毛嘉靖

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的、概括性的描述，可以是定性的，也可以是定量的，有的借助于具體事物的形象化手段，有的則通過抽象的形式來表達。模型以簡化的形式來再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能，容易使人們抓住事實的最主要、最本質(zhì)的特征；它能連接抽象與具體，理論和實踐，因而人們可以通過對模型的研究，預(yù)測事物的發(fā)展，指導(dǎo)實踐活動的開展[1]。

細胞呼吸是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝過程，是歷屆高考的重要考點。在細胞呼吸的復(fù)習(xí)中，準(zhǔn)確把握細胞呼吸的“場所、過程、外界因素對呼吸作用的影響和測定呼吸作用速率的實驗裝置”四個模型，有助于學(xué)生抓住細胞呼吸的關(guān)鍵內(nèi)容，化繁為簡，增進學(xué)生對這一復(fù)雜生理過程的理解，促進對相關(guān)知識的準(zhǔn)確運用。

一、線粒體結(jié)構(gòu)的物理模型

1. 模型指要

（1）線粒體是真核細胞進行有氧呼吸（第二、第三階段）的主要場所。

（2）線粒體由兩層膜（外膜和內(nèi)膜）包圍而成，內(nèi)膜的某些部位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加，嵴的周圍充滿了液態(tài)的基質(zhì)。

（3）線粒體基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶，是進行有氧呼吸第二階段的場所。

（4）線粒體內(nèi)膜上含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶，是進行有氧呼吸第三階段的場所。

2. 典題例析

【例1】（2010高考上海卷第4題）圖2為線粒體的結(jié)構(gòu)示意圖，其中不可能發(fā)生的反應(yīng)是（ ）

A. ②處發(fā)生三羧酸循環(huán)

B. ①處產(chǎn)生ATP

C. ②處產(chǎn)生三碳化合物

D. ③處發(fā)生H+與O2的結(jié)合反應(yīng)

解析：考查的是線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。圖中①表示內(nèi)外膜之間的腔隙，此處不產(chǎn)生ATP，故B錯誤；②處表示線粒體基質(zhì)，發(fā)生三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生二氧化碳，故A 、C正確；③處表示線粒體內(nèi)膜的突起，即嵴，在嵴上發(fā)生H+與O2的結(jié)合反應(yīng)，D正確。

答案：B

二、有氧呼吸過程的概念模型

1. 模型指要

（1）有氧呼吸過程可以概括地分為三個階段，每個階段的化學(xué)反應(yīng)都有相應(yīng)的酶催化。

（2）第一階段的反應(yīng)場所是細胞質(zhì)基質(zhì)， 反應(yīng)產(chǎn)物是C3H4O3 、NADH 和少量能量（一部分以熱能形式散失，部分儲存在ATP中）；第二階段的反應(yīng)場所是線粒體基質(zhì)，反應(yīng)產(chǎn)物是CO2 、NADH和少量能量；第三階段的反應(yīng)場所是線粒體內(nèi)膜，反應(yīng)產(chǎn)物是H2O.

（3）第一階段為第二階段提供了C3H4O3；第二階段過程是C3H4O3和H2O徹底分解成CO2和NADH，為第三階段提供了NADH；第三階段是由上述兩個階段產(chǎn)生的NADH經(jīng)一系列的化學(xué)反應(yīng)，與O2結(jié)合形成H2O，并產(chǎn)生大量ATP。

（4）有氧呼吸三個階段是同時進行的，緊密聯(lián)系，缺一不可。

2. 典題例析

【例2】（2012高考江蘇第23題）圖4表示細胞呼吸作用的過程，其中 1～3代表有關(guān)生理過程發(fā)生的場所，甲、乙代表有關(guān)物質(zhì)，下列相關(guān)敘述正確的是（ ）

A. ①和③都具有雙層生物膜

B. ①和② 所含酶的種類不同

C. ②和③分別都能產(chǎn)生大量 ATP

D. 甲、乙分別代表丙酮酸、[H]

解析：本題考查呼吸作用的相關(guān)知識。分析題圖可推測圖中的①為細胞質(zhì)基質(zhì)，②為線粒體基質(zhì)，③為線粒體內(nèi)膜；甲為丙酮酸，乙為[H]。由上述分析可知A錯，①與②中的反應(yīng)類型不同，故所含酶也不同，BD正確；③中進行有氧呼吸的第三階段能產(chǎn)生大量ATP，②中進行有氧呼吸第二階段，產(chǎn)生ATP較少。

答案：BD

【例3】（2011高考海南第4題）細胞內(nèi)糖分解代謝過程如圖5，下列敘述錯誤的是（ ）

A. 植物細胞能進行過程①和③或過程①和④

B. 真核細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)中能進行過程①和②

C. 動物細胞內(nèi)，過程②比過程①釋放的能量多

D. 乳酸菌細胞內(nèi)，過程①產(chǎn)生[H]，過程③消耗[H]

解析：植物細胞能進行過程①和②、①和③、①和④，真核細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)中能進行無氧呼吸的全過程，即①和③或①和④；動物細胞中過程②（有氧呼吸的第二、三階段）比過程①（有氧呼吸的第一階段）釋放的能量多；包括乳酸菌在內(nèi)的細胞無氧呼吸過程中，第一階段（①）產(chǎn)生的[H]，在第二階段（③或④）消耗。

答案：B

三、外界因素對呼吸速率影響的數(shù)學(xué)模型

1. 模型指要

（1）在黑暗條件下，植物對CO2的釋放速率代表呼吸速率。

（2）當(dāng)氧氣濃度為0時，細胞只進行無氧呼吸，圖6中A點對應(yīng)的縱坐標(biāo)大小表示無氧呼吸的程度。

（3）當(dāng)氧氣濃度在0-10%之間，有氧呼吸與無氧呼吸并存，隨著氧氣濃度增加，無氧呼吸強度減弱，有氧呼吸強度增強。

（4）當(dāng)氧氣濃度大于或等于10%時，無氧呼吸消失，此后只進行有氧呼吸，但當(dāng)氧氣濃度達到一定值后，有氧呼吸強度不再隨氧氣濃度的增大而增強。

2. 典題例析

【例4】（2006高考上海第30題）圖7曲線a表示水稻根有氧呼吸和無氧呼吸所釋放的CO2總量的變化，曲線b表示有氧呼吸釋放的CO2量的變化，則表示無氧呼吸釋放的CO2量的變化是下圖中的（ ）

解析：從題干圖中曲線可知，隨著有氧呼吸強度的增加，無氧呼吸強度逐漸減小，因此曲線應(yīng)呈下降趨勢，排除A、D兩項。另外O2含量持續(xù)上升，無氧呼吸釋放CO2的量應(yīng)持續(xù)下降，C項曲線中間突然上升，與實際情況不符，故排除C項。

答案：B

四、測定呼吸速率的實驗裝置模型

1. 模型指要。

（1）呼吸速率可以通過單位時間內(nèi)實驗容器內(nèi)的O2減少量來表示。

（2）由于生物呼吸時既產(chǎn)生CO2又消耗O2，前者可引起裝置內(nèi)氣壓升高，而后者則引起裝置內(nèi)氣壓下降，為便于測定裝置內(nèi)真實呼吸情況，應(yīng)只測其中一種氣體變化情況，為此測定過程往往用NaOH或KOH吸收掉呼吸產(chǎn)生的CO2，這樣，整個裝置中的氣壓變化只能因吸收O2所引起，從而排除CO2對氣壓變化的干擾。

（3）結(jié)果與分析

若裝置一液滴右移，裝置二液滴不動，則表明所測生物只進行有氧呼吸（因有氧呼吸產(chǎn)生CO2量與消耗O2量相等）。

若裝置一液滴不動，裝置二液滴右移，則表明所測生物只進行無氧呼吸（因無氧呼吸只產(chǎn)生CO2，不耗O2）。

若裝置一液滴左移，裝置二液滴右移，則表明所測生物既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸。

若裝置一與裝置二均左移，則呼吸過程中O2吸收量大于釋放量，呼吸底物中可能有脂質(zhì)參與。

為使實驗結(jié)果精確，排除實驗誤差還應(yīng)設(shè)置如圖裝置三，以便校正。

2. 典題例析。

【例5】圖9是測定發(fā)芽種子的呼吸類型所用裝置（假設(shè)呼吸底物只有葡萄糖，并且不考慮外界條件的影響），下列有關(guān)說法錯誤的是（ ）

解析：甲裝置中的液體是NaOH，能將發(fā)芽種子產(chǎn)生的CO2吸收，所以著色液滴的移動只和O2體積的變化有關(guān)，如果著色液滴左移，則說明發(fā)芽種子進行了有氧呼吸，如果著色液滴不移動，說明發(fā)芽種子沒有進行有氧呼吸。乙裝置中的液體是蒸餾水，著色液滴的移動和O2的消耗量與CO2的產(chǎn)生量的差有關(guān)，如果發(fā)芽種子只進行有氧呼吸著色液滴左移，則說明著色液滴不移動；如果著色液滴右移，則說明了發(fā)芽種子同時進行了有氧呼吸和無氧呼吸或只進行了無氧呼吸。根據(jù)C項的結(jié)論，若“只進行有氧呼吸”，則甲裝置著色液滴左移，與現(xiàn)象不符。

認識細胞呼吸要抓最關(guān)鍵的四個模型。通過以上對例題的分析不難發(fā)現(xiàn)，四個模型在加深對細胞呼吸的理解和解決相關(guān)試題過程中都起著重要作用。

責(zé)任編輯 李平安