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。
