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高中生物高考2023年高考生物一轮复习（新人教新高考） 第3单元 第3课时 细胞呼吸的方式和过程
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这是一份高中生物高考2023年高考生物一轮复习（新人教新高考） 第3单元 第3课时 细胞呼吸的方式和过程，共18页。试卷主要包含了实验材料，实验步骤，实验现象，细胞呼吸方式的判断等内容，欢迎下载使用。
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验材料
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产生的多少的装置如图所示。
(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
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)在有氧条件下产生大量CO2，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。
(1)源于必修1 P91：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
(2)源于必修1 P92“科学方法”：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。
考向 探究酵母菌的呼吸方式
1．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 在有氧呼吸的过程中，每消耗1 ml的葡萄糖就会消耗6 ml O2，同时产生6 ml CO2，在无氧呼吸过程中，每消耗1 ml的葡萄糖，会产生2 ml 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。
2．为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。下列有关分析错误的是( )
A．t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B．t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C．若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D．实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
答案 C
解析 在t1→t2时刻，单位时间内氧气的减少速率越来越慢，说明酵母菌的有氧呼吸速率不断下降，A正确；t3时刻，培养液中氧气的含量不再发生变化，说明酵母菌基本不再进行有氧呼吸，此时主要进行无氧呼吸，t1和t3产生CO2的速率基本相同，因此t3时，溶液中消耗葡萄糖的速率比t1时快，B正确；图示所给温度是最适温度，此时酶的活性最高，反应速率最快，因此若降低温度，氧气相对含量达到稳定时所需要的时间会变长，C错误；据图可知，酵母菌进行了无氧呼吸，无氧呼吸过程会产生酒精，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应后变成灰绿色，D正确。
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)写出有氧呼吸总反应式(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。
2．无氧呼吸
(1)概念：无氧呼吸是指细胞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：全过程都是在细胞质基质中进行的。
(3)过程
(4)产物不同的原因
①直接原因：酶不同。
②根本原因：基因不同或基因的选择性表达。
(1)源于必修1 P93“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。
(2)源于必修1 P94“相关信息”：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。
(3)源于必修1 P94“小字部分”：蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
(4)源于必修1 P96“思维训练”：科学家就线粒体的起源，提出了一种解释：有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，二者在共同繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
3．有氧呼吸与无氧呼吸中[H]和ATP的来源和去路
(1)有氧呼吸过程中的[H]、ATP的来源和去路
(2)无氧呼吸过程中的[H]、ATP的来源和去路
无氧呼吸中的[H]和ATP都是在第一阶段产生的，场所是细胞质基质。其中[H]在第二阶段被全部消耗。
4．细胞呼吸方式的判断(以真核生物以例)
(1)依据反应方程式和发生场所判断
(2)通过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结果与结论
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 细胞呼吸过程的综合分析
3．(2022·济南市高三模拟)线粒体呼吸链主要由线粒体呼吸链酶组成，由于线粒体中需要经呼吸链氧化和电子传递的主要是NADH和FADH2，所以可将呼吸链分为NADH氧化呼吸链和FADH2氧化呼吸链，下图是这两条呼吸链相关路径。据图分析以下说法不正确的是( )
A．线粒体内膜向内折叠形成嵴，为细胞色素还原酶、细胞色素氧化酶等酶的附着提供了场所
B．NADH在有氧呼吸的前两个阶段产生，在第三阶段消耗
C．细胞呼吸产生的NADH和光合作用产生的NADPH都可用于还原O2
D．辅酶Q参与细胞的有氧呼吸过程，与ATP的形成关系密切
答案 C
解析 光合作用产生的NADPH只能用于光合作用的暗反应，而不能用于还原氧气，C错误。
4．罗哌卡因能抑制甲状腺癌细胞线粒体基质中的H＋(NADH等分解产生)向线粒体膜间隙转运，降低线粒体内膜两侧的H＋浓度差，从而抑制线粒体ATP的合成，促进癌细胞凋亡。下列相关叙述错误的是( )
A．有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
B．线粒体内膜两侧的H＋浓度差驱动ATP合成
C．罗哌卡因能促进线粒体对氧气的利用
D．罗哌卡因可通过抑制蛋白质的功能从而抑制H＋的运输
答案 C
解析 结合题干信息分析可知，罗哌卡因能抑制有氧呼吸第三阶段ATP的合成，因此应该是抑制了线粒体对氧气的利用，C错误。
5．与传统的水稻、小麦等粮食作物相比，玉米具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性以及极好的环境适应性。玉米的营养价值较高，是优良的粮食作物。下图是玉米不同部位的部分细胞呼吸流程图，下列相关叙述正确的是( )
A．晴朗夏季的中午，玉米叶肉细胞产生的物质b只可参与光合作用
B．人体细胞中也可产生物质c，c进入血浆后，血浆pH也会基本稳定
C．被水淹的玉米根进行细胞呼吸时葡萄糖中的能量只有2个去路
D．检测酒精时，试剂甲可以是溶有重铬酸钾的盐酸溶液
答案 B
解析 由题图可推知，物质a为CO2，物质b为水，晴朗夏季的中午，玉米叶肉细胞可进行光合作用，发生水的光解，也可进行细胞呼吸，水在有氧呼吸第二阶段参与反应，A错误；检测酒精时，试剂甲可以是溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液，不能用盐酸溶液代替浓硫酸溶液，D错误。
考向二 细胞呼吸类型的判断
6．葡萄糖和脂肪是细胞呼吸常用的物质，葡萄糖中的氧含量远多于脂肪，科学研究中常用RQ(释放的CO2体积/消耗的O2体积)来推测生物的呼吸方式和用于呼吸的能源物质。下列叙述错误的是( )
A．水淹时植物根细胞的RQ>1，该植物根细胞呼吸的产物可能有酒精
B．若测得酵母菌在葡萄糖培养液中的RQ＝1，说明进行的是有氧呼吸
C．若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，该植物种子可能富含脂肪
D．人体在剧烈运动的时候，若呼吸底物只有葡萄糖，RQ会大于1
答案 D
解析 水淹时，根细胞可进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，释放的CO2体积/消耗的O2体积会大于1，A正确；酵母菌既可以进行有氧呼吸，又可以进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，在葡萄糖培养液中RQ＝1，说明消耗的氧气与产生CO2一样多，则酵母菌进行的是有氧呼吸，B正确；由于相同质量的脂肪氧化分解时，消耗的氧气量大于产生的CO2的量，若呼吸底物为葡萄糖，则有氧呼吸消耗的氧气和产生的CO2一样多。所以若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，说明该植物种子可能富含脂肪，C正确；人体在剧烈运动的时候，既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸，但无氧呼吸的产物是乳酸，若呼吸底物只有葡萄糖，则有氧呼吸消耗的氧气和产生的CO2一样多，故RQ＝1，D错误。
7．将苹果储藏在密闭容器中，较长时间后会闻到酒香。当通入不同浓度的O2时，其O2的消耗量和CO2的产生量如下表所示(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列叙述错误的是( )
A.氧浓度为a时，苹果的细胞呼吸只在细胞质基质中进行
B．氧浓度为c时，苹果产生酒精的速率为0.6 ml·min－1
C．氧浓度为d时，消耗的葡萄糖中有1/4用于酒精发酵
D．表中5个氧浓度条件下，氧浓度为b时，较适宜苹果的储藏
答案 C
解析 氧浓度为d时，有氧呼吸与无氧呼吸CO2产生速率分别为1.2 ml·min－1和0.4 ml·min－1，消耗葡萄糖之比为1∶1，即有1/2的葡萄糖用于酒精发酵，C错误。
8．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细胞呼吸，实验设计如下。关闭活栓后，U形管右侧液面高度变化反映瓶中气体体积变化，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气体体积变化)。下列有关说法错误的是( )
A．甲组右侧液面高度变化，表示的是微生物细胞呼吸时O2的消耗量
B．乙组右侧液面高度变化，表示的是微生物细胞呼吸时CO2释放量和O2消耗量之间的差值
C．甲组右侧液面升高，乙组右侧液面高度不变，说明微生物可能只进行有氧呼吸
D．甲组右侧液面高度不变，乙组右侧液面高度下降，说明微生物进行乳酸发酵
答案 D
解析 甲组右侧液面高度不变，说明微生物不消耗氧气，即进行无氧呼吸，乙组右侧液面高度下降，说明二氧化碳的释放量大于氧气的消耗量，因此微生物进行酒精发酵，不是乳酸发酵，D错误。
重温高考 真题演练
1．(2021·广东，9改编)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列叙述正确的是( )
A．培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2
C．用甲紫溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
答案 D
2．(2019·全国Ⅲ，4)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
答案 A
解析 种子在黑暗中萌发得到黄化苗，该过程中细胞代谢增强，呼吸强度增加，由于整个过程中不能进行光合作用，而且细胞呼吸需要消耗有机物，所以有机物总量减少。
3．(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，消耗等量的葡萄糖产生的NADH比正常细胞少，D项正确。
4．(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 马铃薯块茎细胞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。
5．(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＋6O2eq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量，无氧呼吸的反应式为C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量或C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3＋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。
一、易错辨析
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胀袋现象是由于乳酸菌无氧呼吸产生的气体造成的( × )
二、填空默写
1．(必修1 P93)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．请书写有氧呼吸和无氧呼吸的反应式。
(1)有氧呼吸：C6H12O6＋6H2O＋6O2eq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量。
(2)产酒精的无氧呼吸：C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。
(3)产乳酸的无氧呼吸：C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
课时精练
一、选择题
1．(2022·济南高三模拟)为探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学用有关材料设计如图所示的装置，A瓶注入煮沸的质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液1 L；B、C瓶注入未经煮沸的质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液1 L；向A、B瓶中加入等量的酵母菌培养液，C瓶中不加入酵母菌培养液；向A瓶中注入液体石蜡；3个瓶中放入温度计，并用棉团塞住瓶口，以固定温度计并保证保温瓶通气。下列有关说法错误的是( )
A．A瓶中的溶液煮沸并注入液体石蜡油的主要目的是杀死杂菌
B．24 h后温度计的读数B＞A＞C，说明了酵母菌既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸
C．倒掉石蜡油，闻一闻A瓶内有酒味，说明酵母菌无氧呼吸时能产生酒精
D．C瓶是对照组，A、B瓶是实验组
答案 A
解析 A瓶中的溶液煮沸并注入液体石蜡油的主要目的是保证无氧条件，故A错误。
2．如图是酵母菌呼吸作用实验示意图，下列相关叙述正确的是( )
A．条件X下，ATP的产生只发生在葡萄糖→丙酮酸的过程中
B．条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生CO2和H2O
C．试剂甲为溴麝香草酚蓝溶液，与酒精反应产生的现象是溶液变成灰绿色
D．物质a产生的场所仅为线粒体基质
答案 A
3．(2022·松原市高三期末)“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。图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。下列说法错误的是( )
A．a、b和c运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸同时存在
B．运动强度≥b后，肌肉细胞CO2的产生量将大于O2的消耗量
C．无氧呼吸释放的能量大部分以热能散失，其余储存在ATP中
D．若运动强度长时间超过c，会因乳酸增加而使肌肉酸胀乏力
答案 B
解析 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，运动强度≥b后也一样，B错误。
4．微生物一般只有一条无氧呼吸途径，研究者将乳酸脱氢酶基因导入普通酵母，并选取普通酵母和转基因酵母分别在培养液中进行培养与相关检测，证明转基因酵母具有两条无氧呼吸途径，可同时产生乙醇和乳酸。下列说法错误的是( )
A．实验中普通酵母和转基因酵母都在无氧条件下培养
B．只有普通酵母培养液能使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色
C．转基因酵母组培养液的pH小于普通酵母组
D．无论哪种呼吸途径，其呼吸作用第一阶段的场所及产物都相同
答案 B
解析 使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色的物质是酒精，而普通酵母和转基因酵母都能产生酒精，B错误。
5．下图为细胞内葡萄糖分解的过程图，细胞色素c(Cytc)是位于线粒体内膜上参与细胞呼吸的多肽。正常情况下，外源性Cytc不能通过细胞膜进入细胞，但在缺氧时，细胞膜的通透性增加，外源性Cytc便能进入细胞及线粒体内，提高氧的利用率。若给相对缺氧条件下培养的人体肌细胞补充外源性Cytc，下列相关分析中正确的是( )
A．补充外源性Cytc会导致细胞质基质中[H]的增多
B．Cytc在临床上可用于组织细胞缺氧急救的辅助治疗
C．进入线粒体的外源性Cytc参与②过程中生成CO2的反应
D．进入线粒体的外源性Cytc促进②③过程
答案 B
解析 Cytc促进[H]的消耗，故细胞质基质中[H]将减少，A错误；外源性Cytc可进入线粒体内膜上参与有氧呼吸第三阶段，该阶段生成水，而CO2产生于线粒体基质，C错误；缺氧条件下补充外源性Cytc后会促进细胞有氧呼吸②过程，不能促进③过程，D错误。
6．体检项目之一：受试人口服13C标记的尿素胶囊，一段时间后，吹气。若被检者呼出的CO2中含有13C的13CO2达到一定值，则该被检者为幽门螺杆菌的感染者(幽门螺杆菌主要寄生于人体胃中，产脲酶，脲酶催化尿素分解为NH3和CO2)。下列推测正确的是( )
A．感染者呼出的13CO2是由幽门螺杆菌呼吸作用产生的
B．感染者呼出的13CO2是由人体细胞呼吸作用产生的
C．细胞中内质网上的核糖体合成脲酶
D．感染者胃部组织有NH3的产生
答案 D
解析 幽门螺杆菌以及人体细胞呼吸作用产生的CO2来自呼吸作用的底物葡萄糖，尿素不是它们的呼吸底物，所以幽门螺杆菌以及人体细胞呼吸作用产生的CO2均不含13C标记，A、B错误；根据上述分析，幽门螺杆菌能够产生脲酶，脲酶在幽门螺杆菌的核糖体中合成，C错误。
7．乳酸脱氢酶能催化丙酮酸和NADH生成乳酸和NAD＋。它是由两种肽链以任意比例组合形成的四聚体(四条肽链)，在结构上有多个类型，广泛存在于人体不同组织中。下列说法正确的是( )
A．骨骼肌细胞内乳酸脱氢酶的含量明显高于正常血浆中的含量
B．丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下转化成乳酸的同时生成少量ATP
C．乳酸脱氢酶的四聚体肽链的组合类型最多有4种
D．不同结构的乳酸脱氢酶能催化同一种反应，说明该类酶不具专一性
答案 A
解析 乳酸脱氢酶能催化丙酮酸和NADH生成乳酸和NAD＋，参与无氧呼吸的第二阶段，而骨骼肌细胞无氧呼吸强度高于正常血浆中的细胞，因此骨骼肌细胞内乳酸脱氢酶的含量明显高于正常血浆中的含量，A正确；丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下转化成乳酸的过程属于无氧呼吸的第二阶段，无氧呼吸的第二阶段没有能量的释放，不能生成ATP，B错误；乳酸脱氢酶是由两种肽链以任意比例组合形成的四聚体(四条肽链)，其比例可以为0∶4、1∶3、2∶2、3∶1、4∶0，共有5种，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应，不同结构的乳酸脱氢酶属于同一类酶，仍然能说明该类酶具有专一性，D错误。
8．某兴趣小组利用小鼠的小肠上皮细胞设计了如图实验：广口瓶内盛有某适宜浓度的葡萄糖溶液以及生活的小肠上皮细胞，溶液中含细胞生活必需的物质(浓度影响忽略不计)。实验初期，毛细玻璃管内的红色液滴向左缓缓移动。下列说法错误的是( )
A．装置内O2含量变化是引起红色液滴移动的直接原因
B．随实验时间的延长，红色液滴可能相继出现不再移动和向右移动的情况
C．若换用等质量的小鼠成熟红细胞为实验材料，实验现象是不相同的
D．增设添加呼吸抑制剂的实验组，可探究小肠上皮细胞吸收葡萄糖是否消耗能量
答案 B
解析 小肠上皮细胞进行有氧呼吸消耗氧气产生二氧化碳，KOH溶液能吸收二氧化碳，使瓶内气压减小，引起红色液滴左移，A正确；随实验时间的延长，当氧气耗尽之后，小肠上皮细胞进行无氧呼吸，产物只有乳酸，瓶内气压不变，红色液滴不再移动，不会出现向右移动的情况，B错误；小鼠成熟红细胞无线粒体，只进行无氧呼吸，液滴不移动，而小肠上皮细胞的实验现象是液滴先左移再不动，C正确；增设添加呼吸抑制剂的实验组，细胞呼吸减弱，能量供应不足，检测溶液中葡萄糖浓度是否有变化，可探究小肠上皮细胞吸收葡萄糖是否消耗能量，D正确。
9．下图为植物有氧呼吸的主呼吸链及其分支途径——交替呼吸途径的部分机理。交替呼吸途径是在交替氧化酶(AOX)的参与下完成的，该过程不发生H＋跨膜运输(“泵”出质子)过程，故不能形成驱动ATP合成的膜质子(H＋)势差。下列有关分析不正确的是( )
A．膜蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都可以作为H＋转运的载体
B．合成ATP的能量直接来源于H＋逆浓度跨膜运输
C．AOX主要分布于线粒体内膜，可催化水的生成
D．AOX可使呼吸释放的能量更多的以热能形式散失
答案 B
解析 H＋逆浓度跨膜运输，消耗能量，不能为ATP的合成提供能量，B错误；在线粒体内膜上发生的反应是[H]＋O2→H2O，故推测AOX主要分布于线粒体内膜，可催化水的生成，C正确；交替呼吸途径不发生H＋跨膜运输，故不能形成驱动ATP合成的膜质子(H＋)势差，因此推测AOX可使呼吸释放的能量更多的以热能形式散失，D正确。
10．耐力性运动一般指机体每次进行30 min以上的低、中等强度的有氧运动，如游泳、慢跑、骑行等。研究表明，耐力性运动能使线粒体数量发生适应性改变，是预防冠心病和肥胖的关键因素；缺氧会导致肌纤维线粒体碎片化，ATP合成量减少约50%，而Drp1是保证线粒体正常分裂的重要蛋白。下图表示相关测量数据。下列相关叙述正确的是( )
A．葡萄糖彻底氧化分解为二氧化碳和水是在线粒体内膜上完成的
B．耐力性运动训练的时间与肌纤维中线粒体的数量成正比例关系
C．Drp1分子磷酸化降低导致线粒体结构损伤，使ATP合成大量减少
D．坚持每周3～5天进行至少30 min的耐力运动，有助于提高肌纤维的功能
答案 D
解析 葡萄糖彻底氧化分解的产物为二氧化碳和水，场所是细胞质基质和线粒体，A错误；由题图分析可知，5周内耐力性运动训练的时间与肌纤维中线粒体的数量成正比例关系，超过5周继续耐力训练，线粒体的数量并不会明显增加，B错误。
11．通过对氧气传感机制的研究发现，当人体细胞处于氧气不足状态时，会合成肽链HIF-1α，并与另一肽链HIF-1β组装为蛋白质HIF-1，HIF-1诱导肾脏产生促红细胞生成素(EPO)，EPO促进人体产生更多新生血管和红细胞，以携带更多的氧气供应组织细胞；当氧气充足时，部分HIF-1被降解，EPO数量降低。下列相关叙述正确的是( )
A．氧气在线粒体基质中与NADPH结合生成水，并释放大量能量
B．剧烈运动时，人体细胞的氧气感应控制机制可抑制EPO的产生
C．慢性肾衰竭患者通常EPO减少，容易患有严重贫血
D．EPO可促进骨髓中红细胞持续分裂和分化
答案 C
解析 在线粒体内膜上进行的是有氧呼吸的第三阶段，氧气与NADH(还原型辅酶Ⅰ)结合生成水，并释放大量能量，A错误；人体在剧烈运动时，肌肉中的氧气感应控制的适应性过程可产生EPO，EPO促进人体产生大量新生血管和红细胞，以携带更多的氧气供应组织细胞，B错误；根据题干信息“HIF-1诱导肾脏产生促红细胞生成素(EPO)，EPO促进人体产生更多新生血管和红细胞”可知，慢性肾衰竭患者通常会因EPO减少而患有严重贫血，C正确；EPO可促进骨髓中造血干细胞的分裂和分化，D错误。
二、非选择题
12．科学家研究发现，细胞内脂肪的合成与有氧呼吸过程有关，机理如图1所示。
(1)据图1可知，蛋白A位于________(细胞器)膜上，Ca2＋进入该细胞器腔内的方式是________________________________________________________________________。
Ca2＋在线粒体基质中参与调控有氧呼吸的____________________________________阶段反应，进而影响脂肪合成。
(2)脂肪在脂肪细胞中以大小不一的脂滴存在，据此推测包裹脂肪的脂滴膜最可能由_______________________________________________________________________(填“单”或“双”)层磷脂分子构成。
(3)棕色脂肪组织细胞内含有大量线粒体，其线粒体内膜含有UCP2蛋白，如图2所示。一般情况下H＋通过F0F1－ATP合成酶流至线粒体基质，驱动ADP形成ATP，当棕色脂肪细胞被激活时，H＋还可通过UCP2蛋白漏至线粒体基质，此时线粒体内膜上ATP的合成速率将________________________________________________________________________，
有氧呼吸释放的能量中________能所占比例明显增大，利于御寒。
(4)蛋白S基因突变后，细胞中脂肪合成减少的原因可能是______________________
_________________________________________________________________________。
答案 (1)内质网 主动运输 第二 (2)单 (3)降低 热 (4)钙离子吸收减少，丙酮酸生成柠檬酸受阻，柠檬酸减少
13．下图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题：
(1)酵母菌细胞内丙酮酸在__________________(填场所)被消耗，从能量转化角度分析，丙酮酸在不同场所被分解时有什么不同？________________________________________。
(2)酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取________(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的______________________________________________________________________进行检测。
(3)按照上述实验过程，观察到______________，说明(2)中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如下图2所示的转运过程，NADH在线粒体内积累，苹果酸的转运即会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。请结合以上信息解释O2会抑制酵母菌产生酒精的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒，结合图1和图2分析，是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成________________(填“酶1”“酶2”或“酶3”)的基因发生突变而产生的新品种。
答案 (1)细胞质基质和线粒体基质 细胞质基质中分解丙酮酸释放的能量不能用于合成ATP，但在线粒体基质中分解丙酮酸释放的能量可用于合成ATP (2)上清液 酸性的重铬酸钾溶液 (3)甲、乙试管都显灰绿色 O2充足时，线粒体内的NADH与O2结合产生水，从而促进线粒体内苹果酸的分解，进而促进苹果酸向线粒体的转运过程，当细胞质基质中的苹果酸浓度较低时，促进了细胞质基质中NADH的消耗，使得细胞质基质中NADH含量很少，NADH的缺少导致丙酮酸不能转化成酒精(或氧气存在时，线粒体大量消耗NADH，导致细胞质基质中缺乏NADH) (4)酶3
解析 (2)由题图可知，酶1催化丙酮酸分解为酒精和二氧化碳，说明酶1位于细胞质基质，所以酵母菌破碎后高速离心，取上清液(主要成分是细胞质基质，含有酶1)分为甲、乙两组，一段时间后在两支试管加入等量葡萄糖，向甲试管通入O2，所以甲是实验组，乙是对照组。一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的酸性的重铬酸钾溶液进行检测。若甲试管由橙色变灰绿色即产生了酒精，说明O2对酶1没有抑制作用，如果甲试管不变色，说明O2对酶1有抑制作用。(4)结合图1和图2分析，O2存在时，酶3催化有氧呼吸第三阶段，如果通过物理或化学诱变因素诱导控制合成酶3的基因发生突变，O2不能与线粒体NADH反应，NADH积累，苹果酸的转运会被抑制，细胞质基质的NADH就会在酶1的催化下合成酒精。条件
澄清石灰水的变化/出现变化的快慢
重铬酸钾的浓硫酸溶液
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
提醒 有氧呼吸的场所并非只是线粒体；真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质和细胞膜上进行。
第一阶段
葡萄糖eq \(――→,\s\up7(酶))丙酮酸＋[H]＋少量能量
第二阶段
产酒精
[H]＋丙酮酸eq \(――→,\s\up7(酶))酒精＋CO2
大多数植物、酵母菌等
产乳酸
[H]＋丙酮酸eq \(――→,\s\up7(酶))乳酸
高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、乳酸菌等
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
思考 ①为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理。
②若选用绿色植物作实验材料，测定细胞呼吸速率，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
氧浓度/%
a
b
c
d
e
CO2产生速率/(ml·min－1)
1.2
1.0
1.3
1.6
3.0
O2消耗速率/(ml·min－1)
0
0.5
0.7
1.2
3.0
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验材料
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产生的多少的装置如图所示。
(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
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)在有氧条件下产生大量CO2，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。
(1)源于必修1 P91：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
(2)源于必修1 P92“科学方法”：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。
考向 探究酵母菌的呼吸方式
1．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 在有氧呼吸的过程中，每消耗1 ml的葡萄糖就会消耗6 ml O2，同时产生6 ml CO2，在无氧呼吸过程中，每消耗1 ml的葡萄糖，会产生2 ml 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。
2．为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。下列有关分析错误的是( )
A．t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B．t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C．若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D．实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
答案 C
解析 在t1→t2时刻，单位时间内氧气的减少速率越来越慢，说明酵母菌的有氧呼吸速率不断下降，A正确；t3时刻，培养液中氧气的含量不再发生变化，说明酵母菌基本不再进行有氧呼吸，此时主要进行无氧呼吸，t1和t3产生CO2的速率基本相同，因此t3时，溶液中消耗葡萄糖的速率比t1时快，B正确；图示所给温度是最适温度，此时酶的活性最高，反应速率最快，因此若降低温度，氧气相对含量达到稳定时所需要的时间会变长，C错误；据图可知，酵母菌进行了无氧呼吸，无氧呼吸过程会产生酒精，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应后变成灰绿色，D正确。
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)写出有氧呼吸总反应式(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。
2．无氧呼吸
(1)概念：无氧呼吸是指细胞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：全过程都是在细胞质基质中进行的。
(3)过程
(4)产物不同的原因
①直接原因：酶不同。
②根本原因：基因不同或基因的选择性表达。
(1)源于必修1 P93“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。
(2)源于必修1 P94“相关信息”：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。
(3)源于必修1 P94“小字部分”：蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
(4)源于必修1 P96“思维训练”：科学家就线粒体的起源，提出了一种解释：有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，二者在共同繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
3．有氧呼吸与无氧呼吸中[H]和ATP的来源和去路
(1)有氧呼吸过程中的[H]、ATP的来源和去路
(2)无氧呼吸过程中的[H]、ATP的来源和去路
无氧呼吸中的[H]和ATP都是在第一阶段产生的，场所是细胞质基质。其中[H]在第二阶段被全部消耗。
4．细胞呼吸方式的判断(以真核生物以例)
(1)依据反应方程式和发生场所判断
(2)通过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结果与结论
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 细胞呼吸过程的综合分析
3．(2022·济南市高三模拟)线粒体呼吸链主要由线粒体呼吸链酶组成，由于线粒体中需要经呼吸链氧化和电子传递的主要是NADH和FADH2，所以可将呼吸链分为NADH氧化呼吸链和FADH2氧化呼吸链，下图是这两条呼吸链相关路径。据图分析以下说法不正确的是( )
A．线粒体内膜向内折叠形成嵴，为细胞色素还原酶、细胞色素氧化酶等酶的附着提供了场所
B．NADH在有氧呼吸的前两个阶段产生，在第三阶段消耗
C．细胞呼吸产生的NADH和光合作用产生的NADPH都可用于还原O2
D．辅酶Q参与细胞的有氧呼吸过程，与ATP的形成关系密切
答案 C
解析 光合作用产生的NADPH只能用于光合作用的暗反应，而不能用于还原氧气，C错误。
4．罗哌卡因能抑制甲状腺癌细胞线粒体基质中的H＋(NADH等分解产生)向线粒体膜间隙转运，降低线粒体内膜两侧的H＋浓度差，从而抑制线粒体ATP的合成，促进癌细胞凋亡。下列相关叙述错误的是( )
A．有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
B．线粒体内膜两侧的H＋浓度差驱动ATP合成
C．罗哌卡因能促进线粒体对氧气的利用
D．罗哌卡因可通过抑制蛋白质的功能从而抑制H＋的运输
答案 C
解析 结合题干信息分析可知，罗哌卡因能抑制有氧呼吸第三阶段ATP的合成，因此应该是抑制了线粒体对氧气的利用，C错误。
5．与传统的水稻、小麦等粮食作物相比，玉米具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性以及极好的环境适应性。玉米的营养价值较高，是优良的粮食作物。下图是玉米不同部位的部分细胞呼吸流程图，下列相关叙述正确的是( )
A．晴朗夏季的中午，玉米叶肉细胞产生的物质b只可参与光合作用
B．人体细胞中也可产生物质c，c进入血浆后，血浆pH也会基本稳定
C．被水淹的玉米根进行细胞呼吸时葡萄糖中的能量只有2个去路
D．检测酒精时，试剂甲可以是溶有重铬酸钾的盐酸溶液
答案 B
解析 由题图可推知，物质a为CO2，物质b为水，晴朗夏季的中午，玉米叶肉细胞可进行光合作用，发生水的光解，也可进行细胞呼吸，水在有氧呼吸第二阶段参与反应，A错误；检测酒精时，试剂甲可以是溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液，不能用盐酸溶液代替浓硫酸溶液，D错误。
考向二 细胞呼吸类型的判断
6．葡萄糖和脂肪是细胞呼吸常用的物质，葡萄糖中的氧含量远多于脂肪，科学研究中常用RQ(释放的CO2体积/消耗的O2体积)来推测生物的呼吸方式和用于呼吸的能源物质。下列叙述错误的是( )
A．水淹时植物根细胞的RQ>1，该植物根细胞呼吸的产物可能有酒精
B．若测得酵母菌在葡萄糖培养液中的RQ＝1，说明进行的是有氧呼吸
C．若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，该植物种子可能富含脂肪
D．人体在剧烈运动的时候，若呼吸底物只有葡萄糖，RQ会大于1
答案 D
解析 水淹时，根细胞可进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，释放的CO2体积/消耗的O2体积会大于1，A正确；酵母菌既可以进行有氧呼吸，又可以进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，在葡萄糖培养液中RQ＝1，说明消耗的氧气与产生CO2一样多，则酵母菌进行的是有氧呼吸，B正确；由于相同质量的脂肪氧化分解时，消耗的氧气量大于产生的CO2的量，若呼吸底物为葡萄糖，则有氧呼吸消耗的氧气和产生的CO2一样多。所以若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，说明该植物种子可能富含脂肪，C正确；人体在剧烈运动的时候，既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸，但无氧呼吸的产物是乳酸，若呼吸底物只有葡萄糖，则有氧呼吸消耗的氧气和产生的CO2一样多，故RQ＝1，D错误。
7．将苹果储藏在密闭容器中，较长时间后会闻到酒香。当通入不同浓度的O2时，其O2的消耗量和CO2的产生量如下表所示(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列叙述错误的是( )
A.氧浓度为a时，苹果的细胞呼吸只在细胞质基质中进行
B．氧浓度为c时，苹果产生酒精的速率为0.6 ml·min－1
C．氧浓度为d时，消耗的葡萄糖中有1/4用于酒精发酵
D．表中5个氧浓度条件下，氧浓度为b时，较适宜苹果的储藏
答案 C
解析 氧浓度为d时，有氧呼吸与无氧呼吸CO2产生速率分别为1.2 ml·min－1和0.4 ml·min－1，消耗葡萄糖之比为1∶1，即有1/2的葡萄糖用于酒精发酵，C错误。
8．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细胞呼吸，实验设计如下。关闭活栓后，U形管右侧液面高度变化反映瓶中气体体积变化，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气体体积变化)。下列有关说法错误的是( )
A．甲组右侧液面高度变化，表示的是微生物细胞呼吸时O2的消耗量
B．乙组右侧液面高度变化，表示的是微生物细胞呼吸时CO2释放量和O2消耗量之间的差值
C．甲组右侧液面升高，乙组右侧液面高度不变，说明微生物可能只进行有氧呼吸
D．甲组右侧液面高度不变，乙组右侧液面高度下降，说明微生物进行乳酸发酵
答案 D
解析 甲组右侧液面高度不变，说明微生物不消耗氧气，即进行无氧呼吸，乙组右侧液面高度下降，说明二氧化碳的释放量大于氧气的消耗量，因此微生物进行酒精发酵，不是乳酸发酵，D错误。
重温高考 真题演练
1．(2021·广东，9改编)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列叙述正确的是( )
A．培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2
C．用甲紫溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
答案 D
2．(2019·全国Ⅲ，4)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
答案 A
解析 种子在黑暗中萌发得到黄化苗，该过程中细胞代谢增强，呼吸强度增加，由于整个过程中不能进行光合作用，而且细胞呼吸需要消耗有机物，所以有机物总量减少。
3．(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，消耗等量的葡萄糖产生的NADH比正常细胞少，D项正确。
4．(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 马铃薯块茎细胞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。
5．(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＋6O2eq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量，无氧呼吸的反应式为C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量或C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3＋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。
一、易错辨析
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胀袋现象是由于乳酸菌无氧呼吸产生的气体造成的( × )
二、填空默写
1．(必修1 P93)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．请书写有氧呼吸和无氧呼吸的反应式。
(1)有氧呼吸：C6H12O6＋6H2O＋6O2eq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量。
(2)产酒精的无氧呼吸：C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。
(3)产乳酸的无氧呼吸：C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
课时精练
一、选择题
1．(2022·济南高三模拟)为探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学用有关材料设计如图所示的装置，A瓶注入煮沸的质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液1 L；B、C瓶注入未经煮沸的质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液1 L；向A、B瓶中加入等量的酵母菌培养液，C瓶中不加入酵母菌培养液；向A瓶中注入液体石蜡；3个瓶中放入温度计，并用棉团塞住瓶口，以固定温度计并保证保温瓶通气。下列有关说法错误的是( )
A．A瓶中的溶液煮沸并注入液体石蜡油的主要目的是杀死杂菌
B．24 h后温度计的读数B＞A＞C，说明了酵母菌既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸
C．倒掉石蜡油，闻一闻A瓶内有酒味，说明酵母菌无氧呼吸时能产生酒精
D．C瓶是对照组，A、B瓶是实验组
答案 A
解析 A瓶中的溶液煮沸并注入液体石蜡油的主要目的是保证无氧条件，故A错误。
2．如图是酵母菌呼吸作用实验示意图，下列相关叙述正确的是( )
A．条件X下，ATP的产生只发生在葡萄糖→丙酮酸的过程中
B．条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生CO2和H2O
C．试剂甲为溴麝香草酚蓝溶液，与酒精反应产生的现象是溶液变成灰绿色
D．物质a产生的场所仅为线粒体基质
答案 A
3．(2022·松原市高三期末)“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。图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。下列说法错误的是( )
A．a、b和c运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸同时存在
B．运动强度≥b后，肌肉细胞CO2的产生量将大于O2的消耗量
C．无氧呼吸释放的能量大部分以热能散失，其余储存在ATP中
D．若运动强度长时间超过c，会因乳酸增加而使肌肉酸胀乏力
答案 B
解析 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，运动强度≥b后也一样，B错误。
4．微生物一般只有一条无氧呼吸途径，研究者将乳酸脱氢酶基因导入普通酵母，并选取普通酵母和转基因酵母分别在培养液中进行培养与相关检测，证明转基因酵母具有两条无氧呼吸途径，可同时产生乙醇和乳酸。下列说法错误的是( )
A．实验中普通酵母和转基因酵母都在无氧条件下培养
B．只有普通酵母培养液能使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色
C．转基因酵母组培养液的pH小于普通酵母组
D．无论哪种呼吸途径，其呼吸作用第一阶段的场所及产物都相同
答案 B
解析 使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色的物质是酒精，而普通酵母和转基因酵母都能产生酒精，B错误。
5．下图为细胞内葡萄糖分解的过程图，细胞色素c(Cytc)是位于线粒体内膜上参与细胞呼吸的多肽。正常情况下，外源性Cytc不能通过细胞膜进入细胞，但在缺氧时，细胞膜的通透性增加，外源性Cytc便能进入细胞及线粒体内，提高氧的利用率。若给相对缺氧条件下培养的人体肌细胞补充外源性Cytc，下列相关分析中正确的是( )
A．补充外源性Cytc会导致细胞质基质中[H]的增多
B．Cytc在临床上可用于组织细胞缺氧急救的辅助治疗
C．进入线粒体的外源性Cytc参与②过程中生成CO2的反应
D．进入线粒体的外源性Cytc促进②③过程
答案 B
解析 Cytc促进[H]的消耗，故细胞质基质中[H]将减少，A错误；外源性Cytc可进入线粒体内膜上参与有氧呼吸第三阶段，该阶段生成水，而CO2产生于线粒体基质，C错误；缺氧条件下补充外源性Cytc后会促进细胞有氧呼吸②过程，不能促进③过程，D错误。
6．体检项目之一：受试人口服13C标记的尿素胶囊，一段时间后，吹气。若被检者呼出的CO2中含有13C的13CO2达到一定值，则该被检者为幽门螺杆菌的感染者(幽门螺杆菌主要寄生于人体胃中，产脲酶，脲酶催化尿素分解为NH3和CO2)。下列推测正确的是( )
A．感染者呼出的13CO2是由幽门螺杆菌呼吸作用产生的
B．感染者呼出的13CO2是由人体细胞呼吸作用产生的
C．细胞中内质网上的核糖体合成脲酶
D．感染者胃部组织有NH3的产生
答案 D
解析 幽门螺杆菌以及人体细胞呼吸作用产生的CO2来自呼吸作用的底物葡萄糖，尿素不是它们的呼吸底物，所以幽门螺杆菌以及人体细胞呼吸作用产生的CO2均不含13C标记，A、B错误；根据上述分析，幽门螺杆菌能够产生脲酶，脲酶在幽门螺杆菌的核糖体中合成，C错误。
7．乳酸脱氢酶能催化丙酮酸和NADH生成乳酸和NAD＋。它是由两种肽链以任意比例组合形成的四聚体(四条肽链)，在结构上有多个类型，广泛存在于人体不同组织中。下列说法正确的是( )
A．骨骼肌细胞内乳酸脱氢酶的含量明显高于正常血浆中的含量
B．丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下转化成乳酸的同时生成少量ATP
C．乳酸脱氢酶的四聚体肽链的组合类型最多有4种
D．不同结构的乳酸脱氢酶能催化同一种反应，说明该类酶不具专一性
答案 A
解析 乳酸脱氢酶能催化丙酮酸和NADH生成乳酸和NAD＋，参与无氧呼吸的第二阶段，而骨骼肌细胞无氧呼吸强度高于正常血浆中的细胞，因此骨骼肌细胞内乳酸脱氢酶的含量明显高于正常血浆中的含量，A正确；丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下转化成乳酸的过程属于无氧呼吸的第二阶段，无氧呼吸的第二阶段没有能量的释放，不能生成ATP，B错误；乳酸脱氢酶是由两种肽链以任意比例组合形成的四聚体(四条肽链)，其比例可以为0∶4、1∶3、2∶2、3∶1、4∶0，共有5种，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应，不同结构的乳酸脱氢酶属于同一类酶，仍然能说明该类酶具有专一性，D错误。
8．某兴趣小组利用小鼠的小肠上皮细胞设计了如图实验：广口瓶内盛有某适宜浓度的葡萄糖溶液以及生活的小肠上皮细胞，溶液中含细胞生活必需的物质(浓度影响忽略不计)。实验初期，毛细玻璃管内的红色液滴向左缓缓移动。下列说法错误的是( )
A．装置内O2含量变化是引起红色液滴移动的直接原因
B．随实验时间的延长，红色液滴可能相继出现不再移动和向右移动的情况
C．若换用等质量的小鼠成熟红细胞为实验材料，实验现象是不相同的
D．增设添加呼吸抑制剂的实验组，可探究小肠上皮细胞吸收葡萄糖是否消耗能量
答案 B
解析 小肠上皮细胞进行有氧呼吸消耗氧气产生二氧化碳，KOH溶液能吸收二氧化碳，使瓶内气压减小，引起红色液滴左移，A正确；随实验时间的延长，当氧气耗尽之后，小肠上皮细胞进行无氧呼吸，产物只有乳酸，瓶内气压不变，红色液滴不再移动，不会出现向右移动的情况，B错误；小鼠成熟红细胞无线粒体，只进行无氧呼吸，液滴不移动，而小肠上皮细胞的实验现象是液滴先左移再不动，C正确；增设添加呼吸抑制剂的实验组，细胞呼吸减弱，能量供应不足，检测溶液中葡萄糖浓度是否有变化，可探究小肠上皮细胞吸收葡萄糖是否消耗能量，D正确。
9．下图为植物有氧呼吸的主呼吸链及其分支途径——交替呼吸途径的部分机理。交替呼吸途径是在交替氧化酶(AOX)的参与下完成的，该过程不发生H＋跨膜运输(“泵”出质子)过程，故不能形成驱动ATP合成的膜质子(H＋)势差。下列有关分析不正确的是( )
A．膜蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都可以作为H＋转运的载体
B．合成ATP的能量直接来源于H＋逆浓度跨膜运输
C．AOX主要分布于线粒体内膜，可催化水的生成
D．AOX可使呼吸释放的能量更多的以热能形式散失
答案 B
解析 H＋逆浓度跨膜运输，消耗能量，不能为ATP的合成提供能量，B错误；在线粒体内膜上发生的反应是[H]＋O2→H2O，故推测AOX主要分布于线粒体内膜，可催化水的生成，C正确；交替呼吸途径不发生H＋跨膜运输，故不能形成驱动ATP合成的膜质子(H＋)势差，因此推测AOX可使呼吸释放的能量更多的以热能形式散失，D正确。
10．耐力性运动一般指机体每次进行30 min以上的低、中等强度的有氧运动，如游泳、慢跑、骑行等。研究表明，耐力性运动能使线粒体数量发生适应性改变，是预防冠心病和肥胖的关键因素；缺氧会导致肌纤维线粒体碎片化，ATP合成量减少约50%，而Drp1是保证线粒体正常分裂的重要蛋白。下图表示相关测量数据。下列相关叙述正确的是( )
A．葡萄糖彻底氧化分解为二氧化碳和水是在线粒体内膜上完成的
B．耐力性运动训练的时间与肌纤维中线粒体的数量成正比例关系
C．Drp1分子磷酸化降低导致线粒体结构损伤，使ATP合成大量减少
D．坚持每周3～5天进行至少30 min的耐力运动，有助于提高肌纤维的功能
答案 D
解析 葡萄糖彻底氧化分解的产物为二氧化碳和水，场所是细胞质基质和线粒体，A错误；由题图分析可知，5周内耐力性运动训练的时间与肌纤维中线粒体的数量成正比例关系，超过5周继续耐力训练，线粒体的数量并不会明显增加，B错误。
11．通过对氧气传感机制的研究发现，当人体细胞处于氧气不足状态时，会合成肽链HIF-1α，并与另一肽链HIF-1β组装为蛋白质HIF-1，HIF-1诱导肾脏产生促红细胞生成素(EPO)，EPO促进人体产生更多新生血管和红细胞，以携带更多的氧气供应组织细胞；当氧气充足时，部分HIF-1被降解，EPO数量降低。下列相关叙述正确的是( )
A．氧气在线粒体基质中与NADPH结合生成水，并释放大量能量
B．剧烈运动时，人体细胞的氧气感应控制机制可抑制EPO的产生
C．慢性肾衰竭患者通常EPO减少，容易患有严重贫血
D．EPO可促进骨髓中红细胞持续分裂和分化
答案 C
解析 在线粒体内膜上进行的是有氧呼吸的第三阶段，氧气与NADH(还原型辅酶Ⅰ)结合生成水，并释放大量能量，A错误；人体在剧烈运动时，肌肉中的氧气感应控制的适应性过程可产生EPO，EPO促进人体产生大量新生血管和红细胞，以携带更多的氧气供应组织细胞，B错误；根据题干信息“HIF-1诱导肾脏产生促红细胞生成素(EPO)，EPO促进人体产生更多新生血管和红细胞”可知，慢性肾衰竭患者通常会因EPO减少而患有严重贫血，C正确；EPO可促进骨髓中造血干细胞的分裂和分化，D错误。
二、非选择题
12．科学家研究发现，细胞内脂肪的合成与有氧呼吸过程有关，机理如图1所示。
(1)据图1可知，蛋白A位于________(细胞器)膜上，Ca2＋进入该细胞器腔内的方式是________________________________________________________________________。
Ca2＋在线粒体基质中参与调控有氧呼吸的____________________________________阶段反应，进而影响脂肪合成。
(2)脂肪在脂肪细胞中以大小不一的脂滴存在，据此推测包裹脂肪的脂滴膜最可能由_______________________________________________________________________(填“单”或“双”)层磷脂分子构成。
(3)棕色脂肪组织细胞内含有大量线粒体，其线粒体内膜含有UCP2蛋白，如图2所示。一般情况下H＋通过F0F1－ATP合成酶流至线粒体基质，驱动ADP形成ATP，当棕色脂肪细胞被激活时，H＋还可通过UCP2蛋白漏至线粒体基质，此时线粒体内膜上ATP的合成速率将________________________________________________________________________，
有氧呼吸释放的能量中________能所占比例明显增大，利于御寒。
(4)蛋白S基因突变后，细胞中脂肪合成减少的原因可能是______________________
_________________________________________________________________________。
答案 (1)内质网 主动运输 第二 (2)单 (3)降低 热 (4)钙离子吸收减少，丙酮酸生成柠檬酸受阻，柠檬酸减少
13．下图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题：
(1)酵母菌细胞内丙酮酸在__________________(填场所)被消耗，从能量转化角度分析，丙酮酸在不同场所被分解时有什么不同？________________________________________。
(2)酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取________(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的______________________________________________________________________进行检测。
(3)按照上述实验过程，观察到______________，说明(2)中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如下图2所示的转运过程，NADH在线粒体内积累，苹果酸的转运即会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。请结合以上信息解释O2会抑制酵母菌产生酒精的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒，结合图1和图2分析，是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成________________(填“酶1”“酶2”或“酶3”)的基因发生突变而产生的新品种。
答案 (1)细胞质基质和线粒体基质 细胞质基质中分解丙酮酸释放的能量不能用于合成ATP，但在线粒体基质中分解丙酮酸释放的能量可用于合成ATP (2)上清液 酸性的重铬酸钾溶液 (3)甲、乙试管都显灰绿色 O2充足时，线粒体内的NADH与O2结合产生水，从而促进线粒体内苹果酸的分解，进而促进苹果酸向线粒体的转运过程，当细胞质基质中的苹果酸浓度较低时，促进了细胞质基质中NADH的消耗，使得细胞质基质中NADH含量很少，NADH的缺少导致丙酮酸不能转化成酒精(或氧气存在时，线粒体大量消耗NADH，导致细胞质基质中缺乏NADH) (4)酶3
解析 (2)由题图可知，酶1催化丙酮酸分解为酒精和二氧化碳，说明酶1位于细胞质基质，所以酵母菌破碎后高速离心，取上清液(主要成分是细胞质基质，含有酶1)分为甲、乙两组，一段时间后在两支试管加入等量葡萄糖，向甲试管通入O2，所以甲是实验组，乙是对照组。一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的酸性的重铬酸钾溶液进行检测。若甲试管由橙色变灰绿色即产生了酒精，说明O2对酶1没有抑制作用，如果甲试管不变色，说明O2对酶1有抑制作用。(4)结合图1和图2分析，O2存在时，酶3催化有氧呼吸第三阶段，如果通过物理或化学诱变因素诱导控制合成酶3的基因发生突变，O2不能与线粒体NADH反应，NADH积累，苹果酸的转运会被抑制，细胞质基质的NADH就会在酶1的催化下合成酒精。条件
澄清石灰水的变化/出现变化的快慢
重铬酸钾的浓硫酸溶液
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
提醒 有氧呼吸的场所并非只是线粒体；真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质和细胞膜上进行。
第一阶段
葡萄糖eq \(――→,\s\up7(酶))丙酮酸＋[H]＋少量能量
第二阶段
产酒精
[H]＋丙酮酸eq \(――→,\s\up7(酶))酒精＋CO2
大多数植物、酵母菌等
产乳酸
[H]＋丙酮酸eq \(――→,\s\up7(酶))乳酸
高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、乳酸菌等
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
思考 ①为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理。
②若选用绿色植物作实验材料，测定细胞呼吸速率，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
氧浓度/%
a
b
c
d
e
CO2产生速率/(ml·min－1)
1.2
1.0
1.3
1.6
3.0
O2消耗速率/(ml·min－1)
0
0.5
0.7
1.2
3.0
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