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【备考2024】生物高考一轮复习
第8讲　细胞呼吸的原理和应用
[课标要求] 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量实验：探究酵母菌的呼吸方式
[核心素养](教师用书独具) 1.通过归纳和概括，阐明有氧呼吸和无氧呼吸的概念，并能尝试构建有氧呼吸过程的模型，进而以物质和能量观，说出细胞呼吸过程中物质和能量的变化。(生命观念　科学思维)2.学会探究酵母菌的细胞呼吸方式的方法。(科学探究)3.根据细胞呼吸原理，指导生产和生活。(社会责任)
考点1　细胞呼吸的方式和过程
一、细胞呼吸
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。其实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
二、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。
2．过程
3．有氧呼吸的总反应式
(标出氧元素的来源和去路)。
4．与体外有机物燃烧相比，有氧呼吸具有的不同特点
(1)反应过程：温和；
(2)能量释放：有机物中能量逐步释放；
(3)能量转化：释放的能量一部分储存在ATP中。
5．放能：1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2 870 kJ的能量，可以使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。
三、无氧呼吸
1．概念：是指细胞在没有氧气的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。
2．场所：全过程是在细胞质基质中进行的。
3．过程
4．反应式
(1)产物为酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
(2)产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
5．能量
(1)只在第一阶段释放少量能量，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．不同生物或器官的无氧呼吸产物
1．没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸。 (×)
提示：原核细胞没有线粒体也能进行有氧呼吸。
2．线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。 (×)
提示：在线粒体中参与氧化分解的是丙酮酸。
3．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2可判断其呼吸方式。
(×)
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
4．同有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少。
(×)
提示：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量。
5．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。 (×)
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，[H]被用于还原丙酮酸。
6．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。 (√)
7．细胞呼吸是细胞代谢的枢纽。 (√)
1．分析有氧呼吸和无氧呼吸过程中能量的释放和转化，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？(必修1 P93～P94“思考·讨论”)
提示：①有氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量全部释放出来；释放的能量主要以热能的形式散失了。
②无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；释放的能量主要以热能形式散失了。
2．有氧呼吸与无氧呼吸过程在哪一个阶段是相同的？联想到地球的早期大气以及原核细胞的结构，推测生物类型和代谢类型进化顺序。(必修1　P96“拓展应用”)
提示：有氧呼吸与无氧呼吸过程的第一阶段相同。
生物进化顺序：原核生物→真核生物；
代谢进化顺序：无氧呼吸→有氧呼吸。
1．粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是
_______________________________________________________________。
提示：种子有氧呼吸过程中产生了水
2．如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸，消耗O2的量要大于产生CO2的量，其原因是____________________________________________________________
__________________________________________________________________。
提示：与葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量
1．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 条件 需氧 无氧
场所 细胞质基质(第一阶段)、线粒体(第二、三阶段) 细胞质基质
分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底
产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2
能量释放 大量 少量
相同点 反应条件 需酶和适宜温度
本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需
过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
2.细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系
(1)反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
②无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量；
C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
(2)相关物质间量的比例关系
①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。
③有氧呼吸和无氧呼吸消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量之比为有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量之比为无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
1．为验证酵母菌细胞中线粒体对葡萄糖和丙酮酸的利用情况，现从酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验(除下表所示不同外，其他条件相同且适宜)。
组别 步骤一 步骤二 步骤三
1 加入线粒体 加入葡萄糖 加入溴麝香草酚蓝溶液，一段时间后观察溶液颜色的变化情况
2 加入线粒体 加入丙酮酸
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体的常用方法是什么？
(2)请预期两组实验的实验结果，并简述判断理由(实验结果中要写出具体的颜色变化)。
提示：(1)差速离心法。
(2)第1组溶液为蓝色，第2组溶液颜色由蓝变绿再变黄，第1组中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用，所以无CO2生成，第2组丙酮酸可进入线粒体被利用，生成CO2。
2．某同学做了如下实验：取A、B两支试管。在A管中加入煮熟的蚕豆子叶，B管中加入发芽的蚕豆子叶。在两管中分别加入甲烯蓝溶液(注：甲烯蓝氧化态为蓝色，接受氢后为无色)，一段时间后倒出溶液，两管中的子叶都呈蓝色，然后，两管分别加水淹没子叶、抽气、在水面上覆盖适量石蜡油，37 ℃保温一段时间后，发现A管中的子叶不变色，B管中的子叶蓝色变浅。请思考分析：
(1)B管中子叶蓝色变浅的原因是什么？
(2)A管子叶为什么不变色？实验中设置A管的目的是什么？
提示：(1)B管中子叶在无氧呼吸过程中产生的[H]能使甲烯蓝还原。
(2)A管中子叶细胞的酶失活，无呼吸作用。实验中设置A管的目的是作对照实验。
考查细胞呼吸的方式和过程
1．(不定项)(2021·武汉检测)癌细胞即使在氧气充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。研究表明，癌细胞和正常分化的细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异，但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖的量和正常细胞不同。如图是癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程，下列分析中错误的是(　　)
A．若研制药物抑制癌症患者体内细胞的异常代谢途径，可选用图中①④⑤为作用位点
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量的ATP
C．葡萄糖通过细胞膜上的载体蛋白A进入细胞，生成的五碳糖可作为合成DNA的原料
D．发生“瓦堡效应”的癌细胞吸收的葡萄糖比正常细胞的多，且过程④⑤可同时进行
AB　[分析题图可知，①⑤是正常细胞所必需的，所以若要研制药物来抑制癌症患者细胞中的异常代谢途径，图中的①⑤不宜选为作用位点，A错误；癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP，B错误；分析题图可知，葡萄糖进入细胞后通过途径②形成五碳糖，进而合成脱氧核苷酸，作为DNA复制的原料，C正确；发生“瓦堡效应”的癌细胞吸收的葡萄糖比正常细胞的多，且过程⑤和④可同时进行，D正确。]
2．(2021·山东实验中学检测)金鱼能在严重缺氧的环境中生存若干天，肌细胞和其他组织细胞中无氧呼吸的产物不同。如图表示金鱼缺氧状态下，细胞中部分代谢途径，下列相关叙述正确的是(　　)
A．②过程不需要O2的参与，产生的“物质X”是丙酮酸
B．过程①②均有能量释放，大部分用于合成ATP
C．过程③⑤无氧呼吸产物不同是因为细胞内反应的场所不同
D．若给肌细胞提供18O标记的O2，不会在CO2中检测到18O
A　[在严重缺氧的环境中，金鱼的肌细胞和其他细胞进行无氧呼吸，在无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解产生丙酮酸，该过程不需要O2的参与，A项正确；过程①没有能量释放，过程②有能量释放，但是释放的能量用于合成ATP的不是大部分，B项错误；过程③⑤无氧呼吸产物不同是因为酶不同，在细胞内反应的场所都是细胞质基质，C项错误；若给肌细胞提供18O标记的O2，进入HO中，经过有氧呼吸的第二阶段会进入CO2中，D项错误。]
　细胞呼吸的场所与过程的四点提醒
(1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但需氧型原核生物无线粒体，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)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。
(4)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。
有氧呼吸和无氧呼吸的综合分析
3．(不定项)(2021·潍坊检测)某同学在做“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验时，将完全相同的甲、乙、丙、丁四瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液(葡萄糖足够用)，分别通入不同浓度的氧气维持相同时间，测得实验结果如下表。分析正确的是(　　)
氧浓度(%) 甲 乙 丙 丁
产生CO2的量 9 mol 12.5 mol 15 mol 30 mol
产生酒精的量 9 mol 6.5 mol 6 mol 0 mol
A．甲瓶中酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率
B．乙瓶中酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率
C．丙瓶中酵母菌无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗的葡萄糖的2倍
D．丁瓶中酵母菌只进行有氧呼吸未进行无氧呼吸
CD　[甲瓶中酵母菌细胞呼吸产生的酒精的量与二氧化碳的量相等，因此酵母菌只进行无氧呼吸，A错误；乙瓶中酵母菌产生的酒精的量为6.5 mol，产生二氧化碳的量为12.5 mol，说明酵母菌有氧呼吸产生的二氧化碳量为6 mol，因此酵母菌有氧呼吸速率小于无氧呼吸速率，B错误；丙瓶中酵母菌无氧呼吸产生的酒精的量是6 mol，产生的二氧化碳是15 mol，因此有氧呼吸产生的二氧化碳是9 mol，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖之比是(9÷6)∶(6÷2)＝1∶2，即无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗的葡萄糖的2倍，C正确；丁瓶中酵母菌酒精的产生量为0，说明细胞不进行无氧呼吸，只进行有氧呼吸，D正确。]
4．(2021·南通联考)某学校社团活动小组为探究酿酒过程中酵母菌细胞呼吸速率随发酵时间的变化情况，向容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌后密封，在适宜条件下培养，测得葡萄糖溶液中CO2和O2的相对含量随时间的变化情况，实验结果如图所示。下列有关实验结果的分析，正确的是(　　)
A．0→t1时间段内有氧呼吸速率基本稳定
B．t1 →t2 时间段内酵母菌只进行无氧呼吸
C．t3时葡萄糖消耗速率小于t1时消耗速率
D．最终容器中O2未用尽是因为酵母菌已死亡
A　[据图分析可知，在0～t1时间段，容器内O2浓度降低的速率基本保持稳定，说明此时有氧呼吸速率基本稳定，A正确；t1→t2时间段内，酵母菌的有氧呼吸较强，无氧呼吸较弱，所以酵母菌存在有氧呼吸和无氧呼吸两种细胞呼吸方式，B错误；t3时培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时大，是因为t3时产生CO2的速率与t1时相近，但t3时酵母菌的无氧呼吸增强，O2消耗变少，葡萄糖的消耗速率大，C错误；最后，容器中O2没有消耗殆尽的原因可能是O2浓度过低，酵母菌无法进行有氧呼吸，D错误。]
　判断细胞呼吸方式的三大依据
结合信息考查细胞呼吸的过程
5．(2021·衡水中学检测)电子传递链是一系列电子载体按对电子的亲和力逐渐升高的顺序组成的电子传递系统，其所有组成成分都嵌合于生物膜中。下面是细胞呼吸过程中电子传递链的部分示意图。下列说法错误的是(　　)
A．图示生物膜可能是线粒体内膜
B．图示中的H＋来自葡萄糖的分解
C．图示过程发生于有氧呼吸第三阶段
D．图中膜蛋白参与了物质运输和能量转换
B　[图示生物膜进行电子传递链过程，可能是线粒体内膜，A正确；图示中的H＋来自葡萄糖、丙酮酸和水的分解，B错误；图示过程发生电子传递链过程，属于有氧呼吸第三阶段，C正确；由图可知，图中膜蛋白参与了物质运输和能量转换，D正确。]
6．(2021·江苏百校联考)菜粉蝶幼虫细胞中NADH脱氢酶(一种催化[H]与氧反应的酶)对广泛存在于植物的根皮部中的鱼藤酮十分敏感。生产上常利用鱼藤酮来防治害虫。下列有关叙述正确的是(　　)
A．NADH脱氢酶分布在菜粉蝶幼虫细胞的线粒体的基质
B．鱼藤酮主要抑制菜粉蝶幼虫细胞有氧呼吸的第三阶段
C．鱼藤酮也会对植物的根皮部细胞产生很强的毒害作用
D．鱼藤酮可抑制菜粉蝶幼虫细胞中丙酮酸形成CO2和[H]
B　[NADH脱氢酶催化[H]与氧反应属于有氧呼吸的第三阶段，因此该酶分布在线粒体的内膜上，A项错误、B项正确；菜粉蝶幼虫细胞中NADH脱氢酶对植物的根皮部中的鱼藤酮十分敏感，植物细胞中的鱼藤酮对植物细胞没有不利影响，C项错误；鱼藤酮抑制菜粉蝶幼虫细胞有氧呼吸的第三阶段，不抑制第二阶段，D项错误。]
考点2　影响细胞呼吸的因素及应用
一、温度对细胞呼吸的影响
1．原理：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。
2．应用：(1)保鲜：水果、蔬菜等放入冰箱的冷藏室中，可延长保鲜时间。
(2)提高产量：温室中栽培蔬菜时，夜间适当降低温度，可降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高蔬菜的产量。
二、氧气浓度对细胞呼吸的影响
1．原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制(填“促进”或“抑制”)作用，对有氧呼吸过程有促进(填“促进”或“抑制”)作用。
2．应用
(1)选用透气消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
(2)作物栽培中的中耕松土，保证根的正常细胞呼吸。
(3)提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
(4)稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。
三、二氧化碳浓度对细胞呼吸的影响
1．原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。
2．应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
四、水对细胞呼吸的影响
1．原理
(1)间接影响：许多生化反应需要在水中才能进行，自由水含量升高，细胞呼吸加快。
(2)直接影响：水是有氧呼吸的反应物之一。
2．应用
(1)抑制细胞呼吸：晒干的种子自由水含量降低，细胞呼吸减慢，更有利于储存。
(2)促进细胞呼吸：浸泡种子有利于种子的萌发。
1．同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异。
(√)
2．严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。 (×)
提示：无氧环境中，细胞无氧呼吸消耗的有机物较多。
3．粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏。 (×)
提示：粮食种子应储藏在干燥环境中。
4．温室大棚中，可以通过夜间适当降温来提高农作物的产量。 (√)
5．破伤风杆菌易在锈钉扎过的伤口深处繁殖，原因是伤口深处氧气缺乏。 (√)
6．剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。 (×)
提示：剧烈运动时，肌细胞主要进行有氧呼吸。
水果、蔬菜和种子储存条件有何不同？(必修1　P95“思考·讨论”)
提示：水果、蔬菜需要低温(零上)、低氧、高CO2浓度、适宜水分条件下储存；种子需要低温、低氧、高CO2浓度、干燥条件储存。
1．密封地窖能长时间储存水果、地瓜、马铃薯的原因是_______________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：密封的地窖CO2浓度高，能够抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗
2．松土能增进肥效的道理是________________________________________
________________________________________________________________。
提示：松土能促进植物根细胞的细胞呼吸，促进根对土壤中矿质元素的吸收
1．内部因素对细胞呼吸的影响
2．温度对细胞呼吸的影响曲线
(1)a点为该酶的最适温度，细胞呼吸速率最快。
(2)温度低于a时，随温度降低，酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
(3)温度高于a时，随温度升高，酶活性下降，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
3．O2浓度对细胞呼吸的影响曲线(细胞呼吸以糖类为底物)
(1)A点时，O2浓度为零，细胞进行无氧呼吸。
(2)O2浓度为0～10%时，随O2浓度的升高，无氧呼吸速率减慢；O2浓度为10%时，无氧呼吸停止。
(3)O2浓度在0～20%时，随O2浓度升高，有氧呼吸速率逐渐增强。
(4)随O2浓度的升高，细胞呼吸速率先减慢后加快，最后趋于稳定。
(5)O2浓度为5%左右时，细胞呼吸强度最弱。
为研究温度的变化对贮藏器官呼吸作用的影响，研究人员以马铃薯块茎为材料，进行了如下实验：
实验一：将两组相同的马铃薯块茎，分别置于低温(4 ℃)和室温(22 ℃)条件下贮藏10天，发现低温组块茎中淀粉酶含量显著高于室温组。
实验二：将马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃后，再回到20 ℃环境中，测定CO2的释放速率的变化，结果如图所示。
(1)当马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃环境中，CO2的释放速率下降，其原因是什么？
(2)当马铃薯块茎重新移回到20 ℃环境中，与之前20 ℃环境相比，CO2的释放速率明显升高。综合上述实验，如何解释这一现象。
提示：(1)温度降低导致酶的活性下降，呼吸作用产生的CO2减少。
(2)在0 ℃环境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的还原糖增加，为之后20 ℃条件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用较之前20 ℃时强。
考查环境因素对细胞呼吸的影响
1．(不定项)(2021·河北选择性考试)《齐民要术》中记载了利用荫坑贮存葡萄的方法(如图)。目前我国果蔬主产区普遍使用大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气)，延长了果蔬保鲜时间、增加了农民收益。下列叙述正确的是(　　)
A．荫坑和气调冷藏库环境减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解
B．荫坑和气调冷藏库贮存的果蔬，有氧呼吸中不需要氧气参与的第一、二阶段正常进行，第三阶段受到抑制
C．气调冷藏库中的低温可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性
D．气调冷藏库配备的气体过滤装置及时清除乙烯，可延长果蔬保鲜时间
ACD　[荫坑和气调冷藏库环境中的低温均可通过降低温度抑制与呼吸作用相关的酶的活性，大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气)降低氧气浓度，有氧呼吸和无氧呼吸均减弱，从而减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解，A正确；荫坑和气调冷藏库贮存中的低温可以降低呼吸作用相关酶的活性，大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气)降低氧气浓度，其中酶的活性降低对有氧呼吸的三个阶段均有影响，B错误；温度会影响酶的活性，气调冷藏库中的低温可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性，C正确；乙烯具有催熟作用，清除乙烯，可以延长果蔬保鲜时间，D正确。]
2．(2021·济宁一中检测)将刚采摘的新鲜蓝莓均分为两份，放在1 ℃的冷库内贮藏，其中一份用高浓度的CO2处理48 h，另一份则不做处理。从采摘后算起每10 d取样一次，测定其单位时间内CO2释放量和O2吸收量，计算二者的比值得到如图所示曲线。下列结论不正确的是(　　)
A．比值大于1，表明蓝莓既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
B．第20 d对照组蓝莓产生的乙醇量高于CO2处理组
C．第40 d对照组蓝莓有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多
D．贮藏蓝莓前用高浓度的CO2短时处理，能抑制其在贮藏时的无氧呼吸
C　[当CO2释放量大于O2吸收量时，表明既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸；由图可知，第20 d对照组CO2/O2大于1，表明蓝莓进行了无氧呼吸，有乙醇产生，而CO2处理组CO2/O2为1，表明没有进行无氧呼吸，没有乙醇产生；第40 d时，对照组蓝莓CO2释放量和O2吸收量比值约等于2，此时无氧呼吸消耗的葡萄糖大约为有氧呼吸的3倍；分析可知，贮藏蓝莓前用高浓度的CO2短时处理，能抑制其无氧呼吸。]
细胞呼吸原理的应用
3．(2021·湖南选择性考试)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
B　[早稻浸种催芽过程中，常用40 ℃温水淋种并翻种，目的是给种子的细胞呼吸过程提供有利条件，即水分、适宜的温度和氧气，A叙述正确；农作物种子入库贮藏时，为延长贮藏时间，应在零上低温、低氧条件下贮藏，种子无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用，B叙述错误；油料作物细胞中脂肪等含量较高，H元素含量较高，细胞呼吸时需要更多的氧气，因此油料作物种子播种时宜浅播，C叙述正确；柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失，降低细胞呼吸速率，减少有机物的消耗，能起到保鲜作用，D叙述正确。]
4．(2021·潍坊五校联考)《粮油储藏技术规范国家标准(GB/T 29890 2013)》为我国粮油储藏安全提供了重要技术保障，对粮温、水分含量、粮堆气体成分及浓度等作出了明确规定。其中部分术语和定义如下表。下列有关叙述错误的是(　　)
术语 定义
安全水分 某种粮食或油料在常规储存条件下，能够在当地安全度夏而不发热、不霉变的水分含量
低氧 粮堆空气中氧气浓度高于2%而不高于12%的状态
低温储藏 平均粮温常年保持在15 ℃及以上，局部最高粮温不超过20 ℃的储藏方式
A．保持安全水分主要是通过减少自由水的含量实现的
B．储藏期间若水分含量过高，粮食会因呼吸代谢增强而发热使霉菌更易生长繁殖
C．粮堆空气中氧气浓度高于2%不高于12%的状态，主要是保证有氧呼吸强度最低
D．粮温不超过20 ℃的储藏方式是通过降低酶的活性使其代谢速率维持在低水平
C　[细胞内水主要以自由水的形式存在，自由水的含量与细胞代谢有关，所以保持安全水分主要是通过减少自由水的含量实现的，A正确；储藏期间若水分含量过高，呼吸代谢增强，种子发热使霉菌更易生长繁殖，B正确；粮堆空气中氧气浓度高于2%不高于12%的状态，主要是保证呼吸强度最低，C错误；低温使酶的活性降低，从而降低代谢速率，D正确。]
考点3　细胞呼吸的相关实验
探究酵母菌的细胞呼吸方式
1．实验原理
2．实验步骤
(1)配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5%的葡萄糖溶液，分别装入A、B两锥形瓶中。
(2)设计对比实验
①甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是去除空气中的CO2。
②乙组中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽瓶中原有的氧气。
③CO2检测：观察两组装置中澄清石灰水的变化。
④酒精检测：取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入两支干净的试管中，向两试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。
(3)实验现象
条件 澄清石灰水的变化 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
(4)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，还产生少量的CO2。
1．在酸性条件下，酒精会使重铬酸钾溶液由蓝变绿再变黄。 (×)
提示：应该是由橙色变成灰绿色。
2．检测CO2的产生除澄清石灰水外，还可以用溴麝香草酚蓝溶液检测。 (√)
3．在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可直接向酵母菌培养液中添加酸性的重铬酸钾溶液检测酒精。 (×)
提示：应各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支试管中，加酸性的重铬酸钾溶液检测。
4．在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可依据澄清石灰水的变混浊快慢判断细胞呼吸的方式。 (√)
1．在检测酒精的实验中，为什么将酵母菌培养的时间延长以耗尽溶液中的葡萄糖？(必修1　P91“文字信息”)
提示：因为葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。
2．对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。教材中对比实验的实例有：________(填序号)。(必修1　P92“科学方法”)
①探究酵母菌细胞呼吸的方式；②鲁宾和卡门的同位素标记法实验；③赫尔希和蔡斯采用放射性同位素标记T2噬菌体侵染细菌的实验；④比较过氧化氢在不同条件下的分解。
提示：①②③
1．在细胞呼吸实验中，如果实验材料为绿色植物，实验装置应怎样处理？目的是什么？_______________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：实验装置应遮光(黑暗)处理。目的是排除光合作用的影响
2．在细胞呼吸实验中，如果实验材料是植物的种子，常对实验装置和种子进行消毒处理，目的是______________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：排除微生物的呼吸作用对实验结果的影响
1．细胞呼吸速率的测定
(1)实验装置
(2)实验原理：组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。
(3)误差的校正
为排除温度、气压等无关变量的干扰，可设置对照装置。对照装置与上述装置相比，不同点是用等量的死亡的种子代替萌发的小麦种子，其余均相同。
2．细胞呼吸方式的实验探究
(1)实验装置(以萌发种子为例)
(2)实验原理
①装置一中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2，着色液滴移动的距离代表发芽种子细胞呼吸吸收O2的量。
②装置二中着色液滴移动的距离代表植物细胞呼吸产生CO2的量与吸收O2量的差值。
(3)实验现象和结论
实验现象 结论
装置一液滴 装置二液滴
不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸
不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移 不动 进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
下面是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。
(1)本实验的自变量是什么？石蜡(油)的作用是什么？空气泵进入乙的空气有什么要求？
(2)实验的因变量是什么？检测的结果是什么？
(3)实验的无关变量有哪些？
提示：(1)自变量是氧气的有无。石蜡(油)的作用是将液体与空气隔绝。空气泵进入乙的空气应除去CO2。
(2)实验的因变量是乙、丙中产生CO2的多少。检测的结果是甲中石灰水变混浊快，乙中石灰水变混浊慢。
(3)实验的无关变量有酵母菌和葡萄糖溶液、温度等环境因素。
探究酵母菌细胞呼吸方式的教材实验
1．(2021·广东选择性考试改编)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列叙述正确的是(　　)
A．培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2
C．用台盼蓝染色后，染成蓝色的为活酵母菌
D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
D　[检测乙醇的生成，应取甲瓶中的滤液2 mL注入试管中，再向试管中加入0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液，使它们混合均匀，观察试管中溶液颜色的变化，A错误；CO2可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，因此乙瓶的溶液不会变成红色，B错误；由于细胞膜具有选择透过性，被染成蓝色的为死酵母菌，C错误；乙醇最大产量与甲瓶中葡萄糖的量有关，因甲瓶中葡萄糖的量是一定，因此实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量，D正确。]
2．(2021·武汉质检)下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述，正确的是(　　)
A．选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养、兼性厌氧型微生物，易于培养
B．通过设置有氧(对照组)和无氧(实验组)的对照，易于判断酵母菌的呼吸方式
C．将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查，确保不漏气
D．实验的因变量是澄清石灰水是否变混浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化
C　[在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，选择酵母菌作为实验材料是因为酵母菌具有兼性厌氧且易于培养的特点，但它不是自养型微生物，A项错误；在该实验中所设置的有氧组和无氧组都是实验组，是为了相互对比，易于判断酵母菌的呼吸方式，B项错误；为了保证实验结果的准确性，将进气管、排气管与锥形瓶连接后通常需要进行气密性检查，确保不漏气，C项正确；本实验的因变量是酵母菌CO2产生的快慢和是否有酒精生成，D项错误。]
考查探究细胞呼吸方式的拓展实验
3．如图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)，下列有关实验装置和结果的分析，不正确的是(　　)
A．通过装置1仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸
B．用水代替NaOH溶液设置装置2，通过装置2液滴的移动情况可以探究出酵母菌是否进行无氧呼吸
C．用水代替NaOH溶液设置装置2，如果装置1中液滴左移，装置2中液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
D．用水代替NaOH溶液设置装置2，装置2中液滴可能向左移
D　[烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2，所以液滴移动的距离代表细胞呼吸消耗O2的量，因此通过装置1仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸；用水代替NaOH溶液设置装置2，由于水不吸收气体也不释放气体，所以液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗O2量的差值，如果液滴移动说明酵母菌进行了无氧呼吸，如果液滴不移动，说明酵母菌不进行无氧呼吸；用水代替NaOH溶液设置装置2，如果装置1中液滴左移，说明有O2的消耗，可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸，装置2中液滴右移，说明细胞呼吸释放的CO2量多于O2的消耗量，推断出酵母菌还进行了无氧呼吸；用水代替NaOH溶液设置装置2，由于葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况，所以装置2中液滴不可能向左移。]
4．(2021·武汉检测)下面三个装置可用于研究萌发种子的呼吸作用方式及其产物，有关分析错误的是(　　)
甲　　　　乙　　　　　　　丙
A．甲装置可用于探究呼吸作用是否释放热量
B．乙装置有色液滴向左移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸
C．丙装置可用于探究萌发种子的呼吸作用是否产生CO2
D．三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验
B　[甲装置中含有温度计，可用于探究呼吸作用是否产生热量，A正确；乙装置中NaOH可吸收呼吸作用产生的二氧化碳，则有色液滴移动的距离代表呼吸作用消耗氧气的量，因此该装置可用于探究萌发的种子是否进行有氧呼吸，但不能说明种子萌发只进行有氧呼吸，B错误；丙装置中澄清石灰水可检测二氧化碳，因此该装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2，C正确；微生物也会进行呼吸作用，所以三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验，D正确。]
1．核心概念
(1)(必修1 P93)有氧呼吸：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)(必修1 P94)酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作发酵。产生酒精的叫作酒精发酵；产生乳酸的叫作乳酸发酵。
(3)(必修1 P94)细胞呼吸：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．结论语句
(1)(必修1 P92)有氧呼吸的主要场所是线粒体。线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
(2)(必修1 P94)无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。
(3)(必修1 P94)细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。
1．(2021·全国甲卷)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是(　　)
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
B　[酵母菌有细胞核，是真核生物，其代谢类型是异养兼性厌氧型，与无氧条件相比，在有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；酵母菌无氧呼吸在细胞质基质中进行，无氧呼吸第一阶段产生丙酮酸、还原性的氢，并释放少量的能量，第二阶段丙酮酸被还原性氢还原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合题意、C不符合题意；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都在第二阶段生成CO2，D不符合题意。]
2．(2020·山东等级考)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是(　　)
A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
B　[无氧呼吸消耗1分子葡萄糖只产生少量ATP，因此癌细胞要满足其生命活动，需大量吸收葡萄糖，A正确；无氧呼吸的第二阶段，丙酮酸转化为乳酸的过程中不生成ATP，无氧呼吸生成ATP的过程仅发生在第一阶段，B错误；无氧呼吸过程中丙酮酸转化为乳酸的场所为细胞质基质，C正确；癌细胞主要进行无氧呼吸，其产生NADH的过程仅发生在第一阶段，因此消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少，D正确。]
3．(2020·北京等级考适应性测试)研究发现，在线粒体内膜两侧存在H＋浓度差。H＋顺浓度梯度经ATP合成酶转移至线粒体基质的同时，驱动ATP的合成(如图)。根据图示得出的下列结论中，错误的是(　　)
A．ATP合成酶中存在跨膜的H＋通道
B．H＋可直接穿过内膜磷脂双分子层
C．此过程发生在有氧呼吸第三阶段
D．线粒体的内、外膜功能存在差异
B　[从图看出ATP合成酶中存在跨膜的H＋通道，A项正确；H＋没有直接穿过内膜磷脂双分子层，B项错误；线粒体内膜上发生的是有氧呼吸第三阶段，C项正确；线粒体的内膜上进行有氧呼吸第三阶段，线粒体的外膜上不进行有氧呼吸第三阶段，D项正确。]
4．(2020·全国卷Ⅰ)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是(　　)
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸
B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放
D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
D　[在反应底物是葡萄糖的情况下，细胞进行有氧呼吸和产生乙醇的无氧呼吸均可产生CO2，其中产生乙醇的无氧呼吸产生的CO2与乙醇的分子数相等，有氧呼吸不产生乙醇，因而若产生的CO2与乙醇的分子数相等，说明细胞只进行无氧呼吸，A项正确；根据有氧呼吸反应式，在反应底物是葡萄糖的情况下，若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等，B项正确；根据无氧呼吸反应式，在反应底物是葡萄糖的情况下，若细胞无氧呼吸产物是乳酸，则不需要消耗O2也不产生CO2，C项正确；有氧呼吸中，吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等，而无氧呼吸不消耗O2，但可能产生CO2，若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的分子数少或两者的数目相等，D项错误。]
5．(2019·全国卷Ⅱ)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是(　　)
A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
B　[在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，B选项正确；马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物，A选项错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并且释放出少量能量，C选项错误；一般来说，氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生，D选项错误。]
6．(2021·重庆选择性考试适应性测试)如图为某运动员剧烈运动时，肌肉收缩过程中部分能量代谢的示意图。
据图回答下列问题：
(1)由图可知，肌肉收缩最初的能量来自细胞中的____________，该物质的产生部位有________________。
(2)图中曲线B代表的细胞呼吸类型是________，判断依据是____________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________，
该反应产物是________。
(3)足球运动员为提高运动能力，通常进行3到4周的高原训练，这种训练方式主要提高C的能力，原因是_______________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)肌肉收缩最初的能量应来自细胞中的存量ATP直接水解提供能量，人体细胞中ATP的产生部位有细胞质基质和线粒体。(2)据图分析，曲线A是(存量ATP)的含量变化，是细胞中的直接能源物质，肌肉收缩所需的能量直接由其提供，曲线B代表的过程可在较短时间内提供能量，是在呼吸的第一阶段产生的能量，但随着运动时间的延长无法持续提供能量，说明这不是人体主要的呼吸类型，应是无氧呼吸，人体内无氧呼吸的产物是乳酸，曲线C是可以持续为人体提供稳定能量供应的呼吸方式，有氧呼吸。(3)运动员为提高运动能力，进行的高原训练，为的是提高血液中红细胞的含量，从而提高血液的运氧能力，使机体的有氧呼吸功能增加，有助于提高运动员的运动能力。
[答案]　(1)(存量)ATP　细胞质基质和线粒体　(2)无氧呼吸　该过程可在较短时间内提供能量，是在呼吸的第一阶段产生的能量，但随着运动时间的延长无法持续提供能量，说明这不是人体主要的呼吸类型　乳酸　(3)高原环境下空气中的O2含量低，人体内会通过增殖分化更多的红细胞，提高血液的运氧能力，使机体的有氧呼吸功能增加，有助于提高运动员的运动能力
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