营养
生物· 2.18–2.33B（2017年考纲第3版）· 45 分钟阅读
1. 开花植物的光合作用★★☆☆☆⏱ 10 min
✓ 计算器
光合作用
绿色植物利用叶绿素捕获的光能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖（储存的化学能），同时生成作为代谢废物排出的氧气的过程。
光合作用是所有生态系统的基础：它将光能转化为可沿食物链传递的化学能，同时为所有生物的有氧呼吸提供氧气。
文字方程式：二氧化碳 + 水 葡萄糖 + 氧气（反应条件：光照、叶绿素）
光合作用的速率由三大主要限制因素调控：光照强度、二氧化碳浓度与温度。当某一因素供应量最低时，它就会限制反应速率，提升该因素的水平可加快反应速率，直到另一因素成为新的限制因素（该现象在速率图像上表现为平台期）。
叶片适配光合作用的核心结构特征：蜡质层（透明，减少水分流失）、上表皮（透明，允许光线穿透）、栅栏组织（靠近叶片上表面，富含叶绿体以捕获最多光照）、海绵组织（分布有气室，供气体扩散）、气孔与保卫细胞（控制气体交换与水分流失）、维管束（木质部运输水分，韧皮部将生成的葡萄糖运出叶片）。
植物生长需要多种矿质离子：镁离子用于合成叶绿素（缺镁会导致叶片黄化，即缺绿症），硝酸根离子用于合成氨基酸以生成蛋白质（缺氮会导致植物生长受阻、植株矮小）。
一名学生在20℃、光照强度恒定且充足的条件下，提升二氧化碳浓度，测量番茄植株的光合作用速率。当二氧化碳浓度升至0.1%后，光合速率不再上升，进入平台期，请解释该现象的原因。
- 1
进入平台期之前，二氧化碳浓度是限制因素，因此提升二氧化碳浓度可加快光合作用速率。
- 2
当二氧化碳浓度达到0.1%时，它不再是限制因素，因此继续提升其浓度也无法加快反应速率。
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此时新的限制因素最可能是温度，因为20℃低于参与光合作用的植物酶的最适温度。
Exam tip:
按照评分标准要求，在涉及图像的题目中，当曲线进入平台期时，务必明确指出新的限制因素，才能拿到全部分数。
2. 核心光合作用必修实验★★★☆☆⏱ 8 min
该光合作用实验考察三个核心概念：1）水生植物（例如金鱼藻）释放氧气，用于测定不同限制因素下的光合速率变化，2）淀粉生成是光合作用发生的证据，3）光合作用的必要条件为光照、CO₂和叶绿素。
Destarch plants first by leaving them in the dark for 24 hours to remove all stored starch.
Test for starch by boiling the leaf to kill cells, boiling in ethanol to remove chlorophyll, rinsing, and adding iodine: blue-black = starch present, brown = no starch.
Test for light requirement: cover part of a leaf with foil, leave in light, test for starch (only uncovered parts will have starch).
Test for CO₂ requirement: place a plant in a sealed container with soda lime (absorbs CO₂), leave in light, test for starch (no starch produced).
Test for chlorophyll requirement: test a variegated leaf (only green parts have chlorophyll), only green areas will produce starch.
一名学生取暗处理过、并置于阳光下放置6小时的植物的斑叶进行检测。请预测碘液测试的结果并解释你的答案。
- 1
叶片的绿色部分（含有叶绿素）会变为蓝黑色，表明存在淀粉。
- 2
叶片的非绿色部分（不含叶绿素）将保持棕色，表明没有淀粉生成。
- 3
这证实了光合作用生成淀粉的过程需要叶绿素参与。
Exam tip:
在任何检测淀粉生成的光合作用实验中，务必将暗处理作为第一步操作，以证明检测到的淀粉是实验过程中生成的，而非实验前预先储存的。
3. 人体均衡膳食与能量需求★★☆☆☆⏱ 8 min
均衡膳食
指包含适当比例的碳水化合物、蛋白质、脂质、维生素、矿物质、水和膳食纤维，能够满足人体各项功能需求的膳食。
Component | Sources | Key Function | Deficiency Symptom |
|---|---|---|---|
Carbohydrate | Bread, rice, pasta | Main energy source | Fatigue, weight loss |
Protein | Meat, fish, pulses | Growth, tissue repair, enzyme production | Kwashiorkor (stunted growth, swollen abdomen) |
Lipid | Butter, oil, nuts | Long-term energy store, insulation | Fat-soluble vitamin deficiency |
Vitamin A | Carrots, liver | Vision, immune function | Night blindness |
Vitamin C | Citrus fruit, veg | Collagen production, immune function | Scurvy (bleeding gums, slow healing) |
Vitamin D | Sunlight, oily fish | Calcium absorption, bone health | Rickets (soft deformed bones) |
Calcium | Milk, green leafy veg | Bone/teeth health, muscle contraction | Rickets, osteoporosis |
Iron | Red meat, spinach | Haemoglobin production for oxygen transport | Anaemia (tiredness, shortness of breath) |
Water | Drinks, fruit/veg | Transport, chemical reactions | Dehydration |
Dietary fibre | Whole grains, fruit/veg | Aids peristalsis, prevents constipation | Constipation, increased bowel cancer risk |
人体的能量需求受三大核心因素影响：年龄（儿童/青少年生长发育需要更多能量）、活动水平（活动量大的人肌肉运作需要更多能量）、妊娠状态（为胎儿生长、组织发育和泌乳准备提供额外能量）。
请解释为什么活动水平相同的情况下，30岁孕妇的能量需求高于30岁非妊娠女性。
- 1
孕妇需要额外的能量来支持胎儿的生长和发育。
- 2
胎盘、膨大的子宫以及增加的血容量等支持组织的生长也需要额外能量。
- 3
多余的能量还会被储存起来，为产后泌乳做准备。
Exam tip:
在比较能量需求差异时，务必将差异直接对应到具体的生理需求才能拿到满分，不要只给出泛泛的表述。
4. 消化道的结构与功能★★★☆☆⏱ 10 min
人体消化道是食物在消化过程中依次经过的一系列器官：口腔、食道、胃、小肠（十二指肠、回肠）、大肠（结肠、直肠）。相关的附属器官包括胰腺、肝脏和胆囊。
食物通过蠕动在肠道内移动：即肠壁的环形肌和纵行肌产生的收缩波，即使你处于倒立状态也能推动食物前进。
消化酶
一类生物催化剂，能够将大的不溶性食物分子分解为可被吸收进入血液的小分子可溶性物质。
Enzyme(s) | Substrate | End Product |
|---|---|---|
Amylase (mouth, pancreas) | Starch | Maltose |
Maltase (small intestine lining) | Maltose | Glucose |
Proteases (stomach, pancreas, small intestine) | Protein | Amino acids |
Lipases (pancreas, small intestine) | Lipids | Fatty acids + glycerol |
胆汁是由肝脏产生的黄绿色碱性液体，储存在胆囊中，释放进入十二指肠。它有两大核心功能：1）中和胃部的酸性胃酸，为胰酶和小肠酶提供适宜的碱性工作pH环境，2）乳化脂质，将大的脂肪滴分解为小脂肪滴，增大脂肪酶的作用表面积。胆汁不属于酶。
一名患者接受了胆囊切除手术。请解释为什么术后医生会建议他们采用低脂饮食。
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胆囊的功能是储存肝脏产生的胆汁，因此没有胆囊的情况下，胆汁只会持续少量释放，而不会在餐后大量释放。
- 2
可用于乳化大脂肪滴的胆汁量减少，导致脂肪酶可作用的表面积变小，脂肪消化不完全。
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脂肪消化不完全会引发腹泻和不适，因此低脂饮食可以缓解这些症状。
Exam tip:
切勿表述为胆汁由胆囊分泌：这是常见的失分点。务必明确胆汁由肝脏合成，仅储存在胆囊中。
5. 小肠吸收与生物专属量热法实验★★★☆☆⏱ 9 min
✓ 计算器
小肠为吸收消化后的食物分子形成了高度特化的结构：长度很长（为消化和吸收提供充足时间），表面覆盖数千个绒毛和微绒毛（大幅提升表面积），绒毛仅有单层上皮细胞（扩散距离极短），密布毛细血管网络（运走吸收的葡萄糖和氨基酸，维持浓度梯度），且存在乳糜管（吸收脂肪酸和甘油的淋巴管）。
食物量热法实验通过燃烧食物样品加热已知质量的水，测量食物的能量含量。释放的能量通过以下公式计算：能量（J）= 水的质量（g）× 4.2 × 温度变化（°C）。每克食物的能量 = 总释放能量 ÷ 燃烧的食物质量。常见误差来源包括热量散失到环境中、食物不完全燃烧、食物样品中的水分蒸发，导致测量值低于实际能量含量。
某学生燃烧0.5g花生来加热20g水，水的温度从20°C上升到70°C。已知水的比热容为4.2 J/g°C，计算每克花生的能量含量。
- 1
计算总释放能量： J
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除以燃烧的花生质量： J/g = 8.4 kJ/g
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由于实验过程中热量散失到环境中，该数值低于花生的实际能量含量。
Exam tip:
量热法计算务必写出全部推导过程：即使最终答案错误，只要你正确将数值代入公式也能获得步骤分。
6. 常见陷阱
错误做法:
Writing light or chlorophyll as reactants in the photosynthesis equation, instead of conditions above the arrow.
原因:
Marking schemes explicitly reject equations that include these as reactants, as they are not consumed in the reaction.
正确做法:
Write light and chlorophyll above the reaction arrow, and only include CO₂, H₂O as reactants, glucose and O₂ as products.
错误做法:
Stating that bile is an enzyme, or that it breaks down lipids into fatty acids and glycerol.
原因:
Bile has no enzyme activity, it only emulsifies lipids to increase surface area for lipase action. Lipase is the enzyme that digests lipids.
正确做法:
Always specify bile is an alkaline fluid that neutralises stomach acid and emulsifies lipids, and is not an enzyme.
错误做法:
Mixing up the functions of magnesium and nitrate ions in plants, e.g. stating magnesium is needed for protein production.
原因:
Marking schemes strictly assign magnesium to chlorophyll production, and nitrate to amino acid/protein production, so mixing these loses all marks for the question.
正确做法:
Remember: Mg = chlorophyll (yellow leaves if deficient), Nitrate = protein (stunted growth if deficient).
错误做法:
Forgetting to destarch a plant before photosynthesis practicals testing starch production.
原因:
If stored starch is present, you cannot prove that starch detected was produced during the experiment, so results are invalid.
正确做法:
Always destarch plants by leaving them in the dark for 24 hours before any photosynthesis practical measuring starch production.
错误做法:
Stating villi absorb all food molecules into blood capillaries, including fatty acids and glycerol.
原因:
Fatty acids and glycerol are absorbed into the lacteal (lymphatic vessel) inside the villus, not directly into blood capillaries.
正确做法:
Specify glucose and amino acids go into capillaries, while fatty acids and glycerol go into the lacteal.
7. 速查表
Topic | Key Exam Facts |
|---|---|
Photosynthesis Equations | Word: CO₂ + water → glucose + oxygen (light/chlorophyll); Balanced: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ |
Limiting Factors | Light intensity, CO₂ concentration, temperature; plateau = new limiting factor |
Plant Minerals | Mg = chlorophyll (deficiency: chlorosis); Nitrate = protein (deficiency: stunted growth) |
Digestive Enzymes | Amylase→starch→maltose, maltase→maltose→glucose, protease→protein→amino acids, lipase→lipid→fatty acids+glycerol |
Bile | Made in liver, stored in gall bladder; neutralises acid, emulsifies lipids (not enzyme) |
Villus Adaptations | Large surface area, thin wall, good blood supply, lacteal for lipid absorption |
Calorimetry Formula | Energy (J) = mass water × 4.2 × temp rise; per gram = total energy ÷ mass of food burned |
8. 常见问题
胆汁是酶吗？
不是，胆汁不属于酶。它是由肝脏分泌、储存在胆囊中的碱性液体，可中和胃酸并乳化脂肪，增大脂肪酶作用的表面积。
各大类食物的消化产物分别是什么？
- 淀粉：经淀粉酶和麦芽糖酶消化后生成葡萄糖
- 蛋白质：经蛋白酶消化后生成氨基酸
- 脂质：经脂肪酶消化后生成脂肪酸和甘油
为什么光合作用实验前需要对植物进行去淀粉暗处理？
暗处理（将植物置于黑暗环境中24小时）会消耗叶片中所有预先储存的淀粉，因此实验后检测到的淀粉可确认是光合作用过程中新生成的，而非实验前就储存的。
深入阅读
下一步
Now you have mastered the Nutrition topic, you can move on to closely linked topics in Edexcel IGCSE Biology Section 2. Next, study respiration, the process by which living organisms break down glucose to release energy for cell processes, using the oxygen produced by photosynthesis. You will also explore gas exchange in plants and humans, which is closely tied to both photosynthesis and respiration, as well as transport systems that move the products of nutrition around organisms. If you are taking the full Biology IGCSE, you can also revise human health and disease topics, which build on your knowledge of balanced diets and deficiency symptoms. Make sure to practice past paper questions on this topic to familiarise yourself with common marking points, especially for limiting factor and adaptation questions that appear frequently in exams.