1、第8讲细胞呼吸的原理和应用课程导学课标要求素养目标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.科学思维：比较有氧呼吸和无氧呼吸场所、过程的不同。2科学探究：探究有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的方式；设计实验探究生物材料的呼吸类型。考点一细胞呼吸原理1细胞呼吸的实质细胞内的有机物氧化分解并释放能量。2有氧呼吸(1)过程图解(2)有氧呼吸的总反应式C6H12O66O26H2O6CO212H2O能量。(3)能量转化提醒(1)线粒体不可以彻底分解葡萄糖真核细胞中葡萄糖的彻底分解离不开线粒体，但线粒体不能直接将葡萄糖氧化分解，只有在细胞质基质中将葡萄糖分解为丙酮酸后，丙
2、酮酸才能在线粒体中被进一步彻底氧化分解为CO2和H2O。(2)脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量大于产生CO2的量因为脂肪与葡萄糖相比，含H量高。3无氧呼吸(1)过程图解(2)产物不同的原因直接原因：酶不同。根本原因：基因不同或基因的选择性表达。提醒无氧呼吸两个阶段并不都产生ATP无氧呼吸过程共产生两个ATP，而这两个ATP只产自第一阶段，第二阶段不产生ATP。【考点速览诊断】(1)植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸2018全国卷，T5A()(2)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是在缺氧条件下进行无氧呼吸2017全国卷，T29节选()(3)若细胞既不吸收O2也不放出C
3、O2，说明细胞已停止无氧呼吸2017海南卷，T7B()(4)肺炎链球菌无线粒体，但能进行有氧呼吸2013全国卷，T3A()(5)有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用产物不同2013全国卷，T3D()【教材拾遗拓展】1(必修1 P93“相关信息”改编)细胞呼吸产生的H指的是什么？提示：H指的是由氧化型辅酶(NAD)转化成的还原型辅酶(NADH)。2(必修1 P96拓展应用T2改编)结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸？提示：是。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以作出推测，即在生物进化史上先出现无氧呼吸，后出现有氧呼吸，有氧呼吸是
4、由无氧呼吸发展变化而形成的，先出现原核细胞，后出现真核细胞，即真核细胞是由原核细胞进化而来的。1细胞呼吸中H(NADH)和ATP的来源和去路物质来源去路H(NADH)有氧呼吸：C6H12O6和H2O；无氧呼吸：C6H12O6有氧呼吸：与O2结合生成水；无氧呼吸：还原丙酮酸ATP有氧呼吸：三个阶段都产生；无氧呼吸：只在第一阶段产生用于各项生命活动2.不同生物无氧呼吸的产物3细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(1)有氧呼吸：C6H12O6O2CO2166。(2)无氧呼吸：C6H12O6CO2C2H5OH122或C6H12O6C3H6O312。(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质
5、的量：有氧呼吸需要的O2有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和34。(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：无氧呼吸有氧呼吸31。有氧呼吸、无氧呼吸的过程生命观念1(2020新高考山东卷)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比正常细胞少解析：选B。无氧呼吸消耗1分子葡萄糖只产生少量ATP，因此癌细胞要满足其生命活动，需吸收大量的葡
6、萄糖，A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错误；无氧呼吸过程中丙酮酸转化为乳酸的场所为细胞质基质，C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正确。2(不定项)(2021山东青岛高三期中)下图表示人体内主要能源物质氧化分解的部分途径，其中X、Y、M、N代表物质。下列叙述正确的是()A糖原水解主要发生在骨骼肌细胞中BXY过程发生在细胞质基质中CM、N分别代表乳酸和水DY、M、N中的氢元素均来自X解析：选BC。糖原水解主要发生在肝脏细
7、胞中，A错误；XY过程是细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，B正确；根据分析M、N分别代表乳酸和水，C正确；N代表水，是在有氧呼吸第三阶段中产生的，其中的氢来自X(葡萄糖)和反应物中的水，D错误。分析细胞呼吸中能量的释放与去向 细胞呼吸方式的判断和计算科学思维3(2020高考全国卷)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CO
8、2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的多解析：选D。在反应底物是葡萄糖的情况下，细胞进行有氧呼吸和产乙醇的无氧呼吸均可产生CO2，其中产乙醇的无氧呼吸产生的CO2与乙醇的分子数相等，有氧呼吸不产生乙醇，因而若产生的CO2与乙醇的分子数相等，说明细胞只进行无氧呼吸，A项正确；根据有氧呼吸反应式，在反应底物是葡萄糖的情况下，若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等，B项正确；根据无氧呼吸反应式，在反应底物是葡萄糖的情况下，若细胞无氧呼吸的产物是乳酸，则不需要消耗O2也不产生CO2，C项正确；有氧呼吸中，吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等
9、，而无氧呼吸不消耗O2，但可能产生CO2，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的分子数少或两者的数目相等，D项错误。4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()氧浓度/%abcdeCO2产生速率/(molmin1)1.21.01.31.63.0O2消耗速率/(molmin1)00.50.71.23.0A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 molmin1C氧浓度为d时，消耗的葡萄糖中有1/4用
10、于酒精发酵D表中5个氧浓度条件下，氧浓度为b时，较适宜苹果的储藏解析：选C。氧浓度为a时，苹果的细胞只进行无氧呼吸，场所是细胞质基质，A正确；氧浓度为c时，两种呼吸方式并存，无氧呼吸产生CO2与酒精的速率均为0.6 molmin1，B正确；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 molmin1和0.4 molmin1，消耗葡萄糖之比为11，即有1/2的葡萄糖用于酒精发酵，C错误；表中5个氧浓度条件下，CO2产生量最少的氧浓度(b)是储藏苹果的最佳氧浓度，D正确。5(2021广东东莞高三月考)若酵母菌呼吸消耗的O2与释放CO2的量如下图所示，图中四种状态下，有氧呼吸消耗葡萄糖
11、与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值正确的是()A甲，1/5B乙，1/3C丙，2/3 D丁，2/3解析：选C。酵母菌有氧呼吸分解1分子葡萄糖，消耗6分子O2，产生6分子CO2；无氧呼吸分解1分子葡萄糖，不消耗O2，产生2分子CO2。甲状态下，有氧呼吸消耗的葡萄糖量为1/6，无氧呼吸消耗的葡萄糖量为(61)/25/2，故有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值为1/15；同理，可求出乙、丙状态下的比值依次为1/6、2/3，丁状态下只进行有氧呼吸，故C正确。6(不定项)有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如下图所示。据图中信息推断，下列叙述错误的
12、是()A当O2浓度为a时，酵母菌既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸B当O2浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸的过程有所不同C当O2浓度为c时， 有2/5的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵Da、b、c、d 4种不同O2浓度下，细胞都能产生H和ATP解析：选AC。当O2浓度为a时，酒精产生量与CO2产生量相等，说明此时只进行无氧呼吸，A项错误。当O2浓度为b时，产生CO2的量多于产生酒精的量，说明酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸；当O2浓度为d时，没有酒精产生，说明酵母菌只进行有氧呼吸，因此当O2浓度为b、d时，酵母菌细胞呼吸过程有所不同，B项正确。当O2浓度为c时，产生6 mol酒精的同时会产生6 mol CO
13、2，需要消耗3 mol葡萄糖，剩余的9 mol CO2来自有氧呼吸，需消耗1.5 mol葡萄糖，因此有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵，C项错误。无论是无氧呼吸还是有氧呼吸都能产生H和ATP，D项正确。判断细胞呼吸方式的三大依据 事实概述性思维1有氧呼吸过程中葡萄糖中能量的去向为_。答案：大部分以热能的形式散失，少部分转化为ATP中的化学能2线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其在结构上特点与功能相适应表现在：_。答案：(1)线粒体具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，扩大了内膜的表面积。(2)线粒体的内膜和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶32020高考全国卷，T30(1
14、)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)。答案：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42019高考全国卷，T37(4)假设从培养基中得到了能高效降解X的细菌，且该菌能将X代谢为丙酮酸，则在有氧条件下，丙酮酸可为该菌的生长提供_和_。答案：能量合成其他物质的原料程序分析类思维5粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是_。答案：种子在有氧呼吸过程中产生了水6同一植株的底部叶片呼吸作用强度比顶部叶片弱，其内部原因最可能是_。答案：同一植株的底部叶片衰老，酶活性降低，所以呼吸作用强度比顶
15、部叶片弱7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_。(2)A管子叶不变色的原因是_，实验中设置A管的目的是_。答案：(1)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管中子叶细胞的酶失活，无呼吸作用作对照考点二影响细胞呼吸的因素及其应用1温度2O2浓度
16、3CO2浓度4水分提醒储存蔬菜和水果与储存种子的条件不同(1)蔬菜和水果应在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下保鲜。(2)种子储存应在“零上低温、干燥、低氧”的条件下。【考点速览诊断】(1)风干种子中细胞呼吸作用的强度高2018全国卷，T4C()(2)萌发种子的干物质总量会减少，主要原因是萌发中的种子只有呼吸作用消耗有机物，没有光合作用合成有机物2014海南卷，T26节选()(3)种子呼吸速率下降有利于干物质合成2013安徽卷，T3D()(4)若测得种子吸收O2与释放CO2的体积比为13，则种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为312013山东卷，T25节选()【教材拾遗拓展】(必修
17、1 P96拓展应用T1)松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。提示：松土是我国农业生产中一项传统的耕作措施，适当松土可以增加土壤透气性，有利于根的有氧呼吸，促进作物根细胞对土壤无机盐的吸收。另外松土利于土壤中枯枝落叶、动物遗体等有机物的分解，从而利于作物生长。但过度松土除了增加农业生产的成本，还可能带来一些环境问题，如容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素，另外土壤微生物的有氧呼吸(或呼吸作用)过度，会加剧温室效应。环境因素对细胞呼吸的影响科学思维1(2021福建宁德高三质
18、检)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，结果如下图所示。下列叙述正确的是()A20 h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体B50 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C50 h后，30 的有氧呼吸速率比2 和15 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：选B。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消耗殆尽，以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B
19、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。2(不定项)下图甲、乙都表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是()A图甲中氧浓度为a时的情况对应图乙中的A点B图甲中氧浓度为b时的情况对应图乙中的CD段C图甲的a、b、c、d四个浓度中c是最适合储藏的氧浓度D图甲中氧浓度为d时有酒精产生解析：选BD。图甲中氧浓度为a时，细胞只释放CO2，不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应图乙中的A点，A正确；图甲中氧浓度为b时CO2的释放量远远大于O2的吸收量，说明既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无氧呼吸强度大，应对应图乙中AC段，B错误
20、；储藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时(图甲中的c浓度)的氧浓度，C正确；氧浓度为d时，CO2的释放量与O2的吸收量相等，细胞只进行有氧呼吸，因此没有酒精产生，D错误。细胞呼吸原理的应用社会责任3(2021福建龙岩期末)下列关于细胞呼吸原理在生产、生活中应用的叙述，正确的是()A种子、果蔬尽量储存在低温、无氧的环境中，可将损耗减少到最小B利用酵母菌和醋酸菌无氧呼吸原理生产各种酒和食醋C花盆适当松土可改善植物根部细胞氧气供应，促进根对无机盐的吸收D选用透气性好的“创可贴”包扎伤口，有利于皮肤细胞呼吸，促进伤口痊愈解析：选C。在完全无氧的环境中，种子、果蔬的细胞进行无氧呼吸，消耗的有
21、机物较多，而在低氧的环境中，有氧呼吸因氧气浓度低而较弱，无氧呼吸因氧气存在而受抑制，细胞总呼吸作用最弱，消耗的有机物最少，可以将损耗减小到最小，A错误；酵母菌的无氧呼吸产物是酒精，醋酸菌的有氧呼吸产物是醋酸，可以酿酒和酿醋，B错误；花盆适当松土透气，可以使植物的根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，C正确；包扎伤口选用透气性好的“创可贴”的原理主要是抑制厌氧菌的无氧呼吸，防止伤口处厌氧菌的生存和繁殖，D错误。细胞呼吸原理的应用(1)对有氧呼吸原理的应用提倡慢跑等有氧运动，使细胞进行有氧呼吸，避免肌细胞产生大量乳酸。稻田定期排水有利于根系进行有氧呼吸，防止幼根因缺氧变黑
22、、腐烂。利用淀粉、醋酸菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。(2)对无氧呼吸原理的应用利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，包扎伤口应选用透气的敷料，以抑制破伤风芽孢杆菌的无氧呼吸；较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。 考点三细胞呼吸方式的实验探究1探究酵母菌细胞呼吸的方式(1)实验原理酵母菌的代谢类型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)实验步骤2探究细胞呼吸方式的其他实验(1)探究细胞呼吸方式的实验装置欲探究某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置
23、，如下图所示(以发芽种子为例)：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不动右移只进行产酒精的无氧呼吸左移右移进行有氧呼吸和产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)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，如右图所示。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。注：(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
24、定。酵母菌细胞呼吸的方式科学探究1(2021天津河东区高三月考)甲、乙两组同学拟用下图所示装置探究酵母菌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若图中C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若在有氧和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解析：选D。该实验的自变量是O2的有无，因变量是CO2的产生量，应排除所充气体中含有的CO2对实验结果的干扰，所以图中A用
25、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，A合理。酵母菌是单细胞真核生物，其繁殖速度易受环境条件的影响，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，B合理。CO2可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，若图中C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，C合理。在有氧呼吸过程中，每消耗1 mol的葡萄糖，会产生6 mol CO2；在无氧呼吸过程中，每消耗1 mol的葡萄糖，会产生2 mol CO2，若酵母菌在有氧和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不合理。2(不定项)(202
26、1山东菏泽高三模拟)为研究酵母菌的发酵产物，某研究小组设计了如下图甲所示的装置，并将有关检测结果绘制成图乙。号、号试管中均加入3 mL蒸馏水和一定量的检验试剂。据图分析，下列说法正确的是()A发酵产物酒精不存在于号试管中B设置号试管对照组是为了排除无关变量温度对实验的干扰C图乙曲线b表示号试管内玻璃管口气泡释放速率变化D图乙曲线a表示酵母菌培养液中酵母菌数量变化规律解析：选AC。酒精不存在于号试管中，酒精应存在于酵母菌葡萄糖溶液中，A正确。号试管中加入的是澄清石灰水或溴麝香草酚蓝溶液，号试管的设置是为了排除空气中二氧化碳的干扰，B错误。随着培养时间的延长，由于营养物质的消耗和有害代谢产物的积累
27、等因素，酵母菌的数量先增加后减少，曲线a不符合该变化；号试管内玻璃管口的气泡释放速率先增加后下降，曲线b符合该变化，C正确，D错误。细胞呼吸的其他探究实验科学探究3(不定项)(2021山东威海一模)下图是探究有活性的水稻种子呼吸作用的装置。下列叙述正确的是()A将种子浸透的目的是增加种子细胞中自由水的含量，从而增强种子的代谢作用B实验开始时，红色小液滴位于0点，在其他条件适宜的情况下，一段时间后，红色小液滴将向右移动C红色小液滴停止移动后，种子的呼吸方式是有氧呼吸D为确保红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起，需另设放置煮熟种子的对照实验装置解析：选AD。将种子浸透的目的是增加种子细胞中自由水的含量，从而增强种子的代谢作用，提高其呼吸作用，A正确；实验开始时，红色小液滴位于0点，在其他条件适宜的情况下，一段时间后，由于种子呼吸会消耗O2释放CO2，CO2被KOH溶液吸收，因此红色小液滴将向左移动，B错误；红色小液滴停止移动后，说明种子不再消耗O2，种子进行无氧呼吸，C错误；为确保红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起，需另设放置煮熟种子的对照实验装置，观察红色小液滴是否移动，D正确。
