2．动物的新陈代谢

3．植物的新陈代谢

4.微生物的代谢

一．酶与新陈代谢

（一）酶的概念：

1、来源：活细胞产生的。（死细胞不产生酶，凡是活细胞都一定能产生酶。）

2、作用：催化作用。（酶是生物催化剂）

3、本质：有机物（蛋白质或RNA）（绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是RNA）

4、合成原料：氨基酸  或  核糖核苷酸（组成RNA）

5、作用部位：细胞内或细胞外

（二）酶的特性：

1、高效性：是无机催化剂的10⁷-10¹³倍。酶的高效性是细胞新陈代谢顺利进行的保证。

2、专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。酶的专一性保证细胞新陈代谢的有序性。

3、酶作用条件的温和性，活性受温度和pH值影响。

（三）影响酶促反应的因素：

1、酶的浓度：在有足够底物而又不受其它因素的影响的情况下，则酶促反应速率与酶浓度成正比。

2、底物浓度：当酶浓度、温度和PH恒定时，在底物浓度很低的范围内，反应速率与底物浓度成正比，当底物浓度达到一定限度时，所有的酶与底物结合，反应速率达到最大，再增加底物浓度，反应速率不再增加。

3、温度：一般而言，温度越高化学反应越快，但酶是蛋白质，若温度过高会发生变性而失去活性，因而酶促反应一般是随着温度升高反应加快，直至某一温度活性达到最大，超过这一最适温度，由于酶的变性，反应速度会迅速降低。大多数酶，在30-40℃范围内显示最高活性。低温不会使酶失去活性，但使酶活性降低；高温可导致酶失去活性。

4、pH值：在极端的酸性或碱性条件下会变性而完全失去活性，大多数酶的最适PH值为4.5-8.0范围内。1）动物体内的酶最适宜pH大多在6.5―8之间。唾液pH为6.2―7.4，胃液的pH为0.9―1.5，小肠液的pH为7.6。2）植物体内的酶最适pH大多在4.5―6.5之间。

5．反应时间对酶活性的影响：即使在适宜的条件下酶的催化效率也不是一成不变的，酶在工作一段时间后会发生钝化现象，即催化能力下降、丧失。

（四）酶、激素和维生素的比较

1．从来源看：酶是所有活细胞都能产生的具有催化作用的有机物；激素是由内分泌细胞分泌的活性物质；维生素在动物体内一般不能合成或合成很少，主要从食物中摄取。能合成激素的细胞一定能合成酶，而能合成酶的细胞不一定能合成激素。

2．从化学结构看：酶一般是蛋白质类化合物。激素有的是固醇类，如性激素；有的是多肽或蛋白质，如胰岛素、生长激素等；有的是氨基酸或脂肪类的衍生物。维生素的种类很多，有脂肪族、芳香族、杂环化合物等，是可溶于水或脂质的小分子有机物。

3．从生理功能看：酶起催化化学反应的作用，大部分在胞内起作用，少数在胞外起作用；激素起调节作用；维生素多是酶的辅助组成成分。

4．从能特性看：都是高效能物质。

（五）酶与激素、蛋白质、维生素、脂质的关系：

二、ATP与新陈代谢

一）ATP（三磷酸腺苷）的结构简式

1．  结构简式：A―P～P～P

2．  各部分含义：

A：腺苷（腺嘌呤+核糖）     T：三个             P：磷酸基

―：普通磷酸键             ～：高能磷酸键（储存大量化学能）

3．结构特点：含有两个高能磷酸键，且远离腺苷的哪个高能磷酸键既容易分解释放能量（为各种生命活动提供能量），又容易形成而储存能量

二）ATP与ADP的相互转化

1.转化如何理解ATP与ADP之间的相互转化：

ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切相关可用下式表示二者的转化过程：（该可逆反应中物质是可逆的，但能量是不可逆的。）

a）从反应条件上看：ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶应属合成酶，而ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶应属水解酶，由于酶具有单一性，因此反应条件不同。

b）  从能量上看：合成ATP的能量主要有化学能和太阳能，而ATP水解释放的能

量是储存在高能磷酸键内的化学能，因此，能量的来源不同。

c)从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP水解的场所较多。因此，其合成与分解的场所不尽相同。

2.ATP的存在与含量：生物体细胞内普遍存在，但含量很少。（转化十分迅速）

3.ATP的生理功能：

在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质。生物体的一切生命活动都离不开ATP。ATP是生物体内直接供给可利用能量的物质，是细胞内能量转换的“中转站”。各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的。生物体内由于有各种酶的作为生物催化剂，同时又有细胞中生物膜系统的存在，因此，ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有以下几种。

⑴机械能。生物体内的细胞以及细胞内各种结构运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，纤毛和鞭毛的摆动、肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。

⑵电能。生物体内神经系统传导冲动的某些生物能够产生电流，所做的电功消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。

⑶渗透能。细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质过膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能也来自ATP。

⑷化学能。生物体内物质的合成需要化学能，小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转化的化学能来做化学功。

⑸光能。目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，用于发光的能量仍然直接来源于ATP。

⑹热能。生物体内的热能，来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径向外界环境散发，只有一小部分热能用语维持细胞或恒温动物的体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转换和传递过程中的副产品。

三)ATP的再生途径

（一）植物

1．  光合作用：光能化学能+ADP+PiATP

2．  呼吸作用：有机物能量   热能（散失）

                                          形成ATP

（二）动物

1．呼吸作用：有机物能量   热能（散失）

                                          形成ATP

3．  磷酸肌酸化学能+ADP+PiATP

四)生物体内能源物质总结

①生物体进行各项生命活动的最终能源------太阳光能

②生物体内三大能源物质：糖类、脂肪、蛋白质

③生物体内进行各项生命活动的主要能源物质-----糖类

④生物体内储存能量的物质-----脂肪

⑤动物细胞中储存能量的物质-----糖元

⑥植物细胞中储存能量的物质------淀粉

⑦生物体进行各项生命活动的直接能源物质-----ATP

一)植物的水分代谢

1．自由水和结合水?

(1)结合水不易蒸发，失去了流动性和溶解性，成为细胞的结构物质，是细胞结构的重要组成成分，在细胞内结合水的含量较稳定。?

(2)自由水是填充在有机固体颗粒之间的水，不受束缚，可流动，易蒸发，是细胞内良好的溶剂，是可以参与物质代谢过程的水，自由水的含量往往发生较大变化。(3)自由水与结合水能随着生物体新陈代谢活动的进行而互相转化，一般来说，自由水的含量越多，细胞代谢越旺盛；相反，当自由水向结合水转化较多时，新陈代谢就减弱。种子在晒干的过程中，损失的主要是自由水，随着水分的散失，原生质逐渐由溶胶状态转为凝胶状态，生命活动大大减弱，进入休眠。?

(4)水在生物体内的流动，可以把营养物质送到各个细胞，同时，也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物，运送到排泄器官或者直接排出体外。?

2．吸胀吸水与渗透吸水?

(1)吸胀吸水是指细胞在形成液泡之前的主要吸水方式，原理是吸胀作用。当大分子的淀粉粒和蛋白质等呈凝胶状态时，这些大分子之间有大大小小的缝隙。水分子会迅速地以扩散作用或毛细管作用等形式进入凝胶内部，具有极性的水分子与亲水凝胶结合起来，使其膨胀，这种现象叫吸胀作用。原生质凝胶的吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关，蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减，因此大豆种子(含蛋白质多)比玉米种子(含蛋白质相对少)的吸胀作用要大。干燥的种子吸胀作用的力量相当大，人们用大豆等种子填入岩石裂缝中，灌水以后，大豆的吸胀力可使岩石崩裂。?

(2)植物细胞形成液泡以后主要靠渗透作用吸水。?

(3)两种吸收方式及变化是考点之一，如小麦根尖4部分结构：根冠(具大液泡)、分生区(液泡尚未形成)、伸长区(液泡由小变大由多变少)、成熟区(具大液泡)，其主要吸水方式依次为：渗透吸水、吸胀吸水、以吸胀吸水为主、以渗透吸水为主。注意具有液泡的细胞主要靠渗透吸水，但也能进行吸胀吸水。?

3．渗透作用原理、渗透装置的构成及渗透装置中水的流动?

(1)渗透装置的构成必须同时具备以下两个条件：①有一个起分隔作用的半透膜；②被半透膜隔开的双方均为液态且有浓度差。依此两个标准可判断某些现象是否属于渗透现象，如鲜白菜放到盐水中则发生渗透现象，而鲜白菜放在空气中水分的丢失则不属于渗透现象。?

(2)对于被半透膜隔开的两个溶液体系S₁和S₂：?

当S₁浓度>S₂浓度时，水由S₂→S₁的分子数多于水由S₁→S₂的分子数；?

当S₁浓度<S₁浓度时，水由S₁→S₂的分子数多于水由S₂→S₁的分子数。?

图2-4-1

S₁与S₂进行双向的水分子移动，从外观上则观测到双向水分子移动的水分子数的差。?

(3)一个成熟的植物细胞就是一个典型的渗透系统，其细胞壁的缝隙很大，一般的大、小分子都能透过，因此具有全透过性的特点；原生质层具有选择透过性，相当于半透膜；细胞液具有一定的浓度，与外界溶液间易形成浓度差。?

4．代谢生成水和代谢消耗水?

(2)会消耗水的常见生理过程：①植物光合作用的光反应过程中，水作为最初电子供体参与反应；②有氧呼吸第二阶段，在线粒体中丙酮酸与水反应生成二氧化碳和还原剂氢；③多糖、二糖水解成单糖过程中需要水参与反应；④蛋白质或者多肽水解成氨基酸需要水参与反应；⑤核酸水解、脂类等水解都要有水参与反应。

二)．植物的矿质代谢

1．判断必需矿质元素?

判断植物体内的某种元素是不是必需元素，有三个标准，符合这三个标准的矿质元素，就是必需矿质元素。

(1)由于缺乏某种矿质元素，植物的生长发育发生障碍。?

(2)除去某种元素以后，植物体表现出专一的病症，而且这种缺素症是可以利用该种矿质元素进行预防和恢复的。?

(3)某种矿质元素在植物营养上表现的效果是直接的，而不是由于土壤的物理、化学和微生物等因素的改变而产生的间接效应。?

2．矿质元素离子的吸收过程与水分吸收过程之间的关系?

(1)矿质元素离子的吸收与水分吸收是两个相对独立的过程，因为这两个过程的原理是不同的。水分的吸收主要是渗透作用，不需要载体，也不消耗ATP；矿质离子的吸收则必须通过主动运输，需要载体，也需要消耗ATP。证明根对水分的吸收和对矿质元素离子的吸收是两个相对独立过程的事实：①植物的吸水量与离子吸收量并不呈同步正比关系。②植物对离子的吸收有选择性。③植物对离子的吸收速率远比吸水慢。④呼吸抑制剂抑制离子吸收，却不抑制水分的吸收。⑤离子的吸收有载体饱和效应。?

(2)矿质元素离子的吸收和水分的吸收是互相联系互相影响的。这两个过程都发生在根尖的成熟区(根毛区)；矿质离子必须溶解在水中才能被吸收；矿质离子的吸收增加了细胞液的浓度，从而也促进了水分的吸收；水分的吸收能及时地将已吸收的矿质离子运走，也在一定程度上促进了矿质离子的吸收。?

3．影响矿质元素吸收的因素?

(1)遗传因素：植物吸收矿质离子的种类和数量，主要取决于植物的遗传性。不同生物DNA不同，控制合成的根细胞膜上运载离子的载体种类和数量不同，因而，根细胞吸收矿质离子的种类和数量不同。根表现出对矿质离子的吸收具有选择性。?

(2)温度影响：在一定范围内，根部吸收矿质元素速率随土壤温度的增高而加快。这是由于温度影响了根部的呼吸速率，从而影响主动运输。但温度过高，作物吸收矿质元素的速率下降；因为高温使酶的活性受影响，从而影响呼吸作用所致。温度过低时，吸收减少；因为低温时，代谢弱，主动运输慢。?

(3)土壤的通气状态：土壤通气状况能直接影响根吸收矿质元素。如2-5-3所示：

图2-5-3

①AB段表示在一定的范围内，根吸收矿质元素离子的速率随氧分压的升高而加快。原因是在一定范围内，氧气供应越好，呼吸作用越强，根吸收矿质元素就越多。

②BC段表示当氧分压增大到一定值时，根吸收离子的速率不再随氧分压升高而加快，这是由于根细胞膜上载体的数量限制。

(4)土壤中溶液浓度的影响，如图2-5-4所示：?

图2-5-4

①曲线AB段表示在一定离子浓度范围内，根吸收离子的速率随离子浓度的增大而加快，两者成正比。原因是当外界溶液浓度较低时，离子载体与离子结合还未达到饱和。?

②曲线BC段表示当离子浓度增大到一定数值时，根的吸收速率不再增加。这是由根细胞膜上载体的数量决定的，当离子载体达到饱和后，继续提高溶液浓度，离子吸收量不会随之增加。?

③曲线CD段表示当离子浓度过高时，将会使根细胞失水，从而影响根细胞正常的代谢活动，使离子吸收速率下降。?

(5)pH的影响：一方面pH能影响根细胞中酶的活性，而影响根的吸收作用，从而对矿质元素的吸收有影响。另一方面，土壤溶液pH的改变，可以引起土壤溶液中养分的溶解或沉淀；影响矿质元素在土壤中的存在状况，从而影响对其吸收。例如在碱性加强时，铁、磷酸根、钙、镁、铜、锌等离子逐渐形成不溶解状态，能被植物吸收的量便减少。?

4．几种无机盐在动物体内的作用?

(1)N是蛋白质的组织成分，参与细胞和生物体的结构。酶是蛋白质，某些激素也是蛋白质，这些物质对生命活动具有调节作用，所以N也参与了生命活动的调节。

(2)P是核酸的组织成分，也是磷脂的组成成分，参与了细胞和生物体的结构。ATP中含磷酸，所以磷酸也参与了动物体内的能量代谢过程。?

(3)Na在动物体内是一种必需元素，主要以离子状态存在。但在植物体内不是必需元素。Na⁺可以促进小肠绒毛上皮细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收。在神经冲动的发生和传导过程中起重要作用。?

(4)Ca在动物体内即是一种结构成分(如骨骼和牙齿中主要是钙盐)，对生命活动也具有调节作用，如哺乳动物血液中的Ca²⁺浓度过低，动物就会出现抽搐；血液中的Ca²⁺具有促进血液凝固的作用，如果用柠檬酸钠或草酸钠除掉血液中的Ca²⁺，血液就不会发生凝固。人体长期缺钙，幼儿会得佝偻病，成年人会得骨质疏松症。预防和治疗的办法是服用活性钙和维生素D。?

(5)Fe在哺乳动物体内是血红蛋白的一种成分，没有Fe就不能合成血红蛋白。血红蛋白中的Fe是二价铁，三价铁是不能利用的。铁都是以二价铁离子的形式被吸收的。铁也是某些酶的活化中心。

三)植物的光合作用和呼吸作用

1．光合色素的物理性质与功能?

(1)叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b两种，均不溶于水，但易溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂。?

(2)叶绿素吸收光的能力极强，如果把叶绿素的丙酮提取液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中有些波长的光被吸收了。因此，在光谱上就出现了黑线或暗带，这种光谱叫吸收光谱。叶绿素吸收光谱的最强区域有两个：一个是在波长为640nm～660nm的红光部分，另一个在波长为430nm～450nm的蓝紫光部分。对其他光吸收较少，其中对绿光吸收最少，由于叶绿素吸收绿光最少，所以叶绿素的溶液呈绿色。

(3)在做叶绿素的提取和分离实验时，还会看到一种现象：试管中的叶绿素的丙酮提取液在透射光下是翠绿色的，而在反射光下是棕红色的，这是叶绿素的荧光现象。

(4)叶绿体中的类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素两种，颜色分别是橙黄色和黄色，功能是吸收蓝紫光。除此之外还具有保护叶绿素，防止强烈光照伤害叶绿素的功能。 (5)植物叶呈现的颜色是叶中各种色素的综合表现。其中主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素之间的比例。一般来说，正常叶的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例约为4∶1，叶绿素a与叶绿素b的比约为3∶1，叶黄素与胡萝卜素之比约2∶1，由于叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，所以正常的叶子总是呈绿色。?

(6)秋天，因低温、紫外线强烈等外界因素和叶片衰老等内部因素，叶绿素的合成速度低于分解的速度，叶绿素含量相对减少，而类胡萝卜素分子比较稳定，不易破坏。所以叶片逐渐呈现类胡萝卜素的颜色――黄色。至于红叶，是因为秋天降温，体内积累较多的糖分以适应寒冷。体内可溶性糖多了，就形成了较多的花色素，同时秋天叶子内的pH值改变，叶内呈现酸性，使花色素表现出红色。?

2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较?

(1)有氧呼吸和无氧呼吸的公共途径是呼吸作用第一阶段(糖酵解)，是在细胞质基质中进行。在没有氧气的条件下，糖酵解过程的产物丙酮酸被［H］还原成酒精和CO₂或乳酸等，在不同的生物体由于酶的不同，其还原的产物也不同。在有氧气的条件下，丙酮酸进入线粒体继续被氧化分解。如图2-6-1所示：?

图2-6-1

(2)由于无氧呼吸分解有机物是不彻底的，释放的能量很少，转移到ATP中的能量就更少；还有大量的能量贮藏在不彻底的氧化产物中，如酒精、乳酸等。?

(3)有氧呼吸在有氧气存在的条件下能把糖类等有机物彻底氧化分解成CO₂和H₂O，把有机物中的能量全部释放出来，约有44%的能量转移到ATP中。所以有氧呼吸为生命活动提供的能量比无氧呼吸多得多，在进化过程中绝大部分生物选择了有氧呼吸方式，但为了适应不利的环境条件还保留了无氧呼吸方式。?

3．呼吸作用与光合作用的联系?

(1)呼吸作用是新陈代谢过程中一项最基本的生命活动，它为生命活动的各项具体过程提供能量(ATP)。所以呼吸作用在一切生物的生命活动过程是―刻都不能停止的，呼吸作用的停止意味着生命的结束。光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，一切生物的生命活动都直接或间接地依赖于光合作用制造的有机物和固定的太阳能。?

(2)呼吸作用和光合作用表面看起来是2个相反的过程，但这2个不同的生理过程在整个新陈代谢过程中的作用是不同的。在植物体内，这2个过程是互相联系，互相制约的。?

(3)光合作用的产物是呼吸作用的原料，呼吸作用的产物也是光合作用的原料；光合作用的光反应过程产生的ATP主要用于暗反应，很少用于植物体的其他生命活动过程，呼吸作用过程释放的能量主要是用于植物体的各项生命活动过程，包括光合作用产物的运输。如图2-6-2所示：

图2-6-2

4．影响光合作用的因素

光合作用是在植物有机体的内部和外部的综合条件的适当配合下进行的。因此内外条件的改变也就一定会影响到光合作用的进程或光合作用强度的改变。影响光合作用强度的因素主要有光照强度、CO₂浓度、温度和矿质营养。?

(1)光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增强，同化CO₂的速度也相应增加，但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强。植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用：?

①当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO₂与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO₂量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制；

②当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO₂浓度的限制。(如图2-6-3所示)?

图2-6-3

③光补偿点在不同的植物是不一样的，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。

④光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。所以在栽培农作物时，阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率，增加产量；而阴生植物应当种植在阴湿的条件下，才有利于生长发育，光照强度大，蒸腾作用旺盛，植物体内因失水而不利于其生长发育，如人参、三七、胡椒等的栽培，就必须栽培于阴湿的条件下，才能获得较高的产量。

注意区分以下表述：

①总光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量(吸收的CO₂总量)。?

②净光合作用是指在光照下制造的有机物总量(或吸收的CO₂总量)中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物(或释放的CO₂)后，净增的有机物的量。

(2)温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。(如图2-6-4所示)所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。

图2-6-4?

(3)CO₂浓度：CO₂是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO₂达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO₂浓度称为CO₂的补偿点，即在此CO₂浓度条件下，植物通过光合作用吸收的CO₂与植物呼吸作用释放的CO₂相等。环境中的CO₂低于这一浓度，植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就会死亡。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO₂浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO₂浓度称为CO₂的饱和点。如CO₂浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO₂中毒而影响植物正常的生长发育。如图2-6-5所示：?

图2-6-5

(4)必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。①氮是催化光合作用过程各种酶以及NADP⁺和ATP的重要组成成分；②磷也是NADP⁺和ATP的重要组成成分。科学家发现，用磷脂酶将离体叶绿体膜结构上的磷脂水解掉后，在原料和条件都具备的情况下，这些叶绿体的光合作用过程明显受到阻碍，可见磷在维持叶绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。③绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需要钾。④镁是叶绿体的重要组成成分，没有镁就不能合成叶绿素。等等。

5．影响呼吸作用的因素

(1)温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强(如图2-6-6所示曲线)。根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬菜和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病原微生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏。

图2-6-6

(2)氧气：氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不仅直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO₂。酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。微生物的无氧呼吸称为发酵，氧气对发酵有抑制作用。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用图?2-6-7?所示的曲线来表示。根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜、水果时就降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点。如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物(如酒精等)往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜、水果的贮藏保鲜。

图2-6-7

(3)CO₂：增加CO₂的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO₂的浓度也具有良好的保鲜效果。

四、动物的新陈代谢

1．人体运动时的能量供应与能量消耗 

人体运动时，能量消耗明显增加，增加多少决定于运动强度和持续的时间。人体生命活动的能量来源于三磷酸腺苷（ATP）的分解，如神经传导兴奋时的离子转运、腺体的分泌活动、消化道的吸收、肾小管的重吸收、肌肉的收缩等，而ATP中的能量则来源于糖、脂肪和蛋白质的氧化分解。 在各种运动中所需的ATP分别由三种不同的能源系统所供给：⑴高能磷酸化合物系统（ATP―CP）（CP为磷酸肌酸）；⑵乳酸系统（无氧呼吸系统）；⑶有氧呼吸系统。3种能源系统的一般特点与运动的关系如下表所示：

种类

高能磷酸化合物系统

乳酸系统

有氧呼吸系统

代谢

无氧代谢

无氧代谢

有氧代谢

反应

十分迅速

迅速

慢

能源

CP

糖元

糖类、脂肪和蛋白质

ATP的生成量

很少

有限

很多

与肌肉的关系

肌肉中贮量少

副产品可导致肌肉疲劳

无导致肌肉疲劳的副产品

应用于

短跑和任何高频率、短时间的运动

1~3分钟的运动

耐力或长时间的运动

从事不同的运动项目，ATP重新合成的能量来源途径不尽相同。例如：在从事时间短、强度大的运动，如100米跑时，ATP的再合成主要由磷酸肌酸的分解来提供能量；从事时间长、强度小的马拉松跑时，能量几乎全部由有氧代谢系统供给；介于上述两者之间的运动项目，如400米、800米、1500米跑时，则需要无氧代谢和有氧代谢混合供给能量。图4-1表示了不同距离跑时机体的供能情况。

微生物代谢

1．微生物类群

分类

形态

结   构

生活方式

代表生物

病毒

无细胞结构

主要有核酸和蛋

白质衣壳组成

寄生

植物病毒、动物

病毒、噬菌体

原核生物界

单细胞

原核细胞结构

寄生、腐生、自养

细菌、蓝藻、

放线菌

真菌界

单细胞或

多细胞

真核细胞结构

腐生、寄生

酵母菌、霉菌等

原生生物界

单细胞

真核细胞结构

寄生、异养、自养

衣藻、变形虫、

疟原虫等

进行比较复习：（1）原核生物与真核生物

（2）有细胞结构的生物与非细胞结构的生物

（3）三种微生物的结构特点与生殖类型；小的方面如（1）细菌的核区与质粒中的基因及控制的性状（2）细菌基本结构与特殊结构等。

2.  微生物与动、植物的营养比较

⑴不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的营养与摄食型动物（包括人类）和光合自养型的植物非常相似，它们之间存在着“营养上的统一性”（见下表）。具体地说，微生物有五大营养要素物质，即碳源、氮源、生长因子、水和无机盐。

动物（异养）

微生物

绿色植物（自养）

异  养

自  养

碳  源

糖类、脂肪

糖、醇、有机酸

CO₂、碳酸盐

CO₂、碳酸盐

氮  源

蛋白质或其他代谢产物

蛋白质或其他代谢产物、有机氮化物

无机氮化物、氮

无机氮化物

生长因子

维生素

一部分需要

不需要

不需要

无机盐

无机盐

无机盐

无机盐

无机盐

水

水

水

水

水

⑵微生物同化作用类型的判断方法：以碳源为判断依据

  如需要有机碳的，则为异养型；如需要无机碳的，则为自养型。为自养型者再看能量来源，如需要光能的则为光能自养型，如需要化学能的则为化能自养型。

3、微生物的代谢产物

主要是初级代谢产物和次级代谢产物比较

4、组成酶与诱导酶比较

内 容

存 在

合    成

实   例

组成酶

一直存在

只受遗传物质控制

大肠杆菌分解葡萄糖的酶

诱导酶

诱导合成

既受诱导物的诱导，

也受遗传物质的控制

大肠杆菌分解乳糖的酶

5. 微生物生长规律的分析

生长时期

各期的特点

形成原因

菌体特征

生产应用

调整期

不立即繁殖

对新环境的

适应

代谢活跃，体积增长较快

通过菌种、接种量、培养基等，缩短调整期

对数期

繁殖速率快，以等比数列的形式增加

生存条件适宜

个体形态和生理特性稳定

获取菌种，科研材料

稳定期

繁殖速率与死亡速率相等，活菌数量最大，代谢产物积累最多

生长条件恶化

开始出现芽孢

通过添加新培养基，放出老培养基和控制其他条件，延长稳定期

衰亡期

死亡大大增加

生存条件极度恶化

出现多种形态的畸变

6．归纳教材中列举的微生物的代谢类型及特征：

1）微生物代谢异常活跃的原因：

⑴ 表面积与体积之比很大：能够迅速与外界进行物质交换

⑵ 具有复杂而精确的代谢调节方式：酶合成的调节，保证代谢的需要又可避免细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对外界环境的适应能力；酶活性的调节，通过酶分子结构的可逆改变达到快速、精确地调节微生物的代谢。

2）细菌的一些特征：

 ⑴ 转录和翻译同时同地（细胞质中）进行

 ⑵ 基因结构同样包括编码区和非编码区，但编码区是连续的，无外显子和内含子的区分

 ⑶ 细胞内只有核糖体，无其它复杂的线粒体、叶绿体等细胞器。无线粒体不等天只进行无氧呼吸，有些细菌可以进行有氧呼吸，场所是在细胞质基质和细胞膜上。

3）病毒：无细胞结构，营专性寄生生活，必须借助寄生才能合成它所需要的物质生活。所以培养病毒时要先培养病毒的寄主。

7．共生固氮微生物与自生固氮微生物?

(1)共生固氮微生物：?

①概念：共生固氮微生物是指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。?

②根瘤菌形态：呈棒槌形、“T”形或“Y”形，与豆科植物的关系是互利共生的。③根瘤菌的专一性：根瘤菌属中有十几种根瘤菌，这些根瘤菌与豆科植物具有特殊的互利共生关系，一种根瘤菌只能在一种或若干种豆科植物的根上形成根瘤。根据每种根瘤菌只能在特定的一种或若干种豆科植物上结瘤的现象，人们把根瘤菌及其豆科寄主分成不同的族，这些族也叫做互接种族。一种豆科植物的根瘤菌只能使同一个互接种族内的其他豆科植物结瘤。形成互接种族的原因是，豆科植物的根毛能够分泌一类特殊的蛋白质，根瘤菌细胞的表面存在着多糖物质，只有同族豆科植物根毛分泌的蛋白质与同族根瘤菌细胞表面的多糖物质才能产生特异性结合。根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮的绝大部分。

④根瘤的形成及作用：当豆科植物的根系在土壤中生长时，会刺激同一互接种族的根瘤菌在根系附近大量繁殖。豆科植物对根瘤菌的这种影响，在土壤中可以达到2～3cm的距离。这样，根系附近的与该种豆科植物同族的根瘤菌就不断地繁殖并聚集到根毛的顶端。聚集在根毛顶端的根瘤菌分泌一种纤维素酶，将根毛顶端的细胞壁溶解掉。随后，根瘤菌从根毛顶端侵入到根的内部，并形成感染丝(感染丝是指根瘤菌排列成行，外面包有一层黏液状的物质)。根瘤菌就这样不断地进入根内，并且大量繁殖。在根瘤菌侵入的刺激下，根细胞分泌一种纤维素，将感染丝包围起来，形成一条分支或不分支纤维素鞘，这样的结构叫做侵入线，侵入线不断地向内延伸，一直到达根的内皮层。根的内皮层处的薄壁细胞受到根瘤分泌物的刺激，不断进行细胞分裂，从而使该处组织膨大，最终形成根瘤。?

(2)自生固氮微生物：?

①概念：是指在土壤中能够独立进行固氮的微生物。?

②圆褐固氮菌：呈“8”字形排列，外面有一层厚厚的荚膜，具有较强的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育。?

8．固氮微生物的代谢类型?

(1)同化作用：一般为异养，即自己不能制造有机物。其中共生固氮微生物由所与之共生的植物供给有机营养，而自生固氮微生物则大多直接利用土壤中的有机质。特别注意不要将自生与自养混淆起来，自生只是说明这些固氮微生物不与别的生物共生。?

(2)异化作用：固氮微生物都是好氧菌，均属于需氧型。但固氮须在严格的厌氧微

环境中进行，组成固氮酶的两种蛋白质对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆

的失活，而大多数的固氮菌，它们要利用氧气进行呼吸和产生能量。固氮菌在进化

过程中，发展出多种机制来解决既需氧又要防止氧对固氮酶损伤的矛盾。其中之一

是固氮菌以较强的呼吸作用迅速地将周围环境中的氧消耗掉，使细胞周围处于低氧

状态保护固氮酶不受损伤。

9．教材中列举的微生物

            T₂噬菌体：DNA细菌病毒

病毒  烟草花叶病毒：RNA植物病毒

艾滋病病毒（HIV）：RNA人体病毒

            大肠杆菌：异养厌氧型

乳酸菌：异养厌氧型

圆褐固氮菌：异养需氧型，自生固氮

根瘤菌：异养需氧型，共生固氮，属于消费者

细菌  硝化细菌：化能自养需氧型，属于生产者

黄色短杆菌：异养需氧型，用于工业发酵

谷氨酸棒状杆菌：异养需氧型，用于工业发酵

肺炎双球菌：异养需氧型

红螺菌：光能自养厌氧型、化能异养厌氧型（兼性光能营养）

苏云金芽孢杆菌：为抗虫棉提供抗虫基因

假单孢杆菌：分解石油的超级细菌

酵母菌：异养兼性厌氧型，出芽生殖、有性生殖

真菌  青霉菌：异养需氧型，孢子生殖

根霉菌：异养需氧型，孢子生殖

放线菌：原核生物、异养需氧型、孢子生殖

蓝藻：原核生物、光能自养需氧型、无叶绿体，属于生产者

衣藻：真核生物、光能自养需氧型、有叶绿体，属于生产者

绿藻：真核生物、光能自养需氧型、有叶绿体，属于生产者

变形虫：真核生物、异养需氧型、分裂生殖

原生动物   大草履虫：真核生物、异养需氧型、分裂生殖

小草履虫：真核生物、异养需氧型、分裂生殖

10．关于氮循环?

(1)氮素在自然界中的存在形式：氮素在自然界中有多种存在形式。其中，数量最多的是大气中的氮气，总量约3．9×10¹⁵t。除了少数原核生物以外，其他所有的生物都不能直接利用氮气。目前，陆地上生物体内储存的有机氮的总量达1．1×10¹⁰～1．4×10¹⁰t。这部分氮素的数量尽管不算多，但是能够迅速地再循环，从而可以反复地供植物吸收利用。存在于土壤中有机氮的总量约为3．0×10¹¹t?，这部分氮素可以逐年分解成无机态氮供植物吸收利用。海洋中的有机氮约为5．0×10¹¹t，这部分氮素可以被海洋生物循环利用。?

(2)氮循环的构成环节：构成氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。?

①生物体内有机氮的合成：植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮。动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮。这一过程叫做生物体内有机氮的合成。?

②氨化作用与硝化作用：动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，这一过程叫做氨化作用。在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐，这一过程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收利用。?

③反硝化作用：在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回到大气中，这一过程叫做反硝化作用。?

④固氮作用：大气中的分子态氮被还原成氨或氧化成硝酸态氮的，这一过程叫做固氮作用。没有固氮作用，大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮、工业固氮(用高温、高压和化学催化的方法，将氮转化成氨)和高能固氮(又称大气固氮。如闪电等高空瞬间放电所产生的高能，可以使空气中的氮与水中的氢结合，形成氨和硝酸，氨和硝酸则由雨水带到地面)。据科学家估算，每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90％左右，可见，生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用。

五、新陈代谢的类型

1．新陈代谢的基本类型?

按照生物体同化作用方式的不同分为自养型和异养型；按照生物体异化作用方式的不同分为需氧型和厌氧型。这种说法容易让学生误认为生物体的新陈代谢分为自养型、异养型、需氧型和厌氧型四种基本类型。事实上，由于新陈代谢包括同化作用和异化作用两个方面，因此，每种生物新陈代谢的基本类型都应属于自养型和异养型中的一种以及需氧型和厌氧型中的一种，即自养需氧型、自养厌氧型、异养需氧型和异养厌氧型这四种基本类型。?

(1)自养型与异养型：生物的自养与异养是根据同化作用的方式不同而分的，虽然都能合成自身的有机物，但二者所用的原料不同，自养能够利用无机物来合成有机物，而异养则不能，它只能以现成的有机物来合成有机物。这就是自养与异养的本质区别。?

(2)需氧型与厌氧型：生物的需氧型与厌氧型是根据异化作用的方式不同而分的，虽然都能分解自身的组成物质来获取能量，但二者分解自身物质所需的条件不同，需氧型生物进行正常生理活动必须不断地从外界获取氧来氧化分解自身物质而获得能量。而厌氧型生物不需氧，以无氧呼吸来获取能量，在有氧存在时其生理活动受到抑制。这就是需氧型和厌氧型的本质区别。?

(3)光能自养型与化能自养型：二者都能将无机物合成有机物，所以都属于自养型，但二者在利用无机物合成有机物的过程中利用的能源不同，光能自养利用的是太阳能，即通过光合作用来实现的；而化能自养利用的是外界环境中无机物氧化所释放的化学能，即通过化能合成作用来实现的。这就是二者的本质不同。?

(4)兼氧型生物：如酵母菌，在有氧的条件下，它能进行有氧呼吸来获取能量，它的产物是CO₂和H₂O；在无氧时，它也能以无氧呼吸来获取能量，产物是酒精和CO₂。它既不同于需氧型也不同于厌氧型。?

2．化能自养生物合成有机物的机理?

(1)在自然界中有一些细菌，它们不能利用光能，但能利用周围环境中某些物质进行化学变化过程中所产生的能量，把无机物合成有机物。例如，土壤中有一些硝化细菌，能够将氨(NH₃)氧化成亚硝酸及硝酸，利用它们氧化过程中所释放出来的能量来把二氧化碳和水合成有机物。(见图2-8-1)?

图2-8-1

(2)硝化细菌能将氨态氮转化成硝态氮(NO₃‑)，硝态氮很容易被植物吸收，所以硝化细菌能提高植物对氮元素的吸收率，对农作物是有利的。?

3．酵母菌、乳酸菌及几种具代表性生物的代谢类型

生物种类

代谢类型

生物种类

代谢类型

酵母菌

异养需氧型(有氧时)

异养厌氧型(无氧时)

其他细菌

异养需氧型或异养厌氧型

乳酸菌

异养厌氧型

寄生虫

异养厌氧型

蓝藻

自养需氧型(光能)

菟丝子

异养需氧型

硝化细菌

自养需氧型(化学能)

蘑菇大多数真菌)

异养需氧型

硫细菌

自养需氧型(化学能)

松树(一般植物)

自养需氧型

铁细菌

自养需氧型(化学能)

松鼠(一般动物)

异养需氧型

醋酸杆菌

异养需氧型

原始生命

异养厌氧型

    特别注意:?

(1)自养型与异养型的判断标准是能否通过下列反应进行营养：?