依據方程等量關系解決代謝問題

呼吸作用是生命存活必須進行的生理活動，在高考中經常以與光合作用和呼吸作用的關系、有氧呼吸與無氧呼吸的關系來考查這一生理過程，但是在呈現形式上往往因為采用的量不統一（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），而容易對學生解讀試題造成誤區。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，如何分析曲線和柱狀圖的文字標注關系，使得曲線之間的關系明朗化，是解決曲線題、柱狀圖問題的關鍵所在，那么怎么去統一不同曲線的標注關系呢？

【例1】 圖1是某同學“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，單位時間內葉肉細胞CO2釋放量和葉綠體O2產生總量的變化。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，光反應產生的并能夠為暗反應所利用的物質是 。

（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，將溫度調節到25℃，則圖2中c對應的柱狀體個高度將 。

答案：I.（1） 排除光照對試管內溫度的影響 （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變量的改變，對實驗結果造成額外變量。

（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） 光反應產生的并能夠為暗反應所利用的物質是ATP、[H]。

例1的解決策略：依據光合作用、呼吸作用方程式，建立等量關系，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系，必須分析柱狀圖。既然圖2用黑色柱表示葉綠體O2產生總量，實際上代表的是真正的光合作用產氧量，那么白色柱可以依據光合作用、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一起來了，而且可以得到關系式：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，將溫度調節到25℃，光合作用強度增加，故圖2中c對應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。則有氧呼吸產生CO2為0.4，依據方程式可知消耗葡萄糖為0.1×2/3；無氧呼吸產生CO2為0.2，依據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：依據有氧呼吸、無氧呼吸方程式，建立等量關系，建立細胞呼吸問題。

解決例2的關鍵是把兩條曲線的氣體量統一起來，O2只參與有氧呼吸，根據有氧呼吸方程式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6 h，等菌體繁殖到一定種群數量時進行如下實驗，并回答相關的問題：

（1） 通氣培養可使酵母菌大量繁殖的原因是

。

（2） 通入不同濃度的氧氣，根據實測其產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能多，利于繁殖；無氧條件下產能少，酵母菌不繁殖。

（2） 在e點時無氧呼吸產生CO2為6，消耗葡萄糖為3摩爾；有氧呼吸產生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的解題策略關鍵是把兩條曲線統一起來，即依據無氧呼吸方程式：2酒精～2CO2，可以把酒精產生量曲線等價換成無氧呼吸產生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生的CO2量，則兩條曲線夾的部分代表有氧呼吸產生的CO2量。