一道關(guān)于細(xì)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(jīng)落下帷幕。本次命題遵循《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明》的范圍和要求，著眼于立德樹人、素養(yǎng)為本，以考查生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主線，考查學(xué)生的必備知識和關(guān)鍵能力，較好地體現(xiàn)“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的選考核心功能。試題內(nèi)容穩(wěn)中求新，穩(wěn)中求進(jìn)，注重基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性，較好地體現(xiàn)了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。但筆者做題后發(fā)現(xiàn)一道關(guān)于細(xì)胞呼吸的選考題存在著題干不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，導(dǎo)致此題有不同的答案，同時(shí)發(fā)現(xiàn)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(yán)謹(jǐn)，存在爭議。為此，筆者提出了一點(diǎn)個(gè)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(guān)于細(xì)胞的需氧呼吸與厭氧呼吸的敘述，正確的是 （ ）

A.細(xì)胞的厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP 比需氧呼吸的多

B.細(xì)胞的厭氧呼吸在細(xì)胞溶膠和線粒體嵴上進(jìn)行

C.細(xì)胞的需氧呼吸與厭氧呼吸過程中都會產(chǎn)生丙酮酸

D.若適當(dāng)提高蘋果果實(shí)貯藏環(huán)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(xì)胞呼吸中的需氧呼吸和厭氧呼吸有關(guān)內(nèi)容，考查了學(xué)生的理解能力，同時(shí)考查了結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀念。細(xì)胞的厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP 比需氧呼吸產(chǎn)生的ATP 少得多（浙科版必修1 P79），A 選項(xiàng)敘述錯(cuò)誤；細(xì)胞的厭氧呼吸在細(xì)胞溶膠中進(jìn)行，不在線粒體內(nèi)進(jìn)行（浙科版必修1 P77），B 選項(xiàng)敘述錯(cuò)誤；細(xì)胞的需氧呼吸與厭氧呼吸過程中的第一階段一樣，都是進(jìn)行糖酵解，都會產(chǎn)生丙酮酸（浙科版必修1 P77），C 選項(xiàng)敘述正確；若適當(dāng)提高蘋果果實(shí)貯藏環(huán)境中的O2濃度會增加需氧呼吸強(qiáng)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(xiàng)敘述錯(cuò)誤。

2.《考試大綱》和《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求

2.1 《考試大綱》要求

本題考查浙科版必修1 第3 章“細(xì)胞的代謝”中的第4 節(jié)“細(xì)胞呼吸”的有關(guān)內(nèi)容，根據(jù)《浙江省普通高中生物學(xué)業(yè)水平考試暨高考選考科目考試標(biāo)準(zhǔn)（2014 版）》規(guī)定，該題目主要考查三個(gè)知識點(diǎn)：需氧呼吸與厭氧呼吸的概念和過程（選項(xiàng)A 和B）；需氧呼吸與厭氧呼吸的異同（選項(xiàng)C）；細(xì)胞呼吸在實(shí)踐中的應(yīng)用（選項(xiàng)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(xiàn)偏題、怪題的情況。

2.2 《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求

根據(jù)教育部制定的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》的有關(guān)規(guī)定，本題考查的大概念是“細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實(shí)現(xiàn)增殖”，重要概念是“細(xì)胞的功能絕大多數(shù)基于化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞的特定區(qū)域”，次位概念是“說明生物通過細(xì)胞呼吸將儲存在有機(jī)分子中的能量轉(zhuǎn)化為生命活動(dòng)可以利用的能量”。完成的學(xué)習(xí)目標(biāo)是描述細(xì)胞呼吸的過程，說明細(xì)胞呼吸在生命活動(dòng)中的地位和意義；聚焦的關(guān)鍵能力是通過酵母菌的呼吸方式探究實(shí)驗(yàn)，發(fā)展觀察能力和探究能力；通過對呼吸作用的探索，學(xué)會基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行歸納與概括、形成批判性思維等方法。該題主要考查了細(xì)胞呼吸這個(gè)核心概念，考查了學(xué)生的理解能力和綜合運(yùn)用能力，充分體現(xiàn)了新課程理念。

3.爭議和依據(jù)

3.1 爭議

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

3.2 依據(jù)

3.2.1 高中教材的敘述

根據(jù)浙江科學(xué)技術(shù)出版社出版的普通高中教科書生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》（2004 年版）（以下簡稱浙科版必修1）第3 章第4 節(jié)“細(xì)胞呼吸”第80 頁“細(xì)胞呼吸是細(xì)胞代謝的中心”中的表述：“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)這3 類物質(zhì)的分解產(chǎn)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(jìn)入糖酵解，脂肪酸和氨基酸主要進(jìn)入檸檬酸循環(huán)”，如圖1。

圖1 細(xì)胞呼吸與細(xì)胞代謝的關(guān)系

根據(jù)浙科版必修1《分子與細(xì)胞》（2019 年版）（以下簡稱新版教材必修1）第3 章“細(xì)胞的代謝”第4 節(jié)“細(xì)胞呼吸為細(xì)胞生活提供能量”第95 頁“細(xì)胞呼吸是細(xì)胞代謝的核心”中是這樣描述的：“細(xì)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(dòng)物的細(xì)胞也可利用脂肪和蛋白質(zhì)作為能源。糖類、脂肪和蛋白質(zhì)這三類物質(zhì)的水解產(chǎn)物——單糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等通過多種途徑進(jìn)入細(xì)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(jìn)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(gè)三碳化合物后進(jìn)入糖酵解，脂肪酸則進(jìn)一步被分解。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)用于細(xì)胞呼吸時(shí)，首先被分解成氨基酸，氨基酸脫去氨基后變成不同的有機(jī)酸，最終被完全氧化?！?/p>

3.2.2 大學(xué)教材的有關(guān)敘述

根據(jù)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(xué)（第2 版）》中第1 部分“細(xì)胞和生物大分子”第4 章“細(xì)胞代謝”第4.3 節(jié)“細(xì)胞呼吸”第53 頁“4.3.6 各種分子的分解和合成”里的表述：“細(xì)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(zhì)。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(zhì)。食物中的多糖和其他糖類都會轉(zhuǎn)變成葡萄糖而參與糖酵解。消化管中的酶會將淀粉水解，產(chǎn)生葡萄糖，葡萄糖被運(yùn)入細(xì)胞后通過糖酵解和檸檬酸循環(huán)被分解。肝和肌細(xì)胞中貯藏的糖原也會被水解成葡萄糖。蛋白質(zhì)也可被用作能量來源。這時(shí)它們首先被分解為氨基酸。一般情況下，細(xì)胞是利用大部分來自食物的蛋白質(zhì)中的氨基酸合成其自身的蛋白質(zhì)。但是多余的氨基酸也可被轉(zhuǎn)化成其他化合物。這時(shí)氨基酸中的氨基或是用于合成別的化合物，或是發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)楸?、乙酰CoA 或檸檬酸循環(huán)中的一種酸，最終進(jìn)入該循環(huán)。脂肪是含能最多的分子，因?yàn)槠渲袣湓幼疃?，也就是高能的電子最多，所以氧化時(shí)產(chǎn)生的ATP 也最多。細(xì)胞先將脂肪水解為脂肪酸和甘油（如圖2），然后使甘油轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獾闹虚g產(chǎn)物甘油醛-3-磷酸。脂肪酸則轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA，然后參與檸檬酸循環(huán)。經(jīng)過這樣的變化，每1 g 脂肪所產(chǎn)生的ATP 為1 g 淀粉所產(chǎn)生ATP 的2 倍以上?！保▓D2 為細(xì)胞中各種分子被分解以及產(chǎn)生ATP 的過程。）

綜上所述，當(dāng)細(xì)胞呼吸的底物不是糖類，而是脂肪酸或某些氨基酸時(shí)，細(xì)胞呼吸過程不一定經(jīng)過糖酵解，而是直接轉(zhuǎn)變成二碳化合物再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，或直接進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，即需氧呼吸和厭氧呼吸過程都會產(chǎn)生丙酮酸是錯(cuò)誤的。該選考題應(yīng)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(xì)胞呼吸底物不一定都經(jīng)過糖酵解過程。

一般教師命制細(xì)胞呼吸有關(guān)題目時(shí)，會特別注明呼吸底物是糖類，本題的命制是根據(jù)浙科版必修1“細(xì)胞呼吸”的內(nèi)容進(jìn)行的，教材中的細(xì)胞呼吸過程默認(rèn)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(chǎn)生誤解。故筆者建議把題干改為“下列關(guān)于以糖類為底物的細(xì)胞需氧呼吸與厭氧呼吸的敘述，正確的是”會更加嚴(yán)謹(jǐn)。

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(xì)胞呼吸中葡萄糖分解為丙酮酸。下列有關(guān)敘述正確的是 （ ）

A.在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行 B.不產(chǎn)生CO2

C.必須在有O2條件下進(jìn)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(xì)胞呼吸的部分過程如圖3 所示，①～③為相關(guān)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(jī)物中

B.③進(jìn)行的場所是細(xì)胞溶膠和線粒體

C.發(fā)生①③時(shí)，CO2釋放量大于O2吸收量

D.發(fā)酵液中的酵母菌在低氧環(huán)境下能進(jìn)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(jī)物的消耗。若作物種子呼吸作用所利用的物質(zhì)是淀粉分解產(chǎn)生的葡萄糖，下列關(guān)于種子呼吸作用的敘述，錯(cuò)誤的是 （ ）

A.若產(chǎn)生的CO2與乙醇的分子數(shù)相等，則細(xì)胞只進(jìn)行無氧呼吸

B.若細(xì)胞只進(jìn)行有氧呼吸，則吸收O2的分子數(shù)與釋放CO2的相等

C.若細(xì)胞只進(jìn)行無氧呼吸且產(chǎn)物是乳酸，則無O2吸收也無CO2釋放

D.若細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行有氧和無氧呼吸，則吸收O2的分子數(shù)比釋放CO2的多

【答案】D

以上三個(gè)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(xì)胞呼吸過程的有關(guān)題目命制時(shí)，均會在題干中出現(xiàn)細(xì)胞呼吸底物為糖類或葡萄糖的背景，減少其他因素對學(xué)生解題的干擾，避免學(xué)生因疑慮而不能快速選擇正確答案。

4.建議

根據(jù)教育部考試中心2020 年1 月發(fā)布的《中國高考評價(jià)體系》中“四翼”的要求，高考要求考查“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”的內(nèi)容。高考命題要以“真實(shí)問題”為情境，通過情境與情境活動(dòng)兩類載體來實(shí)現(xiàn)，即通過選取適宜的素材，再現(xiàn)學(xué)科理論產(chǎn)生的場景或是呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的問題情境，讓學(xué)生在真實(shí)的背景下發(fā)揮核心價(jià)值的引領(lǐng)作用，運(yùn)用必備知識和關(guān)鍵能力去解決實(shí)際問題，全面綜合展現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。