資源簡介

《細胞的能量供應和利用》
“細胞呼吸”章節重點歸納&典例示范
【基礎歸納】
【細胞呼吸】
1. 細胞呼吸的概念、實質和類型
細胞呼吸概念的解讀
發生場所：活細胞內。
分解底物：生物體內的有機物（糖類、脂肪和蛋白質等）。
呼吸產物：CO2 和水或不徹底的氧化產物（因呼吸類型而異）。
反應類型：氧化分解。
能量變化：分解有機物釋放化學能，并生成ATP。
實質：細胞內有機物的氧化分解，釋放能量。
細胞呼吸的類型
根據是否需要O2 的參與，細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）細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并生成ATP 的過程。
（3）呼吸運動指胸廓有節律地擴大和縮小，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化成乳酸。
【特別提示】
（1）無氧呼吸第一階段產生的［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物不同。
（1）大多數植物無氧呼吸的產物為酒精和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：細胞在氧氣的參與下，分解有機物，釋放能量。
場所
細胞質基質：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）底物和產物
①CO2 是在第二階段產生的，是由丙酮酸和水反應生成的，場所是線粒體基質。
②O2 參與了第三階段，［H］和O2 結合生成水，所以細胞呼吸產生的水中的氧來自O2，場所是線粒體內膜。
③有氧呼吸過程中的底物和產物中都有水，底物中的水用于第二階段和丙酮酸反應，產物中的水是在有氧呼吸第三階段［H］和O2 結合生成的。
（3） 有氧呼吸中的能量利用
1 mol 葡萄糖在體內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胞質和細胞膜內表面。
（2）各底物參與反應的階段：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）各產物生成階段：［H］在第一、二階段產生，CO2 在第二階段產生，H2O 在第三階段產生。
（4）產生的H2O 中的氧原子全部來自O2，底物H2O 中的氧原子最終進入CO2。反應式左右兩邊水分子不能抵消。
（5）反應式中的能量不能寫成ATP。細胞呼吸產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代表進行有關生理過程的場所，甲、乙代表有關物質，下列敘述錯誤的是（ ）
A. ①②③處釋放的能量全部儲存在 ATP 中
B. 甲代表的物質是丙酮酸，乙代表的物質是 NADH
C. ②處的生理過程需要 H2O 參與
D. 用18O 標記 C6H12O6，產物 H2O 中不能檢測到18O
【答案】A
下列關于植物細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. 有氧呼吸產生的［H］和無氧呼吸產生的［H］是同一種物質
C. 有氧呼吸釋放的能量大部分轉移至 ATP 中，無氧呼吸是少部分轉移至ATP中
D. CO2 是有氧呼吸的產物，不是無氧呼吸的產物
【答案】B
下列有關細胞呼吸的敘述，正確的是 （　）
A. 在有氧與無氧的條件下細胞質基質中都能形成ATP
B. 有氧呼吸產生的［H］在線粒體基質中與氧結合生成水
C. 無氧呼吸能產生 ATP，但沒有［H］的生成過程
D. 人體劇烈運動時，細胞呼吸產生 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胞呼吸的不同方式。
實驗原理
反應過程
C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2 + 少量能量
C6H12O6+6O2+6H2O12H2O+6CO2 + 能量
產物驗證
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胞呼吸的產物是什么
作出假設 根據已有知識與生活經驗（酵母菌能釀酒和發面）作出假設。例如，酵母菌在無氧條件下會產生酒精，在有氧條件下會產生CO2
設計實驗 （1）配制酵母菌培養液：10 g 新鮮的食用酵母菌+240 mL 質量分數為5% 的葡萄糖溶液（錐形瓶A、B 相同） （2）檢測CO2的產生，裝置如下：
（ 3）檢測酒精的產生：自 A、B中各取 2 mL酵母菌培養 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
現象分析 酵母菌在有氧（相對于無氧）條件下產生的CO2 更多些 酵母菌在無氧條件下會產生酒精
結論 酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。有氧時， 酵母菌通過細胞呼吸產生大量的CO2 和水；無氧時，酵母菌通過細胞呼吸產生酒精和少量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 對實驗結果的干擾。
B 瓶應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生的。
本實驗屬于對比實驗，即設置有氧和無氧兩種條件（兩個實驗組），兩個實驗組的結果都是未知的，通過對比可以看出O2 對細胞呼吸的影響。
典例示范
某同學為了研究酵母菌細胞呼吸的方式，制作了如下圖所示的實驗裝置。甲、乙中各加入等量的經煮沸后冷卻的葡萄糖溶液，并加入等量的酵母菌，乙內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 的產生來判斷酵母菌的細胞呼吸方式
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，以排除無關因素對酵母菌細胞呼吸的影響
【答案】D
下圖為探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗設計裝置。下列敘述正確的是（　）
該實驗自變量為溫度　　
B. 實驗結果只有甲中會變混濁
C. 泵入的氣體應先除去 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胞呼吸的情況。
材料用具：保溫桶（500 mL）、溫度計、活性干酵母、質量濃度為0.1 g/mL 的葡萄糖溶液、棉花、液體石蠟。
實驗假設：酵母菌在有氧條件下的細胞呼吸比在無氧條件下的細胞呼吸放出的熱量多。
（1）取A、B 兩裝置設計實驗如下表，請補充下表中的內容。
（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）實驗預期：在適宜條件下進行實驗，30 min 后記錄實驗結果，若裝置A、B、C 的溫度大小關系是 　　　　　　　　（用字母和“<、=、>”表示），則假設成立。
【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：溫度通過影響與細胞呼吸有關的酶的活性來影響呼吸速率。
1. 最適溫度時，細胞呼吸最強。
2. 超過最適溫度時，呼吸酶活性降低，甚至變性失活，細胞呼吸受抑制。
3. 低于最適溫度，呼吸酶活性降低，細胞呼吸受抑制。
應用
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 段肌肉細胞 CO2 的產生量始終等于 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，其余轉變成 ATP
D. 若運動強度長時間超過 c，乳酸大量積累導致內環境 pH 明顯下降
【答案】B
下圖表示蘋果果實在一段時間內，隨著環境中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產生 CO2 的影響，下列相關敘述錯誤的是 （ ）
A. 圖甲曲線變化的主要原因是溫度影響呼吸酶的活性
B. 根據圖甲可知，細胞呼吸最旺盛的溫度為 B 點所對應的溫度
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 點對應的 O2 濃度更有利于儲存水果
【答案 】C
下列關于細胞呼吸的敘述，正確的是（　　）
A. 種子萌發過程中細胞呼吸速率沒有明顯變化
B. 細胞中ATP 與ADP 的比值下降可促進細胞呼吸
C. 細胞呼吸過程中產生CO2 的場所是線粒體基質
D. 檢測CO2 產生，可判斷乳酸菌是否進行細胞呼吸
【答案】B
下圖表示有氧呼吸過程，下列有關說法正確的是（　　）
A. ①②④中數值最大的是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. ⑤參與的過程發生在線粒體內膜上
【答案】D
下列有關植物細胞呼吸作用的敘述，正確的是（　　）
A. 分生組織細胞的呼吸速率通常比成熟組織細胞的小
B. 若細胞既不吸收O2 也不放出CO2，說明細胞已停止無氧呼吸
C. 適當降低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 的摩爾數不同
【答案】C
【知識拓展】
【細胞呼吸的應用】
1. 細胞呼吸在生產、生活中的應用
①無氧呼吸原理的應用
a. 利用乳酸菌發酵制作酸奶，利用酵母菌發酵釀酒。
b. 破傷風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抗毒血清等。
c. 適當低氧條件下保存糧食、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，發酵時嚴格控制無氧環境，促進酵母菌的無氧呼吸。
②有氧呼吸原理的應用
a. 包扎傷口應選用透氣的敷料，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，防止無氧呼吸產生酒精而發生爛根、死亡現象。
d. 提倡慢跑等有氧運動使細胞進行有氧呼吸，避免肌細胞產生大量乳酸 。
2. 種子的萌發
萌發的條件
種子的萌發，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育的營養物質外，還需要一定的環境條件， 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。
充足的空氣
種子在萌發過程中所進行的一系列復雜的生命活動需要消耗能量，種子只有不斷地進行細胞呼吸得到能量，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，種子內部營養物質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。
種子萌發過程中的物質變化
種子萌發時，儲存在胚乳或子葉中的大分子物質（如淀粉、蛋白質等）水解成小分子物質（如葡萄糖、氨基酸等），小分子物質繼續氧化分解為種子萌發提供能量，導致萌發種子中有機物的量逐漸減少。還有一部分物質轉化成萌發幼苗的根、芽等的組成物質。
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，結果如下表所示。
下列敘述錯誤的是（　　）
A. 甲組的胚發生了氧化還原反應　
B. 呼吸作用產生的NADH 使染料變成紅色
C. 乙組胚細胞膜上的載體蛋白能將染料運出細胞
D. 種子中胚細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，每天定時取相同數量的萌發種子，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，結果如圖所示。若只考慮種子萌發所需的營養物質來源于胚乳，據圖回答下列問題：
（1）萌發過程中胚乳組織中的淀粉被水解成 　　　　，再通過 　　　　為種子萌發提供能量。
（2）萌發過程中在 　　　　h 時種子的呼吸速率最大，在該時間段內每粒種子呼吸消耗的平均干重為 　　　　mg。
（3）萌發過程中胚乳的部分營養物質轉化成幼苗的組成物質，其最大轉化速率為 　　mg·粒-1·d-1。
（4）若保持實驗條件不變，120 h 后萌發種子的干重變化趨勢是 　　 ，原因是 　　　　　。
【答案】
（1）葡萄糖　細胞呼吸（或生物氧化）　
（2）72 ～ 96 　26.5 　
（3）22 　
持續下降　幼苗進行細胞呼吸消耗有機物，且不能進行光合作用
某豆科植物種子萌發過程中CO2 釋放和O2 吸收速率的變化趨勢如圖所示。據圖回答問題：
（1）在12 ～ 24 h，呼吸速率逐漸增強，在此期間細胞呼吸的主要方式是 　　　
呼吸，該呼吸方式在細胞中發生的部位是 　　　， 其產物是 　　　。　　　　　　　　 　 　
（2）從第12 h 到胚根長出期間，萌發種子的干物質總量會 　　　　，主要原因是　　　　　　　　　　　　。
（3）胚根長出后，萌發種子的 　　　　呼吸速率明顯升高。
【答案】
（1）無氧　細胞質基質　CO2 和酒精　
（2）減少　在此期間只進行細胞呼吸消耗有機物，不進行光合作用合成有機物　
（3）有氧
【判斷細胞呼吸類型】
一看底物和產物
消耗O2 或產物中有H2O，一定存在有氧呼吸。
產物中有酒精或乳酸，一定有無氧呼吸。
二看物質的量的關系
無CO2 產生→只進行產生乳酸的無氧呼吸。
不消耗O2，但產生CO2 →只進行產生酒精的無氧呼吸。
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，其關系如下：
三看反應場所
原核細胞：原核細胞沒有線粒體，故原核細胞的細胞呼吸在細胞質和細胞膜上進行，其呼吸方式應根據產物判斷，若只有二氧化碳和水產生，則為有氧呼吸，若還有乳酸或酒精產生，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 產生的場所只有線粒體
【答案】D

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