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细胞呼吸的原理和应用
细胞呼吸的原理和应用
第8讲
高三生物总复习课件-必修1 分子与细胞
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验原理
基础·精细梳理
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
2．实验设计思路——对比实验
基础·精细梳理
名师解读 教材中对比实验的实例
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探究温度(pH)对酶活性的影响。
3．实验步骤
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
基础·精细梳理
(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
使用前需煮沸，目的是灭菌，排除其他微生物呼吸作用的干扰
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
基础·精细梳理
(3)检测酒精的产生
自A、B瓶中各取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。
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
基础·精细梳理
4．实现现象
条件 澄清石灰水的变化/出现变化的快慢 重铬酸钾的浓硫酸溶液
甲组(有氧)
乙组(无氧)
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。
变浑浊程度高/快
变浑浊程度低/慢
无变化
出现灰绿色
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？
提示　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)实验的因变量是什么？检测的结果是什么？
提示　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浑浊快，丁中石灰水变浑浊慢。
(3)实验的无关变量有哪些？
提示　实验的无关变量有酵母菌活性和葡萄糖溶液浓度、温度等因素。
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
情境推理·探究
1．(2021·广东卷，9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(下图)。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．甲瓶中葡萄糖浓度越大，产生的乙醇越多
D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
典例·精心深研
1．“液滴移动法”探究细胞呼吸的方式
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
重点难点·透析
只进行产生乳酸的无氧呼吸
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
重点难点·透析
物理误差的校正
为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。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。
　(1)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌，所测种子进行消毒处理。
(2)若选用绿色植物作实验材料，测定细胞呼吸速率，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定，同时可设置同种状况但杀死的植株或幼苗作为对照。
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
重点难点·透析
2．教材规定实验中的“显色”归纳
1.有氧呼吸
考点二 细胞呼吸的方式及过程
基础·精细梳理
主要场所是线粒体，而原核细胞在细胞质基质和细胞膜上进行
(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
考点二 细胞呼吸的方式及过程
基础·精细梳理
放能：1 mol葡萄糖释放的能量中有977.28 kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。
（3）有氧呼吸中各种元素的来源和去路
（4）能量转换
葡萄糖中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。
考点二 细胞呼吸的方式及过程
基础·精细梳理
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。
(2)过程图解
考点二 细胞呼吸的方式及过程
基础·精细梳理
微生物的无氧呼吸也叫发酵
考点二 细胞呼吸的方式及过程
基础·精细梳理
名师解读
①无氧呼吸只在第一阶段产生ATP和[H]。
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。
④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。　　
1．有氧呼吸与无氧呼吸中[H]和ATP的来源和去路
(1)有氧呼吸过程中
考点二 细胞呼吸的方式及过程
重点难点·透析
(2)无氧呼吸过程中
无氧呼吸中的[H]和ATP都是在第一阶段产生的，场所是细胞质基质。其中[H]在第二阶段被全部消耗。
考点二 细胞呼吸的方式及过程
重点难点·透析
2．有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的关系比
(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
(2)产生酒精的无氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时，产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的
CO2摩尔数之比为1∶3。
(4)消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和
产生酒精的无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3∶4。
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。
考点二 细胞呼吸的方式及过程
情境推理·探究
3．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)。
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体的常用
方法是什么？
提示　差速离心法。
(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　第1组溶液为蓝色，第2组溶液颜色由蓝色变绿再变黄，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。
考点二 细胞呼吸的方式及过程
情境推理·探究
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 4．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？
提示　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管子叶为什么不变色？实验中设置A管的目的是什么？
提示　A管中子叶细胞的酶失活，无呼吸作用。
实验中设置A管目的是作对照。
考点二 细胞呼吸的方式及过程
情境推理·探究
1.(多选)(2022·山东日照期末)北欧鲫鱼能够在冬季结冰的水下生活。北欧鲫鱼在缺氧时将乳酸转变为酒精(熔点为－114 ℃)，再将酒精经鱼鳃排到水中，大大提高在严酷环境中的存活率。其细胞呼吸过程如下图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A.过程①②③都发生在细胞质基质中，
均能产生ATP
B.该呼吸过程中，葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失
C.基因的表达差异使北欧鲫鱼肌细胞与其他细胞中催化呼吸作用的酶有所不同
D.北欧鲫鱼的上述过程避免体内乳酸堆积，排出的酒精延缓周围水体结冰
【考向1】围绕细胞呼吸的过程，考查生命观念
考点二 细胞呼吸的方式及过程
典例·精心深研
2．(2023·重庆市期末)研究发现，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”。葡萄糖在癌细胞中的代谢途径如图所示，下列说法错误的是 (　　)
A．过程①需要癌细胞膜上载体蛋白的参与
B．过程③不能生成ATP
C．在癌细胞呼吸作用过程中有少量葡萄糖在线粒体中被利用
D．“瓦堡效应”导致癌细胞既不产生CO2也不吸收O2
【考向1】围绕细胞呼吸的过程，考查生命观念
考点二 细胞呼吸的方式及过程
典例·精心深研
3．细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例)
考点二 细胞呼吸的方式及过程
重点难点·透析
3．(2023·湖南长沙联考)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，培养条件适宜。据此做出的相关分析错误的是 (　　)
A．若测得酵母菌的呼吸熵为1，则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸
B．若测得酵母菌的呼吸熵大于1，则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
C．根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，无法确定酵母菌的呼吸方式
D．若测得CO2产生量为15 mol，酒精的产生量为6 mol，可推测有2/3的葡萄糖用于有氧呼吸
【考向2】结合细胞呼吸类型的判断，考查科学思维
考点二 细胞呼吸的方式及过程
典例·精心深研
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
基础·精细梳理
1.内部因素
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
基础·精细梳理
2.外部因素
(1)温度
原理:
影响呼吸酶的活性
(2)O2浓度
应用:稻田定期排水、透气纱
布包扎伤口、农作物中耕松
土等
应用:粮食、水果、蔬菜零上
低温储存;大棚蔬菜夜间适
当降温是为了降低细胞呼吸
消耗;温水和面发得快等
原理:
影响细胞呼吸的类型及强度
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
基础·精细梳理
(3)CO2浓度
(4)水
原理:
产物 CO２ 积累抑制细胞呼吸进行
应 用: 增 加 CO２ 浓 度 或 窖 藏 储 存果蔬
原理:
有氧呼吸的原料、环境因素
应用:粮食入仓前要晾晒处理 ;干种子萌发前要进行浸泡
提醒　储存蔬菜和水果与储存种子的条件不同
(1)蔬菜和水果应在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下保鲜。
(2)种子应在“零上低温、干燥、低氧”的条件下储存。
1．依据下列图解回答问题：
(1)图中影响细胞呼吸的外界因素有_______________，
简述它们影响细胞呼吸的原理：__________________。
提示　O2作为有氧呼吸的原料从而影响细胞呼吸的
速率和性质，温度主要影响酶的活性从而影响细胞
呼吸
(2)图甲、乙都表示某种子CO2释放量和O2吸收量的
变化。两图中只进行无氧呼吸、只进行有氧呼吸和两
种呼吸方式共存的对应点或线段分别是___________。
提示　只进行无氧呼吸的是甲中O2浓度为a时、乙中A点；只进行有氧呼吸的是甲中O2浓度为d时、乙在C点之后(含C点)；两种呼吸方式共存的是甲中O2浓度为b、c时及乙中AC段(不含A、C点)
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
情境推理·探究
O2浓度和温度　
2．[2020·全国卷Ⅰ，30(1)]中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有______。(答出2点即可)。
提示　减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的呼吸作用
3．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
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
情境推理·探究
1．(2023·湖北重点中学联考)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
【考向1】结合影响细胞呼吸的因素，考查科学思维
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
典例·精心深研
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(　　)
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
【考向1】结合影响细胞呼吸的因素，考查科学思维
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
典例·精心深研
3．(2023·福建厦门期末)下列关于细胞呼吸原理的应用，叙述正确的是(　　)
A．新鲜蔬菜应在零下低温、低氧、湿度适宜的环境中保存
B．用透气的纱布包扎伤口可避免组织细胞缺氧死亡
C．稻田定期排水可防止无氧呼吸产生的乳酸对细胞造成毒害
D．温室中夜晚适当降低温度可提高蔬菜的产量
【考向2】围绕细胞呼吸原理在农业生产中的应用，考查生命观念
考点三 细胞呼吸的影响因素及应用
典例·精心深研
1．(2021·全国甲卷，2)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
重温真题 经典再现
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2.(多选)(2022·山东卷，16)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
重温真题 经典再现
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3．(2021·福建卷，7改编)下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”(实验Ⅰ)和“培养液中酵母菌种群数量的变化”(实验Ⅱ)的叙述，正确的是(　　)
A．实验Ⅰ、Ⅱ都要将实验结果转化为数学模型进行分析
B．实验Ⅰ、Ⅱ通气前都必须用NaOH去除空气中的CO2
C．实验Ⅰ中，有氧组和无氧组都能使澄清石灰水变浑浊
D．实验Ⅱ中，可用滤纸在盖玻片另一侧吸引培养液进入计数室
重温真题 经典再现
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4．(2020·山东卷，2)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
重温真题 经典再现
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5．(2021·重庆卷，21)人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X的积累，由此引发多种疾病。动物实验发现，给呼吸链受损小鼠注射适量的酶A和酶B溶液，可发生如题图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸链受损导致的危害。据图回答以下问题：
(1)呼吸链受损会导致________(填“有氧”或
“无氧”)呼吸异常，代谢物X是________________。
(2)过程⑤中酶B的名称为___________，使用它的
原因是_________________________________________________________________
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重温真题 经典再现
有氧
乳酸(C3H6O3)
过氧化氢酶
催化过氧化氢的分解，避免过氧化氢对细胞的毒害
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5．(2021·重庆卷，21)人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X的积累，由此引发多种疾病。动物实验发现，给呼吸链受损小鼠注射适量的酶A和酶B溶液，可发生如题图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸链受损导致的危害。据图回答以下问题：
(3)过程④将代谢物X消耗，对内环境稳态的作用
和意义是________________________________________________
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重温真题 经典再现
避免代谢产物的积累，维持细胞内的pH，是机体进行正常生命活动的条件
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