2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块1第3单元第2讲　ATP与细胞呼吸


第2讲　ATP与细胞呼吸
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)。
2.细胞呼吸(Ⅱ)。
3.实验：探究酵母菌的呼吸方式。
1.生命观念——通过对ATP的结构和功能，细胞呼吸类型和过程的学习，建立起生命的物质与能量观和普遍联系的观点
2.理性思维——通过分析ATP的合成、利用过程及对细胞呼吸方式的判断，培养对问题进行推理，并做出合理判断的能力
3.科学探究——通过“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验，掌握对生物学问题进行初步探究的能力
考点一　ATP的结构、功能和利用

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升

1．ATP的结构概念图

2．ATP的合成与利用

3．ATP与ADP的相互转化(据图填表)

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
储存于形成的高能磷酸键中
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

易错整合，判断正误。
(1)ATP能在神经元线粒体的内膜上产生，神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP(全国卷Ⅰ，T1AD)(　√　)
(2)DNA与ATP中所含元素的种类相同(全国卷Ⅰ，T1A)(　√　)
(3)1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团(　×　)
(4)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行(四川卷，T1D)(　×　)
(5)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源(　×　)
(6)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　×　)
(7)在蛋白质合成过程中，ATP会转化为ADP(　√　)
(8)细胞代谢所需的ATP可在细胞质基质中产生(海南卷，T4D)(　√　)

下图为ATP的结构简图，请分析：

(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”？
(2)图示b、c、d所示化学键是否相同？其中最易断裂和重建的是哪一个？
(3)图示框e的名称是什么？它与DNA、RNA有何关系？
[提示](1)图示a处应为“—OH”，即该五碳糖为“核糖”。
(2)图示b为普通磷酸键，c、d则为高能磷酸键，其中d处的键最易断裂和重建。
(3)图示框e为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一，当发生逆转录时，它可与DNA链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对。


KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点


1．概括ATP与核苷酸的关系

2．理清ATP的合成、利用与细胞代谢的关系

3．明确ATP产生与O2间的关系


考向一　ATP的结构与功能
　例1　(2019·河北衡水高三生物)下列涉及ATP的相关叙述，错误的是(　D　)
A．苯和乙醇的跨膜运输都不需要消耗ATP
B．ATP中的A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成
C．细胞中ATP和ADP的相互转化的能量供应机制，是生物界的共性
D．葡萄糖和果糖合成蔗糖为放能反应，此反应正常进行需要ATP提供能量
[解析]　苯和乙醇通过自由扩散出入细胞，其跨膜运输都不需要消耗ATP，A项正确；ATP中的A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成，B项正确；所有生物均以ATP作为生命活动的直接能源物质，说明生物界具有统一性，C项正确；葡萄糖和果糖合成蔗糖为吸能反应，D项错误。

技巧点拨
ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义辨析

(1)ATP结构中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(2)DNA结构中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
(3)RNA结构中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
(4)核苷酸结构中的A为腺嘌呤。
可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。
〔对应训练〕
1．(2019·天津市六校高三期末)酶和ATP是细胞代谢过程中所需的两种重要的化合物，而细胞内还有与ATP结构类似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物，但ATP用途较为广泛。下列有关叙述中错误的是(　C　)
A．ATP的合成常伴随放能反应，而吸能反应通常伴随ATP的水解
B．UTP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物中有某些酶的基本组成单位
C．叶肉细胞细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体
D．唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程可使得ATP转化为ADP的速率加快
[解析]　ATP的合成常伴随放能反应，而吸能反应通常伴随ATP的水解，A项正确；UTP分子中高能磷酸键全部断裂后的产物中有尿嘧啶核糖核苷酸，尿嘧啶核糖核苷酸是构成RNA类酶的基本组成单位之一，B项正确；细胞质中消耗的ATP来自细胞呼吸，叶绿体中光反应产生的ATP只能用于暗反应，C项错误；唾液腺细胞分泌唾液淀粉酶的过程是一个需要消耗ATP的胞吐过程，故该过程可使得ATP转化为ADP的速率加快，D项正确。
考向二　ATP与ADP相互转化
　例2　(2019·三湘名校教育联盟高三第一次大联考)人在激烈运动的状态下，每分钟约有1.5 kg的ATP转化成ADP。下列叙述错误的是(　B　)
A．ATP与ADP相互转化的供能机制是生物界的共性
B．细胞内ATP与ADP的相互转化是可逆反应
C．能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通
D．活细胞中，ATP与ADP的相互转化时刻不停地进行
[解析]　细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性，A、D正确；ATP和ADP的转化中，能量不可逆，物质可逆，因此不是可逆反应，B错误；放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，C正确。

归纳总结
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：蛋白质合成
细胞核
消耗ATP：DNA复制、转录等
〔对应训练〕
2．(不定项选择题)如图是ATP中磷酸键逐级水解的过程图。据下图判断，有关叙述错误的是( ABD )

A．甲为ADP，大肠杆菌体内ATP→甲过程发生在线粒体中
B．催化丙→乙→甲过程的酶与酶3、酶2相同
C．酶1、酶2和酶3催化的反应均伴有能量释放，且乙→丙释放的能量最少
D．物质丙是构成RNA的基本组成物质之一
[解析]　图中甲为ADP，大肠杆菌是原核生物，细胞中没有线粒体，A错误；酶具有专一性，酶2和酶3分别是催化甲→乙和乙→丙的酶，催化丙→乙→甲过程的酶是另一种酶，它们不相同，B错误；物质丙为腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)，物质乙为腺嘌呤核糖核苷酸，物质乙是构成RNA的基本组成物质之一，D错误。
考点二　细胞呼吸的过程

ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升

1．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．细胞的有氧呼吸
(1)过程图解

(2)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

4．不同生物无氧呼吸产物


易错整合，判断正误。
(1)与风干前相比风干种子中细胞呼吸作用的强度高(2018·全国卷Ⅱ，4C)(　×　)
(2)与风干前相比风干种子中有机物的消耗减慢(2018·全国卷Ⅱ，4A)(　√　)
(3)“乳酸菌无氧呼吸的第二阶段需ATP水解提供能量”(2019·天津卷，2D)(　×　)
(4)破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧环境中(全国卷Ⅱ，3C)(　×　)

1．(必修1教材P94“小字内容及相关信息”改编)1 mol葡萄糖彻底氧化分解及分解成乳酸时分别释放多少能量？其中有多少能量储存于ATP中？两者有何差异及共性？热能散失是否是能源浪费？
[提示]1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放的能量是2 870 kJ，其中有1 161 kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。而1 mol葡萄糖分解成乳酸时释放196.65 kJ的能量其中有61.08 kJ左右转移至ATP中，两者的共性是多数能量以热能形式散失，差异是彻底氧化分解释放能量较多，热能散失是维持体温所必需的，并非能源浪费。
2．(教材P95“旁栏思考题”改编)用酵母菌酿制的葡萄酒，其酒精度为何只能维持在12%～16%?
[提示]一般来说，如果无氧呼吸产生的乳酸或酒精过多，会对细胞产生毒害。酵母菌在无氧以及其他条件适合的情况下，随着发酵产物(如酒精)的增多，营养物质的减少以及pH发生变化等的影响，它的繁殖速率逐渐下降，死亡率逐渐上升，酒精发酵最终就会停止，故葡萄酒的酒精度不会继续上升。

KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点

1．过程图解

2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较

有氧呼吸
无氧呼吸
区别
场所
细胞质基质和线粒体
细胞质基质
条件
氧气，多种酶
无氧气，多种酶
物质变化
葡萄糖彻底氧化分解，生成CO2和H2O
葡萄糖分解不彻底，生成乳酸或酒精和CO2
能量变化
释放大量能量，产生大量ATP
释放少量能量，产生少量ATP
特点
受O2和温度等因素的影响
有氧气存在时，无氧呼吸受抑制
联系
二者第一阶段反应完全相同，并且都在细胞质基质中进行；本质都是氧化分解有机物、释放能量，产生ATP
　　■
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或基因的选择性表达。
(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)真核生物细胞并非都能进行有氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。
(6)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌等，因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。

考向一　细胞呼吸的过程
　例3　(2019·乌鲁木齐高三第二次诊断)下列与细胞呼吸有关的叙述正确的是(　D　)
A．进行无氧呼吸的细胞不含线粒体
B．破伤风杆菌的大量繁殖需要有氧呼吸提供能量
C．人体无氧呼吸形成酒精的过程发生在细胞质基质中
D．糖类彻底氧化分解的产物可通过自由扩散运出细胞　　
[解析]　酵母菌细胞含有线粒体，但是在无氧条件下也可以进行无氧呼吸，A错误；破伤风杆菌是厌氧菌，其繁殖需要的能量来自无氧呼吸，B错误；人体无氧呼吸产生乳酸，不产生酒精，C错误；糖类彻底氧化分解的产物是二氧化碳和水，都可通过自由扩散运出细胞，D正确。

易错提醒
需要规避的4个有氧呼吸易错点
(1)误认为有氧呼吸的场所只有线粒体
①原核生物有氧呼吸的场所是细胞质和细胞膜。
②真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。
(2)细胞呼吸中有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成不一定是有氧呼吸，但对动物和人体而言，有CO2生成一定是有氧呼吸，因为动物及人体无氧呼吸产物为乳酸。(3)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所。无线粒体的真核细胞(或生物)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟红细胞、蛔虫等，一些原核生物无线粒体，但可进行有氧呼吸。
(4)葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中被分解为丙酮酸后才能进入线粒体被分解。
〔对应训练〕
3．(不定项选择题)下图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是( CD )

A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中
B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生
C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为酒精
D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2
[解析]　题图为细胞呼吸的全过程，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO2、[H]、O2、酒精；催化反应②和④的酶分别存在于细胞质基质和线粒体中；无氧呼吸的第一阶段也产生[H]。
考向二　细胞呼吸类型的判断及相关计算
　例4　(2019年·湖南省岳阳市高考生物一模)下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量的变化结果。下列说法正确的是(　D　)

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多于无氧呼吸
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
[解析]　甲条件下只释放二氧化碳，不消耗氧气，所以只进行无氧呼吸，种子的无氧呼吸的产物是二氧化碳和酒精，A错误；乙条件下，二氧化碳的释放量大于氧气的消耗量，说明有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。由表格数据可知，CO2的释放量为8 mol，而O2的吸收量为6 mol，因为有氧呼吸消耗氧气的量等于释放的二氧化碳的量，所以吸收6 mol的氧气就释放6 mol的二氧化碳，这样无氧呼吸释放的二氧化碳就是8 mol－6 mol＝2 mol，根据有氧呼吸的方程式释放6 mol的二氧化碳需要消耗1 mol的葡萄糖，根据无氧呼吸的方程式释放2 mol的二氧化碳需要消耗1 mol的葡萄糖，所以乙条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多，B错误；丙条件下，二氧化碳的释放量等于氧气的消耗量，故只进行有氧呼吸。表格中的数据无法说明丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值，C错误；乙条件下有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，有氧呼吸和无氧呼吸均能产生二氧化碳，故乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体，D正确。故选D。


技巧点拨
1．判断细胞呼吸方式的三大依据

2．呼吸作用中各物质之间的比例关系(以葡萄糖为底物的细胞呼吸)
(1)有氧呼吸：葡萄糖：O2∶CO2＝1∶6∶6。
(2)无氧呼吸：葡萄糖：CO2∶酒精＝1∶2∶2或葡萄糖∶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摩尔数之比为1∶3。
〔对应训练〕
4．呼吸熵(RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量)可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。如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。以下叙述中，正确的是(　B　)

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．为延长水果保存的时间，最好将氧分压调至C点
D．C点以后，细胞呼吸强度不随氧分压的变化而变化
[解析]　从题干中获取信息，理解呼吸熵是解题的关键。根据呼吸熵的含义可知，呼吸熵越大，细胞有氧呼吸越弱，无氧呼吸越强；B点氧分压大于A点，B点呼吸熵小于A点，故B点有氧呼吸强度大于A点；C点时只进行有氧呼吸，有机物消耗较快，不利于产品的保存；C点以后呼吸熵为1，细胞只进行有氧呼吸，在一定范围内，随着氧分压的增大，细胞呼吸强度仍会加强。

考点三　影响细胞呼吸的因素及其应用

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自主学习·探究提升


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：氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
(2)曲线分析：

①A点时，氧浓度为零，细胞只进行无氧呼吸。
②氧浓度为0～10%时，随氧浓度的升高，无氧呼吸速率减慢。B点时，有氧呼吸释放的CO2量等于无氧呼吸释放的CO2量；C、D点：横坐标相同，无氧呼吸停止。
③氧浓度在0～20%时，随氧浓度升高，有氧呼吸速率逐渐加快。
④随氧浓度的升高，细胞呼吸速率先减慢后加快，最后趋于稳定。
⑤氧浓度为5%左右时，细胞呼吸强度最弱。
(3)实际应用：
①保鲜：低氧(氧含量5%左右)有利于蔬菜保鲜。
②促进生长：农作物中耕松土可以增加土壤中氧气的含量，促进根部有氧呼吸促进生长。
③防止无氧呼吸：陆生植物长时间水淹，土壤中氧含量降低，植物因无氧呼吸产生的酒精积累而烂根。
④控制呼吸方式：制葡萄酒时，初期进行有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖，发酵时严格控制无氧环境，促进酵母菌的无氧呼吸。
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：
①保鲜：地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
②抑菌：薯片等食品充气保存，可抑制微生物的繁殖。
4．水含量
(1)影响原理：
①各种生化反应需溶解在水中才能进行，自由水含量升高，新陈代谢加快。
②水是有氧呼吸的反应物之一，含水量会影响细胞呼吸的进行。
(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：浸泡有利于种子的萌发。

易错整合，判断正误。
(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)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)剧烈运动时，氧气供应不足，肌肉细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸(　×　)

氧气影响细胞呼吸的曲线分析

(1)O2浓度在2.5%～10%之间时、在10%以上时，该器官的细胞呼吸方式有什么不同？
(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，二者消耗的葡萄糖是不是也一样多？
(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](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，只进行有氧呼吸。
(2)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，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。
(3)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。


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考点突破·剖析难点

1．内部因素——遗传因素(决定酶的种类和数量)
(1)不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
(2)同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。
(3)同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。
2．应用
　　■
(1)O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为细胞可进行无氧呼吸。
(2)随着O2浓度的增加，无氧呼吸受到抑制，有氧呼吸也因氧气浓度较低而较弱，细胞呼吸的总强度较低；但随着氧气浓度的升高，有氧呼吸逐渐增强，细胞呼吸总强度增大。
(3)从化学平衡的角度分析，高浓度的CO2在一定程度上可以抑制细胞呼吸。
(4)储存种子需要低氧、低温、干燥的环境，储存水果蔬菜需要低氧、零上低温、低湿的环境，以减少有机物的消耗。

考向一　环境因素对细胞呼吸的影响
　例5　科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图所示。下列叙述正确的是(　B　)

A．20 h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
B．50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2浓度会增加
C．50 h后，30 ℃时有氧呼吸速率比2 ℃和15 ℃时慢，是因为温度高使酶活性降低
D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大
[解析]　果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A项错误，50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗完，之后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B项正确、C项错误；由于酶具有最适温度，若超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，D项错误。
〔对应训练〕
5．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(　B　)

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
[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。
考向二　细胞呼吸原理的应用
　例6　(2019·吉林省辽源市高三期末)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(　C　)
选项
应用
措施
目的
A.
种子贮存
晒干
降低自由水含量，降低细胞呼吸
B.
乳酸菌制作酸奶
密封
加快乳酸菌繁殖，有利于乳酸发酵
C.
水果保鲜
零下低温
降低酶的活性，降低细胞呼吸
D.
栽种庄稼
疏松土壤
促进根有氧呼吸，利于吸收矿质离子
[解析]　粮油种子的贮藏，必须降低含水量，使种子处于风干状态，从而使呼吸作用降至最低，以减少有机物的消耗，A正确；乳酸菌是严格厌氧的微生物，所以整个过程要严格密封，B正确；水果保鲜的目的既要保持水分，又要降低呼吸作用，所以低温是最好的方法，但温度不能太低，C错误；植物根对矿质元素的吸收过程是一个主动运输过程，需要能量和载体蛋白，植物生长过程中的松土，可以提高土壤中氧气的含量，有利于根细胞的有氧呼吸作用，从而为根吸收矿质离子提供更多的能量，D正确。
〔对应训练〕
6．(2019·福建福州期末)下列关于细胞呼吸原理及应用的叙述，正确的是(　C　)
A．马拉松运动时，肌细胞无氧呼吸产生CO2
B．伤口较浅时，破伤风芽孢杆菌进行有氧呼吸繁殖快
C．中耕松土能促进根系细胞的有氧呼吸，有利于根吸收无机盐
D．利用酵母菌在持续通气的发酵罐中进行无氧呼吸可以生产酒精
[解析]　人体肌细胞进行无氧呼吸的产物为乳酸，不产生二氧化碳，A错误；破伤风芽孢杆菌是厌氧菌，只进行无氧呼吸，B错误；中耕松土能增加土壤中氧气含量，从而促进根系细胞的有氧呼吸，在细胞有氧呼吸过程中会产生更多的ATP，能为主动运输吸收无机盐提供更多的能量，C正确；酵母菌无氧呼吸的产物为酒精，若在发酵罐中持续通气，酵母菌将进行有氧呼吸，大量繁殖，不产生酒精，D错误。
考点四　实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式及呼吸类型、速率的测定方法

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自主学习·探究提升


1．实验原理
(1)酵母菌的代谢类型和细胞呼吸方式：

(2)细胞呼吸产物的检测：
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
在酸性条件下橙色的重铬酸钾溶液
橙色→灰绿色
2．实验步骤
(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)如图连接好实验装置：

(3)放置一段时间后观察实验现象。
①观察两组装置中澄清石灰水的变化。
②检测是否有酒精产生：
取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入A、B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0.5mL，并振荡。观察试管中溶液的颜色变化。
3．实验现象

甲组
乙组
澄清的石灰水
培养液
澄清的石灰水
培养液
现象
变混浊
橙色
变混浊
灰绿色
4．实验结论


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考点突破·剖析难点

1．种子萌发时细胞呼吸类型的实验探究
(1)实验设计
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：

(2)实验结果预测和结论
实验现象
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
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乳酸的无氧呼吸
2．种子萌发时呼吸速率的测定

(1)实验装置(如右图)
(2)指标及原理
①指标：细胞呼吸速率常用单位时间内CO2的释放量或O2的吸收量来表示。
②原理：组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的着色液滴左移。单位时间内着色液滴左移的体积即表示呼吸速率。
(3)物理误差的校正
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，为防止微生物的细胞呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。
③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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。

考向一　细胞呼吸方式探究实验
　例7　(2019·山东齐鲁教科研协作体联考)如图是探究酵母菌呼吸方式类型的装置，下列说法正确的是(　D　)

A．装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
B．装置一中液滴不移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行有氧呼吸
C．装置一中液滴左移，装置二中液滴不移动，说明酵母菌死亡
D．装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸
[解析]　装置一中液滴左移，装置二中液滴右移，说明酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸，A错误，D正确。装置一中液滴不移，装置二中液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸，B错误；装置一中液滴左移，装置二中液滴不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸，C错误。
〔对应训练〕
7．(2019·湖北省黄冈市高三期末)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浑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，选择酵母菌为实验材料的确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，A错误；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，B错误；为了保证实验结果的准确性，通常都要将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查，确保不漏气，C正确；本实验的因变量是酵母菌CO2的产生快慢和是否有酒精生成，D错误。
考向二　细胞呼吸速率的测定
　例8　某同学用如下图所示实验装置测定果蝇幼虫的呼吸速率。实验所用毛细管横截面积为1 mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25 ℃水浴中，10 min后关闭软管夹，随后每隔5 min记录一次毛细管中液滴移动的位置，结果如下表所示。下列分析正确的是(　B　)

实验时间(min)
10
15
20
25
30
35
液滴移动距离(min)
0
32.5
65
100
130
162.5
A．图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向右移动
B．在20～30 min内氧气的平均吸收速率为6.5 mm3/min
C．如将X换为清水，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率
D．增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中
[解析]　X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向左移动；在20～30 min内氧气的平均吸收速率为(130－65)×1÷10＝6.5(mm3/min)；果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，无论是否进行无氧呼吸液滴都不会移动；对照实验应将装置中的果蝇幼虫换成等质量的死幼虫，并将该装置置于相同的环境中，重复上述实验。

〔对应训练〕
8．(2019·河南名校联考)某研究小组想测量萌发的小麦种子、蚯蚓呼吸速率的差异，设计了以下的实验装置。实验中分别以20粒萌发的种子和4条蚯蚓为材料，每隔5 min记录一次有色液滴在刻度玻璃管上的读数，结果如表1所示。请回答以下问题：

时间(min)
距离(mm)
组别
0
5
10
15
20
25
萌发的种子
0
8
16
23
29
34
蚯蚓
0
4.5
9
11.5
13.5
15.5
表1　(注∶表中距离为有色液滴移动的距离)
(1)装置图中的Y溶液是NaOH溶液，其作用是吸收实验过程中细胞呼吸产生的CO2。设置乙装置的目的是排除微生物及环境因素对实验的干扰(或对照作用)。
(2)实验开始后保持注射器的活塞不移动，有色液滴将向左移动(填“左”或“右”)，以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率是0.9_mm/min。
(3)另一组该实验装置每隔5 min测量时，将注射器活塞往下(填“上”或“下”)移动，待有色液滴回到实验开始时的位置停止，根据活塞移动距离可测出气体的变化量，其中以小麦种子为材料的结果如表2所示∶
时间( min)
0
5
10
15
20
25
注射器量取的气体变化体积(mL)
0
1.5
3.0
4.2
5.0
5.5
表2
分析数据可知该段时间小麦种子的有氧呼吸速率为0.22_mL/min，在此过程中，有氧呼吸的强度越来越弱。
[解析]　(1)甲、乙装置中所放置的Y溶液为NaOH溶液，用以吸收呼吸作用产生的CO2，可以通过测量O2量的变化测定呼吸速率，乙装置的作用是对照，可排除微生物及环境因素对实验的干扰。(2)实验开始后，若保持注射器的活塞不动，甲装置进行有氧呼吸消耗O2，有色液滴会向左移动。将以蚯蚓为材料的实验装置所测得的液滴移动的距离之差除以时间，即为液滴移动的速率，由表可知在最初的0～5 min和5～10 min内有色液滴移动的速率最大，为4.5÷5＝0.9(mm/min)。(3)甲装置内O2被消耗，生成的CO2被NaOH溶液吸收，气压下降，若要保持有色液滴的位置不变，需将注射器活塞往下移动；将量取的气体变化体积除以时间即为有氧呼吸速率，由表可知，在此过程中，有氧呼吸速率＝5.5÷25＝0.22(mL/min)；且此过程中，前10 min有氧呼吸速率较大，后15 min呼吸强度逐渐减弱。

课末总结

1．〔思维导图〕

2．〔简答题常考长句分析〕
某豆科植物种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势如图所示。请据图回答下列问题：

(1)在12～24 h期间，呼吸速率逐渐增强，在此期间呼吸作用的主要方式和产物是：以无氧呼吸为主，产生酒精和二氧化碳，据此分析豆科植物种子掩埋过深导致腐烂的原因是：掩埋过深时氧气供应不足，种子进行无氧呼吸产生的酒精积累过多，对细胞有毒害作用，导致腐烂。
(2)从第12 h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会减少，主要原因是种子不进行光合作用制造有机物，但进行细胞呼吸消耗有机物，使有机物的总量下降。
(3)种子萌发48小时后，氧气的消耗量大于二氧化碳的释放量，分析其原因是豆科植物富含脂肪，等质量的脂肪与葡萄糖相比，含H量高，因此进行有氧呼吸时消耗O2的量大于产生CO2的量。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2019·全国卷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(　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
[解析]　马铃薯块茎细胞除了能进行有氧呼吸外，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。马铃薯块茎细胞进行无氧呼吸时分解葡萄糖产生乳酸，A项错误。马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段是分解葡萄糖产生丙酮酸，第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下，转化成乳酸，B项正确。无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，C项错误。储藏库中氧气浓度升高，会促进马铃薯块茎细胞的有氧呼吸，抑制无氧呼吸，乳酸产生量减少，D项错误。
2．(2019·全国卷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　)
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
[解析]　正常情况下，干种子吸水萌发时，自由水含量不断增加，细胞代谢作用增强，呼吸强度增强，有机物不断分解；当幼苗开始进行光合作用时，有机物含量会逐渐增加。根据题干中的提示“黑暗中”“黄化苗”可知，其不能进行光合作用合成有机物，所以有机物总量减少。
3．(2019·天津卷，2)下列过程需ATP水解提供能量的是(　B　)
A．唾液淀粉酶水解淀粉
B．生长素的极性运输
C．光反应阶段中水在光下分解
D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
[解析]　吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。淀粉等大分子物质的水解过程不消耗ATP；水的光解属于光合作用的光反应阶段，有ATP的合成，没有ATP的消耗；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段既没有ATP的合成，也没有ATP的消耗，A、C、D项错误。生长素的极性运输属于主动运输，需要消耗ATP，B项正确。
4．(海南卷，3)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述，错误的是(　D　)
A．酒精发酵过程中有ATP生成
B．ATP可为物质跨膜运输提供能量
C．ATP中高能磷酸键水解可释放能量
D．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
[解析]　ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，D错误。
5．(2018·全国Ⅲ，5)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是(　C　)
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
[解析]　A对：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。B对：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，一部分则通过细胞呼吸以热能的形式散失。C错：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。D对：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。
6．(2018·天津卷，5)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60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中的O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是(　C　)

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
[解析]　A对：t1→t2，培养液中O2相对含量下降，但与0→t1段相比，下降幅度变小，故酵母菌的有氧呼吸速率不断下降。B对：t3时，培养液中O2相对含量比较低，酵母菌主要进行无氧呼吸；t1时，培养液中O2相对含量较高，酵母菌主要进行有氧呼吸。t3时无氧呼吸产生CO2的速率与t1时产生CO2的速率近似相等，相同量的葡萄糖无氧呼吸产生的CO2量比有氧呼吸少，可见t3时培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快。C错：由题意可知，曲线是在最适温度下获得的，若降低10 ℃培养，则呼吸速率下降，O2相对含量达到稳定所需时间会延长。D对：因酵母菌在后期进行了长时间的无氧呼吸，产生了酒精，故实验后的培养液滤液加入适量橙色的酸性重铬酸钾溶液后会变成灰绿色。
7．(2017·海南卷，7)下列有关植物细胞呼吸作用的叙述，正确的是(　C　)
A．分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B．若细胞既不吸收O2也不放出CO2，说明细胞已停止无氧呼吸
C．适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗
D．利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数不同
[解析]　与成熟组织细胞相比，分生组织细胞代谢旺盛，呼吸速率快，A错误。某些植物组织细胞无氧呼吸产物为乳酸，产生乳酸的无氧呼吸过程，既不吸收O2也不放出CO2，B错误。降低氧气浓度，有氧呼吸减弱，有机物消耗减慢，C正确。利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数相同，D错误。