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第二单元 细胞的代谢 细胞呼吸 讲义
【考点梳理】
典例1
下列关于有氧呼吸和无氧呼吸的叙述，错误的是( )
A.单位时间放能多的细胞主要进行有氧呼吸
B.人剧烈运动时，产生CO2的场所只有线粒体
C.与燃烧相比，有氧呼吸可保证有机物中的能量得到更充分的利用
D.有氧呼吸产生的[H]可来自丙酮酸，但无氧呼吸不能
答案：A
解析：A.由于呼吸方式受多种因素影响，不同细胞的线粒体数量可能不同，细胞的代谢类型未知，而且A项未明确氧气供应情况，因此无法判断。如：当氧气供应不足时，放能多的细胞可能以无氧呼吸为主，错误。B.人剧烈运动时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，其中无氧呼吸不产生CO2，产生的是乳酸，因此人剧烈运动时产生CO2的场所只有线粒体，正确。C.同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件进行的，有机物中的能量是经过一系列的化学反应逐步释放的，这种方式可保证有机物中的能量得到更充分的利用，正确。D.细胞呼吸中产生[H]的阶段为有氧呼吸和无氧呼吸的第一个阶段（少量）、有氧呼吸的第二个阶段（大量）。有氧呼吸过程中产生的[H]来自第一个阶段的葡萄糖、第二个阶段的丙酮酸和水，用于第三个阶段与O2结合生成水；无氧呼吸产生的[H]来自第一个阶段的葡萄糖，用于第二个阶段还原丙酮酸并生成乳酸或酒精和CO2，正确。
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细胞呼吸的原理
一、细胞呼吸的概念、本质和类型
1.概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。
2.本质：氧化分解有机物释放能量。
3.类型：细胞呼吸根据是否需要氧气参与可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型，其中，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。
4.意义：为生物体的生命活动提供能量，为体内其他化合物的合成提供原料。
二、线粒体的结构
三、有氧呼吸
1.概念：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
。
3.过程
第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、 ATP CO2、[H]、 ATP H2O、ATP
能量 少量能量 少量能量 大量能量
4.与有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐渐释放的；少部分能量储存在ATP之中，大多数能量以热能的形式散失。
四、无氧呼吸
1.概念：细胞在无氧条件下，经过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生酒精和CO2或乳酸等，释放能量，生成少量ATP的过程。
2.场所：全过程是在细胞质基质中发生的。
3.过程：
第一阶段
第二阶段 产物 酒精和CO2 大多数植物、酵母菌等
乳酸 高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
例题练习
1.细胞内可能发生如图所示的生理过程，下列说法正确的是( )
A.③过程的三个阶段产生的[H]最终与氧气反应生成水
B.马铃薯块茎既能进行③过程，也能进行①过程
C.产生相同能量时，③过程消耗的葡萄糖的量高于①或②过程
D.真核细胞内③过程的第二阶段在线粒体内膜上完成
答案：B
解析：图中③表示有氧呼吸过程，该过程中第一和第二阶段产生[H]，第三阶段[H]与O2结合生成水，A错误；图中①为产生乳酸的无氧呼吸过程，马铃薯块茎既能进行有氧呼吸也能进行产生乳酸的无氧呼吸，B正确；①、②过程分别为产生乳酸和酒精的无氧呼吸过程，因无氧呼吸过程中释放的能量少，故产生相同能量时，③过程消耗的葡萄糖的量低于①或②过程，C错误；真核细胞有氧呼吸的第二阶段在线粒体基质中进行，D错误。
（多选题）2.在无氧条件下，丙酮酸在丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶的作用下形成乙醇和CO2，或在乳酸脱氢酶的作用下形成乳酸。玉米幼苗的根部在完全浸水情况下同时产生乙醇和乳酸。下列相关叙述正确的是( )
A.玉米根细胞进行生命活动所需的ATP主要由有氧呼吸产生
B.具有细胞结构的生物都只有上述三种酶中的一种
C.外界环境的变化可以影响玉米细胞中某些基因的表达
D.无氧呼吸释放的能量大部分用于ATP的合成
答案：AC
解析：玉米根细胞进行生命活动所需的ATP主要通过有氧呼吸产生，A正确；从题干信息分析，玉米幼苗根部细胞完全浸水的情况下能同时产生乙醇和乳酸，说明玉米根细胞中同时存在丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶，外界环境可影响基因的表达，B错误、C正确；无氧呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，D错误。
典例2
甲、乙两组同学拟用下面装置探究细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量，为此展开了如下讨论。你认为其中最不合理的观点是( )
A.图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧气作为自变量而不是是否充气
B.若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块
C.图中C若是溴麝香草酚蓝水溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量
D.若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明在两种条件下底物的消耗量相等
答案：D
解析：本题主要考查细胞呼吸的相关实验。依题意可知：该实验的自变量是O2的有无，因变量是CO2的产生量，应排除所充气体中含有的CO2对实验结果的干扰，所以图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧气作为自变量而不是是否充气，A正确；本题探究的是细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量，自变量是氧气的有无，酵母菌的数量为无关变量，应保持不变，但其在不同条件下繁殖速度不同，数量会发生改变，从而影响实验，因此可换成苹果小块，苹果细胞与酵母细胞无氧呼吸的产物相同，都是酒精和CO2，B正确；CO2可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，因此可用变色所用的时间比较CO2的产生量，C正确；在有氧呼吸的过程中，每消耗1mol的葡萄糖会产生6molCO2，在无氧呼吸过程中，每消耗1mol的葡萄糖，会产生2molCO2，若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明无氧条件下底物的消耗量多于有氧条件下底物的消耗量，D错误。
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探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、实验原理
（1）酵母菌的代谢类型：在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
（2）细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。
二、实验装置
①甲装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2。
②乙装置中，B瓶应封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是让酵母菌消耗尽瓶中的O2。
（2）检测酒精的产生：自A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为12的两支试管中→分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
三、产物的检测
产物 检测试剂 实验现象（颜色变化）
CO2 澄清的石灰水 变混浊
溴麝香草酚蓝水溶液 由蓝变绿再变黄
酒精 在酸性条件下，使用橙色的重铬酸钾 橙色→灰绿色
四、实验结论
（1）酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
（2）在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。
（3）在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
五、实验注意事项
①配制培养液时，葡萄糖溶液要先煮沸后冷却到常温，再加入酵母菌，一方面可以灭菌，另一方面可以让无氧条件下的实验组去除培养液中的氧气。
②有氧条件下的实验组必须通入空气，但通入的空气必须先用NaOH溶液处理，目的是吸收CO2，从而排除空气中CO2的干扰。
3无氧条件下的实验组必须先封口放置一段时间，再连接澄清石灰水，目的是将空气中的氧气消耗完，确保产物中的CO2来自无氧呼吸。
4.澄清石灰水变混浊不能证明酵母菌的呼吸方式，因为酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
例题练习
1.为探究酵母菌的细胞呼吸，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入A~F试管中，加入不同的物质，进行了如下实验（见下表）。
细胞质基质 线粒体 酵母菌
A B C D E F
葡萄糖 – + – + + +
丙酮酸 + – + – – –
氧气 + – + – + –
注：“+”表示加入了适量的相关物质，“–”表示未加入相关物质
下列说法正确的是( )
A.会产生酒精的试管是B、D、F
B.会产生CO2和H2O的试管只有C
C.A试管中会有CO2产生
D.根据试管B、D、F的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所
答案：D
解析：由表格可知，A试管中无线粒体不能进行有氧呼吸，而且存在氧气，无氧呼吸受到抑制，因此不能进行呼吸作用；B试管中细胞质基质利用葡萄糖在无氧气的条件下进行无氧呼吸，能够产生酒精和CO2；C试管中线粒体利用丙酮酸在有氧气的条件下进行有氧呼吸的第二、三阶段，能产生H2O和CO2；D试管中线粒体不能利用葡萄糖，不能进行有氧呼吸；E试管中酵母菌利用葡萄糖在有氧气的条件下进行有氧呼吸，产生H2O和CO2；F试管中酵母菌在无氧气的条件下利用葡萄糖进行无氧呼吸产生酒精和CO2。综上分析可知，会产生酒精的试管是B、F，A错误；会产生CO2和H2O的试管有C、E，B错误；A试管中没有反应发生，不会有CO2产生，C错误；B、D、F均处于无氧条件下，B、 F有细胞质基质可以进行无氧呼吸，D无细胞质基质不能进行无氧呼吸，根据试管B、D、F的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所，D正确。
（多选题）2.某小组欲探究酵母菌在有氧、无氧条件下是否均能产生CO2，提供的实验装置如图所示，且每套装置均有若干个。下列相关叙述错误的是( )
A.有氧条件下所选的装置连接顺序为④①②
B.该实验的检测指标为澄清石灰水是否变混浊
C.无氧条件下所选的装置连接顺序为④②
D.还可用酸性重铬酸钾溶液作本实验的检验试剂
答案：AD
解析：有氧条件下，空气中的CO2会对实验有干扰，可通过装置③中的NaOH溶液来吸收空气中的CO2，装置①中的长管是空气进入的通道，短管是CO2进入装置②的通道，故有氧条件下的装置顺序可以是③①②，A错误；该实验的目的是探究酵母菌在有氧、无氧条件下是否都能产生CO2，而CO2可以使澄清石灰水变混浊，故观测指标为澄清石灰水是否变混浊，B正确；装置④中的玻璃管是CO2进入装置②的通道，故无氧条件下的装置顺序是④②，C正确；本实验的CO2还可以用溴麝香草酚蓝溶液来检验，而酸性重铬酸钾溶液是用来检测酒精的，D错误。
典例3
下列有关生物学知识在农业生产中应用的叙述，正确的是( )
A.储藏粮食、蔬菜和水果均需要无氧、低温的环境
B.当叶肉细胞的光合作用大于其呼吸作用时，植株能生长
C.只要环境中存在CO2，植物就能正常进行光合作用
D.中耕松土有利于植物根细胞吸收矿质元素
答案：D
解析：储藏粮食需要低温、低氧、干燥的环境；储存蔬菜、水果需要低温、低氧、适宜湿度的环境，A错误。当叶肉细胞的光合作用大于整个植株的呼吸作用时，植株才能生长，B错误。CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能正常进行光合作用，C错误。中耕松土可增加土壤的通气性，促进植物根部的呼吸作用，有利于根细胞吸收矿质元素，D正确。
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细胞呼吸原理的应用
类型 应用 原理
有氧呼吸 粮食储藏 低温、低氧、干燥抑制细胞呼吸，减少有机物消耗
土壤松土 利用根的有氧呼吸（产生大量能量），促进无机盐的吸收
稻田定期排水 促进水稻根细胞有氧呼吸，同时避免根无氧呼吸产生的大量酒精对细胞产生毒害作用，使其腐烂
酿醋、味精生产 醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌在通气条件下进行有氧呼吸，产生醋酸或谷氨酸
提倡慢跑等有氧运动 防止无氧呼吸产生过多乳酸使肌肉酸胀乏力
无氧呼吸 酿酒 酵母菌无氧呼吸，产生酒精
制作酸奶、泡菜 乳酸菌无氧呼吸，产生乳酸
用透气纱布或“创可贴”包扎伤口 增加氧气透入量，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口的愈合
例题练习
1.下列有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是( )
A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B.农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长
C.油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D.柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用
答案：B
解析：本题考查细胞呼吸原理应用的有关知识。
选项 正误 原因
A √ 南方稻区早稻浸种后催芽过程中，“常用40 ℃左右温水淋种”可以为种子的呼吸作用提供水分和适宜的温度，“时常翻种”可以为种子的呼吸作用提供氧气
B × 无氧条件下农作物进行无氧呼吸，消耗有机物多于低氧条件，因此低氧才能明显降低种子的细胞呼吸
C √ 油料作物种子中含有大量脂肪，脂肪中C、H含量高，O含量低，油料作物种子萌发时呼吸作用需要大量氧气，因此，油料作物种子播种时宜浅播
D √ 柑橘在塑料袋中密封保存使水分散失减少，氧气浓度降低，从而降低了呼吸速率，低氧、一定湿度是新鲜水果保存的适宜条件
（多选题）2.某果农将广柑储藏于密闭的土窑中，储藏时间可以达到4~5个月;某地利用大窑套小窑的办法，可使黄瓜储存期达到3个月。上述方法在生物学中称为“自体保藏法”。下列关于“自体保藏法”的分析正确的是( )
A.“自体保藏法”是一种简便的果蔬储藏法，但其易受外界环境的影响
B.“自体保藏法”的原理是利用果蔬呼吸释放的CO2抑制自身的呼吸作用
C.在密闭的环境中，CO2浓度越高，储藏效果越好
D.在“自体保藏法”中如能将温度控制在1℃~5℃，储藏时间会更长
答案：ABD
解析：“自体保藏法”的原理是利用密闭环境中果蔬自身细胞呼吸产生的CO2抑制果蔬细胞呼吸，以减少有机物的消耗，利于果蔬保藏，但其易受外界环境的影响，A、B正确；在密闭的环境中，CO2浓度越高，有氧呼吸被抑制的越彻底，但无氧呼吸强度会增大，无氧呼吸消耗的有机物增多，并且无氧呼吸的产物——酒精还会伤害植物细胞，C错误；果蔬保藏需零上低温，所以在“自体保藏法”中如能将温度控制在1℃~5℃，储藏时间会更长，D正确。
【要点突破】
一、有氧呼吸和无氧呼吸的比较
1.细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
项目 来源 去向
[H] 有氧呼吸：C6H12O6和H2O 无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与O2结合生成H2O 无氧呼吸：还原丙酮酸
ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生 无氧呼吸：只在第一个阶段产生 几乎用于各项生命活动
2.真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 场所 第一个阶段在细胞质基质中，第二和第三个阶段在线粒体中 细胞质基质
条件 需要O2、酶和适宜的温度 不需要O2，需要酶和适宜的温度
产物 产生CO2、H2O 产生酒精和CO2或乳酸
能量 有机物中的化学能：ATP中的化学能；热能； 有机物中的化学能：ATP中的化学能；热能；不彻底氧化产物中的化学能；
特点 有机物彻底氧化分解，能量完全释放 有机物没有彻底氧化分解，能量没有完全释放
相 同 点 联系 第一个阶段相同，即葡萄糖分解为丙酮酸和[H]的阶段完全相同
实质 分解有机物，释放能量，合成ATP
意义 ①为生物体的各项生命活动提供能量 ②为生物体内其他化合物的合成提供原料 ③维持恒温动物的体温
二、判断细胞呼吸类型的方法
1.根据反应物和产物判断
（1）消耗O2或产物中有H2O，一定存在有氧呼吸。
（2）产物中有酒精或乳酸，一定有无氧呼吸。
（3）无CO2释放，一定为乳酸的无氧呼吸。
2.根据反应场所进行判断
（1）真核细胞
只在细胞质基质中进行：无氧呼吸
有线粒体参与：存在有氧呼吸
（2）原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的细胞呼吸在细胞质和细胞膜上进行。
（3）根据物质的量的关系判断
①依据O2的吸收量和CO2的释放量判断（活细胞）
O2消耗量＝CO2产生量：细胞只进行有氧呼吸。
消耗O2量<产生CO2量：两类呼吸并存，差值为无氧呼吸量。
消耗O2量>产生CO2量：呼吸底物可能为脂质。
不消耗O2，但产生CO2：细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。
无CO2释放：细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。
②依据酒精和CO2的生成量判断
酒精量＝CO2的量：细胞只进行无氧呼吸。
酒精量三、影响细胞呼吸的因素
1.温度
原理：温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
2.O2浓度
（1）曲线变化分析
①当O2浓度为0时，只进行无氧呼吸；
②0③当O2浓度达到5%时，释放CO2最少，细胞呼吸强度最弱，是种子、果蔬储存的最佳O2浓度；
④当O2浓度达到一定值（10%）后，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸；
⑤随O2浓度进一步增大，有氧呼吸先增强后基本不变（受呼吸酶数量等因素的影响）。
3.CO2浓度
原理：CO2是细胞呼吸的产物，随着CO2浓度的增大，对细胞呼吸抑制作用增强。
4.水
原理：在一定范围内，细胞呼吸速率随细胞内水的含量的增加而增大。当含水量超过一定的范围时，细胞呼吸会受到抑制，甚至造成植物死亡。
易错辨析
1.不要认为有氧呼吸的全过程都消耗O2
有氧呼吸的第一、二阶段不消耗O2，只有第三阶段消耗O2。
2.不要认为有氧呼吸的场所只有线粒体，线粒体是进行有氧呼吸的主要场所
①原核生物有氧呼吸的场所是细胞质和细胞膜；
②真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。
3.不要认为无氧呼吸的产物一定有CO2
呼吸作用中有H2O生成的一定是有氧呼吸，有CO2生成的不一定是有氧呼吸，但对人体而言，有CO2，生成的一定是有氧呼吸，因为人体细胞无氧呼吸的产物为乳酸。
4.参与细胞呼吸的底物可以使糖类、脂肪、蛋白质等有机物，不只是葡萄糖。

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