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5.3 细胞呼吸的原理和应用学案
【预习新知】
细胞呼吸的方式
1．实验原理：酵母菌的新陈代谢类型是：__________________。
2．设计并进行实验（实验装置如图）
（1）配制酵母菌培养液。
①质量分数为10%的溶液的作用是：__________________。
②B瓶在实验开始前先要放置一段时间，目的是__________________。
（2）检测的产生，装置如右图所示
（3）检测酒精的产生：自A、B中各取滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加酸性__________________溶液→振荡并观察溶液中的颜色变化。
（4）实验现象
甲、乙两装置中石灰水都变浑浊，但甲中浑浊程度__________________。（填高或低）
2号试管中溶液由__________________色，1号试管不变色。
（5）实验结论:酵母菌在_________和___________条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
有氧呼吸
一、对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要方式，下图是细胞内有氧呼吸的过程示意图，结合该图分析下面的问题：
1．线粒体
线粒体具有 层膜。[3] 向内腔折叠形成[2] ，大大增加膜的面积。线粒体内充满了液态的[4] ，线粒体的 中含有许多种与有关的酶。
2．结合图解，对有氧呼吸的三个阶段进行归纳，完成下表。
阶段 场所 反应物 产物 释放能量
第一阶段
第二阶段
第三阶段
3.有氧呼吸过程中各元素的来源和去路
(1)CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。
(2)O2参与了第三阶段，[H]和O2结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自O2，场所是线粒体内膜。
(3)有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。
无氧呼吸
一、过程
阶段 场所 反应物 生成物 放能情况
第一阶段 细胞质基质 葡萄糖 丙酮酸、[H]
第二阶段 细胞质基质 丙酮酸 无
二、无氧呼吸两种形式的总反应式
产生乳酸： 。
产生酒精： 。
细胞呼吸原理的应用
1.有氧呼吸原理的应用
（1）利用淀粉、 或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
（2）提倡慢跑等有氧运动使细胞进行 ，避免肌细胞产生大量 。
（3）及时松土有利于 。
（4）稻田定期排水有利于根系 ，防止幼根变黑、腐烂。
2.无氧呼吸原理的应用
（1）利用粮食通过 发酵可以生产各种酒。
（2）包扎伤口应选用 的敷料。
（3）破伤风芽孢杆菌可通过 进行大量繁殖，皮肤破损较深时，需清理伤口、注射破伤风抗毒血清等。
【巩固训练】
1.人体剧烈运动时骨骼肌细胞可以通过无氧呼吸将葡萄糖分解为( )
A.CO2 B.酒精
C.H2O D.乳酸
2.酵母菌属于兼性厌氧菌。下列关于酵母菌细胞呼吸的叙述，错误的是( )
A.有氧呼吸和无氧呼吸都在第二阶段产生CO2
B.有氧呼吸和无氧呼吸都能产生中间产物丙酮酸
C.有氧呼吸的每个阶段都能产生ATP和[H]
D.有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段完全相同
3.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.密封缺氧的环境有利于酵母菌大量增殖和产生酒精
B.适时中耕可疏松土壤、改善通气状况，有利于农作物根系生长
C.降低温度和氧含量可以使粮食的呼吸作用减弱，延长其保质期
D.有氧运动能避免肌细胞进行无氧呼吸产生较多乳酸，导致肌肉酸胀
4.人体在不同运动强度下的呼吸方式有差别，下图为人体血液中乳酸相对含量与运动强度的关系曲线（假设细胞呼吸底物均为葡萄糖），下列叙述正确的是( )
A.ab段细胞只进行需氧呼吸，bc段只进行厌氧呼吸
B.细胞呼吸产生CO 与消耗O 的比值ab段小于bc段
C.ab段骨骼肌细胞对葡萄糖中能量的利用率低于bc段
D.bc段骨骼肌细胞产生CO 场所只有线粒体
5.人体细胞有时会处于低氧环境。适度低氧下细胞可正常存活，严重低氧可导致细胞死亡。研究者以PC12细胞系为材料，研究了低氧影响细胞存活的机制。下图甲表示用不同浓度的O2处理PC12细胞，24h后检测到的线粒体自噬水平，图乙表示用线粒体自噬抑制剂3-MA处理PC12细胞，一定时间后检测到的细胞活性氧含量。下列说法错误的是( )
A.严重低氧可导致细胞死亡，是因为低氧时线粒体自噬水解的概率高
B.低氧时线粒体可能会产生较多损伤大分子和细胞器的活性氧
C.损伤的线粒体可通过线粒体自噬途径，被细胞中的溶酶体降解
D.图甲和乙结果表明，适度低氧可激活线粒体自噬来清除活性氧
6.实验小组设计的“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验装置如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.设置锥形瓶A的目的是防止外界CO2的干扰
B.澄清的石灰水可以换成溴麝香草酚蓝溶液
C.C瓶的澄清石灰水变浑浊的程度高于E瓶的
D.可适当缩短实验时间以便用酸性重铬酸钾进行检测
7.细胞呼吸的原理可用于指导生产和生活实际。下列相关叙述错误的是( )
A. 储藏种子，水果和蔬菜的适宜条件是低温、低氧和干燥
B. 利用酵母菌酿酒时、装置内留有一定空间，有利于酵母菌在有氧呼吸过程中大量繁殖
C. 夏季对水淹的玉米田排涝，可以避免玉米根细胞无氧呼吸产生乳酸
D. 蔬菜大棚夜间适当降温可以使细胞呼吸暂时停止，有利于蔬菜增产
8.能无限制增殖的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.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
B.消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的[H]比正常细胞少
C.癌细胞中，丙酮酸转化为乳酸的过程只能生成少量ATP
D.“瓦堡效应”导致消耗能量较多的癌细胞需要大量吸收葡萄糖
9.细胞的有氧呼吸需要经过糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个阶段。糖酵解的终产物是丙酮酸，大多数情况下，它可以通过氧化脱羧形成乙酰辅酶A，也可以形成酒精、乳酸或甘油等，乙酰辅酶A也可来自氨基酸等非糖物质。下列相关说法错误的是( )
A.糖酵解全过程都是在细胞质基质中进行的
B.细胞呼吸的中间产物可以为合成必需氨基酸提供原料
C.氨基酸代谢的产物有尿素、二氧化碳和水
D.糖酵解产生的NADH可用于酒精发酵时乙醇的合成
10.传说杜康的儿子墨塔在一次酿酒时发酵过头，直至第21天开缸时，发现酒液已变酸但香气扑鼻，酸甜可口，于是他结合“甘一日”和“酉”字，给这种酸水起名为“醋”，下列有关叙述正确的是( )
A.酿酒过程中发酵液出现的气体都是在酵母菌细胞的细胞质基质中产生的
B.酿酒时糖类未耗尽，酵母菌的发酵也会停止，由pH上升和酒精含量增多导致
C.墨塔酿酒制成醋可能是由于发酵装置密封不严造成的，若适当升温则醋味更浓
D.统计活酵母菌数量时，可用显微镜直接计数法，统计的结果比实际数目低
参考答案
1.答案：D
解析：人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，人在进行剧烈运动时，处于暂时相对缺氧状态下的骨骼肌，可以通过无氧呼吸获得少量能量，此时，葡萄糖分解为乳酸。
故选D。
2.答案：C
解析：A、酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸，细胞产生CO2都是在第二阶段形成的，前者发生在细胞质基质中，后者发生在线粒体基质中，A正确；
BD、有氧呼吸第一阶段的产物是丙酮酸和[H]，场所是细胞质基质，无氧呼吸第一阶段的产物也是丙酮酸和[H]，场所是细胞质基质，所以有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段完全相同，BD正确；
C、有氧呼吸的每个阶段都能产生ATP，但是只有第一阶段和第二阶段产生[H]，第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量ATP，C错误。
故选C。
3.答案：A
解析：先通气让酵母菌进行有氧呼吸，有利于酵母菌的繁殖，后密封让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精；给庄稼适时中耕松土可以使土壤疏松，土壤缝隙中的空气增多，有利于庄稼的根进行充分呼吸以及对水和无机盐的吸收利用；温度低、氧含量少水果的呼吸作用减弱，以减少呼吸作用对有机物的消耗，所以降低温度和氧含量能延长水果的贮藏期；提倡慢跑等有氧运动，原因是人体细胞在缺氧条件下进行无氧呼吸，积累大量的乳酸，会使肌肉产生酸胀乏力的感觉；故选A。
4.答案：D
解析：A、bc段无氧呼吸增强，但细胞还是以有氧呼吸为主，A错误；
B、B.ab段细胞呼吸产生的二氧化碳与消耗氧气的比值等于1，bc段细胞呼吸产生的二氧化碳与消耗氧气的比值等于1（人无氧呼吸不产生二氧化碳），B错误；
C、ab段骨骼肌细胞对葡萄糖中能量的利用率高于bc段，C错误；
D、人体细胞进行厌氧呼吸既不消耗O2，也不产生CO2，所以b、c运动强度下，细胞呼吸产生CO2是需氧呼吸第二阶段，场所只有线粒体，D正确。
故选D。
5.答案：A
解析：
6.答案：D
解析：由于葡萄糖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培养液中的葡萄糖，D项符合题意。
7.答案：B
8.答案：C
解析：A、由题干信息和分析可知，癌细胞主要进行无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用，A正确；
B、由分析可知，无氧呼吸只有第一阶段产生少量的NADH，而有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用（主要进行无氧呼吸）产生的NADH比正常细胞(主要进行有氧呼吸）少，B正确；
C、无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，癌细胞中进行无氧呼吸时，第二阶段由丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP，C错误；
D、由于葡萄糖无氧呼吸时只能释放少量的能量，故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖来为生命活动供能，D正确。
故选：C。
9.答案：B
解析：糖酵解的终产物是丙酮酸，所以糖酵解过程是细胞呼吸的第一阶段，在细胞质基质中进行，A正确；细胞不能合成必需氨基酸，B错误；氨基酸经过脱氨基作用可以生成尿素、二氧化碳和水，C正确；糖酵解产生的NADH可以将丙酮酸脱氢产生的乙醛还原为乙醇，D正确。
10.答案：C
解析：A、酵母菌是兼性厌氧型生物，也可进行有氧呼吸，在线粒体基质中产生CO2，A错误；
B、在酿酒的过程中，糖类即使未耗尽，酵母菌的发酵过程也会停止，原因可能是pH降低和酒精含量增多，对发酵起抑制作用，导致酵母菌发酵停止，B错误；
C、酒变酸是醋酸菌发酵的结果，墨塔酿酒反成醋的原因可能是：发酵装置密封不严，导致醋酸菌混入发酵液中，由于果醋发酵的温度高于果酒发酵温度，故若适当升温则醋味更浓，C正确；
D、用显微镜直接计数所统计的菌体是活菌体和死菌体的总和，统计的结果比实际数目偏多，D错误。
故选C。

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