专题32 细胞呼吸的原理及其应用知识精讲解析版.docx

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专题32细胞呼吸的原理及其应用知识精讲解析版

第三单元　生命系统的代谢基础

细胞呼吸的原理及其应用

☆知识脑图☆

☆目标导航☆

1．探究酵母菌细胞的呼吸方式；

2．理解细胞呼吸的原理及过程；

3．了解细胞呼吸在生活实践中的应用。

☆知识点贯通☆

一、细胞呼吸的原理

1．有氧呼吸

（1）过程图解

（2）总反应式

2．无氧呼吸

3．细胞呼吸中［H］和ATP的来源和去路

项目

来源

去路

有氧呼吸

无氧呼吸

有氧呼吸

无氧呼吸

［H］

葡萄糖和水

葡萄糖

与O2结合生成H2O

还原丙酮酸

ATP

三个阶段都产生

只在第一阶段产生

用于各项生命活动

4．能量的释放与去向

（1）有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP，而无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生ATP。

（2）细胞呼吸释放的能量大部分以热能散失，少部分转移到ATP中。

二、细胞呼吸的影响因素及其应用

1．温度对细胞呼吸的影响

（1）原理：

通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。

（2）曲线分析

①在最适温度时，呼吸强度最大。

②超过最适温度，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸速率下降。

③低于最适温度，酶活性下降，呼吸速率下降。

（3）应用

①低温下储存蔬菜和水果。

②蔬菜大棚夜间适当降温以降低呼吸消耗，提高产量。

2．氧气浓度对细胞呼吸的影响

（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。

（2）曲线分析

①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。

②0

③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。

④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。

（3）应用

①中耕松土促进植物根部有氧呼吸。

②无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。

③低氧仓储粮食、水果和蔬菜。

3．CO2浓度对细胞呼吸的影响

（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。

（2）曲线

（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。

4．含水量对细胞呼吸的影响

（1）原理：

水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。

（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。

（3）应用：

①粮食在收仓前要进行晾晒处理。

②干种子萌发前进行浸泡处理。

☆重难点突破☆

（一）探究酵母菌的呼吸方式实验分析

1．要点精析

（1）实验原理

（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的产生，装置如图所示。

③检测酒精的产生：

自B、D中各取2mL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0．5mL溶有0．1g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。

（3）实验现象

条件

澄清石灰水的变化

1、2两试管的变化

甲组

变混浊快

无变化

乙组

变混浊慢

出现灰绿色

（4）实验结论：

酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸；在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下产生酒精，还产生少量CO2。

2．考场突破

如图是某研究小组在探究酵母菌呼吸方式时的两套实验装置图，下列分析不合理的是（　　）

A．为检验空气中的二氧化碳是否被A瓶吸收完全，可在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶

B．实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了，说明实验成功

C．实验进行一段时间后用酸性的重铬酸钾检测D瓶中物质会出现灰绿色

D．C瓶和E瓶也可用溴麝香草酚蓝水溶液，可观察到水溶液由黄变绿再变蓝

答案：

D

解析：

CO2能使澄清石灰水变混浊，在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶，可检验空气中的二氧化碳是否被A瓶吸收完全，A正确；实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了，说明酵母菌呼吸作用产生了二氧化碳，且量较多，实验成功，B正确；实验进行一段时间后，D瓶中的酵母菌进行无氧呼吸生成酒精，此时用酸性的重铬酸钾检测D瓶中物质会出现灰绿色，C正确；C瓶和E瓶中的二氧化碳也可用溴麝香草酚蓝水溶液，可观察到水溶液由蓝变绿再变黄，D错误。

笔记：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

（二）细胞呼吸的原理总结

1．要点精析

（1）水：

生成于有氧呼吸第三阶段，场所为线粒体内膜；以反应物参与有氧呼吸第二阶段，场所为线粒体基质中。

而无氧呼吸中不存在水的生成与参与。

（2）CO2：

在有氧呼吸的第二阶段、线粒体基质中产生，或者在无氧呼吸的第二阶段、细胞质基质中产生。

动植物体内均可产生二氧化碳。

（3）酒精或乳酸：

在无氧呼吸的第二个阶段、细胞质基质中产生。

（4）葡萄糖：

只以反应物的形式参与有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段，场所为细胞质基质。

（5）丙酮酸：

其作为中间产物，在有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段产生，场所为细胞质基质；以反应物可参与有氧呼吸第二阶段和无氧呼吸第二阶段，前者场所为线粒体基质，后者场所为细胞质基质。

（6）氧气：

只以反应物的形式参与有氧呼吸的第三阶段，场所为线粒体内膜。

2．考场突破

下图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中

B．图中物质c为［H］，它只在有氧呼吸过程中产生

C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATP

D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2

答案：

D

解析：

题图为细胞呼吸的全过程，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO2、［H］、O2、酒精；催化反应②和④的酶分别存在于细胞质基质和线粒体基质中；无氧呼吸的第一阶段也产生［H］。

笔记：

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（三）细胞呼吸方式的判断及呼吸速率的测定

1．要点精析

（1）判断细胞呼吸方式的三大依据

（2）呼吸速率的测定

①实验装置：

②实验原理：

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，刻度管内的液滴左移。

单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。

装置乙为对照。

③误差的校正：

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；如果实验材料是种子，为防止微生物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；为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差，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。

2．考场突破

将含酵母菌的葡萄糖溶液均分为4份，分别置于甲、乙、丙、丁四种条件下培养，测得CO2和O2体积变化的相对值如图。

下列叙述正确的是（）

A．甲条件下，细胞呼吸的产物除CO2外，还有乳酸

B．乙条件下，需氧呼吸比厌氧呼吸消耗的葡萄糖多

C．丙条件下，细胞呼吸产生的ATP最少

D．丁条件下，产物中的CO2全部来自线粒体

答案：

D

解析：

甲条件下，酵母菌只能进行厌氧呼吸，产物是酒精和二氧化碳，没有乳酸，A错误；、乙条件下，释放的二氧化碳量是吸收的氧气量的四倍，说明厌氧呼吸释放的二氧化碳是需氧呼吸的三倍，根据细胞呼吸的反应式，可判断需氧呼吸比厌氧呼吸消耗的葡萄糖少，B错误；甲条件下，酵母菌只能进行厌氧呼吸，产生的ATP最少，丙条件下，酵母菌同时进行需氧呼吸和厌氧呼吸，产生的ATP并不是最少的，C错误；丁条件下，酵母菌只能进行需氧呼吸，产生二氧化碳的场所是线粒体基质，D正确。

笔记：

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☆易错辨析☆

（一）有关细胞呼吸的6个易错点

1．易混点辨析

（1）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。

（2）无氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。

（3）水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。

（4）有氧呼吸与无氧呼吸产物最大的区别是无氧呼吸没有水生成，并且无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。

（5）真核生物细胞并非都能进行有氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。

（6）原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌等，因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。

2．考场突破

下图表示种子在萌发过程中不同阶段CO2释放速率的变化曲线。

下列叙述错误的是（　　）

A．第1阶段，种子吸水后代谢增强，细胞呼吸释放的CO2增多

B．第Ⅱ阶段，种子细胞呼吸释放的CO2主要来自线粒体基质

C．第Ⅲ阶段，种子细胞呼吸增强的原因可能是种皮破裂，有氧呼吸强度逐渐增强

D．第Ⅳ阶段，种子细胞呼吸下降的原因可能是细胞呼吸缺乏底物

答案：

B

解析：

第Ⅰ阶段，种子吸水后代谢增强，细胞呼吸释放的CO2增多，A正确；第Ⅱ阶段，种子细胞呼吸释放的CO2主要来自细胞质基质，B错误；第Ⅲ阶段，种子细胞呼吸增强的原因可能是种皮破裂，有氧呼吸强度逐渐增强，C正确；第Ⅳ阶段，种子细胞呼吸下降的原因可能是细胞呼吸缺乏底物，D正确。

笔记：

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☆巩固练习☆

1．下列关于线粒体的叙述，不正确的是（　　）

A．能产生水，不消耗水

B．外膜的面积比内膜的小

C．外膜蛋白质与脂质的比例低于内膜

D．运动员肌细胞线粒体的数量比缺乏锻炼的人多

【答案】A

【解析】有氧呼吸的第二、第三阶段是在线粒体中进行的，其中第二阶段有水的消耗，第三阶段有水的产生，A错误；线粒体具有双层膜结构，内膜向内凹陷形成嵴，故内膜面积比外膜大，B正确；线粒体内膜的组成成分主要是蛋白质和脂质，且内膜上分布着大量的有氧呼吸有关的酶，这些酶的化学本质是蛋白质，故内膜上蛋白质与脂质的比例高于外膜，C正确；线粒体是有氧呼吸的主要场所，是细胞的供能车间，所以在细胞内的需能较多的部位线粒体比较集中，故运动员肌细胞中线粒体的数量要多于缺乏锻炼的人，D正确。

2．科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图。

下列叙述正确的是（　　）

A．20h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体

B．50h后，30℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2浓度会增加

C．50h后，30℃的有氧呼吸速率比2℃和15℃慢，是因为温度高使酶活性降低

D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大

【答案】B

【解析】果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A项错误；50h后，30℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗殆尽，以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B项正确，C项错误；由于酶具有最适温度，若超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，D项错误。

3．在氧浓度为a、b、c、d的遮光条件下，某同学分别测定了马铃薯进行细胞代谢时CO2释放量和O2吸收量的变化，并绘制了如下柱形图。

下列判断中不准确的一项是（　　）

A．该实验中使用的材料是马铃薯块茎，可以进行无氧呼吸

B．氧浓度为a时，该实验中马铃薯光合强度远小于呼吸强度

C．氧浓度为b时，马铃薯无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍

D．在氧浓度为d时，该实验中马铃薯只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸

【答案】A

【解析】马铃薯块茎进行无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，题中氧浓度为b、c时，马铃薯CO2释放量和O2吸收量不相等，说明实验并没有用马铃薯块茎，A错误；实验条件下，光合作用强度为零，小于呼吸作用强度，B正确；氧气浓度为b时，有氧呼吸消耗的氧气是3，产生的二氧化碳是3，消耗的葡萄糖是0．5，无氧呼吸产生的二氧化碳是8－3=5，消耗的葡萄糖是2．5，有氧呼吸消耗葡萄糖的量是无氧呼吸的5倍，C正确；氧气浓度为d时，细胞呼吸吸收的氧气与释放的二氧化碳的量相等，细胞只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，D正确。

4．细胞呼吸对生命活动具有重要意义，下列有关细胞呼吸的叙述正确的是（）

A．线粒体是有氧呼吸的主要场所，没有线粒体的细胞只能进行无氧呼吸

B．有叶绿体的细胞可自行合成ATP，因此不需要细胞呼吸提供能量

C．动物细胞呼吸停止便不能合成ATP，作为生命基本特征的新陈代谢就此终结

D．细胞呼吸中有机物的分解必须有水和氧气的参与才能释放储存的能量

【答案】C

【解析】原核生物没有线粒体，但某些原核生物可以进行有氧呼吸，如硝化细菌，A错误；叶绿体合成的ATP只能用于暗反应，细胞分裂、物质运输等需要消耗的能量需要由呼吸作用提供，B错误；动物细胞呼吸停止便不能合成ATP，作为生命基本特征的新陈代谢就此终结，C正确；有氧呼吸和无氧呼吸均可以让葡萄糖中的能量释放出来，前者释放的能量较多，后者释放的能量较少，D错误。

5．如图是在适宜温度条件下测得的小麦种子CO2释放总量与O2浓度之间的关系。

请据图回答下列问题：

（1）Q点时产生CO2的场所是_______________________________________________，O2浓度≥10%，产生CO2的场所是________。

（2）图中曲线QR区段CO2生成量急剧减少的主要原因是___________________________。

（3）若图中的AB段与BC段的距离等长，则有氧呼吸强度________（填“大于”、“等于”或“小于”）无氧呼吸。

（4）根据图中曲线，说明晒干的粮食贮存在低氧条件下能延长贮存时间的原因：

________________________________________________________________________。

（5）若将实验材料换为等量花生种子，在只进行有氧呼吸时O2的吸收量将____________（填“增加”、“不变”或“减少”）。

【答案】

（1）细胞质基质　　线粒体（或线粒体基质）　

（2）O2浓度增加，无氧呼吸受到抑制（此时有氧呼吸强度较弱）　

（3）小于　

（4）细胞呼吸强度最低，有机物的消耗量少　

（5）增加

【解析】

（1）图中Q点对应氧气的吸收量为零，则说明此时只进行无氧呼吸，无氧呼吸的场所是细胞质基质。

O2浓度≥10%，只进行有氧呼吸，产生CO2的场所是线粒体基质。

（2）在O2浓度为10%以前，CO2释放量大于O2吸收量，表明种子既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸；QR区段CO2生成量急剧减少的主要原因是浓度逐渐增大的氧气抑制无氧呼吸。

（3）消耗等量葡萄糖时有氧呼吸释放的CO2量大于无氧呼吸，故CO2释放量相等时，有氧呼吸强度小于无氧呼吸。

（4）根据图中曲线，晒干的粮食贮存在低氧条件下能延长贮存时间的原因是细胞呼吸强度最低，有机物消耗量最少。

（5）花生的脂肪含量高，脂肪比糖类含C、H量高，在只进行有氧呼吸时O2的吸收量将增加。