高考生物第一轮总复习讲座之十八
【内容】
生物的新陈代谢(第一部分)
酶、ATP与植物的光合作用、水分代谢、矿质代谢
【重点与难点】
1、酶的特性与作用。
2、ATP在生物体内能量代谢中的作用。
3、渗透装置与渗透作用，绿色植物的渗透吸水与蒸腾作用。
4、植物的必需矿质元素、植物对矿质元素的吸收方式与利用
5、光合作用的物质代谢与能量代谢过程及其原理。
【延伸与拓展】
新陈代谢是生物最基本的特征，也是生物一切生命活动的基础。这部分内容在教材中占有重要的位置，并且能与生产、生活实践广泛联系。因此，它在各类考试中也会占有相当大的比例。
1、酶的特性，教材安排了酶催化作用的探索实验，这些实验除了说明酶的专一性、高效性、反应条件受温度与酸碱度影响外，更重要的是在介绍生物实验的一般方法(设立对照实验、解决单因子等)。新陈代谢是通过细胞内发生的各种化学反应来完成的，每一过程都有酶参与，在习题中与到温度、酸碱度等影响问题，应立即考虑到酶的活性受到了影响。习题中涉及到实验时，应考虑设立对照、解决单因子。
2、ATP是生物体进行生命活动的直接能源，而糖类、脂肪、蛋白质也是能源物质，但是它们具有层次上的区别，如同日常生命中的煤、石油、天然气通常要在发电厂里转化成电，才能使机器运转，生物体内的糖类等能源物质氧化分解释放的能量需转移到ATP中才能供生命活动利用。
ATP与ADP能相互转化，由于这种分子特殊结构与分子间转化，在能量代谢中十分重要，即能及时供给能量，又能及时捕获能量，使生物体能经济有效地利用能量。ATP与ADP是可以相互转变的，而能量是不可逆，反应式中的能量的含义是不同的：
酶 用于生命活动
ATP ADP＋Pi＋能量
来自呼吸作用、光合作用
3、 一个成熟的植物细胞放置在外界溶液内就构成一个渗透系统，这个系统以原生质层(充当渗透系统中的半透膜)为界分成两个区域，即细胞液与外界溶液，这两个区域内的浓度大小，决定了水分移动方向，当外界溶液浓度大于细胞液时，细胞液内的水分外渗，细胞失水而缩小，由于细胞壁和原生质层的伸缩性有大小，结果导致细胞质壁分离(原生质层与细胞壁的分离)。反之则细胞吸水。
根吸收的水分除少量留在体内利用外，绝大多数通过蒸腾散失，蒸腾作用是植物吸水与运输的动力，是矿质营养运输的动力，还能降低温度。
4、植物必需的元素有十六种，可以分为以下三档：
大量元素 微量元素
C H O N P K S Ca Mg Fe Mn B Zn Ca Mo Cl
必需矿质元素
根对矿质离子的吸收过程是一个主动运输的过程，与呼吸作用密切相关，所以通过各种方法提高根细胞的呼吸作用，有利于根对矿质离子的吸收，从而提高肥效。
吸收到植物体的矿质元素，可参与各种基本结构和调节代谢，如N是构成蛋白质的必需元素，P是核酸、ATP的必需元素，Mg是叶绿素的必需元素，K可充当活化剂，调节代谢。植物吸收的矿质离子中大都是可以在体内移动，能再利用的，如K、N、P、Mg等，有些元素不能再利用，如Ca、Fe。
4、绿色植物的光合作用这部分内容是本章与本教材的重点。植物叶肉细胞中的叶绿体是光合作用的场所，它的基粒片层结构薄膜上分布着叶绿素和类胡萝卜素两类色素，是光反应的场所，这些色素能利用可见光，特别是对红光与蓝紫光的利用率很高。叶绿体的基质是暗反应的场所，其中有许多种酶，这些酶用来催化光合过程中的一系列化学反应。
光合作用是生物界最基本的物质代谢与能量代谢，因此，在学习光合作用时，应着重弄清楚这一复杂过程中的物质与能量的变化。
光反应阶段暗反应阶段
场所基粒(片层结构薄膜)基质
条件光能多种酶
物质代谢 水在光下被分解
ADP + Pi →ATP
NADP+e+Pi+H+→NADPHCO2固定与还原成(CH2O)
CO2→C3→(CH2O)
能量代谢光能→电能→活跃的化学能活跃的化学能→稳定的化学能
由此可见，光合作用实质上是把无机物(H2O、CO2)合成有机物，同时把光能转变成化学能贮存在有机物中。
应该说明，光合作用虽然可分为光反应与暗反应两个阶段，但是整个过程是连续的，这两个阶段是相互促进，又是相互制约的。这是分析外界条件变化对光合速度影响的钥匙，影响光合速度的因素主要有：
①光照强度，直接影响光反应的速度,光反应产物NADPH与ATP的数量多少会影响暗反应的速度，这是最主要的因素。
②温度，影响光合作用过程特别是暗反应酶的催化效率,从而影响光合速度。
③ CO2浓度，CO2是暗反应的原料，CO2浓度高低直接影响暗反应的速度。
④ 矿质元素，例如Mg是叶绿素的组成分，N是光合酶的组成分，P是ATP分子的组成分。
⑤ 水分，水分是光合作用原料之一，缺少时可是光合速率下降。
⑥ 日变化，光合速率在一天中有变化，一般与太阳辐射进程相符合，但也有例外，如炎热夏天，中午前后光合速率下降（气孔关闭，CO2供给不足）。
【例题精讲】
例1．写出三种与光合作用有关的矿质元素的元素符号及它们在光合作用中的作用。
元素：________，作用____________。
元素：________，作用____________。
元素：________，作用____________。
(2000年高考理科综合能力测试题，本题9分)
[解析]本题较灵活，以高等教育中相关的专业知识为依据，来测试学生对光合作用与矿质元素知识的综合运用能力。虽然教材对这个问题没有明确答案，但是凭学生所学知识是可以回答出来，这是高考名题的思维方式。回答本题的关键一是要求答出矿质元素，而不是必需元素,不可回答C、H、O；二是要考虑到光合作用过程中必不可少的物质所含的矿质元素,如叶绿素含有Mg，ATP含有P，叶绿素与各种酶含有N。
答案为：Mg叶绿素的成分；P形成ATP需要磷；N叶绿素和各种酶的成分(只答各种酶的成分，不扣分)
应该指出，这是一题开放性题目，因为与光合作用有关的矿?元素很多，为了与高等教材不发生冲突，对本题的标准答案又作了补充，与光合作用有关的矿质元素还有：Mn、K、Fe、S、Cu、Cl，如果答上可参照参考答案的分值赋分。
例2．(1)核糖是一种五碳糖，它的衍生物腺苷也可与磷酸成酯，如三磷酸腺苷，后者的分子简式为___________。
(2) 三磷酸腺苷释放能量的表示式是______________________。
(2000年全国高考理科综合能力测试题)
[解析]本题似与化学知识渗透，但问题较为简单，是高考中也常常出现的题目，书写千万要规范，避免不必要的失分。正确书写是：Ａ－Ｐ～Ｐ～Ｐ
ATP ==== ADP＋Pi(磷酸)＋能量
【同步练习】
１．下列有关酶的叙述中，错误的是
A、酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物
B、每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应
C、酶能催化化学反应的进行，但本身不发生变化
D、酶只能在生物体内发挥催化作用
2、在10℃(x)、40℃(y)、80℃(z)条件下，淀粉酶的活性大小是
A. x＞y＞z B. z＞y＞x
C. y＞x＞z D. y＞z＞x
3、在淀粉酶催化淀粉的实验中,将淀粉酶稀释2倍与稀释20倍，实验效果基本相同，这表明酶具有
A.专一性 B.多样性 C.高效性 D.稳定性
4、将1毫升唾液与倒入装有10毫升浆糊的试管内,置于25℃的温水中水浴，为了提高反应速度可采取一些方法。下列各方法中能提高反应速度的是
A. 把实验温度提高到70℃ B. 在试管内再加入１毫升唾液
C. 在试管内加入１毫升盐酸 D. 在试管内加入１毫升蒸馏水
5、下列哪一过程不产生ATP
A. 光反应 B. 暗反应 C. 有氧呼吸 D. 无氧呼吸
6、对ATP与ADP的相互转变反应式理解，错误的是
A. 这种转变发生在生物细胞内 B. 反应过程有酶参与
C. ATP的水解过程产生大量能量 D. 反应式中的能量也是可逆的
7、为了研究温度对酶活性的影响，可做下列实验：
试 管
１ ２ ３
注入新鲜的唾液 1ml 1ml 1ml
注入浆糊 2ml 2ml 2ml
反应温度 0℃ 37℃ 100℃
参照上述实验，设计一个pH对酶活性影响的实验，实验材料有新鲜唾液、浆糊、盐酸、氢氧化钠、清水、试管、碘液，并预测实验结果。
8、回答ATP和ADP相互转变的有关问题：
(1) 写出ATP和ADP相互转变的反应式____________________。
(2) ATP水解成ADP过程产生的能量可供__________________。
(3)对于动物和人来说，细胞内____________是产生ATP的重要场所，需要__________。对于绿色植物来说，叶肉细胞内的________也能产生ATP，需要__________。
9、生长在盐碱地上的植物能强烈地从土壤中吸收水分，这是因为
A.根细胞吸胀作用大 B.根细胞液浓度大
C.根细胞呼吸旺盛 D.蒸腾作用强
10. 植物根毛区表皮细胞（甲）的水分能向皮层细胞（乙）转移，这是因为
A.细胞液浓度甲比乙大 B.细胞液浓度甲比乙小
C.细胞质基质内水分甲比乙大 D.细胞质基质内水分甲比乙小
11. 植物吸收水分与水分运输的动力分别是
A.渗透作用和蒸腾作用 B.渗透作用和蒸腾作用
C. 都是渗透作用 D. 都是蒸腾作用
12. 在含有多种营养元素的培养液中，发现番茄吸收钙多，吸收硅少，这是因为 A.根细胞膜上运输钙的载体多 B.培养液中钙含量多
C.钙的吸收不需耗能 D.根细胞膜对硅的渗透性差
13. 当植物缺乏Ca、Fe元素时，可能出现的情况是
A.幼叶受害 B.老叶受害
C.幼叶与老叶同时受害 D.幼叶与老叶都不受害
14. 测定植物光反应是否完成，最好的方法是
A. O2释放 B. CO2被消耗 C. ATP形成 D. 葡萄糖生成
15. 大棚蔬菜选用的大棚的材料颜色最好是
A.红色透明 B.蓝紫色透明 C.绿色透明 D.无色透明
16. 除了下列哪一种方法外，其余都可以用来测定植物光合速度 ？
A.测定含水量 B.测定O2发生量
C.测定CO2消耗量 D.测定干物质积累量
17. 植物萎蔫时的吸水速率(X)、运输速率(Y)、蒸腾速率(Z)的大小是
A. X＞Y＞Z B. Z＞Y＞X C. X＞Z＞Y D. Y＞X＞Z
18.植物细胞质壁分离的实验不能解释下列哪一种现象？
A.判断细胞死活 B.原生质层是一种半透膜
C.测定细胞液浓度 D.渗透吸水是植物吸水的主要方式
19.将一株带有枝叶的植物的根切除，在阳光下，植物也能吸水。这种吸水的动力来自
A.吸胀作用 B.渗透作用 C.蒸腾作用 D.呼吸作用
20.长时间的水淹，农作物会烂死，主要原因是
A. CO2中毒 B. 酒精中毒 C. 乳酸中毒 D. 能量供给不足
21.下表为无土栽培时所用的一种培养液的配方，试根据表中内容，回答下列各问题：
每1000ml蒸馏水中加入：
成分 KH2PO4 KNO3 Ca(NO3)2 MgSO4
含量 0.2g 1g 1g 0.4g
再加入极少量的H3BO3，MnCl2，ZnSO4，CaSO4，H2MoO4
(1) 该培养液所含的必需元素是否齐全？________。如不全，还因加入哪需元素？________。
(2)该培养液中所含的_______元素不是矿质元素；_______属于不能被植物再度利用的大量元素。
(3) 该培养液中的元素是以________形式被植物细胞吸收的，这种吸收方式包括__________和__________两个过程。
(4)该培养液的浓度是不会高于植物根毛细胞的________浓度。如果培养液的浓度过高，植物则不能生长，甚至死亡。说明这种结果的原因：__________________________。
【练习答案】
1. D
2. C
3. C
4. B
5. B
6. D
7. 略
8. ⑴ ATP ADP＋Pi（磷酸）＋能量
⑵ 生命活动利用 ⑶ 线粒体 氧气 叶绿体 光能
9. B
10. B
11.D
12.A
13. A
14. A
15. D 16. A 17. B 18. D 19. C 20. B
21. ⑴ 不全 Fe、Cu
⑵ H、O Ca
⑶ 离子 交换吸附 主动运输
⑷ 细胞液 细胞水分大量外渗而死亡
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