，DNA含量减少一半
13．某动物的体细胞中基因组成如右图，此动物的一个精原细胞经
减数分裂形成的精子种类和数目分别是
A．四种和四个 B．一种和四个
C．两种和四个 D．两种和两个
14．下列含有同源染色体的细胞是
A．精子细胞 B．极核 C．初级精母细胞 D．次级精母细胞
15．关于减数分裂的描述，下面哪一项是正确的？
A．第一次分裂，着丝点不分裂，同源染色体配对
B．第一次分裂，着丝点分裂，同源染色体不配对
C．第二次分裂，着丝点分裂，同源染色体配对
D．第二次分裂，着丝点不分裂，同源染色体不配对
16．只有在减数分裂中发生，而在有丝分裂中不发生的现象是
A．DNA的复制 B．纺锤体的形成 C．着丝点分裂 D．同源染色体配对
17．在显微镜下观察动物组织切片，发现细胞内的染色体数目有的是体细胞的一半，有的
是体细胞的2倍，该切片取自
A．人的原肠胚 B．家兔胚胎 C．绵羊肝脏 D．牛卵巢
18．下面是水稻花粉母细胞进行减数分裂的几个步骤：
①联会 ②同源染色体分离 ③交叉互换 ④染色体复制 ⑤细胞质分裂，其正确的
顺序是
A．④③①②⑤ B．④①③②⑤ C．④②①③⑤ D．①④②③⑤
19．假设雄蜜蜂的精子细胞中有20个染色体，那么它的初级精母细胞中所含的姐妹染色体
的数目是
A．20 B．40 C．60 D．80
20．高等动物在减数分裂的四分体时期，四分体数目与染色体数目之比为
A．4︰1 B．2︰1 C．1︰2 D．1︰4
21．被子植物减数分裂发生在
A．合子萌发时 B．雌雄配子形成时
C．精卵形成时 D．大小孢子形成时
22．银杏茎尖细胞含12条染色体，种子中胚乳染色体为
A．6条 B．12条 C．18条 D．24条
23．植物的配子体世代是由什么产生的
A．卵细胞和精细胞的受精作用 B．孢子体细胞有丝分裂
C．单倍体孢子经有丝分裂 D．通过减数分裂
24．玉米生长点细胞在分裂后期有40条染色体，则玉米的卵细胞中染色体数是
A．20 B．15 C．10 D．5
25．一个减数分裂前期的花粉母细胞有12个二价体，其体细胞2n为
A．8 B．16 C．24 D．32
26．右图出现在减数分裂的哪一时期
A．第一次分裂前期 B．第一次分裂中期
C．第二次分裂前期 D．第二次分裂中期
27．右图为某哺乳动物的一个细胞示意图，它属于下列何种细胞
A．肝细胞 B．初级卵母细胞
C．第一极体 D．卵细胞
28．在被子植物生活史中，其细胞属于单倍体的是
A．胶囊细胞 B．大孢子母细胞
C．受精卵 D．受精极核
29．植物的世代交替生活史中，配子体寄生于孢子体的植物和孢子体寄生在配子体上生活
的植物依次是
A．种子植物、苔藓 B．藻类植物、苔藓
C．团藻、种子植物 D．地衣、蕨类植物
30．下图中（一）代表某生物体细胞的细胞核，图中（二）的哪一种图型不可能是这种生
物所产生的配子？
31．花生种子中贮存养料的结构是由什么发育而成的
A．受精极核 B．受精卵 C．胚柄细胞 D．泡状细胞
32．胚和胚乳都在何处发育
A．胚珠 B．子房 C．果实 D．种子
33．荠菜的受精卵经第一次分裂形成的两个细胞中，继续分裂形成胚的细胞是
A．顶细胞 B．泡状细胞 C．基细胞 D．胚柄细胞
34．在被子植物的生活史中，有性世代的起点是
A．合子 B．配子 C．孢子 D．孢子母细胞
35．在玉米的个体发育初期，最早出现的是
A．胚 B．胚乳细胞 C．球状胚体 D．游离的胚乳核
36．一个二倍体的配子（ＡＡ，Ａ为一个染色体组）与该物种正常的单倍体配子（Ａ）
相结合，其后代是
A．异源三倍体　　 B．同源三倍体　? C．三体　　 D．二倍体
37．果蝇中隐性基因a、b和c是性连锁的。两个亲本杂交产生的F1是a+b+c+和abcY 。
若将这两个F1个体杂交，则正确的结果是：
A．交换值不能根据产生的F2估算；
B．仅按F2中的雄果蝇就可以测定交换值
C．可以按产生的所有子代估计交换值
D．等位基因a和b在雌性F1是反式排列的
38．某植物种子胚乳的基因型是AaaBbb，其父本的基因型为AaBb，母本的基因型是：
A．AaBb B．AABB C．aaBb D．aaBB
39．基因型为AaBbCc个体，经减数分裂产生8种配子的类型及比例如下
Abc：21％ aBc：4％ ABc：21％ AbC：4％ aBC：21％ ABC：4％ abC：21％
abc：4％
三对基因在染色体上的正确位置是：（ ）
40．位于常染色体上的基因，有两对是自由组合的(Aa和Bb)， 有3对是完全连锁的(EFG/efg)，这种生物产生显性纯合配子的比例是（ ）
A．1/2 B．1/4 C．1/8 D．1/32
41．在一个涉及果蝇三对等位基因的杂交中，基因型为（AaBbCc）的杂种果蝇与一纯合隐性的雄果蝇杂交，得到下列表现型的后代：
表现型 ABC ABc aBc AbC abc abC Abc aBc
数目 128 17 36 325 142 13 34 305
根据这一杂交结果，可以得出结论：（ ）
A．A、B基因连锁，与C基因自由组合
B．A、C基因连锁，与B基因自由组合
C．A、B、C三个基因不完全连锁，且基因连锁的相对顺序为A一b一C
D．A、B、C三个基因不完全连锁，且基因连锁的相对顺序为b一A一C
42．在某一精母细胞中，有一对染色体中一个单体的基因顺序为1234。5678，另一个为1265。4378（中间的“。”表示着丝粒）。如果在减数分裂时在3和4之间发生了一次交换，在它所形成的四个配子中，这个染色体的构成分别是________．（ ）
A．1234。5678 1256。3421 8734。5678 1265。4321
B．1234。5678 1256。4378 8734。5612 1256。4321
C．1234。5678 1265。4321 8734。5678 1265。4378
D．1234。5678 1265。4321 1234。5678 8765。4387
二、多项选择题：
1．关于人类遗传病的叙述，不正确的是
A．抗维生素D佝偻病是由X染色体上的一个显性基因控制的单基因遗传病
B．引起白化病的直接原因是人皮肤、毛发等处的细胞中缺乏酪氨酸酶
C．先天愚型属于多基因遗传病，往往具有家族聚集现象
D．无脑儿属于染色体异常遗传病其病因与孕妇妊娠期接触的环境密切相关
2．右图为正在进行分裂的某二倍体生物细胞，关于此图的说法不正确的是
A．是次级精母细胞，处于减数分裂第二次分裂后期
B．含同源染色体2对、DNA分子4个、染色单体0个
C．正在进行等位基因分离、非等位基因自由组合
D．每个子细胞含一个染色体组，仅1个子细胞具有生殖功能
3．下列4种有关减数分裂的叙述，正确的是
A．在某一个体中，从父亲传下来A、B、C、D四个着丝点，从母亲传下来a、b、c、d四个着丝点，某一配子从这样的个体随机获得A、b、C、D四个着丝点的概率应是1/16
B．只有进行有性生殖的个体才能进行减数分裂，可以进行无性生殖的个体不可能进行减数分裂
C．在高等动物体内只有性腺中存在着进行减数分裂的细胞
D．在观察一种植物组织时，发现其中既有进行有丝分裂的细胞，也有进行减数分裂的细胞，可以判定这是植物花的一部分
4．下列生物中，胚或胚胎发育是从一个受精卵开始的是
A．细菌 B．葫芦藓 C．地衣 D．团藻 E．钟虫 F．猪 G．海蜇 H．玉米 I．病毒
5．4位学生画下了减数分裂Ⅰ期中的染色体（下图），在哪些图中会发生交换
6．在下列有关蛙胚胎发育的叙述中，正确的是
A．卵裂是指卵的分裂
B．第三次卵裂之后，胚胎细胞的大小开始出现差别
C．囊胚的体积和受精卵的体积一样大
D．原肠腔的出现一定在囊胚腔形成之后
E．蛙的器官和系统一定在三胚层分化之后才能形成
7．下列增加个体数的方式中，属于有性生殖范畴的有
A．蕨类植物的孢子生殖
B．蜜蜂的孤雌生殖
C．蟾蜍未受精的卵细胞经人工刺激后发育成新个体
D．克隆羊—一多莉产生的过程
E．由受精卵发育成新个体
8．下列有关生物个体发育的叙述中，错误的是
A．生物的个体发育是受精卵经细胞分裂、组织分化和器官形成直到发育成新个体的过程
B．高等植物个体发育的起点是种子
C．个体发育是精子和卵结合，并发育成具有繁殖能力的新个体的过程
D．高等动物的个体发育包括胚的发育和胚后发育
三、简答题:
1．粗糙型链孢霉属于真核生物，在繁殖过程中，通常由单倍体菌丝杂交形成二倍体合子，合子先进行一次减数分裂后，再进行一次有丝分裂，最终形成8个孢子。已知子囊孢子大型（R）对小型（r）显性，黑色（T）对白色（t）显性。下图表示某一合子形成子囊孢子的过程。请回答：
（1）该合子的基因型是 。
（2）子囊孢子a、b、c、d的形成，是由于 的结果。
（3）子囊孢子b、c的基因型分别是 。
（4）若从孢子的大小和颜色考虑，由粗糙型链孢霉的合子发育形成的子囊共有 种。
2．经过实验测得两组数据：
A．衣藻中DNA84％在染色体上，14％在叶绿体上，l％在线粒体上，l％游离于细胞质中。
B．豌豆染色体的成分是；DNA占36.5％，RNA占9.6％，蛋白质占48.9％。
通过以上数据可以说明：
（1） 。
（2） 。
3．位于常染色体上的A、B、C3个基因分别对a、b、c基因为完全显性，用该3个隐性基因的纯合体与其显性等位基因的纯合体杂交得F1，对F1测交，结果如下表。
表现型的基因型 个体数目
aabbcc 201
AaBbCc 199
aaBbcc 202
AabbCc 198
据此，请回答下列问题：
（1）上述哪些基因是连锁的？ 是连锁的；
（2）哪些基因是自由组合的？ 是自由组合的；
（3）连锁基因间是否发生了交换？ 。为什么？ 。
4．DNA分子双螺旋结构模型提出之后，人们又去探究DNA是如何传递遗传信息的。当时推测可能有如图1所示的三种方式。1958年，Meslson和Stahl用密度梯度离心的方法，追踪由15N标记的DNA亲本链的去向，实验过程是：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(对照)，在氮源为15N—DNA的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA均为15N—DNA(亲代)，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代(子代I和子代Ⅱ)后离心得到如图2所示的结果。请依据上述材料回答下列问题。
(1)预期实验结果和相应结论：
预期a：如果与对照相比，子代I能分辨出1轻1重两条带， 则说明DNA传递遗传信息的方式是 。
预期b：如果子代I只有1条中等密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式是 。
预期c：如果子代I只有1条中等密度带，再继续做子代Ⅱ 的DNA密度鉴定，①若子代Ⅱ可以分出50％中等密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式 是 的可能。②若子代Ⅱ不能分出中、轻两条密度带，则可以排除DNA传递遗传信息的方式 和 的可能。
(2)他们观测的实验数据如下：梯度离心DNA浮力密度(g/ml)表
分析实验数量结果可知：结果与预期中的 相吻合。
5．下列为几种生物新个体的产生方式的图解
（1）A属于 育种。B应用了 技术。C应用了 和 技术，如果用于人的繁殖，产生的个体称为 。D应用了 技术。E过程称为 F育种方式为 育种。H为 ，其中应用了 技术。G为
（2）属于有性生殖的有 。
（3）在A～F中，严格地讲，后代的遗传物质来自一个亲本的是 。
（4）能体现高度分化的细胞具全能性的是 过程。能体现高度分化的细胞核具有全能性的过程是 。
（5）发生了基因重组的是 ，发生了染色体变异的是 ，发生了基因突变的是 。
（6）能产生新基因的过程是 ，能定向的改变生物体基因的技术是 。
（7）在A～F中，与传统繁殖方式相比较，可以加快繁殖速度的是 ，能克服远缘杂交不亲和的障碍的是 ，能使后代保持亲本性状的是 。
（8）A中，全能性最高的是 。B中，新个体的性别与 相同。C中，初期胚胎发育所需的营养主要由 提供。D中产生的所有新个体的基本性状是否一致？ 。E中所用培养基从物理性质上分应为 培养基，需加入 种必需的矿质元素。F技术目前解决的问题是
G育种方式的优点 。H所用的工具有 。
6．下图分别表示各种类型的动物细胞进行不同方式的分裂。在通常情况下可以认为：
A图表示含4条染色体的 倍体细胞进行有丝分裂的后期；B图表示含
条染色体的二倍体细胞进行减数第二次分裂的后期。C图表示含4条染色体的二倍体细胞进行减数第 次分裂的后期。D图表示含2条染色体的二倍体细胞进行
分裂的后期。
7．下图横轴表示细胞周期，纵轴表示一个细胞中的染色体或 DNA分子的数目，请据图回答：
（1）表示有丝分裂细胞中染色体数目变化的是图 ，DNA分子数目变化的是图 。
（2）表示减数分裂细胞中染色体数目变化的是图 ，DNA分子数目变化的是图 。
（3）图中a—b数目变化的原因是 ，c—d数目变化的原因是 。
8．右图为某哺乳动物生殖过程示意图，请据图回答：
（1）若该动物为绵羊，a和b是通过 分裂产
生的，其DNA的含量是体细胞的 。
（2）若动物个体②为多莉羊，则c为细胞 。
它的遗传性状与 动物一致，这种生殖方
式叫 。
（3）如该动物为牛，且牛的黑毛对徐毛为显性。如
动物个体①为黑牛，要判断它是否是纯合体，
选用与它交配的牛最好是 。
9．根据下面两图回答下列问题：
（1）若图A、B为同一生物体上的两个细胞，则A细胞正处于 分裂的后期，B细胞正处于 分裂的后期。该生物的一个染色体组含有 条染色体。
（2）若某生物正在进行减数分裂的细胞中的染色体状况如图A所示，则该生物是 倍体，其体细胞中有 条染色体。
（3）若某生物的细胞正在进行有丝分裂，其染色体状况如图B所示，则该生物是
倍体，其体细胞中有 条染色体。
10．假设AB/ab进行测交，后代的比例是AB：40%、ab：40%、Ab：10%、aB：10%，由交换产生的类型是哪些？在A、B基因座间发生交叉的频率是多少？
11．在大鼠的p和c位点之间的交换率为21%。假定为检查这两点之间的交叉记录了150个初级卵母细胞。在这两基因间期望这些细胞中有多少会形成交叉？
12．如果人类有两个21三体的个体结婚，那么在他们的子代中，预期患先天愚型的个体占多大比例？[假定（2n+2）的个体是致死的]
一、单项选择题答案:
1---5 BBCDC 6---10 BCCBD 11---15 DACCA 16---20 DDBBC
21--25 DACCC 26---30 DCAAA 31---35 BAACD 36---40 BBABC
41.D 42.C
二.多项选择题:
1、ACD 2、ABC 3、ACD 4、BFGH 5、AD 6、BCDE 7、BCE 8、BC
三.简答题答案:
1．（1） RrTt （2）有丝分裂 （3）RT rt （4） 4
2．（1）遗传物质的主要载体是染色体，细胞质中也有遗传物质 （2）染色体组成成分除DNA、蛋白质外还有少量的RNA
3．（1）A与C及a与c （2）Aa和Bb及Cc和Bb （3）没有因为F1测交后代的各表现型的基因比值为1︰1︰1︰1
4. (1) a．全保留复制 b．全保留复制 c．①分散复制 ②半保留复制
(2)a．半保留复制的推测
5.（1）杂交育种 细胞核移植 体外受精 胚胎移植 试管婴儿 胚胎分割移植 植物组织培养 植物体细胞杂交 基因工程 转基因 诱变育种
（2）A、C、D （3）E （4）E B （5）A、C、D、H F G
（6）G H （7） D、E F B、E
（8）受精卵 甲 卵细胞质 一致 固体 14
克服远源杂交的生殖隔离，大大扩展了杂交亲本组合范围
提高变异频率，大副度改良生物性状
限制性内切酶、DNA连接酶、运载体
6．二 4 一 有丝
7．（1）B A （2）D C（3）着丝点分裂，染色体数目加倍同源染色体分离，DNA减半
8．（1）减数 一半 （2）体细胞（乳腺细胞） 提供C细胞的母羊 无性生殖 （3）棕色母牛
9．（1）有丝 减数第二次 2 （2）四 8 （3）单 2
10.Ab和aB；40%
11.63
12. 2先天愚型：1个正常个体
DNA相对数量
2
4
A
B
C
D
E
F
H
G
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
配子生成和融合过程中DNA相对数量变化图解
PAGE
11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：
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。
20世纪30年代，von Niel提出光合作用的通式：
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。
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
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）。
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）。
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+·A- →D+·P·A-
D·P·A 为光系统或反应中心
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+＋4e-
②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）。
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（ΔpH），同时膜内外电荷呈现“内正外负”，引起电位差(Δ)。ΔpH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)
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（C4－dicarboxylic 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，在BSC中释放CO2，CO2由C3 途径同化；
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（类囊体膜）光化学反应电子传递化学渗透 利用光能使水光解，合成ATP和还原NADP+（即NADPH）叶绿素激发；反应中心将高能电子传递给电子受体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 光能；光合色素电子；NADP+；H2O质子梯度ADP+Pi 电子NADPH+H +； O2；H +ATP
2、暗反应(基质) CO2固定，即CO2与一有机化合物结合 二磷酸核酮糖；CO2；ATP；NADPH+H + 糖；ADP+Pi，NADP +
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200×10-6时，B比A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200×10-6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 。Ⅱ阶段积累的物质是 ATP，NADPH，五碳化合物 。
答案：（1）
（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 （ ）
　　A．CO2＋2H2O*(CH2O)＋H2O＋O2*
　　B．CO2＋2H2A(CH2O) ＋A2＋H2O
　　C．ADP＋PATP＋H2O
　　D．2H2O＋2A2AH2＋O2
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？ （ ）
　　NADPNADPH2 ATPADP 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·cm-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〔 〕 进行了 反应，为在结构〔②〕 中进行的 反应提供了 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：
（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
光合色素
叶绿素――主要吸收蓝光和红光
类胡萝卜素――主要吸收蓝光
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶 黄 素（黄 色）
6CO2+6H2O
C6H12O6+6O2
光
绿色细胞
CO2+2H2A
(CH2O)+2A+H2O
H2O+A
AH2+1/2O2
6CO2+2H2O
(C6H12O6)+ 6H2O +6O2
图5-1 原初反应图解
图7-2 光系统示意图
图5-3 “Z方案”
图5-4 C3植物叶片
图5-5 C4植物叶片
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1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]
1、 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。
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）。
（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（O2），将某些有机物质彻底氧化分解释放CO2，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：
（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）：
乳酸发酵（乳酸菌）：
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：
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）。
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）：
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 4ATP（细胞质）－2ATP(细胞质)4或6ATP（线粒体）
丙酮酸脱羧 2NADH 6ATP（线粒体）
三羧酸循环 底物水平磷酸化产生6NADH产生2FADH2 2ATP（线粒体）18ATP（线粒体）4ATP（线粒体）
总计 36或38ATP
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，38个ATP就需要1 161 kJ的能量。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）
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。用1.5乘上无氧呼吸与有氧呼吸形成ATP之比2/38，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
11．让一只鼠吸入含有放射性18O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 D．1，6-二磷酸葡萄糖
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．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：1．C 2．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
图4-1人的呼吸系统
图4-2 吸气和呼气时胸廓的变化
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能
1葡萄糖
2丙酮酸
2乙醛
2乙醇＋2ATP+2CO2+2H2O
NADH+H
NAD+
1葡萄糖
2丙酮酸
2乳酸＋2ATP+2H2O
图4-3 呼吸作用的意义
2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O
葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+
图4-4 糖酵解的过程
图4-5 三羧酸循环
图4-6氧化磷酸化
A
B
C
D
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