資源簡介

【備考2024】生物高考一輪復習
第8講　細胞呼吸的原理和應用
[課標要求] 說明生物通過細胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉化為生命活動可以利用的能量實驗：探究酵母菌的呼吸方式
[核心素養](教師用書獨具) 1.通過歸納和概括，闡明有氧呼吸和無氧呼吸的概念，并能嘗試構建有氧呼吸過程的模型，進而以物質和能量觀，說出細胞呼吸過程中物質和能量的變化。(生命觀念　科學思維)2.學會探究酵母菌的細胞呼吸方式的方法。(科學探究)3.根據細胞呼吸原理，指導生產和生活。(社會責任)
考點1　細胞呼吸的方式和過程
一、細胞呼吸
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，釋放能量并生成ATP的過程。其實質是細胞內的有機物氧化分解，并釋放能量。
二、有氧呼吸
1．概念：細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。
2．過程
3．有氧呼吸的總反應式
(標出氧元素的來源和去路)。
4．與體外有機物燃燒相比，有氧呼吸具有的不同特點
(1)反應過程：溫和；
(2)能量釋放：有機物中能量逐步釋放；
(3)能量轉化：釋放的能量一部分儲存在ATP中。
5．放能：1 mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放2 870 kJ的能量，可以使977.28 kJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。
三、無氧呼吸
1．概念：是指細胞在沒有氧氣的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解成不徹底的氧化產物，釋放少量能量，生成少量ATP的過程。
2．場所：全過程是在細胞質基質中進行的。
3．過程
4．反應式
(1)產物為酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
(2)產物為乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
5．能量
(1)只在第一階段釋放少量能量，生成少量ATP。
(2)葡萄糖分子的大部分能量存留在酒精或乳酸中。
6．不同生物或器官的無氧呼吸產物
1．沒有線粒體的細胞一定不能進行有氧呼吸。 (×)
提示：原核細胞沒有線粒體也能進行有氧呼吸。
2．線粒體將葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。 (×)
提示：在線粒體中參與氧化分解的是丙酮酸。
3．檢測酵母菌培養過程中是否產生CO2可判斷其呼吸方式。
(×)
提示：酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都能產生CO2。
4．同有氧呼吸相比，無氧呼吸的兩個階段釋放的能量較少。
(×)
提示：無氧呼吸只在第一階段釋放少量能量。
5．無氧呼吸不需要O2參與，最終有[H]的積累。 (×)
提示：無氧呼吸第二階段消耗[H]，[H]被用于還原丙酮酸。
6．人在劇烈運動時產生的CO2全部來自有氧呼吸。 (√)
7．細胞呼吸是細胞代謝的樞紐。 (√)
1．分析有氧呼吸和無氧呼吸過程中能量的釋放和轉化，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解釋放的能量的主要去向分別是什么？(必修1 P93～P94“思考·討論”)
提示：①有氧呼吸過程中，葡萄糖中的能量全部釋放出來；釋放的能量主要以熱能的形式散失了。
②無氧呼吸過程中，葡萄糖中的能量主要轉移到乳酸或酒精中沒有釋放出來；釋放的能量主要以熱能形式散失了。
2．有氧呼吸與無氧呼吸過程在哪一個階段是相同的？聯想到地球的早期大氣以及原核細胞的結構，推測生物類型和代謝類型進化順序。(必修1　P96“拓展應用”)
提示：有氧呼吸與無氧呼吸過程的第一階段相同。
生物進化順序：原核生物→真核生物；
代謝進化順序：無氧呼吸→有氧呼吸。
1．糧食儲藏過程中有時會發生糧堆濕度增大現象，其原因是
_______________________________________________________________。
提示：種子有氧呼吸過程中產生了水
2．如果是以脂肪為底物進行有氧呼吸，消耗O2的量要大于產生CO2的量，其原因是____________________________________________________________
__________________________________________________________________。
提示：與葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此有氧呼吸消耗O2的量大于產生CO2的量
1．有氧呼吸和無氧呼吸的比較
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 條件 需氧 無氧
場所 細胞質基質(第一階段)、線粒體(第二、三階段) 細胞質基質
分解程度 葡萄糖被徹底分解 葡萄糖分解不徹底
產物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2
能量釋放 大量 少量
相同點 反應條件 需酶和適宜溫度
本質 氧化分解有機物，釋放能量，生成ATP供生命活動所需
過程 第一階段從葡萄糖到丙酮酸完全相同
意義 為生物體的各項生命活動提供能量
2.細胞呼吸反應式中各物質量的比例關系
(1)反應式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
②無氧呼吸：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量；
C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
(2)相關物質間量的比例關系
①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
②無氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。
③有氧呼吸和無氧呼吸消耗等量的葡萄糖時需要的O2和產生的CO2的物質的量之比為有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和無氧呼吸產生的CO2之和＝3∶4。
④產生等量的CO2時消耗的葡萄糖的物質的量之比為無氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
1．為驗證酵母菌細胞中線粒體對葡萄糖和丙酮酸的利用情況，現從酵母菌細胞中分離得到的具有活性的線粒體為實驗材料進行如下實驗(除下表所示不同外，其他條件相同且適宜)。
組別 步驟一 步驟二 步驟三
1 加入線粒體 加入葡萄糖 加入溴麝香草酚藍溶液，一段時間后觀察溶液顏色的變化情況
2 加入線粒體 加入丙酮酸
(1)從酵母菌細胞中分離得到線粒體的常用方法是什么？
(2)請預期兩組實驗的實驗結果，并簡述判斷理由(實驗結果中要寫出具體的顏色變化)。
提示：(1)差速離心法。
(2)第1組溶液為藍色，第2組溶液顏色由藍變綠再變黃，第1組中由于葡萄糖不能進入線粒體被利用，所以無CO2生成，第2組丙酮酸可進入線粒體被利用，生成CO2。
2．某同學做了如下實驗：取A、B兩支試管。在A管中加入煮熟的蠶豆子葉，B管中加入發芽的蠶豆子葉。在兩管中分別加入甲烯藍溶液(注：甲烯藍氧化態為藍色，接受氫后為無色)，一段時間后倒出溶液，兩管中的子葉都呈藍色，然后，兩管分別加水淹沒子葉、抽氣、在水面上覆蓋適量石蠟油，37 ℃保溫一段時間后，發現A管中的子葉不變色，B管中的子葉藍色變淺。請思考分析：
(1)B管中子葉藍色變淺的原因是什么？
(2)A管子葉為什么不變色？實驗中設置A管的目的是什么？
提示：(1)B管中子葉在無氧呼吸過程中產生的[H]能使甲烯藍還原。
(2)A管中子葉細胞的酶失活，無呼吸作用。實驗中設置A管的目的是作對照實驗。
考查細胞呼吸的方式和過程
1．(不定項)(2021·武漢檢測)癌細胞即使在氧氣充足的條件下也主要依賴無氧呼吸產生ATP，這種現象稱為“瓦堡效應”。研究表明，癌細胞和正常分化的細胞在有氧條件下產生的ATP總量沒有明顯差異，但癌細胞從內環境中攝取并用于細胞呼吸的葡萄糖的量和正常細胞不同。如圖是癌細胞在有氧條件下葡萄糖的部分代謝過程，下列分析中錯誤的是(　　)
A．若研制藥物抑制癌癥患者體內細胞的異常代謝途徑，可選用圖中①④⑤為作用位點
B．癌細胞中丙酮酸轉化為乳酸的過程會生成少量的ATP
C．葡萄糖通過細胞膜上的載體蛋白A進入細胞，生成的五碳糖可作為合成DNA的原料
D．發生“瓦堡效應”的癌細胞吸收的葡萄糖比正常細胞的多，且過程④⑤可同時進行
AB　[分析題圖可知，①⑤是正常細胞所必需的，所以若要研制藥物來抑制癌癥患者細胞中的異常代謝途徑，圖中的①⑤不宜選為作用位點，A錯誤；癌細胞中丙酮酸轉化為乳酸的過程不會生成ATP，B錯誤；分析題圖可知，葡萄糖進入細胞后通過途徑②形成五碳糖，進而合成脫氧核苷酸，作為DNA復制的原料，C正確；發生“瓦堡效應”的癌細胞吸收的葡萄糖比正常細胞的多，且過程⑤和④可同時進行，D正確。]
2．(2021·山東實驗中學檢測)金魚能在嚴重缺氧的環境中生存若干天，肌細胞和其他組織細胞中無氧呼吸的產物不同。如圖表示金魚缺氧狀態下，細胞中部分代謝途徑，下列相關敘述正確的是(　　)
A．②過程不需要O2的參與，產生的“物質X”是丙酮酸
B．過程①②均有能量釋放，大部分用于合成ATP
C．過程③⑤無氧呼吸產物不同是因為細胞內反應的場所不同
D．若給肌細胞提供18O標記的O2，不會在CO2中檢測到18O
A　[在嚴重缺氧的環境中，金魚的肌細胞和其他細胞進行無氧呼吸，在無氧呼吸的第一階段，葡萄糖分解產生丙酮酸，該過程不需要O2的參與，A項正確；過程①沒有能量釋放，過程②有能量釋放，但是釋放的能量用于合成ATP的不是大部分，B項錯誤；過程③⑤無氧呼吸產物不同是因為酶不同，在細胞內反應的場所都是細胞質基質，C項錯誤；若給肌細胞提供18O標記的O2，進入HO中，經過有氧呼吸的第二階段會進入CO2中，D項錯誤。]
　細胞呼吸的場所與過程的四點提醒
(1)線粒體是進行有氧呼吸的主要場所，但需氧型原核生物無線粒體，也能進行有氧呼吸。
(2)無線粒體的真核生物(或細胞)只能進行無氧呼吸，如蛔蟲、哺乳動物成熟的紅細胞等。
(3)細胞呼吸釋放的能量，大部分以熱能的形式散失，少部分以化學能的形式儲存在ATP中。
(4)人體內產生的CO2只來自有氧呼吸，人體無氧呼吸的產物是乳酸，無CO2。
有氧呼吸和無氧呼吸的綜合分析
3．(不定項)(2021·濰坊檢測)某同學在做“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗時，將完全相同的甲、乙、丙、丁四瓶混有酵母菌的葡萄糖培養液(葡萄糖足夠用)，分別通入不同濃度的氧氣維持相同時間，測得實驗結果如下表。分析正確的是(　　)
氧濃度(%) 甲 乙 丙 丁
產生CO2的量 9 mol 12.5 mol 15 mol 30 mol
產生酒精的量 9 mol 6.5 mol 6 mol 0 mol
A．甲瓶中酵母菌有氧呼吸速率等于無氧呼吸速率
B．乙瓶中酵母菌有氧呼吸速率大于無氧呼吸速率
C．丙瓶中酵母菌無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗的葡萄糖的2倍
D．丁瓶中酵母菌只進行有氧呼吸未進行無氧呼吸
CD　[甲瓶中酵母菌細胞呼吸產生的酒精的量與二氧化碳的量相等，因此酵母菌只進行無氧呼吸，A錯誤；乙瓶中酵母菌產生的酒精的量為6.5 mol，產生二氧化碳的量為12.5 mol，說明酵母菌有氧呼吸產生的二氧化碳量為6 mol，因此酵母菌有氧呼吸速率小于無氧呼吸速率，B錯誤；丙瓶中酵母菌無氧呼吸產生的酒精的量是6 mol，產生的二氧化碳是15 mol，因此有氧呼吸產生的二氧化碳是9 mol，有氧呼吸與無氧呼吸消耗的葡萄糖之比是(9÷6)∶(6÷2)＝1∶2，即無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗的葡萄糖的2倍，C正確；丁瓶中酵母菌酒精的產生量為0，說明細胞不進行無氧呼吸，只進行有氧呼吸，D正確。]
4．(2021·南通聯考)某學校社團活動小組為探究釀酒過程中酵母菌細胞呼吸速率隨發酵時間的變化情況，向容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌后密封，在適宜條件下培養，測得葡萄糖溶液中CO2和O2的相對含量隨時間的變化情況，實驗結果如圖所示。下列有關實驗結果的分析，正確的是(　　)
A．0→t1時間段內有氧呼吸速率基本穩定
B．t1 →t2 時間段內酵母菌只進行無氧呼吸
C．t3時葡萄糖消耗速率小于t1時消耗速率
D．最終容器中O2未用盡是因為酵母菌已死亡
A　[據圖分析可知，在0～t1時間段，容器內O2濃度降低的速率基本保持穩定，說明此時有氧呼吸速率基本穩定，A正確；t1→t2時間段內，酵母菌的有氧呼吸較強，無氧呼吸較弱，所以酵母菌存在有氧呼吸和無氧呼吸兩種細胞呼吸方式，B錯誤；t3時培養液中葡萄糖的消耗速率比t1時大，是因為t3時產生CO2的速率與t1時相近，但t3時酵母菌的無氧呼吸增強，O2消耗變少，葡萄糖的消耗速率大，C錯誤；最后，容器中O2沒有消耗殆盡的原因可能是O2濃度過低，酵母菌無法進行有氧呼吸，D錯誤。]
　判斷細胞呼吸方式的三大依據
結合信息考查細胞呼吸的過程
5．(2021·衡水中學檢測)電子傳遞鏈是一系列電子載體按對電子的親和力逐漸升高的順序組成的電子傳遞系統，其所有組成成分都嵌合于生物膜中。下面是細胞呼吸過程中電子傳遞鏈的部分示意圖。下列說法錯誤的是(　　)
A．圖示生物膜可能是線粒體內膜
B．圖示中的H＋來自葡萄糖的分解
C．圖示過程發生于有氧呼吸第三階段
D．圖中膜蛋白參與了物質運輸和能量轉換
B　[圖示生物膜進行電子傳遞鏈過程，可能是線粒體內膜，A正確；圖示中的H＋來自葡萄糖、丙酮酸和水的分解，B錯誤；圖示過程發生電子傳遞鏈過程，屬于有氧呼吸第三階段，C正確；由圖可知，圖中膜蛋白參與了物質運輸和能量轉換，D正確。]
6．(2021·江蘇百校聯考)菜粉蝶幼蟲細胞中NADH脫氫酶(一種催化[H]與氧反應的酶)對廣泛存在于植物的根皮部中的魚藤酮十分敏感。生產上常利用魚藤酮來防治害蟲。下列有關敘述正確的是(　　)
A．NADH脫氫酶分布在菜粉蝶幼蟲細胞的線粒體的基質
B．魚藤酮主要抑制菜粉蝶幼蟲細胞有氧呼吸的第三階段
C．魚藤酮也會對植物的根皮部細胞產生很強的毒害作用
D．魚藤酮可抑制菜粉蝶幼蟲細胞中丙酮酸形成CO2和[H]
B　[NADH脫氫酶催化[H]與氧反應屬于有氧呼吸的第三階段，因此該酶分布在線粒體的內膜上，A項錯誤、B項正確；菜粉蝶幼蟲細胞中NADH脫氫酶對植物的根皮部中的魚藤酮十分敏感，植物細胞中的魚藤酮對植物細胞沒有不利影響，C項錯誤；魚藤酮抑制菜粉蝶幼蟲細胞有氧呼吸的第三階段，不抑制第二階段，D項錯誤。]
考點2　影響細胞呼吸的因素及應用
一、溫度對細胞呼吸的影響
1．原理：細胞呼吸是一系列酶促反應，溫度通過影響酶的活性進而影響細胞呼吸速率。
2．應用：(1)保鮮：水果、蔬菜等放入冰箱的冷藏室中，可延長保鮮時間。
(2)提高產量：溫室中栽培蔬菜時，夜間適當降低溫度，可降低細胞呼吸，減少有機物的消耗，提高蔬菜的產量。
二、氧氣濃度對細胞呼吸的影響
1．原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2對無氧呼吸過程有抑制(填“促進”或“抑制”)作用，對有氧呼吸過程有促進(填“促進”或“抑制”)作用。
2．應用
(1)選用透氣消毒紗布包扎傷口，抑制破傷風桿菌等厭氧細菌的無氧呼吸。
(2)作物栽培中的中耕松土，保證根的正常細胞呼吸。
(3)提倡慢跑，防止肌細胞無氧呼吸產生乳酸。
(4)稻田定期排水，抑制無氧呼吸產生酒精，防止酒精中毒，爛根死亡。
三、二氧化碳濃度對細胞呼吸的影響
1．原理：CO2是細胞呼吸的最終產物，積累過多會抑制(填“促進”或“抑制”)細胞呼吸的進行。
2．應用：在蔬菜和水果保鮮中，增加CO2濃度可抑制細胞呼吸，減少有機物的消耗。
四、水對細胞呼吸的影響
1．原理
(1)間接影響：許多生化反應需要在水中才能進行，自由水含量升高，細胞呼吸加快。
(2)直接影響：水是有氧呼吸的反應物之一。
2．應用
(1)抑制細胞呼吸：曬干的種子自由水含量降低，細胞呼吸減慢，更有利于儲存。
(2)促進細胞呼吸：浸泡種子有利于種子的萌發。
1．同一葉片在不同生長發育時期，其細胞呼吸速率有差異。
(√)
2．嚴格的無氧環境有利于水果保鮮是因為此條件下細胞呼吸分解有機物最少。 (×)
提示：無氧環境中，細胞無氧呼吸消耗的有機物較多。
3．糧食種子適宜在零上低溫、低氧和中等濕度的環境中儲藏。 (×)
提示：糧食種子應儲藏在干燥環境中。
4．溫室大棚中，可以通過夜間適當降溫來提高農作物的產量。 (√)
5．破傷風桿菌易在銹釘扎過的傷口深處繁殖，原因是傷口深處氧氣缺乏。 (√)
6．劇烈運動時，氧氣供應不足，肌細胞主要進行無氧呼吸產生乳酸。 (×)
提示：劇烈運動時，肌細胞主要進行有氧呼吸。
水果、蔬菜和種子儲存條件有何不同？(必修1　P95“思考·討論”)
提示：水果、蔬菜需要低溫(零上)、低氧、高CO2濃度、適宜水分條件下儲存；種子需要低溫、低氧、高CO2濃度、干燥條件儲存。
1．密封地窖能長時間儲存水果、地瓜、馬鈴薯的原因是_______________
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________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：密封的地窖CO2濃度高，能夠抑制細胞呼吸，減少有機物的消耗
2．松土能增進肥效的道理是________________________________________
________________________________________________________________。
提示：松土能促進植物根細胞的細胞呼吸，促進根對土壤中礦質元素的吸收
1．內部因素對細胞呼吸的影響
2．溫度對細胞呼吸的影響曲線
(1)a點為該酶的最適溫度，細胞呼吸速率最快。
(2)溫度低于a時，隨溫度降低，酶活性下降，細胞呼吸受抑制。
(3)溫度高于a時，隨溫度升高，酶活性下降，甚至變性失活，細胞呼吸受抑制。
3．O2濃度對細胞呼吸的影響曲線(細胞呼吸以糖類為底物)
(1)A點時，O2濃度為零，細胞進行無氧呼吸。
(2)O2濃度為0～10%時，隨O2濃度的升高，無氧呼吸速率減慢；O2濃度為10%時，無氧呼吸停止。
(3)O2濃度在0～20%時，隨O2濃度升高，有氧呼吸速率逐漸增強。
(4)隨O2濃度的升高，細胞呼吸速率先減慢后加快，最后趨于穩定。
(5)O2濃度為5%左右時，細胞呼吸強度最弱。
為研究溫度的變化對貯藏器官呼吸作用的影響，研究人員以馬鈴薯塊莖為材料，進行了如下實驗：
實驗一：將兩組相同的馬鈴薯塊莖，分別置于低溫(4 ℃)和室溫(22 ℃)條件下貯藏10天，發現低溫組塊莖中淀粉酶含量顯著高于室溫組。
實驗二：將馬鈴薯塊莖從20 ℃移到0 ℃后，再回到20 ℃環境中，測定CO2的釋放速率的變化，結果如圖所示。
(1)當馬鈴薯塊莖從20 ℃移到0 ℃環境中，CO2的釋放速率下降，其原因是什么？
(2)當馬鈴薯塊莖重新移回到20 ℃環境中，與之前20 ℃環境相比，CO2的釋放速率明顯升高。綜合上述實驗，如何解釋這一現象。
提示：(1)溫度降低導致酶的活性下降，呼吸作用產生的CO2減少。
(2)在0 ℃環境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的還原糖增加，為之后20 ℃條件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用較之前20 ℃時強。
考查環境因素對細胞呼吸的影響
1．(不定項)(2021·河北選擇性考試)《齊民要術》中記載了利用蔭坑貯存葡萄的方法(如圖)。目前我國果蔬主產區普遍使用大型封閉式氣調冷藏庫(充入氮氣替換部分空氣)，延長了果蔬保鮮時間、增加了農民收益。下列敘述正確的是(　　)
A．蔭坑和氣調冷藏庫環境減緩了果蔬中營養成分和風味物質的分解
B．蔭坑和氣調冷藏庫貯存的果蔬，有氧呼吸中不需要氧氣參與的第一、二階段正常進行，第三階段受到抑制
C．氣調冷藏庫中的低溫可以降低細胞質基質和線粒體中酶的活性
D．氣調冷藏庫配備的氣體過濾裝置及時清除乙烯，可延長果蔬保鮮時間
ACD　[蔭坑和氣調冷藏庫環境中的低溫均可通過降低溫度抑制與呼吸作用相關的酶的活性，大型封閉式氣調冷藏庫(充入氮氣替換部分空氣)降低氧氣濃度，有氧呼吸和無氧呼吸均減弱，從而減緩了果蔬中營養成分和風味物質的分解，A正確；蔭坑和氣調冷藏庫貯存中的低溫可以降低呼吸作用相關酶的活性，大型封閉式氣調冷藏庫(充入氮氣替換部分空氣)降低氧氣濃度，其中酶的活性降低對有氧呼吸的三個階段均有影響，B錯誤；溫度會影響酶的活性，氣調冷藏庫中的低溫可以降低細胞質基質和線粒體中酶的活性，C正確；乙烯具有催熟作用，清除乙烯，可以延長果蔬保鮮時間，D正確。]
2．(2021·濟寧一中檢測)將剛采摘的新鮮藍莓均分為兩份，放在1 ℃的冷庫內貯藏，其中一份用高濃度的CO2處理48 h，另一份則不做處理。從采摘后算起每10 d取樣一次，測定其單位時間內CO2釋放量和O2吸收量，計算二者的比值得到如圖所示曲線。下列結論不正確的是(　　)
A．比值大于1，表明藍莓既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸
B．第20 d對照組藍莓產生的乙醇量高于CO2處理組
C．第40 d對照組藍莓有氧呼吸比無氧呼吸消耗的葡萄糖多
D．貯藏藍莓前用高濃度的CO2短時處理，能抑制其在貯藏時的無氧呼吸
C　[當CO2釋放量大于O2吸收量時，表明既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸；由圖可知，第20 d對照組CO2/O2大于1，表明藍莓進行了無氧呼吸，有乙醇產生，而CO2處理組CO2/O2為1，表明沒有進行無氧呼吸，沒有乙醇產生；第40 d時，對照組藍莓CO2釋放量和O2吸收量比值約等于2，此時無氧呼吸消耗的葡萄糖大約為有氧呼吸的3倍；分析可知，貯藏藍莓前用高濃度的CO2短時處理，能抑制其無氧呼吸。]
細胞呼吸原理的應用
3．(2021·湖南選擇性考試)下列有關細胞呼吸原理應用的敘述，錯誤的是(　　)
A．南方稻區早稻浸種后催芽過程中，常用40 ℃左右溫水淋種并時常翻種，可以為種子的呼吸作用提供水分、適宜的溫度和氧氣
B．農作物種子入庫貯藏時，在無氧和低溫條件下呼吸速率降低，貯藏壽命顯著延長
C．油料作物種子播種時宜淺播，原因是萌發時呼吸作用需要大量氧氣
D．柑橘在塑料袋中密封保存，可以減少水分散失、降低呼吸速率，起到保鮮作用
B　[早稻浸種催芽過程中，常用40 ℃溫水淋種并翻種，目的是給種子的細胞呼吸過程提供有利條件，即水分、適宜的溫度和氧氣，A敘述正確；農作物種子入庫貯藏時，為延長貯藏時間，應在零上低溫、低氧條件下貯藏，種子無氧呼吸產生的酒精對細胞有毒害作用，B敘述錯誤；油料作物細胞中脂肪等含量較高，H元素含量較高，細胞呼吸時需要更多的氧氣，因此油料作物種子播種時宜淺播，C敘述正確；柑橘在塑料袋中密封保存，可以減少水分散失，降低細胞呼吸速率，減少有機物的消耗，能起到保鮮作用，D敘述正確。]
4．(2021·濰坊五校聯考)《糧油儲藏技術規范國家標準(GB/T 29890 2013)》為我國糧油儲藏安全提供了重要技術保障，對糧溫、水分含量、糧堆氣體成分及濃度等作出了明確規定。其中部分術語和定義如下表。下列有關敘述錯誤的是(　　)
術語 定義
安全水分 某種糧食或油料在常規儲存條件下，能夠在當地安全度夏而不發熱、不霉變的水分含量
低氧 糧堆空氣中氧氣濃度高于2%而不高于12%的狀態
低溫儲藏 平均糧溫常年保持在15 ℃及以上，局部最高糧溫不超過20 ℃的儲藏方式
A．保持安全水分主要是通過減少自由水的含量實現的
B．儲藏期間若水分含量過高，糧食會因呼吸代謝增強而發熱使霉菌更易生長繁殖
C．糧堆空氣中氧氣濃度高于2%不高于12%的狀態，主要是保證有氧呼吸強度最低
D．糧溫不超過20 ℃的儲藏方式是通過降低酶的活性使其代謝速率維持在低水平
C　[細胞內水主要以自由水的形式存在，自由水的含量與細胞代謝有關，所以保持安全水分主要是通過減少自由水的含量實現的，A正確；儲藏期間若水分含量過高，呼吸代謝增強，種子發熱使霉菌更易生長繁殖，B正確；糧堆空氣中氧氣濃度高于2%不高于12%的狀態，主要是保證呼吸強度最低，C錯誤；低溫使酶的活性降低，從而降低代謝速率，D正確。]
考點3　細胞呼吸的相關實驗
探究酵母菌的細胞呼吸方式
1．實驗原理
2．實驗步驟
(1)配制酵母菌培養液：酵母菌＋質量分數為5%的葡萄糖溶液，分別裝入A、B兩錐形瓶中。
(2)設計對比實驗
①甲組中空氣先通過NaOH溶液的目的是去除空氣中的CO2。
②乙組中B瓶先密封放置一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶的目的是耗盡瓶中原有的氧氣。
③CO2檢測：觀察兩組裝置中澄清石灰水的變化。
④酒精檢測：取A、B瓶中濾液各2 mL分別注入兩支干凈的試管中，向兩試管中分別滴加0.5 mL溶有0.1 g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，并輕輕振蕩，使它們混合均勻，觀察試管中溶液的顏色變化。
(3)實驗現象
條件 澄清石灰水的變化 兩試管的變化
甲組 變混濁快 無變化
乙組 變混濁慢 出現灰綠色
(4)實驗結論
①酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。
②在有氧條件下產生CO2多而快，在無氧條件下產生酒精，還產生少量的CO2。
1．在酸性條件下，酒精會使重鉻酸鉀溶液由藍變綠再變黃。 (×)
提示：應該是由橙色變成灰綠色。
2．檢測CO2的產生除澄清石灰水外，還可以用溴麝香草酚藍溶液檢測。 (√)
3．在探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗中可直接向酵母菌培養液中添加酸性的重鉻酸鉀溶液檢測酒精。 (×)
提示：應各取2 mL酵母菌培養液的濾液，分別注入2支試管中，加酸性的重鉻酸鉀溶液檢測。
4．在探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗中可依據澄清石灰水的變混濁快慢判斷細胞呼吸的方式。 (√)
1．在檢測酒精的實驗中，為什么將酵母菌培養的時間延長以耗盡溶液中的葡萄糖？(必修1　P91“文字信息”)
提示：因為葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀反應發生顏色變化。
2．對比實驗中兩組都是實驗組，兩組之間相互對照。教材中對比實驗的實例有：________(填序號)。(必修1　P92“科學方法”)
①探究酵母菌細胞呼吸的方式；②魯賓和卡門的同位素標記法實驗；③赫爾希和蔡斯采用放射性同位素標記T2噬菌體侵染細菌的實驗；④比較過氧化氫在不同條件下的分解。
提示：①②③
1．在細胞呼吸實驗中，如果實驗材料為綠色植物，實驗裝置應怎樣處理？目的是什么？_______________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：實驗裝置應遮光(黑暗)處理。目的是排除光合作用的影響
2．在細胞呼吸實驗中，如果實驗材料是植物的種子，常對實驗裝置和種子進行消毒處理，目的是______________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：排除微生物的呼吸作用對實驗結果的影響
1．細胞呼吸速率的測定
(1)實驗裝置
(2)實驗原理：組織細胞呼吸作用吸收O2，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內氣體壓強減小，刻度管內的液滴左移。單位時間內液滴左移的體積即表示呼吸速率。
(3)誤差的校正
為排除溫度、氣壓等無關變量的干擾，可設置對照裝置。對照裝置與上述裝置相比，不同點是用等量的死亡的種子代替萌發的小麥種子，其余均相同。
2．細胞呼吸方式的實驗探究
(1)實驗裝置(以萌發種子為例)
(2)實驗原理
①裝置一中NaOH溶液的作用是吸收細胞呼吸所產生的CO2，著色液滴移動的距離代表發芽種子細胞呼吸吸收O2的量。
②裝置二中著色液滴移動的距離代表植物細胞呼吸產生CO2的量與吸收O2量的差值。
(3)實驗現象和結論
實驗現象 結論
裝置一液滴 裝置二液滴
不動 不動 只進行產生乳酸的無氧呼吸
不動 右移 只進行產生酒精的無氧呼吸
左移 右移 進行有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸
左移 不動 進行有氧呼吸或進行有氧呼吸和產生乳酸的無氧呼吸
下面是探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗裝置。
(1)本實驗的自變量是什么？石蠟(油)的作用是什么？空氣泵進入乙的空氣有什么要求？
(2)實驗的因變量是什么？檢測的結果是什么？
(3)實驗的無關變量有哪些？
提示：(1)自變量是氧氣的有無。石蠟(油)的作用是將液體與空氣隔絕?？諝獗眠M入乙的空氣應除去CO2。
(2)實驗的因變量是乙、丙中產生CO2的多少。檢測的結果是甲中石灰水變混濁快，乙中石灰水變混濁慢。
(3)實驗的無關變量有酵母菌和葡萄糖溶液、溫度等環境因素。
探究酵母菌細胞呼吸方式的教材實驗
1．(2021·廣東選擇性考試改編)秸稈的纖維素經酶水解后可作為生產生物燃料乙醇的原料。生物興趣小組利用自制的纖維素水解液(含5%葡萄糖)培養酵母菌并探究其細胞呼吸(如圖)。下列敘述正確的是(　　)
A．培養開始時向甲瓶中加入重鉻酸鉀以便檢測乙醇生成
B．乙瓶的溶液由藍色變成紅色，表明酵母菌已產生了CO2
C．用臺盼藍染色后，染成藍色的為活酵母菌
D．實驗中增加甲瓶的酵母菌數量不能提高乙醇最大產量
D　[檢測乙醇的生成，應取甲瓶中的濾液2 mL注入試管中，再向試管中加入0.5 mL溶有0.1 g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，使它們混合均勻，觀察試管中溶液顏色的變化，A錯誤；CO2可以使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃，因此乙瓶的溶液不會變成紅色，B錯誤；由于細胞膜具有選擇透過性，被染成藍色的為死酵母菌，C錯誤；乙醇最大產量與甲瓶中葡萄糖的量有關，因甲瓶中葡萄糖的量是一定，因此實驗中增加甲瓶的酵母菌數量不能提高乙醇最大產量，D正確。]
2．(2021·武漢質檢)下列關于探究酵母菌細胞呼吸方式實驗的敘述，正確的是(　　)
A．選擇酵母菌為實驗材料是因為酵母菌是自養、兼性厭氧型微生物，易于培養
B．通過設置有氧(對照組)和無氧(實驗組)的對照，易于判斷酵母菌的呼吸方式
C．將進氣管、排氣管與錐形瓶連接后需要進行氣密性檢查，確保不漏氣
D．實驗的因變量是澄清石灰水是否變混濁和加入酸性重鉻酸鉀溶液后樣液的顏色變化
C　[在探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗中，選擇酵母菌作為實驗材料是因為酵母菌具有兼性厭氧且易于培養的特點，但它不是自養型微生物，A項錯誤；在該實驗中所設置的有氧組和無氧組都是實驗組，是為了相互對比，易于判斷酵母菌的呼吸方式，B項錯誤；為了保證實驗結果的準確性，將進氣管、排氣管與錐形瓶連接后通常需要進行氣密性檢查，確保不漏氣，C項正確；本實驗的因變量是酵母菌CO2產生的快慢和是否有酒精生成，D項錯誤。]
考查探究細胞呼吸方式的拓展實驗
3．如圖是某研究性學習小組為了探究酵母菌的細胞呼吸類型而設計的實驗裝置(酵母菌利用葡萄糖作為能源物質)，下列有關實驗裝置和結果的分析，不正確的是(　　)
A．通過裝置1僅僅能探究出酵母菌是否進行有氧呼吸
B．用水代替NaOH溶液設置裝置2，通過裝置2液滴的移動情況可以探究出酵母菌是否進行無氧呼吸
C．用水代替NaOH溶液設置裝置2，如果裝置1中液滴左移，裝置2中液滴右移，說明酵母菌既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸
D．用水代替NaOH溶液設置裝置2，裝置2中液滴可能向左移
D　[燒杯中的NaOH溶液能吸收細胞呼吸產生的CO2，所以液滴移動的距離代表細胞呼吸消耗O2的量，因此通過裝置1僅僅能探究出酵母菌是否進行有氧呼吸；用水代替NaOH溶液設置裝置2，由于水不吸收氣體也不釋放氣體，所以液滴移動的距離代表細胞呼吸釋放的CO2量與消耗O2量的差值，如果液滴移動說明酵母菌進行了無氧呼吸，如果液滴不移動，說明酵母菌不進行無氧呼吸；用水代替NaOH溶液設置裝置2，如果裝置1中液滴左移，說明有O2的消耗，可以推斷出酵母菌進行了有氧呼吸，裝置2中液滴右移，說明細胞呼吸釋放的CO2量多于O2的消耗量，推斷出酵母菌還進行了無氧呼吸；用水代替NaOH溶液設置裝置2，由于葡萄糖作底物不可能出現O2的消耗量大于CO2的釋放量的情況，所以裝置2中液滴不可能向左移。]
4．(2021·武漢檢測)下面三個裝置可用于研究萌發種子的呼吸作用方式及其產物，有關分析錯誤的是(　　)
甲　　　　乙　　　　　　　丙
A．甲裝置可用于探究呼吸作用是否釋放熱量
B．乙裝置有色液滴向左移動，說明種子萌發只進行有氧呼吸
C．丙裝置可用于探究萌發種子的呼吸作用是否產生CO2
D．三個裝置中的種子都必須進行消毒處理，都需要設置對照實驗
B　[甲裝置中含有溫度計，可用于探究呼吸作用是否產生熱量，A正確；乙裝置中NaOH可吸收呼吸作用產生的二氧化碳，則有色液滴移動的距離代表呼吸作用消耗氧氣的量，因此該裝置可用于探究萌發的種子是否進行有氧呼吸，但不能說明種子萌發只進行有氧呼吸，B錯誤；丙裝置中澄清石灰水可檢測二氧化碳，因此該裝置可用于探究萌發的種子的呼吸作用是否產生CO2，C正確；微生物也會進行呼吸作用，所以三個裝置中的種子都必須進行消毒處理，都需要設置對照實驗，D正確。]
1．核心概念
(1)(必修1 P93)有氧呼吸：指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。
(2)(必修1 P94)酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸也叫作發酵。產生酒精的叫作酒精發酵；產生乳酸的叫作乳酸發酵。
(3)(必修1 P94)細胞呼吸：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，釋放能量并生成ATP的過程。
2．結論語句
(1)(必修1 P92)有氧呼吸的主要場所是線粒體。線粒體的內膜上和基質中含有許多種與有氧呼吸有關的酶。
(2)(必修1 P94)無氧呼吸只在第一階段釋放出少量的能量，生成少量ATP。
(3)(必修1 P94)細胞呼吸除了能為生物體提供能量，還是生物體代謝的樞紐。
1．(2021·全國甲卷)某同學將酵母菌接種在馬鈴薯培養液中進行實驗，不可能得到的結果是(　　)
A．該菌在有氧條件下能夠繁殖
B．該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產生
C．該菌在無氧條件下能夠產生乙醇
D．該菌在有氧和無氧條件下都能產生CO2
B　[酵母菌有細胞核，是真核生物，其代謝類型是異養兼性厭氧型，與無氧條件相比，在有氧條件下，產生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合題意；酵母菌無氧呼吸在細胞質基質中進行，無氧呼吸第一階段產生丙酮酸、還原性的氫，并釋放少量的能量，第二階段丙酮酸被還原性氫還原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合題意、C不符合題意；酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都在第二階段生成CO2，D不符合題意。]
2．(2020·山東等級考)癌細胞即使在氧氣供應充足的條件下也主要依賴無氧呼吸產生ATP，這種現象稱為“瓦堡效應”。下列說法錯誤的是(　　)
A．“瓦堡效應”導致癌細胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌細胞中丙酮酸轉化為乳酸的過程會生成少量ATP
C．癌細胞呼吸作用過程中丙酮酸主要在細胞質基質中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌細胞呼吸作用產生的NADH比正常細胞少
B　[無氧呼吸消耗1分子葡萄糖只產生少量ATP，因此癌細胞要滿足其生命活動，需大量吸收葡萄糖，A正確；無氧呼吸的第二階段，丙酮酸轉化為乳酸的過程中不生成ATP，無氧呼吸生成ATP的過程僅發生在第一階段，B錯誤；無氧呼吸過程中丙酮酸轉化為乳酸的場所為細胞質基質，C正確；癌細胞主要進行無氧呼吸，其產生NADH的過程僅發生在第一階段，因此消耗等量的葡萄糖，癌細胞呼吸作用產生的NADH比正常細胞少，D正確。]
3．(2020·北京等級考適應性測試)研究發現，在線粒體內膜兩側存在H＋濃度差。H＋順濃度梯度經ATP合成酶轉移至線粒體基質的同時，驅動ATP的合成(如圖)。根據圖示得出的下列結論中，錯誤的是(　　)
A．ATP合成酶中存在跨膜的H＋通道
B．H＋可直接穿過內膜磷脂雙分子層
C．此過程發生在有氧呼吸第三階段
D．線粒體的內、外膜功能存在差異
B　[從圖看出ATP合成酶中存在跨膜的H＋通道，A項正確；H＋沒有直接穿過內膜磷脂雙分子層，B項錯誤；線粒體內膜上發生的是有氧呼吸第三階段，C項正確；線粒體的內膜上進行有氧呼吸第三階段，線粒體的外膜上不進行有氧呼吸第三階段，D項正確。]
4．(2020·全國卷Ⅰ)種子貯藏中需要控制呼吸作用以減少有機物的消耗。若作物種子呼吸作用所利用的物質是淀粉分解產生的葡萄糖，下列關于種子呼吸作用的敘述，錯誤的是(　　)
A．若產生的CO2與乙醇的分子數相等，則細胞只進行無氧呼吸
B．若細胞只進行有氧呼吸，則吸收O2的分子數與釋放CO2的相等
C．若細胞只進行無氧呼吸且產物是乳酸，則無O2吸收也無CO2釋放
D．若細胞同時進行有氧和無氧呼吸，則吸收O2的分子數比釋放CO2的多
D　[在反應底物是葡萄糖的情況下，細胞進行有氧呼吸和產生乙醇的無氧呼吸均可產生CO2，其中產生乙醇的無氧呼吸產生的CO2與乙醇的分子數相等，有氧呼吸不產生乙醇，因而若產生的CO2與乙醇的分子數相等，說明細胞只進行無氧呼吸，A項正確；根據有氧呼吸反應式，在反應底物是葡萄糖的情況下，若細胞只進行有氧呼吸，則吸收O2的分子數和釋放CO2的分子數相等，B項正確；根據無氧呼吸反應式，在反應底物是葡萄糖的情況下，若細胞無氧呼吸產物是乳酸，則不需要消耗O2也不產生CO2，C項正確；有氧呼吸中，吸收O2的分子數和釋放CO2的分子數相等，而無氧呼吸不消耗O2，但可能產生CO2，若細胞同時進行有氧呼吸和無氧呼吸，則吸收O2的分子數比釋放CO2的分子數少或兩者的數目相等，D項錯誤。]
5．(2019·全國卷Ⅱ)馬鈴薯塊莖儲藏不當會出現酸味，這種現象與馬鈴薯塊莖細胞的無氧呼吸有關。下列敘述正確的是(　　)
A．馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸的產物是乳酸和葡萄糖
B．馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸產生的乳酸是由丙酮酸轉化而來
C．馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸產生丙酮酸的過程不能生成ATP
D．馬鈴薯塊莖儲藏庫中氧氣濃度的升高會增加酸味的產生
B　[在馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸的第一階段，葡萄糖分解成丙酮酸，第二階段在相應酶的催化下，丙酮酸轉化為乳酸，B選項正確；馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸的產物是乳酸，葡萄糖是細胞呼吸的原料而不是產物，A選項錯誤；在馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸的第一階段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并且釋放出少量能量，C選項錯誤；一般來說，氧氣濃度的升高會抑制細胞的無氧呼吸，故馬鈴薯塊莖儲藏庫中氧氣濃度的升高不會增加酸味的產生，D選項錯誤。]
6．(2021·重慶選擇性考試適應性測試)如圖為某運動員劇烈運動時，肌肉收縮過程中部分能量代謝的示意圖。
據圖回答下列問題：
(1)由圖可知，肌肉收縮最初的能量來自細胞中的____________，該物質的產生部位有________________。
(2)圖中曲線B代表的細胞呼吸類型是________，判斷依據是____________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________，
該反應產物是________。
(3)足球運動員為提高運動能力，通常進行3到4周的高原訓練，這種訓練方式主要提高C的能力，原因是_______________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)肌肉收縮最初的能量應來自細胞中的存量ATP直接水解提供能量，人體細胞中ATP的產生部位有細胞質基質和線粒體。(2)據圖分析，曲線A是(存量ATP)的含量變化，是細胞中的直接能源物質，肌肉收縮所需的能量直接由其提供，曲線B代表的過程可在較短時間內提供能量，是在呼吸的第一階段產生的能量，但隨著運動時間的延長無法持續提供能量，說明這不是人體主要的呼吸類型，應是無氧呼吸，人體內無氧呼吸的產物是乳酸，曲線C是可以持續為人體提供穩定能量供應的呼吸方式，有氧呼吸。(3)運動員為提高運動能力，進行的高原訓練，為的是提高血液中紅細胞的含量，從而提高血液的運氧能力，使機體的有氧呼吸功能增加，有助于提高運動員的運動能力。
[答案]　(1)(存量)ATP　細胞質基質和線粒體　(2)無氧呼吸　該過程可在較短時間內提供能量，是在呼吸的第一階段產生的能量，但隨著運動時間的延長無法持續提供能量，說明這不是人體主要的呼吸類型　乳酸　(3)高原環境下空氣中的O2含量低，人體內會通過增殖分化更多的紅細胞，提高血液的運氧能力，使機體的有氧呼吸功能增加，有助于提高運動員的運動能力
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