2012年gct考试语文备考百科知识之生物知识.34202142

2012 年 GCT 考试语文备考百科知识之生物知识一、生物的基本特征及生物工程（一）生物体具有共同的物质基础和结构基础。在生物体的组成物质中，最重要的物质是蛋白质和核酸，这是因为蛋白质是生物性状的体现者，核酸是遗传物质，是生物性状的控制者;绝大多数生物由细胞构成，但病毒不具备细胞结构。病毒是一类无细胞结构，但有增殖，遗传和变异，细胞内寄生，对抗菌素不敏感，而对干扰素敏感等特征的微生物，病毒个体微小，只有借助电子显微镜才能观察到。（二）生物的新陈代谢是指生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生物体内部物质和能量的转变过程。它包括同化作用（摄取环境中的营养物质，转化成自身的组成物质，并贮存能量的过程）和异化作用（将自身的一部分组成物质氧化分解，放出能量，并排出代谢终产物的过程） ，当同化作用大于异化作用的时候，生物体表现为物质积累和能量贮存，生物就表现为生长。（三）生物体生长的细胞学基础是细胞的生长和增殖;发育的细胞学基础是细胞的分化。细胞分化导致组织形成和器官成熟，所以生长是量变，发育是质变。生殖是生物体产生后代的过程，生物体生长过程中伴随着发育，发育到一定阶段即成熟，成熟的标志就是有了生殖能力。生物产生的幼体经生长而长大，经发育而成熟、成熟后再生殖，保证了物种的延续。遗传和变异的特性是通过生殖的过程得以实现，通过发育使某些性状得以充分显现。（四）生物体都具有应激性，应激性是指生物体都能对刺激发生一定的反应。如人类通过神经系统对各种刺激发生的反射活动;单细胞原生动物通过原生质对外界刺激所发生的反应; 植物的向性运动（向光性、向水性、向肥性等）都是应激性的实例。生物因为有了应激性，便能对周围的刺激发生反应，从而使生物体与外界环境协调一致，形成适应性。如果这种应激性能够适应变化了的环境条件，该生物就生存下来;反之，便被自然选择所淘汰。因此，现存生物对环境都有一定的适应性。（五）生物工程主要包括基因工程、细胞工程、酶工程（蛋白质工程） 、发酵工程。生物工程在医药、农业，并在开发能源和环境保护等方面有着广泛的应用。生物科学是 21 世纪的领先学科之一。二、生物的物质基础 （一）组成生物体的化学元素1.组成生物体的化学元素的种类和含量。组成生物体的化学元素有 20 多种:组成生物体的最基本元素是 C;含量占生物体总重量万分之一以上的元素称为大量元素;生物生活所必需，但需要量却很少的一些元素称微量元素。在组成生物体的大量元素中 C、H、O、N 、P、S 等 6 种元素是组成原生质的主要元素，大约占原生质总量的 97%。2.组成生物体的化学元素的重要作用。C 是有机化合物的基本骨架，由 C、O 、H 构成的糖类，脂类以及由 C、H、O、N 构成的蛋白质和由 C、H、O、 N、P 构成的核酸等是构成细胞和生物体的重要的物质基础。对于各种元素，不能用含量的多少来衡量其重要或不重要。微量元素 B（硼）能促进花粉的萌发和花粉管的伸长，Fe 是血红蛋白的成分，Zn 有助于人体细胞的分裂繁殖，促进生长发育、大脑发育和性成熟。I 是合成甲状腺素的元素。- 2 -3.生物界和非生物界的统一性和差异性。组成生物体的元素，在无机自然界都可以找到，并普遍存在，没有一种是生物特有的，可见，生物界与非生物界具有统一性。组成生物体的元素，通过定性定量化学分析发现，在生物体内和在无机自然界的含量不成对应比例关系，差异很大，如:生物体C、H、 O、N，无机自然界 O、Si 、A l、Fe，说明生物界和非生物界存在着本质的区别，具有差异性。（二）组成生物体的化合物1.构成细胞化合物的种类和含量。 种类含量（鲜重）无机物水无机盐占 80%90% 占 1%1.5%有机物蛋白质脂类 占7%10%占 1%2%糖类核酸 占 1%1.5% 2.水是组成生物体的主要成分。水在细胞里的存在形式有两种:结合水（约占 4.5%） ，不能自由流动，其中有一部分与离子结合而成为离子化水，大部分以亲水胶体而存在于胶粒的间隙中。自由水（约占 95.5%）以游离状态存在，能自由流动。自由水和结合水是可以相互转化的。结合水是细胞和生物体的结构组成成分;自由水是良好的溶剂，有利于生化反应，是运输养料和废物的介质。3.无机盐的含量很少，但其种类甚多;大部分无机盐在细胞中以离子状态存在。多以阳离子存在，少以阴离子存在，少量的与其他化合物结合。溶解在细胞中的各种无机盐具有一定的总浓度，如人体为 0.9%，鸟为 0.75%，蛙为 0.65%，这对于维持细胞的渗透压平衡，使细胞保持一定的形态具有重要作用，此外，无机盐能够维持细胞的电离平衡、酸碱平衡。各种无机盐有多方面的重要作用。4.糖类由 C、H、O 三种化学元素组成。糖类的分子通式是 Cn （H 2 O）m 其中氢氧的比例通常和水一样为 21，因此习惯上也把糖叫做碳水化合物，糖类是构成生物体的重要成分，也是细胞的主要能源物质。糖类分为单糖、二糖和多糖。其中植物细胞中的储能物质是淀粉，动物细胞中的储能物质是多糖。5.脂肪的主要元素是 C、H、O 三种。1g 脂肪彻底氧化分解释放 38.91kJ 的能量，是同质量葡萄糖和蛋白质所释放能量（17.15kJ）的两倍多，因此，脂肪是细胞中最好的储能物质。磷脂是组成生物膜结构的大分子其组成成分为甘油、脂肪酸、含氮有机碱及磷酸，人体中有卵磷脂和脑磷脂之分。固醇类物质对维持正常的新陈代谢和生殖过程起积极的调节作用。6.蛋白质主要由 C、H、O、N 四种元素组成。蛋白质的基本组成单位是氨基酸，组成蛋白质的氨基酸大约有 20 种，各种氨基酸分子在结构上有共同的特点即每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（NH 2 ）和一个羧基（COOH） ，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。蛋白质是由许多个氨基酸分子互相连接而成的。20 种氨基酸中，有 8 种是人体不能合成的，只能从食物中获得，称为必需氨基酸。蛋白质的合成是在核糖体中进行的，受基因的控制。由于组成蛋白质分子的氨基酸种类、数量、排列顺序及空间结构的差别，形成蛋白质的结构多样，蛋白质的功能多样。7.核酸是遗传信息的载体。核酸是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传性、变异性、蛋白质的生物合成具有极其重要的作用。核酸是由 C、H、O、N 、P 等化学元素组成的另一种高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。构成核酸（DNA 或 RNA）的含氮碱基共有 5 种，由于五碳糖（核糖或脱氧核糖）不同，构成核酸的核苷酸共有 8 种。 三、细胞生物的基本单位- 3 -（一）细胞的结构与功能1.细胞的种类及其特点。非细胞结构生物主要是病毒等，它们的结构很简单，往往是由蛋白质和 DNA（或RNA）构成。原核细胞，没有成形的细胞核，只有核区，核区内 DNA 分子上不含蛋白质成分，所以它没有染色体结构，没有复杂的细胞器，只有分散的核糖体，主要有支原体、细菌、蓝藻和放线菌等单细胞生物。真核细胞种类繁多，它们都有细胞膜、细胞质、细胞核等基本结构，有各种复杂的细胞器。2.细胞膜的结构及功能特点。细胞膜主要由脂类和蛋白质组成。还有糖类和膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂，分布在膜的外表面，蛋白质和脂类的比例不是固定不变的，一般来说，功能多而复杂的生物膜，蛋白质含量比例大。各种蛋白质在膜上的分布是不对称的。这样磷脂双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质分子不均匀地分布其间，磷脂和蛋白质都是可运动的，表现出细胞膜的结构特点具有一定的流动性。细胞膜作为细胞与外界环境的一道屏障，当外界物质进入细胞时，不仅大分子物质不能通过细胞膜，没有被选择的离子或小分子物质也不能通过，因此细胞膜是一种选择透过性膜。细胞膜的选择性为细胞的生命活动提供了稳定的内环境。3.具有独立遗传系统的细胞器线粒体和叶绿体。线粒体普遍存在于动植物细胞（哺乳动物成熟红细胞除外）中，具双层膜，内膜向内腔折叠形成嵴（扩大内膜面积） ，嵴上有基粒。线粒体是细胞有氧呼吸的主要场所，叶绿体主要存在绿色植物的叶肉细胞中，也是双层膜。叶绿体的内部含有几个到几十个基粒，在基粒这种囊状结构的薄膜上分布着光合色素，主要进行光反应，在基粒和基粒之间充满基质，主要进行暗反应。线粒体和叶绿体都含少量遗传物质，在遗传上有相对的独立性。4.细胞膜系统。细胞通过细胞膜把细胞与外界隔开，通过核膜把细胞核和细胞质分开，通过内质网膜把各个细胞器分隔开，通过高尔基体膜把要分泌的物质进行包装运输（指动物细胞，通过液泡膜创造植物细胞的生活环境，因此整个细胞的膜系统不仅化学组成大致相同，而且在功能上联系紧密。如分泌蛋白往往是在附着于内质网上的核糖体中合成，合成后经内质网（加工）高尔基体（包装和转运）细胞膜（分泌）出细胞体。因此一些科学工作者认为，高尔基体是由内质网转变而来的，在活细胞中高尔基体膜、内质网膜、细胞膜三者可以相互转化。5.核糖体是由核糖体的核糖核酸（rRNA）和蛋白质构成的椭圆形的粒状小体，其中rRNA 和蛋白质的比例为 11。蛋白质分子基本上排列于核糖体的表面上， rRNA 分子被包围于中央。核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，现已发现附着于内质网上的核糖体所合成的主要是专供输送到细胞外面的分泌物质如抗体，酶或蛋白质类激素等;游离于细胞质基质中的核糖体所合成的蛋白质不同，多半是分布在细胞质基质中或供细胞本身生长所需要的蛋白质分子（包括酶分子） 。在分裂活动旺盛的细胞中，游离核糖体的数目就比较多，而且分布比较均匀，这一点已被用来作为辨认肿瘤细胞的标志之一。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链的合成，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。（二）细胞增殖1.细胞增殖的意义和方式。细胞增殖是生命的重要特征，细胞以分裂的方式进行增殖。细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础，真核细胞的分裂方式主要有有丝分裂、无丝分裂、减数分裂三- 4 -种，原核细胞的分裂方式一般为二分裂，不属于无丝分裂。只有个别真核生物体的细胞可进行无丝分裂，如蛙的红细胞，增殖迅速的肿瘤细胞等。2.细胞分裂的原因及细胞增殖周期。生物生长发育过程中，当细胞的体积逐步增加时，表现积和体积的比例就会愈来愈小，使细胞内部和外界的物质交换适应不了细胞的生命活动需要而引起细胞分裂，一般地说，一定量的原生质，如果分得愈小，它和外界接触与交换物质的机会就会越多。由于细胞质中的一切生命功能都靠细胞核中的遗传信息控制，当细胞质体积增长太大时，造成核质调控不平衡，这样引起细胞分裂，同时，染色体的复制和蛋白质的相互作用是引起细胞分裂的动力。一个细胞周期可分为两个阶段，间期和分裂期，间期又分 G1（DNA 合成前期） 、S（DNA 合成期） 、G 2（DNA 合成后期） 。分裂期（M）又分前、中、后、末期。3.植物细胞有丝分裂各个时期的特点。分裂间期是分裂的准备期，主要变化是 DNA 的复制和有关蛋白质的合成，结果核内每个染色体都形成两个完全一样的姐妹染色单体，它们共用一个着丝点，因此只能算是一条染色体，但含有两个 DNA 分子。分裂期包括细胞核的连续变化，染色体和纺锤体的出现，染色体平均分配到两个子细胞中等一系列复杂变化，前期最主要的特征是“两消失两出现”核膜、核仁消失，染色体出现，纺锤丝形成的纺锤体出现;中期染色体的着丝点排列在细胞赤道板上，染色体数目，形态最清晰，是辨认染色体形态和数目的最佳时期;后期着丝点一分为二，姐妹染色单体分开，染色体暂时加倍，末期染色体解旋变成细丝状的染色质、核膜、核仁重现，子细胞形成。4.动、植物细胞有丝分裂过程的异同。 相同点 分裂过程基本相同;染色体变化规律相同 ;分裂间期染色体复制 ;分裂期实现染色体平均分配到两个子细胞中去。不同点 1.形成纺锤体的方式不同 ;植物细胞从细胞的两极发出许多纺锤丝形成纺锤体，动物细胞由中心体发出的星射线形成纺锤体。原来在动物细胞分裂前，细胞中有两组中心粒。细胞分裂时，一组中心粒不动，另一组中心粒移向细胞的另一极，在这两组中心粒之间发出无数条放射状的星射线，形成了纺锤体。2.末期形成两个子细胞的方式不同。植物细胞在原来赤道板的位置出现细胞板，动物细胞的细胞膜从中部内陷，细胞质分裂成两部分。5.无丝分裂。无丝分裂是最简单的分裂方式，因在整个分裂过程中不经历纺锤丝和染色体的变化而得名。一般核先分裂，细胞核首先伸长。核仁向核的两端移动，同时在核的中部，从一侧或两侧向内凹陷横缢，使核成肾形或“8”字形。然后从细胞中部收缩成两个相似的子细胞。无丝分裂通常是单细胞生物的分裂方式，也可以说是它们的生殖方式。在高等生物中也比较普遍地存在，而且应该看作是一种正常的细胞分裂方式。（三）细胞的分化、癌变和衰老1.细胞分化。细胞分化是生物界中普遍存在的一种生命现象。一般多细胞生物体的发育起点是受精卵，受精卵经过有丝分裂只能产生许多相同的细胞，只有在功能上分化才能形成不同类型的细胞，分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能多源于细胞内化学物质的变化。当细胞开始分化时，不同的细胞的不同基因会在不同时间内被激活，活化一段时间后，一批基因的活动可能停止而另一批基因还在活动，从而产生了特定的蛋白质，进而产生了不同的组织。因此细胞的分化是生物体发育的基础。2.细胞的全能性。细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育的潜能。由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套的受精卵相同的染色体，携带有本物种- 5 -相同的基因，因此分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细胞恢复分裂，如高度分化的植物细胞具有全能性。动物细胞随着胚胎的发育，有些细胞有分化出多种组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，但是它的细胞核仍然保持着全能性，这是因为细胞核内含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质。3.细胞的癌变。含义:在个体发育中，有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，而变成了不受有机体控制的，连续进行分裂的恶性增殖细胞。特征:能够无限增殖;癌细胞的形态结构发生了变化 ;癌细胞的表面发生了变化，特别是细胞膜上糖脂、糖蛋白等物质减少，细胞失去接触抑制，因此可以“转移”; 癌细胞的分裂常有“多极分裂”的现象;癌细胞对不良的环境，一般都有较强的抵抗力。引起癌变的因子主要有外界因素和内部因素两方面，外界因素包括物理致癌因子（如辐射致癌） ，化学致癌因子（如砷、苯、煤焦油等）和病毒致癌因子。内部因素是由于致癌基因激活，细胞发生转化引起的。4.细胞的衰老是正常的生理现象。生物体内的绝大多数细胞，都要经过未分化、分化、衰老、死亡这几个阶段。细胞衰老的过程是细胞内生理和生化复杂变化的过程，最终反映在细胞的形态，结构和功能上发生了变化，具体表现为:1）在衰老的细胞内水分减少，结果使细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速度减慢;2）衰老的细胞内，有些酶的活性降低;3）细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累;4）衰老的细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，染色质固缩染色加深;5）细胞膜通透性功能改变，使物质运输功能降低。细胞衰老的因素非常复杂，一方面是衰老因子的积累引起细胞衰老。另一方面来自于细胞内“衰老钟”的程序表达。衰老是发育的一个正常阶段。5.细胞工程。细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或一定细胞产品的一门综合性科学技术，主要包括细胞培养技术、细胞融合技术、细胞核移植技术、胚胎移植技术等方面。细胞培养就是把生物体内的某一组织（或分散成单个细胞） ，接种在人工配制的适于细胞生长的培养基上，然后在适当的生长条件下进行培养，使细胞在体外继续生长和增殖。动物细胞的培养主要是从动物胚胎或出生后不久的幼龄动物的脏器，如肾、肺、肌肉等组织细胞，经原代培养和传代培养获得细胞系。植物细胞具有“全能性”不同植物细胞或一种植物从不同部位培养的细胞发育成植株的能力是不同的。常用的植物细胞培养有花粉培养和原生质培养。细胞融合技术是指在一定的条件下，将两个或多个细胞（可以是同种细胞，也可以是异种细胞）在促融因子（如聚乙二醇或灭活的仙台病毒）的作用下，融合成一个杂种细胞。细胞融合又称细胞杂交。细胞核移植技术是将生物体细胞的细胞核和细胞质拆开，然后再把分离和细胞核和细胞质重新组合成一个新细胞。同时把从细胞中分离出来的染色体或基因转入另一个细胞，以及把具有经过修复的染色体的细胞核重新放回，赋予重建的细胞以某种新的功能的技术。胚胎移植是在高等脊椎动物，特别是哺乳动物的细胞，目前不能人工在体外培养成一个个体。只能在体外把受精卵（或具有分裂能力的细胞）培养成早期胚胎后再移植到母体子宫，生长发育成子代的过程，如试管婴儿。四、生物的新陈代谢（一）酶1.酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。- 6 -其中，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是 RNA。酶是功能蛋白质，血红蛋白是结构蛋白质。2.酶的特性是高效性和专一性。每一克过氧化氢酶在一分钟内能使 500 万分子的过氧化氢（H 2O2）分解成 H2O 和O2，较 Fe3+ 催化 H2O2 分解的效率大 109 倍。混血有三个主要步骤:凝血酶原致活酶的形成混血酶原Ca 2+ 混血酶纤维蛋白原Ca 2+ 纤维蛋白只有在最适温度时，酶的活性最强。不同的生物体中，其最适温度是不一样的。例如，人体内大多数酶的最适温度为37左右。在生物体内，每一种酶只能催化某一种或某一类化合物的化学反应。即酶的专一性。例如:唾液淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。（二）ATP1.ATP 的结构简式。APPP ATP 的缩写字母告诉我们 :“A”代表腺苷， “T”代表三个。 “P”代表磷酸，所以 ATP 的全称是三磷酸腺苷。2.ATP 与 ADP 的相互转化。ATP 在细胞内的含量很少，但是，ATP 在细胞内的转化却十分迅速。这样，细胞内 ATP 的含量总是处在动态平衡中，这对于构成生物体内部稳定的供能环境，具有重要意义。3.ATP 的形成途径。ATP 在生物体细胞中的含量并不大，当 ATP 由于生命活动被大量消耗时，ATP 可以再生，使细胞内 ATP 的含量总是处在动态平衡中。光能和化学能都必须由细胞中的 ADP 去捕获后形成 ATP。用下列反应式表示。磷酸肌酸是生物体中一种高能磷酸化合物（高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在 20.92kJ/mol 以上的磷酸化合物） 。它和 ATP 之间也可相互转化能量。ATP 水解释放能量，把能量转移给肌酸，生成高能化合物磷酸肌酸、磷酸肌酸又能水解释放能量，把能量转移给 ADP 以生成 ATP。通常磷酸肌酸在生物体内的贮存量比 ATP 多，但不能作为生命活动的直接能源。（三）光合作用1.发现光合作用的著名实验（见表 102、表 103、表 104、表 105） 。表 102 年代 1864 年科学家 萨克斯实验材料 叶片实验过程 绿色叶片经暗处处理后，把叶片的一半遮光，另一半曝光实验观察 庶光叶(碘)棕色;曝光叶 (碘)深蓝色实验结论 绿叶在光合作用中产生了淀粉表 103 年代 1880 年科学家 思吉尔曼实验材料 水绵和好氧细菌实验过程 把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境里（1）用极细光束照射水绵（2）完全暴露在光下实验观察 （1）好氧细菌集中在被光束照射到的叶绿体附近（2）好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位的周围实验结果 叶绿体是光合作用的场所，氧是由叶绿体释放 表 104 年代 20 世纪 30 年代科学家 鲁宾和卡门- 7 -实验材料 绿色植物（衣藻）实验过程 第 1 组向绿色植物提供 H218O 和 CO2，第 2 组向绿色植物提供 H2O 和 C18O2实验观察 第 1 组释放的氧全部是 18O2，第 2 组释放的氧全部是 O2实验结论 光合作用释放的氧全部来自水。表 105 年代 1939 年后科学家 希尔实验材料 磨碎的叶子实验过程 从叶子中提取叶绿体，加上氧化剂铁离子实验观察 光照后放出较多氧气实验结论 光合作用需要酶2.叶绿体中的色素叶绿体中的色素吸收光的能力很强。当可见光光束通过三棱镜之后，可以看到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光组成的光谱，称为连续光谱。如果把上述四种色素溶液分别放在可见光光束和三棱镜之间时，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了，在光谱上显示出暗带，这种光谱称吸收光谱。叶绿素吸收光谱的最强吸收区为波长 430nm450nm 的蓝紫光区和波长为 640nm660nm 的红光区。叶绿素对其他光的吸收不明显，尤其是对波长为500nm560nm 的绿光吸收量最少。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。3.光合作用的过程及方法提示。（1）根据水的光解判断释放的氧来自水。水绵+H18 2 O+CO 218O2 水绵+H 2 +C18O2O2（2）根据同位素示踪法推理判断 C、H、O 的转移途径。3 H2O 光反应3 H（C 3 H2 O）+3 H 2O14C18O2CO2 固定 214C3CO2 还原 （14CH 218O）+H 2 18O（3）根据光合作用过程分析物质和能量的变化。物质变化:CO 2 +H2O 光合作用 （CH 2 O） 转变 淀粉、蛋白质、脂类能量变化: 光能+ADP+Pi 光反应 ATP 暗反应ADP+Pi+有机物中能量（4）光合作用的主要场所。叶绿体囊状结构的薄膜上;叶绿体的基质中。4.影响光合作用速率的因素。（1）光照强度与光合速度（2）CO 2 浓度与光合速率（3）温度与光合速率（四）植物对水分的吸收和利用吸胀作用是指:未成熟的植物细胞中还没有形成中央液泡。这样的细胞主要靠细胞内的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分的过程。1.根据液泡、亲水物质、浓度差别判断吸水方式。无液泡有亲水物质的活细胞 吸胀作用吸水;有液胞，具备原生质层且内外有浓度差的活细胞 渗透作用吸水。2.根据根尖各部分结构形成液泡与否判断吸水方式。根冠:有液泡、渗透吸水分生区: 无液泡、吸胀吸水伸长区:液泡由小变大，由少变多，吸胀吸水转变为渗透吸水。成熟区: 有大液泡，渗透吸水。原生质层是指:植物细胞中的细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质。原生质层具有选择透过性的特点。细胞具有活性，原生质层才具有选择透过性。反之，细胞失去活性，则原生质层就成为全透膜。原生质凝胶的吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关，蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减。因此，大豆种子（含蛋白质多）比玉米种子（含淀粉多）的吸胀作用大。在生长实践中，人们利用吸胀吸水原理，在抗洪救灾中，用大豆来保护江堤;在炸山时，将大豆和水灌进岩石缝隙中，使石块分开。3.根据细胞内外溶液浓度高低判断质壁分离与复原- 8 -（五）植物的矿质营养1.矿质元素、必需元素、大量元素、微量元素的辨析。（1）矿质元素是指除了 C、 H、O 以外，主要由根系从土壤中及收的元素。（2）必需元素是指植物正常生命活动不可缺少的元素，共 16 种，必需的矿质元素 13种。（3）大量元素是指矿质元素在植物体的干物质中含量超过 1 000ppm 的叫大量元素。如 Mg 等。（4）微量元素是指矿质元素在植物体的干物质中的含量在 100ppm 以下的元素。如Fe、Ca 等。 2.矿质元素的利用（表 106） 。 表 106元素举例/比较项目 K N、P Mg Ca f存在形式 离子 不稳定化合物 稳定化合物能否转移 容易 能 不能利用情况 反复 多次 一次缺乏时的受害部位 老叶 老叶 新叶3.水分代谢与矿质代谢的比较（表 107） 。 表 107 比较项目 水分代谢 矿质代谢原理 吸胀作用 渗透作用 交换吸附 主动运输条件 亲水物质 渗透装置 阴阳离子能量动力 主要是蒸腾作用 主要是呼吸作用联系:吸收器官和部位一致。 水分和矿质元素的运输其动力都来自于蒸腾作用。根细胞产生的 H+、HCO 3 离不开水，土壤溶液中矿质元素的扩散移动也离不开水。根吸收矿质元素，提高了根细胞液的浓度，从而提高了吸水能力。4.根对离子的吸收具有选择性。选择性吸收的表现:不同植物对同种矿质元素离子的吸收具有选择性。同一植物对不同矿质元素离子的吸收具有选择性。选择性吸收的原因: 植物细胞对离子的选择吸收与细胞膜上载体的种类和数量多少有关，与溶液中的离子数量不成比例。5.根吸收矿质元素的过程。根吸收矿质元素包括交换吸附和主动运输两个过程，这两个过程都与根细胞的呼吸作用密切相关，促进呼吸作用（如疏松土壤）可促进根细胞对矿质元素的吸收过程。6.无土栽培方法。（1）概念:利用溶液培养法的原理，把植物体生长发育过程中所需要的各种矿质元素，按照一定的比例配制成营养液用这种营养液来栽培植物的技术。（2）特点:可用人工的方法直接调节和控制根系的生活环境。（3）优点:产量高;节约水肥，产品清洁卫生，有利于实现栽培的工厂化，自动化，扩大了农作物栽培的范围和面积。（六）人和动物体内三大营养物质的代谢1.三大营养物质代谢。（1）糖类代谢（2）脂类代谢- 9 -（3）蛋白质代谢2.三大营养物质的利用及其相互关系。动物的生存是以物质代谢为基础，以能量代谢为动力，物质的合成伴随着能量的贮存，物质的分解伴随着能量的释放。糖类是主要的能源物质，脂类是主要的贮能物质，蛋白质是生物体的结构物质，是一切生活活动的体现者。在正常情况下，人和动物体所需要的能量主要是由糖类氧化分解供给，只有当糖类代谢发生障碍，引起供能不足时，才由脂肪和蛋白质氧化分解供给能量，以保证机体的能量需要。糖类在分解过程中产生的一些中间产物（如丙酮酸）可以通过转氨基作用，生成相对应的非必需氨基酸。但是，由于糖类分解时不能产生与必需氨基酸相对应的中间产物，因此，糖类不能转化成必需氨基酸。蛋白质在分解过程中产生的一些氨基酸，可以通过脱氨基作用转化成糖类。只有在糖类供应充足的情况下，糖类才有可能大量转化成脂类;一般情况下，脂肪不能大量转化成糖类3.肝脏在人体代谢中的作用。肝脏是人体内惟一具有双血管（肝动脉、肝门静脉）的器官，一切物质代谢都与肝脏有关。此外肝脏还有贮存、分泌及生理解毒的作用。4.糖元的生成和分解。糖元是由许多葡萄糖分子聚合而成的多糖，相对分子量约为数百万，是动物细胞贮存糖的形式。人体各组织的细胞都能利用葡萄糖合成糖元，但各组织中的糖元含量并不相同。肝脏和肌肉中贮存的糖元最多，分别称为肝糖元和肌糖元。脑组织中虽然活动旺盛，消耗的能量很大，但其糖元贮存却非常少，须不断地从血液中摄取葡萄糖来维持脑代谢的需要，因此，当血糖含量低于 45mg/dL 时，脑组织就会因得不到足够的能量供给而发生功能障碍，出现低血糖晚期症状。5.三大营养物质代谢与人体健康。血糖含量正常值:80mg/dL120mg/dL。低血糖早期症状血糖:含量50mg/dL60mg/dL。低血糖晚期症状血糖含量: 低于 45mg/dL。生理性肥胖是指一个人多食少动，来自食物中或由糖类转化的脂肪可贮存在体内，从而导致肥胖。脂肪肝是指在营养物质代谢过程中，脂肪来源太多时，肝脏就要把多余的脂肪合成为脂蛋白，从肝脏中运出去。磷脂是合成脂蛋白的重要原料。如果肝脏功能不好，或是磷脂等的合成减少时，脂蛋白的合成受阻，脂肪就不能顺利地从肝脏中运出去，因而造成脂肪在肝脏中的堆积，形成脂肪肝。6.血糖的来源和去路（七）细胞呼吸1.有氧呼吸的过程。有氧呼吸的过程比较复杂，包括一系列的化学反应，但总的说来是有机物逐步分解并将贮存的能量逐步释放的过程。可分为三个阶段:（1）葡萄糖分解成丙酮酸。C 6 H12O6 酶细胞质基质 2C3 H4 O3 +4H +2ATP（2）丙酮酸氧化脱羧。2C 3 H4 O3 +6H2 O 酶线粒体基质 6CO2 +2OH +2ATP（3）氢与氧结合形成水。24H +6O2 酶线粒体内膜 12H2 O+34ATP（4）总反应式。C 6 H12O6 +6O2 酶 6CO2 +6H2 O+能量（5）总能量。 2 870 KJ1 709KJ 热能散失（59.55% ） 1 161KJ 转移38ATP（ 40.45%）2.无氧呼吸的过程。无氧呼吸进行的场所是细胞质的基质。其过程为:（1）高等植物的无氧呼吸产生酒精。C 6 H12O6 酶 2C2 H5 OH+2CO2 +2ATP（2）高等动物和人的无氧呼吸产生乳酸（高等植物的某些硕大器官的无氧呼吸也能产- 10 -生乳酸） 。C6 H 12O6 酶 2C3 H3 O3 +2ATP（3）总能量。 196.65 KJ61.08KJ 转移 2ATP（31% ）135.57KJ 热能 散失（69%）3.有氧呼吸与无氧呼吸的比较表（表 108） 。 表 108 反应场所 有氧呼吸细胞质基质线粒体 无氧呼吸细胞质基质反应条件 氧气 酶 酶物质变化 C6H12O6 CO2 H2O C6H12O6 酒精 乳酸能量变化 38 个 ATP 2 个 ATP联系 1.实质上都是分解有机物释放能量2.从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同4.光合作用和有氧呼吸的比较表见表 109。 表 109 反应场所 有氧呼吸线粒体 光合作用叶绿体反应条件 O2 酶 C6H12O6 光 酶 CO2、H 2O物质变化 有机物无机物 无机物有机物能量变化 稳定化学能 ATP 光能 ATP 稳定的化学能代谢实质 分解代谢 合成代谢联系 光合作用为有氧呼吸提供了物质基础（有机物和氧气）;有氧呼吸产生的 CO2 可被光合作用利用5.呼吸作用是有机物相互转化的枢纽。丙酮酸在转氨酶的催化下，接受谷氨酸的氨基就可转变成为丙氨酸。其他氨基酸、脂肪酸进入线粒体可进行呼吸作用。所以，糖类、脂类、蛋白质氧化分解都能产生 CO2 和H2 O，并释放能量。6.植物体在进行光合作用的同时，也在进行呼吸作用。呼吸作用的产物 CO2 +H2 O 可被光合作用利用。光合作用的产物 C6 H12O6 和 O2 亦可被呼吸作用利用。（1）若从能量变化来看:光能 光反应 活跃化学能（ATP）暗反应稳定化学能（有机物）呼吸作用 热能+活跃化学能（ATP）利用生理能量（2）若从物质的变化来看: 用 14C 标记的同位素示踪法看 C 的变化:14CO 2 +C5CO2 的固定 214C3CO2 的还原 14C6 H12O6 糖酵解 214C3 H4 O3 有氧呼吸 614CO2 有 3 H 标记的同位素示踪法看 H 的变化 :123 H2 O 光反应 243 H暗反应 C6 3 H 12O6 糖酵解 2C3 3 H4 O3 +43 H +6H2 O 有氧呼吸 6CO2 +63 H2 O+6H2 O（3）用 18O 标记 CO2 中 O 的变化及用 17O 标记 H2 O 中的 O 的变化:6C 18O2 +12H2 17O 光合作用 C6 H12 18O 6 +6H2 18O+617O2 呼吸作用 6C18O2 +12H2 17O 另外，光合作用和呼吸作用受反应条件和限制因素的影响。光合作用主要受光照强度，CO 2 的浓度和温度的影响; 呼吸作用主要受 O2 浓度和温度的影响。植物在进行上述两种作用时，还在进行蒸腾作用，气孔的关闭同样影响 CO2 的吸收和氧气的进入。（八）新陈代谢的基本类型1.新陈代谢的概念。生物的新陈代谢是指生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生物体内部物质和能量的转变过程。包括同化作用和异化作用两个方面。在同化作用和异化作用过程中，- 11 -都包含着物质代谢和能量代谢两个方面。当生物体同化作用大于异化作用的时候，生物体表现为物质积累和能量贮存。生物就表现出生长现象。狭义的新陈代谢概念就是指活细胞中全部化学反应的总称。2.自养型生物和异养型生物的异同点。相同点是都能把外界物质合成为自身的组成物质，并贮存能量。不同点是能否直接利用外界的无机物合成有机物。3.需氧型生物和厌氧型生物的异同点。相同点是都必须不断分解自身的有机物，释放能量，供生命活动需要。不同点是分解有机物的过程中是否必须有氧的参与。4.化能合成作用。化能合成作用是一些微生物利用外界环境中的无机物氧化释放的化学能，把 CO2 和H2 O 合成贮藏能量的有机物的过程。从其同化的特征看，进行化能合成作用的生物是自养型的。这类生物如硝化细菌、硫细菌和铁细菌等。（1）硝化细菌的化能合成作用: 2NH3 +3O2 亚硝化细菌 2HNO2 +2H2 O+能量 2HNO2 +O2 硝化细菌 2HNO3 能量 6CO2 +6H2 O 酶 C6 H12O6 +6O2 （2）硫细菌的化能合成作用:2H 2 S+O2 硫细菌 2H2 O+2S+能量 2S+3O2 +2H2 O 硫细菌2H2 SO4 +能量 6CO2 +6H2 O 酶 C6 H12O6 +6O2 （3）铁细菌的化能合成作用:4FeSO 4 +2H2 SO4 +O2 铁细菌 2Fe2（SO 4） 3 +2H2 O+能量 6CO2 +6H2 O 酶 C6 H12O6 +6O2 （4）没有独立代谢能力的生物病毒。（5）兼性厌氧型生物酵母菌:C 6 H12O6 +6O2 酵母菌酶 6CO2 +6H2 O+能量 C6 H12O6 酶母菌酶 2C2 H5 OH+2CO2 +能量 五、生命活动的调节 （一）植物的激素调节1.植物的感性运动和向性运动。植物的向性运动是植物受单向外界因素的刺激而引起的定向运动;感性运动是指植物体受到不定向的外界刺激而引起的局部运动。外界单向刺激主要指光照、地心引力（重力） 、温度、湿度和化学物质等，由于植物器官各部分所受的刺激不尽相同，使体内生长素分布不均匀，各部分细胞生长速度不同，引起植物某些部分的趋向生长，表现为向性。植物的向性有向光性、向地性和背地性，还有向湿性、向肥性和向触性。向触性是指有些缠绕的植物，当茎向其他直立物接触时就朝向接触的方向螺旋向上生长。2.植物的向光性及其实验。植物的向光性是植物的一种向性运动，由于光线能改变生长素的分布，向光一面生长素分布少，背光的一面生长素分布多，因此向光的一面细胞生长得慢，背光的一面细胞生长得快，结果使植物弯向光源生长。胚芽鞘的向光性实验证明，生长素对植物体的生长（细胞伸长）有促进作用而不是促进细胞的分裂。同时，感受光刺激的部位在胚芽鞘的尖端，单侧光引起生长素横向运输，向光弯曲的部位在尖端的下面一段，即生长素促进细胞伸长的部位在尖端的下面一段。故接受光刺激的部位在顶端。3.生长素的产生、分布和运输。在植物体内，合成生长素最活跃的部位是具有分生能力的组织。即正在进行细胞分裂的分生组织，如顶端分生组织（根尖、茎尖） 、形成层细胞、种子里正在分裂发育的胚等，作用的部位是正在增大的细胞，因为刚分裂的细胞体积很小，大液泡尚未形成。生长素的作用原理主要是通过增大细胞壁的可塑性，来实现细胞伸长和体积的增大，对于成熟的植物细胞（细胞壁可塑伸展性丧失）则没有作用。因此生长素主要集中在生长旺盛的部位。- 12 -生长素主要在茎尖合成，输送到植物体相应部位发挥生理效应。生长素只能从形态学上端运往下端，而不能由形态学的下端运往上端。即生长素的运输是极性运输，顶端优势现象充分说明了这一特点。生长素的极性运输是指从顶端向基部运输，根尖合成的生长素也可以向顶部运输，叶中合成的生长素也能通过韧皮部向其他部位运输。经实验证明，在缺氧时，生长素的运输受到影响。这充分说明生长素的运输是一种消耗 ATP 的主动运输。4.生长素的生理作用特点。生长素对植物生长的作用往往具有两重性，生长素既能促进生长，也能抑制生长;既能促进发芽，也能抑制发芽;既能防止落花落果，也能疏花疏果。这种现象与生长素的浓度和植物器官种类有关。植物体不同的组织器官，其生长发育要求不同浓度的生长素。相同浓度的生长素作用于不同器官引起的反应不同（促进或抑制） ，不同器官对生长素的敏感性不同，敏感性越强，其正常生长发育要求的生长素浓度越低。一般情况下，根最敏感，茎敏感性较差，芽介于根茎之间。对于同一器官而言，低浓度的生长素促进生长，高浓度的生长素抑制生长，浓度的高、低是以生长素最适浓度为界划分的，低于最适浓度为“低浓度” ，高于最适浓度为“高浓度” ，促进和抑制是以发展的趋势来决定的，在低浓度范围内，浓度越高，促进生长的效果越明显。5.生长素在农业生产中的应用。植物的顶芽产生的生长素向下运输大量地积累在侧芽部位，使这里的生长素浓度过高，从而使侧芽的生长受到抑制。如果摘掉顶芽，侧芽部位的生长素浓度降低了，侧芽所受到的抑制作用就会解除，不久，侧芽可以发育成枝条了。人们利用顶端优势原理进行棉花的打顶摘心、果树的整枝修剪，达到增产目的。生长素可以促进某些不易生根的插条生根，提高了扦插的成活率。实际生活中，总是把带有芽的枝条插入土中，过一段时间则生根成活，若把不带芽的或带芽的枝条倒插则不生根成活。如果雌蕊授粉以后，在子房发育成果实的早期，除去发育着的种子，果实停止发育，甚至早期落果。反之，如果没有授粉的雌蕊柱头上涂一定浓度的生长素溶液，子房仍能发育成果实。在生产实践中可利用这个原理培育无籽果实，如无籽番茄、无籽黄瓜等。农业生产上常用一定浓度的生长素类似物溶液喷洒棉株，可以达到保蕾保苓的效果。6.植物激素及其相互作用。植物激素是指一些在植物体内合成，并从产生部位运到其他地方，对植物生长发育产生显著作用的微量（1mol/L 以下）有机物。植物激素一共分成五类，即生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸，前三类具有明显促进生长发育的功效，后两类则主要抑制生长、促进成熟。植物的个体发育受多种激素调节，五类激素大都同时存在于同一植株中，不同时期有不同的主要激素起主导的调节作用，多种激素相互协调，共同完成对植物生命活动的调节，例如顶端优势就是细胞分裂素和生长素共同作用的结果。如果用细胞分裂素处理侧芽，就能解除顶端优势。（二）人和高等动物生命活动的调节1.体液调节和激素调节及神经调节。体液调节是人和高等动物体内的化学物质（如激素、CO 2 等）通过体液的传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节。激素调节是经内分泌腺分泌的激素，进入腺体内的毛细血管，随着血液循环到达相应的组织器官，对生物的各种生理活动进行调节，激素调节是体液调节的主要内容。神经调节是人和高等动物生命活动调节的主要形式。神经系统可直接控制内分泌腺的分泌，也可通过控制垂体分泌促激素，间接控制一些内分泌腺的分泌。体液调节与神经调节相比较，体液调节活动比较缓慢，作用时间持久，而神经调节既调节内部的各种生理活动，又调节与环境条件之间的相互关系，调节活动迅速准确，作用范围有局限性，但作用时间短暂。- 13 -2.高等动物的内分泌腺和外分泌腺。高等动物的分泌腺有两类，一类因其无导管，分泌物直接进入腺体内的毛细血管而进入血液，对身体的另一处靶细胞发生作用，称内分泌腺;另一类有导管，其分泌物一般由导管送向体表（如汗腺）或体内的某些管腔（如唾液腺） ，称外分泌腺。主要的内分泌腺有甲状腺（分泌甲状腺激素） 、垂体（分泌生长素等多种激素） 、胰岛（分泌胰岛素等） 、性腺（分泌性激素） 、肾上腺（分泌肾上腺皮质激素等）和胸腺，主要的外分泌腺有各种消化腺、呼吸道的粘液腺、皮肤的汗腺和皮脂腺、乳腺、泪腺及生殖系统的精囊腺等。3.植物生长素与动物生长激素。植物生长素是由植物体内具有分生能力的组织合成的，没有专门的内分泌腺。生长素的化学名称是吲哚乙酸（简称 IAA） ，分子式是 C10H9 O2 N。生长素主要在顶芽合成，输送到植物体相应部位发挥生理效应。生长激素是由动物的脑垂体分泌的，是蛋白质类物质。人的生长素是由 191 个氨基酸组成的蛋白质分子。主要是促进长骨的生长和蛋白质合成，此外还能影响动物体内的糖类、脂类和蛋白质的代谢。4.激素分泌的反馈调节。正常情况下，下丘脑分泌的促释放素能促进垂体分泌相应的促激素，进而促进相应腺体分泌激素，但当某种激素浓度升高时，又会抑制下丘脑和垂体分泌相应的促释放素和促激素，从而使这种激素的浓度降低。当激素浓度降到一定程度时，又会解除对下丘脑和垂体的抑制。这种反馈调节机制使某种激素浓度不致太高，也不致太低，从而保持相对稳定的生理浓度值，对生命活动发挥正常的调节功能，避免激素过高或过低而引起激素失调症。激素是一种高效能调节物质，某种激素的偏高或偏低都有可能引起个体发育某些方面的不正常或生命活动暂时异常。5.相关激素间的协同作用和拮抗作用。动物的同一生理活动不是由单一激素调节完成的，而是由与此活动有关的多种激素协调互作共同完成的。协调作用是不同激素对同一生理效应都发挥作用，从而达到增强效应的结果。例如只有当生长素与甲状腺激素协同作用时，才能保证机体正常的生长和发育。同样，胰高血糖素、肾上腺素、甲状腺素、生长激素等对提高血糖水平均协同发挥作用。人体的血液和组织液中适当的钙离子水平是维持许多正常的生理功能所必需的。当缺少Ca2+ 时，神经信号不能从一个细胞传到另一个细胞，血液不能凝结，肌肉功能受阻，分子跨膜转运也不能进行。甲状腺和甲状旁腺的一个共同的功能就是维持 Ca2+ 的内环境稳定，使 Ca2+ 浓度维持在（911mg/100mL 血液）狭窄的范围内。来自甲状腺的降钙素和来自甲状旁腺的甲状旁腺素，是两种作用相反、相互拮抗的肽类激素，它们共同调节着血钙水平:降钙素降低血钙水平，甲状旁腺素提升血钙水平。它们通过反馈体系运行。当血钙水平升至正常水平以上时，便诱发甲状腺产生降钙素，使 Ca2+ 更多地在骨骼中沉积，肠道对钙的吸收减少以及肾脏对尿中 Ca2+ 的重吸收下降。当血钙降到正常水平以下时，甲状旁腺分泌的甲状旁腺素进入血液，刺激从骨骼中释放出 Ca2+ ，并通过肾脏和肠道增加对 Ca2+ 的吸收。6.神经调节的基本方式。动物的反射活动是多种多样的，大致可分为非条件反射和条件反射两类。条件反射又分为第一信号系统和第二信号系统。反射的结构基础是反射弧，反射弧通常是由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分组成。感受器有两类，简单感受器只是感觉神经末梢如触觉、痛觉、冷觉、热觉等，复杂的感受器除感觉神经末梢外，还有一些附属结构，共同构成感觉器官，如眼、耳等。神经中枢接受传入神经传导的兴奋，对兴奋进行整合，然后把兴奋经传出神经传导到效应器，产生反应。在脑神经和脊神经中，有一部分传出神经纤维，分布到心肌、各个内脏器官和血管的平滑肌、腺体等处，支配内脏器- 14 -官的活动，这部分传出神经纤维所组成的神经叫植物性神经，分为交感神经和副交感神经。交感神经与副交感神经作用相反双重支配内脏器官，但它们相辅相成，保证器官的协调。7.兴奋的传导。（1）神经纤维上的传导过程为:刺激电位差局部电流局部电流回路（兴奋区未兴奋区） 。神经纤维传导一般具有下列特征:a.生理完整性;b.绝缘性;c.相对不疲劳性。（2）细胞间的传递:兴奋在神经元与神经元之间是通过突触来传递的。突触是相邻两个神经元之间的联系，这种联系是通过突触传递递质实现的。递质是神经细胞产生的一种化学信使物质，对有相应受体的神经细胞产生特异性反应（兴奋或抑制） 。突触是两个相联系的神经元之间递质的产生与释放、传递、接受的结构。兴奋在神经元之间的传递是单向的，只能由一个神经元的轴突传到另一个神经元的树突或胞体。但在一个神经元内兴奋可沿着