探析细胞代谢相关题型

姜艳艳

(新疆昌吉州第二中学)

影响光合作用和呼吸作用的因素主要有光照强度、二氧化碳浓度、水、矿质元素、种植形式(轮作、间作)等。农作物的产量与解决世界粮食安全问题密切联系,因此也成为近几年高考命题的热点。随着新课标、新教材、新高考的逐步推进,高考要对学生各方面能力考查的要求越来越高,生物学知识仅靠背记已不足以应对高考。在复习中学生普遍存在知识点会但不得分的现象,本文从细胞代谢最常见的三类题型探析解题方法,以期提高学生成绩。

一、模型建构类

模型是人们为了某种特定的目的而对认知对象所作的一种简化的概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的,包括物理模型、概念模型、数学模型等。其中数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。影响细胞代谢的相关因素的研究往往用到数学模型。

例1：如图1为某植株在不同温度(最适温度为25℃)、一定光照强度(低于最适光照强度)的环境中,光合作用强度随CO2浓度的变化曲线图。下列相关叙述正确的是

图1

(B)

A.M点对应条件下,该植株叶肉细胞吸收的CO2全部来自其自身线粒体

B.25℃时,若光照强度增强,则N点将向左侧移动

C.P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等

D.H点和L点对应条件下,限制光合作用强度的环境因素相同

曲线图没有数学公式那么精准,却可以研究物质变化的规律。要想准确解答这类题,除了掌握相关的基础知识外,更重要的是将所学知识应用到数学模型中,研究曲线变化的内涵,能够借助模型判断或预测相关研究对象的变化情况,并对农业生产提高产量给出建议。这就要求教师要引导学生解题之前先关注曲线图的横纵坐标,然后分析随横轴CO2浓度的增大曲线变化的原因。

为了便于理解,学生可以先绘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种情况的细胞图,借助直观的物理模型来认识抽象的数学模型,将课本知识和曲线图紧密联系,有助于学生理解题目的实质。理解了曲线变化的原因及曲线中各点所对应的生理状态,即可解决题目中的A、C、D三个选项。而B选项需进一步分析,结合题目中“一定光照强度(低于最适光照强度)的环境中”这一信息,N点是光的补偿点,即光合作用速率等于呼吸作用速率,再分析当相同CO2浓度下,增强光照强度,光合作用增强,所以只能通过降低CO2浓度(左移)降低光合作用的速率,才能继续保持光合作用速率等于呼吸作用速率。

二、实验分析类

实验设计及分析类试题是考查学生科学探究能力最常见的题型,也是学生最易失分的题型。解答这类试题,首先要引导学生明确实验目的,然后根据实验目的和题目信息确定实验的三种变量,即自变量、因变量和无关变量。实验设计的关键是根据自变量掌控好实验组和对照组的处理方法,过程描述中要注意对无关变量的控制,最后实验结果的分析一定要紧紧围绕实验收集的数据或观察到的现象来答题。

例2：BTB是一种酸碱指示剂,BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用,进行了如下实验:用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液,并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色,之后将等量的浅绿色溶液分别加入7支试管中,其中6支加入生长状况一致的等量水草,另一支不加水草,密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见表。

试管编号1234567水草无有有有有有有距日光灯的距离(cm)20遮光*1008060402050 min后试管中溶液的颜色浅绿色X浅黄色黄绿色浅绿色浅蓝色蓝色

*遮光是指用黑纸将试管包裹起来,并放在距日光灯100 cm的地方。

若不考虑其他生物因素对实验结果的影响,回答下列问题:

(1)本实验中,50 min后1号试管的溶液是浅绿色,则说明2至7号试管的实验结果是由水草引起的;若1号试管的溶液是蓝色,则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的(填“可靠的”或“不可靠的”)。

(2)表中X代表的颜色应为黄色(填“浅绿色” “黄色”或“蓝色”),判断依据是2号试管遮光处理,其内水草只进行呼吸作用,释放CO2。

(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化,说明在此条件下水草呼吸作用产生CO2与光合作用吸收CO2量相同。

该实验中,有无水草及光照强度是自变量,由此引起的CO2的释放量或吸收量是因变量,因变量的检测指标是溶液的颜色。溶液中CO2浓度增大时,溶液颜色逐渐变浅接近黄色,CO2浓度减小时,溶液颜色逐渐变深接近蓝色。其中1号试管无水草属于空白对照组,用来检测外界环境是否会影响到实验结果,2号试管遮光处理,其内水草不进行光合作用只进行呼吸作用,释放CO2最多,应为黄色,3号至7号试管由于距日光灯的距离越来越小,光照强度越来越大,光合作用也越来越强,水草由释放CO2逐渐转变为吸收溶液中的CO2,因此7号试管溶液中CO2含量最少,显蓝色。解答试题时要注意,溶液颜色的变化只是因变量的观测指标,真正的实验结果是CO2的含量,因此分析原因要以与CO2含量有关的光合作用和呼吸作用的大小关系为核心进行分析。

三、原因分析类

此类题目属于非选择题对“科学思维”考查的特征设问,在语言表达题型中所占比例很高,其设问方式一般有以下几种:“……合理的解释是________” “……的依据是________” “……的原因是________”,这些试题旨在考查学生在新情境下对知识体系的掌握程度,是对学科素养的考查。

原因类试题的设问一般有以下两种:

解释已知条件与结果之间的逻辑关系。该类试题一般已知某一特定外界条件的改变,然后要求考生回答某一生理过程发生何种改变,最后要求考生回答该生理过程发生改变的原因。

例3：(2019·全国Ⅰ,29题节选)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会降低,出现这种变化的主要原因是气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少。

没有对应的外界条件,要求考生直接解释某一生理现象出现的原因。

例4：(2020·全国Ⅰ,30题节选)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收。

第一类原因类试题在高考试题中所占分值一般比较大,难度也更高,学生不知道如何组织文字,会因为答案不准确、不全、不规范而失分。

分析高考题中原因类试题的标准答案会发现,答案用词的出处一般有两个:一是命题者在描述题干时的信息,二就是教材中的重要概念、原理等。因此答题思路主要是在题干文字信息和图表信息中找出“起因”和“结果”,依据题干或者已学教材中相关知识,分析“起因”和“结果”之间的逻辑关系——原因、依据、理由、解释等。

例5：(2017·全国Ⅰ,30题节选)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度,已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题:

(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养,培养后发现两种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的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低。

(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是甲种植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加。

总的来说,对于高中生物细胞代谢相关试题的解答,首先要掌握相关的基础知识和具体的实验操作,其次能借助模型分析、预测外部环境变化对细胞代谢的各种影响,最后能运用所学知识对实验现象分析,提出提高农作物产量的具体措施。