關(guān)于生物細(xì)胞器和光合作用的知識(shí)點(diǎn)整理
細(xì)胞器篇
細(xì)胞器的知識(shí)紛繁復(fù)雜，你能否一一理清呢?也許總有一些遺漏。
我在此并不會(huì)簡(jiǎn)單重復(fù)課本的內(nèi)容，我在上文中也盡量的避開了課本直接敘述了的知識(shí)，更多的都是在學(xué)習(xí)與做題中收獲的想法，所以接下來我會(huì)在講述中加入在高三學(xué)習(xí)中補(bǔ)充的知識(shí)，以及考試中要注意的細(xì)節(jié)。
首先，我們來區(qū)分兩個(gè)概念，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)就是除了細(xì)胞膜和細(xì)胞核以外的部分，它包括了所有的細(xì)胞器以及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。我們常說的細(xì)胞質(zhì)遺傳，其實(shí)也就包括了線粒體和葉綠體了。
下面從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)開始：
我們先來認(rèn)識(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)如何存在于細(xì)胞中。很多人通過課本上兩個(gè)經(jīng)典的細(xì)胞器圖，產(chǎn)生了一種直觀的印象：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)就是包裹在細(xì)胞核外的一點(diǎn)點(diǎn)東西，其實(shí)這種印象是有誤區(qū)的。更為確切地說，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)覆蓋了整個(gè)細(xì)胞，它是一張非常大的網(wǎng)，教材中稱它向內(nèi)連接了細(xì)胞核，向外連接了細(xì)胞膜。
而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分為兩種類型，如下圖：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞核直接相連，上面附有很多核糖體，附在上面的核糖體主要合成分泌蛋白，為什么說主要?因?yàn)檫€是存在例外的，比如說溶酶體中的水解酶(胞內(nèi)蛋白)就是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的(游離的核糖體則負(fù)責(zé)胞內(nèi)蛋白)。核糖體附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，就有利于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)新生肽鏈進(jìn)行加工修飾，比如說：糖基化。
你知道脂質(zhì)的合成場(chǎng)所嗎?
這雖然在課本上已經(jīng)提及，不過不是考查的重點(diǎn)，往往會(huì)被忽略。
脂質(zhì)的合成場(chǎng)所，也就是我要談的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，它的上面不附著核糖體，當(dāng)然，它也有著其它的作用，像解毒之類的，并不在考試要求范圍中。
物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的，這個(gè)觀點(diǎn)很重要，能幫助你理解很多生物現(xiàn)象。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在分泌蛋白的合成中扮演著非常重要的角色，所以說分泌旺盛的細(xì)胞往往內(nèi)質(zhì)網(wǎng)十分發(fā)達(dá)(當(dāng)然高爾基體也是，囊泡會(huì)比較多)，比如說漿細(xì)胞，要合成大量抗體，從課本(必修3)體液調(diào)節(jié)圖解中就可以看到漿細(xì)胞里面有密密麻麻的網(wǎng)絡(luò)，那就是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)了。
那么，我們?cè)偕罨乩斫庖幌逻@個(gè)概念吧。
舉舉例子。比如說骨骼肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞線粒體含量很多;陰生植物的葉綠體一般會(huì)比較大(來彌補(bǔ)光照的不足);神經(jīng)細(xì)胞樹突發(fā)達(dá)可以形成更多的突觸……
另外，還有一個(gè)類似概念，結(jié)構(gòu)和環(huán)境相適應(yīng)。(有別于用進(jìn)廢退)
我們可以繼續(xù)舉例。葉綠素只在有光的時(shí)候產(chǎn)生，所以埋在地下的基本都不是綠色的(馬鈴薯，蘿卜，洋蔥……)，冒出來的部分可能變綠;細(xì)胞衰老了的時(shí)候，細(xì)胞核往往會(huì)變大(功能衰退所以需要變大才能維持原來的水平)……
既然提到了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，接下來就該談和它有著密切合作關(guān)系的高爾基體，它們的關(guān)系十分微妙，有科學(xué)家揣測(cè)高爾基體就是由滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)化而來的。
高爾基體的方向是朝著外面的，也就是說它的凹面對(duì)著細(xì)胞膜，凸面對(duì)著細(xì)胞核。這樣看起來似乎是為了更好地向外運(yùn)送物質(zhì)。
高爾基體的功能可謂多之又多，除了分泌蛋白的合成，在動(dòng)物細(xì)胞中，它與其它分泌物的形成也有關(guān)：比如說大名鼎鼎的突觸小泡，就是由高爾基體吐出來。而就連溶酶體也不過是高爾基體的分泌產(chǎn)物。(生物必修1書中介紹了溶酶體發(fā)現(xiàn)史，有興趣者可翻閱課本)
而在植物細(xì)胞中，我們見過這樣一句話：高爾基體與細(xì)胞壁的合成有關(guān)，因而在植物細(xì)胞有絲分裂末期形成細(xì)胞板時(shí)，高爾基體就十分活躍了。我們可以深入地想一想，細(xì)胞壁是由什么構(gòu)成的?纖維素和果膠。由此我們可以得出一個(gè)猜想：高爾基體參與了纖維素和果膠的合成，也就是說，高爾基體可以合成糖類。事實(shí)上，這個(gè)猜想是正確的。如此看來，“有關(guān)”這個(gè)表述也未免過于含蓄了。
高爾基體旁邊有很多泡泡，它們可能來自于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，也可能是高爾基體自己產(chǎn)生的，書本上稱之為囊泡，當(dāng)然你也會(huì)看到有些地方叫它具膜小泡。這再一次驗(yàn)證了高爾基體是一個(gè)合格的樞紐。
我們現(xiàn)在看看兩大半自主性細(xì)胞器：葉綠體和線粒體。
不久后你將會(huì)知道，或者說你已經(jīng)知道了這樣一些有趣的東西(內(nèi)共生假說)。葉綠體和線粒體可能本是藍(lán)藻(光合細(xì)菌)和好氧細(xì)菌，后來被其它生物通過捕食攝入。絕大多數(shù)的它們應(yīng)該都被消化為其它生物的一體，而卻有少部分僥幸逃脫，進(jìn)入了生物的細(xì)胞，開始了奇妙的寄生生活。
它們和宿主細(xì)胞慢慢地形成了一種合作關(guān)系。葉綠體依附于細(xì)胞提供物質(zhì)來源，也為細(xì)胞合成糖類以供能;線粒體則幫助細(xì)胞完成穩(wěn)定的化學(xué)能到活躍的化學(xué)能的轉(zhuǎn)化使能量變得可直接利用。通過漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷程，逐漸形成了今天的局面。
有了如上的假說，我們就可以更好地理解葉綠體和線粒體的獨(dú)特之處了。
1.細(xì)胞中僅有的含雙層膜細(xì)胞器。有人說不對(duì)呀，被吞噬的細(xì)菌本來也只是單層膜，為何的雙層膜呢?你可以試想一下在胞吞過程中，會(huì)有一個(gè)小泡包裹住細(xì)菌，兩層膜就是這么來的了。
2.細(xì)胞中僅有的含DNA，RNA，核糖體的細(xì)胞器。其中DNA是環(huán)狀的，這和原核生物的特點(diǎn)接近(大型環(huán)狀DNA和具有抗藥性的質(zhì)粒)，它其中的質(zhì)基因可以自主表達(dá)一些蛋白質(zhì)，而它們自身也受到核基因的調(diào)控，在二者共同作用下存在。
葉綠體結(jié)構(gòu)如課本圖，不再贅述。像光合色素就分布在類囊體薄膜的內(nèi)側(cè)上，因而類囊體就成為了光反應(yīng)的場(chǎng)所，也就是說光反應(yīng)的產(chǎn)物在運(yùn)輸出葉綠體還要跨過一層薄膜。
提到了產(chǎn)物的運(yùn)輸，我們來想想，氧氣的濃度在葉綠體中濃度高還是在線粒體中濃度高?通過對(duì)自由擴(kuò)散概念的理解，我們認(rèn)為還是在葉綠體中濃度高的，因?yàn)檠鯕庵荒軓母邼舛认虻蜐舛葦U(kuò)散。
這樣的思維方式在很多地方都可以用到。
比如說，對(duì)于正在進(jìn)行質(zhì)壁分離的植物細(xì)胞，外界溶液的濃度大于細(xì)胞液的濃度;對(duì)于攜帶著氧氣的動(dòng)脈血，氧氣將從血漿進(jìn)入組織液再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)液，因而氧氣濃度排序是血漿>組織液>細(xì)胞內(nèi)液。(如下)
其它未上榜的細(xì)胞器(或結(jié)構(gòu))，在此僅收錄。
1.核糖體。由rRNA蛋白質(zhì)構(gòu)成，細(xì)胞核核仁與之相關(guān)。有很多人到了高三還是搞不清楚復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯場(chǎng)所，在此簡(jiǎn)述。
在真核生物中，核DNA在細(xì)胞核復(fù)制，也在細(xì)胞核進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后得到RNA，從核孔鉆出來，再去尋找細(xì)胞質(zhì)中的核糖體進(jìn)行翻譯。(核孔只能讓RNA鉆出卻不能讓DNA鉆出);在原核生物中，轉(zhuǎn)錄和翻譯在擬核區(qū)(不考慮質(zhì)粒)同時(shí)進(jìn)行。
核糖體因而成為了細(xì)胞生物(唯一)共有的細(xì)胞器。
2.液泡。內(nèi)含很多東西，水、蛋白質(zhì)、色素、糖類等等。其中色素與光合色素有別，是水溶性的，而光合色素在類囊體薄膜，是脂溶性的(所以在我們做光合色素提取分離實(shí)驗(yàn)時(shí)，用的是有機(jī)溶劑無水乙醇或者丙酮)。比如說：紅色的瓜瓤，紅色的楓葉，紫色的洋蔥……
液泡有小液泡，也有成熟大液泡。只有成熟大液泡才具有滲透吸水的能力，它可以占據(jù)整個(gè)細(xì)胞2/3的空間。而其它不含大液泡的細(xì)胞只能進(jìn)行吸脹吸水。
說到液泡，我下面將結(jié)合根尖細(xì)胞來談?wù)劇?/p>
根尖細(xì)胞無疑都是沒有葉綠體的。但是液泡呢?我們來普及一下吧。
分生區(qū)和根冠都是沒有液泡或只有小液泡的，而伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)卻是有成熟大液泡的。
和高中生物有關(guān)的知識(shí)：分生區(qū)細(xì)胞呈正方形，在觀察洋蔥有絲分裂時(shí)選取的就應(yīng)該是分生區(qū)細(xì)胞，標(biāo)準(zhǔn)取法：截取根尖2-3mm，不能太長(zhǎng)了，這個(gè)數(shù)據(jù)建議背下。
液泡也含有很多水解酶，感覺和溶酶體有了異曲同工之妙，只不過液泡比溶酶體大的多了，因而液泡也就具備了維持細(xì)胞形態(tài)和維持滲透壓的功能。
像一些原生動(dòng)物也會(huì)含有液泡，就是食物泡伸縮泡之類的。至于它和囊泡有什么區(qū)別，這還有待商討。
3.細(xì)胞骨架：蛋白質(zhì)纖維構(gòu)成。詳見課本。
4.中心體：兩個(gè)垂直中心粒構(gòu)成，在間期復(fù)制，存在于動(dòng)物和低等植物(這個(gè)知識(shí)點(diǎn)大家耳熟能詳，不過逢考必有人跪，比如廣州二模和省實(shí)三模跪倒一片，為什么?等你錯(cuò)了你就會(huì)知道那種被中心體徹底洗腦無視隱藏的高等植物存在的感覺)。在課本圖上表現(xiàn)為兩個(gè)小帽子，連著紡錘絲。
一般來說，間期完成DNA復(fù)制蛋白質(zhì)合成，當(dāng)然在分裂期時(shí)也會(huì)有少量蛋白質(zhì)合成，因?yàn)檫€殘留著一些間期合成的RNA，但是就不再有DNA合成了，因?yàn)镈NA已經(jīng)高度螺旋化了。
RNA，神經(jīng)遞質(zhì)，抗體……這些都是用完了就滅活或者被回收了。(那為什么血清中還會(huì)有抗體?因?yàn)檫€沒作用呢。)
順手來一個(gè)：洋蔥的用法。
1.觀察根尖分生區(qū)細(xì)胞的有絲分裂。(取材：洋蔥根尖)
2.低溫誘導(dǎo)染色體加倍。(取材：洋蔥根尖)
3.觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原。(取材：優(yōu)選洋蔥外表皮細(xì)胞，內(nèi)表皮搭配有色溶液也湊合)
4.觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布。(取材：內(nèi)表皮細(xì)胞)
5.探究生物酶的高效性：催化過氧化氫的分解。(更優(yōu)選擇是豬肝)
其實(shí)還有很多，但感覺都有些牽強(qiáng)(不是必需材料)所以沒有收納
光合作用篇
先來個(gè)要背的，色素的作用：吸收傳遞轉(zhuǎn)化。
光合呼吸的具體過程在此省略，影響光合作用的因素也省略;我們接下來就直接進(jìn)入光合呼吸常見圖像的整理。(這個(gè)是多年做題得來的經(jīng)驗(yàn)，一般教輔上不會(huì)歸納這些知識(shí)的。)
經(jīng)典圖像1：類正弦函數(shù)圖像
適用背景：密閉玻璃罩里的綠色植物
(感覺這個(gè)圖畫的比較奇怪，二氧化碳濃度還能是負(fù)的，它的意思應(yīng)該是和初始玻璃罩內(nèi)二氧化碳濃度相比較的濃度)
AB段(0-2時(shí))：凌晨時(shí)分，植物只進(jìn)行呼吸作用，放出二氧化碳。
BC段(2-6時(shí))(按照我們老師的說法是2-5時(shí))：植物仍然只進(jìn)行呼吸作用，不同的是溫度降低，呼吸速率減慢。
CD段(6-8時(shí))：太陽升起，植物開始進(jìn)行光合作用，但尚未達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)。
D點(diǎn)：植物達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)，即光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度。接下來二氧化碳濃度就開始降低了。
DE段(8-11時(shí))：光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，植物開始有凈積累量。
EF段(11-14時(shí))：午休階段。溫度過高，為防止蒸騰失水，氣孔關(guān)閉，胞間二氧化碳增大，吸收二氧化碳含量減少，暗反應(yīng)速率下降，進(jìn)而總(凈)光合速率下降。
FG段(14-18時(shí))：午休解除。凈光合速率上升。
G點(diǎn)：植物達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)。
GH點(diǎn)(18-20時(shí))：溫度降低，光照減弱，呼吸作用強(qiáng)于光合作用。
HI點(diǎn)(20-24時(shí))：光照徹底消失，二氧化碳濃度加速上升。
既然找到的兩張圖放在了一起，那就一起講吧。
陰生植物適合于弱光環(huán)境。在一定的弱光條件下(不能太弱)，陰生植物生長(zhǎng)的會(huì)比陽生植物更好。在群落演替的過程中，當(dāng)高大的喬木逐漸成為優(yōu)勢(shì)種，光照被搶奪時(shí)，自然選擇了一部分耐受弱光的植物。
陰生植物的葉片肥厚，葉綠體大、多，光合作用的效率更高，因而光補(bǔ)償點(diǎn)也更靠前了。還有一個(gè)原因是無光照時(shí)，陰生植物呼吸作用強(qiáng)度比陽生植物弱。
陰生植物光飽和點(diǎn)較低，這也可以看作是自然選擇的一個(gè)結(jié)果。
提高光照利用率：陰生植物和陽生植物間種套作。
乙圖
放這個(gè)圖做什么呢，我們可以來提取一下信息，不要覺得很無趣，高考就考信息提取與概括這些奇怪的題目。
只看一條曲線，這就是一個(gè)普通的凈光合速率隨溫度變化的鐘型曲線，再加上一條呢?信息可就多了。
首先，我們發(fā)現(xiàn)大氣二氧化碳濃度并不是飽和的。這也就意味著我們可以通過提高二氧化碳的濃度來提高光合速率。
相同溫度下兩條曲線差距的長(zhǎng)度有什么意義呢?也就是將大氣二氧化碳濃度提升到飽和二氧化碳濃度光合速率的提升量，我們可以發(fā)現(xiàn)在35度時(shí)這個(gè)提升是最大的。
那么，我們?cè)鯓犹岣叨趸紳舛?施放干冰，施放有機(jī)肥都是可行的。有機(jī)肥也就是農(nóng)家肥，可以補(bǔ)充微量元素，不過這和二氧化碳有什么關(guān)系?原因在于微生物的分解作用(分解作用其中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是呼吸作用，是包含關(guān)系)，這個(gè)過程是比較緩慢的。
另外，加速空氣流動(dòng)也是很有必要的，這樣才會(huì)有二氧化碳隨時(shí)來補(bǔ)充，這和開窗戶透氣是一個(gè)道理，“正其風(fēng)，通其行”是經(jīng)典的概括。
其次，我們發(fā)現(xiàn)兩條曲線的最適溫度并不是重合的，也就是說，最適溫度還與二氧化碳濃度有關(guān)。
這是一個(gè)雙變量的問題，進(jìn)而我們因此可以推測(cè)二氧化碳的濃度影響了酶的活性，具體原因歡迎大家查閱文獻(xiàn)尋求答案。
在雙變量的影響下，結(jié)果往往是多變的。比如說，雙變量組合條件下的實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)最優(yōu)條件的搭配有時(shí)候不一定是最好的，因?yàn)閮蓚€(gè)變量可能存在疊加或是排斥效應(yīng)，這也就導(dǎo)致了結(jié)果偏差。做生物實(shí)驗(yàn)題時(shí)，這是尤其需要注意的一點(diǎn)。
當(dāng)然有些雙變量也是不受影響的，比如在不同溫度下，最適PH是相同的。
隨后，我們還可以發(fā)現(xiàn)，溫度在飽和二氧化碳濃度時(shí)作用效應(yīng)更明顯。(曲線波動(dòng)幅度更大)當(dāng)二氧化碳達(dá)到飽和，不再成為限制條件時(shí)，溫度自然就成為了影響光合作用的主要因素，所以溫度的效應(yīng)就明顯了。而在二氧化碳濃度較低時(shí)，就有二氧化碳不足在限制光合速率增長(zhǎng)，導(dǎo)致光合速率變化幅度小。
根據(jù)高中化學(xué)知識(shí)，碳酸氫鈉只有在固態(tài)的時(shí)候加熱才會(huì)分解產(chǎn)生二氧化碳。
事實(shí)上，那個(gè)錯(cuò)誤裝置的靈感來自這個(gè)實(shí)驗(yàn)：用光照射不同濃度碳酸氫鈉溶液中的葉圓片，觀察葉片上浮的時(shí)間。
因?yàn)槿~片通過光合作用產(chǎn)生了氧氣，氣體托起葉片上升。光合作用越強(qiáng)，單位時(shí)間產(chǎn)生氧氣越多，上浮時(shí)間就越短。
在碳酸氫鈉溶液中，隨溶液酸性增強(qiáng)會(huì)有二氧化碳產(chǎn)生，濃度越大產(chǎn)生越多，上浮時(shí)間自然縮短。那么為什么之后時(shí)間又變長(zhǎng)了呢?原因就和把葉片放到高濃度蔗糖溶液里一樣，滲透失水，必然影響光合作用。
而以上那個(gè)實(shí)驗(yàn)又是課本實(shí)驗(yàn)的改裝。原課本實(shí)驗(yàn)裝置如上(課本用的是小圓形葉片而不是水藻)，通過白熾燈距離植物的遠(yuǎn)近來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，進(jìn)而探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響。
有些教輔指出：最好使用節(jié)能燈之類的燈泡，因?yàn)榘谉霟舢a(chǎn)熱(可視為將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能)會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
這個(gè)圖是一個(gè)非常經(jīng)典的圖像，用于檢驗(yàn)?zāi)銓?duì)凈光合速率、總(真)光合速率的辨析。
光照下CO2吸收量反映了凈光合速率，黑暗下CO2釋放量反映了呼吸速率，而真正的光合速率是兩條曲線的值相加。由此可見大約35度時(shí)總光合作用最強(qiáng)。
之后我們可以推測(cè)：真光合速率將會(huì)在35℃之后下降，在45℃左右減為0，呼吸作用的最適溫度會(huì)比光合作用要高(這個(gè)是普遍規(guī)律)，大約在40℃左右，然后就會(huì)下降。
當(dāng)然這個(gè)也要因植物而異，因?yàn)槊總€(gè)植物的酶都不一樣(根本原因就是遺傳物質(zhì)不同)，在該圖的這類植物中以上最適溫度都是普遍適用的。
然而植物的生長(zhǎng)主要看凈光合速率，因此25℃是植物的最適生長(zhǎng)溫度。
既然談到了溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中怎樣提高產(chǎn)量呢?
前提是在溫室栽培。
白天適當(dāng)提高溫度(適當(dāng)這個(gè)詞是你需要學(xué)會(huì)使用的，它很可能就是一個(gè)踩分點(diǎn))，光合作用會(huì)加快，呼吸作用也會(huì)加快，當(dāng)然你要相信“適當(dāng)”一詞保證了光合速率提高更快。
晚上適當(dāng)降低溫度，目的是降低呼吸作用的強(qiáng)度。
晝夜溫差大有利于有機(jī)物積累，原因就一目了然了。