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高中生物奥林匹克竞赛辅导专题4-6


高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 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]
一、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。 图 4-1 人的呼吸系统 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)。

图 4-2 吸气和呼气时胸廓的变化 (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: C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能

(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): NADH+H 1 葡萄糖 2 丙酮酸 乳酸发酵(乳酸菌): 1 葡萄糖 2 丙酮酸 2 乙醛 NAD+ 2 乙醇+2ATP+2CO2+2H2O 2 乳酸+2ATP+2H2O

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: 葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+ 2 丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O

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)。

图 4-4 糖酵解的过程

图 4-5 三羧酸循环

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):

图 4-6 氧化磷酸化 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 丙酮酸脱羧 三羧酸循环 2NADH 底物水平磷酸化产生 6NADH 产生 2FADH2 6ATP(线粒体) 2ATP(线粒体) 18ATP(线粒体) 4ATP(线粒体) 36 或 38ATP 4ATP(细胞质)-2ATP(细胞质) 4 或 6ATP(线粒体)

总计

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)

A B C D 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 18 11.让一只鼠吸入含有放射性 O 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 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.1,6-二磷酸葡萄糖 ( ) 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

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 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: 叶绿素 a(蓝绿色) 叶绿素――主要吸收蓝光和红光 叶绿素 b(黄绿色) 胡萝卜素 (橙黄色) 类胡萝卜素――主要吸收蓝光 叶 黄 素 (黄 色)

光合色素

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。 光 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 绿色细胞

?

20 世纪 30 年代,von Niel 提出光合作用的通式: CO2+2H2A (CH2O)+2A+H2O

?

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。 H2O+A AH2+1/2O2

?

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 6CO2+2H2O (C6H12O6)+ 6H2O +6O2

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)。

图 5-1 原初反应图解 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)。

图 7-2 光系统示意图 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· AD· 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++4e②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)。

图 5-3 “Z 方案” 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(Δ pH),同时膜内外 电荷呈现“内正外负”,引起电位差(Δ )。Δ pH 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)

图 5-5 C4 植物叶片 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 利用光能使水光解,合成 ATP 和还原 (类囊体膜) NADP+(即 NADPH) 光化学反应 叶绿素激发;反应中心将高能电子传递给 电子受体 电子传递 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 化学渗透 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 2、暗反应 (基质) CO2 固定,即 CO2 与一有机化合物结合

光能; 光合色素 电子 电子;NADP+; NADPH+H + ; O2;H + H2O 质子梯度 ADP+Pi ATP

二磷酸核酮糖; 糖; ADP+Pi, CO2 ; ATP ; NADP + NADPH+H +

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 ( 光,叶绿体 A.CO2+2H2O* ????? (CH2O)+H2O+O2* 光 B.CO2+2H2A ? (CH2O) +A2+H2O ?? C.ADP+P ????? ATP+H2O
光,光合膜

) ) )

) )

) )

D.2H2O+2A ????? 2AH2+O2
光,叶绿体

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? ( ) NADP NADPH2 ATP ADP 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〔 〕 了 反应,为在结构〔②〕 中进行的 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:

进行 反应提供了

(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

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 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 母细胞 分裂次数 有丝分裂 体细胞 1次 减数分裂 性原细胞 2次

前期

第一次分裂: 同源染色体联会, 出现四分体, 染 色 体 散 乱 分 布 在 细 胞 中 有交叉互换现象 央,有同源染色体 第二次分裂:染色体散乱分布,无同源染色 体

分 裂 染色体的着丝点有规律地排 第一次分裂:四分体排列在赤道板的两侧 过 中期 列在细胞中央,有同源染色 第二次分裂:与有丝分裂相同,但无同源染 程 体 色体 染色体的着丝点分裂,姐妹 第一次分裂:四分体分开,移向两极 后期 染色单体分开,有同源染色 第二次分裂:与有丝分裂相同,但无同源染 体 色体 无同源染色体联会、无四分 有同源染色体联会、有四分体,出现同源染 同源染色 体,不出现同源染色体的分 色体的分离和四分体内非姐妹染色单体的 体行为 离和四分体内非姐妹染色单 交叉互换 体的交叉互换 子细胞 数目 子细胞 类型 子细胞 染色体数 子细胞间 遗传物质 2个 体细胞 与亲代细胞相同 几乎相同 雄性:精子 4 个,雌性:卵细胞 1 个+极体 3 个 成熟的生殖细胞(精子或卵细胞) 比亲代细胞减少一半 不一定相同

不 同 点

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)
↓有丝分裂

雌性孢原细胞(2n)(1 个)
↓有丝分裂

小孢子母细胞(2n)(1 个)
↓ 减Ⅰ,减Ⅱ

大孢子母细胞(2n)(1 个)
↓ 减Ⅰ,减Ⅱ

小孢子(n)(4 个)
↓核内有丝分裂 2 次

大孢子(n)(1 个)
↓核内有丝分裂 3 次

成熟花粉粒(4 个)
(2 个雄核+1 个营养核)

8 核胚囊(1 个)
(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:
DNA 4 A B C D E F Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

相 对 数 2 量

H G

配子生成和融合过程中 DNA 相对数量变化图解

(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 Ab 极核(2 个) AaBB(2n) AaaBBb(3n) Aabb(2n) Aaabbb(3n)

aaaBBb(3n) aaabbb(3n) ab 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 1/6AA 2/3Aa 1/36AAAA 2/18AAAa 2/3Aa 2/18AAAa 4/9AAaa 1/6aa 1/36AAaa 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 数目 ABC ABc aBc AbC abc abC Abc aBc 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 aabbcc AaBbCc aaBbcc AabbCc 个体数目 201 199 202 198

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 5.下列为几种生物新个体的产生方式的图解

相吻合。

(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


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