解決光下葉肉細胞氣體轉移問題的關鍵

朱光輝　戴學瓊

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）06-0086-01

不同光照條件下氣體在葉綠體和線粒體之間以及葉肉細胞和空氣之間的交換，一直是困擾老師和學生的大問題，解決這一問題的關鍵就是自由擴散。

1.自由擴散

人教版教材是這樣給出的自由擴散：物質通過簡單的擴散作用進出細胞叫作自由擴散。像CO₂和O₂這樣的物質通過細胞膜進出細胞就是自由擴散，細胞膜、線粒體膜、葉綠體膜都是生物膜，CO₂和O₂跨膜進出線粒體、葉綠體也是自由擴散。自由擴散的重要特點就是順濃度梯度擴散，物質運輸的速度主要取決于濃度差。

CO₂和O₂在空氣、葉綠體和線粒體中的濃度是怎樣的呢？葉綠體在光下能不斷進行光合作用消耗CO₂生成O₂，可認為CO₂濃度最低，O₂濃度最高；線粒體不斷進行有氧呼吸消耗O₂生成CO₂，可認為O2濃度最低，CO₂濃度最高；空氣中CO₂和O₂濃度介于葉綠體中的濃度和線粒體中的濃度之間。即光下三者之間O2濃度的關系：葉綠體中O₂濃度＞空氣中O₂濃度＞線粒體中O₂濃度；光下三者之間CO₂濃度的關系：線粒體中CO₂濃度＞空氣中CO₂濃度＞葉綠體中CO₂濃度。葉綠體和線粒體之間的O₂濃度差最大；線粒體和葉綠體之間的CO₂濃度差最大。

2.氣體轉移

在光下，自然環境中，氣體的轉移情況如圖所示。

3.分析不同光照條件下的氣體轉移

根據如圖所示的不同光照條件下光合作用強度曲線（用CO₂的吸收和釋放來表示），克服氣體進出平衡的那一部分，我們可以這么理解：

當光照強度為零時，也就是A點對應的位置。只有呼吸作用而沒有光合作用，線粒體沿d途徑從空氣中獲取O₂，產生的CO₂沿c途徑排入空氣。

當光照強度處于OB段，即光合作用強度小于呼吸作用的強度時。對于線粒體來說，O₂可來源于葉綠體和空氣，考慮到葉綠體和線粒體之間O₂的濃度差最大，可以說O₂快速來源于葉綠體，不足的由空氣中的O₂補充,即O₂主要沿b、d途徑進入線粒體；同理分析線粒體產生的CO₂主要沿 a、c途徑擴散到葉綠體和空氣。對于葉綠體來說，葉綠體可快速從線粒體處獲取CO₂，由于光合作用強度很弱，所需的CO₂完全可由線粒體提供，即葉綠體所需的CO₂主要沿a途徑進入；同理分析葉綠體產生的少量O₂主要沿b途徑擴散。

當光照強度為B，即光合作用強度和呼吸作用強度相等時。對于線粒體來說，考慮到葉綠體和線粒體之間O₂的濃度差最大，可以說O₂快速來源于葉綠體，且葉綠體產生的O₂恰好滿足線粒體的需求，即線粒體所需的O₂主要沿b途徑進入；同理分析線粒體產生的CO₂可沿a途徑散失。對于葉綠體來說也是如此分析，葉綠體所需的CO₂主要沿a途徑進入, 產生的O₂主要沿b途徑散失。

當光照強度大于B，光合作用強度大于呼吸作用強度時。對于線粒體來說，所需的O₂可快速來源葉綠體，由于呼吸作用相對較弱，需要的O₂較少，就是說線粒體需要的O₂沿b途徑進入就能滿足, 產生的CO₂的主要沿a途徑散失；對于葉綠體來說，所需的CO₂可快速來源于線粒體，不能滿足的部分由空氣中的CO₂補充，即CO₂主要沿a、e途徑進入葉綠體，葉綠體產生的O₂主要沿b、f途徑散失。

同樣的分析方法，請看下面的例題，注意葉片周圍的空氣是經過NaOH溶液的。

4.例題

用大豆新鮮綠葉進行如圖所示的實驗，置于充足的光照下，分析D處的氣體成分，最可能的是（）

A．氧氣的量多于B處 B．氧氣的量與B處相等

C．沒有CO2和O2 D．CO2的量多于B處

分析：經過NaOH溶液后，B處沒有CO2，濃度為零；葉綠體不斷消耗CO₂認為其濃度極低接近為零；只有線粒體進行呼吸產生CO₂，認為其濃度極高?，F在CO₂的濃度差情況是這樣的：線粒體處的CO₂濃度與B處”空氣“ 的CO₂濃度差和線粒體處的CO₂濃度與葉綠體處的CO₂濃度差相等。根據影響自由擴散的因素可知，線粒體產生的CO₂擴散進入葉綠體和擴散進入空氣的幾率是一樣的，進入空氣的CO₂隨氣流就到了D處，結果就是D處有CO₂而B處無CO₂，由于葉肉細胞釋放出CO₂，也可分析出D處O₂濃度少于B處。

參考答案：D

立足基礎，從自由擴散的基本概念與實質入手是解決光下氣體轉移問題的關鍵，也是學生學好理科知識的關鍵。