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第09讲 细胞呼吸
讲核心素养
构思维导图
题型剖析
考点梳理
内容导航
4
2
1
3
有氧呼吸
无氧呼吸
细胞呼吸的原理及简单应用
影响细胞呼吸的因素及其应用
5
细胞呼吸方式的判断
液滴移动法探究细胞的呼吸方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
6
7
1.生命观念——物质与能量观：物质氧化分解与释放能量的关系；
2.科学思维——分类与比较：比较有氧呼吸和无氧呼吸的过程，体会二者对生命活动的意义
3.科学探究——实验设计与结果分析：探究有氧和无氧条件下
酵母菌细胞呼吸的方式，培养设计实验的严谨思维
4.社会责任——社会应用：运用细胞呼吸的原理解释生产和生活中的现象，应用相关知识解决实际问题
有氧呼吸
考点1
考点1 有氧呼吸
1、概念：有氧呼吸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。
反应式：
2、场所：主要在线粒体。（细胞质基质和线粒体）
线粒体具有内外两层膜，内膜的某些部位向内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。嵴的周围充满了液态的基质。线粒体的内膜上和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶。
考点1 有氧呼吸
3、过程
[H]实质是还原型辅酶Ⅰ，NAD+氧化型辅酶Ⅰ
考点1 有氧呼吸
3、有氧呼吸过程中各元素的去向
①氧气中的氧全部生成产物水。
②水在第二阶段参加反应，生成二氧化碳。二氧化碳中的氧一半来源于水，一般来源于葡萄糖。
考点1 有氧呼吸
4、能量转化（生成32molATP,其余约66%以热能形式散失）
考点1 有氧呼吸
5、有氧呼吸与有机物在体外燃烧的不同特点及对生物体的意义
（1）比较：
①有氧呼吸过程温和。
②有氧呼吸进行时有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。
③有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在ATP中。
④细胞呼吸过程中释放的能量，大部分过能力以热能形式散失。
（2）对生物体的意义
使有机物中的能量逐步转移到ATP中，逐步缓慢释放能量，保证有机物中的能量得到最充分的利用且有利于维持细胞的相对稳定状态。
无氧呼吸
考点2
考点2 无氧呼吸
1、概念
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。无氧呼吸只在第一阶段释放少量的能量，生成少量ATP。酵母菌、乳酸菌等生物的无氧呼吸也叫做发酵。产生酒精的叫做酒精发酵，产生乳酸的叫做乳酸发酵。
2、场所
细胞质基质。
考点2 无氧呼吸
3、类型和过程
（1）第一阶段
（与有氧呼吸第一阶段完全相同）
C6H12O6
2C3H4O3+4[H]+少量能量
酶
（2）第二阶段（丙酮酸不彻底氧化分解），不放能
2C3H4O3+4[H]
2CO2+2C2H5OH
酶
2C3H4O3+4[H]
2C3H6O3
酶
大多数植物细胞，酵母菌等
高等动物、乳酸菌、少数植物器官（马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米胚等）
考点2 无氧呼吸
考点2 无氧呼吸
3、类型和过程
大多数植物细胞，酵母菌等
高等动物、乳酸菌、少数植物器官（马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米胚等）
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
总反应式：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
考点2 无氧呼吸
4、无氧呼吸过程的能量转化（大部分以热能形式散失）
(1)无氧呼吸过程中1 mol葡萄糖在分解成乳酸时，只释放出196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP(2 mol)中，近69%的能量都以热能的形式散失了。
(2)无氧呼吸过程中1 mol葡萄糖分解成酒精和CO2时，只释放出225.94 kJ的能量，其中同样只有61.08 kJ的能量储存在ATP(2 mol)中，近73%的能量都以热能的形式散失了。
细胞呼吸原理的简单应用
考点3
考点3 细胞呼吸原理的简单应用
1、细胞呼吸概念
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、细胞呼吸的意义
细胞呼吸能为生物体提供能量，还是生物代谢的枢纽。
例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。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。
考点3 细胞呼吸原理的简单应用
3、有氧呼吸原理的应用
(1)利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。利用酵母菌制作馒头、面包。
(2)提倡慢跑等有氧运动使细胞进行有氧呼吸，避免肌细胞产生大量乳酸。
(3)作物中耕松土、稻田适时排水有利于改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，有利于作物生长。
(4)储藏果实、蔬菜时，采取低温、低氧等措施减弱果蔬的呼吸作用，减少有机物的消耗。
考点3 细胞呼吸原理的简单应用
4、无氧呼吸原理的应用
(1)酿酒、泡菜、酸奶等传统食品制作。利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸；利用酵母菌无氧呼吸产生酒精。
(2)包扎伤口应选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。为伤口创造有氧的环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的愈合。
(3)皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，需清理伤口并注射破伤风抗毒血清等。
防止破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖。
下列所述生产与生活中的做法，合理的是(　 )
1、白天定时给栽培大棚通风以保证氧气供应
2、做面包时加入酵母菌并维持密闭状态
3、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
4、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
5、水稻田适时排水晒田以保证根系通气
6、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
7、用不透气的消毒材料包扎伤口以避免感染
8、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
　3、5、6、8
影响细胞呼吸的因素及其应用
考点4
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
1、内因
①遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
②生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。
实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
③器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
2、外因
①温度
a.影响：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性来影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。
b. 应用：零上低温条件下储藏蔬菜和水果；蔬菜大棚夜间适当降温，以降低细胞呼吸对有机物的消耗，从而提高产量；温水和面发的快。
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
2、外因
②氧气
a.O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
随着氧气浓度增加，有氧呼吸不断增强，无氧呼吸受到抑制，当氧气浓度达到一定值后，受呼吸酶数量等因素的限制，有氧呼吸的强度不再增大。
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
2、外因
②氧气
Ⅰ.O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
Ⅱ.0Ⅲ.O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
Ⅳ.O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
2、外因
②氧气
b．应用：中耕松土促进植物根部有氧呼吸；无氧发酵过程需要严格控制无氧环境低氧抑制细胞呼吸，有利于储藏粮食、水果和蔬菜
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
2、外因
③CO2
a．影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
b．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。
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
2、外因
④水分
a.在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快。
b.粮食在收仓前要进行晾晒处理；干种子萌发前进行浸泡处理
考点4 影响细胞呼吸的因素及其应用
3、归纳总结
①影响细胞呼吸的因素并不是单一的。若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度，可采取供水、升温、高氧等措施；若需要降低细胞呼吸强度，可以采取干燥、低温、低氧等措施。
②储藏蔬菜和水果的条件并不是无氧环境。蔬菜和水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温。种子储藏时应保持干燥，而蔬菜和水果储藏时应保持一定的湿度
某科学兴趣小组以酵母菌作为实验材料，以葡萄糖作为能量来源，在一定条件下，通过控制氧气浓度的变化，得到了酵母菌进行细胞呼吸时二氧化碳产生速率(Ⅰ)、氧气消耗速率(Ⅱ)、以及酒精产生速率(Ⅲ)随着时间变化的三条曲线，实验结果如图所示，t1时刻Ⅰ、Ⅱ两条曲线重合，S1、S2、S3、S4分别表示各曲线围成的面积。该兴趣小组还利用乳酸菌作为实验材料进行相同的实验，实验装备和条件不变，得到乳酸产生速率(Ⅳ)的曲线。下列相关叙述不正确的是(　　)
A.在t1时刻，由于氧气浓度较高，无氧呼吸消失
B.如果改变温度条件，t1会左移或右移，但是S1和S2的值始终相等
C.若S2∶S3＝2∶1，则S4∶S1＝8∶1时，0～t1时间段有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖量的比值为2∶1
D.若曲线Ⅳ和曲线Ⅲ两者完全重合，则0～t1时间段酵母菌和乳酸菌细胞呼吸消耗的葡萄糖量相等
D
细胞呼吸方式的判断
考点5
考点5 细胞呼吸方式的判断
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，一定存在无氧呼吸。
③无二氧化碳释放，一定为产乳酸的无氧呼吸或死亡。
考点5 细胞呼吸方式的判断
2、根据根据CO2释放量与O2消耗量判断
①不消耗O2，释放CO2→只进行产酒精的无氧呼吸。
②不消耗O2，不释放CO2→只进行产乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡。
③CO2释放量等于O2吸收量→只进行以葡萄糖为底物的有氧呼吸或既进行有氧呼吸又进行产乳酸的无氧呼吸。
考点5 细胞呼吸方式的判断
2、根据CO2释放量与O2消耗量判断
④CO2释放量大于O2吸收量→既进行有氧呼吸又进行产酒精的无氧呼吸。CO2释放量大于O2吸收量→既进行有氧呼吸又进行产酒精的无氧呼吸。如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸可如下分析：
若 V(CO2):V（O2）=4:3，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。
若 V(CO2):V（O2）>4:3，无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸。
若 V(CO2):V（O2）<4:3，有氧呼吸消耗葡萄糖速率小于无氧呼吸。
考点5 细胞呼吸方式的判断
2、根据根据CO2释放量与O2消耗量判断
⑤CO2释放量等于酒精的产生量→只进行产酒精的无氧呼吸
⑥CO2释放量大于酒精的产生量→既有进行有氧呼吸，又进行产酒精的无氧呼吸。
⑦CO2释放量小于O2吸收量→可能存在脂质的氧化分解
考点5 细胞呼吸方式的判断
3、根据反应的场所判断
①真核细胞：
若整个呼吸过程均在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为有氧呼吸。
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基质和细胞膜上进行，其呼吸方式应根据产物判断，若只有CO2和H2O产生，则为有氧呼吸，若还有酒精或乳酸产生，则还存在无氧呼吸。
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
葡萄糖和脂肪是细胞呼吸常用的物质，葡萄糖中的氧含量远多于脂肪，科学研究中常用RQ(释放的CO2体积/消耗的O2体积)来推测生物的呼吸方式和用于呼吸的能源物质。下列叙述，不正确的是(　　)
A.水淹时植物根细胞的RQ>1，该植物根细胞呼吸的产物可能有酒精
B.若测得酵母菌在葡萄糖培养液中的RQ＝1，说明进行的是有氧呼吸
C.若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，该植物种子可能富含油脂
D.人体在剧烈运动的时候，若呼吸底物只有葡萄糖，RQ会大于1
D
例氧的浓度会影响细胞呼吸。在a、b、c、d条件下,底物是葡萄糖,测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如下图。则下列叙述中正确的是(　　)
A.a、b、c、d条件下,细胞呼吸的场所均为细胞质基质和线粒体
B.a条件时,细胞呼吸最终有[H]的积累
C.b、c条件下,细胞呼吸的产物只有二氧化碳和水
D.若底物是等量的脂肪,则在d条件下释放的CO2与吸收的O2的比值可能不为1
D
液滴移动法探究细胞的呼吸方式
考点6
考点6 液滴移动法探究细胞的呼吸方式
1、实验装置
2、实验原理
装置1中加入NaOH溶液的目的是吸收二氧化碳，根据着色液滴移动的距离可测出呼吸作用消耗的氧气的体积。
装置2中着色液滴移动的距离代表呼吸作用消耗的氧气和释放的二氧化碳的体积的差值。
考点6 液滴移动法探究细胞的呼吸方式
3、实验结果分析
判定呼吸方式时，底物一般是葡萄糖。分析如下：
考点6 液滴移动法探究细胞的呼吸方式
4、误差的校正
如果实验材料是种子，为防止微生物细胞呼吸对实验结果的干扰，应对实验装置及所测种子进行消毒处理。为防止压强、温度等物理因素引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
考点7
考点7 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、基本原理
（1）呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。呼吸作用也叫细胞呼吸。
（2）酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
（3）产物的检测：
由于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。
考点7 探究酵母菌细胞呼吸的方式
2、实验设计
自变量：O2的有无
因变量：酵母菌的细胞呼吸产物，即产生CO2的多少、酒精的有无
无关变量：无关变量有温度、葡萄糖溶液的浓度、酵母菌活性等；无关变量保持相同且适宜。
考点7 探究酵母菌细胞呼吸的方式
3、实验中的注意事项
①配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入新鲜食用酵母菌，其目的是：一方面杀死葡萄糖溶液中的微生物，可以排除其他微生物对实验结果的影响，另一方面也可以排出溶液中的O2。
②有氧条件装置必须持续通入无菌空气，保证O2的充足。
③排尽反应瓶中原有空气，再连接检测装置。或先通入氮气排尽原有气体。
考点7 探究酵母菌细胞呼吸的方式
3、实验中的注意事项
①配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入新鲜食用酵母菌，其目的是：一方面杀死葡萄糖溶液中的微生物，可以排除其他微生物对实验结果的影响，另一方面也可以排出溶液中的O2。
②有氧条件装置必须持续通入无菌空气，保证O2的充足。
③排尽反应瓶中原有空气，再连接检测装置。或先通入氮气排尽原有气体。
4、实验结论
①酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的二氧化碳和水。
②酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生酒精和少量二氧化碳
考点7 探究酵母菌细胞呼吸的方式
5、【科学方法】对比实验
对比实验是指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。
对比实验不设对照组，均为实验组(或互为实验组和对照组)，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。
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
　D

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