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关键词: 光合作用坐标曲线题 解题步骤 例题分析
光合作用坐标曲线问题是历届高考中常考题目。对这类问题,我们应明确图像所表明含义,而它的关键在于识标、析点、明线。
一、解题步骤
1.识标。我们首先要通过题干理解该坐标图中纵、横坐标的含义、关系。其次要进行知识点定位,即明确考查的是哪些知识点,是一个知识点?还是两或两个以上知识点?最后要结合教材,联系相应的知识点,回忆这些知识点的相关知识,把它们之间的区别与联系,相同与不同等一一理清。
2.析点。即对坐标曲线图曲线的起点、转折点、顶点、终点、交叉点进行分析,理解特殊点的生物学含义。若为多重变化曲线坐标图,则应以横或列为单位进行对比、分析,揭示其变化趋势。
3.明线。即观察坐标曲线图中曲线的走向、变化趋势。根据纵、横坐标的含义我们可以得出:在一定范围内,随“横坐标量”的增加,“纵坐标量”逐渐增加或减小。超过一定范围后,随“横坐标的量”的增加,“纵坐标的量”减少或增加,或者达到某种平衡状态。从而揭示出各段曲线的变化趋势及其含义。若为多重变化曲线坐标图,我们可先分析每一条曲线随横坐标量的变化规律,再分析不同曲线变化的因果关系、先后关系;分别揭示其变化趋势,然后对比分析,找出符合题意的曲线、结论或者是教材中的结论性语言,进而掌握两个或多个变量变化快慢相应的生物学意义。
二、例题分析
例题1:下图一表示A、B两种植物光合效率随光照强度改变的变化曲线,图二表示将A植物放在不同浓度CO环境条件下,A植物光合效率受光照强度影响的变化曲线,请分析回答:
(1)在较长时间连续阴雨的环境中,生长受到显著影响的植物是。
(5)增施农家肥可以提高光合效率的原因是。
[解析](1)识标。图一、二中的横坐标为光照强度,纵坐标为光合效率(CO吸收量),图一着重考查植物种类和光照强度对光合效率的影响,图二着重考查CO浓度和光照强度对光合效率的影响。
(2)析点。a点表示在光照强度为零时植物呼吸作用释放的CO量,即在此时不进行光合作用,只进行呼吸作用。b点表示此时光合作用强度(CO吸收量)与呼吸作用强度(CO释放量)相等,此时的光照强度又称之为光补偿点。ab段则表示光合作用随光照强度的增强而增强,但此时呼吸作用大于光合作用。c点表示此时光合作用强度最大,它所对应的最小光照强度叫做光饱和点。
(3)明线。图一是A、B两种植物的光合效率随光照强度的变化情况。图中既有同一植物不同光照强度的比较,又有不同植物相同光照强度时光合效率比较。(1)由于A植物光补偿点和光饱和点大于B植物,而A植物是阳生植物,B植物是阴生植物,因此在较长时间连续阴雨的环境中,由于光照不足,A植物生长受影响。(2)a点时,没有光照,植物不能进行光合作用,此时释放CO,呼吸作用产生。(3)c点时,光合效率最高,在叶绿体的基质中ATP不断被分解产生ADP,并移向类囊体薄膜参与ATP的合成。
图二是同一植物在不同的CO浓度下的光合效率随光照强度的变化情况。图中既有同一CO浓度下不同光照强度的比较,又有不同的CO浓度下相同光照强度时光合效率比较。e点与d点相比较,两者都是同一CO浓度下,但e点的光照强度比d点强,光反应产生的ATP和(1)A;(2)无光条件下A植物不进行光合作用,呼吸作用释放的CO的量;(3)从叶绿体基质向类囊体薄膜方向移动;(4)低高;(5)增加CO的供应,提供必需的矿质元素等。
例题2:如下图所示,小麦在不同的光照条件下,整体表现出的吸收O和释放O量(任意单位)的状况。那么在相同条件下,分别绘出人参、玉米两种植物其整体表现的吸收O和释放O状况的曲线,其中a、b、c、d点位置应如何变化?下列叙述正确的是()。
A.人参:a点上移
B.人参:b点右移
C.玉米:c点左移
D.玉米:d点下移
[解析](1)识标。本题中横坐标表示光照强度,纵坐标表示光合作用强度。本题着重考查植物种类和光照强度对光合效率的影响。
(2)析点。a点时光照强度为零,只进行呼吸作用,吸收O量即为呼吸作用强度;ab段表示随光照强度增强,光合作用逐渐加强;b点时吸收O量等于释放O量,即光合作用强度=呼吸作用强度,此时有机物积累量为零;b点以后,光合作用强度不断增加,光合作用强度>呼吸作用强度,开始有机物积累;c点以后,由于外界CO浓度为限制因子,光合作用强度不再增加,即出现光饱和现象。
(3)明线。A、B两个选项考查的是关于阳生植物与阴生植物的比较问题。a点表示呼吸作用强度,人参是阴生植物,小麦是阳生植物,由于阴生植物呼吸作用强度低于阳生植物,故人参的a点下移。
C、D两个选项考查的是关于阳生植物与阴生植物的比较问题。①C植物光饱和点高于C植物光饱和点。据潘瑞炽《植物生理学》,C植物达到饱和点时只需全月照1/2。而C植物是无光饱和点。故本题选项C中,由于小麦是C植物,玉米是C植物,故玉米假若达到光饱和时,其光饱和点应大于小麦光饱和点,c点应该右移。②C植物光合速率大于C植物光合速率。随光照强度增加,叶片气孔关闭。由于C植物固定CO的PEP羧化酶对CO亲和力高,故气孔关闭时仍可利用叶肉间隙含量很低的CO进行光合作用,而小麦(C植物)不能,故玉米(C植物)的d点相对于小麦应该下移。
[答案]D。
一、构建基本模型图
图Ⅰ
图Ⅰ表示的是光照强度与光合作用强度的关系(此时变量为光照强度,其他如CO2、温度等无关变量保持不变),可看作是一个最基本的图形。当光照强度为0时,光合作用强度为0 ;在一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度不断增强;达到A点后,光合作用强度不再变化,A点称为光饱和点。此图没有考虑呼吸作用,光合作用强度表示的是真光合作用强度。
1.变形一
图Ⅱ
如果纵坐标用CO2的吸收量表示,那么图形是怎样的呢?稍作分析就会发现,此时曲线表示植物净光合作用强度,是真光合作用吸收的CO2量减去呼吸作用释放的CO2量的差值,这个数值是可以用一定的装置测得的。那么,曲线的画法由图Ⅰ中曲线向下平移一定数值即可,移动的数值就是呼吸作用释放CO2的量,如图Ⅱ所示。图Ⅱ表示的内容可以帮助我们理解呼吸作用、真光合作用、净光合作用三者之间的关系,它们的关系用表达式可表示为“净光合作用吸收CO2量+呼吸作用释放CO2量=真光合作用吸收CO2量”。根据图Ⅱ,曲线中重要的A、B、C三点的含义也能理解清楚,即A点没有光照植物,只进行呼吸作用;B点光照强度时,光合作用速率=呼吸速率,可称为光补偿点;C点随着光照强度增加,光合作用速率不再增加,可称为光饱和点。
2.变形二
如果纵坐标表示O2的释放量,根据光合作用的反应式,可知CO2的吸收量=O2的释放量,因此图形与图Ⅱ一致,如图Ⅲ所示。如果纵坐标表示CO2的释放量,则图形与图Ⅱ的横坐标对称,如图Ⅳ所示;如果纵坐标表示O2的吸收量,则图形与CO2的释放是一致的,如图Ⅴ所示。
图Ⅲ图Ⅳ
图Ⅴ
3.变形三
如果横坐标表示一天的时间,那么,24小时的CO2吸收量曲线该如何表示?根据一天的光照分析可知:夜晚没有光照,只进行呼吸作用;早晨光照强度逐渐增加,光合作用强度随之增加,吸收的CO2量也逐渐增多,达到光饱和点后随光照强度增加不变;下午光照减弱,光合作用随之减弱,吸收的CO2也逐渐减少。根据分析,可将图Ⅱ修改如图Ⅵ所示。
图Ⅵ
如果考虑夜间温度变化影响呼吸作用以及夏季中午“午休”现象,则曲线就由图Ⅵ修改为图Ⅶ。
图Ⅶ
4.变形四
如果在图Ⅰ中表示出不同温度、CO2浓度的变化,则可相应画成图Ⅷ、图Ⅸ。如果图Ⅷ、图Ⅸ纵坐标改为CO2吸收量,则可参照图Ⅱ。
图Ⅷ图Ⅸ
5.变形五
如果在图Ⅰ中要表示不同光质(光谱成分)的光照强度的变化呢?根据色素的吸收光谱可知,色素对不同光质的吸收情况是不同的。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光与蓝紫光,对其他光吸收相对较少,尤其是对绿光吸收最少。胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,对其他光吸收相对较少。由光合作用的过程可知,光照主要影响光合作用的光反应。因此,不同光质虽光照强度相同,但植物的色素吸收转化不同,对光反应的影响也不同,如图Ⅹ所示。
图Ⅹ
6.变形六
如果在图Ⅱ中同时画出阴生、阳生植物,则相应的将曲线进行一定范围的移动。阳生植物的光饱和点较阴生植物高,但当光照强度较低时,阴生植物的光合作用强度却大于阳生植物,如图Ⅺ所示。
图Ⅸ
二、基本图形
空气中CO2的含量是影响光合作用的重要因素。CO2的含量与光合作用强度的关系可用图Ⅻ表示,当CO2的含量过低时,不能进行光合作用;在一定范围内,光合作用强度随CO2含量的增加而增加;当CO2的含量超过一定值后,光合作用强度不变,A为CO2饱和点。
图Ⅻ图ⅩⅢ
如果纵坐标用CO2的吸收量表示,那么,曲线怎样表示?参照上述变形一的分析,此图的画法与图Ⅱ类似,如图ⅩⅢ所示。小于C,只进行呼吸作用;B为CO2补偿点;A仍为CO2饱和点,即真光合作用吸收CO2量=净光合作用吸收CO2量+呼吸作用释放CO2量。
普通高中《生物课程标准》对课程的基本理念进行了更为详尽地解读,其中明确规定倡导探究性学习。探究也是学生认识生命世界、学习生物课程的有效方法之一。《标准》倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力,获取新知识的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养创新精神和实践能力。在新课程中充分体现了这一理念,我发现在新教材中出现了大量的图像题,在有关探究问题的解决中明确要求用坐标图处理科学信息,同时纵观全国各地的生物高考题,坐标图像题也占有较大的比重。我认为高考题中常出现图像题的原因主要有以下方面的原因:图像题信息容量大,用语言文字表述繁琐的内容可以形象直观地展示出来。能很好地体现高考对生物学科考试能力和要求,生物高考考试说明明确规定了以下的能力要求:
(1)理解能力:①能阐述所学知识的要点,把握知识间的内在联系,形成知识的网罗结构。②能运用所学知识与观点,通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理,作出合理的判断或得出正确的结论。
(2)获取信息的能力:①会鉴别、选择试题给出的相关生物学信息,并能运用这些信息,结合所学知识解决相关的生物学问题。②能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容。③关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展以及生物科学史上的重大事件。培养学生化抽象为形象的能力,提高生物科学素养,使学生在以后的社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的探究能力。
可见,生物图像问题不仅是我们获取知识的有效手段,也是我们在探究实践中解决问题的有效手段。我在多年的教学中总结了生物图像题的一般解题思路:审准题,抓住题干中的关键词,找准所考查的知识点。
解决坐标曲线题的方法,可概括为:“一识标”、“二明点”、“三析线”三个基本步骤。
1. 识标 坐标曲线,实际上是“横坐标”对“纵坐标”的影响结果,“标”不同,曲线的含义就不同,形状也不同。所以,认真识别坐标图中纵、横坐标的含义,找出纵、横坐标之间的联系,是解题的前提。例如:在不同季节或一天不同时间,植物光合作用强度一般不同,其 中一个原因是由于外界温度影响光合作用进行,,请利用所示装置和计时器,设计实验证明温度影响光合作用强度。
实验步骤:
①将装置放置在阳光下;②调节自动控温器,将水温调节到15℃,观察记录此温度下_________________,重复测3次。③再将温度分别控制到______________________________________。
预期实验结果:
请在直角坐标图中表示最可能的实验结果
采用的坐标物理量不同,得到的坐标曲线就会不同。
2. 明点 曲线是满足一定条件的点的集合,这些点中,有些点特殊,如:曲线的起点、转折点、终点,曲线与纵横坐标以及其他曲线的交叉点等,往往隐含着某些限制条件或某些特殊的生物学含义,明确这些特殊点的含义是解题的基础。
3. 析线 正确分析曲线形状,如何时开始上升,何时趋向平缓,何时出现转折,其原因是什么等等,这是解题的关键。
例如:
如上图所示,我们要在“一识标”、“二明点”的基础上,进一步分析得出:A点为光合作用面积的饱和点;OA段表明叶面积指数从O6时,光合作用实际量随叶面积的增大而增大;当叶面积指数大于6时光合作用的实际量不再随叶面积的增大而增大,因为有很多叶子被遮挡在光补偿点以下;OB段表明该物质随光合作用的增加而增加;由于A点以后光合作用不再增加,而叶片随叶面积的不断增加其呼吸量也不断增加(直线OC),所以干物质积累不断降低,如BC段;植物叶面积指数不能超过10,即C点,如果超过C点,植物将入不敷出,无法生活下去。
解题技巧:
技巧一,利用曲线的斜率。
坐标曲线题是通过数学中坐标的形式,考查学生观察、分析和理解的能力。因此,解题时充分利用数学中曲线的知识和原理,如斜率等。
技巧二,借助题目中辅助的虚线解决问题。
例如:物质进入细胞都要穿过细胞膜,不同物质穿过细胞膜的方式不同,下列各图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种情况。
回答下列问题:
(1)据图指出A、B、C所表示的物质运输方式:
A是__________,B是__________,C是_____________。
(2)上述三种运输方式中,哪一种加入呼吸抑制剂后曲线会发生变化,为什么?
___________________________________
一、审题干时,添加隐藏信息
例1 某山区25年前发生过森林火灾,焚毁所有林木。现有一位生态学者对该山区植被进行调查,发现该地区火灾后曾引入一种外地植物,引入物种的种群基因型频率变化如表1。
请分析说明该物种在引入前后有没有发生进化? 。判断的依据是 。
解析:阅读题目信息可知,该表格表示的是种群基因型频率变化情况,所求问题是生物在引入前后是否发生进化。生物进化的实质是种群基因频率发生改变。表格纵行的内容虽为基因型,但隐藏了Aa的基因型频率,在表格下面添加两行分别为Aa基因型频率和A基因频率。进行计算,将引入前,A%=AA%+1/2Aa%=51%+19%=70%;引入后5年,A%=AA%+1/2Aa%=57%+13%=70%;引入后8年,A%=AA%+1/2Aa%=61%+9%=70%填入表格,如表2所示。这几年种群基因频率未发生改变,从而判断出该物种没有发生进化。
答案:物种在引入后没有进化 种群的基因频率未发生改变
解题策略:首先应看题干设问要求,不同设问决定了不同的答题方向。根据题干要求提供的“信息”,带着“问题”审读表格,能更准确地看清表格内容和问题间的因果联系,挖掘隐匿信息,再结合所学知识点,进行知识迁移、综合分析,实现数据和问题的转换。
二、析表格时,扩充关键数值
例2 在一定浓度的CO2和适宜的温度条件下,测定A植物和B植物在不同光照条件下的光合速率,结果如表3。据表中数据请回答问题:当光照强度为3千勒克司时,A植物与B植物固定的CO2量的差值为( )
A.11 B.4 C.10.5 D.1.5
解析:植物的光合作用常受到光照、温度、CO2浓度等因素的影响,在一定浓度的CO2和温度条件下,随着光照强度增强,光合作用逐渐增大,达到光照饱和时维持稳定。本题除了可采用绘制坐标曲线图解法外,还可在表中插入光饱和时净光合作用量、呼吸作用量、光照强度为3千勒克司时光合作用量共3个纵列,如下表4所示。
分析表格可知,光照强度为3千勒克司时,A植物光饱和强度就是3千勒克司,此时净光合作用量是11,光合作用固定的CO2量=11+5.5=16.5。B植物处在3千勒克司光照强度时,光合速率与呼吸速率相等,光合作用固定的CO2量=15,所以两植物固定的CO2量的差值为16.5-15=1.5。
答案:D
解题策略:首先要读懂题意,找准解题的切入点,然后审读表格,弄清行列标题的含义与数据单位,比较它们的差别。分析表格中数据,筛选有价值的信息,补充相关内容与数据,形成解题思路。
三、解问题时,呈现思维过程
例3 基因中的遗传信息经转录翻译合成蛋白质。图1所示的结构能携带的氨基酸是( )
A. 赖氨酸 B. 丙氨酸 C. 半胱氨酸 D. 苏氨酸
解析:图1表示的结构是tRNA,它能识别和运载相应的氨基酸,3个碱基表示反密码子,但转运的氨基酸种类是由mRNA上的密码子决定的。仔细阅读表格5,不难发现这些碱基是DNA分子上的遗传信息,分析后在表格中添加两行分别表示mRNA和tRNA,根据碱基互补配对原则可推出对应的碱基,如表6所示。
转运RNA上的反密码子应从3'端读到5'端,即从结合氨基酸的一端开始读码。由图可知该tRNA上的反密码子为UGC,密码子为ACG,所携带的氨基酸则为苏氨酸。
一、教师要给学生一定的自由时间
在教学中,适度的讲授是学生理解的前提,但如果过度讲授就不利于学生的主动参与。过度讲授导致信息量超出学生的接受力,使学生思维疲劳,失去兴趣,降低兴奋度;过度讲解使学生失去许多自主参与的时间;过度讲解意味着教师在帮助学生理解时费尽心机,这就降低学生理解的难度,使学生失去了在一定难度的理解过程中发展自己的机会。
随着新课程改革的推进和教师教学观念的更新,课堂上教师的讲授量减少了,启发、思考、讨论、探究等活动增加了。教材也给学生提供了许多的问题,供同学们思考、讨论、活动。每节课中都有“问题探讨、思考讨论、讨论、与社会的联系、资料分析、技能训练”等,每一位教师都还会另外再设计许多问题,如果课堂上诸多问题和繁琐的提问占据了学生的学习时间,学生就没有足够的时间进行思考、讨论、体验、拓展等活动。因此,教师在教学中要给学生一定的自由支配的时间。当然这“自由时间”不是放任自流,而是教师精心策划的,是充分发挥其自主性的需要。
二、指导学生多阅读
1.慎读,即用心地读
引导学生分析阅读内容的句子结构、含义,从而全面准确掌握知识。如“酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数是蛋白质”,酶是主语,有机物是酶的本质,两个限制性词语指出了酶的来源和作用。又如阅读氨基酸分子结构的共同点:“每种氨基酸分子至少都有一个氨基和一个羧基,并且都有一个氨基和羧基连在同一个碳原子上”,“至少”即并非仅含有一个;又如“光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能,把CO2和水转化成储存能量的有机物,并且释放出能量的过程。”这概念中就包含了光合作用的场所、原料、条件、产物等。如此点拨、分析,学生就会理解得更加透彻,记忆更加牢固。
2.图文对照阅读
新课程通过大量的图表,包括生物结构示意图、模式图、概念图、流程图和各种各样的表格,把抽象的概念具体化、过程简单化、知识条理化、趣味化。学生往往忽视了图表的作用。教师要提高学生对图表的重要性的认识,使他们明确图表往往是重点、难点的标志,养成图文对照阅读的习惯,充分发挥图文互补的作用,有利于加深理解,增强记忆,训练观察能力、空间想象能力和直觉思维的能力。如组成细胞的元素中,各种元素的干重百分比、鲜重百分比全在图中,组成细胞的化合物的含量在表中。还有细胞亚显微结构图、细胞膜亚显微结构图等等,几乎每节课都有几个图、表与文字配合说明。
3.对比阅读
对比是认识事物异同关系的思维过程。把易混的和有对比意义的内容放在一起阅读,有利于区分异同,从而深化对事物的认识。如“叶绿体和线粒体、光合作用和呼吸作用、光反应和暗反应、有氧呼吸和无氧呼吸、DNA和RNA”,通过对比辨析阅读可以理解二者之间的不同结构、概念、功能、实质、条件、产物、过程等等,从而深刻掌握生物学知识。
三、让学生多思考、多讨论
讨论是在教师的引导下学生积极参与对教材的基础知识和中心问题的探讨活动。引导讨论要注意以下几个环节。
1.问题要有知识性和趣味性
教师的设问要能激发学生的兴趣,所以要充分研究与教材中的知识点相联系的兴趣因素,做到知识性与趣味性相结合。例如:CO2浓度与光合作用强度有什么关系?这样的问题太平淡,不会引起学生的兴趣,如果改成:在炎热的夏天,植物的气孔关闭了,光合作用的强度是上升了还是下降了?为什么?这样学生就会有较大的兴趣,争先恐后地发表自己的见解。
2.问题要有科学性和启发性
问题的科学性是学生沿着正确的思路思考讨论的前提,也是学生自主性体现的质量保证。问题必须科学、清晰、无歧义,不能模棱两可。例如“光合作用是什么时候进行的?”,学生就会答“白天进行”,如果改成“光合作用需要在什么条件下进行?”,则问题就比较明确,学生容易回答。又如“炎热的夏季中午植物的气孔关闭,光合作用为什么会下降?”学生往往答错或者答不出来。此时需要教师分层化解:“气孔有什么作用?”、“暗反应的反应物是什么?”经过启发这样的问题就迎刃而解。因此,科学的设问应该是让学生“跳一跳,摘桃子,摘不到桃子,教师竖梯子”,从而不断引导学生深入参与。
3.问题要有层次性
如在探究了环境因素影响光合作用强度后,得出结论是光合作用强度是随着光照的增强而增强的,当光照增强到一定程度时光合作用强度不再增强。此时可以进一步设问:为什么光合作用不再继续增强?此时限制光合作用强度的内外因素有哪些?留给学生一些思考的空间,学生通过激烈的讨论最终得出结论:内部因素有叶绿体的结构、色素、酶的数量等;外部因素有CO2浓度、温度等。同样在探究CO2浓度对光合作用强度的影响时,也可以进一步设问,加深知识的联系。通过这样的层层设问,能不断引领学生从一个发展区向另一个发展区进步。
四、让学生多活动.拓宽主体参与的方式
陶行知先生曾倡导,教育要培养能动手、动脑的人,指出“在劳力上劳心,是一切发明之母,事事在劳力上劳心,可得事事之真理,人人在劳力上劳心,便无废人”。说的就是让学生活动的重要性。