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第12讲　探究酵母菌细胞呼吸的方式、
细胞呼吸原理的应用
【课标要求】 实验：探究酵母菌的呼吸方式。
实验6　探究酵母菌细胞呼吸的方式
实 验 基 础
1．实验材料
2．实验步骤
(1)配制酵母菌培养液(酵母菌＋__葡萄糖__溶液)。
(2)检测CO2产生的多少，装置如下图所示。
(3)检测酒精的产生：从A、B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(橙色→灰绿色)。
3．实验现象
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) 变浑浊程度__高__/快 无变化
乙组 (无氧) 变浑浊程度__低__/慢 出现__灰绿__色
? 解 疑 释 惑
(1)装置甲中先通入NaOH溶液的目的是清除空气中的CO2，以确保通入澄清石灰水的CO2是有氧呼吸产生的。
(2)装置乙中B瓶应先密封一段时间再连通D瓶，目的是耗尽B瓶中的O2，确保通入澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
(3)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培养液中的葡萄糖。
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)在有氧条件下产生大量CO2，在无氧条件下进行细胞呼吸产生__酒精和CO2__。
实验素养
一、 实验基本理论——探究酵母菌细胞呼吸方式实验中的变量分析
探究课题 有氧呼吸 无氧呼吸
自变量 __氧气__的有无
自变量 控制 空气的通入、保证O2的充分供应(空气通入__NaOH__溶液中，除去CO2) 先将锥形瓶内氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶(排除有氧呼吸的干扰)
无关变量 温度、营养物质的浓度和总量等，相同且适宜
因变量 酵母菌的呼吸产物，即产生CO2的多少、酒精的有无
二、无关变量的消除与对比实验
1．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。
2．对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。下列教材实验中属于对比实验的有__①②③__(填标号)。
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比较过氧化氢在不同条件下的分解。
题 组 运 用
1．某同学用质量分数为5%的葡萄糖溶液培养酵母菌，探究酵母菌的细胞呼吸方式。相关叙述正确的是(　B　)
A．泵入的空气通过NaOH溶液可以控制有氧和无氧条件
B．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
C．无氧条件下的培养液遇酸性重铬酸钾会出现橙色反应
D．根据溴麝香草酚蓝溶液是否变成黄色来判断呼吸方式
解析：泵入的空气通过NaOH溶液是为了排除空气中CO2的干扰，不可以控制有氧和无氧的条件，A错误；无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸产生乙醇，遇酸性重铬酸钾会出现由橙色变为灰绿色的反应，C错误；无氧呼吸和有氧呼吸都能产生CO2，CO2可以使溴麝香草酚蓝溶液变成黄色，D错误。
2．(2025·浙江6月卷)某同学欲研究酵母菌的细胞呼吸方式，设置有氧组和无氧组，装置如图所示。已知有氧组装置内氧气量仅满足部分葡萄糖氧化分解。
下列叙述正确的是(　C　)
A．装置内有氧气或无氧气可作为实验的无关变量
B．有氧组和无氧组酵母菌细胞产生CO2的场所均为细胞质基质
C．若葡萄糖充分反应，有氧组和无氧组均可检测到酒精
D．若葡萄糖充分反应，有氧组和无氧组产生的CO2比值大于3∶1
解析：本实验研究酵母菌的细胞呼吸方式，有氧气或无氧气是实验的自变量，A错误。有氧组因为氧气仅满足部分葡萄糖氧化分解，所以既进行有氧呼吸(产生CO2的场所是线粒体基质)，又进行无氧呼吸(产生CO2的场所是细胞质基质)；无氧组只进行无氧呼吸，产生CO2的场所是细胞质基质，B错误，C正确。有氧呼吸时，1分子葡萄糖产生6分子CO2；无氧呼吸时，1分子葡萄糖产生2分子CO2。由于有氧组同时进行有氧和无氧呼吸，所以有氧组产生的CO2量比仅进行有氧呼吸时少，那么有氧组和无氧组产生CO2的比值会小于6∶2＝3∶1，D错误。
考点　影响细胞呼吸的因素和应用
考 点 剖 析
知识1　影响细胞呼吸的主要因素
影响细胞呼吸的因素包括内部因素(如__酶__的种类和数量)和外部环境因素，其中外部环境因素影响机理及其应用如下：
因素 曲线模型 影响机理 应用
温 度 主要是通过影响__呼吸酶的活性__来实现的。最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度，酶活性下降，呼吸受抑制 __零上低温__条件贮存蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，以__降低__细胞呼吸，减少有机物的消耗
O2 浓度 在O2浓度为零时，只进行无氧呼吸；0＜O2浓度＜a%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；O2浓度≥a%时，只进行__有氧呼吸__ 适当__降低__氧气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
CO2 浓度 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 在蔬菜和水果的保鲜中，__增加__CO2的浓度，可提高保鲜效果
H2O 在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加强 将种子__风干__，以减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长作物种子储存时间
知识2　细胞呼吸原理的应用实例
应用 主要目的
工业发酵罐酿酒先通气后密封 酵母菌先进行__有氧呼吸__大量繁殖，再进行__无氧呼吸__产生酒精
用“创可贴”等敷料包扎伤口 避免__厌__氧病原菌的繁殖
作物栽培中及时松土透气 促进根细胞进行__有氧呼吸__，利于根系的生长和对无机盐的吸收
稻田定期排水 防止根细胞长期进行__无氧呼吸__，产生的__酒精__对根细胞有毒害作用，导致烂根
伤口较深时，需注射破伤风抗毒素血清 利用破伤风抗毒素血清中的特异性抗体中和病原体，防止破伤风芽孢杆菌进行__无氧呼吸__而大量繁殖(属于被动免疫，即免疫治疗)
提倡慢跑等有氧运动 避免积累过多的__乳酸__而使肌肉酸胀无力
思辨小练
判断下列说法的正误：
(1)中耕松土有利于植物根系有氧呼吸，为矿质元素的吸收提供能量，也有利于土壤微生物的有氧呼吸。(　√　)
(2)播种前浸种可以提高种子的含水量，抑制呼吸作用。(　×　)
提示：播种前浸种可以提高种子的含水量，促进呼吸作用。
(3)所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量。(　√　)
(4)蔬菜和种子的储藏都需低温和低氧，前者需要一定湿度，后者需要保持干燥。(　√　)
典 题 精 析
考向1　细胞呼吸影响因素相关实验
(多选)(2025·淮安二模)为探究细胞中ROCK1(一种蛋白激酶基因)过度表达对细胞呼吸的影响，设置了两组实验，对照组为正常成肌细胞，实验组为ROCK1基因过度表达的成肌细胞。向体外培养的成肌细胞中加入不同物质检测细胞耗氧率(OCR ，可反映细胞呼吸情况)，结果如图所示。下列叙述错误的有(　BD　)
注：寡霉素为 ATP 合酶抑制剂；FCCP可作用于线粒体内膜，是线粒体解偶联剂，可使线粒体不能产生ATP；抗霉素 A 为呼吸链抑制剂，可完全阻止线粒体耗氧。
A．加入寡霉素后，OCR 降低的值代表机体用于 ATP 合成的耗氧量
B．FCCP 的加入使细胞耗氧量增加，细胞产生的能量均以热能形式释放
C．ROCK1过度表达不仅增加细胞的基础呼吸，而且增加细胞 ATP 的产生
D．抗霉素 A 加入后，成肌细胞只能进行无氧呼吸，无法产生 NADH 和 CO2
解析：图中加入寡霉素前，细胞为正常的耗氧速率，寡霉素是ATP合酶抑制剂，加入寡霉素后，OCR降低值表示细胞用于合成ATP的耗氧量，A正确；FCCP作用于线粒体内膜，使线粒体不能产生ATP，故FCCP的加入使细胞耗氧量增加，线粒体内膜上产生的能量均以热能的形式释放，而细胞质基质和线粒体基质中的能量大部分以热能形式散失，少数可以用来合成ATP，B错误；图中显示，实验组的数据比对照组的数据大部分都高，细胞呼吸能够产生ATP，ROCK1过度表达不仅增加细胞的基础呼吸，而且增加细胞ATP的产生，C正确；抗霉素A加入后，成肌细胞线粒体耗氧明显下降，无法产生ATP，但细胞质基质中进行的反应不受影响，能产生NADH和CO2，D错误。
考向2　细胞呼吸原理的应用
(2025·江西卷)体重水平与人体健康状况密切相关，体重异常特别的超重和肥胖是导致心脑血管疾病、糖尿病和部分癌症等慢性病的重要危险因素。国家卫生健康委员会等16部门启动了“体重管理年”活动。从机体能量代谢的角度分析，下列叙述错误的是(　A　)
A．有氧运动可加速新陈代谢，促进脂肪进入线粒体分解
B．高脂饮食易破坏能量平衡，导致脂肪积累而发生肥胖
C．低脂饮食可减少能量摄入，有氧运动可促进能量消耗
D．有氧运动能够避免肌细胞进行无氧呼吸产生大量乳酸
解析：脂肪需先分解为甘油和脂肪酸，脂肪酸转化成其他物质后进入线粒体氧化分解，而非直接以脂肪形式进入线粒体，A错误；高脂饮食提供过量能量，若摄入量＞消耗量，多余能量以脂肪形式储存，导致肥胖，B正确；低脂饮食减少能量摄入，有氧运动增加能量消耗，二者都是健康的生活方式，C正确；有氧运动利于肌细胞进行有氧呼吸，避免无氧呼吸产生大量乳酸，D正确。
一、 单项选择题
1．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．用酸性重铬酸钾溶液检验酵母菌无氧呼吸产生的酒精，要先耗尽培养液中葡萄糖
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是该实验的无关变量，各组之间应保持等量且适宜，A错误；探究酵母菌的细胞呼吸方式实验中，氧气的有无是自变量，B错误；由于葡萄糖也可与酸性重铬酸钾反应，用酸性重铬酸钾溶液检验酵母菌无氧呼吸产生的酒精，要先耗尽培养液中葡萄糖，C正确；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，等量的葡萄糖有氧呼吸释放的能量多于无氧呼吸，D错误。
2．某兴趣小组探究酵母菌无氧呼吸产物时，需排除未消耗完的葡萄糖对无氧呼吸产物酒精鉴定的影响(已知酒精的沸点为78 ℃)。相关叙述错误的是(　A　)
A．葡萄糖、酒精都能与酸性重铬酸钾发生颜色反应，因两者都具氧化性
B．可将酵母菌培养液进行90 ℃水浴，收集挥发气体冷凝处理后进行鉴定
C．可适当延长酵母菌培养时间，以耗尽培养液中的葡萄糖再进行鉴定
D．可用斐林试剂对酵母菌培养液进行鉴定，判断葡萄糖是否消耗完
解析：葡萄糖和酒精都具有还原性，且葡萄糖的还原性比酒精强，所以必须考虑葡萄糖的存在对酒精检测的影响。
3．下列关于细胞呼吸原理在生产和生活中应用的叙述，正确的是(　B　)
A．袋装酸奶中的乳酸菌无氧呼吸产生CO2，会产生胀袋现象
B．适时排水能促进根系呼吸作用，有利于根吸收矿质元素
C．低温或低氧环境都能抑制水果细胞中呼吸酶的活性
D．用酵母菌发酵产酒，初期应严格避免空气进入
解析：乳酸菌无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2，A错误；适时排水能促进根系呼吸作用，为根细胞吸收矿质元素供能，B正确；低温能抑制水果细胞中呼吸酶的活性，低氧不影响酶活性，C错误；酵母菌是兼性厌氧菌，发酵产酒初期可以适当通入空气，促进酵母菌繁殖，D错误。
4．下图表示氧浓度和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响。下列叙述错误的是(　C　)
A．与a点相比，b点时与有氧呼吸相关酶的活性较低
B．与b点相比，限制c点有氧呼吸速率的因素有氧浓度和温度
C．氧浓度为0时，细胞中合成ATP的场所有细胞质基质和线粒体
D．氧浓度不变，a点时适当提高温度细胞，有氧呼吸速率可能增大
5．为研究低氧环境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．正常通气下，品种A和B的根系细胞消耗的O2量等于产生的CO2量
B．品种B对低氧的敏感性高于品种A，这取决于无氧呼吸第二阶段有关酶的含量
C．低氧环境下，两个黄瓜品种根系细胞中丙酮酸分解为酒精的过程均不产生ATP
D．低氧组属于实验组，该组内的低氧处理属于自变量
解析：据图分析，正常通气时，测得的根系中有少量的酒精，说明黄瓜根细胞既进行有氧呼吸(O2消耗量等于CO2生成量)，也进行无氧呼吸(酒精发酵，不消耗O2，产生CO2)，此时品种A和品种B的根系细胞消耗的O2量均小于产生的CO2量，A错误。由图可知，正常通气时，A、B两个品种的根系细胞产生的酒精含量相同；低氧环境下，相同时间内品种A比品种B产生的酒精更多，酒精会对根系产生一定的毒害作用，说明品种B比品种A更适应低氧环境，品种B对低氧的敏感性低于品种A，这可能与品种B中与无氧呼吸有关的酶含量少有关，B错误。低氧环境下，根细胞中丙酮酸分解为酒精的过程是无氧呼吸第二阶段，该阶段不产生 ATP，C正确。本实验为研究低氧环境对A、B两个黄瓜品种根系细胞呼吸的影响，所以自变量为氧气浓度和黄瓜品种，因变量为酒精含量，其余的为无关变量，实验组内的自变量为黄瓜品种，低氧处理为无关变量，D错误。
6．(2025·福建卷)细胞呼吸产生的乳酸等物质的释放会引起胞外环境的酸化。为探究氧浓度对细胞呼吸的影响，科研人员将两组肿瘤细胞在不同氧浓度下短暂培养，在箭头所示的时间点更换新的无机盐缓冲液(不含葡萄糖)，并分别添加相应的成分，其中a为足量的葡萄糖，b和c为有氧呼吸某一阶段的抑制剂，检测细胞外的酸化速率，结果如图。下列叙述错误的是(　D　)
A．试剂c只能是有氧呼吸第一阶段的抑制剂
B．低氧组细胞对足量葡萄糖引发的无氧呼吸更强烈
C．①时间段正常氧组细胞同时发生有氧呼吸和无氧呼吸
D．②时间段正常氧组细胞无氧呼吸消耗的葡萄糖多于低氧组
解析：加入试剂c后，两组细胞的细胞外酸化速率急剧下降至未加入葡萄糖前的水平，表明有氧呼吸和无氧呼吸均被抑制，结合题干信息，可确定试剂c只能是有氧呼吸第一阶段的抑制剂，A正确。细胞外酸化速率反映无氧呼吸产生乳酸的速率，添加足量葡萄糖(a)后，低氧组的酸化速率显著高于正常氧组，说明低氧组无氧呼吸更强烈，B正确。①时间段正常氧组的酸化速率不为0，说明存在无氧呼吸；同时正常氧环境下，细胞也可进行有氧呼吸。因此，①时间段正常氧组细胞同时发生有氧呼吸和无氧呼吸，C正确。无氧呼吸每消耗1 mol葡萄糖可产生2 mol乳酸，酸化速率与乳酸产生速率呈正相关，因此酸化速率越高，无氧呼吸消耗的葡萄糖越多。②时间段低氧组的酸化速率高于正常氧组，说明低氧组无氧呼吸消耗的葡萄糖更多，D错误。
7．下图是某同学在一定条件下测定酵母菌无氧呼吸速率的实验装置。实验开始时，先打开软管夹将试管恒温水浴，10 min后再关闭软管夹，随后每隔5 min记录一次毛细管中液滴移动的距离。下列有关实验的分析，错误的是(　D　)
A．保温10 min有利于消耗掉葡萄糖溶液中的氧气
B．实验中可观察到毛细管中液滴向右移动
C．需另设一组相同装置，用等量死酵母菌代替活酵母菌以对实验结果进行校正
D．去掉油脂层、打开软管夹、通入氧气，该装置可用于测定酵母菌有氧呼吸速率
解析：有氧呼吸吸收O2量等于释放CO2量，试管中气压不变，毛细管内的液滴不移动，故该装置去掉油脂层、打开软管夹、通入氧气不能用于测定酵母菌有氧呼吸速率。
8．(2025·苏州期初)苹果果实成熟到一定程度，呼吸作用突然增强，然后又突然减弱，这种现象称为呼吸跃变，呼吸跃变标志着果实进入衰老阶段。下列叙述正确的是(　C　)
A．呼吸作用增强，果实内乳酸含量上升
B．呼吸作用减弱，糖酵解产生的CO2减少
C．用乙烯合成抑制剂处理，可延缓呼吸跃变现象的出现
D．果实贮藏在低温条件下，可使呼吸跃变提前发生
解析：苹果果实细胞无氧呼吸不产生乳酸，产生的是酒精和二氧化碳，A错误；糖酵解属于细胞呼吸第一阶段，该过程中没有CO2产生，B错误；乙烯能促进果实成熟和衰老，因此用乙烯合成抑制剂处理，可延缓细胞衰老，从而延缓呼吸跃变现象的出现，C正确；果实贮藏在低温条件下，酶的活性比较低，细胞更不容易衰老，能延缓呼吸跃变现象的出现，D错误。
9．(2025·南通三调)“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，为避免葡萄糖对酒精检测的干扰，南通某中学老师对实验进行了改进：将培养结束后的培养液吸入注射器，并密封注射器头，置于95 ℃的恒温水浴中(酒精的沸点为78 ℃)，一段时间后将注射器头与软管相连，将气体缓缓推入装有酸性重铬酸钾的试管，观察试管液体的颜色变化。相关叙述正确的是(　C　)
A．酵母菌是探究细胞呼吸方式的适宜材料，因其既能有氧呼吸，也能无氧呼吸
B．葡萄糖具有较强的氧化性，能将酸性重铬酸钾氧化发生颜色变化
C．95 ℃水浴后，若注射器的活塞发生明显移动，主要是酒精气化的结果
D．注射器中的气体缓缓推入试管后，试管中的液体由灰绿色变为橙色
解析：因为酵母菌属于兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下都能生存，所以是探究细胞呼吸方式的适宜材料，A错误；葡萄糖具有较强的还原性，酸性条件下能还原重铬酸钾，使重铬酸钾溶液由橙色变为灰绿色，B、D错误。
二、 多项选择题
10．呼吸作用原理在生产生活实践中得到广泛应用。相关叙述正确的有(　CD　)
A．用透气的“创可贴”等敷料包扎伤口，有利于伤口细胞的有氧呼吸，促进伤口愈合
B．微创手术后用氧气置换用于增大腹腔空间的二氧化碳，有利于厌氧菌的繁殖
C．西瓜的育苗期适当进行中耕松土可以增加土壤中氧气，促进根细胞的有氧呼吸
D．污水净化池底微管增氧技术增加水体溶解氧，有利于好氧微生物对有机物的分解
解析：A、B项的操作目的均是抑制厌氧菌繁殖。
11．(2024·山东卷)种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。下列说法正确的有(　ABD　)
A．p点为种皮被突破的时间点
B．Ⅱ 阶段种子内O2浓度降低，限制了有氧呼吸
C．Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加
D．q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多
解析：由图可知，p点乙醇脱氢酶活性开始下降，子叶耗氧量急剧增加，说明此时无氧呼吸减弱，有氧呼吸增强，该点为种皮被突破的时间点，A正确；Ⅱ阶段种子内O2浓度降低，限制了有氧呼吸，使得子叶耗氧速率降低，但为了保证能量的供应，乙醇脱氢酶活性继续升高，加强无氧呼吸提供能量，B正确；Ⅲ阶段种皮已经被突破，种子有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低，C错误；q处种子无氧呼吸与有氧呼吸氧化的NADH的量相同，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，此时无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多，D正确。

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