專(zhuān)題一非生命物質(zhì)與生命活動(dòng)(已修改)
2025-06-19 13:49 本頁(yè)面
【正文】 專(zhuān)題一 非生命物質(zhì)與生命活動(dòng)●知識(shí)聯(lián)系框架 生命有機(jī)體內(nèi)水的存在形式與基本功能無(wú)機(jī)鹽的代謝 化學(xué)元素與生命活動(dòng)水分代謝水與生命活動(dòng) 水分的吸收、散失水與礦質(zhì)代謝植物體內(nèi)的水分代謝 水與光合作用水與呼吸作用非生命物質(zhì)動(dòng)物體內(nèi)的水分代謝組成生命有機(jī)體的化學(xué)元素化學(xué)元素的基本功能植物的礦質(zhì)代謝 動(dòng)物的無(wú)機(jī)鹽代謝生命的起源●重點(diǎn)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系與剖析一、水與生命活動(dòng)水在細(xì)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(xì)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(dòng)。結(jié)合水形成與極性大分子物質(zhì)對(duì)水的束縛力與水分子的自由能有關(guān)，以蛋白質(zhì)分子為例：蛋白質(zhì)是一種帶有極性的大分子有機(jī)物，水分子是帶有極性的小分子物質(zhì)。蛋白質(zhì)分子對(duì)水分子有很強(qiáng)的親和能力，即束縛力。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子對(duì)水分子的束縛力大于或等于水分子的自由能時(shí)，水分子就被束縛在蛋白質(zhì)分子的周?chē)?，不能自由流?dòng)，所以稱(chēng)為結(jié)合水。結(jié)合水實(shí)際是細(xì)胞的一種結(jié)構(gòu)成分，對(duì)維持生物大分子物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有著非常重要的作用。蛋白質(zhì)分子對(duì)水分子的束縛力與兩者之間的距離成反比關(guān)系，蛋白質(zhì)對(duì)水分子的束縛力小于水分子的自由能時(shí)，水分子就能自由流動(dòng)而成為自由水。結(jié)合水在細(xì)胞中的絕對(duì)含量與水分子獲得的自由能的大小有關(guān)，如溫度高，水分子獲得的自由能高，結(jié)合水的絕對(duì)含量就會(huì)高一些，反之就會(huì)低一些。如果細(xì)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)遭到破壞，代謝就不能正常進(jìn)行而導(dǎo)致死亡。自由水是指細(xì)胞內(nèi)能夠自由流動(dòng)的水，即水分子的自由96大于親水大分子有機(jī)物的束縛力的水。自由水是細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行各種生物化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，是細(xì)胞內(nèi)的溶劑和運(yùn)輸物質(zhì)的媒介。自由水在細(xì)胞內(nèi)的含量與生命活動(dòng)的旺盛程度呈正相關(guān)，生命活動(dòng)越旺盛，自由水的含量就越高。(1)植物體內(nèi)的水分代謝①植物的水分代謝包括水分的吸收、運(yùn)輸、利用和散失。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(lài)于細(xì)胞內(nèi)的親水性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等，蛋白質(zhì)的親水能力最強(qiáng)，所以蛋白質(zhì)含量高的細(xì)胞或組織，吸脹作用吸收水分的能力比淀粉含量高的要強(qiáng)，含脂肪較多的細(xì)胞或組織通過(guò)吸脹作用吸水的能力最弱。沒(méi)有大的液泡的植物細(xì)胞主要以吸脹作用方式吸收水分。滲透作用是具有液泡的成熟植物細(xì)胞的吸水方式，也是植物體吸水的主要方式。一個(gè)有液泡的成熟植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)，原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性是完成滲透吸水的關(guān)鍵。一個(gè)死的植物細(xì)胞，原生質(zhì)層已失去了選擇透過(guò)性，所以就不具備滲透吸水的能力，但還能通過(guò)吸脹作用吸水，典型的例子是死亡的干種子也能吸水。質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證植物細(xì)胞通過(guò)滲透方式吸水的最佳實(shí)例。成熟的植物細(xì)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(guò) 性和原生質(zhì)層的伸縮性比細(xì)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(xì)胞是葉肉細(xì)胞，最低的細(xì)胞是根毛區(qū)的細(xì)胞，因?yàn)橹挥羞@樣水分才能源源不斷地從根部經(jīng)莖運(yùn)輸?shù)饺~片中。植物的根毛區(qū)細(xì)胞能否從土壤中吸水主要取決于根毛區(qū)細(xì)胞細(xì)胞液的濃度與土壤溶液的濃度差，這個(gè)差數(shù)越大，越容易吸收，越小吸水越困難，如一次性施肥過(guò)多出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象等。土壤的溫度對(duì)根系吸收水分也有影響，溫度對(duì)根系吸收水分的影響在一定范圍內(nèi)是呈正相關(guān)的，即在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度升高，吸水加強(qiáng)；相反溫度降低，則吸水減弱。其原因是：低溫使水的黏滯性增加，擴(kuò)散減慢；原生質(zhì)在低溫下黏滯性增大，水分在原生質(zhì)中不易透過(guò)等。植物體內(nèi)運(yùn)輸水分的途徑主要是通過(guò)導(dǎo)管完成的。導(dǎo)管是一個(gè)死細(xì)胞，但根、莖、葉中的導(dǎo)管是連成一體的，即連成一個(gè)密閉的管道，當(dāng)葉肉細(xì)胞通過(guò)滲透作用從導(dǎo)管中吸取水分后，導(dǎo)管中的壓力就會(huì)降低，這時(shí)導(dǎo)管就會(huì)從根部的細(xì)胞中抽取水分，特別是從根毛區(qū)的細(xì)胞中抽取水分。蒸騰作用是植物吸收水分和運(yùn)輸水分的主要?jiǎng)恿?，植物蒸騰水分的途徑必須通過(guò)氣孔，而氣孔的開(kāi)閉是可以調(diào)節(jié)的。如葉片細(xì)胞中水分不足，氣孔就會(huì)關(guān)閉，蒸騰作用就會(huì)減弱，這對(duì)于避免水分的過(guò)度散失具有非常重要的意義。但氣孔的關(guān)閉會(huì)使大氣中的CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞發(fā)生困難，影響到光合作用的正常進(jìn)行。在移栽植物時(shí)，通常要去掉一部分枝葉，原因是，移栽時(shí)植物的根部受到大面積損傷，吸水能力大大降低，如果不去掉一部分枝葉，過(guò)強(qiáng)的蒸騰作用會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)嚴(yán)重失水而不能成活。陰生植物不能在強(qiáng)烈的太陽(yáng)光下正常生長(zhǎng)，主要原因是陰生植物的葉片抗蒸騰作用的能力較弱，在強(qiáng)光下蒸騰作用過(guò)于旺盛，水分過(guò)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。②水與礦質(zhì)代謝礦質(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(xì)胞吸收礦質(zhì)元素離子是通過(guò)交換吸附和主動(dòng)運(yùn)輸完成的，主要是通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸。吸收的過(guò)程與呼吸作用有密切的關(guān)系，呼吸作用為交換吸附提供H+和HCO3，為主動(dòng)運(yùn)輸提供能量(ATP)。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(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程?！跋鄬?duì)獨(dú)立”說(shuō)明它們之間既有區(qū)別，又有聯(lián)系。區(qū)別是這兩個(gè)過(guò)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(guò)主動(dòng)運(yùn)輸，需要消耗ATP。聯(lián)系是：這兩個(gè)過(guò)程
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