资源简介

高考生物一轮专题知识梳理
第8讲　细胞呼吸的原理和应用
课标解读 核心素养
1.说明细胞呼吸的过程,探讨其原理 2.探究酵母菌的呼吸方式 生命观念 基于对细胞呼吸类型和过程的学习,建立起生命的物质与能量观和普遍联系的观点
科学思维 基于对细胞呼吸方式判断的学习,培养对问题进行推理,并做出合理判断的能力
科学探究 基于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的学习,掌握对生物学问题进行初步探究的能力
社会责任 通过呼吸作用原理在工农业、日常生活中的运用,提升社会责任意识
考点一　细胞呼吸方式及过程
1.有氧呼吸。
(1)概念: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)线粒体的结构和功能。
a.①外膜;②内膜;③嵴;④基质。
b.线粒体增大膜面积的方式:内膜向内腔折叠形成嵴。
c.有氧呼吸的酶分布在:线粒体内膜上和线粒体基质以及细胞质基质中。
d.线粒体的功能:进行有氧呼吸的主要场所。
(3)过程图解。
(4)有氧呼吸的总反应式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量。
(5)能量转化:1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2 870 kJ的能量,其中977.28 kJ左右的能量储存在ATP中,其余能量则以热能形式散失。
2.无氧呼吸。
(1)场所:全过程是在细胞质基质中进行的。
(2)过程。
第一阶段 葡萄糖丙酮酸+[H]+少量能量
产生酒 精的无 氧呼吸 丙酮酸 酒精+CO2 实例:植物、酵母菌等
产生乳 酸的无 氧呼吸 丙酮酸 乳酸 实例:高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
(3)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的能量储存在ATP中。
提醒　①无氧呼吸过程产生的少量ATP,只产自第一阶段,第二阶段不产生ATP;第一阶段产生的[H]用于第二阶段还原丙酮酸产生乳酸或酒精和CO2。
②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物,因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸,无CO2。
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。
正误判断
(1)细胞呼吸是在细胞内进行的。 (√)
(2)有氧呼吸产物水的氢来自第一阶段的葡萄糖和第二阶段的丙酮酸。 (×)
(3)细胞呼吸过程中产生的能量一部分转变成ATP,另一部分以热能形式散失了。 (×)
(4)无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量的ATP。 (√)
(5)无氧呼吸在细胞质中进行,需要一种酶催化完成。 (×)
(6)有氧呼吸中的能量是逐步释放出来的,其中只有少部分储存在ATP中。 (√)
(7)有氧呼吸二、三阶段所需的酶都分布于嵴上。 (×)
(8)肺炎链球菌无线粒体,但能进行有氧呼吸。 (√)
(9)葡萄糖氧化分解为丙酮酸只发生在细胞的有氧呼吸过程中。 (×)
(10)种子风干脱水后呼吸强度增强。 (×)
教材微点
1.(必修1 P93“相关信息”)细胞呼吸过程中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。
2.(必修1 P94“相关信息”)无氧呼吸过程中,葡萄糖中的能量主要储存在乳酸或酒精中;而彻底氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失了。
3.(必修1 P94“正文信息”)蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
4.(必修1 P96“思维训练”)科学家就线粒体的起源,提出了一种解释:有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌,二者在共同繁衍的过程中,需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
长句突破
1.(科学思维)假设从培养基中得到了能高效降解某种有机物X的细菌,且该菌能将X代谢为丙酮酸,则在有氧条件下,丙酮酸可为该菌的生长提供能量和合成其他物质的原料。
2.(科学思维)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象,其原因是种子在有氧呼吸过程中产生了水。
1.细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路分析。
2.归纳总结细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系。
(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消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量: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。
产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量:无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。
角度一 结合细胞呼吸过程,考查物质和能量观
1.下列①~④代表细胞呼吸过程中物质的变化,有关说法错误的是 (　　)
①葡萄糖丙酮酸　②丙酮酸二氧化碳和水　③丙酮酸乳酸　④丙酮酸酒精和二氧化碳
A.人体中①和②过程都必须在有氧条件下才能进行
B.③过程可发生在正常人体细胞中,产物不会导致内环境pH剧烈变化
C.苹果和玉米种子的胚在无氧条件下可以分别进行①④和①③过程
D.在黑暗条件下,小麦②过程发生在线粒体中,产生大量ATP
解析　人体细胞必须在有氧条件下进行的是②过程,①过程表示细胞呼吸的第一阶段,有氧条件下和无氧条件下均可进行,A项错误;③过程只产生乳酸,可发生在人体细胞无氧呼吸过程中,由于内环境中存在缓冲物质,故产生的乳酸不会导致内环境pH剧烈变化,B项正确;苹果在无氧条件下进行无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳,对应①④过程,玉米种子的胚在无氧条件下进行无氧呼吸的产物是乳酸,对应①③过程,C项正确;小麦在黑暗条件下仍可以进行有氧呼吸,②过程表示有氧呼吸第二和第三阶段,发生在线粒体中,第三阶段产生大量ATP,D项正确。
答案　A
2.(不定项)线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。细胞接受凋亡信号后,线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中,并与Apaf 1蛋白结合引起细胞凋亡。下列说法错误的是 (　　)
A.真核生物有氧呼吸过程产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体基质
B.细胞色素c参与有氧呼吸第二阶段的反应
C.细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATP
D.若细胞中Apaf 1蛋白功能丧失,细胞色素c将不会引起该细胞凋亡
解析　真核生物有氧呼吸中产生[H]的场所是细胞质基质和线粒体基质,A项正确;线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与,这说明细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应,B项错误;细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应,但无氧呼吸第一阶段和有氧呼吸的第一、二阶段中也产生ATP,C项错误;细胞色素c与Apaf 1蛋白结合后引起细胞凋亡,若Apaf 1蛋白功能丧失,则细胞色素c不会引起该细胞凋亡,D项正确。
答案　BC
3.在有氧呼吸的第三阶段,还原型辅酶Ⅰ脱去氢并释放电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙,从而建立 H+浓度梯度,随后H+在ATP合酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质,并生成大量 ATP。回答下列问题:
(1)真核细胞有氧呼吸的第三阶段发生在　　　　　上,在该阶段,电子最终传递给O2后会生成　　　　(填物质),ATP合酶有两方面的功能,分别是　　　　　、　　　　。
(2)已知二硝基酚(DNP)不影响线粒体的电子传递,但能使H+不经过ATP合酶进入线粒体基质。为研究短时低温对线粒体电子传递的影响,实验小组将水稻幼苗置于不同条件下处理,分组情况及实验结果如图所示:
产生等量ATP时,与25 ℃相比,4 ℃条件下有氧呼吸消耗葡萄糖的量　　　　(填“相等”“较多”或“较少”)。根据实验结果推测:短时低温(4 ℃)　　　　(填“影响”或“不影响”)线粒体的电子传递。低温条件下ATP合成减少,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)真核细胞的有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜上,电子传递给O2后会产生H2O。由题意,H+在ATP合酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质,并生成大量 ATP,说明ATP合酶具有两方面的功能,可以催化ADP和Pi合成ATP,也可以跨膜运输H+。(2)与25 ℃相比,4 ℃时耗氧量高、ATP生成量低,若产生等量ATP,则4 ℃时消耗葡萄糖的量较多。4 ℃条件下与25 ℃+DNP的数据基本相同,而DNP不影响线粒体的电子传递,推测低温也不影响线粒体的电子传递。根据DNP的作用,推测低温条件下部分H+不经过ATP合酶的协助进入线粒体基质,降低了H+浓度梯度,则由ATP合酶协助运输到线粒体基质中的H+减少,从而使ATP的合成减少。
答案　(1)线粒体内膜　H2O　跨膜运输H+　催化合成ATP
(2)较多　不影响　低温使部分H+不经过ATP合酶的协助进入线粒体基质,降低了H+浓度梯度;减少了H+由ATP合酶协助的顺浓度梯度运输,从而使ATP的合成减少
角度二 围绕细胞呼吸类型的判断,考查科学思维能力
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
解析　在反应底物是葡萄糖的情况下,细胞进行有氧呼吸和产乙醇的无氧呼吸均可产生CO2,其中产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。
答案　D
5.(不定项)有多瓶(条件一致)酵母菌、葡萄糖悬液,分别通入不同浓度的O2时,其产生的酒精和CO2的量如图所示。据图可以得出的结论是 (　　)
A.氧浓度为a时,酵母菌只进行无氧呼吸
B.当氧浓度为c时,2/3的葡萄糖用于酒精发酵
C.当氧浓度为d时,酵母菌细胞内有ATP积累
D.不同氧浓度下,细胞中ATP的生成速率相同
解析　分析曲线可知,氧浓度为a时,产生酒精的量与释放CO2的量相等,说明酵母菌只进行无氧呼吸,不进行有氧呼吸,A项符合题意;设氧浓度为c时有氧呼吸消耗的葡萄糖为x,无氧呼吸消耗的葡萄糖为y,由曲线得出关系式:,得出:所以用于酒精发酵的葡萄糖占2/3,B项符合题意;细胞中ATP的含量保持相对稳定,不会出现积累,C项不符合题意;由于有氧呼吸能产生大量的ATP,无氧呼吸能产生少量的ATP,因此,不同氧浓度下,细胞中ATP的生成速率不同,D项不符合题意。
答案　AB
考点二　影响细胞呼吸的外界因素及应用
1.内部因素。
2.外部因素。
(1)温度。
提醒　自然条件下因温度高而使植物死亡的直接原因是水分蒸发过多造成的水分失衡。
(2)O2浓度。
(3)CO2浓度。
(4)水分。
正误判断
(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。 (×)
(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。 (×)
(4)皮肤破损较深的患者,应及时到医院注射破伤风抗毒血清。 (√)
(5)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。 (×)
(6)内部因素也会影响细胞呼吸的强度,如生物的遗传特性、器官种类、生长时期等。 (√)
长句突破
(科学思维)民间世代相传的农业谚语是千百年来劳作实践的经验总结,和锄头有关的“三有一无”的说法,同样蕴含着很深的科学道理。锄头“三有”是指:“锄头有肥”“锄头有水”和“锄头有火”;“一无”则是指“锄头无争”。
(1)“锄头有肥”是说锄地松土有利于肥料的吸收,促进作物生长。这有什么科学道理
提示　锄地松土增加了土地的透气性,使作物根部的有氧呼吸增强,为根吸收矿质离子提供了充足的能量。
(2)雨前中耕,能使耕作层多蓄水;雨后中耕,能切断表土毛细管,减少水分蒸发,可称为“锄头有水”。细胞代谢速率和细胞含水量有什么关系
提示　细胞含水量高,细胞代谢速率快;反之,则代谢速率减慢。
(3)雨后土壤中出现湿涝情况时,土壤黏度增大,毛细管堵塞,所以涝天锄地可以减轻涝灾,此可称为“锄头有火”。出现湿涝容易出现作物死亡的原因是什么
提示　出现湿涝会导致根细胞进行无氧呼吸产生酒精等有害物质,引起根部腐烂导致作物死亡。
(4)“锄头无争”。在中耕松土时,铲除了杂草,有利于丰收,其利用的生物学原理是什么
提示　减少杂草与作物竞争,使物质和能量更多地流向对人类有益的部分。
角度一 围绕影响细胞呼吸因素的分析,考查科学思维能力
1.(2023·陕西汉中统考)呼吸链是指从[H]等向氧传递电子的系统。呼吸链中断的突变型酵母菌即使在氧气充足时,也只依赖无氧呼吸产生ATP,且发酵效率高于野生型。下列说法错误的是 (　　)
A.呼吸链位于线粒体内膜,能完成有氧呼吸的第三阶段
B.呼吸链中断可能导致丙酮酸不能进入线粒体氧化分解
C.氧气充足时,野生型酵母菌的繁殖速率大于突变型
D.消耗等量的葡萄糖,突变型呼吸产生的[H]多于野生型
解析　呼吸链是指从[H]等向氧传递电子的系统,则能完成有氧呼吸的第三阶段,A项正确;呼吸链中断细胞不能进行有氧呼吸,则代谢产物在线粒体积累,导致丙酮酸不能进入线粒体,B项正确;氧气充足时,野生型酵母菌可通过有氧呼吸获得大量的能量,突变型酵母菌不能进行有氧呼吸,获得的能量少,则野生型酵母菌繁殖速率大于突变型,C项正确;消耗等量的葡萄糖,突变型酵母细胞只通过乙醇代谢途径在第一阶段产生[H],所以突变型呼吸产生的[H]少于野生型,D项错误。
答案　D
2.(2023·山东泰安模拟)如图表示大气温度及氧浓度对植物组织内产生CO2的影响,下列相关叙述错误的是 (　　)
甲　 乙
A.从图甲可知细胞呼吸最适的温度为B点所对应的温度
B.图甲曲线变化的主要原因是温度影响与呼吸作用有关酶的活性
C.图乙中D~E段有氧呼吸逐渐减弱,E~F段有氧呼吸逐渐增强
D.和D、F点相比,图乙中E点对应的氧浓度更有利于储藏水果和蔬菜
解析　根据图甲可知,B点时,细胞呼吸最旺盛,B点所对应的温度为细胞呼吸的最适温度,A项正确;图甲曲线变化的主要原因是温度影响与呼吸作用有关的酶的活性,从而影响呼吸作用,B项正确;图乙中D~E段和E~F段,随着氧浓度的增加,有氧呼吸均逐渐增强,C项错误;储藏水果和蔬菜应该降低植物的呼吸作用,乙图E点时CO2释放速率最小,说明此时细胞呼吸最弱,因此图乙中E点对应的氧浓度更有利于储藏水果和蔬菜,D项正确。
答案　C
3.草莓果实含有多种有机物且含水量高,深受人们的喜爱。为推动草莓物流的发展,某生物小组探究了不同储藏温度对草莓果实呼吸强度的影响,结果如图。
回答下列问题:
(1)该实验根据CO2使　　　　　　　　溶液由蓝变绿再变黄的时间长短,检测呼吸强度,但不能用有无CO2的释放作为判断草莓果实细胞呼吸类型的指标,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)研究表明,随储藏温度的升高,草莓果实的鲜重逐渐下降,原因是　　　　　　。
(3)依据该实验　　　　(填“能”或“不能”)推断草莓果实呼吸相关酶的最适温度,原因是　　　　　　　　　　　　。
(4)利用细胞呼吸的原理,请提出有利于草莓储藏的措施　　　　　　　　　　　　(答出两条即可)。
解析　(1)CO2能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,CO2浓度不同变色所需要的时间不同。另外,草莓果实细胞有氧呼吸与无氧呼吸都会产生CO2,故不能根据有无CO2的产生来判断草莓果实细胞的呼吸类型。(2)随储藏温度的升高,细胞中的有机物氧化分解加快,水分散失增多,因此鲜重会下降。(3)在图示曲线中,随着温度升高,草莓果实细胞呼吸强度一直呈上升趋势,实验结果未出现峰值,因此无法推断草莓果实呼吸相关酶的最适温度。(4)根据曲线信息可知,低温时草莓果实细胞呼吸强度较弱,另外在低氧环境下细胞呼吸强度也较弱,从而减少有机物的消耗,有利于草莓的储藏。
答案　(1)溴麝香草酚蓝　草莓果实细胞有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2　(2)随储藏温度的升高,草莓果实有机物氧化分解加快,水分散失增多,鲜重逐渐下降
(3)不能　实验结果未出现峰值　(4)低温、低氧环境下储藏(合理即可)
角度二 围绕细胞呼吸的应用,考查科学思维与社会责任
4.(2021·湖南卷)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
解析　早稻浸种催芽过程中,常用40 ℃左右温水淋种并翻种,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项正确;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项错误;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项正确;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项正确。
答案　B
5.(2023·宝鸡模拟)有氧运动是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼,比如慢跑、骑自行车等。在有氧运动时,体内积存的糖分会被氧化而消耗,同时脂肪也会加快“燃烧”,是健康的减肥方法。无氧运动是肌肉在缺氧的状态下高速剧烈的运动,例如举重、百米冲刺、摔跤等。运动过后能增大肌肉和脂肪的比率,增加肌肉新陈代谢速率,提高身体免疫力。下列有关说法正确的是 (　　)
A.有氧运动可以加快体内脂肪的“燃烧”,无氧运动对脂肪的消耗没有作用
B.由于无氧运动更加剧烈,与有氧呼吸相比,无氧呼吸时能量转化至ATP中的效率更高
C.“百米冲刺”后运动员感觉肌肉酸胀乏力,是由于在肌细胞的线粒体中积累了大量乳酸
D.慢跑过程中氧气充分供应,但是细胞中产生的二氧化碳与消耗的氧气量不一定相等
解析　由题干信息可知,无氧运动过后能增大肌肉和脂肪的比率,增加肌肉新陈代谢速率,提高身体免疫力,对脂肪的消耗有作用,A项错误;与有氧呼吸相比,无氧呼吸时能量转化至ATP中的效率更低,B项错误;“百米冲刺”后运动员感觉肌肉酸胀乏力,是由于在肌细胞的细胞质基质中积累了大量乳酸,C项错误;慢跑过程中氧气充分供应,但是由于脂肪的消耗,细胞中产生的二氧化碳与消耗的氧气量不一定相等,D项正确。
答案　D
角度三 通过对种子萌发过程中细胞呼吸的变化分析,考查科学探究能力
6.将黄豆干种子浸水30小时,期间黄豆胚细胞发生了一系列生理变化,下列叙述正确的是 (　　)
A.自由水与结合水的含量均大量增加,代谢加快
B.CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大,说明此阶段无氧呼吸较强
C.酶的种类没有变化,但酶的活性均显著增高
D.若在显微镜下观察胚细胞,会发现大部分细胞中存在染色体
解析　黄豆干种子浸水萌发的过程中,自由水的含量大量增加,结合水的含量增加的幅度较小,代谢加快,A项错误;黄豆种子在有氧呼吸过程中消耗的O2量与产生的CO2量相等,在无氧呼吸过程中不消耗O2、有CO2产生,据此可推知:若CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大,说明此阶段无氧呼吸较强,B项正确;黄豆干种子浸水萌发的过程中,细胞中发生的化学反应类型增多,酶的种类会有所变化,但并非是酶的活性均显著增高,C项错误;在一个细胞周期中,因分裂间期持续的时间明显大于分裂期,而染色体出现在细胞分裂期,所以若在显微镜下观察胚细胞,会发现少部分细胞中存在染色体,D项错误。
答案　B
7.(2023·泰州模拟)如图表示某油料作物种子萌发为幼苗过程中CO2释放、O2吸收相对速率的变化。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.油料作物种子细胞中不含蛋白质和糖类
B.第Ⅰ、Ⅱ阶段种子细胞以无氧呼吸为主
C.第Ⅲ阶段种子细胞中的自由水含量比第Ⅰ阶段高
D.第Ⅳ阶段呼吸速率因贮存物质被消耗而显著下降
解析　油料作物种子细胞脂肪含量丰富,但也有蛋白质和糖类,A项错误;第Ⅰ、Ⅱ阶段几乎不吸收氧气,CO2的释放速率远大于氧气的吸收速率,故此时种子细胞以无氧呼吸为主,B项正确;与第Ⅰ阶段相比,第Ⅲ阶段种子细胞代谢旺盛,自由水含量较高,C项正确;第Ⅳ阶段由于现有的有机物不断消耗,呼吸速率逐渐降低,D项正确。
答案　A
考点三　探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验原理。
2.实验设计思路——对比实验。
3.实验步骤。
(1)配制酵母菌培养液(酵母菌+葡萄糖溶液)。
将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温,才可加入酵母菌,否则,高温会杀死酵母菌。
(2)检测CO2的产生,装置如图所示。
(3)检测酒精的产生。
自A、B中各取2 mL酵母菌培养液的滤液,分别注入编号为1、2的两支干净的试管中→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。
提醒　葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化,因此,应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
4.实验现象。
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)酵母菌在有氧条件下产生CO2多且快,在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。
1.“液滴移动法”探究细胞呼吸的方式。
(1)实验装置(以萌发种子为例)。
　
装置一 装置二
(2)实验原理。
①萌发种子的作用:萌发种子细胞呼吸吸收O2、释放CO2都会影响装置中气体的体积,进而导致着色液滴的移动。
②装置一中NaOH溶液的作用:吸收细胞呼吸产生的CO2。
③两装置中着色液滴移动及测定的呼吸方式。
比较项目 装置一 装置二
着色液 滴移动 原因 细胞呼吸 吸收O2 细胞呼吸释放CO2与吸收O2的差
方向 左移或不动 不动或右移
测定的呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
(3)实验现象和结论。
实验现象 实验结论
装置一液滴 装置二液滴
不动 不动 无细胞呼吸
不动 右移 只进行无氧呼吸
左移 右移 既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸
左移 不动 只进行有氧呼吸
提醒　若所测生物材料进行无氧呼吸产生乳酸,则无法用此方法测定。
(4)物理误差的校正。
为排除温度、气压等无关变量的干扰,可设置对照装置。对照装置与装置二相比,不同点是用煮熟的种子代替发芽种子,其余均相同。
2.种子萌发时呼吸速率的测定。
(1)实验装置。
　
装置甲 装置乙
(2)指标及原理。
指标 细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示
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,刻度管内的着色液滴左移。单位时间内着色液滴左移的距离即表示呼吸速率
(3)物理误差的校正。
①如果实验材料是绿色植物,整个装置应遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
②如果实验材料是种子,为防止微生物的细胞呼吸对实验结果产生干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。
③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材料灭活(如将发芽的种子煮熟),其他条件均不变。
(4)实验拓展:呼吸底物与着色液滴移动的关系。
脂肪含氢量高,含氧量低,等质量的脂肪与葡萄糖相比,氧化分解时耗氧量高,而产生CO2量少。因此脂肪有氧呼吸时,产生的CO2量小于消耗的O2量,着色液滴移动更明显。
角度一 围绕“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验,考查科学探究能力
1.如图表示某同学验证呼吸作用产生二氧化碳的实验装置,在透明的容器B中放入湿润的种子。以下说法错误的是 (　　)
A.设置A装置的目的是除去空气中的CO2,确保实验的科学性
B.种子的呼吸作用一般不受光照的影响,但温度会影响呼吸作用的强度
C.该装置一定要放在黑暗的环境中,避免光下种子光合作用的干扰
D.C瓶中澄清石灰水变混浊,是种子进行呼吸作用产生了CO2的缘故
解析　装置中NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2,避免对实验结果造成影响,A项正确;影响细胞呼吸的因素有温度和氧气浓度等,光照不对细胞呼吸产生影响,B项正确;种子不进行光合作用,所以无须放在黑暗环境中,C项错误;CO2会使澄清石灰水变混浊,所以如果C瓶中澄清的石灰水变混浊,说明种子进行呼吸作用产生了CO2,D项正确。
答案　C
2.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)培养酵母菌并研究其细胞呼吸(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溶液,以便检测乙醇生成
B.乙瓶中的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2
C.乙醇是在酵母菌线粒体中产生的
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
解析　应在充分反应之后取甲瓶中培养液滤液,向其中加入橙色的酸性重铬酸钾溶液,检测乙醇生成,A项错误;乙瓶中的溶液由蓝色变绿再变黄,表明酵母菌已产生了CO2,B项错误;乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物,无氧呼吸在细胞质基质中进行,C项错误;由于培养液中葡萄糖含量一定,因此增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量,D项正确。
答案　D
角度二 结合探究生物细胞呼吸方式的实验,考查科学探究能力
3.(不定项)(2023·山东泰安模拟)下面三个装置可用于研究萌发的种子的呼吸作用的方式及其产物,有关分析正确的是 (　　)
　
甲 乙 　 丙
A.甲装置可用于探究呼吸作用是否产生热量
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的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
解析　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项正确;乙装置中NaOH溶液可吸收呼吸产生的二氧化碳,则有色液滴移动的距离代表呼吸消耗的氧气,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项错误;丙装置中澄清石灰水可检测CO2,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项正确;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项正确。
答案　ACD
4.如图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸方式而设计的实验装置(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 (　　)
　
装置1 装置2
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
解析　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,A项正确;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,B项正确;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,C项正确;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,D项错误。
答案　D
1.经典重组　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)人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供。(全国卷Ⅱ) (×)
(3)人体大脑活动的能量主要来自脂肪的有氧氧化。(海南卷,5B) (×)
(4)无氧呼吸不需要O2的参与,该过程最终有[H]的积累。(全国卷Ⅰ) (×)
(5)质量相同时,脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多。(全国卷Ⅰ) (√)
2.(2022·全国甲卷)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现,经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述,错误的是 (　　)
A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP
B.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程
C.线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与
D.线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
解析　有氧呼吸的第一阶段场所是细胞质基质,第二、三阶段在线粒体,三个阶段均可产生ATP,故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP,A项正确;线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,该阶段氧气和[H]反应生成水,该过程需要酶的催化,B项正确;丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质,该过程需要水的参与,不需要氧气的参与,C项错误;线粒体是半自主性细胞器,其中含有少量DNA,可以通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成,D项正确。
答案　C
3.(不定项)(2022·山东卷)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是 (　　)
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
解析　与25 ℃相比,4 ℃耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明电子传递未受阻,A项错误;与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4℃时有氧呼吸释放的能量较多的用于产热,消耗的葡萄糖量多, B、C两项正确;DNP使H+不经ATP合酶返回基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,导致ATP合成减少, D项正确。
答案　BCD
4.(2022·浙江6月选考)下列关于细胞呼吸的叙述,错误的是 (　　)
A.人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸
B.制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2
C.梨果肉细胞无氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP
D.酵母菌的乙醇发酵过程中通入O2会影响乙醇的生成量
解析　剧烈运动时人体可以进行无氧呼吸,无氧呼吸的产物是乳酸,故人体剧烈运动时会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸,A项正确;制作酸奶利用的是乳酸菌无氧发酵的原理,乳酸菌无氧呼吸的产物是乳酸,无二氧化碳产生,B项错误;梨果肉细胞无氧呼吸第一阶段能产生少量能量,该部分能量大部分以热能的形式散失了,少部分可用于合成ATP,C项正确;酵母菌的乙醇发酵是利用酵母菌在无氧条件产生乙醇的原理,故发酵过程中通入氧气会导致其无氧呼吸受抑制而影响乙醇的生成量,D项正确。
答案　B
5.(2021·湖北卷)采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应,逐渐褐变。密封条件下4 ℃冷藏能延长梨的贮藏期。下列叙述错误的是 (　　)
A.常温下鲜梨含水量大,环境温度较高,呼吸代谢旺盛,不耐贮藏
B.密封条件下,梨呼吸作用导致O2减少,CO2增多,利于保鲜
C.冷藏时,梨细胞的自由水增多,导致各种代谢活动减缓
D.低温抑制了梨的酚氧化酶活性,果肉褐变减缓
解析　常温下鲜梨含水量大,环境温度较高,呼吸代谢旺盛,细胞消耗的有机物多,不耐贮藏,A项正确;密封条件下,梨呼吸作用导致O2减少,CO2增多,抑制细胞呼吸,有氧呼吸减弱,消耗的有机物减少,故利于保鲜,B项正确;冷藏时,梨细胞中的自由水减少,结合水增多,导致各种代谢活动减缓,C项错误;酶活性的发挥需要适宜的温度等条件,结合题意“果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应,逐渐褐变。密封条件下4 ℃冷藏能延长梨的贮藏期”可知,低温抑制了梨的酚氧化酶活性,果肉褐变减缓,D项正确。
答案　C
(五)　对比实验与对照实验
1.对比实验及其实例。
2.对照实验及类型分析。
(1)含义:设置对照组。通常把经过控制处理的一组(或者未知实验结果的一组)称为实验组,而将未经过处理的一组(自然状态下或者已知实验结果的一组)称为对照组。
(2)类型。
1.对比实验是科学探究中常用的方法之一。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验
B.对比实验中每个实验组的结果通常都是事先未知的
C.对比实验往往没有对照组,而是设置两个或两个以上的实验组
D.对比实验中因变量可以用多种指标表示,无关变量只需相同即可
解析　探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验法,A项正确;对比实验中每个实验组的结果通常是事先未知的,通过实验结果的对比来说明问题,B项正确;对比实验往往没有对照组,而是设置两个或两个以上的实验组相互对照,C项正确;对比实验的因变量可以用多种指标表示,无关变量需相同且适宜,D项错误。
答案　D
2.下列实验中,有关实验组和对照组的设置,正确的是 (　　)
选项 实验名称 实验组 对照组
A 探究过氧化氢酶作用的最适pH 氢氧化钠溶液或盐酸+过氧化氢溶液+过氧化氢酶 蒸馏水+过氧化氢溶液+过氧化氢
B 验证过氧化氢酶具有催化作用 过氧化氢溶液+肝脏研磨液 过氧化氢溶液+FeCl3溶液
C 验证酶的专一性 新鲜蔗糖溶液+新鲜蔗糖酶液 新鲜淀粉溶液+新鲜淀粉酶液
D 验证某种酶是蛋白质 待测酶溶液+双缩脲试剂 标准蛋白质溶液+双缩脲试剂
解析　探究过氧化氢酶作用的最适pH应设置成相互对照实验,无特定的对照组,多个实验组的pH不同,各实验组相互对照,表中A项对应的设置是验证pH对酶活性的影响,A项错误;验证酶具有催化作用,对照组应设置为用过氧化氢溶液+等量蒸馏水,B项对应的设置是验证酶具有高效性,B项错误;验证酶的专一性,实验组应设置为反应物+相应酶液,对照组应设置为另一反应物+同一酶液或同一反应物+另一种酶液,C项错误;验证某种酶是蛋白质的实验中,对照组设置成标准蛋白质溶液+双缩脲试剂是为了排除无关变量的干扰,D项正确。
答案　D
3.生物实验中常用到对照实验,下列实验中对照组设置正确的是 (　　)
A.探究温度对淀粉酶活性的影响实验中,分别在0 ℃、20 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃和100 ℃条件下进行
B.探究细胞核的功能时,把蝾螈的受精卵横缢成两部分,每部分各含有一半的细胞核
C.探究甲状腺激素对小鼠新陈代谢的影响时,分别给不同组小鼠注射蒸馏水和甲状腺激素溶液
D.探究低温对不同植物染色体数目变化的影响时,分别将植物甲的根尖和植物乙的芽尖用低温处理
解析　研究温度对淀粉酶活性的影响时,自变量是温度,A项正确;探究细胞核的功能时,自变量是有无细胞核,应把蝾螈的受精卵横缢成有核和无核两部分,不是各含有一半的细胞核,B项错误;探究甲状腺激素对小鼠新陈代谢的影响时,空白对照组应该注射生理盐水,不是蒸馏水,蒸馏水不是小鼠的等渗溶液,可能影响细胞活性,C项错误;探究低温对不同植物染色体数目变化的影响,自变量是植物种类,选择甲、乙两种植物,但所选植物器官应该保持一致,都选择根尖或都选择芽尖,D项错误。
答案　A
科学探究
(三) 实验目的、原理和假设
实验设计程序:明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。
一、正确写出实验目的
【典例1】　科学施肥可使作物接近最高产量而又不会造成肥料浪费。实验表明锌肥的施用量与番茄的果实产量密切相关,下图为实验结果曲线图,请完善探究实验的相关问题:
实验目的: 。
答案　探究锌肥施用量对番茄果实产量的影响(或探究种植番茄时施用锌肥的最佳浓度范围)
实验目的——要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后,要解决什么问题。
1.实验目的的书写与表达:实验目的的内容包含研究对象、研究现象(因变量)和作用于对象的因素(自变量),格式为“探究(验证)×××(自变量)对×××(因变量)的影响”或“探究(验证)×××(因变量)与×××(自变量)的关系”等。
2.实验目的的确认方法。
①根据题目信息,直接写出实验目的。
②根据实验装置或实验现象,推断实验目的。
③根据实验步骤反推实验目的。
二、准确写出实验原理
【典例2】　某科研机构发现了一种新型病毒,并对该病毒的遗传物质进行研究。请回答下列问题。
(1)可用化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究,原理是 。
(2)可以用同位素标记法研究该病毒遗传物质种类,将宿主细胞放在含某种有放射性标记的核苷酸的培养基中培养,再用该病毒侵染被标记的宿主细胞,一段时间后收集子代病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸　　　　(填“是”或“不是”)都需要标记,理由是 。
解析　本实验的目的是探究该新型病毒遗传物质的种类。(1)病毒只有一种核酸,DNA或者RNA,二者在化学组成上的不同是DNA含有的五碳糖是脱氧核糖,RNA含有的五碳糖是核糖;DNA特有的碱基是T,RNA特有的碱基是U,因此,可以通过化学分析的方法,分析这种新型病毒的五碳糖或含氮碱基的种类,从而判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA。(2)核苷酸包括两类,一类是脱氧核糖核苷酸,另一类是核糖核苷酸,培养基中,只需将胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸或者尿嘧啶核糖核苷酸进行放射性标记,如果都进行放射性标记,那么无论新型病毒的遗传物质是DNA还是RNA,收集到的子代病毒中均能检测到放射性,无法得出实验结论。
答案　(1)DNA含有的五碳糖是脱氧核糖且含碱基T,RNA含有的五碳糖是核糖且含碱基U,可以通过化学分析的方法,分析这种新型病毒遗传物质中五碳糖或含氮碱基的种类,据此判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA
(2)不是　若对各种核苷酸都进行放射性标记,则无论该新型病毒是DNA病毒还是RNA病毒,在子代病毒中均能检测到放射性
实验原理就是进行实验的理论依据,包括选择实验材料的依据、作出实验假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象与结果的依据和确定观测指标的依据。
1.实验原理一般由三段组成:自变量和因变量的关系+因变量的观测指标+实验过程描述。
2.实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考,有些题目要求对实验结果进行分析,其考查的是实验原理,所以对实验结果分析时合理套用实验原理即可。
三、规范写出实验假设
【典例3】　当环境中存在一定浓度的某些致突变物时,会导致染色体断裂,不含着丝粒的断裂片段在有丝分裂时不能进入子细胞核中,而是在细胞质基质中形成椭圆形异常结构,称为微核,微核与主核有相同染色效果,但体积较小(如图所示)。某研究所在蝴蝶兰培育的过程中使用了磷胺杀虫剂,发现磷胺的污染可能导致细胞中出现微核,研究人员以蝴蝶兰根尖细胞为实验材料,通过观测统计出微核率和微核细胞率的大小,来探究磷胺对染色体的影响。若下图为研究小组在探究过程中某一个实验方案的实验结果,则该实验结果的假设是 　。
答案　磷胺污染程度和污染持续时间与植物细胞的微核细胞率呈正相关
假设是指用来说明某种现象,但未经证实的论题,是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想,是研究者对研究结果预先赋予的答案,是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确,也可能错误,但必须能解释题目现象或与题干相符,一般情况下,若是实验中要求写出你的假设,我们应根据自己平常积累的知识,写出认为最可能的一种假设即可。
1.人类对遗传物质的探索经历了漫长的过程。回答下列问题:
艾弗里所做的肺炎链球菌体外转化实验如下:
①S型菌的细胞提取物+R型菌→S型菌+R型菌
②S型菌的细胞提取物+R型菌+蛋白酶(或RNA酶、酯酶)→R型菌+S型菌
③S型菌的细胞提取物+DNA酶+R型菌→只有R型菌
增设实验③的目的是证明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　艾弗里的实验增加了DNA酶处理S型菌细胞提取物的实验,①②③组实验互相对照,说明DNA是使R型菌发生转化的唯一物质,没有DNA,则R型菌不能转化为S型菌。
答案　无DNA则转化一定不能发生
2.为研究红枣多糖对血糖浓度的影响,某课题组用糖尿病模型小鼠(胰岛素分泌不足)进行实验。将生理状况相同的糖尿病小鼠均分为两组,A组灌胃一定量的红枣多糖,B组灌胃等体积的生理盐水,一段时间后测定两组小鼠体内血糖浓度及胰岛素含量。回答下列问题:
(1)为使实验更科学,还应增加一组　　　　　　　　　　　　小鼠,以测定　　　　　　　　　　的基准值。
(2)该实验的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)题中两组均为糖尿病小鼠,缺少正常小鼠进行对照,故为使实验更科学,还应增加一组灌胃等体积生理盐水的正常小鼠,以测定血糖浓度和胰岛素含量的基准值。(2)依据实验结果可知,红枣多糖可能通过促进胰岛素分泌来降低血糖浓度,根据所学知识综合分析并组织语言写出实验原理即可。
答案　(1)灌胃等体积生理盐水的正常　血糖浓度和胰岛素含量　(2)胰岛素是唯一一种能直接降低血糖浓度的激素;红枣多糖通过促进胰岛素分泌来降低糖尿病小鼠血糖浓度(答案合理即可)
3.某校生物实验小组对“动物细胞是否也能通过渗透作用吸水和失水”进行实验探究,请分析回答下列问题:
(1)实验假设是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)请你说出作出该假设的依据:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)动物细胞能通过渗透作用吸水或失水
(2)动物细胞具有发生渗透作用的条件(或细胞膜有选择透过性,当细胞与外界溶液接触时,膜两侧具有浓度差)
4.根据基因在染色体上的位置,性状的遗传可分为伴性遗传和常染色体遗传,其中伴性遗传(XY型)又分为伴X染色体遗传(基因仅位于X染色体上)、伴Y染色体遗传(基因仅位于Y染色体上)和伴X、Y染色体同源区段遗传(基因位于X、Y染色体的同源区段上)。
有研究人员从世代连续培养的野生型红眼果蝇种群中分离出雌、雄各一只紫眼突变体(只涉及一对等位基因),并进行了以下实验,请分析回答下列问题。
实验①:紫眼雌果蝇×野生型雄果蝇→F1均为红眼→F1雌雄个体相互交配得F2,F2中红眼∶紫眼=3∶1
实验②:紫眼雄果蝇×野生型雌果蝇→F1均为红眼→F1雌雄个体相互交配得F2,F2中红眼∶紫眼=3∶1
(1)根据上述实验结果可确定果蝇眼色的遗传不可能是伴Y染色体遗传,确定的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　,也可确定果蝇眼色的遗传不可能是伴X染色体遗传,确定的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)研究人员提出了控制果蝇眼色的基因位于X、Y染色体同源区段上的假设(假设一)。对控制果蝇眼色基因的位置还可以提出另一种假设:　　　　　　　　　　　　　　　(假设二)。
(3)为了判断(2)中所述何种假设成立,需要对实验①②的结果进行进一步的观测。支持假设一的观测结果是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若(2)中所述假设一成立,让实验①F2的雌果蝇与实验②F2的雄果蝇随机交配,所得子代红眼果蝇中纯合子的比例是　　　　。
解析　(1)若控制果蝇眼色的基因仅位于Y染色体上(伴Y染色体遗传),则雌性个体不会出现相应性状,与题干不符。由杂交实验①②的表型及比例可知,红眼对紫眼为显性,若该性状为伴X染色体遗传,相关基因用B、b表示,则实验①为XbXb×XBY→F1:XBXb、XbY→F2:XBXb、XbXb、XBY、XbY,即F1应为红眼∶紫眼=1∶1,F2也应为红眼∶紫眼=1∶1,与实际结果不符,故不可能为伴X染色体遗传。(2)根据题意,控制果蝇眼色的基因不可能仅位于Y染色体上或仅位于X染色体上,由此可提出两种假设,即控制果蝇眼色的基因可能位于X、Y染色体的同源区段上(假设一)或常染色体上(假设二)。(3)为了判断(2)中所述何种假设成立,需要对实验①②的结果做进一步的观测,若假设一成立,则实验①为XbXb×XBYB→F1:XBXb、XbYB→F2:XbXb、XBXb、XBYB、XbYB,即F2紫眼果蝇性别为雌性;实验②为XbYb×XBXB→F1:XBXb、XBYb→F2:XBXB、XBXb、XBYb、XbYb,即F2紫眼果蝇性别为雄性。(4)若(2)中假设一成立,则实验①F2的雌果蝇(1/2XbXb、1/2XBXb)产生的配子及比例为1/4XB、3/4Xb,实验②F2的雄果蝇(1/2XBYb、1/2XbYb)产生的配子及比例为1/4XB、1/4Xb、2/4Yb,雌雄个体随机交配,子代中红眼果蝇(XBX-、XBYb)所占比例为(1/4)×1+(3/4)×(1/4)=7/16,其中纯合子(XBXB)占(1/4)×(1/4)÷(7/16)=1/7。
答案　(1)红眼和紫眼在雌雄个体中都有表现(答案合理即可)　若果蝇眼色的遗传是伴X染色体遗传,则实验①F1应为红眼∶紫眼=1∶1,F2也应为红眼∶紫眼=1∶1,与实际杂交结果不符
(2)控制果蝇眼色的基因位于常染色体上
(3)实验①F2中紫眼果蝇性别是雌性,实验②F2中紫眼果蝇性别是雄性
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