呼吸作用以及植物在自然界中的作用

春天泡绿豆时，瓶里的种子常常会变暖；而买回来的青菜如果闷在不透气的塑料袋里，没几天就软塌塌、甚至有异味。种子和青菜都没有像人一样“张嘴呼吸”，它们为什么还会放热、还怕闷？答案藏在植物每一个活细胞都在做的一件事里：它们要把有机物中储存的能量一点点取出来，供自己生长和生活。

上一章我们已经知道，绿色植物能在光下制造有机物，把光能储存在其中。可是，种子萌发、根吸收无机盐、嫩叶展开，这些活动可不能只把有机物堆在一旁“存着看”。细胞还得把其中一部分分解，释放出能量。这一章就来追踪这笔能量账，并把镜头拉远：绿色植物怎样影响整个生物圈里的食物、氧气和二氧化碳。

一粒正在萌发的种子，为什么会发热

准备两只相同的保温瓶，在甲瓶中放入一定量正在萌发的种子，在乙瓶中放入等量、同种且煮熟后已经晾凉的种子；让两瓶初始温度和放置环境相同，各插入一支温度计。一段时间后，甲瓶温度通常升高得更明显，乙瓶变化不明显。最先要分清的是：我们看到的是温度差异，不是直接“看见了能量”。煮熟种子的细胞已失去正常生命活动，甲、乙两组的对照使我们有理由推断：正在萌发的种子发生生命活动时释放了能量，其中一部分以热的形式散失。

有人会说：“甲瓶温度高，可能只是种子本来比较热。”这正是对照实验要解决的疑问。两瓶应使用同种、等量材料和相同容器，保证初始温度、放置时间等条件相同，只让种子是否仍具有正常生命活动成为主要不同。这样，温度差异才更能归因于萌发种子的生命活动。中考实验题经常把“变量”和“结论”拆开考：变量不是温度计读数，而是实验者有意改变的材料状态；温度计读数是观察指标。

现在先在交互实验台上安排两组材料，再根据温度变化写出完整结论。别急着点结果，先想：煮熟种子在这里排除了什么可能？

种子萌发要用能量，植物的根生长、细胞分裂、开花结果和物质运输也要用能量。可见，能量不是“有了就自动拿来用”，细胞需要通过一个持续的过程来释放它。这个过程就是呼吸作用。

这里的“呼吸作用”别和人用鼻、口吸气的“呼吸”混成一回事。人和动物的呼吸运动，是把空气送到身体内部的一段过程；植物没有肺，却同样需要让氧到达细胞，并在细胞中发生呼吸作用。叶片上的气孔、根周围土壤的空气，都和气体进入植物有关；真正把有机物中的能量释放出来的，是细胞内的呼吸作用。题目若问“能量在哪里释放”，答案应落在细胞的呼吸作用上，而不能只答“气孔”或“根”。

呼吸作用：把有机物里的能量取出来

在初中阶段，可以把呼吸作用概括为：细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，同时把有机物中储存的能量释放出来，供生命活动利用的过程。用一条文字关系式记忆会更清楚：

有机物（储存着能量）＋氧 → 二氧化碳＋水＋能量

这条式子主要告诉我们物质和能量的变化方向，不要求把它当成高中化学的定量计算题。三个关键词不能丢：分解有机物、利用氧、释放能量。若只写“植物吸收氧气”，那只是现象的一部分；若只写“产生二氧化碳”，又没有说清能量从哪里来、做什么用。

呼吸作用主要在线粒体中进行。线粒体不是一个只属于动物细胞的“小发动机”，植物的活细胞也有它。叶肉细胞、根尖细胞、萌发种子的细胞都要呼吸；根虽然通常没有叶绿体，不能在地下制造有机物，却能利用叶片运来的有机物进行呼吸作用。相反，煮熟种子和已经死亡的组织不再进行正常的呼吸作用。

一颗干燥储藏的种子看起来安安静静，不代表它成了“死物”。它仍是活的，只是水分少、代谢很弱，呼吸作用也很微弱；吸水并在适宜条件下萌发后，生命活动增强，呼吸作用随之更明显。对于正常生长的植物，氧气、适宜的温度和一定的水分条件都会影响呼吸作用能否正常、强弱如何。题目中若出现“种子萌发”“积水烂根”“果蔬冷藏”等材料，不妨顺着这几个条件去找线索，而不是把所有现象都机械归到“缺肥”。

怎样用证据证明：二氧化碳从哪里来，氧气到哪里去

呼吸作用看不见，实验要借助可观察的变化。把正在萌发的种子置于相对密闭的容器一段时间，再用其中的气体检验：若使澄清石灰水变浑浊，可说明气体中有较多二氧化碳；在教师按规范进行的演示中，把燃着的蜡烛放入另一瓶处理后的气体里，蜡烛较易熄灭，说明容器内氧气减少，已经不利于燃烧。两条证据分别对应“产生二氧化碳”和“消耗氧气”。

不过，证据不是魔法口诀。空气本来就含有少量二氧化碳，因此要设置没有萌发种子或放煮熟种子的对照，并保证容器、时间等条件相同；石灰水变浑浊说明检出了二氧化碳，不能据此断言二氧化碳只可能来自某一个细胞。蜡烛熄灭只支持“氧气减少到不利于燃烧”，不能夸张成“瓶里一点氧气也没有”。涉及火焰的操作应由教师按实验规范演示，不要在装有种子的密闭瓶中直接点火。

把“现象—推断—结论”连起来练一次：选择检验方法，观察现象，再判断它究竟能说明什么。答错也没关系，科学推理本来就靠证据一步步收紧。

同一粒种子，三类证据各回答一个问题

把萌发种子放进装置里，常会同时看到温度变化、石灰水变化和气体对燃烧的影响。它们看着像是在重复“种子会呼吸”，其实分工不一样。温度升高这一类证据回答的是：生命活动有没有释放能量；石灰水变浑浊回答的是：装置中的二氧化碳是否增多；燃烧不易维持回答的是：氧气是否减少到了不利于燃烧的程度。考试最喜欢把这三件事打散：给你一个现象，再问“能证明什么”。这时别急着把整句定义搬出来，先把现象翻译成最小的一条信息。

例如，若题目只说“澄清石灰水变浑浊”，稳妥的结论是“气体中有较多二氧化碳”，在有萌发种子和对照组的条件下，才进一步支持“萌发种子的呼吸作用产生了二氧化碳”。它不能单独证明氧气减少，也不能直接证明能量释放；同样，温度升高并不能替代二氧化碳检验。你可以把实验当成三位各管一项的证人：每位证人的话都重要，但不能让其中一位替另外两位作证。这样写结论，既严谨，又不容易把“现象”“推断”和“原理”混成一团。

呼吸作用强不强，和环境有关

植物的有氧呼吸需要氧。在土壤板结或积水时，根周围空气少，根细胞得不到充足氧气，正常呼吸会受影响，于是根吸水、吸收无机盐和生长都会受影响。这就是农田要适时松土、遇涝要及时排水的道理。它们不是在给根“补肥”，而是在改善根周围的空气条件。

温度也会影响呼吸作用的强弱。在适宜范围内，较高的温度会使呼吸作用增强；低温能使呼吸作用减弱，因此许多新鲜果蔬宜低温保存。注意，“减弱”不等于“停止”，低温也不等于越低越好；冻伤、缺氧或材料腐败都会破坏正常的生命活动。干燥能使种子的生命活动非常微弱，所以储藏粮食、种子时常强调干燥和低温，而不是任它受潮发霉。

可以把这些现象整理成两类问题。第一类是“让正在生长的植物呼吸得正常”：松土、排水、合理灌溉都在避免根部长期缺氧或环境不适。第二类是“让已收获的材料慢一些消耗”：低温、干燥等措施是在不损坏材料的前提下减弱呼吸。两类题都出现“呼吸作用”，但一个是保证它不受阻，另一个是有控制地减弱它。把目标读反，后面的原因即使写得很熟也会失分。

光合作用和呼吸作用：不是轮班，而是接力

现在把上一章的光合作用请回来比较。光合作用在有光时主要发生在绿色细胞的叶绿体中，利用二氧化碳和水制造有机物、释放氧气，并把光能储存在有机物中；呼吸作用主要发生在线粒体中，利用氧分解有机物，产生二氧化碳和水，释放能量。两者在物质去向和能量变化上正好形成联系：一个把能量储进有机物，一个把有机物中的能量释放出来。

“相反”不等于“二选一”。阳光下的叶片通常一边光合作用、一边呼吸作用；只是光合作用较强时，叶片总体表现为吸收二氧化碳、释放氧气。夜晚没有光，光合作用不能正常进行，呼吸作用却仍在继续，所以总体表现为吸收氧气、释放二氧化碳。根以及花、果实中的非绿色部位也一直需要呼吸作用提供能量。

试着把白天、夜晚、绿色叶片和根部细胞放进同一张判断表。你会发现，概念题真正考的不是背两句定义，而是能否根据条件做出判断。

遇到综合情境，先给过程“找身份证”

来做一个不靠死记的判断：一盆植物白天放在阳光下，根却埋在板结、积水的土里。叶片的绿色部分在白天能进行光合作用，也始终进行呼吸作用；根通常不能进行光合作用，却仍要靠呼吸作用获得能量。积水的问题不在于根“晒不到太阳”，而在于土壤孔隙里的空气变少，根得到的氧气不足，正常呼吸受影响，随后吸水和吸收无机盐等活动也会受牵连。这里把“叶”和“根”分开想，题目就不再像绕口令。

再换一个情境：同一盆植物夜里放在黑暗处，第二天早晨叶片仍是活的。黑暗只是让光合作用因缺少光而不能正常进行，并没有让线粒体下班；叶片和根中的活细胞仍在分解有机物、释放能量。因此，判断气体变化时要先看光照和部位，再看题目问的是“某一过程是否进行”，还是“整个器官对外表现出哪种气体变化”。前一个问题里，白天的叶片两种过程都进行；后一个问题里，光合作用较强时，叶片总体表现为吸收二氧化碳、释放氧气。把“正在进行”和“总体表现”这两个层次分开，中考常见陷阱就很难骗到你。

让青菜更耐放：把原理用到生活里

刚采下的果实和蔬菜仍是活的，细胞仍在呼吸，会不断消耗体内有机物。时间长了，有机物减少，果实可能变软、变轻、品质下降。因此，贮藏新鲜果蔬常用低温来降低呼吸作用强度，延缓有机物的消耗。家里保存时还要避免长时间严密闷住：果蔬需要合适的通气条件，不能简单理解为“氧气越少越好”。专业的气调贮藏要严格控制条件，不是把果蔬随意密封就能替代的。

粮食和种子的保存重点又有不同。种子受潮后呼吸会增强，还容易发霉、变质；保持干燥、低温有助于使生命活动维持在较弱水平，减少有机物消耗。田间管理则相反：作物正在生长，要保证根能正常呼吸，所以松土、排涝是“帮助呼吸”，贮藏则是“适度减弱呼吸”。同一个知识点，方向为什么不同？先看目标：是让植物继续旺盛生长，还是让收获物慢一点消耗储备。

下面换你当一次“储藏顾问”。面对种子、粮食和果蔬，不要只选看起来最省事的办法，而要解释它会让呼吸作用怎样变化。

绿色植物把这件事带到整个生物圈

一片叶子制造的有机物不会只服务自己。绿色植物通过光合作用把无机物合成为有机物，并把太阳能储存在有机物中；这些有机物既用于植物自身生长，也能成为动物和其他生物的食物来源。因此，绿色植物是生物圈中有机物的制造者和能量进入生态系统的重要入口。我们吃的米、蔬菜和水果直接来自植物；肉、蛋、奶中的能量也要追溯到动物所吃的植物或植物性食物。

植物怎样参与生物圈的水循环

陆地上的水并不是“下过雨就一路流走”。植物的根从土壤中吸收水，水经茎运输到叶等部位，其中大部分又通过蒸腾作用以水蒸气形式散失到大气中。水蒸气在适宜条件下凝结，参与形成降水；降水到达地面后，一部分形成地表径流流入江河湖海，一部分渗入地下，水就这样在地面、植物、大气和水体之间不断循环。

植物的作用还不止“把水送回空气”。茎叶能承接一部分雨水，减缓雨滴直接冲击地面；林下枯枝落叶能够吸纳水分、减慢地表径流，使更多水有机会渗入地下。植物的蒸腾作用还能提高周围大气湿度；大面积植被对区域水循环和降水形成具有重要影响。因此，森林常被形象地称为“绿色水库”，但这并不表示树木凭空制造了水。

绿色植物还通过光合作用持续吸收二氧化碳、释放氧气。动物、植物和许多微生物进行呼吸作用时会消耗氧气、释放二氧化碳；绿色植物的光合作用则把这两种气体的变化向相反方向拉回去。正是这种长期的物质交换，帮助维持生物圈中的碳氧平衡。这里说“维持”不表示某一棵树能单独解决所有问题，而是指数量众多的绿色植物在广阔生物圈中共同发挥作用。

这也解释了为什么“植物只放氧、不排二氧化碳”不正确。植物自己也呼吸，白天和夜晚都会释放二氧化碳；只是有光时，绿色部分的光合作用往往较强，吸收的二氧化碳和释放的氧气在总体上更显著。把时间拉长、范围放大，绿色植物的光合作用为许多生物的呼吸提供氧气，又吸收呼吸作用释放的一部分二氧化碳，物质便在生物和环境之间不断循环。我们前面学过的蒸腾作用还会使植物参与水循环：植物在自然界中的作用从来不是单独的一条箭头，而是一张彼此相连的网。

碳中和与保护植被：两条路要一起走

人类生产生活中燃烧化石燃料等活动会排放二氧化碳。要减缓大气中二氧化碳增加带来的影响，既要通过节约能源、提高能源利用效率和使用更清洁的能源等方式减少排放，也要保护和恢复植被，让植物通过光合作用吸收二氧化碳。所谓碳中和，强调在一定范围和时期内，使人为排放的二氧化碳等温室气体与通过植被、工程技术等吸收或移除的量达到平衡；它不是“多种树就可以继续无限排放”。

保护植被也要讲方法。参加绿化活动时应在教师或家长指导下，选择适合当地环境的植物，关注植物的生活习性、校园通风采光和后续养护，不能只追求“种得多”或选用名贵树种。对一项校园绿化方案，可以从“是否适地适种、是否影响通风采光、能否长期养护、是否经济合理”四方面作出评价。

回看本章，可以用一张网串起来：光合作用把光能储存在有机物中，呼吸作用释放有机物中的能量；植物既要靠呼吸作用完成自己的生命活动，也通过光合作用为生物圈提供有机物和氧气、参与碳氧平衡，还通过吸水和蒸腾作用参与水循环。遇到陌生情境时，先分清题目问的是哪一过程，再看光照、氧气、温度、水分和材料是否活着，答案就有了可靠的落脚点。

本章练习

第 8 题：给实验补上对照

小组想用澄清石灰水检验萌发种子呼吸产生二氧化碳，只准备了装萌发种子的甲瓶。请设计一个合适的对照组，并写出比较时至少两个应保持相同的条件。

第 9 题：昼夜判断

一株健康盆栽在白天放在充足阳光下，夜间放在黑暗处。分别写出绿色叶片白天和夜间进行的生理过程，并说明夜间周围气体变化的总体方向。

第 10 题：同一原理，两种方向

为什么“适时松土”和“低温保存果蔬”都与呼吸作用有关，却不是同一种做法？请分别说明它们的目标和作用。

第 11 题：从一片叶子想到生物圈

请用“有机物、氧气、二氧化碳、能量”四个词，说明绿色植物在生物圈中的两项重要作用；再说明为什么不能忽略植物自身的呼吸作用。

第 14 题：把绿化方案变成可执行计划

学校计划在教学楼临窗处种植一排高大乔木，并且不安排后续养护。请指出方案中的两项问题，并各提出一条修改建议。