呼吸作用是生命存活必須進行的生理活動,在高考中經(jīng)常以與光合作用和呼吸作用的關(guān)系、有氧呼吸與無氧呼吸的關(guān)系來考查這一生理過程,但是在呈現(xiàn)形式上往往因為采用的量不統(tǒng)一(如可以用二氧化碳的吸收量、氧氣的釋放量和有機物的積累量來表示凈光合作用),而容易對學(xué)生解讀試題造成誤區(qū)。下面試圖以典型例題為素材,提出這一類問題的解決策略。
在新陳代謝習題中,一些生理過程往往以曲線、柱狀圖等形式呈現(xiàn),如何分析曲線和柱狀圖的文字標注關(guān)系,使得曲線之間的關(guān)系明朗化,是解決曲線題、柱狀圖問題的關(guān)鍵所在,那么怎么去統(tǒng)一不同曲線的標注關(guān)系呢?
【例1】 圖1是某同學(xué)“探究在溫度為30℃時影響植物光合速率的因素”的實驗裝置圖。圖2表示該植物某葉肉細胞在光照強度分別為a、b、c、d時,單位時間內(nèi)葉肉細胞CO2釋放量和葉綠體O2產(chǎn)生總量的變化。試回答:
(1) 圖甲裝置中在燈與試管之間放了盛水玻璃柱,目的是吸收燈光的熱量,排除 的影響。
(2) 圖1中,可通過改變 改變光照強度。
(3) 光照強度為d時,光反應(yīng)產(chǎn)生的并能夠為暗反應(yīng)所利用的物質(zhì)是 。
(4) 圖2中光照強度為b時,該葉肉細胞光合作用速率 (填<、=、>)呼吸作用速率,光照強度為c時,單位時間內(nèi)該葉肉細胞從周圍吸收 單位的二氧化碳。
(5) 已知該葉肉細胞光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25℃和30℃,在其他條件不變的情況下,將溫度調(diào)節(jié)到25℃,則圖2中c對應(yīng)的柱狀體個高度將 。
答案:I.(1) 排除光照對試管內(nèi)溫度的影響 (2) 改變試管與光源之間的距離(或相同距離用不同功率的燈泡照射) (3) ATP、[H] (4) < 0 (5) 增高
解析:(1) 由實驗名稱“探究在溫度為30℃時影響植物光合速率的因素”可知溫度是定值30°,所以實驗裝置要放盛水玻璃柱,避免光照引起溫度這一無關(guān)變量的改變,對實驗結(jié)果造成額外變量。
(2) 圖1中,可通過改變改變試管與光源之間的距離(或相同距離用不同功率的燈泡照射)改變光照強度。
(3) 光反應(yīng)產(chǎn)生的并能夠為暗反應(yīng)所利用的物質(zhì)是ATP、[H]。
例1的解決策略:依據(jù)光合作用、呼吸作用方程式,建立等量關(guān)系,解決新陳代謝問題。
解決例1第(4)(5)問的策略:要解決第(4)問光合作用和呼吸作用強度大小的關(guān)系,必須分析柱狀圖。既然圖2用黑色柱表示葉綠體O2產(chǎn)生總量,實際上代表的是真正的光合作用產(chǎn)氧量,那么白色柱可以依據(jù)光合作用、呼吸作用的方程式:6CO2~6O2,6O2~6CO2,可以把白色柱代表的葉肉細胞CO2釋放量等價替換為葉肉細胞從外界吸收O2量,這樣就把二個柱狀代表的氣體統(tǒng)一起來了,而且可以得到關(guān)系式:黑柱+白柱=真正呼吸。因此可以得出(4)光照強度為b時,真正光合作用強度=黑色柱,真正呼吸=黑色柱+白色柱,由于白色柱不為0,顯然該葉肉細胞光合作用速率小于呼吸作用速率。光照強度為c時,由于白色柱為0,表示真正光合作用強度等于呼吸作用強度,故單位時間內(nèi)該葉肉細胞從周圍吸收0單位的二氧化碳。(5)在其他條件不變的情況下,將溫度調(diào)節(jié)到25℃,光合作用強度增加,故圖2中c對應(yīng)的柱狀體個高度將增高。
【例2】 圖3表示某種植物的非綠色器官在不同氧濃度下O2吸收量和CO2釋放量變化。請據(jù)圖回答:
(1) 外界氧濃度在10%以下時,該器官的呼吸作用方式是 。
(2) 該器官的CO2釋放與O2的吸收兩條曲線在P點相交后則重合為一條線,此時該器官的呼吸作用方式是 ,進行此種呼吸方式所用的底物是 。
(3) 當外氧濃度為4%~5%時,該器官CO2釋放量的相對值為0.6,而O2吸收量的相對值為0.4。此時,無氧呼吸消耗葡萄糖的相對值約相當于有氧呼吸的 倍。
答案:(1) 有氧呼吸和無氧呼吸 (2) 有氧呼吸 葡萄糖 (3) 1.5
解析:(1) 在P點時,CO2的釋放量=O2的吸收量,符合有氧呼吸方程式,說明外界氧濃度大于等于10%時,該器官只進行有氧呼吸。而在曲線的原點部位,由于央企濃度為0,所以只進行無氧呼吸。在O2濃度為0%~10%,該器官同時進行了有氧呼吸和無氧呼吸。
(2) 在P點時,CO2的釋放量=O2的吸收量,符合有氧呼吸方程式,說明P點時,該器官只進行有氧呼吸。
(3) 當外氧濃度為4%~5%時,該器官CO2釋放量的相對值為0.6,而O2吸收量的相對值為0.4。則有氧呼吸產(chǎn)生CO2為0.4,依據(jù)方程式可知消耗葡萄糖為0.1×2/3;無氧呼吸產(chǎn)生CO2為0.2,依據(jù)方程式可知消耗葡萄糖為0.1摩爾,故無氧呼吸消耗葡萄糖的相對值約相當于有氧呼吸的1.5倍。
例2的解題策略:依據(jù)有氧呼吸、無氧呼吸方程式,建立等量關(guān)系,建立細胞呼吸問題。
解決例2的關(guān)鍵是把兩條曲線的氣體量統(tǒng)一起來,O2只參與有氧呼吸,根據(jù)有氧呼吸方程式6O2~6CO2,可以把O2的吸收量=有氧呼吸CO2的釋放量。圖3上方的曲線代表有氧呼吸和無氧呼吸總的CO2釋放量,下方的曲線代表有氧呼吸CO2的釋放量,兩條曲線之間夾的面積代表無氧呼吸釋放的CO2。
【例3】 將酵母菌接種到一定濃度的淀粉糊溶液中,先在30℃條件下通氣培養(yǎng)6 h,等菌體繁殖到一定種群數(shù)量時進行如下實驗,并回答相關(guān)的問題:
(1) 通氣培養(yǎng)可使酵母菌大量繁殖的原因是
。
(2) 通入不同濃度的氧氣,根據(jù)實測其產(chǎn)生的酒精和放出的二氧化碳的量精確繪制成如圖4所示的曲線。你認為在氧濃度為e時,酵母菌通過無氧呼吸分解的葡萄糖占葡萄糖總消耗量的比例為 。
答案:(1) 有氧呼吸釋放能量多,有利于繁殖 (2) 60%
解析:(1) 酵母菌是兼性厭氧菌,有氧條件下進行有氧呼吸產(chǎn)能多,利于繁殖;無氧條件下產(chǎn)能少,酵母菌不繁殖。
(2) 在e點時無氧呼吸產(chǎn)生CO2為6,消耗葡萄糖為3摩爾;有氧呼吸產(chǎn)生CO2為18-6=12,消耗葡萄糖為2,故酵母菌通過無氧呼吸分解的葡萄糖占葡萄糖總消耗量的比例為60%。
例3的解題策略關(guān)鍵是把兩條曲線統(tǒng)一起來,即依據(jù)無氧呼吸方程式:2酒精~2CO2,可以把酒精產(chǎn)生量曲線等價換成無氧呼吸產(chǎn)生CO2量,上方曲線代表無氧呼吸和有氧呼吸總的CO2釋放量,下方曲線代表無氧呼吸作用產(chǎn)生的CO2量,則兩條曲線夾的部分代表有氧呼吸產(chǎn)生的CO2量。