綜合素養視角下的一輪復習實例
——2023年全國甲卷第4題分析及啟示

李慧蓉

(四川省宜賓市第一中學校)

1.試題及分析

【試題】(2023年全國甲卷,第4題)探究植物細胞的吸水和失水實驗是高中學生常做的實驗。某同學用紫色洋蔥鱗片葉外表皮為材料進行實驗,探究蔗糖溶液,清水處理外表皮后,外表皮細胞原生質體和液泡的體積及細胞液濃度的變化。圖中所提到的原生質體是指植物細胞不包括細胞壁的部分。下列示意圖中能夠正確表示實驗結果的是

(C)

A

B

C

D

【分析】本題以植物細胞的吸水和失水這一常規實驗及其拓展實驗為試題情境,考查學生的結構與功能觀、科學思維、科學探究能力。重點考查對照實驗的思想和構建相應的數學模型的能力。

必備知識：(1)原生質層的伸縮性比較大,細胞壁的伸縮性比較小;(2)原生質體體積小于細胞體積;(3)當外界溶液濃度大于細胞液濃度時,植物細胞會通過滲透作用失水,細胞液濃度升高,細胞體積、原生質體體積相對于正常狀態時(對照組)減小;當外界溶液濃度小于細胞液濃度時,植物細胞會通過滲透作用吸水,但由于細胞壁伸縮性較小,對細胞有保護作用,細胞液濃度降低,細胞體積、原生質體體積相對于正常狀態時(對照組)略微增大;當外界溶液濃度等于細胞液濃度時,植物細胞與外界溶液處于滲透平衡,細胞液濃度不變,細胞體積、原生質體體積相對于正常狀態時(對照組)不變。

關鍵能力：(1)信息獲取能力:關注橫縱坐標的生物學含義,選項A和B、選項C和D的自變量相同,選項A和C、選項B和D的因變量相同;由題干獲取原生質體的概念。(2)科學探究能力:明確對照組的作用和對照類型,準確判斷對照組和實驗組,根據基礎知識,運用演繹推理,預期實驗結果。A、B選項的對照類型為自身對照,對照組均為相應溶液處理前,以此作為判斷因變量走勢的依據;C、D選項的對照類型為相互對照,均以與細胞液等滲溶液的蔗糖濃度時的數值(假設為X0)所對應的體積(假設為V0)或細胞液濃度(c0,c表示物質的量濃度)為參照,將橫坐標分為向左和向右兩個方向來分析。

各個選項的數學建模分析如圖1和圖2(圖中的箭頭表示分析實驗結果時曲線走勢與橫坐標的方向的關系)。

圖1 選項A和B的分析模型

圖2 選項C和D的分析模型

2.對一輪復習的備考啟示

2.1 構建知識網絡,促進綜合素養的達成

一輪復習時,可將植物細胞和動物細胞的吸水和失水整合在一起,要求學生運用比較與分類、分析與綜合的科學思維融通相關知識,進一步形成結構與功能觀、系統觀等生命觀念;通過實驗設計等活動,發展學生的科學探究能力和語言表達能力;通過分析該部分內容在生產生活中的應用,并在課堂上展示我國科學家在改造鹽堿地、增大可耕作面積所做的工作和成果的視頻,培養學生的國家安全觀意識,提升社會責任感,同時也看到我國治理鹽堿地的思路由改造鹽堿地適應植物,調整為選育耐鹽堿地植物以適應鹽堿地,要求學生結合已學的遺傳育種知識,提出培育耐鹽堿地植物的育種方法,培養學生的批判性思維(圖3)。

圖3

2.2 同類高考試題匯編用于變式練習,強化科學思維和科學探究

練習1.(2022年全國甲卷,第2題)植物成熟葉肉細胞的細胞液濃度可以不同?，F將a、b、c三種細胞液濃度不同的某種植物成熟葉肉細胞,分別放入三個裝有相同濃度蔗糖溶液的試管中,當水分交換達到平衡時觀察到:①細胞a未發生變化;②細胞b體積增大;③細胞c發生了質壁分離。若在水分交換期間細胞與蔗糖溶液沒有溶質的交換,下列關于這一實驗的敘述,不合理的是

( )

A.水分交換前,細胞b的細胞液濃度大于外界蔗糖溶液的濃度

B.水分交換前,細胞液濃度大小關系為細胞b>細胞a>細胞c

C.水分交換平衡時,細胞c的細胞液濃度大于細胞a的細胞液濃度

D.水分交換平衡時,細胞c的細胞液濃度等于外界蔗糖溶液的濃度

練習2.(2022年湖南卷,第10題)原生質體(細胞除細胞壁以外的部分)表面積大小的變化可作為質壁分離實驗的檢測指標。用葡萄糖基本培養基和NaCl溶液交替處理某假單孢菌,其原生質體表面積的測定結果如圖所示。下列敘述錯誤的是

( )

甲組:0.3 mol/L NaCl

乙組:1.0 mol/L NaCl

丙組:1.5 mol/L NaCl

A.甲組NaCl處理不能引起細胞發生質壁分離,表明細胞中NaCl濃度≥0.3 mol/L

B.乙、丙組NaCl處理皆使細胞質壁分離,處理解除后細胞即可發生質壁分離復原

C.該菌的正常生長和吸水都可導致原生質體表面積增加

D.若將該菌先65℃水浴滅活后,再用NaCl溶液處理,原生質體表面積無變化

練習3.(2021年廣東卷,第13題)保衛細胞吸水膨脹使植物氣孔張開。適宜條件下,制作紫鴨跖草葉片下表皮臨時裝片,觀察蔗糖溶液對氣孔開閉的影響,如圖為操作及觀察結果示意圖。下列敘述錯誤的是

( )

A.比較保衛細胞細胞液濃度,③處理后>①處理后

B.質壁分離現象最可能出現在滴加②后的觀察視野中

C.滴加③后有較多水分子進入保衛細胞

D.推測3種蔗糖溶液濃度高低為②>①>③

練習4.(2020年新課標Ⅱ卷,第5題)取某植物的成熟葉片,用打孔器獲取葉圓片,等分成兩份,分別放入濃度(單位為g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中,得到甲、乙兩個實驗組(甲糖的相對分子質量約為乙糖的2倍)。水分交換達到平衡時,檢測甲、乙兩組的溶液濃度,發現甲組中甲糖溶液濃度升高。在此期間葉細胞和溶液之間沒有溶質交換。據此判斷下列說法錯誤的是

( )

A.甲組葉細胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液濃度升高

B.若測得乙糖溶液濃度不變,則乙組葉細胞的凈吸水量為零

C.若測得乙糖溶液濃度降低,則乙組葉肉細胞可能發生了質壁分離

D.若測得乙糖溶液濃度升高,則葉細胞的凈吸水量乙組大于甲組

【答案】1.C 2.B 3.A 4.D

2017年新課標Ⅱ卷第4題、2014年新課標Ⅱ卷第4題、2014年大綱卷第32題、2011年新課標卷第4題等可做備用練習。

2.3 關注歷年高考試題未考查的命題角度,命制或改編試題,考查學生綜合素養

(原創)鹽地堿蓬是一種高度耐鹽堿、耐寒、耐旱、耐澇、耐高溫,高度吸納集聚鹽堿于體,富蛋白,種子富含油脂,單品種可以達上百萬畝面積,且富有生態、環境和景觀效益的奇葩植物。如圖是在夏季晴朗的白天,該植物光合作用強度的曲線圖?；卮鹣铝袉栴}:

(1)從植物細胞吸水和失水的角度,推測鹽地堿蓬耐鹽堿的可能原因是______________________。

(2)BC段光合作用強度明顯下降的現象稱為光合午休,其原因是高溫、低濕引起保衛細胞失水,氣孔開度減小,________供應不足,暗反應速率下降,進而引起光合速率下降。若以氣孔開度為檢測指標,請設計實驗來驗證光合午休現象的存在。(簡要寫出實驗思路并預期結果)

(3)鹽地堿蓬根、莖、葉均可用于做家禽家畜的飼料,當年種植后即可將鹽堿地變為生態景觀,這體現生物多樣性的________價值。

(4)我國科學家使用秋水仙素獲得染色體增加1倍的鹽地堿蓬新品種,這一育種方法的原理是____________________。該新品種植株的特點是_______________________。

【試題評析】本題命題思路來自2021年全國乙卷第29題;命題素材來自人教版2019版必修1《分子與細胞》106頁、2021年4月22日科技日報文章《世界地球日:奇葩植物堿蓬使鹽堿地變景觀》、一種鹽生蔬菜堿蓬的育種方法(https:∥www.zhuanlichaxun.net/p-7010217.html)、中央廣播電視總臺央視新聞2023年5月13日《如何搞好特色農業,總書記劃重點》。命題背景源自2023年5月9日國家鹽堿地綜合利用技術創新中心在東營揭牌成立。

本題以鹽地堿蓬這種耐鹽堿植物的耐鹽堿原理、培育耐鹽堿作物的育種方法、光合作用特點、在生產中的應用為情境,聯系生產實際,培養學生勞動意識,關注社會熱點,明確自己的責任與擔當。

試題體現基礎性、綜合性、應用性和創新性,落實結構與功能觀等生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任綜合素養的考查。