1、细胞呼吸【学习目标】1理解细胞呼吸的概念。2理解细胞的有氧呼吸和无氧呼吸。3理解细胞呼吸的意义。【学习障碍】1理解障碍(1)怎样理解细胞有氧呼吸的过程？(2)怎样理解细胞的有氧呼吸与无氧呼吸、光合作用的关系？2解题障碍(1)解细胞有氧呼吸中物质变化和能量变化的题。(2)解细胞有氧呼吸与无氧呼吸关系的题。(3)解细胞有氧呼吸与光合作用关系的综合题。(4)解细胞呼吸的原理在生产实践上应用的综合题。【学习策略】1理解障碍的突破(1)用“图解联想法”理解细胞有氧呼吸的过程。细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸。其中有氧呼吸是高等动、植物进行细胞呼吸的主要形式。学习细胞呼吸要与细胞结构尤其是线粒体结构联系起来
2、。细胞的有氧呼吸见上图。有氧呼吸使有机物彻底氧化分解，是生物体高效率地获取能量的反应过程。其反应过程包含许多反应步骤，基本可分为三个连续的阶段，第一阶段是在细胞质的基质中进行，产生丙酮酸和H并可释放少量能量；第二阶段在线粒体中进行，丙酮酸和H2O脱H产生CO2也可释放少量能量；第三阶段也在线粒体中进行，第一、二阶段产生的H与O2反应产生H2O并可释放大量的能量。三个阶段有不同的酶参与催化。细胞通过呼吸把光合作用贮藏在有机物中的能量释放出来，除小部分以热能的形式散失，大部分转移到ATP中，随时提供生命活动的需要。无氧呼吸是细胞在缺氧的条件下进行的，有机物的氧化分解不彻底，产生的能量较少。微生物的
3、无氧呼吸通常称为发酵，有两种类型：酒精发酵和乳酸发酵。(2)用“并列比较法”理解有氧呼吸与无氧呼吸、光合作用的区别和联系。有氧呼吸与无氧呼吸的关系如下表。有氧呼吸无氧呼吸不同点反应条件需要O2、酶和适宜的温度不需要O2，需要酶和适宜的温度呼吸场所第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体内全过程都在细胞质基质内分解产物CO2和H2OCO2、酒精或乳酸释放能量较多，1 mol葡萄释放能量2870 kJ，其中1161 kJ转移至ATP中1 mol葡萄糖释放能量19665 kJ(生成乳酸)或222 kJ(生成酒精)，其中均有6108 kJ转移至ATP中相同点其实质都是：分解有机物，释放能量，生成A
4、TP供生命活动需要相互联系第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同，之后在不同条件下，在不同的场所沿不同的途径，在不同的酶作用下形成不同的产物：细胞呼吸(有氧呼吸)与光合作用的关系，如下表。光合作用细胞呼吸(有氧呼吸)代谢性质合成代谢分解代谢发生部位含叶绿体的细胞(主要是叶肉细胞)所有生活细胞反应场所叶绿体主要在线粒体内条件光、H2O、CO2、适宜的温度、酶、色素有光、无光均可，适宜的温度、O2、酶能量代谢光能转变为化学能，贮存在有机物中有机物中的化学能释放出，一部分转移到ATP中物质代谢将无机物(CO2和H2O)合成有机物(如C6H12O6)有机物(如C6H12O6)分解为无机物(H2O和CO2
5、)联系光合作用的产物作为细胞呼吸的原料(有机物和O2均为细胞呼吸的原料)，细胞呼吸产生的CO2可为光合作用所利用上表中“条件”一栏的黑体字分别为影响光合作用和细胞呼吸的主要外界因素。通过对细胞呼吸与光合作用的比较，能够加深理解光合作用与细胞呼吸的区别与联系，这两种生理作用在植物体内是相互对立而又密切联系的两个方面。植物的光合作用和细胞呼吸是对立统一的一对生命活动。光合作用的实质是合成有机物，储存能量；细胞呼吸的实质是分解有机物，释放能量。很明显，两者之间是相互对立的。细胞呼吸所分解的有机物正是光合作用的产物，可以说，如果没有光合作用，细胞呼吸就无法进行；另一方面，光合作用过程中，原料和产物的运
6、输所需要的能量，也正是细胞呼吸释放出来的，如果没有细胞呼吸，光合作用也无法进行。因此说，细胞呼吸与光合作用又是相互联系、相互依存的。只有光合作用和细胞呼吸的共同存在，才能使植物体的生命活动正常进行。2解题障碍突破(1)用“对号入座法”解细胞有氧呼吸与无氧呼吸过程的题。例1葡萄糖氧化分解过程中，释放能最多的是A葡萄糖分解为丙酮酸B葡萄糖分解为酒精和CO2C葡萄糖分解为乳酸D葡萄糖分解为CO2和H2O解析：用“对号入座法”解。葡萄糖氧化分解过程是一个复杂的、有多种酶参与的多步骤过程。释能多少与有机物分解的是否彻底有关。据有氧呼吸的过程可知，葡萄糖有氧呼吸过程首先是在细胞质基质中进行的。葡萄糖经酶的
7、催化，脱H分解，产生丙酮酸，释放能量，形成少量ATP。这一阶段是不需要O2的，释能不多，因此选项A显然是错误的。在无O2的条件下，丙酮酸则转化为酒精或转化为乳酸，这一过程是不发生可利用的能的释放。所以选项B、C是不正确的。在有O2的条件下，丙酮酸进入线粒体，依靠线粒体内有氧呼吸酶的催化，在H2O的参与下，脱H产生CO2，脱下的H与O2结合生成H2O，释放能量，形成大量的ATP。故正确的答案是选项D。答案：D例2种在湖边的玉米，长期被水淹，生长不好，其主要原因是A根细胞吸收水分过多 B营养缺乏 C光合作用的强度不够 D细胞有氧呼吸受阻解析：用“对号入座法”解。植物被水淹时，由于缺氧根部主要进行无
8、氧呼吸，有氧呼吸不能正常进行。植物根进行无氧呼吸时，释放的能量少，不能维持正常的生命活动，产物中的酒精对细胞有毒害作用，导致玉米生长不好。答案：D(2)用“并列比较法”解细胞有氧呼吸与酒精发酵气体变化的题。从上述反应式可以看出，细胞在有氧呼吸时，吸收O2的量与放出的CO2量相同，而无氧呼吸时不需要O2，但产生CO2。这样，如果某种生物呼吸时，吸收O2的量与放出CO2的量相同，则该生物只进行有氧呼吸；如果某种生物不吸收O2，但有CO2释放，则说明该生物只进行无氧呼吸；如果某种生物释放的CO2量比吸收的O2的量多，则说明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。在有氧呼吸与无氧呼吸同时存在时，哪种细胞
9、呼吸占优势，则要从CO2的释放量与O2吸收量的差值来计算。例3酵母菌在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸，将酵母菌放在含有培养液的密闭的锥形瓶中，测得CO2的释放量比O2的吸收量大1倍，则有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为A16 B13 C12 D10解析：用“并列比较法”解。此题中的酵母菌既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸， 此时CO2释放量比O2的吸收量大，由此可知生物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。从有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可以看出，有氧呼吸时O2的吸收量与CO2的释放量相同，假设O2的吸收量为1 mol，则因CO2的释放量是吸收量的2倍，所以共释放CO2的量为2 mol，有氧呼吸时
10、释放的CO2量与吸收O2量相同，因此也是1 mol，那么无氧呼吸释放CO2的量则为1 mol。又由上述有氧呼吸与无氧呼吸的反应式可知，有氧呼吸产生l mol CO2需要消耗1/6 mol葡萄糖，而无氧呼吸时产生1 mol CO2需要消耗1/2 mol葡萄糖，则有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为(1/6)(1/2)13。答案：B点评：解答此题首先要弄清当CO2的释放量比O2的吸收量大时既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；在此基础上算出有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量分别是多少；最后由反应式计算出两者消耗葡萄糖的量，得出结果。例4一运动员正在进行长跑锻炼，从他的大腿肌细胞中检测到3种化学物质，其浓度变化
11、如下图。图中P、Q、R三曲线依次代表A O2、CO2、乳酸 B乳酸、CO2、O2 CCO2、O2、乳酸 DCO2、乳酸、O2解析：用“图文转换法”和“类比分析法”解。人体长跑时处于剧烈运动状态，此时机体消耗能量较平静状态下大大增加，显然细胞呼吸强度也应大大提高，机体消耗O2明显增加，使得部分骨骼肌细胞处于相对缺氧状态，从而以无氧呼吸方式增加机体能量供应，但此时机体消耗的能量仍然以有氧呼吸释放的能量为主。根据图中曲线，仅有曲线R呈下降趋势，R应表示细胞中的O2。动物肌细胞有氧呼吸不断产生CO2，部分肌细无氧呼吸产生乳酸，两者都应呈上升趋势。随着血液中CO2浓度增加，CO2能刺激呼吸中枢促进呼吸活
12、动和气体交换明显加快，将体内过多的CO2排出体外，因此CO2在人体正常代谢情况下是不会无限增加的，而是能通过调节维持在一定范围内。而骨骼肌无氧呼吸产生的乳酸在较短时间不会消除，大部分积存在肌细胞中，人体剧烈运动后会感到肌肉发酸就是这个道理。综上所述，Q表示CO2，P表示乳酸。 答案：B点评：以坐标曲线等描述生命现象或生命活动规律可归结为生物问题的数学化，这样处理把繁琐的生物学语言转化为简洁的数学语言，因而具有直观、规律性强等特点。(3)用“图文转换法”和“类比分析法”解细胞有氧呼吸与光合作用关系的综合题。有关“图文转换法”和“类比分析法”的解释分别见“第二章学习二，细胞质的结构和功能”和“第二
13、章学习一，细胞膜的结构和功能”中的说明。例5 用黄豆生豆芽，1 kg黄豆可以生5 kg豆芽。在这一过程中，有机物含量的变化是A变少 B变多 C不变 D先变少后变多解析：用“类比分析法”解。本题主要是对植物光合作用和细胞呼吸的条件及其过程中有机物含量变化掌握情况的考查。黄豆在萌发过程中细胞呼吸十分强烈，有机物消耗明显，因此有机物先会变少是毫无疑义的；但很容易误认为子叶的光合作用会随之而来，有机物的含量会逐渐升高，因此选D，这实际上是对生活中的现象缺乏细致的观察和理性分析导致的错误推断。就人们通过食用的黄豆芽来看，其子叶并未变绿，原因是叶绿素尚未明显生成，故几乎不能进行光合作用，在这种情况下，黄豆
14、芽(即幼苗)内的有机物含量是不可能增加的。在这里，重量的增加是大量吸水的缘故。答案： A点评：要学好生物学必须将书本知识联系生产、生活实际，并经常主动地应用课堂上学得的知识、方法和原理去观察、分析、解释自然和生活中的各种现象。例6如下图绿色植物新陈代谢图解，据图回答问题：(1)图中是_过程，完成此过程的主要是_细胞，此细胞还必须具有_，其溶液的浓度必须_于土壤溶液的浓度。(2)是_过程，必须通过_才能进行。(3)是_，表示_。(4)和17是_，形成时需由_作用和_提供能量，在细胞器_、_中形成，也可以在_中形成。(5)是_，需要_、 _和 _参与。若CO2的量突然减少，将影响 _进行， _含量
15、将上升。(6)若遇低温或水淹，将影响进行，而对的影响不大，应当是_过程。(7)121314全过程中产生的相同物质是_和_。过程一定要有_参与，细胞中决定C6H12O6向12过程还是向13过程进行的物质是_。(8)19表示能量的_过程，例如_、_等。解析：此题涉及绿色植物的蒸腾作用、光合作用、呼吸作用、水分代谢、能量代谢及矿质代谢等知识。绿色植物吸收水分的主要器官是根，根吸收水分最活跃的部位是根毛区的细胞，根毛区细胞是成熟的植物细胞，细胞内具有一个大液泡，其吸水的主要方式是渗透作用。在一般情况下，土壤溶液的浓度低于细胞液的浓度，根毛细胞可通过渗透作用从土壤溶液中吸收水分；根吸收到植物体内的水95
16、%99%通过蒸腾作用从叶表的气孔散失，只有1%5%左右的水供植物体进行光合作用等新陈代谢活动；光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，光反应过程中，叶绿素分子利用光能的一部分将H2O分解产生O2和H，还利用光能的一部分合成ATP。H和ATP用于暗反应，暗反应包括两个阶段，第一阶段是CO2的固定，即一个五碳化合物与一个CO2结合生成两个三碳化合物，第二阶段是在各种酶的催化作用下，三碳化合物被H还原生成(CH2O)，直接能源是ATP。CO2是光合作用的原料，通过气孔进入植物体内，若进入植物体内的CO2减少，在短时间内五碳化合物将上升，而(CH2O)的生成量则减少；细胞呼吸有两种类型，有氧呼吸和无氧呼吸
17、，有氧呼吸必须有O2参与。有机物被彻底氧化分解产生H2O和CO2。两种呼吸类型的第一阶段相同，都在细胞质基质中进行，无氧参与，将C6H12O6分解成丙酮酸，两种呼吸过程都产生ATP；生物体内的能量代谢包括能量的释放、转移和利用，ATP是生物体进行生命活动的直接能源，当生物体进行生命活动需要能量时，ATP在酶的作用下分解释放能量，此能量可转变为肌肉运动的机械能，神经冲动传导的电能、主动运输的渗透能等。答案：(1)渗透吸水 根毛区 大型液泡 大 (2)蒸腾作用 叶表面气孔 (3)水的分解 叶绿体中的色素 (4)ATP 光合 细胞呼吸 叶绿体 线粒体 细胞质基质 (5)还原 多种酶 H ATP CO
18、2固定 五碳化合物 (6)主动运输 (7)丙酮酸 ATP O2 酶 (8)利用 矿质离子的吸收 细胞分裂点评：绿色植物在进行生命活动过程中，不仅需要水和各种矿质元素，同时还需要各种有机物，而这些有机物归根结底都是光合作用产生的，而植物生命活动所需要的能量是通过呼吸作用分解有机物，将释放的能量部分转移到ATP中，供植物体直接利用。【同步达纲练习】1在有氧呼吸过程中，CO2的产生和 O2的参与分别发生在A第一阶段和第二阶段 B第二阶段和第三阶段C第一阶段和第三阶段 DO2参与产生CO2，都在第三阶段2在有氧和无氧条件下，丙酮酸的变化，分别是A氧化成CO2和H2O、分解成C2H5OH和CO2或C3H
19、6O3B分解成酒精和CO2、CO2和水C氧化分解为乳酸、分解为CO2D两种情况下都能彻底氧化分解为酒精3下图正确表示肌肉细胞内ATP产生量与O2供给量之间关系的曲线是A1 B2 C3 D都不是4如下图表示大气中氧的浓度对植物组织内CO2产生的影响，试据图回答：(1)A点表示植物组织释放的CO2较多，这些CO2是_的产物。(2)由A到B，CO2的释放量急剧减少，其原因是_。(3)由B到C，CO2的释放量又不断增加，其主要原因是_。(4)为了有利于贮藏蔬菜和水果，贮藏室内的氧气应调节到图中的哪一点所对应的浓度?_。采取这一措施的理由是_。5如下图为酵母菌无氧呼吸实验装置图，请据图回答：(1)为什么
20、要用煮沸又冷却的葡葡糖溶液？_。(2)溶液A可产生沉淀，容器中溶液A是_。(3)本实验产生的气体是_。参考答案【同步达纲练习】1解析：用“对号入座法”解。CO2的产生在有氧呼吸的第二阶段；丙酮酸彻底分解成CO2和H，同时释放少量的能量；O2的参与在第三阶段；前两阶段产生的H，经过一系列的反应，与O2结合形成H2O，同时释放大量的能量。答案：B2解析：用“并列比较法”解。丙酮酸是有氧呼吸和无氧呼吸在第一阶段共有的产物，如果此时细胞生存在有氧的环境中，丙酮酸就会被彻底分解成CO2和H2O；如果此时细胞生存在无氧的环境中，丙酮酸就会转变成C2H5OH(酒精)、CO2或C3H6O3(乳酸)。答案：A3
21、解析：用“图文转换法”和“类比分析法”解。这类题目，首先必须读图找出与曲线变化有关的生物量是什么，然后根据生理活动的规律，分析曲线变化，得出正确的结论。观察坐标图，可以发现该坐标图表示的是随着O2供给量增加，ATP产生量的三种不同的变化过程。在有氧的条件下，肌肉细胞能够进行有氧呼吸。当肌肉细胞活动加强时，随着血液循环的加快，O2供应量增加，肌肉细胞中有机物分解加速，释放大量能量，合成大量的ATP。但ATP的产生量不仅与O2的供给量有关，还与ADP、Pi(磷酸基)和酶等因素有关，因此ATP在细胞内达到一定量时就不再随O2的供给量增加而增加。图中曲线1的变化说明，ATP的产生量可以随O2的供给量增
22、加而不断增加。曲线2的变化说明，ATP的产生量随O2的供给量增加开始增加，随后达到稳定状态。图中曲线3的变化说明，ATP的产生量随O2的供给量增加没有发生变化。比较曲线1、2、3，正确答案应该是B。答案：B4解析：用“图文转换法”和“类比分析法”解。考查有关无氧呼吸和有氧呼吸的知识，植物组织虽然以有氧呼吸为主，但也保留无氧呼吸。无氧呼吸生成酒精时，也可生成一定量的CO2，O2含量越低，无氧呼吸越旺盛，产生的CO2越多；植物组织进行有氧呼吸时，会产生大量的CO2，O2浓度越高，有氧呼吸越旺盛，产生的CO2越多。但在有氧和无氧之间，植物的呼吸作用最弱，此时，少量的O2抑制了无氧呼吸，而有氧呼吸在氧含量极低时极弱，把这一规律用于贮藏蔬菜和水果，可以减少有机物的消耗。答案：(1)无氧呼吸 (2)O2增加，无氧呼吸受抑制 (3)O2充足，有氧呼吸加强，释放O2量增多 (4)B点所对应的浓度 这时有氧呼吸微弱，同时又抑制无氧呼吸，蔬菜、水果组织内糖类等有机物分解得最慢5解析：用“类比分析法”解。酵母菌无氧呼吸，首先要除去O2，可通过加热煮沸；酶需要适宜的温度，温度太高酶会失活，因而要冷却。酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO2，气体CO2一般用澄清的石灰水来检测。答案：(1)煮沸可除去葡萄糖溶液中的O2，冷却可达到酶作用的适宜温度 (2)澄清的石灰水 (3)CO2