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在當(dāng)前公認(rèn)的唯一公平的高考選拔制度下，應(yīng)試已成為必然。在高考備考的過(guò)程中，眾多科學(xué)方案實(shí)為編輯題海，所謂“素質(zhì)教育”似為“應(yīng)試素質(zhì)培訓(xùn)”。怎樣從應(yīng)試的操作中營(yíng)造科學(xué)素養(yǎng)的蓮心，本文試圖從一些經(jīng)典生物范例的處理中尋找突破梏槁的奇點(diǎn)。

 

1．材料一

 

關(guān)于C4植物和C3植物對(duì)CO2的固定的敘述，正確的是(   )

 

A．C3植物對(duì)CO2的固定需要能量，C4植物對(duì)CO2的固定不需要能量

 

B．C3植物對(duì)CO2的固定不需要能量，C4植物對(duì)CO2的固定需要能量

 

C．C4植物和C3植物固定CO2的場(chǎng)所完全相同

 

D．C4植物和C3植物對(duì)CO2的固定都發(fā)生一次

 

標(biāo)準(zhǔn)答案：B

 

常見(jiàn)解析：C4植物的C3途徑與C3植物的C3途徑完全相同，只要有CO2、有酶、有C5（核酮糖－1,5－二磷酸，簡(jiǎn)寫(xiě)RuBP）不需消耗能量就能夠把CO2固定而形成C3； C4植物的C4途徑固定CO2，需磷酸烯醇式丙酮酸（簡(jiǎn)寫(xiě)PEP）參與，PEP固定CO2時(shí)不需要消耗能量，但PEP的形成卻需要消耗能量，這時(shí)所消耗的能量不用于C3的還原，只能認(rèn)為是用于CO2固定。

 

該命題有兩個(gè)疑點(diǎn)：一是CO2固定的需能問(wèn)題，二是參與固定CO2的底物生成條件問(wèn)題。概括來(lái)講，光合作用的暗反應(yīng)包括CO2的固定和C3的還原兩個(gè)過(guò)程。C3植物和C4植物及景天科植物的C3途徑完全相同，其中CO2的固定是CO2和RuBP 在RuBP羧化酶作用下的羧化反應(yīng)，C4植物和景天科植物的C4途徑是CO2和PEP在PEP羧化酶作用下的羧化反應(yīng)。這兩個(gè)反應(yīng)均不消耗能量；由于必修教材沒(méi)有顯示C5（RuBP）形成的需能過(guò)程，選修教材顯示了PEP形成的需能過(guò)程，這就造成命題者在沒(méi)有掌握準(zhǔn)確資料的情況下，誤導(dǎo)學(xué)生認(rèn)為C5的形成不需能。實(shí)際情況是，在C3途徑中， RuBP是由核酮糖－5－磷酸（R－5－P）在ATP和戊糖磷酸激酶作用下磷酸化形成的；在C4途徑中，PEP是丙酮酸在ATP、磷酸和丙酮酸磷酸雙激酶作用下磷酸化形成的。這兩個(gè)反應(yīng)均消耗能量。其實(shí)，若留意的話，2004年上海高考題光合作用示意圖（右圖）就是一個(gè)明顯的提示。

 

事實(shí)證明，光合作用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP至少還用于RuBP和PEP的形成而一定不用于CO2固定。所以，該命題C3植物、C4植物對(duì)CO2的固定需不需能問(wèn)題立意本身就是錯(cuò)誤的。正確的理解應(yīng)為：C3 、C4植物對(duì)CO2的固定不需要能量，參與CO2固定的RuBP和PEP的形成需要能量。前者強(qiáng)調(diào)特定反應(yīng)的獨(dú)立過(guò)程，后者強(qiáng)調(diào)相關(guān)途徑的完成條件。

 

2．材料二：

 

    利用紅外線測(cè)量?jī)x可以靈敏地測(cè)量一個(gè)密閉小室（容積為1L）中的CO2濃度變化。在甲、乙兩個(gè)密閉、透明玻璃小室中分別放置葉面積都是10cm3的A、B兩種植物的葉片，在充足的光照條件下測(cè)量CO2 濃度變化（假設(shè)實(shí)驗(yàn)期間溫度等條件適宜且不變），結(jié)果記錄于下表：（CO2濃度mg/L） 

表1

記錄時(shí)間（min）

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

甲小室（A植物葉片）

150

110

75

50

35

18

8

8

8

8

乙小室（B植物葉片）

150

113

83

58

50

48

48

48

48

48

 

根據(jù)表中記錄到的數(shù)據(jù)回答下列問(wèn)題：

 

⑴從表中數(shù)據(jù)可以看出密閉小室中的CO2濃度變化的趨勢(shì)是  先逐漸降低，后保持穩(wěn)定  。

 

⑵從記錄的結(jié)果看，實(shí)驗(yàn)的前5分鐘，A、B兩種植物葉片有機(jī)物的積累量之比為  40:37   。

 

解析：有機(jī)物的積累量（凈光合量）之比即為室內(nèi)CO2吸收量（）之比。據(jù)表：

 

 A：B＝（150－110）：（150－113）＝40：37 

 

⑶0～25min期間，影響光合作用強(qiáng)度的主要因素是  CO2濃度  。

 

    解析：當(dāng)記錄時(shí)間在30～45min期間， CO2濃度維持在相同的水平上，其原因是葉片的光合作用和呼吸作用強(qiáng)度相等（或葉片光合作用吸收CO2量等于呼吸作用釋放CO2量）。      

 

據(jù)此探究該實(shí)驗(yàn)裝置的特殊意義：

 

當(dāng)光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用放出的CO2量，此時(shí)外界CO2的數(shù)量就叫做CO2補(bǔ)償點(diǎn)。由于當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到一定階段后，裝置內(nèi)CO2濃度一定會(huì)下降至一個(gè)恒定的水平，即葉片的光合速率和呼吸強(qiáng)度相等。此時(shí)，這個(gè)恒定的CO2濃度即為實(shí)驗(yàn)葉片在當(dāng)前光照強(qiáng)度及溫度下的CO2補(bǔ)償點(diǎn)：如從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中可以查出A植物葉片CO2補(bǔ)償點(diǎn)為8mg/L,B植物葉片CO2補(bǔ)償點(diǎn)為48mg/L，并能初步判斷A、B植物類(lèi)型（C3植物或C4植物）。由此推知，如果把實(shí)驗(yàn)葉片換為某種待測(cè)植物即可測(cè)定該植物在某種光照強(qiáng)度及溫度下的CO2補(bǔ)償點(diǎn)，并能初步判斷該植物類(lèi)型（C3植物或C4植物）。

 

⑷右圖為植物葉片結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)上表數(shù)據(jù)推測(cè)A植物相當(dāng)于下圖中的右圖（填“左圖”或“右圖”）。其進(jìn)行光合作用時(shí)，在維管束鞘細(xì)胞中形成淀粉。

 

⑸如果將大小相同、長(zhǎng)勢(shì)相似的A種植物和B種植物一起培養(yǎng)在同一個(gè)密閉的鐘罩內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一段時(shí)間后，它們的生活狀態(tài)是：A種植物生長(zhǎng)良好 ， B種植物逐漸枯萎，最后死亡，原因是A植物能在較低CO2濃度下進(jìn)行光合作用，B植物不能（或A植物固定CO2的能力比B植物強(qiáng)）． 

 

據(jù)此探究培養(yǎng)過(guò)程中A、B兩種植物生理活動(dòng)詳細(xì)變化

 

根據(jù)A、 B兩種植物單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)生理活動(dòng)的變化，當(dāng)它們一起培養(yǎng)時(shí)，從光合作用和呼吸作用標(biāo)志性變化可分為四個(gè)階段：

 

第一階段

 

A、B植物均光合作用大于呼吸作用,且A植物凈光合速率大于B植物凈光合速率。    

 

    如果把該裝置理解為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，那么A、B植物之間的關(guān)系為競(jìng)爭(zhēng)( 爭(zhēng)奪非生命物質(zhì)和能量)。

 

解析：根據(jù)表1數(shù)據(jù),在0-45min內(nèi)葉面積都是10cm3的A、B兩種植物的葉片凈光合速率即CO2凈吸收速率(mg/5min) 可制作表2數(shù)據(jù):

 

0-45min凈光合速率

0-5min

5-15
min

15-2
0min

20-25

min

25-30

min

30-35

min

35-40

min

A植物

40

35

25

15

17

10

0

B植物

37

30

25

8

2

0

0

 

據(jù)表2可知：在0-35min內(nèi)A植物的葉片凈光合速率一直大于或等于B植物，在競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。          

 

第二階段

 

Ａ植物光合速率大于呼吸速率,其光合作用固定的CO2的來(lái)源有二：自身呼吸作用、環(huán)境剩余；

 

Ｂ植物光合速率等于呼吸速率，且達(dá)到這一狀態(tài)比單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)為早, 隨后光合速率逐漸減弱。

 

此時(shí)Ａ、Ｂ植物之間的關(guān)系仍為競(jìng)爭(zhēng)（爭(zhēng)奪非生命物質(zhì)和能量）

 

第三階段

 

Ａ植物光合速率仍大于呼吸速率，其光合作用固定的CO2的來(lái)源有三：自身呼吸、環(huán)境剩余、Ｂ植物釋放。   

 

Ｂ植物光合作用停止,僅進(jìn)行呼吸作用,此時(shí)Ｂ植物CO2釋放量達(dá)到最大值，且呼吸作用隨著呼吸底物消耗變得越來(lái)越小。

 

此時(shí)，從Ａ、Ｂ植物之間的關(guān)系來(lái)看，Ｂ植物開(kāi)始成為“被捕食者”（提供CO2給Ｂ植物）。

 

第四階段

 

Ａ植物光合速率等于呼吸速率。且達(dá)到這一狀態(tài)比單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)間推遲，因?yàn)檫@建立在B植物死亡之前一直提供CO2的基礎(chǔ)上 。   

 

B植物呼吸停止 (成為非生命物質(zhì)) 。

 

預(yù)期一：如果一直照光,從理論上講，Ａ植物將能存活較長(zhǎng)時(shí)間,但不能繼續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育,因?yàn)榇藭r(shí)植物光合速率等于呼吸速率,沒(méi)有有機(jī)物積累。

 

預(yù)期二：如果不照光或照光時(shí)間短，玻璃罩內(nèi)氧氣消耗完后,植物將進(jìn)行無(wú)氧呼吸,直接后果是：

 

1．產(chǎn)能少（1個(gè)葡萄糖氧化只能形成2個(gè)ATP），為維持正常代謝，需消耗更多有機(jī)物。

 

2．第一階段產(chǎn)生的丙酮酸不能進(jìn)入線粒體完成三羧酸循環(huán)，許多中間產(chǎn)物無(wú)法合成。

 

3．酒精（丙酮酸在細(xì)胞質(zhì)中脫羧最終被還原為酒精）積累，使細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)變性失活。

 

4．若繼續(xù)培養(yǎng)，植物最終死亡。

 

該裝置曾被用于同室“效應(yīng)”法選種

 

把C4植物（如高梁）與要篩選的C3植物（如水稻等不同品種或輻射處理的同一品種或與C4植物雜交遺傳性動(dòng)搖的雜種）共同種植在該裝置中。由于C3植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)高，C4植物的CO2 補(bǔ)償點(diǎn)低，所以C3植物（如水稻等秧苗）缺乏CO2而致饑餓，先行死亡，而C4植物（如高梁等幼苗）在一定范圍的CO2濃度下仍然生長(zhǎng)正常。如果其中個(gè)別C3植物的植株能忍受低CO2濃度，即能生存下去，便選出低CO2補(bǔ)償點(diǎn)植株。

 

3．材料三：

 

（06四川）將川芎植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調(diào)節(jié)小室 CO2 濃度，在適宜光照強(qiáng)度下測(cè)定葉片光合作用的強(qiáng)度（以 CO2 吸收速率表示），測(cè)定結(jié)果如下圖。下列相關(guān)敘述，正確的是

 

A．如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a 點(diǎn)左移，b 點(diǎn)左移

 

B．如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a 點(diǎn)左移，b 點(diǎn)右移

 

C．如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a 點(diǎn)右移，b 點(diǎn)右移

 

D．如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a 點(diǎn)左移，b 點(diǎn)右移 

 

解析：本高考題盡管常見(jiàn)于教輔資料，但常疏于明確解析。分析題干信息，該題討論的是改變適宜光照強(qiáng)度后光補(bǔ)償點(diǎn)（a點(diǎn)，此時(shí)光合作用速率與呼吸作用速率）和CO2飽和點(diǎn)（b點(diǎn)，此后適度增加CO2濃度，光合速率不再增加）的變化問(wèn)題。

 

1．隨著光照強(qiáng)度的增加，環(huán)境溫度亦逐漸升高。就光照強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，光合作用速率及光呼吸速率均隨著光照強(qiáng)度的增加而增加，基本上呈平行關(guān)系；就環(huán)境溫度來(lái)說(shuō)，光合作用速率與暗呼吸的速率亦隨著環(huán)境溫度升高而升高，這取決于酶活性的升高，只是前者的最適溫度（25－30℃）略低于后者（25－35 ℃ ）。

 

2．僅從一般推測(cè)可知，適宜光照強(qiáng)度下，植物的光合作用速率應(yīng)遠(yuǎn)大于呼吸作用速率，因?yàn)橹挥蟹e累足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物才能正常發(fā)育。所以，光照強(qiáng)度變化影響光合作用速率應(yīng)遠(yuǎn)大于呼吸作用速率。

 

3．1 依據(jù)以上述結(jié)論，如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，光合作用速率的降低應(yīng)遠(yuǎn)大于呼吸作用速率。此時(shí)只有在較高的CO2濃度才能保持光合作用速率等于呼吸作用速率。所以a點(diǎn)右移。該分析是基于怎樣改變CO2濃度影響光合作用使其與呼吸作用相等的。

 

3．2 換個(gè)角度，若從改變CO2濃度影響呼吸速率使其與光合速率相等亦能得到a點(diǎn)右移的結(jié)論：因?yàn)楣庹諒?qiáng)度適當(dāng)降低，光合作用速率的降低遠(yuǎn)大于呼吸作用速率，根據(jù)呼吸作用反應(yīng)式：C6H12O6＋6O2＋6H2O  高中化學(xué) →  6CO2＋12H2O＋能量

 

當(dāng)CO2濃度較高時(shí)，O2濃度較低，剛好抑制正反應(yīng)促進(jìn)逆反應(yīng)，呼吸速率下降，使呼吸速率與光合速率相等成為可能，所以a點(diǎn)右移。

 

顯然，兩種思路得到相同的結(jié)果，我們有理由認(rèn)為a點(diǎn)右移是光合速率和呼吸速率同時(shí)變化的結(jié)果。

 

4．同樣，由于受光照強(qiáng)度適當(dāng)降低光反應(yīng)產(chǎn)物減少的限制，用于被還原的C3在較低的CO2濃度下即可足量生成，所以b點(diǎn)左移。

 

5．同理，如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a點(diǎn)左移，b點(diǎn)右移 。所以答案為D。

 

主要參考書(shū)目

 

潘瑞熾 董愚得編，植物生理學(xué)，第二版，高等教育出版社，1982：106－110，142－143

 

高煜珠 王忠， 關(guān)于光呼吸與光合作用關(guān)系的研究──Ⅱ 環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響及其與光呼吸的關(guān)系，植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，1982，04

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.douzifanli.com/gaozhong/79684.html

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