以“小球藻”为载体，构建高三专题复习设计

曹燕波+丁婷

摘 要 以小球藻为线索，从不同的视角选择了与小球藻相关的素材，将高中生物学的相关核心知识串联起来，展开专题复习，提升学生综合运用知识的能力，完成知识网络的建构，提高复习的效率。

关键词 小球藻 核心知识 专题复习

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 小球藻的背景介绍

小球藻为绿藻门小球藻属单细胞绿藻，是一种高效的光合植物，分布广泛，易于培养，繁殖迅速，是地球上动植物中唯一能在20 h增长4倍的植物。此外，小球藻还能去除废水中的营养物，实现废水的资源化。自1890年荷兰微生物学家拜灵克发现小球藻以来，它就成为十分活跃的模式生物。美国科学家卡尔文就曾利用小球藻进行实验，发现了“卡尔文循环”，因此获得了诺贝尔奖。

高中生物学的许多核心知识都可涉及小球藻。笔者在高三二轮复习过程中，尝试从不同的视角选择与小球藻相关的素材串联成复习专题，从而提升学生综合运用知识的能力，促进学生完成知识网络的建构，提高学生解决相关生物学问题的兴趣与能力，取得了良好的复习效果。

2 小球藻与细胞结构

小球藻是单细胞、能进行光合作用的植物。与原核细胞相比，它有真核细胞的特征；与动物细胞及酵母菌相比，又具有植物细胞的特征，因此在细胞结构方面的考题都可以它为线索。

可以设计以下问题：

① 与蓝藻相比小球藻在细胞结构上的区别有哪些？

② 与酵母菌相比，小球藻在细胞结构上的区别有哪些？

③ 小球藻因为有线粒体和叶绿体两种细胞器，所以具有什么生理功能？它的新陈代谢类型又是什么？

3 小球藻在细胞代谢中的应用

3.1 小球藻与光合作用

20世纪50年代，卡尔文及其同事利用小球藻的光合作用，发现了“卡尔文循环”。他因此获得了1961年诺贝尔化学奖。

教师可以设计以下问题：

① 利用同位素标记法，追踪碳元素和氧元素的转移途径。

② 通过改变实验条件（比如光照强度，CO2浓度）来探究卡尔文循环中C3和C5的含量变化。

③ 通过改变实验条件，探究影响光合作用的环境因素有哪些。

3.2 小球藻与光合作用、呼吸作用

光合作用利用CO2和H2O合成了有机物并且产生O2，而有氧呼吸却是在有O2条件下彻底氧化分解有机物生成CO2和H2O。

教师可以设计以下问题：

① 利用水體中放置的黑白瓶，通过测定瓶内溶解氧的多少来探讨光合作用和呼吸作用的强弱问题。

② 通过测定光照条件下密闭容器内小球藻吸收CO2的量以及黑暗环境中释放CO2的量，来辨明实际光合作用与净光合作用的关系。

【例1】 将某小球藻放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响（其余的实验条件都是理想的），实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如表1所示。

（1） 昼夜不停地光照，温度在35℃时小球藻能否生长繁殖？昼夜不停地光照，该小球藻生长繁殖的最适宜温度是多少度？

（2） 每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在30℃的条件下，该小球藻能否生长繁殖？为什么？

（3） 根据表中数据，绘出光合作用吸收CO2量与温度之间关系的曲线。

（4） 写出小球藻有氧呼吸反应式。

3.3 小球藻与激素调节

小球藻中的雨生红球藻是天然虾青素含量较高的物种之一。虾青素是一种类胡萝卜素，色泽鲜红，因其具有良好的抗氧化能力和着色作用而受到广泛关注。科研人员研究发现植物激素对于小球藻的生长有着重要的影响。

【例2】 为了培养雨生红球藻以获得虾青素，科研人员研究了A、B两种植物生长调节剂对单位体积藻液雨生红球藻细胞数、干物质质量、虾青素含量的影响，结果见表2。请回答下列问题：

（1） B的浓度从0.1 mg/L提高到0.5 mg/L时，雨生红球藻单位干物质中虾青素含量的变化是

。

（2） 两种生长调节剂中，与细胞分裂素生理功能更相似的是 。

（3） 在本实验基础上，请设计实验探究A、B的协同作用对雨生红球藻增产虾青素的影响，该实验需设置 组实验，选用A、B时首先应考虑的浓度分别为 。

4 小球藻在种群和群落水平中的应用

4.1 小球藻与种群数量

小球藻是单细胞植物，营养价值极高，可以用液体培养基进行培养而大量获得。教师可以利用种群数量变化的相关知识来建构小球藻的种群增长模型，

可以设计以下问题：

① 设计实验，探究培养液中的小球藻种群的数量是怎样随时间变化的。

② 实验过程中，如何对小球藻进行计数？该实验过程是否需要设置对照？是否需要重复实验？怎样记录实验结果？小球藻数量过多计数不清，怎样处理？对于压在小方格界线上的小球藻，该怎样计数？

③ 设计实验，探究温度、光照强度、培养液浓度等条件对小球藻种群数量变化的影响。

④ 培养液中小球藻随时间变化达到环境容纳量即K值，影响其种群数量继续增大的因素有哪些？若要提高K值，可采取哪些措施？

4.2 小球藻与种间关系

小球藻为绿色植物，在生态系统中属于生产者，可与其他生物形成捕食、竞争、互利共生等多种种间关系。

【例3】 在1～3号3个三角瓶中分别加入某种培养液，把瓶口封闭后在高温下灭菌处理。冷却后，1号瓶内放入某种小球藻，瓶内的小球藻个体数变化如图1所示。2号瓶内同时放入浮游动物与小球藻，两者个体数目变化如图2所示。3号瓶内同时放入等量的细菌和小球藻，两者个体数目变化如图3。以上实验是在25℃、光照充足条件下进行的。回答下列各问题：

（1） 请将图1的个体数量变化曲线转换成种群中个体数量增长率变化曲线。

（2） 由图1可知，瓶内小球藻在第1天至第3天的生长特点是 ；在第3天至第6天的生长特点是 ，原因是 。

（3） 由图2可知，小球藻与浮游动物的关系属于 。

（4） 根据图3，试分析细菌与小球藻两者个体数能得以不断增加的原因 。

5 小球藻在生物工程中的应用

5.1 小球藻与固定化技术

固定化细胞技术是用于获得细胞的酶和代谢产物的一种方法，起源于20世纪70年代，是在固定化酶的基础上发展起来的新技术。与固定化酶相比，固定化细胞制备的成本更低，操作简单，可以催化一系列的生化反应。

固定化小球藻技术采用褐藻酸钙凝胶包埋固定普通小球藻。科学研究表明，与悬浮状态下的小球藻相比，固定化小球藻对人工配置的污水中氨氮、正磷酸盐及重金属汞的净化效率要高许多。教师可以此实例为主线复习固定化细胞技术的原理和实验操作。

【例4】 为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2+污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如图4、图5所示。请回答下列问题： （1） 实验中的海藻酸钠作用是 ，CaCl2的作用是 。

（2） 为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用 洗涤。图4中用质量分数为1.0%的海藻酸钠溶液培养24 h后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是 。

（3） 为探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用，应选用质量分数为 的海藻酸钠溶液制备凝胶球。

（4） 图5中空白凝胶球组Zn2+浓度下降的原因是 。结合图4和图5分析，固定化藻的实验组24～48 h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是 72～96 h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有 。

5.2 小球藻与污水处理

用小球藻处理废水，不仅能有效去除废水中的N、P等营养物质，还能超负荷吸收重金属汞，降解农药、烷烃、酚类等多种有机物。将富含养分的无毒废水进行资源化处理，处理水可用于农田灌溉和工业化生产，达到了用水高效而经济的目的。教师可以以此实例为主线复习生态工程的相关原理。

5.3 小球藻与清洁能源

在能源危机、强调保护环境的当今社会，生物能源作为一种新兴的清洁能源，是我国目前需要重点发展的非化石能源之一。研究发现小球藻的单位面积油产量是油料作物的十几倍，且不与人类争粮、争地、争水，如果善加利用，极有可能在短时间内成为我国的重要能源物质，目前小球藻在作为生物柴油原料方面引起广泛的重视。

5.4 小球藻与基因工程

转基因小球藻是一种新型生物反应器。由于小球藻富含人和动物所必需的氨基酸、维生素、磷、钙、铁等营养成分，被认为是极有营养价值的保健食品。由于它繁殖速度快，以它為载体生产转基因药物，可以简化下游工艺，尤其是粗制品可制成口服制剂，既免去了分离提纯的繁琐工艺，又可以达到治疗和保健的双重功效，这是传统的大肠杆菌生物反应器所不能及的。

我国科学家已经成功地将兔防御素的基因导入椭圆小球藻中，获得了稳定表达的转基因藻株，并从中分离提取到了具有抑菌活力的防御素，在国际上首次将NP-1基因在小球藻中表达成功。以小球藻为线索，教师可以此实例为主线复习基因工程的基本工具和基本操作程序。

总之，在高三二轮复习中以小球藻为载体，精心选制典型例题，进行细胞结构、细胞代谢及调节、种群、群落、生态、基因工程等专题的复习，可引导学生完成知识网络的建构，提升他们综合运用知识的能力，提高复习的有效性。