探析細胞代謝相關(guān)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(zhì)元素、種植形式(輪作、間作)等。農(nóng)作物的產(chǎn)量與解決世界糧食安全問題密切聯(lián)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(xiàn)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(gòu)類

模型是人們?yōu)榱四撤N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(shù)學模型等。其中數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。影響細胞代謝的相關(guān)因素的研究往往用到數(shù)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(huán)境中,光合作用強度隨CO2濃度的變化曲線圖。下列相關(guān)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(cè)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(huán)境因素相同

曲線圖沒有數(shù)學公式那么精準,卻可以研究物質(zhì)變化的規(guī)律。要想準確解答這類題,除了掌握相關(guān)的基礎知識外,更重要的是將所學知識應用到數(shù)學模型中,研究曲線變化的內(nèi)涵,能夠借助模型判斷或預測相關(guān)研究對象的變化情況,并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高產(chǎn)量給出建議。這就要求教師要引導學生解題之前先關(guān)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(shù)學模型,將課本知識和曲線圖緊密聯(lián)系,有助于學生理解題目的實質(zhì)。理解了曲線變化的原因及曲線中各點所對應的生理狀態(tài),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(jié)合題目中“一定光照強度(低于最適光照強度)的環(huán)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(xù)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(jù)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(guān)變量。實驗設計的關(guān)鍵是根據(jù)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(guān)變量的控制,最后實驗結(jié)果的分析一定要緊緊圍繞實驗收集的數(shù)據(jù)或觀察到的現(xiàn)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jù)是2號試管遮光處理,其內(nèi)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(chǎn)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(huán)境是否會影響到實驗結(jié)果,2號試管遮光處理,其內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)槲杖芤褐械腃O2,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(jié)果是CO2的含量,因此分析原因要以與CO2含量有關(guān)的光合作用和呼吸作用的大小關(guān)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(jù)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(yǎng)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(jié)果之間的邏輯關(guān)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(fā)生何種改變,最后要求考生回答該生理過程發(fā)生改變的原因。

例3：(2019·全國Ⅰ,29題節(jié)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(xiàn)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(xiàn)象出現(xiàn)的原因。

例4：(2020·全國Ⅰ,30題節(jié)選)農(nóng)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(zhì)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(guī)范而失分。

分析高考題中原因類試題的標準答案會發(fā)現(xiàn),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(jié)果”,依據(jù)題干或者已學教材中相關(guān)知識,分析“起因”和“結(jié)果”之間的邏輯關(guān)系——原因、依據(jù)、理由、解釋等。

例5：(2017·全國Ⅰ,30題節(jié)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(huán)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(yǎng),培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)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(yǎng)一段時間后,發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的NADH發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個環(huán)節(jié),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(guān)試題的解答,首先要掌握相關(guān)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(huán)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(xiàn)象分析,提出提高農(nóng)作物產(chǎn)量的具體措施。