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示例呼吸作用坐标曲线题类型
四川省南充高级中学（637000）杨长奎
四川省南充实验中学(637002) 母荣光
生物呼吸作用往往随时间、外界条件（如温度、氧气、水分等）的变化而发生规律性变化，这些变化可通过曲线来表示。以曲线为载体，考查学生识图、分析、表达能力，有较好的区分度，一直是高考命题的热点和重点。下面是依据高中生物学的内容，示例总结呼吸作用坐标曲线题的常见类型。
1 反映与植物矿质营养的关系
题1：为研究根对钾离子的吸收,科学家用放射性同位素42KCl溶液及若干如下图1所示的装置进行实验，切取1cm长的小麦幼苗的根尖，分别将每组180个根尖浸在0.025mol/l、0.05mol/、0.1mol/l、0.2mol/l的42KCl溶液中。通过右侧玻璃管以一定的速度向容器内输入空气或氮气，每隔10分钟各取出30个根尖，将根表面附着的42KCl溶液充分擦拭后，测定根组织内的42K放射量，将结果绘成图2（A—C），纵轴为根组织内的42K的放射量（相对值），横轴为根在42KCl溶液中浸泡的时间（分钟），图中的数字是根浸在42KCl溶液的浓度
实验1：向容器内输送空气，结果如图2A。
实验2：向容器内输送氮气，结果如图2B。
实验3：向容器内输送空气，测定之前还要用某盐溶液对根尖充分冲洗，结果如图2C。
实验4：向容器内输送氮气，测定之前还要用某盐溶液对根尖充分冲洗，根的组织内几乎没有42K残留。
⑴从实验1和实验2的结果看，根吸收42KCl溶液，在输送空气时起作用，而在输送氮气时不起作用。这种生理功能是_________。输送空气有利于根吸收42KCl的原理是__________.
⑵从实验3和实验4的结果看，进入根组织内的42K有的被某盐溶液冲洗掉，有的没有被冲洗掉，这种区别是42K在根组织中存在的部位不同所致，请简要说明。__________________________
⑶如果实验1装置中其他条件不改变，再加入一种物质，在不破坏根组织的前提下，使根组织内的42K含量出现与图2B相同的结果，加入的这种物质的作用原理是_______________。
解析:根吸收矿质元素离子的过程包括交换吸附和主动运输,交换吸附所需的H+、HCO3-、以及主动运输所需的ATP均来自呼吸作用，同时主动运输所需的载体是植物体本身固有的，其量和种类不会随外界环境的改变而改变。所以，在一定范围内，随着呼吸作用强度的增加，根吸收矿质元素离子的量将增加，但呼吸作用强度超过某一值时，因载体数量的限制，根吸收矿质元素离子的量将保持恒定。
答案：⑴交换吸附和主动运输；输送空气有利于根的有氧呼吸，为交换吸附提供二氧化碳，为主动运输提供能量。⑵通过扩散作用或交换吸附到达细胞外的钾离子易被盐溶液洗掉，通过主动运输吸收的钾离子进入到细胞内不易被盐溶液洗掉。⑶加入呼吸抑制剂，影响根细胞呼吸作用释放能量，从而影响根细胞吸收钾离子。
2 反映与植物光合作用的关系
题2：下图为某成熟森林生态系统的植物叶面积指数与光合作用生产有机物的总量、干物质量和呼吸量的关系示意图。（图中叶面积指数是指单位地表面积上植物叶片的总面积数量。该数值越大，表示叶片交错覆盖的程度越大）。判断a、b、c三条曲线依次代表的三种物质量及为保持林木最大的生产量应采取的措施分别应是（ ）D
物质量：①干物质量 ②有机物的总量 ③呼吸量
生产措施：④禁止砍伐林木 ⑤适量砍伐林木，使林木保持合适的密度
A．②③①、⑤ B．①③②、④
C．①②③、⑤ D．②①③、⑤
解析：呼吸作用发生在所有活细胞中，叶面积指数越大，活细胞数目越多，呼吸作用则越强，有机物消耗量就越多，则曲线c表示呼吸量。影响光合作用的因素有叶绿素、光、温度、二氧化碳浓度等，在叶面积指数较小时，光照充足，随着叶面积指数增大，光合作用增强，合成有机物的总量增加。但叶面积指数超过某一值（如图中的“8”）时，叶片因交错覆盖程度增大使部分叶片得不到光照而不能进行光合作用。因此，曲线a表示有机物的总量变化。植物体内干物质量=光合作用合成有机物总量-呼吸作用消耗量，曲线b即为干物质量。根据以上的分析可得，要保持林木最大的生产量应适时适量砍伐。如果禁止砍伐，叶面积指数过大，干物质量会下降；如果过度砍伐，叶面积指数过小，浪费了光能等资源，光合作用合成有机物量不足。
答案：D
3 反映影响呼吸作用的外界因素
题3：请回答下列与生物呼吸作用相关的问题：
（1）将水稻幼苗培养在不同氧气浓度的黑暗环境中，分别测得其无氧呼吸释放的二氧化碳量与有氧呼吸消耗的氧气量，获得如下图所示结果。
①请写出水稻无氧呼吸的方程式：____________________。
②若水稻秧苗长时间被水淹没，易发生烂秧现象。请简要说明导致烂秧的原因：______。.
③若外界氧浓度为6％时，释放量的相对值为0.7，而吸收量的相对值为0.3。当此种状态下无氧呼吸过程消耗n摩尔葡萄糖，则其有氧呼吸过程消耗的葡萄糖约为______摩尔。
④请在图中添加水稻释放的二氧化碳总量曲线。
（2）在利用酵母菌进行酒精发酵的生产过程中，前期要向发酵罐内通气，以利于酵母菌的快速繁殖，此阶段酵母菌的繁殖方式主要是___________________。
（3）高等动物和人在某些情况下，由于组织缺氧，它们所需要的能量可以通过无氧呼吸来提供，其无氧呼吸的产物是 。
解析：氧气是影响生物呼吸作用的重要因素。外界无氧时，生物细胞只能进行无氧呼吸，需氧型的生物便不能生存。随着氧气浓度的增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸逐渐加强，当外界氧气浓度超过某一值时，有氧呼吸的强度保持恒定（因为还要受酶、ADP的量等限制）。
答案：（1）①（酒精）++能量;②由于长期淹水，导致秧苗缺氧，进行无氧呼吸，长时间无氧呼吸积累的酒精，使组织细胞酒精中毒，导致烂秧;③n/4；④答案见下图(注：释放总量与氧气消耗量两条曲线相交点应垂直于横坐标18%的位置,即P点；曲线的起点应为纵坐标“1”的高度；不能画直线或上拱线。)；（2）出芽生殖；（3）乳酸。
4 反映与ATP数量的关系
题4：在下图曲线中，能正确表示动物肌细胞内ATP产生量与氧气供应量之间关系的曲线、以及能正确表示动物肌细胞线粒体内ATP产生量与氧气供应量之间关系的曲线依次是（ ）
A.ad B.bc C.bd D.ac
解析:动物肌细胞在短暂缺氧时可进行无氧呼吸产生ATP,在一定范围内,随着氧气的增加,有氧呼吸逐渐增强,产生ATP量增多,但又不可能无限增加(因为还受其它因素如酶、温度等限制)。然而，有氧呼吸第二、三步均发生在线粒体内，必须要在有氧的前提下才能氧化放能产生ATP。综上所述答案应为B
练习题：
1.现有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液，通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和二氧化碳的量如图所示。
问：在氧浓度为a时（ ）
A.酵母菌只进行发酵
B.67%的葡萄糖用于发酵
C.33%的葡萄糖用于发酵
D.酵母菌停止发酵
2. 某种植物种子在适宜萌发的条件下鲜重的变化情况如图所示。据此判断，种子萌发时干重发生变化的情况是（ ）
A、在第Ⅰ阶段显著增加，第Ⅲ阶段显著减少 B、在第Ⅰ阶段显著减少，第Ⅲ阶段显著增加 C、在第Ⅰ、Ⅱ阶段变化很小，第Ⅲ阶段显著减少 D、在第Ⅰ、Ⅲ阶段显著增加，第阶Ⅱ段变化很小
3. 某学生在玻璃温室里进行植物栽培实验，为此他对室内空气中的CO2含量进行了24小时测定，下图曲线中能正确表示其测定结果的是（横坐标为日时间，纵坐标为CO2浓度）( )
4.下图表示氧气浓度变化对硝化细菌和乳酸菌呼吸作用的影响。
则曲线A、B分别代表的生物为____________________.
参考答案:
1. B;2.C;3.C;4.硝化细菌;乳酸菌.
【题目】将酵母菌研磨，取一部分匀浆离心，得到上清液（含细胞质基质）和沉淀物（含细胞器）。将等量的上清液、沉淀物和未离心的匀浆分别加入甲、乙、丙三支试管，分别进行以下几项实验：
实验一：向三支试管中分别加入等量的葡萄糖溶液，三支试管中的最终产物分别是甲________________、 乙________________、 丙______________。
实验二：向三支试管中分别加入等量的丙酮酸溶液，三支试管中的最终产物分别是甲________________、 乙________________、 丙_______________。
实验三：隔绝空气的情况下，重复实验一，三支试管中的产物分别是甲________________、 乙________________、 丙_____________________。
实验四：隔绝空气的情况下，重复实验二，三支试管中的产物分别是甲________________、 乙_________________、 丙_____________________。
此题的焦点问题是要解释实验一的甲试管、实验二的甲试管和实验四的甲试管，其它的问题都比较好理解。
分析实验一的甲试管：根据呼吸作用的过程，不管是有氧呼吸还是无氧呼吸的第一步进行的都是糖酵解的过程，大致步骤如下：葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸→果糖-6-磷酸→果糖-1. 6-二磷酸→甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮→1.3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。在这个过程中需要消耗NAD+生成NADH、消耗ADP和无机磷生成ATP。总的来说可用1葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O这个反应式来表示，但细胞质基质中NAD+、ADP和无机磷的存量都很少，如果全部被消耗了，且不能循环使用，糖酵解就会停止。在没有氧气的情况下，NADH就在细胞质基质中还原丙酮酸，生成酒精和二氧化碳。而本身被氧化重新生成NAD+，ATP则被细胞代谢消耗生成ADP和磷酸，这样就使得发酵过程得以不断地进行；若有氧气存在时，因线粒体内膜上的呼吸链（电子传递链）有最终受体（O2），三羧酸循环和电子传递都得以顺利进行，因此2NADH和2H+有更好的去路，即能迅速进入线粒体，通过线粒体内膜上的呼吸链而被氧化，丙酮酸也就因细胞质基质中缺乏NADH和H+而未能按无氧呼吸的方式被还原，而是不断进入线粒体内进行脱羧，生成乙酰辅酶A而进入三羧酸循环，也就是说氧气促进了三羧酸循环和氧化磷酸化的过程，同时也就抑制了无氧呼吸过程。以上过程说明，对既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸的真核细胞，氧气抑制无氧呼吸并不是因为破坏或抑制了无氧呼吸过程中某些酶的催化活性。因此，如将葡萄糖加入只含酵母菌细胞质基质的试管中，在有氧气但其它条件适宜的情况下，应该是进行完整的无氧呼吸过程，即产物为酒精和二氧化碳。
对于酵母菌在有氧条件下发酵被抑制的现象还可用巴斯德效应来解释，其主要观点是：ATP能抑制6-磷酸果糖激酶的活性，而无机磷和ADP能促进其活性，同时三羧酸循环的第一个产物柠檬酸也能抑制6-磷酸果糖激酶的活性。因此有氧呼吸进行时，ADP和无机磷进入线粒体，其产物ATP和柠檬酸进入细胞质基质，这些过程都会促使6-磷酸果糖激酶的活性会下降，最终导致6-磷酸葡萄糖的积累。而过多的6-磷酸葡萄糖对已糖激酶有反馈抑制作用，使葡萄糖磷酸化减慢，这样就抑制了糖酵解的过程，使葡萄糖的分解速度变慢了。有氧呼吸需要分解的葡萄糖要比无氧呼吸少得多，也可以看出有氧呼吸的效率要远远大于无氧呼吸。酵母菌的酒精发酵速度还与糖酵解过程中NAD+和NADH的周转有关，在无氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸，在细胞质基质中经过脱羧生成乙醛和二氧化碳，NADH能将乙醛还原成酒精，而本身被氧化成NAD+，使NADH和NAD+周转速度加快，糖酵解加快。然而，在有氧条件下，糖酵解产生的NADH，不能用于还原乙醛，而是通过穿梭系统进入线粒体，通过呼吸链的传递生成水，由于NAD+和NADH不能周转，发酵作用便受到抑制。
但不管怎么说，上述实验一的甲试管中具有发酵作用所需的酶，最终产物应当是二氧化碳和酒精，尽管没有隔绝空气，发酵作用也不会受抑制。
那么，同样是在有氧的条件下，厌氧菌（如乳酸菌）的发酵为什么会被氧气抑制呢？对于这类生物来说，有氧气存在时细胞内极易产生O2－（超氧化物阴离子自由基），而O2－反应力极强，性质不稳定，可破坏各种重要高分子和膜，也可形成其它活性氧化物，故对细胞十分有害。那么为何非专性厌氧菌（如大肠杆菌）可以在空气中存活呢？因它的细胞内具有SOD（超氧化合物歧化酶），它可以催化反应“O2－＋H＋→H2O2＋O2”的进行，H2O2再被过氧化氢酶或过氧化物酶转变为H2O。以上说明，氧气对酵母菌的发酵和专性厌氧菌的发酵抑制的原理是不同的。同时还可以看出，既使对专性厌氧菌，氧气也并不是特异性地抑制无氧呼吸第二阶段中某些酶的活性。
以上的问题弄清楚了，其他实验的结果也就容易分析了。
解释实验二中的甲试管：如果把丙酮酸加入到不隔绝空气的细胞质基质中，由于有脱羧酶的存在，可以在酶的作用下发生脱羧反应生成乙醛和二氧化碳。但由于没有NADH，乙醛不能被还原成酒精。因此，这个试管中产物应当是乙醛和二氧化碳，而不是乙醇和二氧化碳，更不能彻底被分解成二氧化碳和水。
解释实验四中的甲试管：在隔绝空气的条件下向细胞质基质中加入丙酮酸，最终的结果与实验二中的甲试管相同，是否隔绝空气对试管中的反应没有影响。实验四中的丙试管也是如此，因为没有氧气，线粒体内膜上的呼吸链没有最终受体，所以NADH不能进入线粒体，辅酶A与乙酰辅酶A也不能被循环转变，因此三羧酸循环无法进行。
【答案】实验一甲：酒精和二氧化碳；乙：葡萄糖；丙：二氧化碳和水
实验二甲：乙醛和二氧化碳；乙：二氧化碳和水；丙：二氧化碳和水
实验三甲：酒精和二氧化碳；乙：葡萄糖；丙：酒精和二氧化碳
实验四甲：乙醛和二氧化碳；乙：丙酮酸；丙：乙醛和二氧化碳；
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