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第13课时　细胞呼吸的原理及应用
1．说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物中的能量转化为生命活动可以利用的能量。2.活动：探究酵母菌细胞呼吸的方式。
考点一　实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验原理
依据溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短和石灰水变浑浊的程度，可以检测CO2产生情况。
2．实验步骤
(1)配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5%的葡萄糖溶液，分别装入A、B两个锥形瓶中。
(2)检测CO2产生的实验装置：
(3)检测是否有酒精产生：取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入1号、2号两支干净的试管中。向两试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。
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。
3．实验现象
4．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)用酸性重铬酸钾溶液检测酵母菌无氧呼吸产生的酒精，应先耗尽培养液中的葡萄糖。(2023·河北卷)(　√　)
(2)用溴麝香草酚蓝水溶液检测发酵液中酒精含量的多少，可判断酵母菌的呼吸方式。(2022·江苏卷)(　×　)
(3)酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝水溶液变黄的气体。(2022·河北卷)(　×　)
(4)无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖。(2021·山东卷)(　√　)
(5)酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2。(2021·全国甲卷)(　√　)
(6)(必修1 P91插图)B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。原因是B瓶在封口后，培养液液面上方的空气中还存在一定量的氧气，静置一段时间，让酵母菌将这部分氧气消耗尽，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，可认为检验的是酵母菌的无氧呼吸释放的气体。
考向　围绕“探究酵母菌细胞呼吸的方式”考查科学探究
1．(2023·浙江卷)为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是(　C　)
A．酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
B．酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
C．可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标
D．不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
解析：酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是无关变量，A错误；氧气的有无是自变量，B错误；1分子葡萄糖有氧呼吸产生6分子CO2，1分子葡萄糖无氧呼吸产生2分子酒精和2分子CO2，因此可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标，C正确；等量的葡萄糖有氧呼吸氧化分解彻底，释放能量多，无氧呼吸氧化分解不彻底，大部分能量还储存在酒精中，释放能量少，D错误。
探究酵母菌细胞呼吸方式的变量分析
实验变量 控制措施(检测指标)
自变量 氧气的有无 通入氧气(橡皮球或气泵用于控制有氧条件)；密闭
因变量 有无CO2产生；CO2产生量的多少；有无酒精产生 CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄 酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下发生化学反应，变成灰绿色
无关 变量 要遵循等量原则
2.(2025·江西鹰潭模拟)将等量萌发的小麦种子放入如图所示的甲、乙两个装置中，观察液滴的移动情况。下列相关叙述错误的是(　A　)
A．若甲中液滴右移，乙中液滴左移，则该萌发种子只进行有氧呼吸
B．甲中液滴右移，乙中液滴不动，则葡萄糖中C的转移途径可能为葡萄糖→丙酮酸→酒精
C．若换成萌发的花生种子，则可能出现甲、乙中液滴都左移的情况
D．为了使实验更严密，可以增设等量的死小麦种子，其他装置与乙相同的一组实验
解析：若甲装置中的液滴向右移动，说明消耗O2的体积小于释放CO2的体积，说明萌发的种子进行了无氧呼吸，而乙中液滴左移，说明密闭容器中O2被消耗，萌发的种子进行有氧呼吸，因此可以说明萌发的种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，A错误；甲装置中的液滴向右移动，说明消耗O2的体积小于释放CO2的体积，说明萌发的种子一定进行了无氧呼吸，乙中液滴不动，说明没有消耗O2，因而综合分析可知，萌发的种子只进行了无氧呼吸，因此此时葡萄糖中C的转移途径可以为葡萄糖→丙酮酸→酒精，B正确；若换成萌发的花生种子，由于花生种子中脂肪含量高，在氧化分解时会消耗更多的O2，即消耗的O2量大于产生的CO2量，因此，甲装置中液滴会发生左移，乙装置中因为O2的消耗液滴也会左移，C正确；为了使实验更严密，可以增设等量的死小麦种子，其他装置与乙相同的一组实验，也可设置其他装置与甲相同的一组实验，D正确。
“液滴移动法”探究细胞呼吸的方式
1．探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示(以发芽种子为例)。
2．实验原理
(1)装置一：NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的CO2，着色液滴移动的距离代表细胞有氧呼吸吸收O2的量。
(2)装置二：着色液滴移动的距离代表细胞呼吸产生的CO2量与吸收的O2量的差值。
3．实验结果及结论
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
不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移 不动 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
4.误差校正：为使实验结果准确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
考点二　细胞呼吸的方式和过程
1．有氧呼吸
(1)过程图解
(2)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)：
2．无氧呼吸
3．有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 条件 需氧 无氧
场所 细胞质基质(第一阶段)、线粒体(第二、三阶段) 细胞质基质
分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底
产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2
能量释放 大量 少量
相同点 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需
过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
(1)水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成。(2024·江西卷)(　×　)
(2)[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上。(2024·安徽卷)(　×　)
(3)有氧呼吸的终产物在机体内可转变为HCO。(2024·湖北卷)(　√　)
(4)供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP。(2022·江苏卷)(　×　)
(5)酵母菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生。(2021·全国甲卷)(　×　)
(6)葡萄糖的有氧呼吸过程中，水的生成发生在线粒体外膜。(2021·湖北卷)(　×　)
(7)(必修1 P94“相关信息”思考)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸被再度利用的过程是在肝脏中再次转化为葡萄糖。
(8)(必修1 P94正文中楷体字发掘)细胞呼吸是不是只为生命活动提供能量？不是(填“是”或“不是”)，原因是细胞呼吸还是生物体代谢的枢纽，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。如细胞呼吸过程中的丙酮酸等中间产物，可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质。
【情境应用】　体育运动大体可以分为有氧运动和无氧运动。有氧运动过程中骨骼肌主要靠有氧呼吸供能，如慢跑。无氧运动过程中骨骼肌除进行有氧呼吸外，还会进行无氧呼吸，如短跑等。如图为有氧呼吸的某个阶段示意图。
【问题探究】　
(1)图中表示的是哪种呼吸方式的哪个阶段？
提示：有氧呼吸的第三阶段。
(2)人体在短跑时，骨骼肌主要依靠哪种呼吸方式供能？产生CO2的具体部位是什么？
提示：有氧呼吸；线粒体基质。
(3)人体在慢跑时，消耗的O2在细胞呼吸中的用途是什么？
提示：和[H]结合形成水。
(4)有的减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，使得H＋回渗到线粒体基质，推动ATP合成酶生成的ATP量减少，该药物能够加快体内有机物的消耗，但会严重危害健康，具体危害是什么？(写出一点即可)
提示：导致细胞供能不足和体温过高。
有氧呼吸与无氧呼吸
1．细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去路
(1)有氧呼吸过程中[H]、ATP的来源和去路
(2)无氧呼吸中的[H]和ATP都是第一阶段在细胞质基质中产生的。其中[H]在第二阶段被用于还原丙酮酸，全部消耗，没有积累。
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)有氧呼吸和无氧呼吸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。
(4)有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
考向1结合细胞呼吸过程考查生命观念
1．(2024·安徽卷)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是(　D　)
A．在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B．PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活
C．ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D．运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快
解析：细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要进行一系列酶促反应，即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡，说明PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但不会失去活性，B错误；由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而使AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。
2．(2025·山西太原模拟)如图表示细胞有氧呼吸某阶段发生的电子传递过程，H＋顺浓度梯度跨膜运输时驱动ATP合成酶的运作，催化ADP和Pi合成ATP。下列有关叙述错误的是(　C　)
A．该过程发生在线粒体内膜，是有氧呼吸释放能量最多的阶段
B．NADH代表还原型辅酶Ⅰ，既是能量的载体又是还原性物质
C．A侧面为线粒体基质，B侧面为细胞质基质，H＋浓度A侧面>B侧面
D．硝化细菌能进行有氧呼吸，推测其细胞膜上可能存在该电子传递的过程
解析：分析题图可知，该过程O2与H＋反应生成H2O，所以该过程表示有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜，是有氧呼吸释放能量最多的阶段，A正确；分析题图可知，NADH代表还原型辅酶Ⅰ，既是能量的载体又是还原性物质，B正确；A侧面为线粒体基质，B侧面为膜间隙，H＋浓度B侧面>A侧面，C错误；硝化细菌不含线粒体，但其能进行有氧呼吸，推测其细胞膜上可能存在该电子传递的过程，D正确。
考向2围绕细胞呼吸方式的判断考查科学思维
3．(2023·全国乙卷)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(　C　)
A．在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸
B．a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程
C．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多
D．植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
解析：植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有CO2释放，图示在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间a之前，只进行无氧呼吸产生乳酸，A正确；时间a之前无CO2产生，a～b时间内CO2释放量增多，则a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程，是植物通过呼吸途径改变来适应缺氧环境的体现，B正确；无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸，都只在第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放，故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同，C错误；酒精的跨膜运输方式是自由扩散，该过程不需要消耗ATP，D正确。
判断细胞呼吸方式的三大依据
4．(2025·湖北宜昌模拟)种子贮藏时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(　D　)
A．若产生的CO2与酒精的分子数相等，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的分子数相等
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呼吸和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
解析：在反应物是葡萄糖的情况下，细胞进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸均可产生CO2，其中产生酒精的无氧呼吸产生的CO2与酒精的分子数相等，有氧呼吸不产生酒精，因而若产生的CO2与酒精的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸，A正确；在反应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正确；在反应物是葡萄糖的情况下，若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则不吸收O2也不释放CO2，C正确；在反应物是葡萄糖的情况下，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的分子数少或两者相等，D错误。
考点三　细胞呼吸的影响因素及应用
【情境应用】　某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖。
【问题探究】　
(1)甲、乙两曲线分别表示什么？
提示：甲表示CO2的释放量，乙表示O2的吸收量。
(2)O2浓度为b时，该器官还能进行无氧呼吸吗？为什么？
提示：不能。O2浓度为b时，两曲线相交，说明此时O2的吸收量和CO2的释放量相等，若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，当有氧呼吸吸收的O2与产生的CO2相等时，说明只进行有氧呼吸。
(3)O2浓度为a时最适合保存该器官吗？为什么？
提示：O2浓度为a时并非一定最适合保存该器官。因为无氧呼吸会产生酒精，不一定能满足某些生物组织的储存需求，且该浓度下葡萄糖的消耗速率一定不是最小的，据图可知，O2浓度为a时CO2释放量为0.6，O2吸放量为0.3，其中CO2有0.3是有氧呼吸产生的，还有0.3是无氧呼吸产生的。按有氧呼吸中C6(葡萄糖)∶O2∶CO2＝1∶6∶6，无氧呼吸中C6∶CO2＝1∶2，算得C6的相对消耗量为0.05＋0.15＝0.2。而无氧呼吸消失时，O2和CO2的相对值为0.7，算得C6的相对消耗量为0.11，明显比a时要低，所以O2浓度为a时葡萄糖的消耗速率一定不是最小。
模型法分析影响细胞呼吸的因素
1．温度
(1)曲线解读：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。
(2)应用：①低温储存食品。
②大棚栽培在夜间和阴天适当降温。
2．O2浓度
(1)曲线解读：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＝0时，只进行无氧呼吸。
②0③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
(2)应用：①包扎伤口应选用透气的敷料，抑制破伤风芽孢杆菌的无氧呼吸。破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
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及时松土有利于植物根系生长。
④稻田定期排水有利于根系有氧呼吸，防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
3．CO2浓度
(1)曲线解读：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。
(2)应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度。
4．含水量
(1)曲线解读：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。
(2)应用：①粮食储存前要进行晒干处理。
②水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。
考向1结合细胞呼吸的影响因素考查科学思维
1．(2025·安徽合肥模拟)为研究低氧胁迫对两个黄瓜品种根系细胞呼吸的影响，科研人员进行了相关实验，结果如图所示。下列叙述正确的是(　C　)
A．正常通气情况下，品种A和品种B的根系细胞产生的CO2都来自线粒体
B．低氧胁迫下，品种B对氧气浓度的变化较为敏感
C．低氧胁迫下，根细胞中丙酮酸分解为酒精的过程不产生ATP
D．低氧胁迫不影响黄瓜的光合速率和产量
解析：据题图可知，正常通气情况下，两种黄瓜的根系细胞都产生了酒精，说明其呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸共存，则根系细胞产生的CO2来自线粒体和细胞质基质，A错误；与正常通气相比，低氧胁迫下，品种A产生的酒精含量更多，说明品种A对氧气浓度变化较为敏感，B错误；低氧胁迫下，根细胞中丙酮酸分解产生酒精属于无氧呼吸第二阶段，该阶段不产生ATP，C正确；长期处于低氧胁迫条件下，无氧呼吸产生的ATP减少，影响主动运输过程，植物吸收无机盐的能力下降，进而会影响植物的光合速率，导致产量降低，D错误。
2．(2025·河北衡水模拟)某生物兴趣小组将足量且等量的苹果果肉分别放在不同O2浓度的密闭黑暗容器中，1 h后，测定O2的吸收量和CO2的释放量，结果如表所示。下列分析正确的是(　D　)
O2浓度 O2吸收量/mol CO2释放量/mol
0 0 1
1% 0.1 0.8
2% 0.2 0.6
3% 0.3 0.5
5% 0.4 0.4
7% 0.5 0.5
10% 0.6 0.6
15% 0.7 0.7
20% 0.8 0.8
25% 0.8 0.8
A．苹果果肉细胞在O2浓度为0～3%和5%～25%时，分别进行无氧呼吸和有氧呼吸
B．O2浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生的ATP越多
C．O2浓度为3%时，无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3倍
D．贮藏苹果时，应选择O2浓度为5%的适宜环境条件
解析：分析表格数据可知，苹果果肉细胞在O2浓度为0时，只进行无氧呼吸，苹果果肉细胞在O2浓度为1%～3%时，CO2的释放量大于O2的吸收量，故此时苹果果肉细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸；苹果果肉细胞在O2浓度为5%～25%时，CO2的释放量和O2的吸收量相等，苹果果肉细胞只进行有氧呼吸，A错误。据表可知，当O2浓度达到20%时，再增加O2浓度，有氧呼吸强度不再增加，故并非O2浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生的ATP越多，B错误。O2浓度为3%时，依据有氧呼吸反应式可知，有氧呼吸消耗0.3 mol O2，产生0.3 mol CO2，需要消耗葡萄糖0.05 mol，剩余的CO2＝0.5－0.3＝0.2(mol)，依据无氧呼吸反应式可知，由无氧呼吸产生0.2 mol CO2需要消耗葡萄糖0.1 mol，因此可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的2倍，C错误。据表分析，贮藏苹果时，应选择O2浓度为5%的适宜环境条件，此时CO2的释放量最少，有机物的消耗最少，D正确。
考向2结合细胞呼吸的原理及应用考查社会责任
3．(2024·贵州卷)农业生产中，旱粮地低洼处易积水，影响作物根细胞的呼吸作用。据研究，某作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关，水淹过程中其活性变化如图所示。
回答下列问题：
(1)正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，从物质和能量的角度分析，其代谢特点有
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；参与有氧呼吸的酶是乙(填“甲”或“乙”)。
(2)在水淹0～3 d阶段，影响呼吸作用强度的主要环境因素是O2的含量；水淹第3 d时，经检测，作物根的CO2释放量为0.4 μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2 μmol·g-1·min-1，若不考虑乳酸发酵，无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3倍。
(3)若水淹3 d后排水，植物长势可在一定程度上得到恢复，从代谢角度分析，原因是无氧呼吸产生的酒精对植物有毒害作用，3 d后排水可以将酒精排除，减轻毒害作用；3 d后排水可以使有氧呼吸增强，增加产能(答出2点即可)。
解析：(1)正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，有氧呼吸是细胞在氧的参与下，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。随着水淹天数的增多，乙的活性降低，说明乙是与有氧呼吸有关的酶。(2)在水淹0～3 d阶段，随着水淹天数的增加，O2含量减少，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强。水淹第3 d时，作物根的CO2释放量为0.4 μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2 μmol·g-1·min-1，由于有氧呼吸过程中O2吸收量与CO2释放量相等，因此根细胞无氧呼吸的CO2释放量为0.2 μmol·g-1·min-1，由于有氧呼吸葡萄糖的消耗量、O2消耗量和CO2释放量之比为1∶6∶6，因此，有氧呼吸葡萄糖消耗量为0.2/6 μmol·g-1·min-1，无氧呼吸葡萄糖消耗量和CO2释放量之比为1∶2，因此无氧呼吸消耗葡萄糖的量为0.1 μmol·g-1·min-1，所以无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3倍。(3)若水淹3 d后排水，植物长势可在一定程度上得到恢复，一方面是排水后氧气含量上升，有氧呼吸增强，产生的能量增多；另一方面，由题图可知，第4 d无氧呼吸有关的酶活性显著降低，可能是第4 d无氧呼吸产生的酒精毒害作用达到了一定程度，之后就很难恢复，所以要在水淹3 d后排水。
1．(2024·广东卷)研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是(　D　)
A．碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B．线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱
C．有氧条件下，WT比△sqr的生长速度快
D．无氧条件下，WT比△sqr产生更多的ATP
解析：有氧呼吸的主要场所在线粒体，碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸，A正确；有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱，B正确；与△sqr相比，WT正常线粒体数量多，有氧条件下，WT能获得更多的能量，生长速度比△sqr快，C正确；无氧呼吸的场所在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同，D错误。
2．(2024·江苏卷)图中①～③表示一种细胞器的部分结构。下列相关叙述错误的是(　C　)
A．该细胞器既产生ATP也消耗ATP
B．①②分布的蛋白质有所不同
C．有氧呼吸第一阶段发生在③
D．②、③分别是消耗O2、产生CO2的场所
解析：线粒体是细胞有氧呼吸的主要场所，可以分解有机物产生ATP，同时在线粒体内部可以合成蛋白质、DNA等，需要消耗ATP，A正确；①线粒体外膜和②线粒体内膜功能不同，所以分布的蛋白质有所不同，B正确；有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，③是线粒体基质，C错误；②是线粒体内膜，O2与[H]在线粒体内膜上反应生成水，③是线粒体基质，在该场所丙酮酸和水反应生成CO2和[H]，D正确。
3．(2023·山东卷)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　B　)
A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质
B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成
C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足
D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
解析：玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为逆浓度梯度的主动运输，液泡中H＋浓度高，正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误；玉米根部短时间水淹，根部氧气含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，因此，检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B正确；无氧呼吸都只在第一阶段产生ATP，因此转换为丙酮酸产酒精途径时，ATP生成量不变，C错误；丙酮酸产酒精途径消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径消耗的[H]的量相同，D错误。
4．(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(　C　)
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O2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：有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，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中都可产生ATP，A正确；线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段[H]和O2反应生成水，该过程需要酶的催化，B正确；丙酮酸分解为CO2和[H]发生于有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，该过程需要水的参与，不需要O2的参与，C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蛋白质的合成，D正确。
课时作业13
(总分：50分)
一、选择题(每小题3分，共27分)
1．(2024·河北衡水模拟)线粒体一般呈短棒状或圆球状，是细胞的“动力车间”，是细胞进行有氧呼吸的主要场所。下列叙述错误的是(　A　)
A．细胞内有氧呼吸产生CO2的场所都是线粒体基质
B．线粒体具有双层膜，其内膜的表面积大于外膜
C．线粒体内含有少量的DNA、RNA，还含有核糖体
D．细胞内的线粒体可以向需要能量的部位移动
解析：原核生物没有线粒体，有氧呼吸产生CO2的场所不是线粒体基质，A错误；线粒体具有双层膜，其内膜向内腔凹陷形成嵴，内膜的表面积大于外膜，B正确；线粒体内含有少量的DNA、RNA，还含有核糖体，C正确；细胞内的线粒体可以向需要能量的部位移动，D正确。
2．(2024·江西新余模拟)三羧酸循环是有氧呼吸的第二个阶段。真核细胞内，丙酮酸和脂肪酸都可在线粒体基质中转化并进行三羧酸循环。下列叙述错误的是(　D　)
A．丙酮酸可来源于细胞内葡萄糖等物质的分解
B．某些脂肪酸能以自由扩散的方式穿过线粒体膜
C．三羧酸循环过程不需要O2的参与，同时释放少量能量
D．细胞质基质中缺少直接分解丙酮酸的相关酶
解析：丙酮酸可来源于细胞内葡萄糖等物质的分解，如葡萄糖可在细胞质基质中分解产生丙酮酸，A正确；某些脂肪酸是脂溶性的，能以自由扩散的方式穿过线粒体膜，B正确；结合题干“三羧酸循环是有氧呼吸的第二个阶段”可知，三羧酸循环过程不需要O2的参与，同时释放少量能量，C正确；无氧条件下，丙酮酸在细胞质基质中可转化为乳酸或酒精和CO2，故细胞质基质中有直接分解丙酮酸的相关酶，D错误。
3．(2024·湖北武汉模拟)新生无毛哺乳动物体内存在一种含有大量线粒体的褐色脂肪组织，褐色脂肪细胞的线粒体内膜含有蛋白质U。蛋白质U不影响组织细胞对氧气的利用，但能抑制呼吸过程中ADP转化为ATP。据此推测当蛋白质U发挥作用时(　D　)
A．葡萄糖能在线粒体中氧化分解
B．只在细胞质基质中进行无氧呼吸
C．细胞质基质中产生的ATP会减少
D．有利于新生幼畜适应寒冷环境
解析：由题干分析可知，蛋白质U不影响组织细胞对氧气的利用，但能抑制呼吸过程中ADP转化为ATP，当蛋白质U发挥作用时，线粒体内膜上ATP的合成速率下降，代谢反应释放的能量转化为热能的比例增加，有利于新生幼畜维持体温，适应寒冷环境，D正确。
4．(2024·辽宁沈阳模拟)通过设置不同条件(如是否提供氧气，不同pH的培养液)来模拟不同的环境，可以探究不同环境条件对酵母菌细胞呼吸的影响。下列有关叙述正确的是(　D　)
A．溴麝香草酚蓝溶液可以用于检测酵母菌是否进行了无氧呼吸
B．若提供18O2，则酵母菌有氧呼吸产生的CO2中也可检测到放射性
C．培养液的pH属于实验的无关变量，因变量是酵母菌的呼吸速率
D．酵母菌进行不同方式的呼吸时，底物的能量不都以热能形式散失
解析：溴麝香草酚蓝溶液遇到CO2后可由蓝变绿再变黄，但有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，故不能用溴麝香草酚蓝溶液检测酵母菌是否进行了无氧呼吸，A错误；18O不具有放射性，B错误；在探究不同pH条件对酵母菌细胞呼吸的影响时，培养液的pH属于自变量，C错误；酵母菌进行不同方式的呼吸时，底物的能量不都以热能形式散失，如酵母菌进行无氧呼吸时，葡萄糖中大部分能量储存在不彻底的氧化产物酒精中，D正确。
5．(2024·江苏盐城模拟)细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为脂肪、氨基酸等非糖物质。如图表示人体内相关物质的转化过程。下列有关叙述正确的是(　B　)
A．过程②产生的二碳化合物可能是酒精
B．X物质可能代表的是构成脂肪的小分子
C．过程①生成的氨基酸是必需氨基酸
D．长期高糖膳食不可能会导致人体内脂肪积累
解析：人体内细胞无氧呼吸不会产生酒精，A错误；脂肪是由甘油和脂肪酸组成的，故X表示甘油，是小分子物质，B正确；能在体内合成的氨基酸是非必需氨基酸，必需氨基酸是必须从食物中获得的，因此过程①生成的氨基酸是非必需氨基酸，C错误；糖类可以大量转化为脂肪，但脂肪不能大量转化成糖类，故长期高糖膳食可导致人体内脂肪积累，D错误。
6．(2024·江苏淮安模拟)如图是某植物种子萌发时吸水和呼吸方式变化的曲线。下列说法中正确的是(　D　)
A．为防止微生物呼吸作用对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行灭菌处理
B．在第Ⅱ阶段，种子的吸水速率大于第Ⅰ阶段
C．在种子吸水的第Ⅱ阶段，主要进行有氧呼吸
D．种子萌发后期，还有其他物质参与氧化分解
解析：为防止微生物呼吸作用对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理，A错误；据题图可知，在第Ⅱ阶段，种子含水量几乎没有变化，故种子吸水速率小于第Ⅰ阶段，B错误；在种子吸水的第Ⅱ阶段，呼吸作用CO2的产生量要比O2的消耗量大得多，说明此期间主要进行无氧呼吸，C错误；种子萌发后期，O2吸收量大于CO2释放量，说明除了糖类参与氧化分解外，还有其他物质参与氧化分解，如脂肪，D正确。
7．(2024·安徽淮北一模)物质2，4 二硝基苯酚(DNP)不影响有氧呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合形成水，但会使该过程所释放的能量都以热能的形式耗散。天南星科某些植物的花序在成熟时耗氧速率是一般植物的100倍以上，但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其他细胞的40%。下列相关叙述错误的是(　B　)
A．DNP使分布在线粒体内膜上的酶无法合成ATP
B．存在DNP的情况下，葡萄糖的氧化分解不能继续进行
C．天南星科某些植物的花序成熟时其温度高于其他部位
D．天南星科某些植物的花序的有氧呼吸主要在第三阶段与一般情况不同
解析：题意显示，DNP不影响有氧呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合形成水，但会使该过程所释放的能量都以热能的形式耗散，显然该物质会使线粒体内膜上的酶无法催化ATP的合成，进而导致该过程中的能量主要以热能的形式耗散，A正确；题意显示，DNP不影响有氧呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合形成水，故葡萄糖的氧化分解能继续进行，B错误；天南星科某些植物的花序成熟时耗氧速率高但生成ATP少，因此其温度高于其他部位，C正确；从题中可以看出，天南星科某些植物花序细胞成熟时耗氧速率较高，产热增多，产生ATP少，可推测是DNP的作用导致有氧呼吸第三阶段与一般情况不同，D正确。
8．(2024·河南洛阳模拟)为探究温度对绿色植物呼吸速率的影响，某学习小组利用密闭装置进行了相关实验，结果如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，下列叙述错误的是(　C　)
A．实验过程中，该装置需要置于黑暗条件下
B．与10 ℃相比，20 ℃时呼吸速率快，原因是相关酶活性高
C．在t1时只进行有氧呼吸，葡萄糖直接在线粒体中被利用
D．20 ℃条件下，在t3时，丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
解析：绿色植物在光照条件下能进行光合作用，故实验过程中，该装置需要置于黑暗条件下，以避免光合作用的影响，A正确；温度会影响呼吸酶的活性，与10 ℃相比，20 ℃时呼吸速率快，原因是相关酶活性高，B正确；葡萄糖在细胞质基质中被氧化分解，不能直接进入线粒体中被利用，C错误；绿色植物处于密闭装置中，20 ℃条件下，在t3时，细胞主要进行的是无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用，D正确。
9．(2025·湖北黄冈模拟)某生物兴趣小组利用如图装置探究酵母菌的细胞呼吸方式(试管内上部空间有充足的氧气)，后续改进该装置探究乳酸菌的呼吸方式。下列关于实验结果的分析，错误的是(　C　)
A．酵母菌和乳酸菌的细胞结构不同但无氧呼吸都使溶液的pH下降
B．溶液X若是溴麝香草酚蓝溶液，两个装置中溶液变黄的速度不同
C．若酵母菌没有耗尽培养液中的葡萄糖，用酸性重铬酸钾检测酒精不受影响
D．若用上述装置探究乳酸菌的呼吸方式，可直接检测两反应试管内pH的变化
解析：酵母菌是真核生物，乳酸菌是原核生物，两者细胞结构不同，酵母菌无氧呼吸产生二氧化碳，乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，都能使溶液的pH下降，A正确；溶液X若是溴麝香草酚蓝溶液，两个装置中溶液变黄的速度不同，有氧呼吸产生的二氧化碳更多更快，故变黄速度更快，B正确；若酵母菌没有耗尽培养液中的葡萄糖，用酸性重铬酸钾检测酒精会受影响，因为葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，C错误；由于乳酸菌只能在无氧条件下进行呼吸，故左侧试管产生乳酸的量要多于右侧试管，故若用题述装置探究乳酸菌的呼吸方式，可直接检测两反应试管内pH的变化，D正确。
二、非选择题(共23分)
10．(11分)(2025·河南漯河模拟)柽柳是一种沃土能力强的盐生植物，对盐渍土具有明显的改良作用，因而成为盐碱区域主要的生态修复物种。请回答下列问题：
(1)上图表示柽柳有氧呼吸的过程，其中①～③表示相关过程，甲、乙表示相应物质。图中物质甲表示水，物质乙表示二氧化碳。该图的模型属于物理模型(填“物理模型”“概念模型”或“数学模型”)。
(2)过程②的正常进行，还需要水作为反应物。过程③发生的场所是线粒体内膜，线粒体增大生物膜面积的方式是线粒体内膜向内腔折叠形成嵴。
(3)图中①②③过程中产生能量最多的是③，其能量的去向为以热能形式散失、用于合成ATP。
(4)生长在盐碱区的柽柳，其根部的根毛区细胞细胞液的浓度较高，以维持其吸水能力，从而使细胞保持坚挺。
解析：(1)据题图分析，图中①过程葡萄糖分解为丙酮酸和[H]，表示有氧呼吸的第一阶段，过程②表示有氧呼吸的第二阶段，发生的反应是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，则物质乙表示二氧化碳；图中③表示有氧呼吸的第三阶段，前两个阶段产生的[H]与氧气结合生成水，同时释放大量的能量，则图中的甲表示水，反应的场所为线粒体内膜。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型，题图表示有氧呼吸的过程图，因此图中的模型属于物理模型。(2)图中过程②为有氧呼吸的第二阶段，其反应的正常进行，需要反应物丙酮酸和水的参与，故图中②的正常进行还需要水作为反应物；过程③为有氧呼吸的第三阶段，发生的场所是线粒体内膜；线粒体内膜向内腔折叠形成嵴，扩大了线粒体的膜面积。(3)有氧呼吸三个阶段都有ATP产生，生成ATP最多的是有氧呼吸的第三阶段，即过程③；有氧呼吸过程产生的能量大部分以热能形式散失，少部分转化为ATP中的能量。(4)生长在盐碱区的柽柳，由于盐碱区土壤溶液浓度较高，柽柳在盐碱区土壤要保持正常生长必须能够从外界土壤溶液中吸水，因此其根部的根毛区细胞细胞液的浓度高于土壤溶液的浓度，这样才能够保证细胞吸水，处于坚挺的状态。
11．(12分)(2024·安徽合肥模拟)如图为细胞两种无氧呼吸的途径示意图，图中的字母表示物质，①～④表示过程。回答下列问题：
(1)图中字母A表示的物质是丙酮酸；在有氧气时，人成熟红细胞中的物质B被消耗的场所是细胞质基质。
(2)运动员进行马拉松比赛时骨骼肌细胞发生的无氧呼吸过程是①②(填图中数字)，此时骨骼肌细胞CO2释放量等于(填“大于”“等于”或“小于”)O2消耗量。
(3)检测物质D的溶液是(酸性的)重铬酸钾溶液。消耗等量的葡萄糖，生成物质C和物质D的两种无氧呼吸产生ATP的量相等，原因是细胞进行产乳酸的无氧呼吸或产酒精的无氧呼吸都只在第一阶段生成少量ATP，这两种途径的第一阶段完全相同。
(4)在涝胁迫条件下，玉米幼苗根细胞可进行图中③④过程。在涝胁迫条件下，玉米幼苗根能否长时间进行无氧呼吸？不能。原因是无氧呼吸产生的酒精积累会破坏细胞组织，造成烂根。
解析：(1)由题图可知，葡萄糖通过①过程生成A，同时NAD＋转化为B，所以A是丙酮酸，B是NADH；人成熟红细胞无线粒体，因此NADH被消耗发生在红细胞的细胞质基质中。(2)运动员进行马拉松比赛时骨骼肌细胞既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，无氧呼吸过程生成乳酸，即发生了图中的①②过程；因为骨骼肌细胞无氧呼吸产生的是乳酸，不产生CO2，所以骨骼肌细胞CO2释放量等于O2消耗量。(3)题图中的D是乙醛被还原生成的乙醇(酒精)，常用酸性重铬酸钾溶液来检测，如果有酒精产生，溶液会由橙色变成灰绿色；细胞进行产乳酸的无氧呼吸或产酒精的无氧呼吸都只在第一阶段生成少量ATP，这两种途径的第一阶段完全相同，因此消耗等量的葡萄糖，生成物质C和物质D的两种无氧呼吸产生ATP的量相等。(4)在涝胁迫条件下，玉米幼苗根不能长时间进行无氧呼吸，因为无氧呼吸产生的酒精积累会破坏细胞组织，造成烂根。

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