高中生物学知识总结（全五册·新教材·人教版）

知识总结 【本资料仅限个人学习使用，内容仅供参考】 必修+选择性必修 高中生物学·人教版新教材 生物学·人教版新教材·知识总结第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 高中·生物学·人教版第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 目录 必修部分 1 必修一 分子与细胞 2 第一章 走进细胞 2 第1节 细胞是生命活动的基本单位 2 基础知识 2 补充与拓展 4 第2节 细胞的多样性和统一性 6 基础知识 6 补充与拓展 8 第二章 组成细胞的分子 10 第1节 细胞中的元素和化合物 10 基础知识 10 补充与拓展 12 第2节 细胞中的无机物 14 基础知识 14 补充与拓展 15 第3节 细胞中的糖类和脂质 17 基础知识 17 补充与拓展 19 第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者 21 基础知识 21 补充与拓展 22 第5节 核酸是遗传信息的携带者 24 基础知识 24 补充与拓展 26 第三章 细胞的基本结构 28 第1节 细胞膜的结构和功能 28 基础知识 28 补充与拓展 31 第2节 细胞器之间的分工合作 32 基础知识 32 补充与拓展 37 第3节 细胞核的结构和功能 39 基础知识 39 补充与拓展 41 第四章 细胞的物质输入和输出 43 第1节 被动运输 43 基础知识 43 补充与拓展 46 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 48 基础知识 48 补充与拓展 49 第五章 细胞的能量供应和利用 51 第1节 降低化学反应活化能的酶 51 基础知识 51 补充与拓展 56 第2节 细胞的能量“货币”ATP 62 基础知识 62 补充与拓展 63 第3节 细胞呼吸的原理和应用 65 基础知识 65 补充与拓展 69 第4节 光合作用与能量转化 72 基础知识 72 补充与拓展 81 第六章 细胞的生命历程 86 第1节 细胞的增殖 86 基础知识 86 补充与拓展 90 第2节 细胞的分化 94 基础知识 94 补充与拓展 95 第3节 细胞的衰老和死亡 96 基础知识 96 补充与拓展 97 必修二 遗传与进化 99 第一章 遗传因子的发现 99 第1节 孟德尔的豌豆杂交实验(一) 99 基础知识 99 补充与拓展 102 第2节 孟德尔的豌豆杂交实验(二) 108 基础知识 108 补充与拓展 114 第二章 基因和染色体的关系 117 第1节 减数分裂和受精作用 117 基础知识 117 补充与拓展 123 第2节 基因在染色体上 126 基础知识 126 补充与拓展 129 第3节 伴性遗传 131 基础知识 131 补充与拓展 135 第三章 基因的本质 138 第1节 DNA是主要的遗传物质 138 基础知识 138 补充与拓展 141 第2节 DNA的结构 143 基础知识 143 补充与拓展 145 第3节 DNA的复制 146 基础知识 146 补充与拓展 149 第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 151 基础知识 151 补充与拓展 151 第四章 基因的表达 153 第1节 基因指导蛋白质的合成 153 基础知识 153 补充与拓展 156 第2节 基因表达与性状的关系 159 基础知识 159 补充与拓展 160 第五章 基因突变及其他变异 162 第1节 基因突变和基因重组 162 基础知识 162 补充与拓展 164 第2节 染色体变异 166 基础知识 166 补充与拓展 169 第3节 人类遗传病 172 基础知识 172 补充与拓展 173 第六章 生物的进化 175 第1节 生物有共同祖先的证据 175 基础知识 175 补充与拓展 175 第2节 自然选择与适应的形成 177 基础知识 177 补充与拓展 178 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 180 基础知识 180 补充与拓展 182 第4节 协同进化与生物多样性的形成 184 基础知识 184 补充与拓展 185 选择性必修部分 186 选择性必修一 稳态与调节 187 第一章 人体的内环境与稳态 187 第1节 细胞生活的环境 187 基础知识 187 补充与拓展 188 第2节 内环境的稳态 191 基础知识 191 补充与拓展 193 第二章 神经调节 194 第1节 神经调节的结构基础 194 基础知识 194 补充与拓展 195 第2节 神经调节的基本方式 196 基础知识 196 补充与拓展 197 第3节 神经冲动的产生和传导 199 基础知识 199 补充与拓展 201 第4节 神经系统的分级调节 205 基础知识 205 补充与拓展 206 第5节 人脑的高级功能 207 基础知识 207 补充与拓展 208 第三章 体液调节 209 第1节 激素与内分泌系统 209 基础知识 209 补充与拓展 211 第2节 激素调节的过程 213 基础知识 213 补充与拓展 215 第3节 体液调节与神经调节的关系 217 基础知识 217 补充与拓展 219 第四章 免疫调节 221 第1节 免疫系统的组成和功能 221 基础知识 221 补充与拓展 223 第2节 特异性免疫 225 基础知识 225 补充与拓展 226 第3节 免疫失调 230 基础知识 230 补充与拓展 231 第4节 免疫学的应用 233 基础知识 233 补充与拓展 234 第五章 植物生命活动的调节 235 第1节 植物生长素 235 基础知识 235 补充与拓展 239 第2节 其他植物激素 242 基础知识 242 补充与拓展 243 第3节 植物生长调节剂的应用 244 基础知识 244 补充与拓展 245 第4节 环境因素参与调节植物的生命活动 246 基础知识 246 补充与拓展 247 选择性必修二 生物与环境 248 第一章 种群及其动态 248 第1节 种群的数量特征 248 基础知识 248 补充与拓展 250 第2节 种群数量的变化 251 基础知识 251 补充与拓展 254 第3节 影响种群数量变化的因素 255 基础知识 255 补充与拓展 256 第二章 群落及其演替 257 第1节 群落的结构 257 基础知识 257 补充与拓展 259 第2节 群落的主要类型 261 基础知识 261 第3节 群落的演替 263 基础知识 263 第三章 生态系统及其稳定性 265 第1节 生态系统的结构 265 基础知识 265 补充与拓展 267 第2节 生态系统的能量流动 269 基础知识 269 补充与拓展 271 第3节 生态系统的物质循环 274 基础知识 274 补充与拓展 277 第4节 生态系统的信息传递 279 基础知识 279 补充与拓展 281 第5节 生态系统的稳定性 282 基础知识 282 补充与拓展 284 第四章 人与环境 286 第1节 人类活动对生态环境的影响 286 基础知识 286 第2节 生物多样性及其保护 288 基础知识 288 补充与拓展 289 第3节 生态工程 291 基础知识 291 选择性必修三 生物技术与工程 293 第一章 发酵工程 293 第1节 传统发酵技术的应用 293 基础知识 293 补充与拓展 295 第2节 微生物的培养技术及应用 298 基础知识 298 补充与拓展 303 第3节 发酵工程及其应用 307 基础知识 307 补充与拓展 310 第二章 细胞工程 311 第1节 植物细胞工程 311 基础知识 311 补充与拓展 314 第2节 动物细胞工程 318 基础知识 318 补充与拓展 323 第3节 胚胎工程 327 基础知识 327 补充与拓展 331 第三章 基因工程 334 第1节 重组DNA技术的基本工具 334 基础知识 334 补充与拓展 336 第2节 基因工程的基本操作程序 338 基础知识 338 补充与拓展 342 第3节 基因工程的应用 345 基础知识 345 补充与拓展 346 第4节 蛋白质工程的原理和应用 348 基础知识 348 补充与拓展 349 第四章 生物技术的安全性与伦理问题 350 第1节 转基因产品的安全性 350 基础知识 350 第2节 关注生殖性克隆人 352 基础知识 352 补充与拓展 353 第3节 禁止生物武器 354 基础知识 354 高中·生物学·人教版第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 必修部分 必修一 分子与细胞 第一章 走进细胞 第1节 细胞是生命活动的基本单位 基础知识 知识点一 细胞学说及其建立过程 1．细胞学说主要建立者：德国科学家施莱登和施旺。 2．细胞学说的内容： (1)细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。 (2)细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用。 (3)新细胞是由老细胞分裂产生的。 3．细胞学说的建立过程 (1)从人体的解剖和观察入手——从器官到组织 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 比利时的维萨里 大量的尸体解剖研究 揭示人体在器官水平的结构 法国的比夏 对器官的解剖观察 指出器官是由组织构成的 (2)显微观察资料的积累——认识细胞 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 英国的罗伯特·胡克 用显微镜观察植物的木栓组织 发现并命名了细胞（观察到的是死细胞） 荷兰的列文虎克 用自制显微镜 观察到不同形态的细菌、红细胞和精子等（观察到的是活细胞） 意大利的马尔比基 用显微镜广泛观察动植物的微细结构 观察到细胞壁和细胞质 (3)科学观察和归纳概括的结合——形成理论 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 植物学家施莱登 通过对花粉、胚珠和柱头组织的观察，发现这些组织都由细胞构成，且细胞中都有细胞核 提出植物细胞学说，即植物体都是由细胞构成的，细胞是植物体的基本单位，新细胞从老细胞中产生 动物学家施旺 主要研究了动物细胞的形成机理和个体发育过程 认为动物体也是由细胞构成的，一切动物的个体发育过程，都是从受精卵这个单细胞开始的 (4)细胞学说在修正中前进 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 耐格里 用显微镜观察了多种植物分生区新细胞的形成 发现新细胞的产生是细胞分裂的结果 德国的魏尔肖 — 总结出“细胞通过分裂产生新细胞” 4．细胞学说的意义 (1)揭示了动物和植物的统一性，从而阐明了生物界的统一性。 (2)打破了在植物学和动物学之间横亘已久的壁垒，也促使积累已久的解剖学、生理学、胚胎学等学科获得了共同的基础，这些学科的融通和统一催生了生物学的问世。 (3)使生物学的研究随之由器官、组织水平进入细胞水平，并为后来进入分子水平打下基础。 (4)细胞学说中细胞分裂产生新细胞的结论，不仅解释了个体发育，也为后来生物进化论的确立埋下了伏笔。 5．科学方法——归纳法 (1)定义：由一系列具体事实推出一般结论的思维方法。 (2)分类及举例 分类 举例 是否可信 不完全归纳法 根据部分植物细胞都有细胞核而得出植物细胞都有细胞核的结论 很可能是可信的，可以用来预测和判断，不过，也需要注意存在例外的可能 完全归纳法 观察所有类型的植物细胞，并发现它们都有细胞核，才得出植物细胞都有细胞核的结论 可信 知识点二 细胞是基本的生命系统 1．生命活动离不开细胞 （1）单细胞生物能够独立完成生命活动。 （2）多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂的生命活动。 （3）病毒没有细胞结构，必须寄生在活细胞中 2．生命活动的基础 (1)各种生理活动的基础：细胞代谢。 (2)生长发育的基础：细胞增殖、分化。 (3)遗传和变异的基础：细胞内基因的传递和变化。 总结：细胞是生命活动的基本单位，生命活动离不开细胞。 3．生命系统的结构层次 冷箭竹(植物)的生命系统结构层次 熊猫(动物)的生命系统结构层次 生命系统结构层次 对应的生命系统结构层次的概念 叶的表皮细胞 心肌细胞 细胞 最基本的生命系统 叶的保护组织 心肌(肌肉组织) 组织 由形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起形成的细胞群 叶 心脏 器官 不同的组织按照一定的次序结合在一起，形成具有一定功能的结构 无 血液循环系统 系统 能够共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组合在一起的结构 冷箭竹 大熊猫 个体 由各种器官或系统协调配合共同完成复杂的生命活动的生物 在一定区域内，所有的冷箭竹个体 在一定区域内，所有的大熊猫个体 种群 在一定的空间范围内，同种生物的所有个体形成一个整体 在同一区域内，大熊猫、冷箭竹和其他生物一起共同形成一个群落 群落 不同种群相互作用形成更大的整体 群落和它们所生活的无机环境相互关联，形成了一个统一的整体 生态系统 群落与无机环境相互作用形成更大的整体 最大的生命系统：生物圈 生物圈 地球上所有的生态系统相互关联构成更大的整体 4．总结 无论从结构上还是功能上看，细胞这个生命系统都属于最基本的层次。各层次生命系统的形成、维持和运转都是以细胞为基础的，就连生态系统的能量流动和物质循环也不例外。因此，可以说细胞是基本的生命系统 补充与拓展 1、细胞学说中的“一切动植物”能改为“一切生物”吗？请说明原因。 不能。例如一切生物包括病毒，而病毒没有细胞结构。 2、列文虎克、马尔比基等都已经观察到细胞，为什么细胞学说的建立者是施莱登和施旺？ 列文虎克、马尔比基等没有对细胞及其与生物体的关系进行科学的归纳和概括。 3、施莱登和施旺只是观察了部分动植物的组织，却归纳出“所有的动植物都是由细胞构成的”这一结论，此结论可信吗？为什么？ 可信。因为在细胞学说的建立过程中，科学家不仅运用了不完全归纳法，还揭示了动植物的个体与细胞的内在规律性关系(如细胞是动物体和植物体生命活动的基本单位，动物体是由受精卵这个单细胞发育而成的)，这样的科学归纳比一般的不完全归纳更具可信度。 4、通过分析冷箭竹和熊猫的生命系统结构层次找出动植物构成生命系统结构层次的共性和差异？ 差异：植物无系统这一生命系统结构层次；共性：二者都有细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统和生物圈。 5、比较单细胞生物与动物、植物生命系统层次有何异同？ 单细胞生物生命系统结构层次无组织、器官、系统层次，单细胞生物细胞层次即个体层次，组成为细胞(个体)→种群→群落→生态系统→生物圈。 6、比较组织与器官、种群与群落关系，简要说明层次间的关系？ 器官：不同的(组织1＋组织2＋……＋组织n)。 种群：同种的(个体1＋个体2＋……＋个体n)。 群落：全部的(种群1＋种群2＋……＋种群n)。 7、一个分子或一个原子也是一个生命系统吗？请说明理由。 一个分子或一个原子不是生命系统。因为生命系统能完成一定的生命活动，单靠一个分子或一个原子是不可能完成生命活动的。 8、病毒是否具有生命系统？ 病毒不具有生命系统。 10、病毒相关知识整合： 第2节 细胞的多样性和统一性 基础知识 知识点一 使用高倍显微镜观察几种细胞 1．高倍镜的使用 (1)目镜、物镜的判断以及放大倍数与镜头长度的关系 ①a、b是物镜(有螺纹)，放大倍数越大，镜头越长，距离载玻片越近。 ②c、d是目镜(无螺纹)，放大倍数c<d。 (2)显微镜的使用 ①低倍镜：取镜→安放→对光→安放玻片→调焦→观察。 ②高倍镜使用的“四字诀” a.找：在低倍镜下找到目标 b.移：移动装片，使目标位于视野中央转 c.转：动转换器换成高倍镜，用细准焦螺旋调焦并观察 d.调：调节光圈、反光镜，使视野明亮 (3)高倍镜与低倍镜观察情况比较 物镜 物像大小 细胞数目 视野亮度 物镜距离载玻片 视野范围 低倍镜 小 多 亮 远 大 高倍镜 大 少 暗 近 小 (4)显微镜放大倍数与成像规律 ①显微镜放大倍数＝目镜放大倍数×物镜放大倍数。如：目镜为10×，物镜为40×，则放大倍数为10×40＝400倍。该放大倍数指的是长度或宽度的放大，而不是面积或体积的放大。 ②放大倍数的变化与视野范围内细胞数量变化的关系： 右图1和图2分别是在目镜放大倍数为10×、物镜放大倍数为10×时观察到的细胞数，若将物镜转换为40×后，图1观察到的细胞是2个，图2观察到的细胞是1个。 总结： 第一种情况（细胞排列成一条线，如图1）：放大后视野中的细胞数目= 第二种情况（细胞充满视野，如图2）：放大后视野中的细胞数目= 【注：相对放大倍数=放大后倍数/放大前倍数】 ③成像特点：显微镜成的像为左右相反、上下颠倒的虚像。 ④移动规律：物像偏向哪个方向，则应向哪个方向移动装片。若物像在偏左上方，则装片应向左上方移动。 ⑤判断污物的位置：先移动装片，污物移动则在装片上。污物不动，则转动目镜，若污物移动则在目镜上，不动则在物镜上（不可能在反光镜上） 2．使用高倍显微镜观察临时装片 (1)临时装片 真核细胞名称 细胞壁 细胞膜 细胞质 细胞核 酵母菌细胞 有 有 有 有 菠菜叶下表皮细胞 有 有 有 有 口腔上皮细胞 无 有 有 有 洋葱鳞片叶表皮细胞 有 有 有 有 (2)真核细胞具有多样性和统一性 多样性：细胞形态各异 统一性：细胞具有相似结构 知识点二 原核细胞和真核细胞 1．原核细胞和真核细胞 (1)分类依据：细胞内有无以核膜为界限的细胞核。 (2)常见原核生物和真核生物 ①原核生物 定义：由原核细胞构成的生物 种类：主要是广泛分布的各种细菌 （三菌：蓝细菌、细菌、放线菌；三体：支原体、衣原体、立克次氏体） ②真核生物 定义：由真核细胞构成的生物 种类：动物、植物、真菌等 2.原核生物 (1)细菌 ①蓝细菌 水华：淡水水域污染后富营养化，导致蓝细菌和绿藻等大量繁殖，会形成水华 结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核有环状DNA分子、核糖体 生活方式：蓝细菌细胞内因含有藻蓝素和叶绿素，及光合作用相关的酶，能进行光合作用，为自养生物 种类：色球蓝细菌、颤蓝细菌、念珠蓝细菌、发菜等 ②大肠杆菌 结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核有环状DNA分子、鞭毛、纤毛、核糖体 生活方式：营腐生或寄生生活，为异养生物 ③其他细菌：硝化细菌、肺炎链球菌等。 (2)其他原核生物：支原体(无细胞壁)、衣原体和放线菌。 (3)原核细胞和真核细胞的比较 项目 原核细胞 真核细胞 区别 本质区别 无以核膜为界限的细胞核 有以核膜为界限的细胞核 大小 较小 较大 细胞壁 有(支原体除外) 植物细胞和真菌细胞都有，动物细胞无 细胞质 只有核糖体一种细胞器 含核糖体、线粒体等多种细胞器 细胞核 无核膜、无核仁、无染色体、有环状DNA分子位于拟核 有核膜、有核仁、有DNA和蛋白质结合的染色体 相同点,都有细胞膜、细胞质，都以DNA为遗传物质 （4)原核细胞具有多样性和统一性：原核细胞在形态、结构等方面存在差异，说明原核细胞具有多样性，但都有细胞膜、细胞质，且都有环状DNA分子分布在拟核中，说明原核细胞具有统一性。 3．细胞多样性和统一性的体现 （1）多样性：真核细胞多种多样，原核细胞多种多样，而真核细胞与原核细胞又不一样。 （2）统一性：原核细胞之间、真核细胞之间，及原核细胞和真核细胞之间具有相似的细胞膜和细胞质，都具有核糖体这种细胞器，它们都以DNA作为遗传物质。 补充与拓展 1、生物科技进展——人工合成生命的探索 (1)最小、最简单的单细胞生物可能是：支原体。 (2)我国科学家的成就 ①人工合成4条酿酒酵母染色体。 ②国际上首次人工创建单条染色体的真核细胞。 2、如何将视野亮度调亮？ 调节反光镜为凹面镜，调节光圈为大光圈。 3、在使用高倍镜观察时，如何调节物像清晰度？ 调节细准焦螺旋使物像清晰。 4、易混淆的原核生物和真核生物 常见的原核生物 易与之混淆的真核生物 细菌常带有“杆、球、螺旋或弧”字 酵母菌、霉菌(如青霉菌、根霉、曲霉等)、食用菌 放线菌、链霉菌 衣原体、支原体(无细胞壁)、立克次氏体 原生动物：草履虫、变形虫、疟原虫等 5、细胞的多样性和统一性分析： （1）细胞的多样性体现及原因 ①体现： A.细胞的形状、大小、种类、结构等方面的差异，如原核细胞与真核细胞 B.动物细胞和植物细胞的不同 C.同一个体不同类型细胞 ②原因： A.直接原因：构成细胞的蛋白质分子不同 B.根本原因：DNA的多样性(不同生物间)及基因的选择性表达(同种生物不同细胞间) （2）细胞统一性的五个表现 结构：都有细胞膜、细胞质、核糖体 能量：一般都以ATP作为直接能源物质 组成：组成细胞的元素和化合物种类基本相同 增殖：都以细胞分裂的方式增殖 遗传：都以DNA作为遗传物质，共用一套遗传密码 第二章 组成细胞的分子 第1节 细胞中的元素和化合物 基础知识 知识点一 组成细胞的元素和化合物 1．组成细胞的元素 (1)生物界与非生物界的统一性和差异性： ①组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到，没有一种化学元素是细胞所特有的，这一事实说明生物界和非生物界具有统一性。 ②细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同，这一事实说明生物界和非生物界具有差异性。 (2)组成细胞的元素具有相似性和差异性： 不同生物体内所含元素种类基本相同，说明生物具有共同的物质基础；不同生物体内每种化学元素的含量不同，同一生物体内不同化学元素的含量不同，其中C、H、O、N四种元素所占比例较大(干重)。 (3)组成细胞的元素分类 ①种类：细胞中常见的化学元素有20多种。 ②分类 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等。 ③含量较高的元素：C、H、O、N。 ④细胞鲜重：O>C>H>N；细胞干重:C>O>N>H 2.组成细胞的化合物 (1)种类 类型 化合物 质量分数/% 无机化合物 水 占70～90 无机盐 占1～1.5 有机化合物 蛋白质 占7～10 脂质 占1～2 糖类和核酸 占1～1.5 (2)含量 ①细胞内含量最多的化合物是水。 ②细胞内含量最多的有机化合物是蛋白质。 知识点二 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 1．原理 (1)思路：某些化学试剂能够使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。 (2)原理 ①糖类 还原糖+斐林试剂砖红色沉淀 ②脂肪＋苏丹Ⅲ染液―→橘黄色 ③蛋白质＋双缩脲试剂―→紫色 2．实验材料及试剂 (1)材料：梨、葡萄、白萝卜匀浆，花生种子，豆浆，鲜肝提取液，鸡蛋清稀释液。 (2)试剂：斐林试剂(甲液：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液，乙液：质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)，质量浓度为0.01 g/mL苏丹Ⅲ染液，双缩脲试剂(A液：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液，B液：质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液)，体积分数为50%的酒精溶液，蒸馏水。 3．实验步骤 (1)还原糖的检测 ①材料的选择：还原糖含量高，白色或接近白色的植物组织样液，例：梨匀浆。 ②斐林试剂的使用方法 a．甲、乙液必须等量混合均匀再使用。 b.水浴加热(50～65 ℃)。 c．现配现用。 ③检测的方法步骤 ④实验结果：蓝色→棕色→砖红色(沉淀)。 ⑤实验结论：组织样液中含有还原糖。 (2)脂肪的检测 ①材料的选择：富含脂肪的种子，例：花生种子。 ②试剂：质量浓度为0.01 g/mL苏丹Ⅲ染液。 ③检测的方法步骤： 取材：取一粒浸泡过的花生种子，去掉种皮 切片：用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片，放在盛有清水的培养皿中待用 制片： a.选取最薄的切片，用毛笔蘸取放在载玻片中央 b.在薄片上滴2~3滴苏丹Ⅲ染液，染色3 min c.去浮色（用吸水纸吸去染液后，滴加1~2滴体积分数为50%的酒精溶液，洗去浮色） d.制成临时装片 观察：在低倍镜下找到花生子叶的最薄处，移到视野中央，将物像调节清晰，然后换高倍镜观察，视野中已着色的圆形脂肪颗粒清晰可见 ④实验结果：脂肪颗粒被染成橘黄色。 ⑤实验结论：花生种子含脂肪。 (3)蛋白质的检测 ①材料的选择：富含蛋白质的材料，例：鸡蛋清稀释液、豆浆、鲜肝提取液等。 ②双缩脲试剂的使用方法：先加A液再加B液，B液不能过量。 ③检测的方法步骤 ④实验结果：样液变成紫色。 ⑤实验结论：鸡蛋清、豆浆、鲜肝含蛋白质。 补充与拓展 1、胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？ 细胞中有些元素含量很少，但却有重要作用，如人体中含有的Fe元素很少，属于微量元素，如果人体铁元素缺乏，会难以产生血红素，造成血液供氧能力降低，肤色苍白，使人感到疲乏无力，影响人体的全面生理功能。 2、生物体内含量很少的元素都是微量元素吗？ 不都是。微量元素是生物体内含量很少但又不可缺少的元素。生物体还有一些元素如Pb含量少，但又是不必需的，这些元素不属于微量元素。 3、还原糖检测时，溶液颜色变化的原因是什么？ 开始时的蓝色是Cu(OH)2的颜色，后来的棕色是蓝和砖红色的混合色，最后Cu2＋全部生成Cu2O，溶液呈现砖红色。 4、检测生物组织中的脂肪时，染色时间不宜过长的原因是什么？ 染色时间过长，脂肪会溶解到染色剂中。 5、蛋白质检测时，为什么先加A液再加B液？B液为什么不能过量？ 蛋白质中的肽键在碱性条件下能与Cu2＋生成紫色络合物，所以先加A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2＋。其中双缩脲试剂B液的量不能过多，因为过多的双缩脲试剂B液会与双缩脲试剂A液反应生成Cu(OH)2，使溶液呈蓝色进而掩盖实验生成的紫色。 6、在蛋白质的检测实验中，如果用鸡蛋清稀释液作为实验材料，一定要稀释到一定程度，原因是什么？ 不稀释会使鸡蛋清粘附于试管壁上，反应不彻底且不易清洗试管。 7、斐林试剂和双缩脲试剂的“一同三不同” —同： 都含有NaOH和CuSO4两种成分，且NaOH溶液的质量浓度都为0.1 g/mL 三不同： a.使用原理不同：斐林试剂的实质是新配制的Cu(OH)₂溶液，双缩脲试剂的实质是碱性环境中的Cu2+ b.使用方法不同：鉴定还原糖时将甲、乙两液等量混匀后立即使用；鉴定蛋白质时先加A液1 mL摇匀，然后加B液4滴，振荡摇匀 c.CuSO4溶液的浓度不同：斐林试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.05 g/mL,双缩脲试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.01 g/mL 8．实验操作 三类有机物检测时的两个唯一： 唯一需要加热的是：还原糖的检测。 唯一需要显微镜观察的是：脂肪的切片检测。 第2节 细胞中的无机物 基础知识 知识点一 细胞中的水 1．水的含量：水是活细胞中含量最多的化合物，生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别，一般为60%～95%，水母含水量达到97%。 2．水的特点 (1)水是极性分子：水分子的空间结构及电子的不对称分布，使水分子成为一个极性分子。带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合，因此水是良好的溶剂。 (2)水分子之间靠氢键相互作用： ①氢键形成：由于水分子的极性，当一个水分子的氧端靠近另一个水分子的氢端时，它们之间的静电吸引作用就形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键。 ②氢键的作用： a.水分子之间靠氢键连接，氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断地断裂，又不断地形成，使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。 b．由于氢键的存在，水具有较高的比热容，使水的温度相对不容易发生改变，对于维持生命系统的稳定性十分重要。 3.水的存在形式及功能 存在形式 自由水 结合水 含义 细胞中绝大部分呈游离状态，可以自由流动的水 与细胞内其他物质(主要与蛋白质、多糖)相结合的水 含量 约占细胞内全部水分的95.5% 约占细胞内全部水分的4.5% 功能 ①细胞内的良好溶剂 ②参与许多生物化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运送营养物质和代谢废物 是细胞结构的重要组成部分 4．自由水与结合水的关系 (1)自由水和结合水在一定条件下可相互转化 自由水结合水 (2)自由水与结合水相对含量与细胞代谢的关系 ①关系 自由水与结合水比值高：代谢旺盛，但抗逆性差 自由水与结合水比值低：代谢缓慢，但抗逆性强 ②实例：种子晒干，自由水含量降低，细胞代谢水平降低，便于储藏；北方冬小麦在冬天来临前，自由水比例降低，结合水比例上升，以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害自身。 知识点二 细胞中的无机盐 1．存在形式：大多数无机盐以离子形式存在，少数与其他化合物结合。 2．含量：无机盐是细胞中含量很少的无机物，仅占细胞鲜重的1%～1.5%。 3．无机盐的作用 生理功能 举例 无机盐是细胞必不可少的许多化合物的成分 ①Mg是构成叶绿素的元素；②Fe是构成血红素的元素；③P是组成细胞膜、细胞核的重要成分 无机盐对于维持生物体的生命活动有重要作用 ①人体内Na＋缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等，因此，当大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水；②哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，如果Ca2＋的含量太低，动物会出现抽搐等症状 无机盐对于维持细胞的酸碱平衡具有重要作用 人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等酸碱缓冲物质，可以中和人体代谢产生的或酸或碱的代谢物质 无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态 — 补充与拓展 1、为什么晒干的小麦种子无法萌发，而浸泡处理的小麦种子却可以萌发？晒干种子与浸泡种子相比，生命活力较高的是哪个？ 晒干的种子失去了大部分自由水，所以代谢缓慢，不利于萌发，浸泡后吸收了大量水，自由水含量增多，代谢旺盛，有利于萌发；浸泡种子生命活力较高。 2、高温烘烤晒干的小麦种子丢失的是什么形式的水？此时的种子无法萌发说明什么问题？ 主要丢失的是结合水；高温烘烤晒干的小麦种子已死亡。 3、新鲜鸡蛋和变质鸡蛋中的水分别主要以什么状态存在？这说明两者之间的关系是怎样的？ 新鲜鸡蛋中的水主要以结合水状态存在，变质鸡蛋中的水主要以自由水状态存在；说明自由水和结合水可以相互转化。 4、生理盐水的含义是什么？在什么情况下需要用生理盐水？ 生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴等渗的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。当人体需要补充盐溶液或输入药物时，应输入生理盐水或用生理盐水作为药物的溶剂，以保证人体细胞的生活环境维持在相对稳定的状态。 5、实验探究某种无机盐如Mg是植物生长发育必需的 (1)实验思路：分别用完全培养液和缺Mg培养液培养相同种类、生长状况等一致的幼苗，观察生长发育情况，如果完全培养液培养的幼苗正常生长，而缺Mg培养液培养的幼苗不能正常生长，说明Mg是生长发育必需的元素。还可以再在缺Mg的培养液加入Mg，看幼苗的生长发育恢复情况。 (2)实验验证方法 ①对照组：植物＋完全培养液―→正常生长 ②实验组 注意：①实验中应保证实验材料的统一性，即植物的种类、生长状况等应一致。②实验组在幼苗生长不正常后加入Mg的目的是二次对照，使实验前后对照，以增强说服力。 6、常考无机盐的功能： 第3节 细胞中的糖类和脂质 基础知识 知识点一 细胞中的糖类 1．糖类的功能：重要的能源物质。 2．糖类的元素组成：糖类分子一般是由C、H、O三种元素构成的。因为多数糖类分子中氢、氧原子比例为2∶1，类似水分子，所以糖类又被称为“碳水化合物”，简写为(CH2O)。 3．糖类的种类 种类 定义 分布 主要功能或应用 单糖 五碳糖 核糖 不能水解的糖类，可直接被细胞吸收 【组成元素：C、H、O】 动植物 RNA的组成成分之一 脱氧核糖 DNA的组成成分之一 六碳糖 葡萄糖(C6H12O6) 细胞生命活动所需要的主要能源物质 果糖 — 半乳糖, 二糖 蔗糖 由两分子单糖脱水缩合而成，一般要水解成单糖才能被细胞吸收 化学式：(C12H22O11) 【组成元素：C、H、O】 植物：甘蔗、甜菜，大多数蔬菜、水果中 — 麦芽糖 植物：发芽的小麦等谷粒中 乳糖 人和动物：乳汁中 多糖 淀粉 由多个单糖分子脱水缩合而成 化学式：(C6H10O5)n 【组成元素：C、H、O】 植物：玉米、小麦、水稻等的种子中，马铃薯、甘薯等植物变态的茎或根以及一些植物的果实中 植物细胞中重要的储能物质 纤维素 植物细胞 植物细胞壁的主要组成成分 糖原 人和动物：肝脏和肌肉中 人和动物细胞的储能物质 几丁质(又称壳多糖) 【组成元素：C、H、O、N】 甲壳类动物和昆虫的外骨骼中 几丁质及其衍生物在医药、化工等方面有广泛的用途。例如，其能与溶液中的重金属离子有效结合，可用于废水处理；可用于制作食品的包装纸和食品添加剂；可以用于制作人造皮肤等 糖类的划分 按水解程度 单糖 葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖 二糖 麦芽糖、乳糖、蔗糖 多糖 淀粉、纤维素、糖原、几丁质 按分布 动植物共有 葡萄糖、核糖、脱氧核糖、果糖、半乳糖 主要存在于植物 麦芽糖、蔗糖、淀粉、纤维素 主要存在于动物 乳糖、糖原 按功能 结构物质 核糖、脱氧核糖、纤维素、几丁质 储能物质 淀粉、糖原 主要能源物质 葡萄糖 按是否具有还原性 还原糖 葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖、半乳糖所有的单糖及除蔗糖外的所有二糖 非还原糖 蔗糖以及所有的多糖 知识点二 细胞中的脂质 1．脂质功能：脂质存在于所有细胞中，是组成细胞和生物体的重要有机化合物。 2．脂质元素组成：主要由C、H、O组成，有些脂质还含有N、P。 3．脂质分子特点 (1)相对于糖类，脂质分子氧的含量低，氢的含量高。 (2)不同种类的脂质分子结构差异很大，通常都不溶于水，而溶于脂溶性有机溶剂，如丙酮、氯仿、乙醚等。 4.脂质的分类和功能 (1)脂肪 元素组成 C、H、O 结构组成 ①脂肪是由三分子脂肪酸与一分子甘油发生反应而形成的酯，即三酰甘油(又称甘油三酯) ②脂肪酸可以分为不饱和脂肪酸(植物脂肪大多含有此种脂肪酸，在室温时呈液态)和饱和脂肪酸(大多数动物脂肪含有此种脂肪酸，室温时呈固态) 功能 ①细胞内良好的储能物质 ②很好的绝热体，有保温作用 ③能缓冲和减压，可以保护内脏器官 分布 大量存在于某些植物的种子、果实及动物体的脂肪组织中 (2)磷脂 元素组成 C、H、O、P、N 结构组成 甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物结合构成 功能 构成细胞膜以及多种细胞器膜的重要成分 分布 在人和动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆的种子中含量丰富 (3)固醇 元素组成 C、H、O 种类及功能 胆固醇 ①构成动物细胞膜的重要成分 ②在人体内参与血液中脂质的运输 性激素 促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成 维生素D 能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收 5．细胞中糖类和脂质的转化 (1)糖类和脂质是可以相互转化的 ①糖类转化为脂肪的过程 葡萄糖：首先供细胞利用，多余的合成糖原储存起来，再富余转变成脂肪和某些氨基酸 ②脂肪转化为糖类的过程 (2)糖类和脂肪之间的转化程度有明显差异：糖类在供应充足的情况下，可以大量转化为脂肪；而脂肪一般只在糖类代谢供能不足时，才会分解供能，而且不能大量转化为糖类。 补充与拓展 1、葡萄糖可以口服，也可以通过静脉注射进入人体细胞。蔗糖是否可以通过静脉注射进入人体细胞？理由？ 不可以。蔗糖必须口服，消化成单糖才能被细胞吸收。 2、是否所有糖类都可以作为生物体内的能源物质？ 不是。核糖和脱氧核糖组成核酸，纤维素组成植物细胞壁，几丁质组成甲壳类动物和昆虫的外骨骼，这些糖类都不能作为能源物质。 3、是否所有的糖都有甜味？ 不是所有的糖都是甜的，如纤维素、淀粉(淀粉水解成麦芽糖才会有甜味)等。 4、糖尿病人的饮食受到严格的限制，但受限制的并不仅仅是甜味食品，米饭和馒头等主食为什么也需要定量摄取？ 米饭、馒头等主食富含淀粉，淀粉经消化分解后可以生成葡萄糖，进而使血糖升高。 5、为什么平时的膳食中要限制高胆固醇食物的摄入？ 体内过量的胆固醇会在血管壁上沉积下来，使管腔变小，阻碍血液正常流动，最终可能造成血管堵塞，危及生命。 6、导致公鸡出现“大红冠子花外衣”的主要物质是什么？其化学本质是哪一类？ 雄性激素。脂质。 7、家鸭育肥形成的脂肪主要来自饲料中的哪些营养成分？ 糖类。 8、结合生活经验，分析导致肥胖的主要原因是否是因为摄入大量脂肪？为什么？ 不是。是因为人们日常生活中吃的主食主要是馒头、米饭等，而馒头、米饭等主食中含有大量糖类，糖类可以在体内转化为脂肪。 9、根据糖类和脂肪相互转化的差异，对我们控制肥胖有什么启示？ 合理膳食，要“管住嘴，迈开腿”。 10、有关糖的三种分类标准 (1)依据分布划分 ①动物细胞特有的：乳糖、半乳糖、糖原、几丁质。 ②动植物细胞共有的：葡萄糖、核糖、脱氧核糖。 ③植物细胞特有的：麦芽糖、蔗糖、淀粉、纤维素、果糖。 (2)依据功能划分 ①参与构成细胞的重要组成成分： a.纤维素：植物细胞壁的主要成分 b.几丁质：广泛存在于甲壳类动物和昆虫外骨骼中 c.脱氧核糖：DNA的组成成分之一 d.核糖：RNA的组成成分之一 ②能源物质： a.葡萄糖：细胞生命活动的主要能源物质 b.淀粉、糖原等：细胞的储物质 (3)依据性质划分 ①还原糖：葡萄糖、果糖、麦芽糖等所有单糖、除蔗糖外的所有二糖。 ②非还原糖：多糖、蔗糖等。 11、与糖原相比，脂肪是良好的储能物质的原因： （1）相同质量的脂肪与糖类相比，氢的含量高，氧的含量低，因此氧化分解时会消耗更多的氧气，释放更多的能量，同时产生更多的水。 （2）单位质量的脂肪体积比糖原小很多，有利于储藏 第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者 基础知识 知识点一 蛋白质的功能 功能 举例 结构蛋白 羽毛、肌肉、蛛丝、头发等的成分主要是蛋白质 催化作用 绝大多数酶是蛋白质 运输作用 血红蛋白能运输氧 调节作用 胰岛素等蛋白质类激素能够调节机体的生命活动 免疫功能 抗体可抵御抗原的侵害 总结：细胞的各项生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。 知识点二 蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1．氨基酸的种类 组成人体蛋白质的氨基酸有21种，根据能否在人体内合成可分为两类： （1）必需氨基酸： 特点：必须从外界获取 种类：8种【甲硫（蛋）氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸，亮氨酸、色氨酸、苏氨酸】 （2）非必需氨基酸： 特点：人体细胞能够合成 种类：13种 2．氨基酸的结构 （1）组成元素：各种氨基酸共有的元素是C、H、O、N，其中半胱氨酸还有S元素。 （2）图中数字标示结构的名称：①氨基，②羧基，③R基。 （3）氨基酸的结构特点 每种氨基酸至少都含有一个氨基(—NH2)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。 （4）氨基酸分子的结构通式： （5）各种氨基酸之间的区别在于R基不同。其中甘氨酸的R基：—H，天冬氨酸的R基：—CH2—COOH，半胱氨酸的R基：—CH2—SH，赖氨酸的R基：—(CH2)4—NH2。 知识点三 蛋白质的结构及其多样性 1．氨基酸形成蛋白质过程 （1）脱水缩合——连接氨基酸的方式 ①概念：一个氨基酸分子的氨基(—NH2)与另一个氨基酸分子的羧基(—COOH)相连接，同时脱去一分子的水。 ②过程 过程a的名称：脱水缩合，脱去的水中氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。 化合物b的名称：二肽，即由两个氨基酸脱水缩合形成的化合物。 c的名称：肽键。 （2）氨基酸形成血红蛋白的过程：氨基酸之间脱水缩合形成肽链→一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠(氢键使多肽链盘曲、折叠)→这条肽链进一步盘绕形成一定的空间结构→四条肽链聚集在一起形成复杂的空间结构(通过一定化学键，如二硫键)。 2．结构多样性原因 （1）氨基酸种类、数目、排列顺序不同 （2）肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。 3.结构多样性与功能多样性的关系： 每一种蛋白质都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能。 补充与拓展 1、蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。 2、鸡蛋、肉类煮熟易消化，原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。 3、加酒精、加热、加酸等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。 4、每种氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基中“至少”怎么理解？ R基中可以含氨基和羧基，例如：甘氨酸和半胱氨酸都只含一个氨基和一个羧基，天冬氨酸的R基中含有羧基，赖氨酸的R基中含有氨基。 5、假设氨基酸的平均相对分子质量为a，则m个氨基酸分子形成n条肽链时，所形成肽链的相对分子质量为多少？ m·a－18(m－n) 6、氨基酸脱水缩合过程相关计算公式： ①脱水数＝肽键数＝氨基酸数－肽链数＝水解需水分子数； ②氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基的总数－肽键数； ③羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基的总数－肽键数； ④蛋白质相对分子质量＝氨基酸平均相对分子质量×氨基酸数－18×脱水数； ⑤至少氨基数＝肽链数； ⑥至少羧基数＝肽链数。 7、肽链中原子数目的计算方法 解题关键是要注意碳原子数、氮原子数在肽链形成前后均不变，而计算氢原子与氧原子的数目时要注意脱掉的氢原子与氧原子。 （1）氮原子数＝各氨基酸的氮原子总数＝肽键数＋肽链数＋R基上的氮原子数＝氨基酸数＋R基上的氮原子数。 （2）氧原子数＝各氨基酸的氧原子总数－脱水数＝肽键数＋肽链数×2＋R基上的氧原子数。 （3）氢原子数＝各氨基酸的氢原子总数－脱水数×2 8、肽链种类的计算方法 （1）有A、B、C、D四种氨基酸，每种氨基酸数目无限多的情况下，可形成的链状多肽的种类如下： 形成链状四肽的种类： 4 4 4 4 (44＝256)； 形成链状三肽的种类： 4 4 4 (43＝64)。 （2）有A、B、C、D四种氨基酸，每种氨基酸仅有一个的情况下，可形成的链状多肽的种类如下： 形成链状四肽的种类： 4 3 2 1 (4×3×2×1＝24)； 形成链状三肽的种类： 4 3 2 (4×3×2＝24)。 9、蛋白质盐析：在蛋白质水溶液中加入中性盐，随着盐浓度增大而使蛋白质沉淀出来的现象。【盐析过程是可逆的】 第5节 核酸是遗传信息的携带者 基础知识 知识点一 核酸的种类及其分布 1．种类：脱氧核糖核酸，简称DNA；核糖核酸，简称RNA。 2．分布：真核细胞DNA主要分布在细胞核中，另外线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA。RNA主要分布在细胞质中。 知识点二 核酸是由核苷酸连接而成的长链 1．核酸的基本单位——核苷酸 （1）核苷酸分子组成： 磷酸、五碳糖（核糖或脱氧核糖）、含氮碱基 （2）连接方式： （2）核苷酸的分类：根据五碳糖的不同，核苷酸分为脱氧核糖核苷酸简称脱氧核苷酸和核糖核苷酸两类。 ①脱氧核苷酸：构成DNA的基本单位，如图： 其中A的中文名称：腺嘌呤；G的中文名称：鸟嘌呤；C的中文名称：胞嘧啶；T的中文名称：胸腺嘧啶。由于碱基有4种，故脱氧核苷酸有4种，分别为腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸。 ②核糖核苷酸：构成RNA的基本单位，如图： 其中U的中文名称：尿嘧啶。由于碱基有4种，故核糖核苷酸有4种，分别为腺嘌呤核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸。 2.核苷酸链 （1）核苷酸形成核苷酸链的过程 （2）核酸的结构层次 元素→小分子物质核苷酸核苷酸链核酸 （3）DNA与RNA的比较 项目 DNA RNA 中文名 脱氧核糖核酸 核糖核酸 基本单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 元素组成 C、H、O、N、P 成分 碱基 共有 A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤) 特有 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶) 五碳糖 脱氧核糖 核糖 磷酸 磷酸 结构 一般呈规则双螺旋结构 常呈单链结构 3．核苷酸链储存遗传信息 （1）遗传信息的储存 ①遗传信息：脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息。 ②遗传信息储存 绝大多数生物的遗传信息储存在中，部分病毒的遗传信息储存在RNA中，如HIV、SARS病毒等 （2）核酸功能 ①细胞内携带遗传信息的物质。 ②在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。 4．核酸的多样性、特异性 （1）多样性的原因 4种核苷酸的数目成千上万，核苷酸的排列顺序千变万化核酸DNA或RNA，分子具有多样性 （2）特异性的原因：每个个体的核酸(DNA或RNA)中核苷酸(脱氧核苷酸或核糖核苷酸)的数目和排列顺序都是特定的，决定了每个个体的核酸(DNA或RNA)分子具有特异性。 知识点三 生物大分子以碳链为骨架 1．生物大分子 (1)学过的生物大分子：多糖、蛋白质、核酸。 (2)生物大分子的基本单位：多糖的基本单位是单糖，蛋白质的基本单位是氨基酸，核酸的基本单位是核苷酸，这些基本单位称为单体。 (3)生物大分子：由许多单体连接成的多聚体。 2.生物大分子以碳链为骨架 补充与拓展 1、原核细胞DNA主要分布在细胞内的什么部位？ 拟核。 2、由核苷酸分子组成，推断核苷酸(核酸)元素组成是什么？ C、H、O、N、P。 3、人、植物、细菌、HIV病毒、SARS病毒的遗传信息携带者分别是什么？ 人、植物、细菌的遗传信息携带者是DNA；HIV病毒和SARS病毒的遗传信息携带者是RNA。 4、A、T、G、C在水稻、HIV病毒中可以分别组成几种核苷酸？ 在水稻中组成7种核苷酸；在HIV病毒中组成3种核苷酸。 5、脂肪、磷脂、固醇属于生物大分子吗？ 脂肪是由甘油和脂肪酸结合而成的，而且脂肪的分子量与蛋白质、核酸、多糖相比小很多，一般不称其为生物大分子。磷脂和固醇同样不属于生物大分子。 6、核酸种类的判断技巧 （1）根据五碳糖不同：含有核糖的是RNA，含有脱氧核糖的是DNA （2）根据含氮碱基不同：含有碱基U的是RNA，含有碱基T的是DNA 7、某种生物遗传信息存储的位置分析 生物体内既有DNA又有RNA存在时，DNA是遗传物质；只有RNA存在时，RNA是遗传物质，如某些RNA病毒：HIV、SARS病毒等。 8、生物体内的碱基、五碳糖与核苷酸种类 （1）在只有DNA或RNA的生物中，只含有： 4种碱基A、G、T、C或，A、G、U、C，1种五碳糖⇒4种核苷酸 （2）在同时含有DNA和RNA的生物中，则含有： 5种碱基A、G、C、T、U，2种五碳糖⇒8种核苷酸 9、不同生物的核酸、核苷酸及碱基的情况 生物类别 核酸 核苷酸 碱基 遗传物质 举例 原核生物 含DNA和RNA 8 5 DNA 细菌等 真核生物 含DNA和RNA 8 5 DNA 动植物等 病毒 只含DNA 4 4 DNA 噬菌体 只含RNA 4 4 RNA 烟草花叶病毒 10、初步水解和彻底水解 物质 初步水解产物 彻底水解产物 DNA 脱氧核苷酸 脱氧核糖、碱基(4种)、磷酸 RNA 核糖核苷酸 核糖、碱基(4种)、磷酸 蛋白质 多肽 氨基酸 淀粉 麦芽糖 葡萄糖 11、根据“元素→化合物→功能”示意图判断化合物种类的一般方法 （1）熟悉此类图的一般呈现模式：元素组成→小分子单体→大分子聚合物→具体生物学功能。因此若从“元素”到“功能”之间有两个过渡项，则前一个是单体，后一个是大分子聚合物。 （2）有机物的元素组成 第三章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 基础知识 知识点一 细胞膜的功能 1．细胞膜：也称质膜，它是细胞的边界。 2．功能 (1)将细胞与外界环境分隔开：保障了细胞内部环境的相对稳定。 (2)控制物质进出细胞 ①可“进”的物质：细胞需要的营养物质。 ②不容易“进”的物质：细胞不需要或对细胞有害的物质，以及有些病毒、病菌。 ③可“出”的物质：抗体、激素等物质和细胞产生的废物。 ④不会轻易“出”的物质：细胞内有用的成分，如核酸。 总结：细胞膜能控制物质进出细胞，且这种控制作用是相对的。 (3)进行细胞间的信息交流 图示 内容 举例 内分泌细胞分泌的激素，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞 胰岛素的分泌及发挥作用 相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞 精子和卵细胞之间的识别和结合 相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用 知识点二 细胞膜的成分 1．对细胞膜成分的探索 (1)最初对细胞膜成分的探究 时间 1895年 科学家 欧文顿 实验 对植物细胞进行通透性实验，发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜，不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜 结论 细胞膜是由脂质组成的 (2)细胞膜中脂质成分实验探究 研究材料 动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等 实验 分离出哺乳动物红细胞的细胞膜，进行化学分析 结论 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 (3)磷脂分子在细胞膜中排列方式探究 时间 1925年 科学家 荷兰戈特和格伦德尔 实验 用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，其面积为红细胞表面积的2倍 结论 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 (4)细胞膜中是否还含有其他成分的探究 时间 1935年 科学家 英国丹尼利和戴维森 实验 研究细胞膜的张力，发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 实验前提 人们已经发现油脂滴表面吸附蛋白质会使其表面张力降低 结论 细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质 2．细胞膜成分 (1)成分 (2)特点：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。 知识点三 对细胞膜结构的探索 1．静态结构模型的提出 (1)时间：1959年。 (2)科学家：罗伯特森。 (3)依据：电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。 (4)模型假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。 (5)模型缺点：细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。 2．新技术带来新模型 (1)人—鼠细胞融合实验 时间 1970年 方法 荧光标记法 过程 结果 构成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的 这一实验及相关的其他实验表明 细胞膜具有流动性 (2)动态结构模型的提出 时间 1972年 科学家 辛格和尼科尔森 模型名称 流动镶嵌模型 知识点四 流动镶嵌模型的基本内容 1．流动镶嵌模型的基本内容 (1)图中① 名称：磷脂双分子层 地位：膜的基本支架 构成：内部是磷脂分子的疏水端 作用：屏障作用，水溶性分子或离子不能自由通过 特点：侧向自由移动 (2)图中② 名称：蛋白质分子 位置：贯穿于整个磷脂双分子层 作用：在物质运输等方面具有重要作用 特点：蛋白质大多也能运动 (3)图中③ 位置：细胞膜外表面 名称：糖类（糖被）与蛋白质结合→④糖蛋白；与脂质结合→糖脂 作用：糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系 2．生物膜的结构特点——具有一定的流动性 (1)原因：构成生物膜的磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质分子大多也是可以运动的。 (2)生理意义：对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能具有重要意义。 (3)实例：变形虫变形；细胞融合；分泌蛋白的传递分泌。 3．生物膜的功能特性——选择透过性 (1)结构基础：膜上具有转运蛋白。 (2)生理意义：控制物质进出细胞。 补充与拓展 1、细胞间的信息交流都依赖于信息分子和受体吗？ 一定依赖于信息分子传递信息，但不一定需要受体，如高等植物细胞之间的胞间连丝。 2、研究细胞膜选用哺乳动物成熟红细胞的原因？ 哺乳动物成熟红细胞含有的膜结构只有细胞膜，无其他膜干扰。 3、根据磷脂分子特点，解释为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层？ 因为磷脂分子头部亲水，尾部疏水，所以在空气—水界面磷脂分子是头部向下，与水面接触，尾部则朝向空气一面。 4、将人的肝细胞中的磷脂全部提取出来，铺成单分子层，其面积是肝细胞表面积的2倍吗？为什么？ 大大超过2倍，肝细胞具有细胞膜、细胞核和多种具膜的细胞器。 5、仔细观察辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型，它是对称模型吗？ 不对称。因为构成细胞膜的蛋白质分子的分布是不均匀的。 6、你能快速判断出细胞膜的内侧和外侧吗？ 根据糖被的分布情况判断，有糖被存在的一侧为细胞膜外侧。 第2节 细胞器之间的分工合作 基础知识 知识点一 细胞器之间的分工 1．细胞质 (1)定义：细胞膜以内、细胞核以外的整个区域的一切结构和物质都属于细胞质。 (2)组成：细胞质基质(呈溶胶状态)和细胞器。 2．细胞器的分离方法 (1)方法：差速离心法。 (2)原理：主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法。 (3)过程 3.细胞器之间的分工 （1）线粒体 结构：双层膜（分为内膜和外模，内膜向内折叠形成嵴以增大膜面积）；基质：含有少量DNA和RNA 功能：是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间” 分布：几乎所有真核细胞 （2）叶绿体 结构：双层膜（内膜和外膜）；基粒（类囊体堆叠而成，以增大膜面积，含有与光合作用有关的色素和酶）；基质：含有与光合作用有关的酶，有少量DNA和RNA 功能：是绿色植物进行光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站” 分布：绿色植物能进行光合作用的细胞中 （3）内质网： 分类：有核糖体附着的为粗面内质网；无核糖体附着的光面内质网 结构:由膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构连接形成一个连续的内腔相通的膜性管道系统 功能:蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道。粗面内质网是蛋白质合成、加工场所和运输通道。光面内质网是脂质合成的“车间” 分布:几乎所有真核细胞中 （4）高尔基体 结构:单层膜围成的扁平囊和小泡组成 功能:主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站” 分布:几乎所有真核细胞中 （5）溶酶体 结构:单层膜包裹的囊泡状细胞器 功能:是细胞的“消化车间”,内部含多种上水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌 分布:主要分布在动物细胞中 （6）液泡 成分:内有细胞液,含糖类、无机盐、蛋白质、色素等 结构:单层膜 功能:调节植物细胞内的环境,充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺 分布:主要存在于植物细胞中 （7）核糖体 结构：无膜,含RNA和蛋白质 功能:是“生产蛋白质的机器”。分为附着核糖体(合成分泌蛋白)和游离核糖体(合成胞内蛋白) 分布:真、原核细胞中 （8）中心体： 结构：无膜，由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成 功能:与细胞的有丝分裂有关 分布:动物和低等植物细胞中 总结： 内容 特点 细胞器名称 分布 植物细胞特有的细胞器 叶绿体、液泡 动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器 中心体 动植物细胞共有的细胞器 线粒体、内质网、核糖体、高尔基体 原核细胞与真核细胞共有的细胞器 核糖体 结构 具有单层膜结构的细胞器 内质网、液泡、高尔基体、溶酶体 具有双层膜结构的细胞器 线粒体、叶绿体 不具有膜结构的细胞器 核糖体、中心体 成分 含有DNA的细胞器 叶绿体、线粒体 含有色素的细胞器 叶绿体、液泡 含有RNA的细胞器 线粒体、叶绿体、核糖体 功能 能产生水的细胞器 叶绿体、线粒体、核糖体 与能量转换有关的细胞器 叶绿体、线粒体 能自我复制的细胞器 叶绿体、线粒体、中心体 4．植物细胞壁 (1)组成：主要由纤维素和果胶构成。 (2)功能：对细胞起支持与保护作用。 5．细胞骨架 (1)组成：蛋白质纤维组成的网架结构。 (2)功能：维持着细胞的形态，锚定并支撑着许多细胞器，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关。 知识点二 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动 1．实验原理 (1)观察叶绿体 ①形态：扁平的椭球或球形。 ②分布：主要在绿色植物叶肉细胞中。 ③颜色：绿色。 (2)观察细胞质的流动 活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。 2.实验选材 藓类叶(或菠菜叶、番薯叶等)、新鲜的黑藻。 3．实验流程 (1)观察叶绿体的形态和分布 ①制作临时装片： a.藓类小叶(或菠菜叶稍带些叶肉的下表皮)放入盛有清水的培养皿中 b.载玻片中央滴一滴[清水,将叶片放入水滴中 c.盖上盖玻片 ②观察:先用低倍显微镜观察,再用高倍显微镜观察,观察叶绿体的形态和分布情况 (2)观察细胞质的流动 ①培养：将实验用的黑藻放在光照、室温条件下培养 ②制作临时装片： a.取出黑藻,用镊子从新鲜枝上取一片幼嫩的小叶 b.载玻片中央滴一滴清水 c.幼嫩小叶放入水滴中 d.盖上盖玻片 ③观察:先在低倍镜下找到黑藻叶肉细胞,再用高倍镜观察。注意观察叶绿体随着细胞质流动的情况,仔细观察每个细胞中细胞质流动的方向是否一致 4、实验材料及选材原因 实验 观察叶绿体 观察细胞质的流动 选材 藓类叶片 菠菜叶稍带叶肉的下表皮 新鲜的黑藻 原因 叶片薄，仅有一两层叶肉细胞，可以取整个小叶直接用来制作临时装片 接近下表皮处为海绵组织，细胞排列疏松，易撕取，且所含叶绿体数目少，体积大，便于观察 黑藻幼嫩的小叶扁平且只有一层细胞，含有较多的叶绿体，且叶绿体体积大，易观察 知识点三 分泌蛋白的合成和运输 1．分泌蛋白 (1)概念：在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋白质。 (2)举例：消化酶、抗体和一部分激素等。 2．分泌蛋白的合成、加工与运输 (1)研究方法：同位素标记法。 ①定义：用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向。 ②作用：用于示踪物质的运行和变化规律。 ③具有放射性的同位素：14C、32P、3H、35S等。 不具有放射性的同位素：15N、18O等。 (2)分泌蛋白形成过程 知识点四 细胞的生物膜系统 1．概念：由细胞膜、细胞器膜和核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。 2．特点 (1)各种生物膜的组成成分和结构很相似。 ①组成成分联系 a．相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都主要由蛋白质和脂质组成。 b．差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异，功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类和数量越多。 ②结构上联系 (2)在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合。例如：分泌蛋白的形成。 3．功能 (1)细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性的作用。 (2)许多重要的化学反应需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点。 (3)细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，使细胞内能同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。 补充与拓展 1、进行有氧呼吸的细胞一定含有线粒体吗？ 不一定。例如：好氧细菌。 2、并不是所有真核细胞都存在线粒体，如肠道中蛔虫无线粒体。 3、根据叶绿体功能，是否可以说所有植物细胞都含有叶绿体？根据初中所学知识，说出你的原因。 不是。叶绿体主要分布在植物的叶肉细胞、保卫细胞和幼嫩茎中，而植物根尖细胞是不含有叶绿体的。 4、只有含有叶绿体的生物才能进行光合作用，这句话对吗？说出原因。 不正确。如蓝细菌不含叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素以及与光合作用有关的酶，也能进行光合作用。 5、线粒体和叶绿体有哪些相同点？ ①都有双层膜；②都含有少量DNA和RNA；③都与能量转换有关。 6、由于真菌中也存在内质网和高尔基体，但哺乳动物成熟红细胞等无内质网和高尔基体，所以内质网和高尔基体存在于几乎所有真核细胞中。 7、植物细胞的高尔基体还负责合成和分泌组成细胞壁的纤维素。 8、液泡中含有的色素与叶绿体中含有的色素相同吗？ 不同。液泡中含有的色素主要是花青素，是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一，叶绿体中含有的色素为叶绿素和类胡萝卜素，可以参与进行光合作用。 9、细胞膜是系统的边界，而不是细胞壁，尝试推测原因？ 细胞壁具有全透性，不能控制物质进出，不作为系统边界。 10、细菌细胞壁成分是什么？ 主要是肽聚糖。 11、有人认为，原核细胞内不存在由膜构成的各种结构复杂的细胞器，因此不能作为独立的生命单位存在，你认为这个观点正确吗？ 不正确。原核细胞虽然没有由膜结构构成的复杂的细胞器，但具有相应功能的膜结构，如可通过细胞膜和细胞内相应的物质完成呼吸作用，有的还可通过质膜向内折叠形成的光合膜来完成光合作用，原核细胞虽然没有由核膜包被的细胞核，但它的拟核区的DNA仍可控制细胞的代谢及遗传，因此原核细胞可以作为独立的生命单位。 12、选择藓类叶片观察叶绿体的原因？ 藓类叶片很薄，仅有一两层叶肉细胞，可以取整个小叶直接制片，且其细胞中的叶绿体大，数量少，便于观察。 13、取菠菜叶时为什么选取其稍带些叶肉的下表皮？ 菠菜叶下表皮细胞没有叶绿体，下表皮附近的叶肉细胞排列疏松，易撕取，含叶绿体数目少，且个体大。 14、供观察用的黑藻事先放在光照、室温下培养的原因是什么？ 15、若视野中某细胞的细胞质的流动方向为顺时针，则该细胞的细胞质的实际流动方向是怎样的？ 顺时针。 16、与细胞器有关的七个“不一定” (1)没有叶绿体的细胞不一定就是动物细胞，如植物根尖细胞也不含叶绿体。 (2)没有大液泡的细胞不一定就是动物细胞，如植物根尖分生区细胞没有大液泡。 (3)有中心体的细胞不一定就是动物细胞，如低等植物细胞也含有中心体。 (4)同一生物不同细胞的细胞器种类和数量不一定相同，如洋葱根尖细胞无叶绿体。 (5)同一细胞的不同发育时期细胞器种类和数量不一定相同，如哺乳动物红细胞随着不断成熟，细胞器逐渐退化。 (6)能进行有氧呼吸的细胞不一定含线粒体，如需氧型细菌等原核生物，细胞内无线粒体，能进行有氧呼吸，其有氧呼吸主要在细胞膜上进行。 (7)能进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝细菌属原核生物，细胞内无叶绿体，但能进行光合作用，完成光合作用的场所是细胞质。 17、特殊细胞中的细胞器 (1)哺乳动物成熟的红细胞——没有细胞核和各种细胞器，只能进行无氧呼吸。 (2)蛔虫的体细胞——没有线粒体，只能进行无氧呼吸。 (3)根尖分生区细胞——没有叶绿体、大液泡，具有分裂能力。 (4)具有分裂能力或代谢旺盛的细胞(包括癌细胞)——核糖体、线粒体的数量较多。 (5)分泌腺细胞——内质网、高尔基体的数量较多。 (6)原核细胞——只有核糖体一种细胞器。 第3节 细胞核的结构和功能 基础知识 知识点一 细胞核的功能 1．细胞核的分布：除了高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。 2．细胞核功能的实验探究 (1)实验一：黑白美西螈核移植实验 实验结论：美西螈皮肤颜色是由细胞核控制的，证明细胞核是遗传的控制中心。 (2)实验二：蝾螈受精卵横缢实验 ①实验现象：受精卵横缢后A部分无细胞核，停止分裂；B部分有细胞核，能分裂。从B部分向A部分挤入一个细胞核后，A部分有细胞核，细胞会开始分裂，但会发育得慢一些。 ②实验结果：细胞核控制着细胞的分裂、分化。 ③实验结论：细胞核是生命活动的控制中心。 (3)实验三：变形虫切割实验 ①实验现象：A结果：不能摄食，对外界刺激不再发生反应，电镜下可以观察到退化的高尔基体和内质网等； B结果：照样摄食、对刺激仍有反应，失去的伸缩泡可以再生，还能生长和分裂； C结果：与A结果相同； D结果：各种生命活动恢复。 ②实验结果：变形虫的摄食、应激性及生长和分裂等各项生命活动都离不开细胞核。 ③实验结论：细胞核是细胞生命活动的控制中心。 (4)实验四：伞藻嫁接、核移植实验 实验结论：伞藻“帽”的形状由细胞核控制，证明了细胞核是遗传的控制中心。 3．功能结论 细胞核控制着细胞的代谢和遗传。 知识点二 细胞核的结构 1．结构 (1)核膜 ①结构：双层膜(外膜和内膜)。 ②功能：把核内物质与细胞质分开。 (2)核孔 ①位置：位于核膜上。 ②功能：实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。 (3)核仁 功能：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。 (4)染色质 ①组成：主要由DNA和蛋白质组成。 ②功能：染色质是DNA的载体，DNA是遗传信息的载体。 ③形态：极细的丝状物。 ④特点：易被碱性染料染成深色。 ⑤与染色体关系：a.染色质染色体； b．染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。 2．细胞是一个统一的整体 (1)细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧。 (2)各组分之间分工合作成为一个统一的整体，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。 (3)细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。 知识点三 建构模型 1．概念：模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。 2．类型：物理模型、数学模型、概念模型 3．实例：沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型就是物理模型，它形象而概括地反映了DNA分子结构的共同特征。 4．探究·实践：尝试制作真核细胞的三维结构模型。 (1)目的要求 ①尝试制作真核细胞的三维结构模型。 ②体验建构模型的过程。 (2)材料用具：根据模型种类选取材料用具。 (3)建立模型 a.确定制作模型的种类、规格 b.确定使用的材料用具 c.确定制作模型的实施过程和具体分工 d.完成模型的制作 e.检查、修补存在的缺陷 (4)表达和交流：对各小组模型进行评价。 补充与拓展 1、蝾螈受精卵横缢实验是如何设置对照实验？ 既设置了相互对照，又设置了自身前后对照。 2、实验三还能说明什么？为证明这一结论还需要补充什么实验？ 细胞只有保持结构的完整性，才能完成正常的生命活动。还需补充去掉细胞质后的细胞核，观察是否能独立生存，若不能独立生存，则也说明细胞只有保持完整才能完成正常的生命活动。 3、伞藻实验中为什么要设计伞藻核移植实验？ 伞藻核移植实验可排除假根中其他物质的影响，是对嫁接实验的有效补充。 4、细胞核是细胞代谢的中心吗？ 不是。细胞核是细胞代谢的控制中心，细胞质基质是细胞代谢的主要场所。 5、细胞核的外膜与内质网相连，附着有许多核糖体。 6、核膜是选择透过性膜。 7、RNA、蛋白质等大分子物质进出细胞核时穿过几层磷脂分子？ 0。 8、细胞中核糖体的形成都与核仁有关吗？ 不一定，原核细胞有核糖体无核仁。 9、电镜下拍出的细胞亚显微结构的照片是真实的，不是物理模型。 10、不是所有物质进出细胞核都要通过核孔，核孔是蛋白质、RNA等大分子进出细胞核的通道，小分子物质可通过核膜进出细胞核，DNA就不能通过核孔进入细胞质中。 11、核孔的数量、核仁的大小与细胞代谢有关，如代谢旺盛、蛋白质合成量大的细胞中，核孔数量多，核仁较大。 12、核仁不是遗传物质的储存场所，细胞核中的遗传物质分布在染色体（染色质）上。 13、有些细胞不只具有一个细胞核，如双小核草履虫有两个细胞核，人的骨骼肌细胞中有多个细胞核。有些真核细胞不具有细胞核，如哺乳动物成熟的红细胞。 第四章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 基础知识 知识点一 渗透作用 1．渗透作用概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 2．渗透作用的原理 (1)漏斗管内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。 (2)发生渗透作用的液面高度差H不会一直升高的原因：长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也会随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等，因此，液面就不再升高了。 (3)纱布代替玻璃纸，液面不会上升的原因：纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过。 (4)清水换成同样浓度的蔗糖溶液，液面不会上升的原因：半透膜两侧浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数等于渗出的水分子数。 (5)渗透方向：水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。 3．渗透作用发生的条件 (1)具有半透膜。 (2)膜两侧溶液具有浓度差。 知识点二 水进出动物细胞的原理 1．实验材料：哺乳动物的红细胞、不同浓度的氯化钠溶液。 2．现象 (1)当外界溶液的浓度<细胞质的浓度，细胞吸水膨胀。 (2)当外界溶液的浓度>细胞质的浓度，细胞失水皱缩。 (3)当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度，细胞形态不变。 3．结论 (1)水进出动物细胞的原理是渗透作用。 (2)动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜。 知识点三 水进出植物细胞的原理 1．植物细胞结构与动物细胞的区别 (1)植物细胞具有细胞壁：具有全透性；伸缩性小。 (2)成熟的植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。 (3)水进出植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。原生质层指细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 2．探究植物细胞的吸水和失水 (1)提出问题：水分子进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？ (2)作出假设：原生质层相当于半透膜。 (3)实验设计思路 ①若假设成立，则外界溶液浓度＞细胞液浓度——导致渗透失水；外界溶液浓度<细胞液浓度——导致渗透吸水。 ②观察到细胞失水和吸水的状态需用仪器为显微镜；材料为紫色洋葱鳞片叶的外表皮，原因：具有中央液泡且具有颜色好观察；试剂为质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。 ③预测结果 细胞失水：中央液泡变小，紫色加深，原生质层与细胞壁逐渐分离； 细胞吸水：中央液泡逐渐变大，紫色变浅，原生质层紧贴细胞壁。 (4)实验过程 (5)实验结果 外界溶液 中央液泡大小 颜色 原生质层位置 细胞大小 蔗糖溶液 逐渐变小 紫色逐渐加深 与细胞壁逐渐分离 基本不变 清水 逐渐变大 紫色逐渐变浅 与细胞壁逐渐紧贴 基本不变 (6)实验结论 ①植物细胞的原生质层相当于半透膜。 ②植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 ③当细胞液浓度<外界溶液浓度时，细胞失水，由于原生质层伸缩性大于细胞壁，发生质壁分离。 ④发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度>外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原。 3．注意事项 (1)实验成功的关键之一是实验材料的选择 ①选择的实验材料必须是新鲜的洋葱，以保证细胞膜具有选择透过性，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会出现质壁分离及复原现象。 ②要用含有大液泡的植物细胞。 ③细胞液应有颜色，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察。 (2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作，通过前后对比观察某个细胞的吸水和失水情况。 (3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜 过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡，不能发生质壁分离复原现象。 知识点四 自由扩散和协助扩散 1．被动运输 (1)概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。 (2)类型：自由扩散和协助扩散。 2．自由扩散和协助扩散 (1)自由扩散 ①定义：指物质通过简单的扩散作用进出细胞的物质扩散方式，用图中A表示。 ②实例：O2、CO2等；脂溶性小分子有机物：如甘油、乙醇、苯等。 ③条件 方向：从高浓度一侧到低浓度一侧 转运蛋白：不需要转运蛋白 能量：不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量 (2)协助扩散 ①定义：指借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，用图中的B表示。 ②实例：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等。 ③类型（根据转运蛋白分类） a.载体蛋白类：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生自身构象的改变 b.通道蛋白类：只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，分子或离子不需要与通道蛋白结合 实例：水分子可以借助水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞；细胞膜上的一些无机盐离子的通道蛋白 ④条件 方向：高浓度一侧到低浓度一侧 转运蛋白：需要转运蛋白 能量：不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量 3．被动运输的影响因素 (1)自由扩散与协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率。 (2)协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 补充与拓展 1、当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？ 不相等。当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。 2、扩散和渗透的区别与联系？ 扩散是指某物质从浓度高的地方向浓度低的地方移动的过程；渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透需要半透膜，是扩散的一种特殊形式。 3、温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。 温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率，设计渗透装置三组，分别在烧杯外水浴加热、加冰、不作处理，记录相同时间内的液面变化情况(或相同液面变化所需时间)。 4、当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 不一定，若外界溶液浓度只略低于细胞质的浓度，红细胞只吸收少量水不会涨破。 5、输液时使用质量分数为0.9%生理盐水的原因？ 质量分数为0.9%生理盐水与细胞质的浓度相同，水进出细胞速率相同，可维持细胞形态。 6、若为无色成熟植物细胞能否完成实验？ 能，无色成熟植物细胞有细胞壁和大液泡，可进行该实验，但应使用带颜色的外界溶液以便于实验观察。 7、若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现什么现象？原因是什么？ 若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现先发生质壁分离再自动复原的现象，因为这些物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。 8、同一种物质进出不同细胞的方式相同吗？ 不一定相同。如水进出细胞的方式可能是自由扩散也可能是协助扩散。 9、除物质浓度差和转运蛋白的数量之外，还有没有其他影响被动运输速率的因素？ 有，例如：温度通过影响生物膜的流动性影响被动运输的速率。 10、有关渗透作用的三个易错点 (1)水的运输特点：水分子通过半透膜的扩散都是双向进行的，但由低浓度向高浓度一侧扩散速率更快。 (2)渗透平衡的实质：渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。 (3)溶液浓度：指的是物质的量浓度(单位体积中微粒的多少)，不是质量分数。 11、判断细胞是否发生质壁分离和复原的方法 (1)从细胞角度分析 ①死细胞、动物细胞、未成熟植物细胞不发生质壁分离。 ②具有中央大液泡的成熟植物细胞能发生质壁分离。 (2)从溶液角度分析 ①若溶质分子不能穿膜，在一定浓度的该种溶液中细胞只发生质壁分离，不能自动复原。 ②若溶质分子能穿膜，在一定浓度的该种溶液中，细胞先发生质壁分离，后自动复原，如一定浓度的KNO3溶液。 ③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离，但细胞会因过度失水而死亡，不再发生质壁分离复原。 12、质壁分离与复原应用 (1)判断植物细胞的死活 待测细胞＋蔗糖溶液发生质壁分离→活细胞；不发生质壁分离→死细胞 (2)测定细胞液浓度的范围 待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。 (3)比较不同植物细胞的细胞液浓度 不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。 (4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液) 成熟植物细胞+不同种类溶液只发生质壁分离→蔗糖溶液；质壁分离后自动复原→KNO3溶液 13、影响自由扩散的曲线及因素 14、影响协助扩散的因素及曲线 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 基础知识 知识点一 主动运输 1．概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。 2．过程 (1)K＋、Na＋和Ca2＋等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先与膜上载体蛋白的特定部位结合，一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。 (2)离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来。 (3)载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 3．特点 (1)逆浓度梯度运输。 (2)需要能量。 (3)需要载体蛋白的协助。 4．实例：小肠绒毛上皮细胞对Na＋、K＋、葡萄糖、氨基酸等的吸收。 5．生理意义：通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。 6．影响因素 (1)细胞外物质浓度。 (2)载体蛋白。 (3)能量。 知识点二 胞吞与胞吐 1．概念 (1)胞吞：大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。 (2)胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。 2．实例 (1)胞吞：变形虫摄食、吞噬细胞吞噬细菌等。 (2)胞吐：乳腺细胞合成蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成蛋白质类激素、消化腺细胞分泌消化酶的过程。 3．特点 (1)需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 (2)需要细胞膜上特定蛋白质的识别。 (3)依靠细胞膜的流动性。 4．总结(课本P72正文最后一段) (1)除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白，这又一次体现了蛋白质是生命活动的承担者。 (2)一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此，细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。 (3)像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。 知识点三 物质进出细胞方式的比较 方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐 自由扩散 协助扩散 运输 方向 高浓度→低浓度 低浓度 ↓ 高浓度 细胞外 ↓ 细胞内 细胞内 ↓ 细胞外 是否需要 蛋白质 不需要 需要 需要 需要 需要 能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗 消耗 模型 举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯 红细胞吸收葡萄糖、H2O通过通道蛋白的运输 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、无机盐、氨基酸等 白细胞吞噬病菌 分泌蛋白的分泌 补充与拓展 1、主动运输有关的细胞器有哪些？ 线粒体——能量；核糖体——载体蛋白。 2、对主动运输有关曲线图的分析。 (1)分析三组曲线图中P点前的影响因素分别是什么？P点后的影响因素又是什么？ (2)分析图B和图C两曲线不同的原因。 提示：(1)图A中，P点之前运输速率主要受物质浓度影响，P点之后受膜上载体蛋白数量或能量的限制。图B中，P点前受氧气浓度的影响，P点后受膜上载体蛋白数量的限制。图C中，P点之前运输速率受能量的影响，P点之后受载体蛋白数量的限制。 (2)图B起点在横轴上方，此时无O2供应，有机物分解不彻底，释放的能量较少。 3、胞吞、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？ 细胞膜结构的流动性是胞吞、胞吐的基础；胞吞、胞吐过程中膜的变形本身也体现了膜的流动性。 4、通过胞吞和胞吐进出细胞的物质需要穿越几层膜？原因？ 0层。胞吞和胞吐是借助于膜的融合完成的，并没有穿过膜。 5、RNA和蛋白质等大分子物质进出细胞核属于胞吞、胞吐吗？ 不属于。RNA和蛋白质等大分子物质是通过核孔进出细胞核的，而不是通过胞吞、胞吐方式。 6、快速判断物质进出细胞的方式 (1)结合实例直接进行判断。 (2)根据物质运输方式所需条件进行判断。 (3)根据运输方向判断：逆浓度梯度的跨膜运输方式一定是主动运输；被动运输一定是顺浓度梯度的跨膜运输。 第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶 基础知识 知识点一 酶在细胞代谢中的作用 1．细胞代谢 (1)场所：细胞内。 (2)实质：各种化学反应的统称。 (3)意义：细胞生命活动的基础。 2．实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)实验目的 比较过氧化氢在不同条件下的分解快慢，了解过氧化氢酶的作用。 (2)实验原理：新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算，质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。 (3)实验材料：质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液，新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的FeCl3溶液。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。 (4)实验过程及结果 实验过程 试管编号 1 2 3 4 H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 条件 不处理 90 ℃左右水浴加热处理 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液 气泡 基本无 少 较多 很多 结果 点燃的卫生香 — — 复燃性较强 复燃性很强 (5)实验结论：1号和2号试管实验结果对比，说明升高温度能加快过氧化氢分解速率；1号和3号试管实验结果对比，说明无机催化剂FeCl3具有催化作用；1号和4号试管实验结果对比，说明酶具有催化作用；4号试管与3号试管的现象不同，说明与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率更高。 3．科学方法——控制变量和设计对照实验 (1)实验中的变量 含义 上述实验中实例 自变量 实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素 温度、催化剂 因变量 因自变量的改变而变化的变量 过氧化氢分解速率 无关 变量 除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素；无关变量应当始终保持相同 反应物浓度、反应时间等 (2)对照实验 ①含义：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。 ②分组：对照组(1号试管)和实验组(2号、3号、4号试管)。本实验的对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。 4．酶的作用原理 (1)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。 (2)原理：酶可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 (3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 知识点二 酶的本质 1．探索过程 (1)1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。 (2)巴斯德之前：认为发酵是纯化学过程，与生命活动无关。 (3)争论 巴斯德法国1857年提出：只有活酵母菌细胞参与才能进行发酵 李比希德国认为：酵母菌细胞死亡裂解后释放出某些物质，引起发酵 (4)毕希纳(德国)：发现酵母菌细胞的提取液也能使糖液变成酒，他将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶。 (5)萨姆纳(美国)：1926年采用丙酮作溶剂的提取液提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了其化学本质是蛋白质。 (6)切赫和奥尔特曼(美国)：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能。 2．酶的概念 (1)合成场所：活细胞内。 (2)化学本质：具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。 知识点三 酶的高效性和专一性 1．酶的高效性 (1)含义：酶的催化效率比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的107～1013倍。 (2)意义：可以使生命活动更加高效地进行。 2．酶的专一性 (1)无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。 (2)酶专一性含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。例：过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解。脲酶只能催化尿素分解。 (3)酶专一性意义：使细胞代谢有条不紊地进行。 (4)探究酶专一性实验的设计思路 思路 自变量 因变量 思路一：通过改变底物种类，验证酶的专一性 底物种类 底物是否分解 思路二：通过改变酶的种类，验证酶的专一性 酶的种类 底物是否分解 (5)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 ①实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。 ②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 ③实验步骤(思路一)： a．取两支洁净的试管，编上号，然后按照下列要求操作 步骤 试管1 试管2 第一步：注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 第二步：注入蔗糖溶液 － 2 mL 第三步：注入新鲜淀粉酶溶液 2 mL 2 mL b．轻轻振荡两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5 min。 c．取出两支试管，各加入2 mL斐林试剂(边加入试剂，边轻轻振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀)。 d．将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1 min。 e．观察两支试管内的溶液颜色变化。 ④实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉有水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有水解。 ⑤实验结论：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。 知识点四 影响酶活性的条件 1．酶活性 (1)定义：酶催化特定化学反应的能力。 (2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 2．探究温度对酶活性的影响 (1)提出问题：温度对酶的活性会产生怎样的影响？ (2)作出假设：最适温度下酶的活性最高。 (3)设计实验 ①材料：宜选用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响。 ②实验设计思路(包括自变量、如何控制自变量、因变量、如何检测因变量、怎样对无关变量进行控制、对照实验 自变量 温度 控制自变量 将装有等量酶的试管分别放入装有冰块、热水和37 ℃的水的烧杯中，进行对照实验 因变量 淀粉是否水解 检测因变量 碘液检测溶液是否变蓝 对无关变量进行控制 溶液的量以及试管洁净度等保持相同 ③预期结果：热水和冰块里的淀粉酶没有分解淀粉，发生蓝色反应，37 ℃的水里的淀粉酶分解淀粉，无明显颜色反应。 (4)进行实验(以唾液淀粉酶的催化作用为例) 步骤及结果 试管 1 2 3 4 5 6 1 2 mL淀粉溶液 ＋ ＋ ＋ 1 mL淀粉酶溶液 ＋ ＋ ＋ 2 分别保温5 min 冰浴 水浴，60 ℃ 沸水浴 3 将试管2中的溶液倒入试管1中混合 将试管4中的溶液倒入试管3中混合 将试管6中的溶液倒入试管5中混合 4 分别保温2 min 冰浴 水浴，60 ℃ 沸水浴 用自来水冲凉 5 加入2滴碘液，观察颜色变化 实验结果 变蓝 不变色 变蓝 (5)实验结果：热水和冰块的两组实验结果：呈现蓝色，37 ℃的水组实验结果：无明显颜色反应。 (6)实验结论：酶的作用需要适宜的温度，温度偏高或偏低都会影响酶的活性，使酶活性降低。 （7）注意事项 ①酶和淀粉混合前，务必各自在设定的温度保温5 min，不能混合后再保温。因为一旦混合，二者即快速完成反应。 ②不宜选用斐林试剂检测还原糖的生成，因为加热会改变反应体系的温度，从而给实验引入额外的变量。 ③在100 ℃高温下，直链淀粉的螺旋结构被破坏，不能与碘形成蓝色络合物，遇碘不变蓝。因此，100 ℃(沸水浴)反应管在完成反应后，先在自来水下冲凉，然后加入碘液检测淀粉含量。同时也可防止碘液在高温下蒸发而影响实验效果。 3．探究pH对酶活性的影响 (1)提出问题：pH对酶的活性会产生怎样的影响？ (2)作出假设：最适pH下酶的活性最高。 (3)设计实验 ①材料：宜选用过氧化氢和肝脏研磨液探究pH对酶活性的影响。 ②实验设计思路(包括自变量、如何控制自变量、因变量、如何检测因变量、怎样对无关变量进行控制、对照实验) 自变量 pH 控制自变量 将等量的氢氧化钠、盐酸和pH=7的缓冲液分别放入装有等量酶的试管中，进行对照实验 因变量 过氧化氢的分解速率 检测因变量 观察气泡产生的情况(或插入卫生香，观察复燃情况) 对无关变量进行控制 溶液的量以及试管洁净度等保持相同 ③预期结果：氢氧化钠和盐酸两组无明显气泡产生(或卫生香不复燃)，pH=7的缓冲液组有大量气泡产生(或卫生香复燃)。 (4)进行实验 步骤 试管1 试管2 试管3 第一步 加入2滴肝脏研磨液 第二步 1 mL pH=7的缓冲液 1 mL盐酸溶液 1 mL NaOH溶液 第三步 加入2 mL H2O2溶液 第四步 观察气泡生成速率(或插入卫生香，观察复燃情况) (5)实验结果：氢氧化钠和盐酸两组实验结果：无明显气泡产生(或卫生香不复燃)，pH＝7的缓冲液组实验结果：有大量气泡产生(或卫生香复燃)。 (6)实验结论：酶的作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会使酶活性降低。 （7）注意事项 ①本实验不能选择淀粉和淀粉酶进行探究。因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。 ②需要事先在肝脏研磨液中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应即已结束。 4．通过实验可以看出，溶液的温度和pH都对酶活性有影响。与无机催化剂比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 知识点五 酶的作用条件较温和 1．温度对酶活性的影响 (1)曲线分析 ①在最适温度条件下，酶的活性最高(如B点)。温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 ②低温(如A点)影响酶的活性，但不会使酶的空间结构遭到破坏，温度升高后，酶仍能恢复活性。但高温(如C点)会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。 ③酶制剂适宜在低温下保存。 (2)各类生物的最适温度 动物体内的酶最适温度在35～40 ℃；植物体内的酶最适温度在40～50 ℃；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70 ℃。 2．pH对酶活性的影响 (1)曲线分析 ①在最适pH条件下，酶活性最高(如E点)。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。 ②过酸(如D点)、过碱(如F点)都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 (2)各类生物的最适pH 动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶比较特殊(最适pH为1.5)；植物体内的酶最适pH大多在4.5～6.5。 3．细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，除了与酶的特性有关，还与酶在细胞中的分布有关。植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。 补充与拓展 1、加热处理促进过氧化氢分解的原理是什么？ 加热使过氧化氢分子得到了能量，相当于提供了活化能。 2、酶与无机催化剂的共同点 (1)只改变化学反应速率，不改变化学反应的方向。 (2)不为化学反应提供物质和能量，本身不被消耗。 (3)降低化学反应的活化能，使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。 3、酶 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体 细胞核(真核生物) 作用场所 细胞内、外或生物体内、外均可 来源 一般来说，活细胞都能产生酶 生理功能 具有生物催化作用 作用原理 降低化学反应的活化能 4、根据前面所说酶的知识，如何设计实验证明酶的高效性，尝试写出实验自变量、因变量以及实验思路？ ①自变量：催化剂种类。 ②因变量：底物分解速率。 ③实验思路 实验组：底物＋生物催化剂(酶)→底物分解速率(或产物形成的速率) 对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物形成的速率) 5、在探究酶的专一性实验中（用蔗糖、淀粉、淀粉酶进行探究），能否使用碘液来进行颜色鉴定？ 不能。因蔗糖无论是否水解都不会与碘液产生特定颜色。 6、在探究温度对酶活性影响的实验中，能否选用过氧化氢和过氧化氢酶进行探究？ 不能。因为过氧化氢在不同温度下有不同的分解速率(高温下自身分解)，给实验引入额外的变量。 8、在探究pH对酶活性影响的实验中，能否选择淀粉和淀粉酶进行探究？ 不能。因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。 9、持续发烧不退有时会危及人的生命，你知道其中的原因吗？ 酶的影响因素发生很小的变化时，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37 ℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应就不能正常进行了。 10、影响酶活性的最适宜条件是固定的吗？ 酶催化反应时，酶不同，其最适pH不同，最适温度不同，但特定的酶最适值为定值。 11、在最适的pH或温度下反应一定能进行吗？ 不一定。例如在最适pH条件下，将温度调至100 ℃，那么即使在最适pH时，多数酶也会丧失活性，反应不能进行。 12、影响酶促反应速率的因素有哪些？它们是怎样影响酶促反应速率的？ 【注：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。抑制剂使酶活性下降。抑制剂的作用机制分两种：可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。】 13、胞内的各类化学反应能有序进行的原因有哪些？ ①酶具有专一性，使细胞代谢有条不紊地进行。 ②酶具有高效性，可以使生命活动更加高效地进行。 ③酶的作用条件较温和，与细胞内环境相适应。 ④与酶在细胞中的分布有关。如光合作用有关的酶和呼吸作用有关的酶分别分布在细胞不同的区室，两反应互不干扰。 14、酶促反应曲线分析策略 (1)一看横纵坐标。横坐标是自变量，纵坐标是因变量。曲线表示纵坐标随横坐标的变化而变化。 (2)二看曲线变化。分析同一条曲线升、降或平的变化。 (3)三看特殊点。特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等五点，理解特殊点的意义。 (4)四看坐标系中有几条曲线。当有多条曲线时，应从两个方面分析： ①当横坐标相同时，对应的纵坐标之间的关系； ②当纵坐标相同时，对应的横坐标之间的关系。 15、探究实验中控制变量的科学方法 A.酶的高效性实验 (1)变量控制 自变量 温度、催化剂 控制自变量 加热、加FeCl3、加新鲜的肝脏研磨液 因变量 过氧化氢分解速率 检测因变量 气泡量、带火星卫生香复燃情况 对无关变量进行控制 反应物浓度、反应时间等 (2)拓展思路 项目 实验组 对照组 材料 等量的同一种底物 试剂 与底物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂 现象 反应速率快或反应用时短 反应速率慢或反应用时长 结论 酶具有高效性 (3)曲线分析 ①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 ②酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。 B.酶的专一性实验 (1)变量控制 自变量 底物种类 控制自变量 淀粉、蔗糖 因变量 淀粉和蔗糖分解情况 检测因变量 加入斐林试剂，水浴加热后溶液颜色变化 对无关变量进行控制 反应物浓度、反应时间等 (2)拓展思路 思路 自变量 因变量 思路一：通过改变底物种类，验证酶的专一性 底物 种类 底物是 否分解 思路二：通过改变酶的种类，验证酶的专一性 酶的 种类 底物是 否分解 (3)相关图像和曲线分析 17、探究影响酶活性因素的实验 实例1：探究温度对淀粉酶活性的影响 (1)变量控制 自变量 温度 控制自变量 将装有等量酶和淀粉的试管分别放入装有冰块、沸水和60 ℃的水的烧杯中，进行对比实验 因变量 淀粉是否水解 检测因变量 碘液检测溶液是否变蓝 对无关变量进行控制 溶液的量以及试管洁净度等 (2)拓展思路 实例2、探究pH对过氧化氢酶活性的影响 (1)变量控制 自变量 pH 控制自变量 将等量的氢氧化钠、盐酸和pH＝7的缓冲液分别放入装有等量酶的试管中，进行对比实验 因变量 过氧化氢的分解速率 检测因变量 观察气泡产生的情况或插入带火星的卫生香，观察复燃情况 对无关变量进行控制 过氧化氢的量以及试管洁净度等 (2)拓展思路 (3)曲线解读 18、酶活性：酶催化特定化学反应的能力 表示方法：单位时间内产物的生成量；单位时间内反应物（底物）的减少量；达到平衡点所用的时间等 19、锁钥学说和诱导契合模型 锁钥学说模型 模型图解 反应物(S) 酶与反应物严格互补 模型解读 只有与酶的活性部位结构相吻合的反应物才能被催化，能解释酶的专一性特点，但不能解释一种酶催化多种反应物的现象 诱导契合学说模型 模型图解 酶变形以适合反应物 模型解读 酶的活性部位与反应物在结构上不是完全吻合的，而是结合后构象发生一定变化，催化反应完成后，酶的活性部位结构恢复原状，能解释一种酶催化多种反应物的现象 20、竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂 曲线 竞争性抑制剂 模型图解 模型解读 ①竞争性抑制剂和反应物分子结构相近，通过与酶的活性部位结合而“阻碍”反应物与酶的结合，如图2 ②可通过增大反应物浓度来缓解抑制剂的抑制作用，如图1中②曲线 非竞争性抑制剂 模型图解 模型解读 ①非竞争性抑制剂与反应物分子结构不同，不能与酶的活性部位结合，而与酶的非活性部位结合，引起酶的活性部位结构(即酶的空间结构)发生改变， “阻碍”反应物与酶结合，如图3 ②增大反应物浓度不会缓解非竞争性抑制剂的抑制作用，如图1中③曲线 第2节 细胞的能量“货币”ATP 基础知识 知识点一 ATP是一种高能磷酸化合物 1．中文名称：ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。 2．结构简式是A—P～P～P，其中A代表腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)，T代表“三”，P代表磷酸基团，“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。 3．元素组成：C、H、O、N、P。 4．结构特点 (1)不稳定：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得“～”这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。 (2)高能量：1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 5．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 知识点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 1．转化过程 (1)ATP转化为ADP ①ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物——ADP(腺苷二磷酸)，脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为游离的磷酸(以Pi表示)。 ②反应式：ATPADP＋Pi＋能量。 (2)ADP转化为ATP ①在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP。 ②反应式：ADP＋Pi＋能量ATP。 2．转化过程中能量来源和去向 (1)ADP合成ATP的能量来源 ①绿色植物：既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。 ②动物、人、真菌和大多数细菌：均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。 (2)ATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。 3.相互转化特点 (1)ATP在细胞内的含量很少。 (2)ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。 (3)ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性。 4．ATP的利用 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。 ATP的利用：用于物质的主动运肌肉收缩、生物发电发光、大脑思考、物质合成等 5．ATP供能机制 (1)ATP为主动运输提供能量的过程 ①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。 ②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。 ③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。 (2)ATP供能机制 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。 6．ATP是细胞内流通的能量“货币” (1)细胞内的化学反应分为吸能反应和放能反应 ①吸能反应是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。 ②放能反应是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。 (2)ATP是细胞内流通的能量“货币” 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，及时而持续地满足细胞各项生命活动对能量的需求。 补充与拓展 1、ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？ ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。 2、ATP、ADP之间的相互转化过程是可逆的吗？ 不是可逆的。ATP转化成ADP和ADP转化为ATP时所需要的酶是不同的，所需能量来源也不同，所以不可逆。 3、ATP在细胞内的含量是很少的，每一时刻储存在人体内的ATP、ADP的总含量不到1 g，而一个正常成年人在静止状态下24 h，将有40 kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的？ ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。 4、如何理解载体蛋白磷酸化伴随能量转移？ ATP水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与载体蛋白结合，这一磷酸化过程就是获能的过程，获能实际是势能转化为动能，从而使载体蛋白空间结构和活性发生变化，实现蛋白质运动，或者带动离子的位置与亲和力的改变，实现离子的主动运输。 5、生物体内的能源物质总结 (1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。 (2)主要能源物质：糖类。 (3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。 (4)主要储能物质：脂肪。 (5)直接能源物质：ATP。 (6)最终能量来源：太阳能。 细胞中能直接供能的物质除ATP外，还有CTP（胞苷三磷酸）、GTP（鸟苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）等 6、ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不可等同于能量。 7、ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。 8、ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。 9、ATP与ADP转化总处于“动态平衡”中，如剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加。 10、 第3节 细胞呼吸的原理和应用 基础知识 知识点一 细胞呼吸的方式 1．呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 2．细胞呼吸类型：有氧呼吸和无氧呼吸。 3．探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 (1)提出问题：酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生二氧化碳吗？酒精和二氧化碳是在什么条件下产生的？ (2)作出假设：酵母菌在有氧的条件下产生更多的二氧化碳；酵母菌在无氧条件下产生酒精和少量的二氧化碳。 (3)设计方案 ①材料选择 食用酵母菌、质量分数为5%的葡萄糖溶液、质量分数为10%的NaOH溶液、澄清石灰水、溴麝香草酚蓝溶液、重铬酸钾溶液、质量分数为95%～97%的浓硫酸溶液、锥形瓶等。 ②变量的分析和控制 自变量 氧气的有无 如何控制自变量 通入氧气(橡皮球或气泵用于控制有氧条件)；密闭 因变量 有无CO2产生，CO2产生的多少，有无酒精产生 因变量检测方法 CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据变色的时间长短来比较CO2的多少。 酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下发生化学反应，变成灰绿色 无关变量 温度、试剂用量等，要遵循等量原则 (4)实施方案 ①酵母菌培养液的配制：取20 g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500 mL)和锥形瓶B(500 mL)中。向锥形瓶A、B中分别加入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 ②连接装置 ③产物检测 注意：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 (5)实验结果和结论 观察项目 有氧呼吸装置 无氧呼吸装置 澄清石灰水出现混浊所需时间及混浊程度比较 短且混浊程度较大 长且混浊程度较小 溴麝香草酚蓝溶液变色情况比较 变黄且时间短 变黄且时间长 酸性重铬酸钾检验情况比较 不变色 由橙色变成灰绿色 实验结论 酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的CO2 在无氧条件下进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生少量的CO2 4.科学方法——对比实验 对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。在探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式活动中，有氧和无氧两种条件都是实验组，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。 知识点二 有氧呼吸 1．对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。 2．有氧呼吸的主要场所——线粒体 外膜：保证线粒体内部相对稳定 内膜：某些部位向线粒体内腔折叠形成-嵴,使内膜的表面积大大增加，膜上含有与有氧呼吸有关的酶 基质：嵴周围充满了液态的基质，基质中也含有与有氧呼吸有关的酶 3．有氧呼吸的总反应式 C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量 4．对有氧呼吸的三个阶段归纳 阶段 场所 物质变化 放能多少 第一阶段 细胞质基质 葡萄糖2丙酮酸＋4[H] 少量 第二阶段 线粒体基质 2丙酮酸＋6H2O6CO2＋20[H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 24[H]＋6O212H2O 大量 5．有氧呼吸的概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 6．有氧呼吸的能量转化 1 mol的葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ能量，其中977.28kJ储存在ATP中，1892.72kJ以热能形式散失 7．同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸特点： 有氧呼吸过程温和；有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；这些能量有相当一部分储存在ATP中。 知识点三 无氧呼吸 1．无氧呼吸场所：细胞质基质。 2．无氧呼吸的过程 (1)第一阶段(与有氧呼吸的第一阶段完全相同) 葡萄糖2丙酮酸＋4[H]＋少量能量 (2)第二阶段 丙酮酸酒精+CO2 丙酮酸乳酸 注：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，形成少量ATP。 3.无氧呼吸的总反应式可概括为两种 (1)无氧呼吸的乳酸途径 ①反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。 ②实例：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、动物和人剧烈运动时骨骼肌的肌细胞、哺乳动物成熟红细胞、乳酸菌等。 (2)无氧呼吸的酒精途径 ①反应式：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。 ②实例：水稻根、苹果果实等植物器官的细胞、酵母菌等。 4．无氧呼吸过程中的能量转化 只在第一阶段释放少量能量，释放的能量只有少部分储存在ATP种，大部分以热能的形式散失；其余大部分能量储存在酒精或者乳酸中 5．无氧呼吸概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 6．细胞呼吸 概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。 知识点四 细胞呼吸原理的应用 1．细胞呼吸原理的应用 (1)生活中的应用 ①包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。 ②破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，需及时到医院治疗。 ③提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。 ④生活中，馒头、面包、泡菜等许多传统食品的制作，现代发酵工业生产青霉素、味精等产品，都建立在对微生物细胞呼吸原理利用的基础上。 (2)生产中的应用 ①中耕松土、适时排水，是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长。 ②利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。 ③在储藏果实、蔬菜时往往需要降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗，延长保质期。 2.细胞呼吸的影响因素 (1)温度 ①曲线分析：温度主要是影响酶的活性，在一定温度范围内，呼吸作用强度随温度升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性降低甚至会变性失活，从而使呼吸作用强度减弱直至停止。 ②应用：生产上常利用这一原理在零上低温下储藏蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降低温度，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗；温水和面发酵快。 (2)O2浓度 ①O2浓度为0时，只进行无氧呼吸。 ②随O2浓度增大，无氧呼吸强度逐渐被抑制，有氧呼吸强度不断加强，但仍较弱，细胞呼吸强度较弱。 ③当O2浓度达到5%时，释放CO2最少，细胞呼吸强度最弱。 ④当O2浓度达到一定值(10%)后，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。 ⑤随O2浓度进一步增大，有氧呼吸强度先增强后基本不变(受呼吸酶数量等因素的影响)。 曲线整体分析 a. O₂浓度低时，无氧呼吸占优势。 b.随着O₂浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。 c.当O₂浓度达到一定值后，随O₂浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。 应用：a.中耕松土促进植物根部有氧呼吸。b.无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。 c.低氧仓储存粮食、水果和蔬菜 (3)CO2浓度 曲线图 原理和应用 原理：增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。这可以从化学平衡的角度进行解释 应用：储藏粮食时适当增大CO2浓度，可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗 (4)H2O浓度 曲线图 原理和应用 原理：在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强 应用：植物栽培要合理灌溉；将种子晒干，以减弱呼吸作用，有利于储藏 （5）遗传因素：遗传物质及表达情况不同导致酶的种类数量不同，进而影响呼吸速率 补充与拓展 1、配制葡萄糖溶液时，对葡萄糖溶液进行煮沸、冷却的目的？ 葡萄糖溶液煮沸的目的：加热杀死杂菌；排出葡萄糖溶液中溶解的氧气。 葡萄糖溶液煮沸后冷却的目的：防止酵母菌体内的酶高温下失活。 2、探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，甲组中NaOH的作用？间歇性通空气的原因？ NaOH的作用：吸收CO2，保证通入酵母菌培养液中的气体不含CO2，避免对实验结果的干扰。 间歇性通空气的原因：使NaOH充分吸收CO2，保证通入澄清石灰水的CO2为酵母菌产生。 3、探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，乙组中，B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因？ 让酵母菌将瓶中氧气耗尽，保证通入澄清石灰水的是无氧呼吸产生的CO2。 4、酿酒业常用的菌种是酵母菌，在利用酵母菌酿酒时，发酵池往往封入一部分空气，为什么？ 酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。 5、线粒体是进行有氧呼吸的必需条件吗？若不是，请举例说明。 不是，蓝细菌无线粒体也可进行有氧呼吸，具有有氧呼吸酶是进行有氧呼吸的必需条件。 6、有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？ 有氧呼吸的生成物CO2产生于有氧呼吸的第二阶段；有氧呼吸的生成物H2O产生于有氧呼吸的第三阶段。 7、有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？ 有氧呼吸过程中第一、二阶段均有[H]产生，其消耗发生在第三阶段，与氧气结合形成水。 8、有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？ 有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。 9、无氧呼吸有无[H]的积累？无氧呼吸第一阶段[H]的作用？ 没有。第一阶段产生的[H]参与第二阶段的反应。 10、剧烈运动后的肌肉酸疼是怎样造成的？ 剧烈运动，氧气供应不足，肌肉细胞无氧呼吸产生了乳酸，造成肌肉酸疼。 11、无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？ 无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，还有很大一部分能量存在于不彻底的氧化产物乳酸或酒精中。 12、病毒进行有氧呼吸还是无氧呼吸？ 病毒既不进行有氧呼吸，也不进行无氧呼吸。病毒是特殊的生物体，它所需要的ATP、合成蛋白质所需的氨基酸等物质全部从宿主细胞中获得。 13、细胞呼吸、呼吸作用和呼吸的区别？ 呼吸是指肺部CO2与O2进行气体交换的过程；细胞呼吸等同于呼吸作用，是指细胞内有机物氧化分解的过程。 14、包扎伤口时，选用透气纱布原因？ 抑制细菌无氧呼吸。 15、果实、蔬菜与种子储存条件有何不同？ 果实、蔬菜需零上低温、低氧、适宜水分；种子需要零上低温、低氧、干燥条件。 16、有氧呼吸与无氧呼吸比较 呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 场所 主要在线粒体内 在细胞质基质中 条件 氧气、多种酶 无氧气参与，需要多种酶 分解产物 葡萄糖彻底分解为CO2和H2O 葡萄糖的分解不彻底，形成乳酸或酒精和CO2 能量 释放大量能量 释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中 ATP产生阶段 有氧呼吸三个阶段均产生ATP 仅在第一阶段产生ATP 相同点 第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行 两种呼吸作用方式实质相同，都能够分解有机物，释放能量 17、判断细胞呼吸方式的三大依据 18、根据实验及现象进行判断 欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例) 实验结果预测和结论 实验现象 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 注意：①上述装置中，种子也可以换成酵母菌、绿色植物等。但是当换成绿色植物时，整个装置应该遮光处理，否则植物的光合作用会干扰装置中液滴的移动。②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对实验装置及所测种子进行消毒处理；为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。③装置一也可用来测定有氧呼吸速率，装置二可用来测定无氧呼吸速率。根据着色液滴单位时间内移动的距离即可计算呼吸速率。 19、细胞呼吸反应式中各物质间的关系比(以葡萄糖为呼吸底物) ①有氧呼吸:C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6。 ②无氧呼吸:C6H12O6∶CO2∶C2H5OH=1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3=1∶2。 ③消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量:有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和=3∶4。 ④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量:无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。 20、有氧呼吸与产酒精的无氧呼吸的数量关系 (1)消耗等量葡萄糖，有氧呼吸与无氧呼吸CO2 产生量的比为3：1 (2)产生等量CO2 ，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖量的比为1：3 (3) 有氧呼吸与无氧呼吸同时进行时 第4节 光合作用与能量转化 基础知识 知识点一 捕获光能的色素 1．光合作用意义：太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 2．叶片呈现绿色的原因：叶片中有绿色的色素。 3．实验：绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 实验 原理 提取色素 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中；色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素 分离色素 各种色素都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同；溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开 (2)实验步骤 (3)观察结果 滤纸条上色素带有四条，如下图所示： 结果分析： ①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 ②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽(色素含量最多)的是叶绿素a，色素带最窄(色素含量最少)的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽(含量稍多)。 ③色素带扩散速度与色素在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。溶解度最高的是胡萝卜素。 ④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。 4．绿叶中色素的吸收光谱 (1)光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 (2)吸收光谱：分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。 (3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 知识点二 叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体 (1)叶绿体的结构 ①结构 a外膜和b内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动；由c类囊体堆叠而成的d基粒，增大了膜面积 受光面积；基粒与基粒之间充满了e基质 ②色素及酶的分布 c类囊体膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的叶绿体基质中，e叶绿体基质中还含有少量DNA和RNA (2)分布：主要分布在植物的叶肉细胞内。 (3)功能：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 2．叶绿体功能的实验验证 (1)实验者：德国科学家恩格尔曼。 (2)实验过程及现象 资料1： ① ②紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 (3)实验结论 ①叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 ②叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。 (4)实验设计的巧妙之处 ①实验材料用水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 ②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 ③用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。 ④临时装片完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 资料2： 在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。 该资料说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。 3．总结 在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 知识点三 探索光合作用原理的部分实验 1．光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 2．反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2 3．探索光合作用原理的部分实验 4．总结：通过以上实验得出：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应，而是分成光反应和暗反应两个阶段。 知识点四 光合作用的原理 1．光反应过程 项目 光反应 需要条件 外界条件：光照；内部条件：色素、酶 反应场所 叶绿体类囊体薄膜上 物质变化 (1)水的光解 H2OO2＋H＋ (2)NADPH的形成 (氧化型辅酶Ⅱ)NADP＋＋H＋―→NADPH(还原型辅酶Ⅱ) (3)ATP的合成 ADP＋Pi＋能量ATP 注意：NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。 能量变化 光能→ATP和NADPH中的化学能 2．暗反应过程 (1)美国科学家卡尔文等用小球藻做的实验 ①方法：同位素示踪法。 ②过程：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的。 (2)暗反应过程(卡尔文循环) 项目 暗反应 需要条件 外界条件：不需要光照，需要CO2；内部条件：酶 反应场所 叶绿体基质内 物质变化 ①CO2固定：CO2＋C52C3 ②C3还原：C3C5＋(CH2O) 能量变化 ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能 3.光反应与暗反应的关系 上图说明：光反应为暗反应提供ATP、NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 知识点五 探究环境因素对光合作用强度的影响 1．光合作用强度 (1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 (2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 2．探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 (2)提出问题：光照强度对光合作用强度有何影响？ (3)作出假设：在一定范围内，随着光照强度增强，光合作用强度增强，超过一定范围，随着光照强度增强，光合作用强度不再变化。 (4)设计实验 ①实验中变量分析 自变量 不同光照强度 控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内叶片浮起数量 对无关变量 进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 ②材料：打孔器、注射器、5 W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶(如菠菜、吊兰等)。 ③预期结果：光源与烧杯的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。 (5)实验流程 (6)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。 (7)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。 知识点六 影响光合作用的因素及应用 1．影响光合作用的内部因素：色素的含量、酶的含量和活性、叶龄等。 2．影响光合作用强度的环境因素：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分等。只要影响到原料(CO2、水)、能量的供应(光能)，都可能是影响光合作用强度的因素。 (1)影响CO2供应量的因素：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。 (2)影响叶绿体(光合作用场所)的形成和结构的因素，也会影响光合作用强度。例如：无机营养、病虫害。 (3)光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素也是影响因子。例如：温度、pH。 3．影响光合作用的环境因素分析 （1）内部因素 ①植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 ③叶面积指数。 (2)光照对光合作用的影响 ①光照时间越长，产生的光合产物越多。 ②由于光合色素吸收红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，所以光的波长不同光合作用强度不同。 ③光照强度 原理：光照强度影响光反应阶段,制约ATP和NADPH的产生,进而制约暗反应 a.有关点的解读 O：起点，光照强度为零，不进行光合作用，光合作用强度为零。 C：光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度(光饱合点)。 b．线段分析 OA：随着光照强度增强，光合作用强度增强。 AB：光照强度增加到一定值后，光合作用强度不再增加(光照强度不再是限制因素)。 ④应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；增加光合作用面积——合理密植；温室大棚用无色透明的塑料或玻璃增产。 (2)CO2浓度 原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成来影响光合作用强度 ①曲线 a．有关点的解读 A′：进行光合作用所需的最低CO2浓度。 B′：达到最大光合作用强度所需最低CO2浓度(CO2饱和点)。 b．线段分析 A′B：光合作用强度随CO2浓度增大而增大。 B以后：当CO2浓度增加到一定值后，光合作用强度不再增强(CO2浓度不再是限制因素)。 ②应用：温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如放置一定量的干冰或多施有机肥；大田中，要注意通风透气。 (3)温度 原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用强度 ①温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。 ②应用：适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。 (4)水及矿质元素 ①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。 ②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。 ③应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。 4．真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 (1)真正光合速率、净光合速率和呼吸速率关系 ①真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 ②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物呼吸速率，OF段表示植物净光合速率，则真正光合速率＝OA＋OF。 (2)曲线分析 曲线对应点 细胞生理活动 植物组织外观表现 图示 A点 光照强度为零，只进行细胞呼吸 从外界吸收O2，向外界排出CO2 AB段 随光照强度增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱 从外界吸收O2，向外界排出CO2 B点 光合作用强度等于呼吸作用强度，而此时的光照强度为光补偿点 与外界不发生气体交换 BD段 光合作用强度随光照强度的增强而增强，而且光合作用强度大于呼吸作用强度 从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气 C点 光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点 DE段 光合作用强度达到饱和，不再随光照强度增大而增强 (3)限制因素 AD段主要限制因素：光照强度。 DE段主要限制因素：CO2浓度等。 补充与拓展 1、若没有无水乙醇，还可用什么来提取色素？ 有机溶剂，如丙酮。 2、为何选用新鲜绿叶？ 新鲜绿叶中的色素含量高，从而使滤液中色素含量较高，实验效果明显。 3、制备滤纸条时，在滤纸条一端剪去两角的目的？ 防止出现边缘效应造成两边色素扩散的快，保证色素带整齐。 4、铅笔画一条细线的目的？重复画线的目的？ 保证毛细吸管画的滤液细线直、齐。增加色素含量，使现象明显。 5、影响叶绿素合成的因素 (1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。 (2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。 (3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。 6、不同颜色温室大棚的光合效率 (1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚光合效率最高。 (2)若需补光(单色光)，则同一光照强度下，补蓝紫光、红光效果好。 (3)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。 7、比较叶绿体和线粒体增大膜面积的方式。 线粒体：内膜向内折叠形成嵴； 叶绿体：类囊体堆叠形成基粒。 8、植物细胞一定能进行光合作用吗？ 不一定。只有含有叶绿体的植物细胞才能进行光合作用，否则不能进行光合作用，如植物的根细胞、表皮细胞。 9、叶绿体是光合作用的场所，那么没有叶绿体就一定不能进行光合作用吗？ 不一定。如蓝细菌细胞中没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用。 10、实验异常现象分析 (1)滤纸条未见色素带的原因：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，使得色素溶解于层析液中；③用水进行绿叶中色素的提取。 (2)滤液绿色过浅的原因：①未加二氧化硅，研磨不充分；②取材不好，叶片不够新鲜，不是浓绿色；③加入无水乙醇过多，提取液浓度太低；④未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。 11、希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 是。因为希尔实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 12、模拟鲁宾、卡门的实验时，能不能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记观察？ 不能，CO2和H2O中的氧均标记，则难得出正确结论。 13、为什么暗反应不能较长时间在黑暗条件下进行？ 因为暗反应需要光反应为其提供ATP、NADPH。 14、光合作用中ADP的移动方向？ 叶绿体基质→类囊体。 15、结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中ATP、NADPH、C3和C5相对含量发生怎样的变化。 (1)CO2供应正常，光照停止时，ATP、NADPH、C3、C5的含量变化 (2)光照正常，CO2供应停止，ATP、NADPH、C3、C5的含量变化 16、同位素标记元素转移途径 17、探究光照强度对光合作用强度的影响实验 （1）下图为实验装置图，分析图中盛水玻璃柱的作用。 台灯发光同时也会使温度发生改变，在台灯与烧杯之间加盛水玻璃柱可排除温度对实验现象的影响。　 （2）本实验每组圆形小叶片由10片改为3片可以吗？ 不可以。叶片太少，不能排除偶然性。 （3）叶片上浮的原因 光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放O2，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 18、北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？ 光合作用强度将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔大量关闭，细胞CO2供应不足，光合作用强度减弱。 19、分析多因素对光合作用的影响。 (1)图中的自变量是什么？ 图中的自变量有光照强度和温度。 (2)只有10 ℃这一条曲线时，自变量是什么？P点之前和之后的限制因素是什么？ 只有10 ℃这一条曲线时，自变量为光照强度，且P点前光合作用强度随光照强度增加而增强，所以P点之前的限制因素为光照强度，P点之后，光合作用强度不再随着光照强度增大而增强，所以光照强度不再是限制因素，限制因素可能是CO2浓度等。 (3)Q点时，导致三条曲线不同的自变量是什么？ 在Q点，作垂线与三条曲线相交，此时，导致三条曲线不同的自变量是温度。 （4） 20、植物“三率”的判定 (1)根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。 (2)根据关键词判定 项目 表示方法(单位时间内) 呼吸 速率 线粒体产生CO2量；黑暗条件下细胞(植物体)释放CO2量 线粒体吸收O2量；黑暗条件下细胞(植物体)吸收O2量 有机物消耗量 净光合速率 细胞(植物体)吸收CO2量 细胞(植物体)释放的O2量 有机物积累量 真正光合速率 叶绿体固定CO2量 叶绿体产生O2量 有机物制造量 (3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 21、光合速率与植物生长 (1)当净光合速率>0时，植物因积累有机物而生长。 (2)当净光合速率＝0时，植物不能生长。 (3)当净光合速率<0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。 22、光合作用和化能合成作用的比较 23、光合作用和细胞呼吸的比较 比较项目 光合作用 细胞呼吸 代谢类型 合成作用(或同化作用) 分解作用(或异化作用) 发生范围 含叶绿体的植物细胞;蓝细菌、光合细菌等 所有活细胞 发生场所 叶绿体(真核生物);细胞质(原核生物) 有氧呼吸:细胞质基质、线粒体(真核生物);细胞质(原核生物) 无氧呼吸:细胞质基质 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 物质变化 无机物有机物 有机物无机物 能量变化 光能→化学能 化学能→热能、ATP中活跃的化学能 实质 无机物有机物;储存能量 有机物无机物(或简单有机物);释放能量 能量转化的联系 元素转移的联系 C:CO2(CH2O)→丙酮酸→CO2 O:H2OO2→H2O H:H2OH+→NADPH(CH2O)→[H]→H2O 过程联系 24、绿叶中色素的提取和分离试验出现异常的原因分析 异常现象 原因分析 收集到的滤液绿色过浅 ①未加二氧化硅,研磨不充分;②使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少;③一次加入大量的无水乙醇,提取液浓度太低(正确做法:分次加入少量无水乙醇)；④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏 滤纸条色素带重叠 ①滤液细线不直;②滤液细线过粗 滤纸条无色素带 ①忘记画滤液细线;②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中 第六章 细胞的生命历程 第1节 细胞的增殖 基础知识 知识点一 细胞增殖及细胞周期 1．细胞增殖 (1)细胞增殖的概念：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。 (2)细胞增殖的意义：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。 (3)细胞增殖的阶段：物质准备和细胞分裂两个相连续的过程。 (4)细胞增殖的表达方式：“物质准备—分裂—物质准备—再分裂……”，可见细胞增殖具有周期性。 2．细胞周期 (1)适用生物：真核生物。 (2)前提条件：连续分裂的细胞。 (3)起止点 起点：一次分裂完成时；止点：下一次分裂完成时。 (4)两个阶段：分裂间期和分裂期。 (5)分裂间期 ①特点：完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。 ②意义：为分裂期进行活跃的物质准备。 知识点二 高等植物细胞有丝分裂 1．间期复制的DNA通过有丝分裂平均分配到两个子细胞中。 2．人们根据染色体的行为把有丝分裂分为前期、中期、后期、末期。 3．有丝分裂各时期的特点(以高等植物细胞为例) 图示 时期 主要变化 前期 ①染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体。每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体，这两条染色单体由一个共同的着丝粒连接着 ②核仁逐渐解体，核膜逐渐消失 ③从细胞的两极发出纺锤丝，形成一个梭形的纺锤体 （记忆口诀：膜仁消失现两体） 中期 纺锤丝牵引着染色体运动，使每条染色体的着丝粒排列在赤道板上 （记忆口诀：形数清晰赤道齐） 后期 ①每个着丝粒分裂成两个，姐妹染色单体分开，形成两条染色体，染色体数目加倍 ②染色体由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动 （记忆口诀：粒列数增均两极） 末期 ①每条染色体逐渐变成染色质丝，纺锤丝逐渐消失 ②核膜、核仁出现，形成两个新的细胞核 ③赤道板位置出现细胞板，细胞板逐渐扩展为新的细胞壁 （记忆口诀：两消两现重建壁） 4．结果 一个细胞分裂成为两个子细胞，每个子细胞中含有的染色体数目与亲代细胞的相等。分裂后形成的子细胞若继续分裂，就进入下一个细胞周期的分裂间期状态。 知识点三 动物细胞有丝分裂 1．动物细胞有丝分裂的过程，与植物细胞的基本相同 动物细胞有丝分裂模式图 2．比较动、植物细胞的细胞分裂的异同 发生时期和内容 高等植物细胞 动物细胞 不 同 点 前 期 形成纺锤体的方式不同 细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体 动物细胞中心粒在间期倍增，成为两组。进入分裂期后，两组中心粒分别移向细胞两极，其周围发出大量放射状的星射线形成纺锤体 末 期 形成子细胞的方式不同 细胞中央出现细胞板向四周扩展形成细胞壁，一个细胞形成两个子细胞 细胞膜从细胞的中部向内凹陷，一个细胞分裂成两个子细胞 相同点 分裂间期都进行染色体复制；分裂期都进行染色体平均分配 3．细胞有丝分裂的意义 (1)将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后，精确地平均分配到两个子细胞中。 (2)由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代间保持了遗传的稳定性。 4．一个细胞周期过程中DNA、染色体数量变化 (1)染色体、染色单体、DNA的数量关系 ①图示 ②分析 染色体数=着丝粒数，即根据着丝粒数计算染色体数。 当染色单体存在时，染色体数∶染色单体数∶DNA数=1∶2∶2。 当无染色单体存在时，染色体数∶DNA数=1∶1。 (2)一个细胞周期过程中细胞内染色体、DNA分子等的规律性变化 时期 项目 间期 前期 中期 后期 末期 染色体形 态变化 染色体(2N) 数目变化 2N 2N 2N 2N→4N 4N 染色单体 数目变化 0→4N 4N 4N 4N→0 0 DNA(2C) 数目变化 2C→4C 4C 4C 4C 4C ①DNA数量加倍的时期是分裂间期，其原因是DNA复制。 ②染色体数量加倍的时期是后期，其原因是着丝粒分裂，染色单体分离。 (3)根据上表画出一个细胞周期细胞内DNA、染色体数目变化规律曲线图 知识点四 运用模型解释细胞不能无限长大 1．原理 (1)不同大小模型模拟细胞大小。 (2)葡萄糖在不同大小模型中扩散速率相同。 2．变量分析 (1)自变量：“细胞”体积的大小。 (2)因变量：含葡萄糖的体积与“细胞”体积的比值(细胞物质交换效率)。 3．数据分析 模型边长 (mm) 表面积 (mm2) 体积 (mm3) 葡萄糖 扩散深度(mm) 表面积/体积 (相对表面积) 含葡萄糖的体积 /“细胞”体积 2 24 8 0.5 3 7/8 4 96 64 0.5 3/2 37/64 8 384 512 0.5 3/4 169/512 4．实验结论 (1)模型的表面积与体积之比(相对表面积)随体积的增大而减小。 (2)葡萄糖扩散的体积与整个“细胞”体积之比随体积的增大而减小。 归纳总结： 表面积与体积的关系限制了细胞的长大：细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。 知识点五 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 1．实验原理 (1)在高等植物体内，根尖、芽尖等分生区细胞能进行有丝分裂。 (2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的存在状态判断这些细胞处于有丝分裂的哪个时期。 (3)染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。 (4)盐酸和酒精混合液能使组织中的细胞分离开。 2．实验试剂 质量浓度为0.01 g/mL或0.02 g/mL的甲紫溶液或醋酸洋红液，质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精。 3.实验步骤 (1)洋葱根尖的培养 (2)装片的制作 ①解离 取材：剪取洋葱根尖圆2~3mm 圆解离液：圆质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1:1配制而成 解离时间：3~5min 解离程度：根尖软化 解离目的：使组织中的细胞相互分离开来 ②漂洗 漂洗液：清水 漂洗时间：约10min 漂洗目的：洗去组织中的解离液，防止解离过度，影响染色 ③染色 染色液：质量浓度为0.01g/mL或0.02g/mL的甲紫溶液或醋酸洋红液 染色时间：3~5min 染色目的：使染色体着色 ④制片 用镊子取出根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，然后用拇指轻轻地按压盖玻 片。这样可以使细胞分散开来，有利于观察 (3)观察：把制成的装片先放在低倍镜下观察，找到分生区细胞（细胞呈正方形，排列紧密）。再换成高倍镜仔细观察，首先找出分裂中期的细胞，然后再找其他时期的细胞，注意观察各时期细胞内染色体形态和分布的特点。最后观察分裂间期的细胞。 注：每一时期的时间＝细胞周期×此时期的细胞数占计数细胞总数的比例。 补充与拓展 1、什么样的细胞才具有细胞周期？哪些细胞不具有细胞周期？ 只有连续分裂的细胞才具有细胞周期，如人体皮肤生发层细胞、造血干细胞等干细胞、癌细胞、植物根尖分生区细胞等。只分裂一次便不再分裂的细胞、减数分裂形成的细胞、高度分化的细胞都不具有细胞周期。 2、细胞分裂间期和分裂期谁的时间长？不同生物的细胞周期持续时间相同吗？同种生物不同细胞的细胞周期持续时间相同吗？ 间期经历的时间长，分裂期经历的时间短。都不一定相同。 3、后期着丝粒的分裂是纺锤丝牵引引起的吗？ 着丝粒是自动分裂的，而与纺锤丝的牵引无关。 4、植物细胞壁的形成与哪种细胞器有关？ 高尔基体能参与纤维素合成，所以植物细胞壁的形成与高尔基体有关。 5、赤道板和细胞板在显微镜下能看见吗？ 赤道板是一个虚拟的结构，显微镜下看不见；细胞板是一个真实存在的结构，显微镜下可见。 6、细胞周期中各时期的判断方法 (1)从染色体形态的角度判断：间期和末期是染色质状态，前期、中期和后期是染色体状态。 (2)从核膜的角度判断：间期核膜完整，前期核膜逐渐消失，中期和后期没有核膜，末期核膜重现，若核膜的消失和重现不好判断，则可以再依据染色体的形态来判断。 7、正常细胞的分裂是在机体的精确调控之下进行的，在人的一生中，体细胞一般能够分裂50～60次。但是，有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。 8、无丝分裂 (1)特点：分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。 (2)过程 ①细胞核先延长，核的中部向内凹陷，缢裂成两个细胞核。 ②整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。 (3)实例：蛙的红细胞。 9、参与动、植物细胞细胞周期过程中的细胞器有哪些？ 细胞器 细胞类型 生理作用 核糖体 动物、植物 各种蛋白质的合成场所 中心体 动物、低等植物 前期参与纺锤体的形成 高尔基体 植物 末期参与细胞壁的形成 线粒体 动物、植物 提供能量 10、鉴别一个正在进行有丝分裂的细胞是植物细胞还是动物细胞最可靠的方法是什么？ 因在低等植物细胞里，也存在着中心体，分裂时也会出现星射线，因此最可靠的方法是根据有丝分裂过程中是形成细胞板，使细胞质一分为二，还是细胞膜内陷使细胞质一分为二作为鉴别依据。　 11、染色体出现和消失的时期分别是什么时期？染色单体形成、出现和消失的时期分别是什么时期？ 染色体出现在前期，消失在末期。染色单体形成于间期，出现在前期，消失在后期。 12、为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的？ 细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。 13、细胞体积是不是越小越好？ 不是。细胞体积的最小限度，是由完成细胞功能所必需的基本结构(如核糖体)和物质(如酶)所需要的空间决定的。 14、选择材料时有什么要求？ 选材时要选分裂期占细胞周期的比例相对较高的生物细胞，这样可以使处于分裂期的细胞相对较多，容易观察。 15、解离时间的要求？ 解离时间要适当，过长会使根尖过于酥软且染色体成分被破坏，过短会使根尖细胞不能相互分离。 16、能否将视野固定在一个细胞观察其连续的变化过程？如果不能，应怎样做？ 不能。细胞解离后已被杀死，因此要通过移动装片寻找不同时期的细胞分裂图像。 17、观察结果中，处于哪一时期的细胞最多？为什么？ 分裂间期。观察到不同时期的细胞数目多少反映出各时期经历时间的长短——间期最长，故观察到的细胞最多。 18、“三看法”界定动植物细胞细胞周期中各时期的图像 19、有丝分裂各时期DNA、染色体数量变化及原因 （1）有丝分裂各时期DNA、染色体数量变化及原因 项目 上升段的变化原因 下降段的变化原因 核DNA 间期(S期)DNA复制,DNA数目加倍 末期细胞一分为二,DNA数目减半 染色体 后期着丝粒分裂,染色体数目加倍 末期细胞一分为二,染色体数目减半 染色单体 间期(S期)DNA复制,染色单体形成 后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分离,染色单体消失 （2）根据柱状图判断细胞分裂时期的规律： ①根据染色单体变化判断各时期。 染色单体 ②根据比例关系判断各时期。 核DNA∶染色体∶染色单体= 第2节 细胞的分化 基础知识 知识点一 细胞分化及其意义 1．概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。 2．特点 特点 解释 持久性(不可逆性) 一般情况下，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡 普遍性 是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础 遗传物质不变性 细胞分化过程中遗传物质不发生改变 3．实质：在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同(即基因的选择性表达)。 4．表现 细胞水平：产生特定的细胞。 分子水平：合成特定的蛋白质。 5．实例：构成人体四种组织的细胞，如上皮细胞、骨骼肌细胞、软骨细胞、神经细胞等；植物的叶肉细胞、表皮细胞、储藏细胞等。 6．意义 (1)是生物个体发育的基础。 (2)使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。 知识点二 细胞的全能性 1．概念：指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 2.实例 (1)植物细胞的全能性 ①实验过程 ②结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。 ③应用：人们可以利用植物细胞的全能性，通过植物组织培养的方法，快速繁殖花卉和蔬菜等作物，培养微型观赏植株，拯救濒危物种。 (2)动物细胞核的全能性 ①实例 a．将非洲爪蟾的蝌蚪的肠上皮细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新的个体。 b．1996年诞生的克隆羊“多莉”。 c．我国科学家于2017年获得了世界上首批体细胞克隆猴“中中”和“华华”。 ②结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。 3．细胞全能性的原因 (1)原因：已分化的体细胞(或体细胞的细胞核)具有本物种个体发育所需要的全部基因。 (2)理解：体细胞一般都是由受精卵通过细胞分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一套和受精卵相同的染色体，携带有相同的DNA分子。 4．干细胞 (1)特点 ①具有分裂和分化能力。 ②在动物和人体内，数量很少。 (2)举例：人骨髓中有许多造血干细胞，它们能通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板。 补充与拓展 1、植物细胞实现其全能性都需要什么条件？ (1)离体状态下。 (2)水、无机盐、有机营养及植物激素等。 (3)适宜的温度等外界环境条件。 2、植物组织培养的优点？ 植物组织培养属于无性繁殖，有利于保持亲本的优良性状。 3、举例说明干细胞研究的意义。 干细胞的研究为替换病变的组织和器官、某些癌症和遗传病的治疗带来了新的希望。例如，骨髓移植和脐带血干细胞移植等。 4、分裂、分化与个体发育的关系 第3节 细胞的衰老和死亡 基础知识 知识点一 细胞的衰老 1．细胞衰老的过程：细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。 2．细胞衰老的特征 (1)形态结构方面 ①细胞：萎缩，体积变小。 ②细胞膜：通透性改变，使物质运输功能降低。 ③细胞核：细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。 (2)细胞内的物质方面 ①水：水分减少，细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速率减慢。 ②酶：多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢。 ③色素：细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内的物质的交流和传递。 3．衰老细胞会影响个体的表现，个体的衰老则明显地体现在外貌上。例如，由于毛囊中的黑色素细胞衰老，细胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，所以老年人的头发会变白。老年人的皮肤上会长出“老年斑”，这也是细胞内色素积累的结果。 4．细胞衰老的原因：对于细胞衰老的原因提出了很多假说，目前为大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说。 （1）自由基学说 ①自由基:异常活泼的带电分子或基团 ②产生原因 内因：细胞进行氧化反应产生 外因：辐射以及有害物质入侵刺激细胞产生 ③作用：攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子：攻击磷脂分子,损伤生物膜；攻击DNA，可能引起图基因突变；攻击蛋白质,使蛋白质活性下降,导致细胞衰老 （2）端粒学说 端粒：每条染色体两端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体 特点：端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截，端粒内侧正常基因的DNA序列就会受到损伤，结果使细胞活动渐趋异常 5．细胞衰老与个体衰老的关系 (1)单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。 (2)多细胞生物：细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡不是一回事；从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。 6．细胞衰老的结果 (1)细胞衰老是个体体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 (2)众多细胞及组织的衰老会引起个体衰老，导致个体出现免疫力下降、适应环境能力减弱等现象。 知识点二 细胞的死亡 1．细胞死亡方式：细胞凋亡；细胞坏死；细胞自噬。 2．细胞凋亡 (1)概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种程序性死亡。 (2)类型 ①细胞的自然更新，如红细胞的更新。 ②某些被病原体感染的细胞的清除，如白细胞因吞噬过多的细菌而死亡。 ③正常发育过程中器官的退化，如蝌蚪尾的消失。 (3)意义 ①完成正常的发育，如胎儿手的发育。 ②维持内部环境的稳定，如红细胞的更新。 ③抵御外界各种因素的干扰，如吞噬细胞清除病原体。 3．细胞坏死：在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。 4．细胞自噬 (1)概念：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用，这就是细胞自噬。 (2)意义 ①处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。 ②在细胞受到损伤、微生物入侵或细胞衰老时，通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定。 ③有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。 ④细胞自噬机制的研究对许多疾病的防治有重要意义。 补充与拓展 1、老年人体内有没有幼嫩的细胞？年轻人体内有没有衰老的细胞？ 老年人体内仍会有幼嫩的细胞，如精原细胞仍能增殖产生精子，造血干细胞一生都能增殖产生各种类型的血细胞；年轻人体内也有衰老的细胞，如皮肤表皮细胞衰老形成角质层细胞，最后细胞凋亡、脱落。 2、年龄因素与细胞衰老的关系？ (1)体外培养的人体某种细胞最多分裂50次左右，随年龄增长，细胞继续分裂次数会逐渐减少，说明细胞会随着分裂次数的增多，即年龄的增长而衰老。 (2)细胞核是细胞生命活动的控制中心，随着年龄的增长，细胞分裂次数增多，或者细胞进入衰老状态，细胞核中遗传物质会出现收缩状态，细胞中一些酶的活性会下降，从而影响细胞的生活。 3、比较细胞凋亡、坏死的异同点。 项目 细胞凋亡 细胞坏死 过程特点 生理过程，为正常死亡的过程 病理性过程 是否受 基因控制 是 否 影响因素 受遗传机制决定的程序性调控 极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激 炎症反应 不引起炎症反应 引起周围炎症反应 对机体 是否有利 是 否 必修二 遗传与进化 第一章 遗传因子的发现 第1节 孟德尔的豌豆杂交实验(一) 基础知识 知识点一 豌豆用作遗传实验材料的优点 1．优点 (1)豌豆是自花传粉植物，避免了外来花粉的干扰，所以豌豆在自然状态下一般都是纯种。 (2)具有易于区分的性状，且能稳定地遗传给后代。 2．人工异花传粉 (1)去雄 ①对象：母本。 ②时间：花未成熟时，即花蕾期。 ③要求：除去未成熟花的全部雄蕊。 ④套袋：套上纸袋，防止外来花粉的干扰。 (2)采集花粉：待去雄花的雌蕊成熟时，采集另一植株的花粉。 (3)传粉：将采集到的花粉涂(撒)在去雄花的雌蕊的柱头上，再套上纸袋。 3．相关概念 (1)自花传粉：两性花在未开放时，它的花粉会落到同一朵花的雌蕊的柱头上，从而完成受粉，这种传粉方式叫作自花传粉，也叫自交。 (2)异花传粉：两朵花之间的传粉过程叫作异花传粉。 (3)父本：不同植株的花进行异花传粉时，供应花粉的植株叫作父本(♂)。 (4)母本：不同植株的花进行异花传粉时，接受花粉的植株叫作母本(♀)。 (5)相对性状：一种生物的同一种性状的不同表现类型。 知识点二 一对相对性状的杂交实验 1．杂交实验过程 (1)符号含义 P：亲本；F1：子一代；F2：子二代；×：杂交；⊗：自交；♀：雌性；♂：雄性。 (2)正交和反交：如果图甲高茎豌豆作母本为正交，则图乙高茎豌豆作父本为反交。 2．相关概念 (1)显性性状：具有一对相对性状的纯种亲本杂交，F1中显现出来的性状，叫作显性性状。 (2)隐性性状：具有一对相对性状的纯种亲本杂交，F1中未显现出来的性状，叫作隐性性状。 (3)性状分离：杂种后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象，叫作性状分离。 知识点三 对分离现象的解释 1．对分离现象的解释 (1)生物的性状是由遗传因子决定的。它们既不会相互融合，也不会在传递中消失。 ①决定显性性状的为显性遗传因子，用大写字母(如D)表示。 ②决定隐性性状的为隐性遗传因子，用小写字母(如d)表示。 (2)体细胞中，遗传因子是成对存在的。 ①遗传因子组成相同的个体叫作纯合子，例如纯种高茎豌豆的遗传因子组成为DD，纯种矮茎豌豆的遗传因子组成为dd。 ②遗传因子组成不同的个体叫作杂合子，例如F1高茎豌豆的遗传因子组成为Dd。 (3)生物体在形成生殖细胞——配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。配子中只含有每对遗传因子中的一个。 (4)受精时，雌雄配子的结合是随机的。 2.高茎豌豆与矮茎豌豆杂交实验的分析图解 (1)F1的配子的结合方式：4种。 (2)F2的遗传因子组成：3种，分别为DD、Dd、dd，其比例为1∶2∶1。 (3)F1产生后代的性状表现：2种，分别为高茎、矮茎，其比例为3∶1。 知识点四 对分离现象解释的验证 1．方法：设计测交实验，即F1与隐性纯合子杂交。 2．一对相对性状测交实验的分析图解 孟德尔根据假说，推出测交后代中高茎与矮茎植株的数量比应为1∶1。 3．实验验证 进行测交实验，统计后代性状比例。 4．实验结论：测交后代高茎与矮茎植株的数量比接近1∶1，符合预期的设想，孟德尔测交实验的结果验证了他的假说。 知识点五 分离定律 1．分离定律 (1)分离定律的内容 ①在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合。 ②在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。 (2)分离的时间：有性生殖形成配子时。 (3)适用范围 ①真核生物有性生殖的细胞核遗传。 ②由成对的遗传因子控制的一对相对性状的遗传。 (4)分离定律在生物的遗传中具有普遍性。 2．假说—演绎法 (1)研究程序：提出问题→提出假说→演绎推理，推出预测的结果→实验验证→得出结论。 (2)孟德尔用假说—演绎法提出分离定律的过程 ①提出问题→为什么F2中总是出现3∶1的性状分离比？ ②提出假说→提出由遗传因子控制生物性状等观点。 ③演绎推理→F1为杂合子，设计测交实验并预期后代的表现类型之比接近1∶1。 ④实验验证→测交实验验证演绎推理内容。 ⑤得出结论→通过实验验证，假说成立。 知识点六 性状分离比的模拟实验 1．实验目的：通过模拟实验，理解遗传因子的分离、配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔的假说。 2．实验原理 (1)甲、乙两个小桶，分别代表雌、雄生殖器官；甲、乙小桶内的彩球分别代表雌、雄配子。 (2)用不同彩球的随机组合，模拟生物在生殖过程中，雌、雄配子的随机结合。 3．实验过程 (1)在甲、乙两个小桶中放入两种彩球各10个。 (2)摇动两个小桶，使小桶内的彩球充分混合。 (3)分别从两个桶内随机抓取一个彩球，组合在一起，记下两个彩球的字母组合。 (4)将抓取的彩球放回原来的小桶内，摇匀。 (5)按步骤(3)和(4)重复做30次以上。 4．实验结果：彩球组合中，DD∶Dd∶dd接近1∶2∶1。 补充与拓展 1、对单性花植物进行人工异花传粉的基本操作程序中，是否需要去雄处理？为什么？ 不需要。因为单性花中的雌花只有雌蕊。 2、对单性花植物进行异花传粉的基本操作程序中是否需要套袋？为什么？写出操作程序。 需要。因为人工异花传粉前后都需要利用套袋来防止外来花粉的干扰。对母本套袋→传粉→套袋。 3、若F2共获得20株豌豆，矮茎个体一定是5株吗？说明原因。 不一定。样本数量太少，不一定完全符合3∶1的性状分离比，孟德尔实验中的比例也是接近3∶1，理论上，样本数量越多，越接近3∶1。 4、相对性状的三要点(两个同，一个不同) 同种生物、同一种性状、不同表现类型。如： 5、孟德尔遗传实验需要满足的条件： ①子一代个体形成的不同类型的雌配子或雄配子数目相等且生活力相同； ②雌、雄配子结合的机会相等； ③子二代不同遗传因子组成的个体存活率相等； ④观察的子代样本数目足够多。 6、只考虑一对相对性状时，杂合子自交一次，如果问子代中杂合子所占的比例，则为1/2；如果问子代显性个体中杂合子的比例，则为2/3。前者的范围是“子代中”，后者的范围是“子代显性个体中” 7、为什么用测交法可以检测F1的遗传因子组成？ 测交即F1与隐性纯合子杂交，由于隐性纯合子只产生一种含隐性遗传因子的配子，分析测交后代的表现类型及比例即可推知被测个体产生的配子种类及比例，从而检测F1的遗传因子组成。 8、细菌的遗传遵循分离定律吗？ 提示：不遵循。细菌是原核生物，不进行有性生殖。 9、性状分离比的模拟实验中，每个小桶内的两种彩球必须相等，这是为什么？ 杂种F1(Dd)产生的两种雄配子(D和d)或两种雌配子(D和d)数量相等。 10、性状分离比的模拟实验中，两个小桶内彩球的总数必须相等吗？为什么？ 不必须相等。因为甲、乙小桶内的彩球分别代表雌配子、雄配子，它们的数量可以不相等。 11、性状分离比的模拟实验中，小桶内的两种彩球大小、形状可以不同吗？为什么？ 不可以。两种彩球大小、形状相同是为了形成抓取的随机性。 12、性状分离比的模拟实验中，抓取彩球的要求是什么？ ①随机抓取；②应将抓取的小球放回原桶；③重复多次。 13、验证分离定律方法 (1)测交法：让杂合子Aa与隐性纯合子aa杂交，后代的表现类型之比为1∶1，则说明Aa产生两种配子且比例为1∶1。 (2)杂合子自交法：让杂合子Aa自交，后代的性状分离比为3∶1，说明Aa产生两种配子且比例为1∶1。 (3)花粉鉴定法：取杂合子的花粉，对花粉进行特殊处理后，用显微镜观察并计数，可直接验证分离定律。 14、相对性状中显、隐性判断(设A、B为一对相对性状) (1)杂交法 ①若A×B―→A，则A为显性，B为隐性。 ②若A×B―→B，则B为显性，A为隐性。 ③若A×B―→既有A，又有B，则无法判断显隐性，只能采用自交法。 (2)自交法 ①若A既有A，又有B，则A为显性，B为隐性。 ②若B既有A，又有B，则B为显性，A为隐性。 15、由亲代推断子代的遗传因子组成、表现类型(正推法) 亲本组合 子代遗传因子 组成及比例 子代表现 类型及比例 AA×AA AA 全是显性 AA×Aa AA∶Aa＝1∶1 全是显性 AA×aa Aa 全是显性 Aa×Aa AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1 显性∶隐性＝3∶1 Aa×aa Aa∶aa＝1∶1 显性∶隐性＝1∶1 aa×aa aa 全是隐性 (1)若亲代中有显性纯合子(AA)，则子代一定表现为显性性状(A )。 (2)若亲代中有隐性纯合子(aa)，则子代中一定含有隐性遗传因子( a)。 16、由子代推断亲代遗传因子组成(逆推法) （1）填充法：先根据亲代性状表现写出能确定的遗传因子(相关遗传因子用A、a表示)，显性性状遗传因子组成可用A 来表示，隐性性状遗传因子组成只有一种aa。根据子代中一对遗传因子分别来自两个亲本，推出未知部分即可。 （2）隐性突破法：如果子代中有隐性个体存在，它往往是逆推过程中的突破口。因为隐性个体是纯合子，遗传因子组成为aa，遗传因子只能来自父母双方，因此亲代遗传因子组成中必然都有一个a。 （3）分离比法：运用表格直接逆推，如： 子代显隐性关系 双亲结合方式 显性∶隐性＝3∶1 Aa×Aa 显性∶隐性＝1∶1 Aa×aa 只有显性性状 AA×AA或AA×Aa或AA×aa 只有隐性性状 aa×aa 17、遗传概率的计算 A.已知亲代遗传因子组成，求子代某一性状出现的概率(以亲代遗传因子组成为Bb×Bb为例) (1)用分离比直接推出：Bb×Bb→1BB∶2Bb∶1bb，可见后代出现显性性状的概率是3/4；隐性性状的概率是1/4。 (2)用配子的概率计算：Bb亲本产生B、b配子的概率都是1/2，则 ①后代为BB的概率＝B(♀)概率×B(♂)概率＝1/2×1/2＝1/4。 ②后代为Bb的概率＝b(♀)概率×B(♂)概率＋b(♂)概率×B(♀)概率＝1/2×1/2＋1/2×1/2＝1/2。 ③后代为bb的概率＝b(♀)概率×b(♂)概率＝1/4。 B.亲代遗传因子组成未确定，求子代某一性状出现的概率 根据题目已知信息确定亲代的遗传因子组成，再根据题目要求计算子代某一性状出现的概率。 18、杂合子自交的相关规律 （1）杂合子连续自交 如图所示： 杂合子Aa连续自交n次，Fn的比例情况如下表： Fn 杂合子 纯合子 显性纯合子 隐性纯合子 所占比例 1－ － － （2）杂合子连续自交且逐代淘汰隐性个体 如图所示： 杂合子Aa连续自交，且逐代淘汰隐性个体，自交n代后，显性个体中，纯合子比例为，杂合子比例为。 19、自由交配 自由交配强调的是群体中所有个体进行随机交配，以基因型为AA，Aa的动物群体为例。 （1）列举法 自由交配又叫随机交配，是指在一个进行有性生殖的种群中，一个雌性或雄性个体与任何一个异性个体交配的机会均等，故可采用列举法分析(如表所示)。 ♀♂ 2/3AA 1/3Aa 2/3AA 4/9AA 1/9AA、1/9Aa 1/3Aa 1/9AA、1/9Aa 1/36AA、1/18Aa、1/36aa 合并后，遗传因子组成及概率为25/36AA、10/36Aa、1/36aa。 （2）配子法 已知群体遗传因子组成为2/3AA、1/3Aa，则A概率为5/6，a概率为1/6，画出棋盘如下： 雌配子雄配子 5/6A 1/6a 5/6A 25/36AA 5/36Aa 1/6a 5/36Aa 1/36aa 即遗传因子组成及概率为AA=25/36，Aa=10/36，aa=1/36。 20、分离定律中的特例 （1）不完全显性 F1的性状表现介于显性和隐性的亲本之间的表现类型，如紫茉莉的花色遗传中，红花(RR)与白花(rr)植株杂交产生的F1为粉红花(Rr)，F1自交后代的3种表现类型为红花∶粉红花∶白花＝1∶2∶1，图解如下： （2）致死现象 a、胚胎致死：某些遗传因子组成的个体死亡，如下图： ⇒ b、配子致死：指致死遗传因子在配子时期发生作用，从而不能形成有生活力的配子的现象。例如，含A的雄配子致死，则Aa自交，只能产生一种成活的雄配子a，A和a两种雌配子，形成的后代显隐性之比为1∶1。 （3）从性遗传 从性遗传是指由常染色体上的遗传因子控制的性状，在表现类型上受个体性别影响的现象。即遗传因子组成相同，但在雌雄个体中的性状表现不同。如男性秃顶的遗传因子组成为Bb、bb，女性秃顶的遗传因子组成只有bb。此类问题仍然遵循遗传的基本规律，解答的关键是准确区分遗传因子组成和表现类型的关系。 21、纯合子和杂合子的判断 （1）测交法(已知显、隐性性状) 待测个体×隐性个体 （2）自交法(已知或未知显、隐性性状) 待测个体自交 当待测个体为动物时，常采用测交法；当待测个体为植物时，测交法、自交法均可以，但自交法较简便。 （3）花粉鉴定法 此法只适用于一些特殊的植物。如非糯性与糯性水稻的花粉遇碘液呈现不同颜色。如果鉴定结果有两种颜色，且比例为1∶1，则被鉴定的亲本为杂合子；如果鉴定结果只有一种颜色，则被鉴定的亲本为纯合子。 22、不同交配类型的分析 含义 作用 杂交 遗传因子组成不同的同种生物体之间相互交配 ①探索控制生物性状的遗传因子的传递规律； ②显隐性性状判断 自交 ①植物的自花(或同株异花)传粉； ②遗传因子组成相同的动物个体间的交配 ①可不断提高种群中纯合子的比例； ②可用于纯合子、杂合子的鉴定 测交 显性个体与隐性纯合子交配，是一种特殊方式的杂交 ①验证遗传基本规律理论解释的正确性； ②可用于高等动物纯合子、杂合子的鉴定 第2节 孟德尔的豌豆杂交实验(二) 基础知识 知识点一 两对相对性状的杂交实验 1．实验过程(正交、反交) 2．实验分析 (1)亲本具有的两对相对性状 ①子叶颜色：黄色与绿色。 ②种子形状：圆粒与皱粒。 (2)F1的性状类型分析 ①子叶颜色：全为黄色⇒黄色对绿色为显性。 ②种子形状：全为圆粒⇒圆粒对皱粒为显性。 (3)F2的性状类型分析 ①黄色∶绿色＝3∶1，圆粒∶皱粒＝3∶1⇒每对相对性状都遵循分离定律，决定不同相对性状的遗传因子是互不干扰的。 ②不同性状之间发生了新的组合 ③亲本类型：黄色圆粒和绿色皱粒，在F2中占=。 ④重组类型：黄色皱粒和绿色圆粒，在F2中占=。 知识点二 对自由组合现象的解释——提出假说 1．理论解释 (1)两对相对性状分别由两对遗传因子控制。 ①黄色和绿色分别由遗传因子Y、y控制，圆粒和皱粒分别由遗传因子R、r控制。 ②亲本纯种黄色圆粒的遗传因子组成为YYRR，纯种绿色皱粒的遗传因子组成为yyrr。 (2)F1在产生配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对遗传因子可以自由组合。 F1遗传因子组成为YyRr，表现为黄色圆粒，产生的雌雄配子各有4种为YR、Yr、yR、yr，数量比为1∶1∶1∶1。(核心假说) (3)受精时，雌雄配子的结合是随机的。雌雄配子的结合方式有16种，遗传因子的组合形式有9种，性状表现有4种。 2．遗传图解 (1)过程图解 (2)F2中各性状表现、遗传因子组成及比例 双显型 一显一隐型 双隐型 F2性状表现及比例 黄色圆粒Y R 黄色皱粒Y rr 绿色圆粒yyR 绿色皱粒yyrr F2遗传因子组成及比例 纯合子 1YYRR 1YYrr 1yyRR 1yyrr 单杂合子 2YyRR 2YYRr 2Yyrr 2yyRr — 双杂合子 4YyRr — — — 知识点三 对自由组合现象解释的验证和自由组合定律 1．对自由组合现象解释的验证 (1)方法：设计测交实验，即让F1(YyRr)与隐性纯合子杂交。 (2)测交实验分析图解 ①分析图解 ②孟德尔依据提出的假说，演绎推理出测交实验的结果。 (3)实验验证 在孟德尔所做的测交实验中，无论是以F1作母本还是作父本，结果都与预测相符。 (4)结果分析：实验结果与理论预期相符，由此证明了假说是正确的。 2．自由组合定律 发生时间 形成配子时 遗传因子间的关系 控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的 实质 在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合 知识点四 孟德尔实验方法的启示、孟德尔遗传规律的再发现及应用 1．孟德尔实验方法的启示——孟德尔获得成功的原因 (1)实验选材方面：选择豌豆作为实验材料。 (2)对实验结果的处理方面：运用了统计学方法。 (3)实验的程序方面：提出问题―→提出假说―→演绎推理―→实验验证―→得出结论。运用了假说—演绎法这一科学方法。 (4)使用不同的字母作为代表不同遗传因子的符号。 2.孟德尔遗传规律的再发现 (1)基因：就是遗传因子。提出人：约翰逊。 (2)表型：生物个体表现出来的性状。如：豌豆的高茎、矮茎。 (3)基因型：与表型有关的基因组成。如：高茎豌豆的基因型为DD或Dd。 (4)等位基因：控制相对性状的基因。如：D和d。 3．孟德尔遗传规律的应用 (1)分离定律和自由组合定律在生物的遗传中具有普遍性。 (2)应用：有助于人们正确地解释生物界普遍存在的遗传现象，还能够预测杂交后代的类型和它们出现的概率，这在动植物育种和医学实践等方面都具有重要意义。 (3)实例 ①杂交育种：人们有目的地将具有不同优良性状的两个亲本杂交，使两个亲本的优良性状组合在一起，再筛选出所需要的优良品种。例如对既抗倒伏又抗条锈病的纯种小麦的选育。 ②医学实践：人们可以依据分离定律和自由组合定律，对某些遗传病在后代中的患病概率作出科学的推断，从而为遗传咨询提供理论依据。例如若一个白化病(由隐性基因a控制)患者的双亲表型正常，患者的双亲一定都是杂合子(Aa)，则双亲的后代中患病概率是。 知识点五 利用分离定律解决自由组合定律问题 1．解题模式 (1)应用基础：分离定律。熟悉孟德尔的一对相对性状的杂交实验和测交实验中的常见种类及其比值以及不同基因型的个体产生配子情况。例如： ⑥基因型为DD的个体，能产生1种类型的配子，是D；基因型为Dd的个体，能产生2种类型的配子，分别是D和d；基因型为dd的个体，能产生1种类型的配子，是d。 (2)应用原则：先分后合、概率相乘。 第一步：将多对相对性状分开，针对每一对相对性状分别按基因的分离定律进行相应的推算(基因型或表型及其概率，基因型或表型种类数，产生的配子类型及其比例等等)； 第二步：根据解题需要，将第一步中的结果进行组合，即得到所需的基因型(或表型、配子种类等)，对应的概率相乘，即得到相应基因型(或表型、配子种类等)的概率。 2．基本题型分类 (1)由亲代求子代基因型及概率 ①配子类型及概率计算 例1：AaBbCc产生的配子种类及配子中ABC的概率。 a．配子种类 　　　　　　　Aa　　　 　　Bb　　　　　Cc 　　　　　　　↓　　　 　　↓　　　　　↓ 配子种类数： 2　　 × 2　　 × 2＝8种 b．ABC配子概率 Aa　　Bb　　Cc ↓　　↓ ↓ (A)×(B) × (C)＝ ②配子间的结合方式问题 例：AaBbCc与AaBbCC杂交过程中，配子间的结合方式种类数。 a．先求AaBbCc、AaBbCC各自产生多少种配子。 AaBbCc→8种配子，AaBbCC→4种配子。 b．再求两亲本配子间的结合方式。由于两性配子间结合是随机的，因而AaBbCc与AaBbCC配子间有8×4＝32种结合方式。 ③子代的基因型及概率问题 例：AaBbCc与AaBBCc杂交后，求其子代的基因型种类及概率。 a．先分解为3个分离定律： Aa×Aa→后代有3种基因型AA∶Aa∶aa； Bb×BB→后代有2种基因型BB∶Bb； Cc×Cc→后代有3种基因型CC∶Cc∶cc。 b．根据解题需要，将a中结果进行组合、运算 AaBbCc×AaBBCc，后代中有3×2×3＝18种基因型。 后代中AaBBcc出现的概率为： (Aa)×(BB)×(cc)＝。 ④表型种类及概率问题 例：AaBbCc×AabbCc，求其杂交后代可能出现的表型种类及概率。 a．先分解为3个分离定律： Aa×Aa→后代有2种表型(A ∶aa＝3∶1)； Bb×bb→后代有2种表型(Bb∶bb＝1∶1)； Cc×Cc→后代有2种表型(C ∶cc＝3∶1)。 b．根据解题需要，将a中结果进行组合、运算 AaBbCc×AabbCc后代中有2×2×2＝8种表型。 后代中性状表现为A bbcc的个体出现的概率为： (A )×(bb)×(cc)＝。 (2)由子代表型推亲本基因型 ①隐性纯合突破法：一旦子代出现隐性性状，可以直接写出子代基因型，并推知两个亲本各有一个隐性基因。 ②基因填充法：先根据亲本表型写出可能的基因，再根据子代的表型及比例将未确定的基因补全。 ③子代的性状比例法：利用子代特殊的性状比例来推断亲代的基因型。 a．9∶3∶3∶1⇒(3∶1)(3∶1)⇒(Aa×Aa)(Bb×Bb)⇒AaBb×AaBb； b．1∶1∶1∶1⇒(1∶1)(1∶1)⇒(Aa×aa)(Bb×bb)⇒AaBb×aabb或Aabb×aaBb； c．3∶3∶1∶1⇒(3∶1)(1∶1)⇒(Aa×Aa)(Bb×bb)或(Aa×aa)(Bb×Bb)⇒AaBb×Aabb或AaBb×aaBb。 知识点六 自由组合定律的非常规计算 1．自由组合定律9∶3∶3∶1的变式 F1(AaBb)自交后代比例 原因分析 测交后 代比例 9∶7 1∶3 9∶3∶4 1∶1∶2 9∶6∶1 1∶2∶1 15∶1 3∶1 13∶3 3∶1 2．累加效应 (1)表现 F1(AaBb)自交5种表型，比例为1∶4∶6∶4∶1，测交3种表型，比例为1∶2∶1 (2)原因：A与B的作用效果相同，但显性基因越多，其效果越强。 3.致死效应 (1)胚胎致死 ①显性纯合致死 致死基因 F1自交后代基因型及比例 F1测交后代基因型及比例 AA和BB致死 AaBb∶Aabb∶aaBb∶aabb＝4∶2∶2∶1，其余基因型个体致死 AaBb∶Aabb∶aaBb∶aabb＝1∶1∶1∶1 AA(或BB)致死 AaB ∶aaB ∶Aabb∶aabb＝6∶3∶2∶1或A Bb∶A bb∶aaBb∶aabb＝6∶3∶2∶1，其余基因型个体致死 AaBb∶Aabb∶aaBb∶aabb＝1∶1∶1∶1 ②隐性纯合致死 致死类型 F1自交后代基因型及比例 F1测交后代基因型及比例 双隐性致死 A B ∶A bb∶aaB ＝9∶3∶3 — 单隐性致死 A B ∶A bb＝9∶3或 A B ∶aaB ＝9∶3 — (2)配子致死 某种基因型个体产生的某种配子不能存活等。如基因型为AB的花粉不能发育，则AaBb个体不能产生基因型为AB的雄配子，会使后代基因型及比例发生改变。 补充与拓展 1、两对相对性状中9∶3∶3∶1数量比与一对相对性状中3∶1有什么关系？ 从数学角度分析，9∶3∶3∶1是(3∶1)2，即两对相对性状的遗传结果9∶3∶3∶1是两对相对性状独立遗传结果3∶1的乘积。 2、由F1→F2能否判断性状显隐性？ 可以判断显隐性，分别从子叶颜色和种子形状上看，黄色黄色＋绿色，圆粒圆粒＋皱粒，绿色和皱粒为新出现的性状即为隐性性状。 3、孟德尔在F2中观察到了什么现象？ 不同性状之间的自由组合，即黄色既可以与圆粒组合又可以与皱粒组合，绿色也可以分别与圆粒和皱粒组合。 4、如果亲本换成纯合的黄色皱粒和绿色圆粒，F1性状表现是什么？F2性状表现有哪几种？其中亲本类型比例是多少？重组类型比例是多少？ 亲本为YYrr×yyRR→F1为YyRr，即F1性状表现为黄色圆粒；F2性状表现及比例为黄色圆粒∶黄色皱粒∶绿色圆粒∶绿色皱粒＝9∶3∶3∶1，亲本类型比例是6/16，重组类型比例是10/16。 5、左边的遗传图解属于孟德尔的演绎推理还是提出假说？ 提出假说。 6、用具有两对相对性状的两纯种豌豆作亲本，杂交获得F1，F1自交得F2，F2中黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒、绿色皱粒的比例为9∶3∶3∶1，与F2出现这样的比例有直接关系的原因是什么？ F1产生的雌、雄配子各有4种，比例为1∶1∶1∶1；控制两对相对性状的遗传因子互不干扰；F1自交时，4种类型的雌、雄配子的结合是随机的；F1的16种配子组合方式都能发育成新个体；需要统计足量的F2个体。 7、在两对相对性状的杂交实验中，若两亲本杂交，后代性状出现了1∶1∶1∶1的比例，能否确定两亲本的基因型就是YyRr和yyrr？试举例说明。 不能。Yyrr和yyRr杂交，后代也会出现1∶1∶1∶1的比例。 8、在两对相对性状的杂交实验中，若测交后代有两种性状，且数量之比为1∶1，试分析F1的遗传因子的组成。 由于隐性纯合子只产生一种配子yr，所以测交后代的性状及比例由F1产生的配子及比例决定，由于后代有两种性状且比例为1∶1，说明F1能够产生两种配子且比例为1∶1，其遗传因子组成为yyRr或Yyrr或YYRr或YyRR。 9、验证自由组合定律的方法 (1)测交法：让双杂合子与隐性纯合子杂交，后代的性状表现的比例为1∶1∶1∶1。 (2)双杂合子自交法：让双杂合子自交，后代的性状分离比为9∶3∶3∶1。 (3)花粉鉴定法：取双杂合子的花粉，对花粉进行特殊处理后，用显微镜观察并计数，若有四种花粉，比例为1∶1∶1∶1，则符合自由组合定律。 10、重组类型的确定及概率计算 (1)纯合亲本的杂交组合有两种类型：一种是双显(AABB)和双隐(aabb)，另一种是一显一隐(AAbb)和一隐一显(aaBB)。这两种情况下，F2中的重组类型及所占比例是不同的。 (2)概率计算要确定范围。若求重组类型中的纯合子所占比例，范围是重组类型，而不是全部F2个体，不能忽略求解范围。 11、表型相同，基因型不一定相同。基因型相同，表型一定相同吗？ 不一定。表型是基因型与环境共同作用的结果。 12、D和D、d和d、D和d都是等位基因吗？为什么？ 只有D和d是等位基因，控制的是相对性状，D和D、d和d控制的是相同性状。 13、两种疾病各种组合的概率 若患甲病的概率为m，患乙病的概率为n，两种遗传病之间具有“自由组合”关系时，各种患病情况如下表： 序号 类型 概率 ① 不患甲病概率 1－m ② 不患乙病概率 1－n ③ 只患甲病的概率 m×(1－n) ④ 只患乙病的概率 n×(1－m) ⑤ 两病同患的概率 mn ⑥ 只患一种病的概率 m(1－n)＋n(1－m) ⑦ 完全正常的概率 (1－m)×(1－n) ⑧ 患病的概率 1－(1－m)×(1－n) 13、如果某种配子致死，则相应的纯合子能产生吗？ 不能。例如：基因型AB花粉败育，则个体中不存在AABB的基因型；若Ab的卵细胞致死，则个体中不存在AAbb的个体。 第二章 基因和染色体的关系 第1节 减数分裂和受精作用 基础知识 知识点一 减数分裂过程中的相关概念 1．德国动物学家魏斯曼预言减数分裂实际上是一种特殊方式的有丝分裂。 2．减数分裂过程中相关概念 (1)同源染色体与非同源染色体 ①同源染色体：减数分裂过程中，配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方。 ②非同源染色体：形状、大小不同，且在减数分裂过程中不能进行两两配对的染色体。 (2)姐妹染色单体和非姐妹染色单体 ①姐妹染色单体：染色体复制后，一个着丝粒上连接的两条完全相同的染色单体，这两条染色单体互为姐妹染色单体。 ②非姐妹染色单体：在不同的染色体中的染色单体互称非姐妹染色单体。 比较如下表： 染色体 染色单体 同源染色体 图形 说明 ①1个着丝粒，1条染色体，1个DNA分子 ②无姐妹染色单体 ①2个着丝粒，2条染色体，4个DNA,4条染色单体 ②a与a′、b与b′互为姐妹染色单体，a与b、b′，a′与b、b′互为非姐妹染色单体 ①5与7、6与8分别属于一对同源染色体 ②5与6、5与8、6与7、7与8分别属于非同源染色体 ③1和2、3和4不是同源染色体，也不是非同源染色体，而是一条染色体分开后形成的两条子染色体 (3)联会和四分体 ①联会：在减数分裂过程中，同源染色体两两配对的现象叫作联会。 ②四分体：联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。 ③数量关系：1个四分体＝1对同源染色体＝2条染色体＝4条染色单体＝4个DNA分子＝8条脱氧核苷酸链。 (4)染色体互换 同源染色体(四分体)中的非姐妹染色单体之间交换相应的片段。 知识点二 精子的形成过程 1．精子的形成过程中的相关知识 (1)高等雄性哺乳动物精子的形成场所：睾丸。 (2)精子形成的起点：原始雄性生殖细胞——精原细胞 ①染色体数目与体细胞的相同。 ②通过有丝分裂进行增殖。 ③通过减数分裂，形成精细胞。 (3)精子形成的概述 ①染色体复制→减数分裂Ⅰ→减数分裂Ⅱ→变形。 ②在减数分裂前，每个精原细胞的染色体复制一次，而细胞在减数分裂过程中连续分裂两次，最后形成四个精细胞。精细胞再经过变形，就形成了成熟的雄性生殖细胞——精子。 2．精子的形成过程 (1)精细胞形成过程 时期 图像 染色体行为 细胞名称 减数分裂前的间期 染色体复制，细胞体积增大 结果：每条染色体形成2条姐妹染色单体，但呈染色质丝状态，显微镜下不可见 精原细胞 减数分裂Ⅰ 前期 同源染色体发生联会形成四分体，四分体的非姐妹染色单体间经常发生互换 初级精母细胞 中期 各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧 后期 配对的两条同源染色体彼此分离，分别移向细胞的两极，非同源染色体自由组合 减数分裂Ⅱ 前期 染色体散乱分布在细胞中 次级精母细胞 中期 染色体着丝粒排列在赤道板上 后期 每条染色体的着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，移向细胞的两极 (2)精细胞变形形成精子 精子呈蝌蚪状，分头部和尾部，头部含有细胞核，尾长，能够摆动。 知识点三 卵细胞的形成过程和减数分裂的概念 1．卵细胞的形成 (1)哺乳动物卵细胞的形成场所：卵巢，位于腹腔内，内部有许多发育程度不同的卵泡，在卵泡中央的一个细胞将会发育为卵细胞。 (2)卵细胞形成的起点：卵原细胞。 2．卵细胞的形成过程 3．结果：一个卵原细胞经过减数分裂，只形成一个卵细胞(三个极体最终都退化消失)。 4．精子与卵细胞形成过程的比较 5.减数分裂的概念 (1)范围：进行有性生殖的生物。 (2)时期：从原始生殖细胞发展到成熟生殖细胞的过程中。 (3)特点：在减数分裂前，染色体复制一次，而减数分裂过程中细胞连续分裂两次。 (4)结果：成熟的生殖细胞中染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。 6．探究·实践 (1)观察蝗虫精母细胞减数分裂装片 ①目的要求 通过观察蝗虫精母细胞减数分裂装片，识别减数分裂不同时期染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。 ②方法步骤 a．在低倍镜下观察蝗虫精母细胞减数分裂装片。识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞。 b．先在低倍镜下依次找到减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ不同时期的细胞，再在高倍镜下仔细观察染色体的形态、位置和数目。 c．根据观察结果，绘制减数分裂不同时期的细胞简图。 (2)建立减数分裂中染色体变化的模型 ①目的要求 通过建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型，加深对减数分裂过程及其特点的认识，理解配子中染色体组合的多样性，领悟减数分裂的意义。 ②主要步骤 a．模拟减数分裂中染色体数目和主要行为的变化。 b．模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合。 c．模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换。 知识点四 减数分裂中染色体和DNA的变化规律 1．假设某生物正常细胞中染色体数目为2n，核DNA数为2c，请结合图形完成下表。 细胞分 裂图像 分裂时期 分裂前的间期 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ 前期 中期 后期 前期 中期 后期 染色体数 2n 2n 2n 2n n n 2n DNA数 2c－4c 4c 4c 4c 2c 2c 2c 2．染色体数目和核DNA含量变化曲线分析 (1)染色体第一次减半发生在减数分裂Ⅰ，原因是同源染色体分离，分别进入两个次级性母细胞。 (2)减数分裂Ⅱ后期，染色体数目暂时加倍到与体细胞一样，原因是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开。 (3)核DNA数目加倍的时期是分裂前的间期，原因是DNA复制。 (4)核DNA第一次减半原因是减数分裂Ⅰ结束，同源染色体分开进入两个子细胞；第二次减半原因是减数分裂Ⅱ结束，分开的姐妹染色单体成为染色体，分别进入两个子细胞。 (5)各关键点变化的原因 BC段——DNA复制； DE(de)段——同源染色体分离，DNA和染色体被平均分配到两个子细胞； ff′段——着丝粒分裂，姐妹染色单体分开； GH(gh)段——姐妹染色单体分开后形成的子染色体平均分配到了两个子细胞。 (6)不含同源染色体的是EH(eh)段；不含染色单体的是FH(f′h)段。 3．减数分裂每条染色体中DNA变化的曲线 (1)每条染色体中只能含有1个或者2个DNA分子，因此纵坐标只能是1或者2。 (2)bc段的变化原因是DNA复制，染色单体形成；cd段是存在染色单体的时期(减数分裂Ⅰ前、中、后期和减数分裂Ⅱ前、中期)，每条染色体中含有2个DNA分子；de变化的原因是减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂，染色单体消失，每条染色体中只含有1个DNA分子。 知识点五 细胞分裂图像判定 细胞分裂图像判定集中于前期、中期和后期三个时期，据图分析： (1)前期 图像 时期 有丝分裂前期 减数分裂Ⅰ前期 减数分裂Ⅱ前期 依据 有同源染色体但不联会，且染色体散乱分布 有同源染色体联会现象 无同源染色体，且染色体散乱分布 (2)中期 图像 时期 有丝分裂中期 减数分裂Ⅰ中期 减数分裂Ⅱ中期 依据 有同源染色体，且着丝粒排列在赤道板上 各对同源染色体排列在赤道板两侧 无同源染色体，且着丝粒排列在赤道板上 (3)后期 图像 时期 有丝分裂后期 减数分裂Ⅰ后期 减数分裂Ⅰ后期 减数分裂Ⅱ后期 减数分裂Ⅱ后期 细胞名称 体细胞 初级精母细胞 初级卵母细胞 次级精母细胞或第一极体 次级卵母细胞 依据 着丝粒分裂，移向同一极的染色体中有同源染色体 着丝粒不分裂，同源染色体分离并移向两极，细胞质均等分裂 着丝粒不分裂，同源染色体分离并移向两极，细胞质不均等分裂 着丝粒分裂，无同源染色体，细胞质均等分裂 着丝粒分裂，无同源染色体，细胞质不均等分裂 知识点六 受精作用 1．配子中染色体组合的多样性 (1)原因 时期 染色体行为 减数分裂Ⅰ前期 同源染色体联会后，四分体中的非姐妹染色单体之间发生互换 减数分裂Ⅰ后期 同源染色体分离的同时，非同源染色体自由组合 (2)产生配子多样性的规律 含n对同源染色体的精(卵)原细胞形成的配子(不考虑染色体互换)： 配子个数 配子种类 1个精原细胞 4 2种(多数情况下)。特例：如基因型为AAbb的精原细胞只产生1种精细胞Ab 1个卵原细胞 1 1种 1个生物体 — 2n种 2．受精作用 (1)概念：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。 (2)过程：①精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面；②卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，以阻止其他精子进入；③精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合，使彼此的染色体会合在一起。 (3)实质：精子的细胞核和卵细胞的细胞核融合。 (4)结果：受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，保证了物种染色体数目的稳定，其中有一半染色体来自精子(父方)，另一半来自卵细胞(母方)。 (5)意义：减数分裂和受精作用对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。 ①减数分裂和受精作用保证了每种生物前后代染色体数目的恒定，维持了生物遗传的稳定性。 ②通过有性生殖，新一代继承了父母双方的遗传物质，而通过无性生殖只能继承单亲的遗传物质。在有性生殖过程中，减数分裂形成的配子，其染色体组合具有多样性，导致了不同配子遗传物质的差异，加上受精过程中卵细胞和精子结合的随机性，同一双亲的后代必然呈现多样性。这种多样性有利于生物适应多变的自然环境，有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。 补充与拓展 1、源染色体是否大小、形态一定相同？大小、形态都相同的是否就是同源染色体？ 同源染色体的形态、大小不一定相同，如性染色体X和Y。大小、形态都相同的也不一定就是同源染色体，如减数分裂Ⅱ后期因着丝粒分裂，两条姐妹染色单体变成的两条染色体不属于同源染色体。 2、减数分裂过程中，“联会”现象有什么意义？ 同源染色体之间通过联会才能准确分离，使子细胞都得到每对中的一条，即组成一组非同源染色体；雌雄配子受精后，又恢复了有成对的同源染色体的状态。 3、染色体复制后，染色体加倍吗？DNA加倍吗？ 染色体数不变，DNA数加倍。 4、减数分裂过程中，染色体数目减半和染色体数目暂时加倍分别发生在什么时期？ 染色体数目减半发生在减数分裂Ⅰ，染色体数目暂时加倍发生在减数分裂Ⅱ后期。 5、在细胞正常分裂的情况下，男性的细胞中可能含有两条Y染色体的是什么细胞？ 次级精母细胞、进行有丝分裂的细胞。 6、精原细胞减数分裂的结果是形成精子吗？ 不是，减数分裂的结果是形成精细胞。精细胞需要变形才能形成精子，而此过程不属于减数分裂。 7、染色体和染色单体 (1)染色体的条数等于着丝粒的个数，有几个着丝粒就有几条染色体。 (2)染色体复制后，一个着丝粒上连接着两条姐妹染色单体，其整体是一条染色体。 8、同源染色体与四分体 (1)四分体是同源染色体的特殊存在形式。在减数分裂过程中，联会后的一对同源染色体才可称作四分体。数量关系为四分体数∶同源染色体对数∶染色体数∶染色单体数∶DNA分子数＝1∶1∶2∶4∶4。 (2)有丝分裂和减数分裂过程中都有同源染色体存在，但联会和四分体只存在于减数分裂过程中。 9、减数分裂Ⅰ与减数分裂Ⅱ的比较 比较项目 减数分裂Ⅰ 减数分裂Ⅱ 着丝粒变化 不分裂 分裂 染色体数目变化 2N→N(减半) N→2N→N DNA数目变化 4N→2N 2N→N(减半) 染色体主要行为 有联会现象；染色体互换；同源染色体分离，非同源染色体自由组合 着丝粒分裂，染色单体分开 染色单体 有(4N)→有(2N) 有(2N)→无(0) 同源染色体 有(N对)→无 无 10、卵细胞形成过程中，出现不均等分裂有什么意义？ 不均等分裂导致卵细胞较大，有利于受精后为早期胚胎发育提供营养。 11、原始生殖细胞和成熟生殖细胞分别指哪类细胞？ 原始生殖细胞指精原细胞和卵原细胞；成熟生殖细胞指精子和卵细胞。 12、如果左图代表有丝分裂DNA变化，则cd段代表时期是什么？ 有丝分裂前期和中期。 13、卵细胞和精子形成过程中图像的判断方法 14、明确减数分裂中染色体和DNA数量变化的四个关键时期 (1)分裂前的间期DNA数目加倍，染色体数目不变。 (2)减数分裂Ⅰ结束DNA和染色体数目减半。 (3)减数分裂Ⅱ后期染色体数目加倍，DNA数目不变。 (4)减数分裂Ⅱ结束染色体和DNA数目减半。 15、减数分裂中染色体/DNA变化规律及原因 1∶11∶21∶1。 16、精子与卵细胞的识别、融合体现了细胞膜的哪一功能？该过程依赖于细胞膜的什么特点？ 提示：精子与卵细胞的识别体现了细胞膜的信息交流功能，其融合则依赖于细胞膜的流动性。 17、受精卵中的遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞吗？ 提示：受精卵的细胞核中的遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞；细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。 18、如果配子的形成与体细胞的增殖一样，也是通过有丝分裂形成的，结果会怎样？ 提示：成熟生殖细胞中染色体数与体细胞中相同，经受精作用，后代中染色体数加倍。 19、判断细胞分裂方式常采用“三看法” 20、根据染色体组成判断配子来源的方法 (1)若两个精细胞中染色体完全相同，则它们可能来自同一个次级精母细胞。简记为“同为同一‘次’”。 (2)若两个精细胞中染色体恰好“互补”，则它们可能来自同一个初级精母细胞分裂产生的两个次级精母细胞。简记为“补为同一‘初’”。 (3)若两个精细胞中的染色体有的相同，有的互补，只能判定可能来自同一个生物不同精原细胞的减数分裂过程。简记为“同、补同一‘体’”。 第2节 基因在染色体上 基础知识 知识点一 萨顿的假说和基因位于染色体上的实验证据 1．萨顿的假说 (1)基因与染色体行为的平行关系(填表) 基因行为 染色体行为 独立性 基因在杂交过程中保持完整性和独立性 染色体在配子形成和受精过程中，也有相对稳定的形态结构 存在方式 在体细胞中基因成对存在，在配子中只有成对的基因中的一个 在体细胞中染色体成对存在，在配子中只有成对的染色体中的一条 来源 体细胞中成对的基因一个来自父方，一个来自母方 体细胞中成对的染色体(即同源染色体)一条来自父方，一条来自母方 分配 非等位基因在形成配子时自由组合 非同源染色体在减数分裂Ⅰ的后期也是自由组合的 (2)结论：基因和染色体行为存在着明显的平行关系，基因(遗传因子)是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，即基因就在染色体上。 2．基因位于染色体上的实验证据 (1)实验者：美国生物学家摩尔根。 (2)实验材料：果蝇。 ①果蝇作为遗传学研究的实验材料的优点 个体小，容易饲养；繁殖速度快，在室温下10多天就可繁殖一代；后代数量多，一只雌果蝇一生能产生几百个后代。 ②果蝇染色体组成 性别 雌性 雄性 同源染色体 4对 常染色体 3对(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ) 性染色体 同型，用XX表示 异型，用XY表示 (3)实验方法：假说—演绎法。 (4)研究过程 ①实验现象——发现问题 F1全为红眼，说明白眼对红眼是隐性。 F2的性状分离比为红眼∶白眼＝3∶1，符合分离定律。 F2中雌性个体的性状为红眼，雄性个体的性状既有红眼又有白眼，性状表现与性别有关。 ②提出问题：白眼性状的表现为何总与性别相关联？ ③理论解释——提出假说 a．假说核心内容：控制白眼的基因(用w表示)在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。 b．实验解释 ④测交实验——演绎推理、实验验证 a．设计实验——演绎推理 实验一：F1中红眼雌果蝇与亲本白眼雄果蝇测交 实验二：实验一中F1红眼雄果蝇与白眼雌果蝇测交 b．实验验证：实验结果与理论预期相符。 ⑤实验结论：决定果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体上，从而证明了基因在染色体上。 (5)基因和染色体的关系 ①一条染色体上有许多个基因。 ②基因在染色体上呈线性排列。 知识点二 孟德尔遗传规律的现代解释 1．基因的分离定律 (1)基因分离定律的实质是：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。 (2)分离定律的细胞学基础 分离定律的细胞学基础是等位基因随同源染色体分开而分离，如下图： 2.基因的自由组合定律 (1)基因自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。 (2)自由组合定律的细胞学基础 自由组合定律的细胞学基础是等位基因随同源染色体分开而分离的同时，非等位基因随着非同源染色体的自由组合而组合，如下图： 补充与拓展 1、细胞中的基因都位于染色体上吗？为什么？ 不是。①真核生物的核基因都位于染色体上，而质基因位于线粒体等细胞器内；②原核生物的基因有的位于拟核区DNA分子上，有的位于细胞质的质粒上。 2、如果控制白眼的基因位于Y染色体上，还能解释摩尔根的果蝇杂交实验吗？ 不能。若控制白眼的基因位于Y染色体上，则遗传图解为： 与实验现象不符。 3、演绎推理过程为什么设置两个实验？ 提示：实验一杂交子代中，雌雄果蝇均有红眼和白眼，与基因位于常染色体上时表现相同，故根据本实验的结果无法验证假说，但通过实验一可以得到白眼雌果蝇，用于实验二。 4、最能直接体现基因分离定律的实质的是什么？纯合子产生配子时会发生同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合吗？ 杂合子(Aa)产生的配子A∶a＝1∶1。会。 5、如图为某生物细胞内染色体和基因分布图，请回答： (1)分离定律中的一对遗传因子指一对同源染色体上的一对等位基因，图中所示等位基因有哪些？ (2)图中非等位基因有哪些？能自由组合的又有哪些？ (3)不考虑染色体互换、该生物能产生几种配子？ 提示：(1)A、a和B、b和C、c。 (2)图中非等位基因有A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)、A(或a)和B(或b)；能自由组合的有A(或a)和C(或c)、B(或b)和C(或c)。 (3)4种，ABC、ABc、abC、abc。 6、依据自由组合定律的现代版解释，利用下面三幅图，写出满足这个定律的基本条件？ 真核生物，细胞核遗传；研究两对或两对以上等位基因，不同的等位基因位于非同源染色体上。 7、确定基因位于常染色体上还是X染色体上的方法 (1)根据子代某性状在雌雄个体中的概率来推断：若均等，一般可判断基因位于常染色体上，否则基因位于X染色体上。 (2)实验设计方法 ①未知显隐性，可采用正交与反交，若结果不同，则基因位于X染色体上；若结果相同，则基因位于常染色体上。(前提：都是核基因) ②已知显隐性(XY型生物)：雌性选隐性性状，雄性选显性性状 a．若子代⇒基因位于X染色体上。 b．若子代性状与性别无关⇒基因位于常染色体上。 8、基因的行为并不都遵循孟德尔遗传规律 (1)并不是所有的非等位基因都遵循基因自由组合定律，只有非同源染色体上的非等位基因遵循基因自由组合定律。 (2)并不是真核生物中所有的基因都遵循孟德尔的遗传规律，叶绿体、线粒体中的基因都不遵循孟德尔遗传规律。 (3)原核生物中的基因都不遵循孟德尔遗传规律。 第3节 伴性遗传 基础知识 知识点一 人类红绿色盲 1．伴性遗传的概念 决定某性状的基因位于性染色体上，在遗传上总是和性别相关联，这种现象叫作伴性遗传。 2．人类红绿色盲 (1)人类性别决定方式 ①人类的性别由性染色体决定。 女性性染色体组成：同型的，用XX表示。 男性性染色体组成：异型的，用XY表示。 ②X与Y的区别 图示 大小有差别 Y染色体只有X染色体大小的1/5左右 携带的基因种类和数量有差别 X染色体携带着许多个基因，Y染色体携带的基因比较少；许多位于X染色体上的基因，在Y染色体上没有相应的等位基因；有些位于Y染色体上的基因在X染色体上也没有相应的等位基因 (2)人类红绿色盲(伴X染色体隐性遗传) ①致病基因的显隐性及其位置 显隐性：红绿色盲受隐性基因控制。 位置：红绿色盲基因位于X染色体上，Y染色体上没有等位基因，即位于X染色体的非同源区段。 ②正常色觉和红绿色盲患者的基因型与表型 性别 女性 男性 基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY 表型 正常 正常(携带者) 色盲 正常 色盲 ③红绿色盲的主要遗传方式 a．方式一 由图解分析可知：男性的色盲基因只能传给女儿，不能传给儿子。 b．方式二 由图解分析可知：男孩的色盲基因只能来自于母亲。 c．方式三 由图解分析可知：女儿色盲，父亲一定色盲。 d．方式四 由图解分析可知：父亲正常，女儿一定正常；母亲色盲，儿子一定色盲。 ④遗传特点 患者中男性远多于女性。 男性患者的基因只能从母亲那里传来，以后只能传给女儿。 知识点二 抗维生素D佝偻病和外耳道多毛症 1．抗维生素D佝偻病 (1)致病基因的显隐性及其位置 显隐性：抗维生素D佝偻病受显性基因控制。 基因位置：位于X染色体上。 (2)正常和抗维生素D佝偻病患者的基因型和表型 性别 女性 男性 基因型 XDXD XDXd XdXd XDY XdY 表型 患者 患者 正常 患者 正常 (3)遗传特点 ①患者中女性多于男性，但部分女性患者(XDXd)病症较轻。 ②男性患者与正常女性婚配的后代中，女性都是患者，男性正常。 2．外耳道多毛症(伴Y染色体遗传) 下面为人类外耳道多毛症患者的遗传系谱图，请据图归纳： 致病基因只位于Y染色体上，无显隐性之分，患者后代中男性全为患者，女性全为正常。简记为“男全患病，女全正常”。 知识点三 伴性遗传理论在实践中的应用和遗传系谱图 1．伴性遗传理论在实践中的应用 (1)根据伴性遗传的规律，可推算后代的患病概率，从而指导优生 有一位女性血友病(伴X染色体隐性遗传病)患者和正常男性结婚，建议他们生女孩；男性抗维生素D佝偻病患者和正常女性结婚，建议生男孩。 (2)根据伴性遗传理论指导育种工作 ①生物的性别决定方式 方式 XY型性别决定 ZW型性别决定 性染色体组成 XX XY ZW ZZ 性别 雌性 雄性 雌性 雄性 常见生物 人、果蝇等 鸡、鸟类、蛾蝶类等 ②已知鸡的性别决定是ZW型，芦花鸡(显性)和非芦花鸡(隐性)是一对相对性状，分别由一对等位基因B和b(位于Z染色体上)控制。 表型 芦花雌鸡 非芦花雌鸡 芦花雄鸡 非芦花雄鸡 基因型 ZBW ZbW ZBZB、ZBZb ZbZb ③根据雏鸡的羽毛特征来区分雌性和雄性 2．遗传系谱图中遗传方式的判断 (1)首先确定是否为伴Y染色体遗传 若系谱图中女性全正常，男性全患病，则为伴Y染色体遗传。如图： (2)其次确定是显性遗传还是隐性遗传 ①图1中，双亲正常，子代有患病个体，一定是隐性遗传病，即“无中生有为隐性”。 ②图2中，双亲患病，子代有正常个体，一定是显性遗传病，即“有中生无为显性”。 ③图3中，亲子代都有患者和正常个体，无法准确判断，可先假设，再推断。 (3)然后进行常染色体遗传与伴X染色体遗传的判定 ①在隐性遗传的系谱图中，主要参照“女患者”。 a．如果所有女患者的父亲和儿子都患病，则最可能为伴X染色体隐性遗传，如图4。 b．如果女患者的父亲和儿子中有正常的，则一定为常染色体隐性遗传，如图5。 ②在显性遗传的系谱图中，主要参照“男患者”。 a．如果所有男患者的母亲和女儿都患病，则最可能为伴X染色体显性遗传，如图6。 b．如果男患者的母亲和女儿有正常的，则一定为常染色体显性遗传，如图7。 (4)若系谱图中无上述特征，就不能作出确定的判断，只能从可能性大小方面推断，通常的原则是： ①显隐性代代有患者⇒最可能是显性遗传隔代遗传⇒最可能是隐性遗传 ②遗传方式 (5)计算概率 在分析既有伴性遗传又有常染色体遗传的两对及两对以上性状的遗传现象时，按照基因的分离定律分别处理两对或两对以上性状的遗传，整体上按基因的自由组合定律处理。 补充与拓展 1、如果用玉米为实验材料，研究伴性遗传，可以吗？ 不可以。玉米为雌雄同株植物，没有性染色体。 2、一对等位基因(A、a)在X、Y染色体的同源区段，那么相关的基因型有哪些？这对基因的遗传与性别有关联吗？ 共7种：XAXA、XAXa、XaXa、XAYA、XAYa、XaYA、XaYa。这对基因的遗传与性别有关联。例如：XaXa×XaYA，后代性状与性别相关联。 3、在红绿色盲遗传中，分析女患者的父亲、儿子和正常男性的母亲、女儿的表型。 女患者的父亲、儿子一定患病，正常男性的母亲和女儿一定正常(简记为“女病，父子病；男正，母女正”)。 4、为什么红绿色盲患者男性多于女性？ 红绿色盲基因位于X染色体上，属于隐性遗传，男性只有一条X染色体，只要X染色体上有红绿色盲基因，就表现为患病，而女性有两条X染色体，必须两条X染色体上都有红绿色盲基因才能表现为患病，因此红绿色盲患者男性多于女性。 5、在人类的抗维生素D佝偻病遗传中，分析正常女性的父亲和儿子及男性患者的母亲和女儿的表型。 正常女性的父亲和儿子一定正常，而男性患者的母亲和女儿一定患病。 6、为什么抗维生素D佝偻病患者女性多于男性？ 因为女性有两条X染色体，得到抗维生素D佝偻病显性基因的机会比只有一条X染色体的男性大，只要有一个显性基因就患病，所以抗维生素D佝偻病患者女性多于男性。 7、XY型性别决定的生物雄性体内的一对异型性染色体——X、Y构成了一对特殊的同源染色体，X和Y染色体都有一部分与对方不同源，但也有一部分是同源的。二者关系如图所示： 控制人类红绿色盲和抗维生素D佝偻病的基因位于哪个区段？控制人类外耳道多毛症的基因位于哪个区段？ B区段。D区段。 8、XY型性别决定的生物群体中，性别比例为1∶1的原因？ 因为雄性个体产生含X的精子∶含Y的精子＝1∶1。 9、单独分析伴性遗传时，其上面的基因在产生配子时遵循基因的分离定律还是自由组合定律？与其他染色体上的基因综合看，产生配子时遵循什么定律？分离定律。分离定律、自由组合定律。 10、有性别之分的生物，其性别并不都是由性染色体决定的： ①具有性别分化(雌雄异体)的生物主要由性染色体(XY或ZW)决定性别。 ②有些雌雄异体的生物的性别取决于染色体组的多少，如蜜蜂、蚂蚁等。 ③还有的生物的性别完全取决于环境因素，如龟、鳄等生物其性别由环境温度决定。此外，雌雄同体(或雌雄同株)的生物无性别之分，体内无性染色体，如玉米、水稻等。 11、现在有一只基因型未知的芦花雄鸡，如何确定它的基因型？ 让该芦花雄鸡与多只非芦花或芦花雌鸡杂交，若后代都为芦花鸡，则其基因型为ZBZB；若后代中有非芦花鸡，则其基因型为ZBZb。 12、关于“患病男孩”与“男孩患病”概率的计算 (1)常染色体遗传 ①患病男孩的概率＝患病孩子的概率×(1/2)； ②男孩患病的概率＝患病孩子的概率。 (2)伴性遗传 ①患病男孩的概率＝患病男孩在后代全部孩子中的概率； ②男孩患病的概率＝后代男孩中患病的概率。 13、实验判定基因所处位置 (1)判断基因位于常染色体上还是X染色体上(不考虑同源区段) ①在显隐性已知的条件下，可设置雌性隐性性状个体与雄性显性性状个体杂交。 ②在显隐性未知(或已知)条件下，可设置正反交实验。 a．若正反交结果相同，则基因位于常染色体上。 b．若正反交结果不同，则基因位于X染色体上。 (2)判断基因是位于X、Y的同源区段，还是只位于X染色体上 选取纯合隐性雌与纯合显性雄杂交⇒ (注：ZW型生物选择个体时，♀、♂对调。) 14、遗传病判定口诀 （1）伴X染色体隐性遗传的判定方法：无中生有为隐性，隐性遗传看女病，女病男正非伴性 （2）伴X染色体显性遗传判定方法：有中生无为显性，显性遗传看男病，男病女正非伴性 （3）伴Y染色体遗传：父传子，子传孙，传男不传女 15、伴性遗传类型及特点 （1）伴X染色体隐性遗传——红绿色盲(Xb)、血友病(Xh) ②隔代、交叉遗传 ①男性患者多于女性 ③女性患者的父亲和儿子均患病(父亲←女病→儿子) （2）伴X染色体显性遗传——抗维生素D佝偻病(XD) ①女性患者多于男性 ②连续遗传、交叉遗传 ③男性患者的母亲和女儿均患病(母亲←男病→女儿) （3）伴Y染色体遗传(限雄遗传)——外耳道多毛症 ①患者全为男性 ②没有显隐性之分 ③父传子,子传孙，代代传 16、常见遗传病 常染色体显性遗传病：多指、并指 常染色体隐性遗传：白化病、先天性聋哑、苯丙酮尿症、镰刀型细胞贫血症 伴X染色体显性遗传：抗维生素D佝偻病 伴X染色体隐性遗传：红绿色盲、血友病 伴Y染色体遗传：外耳道多毛症 第三章 基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质 基础知识 知识点一 肺炎链球菌的转化实验 1．对遗传物质的早期推测 20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 2．肺炎链球菌的转化实验 (1)肺炎链球菌类型 种类 项目 S型细菌 R型细菌 菌体 有多糖类的荚膜 无多糖类的荚膜 菌落 表面光滑 表面粗糙 致病性 有 无 (2)格里菲思的实验——体内转化实验 ①实验过程及结果 ②结论：加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。 (3)艾弗里的实验——体外转化实验 ①自变量：不同处理的细胞提取物。 因变量：培养基中活细菌的种类。 ②实验过程及结果 a．预处理：将加热致死的S型细菌破碎，去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。 b. c．分析细胞提取物的理化特性，发现这些特性与DNA的极为相似。 ③结论 DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 3．自变量控制中的原理 (1)加法原理 与常态比较，人为增加某种影响因素。如在“比较H2O2在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了加法原理。 (2)减法原理 与常态相比，人为去除某种影响因素。如在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了减法原理。 知识点二 噬菌体侵染细菌的实验 1．实验者：赫尔希和蔡斯。 2.实验材料：T2噬菌体。 (1)结构与成分 (2)生活方式：专门寄生在大肠杆菌体内。 (3)增殖方式：在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖，当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放大量的噬菌体。 3．实验方法：放射性同位素标记法。 4．实验过程及现象 (1)标记T2噬菌体 (2)标记的T2噬菌体侵染未被标记的细菌，检测上清液和沉淀物的放射性 ①搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。 ②离心的目的：让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 ③根据放射性结果说明：噬菌体侵染细菌时，DNA可能进入了大肠杆菌，蛋白质外壳可能留在外面。 (3)检测新形成的噬菌体的放射性 进一步观察，细菌裂解释放出的子代噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。这一结果说明只有DNA进入了细菌，而蛋白质外壳留在外面。因此，亲子代之间具有连续性的物质是DNA。 5．实验结论 子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是噬菌体的遗传物质。 知识点三 DNA是主要的遗传物质 1．RNA是遗传物质的证据 (1)实验材料 ①烟草花叶病毒：组成为RNA和蛋白质。 ②烟草。 (2)侵染过程 (3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。 2．不同生物体内核酸的种类及遗传物质的区别 生物类型 病毒 原核生物 真核生物 体内核酸种类 DNA或RNA DNA和RNA DNA和 RNA 遗传物质 DNA或RNA DNA DNA 实例 噬菌体或烟 草花叶病毒 乳酸菌、蓝细菌 酵母菌、小麦、人 3．结论：绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 补充与拓展 1、肺炎链球菌是原核生物还是真核生物？ 肺炎链球菌是细菌，属于原核生物。 2、格里菲思的肺炎链球菌转化实验中，R型活细菌与加热致死的S型细菌混合注射到小鼠体内后，从死亡小鼠中是否只分离出S型活细菌？ 不是，分离出S型活细菌和R型活细菌，且R型活细菌数量多。 3、(1)肺炎链球菌的转化实验包括格里菲思和艾弗里的实验，其中格里菲思的实验证明了S型细菌体内含有某种转化因子，但并没有证明转化因子是哪种物质，而艾弗里的实验则证明了转化因子是S型细菌体内的DNA，即DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。 (2)加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内，小鼠体内产生了S型活细菌原理是：加热杀死过程中S型细菌蛋白质变性失活，但是其内部的DNA通常在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复活性，其中控制荚膜合成的DNA片段进入了R型细菌内，发生了基因重组，使R型细菌转化为S型细菌。 4、噬菌体侵染细菌的实验中，采用的是放射性同位素标记法，为什么用32P和35S进行标记？ S是噬菌体蛋白质特有的元素，P几乎都存在于DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，可以单独地观察它们各自的作用。 5、噬菌体侵染细菌的实验中，为什么不能直接用含35S和32P的普通培养基来培养T2噬菌体？ 因为噬菌体营寄生生活，只有在大肠杆菌体内才能进行增殖，所以应先培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体。 6、为什么不用14C、18O、15N等标记噬菌体？ 先用14C或18O或15N的培养基培养大肠杆菌，再用未标记的噬菌体侵染大肠杆菌，这样得到的噬菌体外壳及DNA均含有14C或18O或15N，因此无法研究谁是遗传物质。 7、用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有少量放射性的原因是什么？ (1)保温时间过短，部分噬菌体没有侵染大肠杆菌，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；(2)保温时间过长，部分噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中。 8、用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性的原因是什么？ 由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 9、细胞核中的遗传物质是DNA，细胞质中的遗传物质是RNA，这种说法正确吗？ 不正确，有细胞结构的生物，其遗传物质均是DNA，不是RNA。 10、对于某一生物能不能说它的遗传物质主要是DNA，例如人、T2噬菌体、酵母菌等生物？DNA是主要的遗传物质如何理解？ 不能。某种生物的遗传物质只能说是DNA(例如人、T2噬菌体、酵母菌)或是RNA(艾滋病病毒等)。DNA是主要的遗传物质是对所有生物来说，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数是RNA。 11、格里菲思实验只能说明S型细菌体内含有某种转化因子，不能证明DNA是遗传物质。 12、R型细菌转化成S型细菌的原因是S型细菌的DNA进入了R型细菌体内，与R型细菌的DNA发生了重组。 13、体内转化实验中使小鼠致死的是具有致病性的S型细菌，不是S型细菌的DNA。 14、转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌被转化。 15、“二看法”判断子代噬菌体标记情况 第2节 DNA的结构 基础知识 知识点一 DNA双螺旋结构模型的构建 1．构建者 美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。 2．构建过程 3．意义：是划时代的伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。 知识点二 DNA的结构 1．组成元素：C、H、O、N、P。 2．基本单位：脱氧核苷酸(4种)。 (1)组成：每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基构成，共有四种碱基，分别为A腺嘌呤、T胸腺嘧啶、G鸟嘌呤、C胞嘧啶。 (2)结构模式图 脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′—C，与磷酸基团相连的碳叫作5′—C。 3．DNA结构：双螺旋结构。 (1)DNA结构图 DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′—端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′—端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5′—端到3′—端的，另一条单链则是从3′—端到5′—端的。 (2)结构特点 ①DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 ②DNA中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 ③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。 知识点三 制作DNA双螺旋结构模型及DNA相关计算 1．制作DNA双螺旋结构模型 (1)组装脱氧核苷酸模型：利用材料制作若干个脱氧核糖、磷酸和碱基，组装成若干个脱氧核苷酸。 (2)制作多核苷酸长链模型：将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须相等，碱基之间能够互补配对。 (3)制作DNA平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来，注意两条链的方向相反。 (4)制作DNA的立体结构(双螺旋结构)模型：把DNA平面结构旋转，即可得到一个DNA的双螺旋结构模型。 2．DNA相关计算 分析上图可得出以下规律 (1)DNA双链中互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。 (2)DNA双链中，两个不互补的碱基之和占碱基总数的比值相等，并为碱基总数的，即(A＋G)/(A＋G＋T＋C)＝(T＋C)/(A＋G＋T＋C)＝(A＋C)/(A＋G＋T＋C)＝(T＋G)/(A＋G＋T＋C)＝。 (3)一条链中互补的两碱基的和占该单链的比等于其互补链中这两碱基的和占互补链的比，等于DNA双链中这两种碱基的和占碱基总数的比例，即 ＝＝， ＝＝。 (4)若一条链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝K，则另一条链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝。 (5)不同DNA，值一般不同。 补充与拓展 1、DNA的结构模型属于什么模型？ 物理模型。 2、在双链DNA中，一个磷酸与几个脱氧核糖相连？一个脱氧核糖与几个磷酸相连？ 一个或两个；一个或两个。 3、一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过什么相连？ 脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖。 4、两条链的碱基通过什么相连？DNA片段中有几个游离的磷酸基团？ 氢键；2个。 5、一条DNA单链的序列是5′—CAGTAC—3′，那么它的互补链的序列是什么？ 5′—GTACTG—3′。 知识拓展：涉及到的基本骨架或基本支架有：①生物大分子基本骨架：碳链。②细胞骨架：蛋白质纤维。③细胞膜基本支架：磷脂双分子层。④DNA双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。 6、“三看法”判断DNA结构的正误 一看基本骨架的成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的脱氧核糖的5号碳原子上的磷酸基团与相邻核苷酸的脱氧核糖的3号碳原子之间； 二看两条链是否反向平行； 三看内侧碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。 7、解答碱基计算题目的三个步骤 第一步：搞清题中所给出的碱基数或碱基数的和是占单链的比例还是双链的比例，所求的是占整个DNA的比例还是占其中一条链的比例。 第二步：画出一个DNA模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。 第三步：根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。 第3节 DNA的复制 基础知识 知识点一 对DNA复制的推测及DNA半保留复制的实验证据 1．对DNA复制的推测 (1)假说：半保留复制。 (2)提出者：沃森和克里克。 (3)假说内容 ①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。 ②复制：解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。 ③结果：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。 (4)其他假说 ①全保留复制方式。 ②内容：DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。 2．DNA半保留复制的实验证据 (1)实验方法：假说—演绎法。 (2)实验技术：同位素标记技术和离心技术。 (3)实验原理：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同N元素的DNA。 (4)实验过程 ①用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。 ②将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。 ③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。 ④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。 (5)实验预期 (6)实验结果 ①亲代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中只出现了一条DNA带，位置靠近试管底部。 ②第一代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中只出现了一条DNA带，位置居中。 ③第二代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了两条DNA带，一条带位置居中，另一条带的位置更靠上。 (7)实验结论 DNA的复制是以半保留的方式进行的。 知识点二 DNA复制的过程 1．概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2．发生时间：细胞分裂前的间期，随着染色体复制而完成的。 3．场所 (1)真核生物：主要在细胞核内，线粒体和叶绿体也可以进行。 (2)原核生物：主要在拟核。 (3)DNA病毒：活的宿主细胞内。 4．复制过程 5.结果：形成两个完全相同的DNA分子。 6．特点 (1)边解旋边复制。 (2)半保留复制。 7．基本条件：模板、能量、原料、酶。 8．准确复制的原因 (1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。 (2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 9．意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 知识点三 与DNA复制相关的计算 DNA复制为半保留复制，若将双链被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中扩增，复制n(n≥1)次，其结果如下： (1)子代DNA共2n个 (2)脱氧核苷酸链共2n＋1条 (3)消耗的脱氧核苷酸数 ①若一亲代DNA含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。 ②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。 补充与拓展 1、要想证明DNA的复制方式，关键是什么？ 关键是通过实验区分亲代与子代的DNA。 2、想一想，DNA为什么要复制？ 复制是为了传给子代。 3、半保留复制与全保留复制模型 4、若DNA复制的方式为全保留复制，实验结果会是怎样？ (1)亲代，提取DNA→离心→全部重带； (2)繁殖一代后取出，提取DNA→离心→重带、轻带； (3)繁殖两代后取出，提取DNA→离心→重带、轻带。 5、第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了哪种复制方式？ 全保留复制。 6、所有的真核细胞都存在核DNA复制吗？ 不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA复制；不分裂的细胞不存在DNA复制。 7、DNA解旋酶与DNA聚合酶分别作用于什么化学键？ DNA解旋酶使氢键断裂。DNA聚合酶使脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键形成。 8、DNA复制效率高是因为半保留复制还是边解旋边复制？ 是因为边解旋边复制。 9、DNA复制n次与第n次复制各形成多少个DNA? DNA复制n次形成2n个DNA，第n次复制形成2n－1个DNA。 10、DNA的半不连续复制模型 DNA半保留复制时，DNA的两条链都能作为模板，同时合成两条新的互补链。DNA的两条链是反向平行的，但是，生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。 为了探究DNA在复制时两条链能够同时作为模板合成其互补链这个问题，日本学者冈崎等提出了DNA的半不连续复制模型(如图所示)，以图中b链为模板时，最终合成的互补链实际上是由许多沿5′→3′方向合成的DNA片段连接起来的。 11、前导链和后随链的复制特点 DNA复制过程中，当以a链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。 当以b链为模板时，DNA聚合酶也是沿5′→3′方向合成新链片段，但是与前导链的复制方向正好相反，待复制叉向前移动相应的距离后，DNA聚合酶又重复这一过程，随着复制叉的移动会形成许多不连续的片段，这些片段被称为冈崎片段，最后这些冈崎片段在DNA连接酶的作用下被连接成一条完整的子链，这条子链称为后随链。 在生物细胞中，这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制是普遍存在的，称为DNA分子的半不连续复制。 12、复制起点和复制叉 复制是从DNA上的特定部位开始的，这一部位称为复制起点。复制起点一般A、T含量较高。因为A、T之间有2个氢键，G、C之间有3个氢键，解开A—T碱基对所需的能量比解开G—C碱基对所需的能量少。复制时，双链DNA在起始点处打开，沿两条张开的单链模板合成DNA新链，尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处，称为复制叉。两个复制叉之间形成的空间称为复制泡。 13、复制方向 DNA两条子链的合成方向相反，具有双向复制的特点。一般来讲，原核生物每个DNA只有一个复制起点，真核生物染色体DNA有多个复制起点。真核细胞DNA的复制是从多个起点开始的，真核生物的这种复制方式提高了DNA复制的效率。在复制速率相同的前提下，真核生物细胞的复制环大小不一，原因是它们的复制时间有先后，如图2中DNA是从其最右边开始复制的。 14、有关DNA复制相关计算的两个注意点 (1)分析被标记物质所占的比例时，应注意求的是DNA数，还是脱氧核苷酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同。 (2)在计算消耗脱氧核苷酸数时要明确是经过n次复制还是第n次复制。 第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 基础知识 知识点一 说明基因与DNA关系的实例 知识点二 DNA片段中的遗传信息 1．遗传信息：DNA分子中4种碱基的排列顺序。 2．DNA的特点 (1)多样性：碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。 (2)特异性：每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序。 (3)意义 DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。 3．基因概念：基因通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，例如，遗传物质为RNA的人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。 补充与拓展 1、DNA都分布在染色体上吗？DNA片段都有遗传效应吗？ DNA不都分布在染色体上，真核细胞的DNA分布在细胞核内的染色体上和细胞质中的线粒体、叶绿体中，原核细胞的DNA则分布在拟核和质粒上。DNA片段不都有遗传效应，DNA片段包含有遗传效应的基因片段和无遗传效应的非基因片段。 2、DNA分子如何能够储存足够多的遗传信息？ 不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样。不同的排列顺序，可以表示不同的遗传信息，所以DNA分子能够储存足够多的遗传信息。 3、生物体多样性和特异性的直接原因是什么？根本原因是什么？ 直接原因：蛋白质结构的多样性和特异性。根本原因：DNA分子(基因)的多样性和特异性。 4、基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸之间的关系 5、DNA指纹具有的特点 (1)高度的特异性：除非是同卵双生，否则几乎不可能有两个人的DNA指纹图完全相同。 (2)稳定的遗传性：DNA是人的遗传物质，是由父母遗传给子女的。 (3)体细胞稳定性：同一个人的不同组织，如血液、肌肉等产生的DNA指纹图完全一致。 第四章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成 基础知识 知识点一 遗传信息的转录 1．基因的表达：基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。 2．RNA可以作为DNA的信使的原因 (1)RNA是由基本单位——核糖核苷酸连接而成的，核糖核苷酸含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。 ①组成RNA的五碳糖是核糖，组成DNA的五碳糖是脱氧核糖。 ②RNA特有的碱基是U，DNA特有的碱基是T。 (2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。 3．RNA的种类 (1) (2) (3) 4．遗传信息的转录 (1)概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。 (2)图示 mRNA合成方向是mRNA的5′—端到3′—端；DNA的3′—端到5′—端。 (3)过程(以合成mRNA为例) 第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来。当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使得DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。 第2步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。 第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。 知识点二 遗传信息的翻译 1．概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。 2．实质：将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 tRNA和rRNA参与蛋白质的合成过程，但是这两种RNA本身不会翻译为蛋白质。 3．密码子 (1)含义：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。 (2)种类：64种。 ①正常情况下，能编码氨基酸的密码子有61种，其中包含起始密码子2种，即AUG、GUG。 ②正常情况下，不编码氨基酸的密码子有3种，即UAA、UGA、UAG为终止密码子。 (1)在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。 (2)在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它可以编码甲硫氨酸。 (3)密码子与氨基酸对应关系 ①一个密码子决定一种氨基酸，GUG除外。 ②一种氨基酸可能对应一个或多个密码子。 （4）密码子特点 (1)简并性：绝大多数氨基酸都有几个密码子。 (2)通用性：地球上几乎所有的生物体都共用一套密码子。 4.tRNA (1)结构：比mRNA小得多，类似三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。反密码子读取顺序：3′→5′(长臂→短臂)。 (2)功能：携带并转运氨基酸，识别密码子。 (3)与氨基酸对应关系 ①每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 ②一种氨基酸可由一种或几种tRNA运输。 5．翻译过程 (1)第1步起始：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。 (2)第2步运输：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。 (3)第3步脱水缩合：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。 (4)第4步延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。 (5)第5步终止：随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。 (6)第6步脱离：肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。 在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 知识点三 中心法则 1．提出者：克里克。 2．中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。 3．中心法则的补充：少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。 4．中心法则图解 5．生命是物质、能量和信息的统一体：在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。 6.总结：中心法则几个过程分析 过程 ①DNA的复制 ②DNA的转录 ③翻译 ④RNA的复制 ⑤RNA的逆转录 信息传 递方向 DNA→DNA DNA→RNA RNA→多肽 RNA→RNA RNA→DNA 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体 寄主细胞 寄主细胞 模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA RNA RNA 原料 含A、T、C、G的四种 脱氧核糖核苷酸 含A、U、G、C的四 种核糖核苷酸 21种氨基酸 含A、U、C、G的 四种核糖核苷酸 含A、T、C、G的四 种脱氧核糖核苷酸 酶 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶 多种酶 RNA复制酶 逆转录酶 碱基互 补配对 A—T， T—A， C—G，G—C A—U， T—A， C—G，G—C A—U， U—A， C—G，G—C A—U，U—A， C—G，G—C A—T， U—A， C—G，G—C 产物 DNA RNA 蛋白质 RNA DNA 实例 以DNA作为遗传物质的生物 几乎所有的生物 除病毒外的细胞生物 具有RNA复制功能的RNA病毒，如烟草花叶病毒 具有逆转录功能的RNA病毒，如艾滋病病毒 补充与拓展 1、为什么基因表达过程中，DNA需要信使传递遗传信息呢？ DNA主要位于细胞核中，核糖体是蛋白质的合成“机器”，核糖体位于细胞质中。DNA一般是不能进出细胞核的，因此DNA需要“信使”传递自己的命令。 2、除了mRNA、tRNA、rRNA，还有没有具备其他功能的RNA，并说出其功能？ 有。有的RNA具有催化功能(少数酶的本质是RNA)；有的RNA可作遗传物质(RNA病毒中的RNA)。 3、转录的场所一定是细胞核吗？ 不一定，含有DNA的部位(线粒体、叶绿体、拟核、质粒)均可转录。 4、转录的场所：主要在细胞核中，其次在线粒体、叶绿体中。 模板：DNA的一条链。 原料：4种游离的核糖核苷酸。 能量：ATP。 酶：RNA聚合酶。 产物：RNA(包括mRNA、tRNA、rRNA)。 转录的时间：个体发育的任何时期。 5、根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序，为什么？ 第一问：能。 第二问：不能，因为有几种密码子决定同一种氨基酸的情况。 6、密码子简并性的意义？ 保证了翻译的速度，增强了密码子的容错性。 7、几乎所有生物体共用一套密码子给我们什么启示？ 生物界具有统一性。 8、翻译的场所：核糖体(由rRNA和蛋白质组成)。 原料：氨基酸。 模板：mRNA。 转运工具：tRNA。 原则：碱基互补配对原则。 产物：蛋白质。 9、多聚核糖体上合成的多条肽链是否相同？ 相同，因为模板链mRNA相同。 10、以DNA作为遗传物质的生物(包括原核生物、真核生物和DNA病毒)的遗传信息流动方向是什么样的？所有真核细胞遗传信息传递都是一致的吗？ 第一问： 。 第二问：不是。高度分化的细胞不具备DNA复制。 11、以RNA作为遗传物质的生物的遗传信息流动方向是什么样的？ ①； ②。 12、真核生物进行碱基互补配对的场所有哪些？ 细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体。 13、DNA与RNA的快速判定 14、翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。 15、一个mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链，而不是多个核糖体共同完成一条肽链的合成。 16、真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开，而原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。 17、DNA、mRNA中碱基数与蛋白质中氨基酸数的关系 翻译过程中，mRNA上每3个相邻碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码及基因中有的片段不编码蛋白质时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。 18、计算中的“最多”和“最少”分析 翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些，基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。 19、由中心法则判断生理过程的方法 (1)从模板分析 ①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。 ②如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译。 (2)从原料和产物分析 ①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录。 ②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是DNA转录或RNA复制。 ③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。 第2节 基$$