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高中生物高考2022年高考生物一轮复习 第3单元 第8讲 ATP和细胞呼吸
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第8讲 ATP和细胞呼吸
[目标要求] 1.ATP在能量代谢中的作用。2.细胞呼吸。3.实验：探究酵母菌的呼吸方式。
考点一 ATP的结构与功能
1．ATP的结构
(1)图中各部分名称：A代表腺嘌呤，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，③代表ADP，④代表ATP，⑤代表高能磷酸键。
(2)特点
①1分子ATP中含有3个磷酸基团，2个高能磷酸键，高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54 kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
②ATP分子中远离A的高能磷酸键容易断裂和重新形成。
2．ATP与ADP的相互转化
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量ATP
ATPADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)
储存在高能磷酸键中的能量
能量去路
储存在高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P88“相关信息”
写出图中标出的“A”的含义：
①________；②________；③________________；④__________________。
提示 腺苷 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸
(2)源于必修1 P89图5－5：ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？
提示 不是可逆反应。因为从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。
3．ATP的功能与动物细胞、植物细胞的代谢
(1)植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。
(2)ATP水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。
(1)线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP( × )
(2)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( √ )
(3)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源( × )
(4)ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少( √ )
(5)“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”( × )
(1)催化ATP水解的酶与催化ATP生成的酶不是(填“是”或“不是”)同一种酶；高等植物叶肉细胞内ATP在叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体等部位生成。
(2)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中。
(3)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“通货”，由此说明：生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。
考向一 ATP的结构和特点分析
1．ATP是细胞内流通着的能量“通货”。下列关于ATP的说法，正确的是( )
①参与ATP形成的元素包括C、H、O、N、P
②线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所
③ATP分子由1个腺苷和2个磷酸基团组成
④洋葱根尖细胞产生ATP的结构是叶绿体和线粒体
⑤任何活细胞都能合成ATP
⑥所有活细胞都会消耗ATP
A．①③⑤⑥ B．①②④
C．①⑤⑥ D．①④⑤⑥
答案 C
解析 ATP的组成元素有C、H、O、N、P，因此参与ATP形成的元素包括C、H、O、N、P，①正确；细胞质是蓝藻细胞产生ATP的主要场所，蓝藻无线粒体，②错误；ATP分子是由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成的，③错误；洋葱根尖细胞无叶绿体，产生ATP的结构是线粒体和细胞质基质，④错误；ATP是生命活动的直接能源物质，所有活细胞都要进行生命活动，均需要能量，都会消耗和合成ATP，⑤⑥正确。故选C。
2．下列有关细胞内ATP的叙述中，正确的是( )
A．在寒冷的环境中，人体细胞产生ATP的速率会下降
B．ATP中的“A”在DNA分子中通过氢键与“T”相连
C．细胞中ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能
D．每个ATP分子中只含有一个高能磷酸键
答案 C
解析 在寒冷环境中，由于激素的调节作用，人体有机物氧化分解速率加快，以维持体温的相对稳定，细胞产生ATP的速率不会下降，A错误；ATP中的“A”是指腺嘌呤与核糖结合而成的腺苷，DNA分子中通过氢键与“T”相连的是腺嘌呤，二者不同，B错误；每个ATP分子中含有两个高能磷酸键，D错误。
考向二 ATP与ADP的相互转化和ATP的利用
3．ATP合酶是合成ATP所需的催化剂，分子结构由凸出于膜外的亲水性头部和嵌入膜内的疏水性尾部组成。当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶，使ADP与Pi形成ATP。下列关于ATP合酶的分析，错误的是( )
A．可推测原核生物的细胞内没有ATP合酶
B．线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜上有ATP合酶
C．ATP合酶既具有催化作用，也具有运输作用
D．ATP合酶催化ADP和Pi形成ATP需要温和的条件
答案 A
解析 原核生物的细胞需要ATP，含有ATP合酶，A错误；线粒体内膜上进行有氧呼吸的第三阶段合成ATP、叶绿体类囊体薄膜上进行光合作用的光反应阶段合成ATP，都有ATP合酶，B正确；根据题干“当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶，使ADP与Pi形成ATP”分析，ATP合酶既具有催化作用，也具有运输作用，C正确；酶的催化需要温和的条件，D正确。
4．(2020·河南天一大联考高三一模)如图是ATP的结构及合成与水解反应，下列相关叙述正确的是( )
A．图2反应向右进行时，图1中b、c化学键连续断裂释放出能量和磷酸基团
B．人体细胞中图2反应向左进行时，所需的能量来源于细胞呼吸
C．ATP与ADP相互转化迅速，细胞中储存大量ATP以满足对能量的需求
D．ATP脱去两个磷酸基团后形成的腺嘌呤脱氧核苷酸可参与DNA的合成
答案 B
解析 图2反应向右进行时，图1中c化学键断裂释放出能量和磷酸基团，A错误；ATP与ADP相互转化迅速，细胞中ATP含量很少，C错误；ATP脱去两个磷酸基团后形成的腺嘌呤核糖核苷酸可参与RNA的合成，D错误。
题后反思 细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP：细胞呼吸第一阶段
叶绿体
产生ATP：光反应
消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等
线粒体
产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段
消耗ATP：自身DNA复制、转录、翻译等
核糖体
消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核
消耗ATP：DNA复制、转录等
考点二 细胞呼吸的方式和过程
1．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)有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)
。
(4)能量转换：葡萄糖中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。
教材中的隐性知识 源于必修1 P91“问题探讨”：有氧呼吸和有机物的燃烧都是分解有机物释放能量的过程，二者有何不同？
提示 有机物的燃烧是有机物剧烈的氧化分解释放热能的过程；有氧呼吸是在温和的条件下进行的，有机物中的能量是逐步释放的，有一部分能量储存在ATP中。
2．无氧呼吸
(1)场所：全过程都是在细胞质基质中进行的。
(2)过程
第一阶段
葡萄糖丙酮酸＋[H]＋少量能量
第二阶段
酒精发酵
[H]＋丙酮酸酒精＋CO2
乳酸发酵
[H]＋丙酮酸乳酸
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P93“小字部分”：活细胞中的线粒体都是均匀分布在细胞质中的吗？
提示 不一定。活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。
(2)源于必修1 P94“相关信息”：细胞呼吸过程中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。
(3)源于必修1 P94“相关信息”：1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖分解生成乳酸，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸的过程中，葡萄糖中的能量的主要去向和葡萄糖彻底氧化分解释放的能量的主要去向是什么？
提示 无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要储存在乳酸或酒精中；而彻底氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失了。
(1)葡萄糖是有氧呼吸唯一能利用的物质( × )
(2)真核细胞都进行有氧呼吸( × )
(3)没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸( × )
(4)有氧呼吸的实质是葡萄糖在线粒体中彻底氧化分解，并且释放大量能量的过程( × )
(5)无氧呼吸过程中没有氧气参与，所以有[H]的积累( × )
(6)水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳
( × )
(7)人体产生二氧化碳的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸( √ )
(8)和有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少( × )
(9)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖( √ )
(10)过保质期的酸奶常出现涨袋现象是由于乳酸菌无氧呼吸产生的气体造成的( × )
(1)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是种子在有氧呼吸过程中产生了水。
(2)不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因是催化反应的酶不同，根本原因是遗传信息不同。
1．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
反应条件
需酶和适宜温度
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
2.细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系
(1)反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
②无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量；
C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
(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的物质的量之比为有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量之比为无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
考向一 细胞呼吸过程的综合分析
5．(2020·山东模拟考)线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。细胞接受凋亡信号后，线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中，并与Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡。下列说法错误的是( )
A．有氧呼吸过程产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体基质
B．细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应
C．细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATP
D．若细胞中Apaf-1蛋白功能丧失，细胞色素c将不会引起该细胞凋亡
答案 C
解析 有氧呼吸第一、二阶段都可产生[H]，其场所分别为细胞质基质和线粒体基质，A正确；细胞色素c在线粒体内膜上参与有氧呼吸第三阶段，B正确；细胞色素c功能丧失只影响有氧呼吸第三阶段，有氧呼吸前两个阶段也可产生ATP，C错误；细胞色素c可以与Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡，Apaf-1蛋白功能丧失不能与细胞色素c结合，无法引起细胞凋亡，D正确。
6．如图是某动物体的细胞呼吸过程。下列有关叙述不正确的是( )
A．4、6分别是水和氧气
B．3产生于线粒体基质
C．产生的8主要用于合成ATP
D．植物细胞也能进行该过程
答案 C
解析 4为水、6为氧气，A正确；3(二氧化碳)在有氧呼吸第二阶段产生，场所是线粒体基质，B正确；8(能量)大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP，C错误；该图表示有氧呼吸过程，在植物细胞内也可以进行，D正确。
7．细胞呼吸过程中，线粒体内膜上的质子泵能将NADH(即[H])分解产生的H＋转运到膜间隙，使膜间隙中H＋浓度增大，大部分H＋通过结构①回流至线粒体基质，同时驱动ATP的合成，主要过程如下图所示。下列有关叙述不正确的是( )
A．乳酸菌不可能发生上述过程
B．该过程发生于有氧呼吸第二阶段
C．图中①是具有ATP合成酶活性的通道蛋白
D．H＋由膜间隙向线粒体基质的跨膜运输属于协助扩散
答案 B
解析 乳酸菌为原核生物，没有线粒体，A项正确；有氧呼吸第二阶段发生于线粒体基质，该过程发生于线粒体内膜，B项错误；图中①是具有ATP合成酶活性的H＋通道蛋白，C项正确；H＋由膜间隙向线粒体基质顺浓度梯度运输，且需要通道蛋白协助，属于协助扩散，D项正确。
考向二 细胞呼吸类型的判断
8．下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量(相对值)的变化结果(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列说法正确的是( )
项目
CO2释放量
O2吸收量
甲
12
0
乙
8
6
丙
10
10
A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸
B．在乙条件下有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多
C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值
D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体
答案 D
解析 甲条件下只释放CO2，不吸收氧气，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸，A错误；乙条件下消耗氧气的量为6，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，无氧呼吸产生二氧化碳的量为8－6＝2，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸相等，B错误；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度是否达到了最大值，C错误；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体，D正确。
9．“有氧运动”是指人体吸入的氧气与需求的相等，达到生理上的平衡状态。如图所示为人体运动强度与血液中乳酸含量和氧气消耗速率的关系。结合所学知识，分析下列说法正确的是( )
A．a运动强度下只有有氧呼吸，b运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，c运动强度下只有无氧呼吸
B．运动强度大于或等于b后，肌肉细胞CO2的产生量将大于O2的消耗量
C．无氧呼吸使有机物中的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中
D．若运动强度长时间超过c，会因为乳酸积累而使肌肉酸胀乏力
答案 D
解析 a运动强度下乳酸含量低，无氧呼吸较弱，b运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸都有所增强，c运动强度下氧气消耗速率较高，有氧呼吸、无氧呼吸速率都在较高水平，A错误；肌肉细胞无氧呼吸不产生CO2，有氧呼吸CO2的产生量等于O2的消耗量，B错误；无氧呼吸中葡萄糖的能量中大部分储存在乳酸中，释放的能量中大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中，C错误。
方法归纳 判断细胞呼吸方式的三大依据
考点三 影响细胞呼吸的因素及其应用
1．内部因素
(1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
(2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。
实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
(3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
2．外界因素
(1)温度
①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：储存水果、蔬菜时应选取零上低温(填“高温”“零上低温”或“零下低温”)。
(2)O2浓度
①解读：
a．O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
b．O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
c．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
d．当O2浓度达到一定值后，随着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)。
②应用
a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
b．作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸。
c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
d．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解读：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。
②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
(4)含水量
①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：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。
(1)同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异( √ )
(2)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( × )
(3)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏( × )
(4)破伤风杆菌是一种厌氧菌，皮肤破损较深的患者，应及时清洗伤口并到医院注射破伤风抗毒血清( √ )
(5)剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸( × )
(6)内部因素也会影响细胞呼吸的强度，如生物的遗传特性、器官种类、生长时期等( √ )
结合O2浓度影响细胞呼吸的曲线分析：
(1)O2浓度在2.5%～10%之间时，进行有氧呼吸和无氧呼吸；O2浓度在10%以上时，进行有氧呼吸。
(2)O2浓度为C时，AB＝BC，此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖不是(填“是”或“不是”)一样多，理由是根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。
(3)在保存蔬菜、水果时，应选择R点对应的O2浓度，理由是此时总CO2释放量最少，有机物的损耗最少。
(4)低氧环境下，有机物消耗少的原因在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制强度较弱，有氧呼吸因氧气不足强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱。
考向一 细胞呼吸的影响因素分析
10．如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是( )
A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度
B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸
C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖
D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制
答案 B
解析 甲图中B点温度下植物细胞呼吸相对速率最大，说明该温度下细胞呼吸最旺盛；随着氧气浓度增大有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸，曲线Ⅱ表示有氧呼吸；细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖；有氧呼吸需要酶的参与，温度会影响酶的活性，故有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量限制，使曲线Ⅱ最终趋于平衡。
11．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( )
O2含量
CO2释放量
温度(℃)
0.1%
1.0%
3.0%
10.0%
20.0%
40.0%
3
6.2
3.6
1.2
4.4
5.4
5.3
10
31.2
53.7
5.9
21.5
33.3
32.9
20
46.4
35.2
6.4
38.9
65.5
56.2
30
59.8
41.4
8.8
56.6
100.0
101.6
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
答案 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；O2含量从20.0%升至40.0%时，在3 ℃、10 ℃和20 ℃条件下，细胞呼吸强度逐渐减弱，但在30 ℃条件下，细胞呼吸强度增强，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。
考向二 细胞呼吸原理在农业生产中的应用
12．下列有关细胞呼吸原理在生活、生产中的应用的叙述，正确的是( )
A．降低温度和氧浓度并保持干燥，有利于果蔬的储藏保鲜
B．给含有酵母菌的发酵液连续通气，可提高产酒量
C．大棚栽培蔬菜，遇到阴雨天气时，可适当降低温度
D．给稻田定期排水、晒田的主要目的是抑制水稻的生长
答案 C
解析 果蔬的储藏保鲜要求零上低温、低氧和较低湿度，干燥环境会使植物细胞缺水死亡，A错误；酵母菌在无氧条件下才进行酒精发酵，B错误；阴雨天气时，由于大棚蔬菜光合作用强度较弱，可以适当降低温度减弱细胞呼吸对有机物的消耗，从而增加有机物的积累，C正确；给稻田定期排水、晒田的主要目的是防止无氧呼吸产生的酒精对根的毒害作用，D错误。
13．中耕松土是农作物栽培的传统耕作措施，下列相关说法错误的是( )
A．松土可以促进根对矿质元素的吸收，促进光合作用
B．松土可以促进硝化细菌的代谢活动，合成更多的有机物
C．松土使土壤中无机物含量减少，有机物含量增加
D．松土能加速土壤中残枝败叶、动植物遗体的分解，生成更多的二氧化碳
答案 C
解析 松土增加土壤中的空气，促进根细胞的有氧呼吸，释放更多能量，有利于矿质元素的吸收，促进光合作用，A正确；松土能增加土壤中的空气，从而促进硝化细菌将氨态氮转化为硝态氮，有利于硝化细菌的化能合成作用，增加土壤的肥力，B正确；松土促进微生物的分解作用，使土壤中有机物含量减少，无机物含量增加，C错误；松土能加速微生物对土壤中残枝败叶、动植物遗体的分解，生成更多的二氧化碳，有利于光合作用的进行，D正确。
考向三 种子萌发过程中细胞呼吸的变化分析
14．(2021·山西临汾模拟)将黄豆干种子浸水30小时，期间黄豆胚细胞发生了一系列生理变化，下列对此描述正确的是( )
A．自由水与结合水的含量均大量增加，代谢加快
B．CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大，说明此阶段无氧呼吸较强
C．酶的种类没有变化，但酶的活性均显著增高
D．若在显微镜下观察胚细胞，会发现大部分细胞中存在染色体
答案 B
解析 黄豆干种子浸水萌发的过程中，自由水的含量大量增加，结合水的含量增加的幅度较小，代谢加快，A错误；黄豆种子在有氧呼吸过程中消耗的O2量与产生的CO2量相等，在无氧呼吸过程中不消耗O2、有CO2产生，据此可推知：若CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大，说明此阶段无氧呼吸较强，B正确；黄豆干种子浸水萌发的过程中，细胞中发生的化学反应类型增多，酶的种类会有所变化，但并非是酶的活性均显著增高，C错误；在一个细胞周期中，因分裂间期持续的时间明显大于分裂期，而染色体出现在细胞分裂期，所以若在显微镜下观察胚细胞，会发现少部分细胞中存在染色体，D错误。
15．干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是
________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(至少答出两点)。
(2)在种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是________和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是_______________________________
____________________________________________________________________________。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括____________。
答案 (1)自由水是细胞内的良好溶剂；许多生物化学反应需要水的参与；水参与物质运输
(2)酒精、水 缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，且种子无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用
(3)适宜的光照、CO2和无机盐等
归纳总结 种子萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线
(1)在种子萌发的第Ⅰ阶段，由于(吸胀)吸水，呼吸速率上升。
(2)在种子萌发的第Ⅱ阶段，细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多，说明在此期间主要进行无氧呼吸。
(3)在胚根长出后，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以有氧呼吸为主，同时胚根大量吸水(渗透吸水)。
考点四 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产生的多少，装置如图所示。
(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。
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—浓硫酸溶液
甲组(有氧)
变混浊程度高/快
无变化
乙组(无氧)
变混浊程度低/慢
出现灰绿色
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CO2多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。
教材中的隐性知识 源于必修1 P93“对比实验”：对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。教材中对比实验的实例有：①②③(填序号)。
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。
1．实验注意事项
(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)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。
②B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。
2．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)结果结论
实验结果
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
左移
左移
种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
(3)误差校正：为使实验结果精确，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。
考向一 教材实验的综合考查
16．(2020·山西临汾模拟)甲、乙两组同学拟用下面装置探究细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量，为此展开了如下讨论。你认为其中最不合理的观点是( )
A．图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧作为自变量而不是是否充气
B．若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块
C．图中C若是溴麝香草酚蓝水溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量
D．若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明在两种条件下底物的消耗量相等
答案 D
解析 依题意可知：该实验的自变量是O2的有无，因变量是CO2的产生量，故应排除所充气体中含有的CO2对实验结果的干扰，A正确；酵母菌是单细胞真核生物，其繁殖速度受环境条件的影响，若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块，B正确；CO2可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，图中C若是溴麝香草酚蓝水溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量，C正确；在有氧呼吸的过程中，每消耗1 mol的葡萄糖就会消耗6 mol O2，同时产生6 mol CO2，在无氧呼吸过程中，每消耗1 mol的葡萄糖，会产生2 mol CO2，若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明无氧条件下底物的消耗量多于有氧条件下底物的消耗量，D错误。
17．(2020·云南省曲靖市高三二模)某同学为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，将少量的酵母菌混入适量的面粉揉成光滑面粉团后均等分装在2个洁净的塑料袋中，一组充满空气(甲组)，一组则排净空气(乙组)，扎紧袋口后放在相同且适宜的环境中观察20～30 min。下列叙述不正确的是( )
A．一段时间后甲组的塑料袋内壁有水珠出现，面团变湿润
B．该实验中甲组为实验组，乙组为对照组
C．若放置的时间足够长，甲组也会产生酒精
D．该实验应选择大小合适，气密性良好的塑料袋
答案 B
解析 该实验为对比实验，甲组和乙组相互对照，无单独的对照组，B错误。
考向二 生物细胞呼吸方式的探究实验分析
18．如图为某生物小组探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述错误的是( )
A．实验的自变量是有无氧气，因变量是甲、丁两试管中产生CO2的多少
B．乙、丙两试管中的液体应先煮沸，冷却后再加入酵母菌，以消除其他微生物对实验的影响
C．该实验装置的设计不够严谨，通入乙试管中的空气必须除去CO2
D．甲、丁两试管中的Ca(OH)2溶液可用酸性重铬酸钾溶液替代
答案 D
解析 乙试管通入空气，丙试管未通入空气，分别提供了有氧和无氧的环境条件，可根据Ca(OH)2溶液的混浊程度来大概判断甲、丁试管中产生CO2的多少，A正确；对试管中的液体进行灭菌，能消除其他微生物对实验的影响，B正确；空气中含有CO2，对实验结果有干扰，C正确；Ca(OH)2溶液可用溴麝香草酚蓝水溶液替代，酸性重铬酸钾溶液用来检测有无酒精生成，D错误。
19．如图装置可用于研究萌发的小麦种子的细胞呼吸方式及其产物(呼吸底物都为糖类)，下列有关分析错误的是( )
A．装置甲可用于探究细胞呼吸是否产生热量
B．装置乙有色液滴不移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸
C．装置丙可根据澄清石灰水是否变混浊探究酵母菌的细胞呼吸方式
D．3个装置中的种子都必须进行消毒处理，并设置对照实验
答案 C
解析 装置甲中含有温度计，可用于探究细胞呼吸是否产生热量，A项正确；装置乙中，若有色液滴不移动，说明气体的量没有变化，说明种子萌发只进行有氧呼吸，B项正确；装置丙中澄清石灰水可检测CO2，因此该装置可用于探究萌发种子的细胞呼吸是否产生CO2，因酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2，因此不能根据澄清石灰水是否变混浊探究酵母菌的细胞呼吸方式，C项错误；微生物也会进行细胞呼吸，所以三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验，D项正确。
1．核心概念
(1)(必修1 P88)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
(2)(必修1 P91)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，释放出能量并生成ATP的过程。
(3)(必修1 P94)有氧呼吸：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．教材结论性语句
(1)(必修1 P89)ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处在动态平衡之中的。
(2)(必修1 P89)吸能反应一般与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系。
(3)(必修1 P93)有氧呼吸的主要场所是线粒体。线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
(4)(必修1 P95)酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫做发酵。产生酒精的叫做酒精发酵；产生乳酸的叫做乳酸发酵。
1．(2020·全国Ⅰ，2)种子贮藏中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( )
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，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和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
答案 D
解析 有氧呼吸的反应式为C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量，无氧呼吸的反应式为C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量或C6H12O62C3H6O3＋少量能量。据此推理，若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行产生乙醇和CO2的无氧呼吸，A项正确；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，B项正确；若细胞只进行无氧呼吸且产物为乳酸，则无O2吸收也无CO2释放，C项正确；若细胞同时进行有氧呼吸和产物为乙醇、CO2的无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的少；若细胞同时进行有氧呼吸和产物为乳酸的无氧呼吸，则吸收O2的分子数等于释放CO2的分子数，D项错误。
2．(2019·全国Ⅱ，2)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
答案 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属于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。
3．(2018·全国Ⅲ，5)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是( )
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
答案 C
解析 植物体的细胞呼吸在有光或无光条件下都可以进行，氧气充足时进行有氧呼吸，氧气缺少时进行无氧呼吸，A项正确；在食物链中，输入某一营养级的能量，一部分用于此营养级生物自身的生长、发育和繁殖等生命活动，另一部分则通过细胞呼吸以热能的形式散失，B项正确；有氧呼吸的产物是水和CO2，无氧呼吸的产物是酒精和CO2或者是乳酸，C项错误；无氧呼吸的第一阶段、有氧呼吸的三个阶段都有ATP产生，光合作用的光反应阶段有ATP产生，D项正确。
4．(2020·山东，2)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．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．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
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
答案 B
解析 与有氧呼吸相比，产生相同ATP的情况下，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量远大于有氧呼吸，癌细胞主要进行无氧呼吸，需要吸收大量葡萄糖，A项正确；癌细胞中丙酮酸转化为乳酸为无氧呼吸的第二阶段，无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，B项错误；癌细胞主要依赖无氧呼吸产生ATP，进行无氧呼吸第一阶段和第二阶段的场所均为细胞质基质，C项正确；无氧呼吸只在第一阶段产生少量NADH，癌细胞主要进行无氧呼吸，产生的NADH比正常细胞少，D项正确。
5．(2020·全国Ⅲ，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位
(1)______
叶绿体的类囊体薄膜
线粒体
反应物
葡萄糖
/
丙酮酸等
反应名称
(2)______
光合作用的光反应
有氧呼吸的部分过程
合成ATP的能量来源
化学能
(3)________
化学能
终产物(除ATP外)
乙醇、CO2
(4)________
(5)________
答案 (1)细胞质基质 (2)无氧呼吸 (3)光能 (4)O2、NADPH (5)H2O、CO2
解析 (1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除ATP外，还有乙醇和CO2，可知该过程是无氧呼吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体薄膜和反应名称为光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O2和NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO2、H2O。
课时精练
一、选择题
1．下列有关ATP的叙述中正确的是( )
A．人从平原进入高原初期，细胞中ATP/ADP的值普遍升高
B．ATP是由腺嘌呤、脱氧核糖、磷酸等单体组成的高分子化合物
C．ATP水解释放的能量可用于细胞内各种吸能反应
D．人在饥饿时，细胞中ATP和ADP的含量难以达到动态平衡
答案 C
解析 人从平原进入高原初期，由于氧含量降低，部分细胞中合成ATP的数量减少，ATP/ADP的值降低，A错误；ATP是由磷酸、核糖和腺嘌呤组成的小分子化合物，含有能量多，为高能磷酸化合物，B错误；ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中的，D错误。
2．ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们的结构只是碱基的不同，下列叙述错误的是( )
A．ATP的合成常伴随着细胞内的放能反应
B．1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质
C．CTP中“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的
D．UTP断裂两个高能磷酸键后可作为基因转录的原料
答案 C
解析 细胞的吸能反应常伴随着ATP的水解，放能反应总是与ATP的合成相关联，A正确；1分子GTP彻底水解可得到磷酸、核糖和碱基3种小分子物质，B正确；CTP中“C”是由胞嘧啶和核糖构成的，C错误；UTP断裂两个高能磷酸键后是尿嘧啶核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一，可作为基因转录的原料，D正确。
3．在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶，它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP。以下有关分析中错误的是( )
A．腺苷酸激酶催化1分子ATP分解伴随着2分子ADP的生成
B．腺苷酸激酶催化该反应一般与放能反应相联系
C．腺苷酸激酶与细胞内ATP与ADP的平衡维持有关
D．腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成
答案 B
解析 腺苷酸激酶催化该反应会释放能量，一般与吸能反应相联系，B错误。
4．下图是真核细胞内细胞呼吸的过程图解，下列说法正确的是( )
A．图中X表示O2，它可以通过植物的光合作用产生
B．物质Y可使溴麝香草酚蓝水溶液发生的颜色变化为由蓝色变成绿色
C．人体内不能完成④⑤过程
D．图中催化②、③过程的酶存在于线粒体内膜上
答案 A
解析 图示中X表示O2，可以通过植物的光合作用产生，A正确；物质Y表示CO2，可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，B错误；人体内由于不含有酒精发酵所需的酶，故不能进行⑤过程，但能完成④过程，C错误；②过程为有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，D错误。
5．(2021·湖南省湘潭市高三模拟)某同学将活酵母菌和淀粉溶液装进饮料瓶，预留1/3的空间后密封，观察酵母菌发酵的变化并用表格进行记录。下列分析正确的是( )
条件
原料
变化
产物
细胞呼吸场所
酵母菌10 g
(25 ℃)
淀粉
溶液
瓶子膨胀，溶液出
现气泡，溶液变暖
甲
乙
A.酵母菌一般不直接以淀粉作为细胞呼吸的底物
B．大量的O2使溶液出现气泡和瓶子膨胀
C．有机物经酵母菌发酵后只转化为ATP和热能
D．甲为酒精，乙为细胞质基质和线粒体
答案 A
解析 细胞呼吸的底物是葡萄糖，酵母菌不能直接以淀粉作为细胞呼吸的底物，A正确；溶液出现气泡和瓶子膨胀的原因是酵母菌细胞呼吸产生了大量的CO2，B错误；有机物经酵母菌发酵后，其释放的能量一部分用于合成ATP，一部分转化为热能，其物质变化是转化成了酒精和CO2，C错误；由于瓶子已密封，酵母菌可同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，产物(甲)有水、酒精和CO2，细胞呼吸场所(乙)为细胞质基质和线粒体，D错误。
6．(2021·四川成都高三模拟)有关高等动物细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸的过程，下列说法正确的是( )
A．生成的产物CO2中的氧全部来源于葡萄糖
B．若消耗的O2等于生成的CO2，只进行有氧呼吸
C．有氧呼吸和无氧呼吸过程中都产生NADPH
D．用18O标记(CH2O)，在水中无法检测到18O
答案 D
解析 有氧呼吸过程中，产物CO2中的氧来源于葡萄糖和水，A错误；高等动物无氧呼吸时既不吸收O2也不放出CO2，若细胞呼吸过程中消耗的O2等于生成的CO2，不能确定只进行有氧呼吸，B错误；有氧呼吸和无氧呼吸过程都产生NADH，C错误；有氧呼吸第三阶段是[H]和O2结合生成水，所以用18O标记(CH2O)，在水中不能检测到18O，D正确。
7．对酵母菌进行处理，获得细胞质基质和线粒体。用超声波使线粒体破碎，线粒体内膜可自然反卷成小的膜泡，原来内膜的内侧面位于膜泡的外表面。下列四支试管在适宜温度下不会产生CO2的是( )
A．葡萄糖＋细胞质基质
B．丙酮酸＋细胞质基质
C．葡萄糖＋小膜泡
D．丙酮酸＋线粒体基质
答案 C
解析 葡萄糖＋细胞质基质，在细胞质基质中进行无氧呼吸产生CO2，A不符合题意；丙酮酸＋细胞质基质，在细胞质基质中进行无氧呼吸的第二阶段产生CO2，B不符合题意；葡萄糖＋小膜泡，无法进行无氧呼吸与有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，因此不会产生CO2，C符合题意；丙酮酸＋线粒体基质，在线粒体基质中进行有氧呼吸的第二阶段，将丙酮酸转化为CO2，D不符合题意。
8．某同学利用如图所示的装置探究温度对酵母菌代谢活动的影响，测定BTB(溴麝香草酚蓝)水溶液的变色情况，实验记录见表。下列相关叙述正确的是( )
水浴温度
BTB水溶液变色情况
2 ℃
始终没有变色
25 ℃
44 min后变色
37 ℃
22 min后变色
A．实验中的酵母菌主要进行有氧呼吸
B．25 ℃时，酵母菌细胞内的酶活性最高
C．酵母菌在37 ℃时，新陈代谢较活跃
D．BTB水溶液由黄色逐渐变为蓝色
答案 C
解析 由图可知：放有酵母菌的培养液是密封的，可见实验中的酵母菌首先进行有氧呼吸，一段时间后，培养液中的含氧量下降，酵母菌进行无氧呼吸，A错误；细胞呼吸产生的二氧化碳能够使BTB水溶液变色，变色时间越短，说明酵母菌呼吸酶的活性越高，分析题表可知，37 ℃时，酵母菌细胞内的酶活性较高，新陈代谢较活跃，B错误、C正确；细胞呼吸产生的二氧化碳能够使BTB水溶液由蓝变绿再变黄，D错误。
9．(2020·广东省化州市高三二模)人的肌肉组织分为快缩纤维和慢缩纤维两种：快缩纤维负责剧烈运动如举重、短跑，易产生酸痛感觉；慢缩纤维负责慢跑、游泳等有氧运动。下列叙述正确的是( )
A．快缩纤维含有的线粒体多，有氧呼吸能产生大量乳酸和ATP供能
B．快缩纤维含有的线粒体少，主要依靠无氧呼吸产生ATP供能，产生大量乳酸
C．慢缩纤维含有的线粒体多，有氧呼吸不产生乳酸，产生的ATP也少
D．慢缩纤维含有的线粒体少，主要依靠无氧呼吸产生ATP供能
答案 B
解析 快缩纤维含有的线粒体少，与短跑等剧烈运动有关，主要依靠无氧呼吸产生ATP供能，产生乳酸，A错误、B正确；慢缩纤维含有的线粒体多，主要依靠有氧呼吸产生大量ATP供能，有氧呼吸不产生乳酸，C、D错误。
10．细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中。下表中有关措施与对应的目的不恰当的是( )
选项
应用
措施
目的
A
种子储存
晒干
降低自由水含量，降低细胞呼吸强度
B
乳酸菌制作酸奶
先通气，后密封
加快乳酸菌繁殖，有利于乳酸发酵
C
水果保鲜
低温
降低酶的活性，降低细胞呼吸
D
栽种农作物
疏松土壤
促进根有氧呼吸，利于吸收无机盐
答案 B
解析 乳酸菌为异养厌氧型生物，在有氧条件下其代谢会受到抑制，故利用乳酸菌制作酸奶的过程中应一直处于密封状态。
二、非选择题
11．研究证实ATP既是能量“通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答下列问题：
(1)ATP的结构简式是______________，神经细胞中的ATP主要来自________(细胞结构)。研究发现，正常成年人安静状态下24 h有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_____________________
_______________________________________________________________________________。
(2)由图可知，ATP在传递信号过程中，在细胞间隙中的有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是____________。
(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，二者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，如果要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，则图中的________________属于无关变量，应予以排除。
答案 (1)A—P～P～P 线粒体 ATP与ADP迅速相互转化 (2)腺苷 (3)典型神经递质
解析 (1)ATP的结构简式是A—P～P～P。动物细胞中，线粒体是有氧呼吸的主要场所，所以神经细胞中的ATP主要来自线粒体。ATP是直接能源物质，在体内含量很少，可通过ATP与ADP迅速相互转化而形成。(2)ATP脱去1个磷酸基团为ADP，脱去两个磷酸基团为AMP，如果磷酸基团完全脱落，剩下的则是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。(3)若要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，可以设法把ATP与典型神经递质分开，单独去研究其作用，即用化学物质阻断典型神经递质，所以典型神经递质是实验的无关变量。
12．在自然界中，洪水、灌溉不均匀等因素易使植株根系供氧不足，造成“低氧胁迫”，不同植物品种对“低氧胁迫”的耐受能力不同。研究人员采用无土栽培的方法，研究了“低氧胁迫”对两个黄瓜品种(A、B)根系细胞呼吸的影响，测得第6天时根系细胞中丙酮酸和乙醇含量，结果如表所示。请回答下列问题：
实验处理
结果
项目
正常通气
品种A
正常通气
品种B
低氧
品种A
低氧
品种B
丙酮酸(μmol·g－1)
0.18
0.19
0.21
0.34
乙醇(μmol·g－1)
2.45
2.49
6.00
4.00
(1)黄瓜根系细胞产生丙酮酸的场所是______________，丙酮酸转变为乙醇的过程________(填“能”或“不能”)生成ATP。
(2)由表中信息可知，该实验的自变量是____________________________。正常通气情况下，黄瓜根系细胞的呼吸方式为________________________。
(3)实验结果表明，品种A耐低氧能力比品种B________(填“强”或“弱”)，其原因可借助下面的柱形图做出进一步解释，请根据品种A的柱形图在相应位置绘出品种B的柱形图，并标出对应数值。
答案 (1)细胞质基质 不能 (2)黄瓜品种和通气情况 有氧呼吸和无氧呼吸 (3)强 如图所示
解析 (1)黄瓜细胞产生丙酮酸的过程属于细胞呼吸的第一阶段，其场所是细胞质基质。在供氧不足时，细胞进行无氧呼吸，其中丙酮酸转变为乙醇的过程属于无氧呼吸的第二阶段，此阶段不释放能量，所以不能生成ATP。(2)由表中信息可知，该实验的自变量是黄瓜品种和通气情况。正常通气情况下，黄瓜根系细胞也产生少量的乙醇，说明此时细胞呼吸的方式为有氧呼吸和无氧呼吸；在低氧胁迫下，黄瓜有氧呼吸受阻，无氧呼吸增强，产生的乙醇增多。(3)实验结果表明，品种A耐低氧能力比品种B强，在低氧时，品种A产生的丙酮酸比品种B产生的丙酮酸少(品种A＝0.21－0.18＝0.03，品种B＝0.34－0.19＝0.15)，而产生的乙醇比品种B产生的乙醇多(品种A＝6.00－2.45＝3.55，品种B＝4.00－2.49＝1.51)，其柱形图见答案。
13．为了研究怎样更好地保存种子，有人做了如下表所示的实验。
实验
实验操作方法
储藏时间/年
种子发芽率
实验一
1 000 g水稻干种子充氮气密封储藏
5
>95%
1 000 g水稻干种子普通保存
1
<85%
实验二
1 000 g含水9%的大豆种子于30 ℃环境保存
1
<10%
1 000 g含水9%的大豆种子于20 ℃环境保存
5
>80%
实验三
1 000 g小麦湿种子用CaCl2吸湿干燥、密封无光保存
10
>80%
1 000 g小麦湿种子普通保存
1
<10%
试根据上述实验回答下列问题：
(1)从以上实验可以看出，所有发芽率高的储藏种子的措施所起的共同作用是都能
________________________________________________________________________。
(2)实验三中用CaCl2吸湿是去掉种子内以________形式存在于细胞中的水。正常植物细胞中该种形式的水的含量与植物耐旱性的关系是____________。
(3)种子发芽时要吸收大量的水，在发芽前种子吸水主要是以____________原理吸水，种子发芽除需要水外，还需要的条件是______________________________________________。
(4)种子萌发过程中，植株及各个器官的干重变化如图1，其中表示整个植株干重变化的是曲线________，A点以后导致叶子干重上升的生理过程的反应方程式是_________________
________________________________________________________________________。
图2表示种子萌发过程中鲜重两次迅速上升的过程，请分别说明这两个生理过程的原因是什么？第一次是______________________________________________________________
________________________________________________________________________；
第二次是____________________________________________________________。
答案 (1)抑制种子的细胞呼吸
(2)自由水 成反比
(3)吸胀作用 充足的氧气和适宜的温度
(4)甲 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 种子细胞通过吸胀作用吸收水分，使种子鲜重增加 根细胞开始进行渗透吸水
解析 (1)三个实验分别研究了不同条件对储藏种子的影响，实验一研究氮气对储藏种子的影响，实验二研究温度对储藏种子的影响，实验三研究水分对储藏种子的影响，综合三个实验可知，储藏种子较好的条件为低氧、低温、干燥。分析三个实验可知，所有发芽率高的储藏种子的措施所起的共同作用是都能抑制种子的细胞呼吸。(2)实验三中，用无水CaCl2吸湿的目的是去掉种子内的自由水；自由水含量越大，细胞代谢越旺盛，抗旱能力越差，即正常植物细胞中自由水的含量与植物耐旱性是成反比的关系。(3)种子发芽时要吸收大量的水，在发芽前由于种子无大液泡，其吸水是靠细胞内的亲水性物质来吸水，此种吸水方式的原理是吸胀作用，种子发芽除需要水外，还需要的条件是充足的氧气和适宜温度。(4)种子萌发过程中，出土之前，由于不能进行光合作用，只进行细胞呼吸，其干重逐渐减少，等长成植株后，就可以进行光合作用，此时植株的光合作用强度大于细胞呼吸强度，植株的干重逐渐增加，因此图1中表示整个植株干重变化的是曲线甲，A点以后植株开始进行光合作用，其反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
第8讲 ATP和细胞呼吸
[目标要求] 1.ATP在能量代谢中的作用。2.细胞呼吸。3.实验：探究酵母菌的呼吸方式。
考点一 ATP的结构与功能
1．ATP的结构
(1)图中各部分名称：A代表腺嘌呤，P代表磷酸基团，①代表腺苷，②代表AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，③代表ADP，④代表ATP，⑤代表高能磷酸键。
(2)特点
①1分子ATP中含有3个磷酸基团，2个高能磷酸键，高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54 kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
②ATP分子中远离A的高能磷酸键容易断裂和重新形成。
2．ATP与ADP的相互转化
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量ATP
ATPADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)
储存在高能磷酸键中的能量
能量去路
储存在高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P88“相关信息”
写出图中标出的“A”的含义：
①________；②________；③________________；④__________________。
提示 腺苷 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸
(2)源于必修1 P89图5－5：ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？
提示 不是可逆反应。因为从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。
3．ATP的功能与动物细胞、植物细胞的代谢
(1)植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。
(2)ATP水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。
(1)线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP( × )
(2)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( √ )
(3)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源( × )
(4)ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少( √ )
(5)“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”( × )
(1)催化ATP水解的酶与催化ATP生成的酶不是(填“是”或“不是”)同一种酶；高等植物叶肉细胞内ATP在叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体等部位生成。
(2)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中。
(3)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“通货”，由此说明：生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。
考向一 ATP的结构和特点分析
1．ATP是细胞内流通着的能量“通货”。下列关于ATP的说法，正确的是( )
①参与ATP形成的元素包括C、H、O、N、P
②线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所
③ATP分子由1个腺苷和2个磷酸基团组成
④洋葱根尖细胞产生ATP的结构是叶绿体和线粒体
⑤任何活细胞都能合成ATP
⑥所有活细胞都会消耗ATP
A．①③⑤⑥ B．①②④
C．①⑤⑥ D．①④⑤⑥
答案 C
解析 ATP的组成元素有C、H、O、N、P，因此参与ATP形成的元素包括C、H、O、N、P，①正确；细胞质是蓝藻细胞产生ATP的主要场所，蓝藻无线粒体，②错误；ATP分子是由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成的，③错误；洋葱根尖细胞无叶绿体，产生ATP的结构是线粒体和细胞质基质，④错误；ATP是生命活动的直接能源物质，所有活细胞都要进行生命活动，均需要能量，都会消耗和合成ATP，⑤⑥正确。故选C。
2．下列有关细胞内ATP的叙述中，正确的是( )
A．在寒冷的环境中，人体细胞产生ATP的速率会下降
B．ATP中的“A”在DNA分子中通过氢键与“T”相连
C．细胞中ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能
D．每个ATP分子中只含有一个高能磷酸键
答案 C
解析 在寒冷环境中，由于激素的调节作用，人体有机物氧化分解速率加快，以维持体温的相对稳定，细胞产生ATP的速率不会下降，A错误；ATP中的“A”是指腺嘌呤与核糖结合而成的腺苷，DNA分子中通过氢键与“T”相连的是腺嘌呤，二者不同，B错误；每个ATP分子中含有两个高能磷酸键，D错误。
考向二 ATP与ADP的相互转化和ATP的利用
3．ATP合酶是合成ATP所需的催化剂，分子结构由凸出于膜外的亲水性头部和嵌入膜内的疏水性尾部组成。当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶，使ADP与Pi形成ATP。下列关于ATP合酶的分析，错误的是( )
A．可推测原核生物的细胞内没有ATP合酶
B．线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜上有ATP合酶
C．ATP合酶既具有催化作用，也具有运输作用
D．ATP合酶催化ADP和Pi形成ATP需要温和的条件
答案 A
解析 原核生物的细胞需要ATP，含有ATP合酶，A错误；线粒体内膜上进行有氧呼吸的第三阶段合成ATP、叶绿体类囊体薄膜上进行光合作用的光反应阶段合成ATP，都有ATP合酶，B正确；根据题干“当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶，使ADP与Pi形成ATP”分析，ATP合酶既具有催化作用，也具有运输作用，C正确；酶的催化需要温和的条件，D正确。
4．(2020·河南天一大联考高三一模)如图是ATP的结构及合成与水解反应，下列相关叙述正确的是( )
A．图2反应向右进行时，图1中b、c化学键连续断裂释放出能量和磷酸基团
B．人体细胞中图2反应向左进行时，所需的能量来源于细胞呼吸
C．ATP与ADP相互转化迅速，细胞中储存大量ATP以满足对能量的需求
D．ATP脱去两个磷酸基团后形成的腺嘌呤脱氧核苷酸可参与DNA的合成
答案 B
解析 图2反应向右进行时，图1中c化学键断裂释放出能量和磷酸基团，A错误；ATP与ADP相互转化迅速，细胞中ATP含量很少，C错误；ATP脱去两个磷酸基团后形成的腺嘌呤核糖核苷酸可参与RNA的合成，D错误。
题后反思 细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP：细胞呼吸第一阶段
叶绿体
产生ATP：光反应
消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等
线粒体
产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段
消耗ATP：自身DNA复制、转录、翻译等
核糖体
消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核
消耗ATP：DNA复制、转录等
考点二 细胞呼吸的方式和过程
1．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)有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)
。
(4)能量转换：葡萄糖中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。
教材中的隐性知识 源于必修1 P91“问题探讨”：有氧呼吸和有机物的燃烧都是分解有机物释放能量的过程，二者有何不同？
提示 有机物的燃烧是有机物剧烈的氧化分解释放热能的过程；有氧呼吸是在温和的条件下进行的，有机物中的能量是逐步释放的，有一部分能量储存在ATP中。
2．无氧呼吸
(1)场所：全过程都是在细胞质基质中进行的。
(2)过程
第一阶段
葡萄糖丙酮酸＋[H]＋少量能量
第二阶段
酒精发酵
[H]＋丙酮酸酒精＋CO2
乳酸发酵
[H]＋丙酮酸乳酸
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P93“小字部分”：活细胞中的线粒体都是均匀分布在细胞质中的吗？
提示 不一定。活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。
(2)源于必修1 P94“相关信息”：细胞呼吸过程中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。
(3)源于必修1 P94“相关信息”：1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖分解生成乳酸，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸的过程中，葡萄糖中的能量的主要去向和葡萄糖彻底氧化分解释放的能量的主要去向是什么？
提示 无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要储存在乳酸或酒精中；而彻底氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失了。
(1)葡萄糖是有氧呼吸唯一能利用的物质( × )
(2)真核细胞都进行有氧呼吸( × )
(3)没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸( × )
(4)有氧呼吸的实质是葡萄糖在线粒体中彻底氧化分解，并且释放大量能量的过程( × )
(5)无氧呼吸过程中没有氧气参与，所以有[H]的积累( × )
(6)水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳
( × )
(7)人体产生二氧化碳的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸( √ )
(8)和有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少( × )
(9)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖( √ )
(10)过保质期的酸奶常出现涨袋现象是由于乳酸菌无氧呼吸产生的气体造成的( × )
(1)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是种子在有氧呼吸过程中产生了水。
(2)不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因是催化反应的酶不同，根本原因是遗传信息不同。
1．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
反应条件
需酶和适宜温度
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
2.细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系
(1)反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
②无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量；
C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
(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的物质的量之比为有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量之比为无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
考向一 细胞呼吸过程的综合分析
5．(2020·山东模拟考)线粒体中的[H]与氧气结合的过程需要细胞色素c的参与。细胞接受凋亡信号后，线粒体中的细胞色素c可转移到细胞质基质中，并与Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡。下列说法错误的是( )
A．有氧呼吸过程产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体基质
B．细胞色素c参与有氧呼吸第三阶段的反应
C．细胞色素c功能丧失的细胞将无法合成ATP
D．若细胞中Apaf-1蛋白功能丧失，细胞色素c将不会引起该细胞凋亡
答案 C
解析 有氧呼吸第一、二阶段都可产生[H]，其场所分别为细胞质基质和线粒体基质，A正确；细胞色素c在线粒体内膜上参与有氧呼吸第三阶段，B正确；细胞色素c功能丧失只影响有氧呼吸第三阶段，有氧呼吸前两个阶段也可产生ATP，C错误；细胞色素c可以与Apaf-1蛋白结合引起细胞凋亡，Apaf-1蛋白功能丧失不能与细胞色素c结合，无法引起细胞凋亡，D正确。
6．如图是某动物体的细胞呼吸过程。下列有关叙述不正确的是( )
A．4、6分别是水和氧气
B．3产生于线粒体基质
C．产生的8主要用于合成ATP
D．植物细胞也能进行该过程
答案 C
解析 4为水、6为氧气，A正确；3(二氧化碳)在有氧呼吸第二阶段产生，场所是线粒体基质，B正确；8(能量)大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP，C错误；该图表示有氧呼吸过程，在植物细胞内也可以进行，D正确。
7．细胞呼吸过程中，线粒体内膜上的质子泵能将NADH(即[H])分解产生的H＋转运到膜间隙，使膜间隙中H＋浓度增大，大部分H＋通过结构①回流至线粒体基质，同时驱动ATP的合成，主要过程如下图所示。下列有关叙述不正确的是( )
A．乳酸菌不可能发生上述过程
B．该过程发生于有氧呼吸第二阶段
C．图中①是具有ATP合成酶活性的通道蛋白
D．H＋由膜间隙向线粒体基质的跨膜运输属于协助扩散
答案 B
解析 乳酸菌为原核生物，没有线粒体，A项正确；有氧呼吸第二阶段发生于线粒体基质，该过程发生于线粒体内膜，B项错误；图中①是具有ATP合成酶活性的H＋通道蛋白，C项正确；H＋由膜间隙向线粒体基质顺浓度梯度运输，且需要通道蛋白协助，属于协助扩散，D项正确。
考向二 细胞呼吸类型的判断
8．下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量(相对值)的变化结果(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列说法正确的是( )
项目
CO2释放量
O2吸收量
甲
12
0
乙
8
6
丙
10
10
A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸
B．在乙条件下有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多
C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值
D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体
答案 D
解析 甲条件下只释放CO2，不吸收氧气，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸，A错误；乙条件下消耗氧气的量为6，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，无氧呼吸产生二氧化碳的量为8－6＝2，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸相等，B错误；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度是否达到了最大值，C错误；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体，D正确。
9．“有氧运动”是指人体吸入的氧气与需求的相等，达到生理上的平衡状态。如图所示为人体运动强度与血液中乳酸含量和氧气消耗速率的关系。结合所学知识，分析下列说法正确的是( )
A．a运动强度下只有有氧呼吸，b运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，c运动强度下只有无氧呼吸
B．运动强度大于或等于b后，肌肉细胞CO2的产生量将大于O2的消耗量
C．无氧呼吸使有机物中的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中
D．若运动强度长时间超过c，会因为乳酸积累而使肌肉酸胀乏力
答案 D
解析 a运动强度下乳酸含量低，无氧呼吸较弱，b运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸都有所增强，c运动强度下氧气消耗速率较高，有氧呼吸、无氧呼吸速率都在较高水平，A错误；肌肉细胞无氧呼吸不产生CO2，有氧呼吸CO2的产生量等于O2的消耗量，B错误；无氧呼吸中葡萄糖的能量中大部分储存在乳酸中，释放的能量中大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中，C错误。
方法归纳 判断细胞呼吸方式的三大依据
考点三 影响细胞呼吸的因素及其应用
1．内部因素
(1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
(2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。
实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
(3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
2．外界因素
(1)温度
①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：储存水果、蔬菜时应选取零上低温(填“高温”“零上低温”或“零下低温”)。
(2)O2浓度
①解读：
a．O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
b．O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
c．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
d．当O2浓度达到一定值后，随着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)。
②应用
a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
b．作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸。
c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
d．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解读：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。
②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
(4)含水量
①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：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。
(1)同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异( √ )
(2)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( × )
(3)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏( × )
(4)破伤风杆菌是一种厌氧菌，皮肤破损较深的患者，应及时清洗伤口并到医院注射破伤风抗毒血清( √ )
(5)剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸( × )
(6)内部因素也会影响细胞呼吸的强度，如生物的遗传特性、器官种类、生长时期等( √ )
结合O2浓度影响细胞呼吸的曲线分析：
(1)O2浓度在2.5%～10%之间时，进行有氧呼吸和无氧呼吸；O2浓度在10%以上时，进行有氧呼吸。
(2)O2浓度为C时，AB＝BC，此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖不是(填“是”或“不是”)一样多，理由是根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。
(3)在保存蔬菜、水果时，应选择R点对应的O2浓度，理由是此时总CO2释放量最少，有机物的损耗最少。
(4)低氧环境下，有机物消耗少的原因在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制强度较弱，有氧呼吸因氧气不足强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱。
考向一 细胞呼吸的影响因素分析
10．如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是( )
A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度
B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸
C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖
D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制
答案 B
解析 甲图中B点温度下植物细胞呼吸相对速率最大，说明该温度下细胞呼吸最旺盛；随着氧气浓度增大有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸，曲线Ⅱ表示有氧呼吸；细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖；有氧呼吸需要酶的参与，温度会影响酶的活性，故有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量限制，使曲线Ⅱ最终趋于平衡。
11．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( )
O2含量
CO2释放量
温度(℃)
0.1%
1.0%
3.0%
10.0%
20.0%
40.0%
3
6.2
3.6
1.2
4.4
5.4
5.3
10
31.2
53.7
5.9
21.5
33.3
32.9
20
46.4
35.2
6.4
38.9
65.5
56.2
30
59.8
41.4
8.8
56.6
100.0
101.6
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
答案 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；O2含量从20.0%升至40.0%时，在3 ℃、10 ℃和20 ℃条件下，细胞呼吸强度逐渐减弱，但在30 ℃条件下，细胞呼吸强度增强，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。
考向二 细胞呼吸原理在农业生产中的应用
12．下列有关细胞呼吸原理在生活、生产中的应用的叙述，正确的是( )
A．降低温度和氧浓度并保持干燥，有利于果蔬的储藏保鲜
B．给含有酵母菌的发酵液连续通气，可提高产酒量
C．大棚栽培蔬菜，遇到阴雨天气时，可适当降低温度
D．给稻田定期排水、晒田的主要目的是抑制水稻的生长
答案 C
解析 果蔬的储藏保鲜要求零上低温、低氧和较低湿度，干燥环境会使植物细胞缺水死亡，A错误；酵母菌在无氧条件下才进行酒精发酵，B错误；阴雨天气时，由于大棚蔬菜光合作用强度较弱，可以适当降低温度减弱细胞呼吸对有机物的消耗，从而增加有机物的积累，C正确；给稻田定期排水、晒田的主要目的是防止无氧呼吸产生的酒精对根的毒害作用，D错误。
13．中耕松土是农作物栽培的传统耕作措施，下列相关说法错误的是( )
A．松土可以促进根对矿质元素的吸收，促进光合作用
B．松土可以促进硝化细菌的代谢活动，合成更多的有机物
C．松土使土壤中无机物含量减少，有机物含量增加
D．松土能加速土壤中残枝败叶、动植物遗体的分解，生成更多的二氧化碳
答案 C
解析 松土增加土壤中的空气，促进根细胞的有氧呼吸，释放更多能量，有利于矿质元素的吸收，促进光合作用，A正确；松土能增加土壤中的空气，从而促进硝化细菌将氨态氮转化为硝态氮，有利于硝化细菌的化能合成作用，增加土壤的肥力，B正确；松土促进微生物的分解作用，使土壤中有机物含量减少，无机物含量增加，C错误；松土能加速微生物对土壤中残枝败叶、动植物遗体的分解，生成更多的二氧化碳，有利于光合作用的进行，D正确。
考向三 种子萌发过程中细胞呼吸的变化分析
14．(2021·山西临汾模拟)将黄豆干种子浸水30小时，期间黄豆胚细胞发生了一系列生理变化，下列对此描述正确的是( )
A．自由水与结合水的含量均大量增加，代谢加快
B．CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大，说明此阶段无氧呼吸较强
C．酶的种类没有变化，但酶的活性均显著增高
D．若在显微镜下观察胚细胞，会发现大部分细胞中存在染色体
答案 B
解析 黄豆干种子浸水萌发的过程中，自由水的含量大量增加，结合水的含量增加的幅度较小，代谢加快，A错误；黄豆种子在有氧呼吸过程中消耗的O2量与产生的CO2量相等，在无氧呼吸过程中不消耗O2、有CO2产生，据此可推知：若CO2释放量与O2的吸收量之比显著增大，说明此阶段无氧呼吸较强，B正确；黄豆干种子浸水萌发的过程中，细胞中发生的化学反应类型增多，酶的种类会有所变化，但并非是酶的活性均显著增高，C错误；在一个细胞周期中，因分裂间期持续的时间明显大于分裂期，而染色体出现在细胞分裂期，所以若在显微镜下观察胚细胞，会发现少部分细胞中存在染色体，D错误。
15．干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是
________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(至少答出两点)。
(2)在种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是________和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是_______________________________
____________________________________________________________________________。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括____________。
答案 (1)自由水是细胞内的良好溶剂；许多生物化学反应需要水的参与；水参与物质运输
(2)酒精、水 缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，且种子无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用
(3)适宜的光照、CO2和无机盐等
归纳总结 种子萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线
(1)在种子萌发的第Ⅰ阶段，由于(吸胀)吸水，呼吸速率上升。
(2)在种子萌发的第Ⅱ阶段，细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多，说明在此期间主要进行无氧呼吸。
(3)在胚根长出后，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以有氧呼吸为主，同时胚根大量吸水(渗透吸水)。
考点四 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产生的多少，装置如图所示。
(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。
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—浓硫酸溶液
甲组(有氧)
变混浊程度高/快
无变化
乙组(无氧)
变混浊程度低/慢
出现灰绿色
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CO2多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。
教材中的隐性知识 源于必修1 P93“对比实验”：对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。教材中对比实验的实例有：①②③(填序号)。
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。
1．实验注意事项
(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)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。
②B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。
2．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)结果结论
实验结果
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
左移
左移
种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
(3)误差校正：为使实验结果精确，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。
考向一 教材实验的综合考查
16．(2020·山西临汾模拟)甲、乙两组同学拟用下面装置探究细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量，为此展开了如下讨论。你认为其中最不合理的观点是( )
A．图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧作为自变量而不是是否充气
B．若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块
C．图中C若是溴麝香草酚蓝水溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量
D．若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明在两种条件下底物的消耗量相等
答案 D
解析 依题意可知：该实验的自变量是O2的有无，因变量是CO2的产生量，故应排除所充气体中含有的CO2对实验结果的干扰，A正确；酵母菌是单细胞真核生物，其繁殖速度受环境条件的影响，若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块，B正确；CO2可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，图中C若是溴麝香草酚蓝水溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量，C正确；在有氧呼吸的过程中，每消耗1 mol的葡萄糖就会消耗6 mol O2，同时产生6 mol CO2，在无氧呼吸过程中，每消耗1 mol的葡萄糖，会产生2 mol CO2，若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明无氧条件下底物的消耗量多于有氧条件下底物的消耗量，D错误。
17．(2020·云南省曲靖市高三二模)某同学为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，将少量的酵母菌混入适量的面粉揉成光滑面粉团后均等分装在2个洁净的塑料袋中，一组充满空气(甲组)，一组则排净空气(乙组)，扎紧袋口后放在相同且适宜的环境中观察20～30 min。下列叙述不正确的是( )
A．一段时间后甲组的塑料袋内壁有水珠出现，面团变湿润
B．该实验中甲组为实验组，乙组为对照组
C．若放置的时间足够长，甲组也会产生酒精
D．该实验应选择大小合适，气密性良好的塑料袋
答案 B
解析 该实验为对比实验，甲组和乙组相互对照，无单独的对照组，B错误。
考向二 生物细胞呼吸方式的探究实验分析
18．如图为某生物小组探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述错误的是( )
A．实验的自变量是有无氧气，因变量是甲、丁两试管中产生CO2的多少
B．乙、丙两试管中的液体应先煮沸，冷却后再加入酵母菌，以消除其他微生物对实验的影响
C．该实验装置的设计不够严谨，通入乙试管中的空气必须除去CO2
D．甲、丁两试管中的Ca(OH)2溶液可用酸性重铬酸钾溶液替代
答案 D
解析 乙试管通入空气，丙试管未通入空气，分别提供了有氧和无氧的环境条件，可根据Ca(OH)2溶液的混浊程度来大概判断甲、丁试管中产生CO2的多少，A正确；对试管中的液体进行灭菌，能消除其他微生物对实验的影响，B正确；空气中含有CO2，对实验结果有干扰，C正确；Ca(OH)2溶液可用溴麝香草酚蓝水溶液替代，酸性重铬酸钾溶液用来检测有无酒精生成，D错误。
19．如图装置可用于研究萌发的小麦种子的细胞呼吸方式及其产物(呼吸底物都为糖类)，下列有关分析错误的是( )
A．装置甲可用于探究细胞呼吸是否产生热量
B．装置乙有色液滴不移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸
C．装置丙可根据澄清石灰水是否变混浊探究酵母菌的细胞呼吸方式
D．3个装置中的种子都必须进行消毒处理，并设置对照实验
答案 C
解析 装置甲中含有温度计，可用于探究细胞呼吸是否产生热量，A项正确；装置乙中，若有色液滴不移动，说明气体的量没有变化，说明种子萌发只进行有氧呼吸，B项正确；装置丙中澄清石灰水可检测CO2，因此该装置可用于探究萌发种子的细胞呼吸是否产生CO2，因酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2，因此不能根据澄清石灰水是否变混浊探究酵母菌的细胞呼吸方式，C项错误；微生物也会进行细胞呼吸，所以三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验，D项正确。
1．核心概念
(1)(必修1 P88)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
(2)(必修1 P91)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，释放出能量并生成ATP的过程。
(3)(必修1 P94)有氧呼吸：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．教材结论性语句
(1)(必修1 P89)ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处在动态平衡之中的。
(2)(必修1 P89)吸能反应一般与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系。
(3)(必修1 P93)有氧呼吸的主要场所是线粒体。线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
(4)(必修1 P95)酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫做发酵。产生酒精的叫做酒精发酵；产生乳酸的叫做乳酸发酵。
1．(2020·全国Ⅰ，2)种子贮藏中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( )
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，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和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
答案 D
解析 有氧呼吸的反应式为C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量，无氧呼吸的反应式为C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量或C6H12O62C3H6O3＋少量能量。据此推理，若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行产生乙醇和CO2的无氧呼吸，A项正确；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，B项正确；若细胞只进行无氧呼吸且产物为乳酸，则无O2吸收也无CO2释放，C项正确；若细胞同时进行有氧呼吸和产物为乙醇、CO2的无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的少；若细胞同时进行有氧呼吸和产物为乳酸的无氧呼吸，则吸收O2的分子数等于释放CO2的分子数，D项错误。
2．(2019·全国Ⅱ，2)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
答案 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属于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。
3．(2018·全国Ⅲ，5)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是( )
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
答案 C
解析 植物体的细胞呼吸在有光或无光条件下都可以进行，氧气充足时进行有氧呼吸，氧气缺少时进行无氧呼吸，A项正确；在食物链中，输入某一营养级的能量，一部分用于此营养级生物自身的生长、发育和繁殖等生命活动，另一部分则通过细胞呼吸以热能的形式散失，B项正确；有氧呼吸的产物是水和CO2，无氧呼吸的产物是酒精和CO2或者是乳酸，C项错误；无氧呼吸的第一阶段、有氧呼吸的三个阶段都有ATP产生，光合作用的光反应阶段有ATP产生，D项正确。
4．(2020·山东，2)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．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．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
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
答案 B
解析 与有氧呼吸相比，产生相同ATP的情况下，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量远大于有氧呼吸，癌细胞主要进行无氧呼吸，需要吸收大量葡萄糖，A项正确；癌细胞中丙酮酸转化为乳酸为无氧呼吸的第二阶段，无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，B项错误；癌细胞主要依赖无氧呼吸产生ATP，进行无氧呼吸第一阶段和第二阶段的场所均为细胞质基质，C项正确；无氧呼吸只在第一阶段产生少量NADH，癌细胞主要进行无氧呼吸，产生的NADH比正常细胞少，D项正确。
5．(2020·全国Ⅲ，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位
(1)______
叶绿体的类囊体薄膜
线粒体
反应物
葡萄糖
/
丙酮酸等
反应名称
(2)______
光合作用的光反应
有氧呼吸的部分过程
合成ATP的能量来源
化学能
(3)________
化学能
终产物(除ATP外)
乙醇、CO2
(4)________
(5)________
答案 (1)细胞质基质 (2)无氧呼吸 (3)光能 (4)O2、NADPH (5)H2O、CO2
解析 (1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除ATP外，还有乙醇和CO2，可知该过程是无氧呼吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体薄膜和反应名称为光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O2和NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO2、H2O。
课时精练
一、选择题
1．下列有关ATP的叙述中正确的是( )
A．人从平原进入高原初期，细胞中ATP/ADP的值普遍升高
B．ATP是由腺嘌呤、脱氧核糖、磷酸等单体组成的高分子化合物
C．ATP水解释放的能量可用于细胞内各种吸能反应
D．人在饥饿时，细胞中ATP和ADP的含量难以达到动态平衡
答案 C
解析 人从平原进入高原初期，由于氧含量降低，部分细胞中合成ATP的数量减少，ATP/ADP的值降低，A错误；ATP是由磷酸、核糖和腺嘌呤组成的小分子化合物，含有能量多，为高能磷酸化合物，B错误；ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中的，D错误。
2．ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们的结构只是碱基的不同，下列叙述错误的是( )
A．ATP的合成常伴随着细胞内的放能反应
B．1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质
C．CTP中“C”是由胞嘧啶和脱氧核糖构成的
D．UTP断裂两个高能磷酸键后可作为基因转录的原料
答案 C
解析 细胞的吸能反应常伴随着ATP的水解，放能反应总是与ATP的合成相关联，A正确；1分子GTP彻底水解可得到磷酸、核糖和碱基3种小分子物质，B正确；CTP中“C”是由胞嘧啶和核糖构成的，C错误；UTP断裂两个高能磷酸键后是尿嘧啶核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一，可作为基因转录的原料，D正确。
3．在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶，它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP。以下有关分析中错误的是( )
A．腺苷酸激酶催化1分子ATP分解伴随着2分子ADP的生成
B．腺苷酸激酶催化该反应一般与放能反应相联系
C．腺苷酸激酶与细胞内ATP与ADP的平衡维持有关
D．腺苷酸激酶发挥作用时伴随着高能磷酸键的断裂与形成
答案 B
解析 腺苷酸激酶催化该反应会释放能量，一般与吸能反应相联系，B错误。
4．下图是真核细胞内细胞呼吸的过程图解，下列说法正确的是( )
A．图中X表示O2，它可以通过植物的光合作用产生
B．物质Y可使溴麝香草酚蓝水溶液发生的颜色变化为由蓝色变成绿色
C．人体内不能完成④⑤过程
D．图中催化②、③过程的酶存在于线粒体内膜上
答案 A
解析 图示中X表示O2，可以通过植物的光合作用产生，A正确；物质Y表示CO2，可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，B错误；人体内由于不含有酒精发酵所需的酶，故不能进行⑤过程，但能完成④过程，C错误；②过程为有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，D错误。
5．(2021·湖南省湘潭市高三模拟)某同学将活酵母菌和淀粉溶液装进饮料瓶，预留1/3的空间后密封，观察酵母菌发酵的变化并用表格进行记录。下列分析正确的是( )
条件
原料
变化
产物
细胞呼吸场所
酵母菌10 g
(25 ℃)
淀粉
溶液
瓶子膨胀，溶液出
现气泡，溶液变暖
甲
乙
A.酵母菌一般不直接以淀粉作为细胞呼吸的底物
B．大量的O2使溶液出现气泡和瓶子膨胀
C．有机物经酵母菌发酵后只转化为ATP和热能
D．甲为酒精，乙为细胞质基质和线粒体
答案 A
解析 细胞呼吸的底物是葡萄糖，酵母菌不能直接以淀粉作为细胞呼吸的底物，A正确；溶液出现气泡和瓶子膨胀的原因是酵母菌细胞呼吸产生了大量的CO2，B错误；有机物经酵母菌发酵后，其释放的能量一部分用于合成ATP，一部分转化为热能，其物质变化是转化成了酒精和CO2，C错误；由于瓶子已密封，酵母菌可同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，产物(甲)有水、酒精和CO2，细胞呼吸场所(乙)为细胞质基质和线粒体，D错误。
6．(2021·四川成都高三模拟)有关高等动物细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸的过程，下列说法正确的是( )
A．生成的产物CO2中的氧全部来源于葡萄糖
B．若消耗的O2等于生成的CO2，只进行有氧呼吸
C．有氧呼吸和无氧呼吸过程中都产生NADPH
D．用18O标记(CH2O)，在水中无法检测到18O
答案 D
解析 有氧呼吸过程中，产物CO2中的氧来源于葡萄糖和水，A错误；高等动物无氧呼吸时既不吸收O2也不放出CO2，若细胞呼吸过程中消耗的O2等于生成的CO2，不能确定只进行有氧呼吸，B错误；有氧呼吸和无氧呼吸过程都产生NADH，C错误；有氧呼吸第三阶段是[H]和O2结合生成水，所以用18O标记(CH2O)，在水中不能检测到18O，D正确。
7．对酵母菌进行处理，获得细胞质基质和线粒体。用超声波使线粒体破碎，线粒体内膜可自然反卷成小的膜泡，原来内膜的内侧面位于膜泡的外表面。下列四支试管在适宜温度下不会产生CO2的是( )
A．葡萄糖＋细胞质基质
B．丙酮酸＋细胞质基质
C．葡萄糖＋小膜泡
D．丙酮酸＋线粒体基质
答案 C
解析 葡萄糖＋细胞质基质，在细胞质基质中进行无氧呼吸产生CO2，A不符合题意；丙酮酸＋细胞质基质，在细胞质基质中进行无氧呼吸的第二阶段产生CO2，B不符合题意；葡萄糖＋小膜泡，无法进行无氧呼吸与有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，因此不会产生CO2，C符合题意；丙酮酸＋线粒体基质，在线粒体基质中进行有氧呼吸的第二阶段，将丙酮酸转化为CO2，D不符合题意。
8．某同学利用如图所示的装置探究温度对酵母菌代谢活动的影响，测定BTB(溴麝香草酚蓝)水溶液的变色情况，实验记录见表。下列相关叙述正确的是( )
水浴温度
BTB水溶液变色情况
2 ℃
始终没有变色
25 ℃
44 min后变色
37 ℃
22 min后变色
A．实验中的酵母菌主要进行有氧呼吸
B．25 ℃时，酵母菌细胞内的酶活性最高
C．酵母菌在37 ℃时，新陈代谢较活跃
D．BTB水溶液由黄色逐渐变为蓝色
答案 C
解析 由图可知：放有酵母菌的培养液是密封的，可见实验中的酵母菌首先进行有氧呼吸，一段时间后，培养液中的含氧量下降，酵母菌进行无氧呼吸，A错误；细胞呼吸产生的二氧化碳能够使BTB水溶液变色，变色时间越短，说明酵母菌呼吸酶的活性越高，分析题表可知，37 ℃时，酵母菌细胞内的酶活性较高，新陈代谢较活跃，B错误、C正确；细胞呼吸产生的二氧化碳能够使BTB水溶液由蓝变绿再变黄，D错误。
9．(2020·广东省化州市高三二模)人的肌肉组织分为快缩纤维和慢缩纤维两种：快缩纤维负责剧烈运动如举重、短跑，易产生酸痛感觉；慢缩纤维负责慢跑、游泳等有氧运动。下列叙述正确的是( )
A．快缩纤维含有的线粒体多，有氧呼吸能产生大量乳酸和ATP供能
B．快缩纤维含有的线粒体少，主要依靠无氧呼吸产生ATP供能，产生大量乳酸
C．慢缩纤维含有的线粒体多，有氧呼吸不产生乳酸，产生的ATP也少
D．慢缩纤维含有的线粒体少，主要依靠无氧呼吸产生ATP供能
答案 B
解析 快缩纤维含有的线粒体少，与短跑等剧烈运动有关，主要依靠无氧呼吸产生ATP供能，产生乳酸，A错误、B正确；慢缩纤维含有的线粒体多，主要依靠有氧呼吸产生大量ATP供能，有氧呼吸不产生乳酸，C、D错误。
10．细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中。下表中有关措施与对应的目的不恰当的是( )
选项
应用
措施
目的
A
种子储存
晒干
降低自由水含量，降低细胞呼吸强度
B
乳酸菌制作酸奶
先通气，后密封
加快乳酸菌繁殖，有利于乳酸发酵
C
水果保鲜
低温
降低酶的活性，降低细胞呼吸
D
栽种农作物
疏松土壤
促进根有氧呼吸，利于吸收无机盐
答案 B
解析 乳酸菌为异养厌氧型生物，在有氧条件下其代谢会受到抑制，故利用乳酸菌制作酸奶的过程中应一直处于密封状态。
二、非选择题
11．研究证实ATP既是能量“通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答下列问题：
(1)ATP的结构简式是______________，神经细胞中的ATP主要来自________(细胞结构)。研究发现，正常成年人安静状态下24 h有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_____________________
_______________________________________________________________________________。
(2)由图可知，ATP在传递信号过程中，在细胞间隙中的有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是____________。
(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，二者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，如果要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，则图中的________________属于无关变量，应予以排除。
答案 (1)A—P～P～P 线粒体 ATP与ADP迅速相互转化 (2)腺苷 (3)典型神经递质
解析 (1)ATP的结构简式是A—P～P～P。动物细胞中，线粒体是有氧呼吸的主要场所，所以神经细胞中的ATP主要来自线粒体。ATP是直接能源物质，在体内含量很少，可通过ATP与ADP迅速相互转化而形成。(2)ATP脱去1个磷酸基团为ADP，脱去两个磷酸基团为AMP，如果磷酸基团完全脱落，剩下的则是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。(3)若要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，可以设法把ATP与典型神经递质分开，单独去研究其作用，即用化学物质阻断典型神经递质，所以典型神经递质是实验的无关变量。
12．在自然界中，洪水、灌溉不均匀等因素易使植株根系供氧不足，造成“低氧胁迫”，不同植物品种对“低氧胁迫”的耐受能力不同。研究人员采用无土栽培的方法，研究了“低氧胁迫”对两个黄瓜品种(A、B)根系细胞呼吸的影响，测得第6天时根系细胞中丙酮酸和乙醇含量，结果如表所示。请回答下列问题：
实验处理
结果
项目
正常通气
品种A
正常通气
品种B
低氧
品种A
低氧
品种B
丙酮酸(μmol·g－1)
0.18
0.19
0.21
0.34
乙醇(μmol·g－1)
2.45
2.49
6.00
4.00
(1)黄瓜根系细胞产生丙酮酸的场所是______________，丙酮酸转变为乙醇的过程________(填“能”或“不能”)生成ATP。
(2)由表中信息可知，该实验的自变量是____________________________。正常通气情况下，黄瓜根系细胞的呼吸方式为________________________。
(3)实验结果表明，品种A耐低氧能力比品种B________(填“强”或“弱”)，其原因可借助下面的柱形图做出进一步解释，请根据品种A的柱形图在相应位置绘出品种B的柱形图，并标出对应数值。
答案 (1)细胞质基质 不能 (2)黄瓜品种和通气情况 有氧呼吸和无氧呼吸 (3)强 如图所示
解析 (1)黄瓜细胞产生丙酮酸的过程属于细胞呼吸的第一阶段，其场所是细胞质基质。在供氧不足时，细胞进行无氧呼吸，其中丙酮酸转变为乙醇的过程属于无氧呼吸的第二阶段，此阶段不释放能量，所以不能生成ATP。(2)由表中信息可知，该实验的自变量是黄瓜品种和通气情况。正常通气情况下，黄瓜根系细胞也产生少量的乙醇，说明此时细胞呼吸的方式为有氧呼吸和无氧呼吸；在低氧胁迫下，黄瓜有氧呼吸受阻，无氧呼吸增强，产生的乙醇增多。(3)实验结果表明，品种A耐低氧能力比品种B强，在低氧时，品种A产生的丙酮酸比品种B产生的丙酮酸少(品种A＝0.21－0.18＝0.03，品种B＝0.34－0.19＝0.15)，而产生的乙醇比品种B产生的乙醇多(品种A＝6.00－2.45＝3.55，品种B＝4.00－2.49＝1.51)，其柱形图见答案。
13．为了研究怎样更好地保存种子，有人做了如下表所示的实验。
实验
实验操作方法
储藏时间/年
种子发芽率
实验一
1 000 g水稻干种子充氮气密封储藏
5
>95%
1 000 g水稻干种子普通保存
1
<85%
实验二
1 000 g含水9%的大豆种子于30 ℃环境保存
1
<10%
1 000 g含水9%的大豆种子于20 ℃环境保存
5
>80%
实验三
1 000 g小麦湿种子用CaCl2吸湿干燥、密封无光保存
10
>80%
1 000 g小麦湿种子普通保存
1
<10%
试根据上述实验回答下列问题：
(1)从以上实验可以看出，所有发芽率高的储藏种子的措施所起的共同作用是都能
________________________________________________________________________。
(2)实验三中用CaCl2吸湿是去掉种子内以________形式存在于细胞中的水。正常植物细胞中该种形式的水的含量与植物耐旱性的关系是____________。
(3)种子发芽时要吸收大量的水，在发芽前种子吸水主要是以____________原理吸水，种子发芽除需要水外，还需要的条件是______________________________________________。
(4)种子萌发过程中，植株及各个器官的干重变化如图1，其中表示整个植株干重变化的是曲线________，A点以后导致叶子干重上升的生理过程的反应方程式是_________________
________________________________________________________________________。
图2表示种子萌发过程中鲜重两次迅速上升的过程，请分别说明这两个生理过程的原因是什么？第一次是______________________________________________________________
________________________________________________________________________；
第二次是____________________________________________________________。
答案 (1)抑制种子的细胞呼吸
(2)自由水 成反比
(3)吸胀作用 充足的氧气和适宜的温度
(4)甲 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 种子细胞通过吸胀作用吸收水分，使种子鲜重增加 根细胞开始进行渗透吸水
解析 (1)三个实验分别研究了不同条件对储藏种子的影响，实验一研究氮气对储藏种子的影响，实验二研究温度对储藏种子的影响，实验三研究水分对储藏种子的影响，综合三个实验可知，储藏种子较好的条件为低氧、低温、干燥。分析三个实验可知，所有发芽率高的储藏种子的措施所起的共同作用是都能抑制种子的细胞呼吸。(2)实验三中，用无水CaCl2吸湿的目的是去掉种子内的自由水；自由水含量越大，细胞代谢越旺盛，抗旱能力越差，即正常植物细胞中自由水的含量与植物耐旱性是成反比的关系。(3)种子发芽时要吸收大量的水，在发芽前由于种子无大液泡，其吸水是靠细胞内的亲水性物质来吸水，此种吸水方式的原理是吸胀作用，种子发芽除需要水外，还需要的条件是充足的氧气和适宜温度。(4)种子萌发过程中，出土之前，由于不能进行光合作用，只进行细胞呼吸，其干重逐渐减少，等长成植株后，就可以进行光合作用，此时植株的光合作用强度大于细胞呼吸强度，植株的干重逐渐增加，因此图1中表示整个植株干重变化的是曲线甲，A点以后植株开始进行光合作用，其反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
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