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《细胞呼吸》
知识解读及实例分析
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、实验装置分析：
10%NaOH的作用是：吸收空气中的CO2；澄清的石灰水作用是：检测CO2的产生
（2）如何说明CO2产生的多少？
根据石灰水的浑浊程度
（1）以上锥形瓶中的溶液在实验中的作用分别是什么？
（3）B瓶应封口放置一段时间后，在连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？
瓶口密封放置一段时间,可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,造成无氧环境。
（4）怎样鉴定（检测）因变量?
（1）自变量:细胞呼吸的条件
（2）因变量:细胞呼吸的产物
（3）无关变量:影响实验结果的可变因素无关变量有温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等。
2、变量分析
CO2的检测：①通入澄清的石灰水：澄清→浑浊；
②使溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→黄
酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应：橙色→灰绿色
{BC89EF96-8CEA-46FF-86C4-4CE0E7609802}条件
澄清的石灰水的变化/出现变化的时间
重铬酸钾-浓
硫酸溶液
甲组(有氧)
乙组(无氧)
变浑浊，速度快
变浑浊，速度慢
无变化
出现灰绿色
+A装置的2ml酵母菌滤液
+B装置的2ml酵母菌滤液
不变灰绿色
溶有重铬酸钾浓硫酸
灰绿色
3、实验结果
4、实验结论
酵母菌：
呼吸作用的类型：
有氧条件下产生大量CO2
无氧条件下产生酒精和少量CO2
有氧呼吸
无氧呼吸
1、实验过程：将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液和沉淀物两部分，与未离心、处理过的酵母菌培养液分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
2、实验结果：葡萄糖的量不变，没有荧光出现。
葡萄糖的量减少，有丙酮酸(C3H4O3)生成，微弱荧光出现
葡萄糖的量减少，有CO2
生成以及较强的荧光出现
二、探究有氧呼吸的场所及产物
（一）探究有氧呼吸第一阶段反应场所及产物
只含线粒体
只含细胞质基质
有线粒体和细胞质基质
1
2
3
2
葡萄糖的量减少，有丙酮酸(C3H4O3)生成，微弱荧光出现
只含线粒体
只含细胞质基质
有线粒体和细胞质基质
1
2
3
2
推论1:
推论2:
推论3:
推论4:
葡萄糖不能被线粒体分解。
葡萄糖在细胞质基质中分解,生成丙酮酸,生成了少量ATP。
丙酮酸在线粒体中分解产生CO2,生成了较多ATP。
ATP中活跃的化学能来自葡萄糖中稳定的化学能,说明反应释放了能量。
葡萄糖
酶1
2丙酮酸
少量能量
〔H〕
+
+
第1阶段反应：
（细胞质基质）
3、这个实验的自变量是什么?荧光素和荧光素酶的作用是什么?
自变量是试管中添加的物质种类；荧光素和荧光素酶的作用是检测ATP的生成量。
4、推论
1、实验过程：使用超声波将线粒体破碎,分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的氧气、丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管变化情况
4
5
6
有线粒体膜状结构
只含线粒体基质
有线粒体膜状结构和基质
2、实验结果：丙酮酸的量不变，没有荧光出现。
丙酮酸减少，产生CO2,微弱荧光出现。
丙酮酸减少，产生
CO2,较强的荧光出现
（二）探究有氧呼吸第二阶段反应场所及产物
CO2
H2O
酶2
丙酮酸
少量能量
〔H〕
+
+
+
第2阶段反应：
（线粒体基质）
推论1:
推论2:
丙酮酸分解发生在线粒体基质中，并且产生CO2释放了少量的能量。
线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应合成较多的ATP。
3、实验推论
1、实验过程：关于[H]的研究有一个非常有趣的实验。超声波震碎了线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡。这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能。当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒后被证实是一系列线粒体内膜上的酶。通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生了有氧呼吸的第三阶段反应。
2、实验推论：线粒体内膜上氧气与[H]发生了反应
O2
H2O
酶3
大量能量
〔H〕
+
+
第3阶段反应：
（线粒体内膜）
（三）探究有氧呼吸第三阶段反应场所及产物
例析1、研究影响豌豆幼苗细胞线粒体耗氧速率的因素,按图示顺序依次向测定仪中加入线粒体及相应物质,测定氧气浓度的变化,结果如图(注:图中呼吸底物是指在呼吸过程中被氧化的物质)。下列分析正确的是(　　)
A.加入的呼吸底物是葡萄糖
B.过程①没有进行有氧呼吸第三阶段
C.过程②比⑤耗氧速率低的主要原因是[H]不足
D.过程④比③耗氧速率低的主要原因是呼吸底物不足
点评：有氧呼吸过程分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖酵解形成丙酮酸和还原氢，第二阶段是丙酮酸和水反应形成二氧化碳和还原氢，第三阶段是还原氢与氧气结合形成水；真核细胞中有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中，第二、第三阶段发生在线粒体中；有氧呼吸的三个阶段都释放能量，释放的能量大部分以热能的形式散失，一部分转移到 ATP 中。
C
例析2、如图表示线粒体内膜上ATP形成的机理：线粒体内膜上先通过电子传递，使NADH脱下的H+进入到内膜外的间隙中，造成内膜内外的质子浓度差，然后质子顺浓度梯度从膜间隙经内膜上的通道（ATP合成酶）返回到线粒体基质中，在ATP合成酶的作用下，所释放的能量使ADP与磷酸结合生成了ATP。下列有关分析错误的是（ ）
A. H+以协助扩散的方式从膜间隙进入线粒体基质
B. 图中该过程表示有氧呼吸的第二、三阶段
C. 图示中合成ATP的能量来自膜内外H+的浓度差
D. 图中ATP合成酶既具有催化作用又具有运输功能
B
点评：由题图可知，通过ATP合成酶形成的通道从胞间隙进入线粒体基质是从高浓度向低浓度运输，属于协助扩散；由题图和题意可知，ATP合成需要的能量是由膜内外的浓度差提供的；由题意知，ATP合成酶形成的通道可以运输氢离子，也可以催化ADP和Pi形成ATP；该图过程是展示线粒体内膜上ATP合成过程，不包括有氧呼吸第二阶段，有氧呼吸第二阶段是线粒体基质中，丙酮酸经过三羧酸循环脱羧形成二氧化碳和还原氢的过程。
例析3、下列5支试管中分别含有不同化学物质和活性酵母菌细胞制备物。在适宜温度条件下，会产生CO2的试管有 （ ）
①葡萄糖+已破裂的细胞 ②葡萄糖+线粒体③丙酮酸+线粒体 ④葡萄糖+细胞质基质（隔绝空气） ⑤丙酮酸+细胞质基质（隔绝空气）
A.①③④⑤ B.①②④⑤ C.①③④ D.②③④
C
点评：①细胞破裂,但有细胞质基质和线粒体,所以葡萄糖仍然可以正常分解,产生CO2;②线粒体不能直接分解葡萄糖,所以不可以产生CO2,箭萄糖需要先存细胞质基质中分解为丙酮酸,才能进入线粒体继续分解;③丙酮酸在有氧的情况下,可以进入线粒体,分解产生CO2;④葡萄糖可以在细胞质基质中进行无氧分解,产生CO2;⑤无氧条件下,丙酮酸在细胞质基质中因缺乏[H],不能完成无氧呼吸第二阶段产生CO2。
例析4、为探究酵母菌的细胞呼吸，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入A～F试管中，加入不同的物质，进行了如下实验（见下表）。
（1）会产生CO2和H2O的试管有 ，会产生酒精的试管有 ，根据试管
的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所（均填试管编号）。
（2）有氧呼吸产生的［H］，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水。2,4－二硝基苯酚（DNP）对该氧化过程没有影响，但使该过程所释放的能量都以热的形式耗散，表明DNP使分布在 的酶无法合成ATP。若将DNP加入试管E中，葡萄糖的氧化分解 （填“能”或“不能”）继续进行。
试管编号
加入的物质
细胞质基质 A　　　B
线粒体
　C　　　 D
酵母菌　　　　 E F
葡萄糖
　－　　　＋
　－　　　＋
　 ＋　　 ＋
丙酮酸
　＋　　　－
　＋　　　－
　 －　　 －
氧　气
＋　　　－
＋　　 －
＋　　 －
C、E
B、F
B、D、F
线粒体内膜
能
注： “＋”表示加入了相关物质， “－”表示没加入了相关物质
依据一
根据反应物和产物
消耗O2
产生H2O
产生酒精或乳酸
无CO2释放
一定存在有氧呼吸
一定存在有氧呼吸
一定存在无氧呼吸
一定为产生乳酸的无氧呼吸
三、细胞呼吸方式的判断
依据二
根据物质的量关系
C2O=O2
C2O＜O2
C2O＞O2
只进行有氧呼吸；或同时进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
两类呼吸并存，差值为无氧呼吸的CO2产生量
只进行有氧呼吸时，可能存在脂肪的氧化分解
依据三
根据反应场所
只在细胞质基质
有线粒体参与
无氧呼吸
有氧呼吸（或两类呼吸并存）
2、指标及原理：
①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。
1、实验分析：装置一：实质是测定氧气的 消耗量，即测定有氧呼吸速率；装置二：实质是测定释放CO2量与O2 消耗量的差值。

O2
CO2
O2
CO2
四、萌发种子呼吸作用类型探究（呼吸底物仅为葡萄糖）
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}实验结果
结论
装置一
装置二
不动
不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子死亡
不动
右移
只产生乙醇的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生乙醇的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2+少量能量
C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2＋12H2O+能量
C6H12O6
2C3H6O3(乳酸)
+少量能量
酶
无氧呼吸：
有氧呼吸：
②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，刻度管内的着色液左移，单位时间内着色液左移的距离即表示呼吸速率。
3、结果及结论
（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的干扰，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(如将种子煮熟)，其他条件均不变，与装置二相同。
4、注意问题
例析1、某研究小组为了探究酵母菌的呼吸类型，设计了以下实验装置（不考虑外界环境条件的影响），酵母菌的能量只来自培养液中的葡萄糖。以下说法错误的是
（??? ） ??????????
A．甲装置有色液滴单位时间内移动的距离代表了有氧呼吸速率
B．乙装置有色液滴单位时间内移动的距离代表了无氧呼吸速率
C．若甲乙装置向左、右移动距离均为3个单位，则两个装置内的酵母菌共消耗葡萄糖2个单位
D．若甲乙装置液滴均不移动，则表明酵母菌无生命力
C
例析2、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，有关分析不正确的是（ ）
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
B
例析3、某同学利用装置一、二、三来探究绿色植物的代谢过程。据图回答下列问题：
(1)若要探究植物呼吸作用的类型，可选择实验装置 。若植物只进行无氧呼吸，则观察到的实验现象是 。
(2)若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，可选择实验装置 。实验中给植物提供H2O后，在装置内检测到含18O的气体有 。
(3)以植物作为实验材料，在暗室内探究光照强度和光合速率的关系时，可选择实验装置 ，其中，红色液滴移动的距离代表 (物质)的变化量。现有一个100W的白炽灯，你认为如何创造不同的光照强度？ 。
一、二
装置一红色液滴不移动、装置二红色液滴右移
一、三
O2和CO2
三
O2
植物距离100 W白炽灯的远近
（二）呼吸类型测定装置
五、探究呼吸底物类型--呼吸熵（只进行有氧呼吸）
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CO2量小于消耗O2量，着色液移动更明显。
甲组
乙组
1.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行以葡萄糖为底物的有氧呼吸。
2.若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行了无氧呼吸。
左移
不动
不动
右移
3.甲组测定_________,记为x，乙组测定 ，记为y。
O2吸收量与CO2释放量的差
甲组
乙组
O2吸收量
————
呼吸熵=
Vco2
Vo2
=
————
|x-y|
x
例析、在科学研究中常用呼吸熵（RQ＝释放的二氧化碳体积／消耗的氧体积）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸熵的装置如下图。
关闭活塞，在25℃下经20分钟读出刻度管中着色液移动距离。设装置1和装置2的着色液分别向左移动x和y（mm）。x和y值反映了容器内气体体积的减少。请回答：
（1）装置1的小瓶中加入NaOH溶液的目的是??????????????????????????? 。
（2）x代表??????????? 值，y代表???????????????????????????????? 数值。
（3）若测得x＝200（mm），y＝30（mm），则该发芽种子的呼吸熵是???????????。
（4）若要测定已长出一片真叶幼苗的RQ值，则应将该装置放于何种条件下进行，为什么？? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。
（5）为使测得的x和y值更精确，还应再设置一对照装置。对照装置的容器和小瓶中应分别放入?????????????? 。设对照的目的是????????????????????????????????? 。
吸收呼吸作用产生的二氧化碳
消耗氧的体积
消耗氧和释放二氧化碳的体积之差
0.85
黑暗。避免因为幼苗进行光合作用，干扰呼吸作用的气体量的变化
死的发芽种子和蒸馏水
用于校正装置1和2内因物理因素
（非生物因素）引起的容积变化
六、酵母菌的呼吸作用问题分析
1、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)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。
(2)无氧呼吸中葡萄糖∶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的物质的量之比为1∶3。
2、氧气浓度对酵母菌呼吸作用的影响
3、不同条件下，酵母菌两种呼吸作用分解葡萄糖的比较
（1）当VCO2/VO2=4/3,有氧呼吸分解的葡萄糖等于无氧呼吸分解的葡萄糖
（2）当VCO2/VO2>4/3,有氧呼吸分解的葡萄糖小于于无氧呼吸分解的葡萄糖
（3）当VCO2/VO2<4/3,有氧呼吸分解的葡萄糖大于无氧呼吸分解的葡萄糖
例析、现有甲酵母菌进行有氧呼吸,乙酵母菌进行发酵,若它们消耗等量的葡萄糖,则它们放出CO2和吸收的O2之比是 ( )
A.3:1 B.1:2 C.4:3 D.2:3
C
点评：当VCO2/VO2=4/3,有氧呼吸分解的葡萄糖等于无氧呼吸分解的葡萄糖。
呼吸速率（呼吸强度）：是呼吸作用强弱的指标
通常以单位时间内分解有机物的速率来衡量。还可以测定释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。
七、影响呼吸速率的因素
（一）内因：遗传特性、器官种类、生长时期等
规律：
（1）不同植物呼吸速率不同，如阳生大于阴生植物。（2）同一植物在生长发育不同时期呼吸速率不同，如生长期高于成熟期。（3）同一植物不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。
(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

（二）外因
粮食
水果、蔬菜(零上低温)
(3)应用
低温储存
种植大棚作物
白天：适当升温
夜间：适当降温
1、温度
(2)曲线模型(如右图)
(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作用。
①O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
②随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
③当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强，受呼吸酶数量、温度等因素的影响。
2、O2浓度
(2)曲线模型(如下图)
①适当降低O2浓度能够抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，以延长蔬菜、水果的保鲜时间。
②透气纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
③作物栽培中的中耕松土，保证根正常呼吸促进矿质元素的吸收
④提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
⑤稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根
⑥最佳储存条件：零上低温、低氧、高二氧化碳
（3）应用
(3)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。
(1)原理：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。
.33、CO2浓度
(2)曲线模型(如图)
(1)原理：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
3.含水量
(2)特点：在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢(如图)。
例析1、某豆科植物种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势如图所示。请据图回答问题：
⑴在12～24h期间，呼吸速率逐渐增强，在此期间呼吸作用的主要方式是
呼吸，该呼吸方式在细胞中发生的部位是 ，其产物是 。
⑵从第12h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会 ，主要原因是 。
⑶胚根长出后，萌发种子的 呼吸速率明显升高。
无氧
细胞质基质
酒精和二氧化碳
减少
种子不进行光合作用，不能制造有机物，同时细胞呼吸消耗有机物，使有机物总量下降
有氧
例析2、每年八月份是葡萄成熟的季节,人们发现受到碰撞损伤的葡萄易烂.易烂可能与碰撞损伤引起葡萄呼吸速率升高有关。有人利用图一实验装置设计实验探究碰撞损伤引起葡萄呼吸速率升高。
(1)实验自变量是 。
(2)实验假设 。
(3)实验步骤:
第一步,按装置图中所示进行操作,半小时后记录有色液滴移动距离为m;
第二步:向容器内加入与对照组等量消毒的 ,其它处理及装置与对照组完全相同,记录相同时间内有色液滴移动距离为n;
第三步:比较m、n的大小。
(4)预期结果及结论:
如果m如果m=n,则说明 ；
如果m>n,则说明 ；
葡萄是否受到碰撞损伤
碰撞损伤能引起葡萄呼吸速率升高
受到碰撞损伤后的葡萄
则说明机械损伤能引起葡萄呼吸速率升高
机械损伤对葡萄呼吸速率没有影响
机械损伤能引起葡萄呼吸速率降低. ??????
例析3、下图表示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旺盛的温度为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的酶的活性
C.图乙中DE段有氧呼吸逐渐减弱，EF段有氧呼吸逐渐增强
D.和、、 、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
?
C
例析4、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
点评：种子无氧呼吸会产生酒精，因此，农作物种子入库储藏时，应在低氧和零上低温条件下保存，贮藏寿命会显著延长，B错误。
例析5、细胞呼吸的原理在生产和生活中得到了广泛的应用。下列有关叙述错误的是( )
A.包扎伤口时选用透气的创可贴,可抑制厌氧微生物的繁殖,利于伤口愈合
B.及时给花盆里板结的土壤松土,利于植物根系生长和对无机盐离子的吸收
C.现代发酵工业中生产青霉素、味精等产品时利用的是微生物的细胞呼吸
D.利用麦芽、粮食、酵母菌及发酵罐等,在氧气充足情况下可生产各种酒
D
点评：包扎伤口时选用透气的纱布或创可贴，可防止某些厌氧微生物的繁殖导致伤口感染，有利于伤口的愈合，A正确；花盆里的土壤板结后，空气不足，将影响根系生长，需要及时松土透气，以利于植物根系生长和对无机盐离子的吸比，B正确；工业上生产青霉素、味精等产品，是根据微生物细胞呼吸的原理，利用现代发酵技术来实现规模生产的，C正确；酒是酵母菌无氧呼吸的产物，在无氧情况下可利用麦芽、葡萄、粮食、酵母菌及发酵罐等生产各种酒，D错误。

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