细胞代谢专题中坐标曲线类高考试题浅析

辽宁省实验中学　孟令宇

生物坐标曲线题是借助数学的方法来分析生命现象，从而揭示出生物体结构、生理等方面的本质特性。这类题一直是近几年高考的重点，试题涉及到高中生物学的各个重要考点，在细胞代谢专题中考查尤为突出，此类题型具有情景新、重能力、区分度高的特点。由于这类题目将大量信息隐藏在图像之中，能够较为全面地考查学生获取信息、处理信息和运用信息等多种能力。同学们在解答这类题目时失误较多，因此，有必要一起探讨坐标曲线题的解题策略，以提高同学们的解题能力。

一、识别图像

方法点拨：要认真细心地严格按照“三看”要求进行识图，看坐标曲线的三个方面。一看坐标轴：横轴、纵轴各表示什么；二看曲线的变化趋势：上升（是直线上升还是逐渐上升）、下降（是直线下降还是逐渐下降），还是保持稳定、先上升后下降、先下降后上升；三看关键点：①曲线的起点、终点；②曲线与横轴的交点、与纵轴的交点、两条曲线相交的交点；③曲线的顶点、转折点、最低点等。在这里关键点非常重要，往往是解题的突破口。

例1（2010年山东卷3）下图中曲线a、b表示物质跨（穿）膜运输的两种方式，下列表述正确的是

A.脂溶性小分子物质不能通过方式a运输

B.与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面

C.方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关

D.抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响

【答案】C

【解析】本题考查物质跨膜运输的方式与坐标曲线的综合分析。由于b曲线存在拐点（饱和点），可以看出，a为自由扩散，b为协助扩散或主动运输。结合物质跨膜运输的方式可知，b的最大转运速率与载体的种类和数量有关，因此C正确。

例2（2009年宁夏卷2）下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是

A.当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降

B.当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升

C.酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存

D.酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重

【答案】B

【解析】本题依据坐标曲线图为背景，分析曲线的顶点为酶的最适温度，在最适宜的温度下，酶的活性最高。温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性上升。温度过高，还会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，0左右的低温虽然使酶的活性明显降低，但能使酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复，酶适于在低温下保存，故C，D错误。

例3（2010年全国Ⅰ卷3）下列四种现象中，可以用下图表示的是

A.理想条件下种群数量随时间的变化

B.一个细胞周期中DNA含量随时间的变化

C.条件适宜、底物充足时反应速率随酶量的变化

D.在适宜条件下光合作用强度随CO2含量的变化

【答案】D

【解析】本题主要考查相关生理过程中的数量变化趋势，如图曲线的走势为先增加后稳定，曲线有两个关键点：即起点（m，0）（m＞0）和饱和点。 符合这一曲线的为D选项；C项对应的曲线起点不正确，曲线的走势一直为增函数，不会出现饱和效应；B项对应的曲线就更不正确了，起点纵坐标等于终点，且大于0；A项曲线为种群的“J”型增长曲线。

例4（2014年北京卷3）比较生物膜和人工膜（双层磷脂）对多种物质的通透性，结果如下图。据此不能得出的推论是

A.生物膜上存在着协助H2O通过的物质

B.生物膜对 K+、Na+、Cl-的通透具有选择性

C.离子以易化（协助）扩散方式通过人工膜

D.分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率

【答案】C

【解析】由曲线的对角线可以看出，甘油、CO2和O2在生物膜和人工膜上的通透性是相同的，这是解题的关键，结合生物膜和人工膜的区别，可得出结论，再比较H2O在生物膜和人工膜上的通透性大小，可看出在生物膜上的通透性大于人工膜上的通透性，生物膜上存在着协助H2O通过的物质，A项正确。 K+、Na+、Cl-在人工膜上的通透性相同，而在生物膜上的通透性不同，说明生物膜对3种离子具有选择透过性，B项正确。曲线图能看出3种离子在人工膜中的通透性相同，但不能看出离子的运输方式，不能确定离子以易化（协助）扩散方式通过人工膜，C项错误。通过比较甘油、CO2和O2的通透性大小，可看出分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率，D项正确。

例5（2013年重庆卷6）题6图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正确的是

A.t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多

B.t2→t3，暗反应（碳反应）限制光合作用。若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高

C.t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果

D.t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低

【答案】D

【解析】本题主要看清曲线中的几个拐点，t1，t2，t3，t4时刻都有反应条件的改变：t1→t2，光照增强，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，类囊体膜上水光解加快、O2释放增多；t2→t3，暗反应限制光合作用，光照已经充足，在t2时刻增加光照，光合速率不会提高；t3→t4，充入CO2，暗反应增强，在一定程度上加快了ATP的水解，因此光反应速率也增强；t4后短暂时间内，因无光照，ATP的合成停止，叶绿体中ADP和Pi含量升高，水的光解也停止，C3还原受阻，致使C3还原后的直接产物糖类含量降低。故D项正确。

例6（2014年四川卷6）将桑树和大豆分别单独种植（单作）或两种隔行种植（间作），测得两种植物的光合速率如下图所示（注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度）。据图分析，下列叙述正确的是

A.与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响

B.与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大

C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率

D.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作

【答案】D

【解析】由图可知，种植物单作和间作时与纵轴的交点即为呼吸速率，两种植物单作和间作时不同，桑树间作时呼吸速率较大，大豆单作时呼吸速率较大，A项错误；桑树间作时光饱和点大，大豆单作时光饱和点大，B项错误；间作提高了桑树的光合速率，在较低光照强度下，间作提高了大豆的光合速率，但在较高光照强度下，间作降低了大豆的光合速率，C项错误；大豆开始积累有机物的最低光照强度（与横轴的交点）单作大于间作，D项正确。

二、分析图像

方法点拨：在识图的基础上，通过深入细致的分析，重点解决以下问题：①分析横、纵坐标：分析横、纵坐标的生物学含义，找准两者之间的联系。②解释：曲线的各种变化趋势产生的原因；找出多条曲线之间差异产生的原因。③分析各关键点：（起点、终点、转折点、交点、顶点、最低点）所表示的生物学含义及其产生原因。在两个因素影响的曲线图中，单独分析每条曲线或作辅助线分析。

例7（2016年新课标Ⅱ卷29）为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组（20℃）、B 组（40℃）和 C 组（60℃），测定各组在不同反应时间内的产物浓度 （其他条件相同），结果如图。回答下列问题：

（1）三个温度条件下，该酶活性最高的是_____组。

（2）在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，那么A组酶催化反应的速度会_____。

（3）如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量_____，原因是_____。

（4）生物体内酶的化学本质是_____，其特性有_____（答出两点即可）。

【答案】

（1）B

（2）加快

（3）不变60℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加

（4）蛋白质或RNA高效性和专一性

【解析】本题重在分析曲线坐标轴的含义，理解A、B、C三组的酶活性影响反应速率，酶活性不同，使得反应速率不同。

问题（2）A组控制的温度是20℃。在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，因酶的活性增强，则A组酶催化反应速度会加快。问题（3）对比分析图示中的3条曲线可推知，时间t2时，C组的酶在60℃条件下已经失活，所以如果此时向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，在t3时，C组产物的总量不变。

例8（2016年新课标Ⅰ卷30）为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间（T）后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度 （即单位时间、单位面积吸收CO2的量），光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：

（1）据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是_____。

（2）b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高_____（填“CO2浓度”或“O2浓度”）。

（3）播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是_____。

【答案】（1）光照强度（2）CO2浓度

（3）乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的

【解析】本题考查在光合作用的相关曲线中，对饱和点的理解，饱和点之前限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，饱和点之后，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，想要提高光合速率可适当提高其他影响因子。

例9（2014年新课标II卷29）某植物净光合速率的变化趋势如图所示。

据图回答下列问题：

（1）当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为_____。CO2浓度在a～b之间时，曲线_____表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。

（2）CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是_____。

（3）当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量_____（填“大于”、“等于”或“小于”）光合作用吸收的 CO2量。

（4）据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑_____这一因素的影响，并采取相应措施。

【答案】（1）0A、B 和 C

（2）光强

（3）大于

（4）光强

【解析】（1）据图可知，CO2浓度为 a 时，高光强（曲线A）下的纵坐标为0，即净光合速率为0；CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B、C均表现为上升趋势，即三者的净光合速率均随CO2浓度增高而增高。（2）CO2浓度大于c时，高光强条件下（曲线 A）的净光合速率仍然能够随着CO2浓度的增高而增高，而中光照与低光照条件下的净光合速率不再随CO2浓度的增高而增高，由此可知，限制B、C净光合速率增加的环境因素不再是CO2浓度，而是光强。（3）CO2浓度小于a时，3种光强下，净光合速率均小于0，即呼吸速率大于光合速率，也就是说呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。（4）据图可知，CO2浓度和光强会影响净光合速率从而影响植物的产量，故若要提高植物的产量，应综合考虑CO2浓度和光强对植物的影响。

例10（2014年大纲卷31）植物的光合作用受多种因素的影响。回答下列问题：

（1）上图表示了_____对某种C3植物和某种C4植物_____的影响。当光照强度大于p时，C3植物和C4植物中光能利用率高的是_____植物。通常提高光能利用率的措施有增加_____的面积，补充_____气体等。

（2）在光合作用过程中，C4植物吸收的CO2被固定后首先形成_____化合物。

（3）C3植物的光合作用的暗反应需要光反应阶段产生的ATP和NADPH，这两种物质在叶绿体内形成的部位是_____。NADPH的中文名称是_____，其在暗反应中作为_____剂，用于糖类等有机物的形成。

【答案】（1）光照强度光合作用强度C4光合作用CO2

（2）四碳（或 C4）

（3）囊状结构薄膜（或类囊体薄膜）还原型辅酶Ⅱ还原

【解析】本题考查影响光合作用的因素及C3植物和C4植物的有关知识。（1）曲线的横轴是光照强度，即自变量，纵轴是光合作用强度，即因变量，因此曲线表示的是光照强度对某种C3植物和某种C4植物的光合作用强度的影响；光照强时，绿色植物的气孔关闭，C4植物能够利用叶片内细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物不能。

三、用科学、准确、严谨的语言描述图像

在近年的高考简答题中，往往要求学生用科学严谨的语言，结合生物学理论原理，揭示变量之间的因果关系。这是对学生更高层次的要求，体现了学生综合运用生物学知识的能力。

答题策略：①认真审题，弄清题意，在充分识图、析图基础上扣题作答。②运用生物学理论原理，揭示变量之间的因果关系。③根据曲线的变化情况，将曲线分成若干段，分别叙述，防止缺漏或混为一谈。④要用专业术语和专业名词表达，用词要恰当：可从题干中分析要用的词，或根据曲线的变化情况确定要用的词。如：促进、抑制；正比、反比（定量，有一具体的斜率）；正相关、负相关（定性，无具体的斜率）；加强、减弱；过强；过快；“逐渐……”等，对这些词要用心比较，领悟其中的差异。⑥语言简练、流畅，突出重点和得分点，不拖泥带水。⑦书写工整清晰，不乱涂乱改，无错别字。

例11（2014年山东卷26）我省某经济植物光合作用的研究结果如图。

（1）图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片中叶绿素含量的影响。叶绿素存在于叶绿体中的_____上。需先用_____（填溶剂名称）提取叶片中的色素，再测定叶绿素含量。用纸层析法进一步分离色素时，叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是_____。据图分析，该植物可通过_____以增强对弱光的适应能力。

（2）图乙表示初夏某天在遮光50%条件下，温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度（气孔张开的程度）的日变化趋势。8：00到12：00光照强度增强而净光合速率降低，主要原因是_____。18：00时叶肉细胞内产生ATP的细胞器有_____。

（3）实验过程中，若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3化合物含量_____。

【答案】（1）类囊体膜（或类囊体，基粒）；无水乙醇（或丙酮）；叶绿素a；增加叶绿素含量

（2）呼吸作用增强，光合速率与呼吸速率的差值减小；线粒体、叶绿体

（3）减少

【解析】问题（2）中分析图乙可知，8：00 到12：00净光合速率的曲线下降，气孔导度曲线较低，而温度曲线在升高，因此可得出结论，CO2供应减少，总光合速率降低；同时温度升高，细胞呼吸速率增强，导致光合速率与呼吸速率的差值减小，净光合速率曲线降低。

例12（2015年山东卷26）油菜果实发育所需的有机物主要来源于果皮的光合作用。

（1）油菜果皮细胞内通过光合作用固定CO2的细胞器是_____。光合作用产生的有机物主要以蔗糖的形式运输至种子。种子细胞内的蔗糖浓度比细胞外高，说明种子细胞吸收蔗糖的跨（穿）膜运输方式是_____。

（2）图甲表示在适宜条件下油菜果实净光合速率与呼吸速率的变化。分析可知，第24天的果实总光合速率_____（填“大于”或“小于”）第12天的果实总光合速率。第36天后果皮逐渐变黄，原因是叶绿素含量减少而_____（填色素名称）的含量基本不变。叶绿素含量减少使光反应变慢，导致光反应供给暗反应的_____和_____减少，光合速率降低。

（3）图乙表示油菜种子中储存有机物含量的变化。第36天，种子内含量最高的有机物可用_____染液检测；据图分析，在种子发育过程中该有机物由_____转化而来。

【答案】（1）叶绿体；主动运输

（2）小于；类胡萝卜素（或：叶黄素和胡萝卜素）；［H］（或：NADPH）；ATP（注：两空可颠倒）

（3）苏丹Ⅲ（或：苏丹Ⅳ）；可溶性糖或淀粉

【解析】本题分析难点在于甲柱形图中，必须抓住“总光合速率=呼吸速率+净光合速率”，明确图中白色柱形代表的是净光合速率，黑色柱形代表的是呼吸速率，才能正确作答。分析乙中曲线四种有机物含量变化趋势，脂肪含量曲线上升，而同时可溶性糖和淀粉的含量曲线下降，可得出脂肪增多的来源是可溶性糖和淀粉减少所致。

例13（2013年大纲卷31）某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO2的速率和遮光（完全黑暗）后释放CO2的速率。吸收或释放CO2的速率随时间变化趋势的示意图如下（吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO2的量），回答下列问题：

（1）在光照条件下，图形A+B+C的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用_____，其中图形B的面积表示_____，从图形C可推测该植物存在另一个_____的途径，CO2进出叶肉细胞都是通过_____的方式进行的。

（2）在上述实验中，若提高温度、降低光照，则图形 _____（填“A”或“B”）的面积变小，图形 _____（填“A”或“B”）的面积增大，原因是 _____。

【答案】（1）固定CO2总量；呼吸作用放出的CO2量；释放CO2；自由扩散

（2）A；B；光合速率降低，呼吸速率增强

【解析】（1）分析坐标图，A表示净光合作用吸收的CO2量，B、C为自身释放的CO2量，这三部分CO2都通过光合作用固定，根据遮光后平稳段的直线的变化趋势可判断B的面积表示此时间内呼吸作用释放的CO2量，则C表示其他途径产生的CO2量，重点分析曲线拐点处出现差异的原因。

例14（2013年北京卷29）为研究棉花去棉铃（果实）后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。结果如图。

（1）光合作用碳（暗）反应利用光反应产生的ATP和_____，在_____中将CO2转化为三碳糖，进而形成淀粉和蔗糖。

（2）由图1可知，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率_____。本实验中对照组 （空白对照组）植株的CO2固定速率相对值是_____。

（3）由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中_____增加。已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，_____降低，进而在叶片中积累。

（4）综合上述结果可推测，叶片中光合产物的积累会_____光合作用。

（5）一种验证上述推测的方法为：去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测_____叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是_____，则支持上述推测。

【答案】（1）［H］/NADPH叶绿体基质

（2）逐渐下降28

（3）淀粉和蔗糖含量输出量

（4）抑制

（5）未遮光的光合产物含量下降，光合速率上升

【解析】问题（2）图1中，随着去除棉铃百分率的提高，曲线逐渐下降，CO2固定速率相对值逐渐减小，叶片光合速率逐渐下降。本实验中对照组（空白对照组）植株的CO2固定速率相对值是28。

问题（3）图2中，随着去除棉铃百分率的提高，植株叶片中淀粉和蔗糖含量逐渐增加。由于叶片光合产物被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，输出量降低，进而在叶片中积累。

问题（4）根据图1、2可知，随着去除棉铃百分率的提高，植株叶片中淀粉和蔗糖含量逐渐增加，CO2固定速率相对值逐渐减小，说明叶片光合产物的积累会抑制光合作用。

问题（5）本题实验为验证性实验，因而结果是唯一的。若要验证叶片光合产物的积累会抑制光合作用这一推测，可去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测未遮光叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比，去除棉铃并对部分叶片进行遮光处理的植株，其叶片的光合产物含量下降，而光合速率上升。