新教材高中生物人教版必修1学案第5章第3节细胞呼吸的原理和应用

第3节细胞呼吸的原理和应用知识点一细胞呼吸[新知导学]1．概念(1)物质变化：有机物氧化分解，生成二氧化碳或其他产物。(2)能量变化：释放出能量并生成ATP。2．类型根据是否需要氧气，可分为两种类型：有氧呼吸和无氧呼吸。3．探究酵母菌细胞呼吸的方式(1)酵母菌作为实验材料的原因：酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。(2)呼吸产物的检测(连线)①CO2检测a．石灰水变混浊b．重铬酸钾溶液变为灰绿色②酒精检测c．溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄答案：①—a、c②—b(3)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产物eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(有氧：大量的二氧化碳和水,无氧：产生酒精，还产生少量的二氧化碳))1．分析教材P91的实验装置，思考：(1)A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？(2)质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？(3)B装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？提示：(1)保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。(2)NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中，澄清石灰水变混浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。(3)B瓶刚封口后，锥形瓶中有氧，酵母菌进行有氧呼吸，两瓶产生CO2的速度和量基本相等，所以需将开始产生的CO2排掉，一段时间后，B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水，否则会出现两组澄清石灰水混浊程度差不多的情况。2．我们常说的“呼吸”与细胞呼吸有什么区别？提示：呼吸是通过呼吸运动吸入氧气，排出二氧化碳的过程。细胞呼吸是分解有机物，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并合成ATP的过程。[重难探究]探究酵母菌细胞呼吸方式的实验分析1．实验原理(1)实验材料：酵母菌、葡萄糖溶液。(2)反应过程。①有氧条件：葡萄糖eq\o(→,\s\up17(酶))CO2＋H2O＋能量②无氧条件：葡萄糖eq\o(→,\s\up17(酶))酒精＋CO2＋能量(3)产物验证。①酒精＋重铬酸钾溶液(浓硫酸)→灰绿色②二氧化碳＋澄清石灰水→混浊③二氧化碳＋溴麝香草酚蓝溶液→由蓝变绿再变黄2．探究过程“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的两点说明(1)甲组装置中让空气持续地依次通过3个锥形瓶，在通入A瓶之前先用NaOH溶液吸收CO2，既能保证O2充分供应，又能排除空气中CO2对实验结果的干扰。(2)乙组装置中B锥形瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，其原因是将B锥形瓶中原有的O2消耗完。[典题演练]1．下图为某生物小组探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述正确的是(D)A．实验自变量为温度B．乙、丙两试管中液体应煮沸冷却除去O2C．气泵泵入的气体应先除去O2D．实验因变量为CO2的有无解析：本实验的自变量是有无氧气，故A错误；乙是验证酵母菌有氧呼吸方式的，需要氧气，所以不需要煮沸冷却除去O2，故B错误；气泵泵入气体的目的是为酵母菌提供O2，但应先除去CO2，故C错误；根据实验装置可知，该实验的因变量为CO2的有无，故D正确。2．下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是(C)A．二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等C．可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式D．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2解析：酵母菌呼吸产物CO2可用澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液来检测，实验现象分别是澄清石灰水变混浊、溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2，因此不能根据CO2的产生与否来判断细胞呼吸方式；实验过程中需将葡萄糖溶液煮沸，目的是灭菌和去除溶液中的O2，减小实验的误差，此外还需保持无关变量温度、pH、培养液浓度等适宜。若通过比较两装置相同时间内溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化，能否判断酵母菌的呼吸方式？提示：能。有氧呼吸比无氧呼吸产生更多的CO2，可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色由蓝变绿再变黄的时间短于无氧呼吸所需的时间。

知识点二有氧呼吸和无氧呼吸的比较[新知导学]1．有氧呼吸(1)概念①物质变化eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(反应物：葡萄糖等有机物,产物：二氧化碳和水))②条件：有氧参与及多种酶催化。③能量变化：释放能量并生成大量ATP。(2)过程(3)总反应式C6H12O6＋6H2O＋6O2eq\o(→,\s\up17(酶))6CO2＋12H2O＋能量。2．无氧呼吸(1)类型及反应式①分类依据：无氧呼吸的产物。②反应式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(酒精发酵：C6H12O6\o(→,\s\up17(酶))2C2H5OH＋2CO2,＋少量能量,乳酸发酵：C6H12O6\o(→,\s\up17(酶))2C3H6O3,＋少量能量))(2)场所：细胞质基质。(3)过程：①第一阶段(与有氧呼吸的第一阶段完全相同)：3．脂肪与糖相比，含H高，而O的含量少。则等量的脂肪与糖相比，有氧呼吸释放能量和耗氧量的多少有何不同？提示：脂肪氧化分解耗氧量大，产生能量多。4．粮食在贮藏过程中常会发生粮堆湿度增大现象，即粮食“出汗”。试分析原因。提示：粮食在有氧呼吸过程中会产生水。[重难探究]1．有氧呼吸和无氧呼吸过程图解2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较(1)有氧呼吸过程中各元素的去向和来源：(2)有氧呼吸能量释放特点。①有氧呼吸是在温和条件下进行的。②有机物中的能量是逐步释放的。③1mol葡萄糖彻底氧化分解以后，只有1161kJ左右的能量转移至ATP中，其余以热能形式散失。[典题演练]3．为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100mL锥形瓶中，加入40mL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，O2D．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：本题主要考查酵母菌呼吸方式的相关知识。由题图可知，t1→t2，培养液中O2的下降速率变慢，说明O2的消耗速率降低，有氧呼吸速率不断下降，A正确；t1→t3，酵母菌产生CO2速率基本不变，此时间段内，有氧呼吸强度逐渐减弱，无氧呼吸强度逐渐增强，所以在单位时间内要产生等量CO2，无氧呼吸需消耗更多的葡萄糖，B正确；由题干信息可知，酵母菌在最适温度下培养，若降低10℃培养，则会引起酶的活性降低，从而引起酵母菌有氧呼吸速率变慢，致使培养液中O24．如图为生物体内细胞呼吸过程的图解，有关说法正确的是(C)A．图中①②③④过程中均能产生ATP和[H]，消耗等量的丙酮酸，②过程产生的ATP最多B．①③④过程在细胞质基质中进行，②过程只能在线粒体中进行C．一种生物体内不可能进行图中所有反应D．不同生物体内产生1mol二氧化碳，消耗的氧气量相同解析：图中①②③④过程中能产生ATP和[H]的只有①和②；原核生物的有氧呼吸只能在细胞质中进行；一种生物可进行有氧呼吸和无氧呼吸，但不能同时进行两种类型的无氧呼吸，如酵母菌不能进行乳酸发酵，只能进行酒精发酵；不同生物体内进行有氧呼吸和无氧呼吸都有可能产生二氧化碳，而无氧呼吸不消耗氧气。(1)人体产生二氧化碳的呼吸方式一定是有氧呼吸吗？提示：一定。人体的无氧呼吸产生乳酸，不会释放二氧化碳，因此产生二氧化碳的呼吸方式一定为有氧呼吸。(2)题图中能发生在人体成熟的红细胞中的有哪些过程？提示：①④。人体成熟红细胞无线粒体，进行无氧呼吸产生乳酸。知识点三影响呼吸作用的因素[重难探究]1．内因(1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。(2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。(3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。实例：生殖器官大于营养器官。2．外因(1)温度：①作用机制：通过影响细胞呼吸酶的活性来影响细胞呼吸速率。②曲线特征：与温度影响酶活性的曲线特征一致。随温度的升高，呼吸速率先升高，达到一定温度后，随温度的升高，呼吸速率降低。③应用：生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸速率，减少有机物的消耗。(2)O2浓度。①对无氧呼吸的影响：曲线特征：随O2浓度增加而受抑制，O2浓度越高，抑制作用越强，O2浓度达到一定值时，被完全抑制。②对有氧呼吸的影响：曲线特征：在一定范围内，随着O2浓度的增加，有氧呼吸速率增加，但当O2浓度增加到一定值时，有氧呼吸速率不再增加。③应用：适当降低O2浓度，可减少呼吸消耗，延长蔬菜和水果的保鲜时间。O2浓度对不同生物的影响不同(1)酵母菌随O2浓度增加，有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱。(2)破伤风杆菌等厌氧生物会随O2浓度增大而死亡。[典题演练]5．有些作物的种子入库前需要经过风干处理。与风干前相比，下列说法错误的是(C)A．风干种子中有机物的消耗减慢B．风干种子上微生物不易生长繁殖C．风干种子中细胞呼吸作用的强度高D．风干种子中结合水与自由水的比值大解析：本题主要考查水与细胞代谢的关系。种子风干后细胞内的自由水含量减少(结合水含量基本不变)，使细胞呼吸减弱，有机物的消耗减慢，A、D正确，C错误；风干种子的水分减少，在缺水环境中，微生物不易生长繁殖，B正确。6．如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是(B)A．氧浓度为a时，最适于贮藏该植物器官B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C．氧浓度为c时，无氧呼吸最弱D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等解析：审题关键：(1)非绿色器官，只进行呼吸作用。(2)植物贮藏时应降低呼吸作用以减少有机物的消耗。本题考查在不同氧浓度条件下细胞的呼吸方式。具体分析如下：A．氧浓度为a时：O2吸收量为零，此时只进行无氧呼吸，产生大量酒精，不利于贮藏该植物器官；B．氧浓度为b时：有氧呼吸释放CO2量＝吸收O2量＝3，无氧呼吸释放CO2量为(8－3)＝5，据反应式可知，有氧呼吸消耗葡萄糖的量为0.5，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为2.5；C．氧浓度为c时：有氧呼吸释放CO2量为4，无氧呼吸释放CO2量为(6－4)＝2，故无氧呼吸不是最弱，最弱应为零；D．氧浓度为d时：CO2释放量＝O2吸收量，说明只进行有氧呼吸，无氧呼吸不再进行。课题调研：过程图解类题目——细胞呼吸[典范例题]生物体内葡萄糖分解代谢过程如图所示，据图回答下列问题：(1)图中A是________，其产生的部位是________。(2)反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是________，可在人体细胞中进行的是________。(3)苹果贮藏久了会有酒味，其原因是发生了图中________过程；而马铃薯块茎贮藏久了，却没有酒味，原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中________过程。(4)粮食贮藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为____________________________。[解题技巧]过程图可描述生命活动和发展变化的动态过程，常用箭头、字母和数字等表示生物体内某代谢过程或调节过程，这些过程示意图有些是对教材讲解的某些过程进行总结，有些是将新材料、新信息以过程图的形式给出，这些图中蕴藏着丰富的信息。这类题目的一般解题思路为：(1)“审题读图”——由题干信息和过程图分析出图中表示的生理过程或操作过程。(2)“明确过程”——由过程图中的关键产物或反应物或反应条件，准确推断出每个分过程。(3)“规范作答”——根据设问的要求，明确答案中是否体现过程中各产物或反应物或阶段的序号或反应条件等。一、选择题1．下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是(D)A．细胞呼吸必须在酶的催化下进行B．人体红细胞也进行呼吸C．酵母菌既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸D．叶肉细胞在光照下只进行光合作用，不进行细胞呼吸解析：细胞呼吸是生物体内重要的细胞代谢，需要多种酶来催化完成；人体成熟红细胞没有细胞核和线粒体等相关细胞器，不能进行有氧呼吸，主要通过无氧呼吸来为细胞提供能量；酵母菌是兼性厌氧生物，在有氧条件下进行有氧呼吸，无氧条件下进行无氧呼吸；细胞呼吸是生物体能量之源，时刻都在进行，叶肉细胞在光照下同时进行光合作用和细胞呼吸。2．在有氧呼吸的下列反应阶段中，不在线粒体中进行的只有(B)A．[H]传递给O2生成水B．C6H12O6发酵为丙酮酸和[H]C．丙酮酸分解为CO2和[H]D．ADP与磷酸反应生成ATP解析：在有氧呼吸的三个阶段中，第一阶段由C6H12O6分解为丙酮酸和[H]的过程，是在细胞质基质中进行的，而A、C、D过程是在线粒体中进行的。3．如图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(D)A．①②④中数值最大的是①B．③代表的物质名称是氧气C．线粒体能完成图示全过程D．原核生物能完成图示全过程解析：本题考查的是有氧呼吸过程中能量和物质的变化。图中①②④表示有氧呼吸三个阶段产生的能量，其中[H]＋O2反应的④过程释放能量最多，而作为反应物的O2参与的是第三阶段，是图中⑤，图中③是另一种反应物水。线粒体只能完成有氧呼吸的二、三阶段。具有有氧呼吸酶的原核生物如蓝细菌可完成有氧呼吸。4．下列关于植物细胞呼吸的叙述，正确的是(A)A．有氧呼吸的中间产物丙酮酸，可以通过线粒体双层膜B．是否产生二氧化碳是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别C．高等植物进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸D．种子库中储藏的风干种子不进行呼吸作用解析：有氧呼吸中产生的中间产物丙酮酸可以进入线粒体内部，所以A项是正确的；植物的无氧呼吸产生酒精时，也产生CO2，因此是否产生CO2不能作为有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别；C项叙述明显不正确；种子库中储藏的风干种子是活细胞，能进行呼吸作用，只是呼吸作用很缓慢。5．下列关于呼吸作用的叙述，正确的是(D)A．无氧呼吸的终产物是丙酮酸B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水C．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累D．质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多解析：无氧呼吸的终产物是乳酸或酒精和CO2，丙酮酸是有氧呼吸与无氧呼吸的中间产物。有氧呼吸产生的[H]与O2结合生成水发生于线粒体内膜。无氧呼吸第一阶段生成的[H]用于后续过程，最终无[H]积累。同质量的脂肪与糖原相比含氢的比例大，氧化释放的能量多。6．有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。通过对表中数据分析可得出的结论是(D)氧浓度(%)abcd产生CO2的量9mol12.5mol15mol30mol产生酒精的量9mol6.5mol6mol0molA.a浓度时酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率B．b浓度时酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率C．c浓度时有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵D．d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸，未进行无氧呼吸解析：由题干获取的主要信息有：①酵母菌在不同氧浓度条件下，产生的CO2和酒精的量不同；②酵母菌既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸。要解决此题，需依据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式进行计算和判断：C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq\o(→,\s\up17(酶),\s\do5())6CO2＋12H2O＋能量C6H12O6eq