高中生物学中有关能量的知识

秦四哥

生物体进行各项生命活动都需要能量的参与，能量是生命活动的动力，物质是能量的载体，物质的合成和分解伴随着能量的储存和释放。在高中生物学教材中有多处涉及到能量知识，本文从分子水平、细胞水平、个体水平、生态系统水平四个层次总结了与能量有关的问题。

1分子水平的能源物质

生物体内的各种有机物都可作为能源物质，但在能量代谢过程中所起的作用又有所不同。按作用不同可分为能源物质、直接能源物质、主要能源物质、储能物质、高能化合物等。虽然糖类、脂类、蛋白质都可以作为能源物质，但供能先后顺序却不同，它们在动物体内供能的先后顺序是糖类→脂肪→蛋白质。

1.1直接能源

生物体内的直接能源是ATP，ATP水解时释放的能量直接用于各项生命活动。而其他形式的能源物质中所贮存的能量都必须转移到ATP中才能用于各项生命活动。ATP与ADP之间的转化实现能量的释放和储存，植物生成ATP的途径有光合作用和呼吸作用，而动物生成ATP的途径只有呼吸作用。

1.2主要能源

糖类、脂肪和蛋白质等有机物中都含有大量的能量，这些有机物氧化分解后释放的能量转移到ATP中，用于各项生命活动。但是，生命活动所利用的能量约70%是由糖类提供的。所以，糖类是生命活动的主要能源物质。

1.3储备能源

在生物体内长期贮存能量的物质是脂肪。脂肪贮存能源的效率最高，lg脂肪所贮存的能量是蛋白质和糖类的2倍多，所以在进化过程中，生物体选择脂肪作为长期贮存能量的物质。

1.4辅助能源

在生物体内的高能磷酸化合物中除了ATP外，还有磷酸肌酸。但是磷酸肌酸中贮存的能量并不能直接用于各项生命活动，必须转移到ATP中后才能被生命活动利用。反应方程式为：ADP+磷酸→ATP+肌酸，这个反应进行的速度很快，特别是当生物体内储存的ATP被大量消耗时，磷酸肌酸中的高能磷酸键转移到ATP中的速度比有机物氧化分解释放的能量转移到ATP的速度要快得多，能及时满足生理需要，但由磷酸肌酸转化生成的ATP的量不能满足长时间供能，随着磷酸肌酸的消耗，生物体内有机物（主要是糖类）氧化分解供能系统己逐渐启动，后续的ATP消耗主要由呼吸作用提供，因此，磷酸肌酸被称为辅助能源。

2细胞水平的能量变化

生物光合作用和呼吸作用过程中蕴含着细胞水平的能量变化，两者构成了能量代谢的细胞学基础。绿色植物叶肉细胞进行光合作用将无机物合成有机物，同吋储存能量；生物细胞呼吸分解有机物，同时释放能量供给各项生命活动的需要。

2.1光合作用

光合作用在植物叶肉细胞的叶绿体中进行，分为光反应和暗反应两个阶段。光反应是把光能转换成电能，再把电能转变成活跃的化学能储存在ATP中；暗反应是利用光反应产生的ATP和NADH把CO2合成糖类等有机物，同时把ATP和NADPH中活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。

2.2细胞呼吸

生物体的生命活动都需要消耗能量，这些能量来自生物体内的糖类、脂质和蛋白质等有机物的氧化分解。细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。有氧呼吸主要在细胞的线粒体中进行，1mol葡萄糖彻底氧化分解共释放2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量都以热能的形式散失了；无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸要少得多，例如，lmol萄糖在分解成乳酸以后，共释放出196.65kJ的能量，其中有61.08kJ的能量储存在ATP中，其余的能量以热能的形式散失了。

2.3呼吸作用与光合作用的联系

呼吸作用是生物新陈代谢过程中一项最基本的生命活动，它是为生命活动的各项具体过程提供能量（ATP）。呼吸作用在一切生命活动过程中是一刻都不能停止的，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。呼吸作用和光合作用表面看起来是2个相反的过程，但这是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。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1）。

                              

3个体水平的能量代谢

能量代谢是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。植物体能通过光合作用把太阳光能转变成化学能储存在合成的糖类等有机物中；人和动物将外界环境中形成的有机物作为能量和碳的来源，把这些有机物摄入体内，转变成自身的组成物质，并且储存能量。

3.1生物体内的能量代谢和物质代谢相伴相随

有机物的合成伴随着能量的储存，有机物的氧化分解伴随着能量的释放。所释放的能量，一部分以热能形式散失；另一部分用于形成ATP。形成ATP的过程，也是能量转移的过程。ATP的水解是释放能量的过程，同时也是能量利用的过程。

3.2生物体内不同能量形式可以进行转化

例如，在肌细胞和处于分裂期的细胞中，化学能可转化为机械能；在神经细胞、味觉及嗅觉感受器等处，化学能可转变为生物电能；在肾、小肠内与吸收相关的细胞中，化学能可转化为渗透势能；而在荧火虫发光器内，化学能可转化为光能。

3.3体温调节与能量代谢关系密切

人的体温恒定是机体产热与散热保持动态平衡的结果，在寒冷环境中增加疗热的途径：立毛肌收缩x骨骼肌战栗h肾上腺素分泌增加，增加产热量；皮肤毛细血管收缩减少散热。在炎热环境中，通过皮肤毛细血管舒张，汗腺分泌汗液增加，来增加散热。体温调节不但通过神经调节而实现（皮肤等处的感受器→传入神经→下丘脑中枢→传出神经→皮肤血管及汗腺等效应器），而且还涉及到激素调节（肾上腺素、甲状腺激素等）。

4系统水平的能量流动

能量流动是生态系统的重要功能之一，是维持生态系统存在和发展的动力，它与生态系统的物质循环紧密联系。

4.1能量流动的起点是生产者通过光合作用所固定的太阳能

流入生态系统的总能量就是生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量，能量流动的渠道是食物链和食物网，能量的变化情况是：太阳光能→生物体中的化学能→热能。因此，热能是能量流动的最终归宿。

4.2流入下一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的能量

如羊吃草，不能说草中的能量都流入了羊体内，流入羊体内的能量应是指草被羊消化吸收后转变成羊自身组成物质中所含的能量，而未被消化吸收的食物残渣的能量则未进入羊体内，不能算流入羊体内的能量。一个营养级的生物所同化的能量一般用于4个方面：一是呼吸消耗，其中包括用于生长、发育、繁殖等各项自身生命活动；二是流入下一个营养级的生物体内；三是死亡的遗体、残落物、排泄物等被分解者分解；四是暂时未被利用，形成地层中的化石燃料。

4.3能量流动的特点和能量传递的效率

能量流动的特点是单向流动和逐级递减。单向流动是指生态系统的能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，一般不能逆向流动，这是由于动物之间的捕食关系确定的。如狼捕食羊，但羊不能捕食狼；逐级递减是指输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流人后一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的，能量在沿食物链传递的平均效率为10%~20%。从能量金字塔可以分析出：某一生态系统中的营养级越多，在能量流动过程中损耗的能量就越多，营养级越高，生物所获得的能量就越少。在食物链中，营养级一般不超过5个，这是由能量流动规律决定的。

4.4研究能量流动的意义

在于帮助人类合理调整能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益部分。在农业生态系统中，根据能量流动规律建立的人工生态系统，就是在不破坏生态系统的前提下，使能量更多地流向对人类有益的部分。

——谭家学.高中生物学中有关能量的知识.生物学教学.2010年第12期

甘雨波

缺了一个图：）

过期的vc

为毛当时我没赶上买元老，现在要苦逼的回帖

jia800661

谢谢四哥