氧浓度影响植物呼吸作用的坐标曲线及其变式
广东技术师范天河学院-私立大学
氧浓度影响植物呼吸作用的坐标曲线及其变式
植物呼吸作用的强度受多个因素
的影响,其中氧浓度是影响植物呼吸作用强度的重要因
素之一。这里重点探讨氧浓度的变化对植物呼吸作
用(主要是COz的释放与O2的吸收)的影
响,同时不考虑植物光合作用对O2和CO2量的影响。
1 氧浓度影响植物呼吸作用的坐标曲线
氧浓度影响植物的无氧呼吸。植物在完全缺氧的条件
下进行无氧呼吸,大多数植物无氧
呼吸的产物是酒精和CO2。有氧环境对无氧呼吸起抑制作用,抑制作
用随氧浓度的增加而增
强,直至无氧呼吸完全停止。如果以CO2的释放表示无氧呼吸的强度,则氧浓度
影响植物无氧
呼吸的曲线可表示为图1中a曲线。
氧浓度影响植物的有氧呼吸。O2是植物进
行有氧呼吸的反应物,因此,氧浓度是影响植物
有氧呼吸的重要因子。在一定氧浓度范围内,有氧呼吸的
强度随氧浓度的增加而增强,同样以
CO2的释放表示有氧呼吸的强度,则氧浓度影响植物有氧呼吸的曲
线可表示为图1的b曲线。
当然也可以用植物对O2的吸收来表示植物有氧呼吸的强度,则氧浓度影响植
物有氧呼吸的
曲线可表示为图2所示曲线,即氧浓度增加,有氧呼吸的强度增强,植物对O2的吸收也随
之增
加(由于受到有氧呼吸酶等因素的影响,在达到一定氧浓度后植物的有氧呼吸强度将不再增
强)。
综上所述,氧浓度不仅影响植物的呼吸强度,而且影响着植物呼吸作用的类型。即在无氧
条件下进行无氧呼吸,在低氧条件下既进行无氧呼吸,也进行有氧呼吸,且随氧浓度的增加,无
氧呼吸
逐渐减弱,有氧呼吸逐渐增强,至某一氧浓度后植物只进行有氧呼吸。因此在氧浓度变
化过程中,植物呼
吸作用CO2的总释放的变化可表示为图1的c曲线。
2
坐标曲线图相关变式
2.1 曲线的整合
【例1】 图3表示某种植物的非绿色器官在不同
氧浓度下CO2的释放量与O2的吸收量
的变化。请回答:(1)如图3所示,外界氧浓度在10%以下
时,该器官进行什么类型的呼吸?请说
明理由。(2)该器官CO2的释放与O2的吸收的2条曲线在P
点相交后重合,表明其呼吸类型
发生什么变化?请说明理由。
在同一坐标中对相关
曲线的整合是曲线变式的常用策略。本题就是在不同氧浓度下植物
非绿色器官CO2的释放量与O2的吸
收量变化曲线的叠加,即图1c曲线与图2曲线的叠加。由
图示可知,在氧浓度为10%以下时,CO2
的总释放量大于O2的吸收量,说明该器官既进行无氧
呼吸,也进行有氧呼吸。P点后2条曲线重合,表
明这以后CO2的总释放量与O2的吸收量相等,
根据以葡萄糖为底物的有氧呼吸的反应
式可知,此时该器官只进行有氧呼吸。所以P点也是
无氧呼吸的消失点。
2.2变换坐标图类型
【例2】 图4表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时
,CO2释放量和O2吸
收量的变化。下列相关叙述正确的是( )
A.氧浓度为a时最适于贮藏该植物器官
B.氧浓度为b时,无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍
C.氧浓度为c时,无氧呼吸最弱
D.氧浓度为d时,有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等。
本题是在例1图的基础上选取了氧浓度不同的几个关键点,以柱状图的形式考查不同氧
浓度下植物器官有氧呼吸和无氧呼吸情况。对比两图可知,d点就是例1图中的P点,c点表示
的是C
O2释放总量的最低点,a点表示的是氧浓度为0时的情况。因此,解题关键是分析清楚
各氧浓度下,无
氧呼吸与有氧呼吸的状况。以CO2释放量相对值计算:a浓度:氧吸收为0,只有
无氧呼吸.b浓度:
有氧呼吸为3,无氧呼吸为(8—3);c浓度:有氧呼吸为4,无氧呼吸为(6～4);d
浓度:有氧
呼吸为7,无氧呼吸为0。由此判断:c浓度最适于贮藏;b浓度无氧呼吸消耗葡萄糖为
2.5,为有氧
呼吸(0.5)的5倍;d点无氧呼吸为0。
2.3改变问题情境
【例3】 图5表示北方
一个贮存白菜的地窖随着O2的消耗CO2浓度变化的情况,请据图
回答:(1)地窖中的白菜主要进行
无氧呼吸的是曲线中的哪一段?请写出无氧呼吸的反应式。
(2)从哪点开始,氧浓度的高低成为限制有
氧呼吸的因素?(3)为了有利于较长时间地贮存大白
菜,应把地窖里的O2控制在曲线
中的哪一段范围内?
本题选取贮存白菜的地窖中随着O2的消耗CO2浓度的变化来考查不同氧浓度下
植物
有氧呼吸和无氧呼吸情况。本题在“贮存白菜的地窖”这个相对封闭的情境下,纵坐标的含意
与前面的曲线图相比发生了改变,前面曲线图中纵坐标的CO2释放表示的是某一氧浓度下植
物有氧呼
吸和无氧呼吸的强度,而本题纵坐标的CO2浓度表示的是当氧浓度变化到某一点
时,植物呼吸作用所积
累的CO2的总和。因此,曲线AB段的CO2浓度的迅速增大说明在该曲
线段所对应的氧浓度下植物进
行有氧呼吸。曲线BC段的CO2浓度的缓增说明在该曲线段
所对应的氧浓度下植物的呼吸作用(包括无
氧呼吸和有氧呼吸)最弱,也说明B点开始,氧浓度
的高低成为了限制有氧呼吸的因素,同时又由于氧的
存在,植物无氧呼吸受抑制,使植物的无
氧呼吸也维持在比较低的水平。随着氧浓度的进一步降低,植物
无氧呼吸逐渐增强,所以,曲线
CD段的CO2浓度的再次迅速增大是植物进行无氧呼吸的结果。
2.4曲线的拓展
【例4】不同的呼吸底物、呼吸方式具有不同的呼吸商(呼吸商=呼吸放出
的CO2量呼
吸消耗的O2量)。现利用一装置来测定一定量的酵母菌在不同O2浓度下的O2吸收量和
CO2
释放量。实验结果如表1所示。
请问:当O2浓度为3%时,酵母菌的呼吸
商是多少?O2浓度为3%时,酵母菌的呼吸方式是
什么?表中显示,从O2浓度是多少起,酵母菌只进
行有氧呼吸。
本题的拓展首先体现研究对象上,图1和图2主要讨论的是植
物的呼吸作用,其实对于无
氧呼吸是酒精发酵的单细胞真核生物酵母菌来说也符合图1和图2的规律。其
次体现在呼吸
的底物上,在前面各题的讨论中,其实默认了一个前提条件,即呼吸底物均为葡萄糖,因此
在植
物只进行有氧呼吸时,释放CO2量与吸收O2量相等,即两条曲线有重合部分,重合部分的呼吸<
br>商相等,且均为1。而在本题中,如果把上述实验结果转换成曲线图(见图6),则可以发现CO2
释放曲线与O2吸收曲线并没有重合部分,说明酵母菌的呼吸底物并不是单纯的葡萄糖。由表
中数据可
计算出在O2浓度为3%时,酵母菌的呼吸商是1.67,根据图6由前面的讨论可知,此时
的酵母菌既
进行无氧呼吸,也进行有氧呼吸。由分析可知,随氧浓度的增加,当呼吸商不变时,
生物只进行有氧呼吸
。据表1中数据,当氧浓度为7%时,酵母菌的呼吸商是1.2,且以后随氧浓
度的变化,呼吸商均为1
.2,这说明氧浓度从7%起,酵母菌只进行有氧呼吸。