楊一敏

摘要：2017年高考新課標全國I卷第30題，看似只是一個常規(guī)的光合呼吸的實驗分析題，實驗情境也不復雜，但卻要求學生能結(jié)合已知信息對實驗過程中所呈現(xiàn)的具體現(xiàn)象進行成因分析并表述。要求學生在表述時呈現(xiàn)出完整的思維過程和邏輯關系，對學生的理解能力提出了更高的要求。本文將以此題和有關變式引入，給出此類問題的應對策略和審題答題的建議。

關鍵詞：理解能力;光合作用;呼吸作用;結(jié)果成因分析;生理活動強度;物質(zhì)含量;環(huán)境條件;平衡;穩(wěn)態(tài)

根據(jù)我校2017年高考的數(shù)據(jù)顯示，85以上的高分學生在第30題的扣分均在兩分以上。并非這些學生的知識儲備不足，相互聯(lián)系不到位，而是在表述過程中的邏輯關系和思維過程呈現(xiàn)不完整?，F(xiàn)在如何使好學生在這類問題上不扣分，使一般的學生能快速確定答題的方向少扣分就是我們所要突破的。

1 考綱相關內(nèi)容的感悟

與2017相比，2018年的生物考綱在“考試目標和要求”上沒有任何變化。也就是說2018年的高考命題依舊會延續(xù)2017方式，以中學生物核心知識為基礎深度考查學生的理解能力、實驗與探究能力、獲取信息能力和綜合運用能力。相較于16年，17年對每一項能力要求都給出了具體的解釋，使要求變得更加具體化，更加具有指導性意義。

各項能力要求均以理解能力為基礎，理解能力的缺失將直接影響學生對考題的理解、對關鍵信息的把握和最后的表述作答。理解是對事件邏輯關系的贊同，是運用過去已有知識經(jīng)驗不斷聯(lián)系形成新的知識經(jīng)驗的過程，需要學生能將新獲取的信息與已學過生物學核心知識、概念及過程相互聯(lián)系并進行整合[1]?！犊荚囌f明》的具體解釋中最后提出“可能要求考生對某一現(xiàn)象進行解釋和分析”[2]，要求學生能在理解的基礎上運用知識原理解決具體問題，同時呈現(xiàn)出完整的思維過程和相關事件間的邏輯關系。而生物是一門實驗性的學科，常需要學生對實驗過程中所呈現(xiàn)出的某種現(xiàn)象或結(jié)果做出解釋和分析。

細胞代謝即光合作用和呼吸作用，是高中生物的最核心內(nèi)容，是生命觀念中物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、生物與環(huán)境觀的集中體現(xiàn)。光合作用與呼吸作用通過CO2、O2和有機物聯(lián)系成一個整體，共同維持著生物圈中C、O等元素的平衡。同時，它也是將科學探究與農(nóng)林生產(chǎn)實踐緊密相聯(lián)的一個模塊，通過科學探究指導生產(chǎn)實踐，能夠很好的體現(xiàn)科學探究和社會責任的生物學核心素養(yǎng)。因此，代謝可以說是高考必考部分，也是“兵家必爭之地”。

2 真題及變式解析

2.1真題回放

（17年全國I T30）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，適宜條件下光照培養(yǎng)。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)兩種植物的光合速率都降低，原因是_____________________________________，甲種植物凈光合速率為0時，乙種植物凈光合速率__________（填“大于0”“等于0”或“小于0”）。

（2）若將甲種植物密閉在無O2，但其他條件適宜的小室中，光照培養(yǎng)一段時間后，發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸增加，原因是_____________________________________________________。

答案：

（1）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; ? 大于0

（2）甲種植物在光下光合作用釋放的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。

解析

在周圍各環(huán)境條件相對穩(wěn)定的情況下，生理活動的強度幾乎不會有明顯改變。只有當這種平衡被打破即某種環(huán)境因素發(fā)生明顯改變時才可能會引起生理活動強度的改變。影響光合速率的主要因素有光照強度、CO2濃度和溫度，影響呼吸作用的主要因素有O2濃度和溫度。由于當前實驗在“密閉裝置”中、“適宜條件”下進行，所以在無人為干擾時可被改變的因素僅有裝置內(nèi)的CO2和O2濃度。密閉裝置或容器中的CO2和O2濃度受光合速率與呼吸速率的大小關系影響。光合作用消耗CO2生成O2，是CO2的“去路”O(jiān)2的“來源”，呼吸作用產(chǎn)生CO2消耗O2，是CO2的“來源”O(jiān)2的“去路”。當光合速率等于呼吸速率時，CO2和O2濃度不變;當光合速率大于呼吸速率時，O2濃度升高CO2濃度降低;當光合作用速率小于呼吸速率時，O2濃度降低CO2濃度升高。實際上在這一個問題中包含了兩種不同類型，①生理活動強度變化的原因分析，取決于影響該生理活動的環(huán)境因素的改變;②物質(zhì)含量變化的原因分析，取決于“來源”與“去路”的平衡關系，受相應生理活動的強度大小關系的影響。不管兩類問題是否柔和在一起都必須先關注實驗的當前環(huán)境條件，并分析哪些因素是變化或可能發(fā)生變化的。

2.2 變化分析

2.2.1 變式1

甲種植物放置于密閉小室中，光照等條件均適宜。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)甲種植物的光反應速率降低。為什么？

______________________________________________________。

答案：

甲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，使密閉小室內(nèi)的CO2濃度下降，致使甲植物的暗反應速率下降，對ATP和[H]消耗量減少，從而使光反應受到一定的抑制。

解析

該變式與2017年全國1卷第30題的問法相似，但最后問題的落腳點并不是光合作用而光反應。光合作用包括光反應和暗反應兩個階段，兩者相對獨立又通過ATP、[H]、ADP和Pi緊密相連。不同的影響因素對光合作用的影響不經(jīng)相同，光照強度直接影響光反應，而CO2濃度直接影響的是暗反應。此情境下，變化因素并不直接影響問題所示生理活動，而是通過影響其他生理活動間接影響問題所示生理活動，必須把握兩者間的聯(lián)系，如ATP、[H]的變化。

2.2.2 變式2

將某高等植物放在密閉透明的容器內(nèi)，在溫度適宜的條件下，容器內(nèi)CO2濃度的變化如圖所示。圖中AB段為暗處理，B點開始給予一定強度的光照。請回答下列問題：

在C點時，向容器中注入一定量高濃度的NaHCO3溶液，發(fā)現(xiàn)植物的光合作用速率并沒有發(fā)生變化，其可能的原因是___ ______________________________________________________。

答案：

注入前的CO2濃度已達到飽和，此時限制光合速率的外界因素可能是光照強度

解析

如某因素本身對問題所示的生理活動無影響，自然不會引起其活動強度的改變。但此變式并非如此，向容器中注入一定量高濃度的NaHCO3溶液后會使密閉容器內(nèi)的CO2濃度升高，而CO2就是光合作用的主要影響因素之一?；仡櫣夂纤俾孰SCO2濃度變化的曲線模型（見圖1甲），存在一個明顯的拐點，將此拐點進一步拆分，對應Y軸上g點表示最大光合速率;對應X軸上c點表示達到最大光合速率所需要的最小CO2濃度，該點也被稱為CO2飽和點。c點之后CO2濃度已達到飽和，光合速率不再隨CO2濃度的升高而加快。光照強度對光合速率影響的整體趨勢與CO2濃度類似（見圖1乙）。此情境中變化的環(huán)境因素確定為問題所示生理活動的重要影響因素但又不再引起其變化，說明該環(huán)境因素已經(jīng)達到飽和，限制其變化的是其他因素。具體的限制因素最可能是什么，還得先把握當前實驗的環(huán)境條件。例如本題，由于題干已知“溫度適宜”，那限制因素則最有可能為光照強度。

在，

2.2.3 變式3

已知種子萌發(fā)過程中由于代謝旺盛，會產(chǎn)生大量的熱量?，F(xiàn)將若干萌發(fā)中的種子放置在密閉裝置內(nèi)，采取一定的措施保證O2濃度相對恒定且適宜，周圍的環(huán)境溫度為最適溫度。實驗一段時間后測定種子呼吸速率，發(fā)現(xiàn)有所減緩，其原因最可能是_____________________。

答案：

萌發(fā)種子代謝產(chǎn)熱，使密閉裝置中的溫度升高，又由于實驗開始前的溫度已經(jīng)是最適溫度，因此隨溫度上升酶活性下降，呼吸速率減緩

解析

問題所示的呼吸主要指的是有氧呼吸，其影響因素主要是O2濃度和溫度?，F(xiàn)已知“O2濃度相對恒定”，引起呼吸速率改變的因素則最有可能是溫度。由于呼吸本質(zhì)上屬于酶促反應，溫度通過影響酶的活性來影響呼吸速率。在最適溫度下，酶的活性最高，呼吸速率最快;溫度偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低，呼吸速率下降（見圖1丙）[3]。結(jié)合題干信息“萌發(fā)過程中由于代謝旺盛，會產(chǎn)生大量的熱量”，所以在種子萌發(fā)過程中裝置內(nèi)的溫度會逐漸升高。又由“周圍的環(huán)境溫度為最適溫度”可知溫度升高將會偏離最適溫度，呼吸速率將會下降。光合作用與呼吸作用相似，本質(zhì)上也屬于酶促反應，溫度主要通過影響酶的活性來影響光合速率。

3 應對策略

3.1 生物與環(huán)境觀，穩(wěn)態(tài)與平衡觀

我們的生物圈也類似于一個密閉環(huán)境，生物通過光合作用與呼吸作用共同維持著C、O等元素的動態(tài)平衡。生物的生長、發(fā)育和繁殖離不開適宜的環(huán)境條件，當環(huán)境條件足夠理想時，生物的增長將呈“J”形。但在自然狀態(tài)下，環(huán)境資源和空間都是有限的，生物群體的內(nèi)部由于各種關系的存在使生物生長、發(fā)育和繁殖都受到收到了一定限制。同時生物也通過自身的生命活動影響著周圍的環(huán)境。例如在森林中樹木通過其龐大的根系涵養(yǎng)水源，減少了水的地表徑流，通過蒸騰作用降低了周圍的環(huán)境溫度，為地表的陰生植物創(chuàng)造了它所需的陰涼環(huán)境;土壤微生物通過自身的分解作用將枯枝落葉、遺體殘骸中的有機物分解成無機釋放到無機環(huán)境中，既保證了C的平衡又增加了土壤的肥力。在生物圈中某一個生物個體對周圍環(huán)境的影響或許是微乎其微的，但生物這樣一個群體總是與無機環(huán)境相互影響構(gòu)成了一個統(tǒng)一的整體。

生命系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，內(nèi)部時刻都在發(fā)生著物質(zhì)的變化和能量的轉(zhuǎn)化，但多數(shù)時候又維持著相對的動態(tài)的平衡狀態(tài)[4]。其實世間萬物總是處在一個整體的平衡和局部的變化中。例如多細胞生物細胞數(shù)目的相對恒定離不開細胞分裂和細胞凋亡兩個變化的過程;種群數(shù)量的相對穩(wěn)定離不開新生命的誕生和老年個體的衰老死亡兩個變化的過程;生物圈中碳平衡離不開光合作用（及化能合成作用）和呼吸作用（及微生物的分解作用）兩方面變化的過程。其實局部的變化是為了更好的保持整體的平衡穩(wěn)定。

3.2 光合作用與呼吸作用的知識基礎

光合作用生成O2，消耗CO2，制造有機物;呼吸作用分解有機物，生成CO2，消耗O2。兩者在物質(zhì)上通過O2、CO2和有機物相互聯(lián)系。植物體內(nèi)有機物的含量以及密閉裝置中的CO2和O2濃度則由光合作用和呼吸作用共同決定。在物質(zhì)合成、分解、轉(zhuǎn)化的同時還伴隨著能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失。光合作用的光反應吸收傳遞光能，并將光能轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ嬖贏TP中的活躍化學能，暗反應經(jīng)一系列的變化最終將活躍化學能轉(zhuǎn)變成有機物中的穩(wěn)定化學能。呼吸作用將有機物氧化分解并釋放能量，釋放的能量大部分以熱能的形式散失，少部分用于ATP 的合成，最終用于其他生命活動[3]。

光合作用包括光反應和暗反應兩個階段，兩個階段相對獨立又通過ATP、[H]ADP、Pi相互聯(lián)系，緊密相連。光照強度直接影響光反應，通過影響ATP、[H]的供應間接影響暗反應。CO2濃度直接影響暗反應，通過影響ATP、[H]的消耗或ADP、Pi的供應間接影響光反應。溫度主要通過影響酶的活性來影響光合作用。此外，在晴朗夏天的中午由于溫度過高，導致植物葉片氣孔導度下降（為避免過量的蒸騰失水），使CO2的吸收量減少，從而間接影響光合作用。

3.3 實驗條件中的“變”與“不變”

由于在環(huán)境條件相對穩(wěn)定時，生理活動的強度幾乎不會有明顯變化，在具備了相應的生物學觀念和知識基礎后還需把握實驗條件中的“變”與“不變”。

首先需先理清自變量和無關變量的關系。自變量是人為改變的變量;無關變量是除自變量外，實驗過程中可能存在的一些對實驗結(jié)果造成影響的可變的因素。對于這兩種變量的理解區(qū)分可以因變量為尺。因變量是實驗的結(jié)果，自變量和無關變量都是可影響實驗結(jié)果的因素，其中當前實驗所研究的那個影響因素就是自變量，其他對實驗結(jié)果也有影響但當前實驗不予研究的影響因素就是無關變量[3][5]。例如影響光合速率的主要因素有光照強度、CO2濃度和溫度。當研究溫度對光合作用的影響時，溫度就是自變量，光照強度和CO2濃度都是無關變量。由于無關變量也能對實驗結(jié)果造成影響，所以在實驗過程中必須相同且適宜。

“變”的條件主要指的是實驗過程的自變量，可能以曲線圖或柱狀圖的“橫坐標”的方式來呈現(xiàn)，也可能蘊藏在表格項目欄或?qū)嶒災康闹校€可能是直接的文字描述，例如CO2濃度由“1%”降至“0.003%”。除此之外還有一些因素是“可能發(fā)生變化”的，在密閉裝置內(nèi)由于生物與環(huán)境存在相互影響，裝置內(nèi)的CO2濃度、O2濃度等環(huán)境條件可能會隨著實驗的進行而發(fā)生改變。“不變”的條件實際上指的是實驗過程中的無關變量，一般會以三種方式呈現(xiàn)在題干中。一是具體的、特定的數(shù)值或環(huán)境，例如1%的CO2濃度、25℃、黑暗等;二是“適宜的XX”;三是在明確自變量后其他。

4 總結(jié)提煉

4.1 思考方向

4.1.1 生理活動的強度變化原因

由問題向前逆推，先明確問題所示的生理活動，并回顧其直接影響因素有哪些。然后確定題干中變化的或可能變化的環(huán)境條件是否對其有直接影響。如果沒有，則需確定變化的環(huán)境條件所直接影響的生理活動以及它與問題所示生理活動之間的物質(zhì)或其他方面的聯(lián)系。

4.1.2 物質(zhì)含量的變化的原因

同樣也是由問題向前逆推，先明確問題所示的變化的物質(zhì)，并回顧該物質(zhì)“來源”和“去路”所對應的生理過程。然后確定當前實驗的環(huán)境條件或變化的環(huán)境條件對該物質(zhì)“來源”和“去路”的影響。最后理清該物質(zhì)“來源”和“去路”所對應的生理活動變化（包括變化的方向和幅度）以及大小關系。

4.1.3 密閉裝置中兩類問題相互滲透

在由問題向前逆推出可能引起生理活動強度變化的環(huán)境條件后，還需進一步驗情境下該環(huán)境條件變化的原因。實際就是體現(xiàn)了生物與環(huán)境的相互影響。

4.2 答題模式

答題表述時一般用陳述句、肯定句，由條件向問題順推。

1.環(huán)境條件的直接影響：環(huán)境條件的變化→生理活動的變化。

2.環(huán)境條件的間接影響：環(huán)境條件的變化→直接影響的生理活動的強度變化→聯(lián)系兩生理活動的物質(zhì)或其他方面的變化→問題所示生理活動的強度變化。

3.物質(zhì)含量的變化：特定的環(huán)境條件或變化的環(huán)境條件+“來源”+“去路”（+該物質(zhì)含量變化）?！皝怼薄叭ァ北仨毻瑫r呈現(xiàn)，答題表述的落腳點一定回歸問題所示的物質(zhì)

4.密閉裝置中兩類問題相互滲透：思考方向和答題模式將兩方面相互結(jié)合即可。（某物質(zhì)“來源”與“去路”）相應生理活動→某環(huán)境條件（某物質(zhì)含量）的變化→問題所示生理活動的強度變化。如是間接影響同樣需要確定變化的環(huán)境條件所直接影響的生理活動及其與問題所示生理活動之間的聯(lián)系。

4.3特別提醒

1.審題時需重點關注實驗情境中的環(huán)境條件。

2.環(huán)境因素既可以直接影響問題所示的生理活動，也可以通過影響其他生理活動來間接影響問題所示的生理活動，因此需要把握變化因素直接影響的活動和問題所示的活動之間的聯(lián)系。

3.當環(huán)境因素改變而生理活動的強度不發(fā)生任何變化時，可能該環(huán)境因素對問題所示活動無影響，也可能該環(huán)境因素已經(jīng)達到飽和。

4.在密閉的裝置中既有生物生命活動對環(huán)境的影響，又有環(huán)境因素對生物生命活動的影響。（生物與環(huán)境相互作用）

參考文獻：

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