第２２卷第１１期中学生物学Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１１
２００６
２００６年ＭｉｄｄｌｅＳｃｈｏｏｌＢｉｏｌｏｇｙ
文件编号：１００３－７５８６（２００６）１１－００４１－０２
氧浓度影响植物呼吸作用的坐标曲线及其变式
殷学东（江苏省常州市武进区教育局教研室
２１３１６１）
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ＣＯ２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。
ＣＯ２ＣＯ２释放ｃ
释放（ｂ（相对值ａ
相对值）
０Ｏ）
２浓度（％）
０Ｏ２浓度（％）
图１
Ｏ２浓度与ＣＯ２
图２
Ｏ２浓度与Ｏ２吸收
释放的关系曲线的关系曲线
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。
气体交换相对量
１．０
ＣＯ２释放
ｐ
０．５
Ｏ２浓度
０
５
１０
１５
２０
２５
氧浓度（％）
图３
不同氧浓度下了ＣＯ２的释放量与Ｏ２的吸
收量的关系曲线
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。
４１
气体交换相对值
ＤＢＣ
ＣＯ２浓度
１０５
ＣＯ２释放量Ｏ２释放量
２５２０１５１０５０Ｏ２浓度（％）
０
ａ
ｂ
ｃ
ｄ
氧浓度（％）
图５
地窑中Ｏ２浓度与ＣＯ２浓度的关系
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
图４不同氧浓度下，ＣＯ２释放量与Ｏ２吸收量的框形图
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ＣＯ２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？
Ｏ２浓度（％）
释放ＣＯ２（ｍＬ／ｈ）吸收Ｏ２（ｍＬ／ｈ）
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
呼吸方式具有不同的【例４】不同的呼吸底物、
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。
表1实验结果记录表
０１．００Ｏ．００
１０．８０Ｏ．１０
２０．６０Ｏ．２０
３Ｏ．５０Ｏ．３０
５Ｏ．４８Ｏ．３６
７Ｏ．６０Ｏ．５０
１０Ｏ．７２Ｏ．６０
１５０．８４０．７０
２０Ｏ．９６０．８０
２５１．２０１．００
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
１．２１．０
０．８０．６０．４０．２
释放
气体释放或吸收（ｍＬ／ｈ）
ＣＯ２
吸收
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
ＣＯ２
０１３５７１０１５２０２５１．２，这说明氧浓度从
Ｏ２浓度（％）
７％起，酵母菌只进行有图６Ｏ浓度与气体释放或
２
氧呼吸。
吸收的关系曲线
４２
第２２卷第１１期中学生物学Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１１
２００６
２００６年ＭｉｄｄｌｅＳｃｈｏｏｌＢｉｏｌｏｇｙ
文件编号：１００３－７５８６（２００６）１１－００４１－０２
氧浓度影响植物呼吸作用的坐标曲线及其变式
殷学东（江苏省常州市武进区教育局教研室
２１３１６１）
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ＣＯ２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。
ＣＯ２ＣＯ２释放ｃ
释放（ｂ（相对值ａ
相对值）
０Ｏ）
２浓度（％）
０Ｏ２浓度（％）
图１
Ｏ２浓度与ＣＯ２
图２
Ｏ２浓度与Ｏ２吸收
释放的关系曲线的关系曲线
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。
气体交换相对量
１．０
ＣＯ２释放
ｐ
０．５
Ｏ２浓度
０
５
１０
１５
２０
２５
氧浓度（％）
图３
不同氧浓度下了ＣＯ２的释放量与Ｏ２的吸
收量的关系曲线
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。
４１
气体交换相对值
ＤＢＣ
ＣＯ２浓度
１０５
ＣＯ２释放量Ｏ２释放量
２５２０１５１０５０Ｏ２浓度（％）
０
ａ
ｂ
ｃ
ｄ
氧浓度（％）
图５
地窑中Ｏ２浓度与ＣＯ２浓度的关系
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
图４不同氧浓度下，ＣＯ２释放量与Ｏ２吸收量的框形图
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ＣＯ２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？
Ｏ２浓度（％）
释放ＣＯ２（ｍＬ／ｈ）吸收Ｏ２（ｍＬ／ｈ）
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
呼吸方式具有不同的【例４】不同的呼吸底物、
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。
表1实验结果记录表
０１．００Ｏ．００
１０．８０Ｏ．１０
２０．６０Ｏ．２０
３Ｏ．５０Ｏ．３０
５Ｏ．４８Ｏ．３６
７Ｏ．６０Ｏ．５０
１０Ｏ．７２Ｏ．６０
１５０．８４０．７０
２０Ｏ．９６０．８０
２５１．２０１．００
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
１．２１．０
０．８０．６０．４０．２
释放
气体释放或吸收（ｍＬ／ｈ）
ＣＯ２
吸收
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
ＣＯ２
０１３５７１０１５２０２５１．２，这说明氧浓度从
Ｏ２浓度（％）
７％起，酵母菌只进行有图６Ｏ浓度与气体释放或
２
氧呼吸。
吸收的关系曲线
４２