解決光下葉肉細(xì)胞氣體轉(zhuǎn)移問題的關(guān)鍵

朱光輝　戴學(xué)瓊

【中圖分類號】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)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(xì)胞和空氣之間的交換，一直是困擾老師和學(xué)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(jìn)出細(xì)胞叫作自由擴散。像CO₂和O₂這樣的物質(zhì)通過細(xì)胞膜進(jìn)出細(xì)胞就是自由擴散，細(xì)胞膜、線粒體膜、葉綠體膜都是生物膜，CO₂和O₂跨膜進(jìn)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(jìn)行光合作用消耗CO₂生成O₂，可認(rèn)為CO₂濃度最低，O₂濃度最高；線粒體不斷進(jìn)行有氧呼吸消耗O₂生成CO₂，可認(rèn)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(jìn)出平衡的那一部分，我們可以這么理解：

當(dāng)光照強度為零時，也就是A點對應(yīng)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(dāng)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(jìn)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(jìn)入；同理分析葉綠體產(chǎn)生的少量O₂主要沿b途徑擴散。

當(dāng)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(jìn)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(jìn)入, 產(chǎn)生的O₂主要沿b途徑散失。

當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)為其濃度極低接近為零；只有線粒體進(jìn)行呼吸產(chǎn)生CO₂，認(rèn)為其濃度極高。現(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(jìn)入葉綠體和擴散進(jìn)入空氣的幾率是一樣的，進(jìn)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(xì)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(xué)生學(xué)好理科知識的關(guān)鍵。