吴海峰
所谓“上升后平衡”,意即纵坐标随横坐标的变化,曲线表现出先升高后处于平衡状态的特点。在高中生物中,有很多符合“上升后平衡”型曲线特点或与之相似的模型,现笔者将其分类进行归纳如下。
一、物质跨膜运输
物质跨膜运输的方式中的协助扩散在受细胞膜内、外的浓度差影响的同时,还受细胞膜上运载物质的载体数量的影响。载体具有饱和现象,当细胞膜上的载体数量达到饱和时,细胞吸收该载体运载的物质的速率不再随物质浓度的增大而增大(如图1)。
二、酶的特性
酶和无机催化剂一样,只能催化已存在的化学反应,不改变反应的可能性。催化剂可加快化学反应的速率,與无机催化剂相比,酶的催化效率更高,但是酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间,不能改变化学反应的平衡点(如图2)。
三、矿质元素吸收
植物的根对矿质元素的选择性吸收属于主动运输,主动运输方式既需要载体协助,又需要消耗能量。在O2浓度为零的时候,通过无氧呼吸供能,但无氧呼吸产生的能量较少,所以运输速率较低;在一定范围内,随O2浓度的升高,有氧呼吸加强,产生的能量逐渐增多,所以运输速率不断增大;当O2浓度足够高时,能量供应充足,但由于受到载体数量的限制,运输速率不再随O2浓度的增大而增大(如图3)。
四、呼吸作用、光合作用
对于光合作用而言,其随光照强度、CO2浓度的增加而增强,但达到一定程度后,光合作用强度也不再增加(如图4甲)。对于有氧呼吸而言,随O2浓度增加,有氧呼吸强度也增加,但O2浓度增加到一定值时有氧呼吸强度将不再随O2浓度的增加而增加(此时限制因素主要是酶的活性和呼吸底物的浓度)(如图4乙)。
五、细胞的有丝分裂
在整个细胞分裂周期中,DNA的数量增加是在分裂间期的S期,而在分裂期的前、中、后期没有变化,处于稳定状态,但是到末期DNA数量减少一半,恢复到原有细胞DNA数量(如图5)。
六、杂合子(Aa)连续自交
Aa连续自交n次后杂合子比例为1/2n,其余为纯合子,且比例为1∶1,据此原理,可只记忆杂合子的计算公式,其他比例由此推导即可。
自交代数 Aa 纯合子 AA aa
1 1 0 0 0
2 1/2 1/2 1/4 1/4
3 1/4 1/4 3/8 3/8
n (1/2)n 1-(1/2)n 1/2-(1/2)n+1 1/2-(1/2)n+1
例如,子代中显性纯合子所占比例:y=1/2-(1/2)n+1,作曲线,其趋势线如图6所示。
七、种群的数量变动
种群的数量变动的规律:在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下,种群数量可能会呈“J”型增长。例如,澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究,发现在环境条件较好的年份,种群数量迅速增长,表现出季节性的“J”型增长。在有限的环境中,如果种群的初始密度很低,种群数量可能会出现迅速增长;随着种群密度的增加,种内竞争就会加剧,种群数量增加到一定程度就会停止增长,这就是“S”型增长。例如,栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长,常常具有“S”型增长的特点。(如图7)
除了上述模型,在实际的解题过程中,同学们还会发现与现代生物进化理论分析、生命活动的调节分析、免疫调节分析等知识有关的模型也符合“上升后平衡”型曲线的特点。