2021高考生物人教版一轮教师用书第三单元第9讲　细胞呼吸

第9讲　细胞呼吸考点一　细胞呼吸的方式和过程1.细胞呼吸细胞呼吸是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。2.有氧呼吸(1)概念:是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)概念:是指细胞在没有氧气的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物,释放少量能量,生成少量ATP的过程。(2)场所:全过程是在细胞质基质中进行的。(3)过程(4)反应式①产物为酒精:C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量。②产物为乳酸:C6H12O62C3H6O3+少量能量。(5)产能情况①只在第一阶段释放少量能量,生成少量ATP。②葡萄糖分子的大部分能量存留在酒精或乳酸中。[纠误诊断](1)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。(　×　)提示:[H]与氧结合生成水的过程发生在线粒体内膜上。(2)线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。(　×　)提示:在线粒体中参与氧化分解的是丙酮酸。(3)检验酵母菌培养过程中是否产生CO2,可判断其呼吸方式。(　×　)提示:酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。(4)有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP。(　×　)提示:有氧呼吸第二阶段产生少量的ATP。(5)无氧呼吸不需要O2参与,最终有[H]的积累。(　×　)提示:无氧呼吸第二阶段消耗[H],[H]被用于还原丙酮酸。(6)人体剧烈运动时,吸收的氧气与释放的CO2量相等。(　√　)1.据图分析有氧呼吸和无氧呼吸的过程(1)反应①②③④中,必须在有氧条件下进行的是②,可在人体细胞中进行的是①②④(填序号)。(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象,其原因是什么?种子在有氧呼吸过程中产生了水。(3)如果有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2,所消耗的葡萄糖之比为1∶3。(4)如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸,消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是什么?提示:与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。2.细胞呼吸中能量的释放与去向 3.比较有氧呼吸与无氧呼吸项目有氧呼吸无氧呼吸反应条件需要O2、酶不需要O2,需要酶呼吸场所细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜细胞质基质产物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量释放有机物彻底氧化分解,释放大量能量有机物分解不彻底,能量释放较少实质分解有机物,释放能量,生成ATP意义①为各项生命活动提供能量;②为体内其他化合物的合成提供原料联系第一阶段相同 4.某同学做了如下实验:取A、B两支试管,在A管中加入煮熟的蚕豆子叶,B管中加入发芽的蚕豆子叶。在两管中分别加入甲烯蓝溶液(注:甲烯蓝氧化态为蓝色,接受氢后为无色),一段时间后倒出溶液,两管中的子叶都呈蓝色,然后,两管分别加水淹没子叶、抽气、在水面上覆盖适量石蜡油,37 ℃保温一段时间后,发现A管中的子叶不变色,B管中的子叶蓝色变浅。请思考分析:(1)B管中子叶蓝色变浅的原因是什么?提示:B管中子叶在无氧呼吸过程中产生的氢能使甲烯蓝还原。(2)A管子叶为什么不变色?实验中设置A管的目的是什么?提示:A管中子叶细胞死亡,无呼吸作用。实验中设置A管的目的是作对照。题型一　细胞呼吸的类型和过程1.(2019·全国Ⅱ卷)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(　B　)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ATPD.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生解析:马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸,没有葡萄糖;马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段是葡萄糖被分解成丙酮酸,丙酮酸在第二阶段转化成乳酸;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;马铃薯块茎储藏时,氧气浓度增加会抑制其无氧呼吸,酸味会减小。2.(2019·河北衡水调研)如图表示人体中细胞呼吸的过程,数字代表反应过程。下列叙述正确的是(　C　)A.过程①代表人体细胞中糖原或淀粉的水解B.过程②后,葡萄糖分子中少部分化学能存在于丙酮酸中C.过程③只发生在线粒体中D.过程④产生的乳酸可在原细胞中再生成葡萄糖解析:人体细胞没有淀粉的水解过程;过程②后,葡萄糖分子中大部分化学能存在于丙酮酸中;人体细胞中过程③只发生在线粒体中;肌肉细胞中产生的乳酸能在肝脏细胞中再生成葡萄糖,不能在肌肉细胞中再生成葡萄糖。细胞呼吸的场所与过程的四点提醒(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)细胞呼吸释放的能量,大部分以热能的形式散失,少部分以化学能的形式储存在ATP中。(3)人体内产生的CO2只来自有氧呼吸,人体无氧呼吸的产物是乳酸,无CO2。(4)无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸,如蛔虫、哺乳动物成熟的红细胞等。题型二　细胞呼吸方式的判断与综合3.(2019·山东日照期末)下列关于人体细胞呼吸(呼吸底物为葡萄糖)的叙述,错误的是(　A　)A.剧烈运动时产生的CO2主要来自细胞质基质B.无氧呼吸可能会发生在含有氧气的一些细胞中C.有氧呼吸和无氧呼吸过程中的能量都是逐步释放的D.消耗等量的葡萄糖,无氧呼吸产生的[H]比有氧呼吸少解析:人体细胞呼吸产生的CO2来自线粒体,剧烈运动时肌肉细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸,无氧呼吸产生的是乳酸。4.(2019·河北衡水调研)将酵母菌置于20 ℃和40 ℃的密闭条件下,分别培养6 h和12 h后,酵母菌细胞呼吸产生的CO2量的情况如下表所示。下列有关分析错误的是(　C　)温度20 ℃40 ℃培养时间6 h12 h6 h12 hCO2产生量+++++++++++++++ (“+”的多少与CO2产生量成正比)A.一定条件下,酵母菌的细胞质基质和线粒体能同时产生CO2B.在一定的范围内,温度升高,细胞呼吸酶的活性变大,相同时间内细胞呼吸产生的CO2量增多C.20 ℃条件下,酵母菌在前6 h消耗的葡萄糖的量比后6 h消耗的多D.40 ℃条件下,培养酵母菌6 h,培养液中的葡萄糖可能已经被消耗完解析:在一定条件下,酵母菌能进行无氧呼吸,也能进行有氧呼吸,CO2产生的场所分别为细胞质基质和线粒体;一定温度范围内,呼吸酶的活性随着温度升高而升高,细胞呼吸速率随之加快;20 ℃条件下,随着CO2产生量的增多,酵母菌无氧呼吸速率增大,但不知道无氧呼吸和有氧呼吸产生CO2的比率,因而无法确定消耗的葡萄糖量;40 ℃条件下,6 h和12 h产生的CO2量相同,所以可能是葡萄糖被消耗完。 细胞呼吸方式的判断依据考点二　影响细胞呼吸的因素及应用1.温度(1)影响原理:温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。(2)曲线分析:①a点为该酶的最适温度,细胞呼吸速率最快。②温度低于a时,随温度降低,酶活性下降,细胞呼吸受抑制。③温度高于a时,随温度升高,酶活性下降,甚至变性失活,细胞呼吸受抑制。(3)实际应用①保鲜:水果、蔬菜等放入冰箱的冷藏室中,可延长保鲜时间。②促进生长:温室中栽培蔬菜时,夜间适当降低温度,可降低细胞呼吸,减少有机物的消耗,提高蔬菜的产量。2.氧气(1)影响原理: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)。(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。3.二氧化碳(1)影响原理:CO2是细胞呼吸的终产物,积累过多会抑制细胞呼吸。(2)曲线分析(3)实际应用保鲜:地窖中CO2浓度高,有利于蔬菜水果的储存。4.水含量(1)影响原理①主要是间接影响:许多生化反应需在水中才能进行,自由水含量升高,细胞呼吸加快。②直接影响:水是有氧呼吸的反应物之一。(2)实际应用①抑制细胞呼吸:晒干的种子自由水含量降低,细胞呼吸减慢,更有利于储存。②促进细胞呼吸:浸泡种子有利于种子的萌发。[纠误诊断](1)同一叶片在不同生长发育时期,其细胞呼吸速率相同。(　×　)提示:不同发育时期的叶片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。(　×　)提示:无氧环境中,细胞无氧呼吸消耗的有机物较多。(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。(　×　)提示:粮食种子应储藏在干燥环境中。(4)温室大棚中,可以通过夜间适当降温来提高农作物的产量。(　√　)(5)破伤风杆菌易在锈钉扎过的伤口深处繁殖,原因是伤口深处氧气缺乏。(　√　)1.下图是以糖类为细胞呼吸底物的植物器官氧气浓度影响细胞呼吸的曲线。请回答:(1)O2浓度在2.5%～10%时、在10%以上时,该器官的细胞呼吸方式有什么不同?提示:O2浓度在2.5%～10%时,进行有氧呼吸和无氧呼吸;O2浓度在10%以上时,只进行有氧呼吸。(2)O2浓度为C时,AB=BC,此时有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等,两者消耗的葡萄糖是不是也一样多?提示:不是。根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出:有氧呼吸时,1C6H12O6→6CO2;无氧呼吸时,1C6H12O6→2CO2,所以当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时,两者消耗的葡萄糖量之比是1∶3。(3)在保存蔬菜、水果时,应选择哪一点对应的O2浓度?为什么?提示:应选择R点对应的O2浓度,因为此时总CO2释放量最少,有机物的损耗最少。[深度思考]　大豆种子萌发过程中,氧气消耗量等于CO2释放量时,大豆种子只进行有氧呼吸吗?提示:大豆种子富含脂肪,而脂肪氧化分解时耗氧量大于CO2释放量,故当二者相等时,大豆种子应该还在进行一定量的无氧呼吸。2.密封地窖能长时间储存水果、地瓜、马铃薯等,其原因是什么?提示:密封的地窖CO2浓度高,能够抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗。3.夏季,池塘中的鱼在黎明时分常出现浮头现象,原因是什么?提示:黎明时分水中的溶解氧不足,水体表层的溶解氧相对较高,因此池塘中的鱼常在黎明时分出现浮头现象。[深度思考] 为什么黎明时,水中的溶解氧不足?提示:水体中的溶解氧主要来自水体中藻类植物的光合作用,夜间藻类植物的光合作用停止,而藻类和鱼的呼吸作用一直存在,溶解氧经一夜消耗,黎明时最低。题型一　环境因素对细胞呼吸的影响1.(2019·云南曲靖一中期末)研究发现,冬小麦在秋冬受低温袭击时,呼吸速率先升高后降低。持续的冷害使根生长迟缓,吸收能力下降,但细胞内可溶性糖的含量有明显的提高。下列推断错误的是(　D　)A.冷害初期呼吸作用增强,有利于抵御寒冷B.持续低温使根细胞呼吸减弱,吸收矿质营养能力下降C.低温时细胞内结合水的比例上升,有利于适应低温环境D.持续低温使线粒体内氧化酶活性增强,促进淀粉分解为可溶性糖解析:冷害初期呼吸作用增强,释放能量增加,利于抵御寒冷;持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱,使细胞呼吸减弱,供能减少,吸收矿质营养能力下降; 低温时细胞内结合水含量增加,自由水含量降低,细胞液浓度升高,有利于适应低温环境; 持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱,使细胞呼吸减弱,氧化酶与淀粉分解无关。2.(2013·福建卷)为研究淹水时KNO3对甜樱桃根呼吸的影响,设四组盆栽甜樱桃,其中一组淹入清水,其余三组分别淹入不同浓度的KNO3溶液,保持液面高出盆土表面,每天定时测定甜樱桃根有氧呼吸速率,结果如图。请回答:(1)细胞有氧呼吸生成CO2的场所是　, 分析图中A、B、C三点,可知　　　　点在单位时间内与氧结合的[H]最多。 (2)图中结果显示,淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有　　　　作用,其中　　　　mmol·L-1的KNO3溶液作用效果最好。 (3)淹水缺氧使地上部分和根系的生长均受到阻碍,地上部分叶色变黄,叶绿素含量减少,使光反应为暗反应提供的[H]和　　　　减少;根系缺氧会导致根细胞无氧呼吸增强,实验过程中能否改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标?请分析说明:　。 解析:(1)细胞有氧呼吸第二阶段生成CO2,场所在线粒体基质中。由图可知,有氧呼吸速率以O2的消耗速率为检测指标,A、B、C三点O2的消耗速率为A>B>C,因此,单位时间内A点与氧结合的[H]最多。(2)分析题图知,淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用,并且在一定浓度范围内,KNO3溶液浓度越大,有氧呼吸速率下降幅度越小,因此30 mmol·L-1 KNO3溶液作用效果最好。(3)叶绿素含量减少时,吸收的光能减少,使光反应为暗反应提供的[H]和ATP减少;根细胞进行无氧呼吸也可产生CO2,故不能改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标。答案:(1)线粒体基质　A　(2)减缓　30(3)ATP　不能,因为无氧呼吸可能会产生CO2题型二　细胞呼吸原理的应用3.(2018·全国Ⅱ卷)有些作物的种子入库前需要经过风干处理,与风干前相比,下列说法错误的是(　C　)A.风干种子中有机物的消耗减慢B.风干种子上微生物不易生长繁殖C.风干种子中细胞呼吸作用的强度高D.风干种子中结合水与自由水的比值大解析:风干种子细胞中自由水含量减少,细胞呼吸作用强度降低,有机物的消耗慢;由于风干种子细胞中自由水含量减少,微生物不易在其上生长繁殖;风干种子细胞中自由水的含量相对少,结合水与自由水的比值增大。4.(2019·山东潍坊期中)下列关于细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是(　B　)A.稻田需要定期排水,防止幼根缺氧变黑腐烂B.提倡慢跑有助于避免肌细胞通过无氧呼吸大量积累乳酸和CO2C.利用乳酸菌制作酸奶的过程需隔绝空气D.皮肤破损较深的患者,应及时到医院注射破伤风抗毒血清解析:稻田需要定期排水,防止幼根缺氧进行无氧呼吸产生酒精伤害细胞,使根变黑腐烂;提倡慢跑有助于避免肌细胞通过无氧呼吸产生乳酸,但肌肉细胞无氧呼吸不会产生CO2;乳酸菌是厌氧菌,因此利用乳酸菌制作酸奶的过程需隔绝空气;皮肤破损较深的患者,易感染厌氧型破伤风杆菌,应及时到医院注射破伤风抗毒血清。细胞呼吸原理的应用(1)在生产或生活实践中,若需要增强相关植物或其器官的细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施;若需减弱细胞呼吸强度,可以采取干燥、低温、低氧等措施。(2)蔬菜、水果在储藏时都应在低温低氧条件下,种子应保持干燥,而蔬菜、水果应保持一定的湿度。低温以不破坏植物组织为标准,一般为零上低温。(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。玉米种子烂胚的原因是无氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒害作用。(4)分析题目给定的生产生活实际情境,判断是需要促进细胞呼吸还是需要抑制细胞呼吸。例如,中耕松土,促进细胞呼吸;储存种子,抑制细胞呼吸。考点三　实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式1.实验原理(1)酵母菌是一种兼性厌氧真菌,在有氧和无氧条件下都能生存。(2)产物检测原理产物试剂现象(颜色变化)CO2澄清的石灰水变混浊溴麝香草酚蓝水溶液蓝色→绿色→黄色酒精酸性条件下橙色的重铬酸钾溶液橙色→灰绿色2.实验过程(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两锥形瓶中。(2)设计对比实验:①甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是除去空气中的CO2。②乙组中B瓶先密封放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽瓶中原有的氧气。③CO2检测:观察两组装置中澄清石灰水的变化。④酒精检测:取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入两支干净的试管中,向两试管中分别滴加酸性重铬酸钾溶液0.5 mL,并振荡,观察试管中溶液的颜色变化。(3)检测及实验现象:条件澄清石灰水变化快慢酸性重铬酸钾溶液颜色甲组(有氧)变混浊快橙色乙组(无氧)变混浊慢灰绿色 3.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,在无氧条件下产生酒精,还产生少量的CO2。 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是酵母菌无氧呼吸产生的。题型一　考查实验原理和操作1.(2019·河北衡水金卷)下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述正确的是(　C　)A.选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养兼性厌氧型微生物,易于培养B.通过设置有氧(对照组)和无氧(实验组)的对照,易于判断酵母菌的呼吸方式C.将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查,确保不漏气D.实验的因变量是澄清石灰水是否变混浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化解析:在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中,选择酵母菌作为实验材料是因为酵母菌具有兼性厌氧且易于培养的特点,但它不是自养型生物;在该实验中所设置的有氧组和无氧组都是实验组,是为了相互对比,易于判断酵母菌的呼吸方式;为了保证实验结果的准确性,将进气管、排气管与锥形瓶连接后通常需要进行气密性检查,确保不漏气;本实验的因变量是酵母菌CO2产生的快慢和是否有酒精生成。2.(2019·山西太原月考)下图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置,有关说法错误的是(　D　)A.有氧条件下的装置序号依次是④→①→③,一般④前需接橡皮球或气泵B.无氧条件下的装置序号依次是②→③,一般需将②瓶放置一段时间后再连通③C.若溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,则说明有CO2产生D.③瓶中的澄清石灰水还可以用酸性重铬酸钾溶液替代,以检测是否产生CO2解析:设置有氧条件要通入空气,并且要除去空气中的CO2,防止CO2对实验结果造成干扰,所以有氧条件下的装置序号是④→①→③;为了避免锥形瓶空气中CO2和O2对实验的影响,需先放置一段时间,再由②连接③;溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,则说明有CO2产生;酸性重铬酸钾溶液用来检测酒精,不能检测CO2。题型二　实验拓展考查3.(2019·河北衡水金卷)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(　B　)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解析:甲组充满空气,因此其中的酵母菌进行的是有氧呼吸,而有氧呼吸能产生水,因此一段时间后甲组的塑料袋内壁有水珠出现,面团变湿润;该实验为对比实验,甲和乙相互对照;若放置的时间足够长,甲组中空气会被消耗完,酵母菌会因缺氧进行无氧呼吸而产生酒精;该实验应选择大小合适、气密性良好的塑料袋,防止漏气对实验产生影响。4.(2019·河南洛阳月考)某实验小组为“探究酵母菌呼吸方式”设计如图所示的实验装置。实验中,先向气球中加入 10 mL 酵母菌培养液,再向气球中注入一定量的氧气,扎紧气球,置于装有20 ℃温水的烧杯中,再将整个装置置于20 ℃的恒温水浴中,记录实验开始30 min后烧杯中液面变化量。下列叙述错误的是(　A　)A.若酵母菌进行了无氧呼吸,则液面应该下降B.该装置还可以用来“探究酵母菌进行无氧呼吸的最适温度”C.若30 min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了有氧呼吸D.需设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照解析:若酵母菌进行了无氧呼吸,无氧呼吸不吸收氧气,但是释放二氧化碳,因此会导致气球的体积增大,烧杯中的液面应该上升;可设置多个该实验装置,自变量为不同梯度的温度,因变量为烧杯液面上升的高度,用来“探究酵母菌进行无氧呼吸的最适温度”;有氧呼吸过程中吸收的氧气量等于释放的二氧化碳量,而无氧呼吸只释放二氧化碳,因此若30 min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了有氧呼吸;需设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照,以校对物理因素对实验结果的影响。