生物的新陈代谢

第二章生物的新陈代谢
第一节绿色植物和微生物的新陈代谢
●知识梳理
一、绿色植物的新陈代谢
（一）植物的光合作用
1.光合作用的概念及其重要意义
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。

光合作用的重要意义是把无机物转变成有机物，转化并储存太阳能，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定等。

总之，光合作用是地球上几乎一切生物的生存、繁荣和发展的根本源泉。

2.光合作用的场所
叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器。

3.光合作用的过程
光合作用的总反应式概括为：
4.外界条件对光合作用的影响
影响光合作用的外界条件主要有光照强度、二氧化碳浓度、温度和水含量等。

（二）植物的呼吸作用
1.含义：生物体利用氧气将体内的有机物氧化分解生成水和二氧化碳，并且释放出能量的过程叫呼吸作用。

2.表达式：
3.植物呼吸作用的生理意义主要有两点：（1）呼吸作用产生的能量是许多其他生命活动过程的能源；（2）呼吸作用的中间产物是植物体内许多重要物质生物合成的原料。

（三）植物对水分的吸收和利用
1.细胞吸水与失水
细胞吸水的主要方式是渗透吸水。

当细胞处于不同浓度的溶液中时，在细胞内外就会发生渗透作用。

植物吸水的主要部位是根尖的成熟区。

当细胞液浓度大于周围溶液浓度时，细胞吸水
当细胞液浓度小于周围溶液浓度时，细胞失水
2. 植物对水分的吸收
植物吸水的主要部位是根尖的成熟区，成熟区有大量的根毛细胞。

当根毛细胞的细胞液浓度大于土壤溶液浓度时，根毛细胞吸水
当根毛细胞细胞的液浓度小于土壤溶液浓度时，根毛细胞失水
3. 植物体内水分的运输
水分被根系吸收进入木质部的导管后，沿着木质部向上运输到茎或叶的木质部，而到达植物体的各部。

水分子在导管内上有蒸腾拉力，下有根压，中间有水分子本身的内聚力，使水分形成连续的水柱源源而上。

土壤中的水分进入根毛细胞的途径
4.蒸腾作用
(1)蒸腾作用含义：水分以气体状态从植物体表面（主要是叶）散失到体外的现象叫做蒸腾作用。

（2）蒸腾作用对植物体有重要生理意义：
①蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力高大植物的树冠部分水的获取，主要是依靠蒸腾作用产生的拉力。

②蒸腾作用促进了无机盐在植物体内的运输
由于无机盐要溶于水中才能被植物吸收和在体内运转，而蒸腾作用能促进水分的吸收和流动，无机盐可随水分的吸收和流动而被吸入和分布到植物体各部分中去。

植物对无机盐的吸收和有机物在体内运转也是如此。

③蒸腾作用能够降低植物体和叶片的温度
绿色叶片在阳光下吸收的大量光能，除了有极少部分被植物的叶绿素所吸收，用于光合作用外，绝大部分转化为热能。

如果叶子没有降温的本领，叶温过高，叶片会被灼伤。

而蒸腾过程中，水变为水蒸汽时需要吸收热能，因此，能够降低叶片的温度
另外，蒸腾作用促进了生物圈的水循环，有调节气候的作用。

（3）植物成长以后，蒸腾作用主要通过叶片的气孔进行。

（4）外界条件影响蒸腾作用的最主要因素是光照，此外还有空气相对湿度、温度、风等。

生产实践上，一方面要促使根系生长健壮，增强吸水能力；另一方面要减少蒸腾，这在干旱环境中更为重要。

（四）植物对无机盐的吸收和利用
1.植物必需的无机盐及其主要生理作用
植物生长发育必需的元素有C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo 和Cl等16种，除C、H、O以外的13种元素主要由根系从土壤中吸收，叫做矿质元素。

植物对前9种元素需要量相对较大，属于大量元素；对后7种元素需要量极微，属于微量元素。

无机盐的生理作用：一是细胞结构物质的组成成分；二是植物生命活动的调节者，参与酶的活动等。

2.植物体对无机盐的吸收
根吸收土壤中无机盐的过程，首先通过交换吸附把离子吸附在根部表皮细胞表面；然后靠扩散作用，进入导管。

根吸收矿质元素的主要特点表现在：根吸收无机盐和吸收水分是相对独立的。

3.生物固氮
某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程称为生物固氮。

固氮微生物依靠固氮酶，消耗能量，把氮还原成氨，供植物利用。

4.无机盐在植物体内的运输和利用
吸收到根内的矿质元素，多数同化为有机物，有一些仍呈离子状态。

它们进入导管后，随蒸腾作用流经木质部一起上升到地上各部，有些物质可从木质部横向运输到韧皮部。

在植物体内，参与循环的元素大多分布于代谢较旺盛的幼嫩部分，Ca、Fe等不参与循环的矿质元素在越老的器官含量越多。

（五）种子的萌发
种子萌发的内因：胚是完整的、活的（胚乳或子叶内的营养贮存充足、种皮的完整以及种子不是处于休眠期）。

种子萌发的外因：有适宜的温度、足够的水分和充足的空气等
二、微生物的新陈代谢
1、细菌的新陈代谢
（1）细菌形态：
单细胞个体，从形态上分为：球菌、杆菌和螺旋菌三类
（2）细菌的结构特点：
细菌细胞的最外层是细胞壁，紧贴细胞壁的是细胞膜，里面是细胞质，但没有成形的细胞核，细菌属原核生物
（3）繁殖方式：
分裂生殖。

特点是简单、速度很快，在适宜的环境下，只需20～30分钟就能繁殖一代，属于无性生殖
（4）营养方式：
腐生细菌是从已死的或腐烂的动植物组织中获得有机物；寄生细菌从活的动植物体内或体表来吸取有机物来生活。

2、真菌的新陈代谢
酵母菌是单细胞个体，细胞结构中有成形的细胞核与植物细胞的区别是没有叶绿体。

所以属于个体微小的真菌。

酵母菌不含叶绿体，不能进行光合作用，因此不属于自养生物。

酵母菌在有氧的条件下生活，能把葡萄糖分解成二氧化碳和水；而在在无氧条件下，又可把葡萄分解成二氧化碳和酒精。

3、病毒的新陈代谢
流行性感冒、肝炎、ＡＩＤＳ等等疾病都是由病毒引起的，病毒的体型很小（１０ｎｍ～１００ｎｍ），危害却很大。

它侵入生物体，在寄主细胞体内快速繁殖，使寄主细胞破裂、死亡，再继续感染其它细胞体；传染速度快，流行范围广，令人防不胜防。

病毒必须寄生在生物体内才能表现生命现象，构造简单，仅有蛋白质外壳和核酸中心，具有以下特征：
1.在活细胞才可繁殖：病毒的培养需用实验动物、胚胎、细菌等活细胞。

2.感染寄主细胞具有专一性：依照感染生物的种类可分为动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）。

狂犬病、口蹄疫是由动物病毒引起，而活病毒杀虫剂的利用，好处多多；植物病毒对作物的产量有很大的影响；噬菌体可以杀使死细菌，但对于利用微生物进行的发酵工业危害甚大
3.抗生素对病毒无效，。

病毒对人类得影响有好有坏，如果可以善加利用病毒的特性，加以改善，那病毒就不再是我们的敌人了！
●名题解读
【例1】如图所示为探究种子萌发的条件实验装置：
a. 同组A种子与B种子的差别是同组B种子与C种子的差别是
b. 甲、乙、丙三组装置的差别是预计种子会萌发，因为它具有的条件。

c. 通过比较和种子，可以说明种子萌发必须要有充足的水分，通过比较和种子，可以说明种子萌发必须有充足的空气。

从可以看出，种子萌发必须有适宜的温度.
【解读】种子萌发的外因：有适宜的温度、足够的水分和充足的空气
【答案】a. 有无水分；有无空气
b. 环境温度不同；甲组B；充足的水分和氧气以及比较适宜的温度
c. 甲组A、B；甲组B、C；甲、乙、丙三组B种子
【例2】现有一种植物种子，已知它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不知道其萌发与光是否有关。

为探究光有无对该种子萌发的影响，请你设计实验方案（含方法步骤等），先预测可能的实验结果，然后进行实验得出结论。

（1）材料和用品：
（2）方法和步骤：
①取A、B两个培养皿，放入适量的水，将等量的种子分别放入两个培养皿中；
②
（3）可能的结果及相应的结论：
①A组萌发，B组不萌发（或A组萌发率高于B组），光抑制该植物种子的萌发；
②
③
【解读】
答：（1）颗粒大小差不多的（绿豆或黄豆）种子；培养皿；水
（2）②将A组置于黑暗环境中，B组置于有光照的环境中，在培养过程中，使两组所处温度、水分、空气状况适宜且相同。

（注意：在设计实验方案时要控制变量，即实验组与对照组相比只有“光照”这一项实验条件不同，其余均应相同。

）
（3）②A组不萌发，B组萌发。

光是该植物种子萌发的必要条件之一。

③A组、B组均萌发，且萌发率差不多。

光对该植物种子的萌发无影响。

【例3】如图是植物根尖纵切面的显微结构图。

据图回答
（1）A、B、C、D各表示根尖的哪一部位：
A B C D
（2）指出②的形成、名称及作用：
（3）从根尖的作用来看，D在根的生长过程中作用；C中的细胞具有能力，使根生长；B中的细胞体积能迅速，促使根伸长。

因此根能不断长长，主要依靠和两个部位。

是根尖吸收水分和无机盐的主要部位。

（4）具有大液泡的细胞存在于哪个部位？，哪个部位的细胞内没有液泡？
【解读与答案】
（1）根尖自上而下依次是A 根毛区；B 伸长区；C 分生区；D根冠
（2）②的名称是根毛，它是由根毛区成熟的表皮细胞向外突起而形成的。

其作用是增大它与土壤的接触面积，利于吸收土壤中的水分和无机盐。

（3）根冠起保护作用；根能不断长长，主要依靠分生区和伸长区两个部位。

因为分生区的细胞具有分裂增生能力，能使细胞数目迅速增多，而伸长区的细胞体积能迅速增大。

根尖是吸收水分的主要部位，而根是吸水的器官。

（4）根毛区的细胞已接近成熟，故有大的液泡，而分生区的细胞分裂旺盛，处于幼嫩阶段，故没有液泡。

【例4】如图是某同学设计的一个实验装置，将此装置（玻璃瓶的左边底部有一台抽气泵）放在阳光下，请回答以下问题：
（1）放浓NaOH的瓶用来；放澄清石灰水的瓶用来。

（2）假如密封在玻璃瓶中的叶片为甲，该同学还需在同一植株上找一片长势与甲相似的叶片乙，两小时后摘下两叶片，用酒精脱色，再滴加碘液，预计出现的现象？说明什么？设置乙叶片的目的是什么？
（3）此实验的目的是什么？
【解读】空气从装置的右边通入，经过浓NaOH溶液后空气中的CO2被吸收，因此通入透明玻璃瓶中的气体中已无CO2，故甲叶片无法进行光合作用，不能产生淀粉，滴上碘液后不变色。

【答案】（1）吸收空气中的CO2检验通入的气体中是否还有CO2。

（2）甲叶片遇碘液不变色，乙叶片遇碘液变蓝色；说明甲叶片不能进行光合作用而乙能；乙叶片起对照作用。

（3）此实验的目的是验证绿色植物的光合作用需要CO2
【例5】下图为某同学设计的两套实验装置。

A B
（l）静置数小时后，试管 A 和 B 中的实验现象分别是什么？
（2）此实验可以研究
（3）如果把此实验装置放到黑暗的纸箱内，实验现象与（l）有何区别？为什么？
【解读与答案】（1）A试管中石灰水变混浊，B试管中仍澄清。

（2）萌发的种子能进行呼吸作用，释放CO2（或煮熟的种子没有呼吸作用，不释放CO2）（3）没有不同，因为呼吸作用在黑暗及光照条件下均能进行
【例6】无土栽培是一种利用营养液栽培植物的方法。

栽培时，直接将植物根部浸入营养液中，并及时供氧、调整pH和更换营养液。

在培养初期，若植株出现萎蔫现象，最可能的原因是。

培养过程中要经常给营养液通入空气，其目的是促进植物。

为提高栽培产量，在可调控温度和空气成分的大棚内，应采取下列措施中的。

（填序号）
①适当增加棚内二氧化碳含量②适当增加棚内氧气含量
③适当缩短光照时间④夜晚适当降低棚内温度
【解读】（1）植物出现萎蔫现象主要是由于细胞失水过多引起的。

当外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时，细胞就失水。

因此此时的萎蔫主要是由于根毛细胞的细胞液浓度小于营养液的浓度，从而引起根毛细胞失水。

（2）由于水中的溶解氧较少，若不及时通入空气，根部就无法进行正常的呼吸作用，最终导致一部分根部细胞死亡，即所谓的“烂根”。

（3）要提高作物的栽培产量，就必须做到一方面要增强光合作用，另一方面要减弱呼吸作用。

【解读】营养液浓度过高（或根毛细胞的细胞液浓度小于营养液的浓度）；呼吸；①④
【例7】用以下的实验装置可以研究某些环境因素是如何影响植物枝条失水的。

在温度、风速等条件相同的情况下进行实验，结果见下表。

环境条件失水速度（克／时）
A光照、潮湿14
B光照、干燥32
C阴暗、潮湿8
（1）水的表面加上一层油，目的是：
（2）该实验装置中，锥形瓶上没有刻度，较为准确计量枝条每小时失水质量的方法是：
（3）如果要研究湿度对枝条失水速度的影响，应比较哪两组数据。

（4）光照使枝条失水的速度（填“增大”、“不变”或“减小”），产生这种现象的直接原因是
【解读】植物的蒸腾作用是植物一项重要的生命活动，植物会因蒸腾量过大供水不足而萎蔫。

本题提供了研究不同环境因素，对带叶枝条失水速度的影响的实验装置和实验数据，要求学生根据题给信息，结合已有知识回答有关问题。

（l）水的表面加上一层油，是为了防止不同环境因素对水产生不同的蒸发效果，从而影响实验结果。

本实验中，锥形瓶内的水由于有油层覆盖，短时间内水分的蒸发量可视为零，因此锥形瓶内的水是植物吸水而减少的。

（2）锥形瓶上没有刻度，不能统计出因枝条吸水而减少的水量。

为了较准确计量枝条每小时失水质量，常用称量法。

用托盘天平称量实验前后整个装置的质量，计算出质量差即可。

（3）要研究湿度对枝条失水速度的影响，应该比较在光照条件相同时，干燥和潮湿环境条件下枝条失水速度。

植物的蒸腾速度受到光照、温度、湿度、空气流动等因素影响，潮湿环境表示四周空气中水蒸气的密度较高，即相对湿度较高，因此叶片与大气之间水蒸气密度差会减少，从气孔扩散离开植物的水蒸气会减少，致使失水速度小。

相反干燥环境中，空气中水蒸气密度较低，即相对湿度低，叶片与大气之间水蒸气密度差会增大，从气孔扩散离开植物的水蒸气会增加，致使失水速度大。

（4）光照影响气孔开启的程度，当光照量增加时，气孔开启大可以从空气中吸收更多CO2，同时让更多水蒸气扩散出去，促使蒸腾作用加快。

因此，光照会致使枝条失水速度增大。

【答案】（1）防止水分蒸发，使实验更可靠
（2）用天平称量实验前后的质量
（3）A、B两组
（4）增大；光照使蒸腾作用加快
【例8】下图所示的密闭装置中，一株植物和一支蜡烛放在透明钟罩的底部。

假如减少钟罩中的CO2量，同时增加钟罩中的O2量，点燃蜡烛，蜡烛燃烧l分钟后自行熄灭。

3天后，蜡烛被一个电装置重新点燃，并在熄灭前燃烧了1分钟。

请据图回答下列问题：
（l）这个实验回答了下列哪一个问题？
A. 在光照下植物能否吸收CO2释放O2
B. 是否植物的所有部分都吸收CO2，释放出O2
C. 植物是否在阳光的作用下才吸收CO2和释放O2
D. 植物与燃烧的蜡烛对空气是否具有同样的效果
（2）你得出这种结论的理由是
（3）为确保结论的正确，必须适当地更换实验条件，进行对比实验。

为此应当更改下列哪项实验条件？
A. 换用一个较大的钟罩
B. 去掉蜡烛
C. 去掉植物
D. 用汇聚光束点燃蜡烛
【解读】本实验中，先减少钟罩中的CO2量，同时增加钟罩中的O2量，然后点燃蜡烛燃烧了1分钟后自行熄灭，此时表明钟罩内空气中的O2已经不足以支持蜡烛的燃烧。

3天后蜡烛被一个电装置重新点燃，并在熄灭前燃烧了1分钟，这表明3天后钟罩内的O2又恢复到最初点燃蜡烛时的含量。

那么增加的O2来自何处呢？只能是来自光照下绿色植物的生命活动。

所以，实验的设计是关于植物在光照下的生命活动中，光合作用过程中吸收CO2和释放O2大于呼吸作用中释放的CO2和消耗的O2，选项A符合题意。

显然，该实验方案不可能回答是否植物所有的部分都吸收CO2，释放出O2这个问题，因为实验方案中并没有考察植物不同部分的生命活动的情况，所以不能验证选项B。

而要验证C的假说，应将有无阳光作为变量。

选项D的验证还需要将蜡烛和植物分开放置，因为一个实验中只能有一个变量，所以本实验也不能验证选项C和D。

本题所要考察的是植物在光照下的生命活动对周围空气成分的影响，为此对照实验就应是去除钟罩中的植物，从而可以观察无植物时，是否能在3天后重新点燃蜡烛。

【答案】（l）A
（2）3天后蜡烛又能被点燃，表明O2的含量增加了。

而增加的O2是植物进行光合作用和呼吸作用时，对O2和CO2两种气体吸收和释放过程中所增加的差额。

（3）C
●实战演习
练习一
一、选择题（将正确选项填在答题卡中）
1、在炎热的夏季，像兰花这样的草本花卉要进阴棚，并经常向叶面喷雾水。

下列哪一项不是以上措施的目的？（）
A. 降低周围温度，减小蒸腾作用，防止萎蔫
B. 降低阳光照射的强度，减小蒸腾作用，防止萎蔫
C. 增大周围空气湿度，减小蒸腾作用，防止萎蔫
D. 浇水，补充植物体内水分，防止萎蔫
2、把装有萌发种子的瓶子盖严，放在温暖的地方一天，然后将点燃的小木棍伸进瓶内，发现火焰熄灭。

此实验表明（）
A. 萌发种子呼出水汽，使火焰熄灭
B. 萌发种子吸足了水，使瓶内湿度过大
C. 瓶内氧气因种子呼吸旺盛而耗尽
D. 瓶内二氧化碳不助燃
3、给盆栽花卉施肥后，花萎蔫了，其原因可能是（）
A. 肥料种类不对
B. 化肥溶液浓度太低，使根毛细胞失水
C. 肥料太少，缺乏营养
D. 化肥溶液浓度过高，引起根毛细胞失水
4、如图所示，原来置于黑暗环境中的绿色植物移至光下后，CO2的吸收量发生了改变。

下列各项叙述中，正确的是（）
A. 曲线 AB 段表示绿色植物没有进行光合作用
B. 曲线 BC 段表示绿色植物只进行光合作用
C. 在 B 点显示，绿色植物光合作用和呼吸作用速率相等
D. 整段曲线表明，随光照强度递增，光合作用增强，呼吸作用减弱
5、在天气晴朗的早晨，摘取一植物的叶片甲，于 100 ℃下烘干，称其质量；到黄昏时，再取同一株上着生位置与叶片形状都与甲大致相同的叶片乙，同样处理，称其质量，其结果为（）
A. 甲叶片比乙叶片质量小
B. 乙叶片比甲叶片质量大
C. 两叶片质量相等
D. 不一定
6、取一个新鲜的马铃薯，在薯块上打一个洞，并向洞中注入适量的浓盐水，一段时间后观察，下列哪种现象将会发生（）
A. 盐水增加，马铃薯变软
B. 盐水减少，马铃薯变硬挺
C. 盐水增加，马铃薯变硬挺
D. 盐水减少，马铃薯变软
7、油菜和小麦的胚发育成幼苗时，供给营养物质的结构分别是（）
A. 子叶和子叶
B. 胚乳和胚乳
C. 子叶和胚乳
D. 胚乳和子叶
8、早春播种后用塑料薄膜覆盖地面，其主要作用是（）
A. 防止病虫害
B. 保持适宜的温度
C. 保持充足水分
D. 保持空气流通
9、给农作物施肥时，浓度过大会使植物萎蔫，俗称烧苗，对此现象的合理解释是（）
A. 外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞吸水胀破
B. 外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞失水皱缩
C. 外界溶液浓度小于细胞液浓度，细胞吸水胀破
D. 外界溶液浓度小于细胞液浓度，细胞失水皱缩
10、小莉同学为了研究水分对大豆发芽的影响，在两个同样的花盆中种下大豆种子，并设
花盆光线情况温度水
甲向阳光处20 ℃充足
乙阴暗处20 ℃不充足
A. 都应放在向阳光处
B. 都应当浇充足的水
C. 温度都应是0 ℃
D. 都应不浇水
11、种子萌发时需要空气，其根本原因是（）
A. 种子在不停地吸收水分
B. 种子在不停地提供养料
C. 种子在不停地进行呼吸
D. 种子在不停地运送养料
12、剪去道路两旁的树主干的顶端，能更好地遮荫，其依据的原理是（）
A. 呼吸作用
B. 蒸腾作用
C. 顶端优势
D. 光合作用
13、生长在干旱地带的仙人掌，其叶为针状，这有利于它（）
A. 光合作用的进行
B. 降低蒸腾作用，保持体内水分
C. 进行呼吸作用，分解体内物质
D. 吸收并运输水分
14、下列有关果实的叙述，不正确的是（）
A. 果实一般由子房发育而来
B. 果实由果皮和种子共同构成
C. 绿色植物都能产生果实
D. 除子房外，花的其他结构也能发育成果实
15、绿色开花植物形成种子和果实一般必须完成两个重要的生理活动，它们是（）
A. 开花和传粉
B. 传粉和受精
C. 开花和受精
D. 自花传粉和异花传粉
16、在开花前，完全剪去桃花甲的雌蕊和桃花乙的雄蕊，然后用透明塑料袋将甲、乙两朵桃花分别罩起来并扎好袋口，最可能出现的实验结果是（）
A. 甲不结实，乙不结实
B. 甲能结实，乙不结实
C. 甲不结实，乙能结实
D. 甲能结实，乙能结实
17、一个豌豆荚中有 5 粒豌豆，那么形成这个豆荚的胚珠和子房数分别是（）
A. 10个，5个
B. 5个，1个
C. 10个，2个
D. 5个， 5 个
18、在浙江省，一些经济作物如油菜、柑橘等，在开花时节，常因遭遇连续降雨而造成减产。

造成减产的主要原因是（）
A. 植物无法在雨中开花
B. 雨天植物的果实发育不良
C. 长时期阴雨，光合作用减弱
D. 传粉过程受到影响
19、下列各项中，能证明小麦种子含有水分的是（）
A. 洗净试管后，放入小麦种子进行烘烤，试管壁上出现了很多小水珠
B. 洗净试管后，装进洗干净的小麦种子进行烘烤，试管壁上出现了很多小水珠
C. 把晒干的小麦种子装进干燥的试管里，加热后，试管壁上出现了很多小水珠
D. 把小麦种子洗干净后装进干燥的试管里，加热后，试管壁上出现了很多小水珠
20、下列结构中，属于完整的种子的胚的结构的一组是（）
①胚乳②胚芽③胚轴④胚根⑤子叶⑥胚珠
A. ②③④
B. ②③④⑤
C. ①②③④
D. ①③⑤⑥
二、表达题：
21、如图所示，将甲、乙、丙三颗菜豆种子分别用细线系上，甲完全浸没在水中，乙和丙一半浸没在水中，一半在空气中，若干天后只有乙种子萌发，试分析：
（1）甲种子不萌发的原因
（2）乙种子萌发的原因
（3）丙种子没有萌发的原因可能是或等。