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第8讲　ATP与细胞呼吸
课程内容 核心素养——提考能
1.解释ATP在能量代谢中的作用。2.说明细胞呼吸，探讨其原理及应用。3.探究酵母菌的呼吸方式。 生命观念 通过分析ATP的结构和功能，细胞呼吸类型和过程，形成生命的物质与能量观。
科学思维 通过对细胞呼吸方式的判断及影响细胞呼吸因素的分析，形成科学推理与合理判断的能力。
科学探究 通过“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验，掌握实验探究的方法与技能。
考点一　ATP的结构与功能
1.ATP的化学组成和结构特点
2.ATP和ADP的相互转化
(1)转化基础
ATP的化学性质不稳定，远离腺苷(A)的高能磷酸键容易断裂和重建，高能磷酸键水解时可释放30.54 kJ/mol的能量。
(2)ATP和ADP的相互转化过程比较
3.ATP产生量与O2供给量的关系分析
4.不同能源与能源物质的归纳
据图分析ATP的结构和特点
(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”？
提示　图示a处应为“—OH”，因为该五碳糖为“核糖”。
(2)图示b、c、d所示化学键是否相同？其中最易断裂和重建的是哪一个？
提示　图示b为普通磷酸键，c、d则为高能磷酸键，其中d处的键最易断裂和重建。
(3)图示框e的名称是什么？它与DNA、RNA有何关系？
提示　图示框e为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一，当发生逆转录时，它可与DNA链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对。
教材高考
1.真题重组　判断正误
(1)ATP能在神经元线粒体的内膜上产生(2016·全国Ⅰ，T4A)(　　)
(2)DNA与ATP中所含元素的种类相同(2015·全国Ⅰ，T1A)(　　)
(3)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量(2017·海南卷，T10D)(　　)
(4)含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一(2016·海南卷，T11A)(　　)
提示　(1)√　(2)√
(3)×　水在叶绿体中分解产生氧气需要叶绿色吸收光能完成，不需要ATP提供能量。
(4)×　ATP水解掉两个高能磷酸键形成的AMP是RNA的基本组成单位之一。
2.深挖教材
(1)观察教材P88“相关信息”中ATP结构和教材P66“思考与讨论”中磷脂分子结构，假如将二者彻底水解其产物分别是什么？
提示　1个ATP分子彻底水解形成1个核糖分子、1个腺嘌呤和3个磷酸基团；1个磷脂分子彻底水解形成2个脂肪酸分子，一个甘油分子，一个磷酸基团和一个含氮化合物。
(2)读教材P89说出ATP与萤火虫发光之间存在怎样的关系？
提示　荧光素接受ATP提供的能量被激活，在荧光素酶的作用下与氧发生反应，形成氧化荧光素并发出荧光。
　围绕ATP的结构与功能考查生命观念
1.(2018·4月浙江选考)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B.ATP ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D.ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
解析　本题考查的是ATP的化学组成和特点及ATP在能量代谢中的作用。光反应和细胞呼吸都可以产生ATP，A错误；ATP在细胞内含量少，易再生，ATP ADP循环不会使得细胞储存大量的ATP，B错误；ATP水解形成ADP和磷酸基团，同时释放能量，C正确；ATP中2个高能磷酸键比较不稳定，易断裂水解，D错误。
答案　C
2.(2014·全国，2)ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关ATP的叙述，错误的是(　　)
A.线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用
B.机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATP
C.在有氧与缺氧的条件下，细胞质基质中都能形成ATP
D.植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于呼吸作用
解析　细胞核无法进行细胞呼吸，细胞核需要的ATP主要由线粒体提供，A正确；ATP是生命活动直接的能源物质，机体无时无刻不在消耗ATP，睡眠时生命活动并没停止，也需要消耗能量，B错误；有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都发生在细胞质基质中有ATP形成，C正确；根细胞主要通过主动运输的形式吸收矿质元素离子，其消耗的能量主要是由细胞呼吸产生的ATP提供，D正确。
答案　B
　结合创新实验，考查生命观念和科学探究能力
3.(2019·北京海淀区模拟)ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动提供能量。科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如图所示。请回答问题：
(1)物质a为　　　　，其在供能时，远离腺苷的　　　　断裂，将能量释放出来。
(2)科学家利用人工体系模拟了ATP合成时的能量转换过程。在叶绿体中此过程发生的场所为　　　　。
(3)科学家利用人工体系进行了相关实验，如表所示。
组别 人工体系 H＋是否通过Ⅰ进行转运 H＋是否通过Ⅱ进行转运 是否产生ATP
大豆磷脂构成的囊泡 Ⅰ Ⅱ
1 ＋ ＋ ＋ 是 是 产生
2 ＋ － ＋ 否 否 不产生
3 ＋ ＋ － 是 否 不产生
注：“＋”“－”分别表示人工体系中组分的“有”“无”。
①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H＋进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)囊泡外的。
②比较第1组和第3组的结果可知，伴随图中的　　　　　　　　的过程，ADP和Pi合成ATP。
解析　(1)分析图示可知物质a为ATP，ATP作为供能物质，在供能时远离腺苷的高能磷酸键断裂，释放出大量的能量。(2)此过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上。(3)①第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度高于囊泡外的H＋浓度。②结合图示比较第1组和第3组的结果可知，伴随H＋通过Ⅱ向囊泡外转运的过程，ADP和Pi合成ATP。
答案　(1)ATP　高能磷酸键　(2)类囊体薄膜　(3)①高于　②H＋通过Ⅱ向囊泡外转运
考点二　细胞呼吸的过程及影响因素
1.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，释放出能量并生成ATP的过程。
2.有氧呼吸
(1)概念：是指细胞在氧的参与下，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。
(2)过程
(3)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)
(4)放能： 1 mol葡萄糖释放的能量中有1 161 kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。
(5)与有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐步释放的；一部分能量储存在ATP中。
3.无氧呼吸
(1)场所：全过程是在细胞质基质中发生的。
(2)过程：
第一阶段 葡萄糖→丙酮酸、[H]和少量能量
第二阶段 乙醇发酵 丙酮酸→酒精＋CO2 植物、苹果果实、酵母菌等
乳酸发酵 丙酮酸→乳酸 高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
(3)分别写出无氧呼吸两种形式的总反应式：
产生乳酸：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量
产生酒精：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量
(4)放能：1 mol葡萄糖释放196.65 kJ(生成乳酸)或225.94 kJ(生成酒精)的能量，其中均有61.08 kJ左右转移至ATP中。
4.细胞呼吸的应用原理和实例[连线]
1.细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路的比较
来源 去路
[H] 有氧呼吸：C6H12O6和H2O；无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与O2结合生成水；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：只在第一阶段产生 用于各项生命活动
2.判断细胞呼吸方式的三大依据
3.用曲线模型分析影响细胞呼吸的环境因素
(1)图中各点表示的生物学意义：
Q点：不耗O2，产生CO2 只进行无氧呼吸；P点：耗O2量＝产生CO2量 只进行有氧呼吸；
QP段(不包含Q、P点)：产生CO2量大于耗O2量 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸；R点：产生CO2量最少 组织细胞呼吸作用最弱。
(2)在保存蔬菜、水果时，应选择R点对应的O2浓度。
(3)AB段长度＝BC段长度，说明此时有氧呼吸与无氧呼吸释放CO2量相等，则此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量应为无氧呼吸消耗葡萄糖量的1/3。
(4)图2中，温度对细胞呼吸的影响是通过影响与细胞呼吸有关酶的活性实现的，因此在贮藏种子、水果、蔬菜时应选取零上低温。
(5)从图3可看出，细胞呼吸速率与自由水含量有关，在储存作物种子时应将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。
干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如下图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是什么？
提示　酒精、水和CO2。
(2)若种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是什么？
提示　种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括什么？
提示　适宜的光照，CO2和无机盐。
教材高考
1.真题重组　判断正误
(1)与风干前相比，风干种子中细胞呼吸作用的强度高(2018·全国卷Ⅱ，4C)(　　)
(2)与风干前相比，风干种子中有机物的消耗减慢(2018·全国卷Ⅱ，4A)(　　)
(3)在制作果酒的实验中，将葡萄汁液装满整个发酵装置(2018·北京卷，4A)(　　)
(4)破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧环境中(2013·课标卷Ⅱ，3C)(　　)
提示　(1)×　风干种子中细胞呼吸强度较弱
(2)√ (3)×　酵母菌是异养兼性厌氧型菌，制作果酒利用的是酵母菌无氧呼吸产生酒精，但初期酵母菌需通过有氧呼吸进行大量繁殖，故葡萄汁装入发酵瓶时，需留有大约1/3的空间。
(4)×　破伤风芽孢杆菌为厌氧菌适宜生活在无氧环境中。
2.深挖教材
(1)(教材必修1 P93)肌质体是怎样组成的？有什么意义？
提示　是肌细胞内由大量变形的线粒体组成的，有利于肌细胞的能量供应。
(2)(教材必修1 P94：“相关信息”)细胞呼吸产生的[H]指的是什么？
提示　是由氧化型辅酶Ⅰ(NAD＋)转化成还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
(3)(教材必修1 P94)无氧呼吸两个阶段都释放能量吗？
提示　只有第一阶段释放能量。
　围绕细胞呼吸的过程及特点的分析考查科学思维
1.(2017·海南卷，7)下列有关植物细胞呼吸作用的叙述，正确的是(　　)
A.分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B.若细胞既不吸收O2也不放出CO2，说明细胞已停止无氧呼吸
C.适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗
D.利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数不同
解析　分生组织细胞比成熟细胞的代谢旺盛、消耗能量多，所以呼吸速率也更大，A错误；如果细胞进行的无氧呼吸是产生乳酸的方式，则细胞既不吸收O2也不放出CO2，B错误；低氧环境下储存果实，既有效地抑制无氧呼吸，同时有氧呼吸也非常弱，所以消耗的有机物相对最少，C正确；细胞利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数相同，D错误。
答案　C
2.(2019·北京海淀模拟)下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量的变化结果。相关说法正确的是(　　)
甲 乙 丙
CO2释放量 12 8 10
O2吸收量 0 6 10
A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸
B.在乙条件下消耗的葡萄糖中有氧呼吸比无氧呼吸多
C.在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值
D.在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体
解析　甲条件下只释放CO2，不吸收O2，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸；乙条件下消耗O2的量为6，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，无氧呼吸产生CO2的量为8－6＝2，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，消耗的葡萄糖中有氧呼吸和无氧呼吸相等；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度是否达到了最大值；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体。
答案　D
INCLUDEPICTURE"技法点拨.tif" INCLUDEPICTURE "F:\\课件 勿动\\2020版 选考总复习 学生用书 生物（四省市）（鲁津京琼）\\技法点拨.tif" \* MERGEFORMATINET
呼吸作用中各物质之间的比例关系(以葡萄糖为底物的细胞呼吸)
(1)有氧呼吸：葡萄糖∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
(2)无氧呼吸：葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或葡萄糖∶乳酸＝1∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。　　　
　结合围绕影响细胞呼吸的外界因素及应用考查科学思维与社会责任
3.(2018·11月浙江选考改编)温度对某植物细胞呼吸速率影响的示意图如下。下列叙述正确的是(　　)
A.A～B段，温度升高促进了线粒体内的糖酵解过程(细胞呼吸的第一阶段)
B.B～C段，与细胞呼吸有关的酶发生热变性的速率加快
C.B点时，氧与葡萄糖中的碳结合生成的二氧化碳最多
D.C点时，细胞呼吸产生的绝大部分能量贮存在ATP中
解析　糖酵解过程(细胞呼吸的第一阶段)发生于细胞溶胶(细胞质基质)，A错误；超过最适温度之后，随温度升高，酶发生热变性的速率加快，B正确；氧不是与葡萄糖中的碳结合生成二氧化碳，而是在电子传递链(有氧呼吸的第三阶段)的末端与NADH结合生成水，C错误；C点时，细胞呼吸产生的绝大部分能量以热能形式散失，D错误。
答案　B
4.(2019·北京东城模拟)呼吸熵(RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量)可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。如图是酵母菌氧化分解葡萄糖过程中氧分压与呼吸熵的关系。以下叙述中，正确的是(　　)
A.呼吸熵越大，细胞有氧呼吸越强，无氧呼吸越弱
B.B点有氧呼吸的强度大于A点有氧呼吸的强度
C.为了减少有机物的损耗，最好将氧分压调至C点
D.C点以后，细胞呼吸强度不再随氧分压的变化而变化
解析　由题意可知呼吸熵越大，细胞无氧呼吸越强，有氧呼吸越弱，A错误；B点呼吸熵大于1，但比A点要低，B点的有氧呼吸强度要大于A点有氧呼吸的强度，B正确；C点时呼吸熵为1，说明完全进行有氧呼吸，为了减少有机物的损耗，应是在低氧条件下，C错误；C点后在一段范围内，细胞呼吸强度随氧分压增强而增强，但到一定程度后不再增加，D错误。
答案　B
考点三　实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验原理
2.实验步骤
(1)配制酵母菌培养液(酵母菌＋葡萄糖溶液)。
(2)检测CO2的产生，装置如图所示。
(3)检测酒精的产生：自B、D中各取2 mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
(4)实验现象：
条件 澄清石灰水的变化 1、2两试管的变化
甲组 变混浊快 无变化
乙组 变混浊慢 出现灰绿色
(5)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在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下产生酒精，还产生少量CO2。
(1)实验设计需遵循对照原则，此实验为何不设置对照组？
提示　此实验为对比实验，对比实验不设对照组，而是通过有氧和无氧条件下的两个实验组相互对照得出实验结论。
(2)实验所用的葡萄糖溶液为什么需煮沸？
提示　煮沸的主要目的是灭菌，排除其他微生物的呼吸作用对实验结果造成干扰。
INCLUDEPICTURE"归纳提炼.tif" INCLUDEPICTURE "F:\\课件 勿动\\2020版 选考总复习 学生用书 生物（四省市）（鲁津京琼）\\归纳提炼.tif" \* MERGEFORMATINET
1.教材中酵母菌呼吸方式探究实验
(1)实验中的变量
①自变量：是否有氧气。
②因变量：澄清的石灰水变混浊的程度，滴加酸性重铬酸钾溶液后的颜色变化等。
③无关变量：酵母菌以及培养液的用量、培养时间、温度等。
(2)此实验为对比实验，两组实验均为实验组。
(3)进行实验前必须检验装置的气密性，否则会因细胞呼吸产生的CO2不能全部通入澄清的石灰水中导致实验失败。
(4)乙组B瓶应封口放置一段时间，待瓶内的O2消耗完后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。
2.利用液滴移动法判断呼吸类型及测定呼吸速率
(1)呼吸类型的判断
①若甲红墨水滴左移，乙红墨水滴不动，则只进行有氧呼吸。
②若甲红墨水滴不动，乙红墨水滴右移，则只进行无氧呼吸。
③若甲红墨水滴左移，乙红墨水滴右移，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
(2)呼吸速率的测定
①图甲可以用来测定植物组织细胞呼吸速率。植物呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的红墨水滴左移。单位时间内红墨水滴左移的体积即表示呼吸速率。
②利用图甲测定植物组织呼吸速率时，注意以下三点：
ⅰ.若所放植物组织为绿色组织，整个装置必须遮光处理，否则植物组织的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
ⅱ.为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测材料进行消毒处理。
ⅲ.为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测定的生物材料灭活(将种子煮熟)，其他条件均不变。　　　
　结合探究酵母菌细胞呼吸的方式考查科学探究能力
1.(2019·山东实验中学模拟)为了探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。以下关于该实验的说法，错误的是(　　)
A.甲、乙两组实验探究的分别是酵母菌在有氧、无氧条件下的呼吸方式
B.加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
C.将橙色的重铬酸钾溶液滴入B瓶中变成灰绿色，证明有酒精产生
D.乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是耗尽B瓶中的O2以形成无氧环境
解析　甲组营造的是有氧环境，乙组营造的是无氧环境，A正确；甲组加入NaOH溶液的目的是吸收空气中的CO2，以排除空气中的CO2对实验结果的干扰，B正确；橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色，C错误；乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是耗尽B瓶中的O2以形成无氧环境，D正确。
答案　C
2.(2018·高考天津卷，5)为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中的O2和CO2相对含量变化见题图。有关分析错误的是(　　)
A.t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B.t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C.若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D.实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
解析　据图分析t1～t2时段，氧气的含量迅速下降，因此有氧呼吸速率不断下降，A正确；酵母菌在进行有氧呼吸时可大量增殖，t1时刻氧气消耗量大，产生能量多，酵母菌增殖产生的后代数目多，t3时刻氧气含量少，酵母菌主要进行无氧呼吸，而在消耗葡萄糖量相等的情况下，有氧呼吸会比无氧呼吸产生更多的CO2，据图分析，t3时刻酵母菌产生CO2的速率与t1时刻几乎一致，则说明t3时刻葡萄糖消耗的速率比t1时刻快，B正确；题中信息说明酵母菌在最适温度条件下进行培养，降低温度则酶的活性下降，氧气相对含量达到稳定所需时间延长，C错误；实验中由于氧气含量的下降，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酸性重铬酸钾溶液与酒精发生化学反应变成灰绿色，D正确。
答案　C
　借助实验拓展与创新考查科学探究能力
3.(2019·山东潍坊模拟)某小组同学利用如图所示装置探究酵母菌在不同温度下的发酵实验，取200 mL不同温度的无菌水分别倒入培养瓶，然后分别加入15 g葡萄糖及5 g干酵母，混匀后放在相应温度下水浴保温，实验进行20 min，观察到的实验现象如表所示。请回答下列问题：
组别 处理方法 实验现象
1 冰水(0 ℃) 没有气泡产生
2 凉水(10 ℃) 只能看到少量气泡
3 温水(30 ℃) 产生气泡，由慢到快，由少到多
4 热水(55 ℃) 始终没有气泡产生
(1)表格中的实验现象不同的根本原因是__________________________________，
从数据中分析　　　　(填“能”或“不能”)得到酵母菌发酵的最适温度。
(2)实验组3的装置中最初有色液滴未移动，15 min后有色液滴缓慢向　　　　(填“左”或“右”)移动，整个过程中细胞产生CO2的场所有___________________
_____________________________________________________________________。
(3)有的同学认为实验组1和实验组4现象虽然相同，但原理不同。老师建议他进行实验验证，请简要写出实验思路：______________________________________
_____________________________________________________________________。
若___________________________________________________________________，
则证明他的观点是正确的。
解析　(1)细胞呼吸是一系列的酶促反应，而酶的活性受温度和pH影响。分析表格中的实验现象，不同温度下气泡产生量和产生速率不同，其根本原因是温度影响了酵母菌细胞内呼吸相关酶的活性。从数据中分析不能得到酵母菌发酵的最适温度，只能说明在30 ℃条件下，酵母菌细胞呼吸强度较高。(2)实验组3的装置中最初酵母菌进行有氧呼吸，消耗的O2量与产生的CO2量相等，所以有色液滴未移动；15 min后，酵母菌开始进行无氧呼吸，酵母菌无氧呼吸不消耗O2，但产生了CO2，所以有色液滴缓慢向右移动，整个过程中细胞产生CO2的场所有线粒体基质和细胞质基质。(3)实验组1和实验组4都没有气泡产生，但原理不同。前者酵母菌细胞中呼吸相关酶的空间结构没有被破坏，只是酶的活性较低，当恢复到适宜温度时，酶活性还会恢复，而后者酵母菌细胞中呼吸相关酶已变性失活，当恢复到适宜温度时，酶活性也无法恢复。因此可采用如下实验思路进行验证：将实验组1和实验组4放在30 ℃水浴中保温，一段时间后，观察气泡产生情况。若实验组1产生气泡，实验组4仍然没有气泡产生，则证明该同学的观点是正确的。
答案　(1)温度影响了酵母菌细胞内呼吸相关酶的活性　不能　(2)右　线粒体基质和细胞质基质　(3)将实验组1和实验组4放在30 ℃水浴中保温，一段时间后，观察气泡产生情况　实验组1产生气泡，实验组4仍然没有气泡产生
澄清易错易混·强化科学思维
[易错易混]
易错点1　对ATP结构与功能认识不清
点拨　(1)ATP与ADP相互转化不可逆：ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
(2)ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量。
(3)不可误认为细胞中含有大量ATP，事实上，细胞中ATP含量很少，只是ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡。
(4)误认为ATP转化为ADP不消耗水：ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
易错点2　对有氧呼吸与无氧呼吸的条件、过程、场所分辨不清
点拨　(1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但部分原核生物无线粒体，也能进行有氧呼吸。
(2)无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸，如蛔虫、哺乳动物成熟的红细胞等。
(3)不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(4)细胞呼吸释放的能量，大部分以热能的形式散失，少部分以化学能的形式储存在ATP中。
(5)人体内产生的CO2只来自有氧呼吸，人体无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
(6)有氧呼吸三个阶段都产生ATP，无氧呼吸过程ATP只产自第一阶段，第二阶段不产生。
易错点3　对细胞呼吸原理应用认识不清
点拨　(1)O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不是最弱：此时无氧呼吸强度较大，因此储存蔬菜和水果时，并不是无氧环境最好。
(2)蔬菜、水果应在低温、低氧条件下储藏：低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温。
(3)种子储存时应保持干燥，而蔬菜、水果储存时应保持一定的湿度。
[深度纠错]
1.(针对易错点1)下列关于ATP的叙述，正确的是(　　)
A.ATP是细胞中的一种生物大分子物质
B.为满足对能量的需求，肌肉细胞中贮存着大量的ATP
C.所有生物的细胞合成ATP所需的能量都来自呼吸作用
D.细胞内ATP与ADP互相转化的能量供应机制，是生物界的共性
解析　ATP由1分子核糖、1分子含氮碱基和3分子磷酸组成，不是生物大分子，A错误；细胞中的ATP含量很少，但是转化很快，B错误；植物细胞中ATP合成需要的能量不仅可以来自于呼吸作用，还可以来自于光合作用，C错误；细胞内都存在ATP与ADP互相转化的能量供应机制，这是生物界的共性，D正确。
答案　D
2.(针对易错点2)下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是(　　)
A.无氧呼吸过程中葡萄糖的能量大部分以热能形式散失
B.无氧呼吸在第一第二阶段都能合成少量ATP
C.有氧呼吸的发生必须有线粒体的参与
D.细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ
解析　无氧呼吸过程中，葡萄糖的能量大部分储存在不彻底的氧化产物中，A错误；无氧呼吸第一阶段可以合成少量的ATP，但是第二阶段不产生ATP，B错误；有氧呼吸的发生不一定需要线粒体的参与，如好氧菌可以进行有氧呼吸，但是没有线粒体，C错误；细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，D正确。
答案　D
3.(针对易错点3)甲、乙两图均表示氧浓度对呼吸作用(底物为葡萄糖)的影响，下列相关叙述中正确的是(　　)
A.甲图中，氧浓度为a时只进行无氧呼吸，呼吸产物中有乳酸或酒精
B.甲图中，氧浓度为d时只进行有氧呼吸
C.乙图中，储存种子或水果时，A点对应的氧浓度最适宜
D.根据乙图可知，氧浓度较低时抑制有氧呼吸，氧浓度较高时促进有氧呼吸
解析　甲图中氧浓度为a时只释放CO2而不吸收O2，说明此时只进行无氧呼吸，无氧呼吸产物是酒精和CO2，A错误；当氧浓度为d时CO2释放量等于O2吸收量，说明此时只进行有氧呼吸，B正确；乙图中C点时有机物消耗量最少，C点对应的条件最适于储存种子或水果，C错误；氧气没有抑制有氧呼吸的作用，D错误。
答案　B
随堂·真题&预测
1.(2018·全国卷Ⅲ，5)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)
A.植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B.食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C.有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D.植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
解析　植物在黑暗中既可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸，A正确；食物链上某一营养级同化的能量大部分用于呼吸消耗，B正确；对于以糖类为底物的呼吸作用来说，有氧呼吸的产物是CO2和H2O，无氧呼吸的产物为乳酸或者酒精和CO2，C错误；植物光合作用的光反应阶段、有氧呼吸过程的第一、第二、第三阶段以及无氧呼吸第一阶段都可以合成ATP，D正确。
答案　C
2.(2020·选考预测)下列有关细胞呼吸的说法中，正确的是(　　)
A.检测O2吸收量和CO2释放量可判断乳酸菌的呼吸方式
B.细胞呼吸过程中产生的CO2的场所是线粒体基质
C.随着O2浓度的降低肌肉细胞中CO2的产生量将大于O2的消耗量
D.细胞中ATP/ADP的比值下降可促进细胞呼吸
解析　乳酸菌进行无氧呼吸的产物是乳酸，不消耗O2，也不产生CO2，所以不能通过检测O2吸收量和CO2释放量来判断乳酸菌的呼吸方式，A错误；细胞呼吸过程中产生CO2的场所是线粒体基质或者细胞质基质，B错误；肌肉细胞无氧呼吸只产生乳酸，不产生CO2，所以肌肉细胞中CO2的产生量始终等于O2的消耗量，C错误；细胞中ATP/ADP的比值下降，说明ATP的浓度降低，细胞内对能量的需求增加，可促进细胞呼吸，D正确。
答案　D
3.(2018·4月浙江选考)以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是(　　)
A.将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀
B.在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境
C.乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D.拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味
解析　本题考查的是乙醇发酵。将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀，目的是使酵母菌与底物充分接触，利于发生反应，A正确；在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，利于乙醇发酵，B错误；CO2可以使澄清的石灰水变浑浊，乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2，C正确；酵母菌厌氧呼吸的产物是乙醇和CO2，乙醇具有挥发性，拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到乙醇的气味，D正确。
答案　B
(时间：35分钟)
1.(2019·山东青岛模拟)下图是细胞呼吸过程，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表生理过程发生的场所，①至③代表生理过程，甲、乙代表物质。有关叙述正确的是(　　)
A.Ⅰ和Ⅱ都具有双层生物膜
B.甲、乙分别代表丙酮酸和[H]
C.①释能最多，③释能最少
D.Ⅲ位于线粒体基质中
解析　据图分析，Ⅰ表示细胞质基质，Ⅱ表示线粒体基质，Ⅲ表示线粒体内膜，A、D错误；甲表示丙酮酸，乙表示[H]，B正确；图示三个过程中，③释放的能量最多，C错误。
答案　B
2.(2019·山东淄博模拟)关于人体中的有氧呼吸和无氧呼吸的叙述，正确的是(　　)
A.都产生二氧化碳 B.均有水的消耗
C.产生的[H]去向不同 D.均有水的产生
解析　人体中的无氧呼吸产生乳酸，不产生二氧化碳，A错误；无氧呼吸过程不消耗水，也没有水的产生，B、D错误；有氧呼吸产生的[H]用于和氧的结合，无氧呼吸产生的[H]用于还原丙酮酸或其分解的产物，C正确。
答案　C
3.(2019·北京海淀模拟)下列有关探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述，正确的是(　　)
A.隔绝O2的一组为对照组，通入O2的一组为实验组
B.葡萄糖培养液煮沸的目的是杀灭微生物并去除培养液中的O2
C.可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测无氧呼吸的产物——酒精
D.可以通过是否产生CO2来判断酵母菌细胞呼吸的方式
解析　隔绝O 2和通入O2两组都是实验组，通过对两组实验结果的比较分析，来探究O2与酵母菌细胞呼吸方式的关系，属于对比实验，A错误；葡萄糖培养液煮沸的目的是杀灭微生物并去除培养液中的O2，B正确；CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测酵母菌培养液中CO2的产生情况，C错误；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，所以不能通过是否产生CO2来判断酵母菌细胞呼吸的方式，D错误。
答案　B
4.在一定条件下，某同学利用葡萄糖溶液培养酵母菌并探究酵母菌细胞的呼吸方式。在该实验中不会出现的现象是(　　)
A.在无氧条件下酵母菌才能进行增殖并代谢产生酒精
B.酒精与酸性重铬酸钾溶液混合后，溶液出现灰绿色
C.CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变为黄色
D.用葡萄糖溶液培养酵母菌时，培养液的温度发生变化
解析　酵母菌属于兼性厌氧型生物，有氧和无氧条件下，酵母菌都能进行增殖，A错误；酵母菌无氧呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色，B正确；酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，C正确；用葡萄糖溶液培养酵母菌时，酵母菌能进行有氧呼吸和无氧呼吸，都能释放出能量，使得培养液的温度发生变化，D正确。
答案　A
5.(2019·泰安模拟)下列有关细胞呼吸原理在生产中的应用，错误的是(　　)
A.粮食储藏前晒干，有利于降低细胞的呼吸速率
B.水培植物时经常换水，可防止根系酒精积累
C.阴雨天蔬菜大棚通风降温，有利于提高产量
D.乳酸菌发酵时通入氧气，可提高乳酸含量
解析　粮食晒干后，其自由水的含量降低，有利于降低细胞的呼吸速率，A正确；水培植物时经常换水，可防止根系缺氧进行无氧呼吸产生酒精，B正确；阴雨天蔬菜大棚通过通风降温，降低呼吸作用中有机物的消耗，从而提高产量，C正确；乳酸菌为厌氧型细菌，只能进行无氧呼吸，D错误。
答案　D
6.(2019·北京西城模拟)在野生型酵母菌线粒体内有氧呼吸相关酶作用下，显色剂TTC与[H]结合使酵母菌呈红色。呼吸缺陷型酵母菌由于缺乏有氧呼吸相关酶，TTC不能使其呈红色。下列叙述错误的是(　　)
A.TTC可用来鉴别野生型和呼吸缺陷型酵母菌
B.呼吸缺陷型酵母菌细胞呼吸不产生[H]
C.野生型酵母菌有氧呼吸时丙酮酸在线粒体基质中分解
D.有氧条件下野生型和呼吸缺陷型酵母菌细胞呼吸产物不同
解析　根据题意，显色剂TTC与[H]结合使酵母菌呈红色，呼吸缺陷型酵母菌由于缺乏有氧呼吸相关酶，TTC不能使其呈红色，所以TTC可用来鉴别野生型和呼吸缺陷型酵母菌，A正确；呼吸缺陷型酵母菌细胞由于缺乏有氧呼吸相关酶，可以进行无氧呼吸产生[H]，B错误；野生型酵母菌有氧呼吸时丙酮酸在线粒体基质中分解，C正确；有氧条件下野生型酵母菌进行有氧呼吸，但呼吸缺陷型酵母菌只能进行无氧呼吸，两者细胞呼吸产物不同，D正确。
答案　B
7.(2019·山东济南模拟)如图表示酸雨对大豆种子萌发时能量代谢影响的实验结果，请回答：
(1)该实验的目的是：___________________________________________________。
(2)种子中ATP含量属于该实验研究的　　　　变量。为了排除无关变量的干扰，各组种子的实验应在　　　　　　　　环境中进行。
(3)分析5～7天种子中ATP含量降低的原因：_______________________________。
(4)由图可知，酸雨可能通过　　　　　　　　阻碍大豆种子的萌发。
解析　(1)实验的自变量为不同pH的酸雨，因变量为ATP含量和呼吸速率，该实验的目的是探究不同pH的酸雨对大豆种子ATP含量和呼吸速率的影响。(2)种子中ATP含量属于该实验研究的因变量。实验的无关变量包括温度、氧气浓度、光照等，实验应在其他条件相同且适宜的黑暗环境中进行。(3)5～7天时种子代谢旺盛，细胞的分裂、分化需要消耗较多的ATP。(4)由图可知，酸雨pH越低，大豆种子ATP含量和呼吸速率越低，说明酸雨可能通过抑制种子呼吸速率，降低ATP含量来抑制种子萌发。
答案　(1)探究不同pH的酸雨对大豆种子ATP含量和呼吸速率的影响
(2)因　其他条件相同且适宜的黑暗
(3)ATP的消耗量增加
(4)抑制种子呼吸速率，降低ATP含量
8.(2019·北京海淀模拟)乳酸通常被认为是一种临时性代谢产物，无重要的生理功能。研究者利用同位素标记法对饲喂与禁食条件下的小鼠进行实验，探究人体细胞能量供应形式与代谢异常的关系。
(1)葡萄糖是在细胞质基质中分解为　　　　后，无氧条件下可分解为乳酸。研究人员通过静脉注射用同位素标记含有　　　　元素的食物，可追踪小鼠体内能源物质转化和利用的动态过程。
(2)对小鼠分别进行正常饲喂和禁食处理，测定血液中带标记的葡萄糖和乳酸的含量指标——“流通量(Flux)”如下图。该结果显示乳酸　　　　(填“是”或者“不是”)体内比葡萄糖更加重要的能量载体，判断的理由是_____________________
_____________________________________________________________________。
(3)为验证该推断，研究者对禁食后小鼠的肌肉、肾脏、肝脏、肺等脏器分别进行测量，若这些器官中的乳酸的流通量均　　　　，则上述推断成立。
解析　(1)在细胞质基质中，葡萄糖被分解为丙酮酸后，在无氧条件下，可分解为乳酸。研究人员通过静脉注射用同位素标记含有碳元素的食物，可追踪小鼠体内能源物质转化和利用的动态过程。
(2)根据矩形图可知，正常饲喂时乳酸流通量高于葡萄糖，禁食时乳酸流通量为葡萄糖的两倍以上，说明乳酸是体内比葡萄糖更加重要的能量载体
(3)对禁食后小鼠的肌肉、肾脏、肝脏、肺等脏器分别进行测量，若这些器官中的乳酸的流通量均高于葡萄糖的流通量，则说明乳酸是体内比葡萄糖更加重要的能量载体。
答案　(1)丙酮酸　碳
(2)是　正常饲喂时乳酸流通量高于葡萄糖，禁食时乳酸流通量为葡萄糖的两倍以上　高于葡萄糖的流通量
9.(2019·山东烟台模拟)呼吸熵是生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气在容积上的比例，用RQ表示。研究小组在实验中测得，某种子萌发时RQ＝m，下列有关说法合理的是(　　)
A.若m值小于1则该种子的呼吸类型一定为有氧呼吸和无氧呼吸并存
B.若m值小于1则该种子的呼吸过程中一定含有非糖物质氧化分解
C.若m值大于1则该种子的无氧呼吸强度一定大于有氧呼吸强度
D.若m值大于1则该种子的呼吸消耗非糖物质的量一定大于糖类
解析　m值小于1，说明氧气消耗量较多，则该种子的呼吸类型应为有氧呼吸，呼吸底物一定含有非糖物质如脂肪等，A错误，B正确；m值大于1，则该种子进行无氧呼吸和有氧呼吸，但不能确定无氧呼吸强度一定大于有氧呼吸强度，也不能确定该种子的呼吸消耗非糖物质的量一定大于糖类，C、D错误。
答案　B
10.有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如下图所示。据图中信息推断，正确的是(　　)
A.当氧浓度为a时，酵母菌不只进行无氧呼吸
B.当氧浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸方式有所不同
C.当氧浓度为c时，有2/5的葡萄糖用于酵母菌的无氧呼吸
D.a、b、c、d不同氧浓度下，细胞呼吸各阶段都能产生[H]和ATP
解析　分析曲线可知氧气浓度为a时，产生酒精的量与释放二氧化碳的量相等，说明酵母菌只进行无氧呼吸，不进行有氧呼吸，A错误；分析曲线可知氧气浓度为b时，产生二氧化碳的量多于产生的酒精量，此时酵母菌既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，氧气浓度为d时，不产生酒精，说明该点只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸，B正确；设氧气浓度为c时有氧呼吸消耗的葡萄糖是x，无氧呼吸消耗的葡萄糖为y，由曲线得出关系式：2y＝6、6x＋2y＝15，解得y＝3、x＝1.5，所以酒精发酵的葡萄糖占2/3，C错误；a、b、c、d不同氧浓度下，细胞都产生[H]和ATP，但是有氧呼吸第三阶段不能产生[H]，无氧呼吸的第二阶段不能产生[H]和ATP ，D错误。
答案　B
11.(2019·上海模拟)如图所示酵母菌呼吸作用与氧气浓度的关系。下列说法错误的是(　　)
A.B点为酵母菌呼吸作用最弱点
B.C点时酵母菌无氧呼吸释放的CO2量与有氧呼吸吸收的O2量相等
C.AC段表示酵母菌即进行无氧呼吸又进行有氧呼吸
D.阴影部分面积表示酵母菌无氧呼吸产生的CO2量
解析　由图可知，B点时酵母菌呼吸作用释放CO2最少，说明酵母菌此时总呼吸强度最弱，A正确；在C点之后，CO2释放量＝O2吸收量，此时酵母菌仅存在有氧呼吸，即无氧呼吸释放CO2量为0，B错误；由图可知AC段随氧气浓度增加，O2吸收量也逐渐增加，说明此阶段有氧呼吸逐渐增强，无氧呼吸逐渐减弱，C正确；由上述可知，有氧呼吸中消耗的O2量＝释放的CO2量，而无氧呼吸中只产生CO2。由图可知，阴影部分为CO2释放总量－有氧呼吸中CO2释放量，所以阴影部分面积表示酵母菌无氧呼吸产生的CO2量，D正确。
答案　B
12.(2019·北京西城模拟)高原鼠兔对高原低氧环境有很强的适应性。高原鼠兔细胞中部分糖代谢途径如图所示，骨骼肌和肝细胞中相关指标的数据如表所示。下列说法正确的是(　　)
LDH相对表达量 PC相对表达量 乳酸含量/(mmol·L－1)
骨骼肌细胞 0.64 －－ 0.9
肝细胞 0.87 0.75 1.45
A.高原鼠兔骨骼肌消耗的能量来自于丙酮酸生成乳酸的过程
B.肝细胞LDH相对表达量增加有助于乳酸转化为葡萄糖和糖原
C.低氧环境中高原鼠兔不进行有氧呼吸说明细胞中缺少线粒体
D.高原鼠兔血清中PC含量异常增高的原因是骨骼肌细胞受损
解析　表中信息显示：骨骼肌细胞LDH相对表达量较高，但乳酸含量低，不存在PC表达，据此可知：高原鼠兔骨骼肌消耗的能量来自于乳酸生成丙酮酸的过程，A错误；肝细胞LDH相对表达量高于骨骼肌细胞，肝细胞LDH相对表达量的增加，有助于乳酸转化为丙酮酸，进而转化为葡萄糖和糖原，B正确；丙酮酸羧化酶(PC)存在于线粒体中，说明高原鼠兔细胞中含有线粒体，低氧环境中的高原鼠兔也能进行有氧呼吸，C错误；高原鼠兔肝细胞的PC相对表达量高，骨骼肌细胞没有PC表达，据此推知：血清中PC含量异常增高的原因是肝细胞受损，D错误。
答案　B
13.(2019·山东青岛模拟)为了验证高等动物细胞有氧呼吸第二阶段发生的场所，有人进行了如图所示的实验。请分析回答：
(1)线粒体中与有氧呼吸有关的酶分布在　　　　和　　　　。
(2)根据所学知识可预测，　　　　号试管能检测到CO2。但此人的实验结果是：1号和2号试管中均检测到CO2，其实验结果与预测不相符合的原因是：______
_____________________________________________________________________。
(3)若修正了上述(2)中的实验设计缺陷后，欲进一步进行实验排除空气中的CO2带来的实验误差，设计方案如下：
①分别为1号和2号试管设置对照组1′号和2′号试管；
②将1′号和2′号试管___________________________________________________。
解析　(1)线粒体中与有氧呼吸有关的酶分布在线粒体基质、线粒体内膜中。
(2)有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质中，据此可预测，2号试管应检测到CO2。但此人的实验结果是1号和2号试管中均检测到CO2，可能的原因是：肝细胞暂时保存时利用保存液中的葡萄糖进行了有氧呼吸，线粒体产生的CO2扩散进入细胞质基质中，导致1号试管中检测到CO2。
(3)有氧呼吸第二阶段的原料是丙酮酸，排除空气中CO2带来的实验误差，可将1′号和2′号试管分别加入与1、2号试管相同的物质，只是在第⑤步不加入丙酮酸，而加入生理盐水(或1′号和2′号试管应依次加入等量的细胞质基质和保存液、线粒体和保存液，但均不能加入丙酮酸溶液)。
答案　(1)线粒体基质　线粒体内膜　(2)2　肝细胞暂时保存时利用保存液中的葡萄糖进行了有氧呼吸，线粒体产生的CO2扩散进入细胞质基质中，导致1号试管中检测到CO2　(3)②分别加入与1、2号试管相同的物质，只是在第⑤步不加入丙酮酸，而加入生理盐水(1′号和2′号试管应依次加入等量的细胞质基质和保存液、线粒体和保存液，但均不能加入丙酮酸溶液)

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