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新教材高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第2讲细胞的能量“货币”ATP细胞呼吸的原理和应用课件新人教版
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这是一份新教材高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第2讲细胞的能量“货币”ATP细胞呼吸的原理和应用课件新人教版，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，ABC，2过程图解，5反应式，ABD，知识筛查1实验原理，实验现象，2方法展示等内容，欢迎下载使用。
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
1.联系能量供应系统复习ATP的相关知识。2.通过表解对比法加深对有氧呼吸三个阶段以及有氧呼吸与无氧呼吸的区别的理解。3.通过元素追踪法加深对细胞呼吸过程中元素运动规律的理解。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.ATP的结构及组成成分(1)图中A表示腺嘌呤,①是腺苷,②是腺嘌呤核糖核苷酸,③是ADP ,④是ATP ,⑤是普通化学键,⑥是特殊的化学键。(2)据图确定ATP与RNA的关系:ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一。
2.ATP与ADP的相互转化
易错易混1.几种不同物质中“A”代表的含义
2.多角度理解ATP的合成与水解
3.ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析
4.有关ATP的4个易错点(1)ATP与ADP的相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质,不可将其等同于能量:ATP是一种高能磷酸化合物,1 ml ATP水解时能够释放出高达30.54 kJ的能量。(3)细胞中的ATP含量很少,但是ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿,ATP与ADP含量都保持动态平衡。(4)ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
知识落实1.ATP是细胞中的能量“货币”。下列叙述正确的是( )A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B.ATP与ADP的相互转化使得细胞储存了大量的ATPC.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D.ATP分子中的2个特殊的化学键不易断裂水解
对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,在ADP转化成ATP的过程中,所需要的能量均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,在叶绿体内进行光合作用时,ADP转化为ATP还利用了光能,A项错误。ATP与ADP相互转化,使得细胞中ATP和ADP的含量处于动态平衡之中,B项错误。ATP水解时,远离腺苷的特殊的化学键断裂,形成ADP和Pi,同时释放能量,C项正确。ATP分子中含有2个特殊的化学键,远离腺苷的特殊的化学键很容易断裂水解,D项错误。
2.(不定项选择题)细胞中某生命活动过程和某物质结构如下图所示。下列叙述正确的是( )A.肌肉收缩时,图1所示过程释放的能量可使肌肉中的能量增加,形状改变B.③处的化学键较②处不稳定,且所含的能量也较多C.ATP中的结构①即图2中的A,该结构在RNA中也存在D.ADP失去一个磷酸基团之后,即可用于图2中物质的合成
图1所示过程为ATP的水解,其中①是腺嘌呤,②是普通化学键,③是特殊的化学键;图2为DNA的结构模式图。ADP失去一个磷酸基团之后为腺嘌呤核糖核苷酸,是合成RNA的原料之一,不能用于图2中物质(DNA)的合成。
3.ATP是细胞内的直接能源物质,可通过多种途径产生,如下图所示。下列说法正确的是( )A.O2由红细胞进入肝细胞,使ATP含量迅速下降B.过程a和过程b都在细胞器中进行C.绿色植物通过过程b形成的ATP不能用于吸收矿质元素D.①②在物质和能量上都可成为可逆反应
O2由红细胞进入肝细胞属于自由扩散,不需要转运蛋白和能量,因此ATP含量基本不变,A项错误。过程a表示细胞呼吸,细胞呼吸的场所有细胞质基质、线粒体,B项错误。过程b为光合作用,其形成的ATP只能用于暗反应,不能用于其他生命活动,C项正确。①②分别为ATP的合成和水解过程,其中物质是可逆的,能量是不可逆的,D项错误。
知识筛查1.细胞呼吸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.细胞的有氧呼吸(1)概念: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。
(3)总反应式及各种元素的来源和去路(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。②细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分转移到ATP中。
3.无氧呼吸(1)概念: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。(2)场所:细胞质基质。(3)条件:无氧和多种酶等。(4)过程
4.细胞呼吸原理的应用(1)伤口包扎。(2)作物松土,有利于根的有氧呼吸。(3)稻田排水,防止根进行无氧呼吸。(4)传统发酵产品的生产。
易错易混有关细胞呼吸的7个易错点(1)有H2O生成的一定是有氧呼吸,有CO2生成的可能是有氧呼吸,也可能是无氧呼吸,但一定不是乳酸发酵。(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,根本原因是控制酶合成的基因不同。(3)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。(4)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。(5)有氧呼吸3个阶段都产生ATP,无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。(6)并非所有真核生物细胞都能进行有氧呼吸,如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。(7)原核生物无线粒体,但有些原核生物仍可进行有氧呼吸,如蓝细菌、硝化细菌等,因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。
知识落实1.所有细胞都能进行细胞呼吸。下列关于细胞呼吸的叙述,正确的是( )A.有氧呼吸和无氧呼吸都只能分解葡萄糖B.人剧烈运动时骨骼肌能同时产生乳酸和CO2C.糖类分解释放的能量大部分都储存在ATP中D.细胞呼吸的产物CO2都是在线粒体基质中产生的
有氧呼吸和无氧呼吸都能氧化分解葡萄糖,并不是只能分解葡萄糖,A项错误。人剧烈运动时能够同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,有氧呼吸产生CO2和H2O,无氧呼吸产生乳酸,B项正确。糖类分解释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分储存在ATP中,C项错误。细胞呼吸产生CO2的场所有细胞质基质和线粒体,D项错误。
2.细胞内糖分解代谢过程如下图所示。下列叙述错误的是( )A.酵母菌细胞能进行过程①和过程②或过程①和过程③B.人体所有细胞的细胞质基质都能进行过程①C.ATP与ADP的比值增加会降低过程①的速率D.乳酸菌细胞内,过程①和过程④均产生[H]
由题图可知,过程①和过程②是有氧呼吸,过程①和过程③是产生酒精的无氧呼吸。酵母菌是兼性厌氧菌,既可以进行有氧呼吸,也可以进行无氧呼吸,A项正确。题图中①表示有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段,在人体所有细胞的细胞质基质中都能进行,B项正确。ATP与ADP的比值增加,说明细胞中ATP消耗少,则会降低过程①的速率,C项正确。④是无氧呼吸的第二阶段,该阶段不产生[H],反而消耗第一阶段产生的[H],D项错误。
3.(不定项选择题)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目的相符的是( )
储存种子时,必须降低其自由水含量,常用措施是晒干,从而使细胞呼吸强度降低,以减少有机物的消耗,A项符合题意。乳酸菌是严格的厌氧微生物,制作酸奶的整个过程要严格控制无氧条件,以加快乳酸菌的繁殖,利于乳酸发酵,B项符合题意。水果保鲜的目的是既要保持水分,又要降低酶的活性,以减少细胞呼吸消耗的有机物,因此需要零上低温储存,零下低温会导致细胞受损,C项不符合题意。栽种庄稼,疏松土壤,可以提高土壤中氧气的含量,有利于根细胞的有氧呼吸,从而为根吸收矿质离子提供更多的能量,D项符合题意。
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,装置如下图所示。(3)检测酒精的产生:从B、D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(质量分数为95%~97%)→振荡并观察溶液的颜色变化。
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,产生酒精,还产生少量CO2。
知识落实1.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述,错误的是( )A.设置有氧和无氧两组实验进行相互对照,易于判断酵母菌的呼吸方式B.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等C.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D.实验中将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查,确保不漏气
该实验的因变量是澄清石灰水变混浊的程度及加入酸性重铬酸钾溶液后样液颜色变化的快慢。
2.为了探究酵母菌的细胞呼吸类型,某同学设置了如下图所示的实验方案。下列说法正确的是( )A.甲组探究的是酵母菌的有氧呼吸,乙组探究的是酵母菌的无氧呼吸B.加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的水分C.甲、乙两组中澄清的石灰水都变混浊,乙组混浊程度更大D.乙组B瓶封口放置一段时间后进行实验时,还要确保瓶内有足够的O2
加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2,防止其对实验的干扰,B项错误。甲、乙两组中澄清的石灰水都变混浊,由于甲组酵母菌进行有氧呼吸,产生的CO2多,所以甲组混浊程度更大,C项错误。乙组B瓶封口放置一段时间,是为了让酵母菌将瓶内的O2消耗完,防止其对实验造成干扰,D项错误。
3.下图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)。下列有关实验装置和结果的叙述,错误的是( )A.通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸B.用水代替NaOH溶液设置装置2,通过装置2液滴的移动情况可以探究酵母菌是否进行无氧呼吸C.用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,装置2中液滴右移,说明酵母菌既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸D.用水代替NaOH溶液设置装置2,装置2中液滴可能向左移动
烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2,所以液滴移动的距离代表细胞呼吸消耗的O2量,因此通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸,A项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗的O2量的差值。如果液滴移动,说明酵母菌进行了无氧呼吸;如果液滴不移动,说明酵母菌不进行无氧呼吸,B项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,说明有O2的消耗,可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸;如果装置2中液滴右移,说明细胞呼吸释放的CO2量多于消耗的O2量,可以推断出酵母菌还进行了无氧呼吸,C项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况,所以装置2中液滴不可能向左移动,D项错误。
4.右图是某同学为了研究酵母菌的细胞呼吸所设计的一个实验装置。锥形瓶中装满质量分数为5%的葡萄糖溶液和适量的酵母菌,密封并静置一段时间后,记录下初始液面的数据。实验过程中液体会进入玻璃管,根据玻璃管的刻度可以读出进入玻璃管的液体量。下表是该同学在不同的温度条件下进行实验时所记录的数据与初始液面数据的差值(单位:mL)。请回答下列问题。
(1)该同学根据实验数据作出了以下四种假设,你认为最合理的是 。 A.温度对酵母菌的有氧呼吸有影响B.氧浓度对酵母菌的有氧呼吸有影响C.温度对酵母菌的无氧呼吸有影响D.氧浓度对酵母菌的无氧呼吸有影响(2)假设实验过程中产生的气体在溶液中的溶解度很低,则表中数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的 的量。 (3)由表中数据分析可知最有利于酵母菌发酵的温度是 。90 ℃时,温度过高导致 ,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。 (4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是 。(5)该实验条件下酵母菌细胞代谢的原理在生产实践中最常见的应用是 。
答案:(1)C (2)CO2 (3)35 ℃ 酶失活(酶空间结构发生改变或酶空间结构被破坏) (4)消耗装置中的O2,保证无氧环境 (5)生产酒精(制作果酒、白酒等)
解析:(1)根据题干信息可知,密封并静置一段时间后,锥形瓶中酵母菌进行的是无氧呼吸;由表格数据变化可知本实验的自变量是温度。因此,最合理的假设是温度对酵母菌的无氧呼吸有影响。(2)酵母菌无氧呼吸的产物是酒精和CO2,酒精溶于溶液中,假设CO2在溶液中的溶解度很低,则题表中的数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的CO2的量。(3)由题表中数据可知,相同时间,温度为35 ℃时记录的数值大于其他温度条件下记录的数值,即最有利于酵母菌发酵的温度是35 ℃。90 ℃时,温度过高,与酵母菌细胞呼吸有关的酶失活,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。(4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是消耗掉装置中原有的O2,保证无氧环境,以确保酵母菌只进行无氧呼吸。(5)在生产实践中利用酵母菌的无氧呼吸可以进行酒精的生产,如制作果酒、白酒等。
典型例题(不定项选择题)下图为细胞呼吸过程简图,其中①~⑤表示不同的过程。下列叙述错误的是( )A.原核细胞的①过程发生在细胞质基质中,真核细胞的③过程发生在线粒体基质中B.酵母菌在有氧条件下会发生图中①②③过程,无氧条件下会发生图中①④⑤过程C.图中④⑤过程不产生ATPD.②④⑤过程存在差异的主要原因是起催化作用的酶不同
③过程为有氧呼吸第三阶段,真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上,A项错误。有氧条件下酵母菌会发生有氧呼吸,即图中①②③过程;酵母菌的无氧呼吸产生酒精和CO2,不产生乳酸,即酵母菌在无氧条件下会发生图中①⑤过程,不会发生④过程,B项错误。图中④⑤过程不产生ATP,C项正确。丙酮酸在不同酶的催化下会生成不同的产物,D项正确。
整合构建1.判定细胞呼吸方式的三大依据(1)有氧呼吸和无氧呼吸的比较
2.细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
3.细胞呼吸过程中的比值归纳(1)有氧呼吸:葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。(2)无氧呼吸:①葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2;②葡萄糖∶乳酸=1∶2。(3)消耗等量的葡萄糖时,无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2的物质的量之和的比为 3∶4。
知识延伸不同生物无氧呼吸的产物不同
训练突破1.将酵母菌研磨、离心后,得到上清液(含细胞质基质)和沉淀物(含细胞器)。将等量的上清液、沉淀物和未离心的匀浆,分别放入甲、乙、丙三支试管中(如下图),再向三支试管中加入用18O标记的等量的O2和用3H标记的等量的C6H12O6溶液。一段时间后,检测各试管,其结果正确的是( )A.三支试管中C6H12O6的量都将减少B.三支试管中都有丙酮酸和[3H]生成C.丙试管中有 和CO2生成D.三支试管都能释放能量
甲试管中含有细胞质基质,加入的葡萄糖在细胞质基质中相关酶的催化下产生丙酮酸和少量的[3H],释放少量的能量,但丙酮酸在细胞质基质中无法转化为酒精和CO2。乙试管中没有细胞质基质,有线粒体,因缺乏将葡萄糖分解成丙酮酸的酶,加入的葡萄糖不能被分解,因而不能进入线粒体中发生反应。丙试管中加入的是未离心的匀浆,既有细胞质基质,又有线粒体。有氧呼吸全过程所需的酶在丙试管中都存在。加入用18O标记的O2和用3H标记的C6H12O6溶液,一段时间后,3H标记的C6H12O6被彻底氧化分解成H218O和CO2,同时释放出大量的能量。
2.有一瓶混有酵母菌的葡萄糖溶液,当通入不同体积分数的O2时,产生的酒精和CO2的量如下表所示。分析表中数据可得出的结论是( )A.O2的体积分数为a时,酵母菌的有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率B.O2的体积分数为b时,相同时间内酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸消耗的多C.O2的体积分数为c时,有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵D.O2的体积分数为d时,酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸
O2的体积分数为a时,由产生的酒精和CO2均为9 ml可知,酵母菌只进行无氧呼吸,A项不符合题意。O2的体积分数为b时,由产生的酒精为6.5 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6.5 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3.25 ml;有氧呼吸产生的CO2为12.5-6.5=6(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1 ml,因此无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,B项不符合题意。O2的体积分数为c时,由产生的酒精为6 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3 ml;有氧呼吸产生的CO2为15-6=9(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1.5 ml。因此用于无氧呼吸(酒精发酵)的葡萄糖占葡萄糖总量的[3/(3+1.5)]×100%≈66.7%,C项不符合题意。由O2的体积分数为d时产生的酒精为0可知,酵母菌只进行有氧呼吸,D项符合题意。
典型例题(2021山东烟台检测)下图是向含有葡萄糖的酵母菌培养液中通入不同含量的O2后,CO2的产生量和O2的消耗量的变化曲线(假设酵母菌只以葡萄糖作为细胞呼吸底物)。据图判断,下列分析错误的是( )A.曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示CO2的产生量和O2的消耗量B.O2含量为b时,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵C.O2含量为c时,酵母菌产生的CO2全部来自线粒体基质D.O2含量为d时,细胞呼吸产生的[H]都在线粒体内膜上被消耗
随着O2含量的增加,有氧呼吸会增强,消耗的O2量将逐渐增多,由此可推知曲线Ⅱ表示O2的消耗量,则曲线Ⅰ表示CO2的产生量,A项正确。分析题图可知,在O2含量为b时,酵母菌有氧呼吸消耗6 ml O2,根据有氧呼吸反应式可推知有氧呼吸消耗1 ml葡萄糖,产生6 ml CO2,而题图中对应的CO2产生量是10 ml,由此推断此条件下酵母菌无氧呼吸产生CO2的量为10-6=4(ml)。再根据无氧呼吸的反应式可推知酵母菌无氧呼吸消耗了2 ml葡萄糖,由此判定O2含量为b时,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵,B项正确。O2含量为c时,酵母菌产生的CO2量大于消耗的O2量,说明此时酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,酵母菌产生的CO2来自细胞质基质和线粒体基质,C项错误。O2含量为d时,酵母菌产生的CO2量等于消耗的O2量,说明此时酵母菌只进行有氧呼吸,细胞呼吸产生的[H]都在线粒体内膜上被消耗,D项正确。
整合构建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,呼吸速率最大。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.O2含量对细胞呼吸的影响(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的体积分数=0时,只进行无氧呼吸。②0
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干种子萌发前要进行浸泡处理。
知识延伸1.影响细胞呼吸的内部因素分析
2.有关影响细胞呼吸的外界因素的注意事项(1)影响细胞呼吸的因素并不是单一的①若需要增强细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施。②若需要降低细胞呼吸强度,可采取干燥、低温、低氧等措施。(2)储存蔬菜和水果与储存种子的条件不同①蔬菜和水果应储存在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下。②种子应储存在“零上低温、干燥、低氧”的条件下。
训练突破1.现有等量的A、B两个品种的小麦种子,将它们分别置于两个容积相同且密封的棕色广口瓶内,各加入适量(等量)的水。在25 ℃条件下,瓶内O2含量的变化如右图所示。下列有关说法错误的是( )A.在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的B.在t1~t2期间,A种子的呼吸速率比B种子快C.在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率先慢后快D.在0~t1期间,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2
在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的,A项正确。在t1~t2期间,A种子所在瓶内O2含量下降更快,说明A种子的呼吸速率比B种子快,B项正确。在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率是慢→快→慢,C项错误。在0~t1期间,O2含量基本不变,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2,D项正确。
2.(2020宁夏石嘴山期末)呼吸熵=放出的CO2量/吸收的O2量。呼吸熵可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。右上图是酵母菌氧化分解葡萄糖过程中氧分压与呼吸熵的关系。下列叙述正确的是( )A.呼吸熵越大,细胞有氧呼吸越强,无氧呼吸越弱B.B点有氧呼吸的强度大于A点有氧呼吸的强度C.为了减少有机物的损耗,最好将氧分压调至C点对应的值D.C点以后,细胞呼吸强度不再随氧分压的变化而变化
以葡萄糖为底物的有氧呼吸过程中产生的CO2量与吸收的O2量相等,无氧呼吸不消耗氧气,因此,呼吸熵越大,说明消耗的氧气越少,有氧呼吸越弱,A项错误。B点呼吸熵小于A点,说明B点时耗氧多,有氧呼吸的强度大于A点,B项正确。C点呼吸熵为1,说明细胞仅进行有氧呼吸,消耗有机物较快,C项错误。C点以后,呼吸熵不再随氧分压的变化而变化,有氧呼吸强度随氧分压的升高而升高,到一定程度后不再发生改变,D项错误。
3.细胞呼吸是细胞能量的根本来源,细胞呼吸容易受外界环境的影响。下图是温度与O2含量对植物叶片细胞呼吸速率的影响。下列分析错误的是( )A.图中细胞呼吸速率可用CO2的释放量来表示B.由图甲可知,细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度C.温度对曲线Ⅱ代表的呼吸类型影响较大,对曲线Ⅰ代表的呼吸类型影响较小D.分析图甲、乙可知,水果需要储存在低温和低氧的条件下
由于CO2是细胞呼吸的产物,所以题图中细胞呼吸速率可用CO2的释放量来表示,A项正确。由题图甲可知,B点时细胞呼吸的相对速率最高,该点对应的温度是细胞呼吸的最适温度,B项正确。温度主要通过影响细胞呼吸有关酶的活性来影响细胞呼吸,曲线Ⅰ、Ⅱ代表的呼吸类型均需要酶,因此温度对两种呼吸类型均有较大影响,C项错误。由题图甲、乙可知,在低温和低氧的条件下,细胞呼吸的相对速率都较低,所以水果需要储存在低温和低氧的条件下,D项正确。
典型例题(不定项选择题)某研究小组利用检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸。关闭活栓后,U形管右管液面高度变化反映瓶中的气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点,实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。下列有关说法错误的是( )A.甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量B.乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值C.甲组右管液面升高,乙组右管液面不变,说明微生物进行无氧呼吸和有氧呼吸D.甲组右管液面不变,乙组右管液面下降,说明微生物进行乳酸发酵
甲组实验装置中NaOH溶液的作用是吸收CO2,有氧呼吸过程消耗O2,产生的CO2被NaOH吸收,因此甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量,A项正确。乙组实验装置中无NaOH溶液,因此乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值,B项正确。甲组右管液面升高,说明细胞呼吸消耗O2,进行有氧呼吸;乙组右管液面不变,说明CO2的释放量等于O2的消耗量,微生物只进行有氧呼吸,C项错误。甲组右管液面不变,说明微生物不消耗O2,即进行无氧呼吸;乙组右管液面下降,说明有CO2释放,因此微生物进行酒精发酵,而不是乳酸发酵,D项错误。
整合构建1.细胞呼吸方式的判断及实验探究(1)细胞呼吸方式的探究欲确认某生物的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如下图所示(以发芽种子为例)。
实验结果预测及实验结论。
(2)物理误差的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。对照装置与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽的种子”,其余均相同(如下图)。
特别提醒探究细胞呼吸第二阶段场所的方法探究细胞呼吸第二阶段的场所,常见的方法是用离心法将动物细胞的细胞质基质和线粒体分开,分别加入丙酮酸,检测CO2的产生。
2.有氧呼吸速率的测定(1)实验装置(2)实验原理:组织细胞进行有氧呼吸吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内的气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示有氧呼吸速率。装置乙作为对照。
知识延伸误差的校正(1)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。(2)如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果产生干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。(3)为减小气压、温度等物理因素引起的误差,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。
训练突破1.某校生物兴趣小组分别将等量的无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封于下图所示装置中(瓶中无O2),并按下图所示装置进行实验。当测定甲、乙装置中CaCO3的产生量相等时,撤去装置,并分别用滤菌膜过滤甲、乙两锥形瓶中的溶液,除去酵母菌,得到滤液1和滤液2。将等量的滤液1和滤液2分别放入中间隔有半透膜(葡萄糖不通过半透膜)的U形管的A、B两侧,调整两侧液面使其高度相等,一段时间后,观察并比较A、B两侧液面高度的变化。下列关于该实验的叙述,正确的是( )A.甲、乙两组实验的自变量是O2的有无和无菌培养液的浓度B.瓶中的酵母菌产生CO2的场所与人的肌肉细胞不完全相同C.无菌O2通入装置前必须先通入NaOH溶液以除去其中的CO2D.根据题意可推知U形管中A侧液面高度低于B侧
甲、乙两组实验的自变量是O2的有无,培养液浓度是需要控制的无关变量,A项错误。酵母菌可以通过有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2,场所是线粒体和细胞质基质;人的肌肉细胞产生的CO2全部来自有氧呼吸,故CO2只能产生于线粒体中,B项正确。无菌O2中不含CO2,因此不需要通入NaOH溶液,C项错误。由题意可知,甲、乙两装置中产生的CO2的量相等,根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知,产生等量的CO2时,有氧呼吸消耗的葡萄糖的量少,故滤液1中葡萄糖的浓度高于滤液2,从而推知U形管中A侧液面高度高于B侧,D项错误。
2.下页左上图的三个装置可用于研究萌发种子的细胞呼吸方式及其产物。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.装置乙的有色液滴向左移动,说明种子萌发只进行有氧呼吸C.装置丙可用于探究萌发的种子的细胞呼吸是否产生CO2D.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
为排除微生物细胞呼吸的影响,种子必须进行消毒处理,为排除无关变量(外界温度、气压等)对实验的影响,题述实验需要设置对照实验。若装置乙中的种子进行有氧呼吸,则会有O2的消耗,产生的CO2被NaOH 溶液吸收,装置瓶内气体体积减小,有色液滴左移;若只进行无氧呼吸,则没有O2的消耗,液滴不移动,故当装置乙中的有色液滴左移时,萌发的种子只进行有氧呼吸或同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
高考真题剖析【例题1】 (2020山东卷)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ATPC.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比正常细胞少核心素养考查点剖析:本题以“瓦堡效应”为载体,综合考查对生物细胞呼吸类型和过程的分析与判断,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。
答案:B解析:产生等量的ATP时,无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,A项正确。无氧呼吸的第二阶段丙酮酸转化为乳酸的过程中不生成ATP,无氧呼吸生成ATP的过程仅发生在第一阶段,B项错误。无氧呼吸过程中丙酮酸被利用生成乳酸发生在细胞质基质中,C项正确。癌细胞主要进行无氧呼吸,其产生NADH的过程仅发生在第一阶段,因此消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少,D项正确。
【例题2】(2019海南卷)人体血液中有红细胞、白细胞和血小板,其中红细胞有运输氧气的功能。请回答下列问题。(1)通常,成人体内生成红细胞的场所是 ;成熟的红细胞不能合成血红蛋白,其原因是 。 (2)金属元素 是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血患者体内的血红蛋白分子的多肽链上发生了 。 (3)无氧呼吸是成熟红细胞获得能量的途径,无氧呼吸产生能量的过程的发生场所是 。 (4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入 (填“红细胞悬浮液”或“血浆”)来维持机体内环境的稳态。
核心素养考查点剖析:本题以人的红细胞为载体,综合考查对红细胞的结构特点、蛋白质的合成、内环境的稳态的理解,较好地考查了学生“生命观念、科学思维”等学科素养。答案:(1)骨髓 成熟的红细胞没有细胞核(2)铁 氨基酸的替换(3)细胞质基质(4)血浆
解析:(1)骨髓中的造血干细胞可以增殖分化成红细胞、白细胞等,因此通常成人体内生成红细胞的场所是骨髓;成熟的红细胞无细胞核和核糖体等各种细胞器,不能合成血红蛋白。(2)金属元素铁是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血出现的根本原因是基因突变,基因中发生了碱基的替换,导致患者体内的血红蛋白分子的多肽链上发生了氨基酸的替换。(3)有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,第三阶段发生在线粒体内膜上,第三阶段可以产生大量的能量。人无氧呼吸的第一阶段可以产生少量能量,第二阶段不产生能量。无氧呼吸的场所只有一个——细胞质基质。(4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入血浆,增加细胞外液的量,以维持机体内环境的稳态。
典题训练1.(2020全国Ⅰ卷)种子储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呼吸和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多
由题干可知,种子呼吸作用消耗的底物为葡萄糖。有氧呼吸消耗1 ml葡萄糖产生6 ml CO2,无氧呼吸消耗1 ml葡萄糖产生2 ml乙醇和2 ml CO2,因此,若呼吸作用产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸,A项正确。有氧呼吸消耗1 ml葡萄糖和6 ml O2产生6 ml CO2,因此,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,B项正确。产乳酸的无氧呼吸,既不消耗O2,也不产生CO2,因此,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,C项正确。若细胞同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸,则吸收O2的分子数等于释放CO2的分子数;若同时进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的少,D项错误。
2.(2020浙江卷)下列关于细胞的有氧呼吸与无氧呼吸的叙述,正确的是( )A.细胞的无氧呼吸产生的ATP比有氧呼吸的多B.细胞的无氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行C.细胞的有氧呼吸与无氧呼吸过程中都会产生丙酮酸D.适当提高苹果果实储藏环境中的O2含量会增加酒精的生成量
有氧呼吸是有机物彻底氧化分解的过程,储存在有机物中的能量全部释放出来,产生大量ATP,而无氧呼吸的产物乳酸或酒精中还储存着能量,因此只产生少量ATP,A项错误。细胞的无氧呼吸只在细胞质基质中进行,B项错误。细胞的有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都是葡萄糖的氧化分解过程,将1个葡萄糖分子转变为2个丙酮酸分子,C项正确。适当提高苹果果实储藏环境中的O2含量会抑制细胞的无氧呼吸,酒精的生成量减少,D项错误。
3.(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( )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的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含量的升高会增加酸味的产生
马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸,底物一般是葡萄糖,A项错误。马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸还原而来的,B项正确。马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段,即葡萄糖分解成丙酮酸的过程,可产生ATP,C项错误。马铃薯块茎储藏库中酸味的产生是由于无氧呼吸产生乳酸,氧气含量升高会抑制无氧呼吸产生乳酸,D项错误。
4.(2019全国Ⅲ卷)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发,得到n株黄化苗。那么,与萌发前的这n粒干种子相比,这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为( )A.有机物总量减少,呼吸强度增强B.有机物总量增加,呼吸强度增强C.有机物总量减少,呼吸强度减弱D.有机物总量增加,呼吸强度减弱
在黑暗中萌发的种子,进行细胞呼吸,消耗有机物,种子中的有机物总量减少;种子在萌发时吸收水分,细胞中的自由水增多,呼吸强度增强。
5.(2018全国Ⅲ卷)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.植物光合作用和细胞呼吸过程中都可以合成ATP
细胞呼吸与光照无关,A项正确。每一营养级生物获得的总能量都有一部分用于细胞呼吸,B项正确。有氧呼吸的产物是CO2、H2O,无氧呼吸的产物是乳酸或CO2、酒精,C项错误。植物光合作用的光反应阶段合成ATP,细胞呼吸过程中也合成ATP,D项正确。
6.(2020全国Ⅰ卷)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
答案:(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
1.联系能量供应系统复习ATP的相关知识。2.通过表解对比法加深对有氧呼吸三个阶段以及有氧呼吸与无氧呼吸的区别的理解。3.通过元素追踪法加深对细胞呼吸过程中元素运动规律的理解。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.ATP的结构及组成成分(1)图中A表示腺嘌呤,①是腺苷,②是腺嘌呤核糖核苷酸,③是ADP ,④是ATP ,⑤是普通化学键,⑥是特殊的化学键。(2)据图确定ATP与RNA的关系:ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一。
2.ATP与ADP的相互转化
易错易混1.几种不同物质中“A”代表的含义
2.多角度理解ATP的合成与水解
3.ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析
4.有关ATP的4个易错点(1)ATP与ADP的相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质,不可将其等同于能量:ATP是一种高能磷酸化合物,1 ml ATP水解时能够释放出高达30.54 kJ的能量。(3)细胞中的ATP含量很少,但是ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿,ATP与ADP含量都保持动态平衡。(4)ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
知识落实1.ATP是细胞中的能量“货币”。下列叙述正确的是( )A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B.ATP与ADP的相互转化使得细胞储存了大量的ATPC.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D.ATP分子中的2个特殊的化学键不易断裂水解
对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,在ADP转化成ATP的过程中,所需要的能量均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,在叶绿体内进行光合作用时,ADP转化为ATP还利用了光能,A项错误。ATP与ADP相互转化,使得细胞中ATP和ADP的含量处于动态平衡之中,B项错误。ATP水解时,远离腺苷的特殊的化学键断裂,形成ADP和Pi,同时释放能量,C项正确。ATP分子中含有2个特殊的化学键,远离腺苷的特殊的化学键很容易断裂水解,D项错误。
2.(不定项选择题)细胞中某生命活动过程和某物质结构如下图所示。下列叙述正确的是( )A.肌肉收缩时,图1所示过程释放的能量可使肌肉中的能量增加,形状改变B.③处的化学键较②处不稳定,且所含的能量也较多C.ATP中的结构①即图2中的A,该结构在RNA中也存在D.ADP失去一个磷酸基团之后,即可用于图2中物质的合成
图1所示过程为ATP的水解,其中①是腺嘌呤,②是普通化学键,③是特殊的化学键;图2为DNA的结构模式图。ADP失去一个磷酸基团之后为腺嘌呤核糖核苷酸,是合成RNA的原料之一,不能用于图2中物质(DNA)的合成。
3.ATP是细胞内的直接能源物质,可通过多种途径产生,如下图所示。下列说法正确的是( )A.O2由红细胞进入肝细胞,使ATP含量迅速下降B.过程a和过程b都在细胞器中进行C.绿色植物通过过程b形成的ATP不能用于吸收矿质元素D.①②在物质和能量上都可成为可逆反应
O2由红细胞进入肝细胞属于自由扩散,不需要转运蛋白和能量,因此ATP含量基本不变,A项错误。过程a表示细胞呼吸,细胞呼吸的场所有细胞质基质、线粒体,B项错误。过程b为光合作用,其形成的ATP只能用于暗反应,不能用于其他生命活动,C项正确。①②分别为ATP的合成和水解过程,其中物质是可逆的,能量是不可逆的,D项错误。
知识筛查1.细胞呼吸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.细胞的有氧呼吸(1)概念: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。
(3)总反应式及各种元素的来源和去路(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。②细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分转移到ATP中。
3.无氧呼吸(1)概念: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。(2)场所:细胞质基质。(3)条件:无氧和多种酶等。(4)过程
4.细胞呼吸原理的应用(1)伤口包扎。(2)作物松土,有利于根的有氧呼吸。(3)稻田排水,防止根进行无氧呼吸。(4)传统发酵产品的生产。
易错易混有关细胞呼吸的7个易错点(1)有H2O生成的一定是有氧呼吸,有CO2生成的可能是有氧呼吸,也可能是无氧呼吸,但一定不是乳酸发酵。(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,根本原因是控制酶合成的基因不同。(3)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。(4)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。(5)有氧呼吸3个阶段都产生ATP,无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。(6)并非所有真核生物细胞都能进行有氧呼吸,如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。(7)原核生物无线粒体,但有些原核生物仍可进行有氧呼吸,如蓝细菌、硝化细菌等,因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。
知识落实1.所有细胞都能进行细胞呼吸。下列关于细胞呼吸的叙述,正确的是( )A.有氧呼吸和无氧呼吸都只能分解葡萄糖B.人剧烈运动时骨骼肌能同时产生乳酸和CO2C.糖类分解释放的能量大部分都储存在ATP中D.细胞呼吸的产物CO2都是在线粒体基质中产生的
有氧呼吸和无氧呼吸都能氧化分解葡萄糖,并不是只能分解葡萄糖,A项错误。人剧烈运动时能够同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,有氧呼吸产生CO2和H2O,无氧呼吸产生乳酸,B项正确。糖类分解释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分储存在ATP中,C项错误。细胞呼吸产生CO2的场所有细胞质基质和线粒体,D项错误。
2.细胞内糖分解代谢过程如下图所示。下列叙述错误的是( )A.酵母菌细胞能进行过程①和过程②或过程①和过程③B.人体所有细胞的细胞质基质都能进行过程①C.ATP与ADP的比值增加会降低过程①的速率D.乳酸菌细胞内,过程①和过程④均产生[H]
由题图可知,过程①和过程②是有氧呼吸,过程①和过程③是产生酒精的无氧呼吸。酵母菌是兼性厌氧菌,既可以进行有氧呼吸,也可以进行无氧呼吸,A项正确。题图中①表示有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段,在人体所有细胞的细胞质基质中都能进行,B项正确。ATP与ADP的比值增加,说明细胞中ATP消耗少,则会降低过程①的速率,C项正确。④是无氧呼吸的第二阶段,该阶段不产生[H],反而消耗第一阶段产生的[H],D项错误。
3.(不定项选择题)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目的相符的是( )
储存种子时,必须降低其自由水含量,常用措施是晒干,从而使细胞呼吸强度降低,以减少有机物的消耗,A项符合题意。乳酸菌是严格的厌氧微生物,制作酸奶的整个过程要严格控制无氧条件,以加快乳酸菌的繁殖,利于乳酸发酵,B项符合题意。水果保鲜的目的是既要保持水分,又要降低酶的活性,以减少细胞呼吸消耗的有机物,因此需要零上低温储存,零下低温会导致细胞受损,C项不符合题意。栽种庄稼,疏松土壤,可以提高土壤中氧气的含量,有利于根细胞的有氧呼吸,从而为根吸收矿质离子提供更多的能量,D项符合题意。
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,装置如下图所示。(3)检测酒精的产生:从B、D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(质量分数为95%~97%)→振荡并观察溶液的颜色变化。
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,产生酒精,还产生少量CO2。
知识落实1.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述,错误的是( )A.设置有氧和无氧两组实验进行相互对照,易于判断酵母菌的呼吸方式B.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等C.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D.实验中将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查,确保不漏气
该实验的因变量是澄清石灰水变混浊的程度及加入酸性重铬酸钾溶液后样液颜色变化的快慢。
2.为了探究酵母菌的细胞呼吸类型,某同学设置了如下图所示的实验方案。下列说法正确的是( )A.甲组探究的是酵母菌的有氧呼吸,乙组探究的是酵母菌的无氧呼吸B.加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的水分C.甲、乙两组中澄清的石灰水都变混浊,乙组混浊程度更大D.乙组B瓶封口放置一段时间后进行实验时,还要确保瓶内有足够的O2
加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2,防止其对实验的干扰,B项错误。甲、乙两组中澄清的石灰水都变混浊,由于甲组酵母菌进行有氧呼吸,产生的CO2多,所以甲组混浊程度更大,C项错误。乙组B瓶封口放置一段时间,是为了让酵母菌将瓶内的O2消耗完,防止其对实验造成干扰,D项错误。
3.下图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)。下列有关实验装置和结果的叙述,错误的是( )A.通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸B.用水代替NaOH溶液设置装置2,通过装置2液滴的移动情况可以探究酵母菌是否进行无氧呼吸C.用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,装置2中液滴右移,说明酵母菌既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸D.用水代替NaOH溶液设置装置2,装置2中液滴可能向左移动
烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2,所以液滴移动的距离代表细胞呼吸消耗的O2量,因此通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸,A项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗的O2量的差值。如果液滴移动,说明酵母菌进行了无氧呼吸;如果液滴不移动,说明酵母菌不进行无氧呼吸,B项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,说明有O2的消耗,可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸;如果装置2中液滴右移,说明细胞呼吸释放的CO2量多于消耗的O2量,可以推断出酵母菌还进行了无氧呼吸,C项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况,所以装置2中液滴不可能向左移动,D项错误。
4.右图是某同学为了研究酵母菌的细胞呼吸所设计的一个实验装置。锥形瓶中装满质量分数为5%的葡萄糖溶液和适量的酵母菌,密封并静置一段时间后,记录下初始液面的数据。实验过程中液体会进入玻璃管,根据玻璃管的刻度可以读出进入玻璃管的液体量。下表是该同学在不同的温度条件下进行实验时所记录的数据与初始液面数据的差值(单位:mL)。请回答下列问题。
(1)该同学根据实验数据作出了以下四种假设,你认为最合理的是 。 A.温度对酵母菌的有氧呼吸有影响B.氧浓度对酵母菌的有氧呼吸有影响C.温度对酵母菌的无氧呼吸有影响D.氧浓度对酵母菌的无氧呼吸有影响(2)假设实验过程中产生的气体在溶液中的溶解度很低,则表中数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的 的量。 (3)由表中数据分析可知最有利于酵母菌发酵的温度是 。90 ℃时,温度过高导致 ,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。 (4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是 。(5)该实验条件下酵母菌细胞代谢的原理在生产实践中最常见的应用是 。
答案:(1)C (2)CO2 (3)35 ℃ 酶失活(酶空间结构发生改变或酶空间结构被破坏) (4)消耗装置中的O2,保证无氧环境 (5)生产酒精(制作果酒、白酒等)
解析:(1)根据题干信息可知,密封并静置一段时间后,锥形瓶中酵母菌进行的是无氧呼吸;由表格数据变化可知本实验的自变量是温度。因此,最合理的假设是温度对酵母菌的无氧呼吸有影响。(2)酵母菌无氧呼吸的产物是酒精和CO2,酒精溶于溶液中,假设CO2在溶液中的溶解度很低,则题表中的数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的CO2的量。(3)由题表中数据可知,相同时间,温度为35 ℃时记录的数值大于其他温度条件下记录的数值,即最有利于酵母菌发酵的温度是35 ℃。90 ℃时,温度过高,与酵母菌细胞呼吸有关的酶失活,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。(4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是消耗掉装置中原有的O2,保证无氧环境,以确保酵母菌只进行无氧呼吸。(5)在生产实践中利用酵母菌的无氧呼吸可以进行酒精的生产,如制作果酒、白酒等。
典型例题(不定项选择题)下图为细胞呼吸过程简图,其中①~⑤表示不同的过程。下列叙述错误的是( )A.原核细胞的①过程发生在细胞质基质中,真核细胞的③过程发生在线粒体基质中B.酵母菌在有氧条件下会发生图中①②③过程,无氧条件下会发生图中①④⑤过程C.图中④⑤过程不产生ATPD.②④⑤过程存在差异的主要原因是起催化作用的酶不同
③过程为有氧呼吸第三阶段,真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上,A项错误。有氧条件下酵母菌会发生有氧呼吸,即图中①②③过程;酵母菌的无氧呼吸产生酒精和CO2,不产生乳酸,即酵母菌在无氧条件下会发生图中①⑤过程,不会发生④过程,B项错误。图中④⑤过程不产生ATP,C项正确。丙酮酸在不同酶的催化下会生成不同的产物,D项正确。
整合构建1.判定细胞呼吸方式的三大依据(1)有氧呼吸和无氧呼吸的比较
2.细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
3.细胞呼吸过程中的比值归纳(1)有氧呼吸:葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。(2)无氧呼吸:①葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2;②葡萄糖∶乳酸=1∶2。(3)消耗等量的葡萄糖时,无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2的物质的量之和的比为 3∶4。
知识延伸不同生物无氧呼吸的产物不同
训练突破1.将酵母菌研磨、离心后,得到上清液(含细胞质基质)和沉淀物(含细胞器)。将等量的上清液、沉淀物和未离心的匀浆,分别放入甲、乙、丙三支试管中(如下图),再向三支试管中加入用18O标记的等量的O2和用3H标记的等量的C6H12O6溶液。一段时间后,检测各试管,其结果正确的是( )A.三支试管中C6H12O6的量都将减少B.三支试管中都有丙酮酸和[3H]生成C.丙试管中有 和CO2生成D.三支试管都能释放能量
甲试管中含有细胞质基质,加入的葡萄糖在细胞质基质中相关酶的催化下产生丙酮酸和少量的[3H],释放少量的能量,但丙酮酸在细胞质基质中无法转化为酒精和CO2。乙试管中没有细胞质基质,有线粒体,因缺乏将葡萄糖分解成丙酮酸的酶,加入的葡萄糖不能被分解,因而不能进入线粒体中发生反应。丙试管中加入的是未离心的匀浆,既有细胞质基质,又有线粒体。有氧呼吸全过程所需的酶在丙试管中都存在。加入用18O标记的O2和用3H标记的C6H12O6溶液,一段时间后,3H标记的C6H12O6被彻底氧化分解成H218O和CO2,同时释放出大量的能量。
2.有一瓶混有酵母菌的葡萄糖溶液,当通入不同体积分数的O2时,产生的酒精和CO2的量如下表所示。分析表中数据可得出的结论是( )A.O2的体积分数为a时,酵母菌的有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率B.O2的体积分数为b时,相同时间内酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸消耗的多C.O2的体积分数为c时,有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵D.O2的体积分数为d时,酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸
O2的体积分数为a时,由产生的酒精和CO2均为9 ml可知,酵母菌只进行无氧呼吸,A项不符合题意。O2的体积分数为b时,由产生的酒精为6.5 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6.5 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3.25 ml;有氧呼吸产生的CO2为12.5-6.5=6(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1 ml,因此无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,B项不符合题意。O2的体积分数为c时,由产生的酒精为6 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3 ml;有氧呼吸产生的CO2为15-6=9(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1.5 ml。因此用于无氧呼吸(酒精发酵)的葡萄糖占葡萄糖总量的[3/(3+1.5)]×100%≈66.7%,C项不符合题意。由O2的体积分数为d时产生的酒精为0可知,酵母菌只进行有氧呼吸,D项符合题意。
典型例题(2021山东烟台检测)下图是向含有葡萄糖的酵母菌培养液中通入不同含量的O2后,CO2的产生量和O2的消耗量的变化曲线(假设酵母菌只以葡萄糖作为细胞呼吸底物)。据图判断,下列分析错误的是( )A.曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示CO2的产生量和O2的消耗量B.O2含量为b时,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵C.O2含量为c时,酵母菌产生的CO2全部来自线粒体基质D.O2含量为d时,细胞呼吸产生的[H]都在线粒体内膜上被消耗
随着O2含量的增加,有氧呼吸会增强,消耗的O2量将逐渐增多,由此可推知曲线Ⅱ表示O2的消耗量,则曲线Ⅰ表示CO2的产生量,A项正确。分析题图可知,在O2含量为b时,酵母菌有氧呼吸消耗6 ml O2,根据有氧呼吸反应式可推知有氧呼吸消耗1 ml葡萄糖,产生6 ml CO2,而题图中对应的CO2产生量是10 ml,由此推断此条件下酵母菌无氧呼吸产生CO2的量为10-6=4(ml)。再根据无氧呼吸的反应式可推知酵母菌无氧呼吸消耗了2 ml葡萄糖,由此判定O2含量为b时,有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵,B项正确。O2含量为c时,酵母菌产生的CO2量大于消耗的O2量,说明此时酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,酵母菌产生的CO2来自细胞质基质和线粒体基质,C项错误。O2含量为d时,酵母菌产生的CO2量等于消耗的O2量,说明此时酵母菌只进行有氧呼吸,细胞呼吸产生的[H]都在线粒体内膜上被消耗,D项正确。
整合构建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,呼吸速率最大。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.O2含量对细胞呼吸的影响(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的体积分数=0时,只进行无氧呼吸。②0
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干种子萌发前要进行浸泡处理。
知识延伸1.影响细胞呼吸的内部因素分析
2.有关影响细胞呼吸的外界因素的注意事项(1)影响细胞呼吸的因素并不是单一的①若需要增强细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施。②若需要降低细胞呼吸强度,可采取干燥、低温、低氧等措施。(2)储存蔬菜和水果与储存种子的条件不同①蔬菜和水果应储存在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下。②种子应储存在“零上低温、干燥、低氧”的条件下。
训练突破1.现有等量的A、B两个品种的小麦种子,将它们分别置于两个容积相同且密封的棕色广口瓶内,各加入适量(等量)的水。在25 ℃条件下,瓶内O2含量的变化如右图所示。下列有关说法错误的是( )A.在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的B.在t1~t2期间,A种子的呼吸速率比B种子快C.在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率先慢后快D.在0~t1期间,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2
在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的,A项正确。在t1~t2期间,A种子所在瓶内O2含量下降更快,说明A种子的呼吸速率比B种子快,B项正确。在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率是慢→快→慢,C项错误。在0~t1期间,O2含量基本不变,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2,D项正确。
2.(2020宁夏石嘴山期末)呼吸熵=放出的CO2量/吸收的O2量。呼吸熵可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。右上图是酵母菌氧化分解葡萄糖过程中氧分压与呼吸熵的关系。下列叙述正确的是( )A.呼吸熵越大,细胞有氧呼吸越强,无氧呼吸越弱B.B点有氧呼吸的强度大于A点有氧呼吸的强度C.为了减少有机物的损耗,最好将氧分压调至C点对应的值D.C点以后,细胞呼吸强度不再随氧分压的变化而变化
以葡萄糖为底物的有氧呼吸过程中产生的CO2量与吸收的O2量相等,无氧呼吸不消耗氧气,因此,呼吸熵越大,说明消耗的氧气越少,有氧呼吸越弱,A项错误。B点呼吸熵小于A点,说明B点时耗氧多,有氧呼吸的强度大于A点,B项正确。C点呼吸熵为1,说明细胞仅进行有氧呼吸,消耗有机物较快,C项错误。C点以后,呼吸熵不再随氧分压的变化而变化,有氧呼吸强度随氧分压的升高而升高,到一定程度后不再发生改变,D项错误。
3.细胞呼吸是细胞能量的根本来源,细胞呼吸容易受外界环境的影响。下图是温度与O2含量对植物叶片细胞呼吸速率的影响。下列分析错误的是( )A.图中细胞呼吸速率可用CO2的释放量来表示B.由图甲可知,细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度C.温度对曲线Ⅱ代表的呼吸类型影响较大,对曲线Ⅰ代表的呼吸类型影响较小D.分析图甲、乙可知,水果需要储存在低温和低氧的条件下
由于CO2是细胞呼吸的产物,所以题图中细胞呼吸速率可用CO2的释放量来表示,A项正确。由题图甲可知,B点时细胞呼吸的相对速率最高,该点对应的温度是细胞呼吸的最适温度,B项正确。温度主要通过影响细胞呼吸有关酶的活性来影响细胞呼吸,曲线Ⅰ、Ⅱ代表的呼吸类型均需要酶,因此温度对两种呼吸类型均有较大影响,C项错误。由题图甲、乙可知,在低温和低氧的条件下,细胞呼吸的相对速率都较低,所以水果需要储存在低温和低氧的条件下,D项正确。
典型例题(不定项选择题)某研究小组利用检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸。关闭活栓后,U形管右管液面高度变化反映瓶中的气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点,实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。下列有关说法错误的是( )A.甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量B.乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值C.甲组右管液面升高,乙组右管液面不变,说明微生物进行无氧呼吸和有氧呼吸D.甲组右管液面不变,乙组右管液面下降,说明微生物进行乳酸发酵
甲组实验装置中NaOH溶液的作用是吸收CO2,有氧呼吸过程消耗O2,产生的CO2被NaOH吸收,因此甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量,A项正确。乙组实验装置中无NaOH溶液,因此乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值,B项正确。甲组右管液面升高,说明细胞呼吸消耗O2,进行有氧呼吸;乙组右管液面不变,说明CO2的释放量等于O2的消耗量,微生物只进行有氧呼吸,C项错误。甲组右管液面不变,说明微生物不消耗O2,即进行无氧呼吸;乙组右管液面下降,说明有CO2释放,因此微生物进行酒精发酵,而不是乳酸发酵,D项错误。
整合构建1.细胞呼吸方式的判断及实验探究(1)细胞呼吸方式的探究欲确认某生物的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如下图所示(以发芽种子为例)。
实验结果预测及实验结论。
(2)物理误差的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。对照装置与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽的种子”,其余均相同(如下图)。
特别提醒探究细胞呼吸第二阶段场所的方法探究细胞呼吸第二阶段的场所,常见的方法是用离心法将动物细胞的细胞质基质和线粒体分开,分别加入丙酮酸,检测CO2的产生。
2.有氧呼吸速率的测定(1)实验装置(2)实验原理:组织细胞进行有氧呼吸吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内的气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示有氧呼吸速率。装置乙作为对照。
知识延伸误差的校正(1)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。(2)如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果产生干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。(3)为减小气压、温度等物理因素引起的误差,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。
训练突破1.某校生物兴趣小组分别将等量的无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封于下图所示装置中(瓶中无O2),并按下图所示装置进行实验。当测定甲、乙装置中CaCO3的产生量相等时,撤去装置,并分别用滤菌膜过滤甲、乙两锥形瓶中的溶液,除去酵母菌,得到滤液1和滤液2。将等量的滤液1和滤液2分别放入中间隔有半透膜(葡萄糖不通过半透膜)的U形管的A、B两侧,调整两侧液面使其高度相等,一段时间后,观察并比较A、B两侧液面高度的变化。下列关于该实验的叙述,正确的是( )A.甲、乙两组实验的自变量是O2的有无和无菌培养液的浓度B.瓶中的酵母菌产生CO2的场所与人的肌肉细胞不完全相同C.无菌O2通入装置前必须先通入NaOH溶液以除去其中的CO2D.根据题意可推知U形管中A侧液面高度低于B侧
甲、乙两组实验的自变量是O2的有无,培养液浓度是需要控制的无关变量,A项错误。酵母菌可以通过有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2,场所是线粒体和细胞质基质;人的肌肉细胞产生的CO2全部来自有氧呼吸,故CO2只能产生于线粒体中,B项正确。无菌O2中不含CO2,因此不需要通入NaOH溶液,C项错误。由题意可知,甲、乙两装置中产生的CO2的量相等,根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知,产生等量的CO2时,有氧呼吸消耗的葡萄糖的量少,故滤液1中葡萄糖的浓度高于滤液2,从而推知U形管中A侧液面高度高于B侧,D项错误。
2.下页左上图的三个装置可用于研究萌发种子的细胞呼吸方式及其产物。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.装置乙的有色液滴向左移动,说明种子萌发只进行有氧呼吸C.装置丙可用于探究萌发的种子的细胞呼吸是否产生CO2D.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
为排除微生物细胞呼吸的影响,种子必须进行消毒处理,为排除无关变量(外界温度、气压等)对实验的影响,题述实验需要设置对照实验。若装置乙中的种子进行有氧呼吸,则会有O2的消耗,产生的CO2被NaOH 溶液吸收,装置瓶内气体体积减小,有色液滴左移;若只进行无氧呼吸,则没有O2的消耗,液滴不移动,故当装置乙中的有色液滴左移时,萌发的种子只进行有氧呼吸或同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
高考真题剖析【例题1】 (2020山东卷)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ATPC.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比正常细胞少核心素养考查点剖析:本题以“瓦堡效应”为载体,综合考查对生物细胞呼吸类型和过程的分析与判断,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。
答案:B解析:产生等量的ATP时,无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,A项正确。无氧呼吸的第二阶段丙酮酸转化为乳酸的过程中不生成ATP,无氧呼吸生成ATP的过程仅发生在第一阶段,B项错误。无氧呼吸过程中丙酮酸被利用生成乳酸发生在细胞质基质中,C项正确。癌细胞主要进行无氧呼吸,其产生NADH的过程仅发生在第一阶段,因此消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少,D项正确。
【例题2】(2019海南卷)人体血液中有红细胞、白细胞和血小板,其中红细胞有运输氧气的功能。请回答下列问题。(1)通常,成人体内生成红细胞的场所是 ;成熟的红细胞不能合成血红蛋白,其原因是 。 (2)金属元素 是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血患者体内的血红蛋白分子的多肽链上发生了 。 (3)无氧呼吸是成熟红细胞获得能量的途径,无氧呼吸产生能量的过程的发生场所是 。 (4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入 (填“红细胞悬浮液”或“血浆”)来维持机体内环境的稳态。
核心素养考查点剖析:本题以人的红细胞为载体,综合考查对红细胞的结构特点、蛋白质的合成、内环境的稳态的理解,较好地考查了学生“生命观念、科学思维”等学科素养。答案:(1)骨髓 成熟的红细胞没有细胞核(2)铁 氨基酸的替换(3)细胞质基质(4)血浆
解析:(1)骨髓中的造血干细胞可以增殖分化成红细胞、白细胞等,因此通常成人体内生成红细胞的场所是骨髓;成熟的红细胞无细胞核和核糖体等各种细胞器,不能合成血红蛋白。(2)金属元素铁是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血出现的根本原因是基因突变,基因中发生了碱基的替换,导致患者体内的血红蛋白分子的多肽链上发生了氨基酸的替换。(3)有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,第三阶段发生在线粒体内膜上,第三阶段可以产生大量的能量。人无氧呼吸的第一阶段可以产生少量能量,第二阶段不产生能量。无氧呼吸的场所只有一个——细胞质基质。(4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入血浆,增加细胞外液的量,以维持机体内环境的稳态。
典题训练1.(2020全国Ⅰ卷)种子储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呼吸和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多
由题干可知,种子呼吸作用消耗的底物为葡萄糖。有氧呼吸消耗1 ml葡萄糖产生6 ml CO2,无氧呼吸消耗1 ml葡萄糖产生2 ml乙醇和2 ml CO2,因此,若呼吸作用产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸,A项正确。有氧呼吸消耗1 ml葡萄糖和6 ml O2产生6 ml CO2,因此,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,B项正确。产乳酸的无氧呼吸,既不消耗O2,也不产生CO2,因此,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,C项正确。若细胞同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸,则吸收O2的分子数等于释放CO2的分子数;若同时进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的少,D项错误。
2.(2020浙江卷)下列关于细胞的有氧呼吸与无氧呼吸的叙述,正确的是( )A.细胞的无氧呼吸产生的ATP比有氧呼吸的多B.细胞的无氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行C.细胞的有氧呼吸与无氧呼吸过程中都会产生丙酮酸D.适当提高苹果果实储藏环境中的O2含量会增加酒精的生成量
有氧呼吸是有机物彻底氧化分解的过程,储存在有机物中的能量全部释放出来,产生大量ATP,而无氧呼吸的产物乳酸或酒精中还储存着能量,因此只产生少量ATP,A项错误。细胞的无氧呼吸只在细胞质基质中进行,B项错误。细胞的有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都是葡萄糖的氧化分解过程,将1个葡萄糖分子转变为2个丙酮酸分子,C项正确。适当提高苹果果实储藏环境中的O2含量会抑制细胞的无氧呼吸,酒精的生成量减少,D项错误。
3.(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( )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的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含量的升高会增加酸味的产生
马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸,底物一般是葡萄糖,A项错误。马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸还原而来的,B项正确。马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段,即葡萄糖分解成丙酮酸的过程,可产生ATP,C项错误。马铃薯块茎储藏库中酸味的产生是由于无氧呼吸产生乳酸,氧气含量升高会抑制无氧呼吸产生乳酸,D项错误。
4.(2019全国Ⅲ卷)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发,得到n株黄化苗。那么,与萌发前的这n粒干种子相比,这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为( )A.有机物总量减少,呼吸强度增强B.有机物总量增加,呼吸强度增强C.有机物总量减少,呼吸强度减弱D.有机物总量增加,呼吸强度减弱
在黑暗中萌发的种子,进行细胞呼吸,消耗有机物,种子中的有机物总量减少;种子在萌发时吸收水分,细胞中的自由水增多,呼吸强度增强。
5.(2018全国Ⅲ卷)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.植物光合作用和细胞呼吸过程中都可以合成ATP
细胞呼吸与光照无关,A项正确。每一营养级生物获得的总能量都有一部分用于细胞呼吸,B项正确。有氧呼吸的产物是CO2、H2O,无氧呼吸的产物是乳酸或CO2、酒精,C项错误。植物光合作用的光反应阶段合成ATP,细胞呼吸过程中也合成ATP,D项正确。
6.(2020全国Ⅰ卷)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
答案:(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
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