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動(dòng)植物生命活動(dòng)所需的能量，絕大部分由線粒體提供，而一般情況下，這些能量都直接或間接地來(lái)自葉綠體所固定的太陽(yáng)能，因此，線粒體和葉綠體是真核生物細(xì)胞中兩種非常重要的細(xì)胞器，是高考的重點(diǎn)內(nèi)容。又因?yàn)槎咴诮Y(jié)構(gòu)與功能上存在著異同和聯(lián)系，因此，又是難點(diǎn)。2011年重慶卷的第1題和廣東卷的第1題中均有體現(xiàn)。下面我們就從“線粒體和葉綠體結(jié)構(gòu)與功能異同的比較”和“線粒體和葉綠體在功能上的聯(lián)系”兩個(gè)角度進(jìn)行深入分析：
一、線粒體和葉綠體結(jié)構(gòu)與功能異同的比較
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比較項(xiàng)目 |
線粒體 |
葉綠體 |
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不
同
點(diǎn) |
結(jié)
構(gòu)
的
差
異 |
分布 |
動(dòng)植物細(xì)胞 |
部分植物細(xì)胞 |
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亞顯微結(jié)構(gòu)
示意圖 |
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內(nèi)膜 |
向內(nèi)折疊形成嵴 |
平滑，不折疊 |
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酶 |
參與有氧呼吸過(guò)程第二、三階段 |
參與光合作用 |
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分布于內(nèi)膜、基質(zhì)中 |
分布于基粒、基質(zhì)中 |
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光合色素 |
無(wú) |
分布于囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上 |
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功能的差異 |
有氧呼吸的主要場(chǎng)所 |
光合作用的場(chǎng)所 |
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分解有機(jī)物，釋放能量 |
合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量 |
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相
同
點(diǎn) |
①都具有雙層膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)含基質(zhì)，基質(zhì)中都含有酶和化合物等物質(zhì)；
②基質(zhì)中都含有DNA，都能進(jìn)行DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等過(guò)程；
③都屬于半自主細(xì)胞器，能進(jìn)行自我復(fù)制；
④都能合成ATP（故又稱為“能量轉(zhuǎn)換器”)，反應(yīng)過(guò)程中都有水的消耗和生成 |
要充分、準(zhǔn)確地把握上述兩種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能，還必須注意以下幾點(diǎn)：
①增大膜面積的方式不同：線粒體是通過(guò)內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴來(lái)增大膜面積的，這是線粒體最富有標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)；葉綠體是通過(guò)類囊體堆疊成基粒來(lái)增大膜面積的。
②不是所有的真核細(xì)胞中都含有線粒體，如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞、蛔蟲的體細(xì)胞；也不是所有的植物細(xì)胞中都含有葉綠體，如小麥、洋蔥等植物的根細(xì)胞，莖的木質(zhì)部細(xì)胞等。
③雖然二者都含有基質(zhì)，但由于基質(zhì)中酶和化合物的種類等不同，導(dǎo)致功能上存在差異。
④線粒體基因組和葉綠體基因組都存在于細(xì)胞質(zhì)中，在有性繁殖過(guò)程中，精子內(nèi)除細(xì)胞核外，沒(méi)有或極少有細(xì)胞質(zhì)，所以卵細(xì)胞不僅為子代提供核基因，也為子代提供全部或絕大部分細(xì)胞質(zhì)基因。
⑤線粒體基因組、葉綠體基因組為非染色體遺傳的一套單獨(dú)的遺傳體系。線粒體基因組和葉綠體基因組在遺傳上有相對(duì)的自主性或半自主性，但它們與核基因組間又存在著十分協(xié)調(diào)的配合和有效的合作，與核基因組相互依存，因此二者又被稱為“半自主性細(xì)胞器”。
【典例】線粒體和葉綠體都是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的細(xì)胞器。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是
A．兩者都能產(chǎn)生ATP，但最初的能量來(lái)源不同
B．需氧型生物的細(xì)胞均有線粒體，植物細(xì)胞都有葉綠體
C．兩者都含有磷脂、DNA和多種酶，葉綠體中還含有色素
D．兩者都有內(nèi)膜和外膜，葉綠體中一般還有基粒
【解析】在線粒體中進(jìn)行的是有氧呼吸的第二階段（丙酮酸的分解）和第三階段（還原氫與氧的結(jié)合），都有ATP的產(chǎn)生，葉綠體中的光反應(yīng)階段也有ATP的產(chǎn)生，但是二者的最初能量來(lái)源不同：線粒體中最初的能量來(lái)源于有機(jī)物的氧化分解，葉綠體中最初的能量來(lái)源于光能。二者都是具有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，因此都含有磷脂；都含DNA和多種酶；葉綠體類囊體薄膜上還含有與光合作用有關(guān)的色素。二者都是具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，葉綠體中一般還含有類囊體堆疊而成的基粒。線粒體僅存在于真核細(xì)胞中，因此，需氧型原核生物的細(xì)胞中均沒(méi)有線粒體；植物的根細(xì)胞和莖中的部分細(xì)胞都不含葉綠體。答案：B
二、線粒體和葉綠體在功能上的聯(lián)系
1.用同位素示蹤法追蹤氧原子和碳原子在植物葉肉細(xì)胞中的蹤跡，是學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)。用圖示的方法將線粒體和葉綠體及其中進(jìn)行的生理過(guò)程結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，可以使解答這類問(wèn)題的思路清晰化。
2.在較強(qiáng)的光照條件下，分別給綠色植物提供下列物質(zhì)，放射性元素出現(xiàn)的情況總結(jié)如下：
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提供的標(biāo)記物 |
最先出現(xiàn)在放射性的物質(zhì) |
最終出現(xiàn)放射性的物質(zhì) |
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18O2 |
水（①途徑） |
①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有機(jī)物→③→丙酮酸 |
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H218O |
氧氣（④途徑）
水（蒸騰作用） |
④→氧氣→⑦→①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有機(jī)物→③→丙酮酸 |
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C18O2 |
三碳化合物（⑤途徑） |
㈠ ⑤→三碳化合物→葡萄糖等有機(jī)物→③→丙酮酸；㈡ ⑤→水→⑥→④→氧氣 |
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14CO2 |
三碳化合物（⑤途徑） |
⑤→三碳化合物→葡萄糖等有機(jī)物→③→丙酮酸 |
3.對(duì)18O的示蹤分析要特別注意兩點(diǎn)：①要注意題目中的要求，如果分析“首先出現(xiàn)在”“短時(shí)間出現(xiàn)在”，一般是要求我們分析第一步反應(yīng)，不必沿箭頭所指路線過(guò)多分析；如果是分析“在哪些物質(zhì)中出現(xiàn)”，則需要我們沿箭頭所指路線將所有可能出現(xiàn)的情況分析出來(lái)。②水既是光合作用、呼吸作用的底物，又是二者的產(chǎn)物，所以，對(duì)于綜合性很強(qiáng)的試題，還需要我們將上述兩個(gè)圖結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析。特別要注意細(xì)胞器內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)移（②和⑥過(guò)程），還要注意兩種細(xì)胞器之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移（⑦和⑧過(guò)程）。
【典例】 將一組小麥培養(yǎng)于含C18O2的空氣中，將另一組小麥培養(yǎng)于含18O2的空氣中，正常生長(zhǎng)一段時(shí)間，兩組最先出現(xiàn)含放射性氧的化合物依次是
A.葡萄糖和二氧化碳 B.C3和水
C.C5和水 D.C3和丙酮酸
【解析】 C18O2首先與C5結(jié)合，形成C3；而18O2首先與［H］結(jié)合生成水，所以兩組的放射性分別最先出現(xiàn)于C3和水中。答案：B
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