探析細胞代謝相關題型

姜艷艷

(新疆昌吉州第二中學)

影響光合作用和呼吸作用的因素主要有光照強度、二氧化碳濃度、水、礦質元素、種植形式(輪作、間作)等。農作物的產量與解決世界糧食安全問題密切聯系,因此也成為近幾年高考命題的熱點。隨著新課標、新教材、新高考的逐步推進,高考要對學生各方面能力考查的要求越來越高,生物學知識僅靠背記已不足以應對高考。在復習中學生普遍存在知識點會但不得分的現象,本文從細胞代謝最常見的三類題型探析解題方法,以期提高學生成績。

一、模型建構類

模型是人們為了某種特定的目的而對認知對象所作的一種簡化的概括性的描述,這種描述可以是定性的,也可以是定量的,包括物理模型、概念模型、數學模型等。其中數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式。影響細胞代謝的相關因素的研究往往用到數學模型。

例1：如圖1為某植株在不同溫度(最適溫度為25℃)、一定光照強度(低于最適光照強度)的環境中,光合作用強度隨CO2濃度的變化曲線圖。下列相關敘述正確的是

圖1

(B)

A.M點對應條件下,該植株葉肉細胞吸收的CO2全部來自其自身線粒體

B.25℃時,若光照強度增強,則N點將向左側移動

C.P點對應條件下,兩種溫度下該植株光合作用固定的CO2的量相等

D.H點和L點對應條件下,限制光合作用強度的環境因素相同

曲線圖沒有數學公式那么精準,卻可以研究物質變化的規律。要想準確解答這類題,除了掌握相關的基礎知識外,更重要的是將所學知識應用到數學模型中,研究曲線變化的內涵,能夠借助模型判斷或預測相關研究對象的變化情況,并對農業生產提高產量給出建議。這就要求教師要引導學生解題之前先關注曲線圖的橫縱坐標,然后分析隨橫軸CO2濃度的增大曲線變化的原因。

為了便于理解,學生可以先繪制光合作用小于呼吸作用、光合作用等于呼吸作用、光合作用大于呼吸作用三種情況的細胞圖,借助直觀的物理模型來認識抽象的數學模型,將課本知識和曲線圖緊密聯系,有助于學生理解題目的實質。理解了曲線變化的原因及曲線中各點所對應的生理狀態,即可解決題目中的A、C、D三個選項。而B選項需進一步分析,結合題目中“一定光照強度(低于最適光照強度)的環境中”這一信息,N點是光的補償點,即光合作用速率等于呼吸作用速率,再分析當相同CO2濃度下,增強光照強度,光合作用增強,所以只能通過降低CO2濃度(左移)降低光合作用的速率,才能繼續保持光合作用速率等于呼吸作用速率。

二、實驗分析類

實驗設計及分析類試題是考查學生科學探究能力最常見的題型,也是學生最易失分的題型。解答這類試題,首先要引導學生明確實驗目的,然后根據實驗目的和題目信息確定實驗的三種變量,即自變量、因變量和無關變量。實驗設計的關鍵是根據自變量掌控好實驗組和對照組的處理方法,過程描述中要注意對無關變量的控制,最后實驗結果的分析一定要緊緊圍繞實驗收集的數據或觀察到的現象來答題。

例2：BTB是一種酸堿指示劑,BTB的弱堿性溶液顏色可隨其中CO2濃度的增高而由藍變綠再變黃。某同學為研究某種水草的光合作用和呼吸作用,進行了如下實驗:用少量的NaHCO3和BTB加水配制成藍色溶液,并向溶液中通入一定量的CO2使溶液變成淺綠色,之后將等量的淺綠色溶液分別加入7支試管中,其中6支加入生長狀況一致的等量水草,另一支不加水草,密閉所有試管。各試管的實驗處理和結果見表。

試管編號1234567水草無有有有有有有距日光燈的距離(cm)20遮光*1008060402050 min后試管中溶液的顏色淺綠色X淺黃色黃綠色淺綠色淺藍色藍色

*遮光是指用黑紙將試管包裹起來,并放在距日光燈100 cm的地方。

若不考慮其他生物因素對實驗結果的影響,回答下列問題:

(1)本實驗中,50 min后1號試管的溶液是淺綠色,則說明2至7號試管的實驗結果是由水草引起的;若1號試管的溶液是藍色,則說明2至7號試管的實驗結果是不可靠的(填“可靠的”或“不可靠的”)。

(2)表中X代表的顏色應為黃色(填“淺綠色” “黃色”或“藍色”),判斷依據是2號試管遮光處理,其內水草只進行呼吸作用,釋放CO2。

(3)5號試管中的溶液顏色在照光前后沒有變化,說明在此條件下水草呼吸作用產生CO2與光合作用吸收CO2量相同。

該實驗中,有無水草及光照強度是自變量,由此引起的CO2的釋放量或吸收量是因變量,因變量的檢測指標是溶液的顏色。溶液中CO2濃度增大時,溶液顏色逐漸變淺接近黃色,CO2濃度減小時,溶液顏色逐漸變深接近藍色。其中1號試管無水草屬于空白對照組,用來檢測外界環境是否會影響到實驗結果,2號試管遮光處理,其內水草不進行光合作用只進行呼吸作用,釋放CO2最多,應為黃色,3號至7號試管由于距日光燈的距離越來越小,光照強度越來越大,光合作用也越來越強,水草由釋放CO2逐漸轉變為吸收溶液中的CO2,因此7號試管溶液中CO2含量最少,顯藍色。解答試題時要注意,溶液顏色的變化只是因變量的觀測指標,真正的實驗結果是CO2的含量,因此分析原因要以與CO2含量有關的光合作用和呼吸作用的大小關系為核心進行分析。

三、原因分析類

此類題目屬于非選擇題對“科學思維”考查的特征設問,在語言表達題型中所占比例很高,其設問方式一般有以下幾種:“……合理的解釋是________” “……的依據是________” “……的原因是________”,這些試題旨在考查學生在新情境下對知識體系的掌握程度,是對學科素養的考查。

原因類試題的設問一般有以下兩種:

解釋已知條件與結果之間的邏輯關系。該類試題一般已知某一特定外界條件的改變,然后要求考生回答某一生理過程發生何種改變,最后要求考生回答該生理過程發生改變的原因。

例3：(2019·全國Ⅰ,29題節選)與干旱處理前相比,干旱處理后該植物的光合速率會降低,出現這種變化的主要原因是氣孔開度減小使供應給光合作用所需的CO2減少。

沒有對應的外界條件,要求考生直接解釋某一生理現象出現的原因。

例4：(2020·全國Ⅰ,30題節選)農田施肥的同時,往往需要適當澆水,此時澆水的原因是肥料中的礦質元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收。

第一類原因類試題在高考試題中所占分值一般比較大,難度也更高,學生不知道如何組織文字,會因為答案不準確、不全、不規范而失分。

分析高考題中原因類試題的標準答案會發現,答案用詞的出處一般有兩個:一是命題者在描述題干時的信息,二就是教材中的重要概念、原理等。因此答題思路主要是在題干文字信息和圖表信息中找出“起因”和“結果”,依據題干或者已學教材中相關知識,分析“起因”和“結果”之間的邏輯關系——原因、依據、理由、解釋等。

例5：(2017·全國Ⅰ,30題節選)植物的CO2補償點是指由于CO2的限制,光合速率與呼吸速率相等時環境中的CO2濃度,已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。回答下列問題:

(1)將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中,適宜條件下照光培養,培養后發現兩種植物的光合速率都降低,原因是植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量,使密閉小室中CO2濃度降低,光合速率也隨之降低。

(2)若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中,照光培養一段時間后,發現植物的有氧呼吸增加,原因是甲種植物在光下進行光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加,而O2與有機物分解產生的NADH發生作用形成水是有氧呼吸的一個環節,所以當O2增多時,有氧呼吸會增加。

總的來說,對于高中生物細胞代謝相關試題的解答,首先要掌握相關的基礎知識和具體的實驗操作,其次能借助模型分析、預測外部環境變化對細胞代謝的各種影響,最后能運用所學知識對實驗現象分析,提出提高農作物產量的具體措施。