生物学中的计算
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生物学中的计算【知识联系框架】⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧的计算物质循环和能量流动中生态学中有关食物链、细胞分裂中的计算详见专题八遗传概率的计算制蛋白质合成中的计算核酸、蛋白质及基因控的计算光合作用和呼吸作用中生物学中的计算)(【重点知识联系与剖析】一、光合作用和呼吸作用中的计算有关光合作用和呼吸作用的计算，主要是利用光合作用和呼吸作用的反应方程式，根据原料与产物之间的关系进行简单的化学计算，这类题目的难度不大。
如果将光合作用和呼吸作用结合起来设计计算题，题目的难度就大大增加了。
正确理解净光合作用、总光合作用和呼吸消耗之间的关系是解题的关键，详见专题五。
在关于呼吸作用的计算中，在氧气充足的条件下，完全进行有氧呼吸，在绝对无氧的条件下，只能进行无氧呼吸。
设计在这两种极端条件下进行的有关呼吸作用的计算，是比较简单的。
但如果在低氧条件下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，设计的计算题就复杂多了，解题时必须在呼吸作用释放出的CO 2中，根据题意确定有多少是无氧呼吸释放的，有多少是有氧呼吸释放的。
如本专题例题1。
呼吸作用的底物一般是葡萄糖，以葡萄糖作为底物进行有氧呼吸时，吸收的O 2和释放的CO 2的量是相等的，但如以其他有机物作为呼吸底物时，吸收的O 2和释放的CO 2就不一定相等了，在计算时一定要写出正确反应方程式，并且要正确配平后才进行相关的计算。
二、核酸、蛋白质及基因控制蛋白质合成中的计算1．核酸核酸有两种：DNA 和RNA 。
有关核酸中的计算主要是碱基比例的计算和DNA 复制过程中新旧链比例关系的计算。
设计题目的理论根据是碱基互补配对原则和DNA 的半保留复制。
DNA 是双螺旋结构，两条链之间的碱基是按照碱基互补配对原则相互配对的，所以计算双链DNA 分子中的碱基比例时，必须严格按照碱基互补配对原则进行计算。
在双链DNA 分子及转录成RNA 分子中，各种碱基及其它们之间的比例关系见表13－1。
表 13-1 双链DNA 分子及转录成RNA 分子中碱基比例的各种关系理解和掌握表13-1中的内容对正确解答碱基比例计算这类题目是必须的。
DNA 复制过程中新旧链的比例计算题是根据DNA 分子半留复制的特点进行设计的。
即一个新的DNA 分子中总有一条链是旧的（即亲代DNA 分子的），另一条链是新的（即以旧链为模板合成的）。
一个DNA 分子连续复制n 次后，第一代DNA 分子的两条链彼此分开后一直保留下去，即在所有的子代DNA 分子中，总有两个DNA 分子中各含一条第一代DNA 分子中的一条链。
如果第一代DNA 分子用15N 标记，则复制n 次后，含有15N 标记的DNA 分子占所有子代DNA 分子的比例为121n 。
理解了这个算式后，对解这类题目就不难了。
2．蛋白质有关蛋白质中的计算，主要有两个方面：肽链中氨基酸数目、肽链数目和肽链数目之间的关系和氨基酸的平均分子量与蛋白质的分子量之间的关系。
详见专题二和本专题例题3和4。
3．基因控制蛋白质的生物合成基因控制蛋白质生物合成中的计算主要是根据中心法则和mRNA 上3个碱基决定一个氨基酸的原则来设计题目和进行相关的计算。
假定蛋白质中有n 个氨基酸，则基因中的碱基数目、mRNA 中的碱基数目和蛋白质中氨基酸数目之间的关系见表13-2。
也可以与蛋白质中的相关计算联系起来命题。
表 13-2三、遗传概率的计算正确理解基因分离规律的各种比例关系，是正确解答遗传概率计算题的关键。
详见专题八。
四、细胞分裂中的计算有丝分裂和减数分裂过程中，各时期染色体数量变化和DNA 含量的变化规律是设计细胞分裂中相关计算题的基础，理解和掌握其变化规律是正确解答这类计算题的关键。
表13-3是有丝分裂过程中各时期染色体数目和DNA 含量的数量关系。
表13-4是减数分裂过程中各时期染色体数目和DNA 含量的变化关系。
五、生态学中有关食物链、物质循环和能量流动中的计算设计生态学中计算题的理论基础是能量沿食物传递的效率，即10％～20％的平均传递效率是相关计算题运用的基本数据。
对10％～20%的平均传递效率的正确理解，是一个营养级中的能量只有10％～20％的能量被下一个营养级所同化，其余的80％～90％的能量流向包括两个部分：该营养级生物本身的呼吸消耗和该营养级生物的排泄物、残落物和死亡后的尸体被分解者利用。
在设计这种类型的题目还可以与光合作用和呼吸作用中的相关计算结合起来综合命题。
如本专题的例题8和例题9。
【经典例题解析】例题1图13-1表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。
请据图回答：图13-1(1)外界氧浓度在10％以下时，该器官的呼吸作用方式是___________________。
(2)该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是_________，进行此种呼吸方式所用的底物是_________。
(3)当外氧浓度为4％～5％时，该器官CO2释放量的相对值为0．6，而O2吸收量的相对值为0．4。
此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的________倍，释放的能量约相当于有氧呼吸的______倍，转移到ATP的能量约相当于有氧呼吸的_______倍。
解析根据图13-1所示曲线，在氧浓度大于10％时，O2的吸收量与CO2的释放量相等，说明该非绿色组织此时进行的是有氧呼吸，呼吸底物主要是葡萄糖。
在氧浓度小于10％时，CO2的释放量大于氧气的吸收量，说明有一部分CO2是通过无氧呼吸释放出来的，所以在氧浓度小于10％时就是无氧呼吸和有氧呼吸并存。
第(3)小题的计算方法是：在外界氧浓度为4％～5％时，O2的吸收量相对值为0.4，则通过有氧呼吸释放的CO2的相对值也应为0.4，有氧呼吸分解1mol葡萄糖释放6molCO2，所以通过有氧呼吸消耗葡萄糖的相对值应为0.4／6。
无氧呼吸释放的CO2的相对值为0.6-0.4＝0.2，按题意该非绿色组织无氧呼吸产物是酒精和CO2，分解1mol葡萄糖释放2molCO2，所以通过无氧呼吸消耗的葡萄糖的相对值为0.2／2。
由此可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖约相当于有氧呼吸的倍数是：(0．2／2)／(0.4／6)＝1．5。
释放的能量无氧呼吸约相当于有氧呼吸的倍数是：[（0．2／2）×196．65]÷[（0．4／6）×2870]＝0．1027。
无氧呼吸转移到ATP中的能量约相当于有氧呼吸的倍数是：[（0．2／2）×61．08]÷[（0．4／6）×1255]=0．073。
答案 (1)有氧呼吸和无氧呼吸 (2)有氧呼吸葡萄糖 (3)1．5 0．1 0．07例题2有一位科学家做了这样一个实验，将10g叶肉细胞中的叶绿体和线粒体分离开来，在离体条件下分别测定其光合作用中CO2的吸收量和呼吸作用中CO2的释放量，图13-2A 曲线表示：分别在15℃和30℃条件下，测定叶绿体在不同光照和不同温度条件下每小时CO2的吸收量；图13-2B曲线表示：在不同温度条件下测得的线粒体呼吸作用每小时CO2的释放量。
请仔细分析后回答下列问题：图13-2(1)在温度为30℃，光照为8000勒克斯的条件下，离体叶绿体的光合作用强度为___________μg／h/10g；在温度为15℃，光照为8000勒克斯时，离体叶绿体的光合作用强度为__________μg/h/10g。
在光照强度相同，温度不同的的条件下，光合作用强度不同，是因为受光合作用的__________过程的限制。
(2)离体线粒体在温度为 15℃和30℃时的呼吸作用强度分别为_____μg／h/10g和_______μg／h/10g。
(3)假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在30℃条件下的叶肉细胞内既不吸收CO2也不释放CO2的光照强度为__________勒克斯，此时光合作用正好补偿呼吸作用的消耗，呼吸作用所释放出的CO2正好用于_______。
(4)假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在温度为30℃，光照强度为8000勒克斯时，光照10h，然后转入无光条件下，温度也为30℃时，10克叶肉组织一昼夜能积累葡萄糖_______μg。
如果黑暗条件下的温度平均为15℃，则10克叶肉组织积累葡萄糖_______μg。
(5)根据第(4)小题计算的结果，解释种在新疆吐鲁番的哈密瓜比种在江苏的品质要好的原因是_________________________________________________________________。
解析解这一类题目首先要读懂曲线，按题目的条件，由于上述数据是在叶绿体和线粒体离休的条件下测得的，光合作用和呼吸作用都是在独立的条件下进行。
这与对整体叶片或植株的测量不同，对整体植株测得的吸收CO2或释放出O2的数据反应的是净光合作用速率，而真正的（或总的）光合作用速率还应该加上这段时间中的呼吸消耗。
本题目所设条件叶绿体与线粒体已分离，在测定叶绿体的光合作用时不存在呼吸作用的影响。
所以光合作用和呼吸作用速率（或强度）只要直接读取曲线中的有关数据就可以了。
第(3)小题所设条件是叶肉细胞，内有叶绿体和线粒体，在光下既进行光合作用又进行呼吸作用，光合作用释放的O2有一部分被呼吸作用消耗掉，呼吸作用释放的CO2被光合作用吸收掉。
当光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度称为光补偿点。
在图B曲线中查出在30℃时每小时产生CO2量为1．5μg，在图B中查出在30℃时的每小时吸收CO21．5μg时的光照强度为1500勒克斯。
第(4)小题，先算出10g叶内组织在30℃、8000勒克斯光照条件下光合作用10h总共吸收 CO2的量为8μ×10=80μg，在此期间10g叶肉组织的呼吸作用消耗为1.5μg×10=15μg，由此计算出在此条件下10h的净光合作用为80μg-15μg＝65μg。
一昼夜余下的14h是在无光条件下，此时只进行呼吸作用而不进行光合作用，在30t条件下14h 的呼吸作用消耗为 1．5μg ×14=21μg 。
所以一昼夜积累有机物44618044⨯⨯=30(μg) ；在15℃条件下14h 的呼吸作用消耗为0.75μg ×14=11．5μg ，一昼夜积累有机物为4461805.53⨯⨯=36.5(μg)。
第5 小题主要是考虑光照和温度对光合作用和呼吸作用的影响。
答案 (1)8 4 暗反应 （2）0．75 1．5 (3)1500 光合作用 （4）30 36．5（5）①吐鲁番地区属于高纬度地区，日照时间比江苏长，光合作用时间长；②吐鲁番地区属于沙漠性气候，日夜温差大，有利有机物质的积累。
