資源簡介

《細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用》
“細(xì)胞呼吸”章節(jié)重點歸納&典例示范
【基礎(chǔ)歸納】
【細(xì)胞呼吸】
1. 細(xì)胞呼吸的概念、實質(zhì)和類型
細(xì)胞呼吸概念的解讀
發(fā)生場所：活細(xì)胞內(nèi)。
分解底物：生物體內(nèi)的有機物（糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等）。
呼吸產(chǎn)物：CO2 和水或不徹底的氧化產(chǎn)物（因呼吸類型而異）。
反應(yīng)類型：氧化分解。
能量變化：分解有機物釋放化學(xué)能，并生成ATP。
實質(zhì)：細(xì)胞內(nèi)有機物的氧化分解，釋放能量。
細(xì)胞呼吸的類型
根據(jù)是否需要O2 的參與，細(xì)胞呼吸分為有氧呼吸（O2 參與） 和無氧呼吸（O2 不參與）。
【易混辨析】
呼吸、細(xì)胞呼吸和呼吸運動是一回事嗎
（1）呼吸是通過呼吸運動吸入氧氣，排出二氧化碳的過程。
（2）細(xì)胞呼吸是指有機物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP 的過程。
（3）呼吸運動指胸廓有節(jié)律地擴大和縮小，從而完成吸氣與呼氣的活動。
2. 無氧呼吸
過程分析（以葡萄糖為底物）（如圖）
無氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一階段完全相同（葡萄糖丙酮酸+［H］+ 少量能量）。
第二階段是丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳或者轉(zhuǎn)化成乳酸。
【特別提示】
（1）無氧呼吸第一階段產(chǎn)生的［H］用于第二階段，將丙酮酸還原為酒精和二氧化碳或者是轉(zhuǎn)化成乳酸，因此，無氧呼吸不會有［H］的積累。
（2）無氧呼吸過程無水的參與及生成。
（3）無氧呼吸只在第一階段釋放出少量的能量，1 mol 葡萄糖生成2 mol ATP。第二階段無能量釋放。
反應(yīng)式
C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+ 少量能量
C6H12O62C3H6O3（乳酸）+ 少量能量
【特別提示】 　
酶的不同，決定了丙酮酸被還原的產(chǎn)物不同。
（1）大多數(shù)植物無氧呼吸的產(chǎn)物為酒精和CO2。
（2）有些高等植物的某些器官在進行無氧呼吸時產(chǎn)生乳酸，如玉米胚、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等。
（3）高等動物、人及乳酸菌進行無氧呼吸只產(chǎn)生乳酸。
無氧呼吸中的能量利用
無氧呼吸分解有機物不徹底，釋放的能量很少，還有大量的能量儲存在氧化產(chǎn)物酒精或乳酸中。1 mol 葡萄糖在分解成乳酸或酒精和CO2 時，只伴隨合成2mol ATP。
3. 有氧呼吸
對有氧呼吸概念的理解（如圖）
實質(zhì)：細(xì)胞在氧氣的參與下，分解有機物，釋放能量。
場所
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)：進行有氧呼吸第一階段
線粒體（如圖）：進行有氧呼吸第二、三階段
過程（如圖）
過程分析
（1）有氧呼吸中氧元素的來源和去路（如圖所示）
（2）底物和產(chǎn)物
①CO2 是在第二階段產(chǎn)生的，是由丙酮酸和水反應(yīng)生成的，場所是線粒體基質(zhì)。
②O2 參與了第三階段，［H］和O2 結(jié)合生成水，所以細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的水中的氧來自O(shè)2，場所是線粒體內(nèi)膜。
③有氧呼吸過程中的底物和產(chǎn)物中都有水，底物中的水用于第二階段和丙酮酸反應(yīng)，產(chǎn)物中的水是在有氧呼吸第三階段［H］和O2 結(jié)合生成的。
（3） 有氧呼吸中的能量利用
1 mol 葡萄糖在體內(nèi)徹底氧化分解或在體外燃燒釋放出的能量一樣多，不同的是體內(nèi)氧化分解是能量緩慢釋放的過程。1 mol 葡萄糖徹底氧化分解可以釋放2870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量以熱能的形式散失了，能量的利用率約為34.05%。【易錯提醒】
（1）原核生物（如藍藻、硝化細(xì)菌等）雖然沒有線粒體，但也能進行有氧呼吸，其有氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜內(nèi)表面。
（2）各底物參與反應(yīng)的階段：葡萄糖在第一階段參與，H2O 在第二階段參與，O2 在第三階段參與。
（3）各產(chǎn)物生成階段：［H］在第一、二階段產(chǎn)生，CO2 在第二階段產(chǎn)生，H2O 在第三階段產(chǎn)生。
（4）產(chǎn)生的H2O 中的氧原子全部來自O(shè)2，底物H2O 中的氧原子最終進入CO2。反應(yīng)式左右兩邊水分子不能抵消。
（5）反應(yīng)式中的能量不能寫成ATP。細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的能量一部分以熱能形式散失，一部分儲存在ATP 中。
典例示范
下圖是酵母菌有氧呼吸過程圖，①～③代表進行有關(guān)生理過程的場所，甲、乙代表有關(guān)物質(zhì)，下列敘述錯誤的是（ ）
A. ①②③處釋放的能量全部儲存在 ATP 中
B. 甲代表的物質(zhì)是丙酮酸，乙代表的物質(zhì)是 NADH
C. ②處的生理過程需要 H2O 參與
D. 用18O 標(biāo)記 C6H12O6，產(chǎn)物 H2O 中不能檢測到18O
【答案】A
下列關(guān)于植物細(xì)胞有氧呼吸和無氧呼吸的敘述，正確的是（ ）
A. 兩者的主要差別是葡萄糖是否在線粒體中分解
B. 有氧呼吸產(chǎn)生的［H］和無氧呼吸產(chǎn)生的［H］是同一種物質(zhì)
C. 有氧呼吸釋放的能量大部分轉(zhuǎn)移至 ATP 中，無氧呼吸是少部分轉(zhuǎn)移至ATP中
D. CO2 是有氧呼吸的產(chǎn)物，不是無氧呼吸的產(chǎn)物
【答案】B
下列有關(guān)細(xì)胞呼吸的敘述，正確的是 （　）
A. 在有氧與無氧的條件下細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中都能形成ATP
B. 有氧呼吸產(chǎn)生的［H］在線粒體基質(zhì)中與氧結(jié)合生成水
C. 無氧呼吸能產(chǎn)生 ATP，但沒有［H］的生成過程
D. 人體劇烈運動時，細(xì)胞呼吸產(chǎn)生 CO2 的量一定會大于消耗的 O2 的量
【答案】A
【探究酵母菌呼吸方式】
實驗材料選擇酵母菌的原因
酵母菌是一種兼性厭氧菌，在有氧和無氧的條件下都能生存。因此，酵母菌適合用來研究細(xì)胞呼吸的不同方式。
實驗原理
反應(yīng)過程
C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2 + 少量能量
C6H12O6+6O2+6H2O12H2O+6CO2 + 能量
產(chǎn)物驗證
酒精+ 重鉻酸鉀（酸性條件）→灰綠色
CO2+Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ +H2O
CO2+ 溴麝香草酚藍水溶液→由藍變綠再變黃
探究過程
探究過程 具體步驟
提出問題 例如，酵母菌在有氧或無氧時細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物是什么
作出假設(shè) 根據(jù)已有知識與生活經(jīng)驗（酵母菌能釀酒和發(fā)面）作出假設(shè)。例如，酵母菌在無氧條件下會產(chǎn)生酒精，在有氧條件下會產(chǎn)生CO2
設(shè)計實驗 （1）配制酵母菌培養(yǎng)液：10 g 新鮮的食用酵母菌+240 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的葡萄糖溶液（錐形瓶A、B 相同） （2）檢測CO2的產(chǎn)生，裝置如下：
（ 3）檢測酒精的產(chǎn)生：自 A、B中各取 2 mL酵母菌培養(yǎng) 液的濾液，分別注入已編號為1、2 的兩支試管中→分別滴加0.5 mL 溶有0.1 g 重鉻酸鉀的濃硫酸溶液→振蕩并觀察溶液的顏色變化
實驗現(xiàn)象 甲、乙兩錐形瓶中的石灰水都變混濁，且甲錐形瓶中的混濁程度較大 1 號試管不變色，2 號試管變成灰綠色
現(xiàn)象分析 酵母菌在有氧（相對于無氧）條件下產(chǎn)生的CO2 更多些 酵母菌在無氧條件下會產(chǎn)生酒精
結(jié)論 酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細(xì)胞呼吸。有氧時， 酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生大量的CO2 和水；無氧時，酵母菌通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生酒精和少量CO2
實驗注意事項
第一組裝置中，A 瓶之前先用NaOH 溶液吸收空氣中的CO2，目的是排除空氣中的CO2 對實驗結(jié)果的干擾。
B 瓶應(yīng)封口放置一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，其目的是使酵母菌先將瓶中的O2 消耗完，確保通入澄清石灰水（或溴麝香草酚藍水溶液）中的CO2 是酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的。
本實驗屬于對比實驗，即設(shè)置有氧和無氧兩種條件（兩個實驗組），兩個實驗組的結(jié)果都是未知的，通過對比可以看出O2 對細(xì)胞呼吸的影響。
典例示范
某同學(xué)為了研究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，制作了如下圖所示的實驗裝置。甲、乙中各加入等量的經(jīng)煮沸后冷卻的葡萄糖溶液，并加入等量的酵母菌，乙內(nèi)用液體石蠟隔絕空氣。下列對該實驗的分析，錯誤的是（ ）
A. 該實驗不能以有無 CO2 的產(chǎn)生來判斷酵母菌的細(xì)胞呼吸方式
B. 將葡萄糖溶液煮沸可以防止雜菌污染，以免影響實驗結(jié)果
C. 乙中通過滴加酸性重鉻酸鉀溶液鑒定是否有酒精生成
D. 乙為甲的空白對照實驗，以排除無關(guān)因素對酵母菌細(xì)胞呼吸的影響
【答案】D
下圖為探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式的實驗設(shè)計裝置。下列敘述正確的是（　）
該實驗自變量為溫度　　
B. 實驗結(jié)果只有甲中會變混濁
C. 泵入的氣體應(yīng)先除去 O2 　
D. 加入石蠟油是為了隔絕空氣
【答案】D
下圖是測定保溫桶內(nèi)溫度變化的實驗裝置示意圖。某研究小組用該裝置探究酵母菌在不同條件下細(xì)胞呼吸的情況。
材料用具：保溫桶（500 mL）、溫度計、活性干酵母、質(zhì)量濃度為0.1 g/mL 的葡萄糖溶液、棉花、液體石蠟。
實驗假設(shè)：酵母菌在有氧條件下的細(xì)胞呼吸比在無氧條件下的細(xì)胞呼吸放出的熱量多。
（1）取A、B 兩裝置設(shè)計實驗如下表，請補充下表中的內(nèi)容。
（2）B 裝置中將葡萄糖溶液煮沸的主要目的是 　　　　　　　　　　，這是控制實驗的 　　　　變量。
（3）要測定B 裝置因細(xì)胞呼吸引起的溫度變化量，還需要增加一個裝置C。請寫出裝置C 的實驗步驟。
（4）實驗預(yù)期：在適宜條件下進行實驗，30 min 后記錄實驗結(jié)果，若裝置A、B、C 的溫度大小關(guān)系是 　　　　　　　　（用字母和“<、=、>”表示），則假設(shè)成立。
【答案】
（1）①不加入液體石蠟　②加入10 g 活性干酵母　
（2）除去O2 　自　
（3）③加入240 mL 煮沸后冷卻的葡萄糖溶液　④不加入活性干酵母　
（4）A>B>C
【影響細(xì)胞呼吸的外界因素】
溫度
曲線模型：如圖所示。
模型解讀：溫度通過影響與細(xì)胞呼吸有關(guān)的酶的活性來影響呼吸速率。
1. 最適溫度時，細(xì)胞呼吸最強。
2. 超過最適溫度時，呼吸酶活性降低，甚至變性失活，細(xì)胞呼吸受抑制。
3. 低于最適溫度，呼吸酶活性降低，細(xì)胞呼吸受抑制。
應(yīng)用
1. 零上低溫下儲存蔬菜、水果，延長保鮮時間。
2. 溫室栽培中增大晝夜溫差（降低夜間溫度），以減少夜間細(xì)胞呼吸有機物的消耗。
典例示范
下圖所示為人體運動強度與血液中乳酸含量和 O2 消耗速率的關(guān)系（以糖類為呼吸底物），下列說法正確的是 （ ）
A. ab 段為有氧呼吸，bc 段為有氧呼吸和無氧呼吸，cd 段為無氧呼吸
B. ad 段肌肉細(xì)胞 CO2 的產(chǎn)生量始終等于 O2的消耗量
C. 無氧呼吸使有機物中的能量大部分以熱能形式散失，其余轉(zhuǎn)變成 ATP
D. 若運動強度長時間超過 c，乳酸大量積累導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境 pH 明顯下降
【答案】B
下圖表示蘋果果實在一段時間內(nèi)，隨著環(huán)境中O2濃度的提高，其O2吸收量和CO2釋放量的曲線。下列表述正確的是 （　 ）
A. O2濃度為 b 時，果實的無氧呼吸水平最低
B. O2濃度為 b 時，無氧呼吸與有氧呼吸釋放的CO2相等
C. O2 濃度為 a 時，不利于果實儲存
D. 保存干種子的條件是無氧、零下低溫、干燥
【答案 】A
下圖表示大氣溫度及 O2 濃度對植物非綠色組織內(nèi)產(chǎn)生 CO2 的影響，下列相關(guān)敘述錯誤的是 （ ）
A. 圖甲曲線變化的主要原因是溫度影響呼吸酶的活性
B. 根據(jù)圖甲可知，細(xì)胞呼吸最旺盛的溫度為 B 點所對應(yīng)的溫度
C. 圖乙中 DE 段有氧呼吸逐漸減弱，EF 段有氧呼吸逐漸增強
D. 圖乙中 E 點對應(yīng)的 O2 濃度更有利于儲存水果
【答案 】C
下列關(guān)于細(xì)胞呼吸的敘述，正確的是（　　）
A. 種子萌發(fā)過程中細(xì)胞呼吸速率沒有明顯變化
B. 細(xì)胞中ATP 與ADP 的比值下降可促進細(xì)胞呼吸
C. 細(xì)胞呼吸過程中產(chǎn)生CO2 的場所是線粒體基質(zhì)
D. 檢測CO2 產(chǎn)生，可判斷乳酸菌是否進行細(xì)胞呼吸
【答案】B
下圖表示有氧呼吸過程，下列有關(guān)說法正確的是（　　）
A. ①②④中數(shù)值最大的是①
B. ③代表的是O2
C. 有氧呼吸的三個階段所需的酶相同
D. ⑤參與的過程發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上
【答案】D
下列有關(guān)植物細(xì)胞呼吸作用的敘述，正確的是（　　）
A. 分生組織細(xì)胞的呼吸速率通常比成熟組織細(xì)胞的小
B. 若細(xì)胞既不吸收O2 也不放出CO2，說明細(xì)胞已停止無氧呼吸
C. 適當(dāng)降低O2 濃度可降低果實的有氧呼吸進而減少有機物的消耗
D. 利用葡萄糖進行有氧呼吸時，吸收O2 與釋放CO2 的摩爾數(shù)不同
【答案】C
【知識拓展】
【細(xì)胞呼吸的應(yīng)用】
1. 細(xì)胞呼吸在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用
①無氧呼吸原理的應(yīng)用
a. 利用乳酸菌發(fā)酵制作酸奶，利用酵母菌發(fā)酵釀酒。
b. 破傷風(fēng)芽孢桿菌可通過無氧呼吸進行大量繁殖，較深的傷口需及時清理并注射破傷風(fēng)抗毒血清等。
c. 適當(dāng)?shù)脱鯒l件下保存糧食、蔬菜、水果，以減少有機物的消耗。
d. 釀制葡萄酒時，初期進行有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖，發(fā)酵時嚴(yán)格控制無氧環(huán)境，促進酵母菌的無氧呼吸。
②有氧呼吸原理的應(yīng)用
a. 包扎傷口應(yīng)選用透氣的敷料，其目的是抑制微生物的無氧呼吸 。
b.及時松土有利于根系對無機鹽的吸收。
c. 稻田定期排水有利于根系的有氧呼吸，防止無氧呼吸產(chǎn)生酒精而發(fā)生爛根、死亡現(xiàn)象。
d. 提倡慢跑等有氧運動使細(xì)胞進行有氧呼吸，避免肌細(xì)胞產(chǎn)生大量乳酸 。
2. 種子的萌發(fā)
萌發(fā)的條件
種子的萌發(fā)，除了種子本身為解除了休眠的具有活力的胚以及具有供胚發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)外，還需要一定的環(huán)境條件， 主要是一定的水分、充足的空氣和適宜的溫度。
一定的水分
休眠的種子含水量一般只占干重的10% 左右。種子必須吸收足夠的水分才能啟動一系列酶的活動，開始萌發(fā)。
充足的空氣
種子在萌發(fā)過程中所進行的一系列復(fù)雜的生命活動需要消耗能量，種子只有不斷地進行細(xì)胞呼吸得到能量，才能保證生命活動的正常進行。
適宜的溫度
溫度主要影響酶的活性，種子內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)的氧化分解和其他一系列生理活動，都需要在適宜的溫度下進行。
種子萌發(fā)過程中的物質(zhì)變化
種子萌發(fā)時，儲存在胚乳或子葉中的大分子物質(zhì)（如淀粉、蛋白質(zhì)等）水解成小分子物質(zhì)（如葡萄糖、氨基酸等），小分子物質(zhì)繼續(xù)氧化分解為種子萌發(fā)提供能量，導(dǎo)致萌發(fā)種子中有機物的量逐漸減少。還有一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化成萌發(fā)幼苗的根、芽等的組成物質(zhì)。
典例示范
某染料（氧化型為無色，還原型為紅色）可用于種子生活力的鑒定。某同學(xué)將吸脹的小麥種子平均分成甲、乙兩組，并進行染色實驗來了解種子的生活力，結(jié)果如下表所示。
下列敘述錯誤的是（　　）
A. 甲組的胚發(fā)生了氧化還原反應(yīng)　
B. 呼吸作用產(chǎn)生的NADH 使染料變成紅色
C. 乙組胚細(xì)胞膜上的載體蛋白能將染料運出細(xì)胞
D. 種子中胚細(xì)胞代謝活動的強弱會影響染色效果
【答案】C
將玉米種子置于25 ℃、黑暗、水分適宜的條件下萌發(fā)，每天定時取相同數(shù)量的萌發(fā)種子，一半直接烘干稱重，另一半切取胚乳烘干稱重，計算每粒的平均干重，結(jié)果如圖所示。若只考慮種子萌發(fā)所需的營養(yǎng)物質(zhì)來源于胚乳，據(jù)圖回答下列問題：
（1）萌發(fā)過程中胚乳組織中的淀粉被水解成 　　　　，再通過 　　　　為種子萌發(fā)提供能量。
（2）萌發(fā)過程中在 　　　　h 時種子的呼吸速率最大，在該時間段內(nèi)每粒種子呼吸消耗的平均干重為 　　　　mg。
（3）萌發(fā)過程中胚乳的部分營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成幼苗的組成物質(zhì)，其最大轉(zhuǎn)化速率為 　　mg·粒-1·d-1。
（4）若保持實驗條件不變，120 h 后萌發(fā)種子的干重變化趨勢是 　　 ，原因是 　　　　　。
【答案】
（1）葡萄糖　細(xì)胞呼吸（或生物氧化）　
（2）72 ～ 96 　26.5 　
（3）22 　
持續(xù)下降　幼苗進行細(xì)胞呼吸消耗有機物，且不能進行光合作用
某豆科植物種子萌發(fā)過程中CO2 釋放和O2 吸收速率的變化趨勢如圖所示。據(jù)圖回答問題：
（1）在12 ～ 24 h，呼吸速率逐漸增強，在此期間細(xì)胞呼吸的主要方式是 　　　
呼吸，該呼吸方式在細(xì)胞中發(fā)生的部位是 　　　， 其產(chǎn)物是 　　　。　　　　　　　　 　 　
（2）從第12 h 到胚根長出期間，萌發(fā)種子的干物質(zhì)總量會 　　　　，主要原因是　　　　　　　　　　　　。
（3）胚根長出后，萌發(fā)種子的 　　　　呼吸速率明顯升高。
【答案】
（1）無氧　細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)　CO2 和酒精　
（2）減少　在此期間只進行細(xì)胞呼吸消耗有機物，不進行光合作用合成有機物　
（3）有氧
【判斷細(xì)胞呼吸類型】
一看底物和產(chǎn)物
消耗O2 或產(chǎn)物中有H2O，一定存在有氧呼吸。
產(chǎn)物中有酒精或乳酸，一定有無氧呼吸。
二看物質(zhì)的量的關(guān)系
無CO2 產(chǎn)生→只進行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸。
不消耗O2，但產(chǎn)生CO2 →只進行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸。
O2 吸收量等于CO2 釋放量→只進行以葡萄糖為底物的有氧呼吸。
CO2 釋放量大于O2 吸收量→既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸，其關(guān)系如下：
三看反應(yīng)場所
原核細(xì)胞：原核細(xì)胞沒有線粒體，故原核細(xì)胞的細(xì)胞呼吸在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上進行，其呼吸方式應(yīng)根據(jù)產(chǎn)物判斷，若只有二氧化碳和水產(chǎn)生，則為有氧呼吸，若還有乳酸或酒精產(chǎn)生，則還存在無氧呼吸。
典例示范
下圖表示某植物的非綠色器官在O2 濃度為a、b、c、d 時，CO2 釋放量和O2 吸收量的變化情況（呼吸底物均為葡萄糖）。下列相關(guān)敘述正確的是（　　）
A. O2 濃度為a 時，最適于貯藏該植物器官
B. O2 濃度為b 時，無氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的4 倍
C. O2 濃度為c 時，無氧呼吸最弱
D. O2 濃度為d 時，CO2 產(chǎn)生的場所只有線粒體
【答案】D

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