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从一例植物代谢题的解析看学生思维训练
浙江省温州市任岩松中学 毛小波 325060
在教学中，我们经常要给学生解析例、习题。命题时，有的是单一知识点的简单概念题；有时则是信息量大，涉及多知识点的复杂综合题。在课堂教学特别是在复习课中，对一些典型的综合问题进行全面的解析，教给学生分析问题的方法，使其有清晰的思路，不仅能有利于习题本身的解答，更重要的是能培养学生综合分析思考问题、灵活处理各种不同情境的能力。
本人在教学中经常注意挖掘此类多知识点结合的综合题，在课堂教学实践中，与学生一起讨论问题的解决方案，取得良好的效果。教学中曾遇到下列问题。
将透光玻璃钟罩内生长正常的植株，置于光照下并浇灌以含18O的水，其他条件适宜，问： 在足够长时间内，何处、何种物质形式及何原因会检测到18O的存在？ （请详细说明）
这一植物代谢题曾在多种近年的高中生物会考和高考资料上以不同题型出现过（以选择题型为多）。而题目要求一般都较简单，亦无全面分析。本人在此将不成熟的看法提出，供大家参考并请大家多补充、指正。
本人认为要全面、完整地分析此题，可从三个层次着手，每个层次均全面考虑植物代谢的各个方面。第一层次即先直接从含18O的水参与代谢产生的产物来考虑；第二层次从以上代谢过程产生的产物再参与植物代谢来考虑；然后（第三层次）从物质之间的相互转化来看可能得到的含18O的物质。
1 问题的解析
1.1 第一层次：直接从浇灌的含18O的水入手。
1.1.1 水分代谢（吸水）：植物体内，水（自由水，结合水）；
1.1.2 水分代谢（蒸腾）：罩内空气中，水蒸气；
1.1.3 矿质代谢：根细胞膜上及土壤溶液中，HCO3－；
因土壤溶液中水含18O,参与交换吸附时,可使形成的产物HCO3－中的氧含18O，而HCO3－可存在于土壤溶液中或由于交换吸附而到达根细胞膜表面。
H218O + CO2 → H2C18O3 → H+ + HC18O3-
1.1.4 光反应：空气中，氧气；
水参与光反应，经过水的光解，产生出含18O的氧气释放到钟罩内的空气中。
H218O →[H] + 18O2
1.1.5 有氧呼吸（第二阶段）：空气中，二氧化碳；
因参与有氧呼吸第二阶段的原料水中含18O，与丙酮酸反应，导致产物二氧化碳中含18O，可释放到钟罩内的空气中。
C3H4O3 + H218O → [H] + C18O2
1.2 第二层次：从以上代谢产生的产物（18O2、C18O2）再参与代谢入手，考虑由此而产生的有关产物。
1.2.1 有氧呼吸（第三阶段）：植物体细胞内或空气中，水；
从1.1.4光反应产生的氧气中有18O，这些氧气参与有氧呼吸第三阶段，与氢结合生成水。
18O2 + [H] → H218O
1.2.2 矿质代谢：根细胞膜上及土壤溶液中，HCO3－；
因有氧呼吸第二阶段的产物二氧化碳的氧含18O（1.1.5所述），由它参与矿质代谢，则形成的HCO3－含18O。
H2O + C18O2 → H2C18O3 → H+ + HC18O3-
1.2.3 暗反应：植物细胞内，葡萄糖和水；
依1.1.5所述，产物二氧化碳含18O，则其参与光合作用的暗反应，经过固定与还原过程，产生的葡萄糖和水含18O。
C18O2 + [H] → C6H1218O6 + H218O
1.2.4 无氧呼吸（如果有的话）：酒精和二氧化碳；
因葡萄糖可含18O，如果植物进行无氧呼吸，则可在产生的酒精和二氧化碳中含有18O。
C6H1218O6 → C2H518OH + C18O2
1.2.5 有氧呼吸（第一阶段）：植物细胞内，丙酮酸；
因上述葡萄糖含18O，则在细胞质基质内进行的有氧呼吸第一阶段的产物丙酮酸可含18O。
C6H1218O6 → C3H418O3 + [H]
1.2.6 有氧呼吸（第二阶段）：空气中，二氧化碳；
因上述丙酮酸含18O，其参与有氧呼吸第二阶段所形成的产物二氧化碳可含18O。
C3H418O3 + H2O → [H] + C18O2
1.3 第三层次：如考虑物质相互转化，则还可有下列情形。
1.3.1 淀粉或二糖 （葡萄糖转化）；
1.3.2 脂肪或脂类 （糖类转化）；
1.3.3 氨基酸或多肽（蛋白质水解）；
因蛋白质水解过程可能有含18O的水参与。
1.3.4 蛋白质 （糖类等转化成氨基酸再合成蛋白质）；
1.3.5 核 酸 （蛋白质代谢中间产物为嘌呤和嘧啶的合成提供了原料，葡萄糖可转变成戊糖，即为核苷酸合成提供原料。
1.3.6 ADP（ATP水解）。
1.4 小结
对以上分析情况可归纳为下列图表。
吸 水 ： 植物体内（自由水、结合水）（H2O）
蒸 腾 ： 空气中（H2O）
矿质代谢 ： 细胞膜、土壤溶液（HCO3-）
①H218O 光 反 应 ： 空气中（O2）
蛋白质水解 ： 氨基酸、多肽
ATP水解 ： ADP
有氧呼吸（第二阶段） ： 空气中（CO2）
②18O2 有氧呼吸（第三阶段） : H2O
矿质代谢: HCO3－
③C18O2
H2O
暗反 应 ：
葡萄糖
有氧呼吸（第一阶段） : C3H4O3
④葡萄糖 无氧呼吸 : C2H5OH + CO2
转 化 : 二糖、淀粉、脂类、蛋白质、核酸
⑤C3H4O3 有氧呼吸（第二阶段） : CO2
2 问题的深化
2.1 在进行分析过程中，还应提示学生注意，各种有关产物中既可能含18O，也可能同时含有16O，并应弄清其真正来源。
2.1.1 如1.1.5和1.2.6中，均可能在产物二氧化碳中出现18O。其来源可有两个，即来自水或丙酮酸，则可能出现三种情形：第一，仅来自水这一原料；第二，仅来自丙酮酸这一原料；第三，同时来自水和丙酮酸两种原料。而参与反应的原料水或丙酮酸又可能同时含18O和16O，则可能在某产物中的氧既含有18O，又含有16O。
2.1.2 另外，参与反应的水和丙酮酸也可能都只含16O，则在产物二氧化碳中就会出现不含18O的情况。
2.2 此问题还可以进一步深化。如在实验装置中再放入一只小动物，则还可通过分析动物摄取水、以植物为食和吸收由植物代谢释放到空气中含18O的氧气等过程来考察学生联系动植物代谢全面分析问题的能力。
在教学中，通过以上综合分析，对培养学生严谨的学习态度、全面地掌握所学的有关知识及其相互联系、形成良好的思维品质有很好的帮助。我认为在会考或高考的复习阶段，多选择一些相关的课题，让学生开动脑筋，发散思维，对于提高学习效率不啻是一条捷径。
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