自主梳理
一、酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，是细胞生命活动的基础。
2．酶的作用：通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，可以说明酶在细胞代谢中具有催化作用，同时证明，与无机催化剂相比，酶具有高效性的特性。
3．酶的作用机理
(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的能量。
(2)催化剂的作用：提高反应速率，促进化学反应的进行。
(3)作用机理：降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
二、酶的本质
1．酶本质的探索过程
(1)巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
(2)争论
①巴斯德(法国)1857年提出：只有酵母细胞参与才能进行发酵。
②李比希(德国)认为：酵母细胞死亡裂解后释放出某些物质，引起发酵。
(3)比希纳(德国)：获得不含酵母细胞的提取液，但未能分离鉴定出酶。
(4)萨姆纳(美国)：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了脲酶是蛋白质 。21世纪教育网
(5)酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化功能的有机物，其绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
[互动探究] 1.酶在化学反应中，能不能增加生成物的量？
[提示] 不能。酶只是降低活化能，加快反应速度，缩短达到平衡的时间，但不会使生成物的量增加。
2．酶的组成成分中可能含有哪一种糖？该糖主要存在于细胞核中，还是细胞质中？
[提示] 核糖。主要存在于细胞质中。
要点归纳
一、酶的本质及实验验证
酶的本质及作用
酶是活细胞产生的具有催化功能的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。在细胞代谢中具有催化作用，具体见下表：
化学本质21世纪教育网 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)
来源 一般来说，活细胞都产生酶
生理功能 生物催化作用
作用原理 降低化学反应的活化能
二、酶的催化作用和高效性的验证实验分析
1．实验原理
(1)2H2O2过氧化氢酶2H2O＋O2↑。
(2)比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3＋等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度，了解过氧化氢酶的作用和意义。
2．验证实验设计及现象分析
试管号21世纪教育网 3%过氧化氢量21世纪教育网21世纪教育网[来源:21世纪教育网]21世纪教育网21世纪教育网 探究变量21世纪教育网 点燃的卫生香检测 结果分析
实验处理 H2O2分解速度(气泡多少)
1 2 mL 无助燃性 H2O2自然分解缓慢
2 2 mL 90℃水浴加热 很少 有助燃性 加热能促进H2O2分解
3 2 mL 滴加3.5% FeCl32滴 较多 助燃性较强 Fe3＋能催化H2O2分解
4 2 mL 滴加20%肝脏研磨液2滴 很多 助燃性更强 过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用，且效率高
3.实验过程的变量及对照分析
自变量 因变量 无关变量 对照组 实验组
2号：90℃水浴加热3号：加入3.5% FeCl3溶液2滴4号：加入20%肝脏研磨液2滴 H2O2分解速率用产生气泡的数目多少表示 加入H2O2的量；实验室的温度；FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度 1号试管 2、3、4号试管
4.实验结论
(1)酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。
(2)酶具有高效性，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。
5．表示酶高效性的曲线
(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。
(3)酶只能催化已存在的化学反应。
感悟拓展
1．酶仅能改变反应的速率，并不能改变化学反应的平衡点，且性质在化学反应前后不变。凡是活细胞都能够产生酶，这是细胞代谢所必需的。
2．实验的注意事项：
①点燃卫生香的时间一般为实验(加入试剂)后的2～3 min，这一时间要因气温和试剂的新鲜程度而定，不可千篇一律。
②本实验成功的关键是实验用的肝脏要新鲜，肝脏必须进行研磨，使过氧化氢酶释放出来。
③H2O2有腐蚀性，不要使其接触皮肤。
④卫生香不要插到气泡中，以免卫生香因潮湿而熄灭。
典例导悟
1对盛有过氧化氢的试管加热和加入催化剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述正确的是( )
A．二者的基本原理是不同的
B．前者是使过氧化氢分子的能量提高，而后者不影响过氧化氢分子的能量
C．二者都可以降低过氧化氢分子的活化能
D．酶和Fe3＋的作用原理是不同的
解析 加热主要是使过氧化氢分子的能量提高，达到活化能，使反应进行；催化剂是降低过氧化氢分子的活化能，使分子原来具有的能量达到活化能，从而能够发生反应，二者的基本原理是不同的；酶和Fe3＋都是催化剂，它们的作用原理是相同的，只是效率不同。
答案 A
向过氧化氢溶液中投入哪种猪肝能产生大量气泡 ( )
A．冰冻猪肝 B．煮熟猪肝 C．新鲜猪肝 D．醋渍猪肝
答案 C
解析 新鲜猪肝组织中酶数量多，且活性高。
自主梳理
1．高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。
2．专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
3．酶的作用条件较温和：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的，过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；而在低温下，酶的活性明显降低，但不会失活。
[互动探究] 胃蛋白酶在肠道内还会有作用吗？
[提示] 不会。人体内胃蛋白酶的最适pH在2.0左右，但它流入肠道后会自动丧失其功能，因为肠道内的pH为碱性。
要点归纳
一、酶的专一性的验证实验分析
1．实验原理
酶 酶
(1) 淀粉 （非还原糖）→麦芽糖 蔗糖 （非还原糖）→葡萄糖＋果糖
还原糖＋斐林试剂→砖红色（Cu2O）
(2)用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定。根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。
2．实验程序
序号 项目 试管
1 2
1 注入可溶性淀粉 2 mL 无
2 注入蔗糖溶液 无 2 mL
3 注入新鲜淀粉酶溶液 2 mL振荡 2 mL振荡
4 50℃温水保温 3 min 3 min
5 加斐林试剂 1 mL振荡 1 mL振荡
6 将试管下部放入60℃热水中 2 min 2 min
7 观察实验结果 有砖红色沉淀 无砖红色沉淀
结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
3.表示酶专一性的曲线
(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。
(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。
(4)实验的变量分析
自变量 因变量 无关变量
温度 淀粉分解量的多少(用是否出现蓝色及蓝色深浅表示) 淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间等
2.pH对酶活性的影响
(1)原理解读
①H2O2H2O＋O2↑
②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。
(2)实验设计程序
取n支试管→分别加入等量的质量分数为3%的过氧化氢溶液→用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)→分别滴加等量的同种新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液→用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况。
3．影响酶活性的曲线
(1)在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。
(2)在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用都将减弱。
(3)过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
(4)反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
感悟拓展
1．酶的专一性实验
①证明酶的专一性实验中，既可以用不同的底物作自变量，也可以用不同的酶作自变量(底物相同)。
②实验所用淀粉酶的来源不同，则所需控制的温度也不同，若来源于植物，其最适温度为40～50℃；若来自人体，则最适温度为37℃左右。
2．影响酶的活性的条件实验
①本实验不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。
②本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解，因为过氧化氢催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。
3．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
(1)在其他条件适宜、酶量一定的条件下。酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后。受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
(2)在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
典例导悟
2取经过编号的5支试管分别加入2 mL0.5 mol/L的过氧化氢溶液进行如下试验，根据实验内容，下列说法正确的是 ( )
试管编号 1 2 3 4 5
加入物质 适量唾液 锈铁钉 生土豆块 熟土豆块 生土豆块稀盐酸
实验结果 几乎无气泡 少量气泡 大量气泡 几乎无气泡 几乎无气泡
A.说明酶具有高效性的是3号和4号试管
B．1号和3号对照不能说明酶有专一性
C．3号和5号对照可以说明酶的活性受pH的影响
D．实验中不能体现酶的活性与温度之间的关系
解析 通过分析，2号和3号试管能说明酶有高效性；1号和3号试管进行对照，过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，而唾液淀粉酶不能催化该反应，说明了酶具有专一性；3号和4号试管对照说明了酶的活性与温度有关。
答案 C
酶的催化能力与温度有关。下列曲线中最可能是酶催化反应的图是 ( )
答案 B
解析 酶的化学本质是蛋白质，温度、酸碱度等因素都会对酶的空间结构和化学结构产生影响，甚至是破坏性的影响。在一定温度范围内，酶的催化活性会随温度的升高而增强，某一温度是酶的最适温度时，酶的催化活性最强。当温度超过最适温度以后，随着温度的升高，酶的催化活性将逐渐下降。
自主梳理
一、ATP的结构和功能
1．结构：ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写，其结构简式是A—P～P～P，一个ATP分子中含有一个腺苷，三个磷酸基团，两个高能磷酸键，ATP分子中大量的化学能储存在高能磷酸键中。
2．功能：ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，直接给细胞生命活动提供能量。
二、ATP与ADP的相互转化
1．ATP水解：在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离腺苷(A)的高能磷酸键很容易水解，并释放能量。
2．ATP形成：在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的磷酸(Pi)结合，重新形成ATP。
3．ATP形成的能量来源
(1)对于动物、人、真菌和大多细菌来说，均来自于细胞呼吸，对于绿色细胞来说，则来自于细胞呼吸和光合作用。
(2)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
三、ATP的利用
1．ATP可用于细胞的主动运输、生物发电和发光、肌肉收缩、大脑思考等。
2．细胞内的吸能反应总是与ATP合成的反应相联系，放能反应总是与ATP的水解相联系。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。
[互动探究] 1.ATP分子中去掉两个磷酸基团后形成的物质是什么？是组成哪种化合物的基本单位之一？
[提示] 腺嘌呤核糖核苷酸；RNA。
2．ATP与ADP相互转化的反应是可逆反应吗？为什么？
[提示] 不是可逆反应。可逆反应是指正逆反应都能在同一条件下进行。而ATP和ADP的相互转化反应进行的反应条件、场所、能量来源和用途不同。
要点归纳
1．ATP的形成途径
2．ATP与ADP的相互转化
ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量→ATP ATP→ADP＋Pi＋能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
能量来源 光能(光合作用)，化学能(细胞呼吸) 储存在高能磷酸键中的能量
能量去路 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位
由上表可看出：ATP和ADP的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。但物质是可循环利用的。
感悟拓展
高等植物不同部位的细胞结构基本相同，分析其产生ATP过程的差异主要有以下几点：
(1)含有叶绿体的细胞可通过光合作用、细胞呼吸产生ATP。但是，在无光的条件下，只能通过细胞呼吸产生ATP。
(2)不含叶绿体的细胞通过细胞呼吸产生ATP。在氧气充足时通过有氧呼吸；在氧气相对不足时，有氧呼吸和无氧呼吸同时进行；在无氧时，暂时通过无氧呼吸产生ATP，长时间无氧呼吸，将产生大量的酒精或乳酸，使细胞中毒死亡。
典例导悟
3在绿色植物生命活动中关于ATP的叙述，错误的是 ( )
A．ATP中含有C、H、O、N、P元素 B．活细胞中ATP与ADP之间的转化时刻发生
C．ATP是生物体进行所有生命活动的能源D．动物形成ATP的途径主要是细胞呼吸
解析 并非所有生命活动都消耗能量，如自由扩散和协助扩散以及CO2的固定都不消耗能量，不需ATP供能。
答案 C
ATP转化为ADP可表示如下，式中X代表 ( )
A．H2O B．[H] C．P D．Pi
答案 D
解析 ATP水解生成ADP和磷酸(Pi)并释放能量。要点归纳
一、显微镜的使用方法
1．显微镜使用中的程序
使用程序：严格按照取镜→安放→对光→压片→观察的程序进行。
程序 操作
①对光的程序21世纪教育网 ②低倍镜观察的程序21世纪教育网 21世纪教育网③高倍镜观察的程序[来源:21世纪教育网] 21世纪教育网21世纪教育网④视野中异物位置确定的程序21世纪教育网 转动粗准焦螺旋，使镜筒上升→转动转换器，使低倍物镜对准通光孔→转动遮光器使较大的光圈对准通光孔→左眼注视目镜内视野，转动反光镜，直到有一个明亮的视野为止21世纪教育网21世纪教育网
将标本放在载物台上通光孔的正中央→用压片夹夹好→转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到接近装片→左眼注视目镜视野，按相反的方向转动粗准焦螺旋使镜筒徐徐上升，直到看到物像→调节细准焦螺旋，直到物像清晰
在低倍镜下，将要观察的目标移到视野中央→转动转换器，移走低倍镜，换上高倍镜→调节细准焦螺旋和反光镜，直到物像清晰
(异物的位置有三种可能：一是目镜，二是物镜，三是标本)移动装片，异物不动→移走低倍物镜，换上高倍物镜后异物仍在，说明在目镜上
二、原核、真核生物和病毒的区别
1．比较
原核细胞 真核细胞 病毒
大小 较小 较大 最小
本质区别 无以核膜为界限的细胞核 有以核膜为界限的真正的细胞核 无细胞结构
细胞壁 有，主要成分是糖类和蛋白质 植物细胞有，成分是纤维素和果胶；动物细胞无细胞壁 无
细胞质 有核糖体，无其他细胞器 有核糖体和其他细胞器 无
细胞核 拟核，无核膜、核仁，DNA不与蛋白质结合 有核膜和核仁，DNA与蛋白质结合成染色体 无
DNA 拟核：大型环状质粒：小型环状 细胞核：和蛋白质形成染色体细胞质：线粒体，叶绿体 双链DNA或单链DNA
遗传物质 DNA DNA或RNA
举例 细菌、蓝藻、放线菌、支原体、衣原体 动物、植物、真菌 RNA病毒(如烟草花叶病毒)、DNA病毒(如乙肝病毒)等
2.细菌和蓝藻的异同
比较项目 细菌 蓝藻
区别 大小 较小 较大
光合色素 一般没有 有
同化方式 一般为异养 自养
常见种类 杆菌、球菌、螺旋菌等 颤藻、念珠藻、发菜等
相同点 都属于没有成形的细胞核，只有拟核的原核生物
感悟拓展
1．正确把握几种关系
关系 判定
①镜头长度与放大倍数的关系 目镜的长度与放大倍数成“反比”，物镜的长度与放大倍数成“正比”
②物像移动与装片移动的关系 由于显微镜下成的像是倒立的像，所以，物像移动的方向与载玻片移动的方向是相反的
③显微镜放大倍数与视野中观察到的物像数目的关系 放大倍数越大，所观察到的物像数目越少；放大倍数越小，所观察到的物像数目越多
2.原核、真核生物的判断
带“藻”的除蓝藻这一类外，其余的带“藻”的如绿藻、红藻、褐藻、团藻、衣藻等都是真核生物；带“菌”的除酵母菌和霉菌属真核生物外，其余带“菌”的如乳酸菌、大肠杆菌、硝化细菌等细菌和放线菌都是原核生物；变形虫、草履虫等原生生物属真核生物；病毒既非原核生物也非真核生物。(见蓝藻、细菌模式图)
典例导悟
3下图是表示①②③④四个框图内所包括生物的共同特征的叙述，正确的是 ( )
A．框图①内都是原核生物，且都能发生突变
B．框图②内的生物都不含叶绿素，且都是分解者
C．框图③内的生物都具有细胞结构，且都有细胞壁
D．框图④内都是异养生物，且都能分裂生殖
解析 本题主要考查病毒、原核生物、真核生物的结构特点和代谢、生殖类型，逐项分析如下：
选项 内容指向·联系分析
A 烟草花叶病毒无细胞结构，不属于原核生物
B 硝化细菌可利用土壤中的氨氧化时所释放的能量来制造有机物，即可进行化能合成作用，属于生产者
C 衣藻和金鱼藻属于植物，有细胞壁；酵母菌为真菌，硝化细菌属细菌，都具有细胞壁
D 硝化细菌属自养生物，进行分裂生殖；而酵母菌在外界条件适宜时进行出芽生殖，外界条件不好时进行有性生殖
答案 C
下列四组生物中，细胞结构最相似的是( )
A．变形虫、水绵、香菇B．烟草、草履虫、大肠杆菌
C．小麦、番茄、大豆D．酵母菌、灵芝、豌豆
答案 C
解析 根据细胞结构的不同特点，可以把细胞分为原核细胞和真核细胞、动物细胞和植物细胞等类型。变形虫和草履虫为单细胞动物，其细胞结构相似；香菇、酵母菌、灵芝为真菌；水绵属低等植物；大肠杆菌为细菌，属原核生物；小麦、番茄、大豆、烟草及豌豆均为高等植物。
命题热点1 生命系统的结构层次的含义及理解
【例1】下列组合，在生命系统的层次中依次属于种群、群落和生态系统的一组是 ( )
①一个池塘中的全部生物 ②一片草地上的全部昆虫 ③某水库中的全部鲫鱼 ④一根枯木及枯木上的所有生物
A．①②④ B．③①④ C．①②③ D．②③④
答案 B
解析 正确理解种群、群落和生态系统的概念及结构层次，并用概念分析自然现象。种群是指在一定区域内同种生物的所有个体，某水库中的全部鲫鱼是一个种群。群落是指在一定的自然区域内所有种群的总和，一个池塘中的全部生物就是一个群落。在一定自然区域内，生物群落及其无机环境相互作用的整体叫做生态系统，包括这一区域内的全部生物和这些生物生活的无机环境，一根枯木及枯木上的所有生物则构成生态系统。一片草地上的全部昆虫不属于同种生物，不是种群，又不包括该区域内的所有生物，不是群落，更不是生态系统。
[方法点击]
1．种群应是一个确定区域的同种生物的所有个体，若区域范围不确定，同种生物的个体就无法界定，不能构成一个种群。如“沿河两岸的垂柳”，由于区域范围不够确定，不能构成一个种群。
2．种群须是一定区域的同种生物所有个体，包括幼年、成年、老年个体，所以一个池塘的全部成体蛙不能构成一个种群。
3．群落是指生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和，像“一个农贸市场中的全部生物”就不能看作是一个群落，因为农贸市场不是自然区域，各种生物之间无法发生直接或间接的联系。
4．种群、群落和生态系统的结构层次较难区别，辨析方法可用集合的方式表示如下图：
命题热点2 关于显微镜视野中细胞数目的有关计算
【例2】显微镜目镜为10×、物镜为10×时，视野中被相连的64个分生组织细胞所充满。若物镜转换为40×后，则在视野中可检测到的分生组织细胞数为( )
A．2个 B．4个 C．8个 D．16个
答案 B
[方法点击]
1．由低倍镜换高倍镜，视野变小，细胞数目减少，反之则增多。
2．显微镜放大倍数是放大像的长度或宽度，而非像的面积。
3．若视野中细胞排成一行，则计算时只考虑长度或宽度；若视野中充满多个细胞，计算时应考虑面积的变化。如该题若64个细胞排成一行，则换40×物镜后，视野中应为16个细胞。自主梳理
1．氨基酸是组成蛋白质的基本单位，大约有20种，其中必需氨基酸有8 种，非必需氨基酸有12种。
2．氨基酸的结构，至少有一个氨基和一个 羧基连在同一碳原子上，不同氨基酸的结构和功能不同取决于R 基不同。21世纪教育网
要点归纳
1．种类
构成蛋白质的氨基酸约有20种，包括必需氨基酸和非必需氨基酸。
必需氨基酸：人体内有8种(婴儿9种)，必须从外界获取。
非必需氨基酸：可以通过其他化合物转化而来。
(2)特点21世纪教育网
①氨基酸分子中的氨基和羧基数目至少一个，也可以是几个，因为R基中可能含有氨基或羧基。
②在构成蛋白质的氨基酸中，都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，否则就不是构成蛋白质的氨基酸。例如：H2NCH2CH2CH2COOH。
③不同的氨基酸分子，具有不同的R基，这是氨基酸分类的依据。例如甘氨酸的R基是—H，丙氨酸的R基是—CH3。
感悟拓展
基因表达时，从信使RNA上的起始密码子开始，两个起始密码子分别对应甲硫氨酸和缬氨酸，即蛋白质中第一个氨基酸定为两种中其中之一，所以可以推测绝大多数蛋白质含“S”元素，但并非所有的蛋白质都含“S”，基本元素为C、H、O、N，特征元素为“S”。
典例导悟
1关于生物体内氨基酸的叙述错误的是( )
A．构成蛋白质的氨基酸分子的结构通式是
B．人体内氨基酸的代谢终产物是水、二氧化碳和尿素
C．人体内所有氨基酸均可以互相转化
D．两个氨基酸通过脱水缩合形成二肽
解析 氨基酸根据体内能否合成分为必需氨基酸(体内不能转化，必需从食物中获得)和非必需氨基酸(可在体内转化形成)两大类。
答案 C
同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，精氨酸易溶于水，这种差异的产生取决于 ( )
A．两者R基团组成的不同B．两者的结构完全不同
C．酪氨酸的氨基多 D．精氨酸的羧基多
答案 A
自主梳理
1．氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系
氨基酸是构成蛋白质分子的基本单位。多个氨基酸分子脱水缩合形成多肽，肽键是多肽结构中连接两个氨基酸残基之间的化学键。
2．蛋白质的有关计算[21世纪教育网]
(1)氨基酸数、肽链数、失去水分子数、肽键数之间的关系
①形成一条肽链时：肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－1
②形成n条肽链时：肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－n
(2)氨基酸平均相对分子质量与蛋白质相对分子质量的关系
蛋白质相对分子质量＝氨基酸相对分子质量×氨基酸数目－失去水分子数×水的相对分子质量。
(3)氨基酸与相应DNA、RNA片段中碱基数目之间的关系
3.肽键的结构式
在一条肽链的两端一定分别是—COOH和—NH2。一条肽链所含—COOH和—NH2数量至少都是一个；m条肽链所含—COOH和—NH2数量至少都是m个。
[提醒] 多肽中具体有几个氨基或羧基，应关注R基中是否有氨基或羧基。
要点归纳
氨基酸数、肽键数、失去水分子数及多肽的相对分子质量之间的关系
氨基酸平均相对分子质量21世纪教育网 氨基酸数 肽键数目 肽链相对分子质量 氨基数目 羧基数目
一条肽链 a m m－1 ma－18(m－1) 至少1个 至少1个
n条肽链 a m m－n ma－18(m－n)[来源:21世纪教育网] 至少n个 至少n个
感悟拓展
1．蛋白质相对分子质量的计算中若通过图示或其他形式告知蛋白质中有二硫键形成时，要考虑脱去氢的质量。
2．若某肽链中有四个肽键，此化合物应叫五肽，不叫四肽，即根据脱水缩合的氨基酸个数命名。[21世纪教育网]
3．信使RNA碱基是氨基酸数的三倍，不考虑终止密码子。
4．脱去的水分子中，H既来自氨基又来自羧基，O来自羧基。
5．若脱水缩合形成的多肽链构成环状，则脱去的水分子数＝参与脱水的氨基酸数＝肽键数，其游离的氨基、羧基只可能出现在R基团上。
典例导悟
2下面是某蛋白质的肽链结构示意图(图1，其中数字为氨基酸序号)及部分肽键放大图(图2)，请据图判断下列叙述中不正确的是 ( )
A．该蛋白质中含有2条肽链49个肽键
B．图2中含有的R基是①②④⑥⑧
C．从图2可推知该蛋白质至少含有3个游离的羧基
D．控制该蛋白质合成的mRNA中至少含有51个密码子
解析 本题综合考查氨基酸、肽键、肽链和蛋白质之间的相互关系。解答本题时，首先结合图1、图2写出肽键数、R基等，然后根据他们之间的相互关系进行相应选择。
答案 B
已知20种氨基酸的平均相对分子质量是128，某蛋白质分子由2条多肽链组成，共有肽键98个，此蛋白质的相对分子质量最接近于 ( )
A．12 800 B．12 544
C．11 036 D．12 288
答案 C
解析 组成蛋白质的氨基酸数＝肽键数＋肽链数，所以此蛋白质是由100个氨基酸经脱水缩合而成的。在脱水缩合过程中共失去水分子98个，所以此蛋白质的相对分子质量为：128×100－18×98＝11 036。21世纪教育网
自主梳理
1．蛋白质多样性的原因：氨基酸的种类、数目、排列顺序及空间结构不同。
2．蛋白质功能： 结构蛋白，如毛发、肌肉等；功能蛋白，如具催化作用的酶；运输作用，如载体和血红蛋白；免疫作用，如抗体；调节作用，如蛋白质类激素。
要点归纳
1．多样性的原因
蛋白质分子结构多样性可以从以下四个层次加以理解；
(1)氨基酸的种类不同，构成的肽链不同。
(2)氨基酸的数目不同，构成的肽链不同。[来源:21世纪教育网]
(3)氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同
(4)空间结构不同，构成的蛋白质不同。
[提醒] 若两多肽分子氨基酸的数目、种类都相同，但功能不同，是由排列次序造成的；若仅数目相同，则是由氨基酸的种类和排列顺序不同造成的；若两个蛋白质分子结构功能不同，则应回答四个方面。
2．功能多样性
蛋白质分子结构复杂、种类繁多，这是蛋白质分子具有多种重要功能的基础。下列列举几例，说明其功能的多样性。
(1)结构蛋白 许多蛋白质是构成细胞和生物体的成分。如构成人和动物肌肉的肌动蛋白和肌球蛋白，构成生物膜的蛋白质等。
(2)催化作用 生物体各种新陈代谢活动几乎都是由酶催化进行的，而酶几乎都是蛋白质。
(3)调节作用 蛋白质类的激素，如胰岛素和生长激素等，能够调节人体的新陈代谢和生长发育。
(4)运输作用 红细胞中的血红蛋白是运输O2和CO2的工具。
(5)免疫作用 对于侵入动物和人体内的细菌和病毒有抵抗作用，从而消除其危害，起到免疫作用。
[提醒] 并非所有激素都是蛋白质，如性激素其化学本质为脂质。
感悟拓展
多肽和蛋白质的区别
(1)结构上有差异。多肽仅仅是蛋白质的初级结构形式，无空间结构，而蛋白质具有一定的空间结构。
(2)蛋白质多样性有四个方面原因，但多肽多样性只有三个方面的原因，这一点在组织答案时应特别注意。
(3)一条刚刚从核糖体这一车间下线的多肽链可以叫多肽，但不能称为蛋白质。蛋白质往往是由一条或几条多肽链和其他物质结合而成的。即基因控制蛋白质合成时，翻译的直接产物应为多肽，不能写蛋白质。
典例导悟
3下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法正确的是 ( )
A．蛋白质结构的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间结构有关21世纪教育网
B．已知某化合物具有催化功能，可以推断此物质为蛋白质
C．有些蛋白质具有防御功能，如抗体；有些蛋白质具有接受信息的功能，如受体。抗体与受体都具有专一性
D．蛋白质空间结构改变，不会影响其生物活性
解析 蛋白质结构的多样性与肽链的空间结构有关，与氨基酸的空间结构无关；具有催化功能的是酶，酶绝大多数是蛋白质，少部分是RNA；蛋白质具有防御、信息传递等功能，而抗体只能与特异性抗原相结合，受体只能与特定的信号分子结合，它们都具有专一性；蛋白质空间结构改变会影响其生物活性。
答案 C[来源:21世纪教育网]
人的胰岛素和胰蛋白酶的主要成分都是蛋白质，但合成这两种蛋白质的细胞的功能却大不相同，其根本原因是( )
A．不同细胞中遗传信息的表达情况不同
B．组成蛋白质的氨基酸种类、数量和排列顺序不同
C．蛋白质的空间结构不同
D．两种细胞所含有的基因不同
答案 A
解析 注意题目中的信息“合成这两种蛋白质的细胞的功能却大不相同”，不要理解成这两种蛋白质功能大不相同。同一个体的不同细胞功能不同，是细胞分化的结果，根本原因是基因选择性表达，即不同细胞中遗传信息的表达情况不同。自主梳理
一、细胞器之间的分工
1．线粒体：是细胞有氧呼吸的主要场所，细胞所需能量的95%来自线粒体，是细胞的“动力车间”，复杂的双层膜结构，广泛分布动植物细胞中。
2．叶绿体：是光合作用的场所。是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”，复杂的双层膜结构，存在于绿色植物细胞。
3．内质网：是由膜连接成的网状结构，是细胞内蛋白质合成和加工，以及脂质合成的车间。增大了细胞内的膜面积，为各种反应提供条件。
4．高尔基体：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”和发送站，由单层膜围成的扁平囊和小泡组成。
5．核糖体：是“生产蛋白质的机器”。有些附着在内质网及核膜表面，有些游离在细胞质中。
6．溶酶体：是细胞内的“消化车间”，内含多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入人体的病毒或病菌。
7．液泡：主要存在于植物细胞中，内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使细胞保持坚挺。
8．中心体：常见于动物细胞和低等植物细胞中，由两个互相垂直的中心粒及周围物质组成，与细胞的有丝分裂有关。
[互动探究] 各种细胞器的比较说明不同细胞器结构和功能各不相同，如何获得相应的细胞器？
[提示] 采用差速离心法，即依据各种细胞器的密度不同，采用不同的转速分离出相应的细胞器。
二、细胞质基质
1．形态： 胶质状态。
2．成分：无机盐、水、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等。
3．功能：进行多种化学反应的场所。
三、细胞器之间的协调配合
1．有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用，这类蛋白质叫分泌蛋白，如消化酶。
2．分泌蛋白质的合成场所是核糖体，运输途径是先到内质网再到高尔基体，对其进行修饰加工后，形成囊泡，移动到靠近细胞膜内侧，与细胞膜结合，释放到细胞外。此过程消耗的能量是由线粒体提供的。
[互动探究1] 细胞质基质的重要作用表现在哪些方面？
[提示] 细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所，其为新陈代谢的进行提供所需要的物质和一定的环境条件。例如，提供ATP、核苷酸、氨基酸等。
2．细胞器也是有寿命也会凋亡的吗？21世纪教育网
[提示] 细胞器也会凋亡，每天身体都会有旧的细胞器死亡，也会有新的细胞器再生，死亡的细胞器会被溶酶体消化，废物排出细胞外。
四、用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体
1．分布、形状
(1)叶绿体分布于叶肉细胞中，呈扁平的椭球形或球形。
(2)线粒体分布于动、植物细胞中，呈短棒状、圆球状等。21世纪教育网
2．染色、观察
(1)叶绿体呈现绿色，容易观察，不需染色。
(2)健那绿染液是专一性染线粒体的活细胞染料，可以使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色，而 细胞质接近于无色。
(3)叶绿体的分布是围绕液泡而散乱分布。
[互动探究] 为什么选用藓类的叶进行观察？
[提示] 选用藓类的叶的优点是叶片由单层细胞构成，叶绿体呈现绿色，容易观察。21世纪教育网
要点归纳
一、细胞内各种细胞器的归纳比较
种类项目 存在位置 膜结构 功能
线粒体 动、植物细胞 双层膜[来源:21世纪教育网] 与能量代谢有关，有少量遗传物质21世纪教育网 有氧呼吸主要场所[来源:21世纪教育网][来源:21世纪教育网]
叶绿体[来源:21世纪教育网]21世纪教育网 植物细胞[来源:21世纪教育网] 光合作用的场所
液泡 单层膜 调节细胞环境，与渗透作用有关
内质网 动、植物细胞 与物质合成、运输有关
高尔基体 与动物细胞分泌物形成有关；与植物细胞壁形成有关
核糖体 无膜 合成蛋白质的场所
中心体 动物细胞、低等植物细胞 与细胞有丝分裂有关
溶酶体 动、植物细胞 单层膜 含多种水解酶，分解多种物质
二、叶绿体与线粒体的比较
1．共性
(1)均具有能量转换功能：叶绿体将光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能；而线粒体则将有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能，为各项生命活动提供动力。
(2)均具有双层膜结构。
(3)均含有少量的DNA，具有自主遗传特性。
(4)均参与碳循环过程。
(5)均既消耗水又产生水。
2．差异性
项目名称 叶绿体 线粒体
增大内膜面积的方式 囊状结构堆叠形成基粒 内膜向内腔折叠形成嵴
完成生理过程 光合作用 有氧呼吸第二、三阶段
形成的ATP用途 用于暗反应中C3的还原 用于除光合作用暗反应外的各项生命活动
作用时间 有光条件下 时时刻刻
作用性质 趋向于同化作用 趋向于异化作用
感悟拓展
1．植物细胞特有的细胞结构有：细胞壁、叶绿体、液泡，其中一定具有的是细胞壁。
2．能产生水的细胞结构有：线粒体、叶绿体、核糖体、高尔基体、细胞核(复制、转录时)。
3．与分泌蛋白合成、分泌相关的细胞结构有：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、囊泡和细胞膜。
4．产生ATP的细胞结构有：细胞质基质、线粒体、叶绿体。
5．具有双层膜的细胞结构有：细胞核、线粒体、叶绿体。
6．利用叶绿体和线粒体的比较，可解决光合作用和细胞呼吸中气体的来源和去路问题，是高考识图分析的依据。
典例导悟
例一 线粒体是生物细胞中的“供能工厂”，是一种半自主细胞器。下列有关线粒体的叙述正确的是 ( )
A．线粒体能自我复制，它的遗传符合孟德尔遗传规律
B．线粒体能为生命活动提供ATP，故一切细胞都有线粒体
C．线粒体内的部分酶是由线粒体内的核糖体合成的
D．线粒体内具有参与有氧呼吸的所有酶
解析 线粒体含有少量DNA，可以自我复制，不符合孟德尔遗传规律。线粒体能为生命活动提供ATP，但原核生物无线粒体；线粒体基本可在线粒体内完成表达过程。线粒体内只进行有氧呼吸的第二、三阶段反应，也就无第一阶段的酶。
答案 C
人体白细胞能吞噬入侵的细菌、细胞膜片或衰老的红细胞，在白细胞中与这些物质消化有密切关系的细胞器为( )
A．溶酶体 B．核糖体 C．液泡 D．中心体
答案 A
解析 溶酶体中含有多种消化酶，是细胞内的“消化车间”。
三、用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体
1．实验目的
(1)了解叶绿体和线粒体的形态和分布，增强对叶绿体和线粒体的感性认识。
(2)学习制作临时装片，并能在光学显微镜下观察叶绿体和线粒体。
2．实验原理
(1)叶肉细胞中的叶绿体，呈绿色、扁平的椭球形或球形，散布于细胞质中，可以在高倍显微镜下观察它的形态。
(2)线粒体普遍存在于动物细胞和植物细胞中，健那绿染液能使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色。通过染色，可以在高倍显微镜下观察到处于生活状态的线粒体的形态有短棒状、圆球状、线形、哑铃形等。
3．实验材料的选取：观察叶绿体时，常选用藓类叶片，这是因为藓类叶片很薄，仅有一两层叶肉细胞。若选用菠菜叶作材料，撕取少许叶肉的下表皮，因为接近下表皮的叶肉细胞是海绵组织，细胞排列疏松，细胞分散，易撕取，便于观察。
4．染色剂：观察叶绿体时，由于叶绿体本身含有色素，呈绿色，所以不需要染色。观察线粒体时，用健那绿染液染色，健那绿染液是专一性用于线粒体染色的活细胞染料，能将线粒体染成蓝绿色。
5．实验过程
①观察叶绿体
制作临时装片 ：（载玻片中央滴一滴清水, 取藓类小叶 或菠菜稍带叶肉的下表皮 ,放入水滴中,盖上盖玻片）
观察：先用低倍镜观察后再用高倍观察
②观察线粒体
制作临时装片载玻片：中央滴一滴健那绿染液, 用牙签刮口腔内侧壁后涂于染液中, 盖上盖玻片)
观察：高倍镜下可见被染成蓝绿色的线粒体
(2)实验拓展应用
根据本实验原理，可以解决以下问题
①观察光照对叶绿体分布的影响。
②线粒体数量与细胞功能的关系。
四、细胞的生物膜系统
1．生物膜在化学组成上的联系
(1)相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都均由脂质、蛋白质和少量糖类组成。
(2)差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异。这与不同生物膜功能复杂程度有关。功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类和数量越多；具有识别功能的细胞膜中多糖含量较多。
2．生物膜在结构上的联系
(1)各种生物膜在结构上大致相同，都是由磷脂双分子层构成基本骨架，蛋白质分布其中，具有一定的流动性。
(2)结构上的联系
(3)功能上的联系：在分泌蛋白的合成、运输、加工、分泌等过程中，各细胞器之间协调配合。
感悟拓展
1．用高倍镜观察叶绿体和线粒体
①临时装片应随时保持有水状态，以免影响细胞的活性。
②要漱净口腔，防止杂质对观察物像的干扰。
③必须先在低倍镜下将目标移到视野中央，然后再转动转换器换用高倍物镜。
④换上高倍镜后，只能转动细准焦螺旋使图像清晰。
2．生物膜系统
应用该要点可以解决分泌蛋白的合成、加工和运输等一系列问题，解决时应注意以下五点：
(1)与分泌蛋白质合成运输有关的细胞器有四种：线粒体(供能)、核糖体(合成)、内质网(加工、运输)、高尔基体(分泌)。
(2)分泌蛋白经过细胞膜的运输方式为外排，需消耗能量，体现了细胞膜具有流动性的结构特点。
(3)运输的方向：核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。
(4)研究手段为同位素示踪技术。
(5)空间结构在内质网中形成，成熟蛋白质在高尔基体形成。
典例导悟
例二 下列有关生物膜系统的叙述中，不正确的是( )
A．细胞膜使细胞有相对稳定的内部环境B．细胞内的DNA复制是在生物膜表面上进行的
C．生物膜系统把细胞分成许多小室 D．广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点
解析 细胞膜使细胞内部环境相对稳定，细胞内的生物膜可使细胞分成许多小室，同时扩大的膜面积为酶提供了大量的附着位点，促进化学反应的进行。但DNA复制主要是在细胞核内完成的，不是在生物膜上进行的。
答案 B
关于观察叶绿体的形态和分布的实验中，下列说法正确的是( )
A．选用含叶绿体少而小的细胞来观察 B．活细胞中，细胞质基质中的叶绿体是静止不动的
C．选用含叶绿体大而少的细胞来观察 D．制片时叶片应保持干燥
答案 C
解析 选材时应选用含叶绿体大而少的细胞，如菠菜叶下表皮并稍带些叶肉，叶绿体在叶的上表皮分布多，下表皮分布少。临时装片中的叶片要保持有水状态，以使叶片保持正常生活状态。活细胞中，叶绿体会随着细胞质的流动而运动，并且叶绿体可根据光的强弱调整其椭球体的方向。自主梳理
一、对生物膜结构的探索历程
1．19世纪末，欧文顿通过实验发现：凡是可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，于是提出膜是由脂质组成的。
2．20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。
3．1925年，荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水的界面上铺展成单分子层，其面积为红细胞表面积的2倍。从而得出结论：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
4．20世纪40年代，科学家推测细胞膜的脂质两边各覆盖着蛋白质。
5．1959年，罗伯特森在电镜下看到了清晰的暗—亮—暗的三层结构，大胆地提出了生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。他把生物膜描述成静态的统一结构。20世纪60年代以后，不少科学家提出质疑：这样细胞膜的复杂功能将难以实现，不能解释细胞的生长和变形虫的运动。
6．1970年，科学家用荧光标记技术，进行了人鼠细胞杂交实验，表明细胞膜具有 流动性。
7．1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌的模型为大多数人所接受。
[互动探究] 生物膜模型的建立和完善过程，对我们的启示有哪些？
[提示] 生物膜结构的研究历史反映了科学研究曲折艰辛的历程，同时也告诉我们建立模型的一般方法。科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假设或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的观察和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1．磷脂双分子层构成膜的基本支架，其结构特点是具有流动性。[21世纪教育网
2．蛋白质分子有的镶在磷脂分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层；大多数蛋白质分子是可以运动的。
3．细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。[来源:21世纪教育网]
[互动探究] 细胞膜保证生命活动顺利进行的结构和功能基础分别是什么？
[提示] 膜的流动性和选择透过性。
要点归纳
一、对生物膜的探索历程(见下表)
时间·人物 依据 结论或假说
19世纪末欧文顿 凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜 细胞膜是由脂质组成的
20世纪初 分离并分析出哺乳动物红细胞膜的主要成分为脂质和蛋白质
1925年两位荷兰科学家 把红细胞膜中的脂质提取出来，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得其面积恰是红细胞表面积的2倍 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层
20世纪40年代 有学者在荷兰科学家研究的基础上推测脂质两边各覆盖着蛋白质 “双分子层模型”：细胞膜是由双层脂质分子及内外表面附着的蛋白质构成的
1959年罗伯特森[来源:21世纪教育网] 电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构 所有生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。特点：静态结构
1970年 人—鼠细胞融合实验 细胞膜具有一定的流动性
1972年桑格和尼克森[来源:21世纪教育网] 在前人研究的基础上提出细胞膜的“流动镶嵌模型”
二、生物膜的流动镶嵌模型
1．结构模型：生物膜的流动镶嵌模型认为，磷脂双分子层构成了膜的基本支架，这个支架不是静止的。磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。
2．组成成分及其结构图示
糖被：在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。
糖被的作用：(1)保护和润滑作用；(2)与细胞表面的识别、信息传递有关。
除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。
感悟拓展
1．不同生物膜的化学成分不同，但都主要是由蛋白质分子和磷脂分子构成。对生物膜成分较全面的描述是脂质、蛋白质和糖类，其中脂质主要是磷脂，还有胆固醇等；糖类主要与蛋白质形成糖蛋白或与脂质结合成糖脂而存在；蛋白质的含量高低与种类多少反映膜功能的复杂程度。
2．提取细胞膜的实验
材料——哺乳动物成熟红细胞；
优点：无核膜和各种细胞器膜；
原理方法：放入清水中吸水涨破，离心分离提纯。
[注意] 不能用鸡的红细胞，必须用哺乳动物的成熟红细胞。
3．细胞膜选择透过性实验探究
(1)可利用细胞液有颜色的植物组织，将其放入无色溶液中，然后用高温、强酸或强碱处理，观察处理前后有无溶液颜色的变化。
(2)将种子切开，放入红墨水中，胚部分不被染红，而胚乳部分被染红。
典例导悟
例一 如图表示细胞膜的亚显微结构，其中a和b为物质的两种运输方式。下列对细胞膜结构和功能的叙述错误的是( )
A．若图示为肝细胞膜，则尿素的运输方向是Ⅱ→Ⅰ
B．细胞间的识别、免疫、细胞的癌变与①有密切的关系
C．适当提高温度将加快②和③的流动速度
D．b过程不需要ATP，a过程不能体现膜的选择透过性这一生理特性
解析 图中①是糖蛋白，②是蛋白质，③是磷脂分子，Ⅰ为膜外(外侧有糖蛋白)，Ⅱ为膜内。a方式是由低浓度向高浓度、需载体协助的主动运输，b方式是由高浓度向低浓度、不需载体协助的自由扩散。肝细胞内合成尿素，通过肝细胞膜以自由扩散的方式运输到细胞外，故A项正确；细胞间的识别、免疫和细胞的癌变与膜上的糖蛋白有关，故B项正确；适当提高温度，分子运动速度加快，故C项正确；b自由扩散不需要能量是正确的，但a主动运输需膜上载体蛋白的协助，能体现膜的选择透过性，故D项错误。
答案 D[来源:21世纪教育网]
组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子的排布有下述特点，其中描述细胞膜基本骨架的是( )21世纪教育网
A．膜两侧的分子结构和性质不尽相同 B．磷脂分子排布成双分子层
C．蛋白质分子附着和镶嵌于磷脂双分子层中D．蛋白质分子和磷脂分子具有一定的流动性
答案 B
解析 磷脂双分子层构成膜的基本支架。
自主梳理
1．被动运输
(1)自由扩散：一些小分子物质利用细胞内外溶液的浓度差，通过简单的扩散作用进出细胞，不需要载体和能量，如水、CO2、O2、甘油、乙醇、苯等。
(2)协助扩散：葡萄糖等一些物质顺浓度梯度跨膜运输，进出细胞需借助载体蛋白的协助，但不需要能量。
2．主动运输：某些离子和小分子物质，能够从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。如细胞吸收K＋、Na＋、Ca2＋、氨基酸等。主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。
3．当细胞摄取大分子时，大分子附着在细胞膜的表面，细胞膜内陷形成小囊，分离后形成囊泡，进入细胞内，这种现象叫胞吞。细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，后与细胞膜融合，将其排出，这种现象叫胞吐。
[互动探究] 胞吞、胞吐是否属于跨膜运输？
[提示] 大分子物质以胞吞和胞吐方式进出细胞，这与细胞膜的流动性有关，但不属于跨膜运输。
要点归纳
1．细胞膜的结构特点、流动性
(1)原因：膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。
(2)影响因素：主要受温度影响，适当温度范围内，随外界温度升高，膜的流动性增强，但温度高出一定范围，则导致膜的破坏。
(3)实例
①质壁分离和复原实验；②变形虫捕食和运动时伪足的形成；③白细胞吞噬细菌；④胞吞与胞吐；⑤受精时细胞的融合过程；⑥动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程；⑦细胞杂交时的细胞融合(如人鼠细胞融合)。
2．细胞膜的功能特点：选择透过性
(1)表现：植物根对矿质元素的选择性吸收，神经细胞对K＋的吸收和对Na＋的排出，肾小管的重吸收和分泌，小肠的吸收等。
(2)原因：遗传性载体种类、数量选择性。
3．细胞膜的流动性与选择透过性的关系：流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述，但两者既有区别又有联系。
(1)区别：流动性是细胞膜及其他生物膜的结构方面的特性，原因是构成细胞膜的磷脂分子是可以运动的，大多数蛋白质分子也是可以运动的。选择透过性体现了细胞膜功能方面的特性，是指细胞膜对进出细胞的物质具有一定的选择性，主动运输能充分说明选择透过性。除细胞膜外，细胞中的其他膜结构——叶绿体膜、线粒体膜、液泡膜等也具有这一特性。(这些具膜的结构与细胞膜的成分类似，主要由磷脂和蛋白质组成)
(2)联系：细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础。因为只有细胞膜具有流动性，细胞才能完成其各项生理功能，才能表现出选择透过性。相反，如果细胞膜失去了选择透过性，细胞可能已经死亡了。
总之，膜的组成、结构和功能可表示为下图：
感悟拓展
1．膜的流动镶嵌模型充分体现了结构与功能相适应的特点，要理解膜的流动性和选择透过性的关系，应特别注意膜的流动性是磷脂分子和蛋白质分子以一定的方式进行运动的结果。
2．胞吞、胞吐：是大分子和颗粒性物质进出细胞的方式，这两种方式虽然最终通过了生物膜，但实质上，这些物质并没有真正的穿过生物膜。例如，白细胞吞噬大肠杆菌、变形虫吞噬有机物颗粒、胰腺细胞分泌胰岛素等。
3．在细胞的生命活动过程中，主动运输起到了重要作用，它使细胞能主动地从外界吸收被选择的物质，供生命活动利用。同样，细胞也能利用主动运输把新陈代谢产物排出细胞外。总之，细胞通过主动运输，摄取、积累物质以及不断排出代谢废物，从而维持细胞组成成分的动态稳定，保证生命活动的正常进行。
4．影响跨膜运输的因素
(1)影响自由扩散的因素
细胞膜内外的物质的浓度差。
(2)影响协助扩散的因素
①细胞膜内外物质的浓度差。②细胞膜上运载物质的载体数量。
(3)影响主动运输的因素
①载体：是细胞膜上的一类蛋白质。
a．载体具有特异性，不同物质的载体不同，不同生物细胞膜上的载体的种类和数目也不同。21世纪教育网
b．载体具有饱和现象，当细胞膜上的载体全部参与物质的运输时，细胞吸收该物质的速度不再随物质的浓度增大而增大。
②能量：凡能影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运输，如氧气浓度、温度等。
典例导悟21世纪教育网
例二 对细胞膜的选择透过性起主要作用的物质是( )
A．水 B．糖类 C．蛋白质 D．磷脂
解析 细胞膜的选择透过性是由细胞膜上的载体蛋白的种类和数量决定的。
答案 C[来源:21世纪教育网]
氧气透过肺泡进入毛细血管的过程是( )
A．全部为主动运输 B．大部分为扩散作用，少部分为主动运输
C．全部为扩散作用 D．少部分为扩散作用，大部分为主动运输
答案 C[来源:21世纪教育网]
解析 能进行自由扩散的物质主要是一些小分子物质(如O2、CO2、H2O、尿酸、尿素等)，此过程不需要能量，只与溶液浓度有关，属于被动运输，而主动运输既需要载体又需要能量，常见的离子(如K＋、Cl－、NO等)属此方式。自主梳理
一、细胞的吸水和失水
1．原理：发生渗透作用，必须具备两个条件。
(1)具有半透膜：水分子可以通过，而蔗糖等大分子不能通过的膜，如玻璃纸(又叫赛璐玢)。21世纪教育网
(2)膜两侧溶液具有浓度差。
2．动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例：红细胞膜相当于一层半透膜)
(1)当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。
(2)当外界溶液浓度>细胞质浓度时，细胞失水皱缩。
(3)当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分进出平衡。
3．植物细胞的吸水和失水
(1)在成熟的植物细胞中的液体环境主要指的是
液泡里的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，它相当于一层半透膜。
(2)成熟植物细胞，当细胞液浓度小于外界溶液浓度，则发生质壁分离现象；当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，则发生质壁分离复原。
二、实验探究植物细胞吸水和失水
1．探究实验的一般过程21世纪教育网
提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→表达和交流→进一步探究。
2．实验原理
成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。
3．实验过程
制作装片→显微镜观察→实验现象(细胞发生质壁 分离和复原)→得出结论。
[互动探究] 在实验中为什么选择紫色洋葱磷片叶作实验材料？
[提示] 紫色洋葱鳞片叶中有紫色的液泡，便于实验观察。
要点归纳
一、渗透系统的组成分析及应用
1．渗透系统的组成(如图)及特点
(1)半透膜，可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。
(2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。
2．渗透作用的发生
(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。
(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。
3．渗透系统的应用
(1)比较不同溶液浓度大小
漏斗内 烧杯内
溶液浓度 M N
现象及结论 ①若漏斗内液面上升，则M>N②若漏斗内液面不变，则M＝N③若漏斗内液面下降，则M(2)验证渗透作用发生的条件
①具有半透膜
②具有浓度差
二、细胞的吸水和失水21世纪教育网
1．动物细胞的吸水和失水
(1)当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀。
(2)当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩。
(3)当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，水分子进出细胞处于动态平衡。
2．成熟的植物细胞的吸水和失水
(1)植物细胞的结构特点
①细胞壁：全透性。②细胞膜：具有选择透过性。③细胞质：内有大液泡。
④大液泡：里面的液体称细胞液，具有一定的浓度。
⑤原生质层：细胞膜和液泡膜以及这两层膜之间的细胞质称为原生质层。
(2)植物细胞吸水方式21世纪教育网
①未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水：这样的细胞主要靠细胞内的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分，叫做吸胀作用。干燥的种子和根尖分生区的细胞，主要靠吸胀作用吸收水分。
注意：蛋白质、淀粉和纤维素的亲水性依次减弱。
②液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水：细胞液浓度>外界溶液浓度—细胞吸水；细胞液浓度<外界溶液浓度—细胞失水。
(3)成熟的植物细胞是一个渗透系统：植物细胞的最外面是细胞壁，主要由纤维素分子组成，分子间空隙较大，一切溶剂和溶质都能够透过，细胞壁是全透性的。细胞膜和液泡膜是选择透过性膜。我们可以把细胞膜、液泡膜以及两膜之间的其他原生质当作一层选择透过性膜，“膜”内的细胞液有一定的浓度，与细胞外的溶液存在浓度差。这样 ，细胞也就通过这层选择透过性膜与外界环境中的溶液发生渗透作用。
三、植物细胞吸水和失水的实验探究过程及应用
1．探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题→作出假设→预测结果→进行实验→分析结果得出结论→表达交流→进一步探究。
2．假设：原生质层相当于一层半透膜。
3．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过，因此，在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。
4．实验流程
5．实验结论
成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。
感悟拓展
1．渗透系统组成的条件
①渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。
②两溶液间的水分子进行双向运动，我们只是观测出由水分子双向运动的差所导致的液面改变。
③溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同，但摩尔浓度是10%蔗糖溶液的小，故水由蔗糖向葡萄糖溶液移动。
2．细胞吸水和失水原理在生产生活中的应用
(1)对农作物的合理灌溉，既满足了作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于水分的吸收。
(2)盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。
(3)糖渍、盐渍食品不易变质的原因是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间的保存。
(4)医用的生理盐水浓度为0.9%，其渗透压与人体细胞外液的渗透压相当，可以使人体细胞保持正常的形态和功能。
3．植物细胞吸水和失水的实验探究
实验中注意事项
(1)选择有大的液泡且最好液泡带有颜色的细胞作实验材料。21世纪教育网
(2)滴加蔗糖溶液和清水时，必须在实验桌上进行，不能在显微镜的载物台上进行。
(3)本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液(此浓度下既明显出现质壁分离，又不致杀死细胞)。浓度过高，质壁分离速度虽快，但不久细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；浓度过低不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。此外，8%的食盐溶液，5%的硝酸钾溶液等也可使用。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离的溶液。
典例导悟
1利用紫色的洋葱外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞质壁分离复原。下列有关该实验的叙述正确的是 ( )
A．该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有设计对照实验
B．在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强
C．将装片在酒精灯上加热后，再观察质壁分离现象
D．不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞，滴加清水后都能复原。
解析 该实验中多组实验(不同浓度的蔗糖溶液)之间已进行了相互对照，且每组实验前、后又进行了对照，故有对照实验；在发生质壁分离过程中，细胞液的浓度逐渐增大，故细胞的吸水能力逐渐增强；该实验不需加热，否则细胞会受热死亡，观察不到质壁分离及复原现象；若蔗糖溶液的浓度过大，细胞会因失水过多而死亡，将不会再复原。
答案 B21世纪教育网
下列能发生质壁分离现象的细胞是 ( )
A．胚乳细胞 B．人的口腔上皮细胞
C．分生区细胞 D．根成熟区细胞
答案 D
解析 发生质壁分离的条件有三个：①必须是成熟的植物细胞；②细胞必须有活性；③细胞外界溶液浓度大于细胞液浓度。从题中所给条件可知，A、C两选项均是植物细胞，但无中央液泡；B选项为人体细胞，显然不行，故答案应为D。
自主梳理
1．对无机盐的吸收实例
(1)水稻和番茄对同一离子的吸收量不同。
(2)水稻和番茄对不同离子的吸收量不同。
(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆相对含量梯度从血液中吸收碘。
(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。
2．生物膜的特性
物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，而且细胞对物质的输入和输出有选择性。即细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
[互动探究] 半透膜和选择透过性膜有哪些异同点？
[提示] ①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。
②不同点：选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。
要点归纳21世纪教育网
1．番茄和水稻吸收矿质离子的比较
科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和Si4＋的培养液中培养，结果及分析如下：
(1)不同植物细胞对同一无机盐离子、同一植物细胞对不同无机离子的吸收均有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。
(2)番茄吸收Ca2＋、Mg2＋多，吸收Si4＋少；水稻吸收Si4＋多，而吸收Ca2＋、Mg2＋少，从营养学角度讲番茄的补钙效果比水稻好。
(3)水稻吸收水的相对速度比吸收Ca2＋、Mg2＋的大，造成培养液中Ca2＋、Mg2＋浓度上升；番茄吸收水的相对速度比吸收Si4＋的大，造成培养液中Si4＋浓度上升。
(4)植物细胞在同一时间吸收离子和吸水的量不同，即吸收离子和吸收水是两个不同的过程。
2．人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点
人体甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液高20～25倍，说明碘进入甲状腺滤泡上皮细胞是从低浓度→高浓度，即逆浓度梯度。
3．微生物吸收矿物质的特点
不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。
(1)不同微生物的细胞膜结构有一定的差异。
(2)不同微生物对矿物质的吸收有选择性。
(3)不同微生物对各种矿物质的需要量不同。
4．实例分析结论
(1)细胞膜和其他生物膜一样都是选择透过性膜。
它具有的特点是：
①水分子可以自由通过。
②一些需要的离子和小分子也可以通过。
③其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
(2)物质通过生物膜的跨膜运输，有的是顺相对含量梯度的，有的是逆相对含量梯度的。
(3)细胞对于物质输入和输出及选择性是通过细胞膜实现的。
感悟拓展
1．生物膜的结构特点——具有一定的流动性，原因是构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子都是可移动的。
2．生物膜的功能特性——具有选择透过性，原因是膜上载体的种类和数量不同。
典例导悟
例二 将等量的、微量的NH、PO、K＋、Ca2＋共同置于100 mL蒸馏水中，再放入一些新鲜的水稻根尖，一段时间后，测定溶液中上述四种离子和水的含量变化(见下表)。实验结果可以说明 ( )
项目 H2O NH+4 K＋ Ca2＋ PO43-
减少量 0% 23% 12% 37% 14%
根对水的吸收和对矿质离子的吸收是两个相对独立的过程
②根对矿质离子的吸收不是等比例进行的
③根细胞吸收矿质离子的方式是主动运输
④根吸收矿质离子的过程不受温度的影响
A．只有①② B．只有①③ C．只有①②③ D．都正确
解析 本题考查植物细胞吸收水分和无机盐的关系，以及理解应用能力、数据分析与判断能力等。从表中可以看出：水没有减少，而矿质离子不同程度的减少，所以吸收水和吸收矿质离子是两个相对独立的过程，且不同矿质离子的吸收不成比例。表中不能看出根尖对矿质离子的吸收是主动运输方式，以及是否受温度的影响。[来源:21世纪教育网]
答案 A
水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着色，可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅有死亡细胞的核会被染色，活细胞则不着色，但将PI注射到活细胞中，则细胞核会着色。利用PI鉴别细胞死活的基本原理是 ( )
A．死细胞与活细胞的核酸结构不同 B．死细胞与活细胞的核酸含量不同
C．活细胞能分解染色剂PI D．活细胞的细胞膜阻止PI的进入
答案 D
解析 本题旨在考查细胞膜的功能特点——选择透过性以及阅读能力、知识迁移能力、理解分析能力。活细胞的细胞膜具有选择透过性以保证物质选择性地出入细胞，维持正常的生命活动。水溶性染色剂(PI)不是细胞所需物质，因而不能通过活细胞的细胞膜。细胞死亡后，细胞膜及其他生物膜的选择透过性丧失，溶于水中的物质(如PI)都可以通过，而使细胞核着色。21世纪教育网自主梳理
一、捕获光能的色素
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)可以利用有机溶剂(无水乙醇)提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许SiO2和CaCO3，其中前者有助于研磨充分，后者可防止研磨中色素被破坏。
(2)分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸上扩散得快，反之则慢。
(3)层析中，在滤纸条上会呈现四条色素带，它们的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，色素带最宽的颜色呈蓝绿色，最窄的颜色呈橙黄色。
2．色素的种类和吸收光谱
色素种类 颜色 吸收光谱 滤纸条上位置
叶绿素[来源:21世纪教育网]21世纪教育网21世纪教育网21世纪教育网(约占3/4) 叶绿素a21世纪教育网 蓝绿色[来源:21世纪教育网] 主要吸收蓝紫光和红光[来源:21世纪教育网]21世纪教育网21世纪教育网[来源:21世纪教育网] 中下层
叶绿素b 黄绿色 最下层
类胡萝卜素(约占1/4) 胡萝卜素 橙黄色 主要吸收蓝紫光 最上层
叶黄素 黄色 中上层
二、叶绿体的结构和功能
1．结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外表具双层膜，内部有基粒和，基粒是由类囊体堆叠而成。吸收光能的色素分布于类囊体的薄膜，与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。
2．功能：是进行光合作用的场所。
三、光合作用的探究历程
1．直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。
2．1771年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛或动物呼吸而变得污浊的空气。
3．1779年，荷兰的英格豪斯证明了光和 绿叶在更新空气中不可缺少。
4．1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有淀粉 。
5．1939年，美国的鲁宾和卡门利用 同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水。
6．20世纪40年代，美国的卡尔文，利用同位素示踪技术最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化为有机物中碳的途径。
[互动探究] 正常杨树的叶为什么呈绿色？秋季为什么变黄了？
[提示] 叶绿体中叶绿素的含量多，且对绿光吸收量最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。
要点归纳
一、“绿叶中色素的提取和分离”的实验分析
1．原理解读
(1)各种色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇等)中形成溶液，使色素从生物组织中脱离出来。
(2)各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的溶解度不同：溶解度大的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢，所以不同色素可以在滤纸条上因扩散而分开，各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带。
[提醒] ①本实验中使用的试剂有毒，不但实验后要洗手，实验前也要洗手。
②不但滤液细线不能触及层析液，滤纸条也不要触及试管。
③从色素带的宽度知色素含量的多少依次为：叶绿素a>叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素。
④从色素带的位置知在层析液中溶解度的大小依次为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b。
⑤.在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
3．实验要点提示
(1)实验中几种化学试剂的作用
①无水乙醇可溶解叶绿体中的色素。
②二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。
③碳酸钙防止研磨过程中色素被破坏。
(2)实验成功的关键
①叶片要新鲜，颜色要深绿，含有较多色素。
②研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。
③滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再画一两次。
④滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
(3)注意事项
①剪取干燥的定性滤纸，双手尽量不要接触纸面，手要干净、干燥(可以套上塑料袋)，以免污染滤纸。
②加入的SiO2和CaCO3一定要少，否则滤液浑浊，杂质多，颜色浅，实验效果差。
③根据试管的长度制备滤纸条，让滤纸条长度高出试管约1 cm，高出部分做直角弯折。
④画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。
二、光合作用的探究历程
年代科学家 过程(依据) 结论或结果
1771年普利斯特利(英) 植物可以更新空气
1779年英格豪斯(荷兰) 同普利斯特利的实验过程 只有在阳光照射下和有绿叶时植物才可以更新空气
1845年梅耶(德国) 能量转换和守恒定律 植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来
1864年萨克斯(德国) 黑暗中饥饿处理的绿叶曝光然后碘处理变蓝遮光处理后碘处理不变色 绿色叶片在光合作用中产生淀粉
1939年鲁宾和卡门(美国) H218O＋CO2→植物→18O2 C18O2＋H2O→植物→O2 光合作用释放的氧气来自水
三、叶绿体的结构和功能及色素的种类和作用的理解
1．叶绿体的结构和功能
(1)结构(如右图所示)
①双层膜：分内、外膜，包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构。
②基粒：每个基粒由许多圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体，色素就分布在类囊体的薄膜上。
③基质：在基粒和基粒之间充满基质，含有与光合作用有关的酶。
(2)功能：叶绿体内的基粒和类囊体扩展了其受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是高等植物进行光合作用的场所。
2．叶绿体中的色素种类及作用
(1)色素的种类和作用
感悟拓展
1．色素与吸收光谱
2．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，所以用无色透明的大棚光合效率最高。
(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
3．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性，进而影响叶绿素的合成，低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
(3)矿质元素：叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将影响叶绿素的合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。
4．萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中的淀粉，曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精浴加热处理，目的是溶解色素；恩格尔曼选用水绵做实验材料的好处：叶绿体呈带状，便于观察，所用细菌异化作用代谢类型为好氧型；鲁宾、卡门用的实验方法为示踪元素法(同位素标记)。
典例导悟
1下图表示叶绿体中色素的吸收光谱。甲、乙两图分别是 ( )
A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱
B．叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱
C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱
D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
解析 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在光谱上有两个吸收区域；胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在光谱上有一个吸收区域，据此可做出正确判断。
答案 B
如图做色素层析分离的正确装置是 ( )
答案 D
解析 色素分离的方法：划好滤液细线的滤纸条下端要插入层析液中，一是不要让滤液细线没入层析液中，因为色素易溶于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果；二是要盖上培养皿盖，防止层析液挥发，因为层析液中的石油醚、苯等化学药剂都有剧毒，会伤害操作者，而且也会影响色素分离效果，所以A、B、C都不符合实验要求。
自主梳理
一、光合作用过程
1．光反应
(1)场所：叶绿体的类囊体的薄膜上。(2)条件：光、色素、酶等。
(3)物质变化：将水分解为O2和[H]，将ADP和Pi合成ATP。
(4)能量变化：光能转变为活跃的化学能。
2．暗反应
(1)场所：叶绿体的基质中。(2)条件：酶、[H]、ATP。
(3)物质变化：①CO2的固定：C5＋CO22C3。 ②C3的还原：C3＋[H]酶（ATP）(CH2O)。
(4)能量变化：ATP中活跃的化学能转变为稳定的化学能。
3．应用
(1)光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)影响光合作用强度的因素包括空气中CO2的浓度、土壤中水分的多少、光照的长短和光的强弱以及温度的高低等。
二、化能合成作用
1．概念：某些细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
2．实例：硝化细菌能利用氨氧化时所释放的化学能，将CO2和H2O合成糖类。
3．绿色植物和硝化细菌都能合成有机物，因此属于自养生物，而人、动物、真菌及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物，属于异养生物。
[互动探究] 1.为什么瓜果大棚用无色顶棚，而蔬菜类用蓝色的？
[提示] 无色顶棚透光好，光照强，光合作用强度大，糖分积累多。而蓝紫光有利于蛋白质和脂肪的积累，所以使用浅蓝色顶棚有利于改善蔬菜品质，提高蔬菜质量。
2．绿色植物和硝化细菌在代谢方面有什么异同点？
[提示] 相同点：都能将无机物合成有机物，即都是自养生物。不同点：在合成有机物时利用的能量不同，绿色植物利用光能，硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能。
要点归纳
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。用反应式概括为：CO2＋H2O光能(CH2O)＋O2。其实光合作用的过程十分复杂，人们根据是否需要光能，把它分为光反应和暗反应两个阶段。具体过程用图解来表示：
一、光反应和暗反应的区别和联系
1．光反应和暗反应的区别
项目 光反应 暗反应
实质 光能转换为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物
时间 短促，以微秒计 较缓慢
条件 需色素和光 不需色素和光，需要多种酶
场所 在叶绿体内的基粒片层结构的薄膜上进行 在叶绿体内的基质中进行
物质转化(一)
物质转化(二)
能量转换 光能→活跃的化学能，并储存在ATP中 ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能
2.光反应和暗反应联系
[提醒] ①暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长， 故晚上一般认为只进行呼吸作用，光合作用不进行。
②相同时间内，若光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累多，因为[H]、ATP基本不积累，利用充分；但一直光照会造成 [H]、 ATP的积累，利用不充分。
感悟拓展
叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件项目 C3 C5 [H]和ATP (CH2O)合成量
光照不变停止CO2供应 减少 增加 增加 减少或没有
光照不变CO2供应增加 增加 减少 减少 增加
光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻 增加 减少 增加 减少
停止光照CO2供应不变 增加 下降 减少或没有 减少或没有
突然光照CO2供应不变 减少 增加 增加 增加
典例导悟
2光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是 ( )
A．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应
B．叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
解析 光反应是在叶绿体内囊状结构的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可。
答案 D
如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图，C点和B点相比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和[H]的含量发生的变化依次是( )
A．升、 升、升、升 B．降、降、降、降
C．降、升、升、升 D．升、升、降、降
答案 C
解析 光反应和暗反应中 C3、C5、ATP、ADP四种物质与光反应条件中的光和暗反应条件中的CO2之间的关系。
C点与B点相比由于气温升高， 气孔关闭，CO2的吸收量减少，导致叶肉细胞内C3的含量减少(短时间内C3的生成量减少，而被还原消耗的C3的量不变)，C5的含量增多(短时间内 C5的生成量不变，而与CO2结合消耗的C5的量减少)，ATP和[H]的含量增多(短时间内ATP和[H]的生成量不变，而还原过程中消耗掉的ATP和[H]减少)。
二、影响光合作用的环境因素分析及其应用
1．光合作用强度的表示方法
(1)单位时间内光合作用产生糖的数量；
(2)单位时间内光合作用吸收CO2的量；
(3)单位时间内光合作用放出O2的量
[注意] 最容易检测的是③。
2．环境因素对光合作用强度的影响及应用
(1)光照强度
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(2)CO2浓度
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。
(3)温度
①曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
(4)必需元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(5)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
三、光合作用与细胞呼吸的区别和联系
1．光合作用与细胞呼吸的区别
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)
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(储能) 化学能―→ATP、热能(放能)
场所 叶绿体(真核) 活细胞(主要在线粒体)
条件 只在光下进行 有光、无光都能进行
感悟拓展
1．叶龄与光合效率之间的关系：如图随幼叶的生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增加，光合作用速率不断增加；壮叶的叶面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定；随着叶龄的增加，叶内的叶绿素被破坏，光合速率随之下降。
农业生产中主要通过延长光照时间，增加光照面积和增强光合作用效率等途径提高光能利用率，如轮作、套种和间作等，合理密植。设法满足光合作用的各种环境因素，如利用大棚适当增加光照强度，提高CO2浓度和温度，来提高光合作用效率。
2．绿色植物体内H2O和CO2中的元素在光合作用和细胞呼吸过程中转化：
①H2O中H和O的转化
a．H的转移途径
b．O的转移途径
②CO2中C和O的转化
a．C的转移途径
b．O的转移途径
典例导悟
3将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。下列相关叙述，正确的是( )
A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移
B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移
C．如果光照强度适当增加，a点右移，b点右移
D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移
解析 假定光照强度降低，要达到点a，则需要浓度更高的二氧化碳，a点应右移；假定光照强度升高，二氧化碳利用率升高，要达到点a，在二氧化碳浓度低一些的时候即可达到，a点应左移。另外，光照强度升高，则需要更高浓度的CO2才能达到最大光合作用强度，b点应右移。
答案 D
在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是 ( )
A．停止光照 B．停止光照并降低CO2浓度
C．升高CO2浓度 D．降低CO2浓度
答案 D
解析 细胞中的C5突然上升，说明是CO2的固定减少，C3的还原仍在继续，即光反应正常，故最可能的原因是CO2浓度降低。自主梳理
1．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。
2．分类：根据是否有氧参与，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
3．探究酵母菌细胞呼吸的方式21世纪教育网
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧型菌。
②检测酵母菌在细胞呼吸中是否产生CO2可使用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝，其中后者颜色变化过程为由蓝变绿再变黄。
③检测是否产生酒精可使用橙色的重铬酸钾溶液，其在酸性条件下与酒精发生反应，变为灰绿色。
[互动探究] 现在地球上绝大多数生物的呼吸方式以哪种为主？为什么？
[提示] 有氧呼吸。因为细胞呼吸的目的是为细胞生命活动提供能量，有氧呼吸比无氧呼吸放能效率高得多，所以有氧呼吸得到较大发展，成为主要方式。
要点归纳
感悟拓展
实验中的关键步骤
(1)将装置(甲)连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
典例导悟
1在检验酵母菌细胞呼吸产物时，常用到一些特殊的颜色反应，下列描述不正确的是( )
A．二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊
B．二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
C．乙醇在碱性条件下能与灰绿色的重铬酸钾溶液反应变成橙色
D．乙醇在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
答案 C
在一个普通的锥形瓶中，加入含有酵母菌的葡萄糖溶液，如图所示，则下列有关坐标中，正确的是( )
A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②④
答案 B
一、有氧呼吸
1．反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
2．过程
第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所21世纪教育网21世纪教育网 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、H2O [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O ATP
能量 少量 少量 大量
二、无氧呼吸
1．反应式
①分解成酒精的反应式为：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
②转化成乳酸的反应式为：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
2．过程：第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同。第二阶段的产物是酒精和CO2或乳酸。其全过程都在细胞质基质中进行。
[互动探究] 1.参与有氧呼吸的酶分布场所有哪些？
2．有氧呼吸第一、二阶段的相同点有哪些？21世纪教育网
3．呼吸作用分阶段进行有什么意义？
[提示] 1.细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。
2．都产生[H]和释放少量能量，都不需要氧的参与。
3．可使能量逐步释放，对保持生物体的体温稳定有重要意义。
要点归纳
1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解
2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较
类型 有氧呼吸 无氧呼吸
必需条件 氧和酶 不需氧，但必须有酶催化
场所 细胞质基质(①阶段)线粒体(②和③阶段) 细胞质基质(①和②两阶段)
物质变化 21世纪教育网
能量释放 产生大量能量[来源:21世纪教育网] 产生少量能量
特点 有机物彻底分解，能量完全释放 有机物没彻底分解，能量没完全释放
联系 ①第一阶段完全相同 ②实质相同：分解有机物，释放能量
3.过程分析
(1)无氧呼吸的第二阶段是第一阶段产生的[H]将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或乳酸的过程。
(2)有氧呼吸H2O即是反应物，又是生成物，且H2O中的氧全部来自于O2。
(3)有氧呼吸的三个阶段共同的产物是ATP，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。
感悟拓展
1．不同生物无氧呼吸的产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。
2．原核生物无线粒体，有些原核生物(如硝化细菌、蓝藻)仍可进行有氧呼吸。
3．只能进行无氧呼吸的真核生物(如蛔虫)，其细胞内无线粒体。
典例导悟
2下列有关呼吸作用的叙述中，错误的是 ( )
A．蛔虫进行无氧呼吸
B．哺乳动物的红细胞只能进行无氧呼吸
C．长跑时，人体产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸的共同产物
D．发酵和无氧呼吸并不是同一概念
解析 各种生物在长期的进化过程中，其呼吸作用方式也与生存环境产生了适应。蛔虫由于生活在人的消化道内，消化道内缺氧，故只能进行无氧呼吸；哺乳动物成熟的红细胞由于无细胞器，也只能进行无氧呼吸；高等动物的无氧呼吸产物是乳酸，不产生酒精无CO2生成；无氧呼吸对于微生物习惯上叫发酵，对于高等动物叫糖酵解，对于植物就叫无氧呼吸，但在工业发酵中，发酵的概念得到扩充，也可指代有氧发酵。21世纪教育网
答案 C
让一只白鼠吸入有放射性的18O2，该白鼠体内最先出现含18O的化合物是 ( )
A．二氧化碳 B．水 C．丙酮酸 D．乳酸
答案 B
解析 白鼠从外界吸入氧(18O2)是用来参与体内能源物质(如C6H12O6)的氧化分解过程(即有氧呼吸)，根据有氧呼吸第三阶段的变化可知，氧气中的氧元素(18O)全部与[H]结合生成了水(H18O)。
自主梳理
1．ATP产生速率与O2供给量之间的关系
[来源:21世纪教育网]
(1)A点表示在无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
(2)AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。
(3)BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。
2．酵母菌细胞呼吸类型的判断
(1)若只产生CO2，不消耗O2，则只进行无氧呼吸(图中A点)。
(2)若产生CO2的物质的量比吸收O2的物质的量多，则两种呼吸同时存在(图中AC段)。[来源:21世纪教育网]
(3)若产生CO2的物质的量与吸收O2的物质的量相等，则只进行有氧呼吸(图中C点以后)。
(4)B点表示无氧呼吸与有氧呼吸速率相等(用CO2释放量表示)，此时CO2的总释放量最低。D点表示O2浓度超过一定值(10%)以上时，无氧呼吸消失，细胞只进行有氧呼吸。
3．影响细胞呼吸的环境因素及其在实践中的应用
(1)呼吸速率与温度的关系(如图)
①最适温度时，细胞呼吸最强，超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
②生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降低温度，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。
(2)呼吸速率与O2浓度的关系(如图)
①O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；但当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限制)。
②生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间，中耕松土增加根的有氧呼吸；在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。
(3)呼吸速率与含水量的关系(如图)
①在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。
②在作物种子储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。
感悟拓展
1．种子、蔬菜和水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，不同的是种子还应保持干燥，而蔬菜和水果应保持一定湿度。低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温。
2．不同种类的植物呼吸速率不同；同一植物不同器官呼吸速率不同；同一植物不同的生长发育时期呼吸速率不同。
3．高等动物和人无氧呼吸的产物是C3H6O3(乳酸)，不产生CO2。
典例导悟
3制作啤酒的工艺流程实际上是应用酵母菌的细胞呼吸，将小麦和酵母菌放入发酵罐，之后进行怎样处理方能制造出大量的啤酒 ( )
A．马上密闭，保持30～40℃的温度B．一直通风，不密闭，保持30～40℃
C．先通风后密闭，保持60℃以上D．选通风后密闭，保持30～40℃
解析 将酵母菌放入发酵罐以后，先通风，此时酵母菌进行有氧呼吸，代谢旺盛，酵母菌进行出芽生殖而大量繁殖，待酵母菌数量相当多时再密闭，利用酵母菌发酵原理，用小麦发酵产生酒精。30～40℃温度范围内，酵母菌酶的活性最高。
答案 D
将酵母菌由供氧条件转变为厌氧条件培养，下列过程中加快的一组是( )
A．葡萄糖的利用 B．二氧化碳的放出C．ATP的形成 D．丙酮酸的氧化
答案 A
解析 酵母菌是一种兼性厌氧型生物。有氧呼吸是一种高效的呼吸方式，将葡萄糖彻底氧化分解，释放出大量的能量供给生命活动需要，而酵母菌无氧呼吸将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，释放出少量的能量，因此，酵母菌必须大量分解葡萄糖才能满足生命活动的需求。自主梳理
一、组成细胞的元素
细胞中常见的化学元素有20多种，是生物体有选择地从无机自然界中获取的。
1．元素的分类
(1)按元素在生物体内的含量可分为
①大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
②微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
(2)按元素在生物体内的作用可分为
①最基本的元素：C。
②主要元素：如C、H、O、N、P、S。
2．元素的含量特点
(1)占细胞鲜重最多的元素是O。
(2)占细胞干重最多的元素是C。
(3)细胞中含量最多的四种元素是C、H、O、N。
3．元素的存在形式
大多以化合物的形式存在。
[互动探究] 为什么碳是最基本的元素？
[提示] 碳原子本身的化学性质使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子，使地球上的生命建立在碳元素的基础上。
二、组成细胞的化合物
组成细胞的化合物分为无机化合物和有机化合物，前者中水的含量是最多的，后者中含量最多的是蛋白质。
[互动探究] 组成细胞的化学元素的存在形式有哪些？有机物与无机物在元素组成上有什么区别？
[提示] 组成细胞的化学元素，绝大多数构成细胞的两种化合物，少数以离子的形式存在，如细胞中的K＋、H2PO、HCO等。组成有机物的分子中都有碳元素，如糖类、脂质和蛋白质等都含有C、H、O等元素；无机物如水只由H和O两种元素构成。
要点归纳
1．组成生物体的化学元素种类与含量
组成生物体的化学元素常见的主要有20多种，其组成、分类及含量如图所示：
其中主要元素：指含量占原生质总量97%以上的元素。[来源:21世纪教育网]
大量元素：指含量占生物体总重量的万分之一以上的元素。
微量元素：指生物体生活所必需的，含量虽少但作用非常重要的元素。
2．矿质元素：指除了C、H、O以外，主要由根系从土壤中吸收的元素。
化学元素的存在形式和功能
(1)化学元素的存在形式
化学元素在生物体内的存在形式：组成生物体的各种化学元素，在生物体内主要以无机盐离子或化合态形式存在，生物体获得各种元素的方式主要以主动运输为主。
(2)生物体内化学元素的功能
①生物体的化学元素组成多种多样的化合物，这些化合物和化学元素是生物体生命活动的物质基础。
②化学元素能够影响生物体的生命活动。
感悟拓展
1．组成生物体的化学元素在不同的生物体内种类大体相同；不同的生物体内各种化学元素的含量一般相差很大。
2．元素分类是根据生物体内的含量，而不是生理作用，微量元素虽含量少，但其生理作用却不可替代，如Zn是DNA聚合酶和RNA聚合酶的输助因子，缺Zn将导致DNA复制和RNA合成不能正常进行。
3．碳原子本身的化学性质，使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子，正是由于碳原子在组成生物大分子中的重要作用，科学家才说“碳是生命的核心元素”，“没有碳，就没有生命”，与在生物体内的含量无关。
4．生物体内鲜重最多的元素为O，干重最多的为C，植物因糖类多，蛋白质少，故干重中O较多，而动物相反，故干重中C、N比例高，且Ca、P等元素因骨骼、牙齿中大量积累而较多。
5．从化合物的元素组成上分析代谢产物
糖类、脂质和蛋白质的组成元素中都有C、H、O，可推知其代谢产物中都有CO2和H2O；蛋白质中还含N，故其代谢产物中含有尿素。
6．从化合物的元素含量上分析其氧化分解时释放的能量多少：
脂肪分子中氧的含量远少于糖类，而碳和氢的含量则比糖类多，因此等质量的脂肪彻底氧化分解时所消耗的氧气比糖类多，释放的能量也多于糖类。
7．化合物的特殊元素组成在同位素标记法中的应用
噬菌体的蛋白质中含S，而DNA中含P，因此可分别用同位素标记S和P以证明DNA是噬菌体的遗传物质。
8．组成生物体的化学元素的重要作用
(1)组成化合物
①与光合作用有关的含N化合物：叶绿素、ATP、NADP＋、酶等。
9．生物的统一性和差异性
(1)统一性
①从元素角度：组成生物体的各化学元素种类大体相同。
②从分子水平：DNA的空间结构和基本单位相同；共用一套遗传密码。
③从结构角度：除病毒外，生物体都由细胞组成。21世纪教育网
④从能量角度：都以ATP为直接能源。
(2)差异性
从元素角度看，组成生物体的各化学元素的含量有很大差异。
典例导悟
例1．组成甲型H1N1病毒、疯牛病病毒和桃树的共有元素是 ( )
A．C、H、O B．C、H、O、S
C．C、H、O、N D．C、H、O、P
解析 一般地，所有生物的遗传物质都是核酸，都有P元素，但疯牛病病原体的成分仅含有蛋白质，因此上述生命并不都含有P元素，但它们都含有蛋白质，所以共有元素为C、H、O、N。
答案 C
生物界在基本组成上的高度一致性表现在 ( )
①组成生物体的化学元素基本一致 ②各种生物的核酸都相同 ③构成核酸的碱基都相同 ④各种生物的蛋白质都相同 ⑤构成蛋白质的氨基酸都相同
A．①②④ B．①③⑤
C．②④⑤ D．①②③
答案 B
解析 生命起源于无机环境，构成细胞的几十种元素，没有一种是生命物质所特有的，而生物不断地进化和发展，彼此之间都有着一定的联系。这种联系从物质组成上，表现在组成生物体的化学元素基本一致，组成核酸的碱基是相同的，组成蛋白质的氨基酸都是20种左右。不同的生物之所以不同，是由组成它们的核酸和蛋白质的差异决定的。
自主梳理
1．细胞中的水
(1)存在形式：自由水和结合水。21世纪教育网
(2)功能：①是细胞结构的重要组成成分，②是细胞内的良好溶剂，运送营养物质和代谢废物，③参与许多生物化学反应，④为细胞提供液体环境。
2．细胞中的无机盐
(1)存在形式：绝大多数以离子的形式存在，少部分是细胞内复杂化合物的组成成分。
(2)功能：维持细胞和生物体的生命活动；维持细胞的酸碱平衡等。
要点归纳
1．细胞中的无机物——水
(1)水的含量、分类及生理作用
含量 概念 生理作用
结合水 4.5% 与其它物质结合在一起 细胞组成成分
自由水 95.5% 能够自由流动、以游离状态存在 良好溶剂运输作用反应场所原料
(2)不同生物含水量特点
①是细胞和生物体中含量最多的物质(如精肉中的水，沙漠植物中的水)。
②含水量：水生>陆生、幼年>成年>老年、代谢旺盛>代谢缓慢、幼嫩细胞>衰老细胞。[来源:21世纪教育网]
2．生物体中的无机物——无机盐[21世纪教育网
(1)无机盐的含量及存在形式
含量：很少，约占细胞鲜重的1%～1.5%。
存在形式：大多数无机盐以离子的形式存在于细胞中，少数以化合物的形式存在于细胞中。
(2)无机盐的生理作用
①有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成部分。
②有许多种无机盐的离子对于维持生物体的生命活动有重要作用。
③生物体内的无机盐离子，必须保持一定的比例，这对维持细胞内的渗透压和酸碱平衡非常重要，这是生物进行正常生命活动的必要条件。
感悟拓展
1．水的存在形式与器官形态的关系
心肌和血液总的含水量差不多，但心肌呈固态，血液呈液态，原因是二者自由水和结合水的比例不同。
2．水的存在形式与代谢的关系[21世纪教育网
若细胞内自由水比例升高，则代谢旺盛，反之代谢缓慢。
3．水的存在形式与抗寒性的关系
秋冬季节，蒸腾作用减弱，吸水减少，结合水相对含量升高，因结合水不易结冰和蒸腾，从而使植物抗寒性加强。
4．水的存在形式与温度的关系
在活细胞内，受温度的影响，自由水和结合水可相互转化，具体转化如下：
即升高温度时，自由水增多，反之，结合水增多。
5．种子与水的关系
(1)种子晒干时减少的为自由水，但仍能保持生命活性，仍能萌发；试管加热或炒熟则丧失结合水，种子死亡不萌发；种子萌发吸水主要是增多自由水，代谢加强，呼吸作用加快。
(2)不同种子亲水能力不同，大豆(主要含蛋白质)>小麦、玉米、大米(主要含淀粉)>花生(主要含脂肪)。
6．无机盐的生理作用
碳酸钙是骨骼的主要成分；Mg2＋是叶绿素的组成成分，是ATP酶的激活剂；Fe2＋是血红蛋白的组成成分；Cl－是唾液淀粉酶的激活剂；HCl可以激活胃蛋白酶原；血细胞只有在0.9%的生理盐水中才能维持正常形态和生理功能。
7．注意相应生理作用中的代表实例及其对应关系
碳酸钙中Ca、叶绿素中的Mg、血红蛋白中的Fe、甲状腺激素中的I都是生物体组成的代表实例；血钙含量、Zn2＋等主要考查维持生命活动；Na＋、Cl－考查维持渗透压；HCO、H2PO等则考查维持酸碱平衡。
典例导悟
例2．英国医生塞达尼·任格在对离体蛙心进行的实验中发现，用不含钙的生理盐水灌注蛙心，收缩不能维持，用含有少量钙和钾的钠盐溶液灌注时，蛙心可持续跳动数小时。实验说明钙盐 ( )
A．对维持细胞的形态有着重要作用B．是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分
C．为蛙心的持续跳动提供能量 D．对维持生物体的生命活动有重要作用
解析 无机盐的生理功能包括某些化合物的重要组成成分，维护酸碱平衡及维持生物体正常生命活动。从题干信息可看出，钙盐对维持生物体的生命活动有重要作用。
答案 D
构成纤维素、RNA、超氧化物歧化酶(SOD)的化学成分中，共有的化学元素是( )
A．C、H、O B．C、H、O、N
C．C、H、O、N、P D．C、H、O、N、P、S
答案 A21世纪教育网
解析 纤维素属于多糖，只含有C、H、O；超氧化物歧化酶属于蛋白质，肯定含有C、H、O、N；RNA属于核酸，含有C、H、O、N、P，所以共有的化学元素是C、H、O。
命题热点1 考查大量元素和微量元素的易错点
【例1】科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下：
离子 培养液浓度/mol·L－121世纪教育网
K＋ 1
Na＋ 1
Mg2＋ 0.25
Ca2＋ 1
NO 2
H2PO 1
SO 0.25
Zn2＋ 1
其中花卉根细胞吸收最少的离子是( )
A．Ca2＋ B．SO C．Zn2＋ D．H2PO
答案 C
命题热点2 水的生理作用
【例2】人体中水的含量约占65%，下列选项中能正确说明水对人体重要性的是 ( )
①水同糖类、脂肪、蛋白质一样为人体提供能量
②没有水人体内大部分化学反应就根本不会发生21世纪教育网
③水的比热小，有利于维持体温
④体内营养物质的运输离不开水
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
答案 C
解析 水在人体内不能提供能量，故①错误；细胞内的许多化学反应必须有水参加，没有水，这些化学反应将不会发生，故②正确；水的比热比较大，对体温在环境温度变化较大时仍保持相对稳定有重要作用，故③错误；水在生物体内的流动，可把营养物质运送到各个细胞，没有水，营养物质的运输难以完成，故④正确。自主梳理
一、核酸的作用及分类21世纪教育网
核酸是细胞内携带遗传信息的物质，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，绝大多数生物的遗传信息贮存在DNA分子中，部分病毒的遗传信息直接贮存在RNA中，如HIV、SARS病毒。
核酸包括两大类：核糖核酸、脱氧核糖核酸，DNA可为案件的侦破提供证据，是因为每个人的脱氧核苷酸序列是不同的。
[互动探究1] 有人说生物的遗传物质是DNA和RNA，正确吗？为什么？
[提示] 不正确。对于某一具体生物体而言，遗传物质只能是核酸中的一种，绝大多数生物体的遗传物质是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA。
二、观察DNA和RNA在细胞中的分布
1．原理：甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同，甲基绿使DNA呈绿色，吡罗红使RNA呈红色。盐酸能改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同时使染色质中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。
[互动探究2] 有人说DNA存在于细胞核中，RNA存在于细胞质中，对吗？
[提示] 不对，真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有DNA；RNA主要分布在细胞质中，在细胞核中也存在。
三、核酸的化学结构
1．核酸的基本组成单位是核苷酸，一个核苷酸是由一分子含氨碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成。根据五碳糖的不同，可以将核苷酸分成脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。
2．每个核酸分子是由数十个乃至上亿个核苷酸连接而成的长链。DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链，RNA是由核糖核苷酸连接而成。在绝大多数生物的体细胞中，DNA由两条脱氧核苷酸链构成，RNA由一条 核糖核苷酸链构成。
[互动探究3] DNA分子在结构和功能上的差异在哪里？DNA都是双链、RNA都是单链吗？
[提示] 不同的DNA分子，其脱氧核苷酸的数量及排列顺序是不同的，DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，不同的DNA分子所含有的遗传信息是不同的，在结构和功能上都具有多样性。
在绝大多数生物的体细胞中，DNA是双链，RNA是单链，但在个别生物体内也发现有单链DNA存在，有的RNA也部分呈双链结构，如tRNA中就有些双链区域。
要点归纳
一、DNA与RNA的比较
类别21世纪教育网21世纪教育网21世纪教育网21世纪教育网 核酸21世纪教育网[来源:21世纪教育网][来源:21世纪教育网]
DNA RNA
基本单位 核苷酸
脱氧核苷酸 核糖核苷酸
化学成分 碱基 A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)
T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
五碳糖 脱氧核糖 核糖
磷酸 磷酸
空间结构 两条链 一般为一条链
二、“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验分析
1．实验原理
甲基绿和吡罗红对DNA、RNA的亲和力不同：DNA绿色；RNA红色。利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色，可以显示DNA和RNA在细胞中的分布。
2．实验现象及相关结论
现象 结论
绿色明显集中且接近细胞中央 DNA主要分布于细胞核中
绿色周围的红色范围较广 RNA广泛分布于细胞质中
3.几种液体在实验中的作用
(1)0.9%NaCl溶液：保持口腔上皮细胞正常形态。
(2)8%盐酸：①改变细胞膜等的通透性；②使染色质中DNA与蛋白质分开。
(3)蒸馏水：①配制染色剂；②冲洗载玻片。
[特别提示] (1)该实验中选用植物细胞材料时，应注意选用无色的细胞，实验效果明显。(2)不能用哺乳动物的红细胞作为实验材料，因为红细胞没有细胞核，无法观察DNA和RNA的分布。
感悟拓展
1．蛋白质和核酸的区别和联系
(1)区别
蛋白质 核酸
基本元素 C、H、O、N C、H、O、N、P
基本单位
分子结构 氨基酸→多肽链→空间结构→蛋白质分子 DNA：双螺旋结构RNA：一般是单链
多样性 氨基酸的数量、种类、排列次序以及空间结构的不同，使蛋白质具有多样性 核苷酸的数量、排列次序的不同，而呈多样性
主要功能 结构物质：蛋白质是细胞中重要的结构物质，如血红蛋白、肌纤蛋白功能物质：血红蛋白的携氧，肌纤维蛋白的收缩，酶的催化，载体的运输，抗体的免疫，蛋白质激素的调节等。 核酸是生物的遗传物质，对生物的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。
(2)联系
蛋白质和核酸之间的关系如下图：
说明 ①该图解体现了中心法则的五个方面；
②生物多样性的直接原因是蛋白质多样性；根本原因是DNA多样性(不能说核酸多样性，因为核酸只有两种)；同一生物不同部位细胞形态功能不同的根本原因是基因选择性表达(mRNA不同)。
典例导悟
1在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，加入8%盐酸的目的不包括 ( )
A．改变细胞膜通透性，加速染色剂进入细胞B．使染色质中的DNA与蛋白质分离
C．杀死细胞，有利于DNA与染色剂结合 D．水解DNA
解析 DNA主要分布于细胞核中，要使染色成功必须先用盐酸杀死细胞，以改变细胞膜通透性；此外盐酸还能使染色质中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合；而水解DNA需利用DNA水解酶，盐酸不能破坏DNA的分子结构。
答案 D
由DNA分子蕴藏的信息所支配合成的RNA在完全水解后，得到的化学物质是 ( )
A．氨基酸、葡萄糖、碱基B．氨基酸、核苷酸、葡萄糖
C．核糖、碱基、磷酸 D．脱氧核糖、碱基、磷酸
答案 C
解析 核酸是一类高分子化合物，其基本组成单位是核苷酸，一个核苷酸是由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。一个核苷酸分子完全水解后得到一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸。DNA和RNA的不同点之一是组成核苷酸的五碳糖不同，组成DNA的核苷酸中，五碳糖为脱氧核糖，而组成RNA的核苷酸中，五碳糖为核糖。因此，A、B、D都不是应选答案。
自主梳理
1．组成元素：C、H、O 。
2．分类及特点：根据是否能水解及水解成单糖的数量分为：
(1)单糖：不能水解，可直接被细胞吸收，如葡萄糖、果糖、核糖等。
(2)二糖：两分子单糖脱水缩合而成，必须水解成单糖才能被吸收，常见种类有蔗糖、麦芽糖和乳糖。
(3)多糖：多个单糖脱水缩合而成，水解成单糖后才可被吸收。常见的种类有植物细胞中的 淀粉和纤维素，动物细胞中的糖原。
3．功能：细胞的主要能源物质，其中“生命的燃料”是指葡萄糖；组成生物体的重要成分，如纤维素是构成植物细胞壁的成分。
[互动探究] 糖类都是能源物质吗？
[提示] 糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，其作用主要有以下几个方面：
(1)作为生物体的结构成分：植物的根、茎、叶含有大量的纤维素、半纤维素和果胶物质等，这些物质是构成植物细胞壁的主要成分。肽聚糖是细菌细胞壁的结构物质。昆虫和甲壳动物的外骨骼也是糖类，称为多糖。
(2)作为生物体的主要能源物质：糖类在生物体内(或细胞内)通过生物氧化释放出能量，供给生命活动的需要。生物体内作为能源储存的糖类有淀粉、糖原等。
(3)在生物体内转变为其他物质：有些糖类是重要的中间代谢产物，糖类通过这些中间产物为合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸分别提供碳骨架。
(4)作为细胞识别的信息分子：糖蛋白是一类在生物体内分布极广的复合糖。它们的糖链可能起着信息分子的作用。细胞识别、免疫、代谢调控、受精作用、个体发育、癌变、衰老、器官移植等都与核蛋白的糖链有关。
要点归纳
糖类的种类及功能
种类 分子式 分布 生理功能
单糖 五碳糖 核糖 C5H10O5 动植物细胞 五碳糖是构成核酸的重要物质
六碳糖 脱氧核糖 C5H10O4 葡萄糖是细胞的主要能源物质
C6H12O6
葡萄糖
二糖 蔗糖 C12H22O11 植物细胞 能水解成葡萄糖
麦芽糖
乳糖 C12H22O11 动物细胞
多糖 淀粉 (C6H10O5)n 植物细胞 淀粉是植物细胞中储存能量的物质
纤维素 纤维素是细胞壁的组成成分之一
糖原 动物细胞 糖原是动物细胞中储存能量的物质
感悟拓展
糖类分布及关系辨析
(1)糖类物质按其归属分类
动植物细胞共有的糖：核糖、脱氧核糖、葡萄糖。
动物细胞特有的糖：糖原、乳糖。
植物细胞特有的糖：果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素。
(2)按糖类物质的功能分类
生物细胞生命活动的主要能源物质：葡萄糖。
生物细胞中的储能物质：淀粉、糖原。
参与生物细胞构成的物质：核糖、脱氧核糖、纤维素。
(3)单糖、二糖、多糖的关系
重要的单糖有葡萄糖和五碳糖，葡萄糖为白色晶体，易溶于水，人体血糖浓度为0.1%，是人体主要的是能源物质，五碳糖分为核糖和脱氧核糖，为环状结构。
典例导悟
2下列关于糖类物质相关表述正确的是 ( )
①存在于DNA而不存在RNA的糖类
②细胞的重要能源物质
③存在于叶绿体而不存在于线粒体的糖类
④存在于动物乳汁而不存在于肝脏细胞的糖类
A．核糖、纤维素、葡萄糖、糖原
B．脱氧核糖、葡萄糖、葡萄糖、乳糖
C．核糖、葡萄糖、脱氧核糖、糖原
D．脱氧核糖、纤维素、葡萄糖、糖原
解析 构成DNA的是脱氧核糖，构成RNA的是核糖；细胞最常利用的重要能源物质是葡萄糖；葡萄糖可以在叶绿体中合成，但葡萄糖不能在线粒体中进行氧化分解(必须先分解成丙酮酸后才能进入)；在动物乳汁中的是乳糖。
答案 B
下列关于糖类的叙述，正确的是 ( )
A．核糖存在于RNA分子中
B．核糖、半乳糖含六个碳原子，属于单糖
C．糖类是人体的主要储能物质
D．人体过剩的葡萄糖可以转变成淀粉储存于肝脏或肌肉中
答案 A
解析 B中核糖含五个碳原子；C中糖类是主要能源物质，主要储能物质应为脂肪；D中人体不含淀粉，应含糖原。
自主梳理
一、细胞中的脂质
1．组成元素：主要有C、H、O，有的还含有P和N。
2．分类：分脂肪、磷脂和固醇三类。
3．功能
(1)脂肪是细胞内良好的储能物质，还有保温、缓冲和减压等作用。
(2)磷脂是构成细胞膜和多种细胞器膜的重要成分。
(3)固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D等。
①胆固醇是构成细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输；
②性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成；
③维生素D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。
二、生物大分子以碳链为骨架
多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子，都是由许多的基本组成单位连接而成的，这些基本单位称为单体，这些生物大分子又称为单体的多聚体。组成多糖的单体是单糖，组成蛋白质的单体是氨基酸，组成核酸的单体是核苷酸。
每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。所以说“碳是生命的核心元素”，“没有碳，就没有生命”。
要点归纳
脂质的种类及功能
种类 生理功能 元素组成
脂肪 ①储存能量、氧化分解释放能量②维持体温恒定 C、H、O有些还含有N、P等
类脂 磷脂 是构成细胞膜、线粒体膜、叶绿体膜等膜结构的重要成分
糖脂
固醇类 胆固醇 动物的重要成分，代谢失调会引起心血管方面疾病。也是构成细胞膜的重要成分
性激素 促进性器官的发育和两性生殖细胞的形成，激发并维持雌雄性动物第二性征出现
肾上腺皮质激素 控制糖类和无机盐的代谢，增强机体防御能力
维生素D 促进人体对钙、磷的吸收和利用
醛固酮 保Na＋排K＋
感悟拓展
糖类和脂质的比较
比较项目 糖类 脂质
区别 元素组成 C、H、O C、H、O(N、P)
种类 单糖、二糖、多糖 脂肪、磷脂、固醇
合成部位 叶绿体、内质网、高尔基体、肝脏和肌肉 主要是内质网
生理作用 ①主要的能源物质②构成细胞结构，如糖被、细胞壁③核酸的组成成分 ①生物体的储能物质②生物膜的重要组成成分③调节新陈代谢和生殖
联系 糖类?? 脂肪
1.单糖的葡萄糖、果糖及二糖的麦芽糖是还原糖，可用斐林试剂鉴定，多糖不具还原性。
2．多糖中的纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，而原核细胞的细胞壁不含纤维素，是由肽聚糖构成的，因此能否被纤维素酶除去细胞壁，是区分植物细胞和原核细胞的依据之一。
3．糖类和脂肪均由C、H、O三种元素组成，氧化分解产生CO2、H2O，同时释放能量。但脂肪中氢的含量远远高于糖类，所以同质量的脂肪储存的能量是糖类的2倍多。
典例导悟
3单位质量的脂肪与糖类相比，其所含元素与氧化时耗氧量的特点是前者 ( )
A．含C、H多，氧化时耗氧多B．含C、H多，氧化时耗氧少
C．含C、H少，氧化时耗氧多D．含C、H少，氧化时耗氧少
解析 本题考查的是组成有机物的元素比例与需氧量的关系，脂肪和淀粉虽然都是含C、H、O三种元素的化合物，但两者分子中C、H与O元素的比例不同，脂肪分子中含C、H的比例特别高。在有氧呼吸中产生的还原性氢要比淀粉水解形成的葡萄糖再进行有氧呼吸产生的还原性氢多，而还原性氢与氧结合生成水，产生大量的ATP。由于脂肪产生的能量比等量的淀粉产生的能量多一倍，因而需氧量也是脂肪比淀粉多。
答案 A
高等动物之所以表现出第二性征，就化学成分而言，是由于何种物质作用的结果 ( )
A．脂质 B．糖原 C．蛋白质 D．葡萄糖
答案 A
自主梳理
检测原理是利用某些化学试剂与生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。
1．还原糖与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。
2．淀粉遇碘变蓝。
3．脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，或被苏丹Ⅳ染液染成红色。
4．蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色反应。
要点归纳
1．实验原理及目的要求
根据某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应，尝试用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
2．实验流程归纳
(1)选材→制备组织样液→显色反应。
(2)脂肪的检测还可利用显微镜观察法，实验流程为：取材→切片→制片→观察。
3．实验材料的选择
(1)可溶性还原糖的鉴定实验中，最理想的实验材料是还原糖含量较高的生物组织(或器官)，而且组织的颜色较浅，易于观察。可选用苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等。
(2)脂肪的鉴定实验中，实验材料最好选富含脂肪的生物组织，若利用显微镜观察，则最好选择花生种子。如果是新鲜花生种子，可不必浸泡，浸泡后效果反而不好；如果是干种子，需浸泡3～4h最适宜切片(浸泡时间短，不容易切片；浸泡时间过长，组织太软，切下的薄片不易成形)。
(3)蛋白质的鉴定实验，最好选用富含蛋白质的生物组织。植物材料常用大豆，且浸泡1～2d，适于研磨，动物材料常用鸡卵清蛋白。
4．实验操作中的注意事项
(1)在鉴定可溶性还原糖的实验中，加热试管中的溶液时，应该用试管夹夹住试管上部，放入盛50～65℃温水的大烧杯中加热。注意试管底部不要接触烧杯底部；斐林试剂不稳定易变性，应现用现配。
(2)还原糖、蛋白质的鉴定实验中，在加相应试剂鉴定之前，要留出一部分组织样液，以便与鉴定后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。
(3)在蛋白质的鉴定实验中，如果用蛋清稀释液作为实验材料，一定要稀释到一定程度，否则，与双缩脲试剂发生反应后会粘在试管的内壁上，使反应不彻底，试管也不易洗刷干净。
感悟拓展
斐林试剂与双缩脲试剂比较
斐林试剂 双缩脲试剂
甲液 乙液 A液 B液
成分 0.1g/mLNaOH溶液 0.05g/mLCuSO4溶液 0.1g/mLNaOH溶液 0.01g/mLCuSO4溶液
鉴定物质 可溶性还原糖 蛋白质
添加顺序 甲乙两液等量混匀后立即使用 先加入A液1 mL，摇匀，再加入B液4滴，摇匀
反应条件 水浴50～65℃加热 不需加热，摇匀即可
反应现象 样液变砖红色 样液变紫色
[提示] 斐林试剂与双缩脲试剂可以从以下几个方面比较
(1)浓度不同。斐林试剂中CuSO4溶液浓度为0.05g/mL，双缩脲试剂中CuSO4溶液浓度为0.01g/mL。
(2)原理不同。斐林试剂的实质是新配制的Cu(OH)2溶液；双缩脲试剂实质是碱性环境中的Cu2＋。
(3)使用方法不同。斐林试剂是先将NaOH溶液与CuSO4溶液混合后再使用；双缩脲试剂是先加入NaOH溶液，再滴加CuSO4溶液。
典例导悟
4下列关于实验鉴定还原糖、脂肪和蛋白质操作的叙述中，正确的是 ( )
A．鉴定还原糖的斐林试剂甲液与乙液，可直接用于蛋白质的鉴定
B．鉴定脂肪的存在，可用显微镜观察是否有被染成橘黄色或红色的颗粒
C．鉴定可溶性还原糖时，先加入斐林试剂甲液摇匀后，再加入乙液
D．鉴定蛋白质时，双缩脲试剂A液与B液要混合均匀后再加入含样液的试管中
解析 斐林试剂的甲液、乙液要混合后使用，而双缩脉试剂则先用A液，摇匀后再加B液，不能混合，而且所用CuSO4溶液浓度不同；脂肪的鉴定用苏丹Ⅲ染液(染成橘黄色)或苏丹Ⅳ染液(染成红色)，需要用显微镜观察组织细胞内是否有显色颗粒。
答案 B
在下列四支试管中分别加入一些物质，甲试管：豆浆；乙试管：氨基酸溶液 ；丙试管：牛奶和蛋白酶；丁试管：人血液中的红细胞和蒸馏水。上述四支试管中加入双缩脲试剂振荡后，有紫色反应的是 ( )
A．甲、丁 B．甲、乙、丁 C．甲、乙、丙 D．甲、丙、丁
答案 D
解析 双缩脲试剂可与蛋白质发生紫色反应，但不能与氨基酸发生紫色反应。甲试管中的豆浆中含有蛋白质；丙试管中的蛋白酶能把牛奶中的蛋白质分解，但剩余的蛋白酶仍是蛋白质；丁试管中红细胞吸水涨破后会释放出血红蛋白等蛋白质；而乙试管中没有蛋白质。
命题热点1 蛋白质和核酸的组成、结构及功能
【例1】下图为人体的两种重要化合物A与B的化学组成关系，相关叙述中正确的是(多选) ( )
A．a的种类约有20种，b的种类有8种
B．a的结构通式表示为
C．B是人的遗传物质
D．A的种类在神经细胞与表皮细胞中相同，B则不同
答案 BC
解析 根据图解可知：由N和C、H、O四种元素组成的小分子化合物是氨基酸，其种类约有20种，由氨基酸构成蛋白质(A)；由C、H、O和N、P组成小分子化合物是脱氧核苷酸(人染色体的主要成分是DNA和蛋白质，所以排除b是核糖核苷酸的可能)，其种类有4种，由脱氧核苷酸再形成DNA(B)。人体不同功能的细胞，其蛋白质的种类可以不同，但核DNA相同。
命题热点2 有机化合物的综合考查
【例2】实验测得甲、乙、丙三种植物的干种子中三大类有机物的含量如图所示，有关论述错误的是( )
A．形成同等质量的种子，甲需要矿质元素的数量最少
B．种子中有机物最终都来自光合作用
C．萌发时，三种种子中酶的种类、含量不同
D．同样质量的三种种子在动物体内水解后丙形成的含氮物质最多
答案 D
解析 由坐标直方图可知：甲、乙、丙三种植物干种子中三大类有机物的含量是不同的，甲主要是淀粉，乙含蛋白质丰富，丙含脂肪最多；淀粉、脂肪由C、H、O三种化学元素组成，不含矿质元素，蛋白质主要由C、H、O、N四种化学元素组成，甲种子含有蛋白质最少，所以形成种子时所需要的矿质元素数量最少。植物种子中贮藏的有机物最终都来源于植物的光合作用。植物种子中含有的有机物种类、含量不同，决定了萌发时种子内产生的酶的种类、数量的不同，因为酶具有专一性。含氮有机物在动物体内水解后，形成尿素、尿酸、NH3等含氮物质，三种种子中乙种子蛋白质含量最高，因此其水解后形成的含氮物质最多。
[方法点击]
坐标曲线先关注横、纵坐标的含义，再注意坐标系内图示含义，结合相关知识点内容进行解答。
【例3】(2010·广东高考，29)假设你去某饲料研究所进行课外实践活动，需要完成以下任务：
(1)选用恰当的试剂检测某样品中是否含有蛋白质。提供的试剂有：①碘液；②苏丹Ⅲ溶液；③双缩脲试剂；④斐林试剂。你选用的试剂应该是__________；蛋白质与相应试剂反应后，显示的颜色应为__________。
(2)完善以下实验设计，并回答问题。
探究A动物蛋白质对小鼠生长的影响资料：饲料中的蛋白含量一般低于20%；普通饲料可维持小鼠正常生长； A动物蛋白质有可能用于饲料生产。一、研究目的： 探究A动物蛋白对小鼠生长的影响。二、饲料： 1.基础饲料：基本无蛋白质的饲料； 2.普通饲料：(含12%植物蛋白)：基础饲料＋植物蛋白； 3.试验饲料：基础饲料＋A动物蛋白。三、实验分组： 实验组号 小鼠数量(只) 饲料 饲养时间(天)
1 10 基础饲料 21 2 10 试验饲料1(含6%A动物蛋白) 21 3 10 试验饲料2(含12%A动物蛋白) 21 4 10 试验饲料3(含18%A动物蛋白) 21 5 10 试验饲料4(含24%A动物蛋白) 21 6 10 Ⅰ Ⅱ备注：小鼠的性别组成、大小、月龄、喂饲量和饲养环境均相同。四、实验方法和检测指标：略
①实验组6中，Ⅰ应该为__________，原因是__________；Ⅱ应该为__________，原因是_____________________________________。
②要直观和定量地反映小鼠的生长情况，可以测量小鼠的__________和__________。
答案 (1)③双缩脲试剂 紫色
(2)①普通饲料 普通饲料可维持小鼠正常生长，作为对照组 21 实验中遵循单一变量原则
②体重 饮水量
解析 本题主要考查学生的实验设计能力。
(1)蛋白质检测的原理是利用蛋白质遇双缩脲试剂产生紫色反应 (2)实验的设计首先应遵循对照性原则，该实验的目的是探究A动物蛋白对小鼠生长的影响，故应设置基础饲料、普通饲料和实验饲料组的对照，另外还应遵循单因子变量等原则，所以除饲料的不同外其他条件应完全相同，则饲养天数应都为21天，直观且定量的反映小鼠的生长状况可测量其体重或其饮水量。自主梳理
一、细胞分化
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，叫做细胞分化。
2．意义：21世纪教育网
(1)细胞分化是生物个体发育的基础。
(2)细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
(3)细胞分化是一种持久性的变化。
3．实质：一个个体的各种细胞具有完全相同的遗传信息，但是在个体发育中，不同细胞中遗传信息的执行情况不同。
二、细胞的全能性
1．概念：已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。
2．原因：细胞含有本物种全套的遗传物质。
3．植物组织培养：(如胡萝卜韧皮部细胞→植株)所利用的生物学原理是植物细胞的全能性，在培养基中加入植物激素、无机盐和糖类等物质，结果，这些细胞进行分裂和分化，形成一个细胞团，再分化出根、茎、叶→植株。
4．植物组织培养的意义：①快速繁殖花卉和蔬菜；②拯救珍稀濒危物种；③与基因工程相结合培育作物新类型。
5．干细胞：动物和人体内保留着的少量具有分裂和分化能力的细胞。
[互动探究] 1.同一受精卵分化的不同细胞内DNA的数目及结构“完全”相同吗？
2．全能性最强的细胞是什么细胞？动物细胞有没有全能性？
[提示] 1.DNA的数目及结构相同，只是不同细胞内基因表达的情况不同。
2.受精卵；动物细胞核具有全能性。
2．受精卵；动物细胞核具有全能性。
(1)细胞分化的概念：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，称为细胞分化。
(2)细胞分化的特点
①持久性：细胞分化贯穿于生物体整个生命进程中，在胚胎期达到最大限度。
②稳定性和不可逆性：一般地说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
③普遍性：细胞分化在生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础。
④不变性：分化后的细胞内的遗传物质并未发生变化。
(3)细胞分化的原因
①基础：各种细胞具有完全相同的遗传物质，即携带有本物种的全部遗传信息。
②实质：不同的细胞中遗传信息的执行情况不同，控制合成不同的蛋白质。
③结果：形成形态、结构和功能都有很大差异的组织和器官。
(4)细胞分化的意义
①经过细胞分化，在多细胞生物体内形成各种不同的细胞和组织，例如黑色素细胞能合成黑色素，肌肉细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白，红细胞能够合成血红蛋白等，都是在特定时间和特定地点合成的，而邻近的其他细胞都不能合成这些蛋白质。这种细胞的稳定性差异是不可逆转的。
②一般多细胞生物体的发育起点是一个细胞(受精卵)，细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成各种组织、器官和系统，才能形成胚胎、幼体，并发育成成体，因此，细胞的分化是生物体发育的细胞学基础。
2．细胞的全能性
(1)细胞全能性的概念：已分化的细胞，仍具有发育成完整生物个体的潜能，称为细胞的全能性。
(2)细胞全能性的物质基础：生物体的每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质，都有发育成整个个体的全套基因。即分化的细胞仍具有全能性。由于体细胞一般是通过有丝分裂产生的，根据有丝分裂的特征可知，一般分化的细胞都有一整套与受精卵相同的染色体，都携带决定本物种性状的DNA分子，因此高度分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能。
(3)实现全能性的条件及应用
①高度分化的植物体细胞具有全能性
a．植物细胞全能性表现的条件：在离体的情况下，在一定的营养物质、激素和其他适宜的外界条件下，细胞才能表现其全能性。
b．应用：利用植物组织培养技术，进行快速繁殖，拯球濒危物种，培育转基因植物等。
②已分化的动物体细胞全能性受限制，但细胞核仍具有全能性。例如，动物克隆技术。
感悟拓展
1．细胞分化、细胞全能性及相互比较
细胞分化 细胞全能性
原理 细胞内基因选择性表达 含有本物种全套遗传物质
特点 ①持久性；②稳定性；③不可逆性；④普遍性 ①高度分化的植物体细胞具有全能性 ②动物已分化的体细胞全能性受限制，但细胞核仍具有全能性
结果 形成形态、结构、功能不同的细胞 形成新的个体
大小比较 细胞分化程度有高低之分，如体细胞>生殖细胞>受精卵 细胞全能性有大小之分，如受精卵>生殖细胞>体细胞
关系 ①两者的遗传物质都不发生改变②细胞的分化程度越高，具有的全能性越小
2.植物组织培养的过程：已分化的细胞愈伤组织根、茎、叶→植株。
3．早期胚胎细胞和干细胞都具有明显的全能性。
典例导悟
1花药离体培养是指把分裂旺盛的花药细胞用人工的方法在培养基上培育成单倍体植株。这一成果是利用了细胞的 ( )
A．应激性 B．全能性
C．变异性 D．适应性
解析 花药离体培养是组织培养的新技术，对研究生物的遗传起重要作用。与植物的其他细胞一样，花药细胞也具有全能性。
答案 B
人胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，那么胰岛细胞中( )
A．只有胰岛素基因
B．比人受精卵的基因要少21世纪教育网
C．既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因
D．有胰岛素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因
答案 C
解析 人胰岛细胞是已经高度分化的细胞，虽然不产生血红蛋白，但由于它是由受精卵细胞经过多次有丝分裂产生的，细胞中含有与受精卵细胞相同的基因，既含有胰岛素基因，也含有血红蛋白基因和其他基因。
自主梳理
一、细胞衰老的特征
1．细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，新陈代谢速率减慢。
2．细胞内酶活性降低。
3．色素在细胞内积累。
4．细胞呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深。
5．细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。
二、细胞的凋亡
1．概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。
2．意义：对于生物个体正常发育、维持内部环境稳定、以及抵御外界各种因素的干扰起着非常关键的作用。
要点归纳
1．个体衰老与细胞衰老的关系
细胞的衰老与机体的衰老都是生物体正常的生命现象。对多细胞生物而言，细胞的衰老不等于机体的衰老，如幼年个体中每天也有细胞的衰老；机体的衰老也不等于细胞的衰老，如老年个体中每天也有新的细胞产生。但个体衰老时，组成该个体的细胞往往表现为普遍衰老的现象。
[提醒] 虽然细胞衰老与个体衰老不同，但个体的衰老是由细胞衰老决定的，衰老的个体内衰老的细胞较多。
2．细胞衰老的特征
(1)一大：细胞核变大，染色质收缩、染色加深。
(2)一小：细胞内水分减小、萎缩变小，代谢速率减慢。
(3)一多：细胞内色素逐渐积累、增多。
(4)两低：膜的物质运输功能降低，多种酶的活性降低。21世纪教育网21世纪教育网
3．细胞衰老和凋亡与人体健康的关系
(1)衰老的控制不仅在细胞内部，同时也与外部环境有密切的关系。良好的外部环境可以延缓细胞的衰老。对人类来说，合理的饮食结构、良好的生活习惯、适当的体育运动和乐观的人生态度等都有益于延缓衰老。
(2)正常的细胞凋亡可以保证人体的正常发育和身体各个器官功能的正常发挥，而不正常的细胞凋亡会导致许多疾病。肿瘤的发生、自身免疫疾病等与细胞凋亡不足有关，而帕金森氏综合症，、再生障碍性贫血等与细胞凋亡过盛有关。
感悟拓展
细胞的凋亡、坏死与癌变的比较
项目21世纪教育网 细胞凋亡 细胞坏死 细胞癌变
与基因的关系[来源:21世纪教育网] 是基因控制的 不受基因控制 受突变基因控制
细胞膜的变化 内陷 破裂 糖蛋白等减少，黏着性降低
形态变化 细胞变圆，与周围细胞脱离 细胞外型不规则变化 呈球形
影响因素[来源:21世纪教育网] 严格的受由遗传机制决定的程序性调控 电、热、冷、机械等不利因素影响 分为物理、化学和病毒致癌因子21世纪教育网
对机体的影响 对机体有利 对机体有害 对机体有害
典例导悟
2细胞衰老是一种正常的生命现象。人的细胞在衰老过程中不会出现的变化是 ( )
A．细胞内有些酶活性降低
B．细胞内色素减少
C．细胞内水分减少
D．细胞内呼吸速率减慢
解析 考查了细胞衰老的特征。细胞的衰老主要有以下特征：①衰老细胞内水分减少，结果使细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速率减慢；②衰老的细胞内，有些酶的活性降低；③细胞内的色素会随细胞衰老而逐渐积累；④衰老的细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，染色质收缩、染色加深；⑤细胞膜的通透性改变，使物质运输功能降低。
答案 B
蝌蚪变态成青蛙时，尾部消失的机制是( )
A．青蛙个体大，尾部相对小 B．青蛙上岸后，尾部组织脱水萎缩
C．尾部功能被四肢代替 D．尾部细胞产生水解酶，细胞自溶
答案 D
解析 由基因决定的细胞自动结束生命的过程，叫细胞凋亡，细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控。蝌蚪变态成青蛙时尾部的消失，其直接原因是细胞产生水解酶，细胞自溶的结果。
自主梳理
1．概念
有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中的遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、 进行分裂的恶性增殖细胞。
2．主要特征
(1)适宜条件下，无限连续增殖。
(2) 形态结构发生显著变化。
(3)癌细胞的表面发生了变化。[来源:21世纪教育网]
3．致癌因子
(1) 物理致癌因子，主要指辐射，如紫外线、X射线等。
(2) 化学致癌因子，如亚硝胺、黄曲霉毒素等。
(3) 病毒致癌因子，如Rous肉瘤病毒等。
4．细胞癌变的原因
(1)致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变。
(2)原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程，抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。
要点归纳
1．癌细胞的主要特征
(1)适宜条件下，无限增殖(将癌细胞和正常细胞比较)
细胞来源 细胞周期 分裂次数 时间
正常人肝细胞 22h 50～60 45.8～55d
海拉的宫颈癌细胞 22h ∞≈25 483.6 1951年至今
[注意] 1951年科学家将黑人妇女海拉的宫颈癌细胞在实验室内培养，至今仍在分裂，而且还将继续分裂下去。
(2)癌细胞的形态结构发生了变化
例如，体外培养中的正常的成纤维细胞呈扁平梭形，转化成癌细胞后变成球形。癌细胞的细胞核都较正常细胞的大，有时形态也变得不规则，核仁也变大了，染色时，核的着色也明显加深。
(3)癌细胞的表面发生了变化
由于细胞膜上糖蛋白等物质减少，细胞间的黏着性显著降低，导致癌细胞容易在体内到处游走扩散，进行分裂、繁殖，形成肿块。
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[注意] 正常细胞相互接触后，就会停止运动和增殖，即有接触抑制现象。而癌细胞无接触抑制现象，在培养条件下可生长成多层。
2．癌变的机理
(1)原癌基因与抑癌基因
原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程；抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。癌症就是一系列原癌基因与抑癌基因的突变逐渐积累的结果。
(2)机理
(3)原癌基因与抑癌基因不是简单地相互拮抗
①原癌基因是维持机体正常活动所必需的基因，在细胞分裂过程中它负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。只有当原癌基因突变成癌基因(或称激活、活化)后，细胞才会恶性增殖。
②抑癌基因是一类抑制细胞过度生长、增殖，从而遏制肿瘤形成的基因，抑癌基因的丢失或失活，可能导致肿瘤发生。
③抑癌基因和原癌基因共同对细胞的生长和分化起着调节作用。对原癌基因和抗癌基因的研究，将使人类有可能真正从根本上治疗癌症。
感悟拓展
细胞分裂、细胞生长、细胞分化和细胞癌变的关系
1．细胞分裂：是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
(1)使单细胞生物产生新的个体。
(2)使多细胞生物产生新细胞，使生物幼体由小长大。
(3)通过分裂将复制的遗传物质平均分配到两个子细胞中。
2．细胞生长：生物体的生长包括细胞数目的增加和细胞体积的增大两个方面。细胞分裂和细胞生长都是生物体生长的细胞学基础。
3．细胞分化：是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础，经细胞分化，多细胞生物形成不同的细胞和组织。
4．细胞癌变：是受致癌因子的影响，导致细胞连续进行分裂从而超过最高分裂次数的无限增殖现象。
5．四者的联系
(1)细胞分裂是细胞分化的基础。
(2)仅有细胞分裂，生物体不能进行正常的生长发育。
(3)细胞正常分化能抑制细胞癌变，细胞癌变是细胞的畸形分化。
典例导悟
3在不断增长的癌组织中，癌细胞( )
A．通过减数分裂不断增殖
B．都有染色单体
C．都在合成蛋白质
D．DNA量都相等
解析 癌细胞的增殖是有丝分裂，染色单体是分裂前期、中期出现的结构，在有丝分裂的不同时期，某细胞中的DNA含量不相等，但每个细胞都能合成蛋白质。考查有关癌细胞的知识。
答案 C
下列细胞可能发生癌变的是( )
A．游离组织形态改变
B．核增大，染色质固缩
C．膜通透性增大，运输功能降低
D．酶的活性降低
答案 A
解析 癌细胞由于细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得细胞彼此之间的黏着性减小，容易在有机体内分散和转移，即游离组织。除此之外，还表现出形态结构上发生畸形变化。衰老的细胞只是本身发生衰变，不会形成游离组织。自主梳理
1．细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低，所以细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
2．细胞核是细胞的控制中心，其中的DNA不会随细胞体积的扩大而增加，也限制了细胞体积不能无限增大。
[互动探究] 细胞不能无限长大，能不能太小呢？
[提示] 不能，细胞核及各种细胞器具有一定的体积，细胞进行生化反应需一定的场所，决定了细胞不能太小。
要点归纳
一、如何正确探究细胞大小和物质运输的关系
通过探究细胞大小，即细胞的表面积与体积之比，与物质运输效率之间的关系，明白细胞不能无限长大的原因。实验的具体分析如下：
1．原理
(1)酚酞遇NaOH呈红色
(2)琼脂块大小模拟细胞大小
(3)物质扩散体积与总体积之比表示物质运输效率。
2．实验过程
制备琼脂块：3块边长分别为3 cm、2 cm、1 cm的正方体
↓
浸泡10 min：质量分数为0.1%的NaOH溶液
↓
切割：捞取、干燥，平分两半
↓
测量→记录→计算
3．结果讨论
(1)从琼脂块的颜色变化可知NaOH扩散的距离。
(2)在相同时间内，NaOH在每一琼脂块内扩散的深度基本相同，说明NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是相同的。
(3)NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随琼脂块的增大而减小。
4．实验结论
细胞越小，S/V越大，物质运输效率越高，反之则低。因此细胞表面积与体积的关系限制了细胞的生长，所以多细胞生物都是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。
感悟拓展
对以上实验应注意以下几点：
(1)实验步骤2中应防止勺子破坏琼脂块的表面。
(2)分割琼脂块之前，应用纸巾吸干NaOH溶液。
(3)每次切割之前必须把刀擦干。
典例导悟
1下列有关细胞不能无限长大的原因中，不正确的是 ( )
A．与细胞表面积和体积的比有关 B．细胞核的大小是有一定限度的
C．细胞体积过大不利于细胞内的物质交流D．细胞内各种细胞器的数目和种类限制
解析 细胞体积的大小受以下两个因素的制约：(1)细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞与外界的物质交换效率就越低，而且还会影响到细胞内部的物质交换。
(2)细胞核是细胞的控制中心，细胞核中的DNA一般不会随着细胞体积的扩大而增加，即细胞核控制的范围是有限的。
答案 D
真核细胞的直径一般在10～100μm之间，生物体细胞体积趋向于小的原因是(多选)( )
A．受细胞所能容纳的物质制约 B．相对面积小，有利于物质的迅速转运和交换
C．受细胞核所能控制范围的制约 D．相对面积大，有利于物质的迅速转运和交换
答案 CD
自主梳理
一、细胞增殖
1．意义：单细胞生物体：通过细胞增殖而繁衍。多细胞生物体：从受精卵开始，经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体。同时还要通过细胞增殖产生新的细胞来补充已经衰老死亡的细胞。因此，细胞增殖是重要的生命活动，是生物体生长发育、繁殖、遗传的基础。
2．过程：包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
3．方式：真核细胞的分裂方式包括：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂三种。
二、有丝分裂
1．细胞周期
连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂分裂间期时为止，为一个细胞周期，包括和分裂期。
2．分裂间期
主要变化：大约占细胞周期的90%～95%。本时期主要完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成；同时细胞有适度生长。
3．分裂期(以高等植物细胞为例)
(1)前期：主要特点是染色质高度螺旋化变成染色体，每条染色体含有两条染色单体；核仁逐渐解体，核膜逐渐消失；细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体。
(2)中期：每条染色体的着丝点两侧都有纺锤体附着，并在纺锤丝的牵引下运动，最后着丝点排列在赤道板上；染色体的形态比较稳定，数目比较清晰，便于观察。
(3)后期：着丝点分裂，姐妹染色单体分开，变成了染色体，在纺锤体的牵引下向细胞的两极运动。分向两极的两套染色体的形态和数目完全相同。
(4)末期：染色体到达细胞的两极后，变成细丝状的染色质；纺锤体逐渐消失，出现了新的核仁和核膜，在赤道板位置出现了细胞板，最后形成新的细胞壁。
4．动物细胞与植物细胞有丝分裂的异同
(1)动物细胞有丝分裂与植物细胞的基本相同。
(2)不同特点：
①纺锤体的形成：动物细胞中纺锤体是由两组中心粒之间的形成星射线；
②子细胞的形成方式：动物细胞分裂的末期不形成细胞板，而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部分，每部分都含有一个细胞核。
5．重要意义
将亲代细胞的染色体经过复制，平均分配到两个子细胞中，在亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，对于生物的遗传具有重要意义。
[互动探究] 在有丝分裂过程中，细胞质中的遗传物质是否也能均等分配？
[提示] 不是均等分配，而是随机地、不均等地分配到两个子细胞中。
三、无丝分裂
一般是细胞核先延长，核的中部向内凹进，缢裂成为两个细胞核；接着，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，所以叫无丝分裂。例如，蛙的红细胞的无丝分裂。
[互动探究] 菠菜根尖分生区细胞有丝分裂过程中能进行复制的成分或结构有哪些？动物细胞呢？
[提示] DNA分子和线粒体；动物细胞中除上述两者外还有中心体在间期复制。
要点归纳
一、关于细胞周期的理解
连续分裂的细胞，从一次分裂完成开始，到下一次分裂完成时为止，称为一个细胞周期；它包括分裂间期和分裂期。具体分析如下：
1．具有细胞周期的条件
(1)只有连续分裂的细胞才有细胞周期，有些细胞分裂结束后不再进行分裂，它们就没有周期性。
(2)生物体有细胞周期的细胞有：受精卵、干细胞、分生区细胞、形成层细胞、生发层细胞、癌细胞(不正常分裂)。
(3)减数分裂形成的细胞和已分化的细胞没有周期性。细胞分裂能力与细胞分化程度成反比。
2．细胞周期的图解：常规表示方法(扇形图、直形图、曲线图)
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A→A为一个完整细胞周期 a＋b，c＋d各都为一个完整的细胞周期
3．细胞周期的起止点
从一次分裂完成时开始到下一次分裂完成时结束。结合细胞周期图解要正确理解。在方法一中，A→A为一个完整的细胞周期，在方法二中，a＋b或c＋d是完整的细胞周期。
感悟拓展
1．每个细胞周期必须以间期为起点。
2．不同生物、同一生物不同组织，其细胞周期长短不同。
典例导悟
2在一个细胞周期中，能够发生在同一时期的是( )
A．着丝点的分裂和细胞质的分裂B．染色体加倍和染色单体形成
C．染色体出现和纺锤体出现D．染色体复制和细胞质分裂
解析 在有丝分裂过程中，着丝点分裂、染色体加倍发生在后期；染色体出现、纺锤体出现发生在前期；染色体复制、染色单体形成、中心粒复制都发生在间期；细胞质分裂发生在末期。
答案 C
下图表示一个细胞有丝分裂过程中染色体变化的不同情况。在整个细胞周期中，染色体的变化顺序是( )
A．①④⑤③② B．②③①④⑤ C．①⑤④③② D．⑤④③②①
答案 C
解析 细胞分裂间期是新细胞周期的开始，该时期发生的主要变化是染色体的复制，并且染色体呈现染色质状态，故应首先选①，排除了B、D两项。在A、C两项中关键的是④⑤两项哪一项应该排在前。在细胞有丝分裂的前期和中期，每条染色体都包含两条染色单体，但是，在细胞分裂的中期，每条染色体的着丝点的两侧都有纺锤丝附着在上面，因此⑤表示有丝分裂前期，④表示的是有丝分裂的中期。分裂后期的变化特点是每条染色体的着丝点一分为二，并在纺锤丝的牵引下向细胞的两极移动，因此，③表示有丝分裂的后期，②表示有丝分裂的末期。
二、如何正确理解细胞周期不同时期的特点
有丝分裂的主要特征是细胞内染色体经复制后，平均分配到两个子细胞中去。掌握有丝分裂各时期特征要以染色体的变化为主线。
1．细胞周期不同时期的比较(以植物细胞为例)
时间21世纪教育网 染色体特点21世纪教育网 其他特点21世纪教育网[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
图象 数目 变化规律
间期 2N 呈细丝状染色质状态，每条染色体经复制后就含有2条姐妹染色单体 ①合成了大量的蛋白质②时间比分裂期长得多③细胞有适度的生长
前期 2N 由细丝状染色质变成染色体，排列散乱 ①出现纺锤体②核仁、核膜逐渐消失
中期 2N 每条染色体的着丝点两侧均有纺锤丝牵引，着丝点排列在赤道板上；染色体形态稳定，数目清晰 ①赤道板并非板，是细胞中央的一个平面②观察染色体的最佳时期
后期 4N 着丝点分裂，姐妹染色单体变成子染色体，在纺锤丝牵引下向两极运动 纺锤丝缩短，分向两极的两套染色体形态和数目完成相同
末期 2N 染色体变成丝状染色质 ①核仁、核膜重新出现②纺锤体消失③赤道板位置上出现细胞板，向四周扩展，形成新的细胞壁，将一个细胞分成2个子细胞
2.有丝分裂过程中有关数据的变化规律
(1)DNA、染色体、染色单体、同源染色体对数、染色体组数的变化(二倍体生物)
间期 前期 中期 后期 末期
DNA数(2C) 2C→4C 4C 4C 4C 2C
染色单体数 0→4N 4N 4N 4N→0 0
染色体数2(N) 2N 2N 2N 2N→4N 2N
同源染色体对数 N N N N→2N N
染色体组数 2 2 2 4 2
(2)DNA、染色体、染色单体、每条染色体上DNA含量的变化曲线
①a→b，l→m，p→q的变化原因都是DNA分子的复制。
②c→d，g→h，n→o，r→s变化的原因都是着丝点分开，姐妹染色单体分开，形成子染色单体。
三、怎样正确理解动、植物细胞有丝分裂的异同及形成原因
1．动、植物细胞有丝分裂的异同点
不同点 相同点
间期中心体复制 前期：纺锤体形成机制 末期：细胞分割方式 间期 分裂期
植物细胞 无 两极↓纺锤丝↓纺锤体 细胞板↓细胞壁↓分割细胞(质) 染色体完成复制 染色体平均分配
动物细胞 有 两组中心粒(复制于间期) ↓星射线↓纺锤体 细胞膜↓中央内陷↓缢裂细胞(质)
2.原因
细胞结构上的差异是造成它们不同的原因。动物细胞中心体发生星射线形成纺锤体，植物细胞中的高尔基体在其分裂末期能合成并分泌纤维素，从而在赤道板处形成细胞板，进而形成细胞壁。
3．与细胞分裂有关的细胞器
(1)分裂全过程所需的能量主要由线粒体进行有氧呼吸产生。
(2)间期有关的蛋白质是在核糖体中合成的。
(3)分裂前期，动物细胞中的中心体发出星射线，形成纺锤体。
(4)分裂末期，高等植物细胞细胞壁的形成与高尔基体有关。
感悟拓展
1．利用口诀巧记各时期的变化特征
前期：膜仁消失显两体(核膜、核仁消失，显现纺锤体和染色体)。
中期：形定数晰赤道齐(染色体的形态固定，数目清晰，着丝点排列在赤道板上)。
后期：点裂数加均两极(着丝点分裂，染色体数目加倍，并平均移向两极)。
末期：两消两现重开始(两消：纺锤体消失，染色体变染色质；两现：核膜、核仁重新出现)。
2．有丝分裂过程
(1)有丝分裂后期着丝点分裂不是纺锤体牵拉的结果，是因为此处DNA分子的螺旋化程度太高，在间期未能完成复制，直至中期结束时才完成复制。若用秋水仙素抑制纺锤体形成，没有纺锤丝牵引，细胞中的染色体数目也加倍(着丝点仍能够分裂)。
(2)姐妹染色单体是在分裂间期形成的，在分裂前期可以用显微镜观察到每条染色体含有两条姐妹染色单体。不要认为姐妹染色单体形成于前期，只能说染色单体在前期出现。
3．细胞分裂图像识别
(1)动、植物细胞的识别
①图像画成方形或图像中有细胞板结构，无中心粒结构，可判断为高等植物细胞；有中心粒结构，可判断为低等植物细胞。
②图像画成圆形或有中心粒结构，无细胞板结构，缢裂方式平分细胞，可判断为动物细胞。
(2)细胞分裂时期的识别
图像在具备同源染色体的前提下还有下列特点之一，便可判断为有丝分裂：
①染色体数目加倍——有丝分裂后期。
②所有染色体着丝点排列在赤道板上——有丝分裂中期。
③子细胞中染色体数目相同——有丝分裂末期。
典例导悟
3人体细胞增殖过程中，如果纺锤体不能形成，则会发生 ( )
A．细胞中的个别染色体增加 B．染色体不能复制
C．在后期，染色体不能平均分开 D．对细胞增殖无任何影响
解析 纺锤体在细胞增殖过程中的作用是，牵引染色体运动，使增倍的染色体能平均分开。如果纺锤体不能形成，则在分裂后期染色体不能平均分开，导致染色体以染色体组的形式成倍增加，而不是个别染色体增加。染色体的复制在纺锤体形成以前，所以纺锤体对染色体的复制无影响。
答案 C
动物细胞的有丝分裂中，可以复制的结构是( )
A．着丝点和核仁 B．染色体和中心体 C．染色体和核仁 D．染色体和纺锤体
答案 B
解析 在动物细胞有丝分裂的间期染色体要进行复制，每条染色体上含两条染色单体。中心体也要进行复制，形成两个中心体，它与纺锤体形成有关。
1．有关试剂及应用
(1)解离所用药液是由质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1:1混合而成的，其作用是使组织中的细胞相互分离开来。
(2)漂洗所用的液体是清水，其作用是洗去药液、利于染色。
(3)染色用0.01 g/mL或0.02 g/mL的龙胆紫溶液，能使染色体着色。
2．装片制作步骤： 解离→漂洗→染色→制片。
3．观察装片的步骤
(1)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。
(2)再用高倍镜观察。
(3)统计视野中各时期细胞数。
[互动探究] 用清水漂洗的目的是什么？
[提示] 一是洗去解离液，便于染色；二是防止解离过度，造成压片时细胞破损。
要点归纳
一、正确分析“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验
1．实验原理
(1)植物的分生组织细胞有丝分裂较为旺盛，盐酸能使组织细胞解离开来。
(2)细胞核内的染色体(质)易被碱性染料染色，用龙胆紫(或醋酸洋红)将染色体染色。
(3)有丝分裂各个时期细胞内染色体行为变化不同，根据各个时期染色体的变化情况。识别该细胞处于哪个时期。
2．实验过程分析
洋葱根尖培养：实验前3～4d培养洋葱，待根长到5cm
↓
装片制作
↓
观察 先低倍镜：据细胞特点找到分生区
后高倍镜：先找中期细胞，后找前、,后、末期细胞
↓
绘画：绘制有丝分裂中期图
3．实验成功的关键
(1)剪取生长旺盛、带有分生区的根尖，同时注意剪取的时间，一般在上午10点至下午2点左右，此时分生区细胞分裂旺盛。
(2)解离充分，细胞才能分散，才不会重叠。
(3)染色时，染色液的浓度和染色时间必须掌握好，应注意染色不能过深，否则镜下一片紫色，无法观察。
(4)压片时用力必须恰当，过重会将组织压烂，过轻则细胞未分散，二者都将影响观察。
感悟拓展
1．有丝分裂是染色体复制一次，细胞分裂一次，结果是染色体平均分配到两个子细胞中去；而减数分裂是染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果是子细胞中的染色体数目减半，它是一种特殊方式的有丝分裂。
2．植物细胞可通过盐酸解离、捣碎、压片等方法使细胞分散开；动物细胞可借助于胰蛋白酶，将动物组织分散成单个细胞。
3．绘制生物图的要求
①图的大小适当，位置适中。一般稍偏左上方，以便在右侧和下方留出注字和写图名的地方。
②先用削尖的铅笔轻轻画出轮廓，经过修改再正式画好。
③图中比较暗的地方，用铅笔点上细点来表示。
④字尽量注在图的右侧，用尺子引出水平的指示线，然后注字。
⑤在图的下方写出所画图形的名称。
典例导悟
4用高倍显微镜观察洋葱根尖细胞的有丝分裂。下列描述正确的是 ( )
A．处于分裂间期和中期的细胞数目大致相等
B．视野中不同细胞的染色体数目可能不相等
C．观察处于分裂中期的细胞，可清晰看到赤道板和染色体
D．细胞是独立分裂的，因此可选一个细胞持续观察它的整个分裂过程
解析 在细胞分裂过程中，处于间期的细胞最多，因间期时间最长；处于分裂期的细胞，前期、中期与后期的染色体数不相等；赤道板不是一个实体结构，显微镜下不可能看见；在该实验中，细胞已死亡。
答案 B
取生长健壮的小麦根尖，经过解离、漂洗、染色、制片过程，制成临时装片，放在显微镜下观察。欲观察到细胞有丝分裂的前、中、后、末几个时期( )
A．应该选一个间期的细胞，持续观察它从间期到末期的全过程
B．如果在低倍镜下看不到细胞，可改用高倍物镜继续观察
C．如果在一个视野中不能看全各个时期，可移动装片从周围细胞中寻找
D．如果视野过暗，可以转动细准焦螺旋增加视野的亮度
答案 C
解析 本题考查观察植物细胞有丝分裂的实验过程和有关显微镜知识。观察细胞有丝分裂实验中，由于盐酸的解离，被观察的细胞为处于不同分裂时期的死细胞，所以不能选一个处于间期的细胞持续观察它从间期到末期的全过程；在用显微镜观察物像过程中，应先用低倍镜找到要观察的物像，然后再用高倍镜；如果视野过暗，应换用大光圈或用凹面镜调节光亮度。自主梳理
一、细胞膜的成分
细胞是最基本的生命系统，其边界是细胞膜。
(1)主要成分是脂质和蛋白质，另外还有少量的糖类。
(2)细胞膜成分中含量最多的是脂质，该成分含量最丰富的是磷脂。
(3)与细胞膜功能复杂程度有关的是蛋白质的种类和数量。
二、细胞膜的制备
1．选材：哺乳动物成熟的红细胞。
2．原理：红细胞放入清水中，水会进入红细胞，导致红细胞胀破，使细胞膜内的物质流出来，从而得到细胞膜。
3．过程
(1)将红细胞稀释液制成临时装片。
(2)在高倍镜下观察，在盖玻片一侧滴加蒸馏水，另一侧用吸水纸吸引。
(3)红细胞凹陷消失，体积增大，最后导致细胞破裂。
(4)利用差速离心法，获得纯净细胞膜。
感悟拓展
在用红细胞制备细胞膜时，为什么要稀释？稀释的时候为什么用生理盐水？
[提示] 稀释可以减少血液中的血浆蛋白等杂物。用生理盐水是为了保持渗透压，防止在稀释的时候发生细胞破裂。
三、细胞膜的功能
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：对进出细胞的物质进行严格的“检查”。21世纪教育网
(1)细胞需要的营养物质进入细胞，细胞不需要或有害的物质不能进入。
(2)细胞产生的抗体、激素和废物排到细胞外，但细胞内的核酸等重要成分不会流失到细胞外。
(3)细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质如有些病毒、病菌等也能侵入细胞，使生物体患病。
3．进行细胞间的信息交流
(1)作用：多细胞生物的各个细胞之间保持功能的协调，不仅依赖于物质和能量交换，也有赖于信息的交流。细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构和功能有关。
(2)细胞间信息交流的方式
①通过细胞分泌的化学物质间接传递信息，如受体与靶细胞的细胞膜表面的激素结合，将信息传递给靶细胞。
②通过相邻两细胞的细胞膜直接接触传递信息，如精子和卵细胞的识别和结合。
③通过相邻两细胞形成通道进行信息交流，如高等植物之间通过胞间连丝连接，也有信息交流的作用。
四、植物细胞壁的成分和作用
1．化学成分：主要是纤维素和果胶 。
2．作用：支持和保护。21世纪教育网
[互动探究] 1.细胞膜上与功能密切相关的成分为什么是蛋白质？
2．植物细胞等有细胞壁，在细胞最外层，为什么说细胞膜是边界呢？
[提示] 1.磷脂双分子层是作为细胞膜的骨架，而蛋白质则负责细胞膜的信号传导、物质运输等功能，不仅仅是在细胞膜上，整个细胞的各种功能都是通过蛋白质来完成的，蛋白质的种类很多，可以组成各种不同的结构来完成不同的功能。
2．由细胞膜的屏障功能所决定，细胞膜不但有保护作用还具有选择透过性，而细胞壁是全透性的。
要点归纳
一、细胞膜的成分和功能21世纪教育网
1．细胞膜的成分
含量 概念 在细胞膜构成中的作用
脂质 约50% 其中磷脂是构成细胞膜的重要成分
蛋白质 约40% 蛋白质是生命活动的主要承担者，细胞膜的功能主要由其上的蛋白质来行使
糖类 约2%~10% 与膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面
2.细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开
细胞膜将细胞与外界环境隔开，保障了细胞内环境的相对稳定。
①对于原始生命，膜的出现起到至关重要的作用，它将生命物质与非生命物质分隔开，成为相对独立的系统。21世纪教育网
②对于原生生物，如草履虫，它属于单细胞生物，它与外界环境的分界面也是细胞膜。
(2)控制物质进出细胞
包括细胞膜控制作用的普遍性和控制作用的相对性两个方面，如图所示：
感悟拓展
1．各种膜所含蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关，功能越复杂的膜，其蛋白质含量和种类越多。
2．糖蛋白(也叫糖被)有保护和润滑作用，还与细胞识别作用有密切关系。
3．正常细胞癌变后，细胞膜上产生甲胎蛋白和癌胚抗原等物质，以此可以作为细胞是否癌变的指标之一。
4．细胞膜的组成元素有C、H、O、N、P。
5．能否通过细胞膜，并不是取决分子大小，而是根据细胞生命活动是否需要。如木糖分子比葡萄糖分子小，但细胞能吸收葡萄糖不能吸收木糖。
典例导悟
1下列关于细胞膜的叙述，不正确的是 ( )
A．细胞膜主要由脂质和蛋白质组成
B．不同功能的细胞，其细胞上蛋白质的种类和数量相同
C．组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富
D．癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞膜成分的改变有关
解析 研究发现，细胞主要由脂质和蛋白质组成；在组成细胞的脂质中，磷脂最丰富；蛋白质在细胞行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，其蛋白质的种类和数量越多；癌细胞的恶性增殖和转移与细胞膜成分的改变有关。
答案 B
下列哪一项不属于细胞膜的生理功能 ( )
A．保护性屏障B．控制物质进出细胞
C．信息的接收和传递D．能量的储存和释放
答案 D
解析 细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保证了细胞内部环境的相对稳定，起到了保护性屏障的作用，能控制物质进出细胞，进行细胞间的信息交流，能量的储存和释放不属于细胞膜的功能。
二、体验制备生物膜的方法
1．实验中选用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料的原因
(1)哺乳动物成熟的红细胞无细胞壁。
(2)哺乳动物成熟的红细胞无各种细胞器(膜)和细胞核(核膜)，所提取到的膜都是非常纯净的细胞膜。
(3)红细胞单个存在，便于制成悬浮液。
2．实验中利用吸水胀破使红细胞破裂。因为细胞非常微小，利用常规的方法是不行的，如果实验在试管中进行，细胞破裂后，还需差速离心才能获得较为纯净的细胞膜。
3．红细胞稀释液的制备：将少量新鲜血液注入生理盐水中，摇匀。
4．实验步骤
选材：猪(或牛、羊、人)的新鲜的红细胞稀释液
制作装片：用滴管取一滴红细胞稀释液滴在载玻片上，盖上盖玻片
↓
观察：用显微镜观察红细胞形态(由低倍―→高倍)
↓
滴清水：在盖玻片的一侧滴，在另一侧用吸水纸吸引
↓[来源:21世纪教育网]
观察：持续观察细胞的变化
↓
结果：凹陷消失，体积增大，细胞破裂，内容物流出，获得细胞膜
感悟拓展
我们一般选择哺乳动物成熟的红细胞作为制备细胞膜的材料，原因有二：
(1)动物细胞外面没有细胞壁，制备细胞膜相对比较容易。
①避免了分离细胞壁与细胞膜的麻烦。
②没有细胞壁的保护、支持，动物细胞易吸水涨破，将细胞内容物流出，即可得到细胞膜。
(2)哺乳动物的成熟红细胞具有以下优点：
①细胞内无细胞核和各种具有膜的细胞器，避免了细胞膜与细胞器膜的分离所带来的麻烦，经过离心就可得到较纯净的细胞膜。
②红细胞的数量多，材料易得。
典例导悟
2下列可以作为制备纯净的细胞膜的材料的是( )
A．神经细胞B．洋葱根尖分生区细胞 C．洋葱鳞片叶表皮细胞D．人的成熟红细胞
解析 植物细胞具有细胞壁，细胞壁与细胞膜紧贴在一起不易分离，因此洋葱根尖分生区细胞、洋葱鳞片叶表皮细胞不能作为实验材料。神经细胞里有细胞核和许多细胞器，它们的膜与细胞膜混在一起，不易分开，因此神经细胞不可以作为制备纯净的细胞膜的材料。
答案 D
科学家常用哺乳动物的红细胞作为材料来研究细胞膜的组成，这是因为 ( )
A．哺乳动物红细胞容易得到
B．哺乳动物红细胞在水中容易涨破
C．哺乳动物成熟的红细胞内没有核膜、线粒体膜等
D．哺乳动物红细胞的细胞膜在光学显微镜下容易观察到
答案 C
解析 研究细胞膜的组成时，大都用动物细胞、红细胞、神经髓质等作为研究材料。哺乳动物红细胞在发育成熟的过程中，核膜逐渐退化，并从细胞中排出，因此成熟的红细胞中没有核膜，同时红细胞中线粒体膜等膜结构缺乏，使红细胞的结构比较简单，用蒸馏水处理后容易得到成分较单一的细胞膜。
自主梳理
一、细胞核的结构
1．核膜：双层膜，具有核孔，作用是把核内物质与细胞质分开，使核既保持相对独立，又实现核质之间的物质交换和信息交流。
2．核孔：实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。
3．核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。
4．染色质21世纪教育网
(1)组成：DNA和蛋白质。
(2)功能：其中的DNA是遗传信息的载体。
(3)形态：染色质染色体。21世纪教育网
二、细胞核的功能
1．资料分析
(1)黑白两种美西螈实验说明：细胞核控制体色遗传。
(2)蝾螈受精卵横缢实验说明：细胞核控制细胞分裂和分化。
(3)变形虫切割实验说明：变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核 控制。
(4)伞藻嫁接实验说明：伞帽的形状是由细胞核控制的。
2．细胞核的功能归纳
(1)细胞核是真核细胞最重要的细胞结构，细胞核控制着细胞的代谢和遗传，是细胞的“控制中心”。
(2)是遗传物质储存和复制的主要场所，是遗传信息库。
[互动探究] 既然物质可以通过核孔进出细胞核，那核膜还具有选择透过性吗？
[提示] 具有。通过核孔进出的物质只是某些大分子物质，如蛋白质和mRNA等，离子和小分子物质仍通过跨膜运输进出细胞核，因此，核膜仍具有选择透过性。
三、模型建构[来源:21世纪教育网]
1．模型：为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。
2．描述特点：定性的、定量的、具体实物或其他形象化手段、抽象形式等。
3．类型：物理模型、 概念模型、数学模型等。
四、细胞在生命系统中的地位
细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧；各组分之间分工合作成为一个整体，使生命活动能在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。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。
[互动探究] 细胞为什么是最基本的生命系统？
[提示] 因为所有的生命都是以细胞为基础，细胞是所有生命的结构和功能的基本单位，就连没有细胞结构的病毒，也不得不依靠活的细胞来生存。
要点归纳21世纪教育网
1．结构及相应功能
2．染色质与染色体的关系
染色质 染色体
同种物质 成分相同21世纪教育网 主要是DNA和蛋白质
特性相同 易被碱性染料染成深色
功能相同 遗传物质的主要载体
不同时期 分裂间期 分裂期
两种形态 细长的丝 光镜下能看到呈圆柱状或杆状结
同种物质在不同时期细胞中的两种状态，变化如下：
染色质(间、末期)染色体(前、中、后期)
3．核仁、核膜在细胞周期中的变化 在细胞分裂前期消失，末期重现。
4．细胞核的功能
细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。
(1)细胞核是遗传物质(DNA)储存和复制的场所，DNA携带遗传信息，并通过复制由亲代传给子代，保证了遗传信息的连续性。
(2)细胞核控制着物质合成、能量转换和信息交流，使生物体能够进行正常的细胞代谢。DNA可以控制蛋白质的合成，从而决定生物的性状。
[提醒] ①凡是无核细胞，既不能生长也不能分裂，如哺乳动物和人的成熟红细胞(植物的筛管细胞)；人工去核的细胞一般也不能存活太久。
②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，人的骨骼肌细胞中细胞核多达数百个。
感悟拓展
1．转录的产物RNA和在核糖体上合成但到细胞核内发挥作用的蛋白质，一般都是大分子物质。因为通过核孔进出细胞核，不经核膜，故通过0层膜。
2．关于伞藻嫁接与核移植实验分析
(1)图甲解读
①将A中的伞帽1、1′去掉得B。
②将B中的伞柄2、2′交换位置移植得C。
③继续培养C得D。
[提醒] 细胞核控制伞帽的形状，与伞柄无关。
(2)图乙解读
①将F的伞帽和细胞核去掉。
②将E的细胞核取出，并移植到F中去。
③继续培养移植核后的F得G。
说明 伞藻的伞帽形状由细胞核控制，与伞柄无关。
总结 ①图乙是对图甲实验的补充，进一步验证细胞核的功能；②生物体形态结构的构建，主要与细胞核有关。
典例导悟
3下列关于细胞核的叙述正确的是 ( )
A．真核细胞的核膜上有大量的多种酶，有利于多种化学反应的顺利进行
B．在显微镜下观察分裂间期的真核细胞，可以看到细胞核的主要结构有核膜、核仁和染色体
C．真核细胞的核膜上有核孔，脱氧核糖核酸等大分子物质可以通过核孔进入细胞质
D．原核细胞的拟核除没有核膜外，其他方面与真核细胞的细胞核没有差别
解析 B中用显微镜无法观察到核膜，在间期遗传物质以染色质状态存在，不能观察到染色体；C中脱氧核糖核酸即DNA不能出来；D中原核细胞既无核膜又无核仁。
答案 A
如图所示为再生能力很强的原生动物喇叭虫(图中a.纤毛；b.大核；c.根部)，将之切成①②③三截，能再生成喇叭虫的是 ( )
A．①
B．②
C．③
D．①、②和③
答案 B
