人教版高考生物一轮总复习必修1第3单元第8课细胞呼吸的原理和应用学案

第8课　细胞呼吸的原理和应用

一、探究酵母菌细胞呼吸的方式

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。

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进行细胞呼吸产生CO2多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。

二、细胞呼吸的概念、方式与过程

1．细胞呼吸：指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。

2．有氧呼吸

(1)概念：指细胞在氧的参与下，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。

(2)过程

(3)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)：。

3．无氧呼吸

(1)反应式

①C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量(如乳酸菌)。

②C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量(如酵母菌)。

(2)场所：细胞质基质。

(3)代表生物

①动物及植物中马铃薯块茎、甜菜根、玉米胚等的细胞，其无氧呼吸与乳酸菌(填“乳酸菌”或“酵母菌”)相同。

②多数植物、微生物细胞其无氧呼吸与酵母菌(填“乳酸菌”或“酵母菌”)相同。

三、细胞呼吸原理的应用(连线)

             ①包扎伤口用透气的敷料

Ⅰ.有氧呼吸    ②利用粮食生产各种酒

               ③作物栽培时及时松土

Ⅱ.无氧呼吸    ④稻田定期排水

  ⑤锻炼时提倡慢跑

提示：Ⅰ—③④⑤　Ⅱ—①②

1．酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌

(1)检测酵母菌培养过程中是否产生CO2，可判断其呼吸方式。 (×)

(2)在酸性条件下，酒精会使重铬酸钾溶液由蓝变绿再变黄。 (×)

(3)在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可依据澄清石灰水的混浊程度判断细胞呼吸的方式。 (√)

2．有氧呼吸的主要场所是线粒体

(1)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。 (×)

(2)有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP。 (×)

(3)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。 (×)

3．无氧呼吸是在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程

(1)有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用产物不同。 (√)

(2)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。 (×)

(3)细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和[H]的反应，只发生在细胞有氧时。 (×)

4．细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用

(1)严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。 (×)

(2)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏。 (×)

(3)温室大棚中，可以通过夜间适当降温来提高农作物的产量。 (√)

　　　　　 探究酵母菌细胞呼吸的方式

1．实验装置

甲组探究酵母菌的有氧呼吸，乙组探究酵母菌的无氧呼吸。甲、乙两组为对比实验，设置的是有氧、无氧条件。

2．无关变量控制

(1)通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。

(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。

　(2020·山东济宁模拟)下图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验设计装置。下列叙述正确的是(　　)

A．实验自变量为温度

B．实验因变量为CO2的多少

C．空气泵泵入的气体应先除去O2

D．乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO2

B　解析：该实验的自变量是氧气的有无，温度属于无关变量，A项错误；该实验通过Ca(OH)2溶液检测CO2的产生量(因变量)，B项正确；空气泵通入气体是为有氧呼吸提供O2，应先除去泵入气体中的CO2，C项错误；乙、丙两试管的培养液需煮沸(除去CO2)冷却后再加入干酵母，避免酵母菌被高温杀死，D项错误。

　　　　　细胞呼吸的方式与过程

马拉松是典型的耐力型运动项目，有氧供能是马拉松运动供能的主要方式。改善运动肌利用氧情况是马拉松运动员首要解决的问题之一。下图是两个运动员在不同运动强度下进行测试，测得血液中乳酸含量与摄氧量之间的变化关系。

(1)甲、乙两个运动员在运动强度较低时，所需能量的主要来源方式是什么？在该过程中有机物中的能量去向有哪些？

答案：主要方式是有氧呼吸。该过程中有机物中的能量去向有热量和ATP中活跃的化学能。

(2)随着运动强度的逐渐增加，乳酸的含量为什么越来越多？在此过程中有机物中的能量去向发生了什么变化？

答案：随着运动强度的逐渐增加，摄氧量越来越多，但仍不能满足机体需要，所以无氧呼吸逐渐增强，产生乳酸的量越来越多。在此过程中有机物中的能量去向有储存在乳酸中、热量和ATP中的能量。

(3)剧烈运动时，人体主要通过哪种细胞呼吸方式供能？

答案：有氧呼吸。

1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解

2．细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去路

3.细胞呼吸中能量的释放与去向

4．细胞呼吸过程中有关物质参与的阶段及场所总结

(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。而无氧呼吸中不存在水的生成与消耗。

(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。动植物细胞内均可产生CO2。

(3)酒精或乳酸：在无氧呼吸的第二阶段、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；以反应物的形式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)O2：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。

考向1| 有氧呼吸和无氧呼吸过程分析

1．(2019·全国卷Ⅱ)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是(　　)

A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖

B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来

C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP

D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生

B　解析：马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸，无葡萄糖，A错误；马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖被分解成丙酮酸，丙酮酸在第二阶段转化成乳酸，B正确；马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程是无氧呼吸的第一阶段，会生成少量ATP，C错误；马铃薯块茎储存时，氧气浓度增加会抑制其无氧呼吸，酸味会减少，D错误。

考向2| 有氧呼吸和无氧呼吸的判断

2．(多选) (2020·山东潍坊模拟)将刚采摘的新鲜蓝莓平均分成两份，一份用高浓度的CO2处理48 h后，储藏在温度为1 ℃的冷库内，另一份则直接储藏在 1 ℃的冷库内。从冷藏后算起每10天取样一次，测定其单位时间内CO2释放量(mol)和O2吸收量(mol)，计算二者的比值得到下图所示的曲线。下列结论错误的是(　　)

A．该实验的自变量是储藏天数，因变量是CO2与O2的比值

B．前10天时，细胞中的ATP来自细胞质基质和线粒体

C．第20天未处理组蓝莓产生的酒精量高于CO2处理组

D．第40天未处理组蓝莓有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多

AD　解析：根据题意可知，该实验的自变量是储藏天数和是否用高浓度的CO2处理，A错误；前10天进行有氧呼吸，细胞中的ATP来自细胞质基质和线粒体，B正确；第20天，实验组与对照组的比值都大于1，未处理组的比值更大，说明未处理组无氧呼吸作用更强，产生的酒精量更多，C正确；第40天，未处理组产生CO2量是吸收O2量的2倍，说明有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相同，因此无氧呼吸消耗的葡萄糖多，D错误。

【方法规律】判断真核生物细胞呼吸方式的三大依据

　　　　　影响细胞呼吸的因素及应用

1．温度

(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而影响细胞呼吸速率。

(2)曲线模型

(3)应用

2．O2浓度

(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)曲线模型

①O2浓度低时，无氧呼吸占优势。

②随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O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。

④O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为此时细胞进行无氧呼吸。

(3)应用

①选用透气消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。

②作物栽培中的中耕松土，保证根的正常细胞呼吸。

③提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。

④稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。

3．CO2浓度

(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)曲线模型

(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

(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)曲线模型：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)。

(3)应用

①粮食：干燥储藏，降低呼吸作用消耗有机物；

②水果、蔬菜：保持一定的湿度。

考向1| 氧浓度对细胞呼吸的影响

1．甲、乙两图均表示氧浓度对呼吸作用(底物为葡萄糖)的影响，下列相关叙述中正确的是(　　)

A．甲图中，氧浓度为a时只进行无氧呼吸，呼吸产物中有乳酸或酒精

B．甲图中，氧浓度为d时只进行有氧呼吸

C．乙图中，储存种子或水果时，A点对应的氧浓度最适宜

D．根据乙图可知，氧浓度较低时抑制有氧呼吸，氧浓度较高时促进有氧呼吸

B　解析：甲图中氧浓度为a时，只释放CO2而不吸收O2，说明此时只进行无氧呼吸，产物是酒精和CO2，A错误；当氧浓度为d时，CO2释放量等于O2吸收量，说明此时只进行有氧呼吸，B正确；乙图中C点时有机物消耗量最少，故C点对应的氧浓度最适于储存种子或水果，C错误；氧气没有抑制有氧呼吸的作用，D错误。

考向2| 细胞呼吸的曲线分析

2．(2021·山东聊城模拟)稻田长期浸水，会导致水稻幼根变黑腐烂。测得水稻幼根从开始浸水到变黑腐烂时细胞呼吸速率的变化曲线如图。下列叙述正确的是(　　)

A．Ⅰ阶段幼根细胞的有氧呼吸速率和无氧呼吸速率皆降低

B．Ⅱ阶段幼根细胞的有氧呼吸速率和无氧呼吸速率皆升高

C．Ⅰ阶段和Ⅲ阶段呼吸速率下降的主要原因相同

D．为避免幼根变黑腐烂，稻田宜在Ⅱ阶段前适时排水

D　解析：水稻幼根刚开始浸水时即Ⅰ阶段时，由于水中氧气的含量降低，有氧呼吸速率降低，有些细胞开始进行无氧呼吸，A错误；随着浸泡时间的延长，在Ⅱ阶段时，有氧呼吸越来越弱，而无氧呼吸强度不断增强，B错误；Ⅰ阶段由于水中氧气含量少，有氧呼吸速率降低，Ⅲ阶段由于无氧呼吸使酒精积累，对植物根细胞产生毒害作用，导致无氧呼吸速率下降，C错误；水稻幼根变黑腐烂是因为细胞进行无氧呼吸产生的酒精会毒害幼根，故应在Ⅱ阶段前适时排水，降低根细胞的无氧呼吸，D正确。

【方法规律】细胞呼吸的曲线识别技巧

(1)“钟”形曲线：典型的酶促反应曲线，通过影响酶的活性影响细胞呼吸，凡可影响酶活性的因素都可影响该曲线的变化，如温度、pH。

(2)下降形曲线：呼吸反应速率逐渐减缓，一般受生成物含量的影响，随生成物的增多而减缓，如CO2浓度。

(3)上升形曲线：呼吸反应速率逐渐加快，一般受反应物含量的影响，随反应物的增多而增加，如O2含量。

考向3| 细胞呼吸影响因素的探究实验分析

3．为了探究植物呼吸强度的变化规律，研究者在遮光状态下，测得了相同的新鲜菠菜叶在不同温度和O2含量条件下的CO2释放量，结果如下表(表中数据为相对值)。下列有关分析错误的是(　　)

A．根据变化规律，表中10 ℃、O2含量为1.0%条件下的数据很可能是错误的

B．温度为3 ℃、O2含量为3.0%是储藏菠菜叶的最佳环境条件组合

C．O2含量从20.0%上升至40.0%时，O2含量限制了呼吸强度的继续升高

D．在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞无氧呼吸逐渐减弱

C　解析：根据表中数据的变化规律可知，在10 ℃、O2含量为1.0%条件下的数据应大于3.6小于35.2，所以53.7这个数据很可能是错误的，A项正确；温度为3 ℃、O2含量为3.0%时，CO2的释放量最少，是储藏菠菜叶的最佳环境条件组合，B项正确；分析表格数据可知，O2含量从20.0%上升至40.0%时，细胞呼吸的CO2释放量基本不变，说明O2含量已达到饱和，故O2含量不再是限制呼吸强度的因素，C项错误；在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，随着O2含量的增加，CO2释放量逐渐减少，细胞无氧呼吸逐渐减弱，D项正确。

命题生长点1 细胞呼吸的过程

(1)发酵后期，酵母菌数量大量减少，除了有机物的消耗之外，还有哪些原因？

答案：酵母菌代谢产物酒精的积累对自身生长繁殖造成影响。

(2)酵母菌发酵过程中的白色泡沫含CO2(填气体名称)。该物质产生的场所是细胞质基质。

(3)经测定酵母菌消耗的糖中的能量，98.5%转移到酒精和其他发酵产物中，其余1.5%则用于形成ATP、以热能形式释放。

命题生长点2 影响细胞呼吸的因素

有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的量如图所示。据图中信息推断错误的是(C)

A．氧浓度为a时酵母菌没有进行有氧呼吸，只进行无氧呼吸

B．当氧浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸的过程会不同

C．当氧浓度为c时， 1/3葡萄糖用于酵母菌酒精发酵

D．a、b、c、d不同氧浓度下，细胞都产生[H]和ATP

解析：分析曲线可知，氧浓度为a时，产生酒精的量与释放CO2的量相等，说明酵母菌只进行无氧呼吸，不进行有氧呼吸，A正确。氧浓度为b时，产生CO2的量多于产生酒精的量，此时酵母菌既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸；氧浓度为d时，不产生酒精，说明该点只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸，B正确。当氧浓度为c时，酒精的产生量为6，说明无氧呼吸CO2的产生量为6，则有氧呼吸CO2的产生量为15－6＝9，根据有氧呼吸和无氧呼吸的化学反应式可以计算，有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖相对量分别为1.5、3，因此有2/3的葡萄糖用于酵母菌酒精发酵，C错误。a、b、c、d不同氧浓度下，细胞都产生[H]和ATP，D正确。

命题生长点3 实验探究

(1)某同学尝试用新鲜葡萄制作葡萄酒，发酵过程拧松瓶盖的目的是什么？发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长，原因是什么？

答案：拧松瓶盖的目的是释放出产生的CO2。随着葡萄糖的消耗，发酵后期产生CO2的量越来越少，故拧松瓶盖的间隔时间可以适时延长。

(2)过去啤酒生产都以大麦芽为原料，借用大麦发芽后产生的淀粉酶，使淀粉分解。现在我们将赤霉素应用于啤酒生产中，可以在种子不发芽的情况下诱导淀粉酶的合成。这样做的好处是避免大麦因发芽而消耗大量养分。

细胞呼吸方式的判断

(1)依据O2吸收量和CO2释放量判断：

①不消耗O2，释放CO2―→只进行无氧呼吸；

②O2吸收量＝CO2释放量―→只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸；

③O2吸收量<CO2释放量―→两种呼吸方式同时进行，且比O2吸收量多出的CO2来自无氧呼吸。

(2)依据酒精和CO2生成量判断：

①酒精量＝CO2释放量―→只进行无氧呼吸；

②酒精量<CO2释放量―→两种呼吸方式同时进行，且比酒精量多出的CO2来自有氧呼吸。

细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物)

(1)有氧呼吸：C6H12O6∶O2 ∶CO2＝1∶6∶6。

(2)无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或C6H12O6∶乳酸＝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∶产生的CO2总量＝3∶4。

(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。