“上升后平衡”型曲線模型知識梳理

吳海峰

所謂“上升后平衡”，意即縱坐標(biāo)隨橫坐標(biāo)的變化，曲線表現(xiàn)出先升高后處于平衡狀態(tài)的特點(diǎn)。在高中生物中，有很多符合“上升后平衡”型曲線特點(diǎn)或與之相似的模型，現(xiàn)筆者將其分類進(jìn)行歸納如下。

一、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸

物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞街械膮f(xié)助擴(kuò)散在受細(xì)胞膜內(nèi)、外的濃度差影響的同時，還受細(xì)胞膜上運(yùn)載物質(zhì)的載體數(shù)量的影響。載體具有飽和現(xiàn)象，當(dāng)細(xì)胞膜上的載體數(shù)量達(dá)到飽和時，細(xì)胞吸收該載體運(yùn)載的物質(zhì)的速率不再隨物質(zhì)濃度的增大而增大（如圖1）。

二、酶的特性

酶和無機(jī)催化劑一樣，只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)，不改變反應(yīng)的可能性。催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)的速率，與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高，但是酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需要的時間，不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)（如圖2）。

三、礦質(zhì)元素吸收

植物的根對礦質(zhì)元素的選擇性吸收屬于主動運(yùn)輸，主動運(yùn)輸方式既需要載體協(xié)助，又需要消耗能量。在O2濃度為零的時候，通過無氧呼吸供能，但無氧呼吸產(chǎn)生的能量較少，所以運(yùn)輸速率較低;在一定范圍內(nèi)，隨O2濃度的升高，有氧呼吸加強(qiáng)，產(chǎn)生的能量逐漸增多，所以運(yùn)輸速率不斷增大;當(dāng)O2濃度足夠高時，能量供應(yīng)充足，但由于受到載體數(shù)量的限制，運(yùn)輸速率不再隨O2濃度的增大而增大（如圖3）。

四、呼吸作用、光合作用

對于光合作用而言，其隨光照強(qiáng)度、CO2濃度的增加而增強(qiáng)，但達(dá)到一定程度后，光合作用強(qiáng)度也不再增加（如圖4甲）。對于有氧呼吸而言，隨O2濃度增加，有氧呼吸強(qiáng)度也增加，但O2濃度增加到一定值時有氧呼吸強(qiáng)度將不再隨O2濃度的增加而增加（此時限制因素主要是酶的活性和呼吸底物的濃度）（如圖4乙）。

五、細(xì)胞的有絲分裂

在整個細(xì)胞分裂周期中，DNA的數(shù)量增加是在分裂間期的S期，而在分裂期的前、中、后期沒有變化，處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是到末期DNA數(shù)量減少一半，恢復(fù)到原有細(xì)胞DNA數(shù)量（如圖5）。

六、雜合子（Aa）連續(xù)自交

Aa連續(xù)自交n次后雜合子比例為1/2n，其余為純合子，且比例為1∶1，據(jù)此原理，可只記憶雜合子的計算公式，其他比例由此推導(dǎo)即可。

自交代數(shù) Aa 純合子 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，子代中顯性純合子所占比例：y=1/2-（1/2）n+1，作曲線，其趨勢線如圖6所示。

七、種群的數(shù)量變動

種群的數(shù)量變動的規(guī)律：在食物充足、空間廣闊、氣候適宜、沒有天敵等優(yōu)越條件下，種群數(shù)量可能會呈“J”型增長。例如，澳大利亞昆蟲學(xué)家曾對果園中薊馬種群進(jìn)行過長達(dá)14年的研究，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境條件較好的年份，種群數(shù)量迅速增長，表現(xiàn)出季節(jié)性的“J”型增長。在有限的環(huán)境中，如果種群的初始密度很低，種群數(shù)量可能會出現(xiàn)迅速增長;隨著種群密度的增加，種內(nèi)競爭就會加劇，種群數(shù)量增加到一定程度就會停止增長，這就是“S”型增長。例如，柵列藻、小球藻等低等植物的種群增長，常常具有“S”型增長的特點(diǎn)。（如圖7）

除了上述模型，在實(shí)際的解題過程中，同學(xué)們還會發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)代生物進(jìn)化理論分析、生命活動的調(diào)節(jié)分析、免疫調(diào)節(jié)分析等知識有關(guān)的模型也符合“上升后平衡”型曲線的特點(diǎn)。