非生命物質(zhì)與生命活動高中三年級生物

1、非生命物質(zhì)與生命活動高中三年級生物課件第1頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四10非生命物質(zhì)與生命活動十字繡十字繡之家十字繡十字繡之家十字繡圖案大全十字繡繡法十字繡品牌第2頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四【知識聯(lián)系框架】 第3頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四【重點知識聯(lián)系與剖析】 一、水與生命活動1.水的存在形式與基本功能水在細胞中的存在形式主要有兩種：結(jié)合水和自由水。 結(jié)合水是指與細胞內(nèi)的一些親水性物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、多糖等極性大分子物質(zhì)）相結(jié)合，不能自由流動。如果細胞中失去了結(jié)合水，生物大分子的空間結(jié)構(gòu)就不能維持，原生質(zhì)遭到破

2、壞，代謝就不能正常進行而導致死亡。 自由水是指細胞內(nèi)能夠自由流動的水，即水分子的自由能大于親水大分子有機物的束縛力的水。自由水在細胞內(nèi)的含量與生命活動的旺盛程度呈正相關(guān)，生命活動越旺盛，自由水的含量就越高。 第4頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四 （1）植物體內(nèi)的水分代謝 植物的水分代謝包括水分的吸收、運輸、利用和散失。 2水分代謝 植物吸收水分的方式主要有兩種：吸脹作用和滲透作用。 吸脹作用吸收水分主要是依賴于細胞內(nèi)的親水性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)淀粉纖維素脂肪等,蛋白質(zhì)的親水能力最強，所以蛋白質(zhì)含量高的細胞或組織，吸脹作用吸收水分的能力比淀粉含量高的要強，含脂肪較多的細胞或組織

3、通過吸脹作用吸水的能力最弱。沒有大的液泡的植物細胞主要以吸脹作用方式吸收水分。 第5頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四滲透作用是具有液泡的成熟植物細胞的吸水方式，也是植物體吸水的主要方式。一個有液泡的成熟植物細胞是一個滲透系統(tǒng)。原生質(zhì)層具有選擇透過性是完成滲透吸水的關(guān)鍵。一個死的植物細胞，原生質(zhì)層已失去了選擇透過性，所以就不具備滲透吸水的能力，但還能通過吸脹作用吸水，典型的例子是死亡的干種子也能吸水。 吸脹吸水與滲透吸水的聯(lián)系1、任何活細胞都存在兩種吸水方式，只是不同部位、不同時期以某一種為主。2、植物體細胞大都是成熟的，故植物體的吸水方式主要是滲透吸水。第6頁，共35頁

4、，2022年，5月20日，3點30分，星期四質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗是驗證植物細胞通過滲透方式吸水的最佳實例。成熟的植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原的內(nèi)因主要是原生質(zhì)層具有選擇透過性和原生質(zhì)層的伸縮性比細胞壁大；外因是原生質(zhì)層內(nèi)外溶液的濃度差。在正常情況下植物體內(nèi)滲透壓最高的細胞是葉肉細胞，最低的細胞是根毛區(qū)的細胞，因為只有這樣水分才能源源不斷地從根部經(jīng)莖運輸?shù)饺~片中。植物體內(nèi)運輸水分的途徑主要是通過導管完成的。導管是一個死細胞，但根、莖、葉中的導管是連成一體的，即連成一個密閉的管道。當葉肉細胞通過滲透作用從導管中吸取水分后，導管中的壓力就會降低，這時導管就會從根部的細胞中抽取水分，特別是從根毛

5、區(qū)的細胞中抽取水分。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四蒸騰作用是植物吸收水分和運輸水分的主要動力。植物蒸騰水分的途徑必須通過氣孔，而氣孔的開閉是可以調(diào)節(jié)的。如葉片細胞中水分不足，氣孔就會關(guān)閉，蒸騰作用就會減弱，這對于避免水分的過度散失具有非常重要的意義。但氣孔的關(guān)閉會使大氣中的CO2進入葉肉細胞發(fā)生困難，影響到光合作用的正常進行。陰生植物不能在強烈的太陽光下正常生長，主要原因是陰生植物的葉片抗蒸騰作用的能力較弱，在強光下蒸騰作用過于旺盛，水分過度散失造成的。從生態(tài)因子的角度分析，水是限制陸生生物分布的主要限制因子之一。 第8頁，共35頁，2022年，5月20日，3點3

6、0分，星期四 水與礦質(zhì)代謝 A、礦質(zhì)元素必須溶解在水中成離子狀態(tài)才能被植物吸收和利用。 植物的根毛區(qū)的細胞吸收礦質(zhì)元素離子是通過主要是通過主動運輸。吸收的過程與呼吸作用有密切的關(guān)系。呼吸作用為主動運輸提供能量(ATP) B、礦質(zhì)離子的吸收與水分吸收的關(guān)系：礦質(zhì)離子的吸收與水分吸收是兩個相對獨立的過程 。是這兩個過程的原理不同，水分的吸收主要是滲透作用，不消耗ATP；礦質(zhì)離子的吸收則必須通過主動運輸，需要消耗ATP。第9頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四 水與光合作用水是光合作用的原料，也是光合作用的產(chǎn)物。水是進行光合作用的介質(zhì)，整個光合作用過程的完成都是在水中進行的。缺水

7、對光合作用的影響主要是葉肉細胞缺水后，氣孔關(guān)閉所致。氣孔關(guān)閉不僅水蒸氣不能擴散出去，外界的CO2也不能擴散進入葉肉細胞，葉肉細胞因缺CO2而不能進行光合作用。 水與呼吸作用聯(lián)系是：這兩個過程都發(fā)生在根尖的成熟區(qū)（根毛區(qū)）；礦質(zhì)離子必須溶解在水中才能被吸收；礦質(zhì)離子的吸收增加了細胞液的濃度，從而也促進了水分的吸收；水分的吸收能及時地將已吸收的礦質(zhì)離子運走，也在一定程度上促進了礦質(zhì)離子的吸收。 第10頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四但水分往往與氧氣的供應(yīng)是相矛盾的，如土壤中一定的含水量對種子的萌發(fā)和植物的正常生長是必需的，但含水量過多，會影響土壤的通氣，氧氣減少，植物細胞因

8、缺氧而進行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精毒害細胞而出現(xiàn)爛根、爛芽現(xiàn)象。 呼吸作用過程的完成是在細胞內(nèi)的水環(huán)境中進行的。水既是呼吸作用的原料，也是呼吸作用的產(chǎn)物。對種子而言，種子的呼吸作用會隨著種子含水量的增加而增強，對于葉肉細胞而言，缺水會導致呼吸作用的下降。 第11頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四 （2）動物體內(nèi)的水分代謝動物體內(nèi)的水分代謝包括水分的吸收。利用和排出。 水分的吸收 單細胞動物因為整個生物體只有一個細胞，所以可以直接從外界環(huán)境中吸收水分。吸收方式主要是滲透作用。多細胞動物體內(nèi)的細胞吸收水分必須通過內(nèi)環(huán)境才能完成。 以哺乳動物為例，必須通過消化道的上皮細胞將消化道中的

9、水分吸收到血液中，再通過血液循環(huán)運輸?shù)礁鹘M織細胞。消化道上皮細胞吸收水分的方式是滲透作用，即隨著葡萄糖、氨基酸、Na+等的吸收，小腸絨毛上皮細胞中的濃度升高，小腸內(nèi)液體的濃度下降，水分就通過滲透作用進入小腸絨毛上皮細胞， 第12頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四這種病是腎臟中的腎小球發(fā)生病變，腎小球毛細血管通透性增加，血漿中的蛋白質(zhì)進人腎小管后隨尿液排出體外而降低了血漿中蛋白質(zhì)的濃度所至；因炎癥等原因?qū)е戮植拷M織內(nèi)的毛細血管通透性增加，血漿中的蛋白質(zhì)滲出毛細血管進入組織液，結(jié)果增加了組織液中蛋白質(zhì)的濃度而降低了血漿中蛋白質(zhì)的濃度所至。 從以上分析可知，血漿中的水分來源是：

10、主要是通過消化道吸收來的；其次是組織液的回滲；當然還有第三條途徑淋巴回流。組織細胞中的水分來源主要是組織液。 第13頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四多細胞動物體內(nèi)細胞的水分代謝主要是在組織細胞與毛細胞血管之間進行，中間要通過組織液。毛細血管壁對血液中的水分子、無機離子、葡萄糖、氨基酸等小分子物質(zhì)是全透性的，即這些物質(zhì)基本不影響血漿和組織液的滲透壓。血漿中的蛋白質(zhì)在正常情況下是不能通過毛細血管壁的，血漿與組織液之間的滲透壓差主要取決于血漿與組織液之間的蛋白質(zhì)分子的濃度差，如因某種原因?qū)е卵獫{中的蛋白質(zhì)含量減少或組織波中的蛋白質(zhì)含量增加，就會相應(yīng)地造成血漿的滲透壓降低，組織

11、液的滲透壓增加，這時組織液增加，就會出現(xiàn)組織水腫的現(xiàn)象。急性腎小球腎炎第14頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四水分的利用水分進入組織細胞后除為新陳代謝提供水環(huán)境外，還參與各種代謝活動，如呼吸作用、糖類和蛋白質(zhì)的不解與合成等。水分的排出在淡水中生活的單細胞動物，由于其體內(nèi)的滲透壓高于外環(huán)境，外界的水分會不斷地滲入細胞內(nèi)，但不能通過滲透作用排出水分。這類單細胞動物體內(nèi)有一個特殊的結(jié)構(gòu)伸縮泡。但通過伸縮泡排出水分是逆水分子的濃度梯度進行的，所以是一個耗能的過程，如用呼吸作用抑制劑處理變形蟲，就會發(fā)現(xiàn)變形蟲的身體膨脹甚至會破裂。在高等的多細胞動物體內(nèi)，細胞內(nèi)的水分不能直接排到外環(huán)

12、境中，必須通過內(nèi)環(huán)境進行。內(nèi)環(huán)境中的水分排出體外的途徑主要有3條： 第15頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四一是通過呼吸系統(tǒng)，即肺在呼氣的過程中，排出一部分水分；二是通過皮膚，即通過皮膚的汗腺分泌汗液排出體內(nèi)多余的水分；三是通過腎臟分泌尿液排出水分，這是體內(nèi)水分排出體外的最主要途徑 。此外消化腺分泌消化液也是排出內(nèi)環(huán)境中水分的一條途徑 二、化學元素與生命活動 1組成生命有機體的化學元素組成生命有機體的基本元素主要有4種：C、H、O、N。在組成生命的元素中，根據(jù)其含量的多少分為大量元素和微量元素。大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，其中C、H、O、N、P、S

13、占95；微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Cl、Mo等。 2化學元素的基本功能第16頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四歸納起來化學元素的基本功能是：是組成原生質(zhì)的成分，如 C、H、O、N、P、S等，約占原生質(zhì)總量的95以上；是多種化合物的組成成分，如蛋白質(zhì)、糖類、核酸、脂肪等；也有一些元素能影響生物體的生命活動。 C、H、O 3種元素是構(gòu)成生命有機物的基本元素，任何一種有機物中都含有這3種元素，如糖類一般只有這3種元素組織，通式是(CH2O)n P是構(gòu)成核酸和ATP的必需元素，是組成細胞質(zhì)和細胞核的主要成分。對植物而言，P主要是以HPO42-和H2PO4-的形式被植物

14、根吸收。植物體內(nèi)缺 P，會影響到DNA的復(fù)制和RNA的轉(zhuǎn)錄 。從而影響到植物的生長發(fā)育。P還參與植物光合作用和呼吸作用中的能量傳遞過程 第17頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四N是構(gòu)成蛋白質(zhì)和核酸的必需元素，是生命活動的核心元素之一。N主要是以銨態(tài)氮(NH4+)和硝態(tài)氮(NO2-、NO3-)的形式被植物吸收的。N是葉綠素的成分，沒有N植物就不能合成葉綠素，也就不能進行光合作用。土壤中的N都是以各種離子的形式存在的 。N是一種容易造成水域生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化的一種化學元素，在水域生態(tài)系統(tǒng)中，過多的N與P配合會造成富營養(yǎng)化，在淡水生態(tài)系統(tǒng)中的富營養(yǎng)化稱為“水華”，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中

15、的富營養(yǎng)化稱為“赤潮”。對動物而言，只能利用有機態(tài)的N。最常利用的形式是氨基酸。 Mg在植物體內(nèi)一部分形成有機化合物，另一部分以離子狀態(tài)存在。Mg是葉綠素的組成元素之一，沒有Mg就不能合成葉綠素，植物也就不能進行光合作用。以離子狀態(tài)存在的Mg是許多重要的酶的活化劑。 第18頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四B能促進花粉的萌發(fā)和花粉管的生長，因此B與植物的生殖過程有密切的關(guān)系。缺B常導致植物“花而不實”。 3植物的礦質(zhì)代謝礦質(zhì)元素是除C、H、O外， 植物通過根系從土壤中吸收的元素，關(guān)于植物必須元素的確定是通過水塔法的實驗得到確認的。其實驗設(shè)計是，用缺少某種元素的不完全營養(yǎng)液

16、培養(yǎng)植物，觀察它是否能完成整個生命周期，如在生長發(fā)育過程中出現(xiàn)病癥而不能完成整個生命周期，但添加這種元素后就能恢復(fù)正常并能完成整個生命周期，則這種元素就可確定為是植物的必需元素。第19頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四 植物的礦質(zhì)代謝過程包括礦質(zhì)元素的吸收、運輸和利用。 植物對礦質(zhì)元素的吸收是一個主動運輸?shù)倪^程，需要消耗能量還需要載體。載體具有專一性，故礦質(zhì)離子的吸收具有選擇性。植物吸收礦質(zhì)離子的速度與溶液中該離子的濃度是不成比例的。 礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的作用可以歸納為兩點；一是構(gòu)成植物體的成分；二是對植物的生命活動具有調(diào)節(jié)作用。 第20頁，共35頁，2022年，5月20

17、日，3點30分，星期四溶液中離子的濃度在一定的范圍內(nèi)，植物吸收礦質(zhì)離子的速度會隨溶液中離子濃度的增加而加快，但超過一定濃度后，吸收的速度就不再隨離子濃度的增而增加了，其主要原因是根細胞膜上運輸該離子的載體飽和所致。 載體飽和點第21頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四 植物吸收礦質(zhì)元素的過程與呼吸作用有關(guān)密切的關(guān)系，呼吸作用（有氧呼吸）為主動運輸提供能量。所以凡是影響到植物根系呼吸作用的因素都會影響到植物根系對礦質(zhì)元素的吸收，如溫度、氧氣、CO2、水等中耕松土可以提高肥效就是一例。 植物對礦質(zhì)元素離子的運輸有兩種方式：縱向運輸（長途運輸），是指在導管中隨水分從根部運輸?shù)角o、

18、葉中的運輸，是蒸騰作用，這個過程不消耗ATP；橫向運輸（短途運輸）是指在一個細胞到另一個細胞之間運輸?shù)V質(zhì)元素離子的過程，是一個主動運輸?shù)倪^程，是要消耗ATP的。在一般情況下植物對礦質(zhì)元素離子的運輸是在導管中的長途運輸。 第22頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四礦質(zhì)元素離子在植物體內(nèi)能否重復(fù)利用，取決于其存在狀態(tài)。以離子狀態(tài)（如K+）和易溶的、不穩(wěn)定的化含物狀態(tài)可以被植物體重復(fù)利用的；以難溶的、穩(wěn)定的化含物狀態(tài)（如Ca2+、Mg2+）存在的礦質(zhì)元素離子是不可以被重復(fù)利用的。 4生物固氮 （1）固氮微生物的種類自然界中固氮微生物有兩類：共生固氮微生物和自生固氮微生物。共生固氮

19、微生物是指與一些綠色植物互利共生的固氮微生物，如根瘤菌等。根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮問題的絕大部分。第23頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四自生固氮微生物是指在土壤中能夠獨立進行固氮的微生物，其中，多數(shù)是一類稱為處生固氮菌的細菌。自生固氮微生物的固氮過程對植物沒有依存關(guān)系。 （1）根瘤菌與豆科植物的共生關(guān)系根瘤菌性中的每一種細菌都與某幾種豆科植物專一性地對應(yīng)，每種根瘤菌只和與其有專一性對應(yīng)的幾種豆科植物建立共生關(guān)系形成根瘤，不與其他種類的植物共生形成根瘤。原因是豆科植物的根毛能夠分泌一類特殊的蛋白質(zhì)，根瘤菌細胞的表面存在著多糖物質(zhì)，只有同族豆科植物根毛分泌的蛋白質(zhì)與

20、同族根瘤菌表面的多糖物質(zhì)才能產(chǎn)生特異性的結(jié)合。第24頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四根瘤菌與豆科植物共生過程中，建立了互利的關(guān)系，豆科植物為根瘤菌提供碳水化合物和能量，根瘤菌為豆科植物提供化合態(tài)的氮（NH3）。 （2）固氮的原理 生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程。完成生物固氮必須在固氮酶的參與下才能完成。 N26H+nMg一ATP6e-2NH3nMg一ADPnPi 第25頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四固氮酶是由兩種蛋白質(zhì)組成的：一種含有鐵，叫做鐵蛋白，另一種含鐵和鉬，稱為鉬鐵蛋白。只有鉬鐵蛋白和鐵蛋白同時上，固氮酶才具有固氮的作

21、用。 （4）自然界中氮的循環(huán) 構(gòu)成氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)是：生物體內(nèi)有機氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。 生物體內(nèi)有機氮的合成是指：植物吸收土壤中的氨鹽和硝酸鹽，進而將這些無機氮同化成植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)等有機氮，動物直接或間接以植物為食物，將植物體內(nèi)的有機氮同化成動物體中的有機氮，這一過程稱為生物體內(nèi)有機氮的合成。 第26頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四氨化作用是指：動植物的遺體、排出物和殘落物中的有機氮被微生物分解后形成氨的過程。硝化作用是指：在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細菌的作用下最終氧化成硝酸鹽的過程。 反硝化作用是指：在氧氣不足的條件下，土

22、壤中的硝酸鹽被反硝化細菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并且進一步還原成分子態(tài)氮，分子態(tài)氮則返回到大氣中。第27頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四大氣中的分子態(tài)氮被還原成氨，這一過程叫做固氮作用。沒有固氮作用，大氣中的分子態(tài)氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途徑有三種：生物固氮、工業(yè)固氮（高溫、高壓和化學催化的方法將氮轉(zhuǎn)化成氨）和高能固氮（如閃電等高空瞬間放電所產(chǎn)生的高能，可以使空氣中的氮與水中的氫結(jié)合，形成氨和硝酸，氨和硝酸則由雨水帶到地面）。據(jù)科學家估算，每年生物固氮的總量占地球上固氮總量的90左右，可見生物固氮在地球的氮循環(huán)中具有十分重要的作用。第28頁，共35頁

23、，2022年，5月20日，3點30分，星期四(5）生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 固定氮素肥料，減少化肥使用量，既節(jié)約了能源，又保護了環(huán)境。對豆科作物進行根瘤菌拌種，提高產(chǎn)量。用豆科植物做綠肥，提高土壤肥力和有機質(zhì)，發(fā)育土壤結(jié)構(gòu)，改良土壤通氣性和保水性。 使用自生固氮菌菌劑提供農(nóng)作物氮素營養(yǎng)和促進農(nóng)作物生長。 (6)固氮酶及其基因與現(xiàn)代生物技術(shù)人們曾經(jīng)希望從固氮微生物中得到所有固氮所需的基因，然后將其轉(zhuǎn)人到非固氮生物中，使非固氮生物具有固氮功能， 第29頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四 5動物體內(nèi)的無機鹽的代謝 (1)無機鹽的吸收無機鹽都是以離子的形式被動物體吸收的。單細胞動物可以直接從外界環(huán)境中吸收無機鹽的離子，吸收的方式以主動運輸為主；高等的多細胞動物只有通過內(nèi)環(huán)境才能從外界環(huán)境中吸收無機鹽的離子。也是主動運輸 (2）鹽的功能無機鹽在動物體內(nèi)的作用可以歸納為兩點：一是動物體的結(jié)構(gòu)成分；二是對動物體的生命活動具有調(diào)節(jié)作用。如：N是蛋白質(zhì)的組織成分，參與細胞和生物體的結(jié)構(gòu)。酶是蛋白質(zhì)，某些激素也是蛋白質(zhì)，這些物質(zhì)對生命活動具有調(diào)節(jié)作用，所以N也參與了生命活動的調(diào)節(jié)。第30頁，共35頁，2022年，5月20日，3點30分，星期四Fe在哺乳動物體內(nèi)是血紅蛋白的一種成分，沒有Fe就不能合成血紅蛋