巧用問題串 拆解藍細菌

一、藍細菌是綠色植物嗎？

藍細菌不是綠色植物，而是一種細菌．屬于原核生物界，與植物界（植物）和動物界（動物）等真核生物有本質的區別．表1是藍細菌與植物之間的一些主要區別：

二、藍細菌是單細胞生物還是多細胞生物？

藍細菌是單細胞生物，但它們具有形成多細胞群體或絲狀體的能力．

1．單細胞形態：藍細菌可以獨立進行光合作用和呼吸作用等生命活動．

2．多細胞聚集體：藍細菌經常聚集成團或形成絲狀的鏈狀結構，可增加光合作用效率．

3．絲狀體：在某些情況下，藍細菌細胞可以形成長絲狀的集合體，稱為絲狀體，絲狀體中的細胞通過細胞間的連接保持在一起，并通過這些連接共享資源．

4．異形胞：在一些藍細菌的絲狀體中，存在特殊類型的細胞，稱為異形胞．異形胞是專門用于固氮的細胞，它們能夠將大氣中的氮氣轉化為植物可利用的形式．異形胞的形成是藍細菌適應環境的一種重要機制．

三、藍細菌沒有葉綠體，為什么能進行光合作用？

藍細菌沒有葉綠體，但含有光合作用所需色素和酶，所以能進行光合作用．

1．色素：除葉綠素外，藍細菌還含有其他色素，如藻藍素和藻紅素，有助于捕捉不同波長的光．

2．光合膜系統：藍細菌的細胞內部有一種特殊的膜系統，稱為類囊體，它們排列成層狀．這些類囊體含有光合作用所需的色素和酶．

3．光合作用酶：藍細菌擁有進行光合作用所需的酶，其中包括光系統Ⅰ（PSI）和光系統Ⅱ（PSII）．這些系統的作用是將光能轉化為化學能，用于合成有機物質．

4．電子傳遞鏈：藍細菌通過電子傳遞鏈來轉移電子．

5．ATP和NADPH產生：這兩種分子在細胞能量轉換和有機分子合成中發揮著關鍵作用．

四、藍細菌沒有線粒體，為什么能進行呼吸作用？

藍細菌雖然沒有線粒體，但它們擁有一套能夠在細胞質中進行電子傳遞鏈和能量轉換的機制．

1．電子傳遞鏈（ETC）：藍細菌含有類似于線粒體中的電子傳遞鏈的組分，這些組分分布在它們的細胞膜上．電子傳遞鏈是一系列能夠傳遞電子的蛋白質復合體，它們利用電子從高能狀態轉移到低能狀態的能量來泵送質子，建立跨膜的質子梯度．

2．ATP合成：藍細菌能夠通過建立電子傳遞鏈形成質子梯度，進而利用類似于線粒體中的ATP合酶的酶進行ATP的合成，在此過程中，質子梯度的作用是推動ATP合酶的運作，將ADP和無機磷酸結合生成ATP.

在有氧條件下，藍細菌可以利用氧氣作為最終的電子受體，通過呼吸鏈將電子傳遞給氧氣，形成水．這個過程與線粒體中的有氧呼吸相似，在沒有氧氣的條件下，藍細菌可以進行無氧呼吸，也稱為發酵，在這種情況下，它們使用其他有機或無機物質作為最終電子受體，而不是氧氣．

五、沒有內質網和高爾基體，藍細菌如何合成并分泌蛋白？

藍細菌細胞內沒有內質網和高爾基體，但藍細菌仍然能夠有效地合成和分泌蛋白質，其機制與真核生物有所不同．

1．核糖體：藍細菌的蛋白質合成過程主要在細胞質內的核糖體上進行．這些核糖體與真核生物的核糖體在功能上是等同的．

2．蛋白質折疊：新產生的蛋白質會在細胞質中展開成它們的三維形態，在這個過程中，一些蛋白質可能需要依賴分子伴侶以正確地完成折疊．

3．分泌系統：藍細菌具有不同類型的分泌系統，如Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型分泌系統，這些系統可以幫助它們將蛋白質分泌到細胞外．

Ⅰ型分泌系統：這是一種普遍存在于細菌中的分泌機制，它涉及ATPase依賴的蛋白質通道，可以將蛋白質直接從細胞質分泌到細胞外．

Ⅱ型分泌系統：這種分泌系統又稱為Tat系統，它依賴于Tat蛋白質通道，可以將折疊后的蛋白質跨過細胞膜．

Ⅲ型分泌系統：這是一種更為復雜和特化的分泌機制，常見于病原細菌．它允許細菌將特定的效應蛋白直接注入宿主細胞內，影響宿主的細胞功能．

4．膜轉運：對于需要嵌入細胞膜或被分泌到細胞外的蛋白質，藍細菌可能使用膜泡運輸機制，通過膜泡的形成和融合來將蛋白質轉移到細胞膜或分泌出去．

5．蛋白質后修飾：雖然藍細菌內沒有高爾基體進行復雜的蛋白質后修飾，但它們仍然可以在細胞質中進行一些基本的蛋白質修飾，如磷酸化、糖基化等．

六、藍細菌與赤潮、水華的形成有哪些關系？

赤潮是海水里的某些浮游植物、原生動物或細菌會突然大量增長或高度聚集，進而引起水體顏色的改變．水華是指在淡水體系中，藻類大量繁殖的一種狀況，這通常與水體的富營養化現象有關．

藍細菌在這兩種現象中的作用：1.作為優勢種群：水體富營養化條件下，藍細菌能大量繁殖，成為水華中優勢種群．2．產生毒素：某些藍細菌種類，如微囊藍細菌屬，在繁殖過程中可能產生毒素．

七、某些藍細菌具有固氮作用？

在藍細菌中，異形胞是一種特殊類型的細胞，它們在細胞絲中間隔一定距離形成，并且具有固氮功能．異形胞能夠將大氣中的氮氣（N2）轉化為氨（NH3），這個過程稱為生物固氮，對植物生長至關重要，因為氨是植物能夠直接利用的氮形式．

與普通的藍細菌細胞相比，異形胞具有不同的細胞壁結構，這有助于保護其中的酶免受損害，因為固氮過程需要一個嚴格厭氧的環境．固氮是一個能量密集的過程，異形胞依賴于周圍細胞提供的營養和能量．異形胞通常位于絲狀藍細菌細胞鏈中的特定間隔位置，這種分布有助于固氮效率最大化．在異形胞內部，呼吸作用產生的ATP被用于固氮過程，而不用于光合作用．

藍細菌的固氮能力使其能夠與某些植物形成共生關系，如在豆科植物的根瘤中，藍細菌將固定下來的氮提供給植物，而植物則提供給藍細菌所需的有機碳．

建議：備考時，學生應該全面掌握藍細菌的生物學特性，了解它們在自然界和人類社會中的重要性，并能夠將這些知識點與實際問題相結合．同時，關注近年來的科研進展和熱點話題，如藍細菌在生物能源、環境治理等方面的應用，也是高考備考的重要內容．

（收稿日期：2024 -06 - 17）