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        解決光下葉肉細胞氣體轉(zhuǎn)移問題的關(guān)鍵

        2012-04-29 06:26:30朱光輝戴學瓊
        課程教育研究 2012年6期
        關(guān)鍵詞:所需葉綠體光合作用

        朱光輝 戴學瓊

        【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2012)06-0086-01

        不同光照條件下氣體在葉綠體和線粒體之間以及葉肉細胞和空氣之間的交換,一直是困擾老師和學生的大問題,解決這一問題的關(guān)鍵就是自由擴散。

        1.自由擴散

        人教版教材是這樣給出的自由擴散:物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞叫作自由擴散。像CO2和O2這樣的物質(zhì)通過細胞膜進出細胞就是自由擴散,細胞膜、線粒體膜、葉綠體膜都是生物膜,CO2和O2跨膜進出線粒體、葉綠體也是自由擴散。自由擴散的重要特點就是順濃度梯度擴散,物質(zhì)運輸?shù)乃俣戎饕Q于濃度差。

        CO2和O2在空氣、葉綠體和線粒體中的濃度是怎樣的呢?葉綠體在光下能不斷進行光合作用消耗CO2生成O2,可認為CO2濃度最低,O2濃度最高;線粒體不斷進行有氧呼吸消耗O2生成CO2,可認為O2濃度最低,CO2濃度最高;空氣中CO2和O2濃度介于葉綠體中的濃度和線粒體中的濃度之間。即光下三者之間O2濃度的關(guān)系:葉綠體中O2濃度>空氣中O2濃度>線粒體中O2濃度;光下三者之間CO2濃度的關(guān)系:線粒體中CO2濃度>空氣中CO2濃度>葉綠體中CO2濃度。葉綠體和線粒體之間的O2濃度差最大;線粒體和葉綠體之間的CO2濃度差最大。

        2.氣體轉(zhuǎn)移

        在光下,自然環(huán)境中,氣體的轉(zhuǎn)移情況如圖所示。

        3.分析不同光照條件下的氣體轉(zhuǎn)移

        根據(jù)如圖所示的不同光照條件下光合作用強度曲線(用CO2的吸收和釋放來表示),克服氣體進出平衡的那一部分,我們可以這么理解:

        當光照強度為零時,也就是A點對應的位置。只有呼吸作用而沒有光合作用,線粒體沿d途徑從空氣中獲取O2,產(chǎn)生的CO2沿c途徑排入空氣。

        當光照強度處于OB段,即光合作用強度小于呼吸作用的強度時。對于線粒體來說,O2可來源于葉綠體和空氣,考慮到葉綠體和線粒體之間O2的濃度差最大,可以說O2快速來源于葉綠體,不足的由空氣中的O2補充,即O2主要沿b、d途徑進入線粒體;同理分析線粒體產(chǎn)生的CO2主要沿 a、c途徑擴散到葉綠體和空氣。對于葉綠體來說,葉綠體可快速從線粒體處獲取CO2,由于光合作用強度很弱,所需的CO2完全可由線粒體提供,即葉綠體所需的CO2主要沿a途徑進入;同理分析葉綠體產(chǎn)生的少量O2主要沿b途徑擴散。

        當光照強度為B,即光合作用強度和呼吸作用強度相等時。對于線粒體來說,考慮到葉綠體和線粒體之間O2的濃度差最大,可以說O2快速來源于葉綠體,且葉綠體產(chǎn)生的O2恰好滿足線粒體的需求,即線粒體所需的O2主要沿b途徑進入;同理分析線粒體產(chǎn)生的CO2可沿a途徑散失。對于葉綠體來說也是如此分析,葉綠體所需的CO2主要沿a途徑進入, 產(chǎn)生的O2主要沿b途徑散失。

        當光照強度大于B,光合作用強度大于呼吸作用強度時。對于線粒體來說,所需的O2可快速來源葉綠體,由于呼吸作用相對較弱,需要的O2較少,就是說線粒體需要的O2沿b途徑進入就能滿足, 產(chǎn)生的CO2的主要沿a途徑散失;對于葉綠體來說,所需的CO2可快速來源于線粒體,不能滿足的部分由空氣中的CO2補充,即CO2主要沿a、e途徑進入葉綠體,葉綠體產(chǎn)生的O2主要沿b、f途徑散失。

        同樣的分析方法,請看下面的例題,注意葉片周圍的空氣是經(jīng)過NaOH溶液的。

        4.例題

        用大豆新鮮綠葉進行如圖所示的實驗,置于充足的光照下,分析D處的氣體成分,最可能的是()

        A.氧氣的量多于B處 B.氧氣的量與B處相等

        C.沒有CO2和O2 D.CO2的量多于B處

        分析:經(jīng)過NaOH溶液后,B處沒有CO2,濃度為零;葉綠體不斷消耗CO2認為其濃度極低接近為零;只有線粒體進行呼吸產(chǎn)生CO2,認為其濃度極高?,F(xiàn)在CO2的濃度差情況是這樣的:線粒體處的CO2濃度與B處”空氣“ 的CO2濃度差和線粒體處的CO2濃度與葉綠體處的CO2濃度差相等。根據(jù)影響自由擴散的因素可知,線粒體產(chǎn)生的CO2擴散進入葉綠體和擴散進入空氣的幾率是一樣的,進入空氣的CO2隨氣流就到了D處,結(jié)果就是D處有CO2而B處無CO2,由于葉肉細胞釋放出CO2,也可分析出D處O2濃度少于B處。

        參考答案:D

        立足基礎(chǔ),從自由擴散的基本概念與實質(zhì)入手是解決光下氣體轉(zhuǎn)移問題的關(guān)鍵,也是學生學好理科知識的關(guān)鍵。

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