一道關于細胞呼吸選考題的探討

浙江

2020 年7 月浙江省普通高校招生選考科目考試已經落下帷幕。本次命題遵循《普通高等學校招生全國統一考試大綱的說明》的范圍和要求，著眼于立德樹人、素養為本，以考查生物學學科核心素養為主線，考查學生的必備知識和關鍵能力，較好地體現“立德樹人、服務選才、引導教學”的選考核心功能。試題內容穩中求新，穩中求進，注重基礎性、綜合性、應用性和創新性，較好地體現了生物學學科核心素養的考查。但筆者做題后發現一道關于細胞呼吸的選考題存在著題干不夠嚴謹的問題，導致此題有不同的答案，同時發現其他生物教師也有和筆者相同的看法，說明該題目的命制不夠嚴謹，存在爭議。為此，筆者提出了一點個人看法與大家分享，以期引起讀者的思考。

1.題目和答案

【例1】（2020 年7 月，浙江省選考卷，第6 題）下列關于細胞的需氧呼吸與厭氧呼吸的敘述，正確的是 （ ）

A.細胞的厭氧呼吸產生的ATP 比需氧呼吸的多

B.細胞的厭氧呼吸在細胞溶膠和線粒體嵴上進行

C.細胞的需氧呼吸與厭氧呼吸過程中都會產生丙酮酸

D.若適當提高蘋果果實貯藏環境中的O2濃度會增加酒精的生成量

【答案】C

【解析】本題考查細胞呼吸中的需氧呼吸和厭氧呼吸有關內容，考查了學生的理解能力，同時考查了結構決定功能的生命觀念。細胞的厭氧呼吸產生的ATP 比需氧呼吸產生的ATP 少得多（浙科版必修1 P79），A 選項敘述錯誤；細胞的厭氧呼吸在細胞溶膠中進行，不在線粒體內進行（浙科版必修1 P77），B 選項敘述錯誤；細胞的需氧呼吸與厭氧呼吸過程中的第一階段一樣，都是進行糖酵解，都會產生丙酮酸（浙科版必修1 P77），C 選項敘述正確；若適當提高蘋果果實貯藏環境中的O2濃度會增加需氧呼吸強度，抑制厭氧呼吸過程，減少酒精的生成量（浙科版必修1 P77），D 選項敘述錯誤。

2.《考試大綱》和《課程標準》要求

2.1 《考試大綱》要求

本題考查浙科版必修1 第3 章“細胞的代謝”中的第4 節“細胞呼吸”的有關內容，根據《浙江省普通高中生物學業水平考試暨高考選考科目考試標準（2014 版）》規定，該題目主要考查三個知識點：需氧呼吸與厭氧呼吸的概念和過程（選項A 和B）；需氧呼吸與厭氧呼吸的異同（選項C）；細胞呼吸在實踐中的應用（選項D）。考試要求均為理解（b）層次。本題非常符合《考試大綱》要求，沒有出現偏題、怪題的情況。

2.2 《課程標準》要求

根據教育部制定的《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》的有關規定，本題考查的大概念是“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”，重要概念是“細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域”，次位概念是“說明生物通過細胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉化為生命活動可以利用的能量”。完成的學習目標是描述細胞呼吸的過程，說明細胞呼吸在生命活動中的地位和意義；聚焦的關鍵能力是通過酵母菌的呼吸方式探究實驗，發展觀察能力和探究能力；通過對呼吸作用的探索，學會基于生物學事實和證據進行歸納與概括、形成批判性思維等方法。該題主要考查了細胞呼吸這個核心概念，考查了學生的理解能力和綜合運用能力，充分體現了新課程理念。

3.爭議和依據

3.1 爭議

本題爭議的焦點在于題干過于簡潔，沒有給出完整的信息，導致無法確定選項C 是否正確。

3.2 依據

3.2.1 高中教材的敘述

根據浙江科學技術出版社出版的普通高中教科書生物學必修1《分子與細胞》（2004 年版）（以下簡稱浙科版必修1）第3 章第4 節“細胞呼吸”第80 頁“細胞呼吸是細胞代謝的中心”中的表述：“糖類、脂肪和蛋白質這3 類物質的分解產物，分別為單糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等。其中，單糖和甘油進入糖酵解，脂肪酸和氨基酸主要進入檸檬酸循環”，如圖1。

圖1 細胞呼吸與細胞代謝的關系

根據浙科版必修1《分子與細胞》（2019 年版）（以下簡稱新版教材必修1）第3 章“細胞的代謝”第4 節“細胞呼吸為細胞生活提供能量”第95 頁“細胞呼吸是細胞代謝的核心”中是這樣描述的：“細胞分解代謝主要利用糖類作為呼吸過程中能量的來源，人和動物的細胞也可利用脂肪和蛋白質作為能源。糖類、脂肪和蛋白質這三類物質的水解產物——單糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等通過多種途徑進入細胞呼吸過程被氧化分解，釋放出所儲存的能量。糖類中的多糖首先水解為單糖，然后以單糖形式進行糖酵解，最后被完全氧化成二氧化碳和水。脂肪先分解成甘油和脂肪酸，甘油形成一個三碳化合物后進入糖酵解，脂肪酸則進一步被分解。當蛋白質用于細胞呼吸時，首先被分解成氨基酸，氨基酸脫去氨基后變成不同的有機酸，最終被完全氧化。”

3.2.2 大學教材的有關敘述

根據吳相鈺老師主編、陳守良和葛明德老師副主編的高等教育出版社出版的《陳閱增普通生物學（第2 版）》中第1 部分“細胞和生物大分子”第4 章“細胞代謝”第4.3 節“細胞呼吸”第53 頁“4.3.6 各種分子的分解和合成”里的表述：“細胞呼吸的主要底物是葡萄糖，但是食物中并不存在多少游離的葡萄糖。食物中的主要成分是多糖、脂肪和蛋白質。我們獲得能量的主要來源是淀粉和一些雙糖(如蔗糖)以及脂肪和蛋白質。食物中的多糖和其他糖類都會轉變成葡萄糖而參與糖酵解。消化管中的酶會將淀粉水解，產生葡萄糖，葡萄糖被運入細胞后通過糖酵解和檸檬酸循環被分解。肝和肌細胞中貯藏的糖原也會被水解成葡萄糖。蛋白質也可被用作能量來源。這時它們首先被分解為氨基酸。一般情況下，細胞是利用大部分來自食物的蛋白質中的氨基酸合成其自身的蛋白質。但是多余的氨基酸也可被轉化成其他化合物。這時氨基酸中的氨基或是用于合成別的化合物，或是發生脫氨作用而以脲的形式從尿中排出體外。氨基酸去掉氨基后就轉變為丙酮酸、乙酰CoA 或檸檬酸循環中的一種酸，最終進入該循環。脂肪是含能最多的分子，因為其中氫原子最多，也就是高能的電子最多，所以氧化時產生的ATP 也最多。細胞先將脂肪水解為脂肪酸和甘油（如圖2），然后使甘油轉變為糖酵解的中間產物甘油醛-3-磷酸。脂肪酸則轉變為乙酰CoA，然后參與檸檬酸循環。經過這樣的變化，每1 g 脂肪所產生的ATP 為1 g 淀粉所產生ATP 的2 倍以上。”（圖2 為細胞中各種分子被分解以及產生ATP 的過程。）

綜上所述，當細胞呼吸的底物不是糖類，而是脂肪酸或某些氨基酸時，細胞呼吸過程不一定經過糖酵解，而是直接轉變成二碳化合物再進入檸檬酸循環，或直接進入檸檬酸循環，即需氧呼吸和厭氧呼吸過程都會產生丙酮酸是錯誤的。該選考題應該沒有正確答案。

圖2 各種食物分子的分解

由此可得，不同的細胞呼吸底物不一定都經過糖酵解過程。

一般教師命制細胞呼吸有關題目時，會特別注明呼吸底物是糖類，本題的命制是根據浙科版必修1“細胞呼吸”的內容進行的，教材中的細胞呼吸過程默認為糖的氧化，放在教材的背景下是可以的，但該選考題，沒有說明呼吸底物，容易讓師生產生誤解。故筆者建議把題干改為“下列關于以糖類為底物的細胞需氧呼吸與厭氧呼吸的敘述，正確的是”會更加嚴謹。

3.2.3 往年選考題或高考題

【例2】（2016 年4 月，浙江選考卷，第17 題）細胞呼吸中葡萄糖分解為丙酮酸。下列有關敘述正確的是 （ ）

A.在線粒體內膜上進行 B.不產生CO2

C.必須在有O2條件下進行 D.形成大量 ATP

【答案】B

【例3】（2020 年1 月，浙江省選考卷，第12 題）酵母菌細胞呼吸的部分過程如圖3 所示，①～③為相關生理過程。下列敘述正確的是 （ ）

圖3

A.①釋放的能量大多貯存在有機物中

B.③進行的場所是細胞溶膠和線粒體

C.發生①③時，CO2釋放量大于O2吸收量

D.發酵液中的酵母菌在低氧環境下能進行①②和①③

【答案】D

【例4】（2020 年，全國卷Ⅰ，第2 題）種子貯藏中需要控制呼吸作用以減少有機物的消耗。若作物種子呼吸作用所利用的物質是淀粉分解產生的葡萄糖，下列關于種子呼吸作用的敘述，錯誤的是 （ ）

A.若產生的CO2與乙醇的分子數相等，則細胞只進行無氧呼吸

B.若細胞只進行有氧呼吸，則吸收O2的分子數與釋放CO2的相等

C.若細胞只進行無氧呼吸且產物是乳酸，則無O2吸收也無CO2釋放

D.若細胞同時進行有氧和無氧呼吸，則吸收O2的分子數比釋放CO2的多

【答案】D

以上三個例題說明，往年的浙江省選考生物試卷或全國高考理綜卷生物試題中涉及細胞呼吸過程的有關題目命制時，均會在題干中出現細胞呼吸底物為糖類或葡萄糖的背景，減少其他因素對學生解題的干擾，避免學生因疑慮而不能快速選擇正確答案。

4.建議

根據教育部考試中心2020 年1 月發布的《中國高考評價體系》中“四翼”的要求，高考要求考查“基礎性、綜合性、應用性、創新性”的內容。高考命題要以“真實問題”為情境，通過情境與情境活動兩類載體來實現，即通過選取適宜的素材，再現學科理論產生的場景或是呈現現實中的問題情境，讓學生在真實的背景下發揮核心價值的引領作用，運用必備知識和關鍵能力去解決實際問題，全面綜合展現學科核心素養水平。