逍遥右脑 2014-02-18 11:02
摘要：高中阶段呼吸商主要用在计算、实验装置设计、探究呼吸底物、确定呼吸作用类型等几方面，各种用法各有技巧、各有默认条件。认真分析题型、区别联系、熟练掌握，才能举一反三，提高分析驾驭问题的能力。
关键词：呼吸商 实验设计 呼吸底物 呼吸作用类型
所谓呼吸商（respiratory quotient简称RQ），是指呼吸作用所释放的CO2的mol数和吸收的O2的mol数的比例，又称呼吸系数。分析和研究它，有利于解决呼吸作用的很多问题。
生物都需要呼吸作用，分解有机物释放能量，满足生命活动对能量的需求。
呼吸作用也是高中生物学科重点章节《新陈代谢》的重要组成部分，高考命题的重点所在，所以，呼吸商就成为高考命题的切入点之一。下面总结一下高中阶段呼吸商的一些应用，希望对高三学生的生物复习有所帮助。
1．计算。这是主要的出题方向，题型灵活，着重考查实验能力。
1．1．据化学式直接计算呼吸商
计算简式：RQ＝释放的二氧化碳体积/消耗的氧气体积。
如根据不同有机物有氧呼吸反应式，可以计算出各自的呼吸商。
糖类：C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O,呼吸商RQ＝6/6＝1；
蓖麻油：2C57H104O9 + 157O2 → 114CO2 + 104H2O，呼吸商为RQ＝114/157＝0．73
同理蛋白质、脂肪的呼吸商经验计算值分别为0．80、0．71。
扩展：柠檬酸分子式C6H8O7 (COOH-CH2-COHCOOH-CH2-COOH)：
2C6H8O7+ 9O2→ 12CO2+8H20,故其呼吸商为RQ＝12/9＝1．33
苹果酸C4H7O5 (COOH-CH2OH-CH2-COOH)： 4C4H7O5 + 5O2 → 8CO2 + 14H2O，呼吸商为RQ＝8/5＝1．6
这样的计算有助于选择题、填空题等题型的简单数据比较，较简单。
如(2001年天津理科综合能力测试一、第3题) 种子萌发的需氧量与种子所贮藏有机物的元素组成和元素比例有关， 在相同条件下，消耗同质量的有机物， 油料作物种子(如花生)萌发时需氧量比含淀粉多的种子(如水稻)萌发时的需氧量 ( B )
A． 少 B．多 C． 相等 D． 无规律
1．2．实验测定数据，然后算出呼吸商，考查实验设计和计算能力。
1．2．1．设计实验装置：根据呼吸商定义要求，只要知道呼吸作用消耗的氧气和呼出的二氧化碳量，就可以计算出呼吸商来。实验测定呼吸商也必须有专门测定这两项物理量的装置。学生必须具备结合物理、化学知识，设置相应实验装置的能力，这也成为此类题型考查的重点内容。
1．2．2．平衡无关变量：为了使所测数据准确性提高，有时也专门添加监控外界物理条件变化的对照装置，以平衡实验组数据；或者将实验组装置置于水浴设施中等等。
若材料带有真叶，还需要在黑暗环境以避免光合作用干扰。
【例1】为了测定种子萌发时的呼吸商，现准备了3只玻璃瓶、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕豆种子、10%的NaOH溶液、NaHCO3、清水等。1号玻璃瓶的实验装置如图所示。
（1）由于发芽蚕豆种子（已消毒）的呼吸作用，1号玻璃瓶内的气体发生了变化，使得墨滴向左移动，显然瓶内气体减少了，减少的气体是 。
（2）1号玻璃瓶内的气体变化还不足以求出发芽蚕豆的呼吸商，由此还要利用2号玻璃瓶来测定发芽蚕豆呼吸作用过程中的某一种气体的变化。请根据1号图及题干中的器材与试剂，说出2号图装置与1号图的不同之处 ，以此可以测出 量。
（3）若1号装置测出的实验数据（墨滴移动量）为X，2号装置所测得的实验数据（墨滴移动量）为Y，则呼吸商计算式为： 如果呼吸商小于1时，说明 。
（4）为了纠正环境因素引起的实验测量误差，须设3号装置。应对3号装置作何处理：
。
如3号装置的墨滴在实验后向右移动量为Z，则氧气实际消耗量应为 。
【解析】1号装置中NaOH吸收CO2，气体体积再变化只能是氧气引起的，所以它测的是氧气量；2号装置考查学生的设计能力。据呼吸商概念，1号装置测出了氧气量，剩下的就是二氧化碳的量未知了，依据化学知识，试管中应该是清水，瓶中放发芽的蚕豆种子，气体体积变化就是二氧化碳和氧气变化的差值，从而间接测出二氧化碳生成量；3号监控外界物理量变化，根据实验的重复性原则，试管、瓶内也必须分别有“形式”性的水（NaOH也行）、死种子。
答案．（1）氧气 （2） 试管中的液体应用同体积的清水 种子吸收的氧气量与释放的二氧化碳气体量的差值 （3）（X-Y）/X 呼吸底物中含脂肪 （4）用死种子，试管中放等量的清水 X+Z
1．3．借用呼吸商计算
给定呼吸商值，然后用其解决实际问题。在知识考查中更进一步。
【例2】2004年上海生物高考试卷：第40题．
…下面是有关光合作用的问题。
(3)图3表示某绿色植物光合作用中光强度和氧气释放速度的关系。图4表示该植物在不同温度（15℃和25℃）下，某一光强度时氧气释放量和时间的关系。请据图回答：
①当图4纵坐标分别表示光合作用所产生氧气的净释放量和总量时，则它们分别是在光强度为 和 千勒克司下的测定值。
②若该植物的呼吸商（呼吸商=呼吸放出的CO2量/呼吸消耗的O2量 ）为0．8，在25℃条件下，1小时内呼吸作用放出的CO2量为 毫升。
③若该植物的呼吸商为0．8，在25℃、4千勒克司光强度下，该植物进行光合作用时除完全利用呼吸所产生的CO2外，每小时还应从外界吸收CO2 毫升。
【解析】①图3、图4共有4条曲线，如果只看一组对应温度下的曲线，可使问题简单化。如都看15度实线曲线，图4氧气释放量读数为40ml/h，当它表示净释放量时，参照图3纵轴0 ml/h以上40 ml/h时，对应实线曲线交点的横坐标是4klx；当它表示总释放量时，参照图3纵轴-10 ml/h以上30 ml/h时，对应实线曲线交点的横坐标是2．5klx。②呼吸作用吸收氧气量的数据来自图3纵轴下端数据。25度时，读虚线曲线与纵轴交点是20ml/h，又呼吸商=0．8，所以释放二氧化碳量=0．8×20ml/h=16ml/h．③前面已经得出25度呼吸释放16ml/h的二氧化碳了，将图3中25度条件下4klx时读出的植物光合作用总释放氧气70ml/h（=二氧化碳同化量），减去16ml/h的呼吸二氧化碳供给量，余下的就是植物从空气中吸收的二氧化碳量了。
深入思考：这里有两点没有明说的“潜规则”，一是默认呼吸方式为有氧呼吸；二是呼吸商=0．8，表明植物呼吸作用分解的的一定不是纯葡萄糖或没有葡萄糖，但光合作用生成的却又默认是葡萄糖！这几个弯弯绕克服不了，也会被光合产物与呼吸底物的差异搅懵了。
答案：① 4 2．5 ② 16 ③ 54
2．探究呼吸底物
由前面的计算已经知道，如葡萄糖呼吸商是1，脂肪的是0．71，蛋白质的是0．8（一些比糖类含氧较多的物质，如已局部氧化的有机酸，则呼吸商大于1）。据此，可以根据实测得到的呼吸商推断当前呼吸作用的底物概况。
如人是混合膳食，所以，呼吸商常变动于0．71-1．00之间。人体在特定时间内的呼吸产物要看哪种营养物质是当时的主要能量来源而定。若能源主要是糖类，则呼吸商接近于1．00；若主要是脂肪，则呼吸商接近于0．71。在长期病理性饥饿情况下，能源主要来自机体本身的蛋白质和脂肪，则呼吸商接近于0．80。一般情况下，摄取混合食物时，呼吸商常在0．85左右。糖-脂肪-蛋白供能顺序容易造成底物单一的思维定势。
在确定呼吸底物时，常默认生物材料只进行有氧呼吸。
【例3】（原创）某发芽种子的呼吸商是0．85。根据下表信息分析，有关种子有氧呼吸分解的有机物提法最全面的一项是（ E ）
呼吸底物
葡萄糖
脂肪
蛋白质
呼吸商
1
0．71
0．80
A葡萄糖 B蛋白质 C脂肪和蛋白 D葡萄糖、脂肪、蛋白 E一定有葡萄糖
【解析】种子已发芽，不能考虑无氧呼吸；RQ=0．85，又没指明何种植物，呼吸底物组合就可能有：葡萄糖+脂肪、葡萄糖+脂肪+蛋白质，葡萄糖+蛋白质，其他的组合对高中阶段就比较偏了，这三种组合共性是都含葡萄糖。
3．确定呼吸类型
3．1．这类题型，不加说明的话，默认底物是葡萄糖，原理就是书本中有氧呼吸、无氧呼吸（酒精+CO2类）反应式。
C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O, C6H12O6→2CO2+2C2H5OH,
前者的特点是气体体积恒定的反应，后者的特点是气体体积增大的反应。
【例4】（原创）下图是用等量葡萄糖配置的适宜浓度的培养液，培养相同的酵母菌，适宜且相同温度培养，其他条件见图中信息。如果想知道酵母菌的呼吸类型，则：
⑴当着色液滴A 当着色液滴B 时，说明酵母菌只进行有氧呼吸，此时，呼吸商 1；
⑵当着色液滴A 当着色液滴B 时，说明酵母菌只进行无氧呼吸，此时，呼吸商 1；
⑶当着色液滴A 当着色液滴B 时，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，此时，呼吸商 。
【解析】装置1测有氧呼吸耗氧量，装置2间接测呼吸作用CO2释放量，同时也显示呼吸商情况：B不动则RQ=1，B左移则RQ?1， B右移则RQ?1。底物是葡萄糖时，RQ?1不会发生。
答案：⑴左移 不动 等于 ⑵不动 右移 大于 ⑶左移 右移 介于以上二者之间。
3．2．曲线的拓展
【例4】不同的呼吸底物、呼吸方式具有不同的呼吸商。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。
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。
【分析】本题的拓展打破了一般题所默认的一个前提条件,即呼吸底物均为葡萄糖,在植物只进行有氧呼吸时,两条曲线有重合部分,重合部分的呼吸商均为1。
而在本题中,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表2呼吸商：
在O2浓度为3%时,酵母菌的呼吸商是1．67,根据图6可知,此时的酵母菌既进行无氧呼吸,也进行有氧呼吸。因为每种底物的有氧呼吸的呼吸商都是定值,所以随氧浓度的增加,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1．2,这说明氧浓度从7%起,酵母菌只进行有氧呼吸。
答案：当O2浓度为3%时,酵母菌的呼吸商是1．67； O2浓度为3%时,酵母菌的呼吸方式是既进行无氧呼吸,也进行有氧呼吸；氧浓度从7%起,酵母菌只进行有氧呼吸。
归纳：