细胞呼吸专题复习

一. 教学内容：

细胞呼吸专题复习

 

二. 重点和难点

1. 教学重点

细胞呼吸的类型、无氧呼吸过程

2. 教学难点

细胞呼吸反应过程及影响条件

 

三. 具体内容

细胞呼吸：

（一）呼吸作用的基本含义

1. 呼吸作用是生物体的一项重要的生命活动，因为生物体在整个生命活动过程中都要消耗能量，而这些能量就来自细胞的呼吸作用。呼吸作用不是宏观的气体交换过程，而是发生在每一个活细胞中的有机物的氧化分解、能量释放并且生成高能化合物ATP的过程。

2. 生物体能量代谢主要包括：能量的释放、转移和利用等方面，而细胞呼吸是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的过程，因此，细胞呼吸不等于能量代谢，只是能量的释放和转移应是能量代谢的重要组成部分。

 

（二）有氧呼吸

1. 有氧呼吸的过程

在有氧呼吸的过程中，葡萄糖分子并不像燃烧那样一下子就氧化生成二氧化碳和水，而是要经过一系列复杂的化学反应。有氧呼吸的全过程可分为三个阶段，如图：

从物质变化、能量变化、发生场所等方面来具体把握每一阶段的特点。

2.（1）有氧呼吸的总反应式

（2）有氧呼吸的总反应式两边的水没有抵消，这是为什么？

有氧呼吸的过程中，产物水是在第三阶段由前两阶段脱下来的[H]与O₂结合而成的，与原料水不是一回事，因此，对于有氧呼吸的总反应式两边的水来说，此水非彼水，不能抵消。上述表达式未明确表示出反应物和生成物之间的物质转换关系，不妨参考下面的反应式：

就有氧呼吸的净反应而言，只有水的生成，而没有水的加入。从这个意义上讲，有氧呼吸的总反应式也可写成：

+能量

3. 有氧呼吸的概念

细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。

提示：学习有氧呼吸的概念应抓住几个关键：发生条件、物质变化、能量变化。

（1）发生条件：需要氧气参加，需要酶的催化，主要是在线粒体中进行。

有氧呼吸，顾名思义，需要氧气参加，但氧气只在第三阶段才参与进来。氧气的参加，使有机物能够彻底地分解，将贮藏其中的大量能量释放出来，供生物体利用。有氧呼吸在常温常压下、迅速而高效地进行，需要100多种酶的催化。由于线粒体中存在着大量的有氧呼吸酶，从而成为有氧呼吸的主要场所（重要考点之一）。线粒体内形成的ATP约占有氧呼吸全过程形成ATP总量的95%，所以称线粒体是各种生命活动的“动力工厂”。

（2）物质变化：有机物彻底分解成无机物。

有氧呼吸的反应底物是糖类等有机物，有机物彻底分解的重要标志是有水生成。

（3）能量变化：释放大量能量。

无论在体外燃烧还是体内氧化，彻底分解1mol的葡萄糖释放出来的总能量都是2870kJ，但在生物体内，有氧呼吸能量释放是逐步且缓慢的。

 

（三）无氧呼吸：

1. 无氧呼吸的总反应式

（1）酒精式无氧呼吸（酒精发酵）；

（2）乳酸式无氧呼吸（乳酸发酵）；

2. 无氧呼吸的概念

一般是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。

（1）发生条件：不需要氧气，只要相应的酶，在细胞质基质中进行。

（2）物质变化；有机物分解不彻底。

（3）能量变化：释放出少量能量。

3. 规律一：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。

规律二：产生同样数量的ATP时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的摩尔数之比为19：1。

 

（四）有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系：

细胞呼吸的反应式：

 

（五）影响植物呼吸速率的因素

1. 内部因素

① 不同种类的植物呼吸速率不同，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呼吸速率不同，如幼苗、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。

③ 同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。

2. 环境因素

① 温度

呼吸作用在最适温度（25～35⁰C）最强，超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制，低于最适温度酶活性下降，呼吸受抑制，生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低呼吸作用，减少有机物的消耗，提高产量。

② O₂的浓度

O₂浓度为零时只进行无氧呼吸，浓度为10%以下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，浓度为10%以上，只进行有氧呼吸。生产中常利用降低氧的浓度能够抑制呼吸作用减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果保鲜时间。在低氧条件下，无氧呼吸有氧呼吸都能发生，但O₂对无氧呼吸起抑制作用。

③ 二氧化碳浓度

CO₂是呼吸作用产生的，从化学平衡角度分析，CO₂浓度增加，呼吸速率下降。

在密闭的地窖中，氧气浓度低，CO₂浓度较高，抑制细胞的呼吸作用，使整个器官的代谢水平降低，有利于保存蔬菜水果。

④ 含水量

呼吸作用的各种化学反应都是在水中进行的，自由水含量增加，代谢加强。

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，以减少有机物消耗。如果种子含水量过高，呼吸作用加强，使贮藏的种子堆中温度上升，反过来又进一步促进种子的呼吸作用，使种子的品质变坏。

 

（六）呼吸速率的理解

（1）呼吸速率的概念

呼吸速率是指单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率。它是植物细胞呼吸强弱的生理指标。因为测定有机物的分解速率是非常困难的，所以一般以测定植物体释放CO₂或吸收O₂的量来表示呼吸速率。测定呼吸速率时必须在黑暗条件下以排除光合作用的影响。

（2）呼吸速率的计算公式

呼吸速率=释放CO₂的量或吸收O₂的量。

（七）细胞呼吸的意义

第一，能为生物体的生命活动提供能量，一部分转移到ATP中，用于维护各种生命活动，一部分以热的形式释放出来，用以维持生物体的体温。

第二，能为体内其他化合物的合成提供原料，细胞呼吸过程中产生的中间产物是体内一些重要化合物合成的原料。

 

（八）生产实践的应用

在生产实践中根据需要常采取一定措施促进或抑制细胞呼吸。

例如：

① 作物栽培中，采取中耕松土、防止土壤板结等措施，是为了保证根的正常细胞呼吸，促进根对矿质元素的吸收。

② 粮油种子的贮藏，必须降低含水量，使种子呈风干状态，使细胞呼吸速率降至最低，以减少有机物消耗。如果种含水量过高，呼吸较强，使贮藏的种子堆中温度上升，反过来又进一步促进种子的呼吸，使种子品质变坏。

③ 在果实和蔬菜的保鲜中，常通过控制细胞呼吸以降低它们的代谢强度，达到保鲜的目的。例如，某些果实和蔬可放在低温下或降低空气中的氧含量及增加二氧化碳的浓度，减弱细胞呼吸，使整个器官代谢水平降低，延缓老化。

④ 在农业生产中，为了使有机物向着人们需要的器官积累，常把下部变黄的、已无光合能力、仍然消耗养分的枝叶去掉，使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。

⑤ 人在剧烈运动时，会因无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛；从平原地区初到高原生活的人也因缺氧而影响正常的细胞呼吸而感到诸多不适。

长期的无氧呼吸对陆生植物有影响：

① 无氧呼吸产生的酒精，使细胞的蛋白质变性，而对细胞有毒害作用。

② 无氧呼吸过程释放的能量少，不能满足植物生命活动的需要。

 

【典型例题】

[例1] 甲酵母菌进行有氧呼吸，乙酵母菌进行发酵

（1）如果两酵母菌呼吸产生等量的CO₂，则它们所消耗的葡萄糖之比为（    ）

A. 1：2                 B. 2：1             C. 1：3                 D. 4：3

（2）如果它们消耗等量的葡萄糖，则它们放出的CO₂和吸入的O₂的体积之比为（    ）

       A. 1：3                 B. 3：1           C. 4：3                 D. 3：4

       解析：本题主要考查与细胞呼吸有关的计算，属应用层次。（1）从呼吸作用的方程工中可得出，产生等量的CO₂，乙消耗的葡萄糖是甲的3倍；

       （2）甲有氧呼吸放出CO₂和吸入的O₂体积相等，而乙酵母菌无氧呼吸只放出CO₂，不消耗氧气，所以消耗等量的葡萄糖，两者放出的CO₂：吸入O₂ =（6+2）/（6+0）= 4：3

       答案：（1）C （2）C

 

[例2] 将酵母菌研磨离心分离后，得到上清液（含细胞质基质）和沉淀物（含细胞器）。将等量的上清液、沉淀物和未经离心的匀桨分别放入甲、乙、丙三只试管中进行下列实验，请回答：

       （1）实验一：向三只试管分别滴加等量的葡萄糖溶液，3支试管中的最终产物分别是：甲___________；乙___________；丙___________。

       （2）实验二：向三只试管分别滴加等量的丙酮酸，三支试管的最终产物分别是：甲___________；乙____________；丙____________。

       （3）实验三：在隔绝空气的条件下，重复实验一，3支试管的最终产物是：甲___________；乙___________；丙___________。

       （4）实验四：向三支试管分别加入等量的荧光素（荧火虫尾部提取的可发光物质）重复实验一和实验三，从理论上讲，发光最强的将是实验___________中的___________试管。

       供选答案：A水和二氧化碳             B乙醇和二氧化碳        C水        D无反应

       解析；此题借助酵母菌可以在有氧和无氧条件下自由转换呼吸形式的特点，考查进行细胞呼吸各阶段所需条件及各阶段的产物；甲为上清液，只含细胞质基质，其中的酶只能催化细胞呼吸的第一阶段的反应；乙为沉淀物，只含细胞器，其中的线粒体是有氧呼吸第二、三阶段的场所；丙为匀浆，催化两种呼吸形式的酶均存在，既可进行有氧呼吸又可进行无氧呼吸。实验四中的萤火素能将化学能转化为光能，这一过程需要消耗能量，所以产生能量最多的试管即为发光最强的试管。

答案：（1）BDA（2）DAA（3）BDB（4）一    丙

 

[例3] 将接种有乳酸菌的牛奶100mL 4份和接种有酵母菌的3%淀粉溶液100mL 4份分别将在100mL、200mL、300mL和400mL的烧瓶内，将口密封，置于适宜温度下培养，你认为24 h后产生的乳酸和酒精最多的分别是（    ）

       A. 100mL、100mL                            B. 400mL、400mL

       C. 100mL、400mL                            D. 400mL、100mL

       答案：C

       解析：乳酸菌的新陈代谢类型是异养厌氧型，而厌氧型生物在有氧气存在时，对其发酵有抑制作用，所以装接种有乳酸菌的100mL牛奶的瓶越小越好，因为越小，内部的剩余空间就越小，容纳的氧气也就越少，这样对乳酸菌发酵的抑制作用也就越小。酵母菌既可进行有氧呼吸，也可进行无氧呼吸，在进行有氧呼吸（发酵），但不能繁殖后代，所以装接种有酵母菌的100mL3%的淀粉溶液的瓶应大一些的好，因为大一些的瓶内剩余空间大，容纳的氧气多，酵母菌进行有氧呼吸时繁殖的后代就多，待瓶内的氧气消耗完后，酵母菌便开始进行无氧呼吸（发酵），如果一开始装入小瓶内，会因瓶内剩余空间小，容纳的氧气少，酵母菌繁殖的后代少而影响发酵。

 

[例4]（联系实际应用题）在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汗充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖浓度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖迅速下降，糖浓度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜酵母。

根据上述过程，回答以下问题：

       （1）该过程表明酵母菌异化作用的特点是________________________

       （2）初期、酵母菌迅速繁殖的主要方式是________________________

       （3）经测定酵母菌消耗的糖中98.5%形成了酒精和其它发酵产物，其余1.5%则用于______________。

       解析：本题以啤酒的工业生产过程为内容，综合运用生物和化学的知识分析啤酒生产过程中的实际问题，考查学生对知识的综合应用能力。由题意知：

       （1）酵母菌在有氧条件下迅速繁殖，无氧条件下仍繁殖并发酵：因此酵母菌异化作用的方式是：既能进行有氧呼吸又有进行无氧呼吸。

       （2）运用生殖发育的有关知识可知，酵母菌为单细胞真菌，其繁殖方式为出芽生殖。

       （3）酵母菌在繁殖过程中消耗能量，糖浓度下降，但仍在繁殖，直到糖浓度下降到一定程度；分析这一过程，酵母菌异化作用分解糖，糖中贮存的能量绝大部分转移到其不完全分解的产物中，同时释放少部分能量供酵母菌自身的生命活动所需。所以，解答该小题时，需将有机物与能量进行转换，还需将异化作用和同化作用联系起来考虑。

       答案：（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸（2）出芽生殖（3）酵母菌自身的生长和繁殖

       从以上分析可以看出，酵母菌不仅是生物学科内综合的一个热点，还是生物与其它学科的结合点，应引起关注。

 

[例5] 酵母菌在氧气充分时，也进行有氧呼吸，但一般来说，乙醇的发酵作用是衡量它的一个标准，酵母菌在含有葡萄糖的培养液中进行培养，做了测定单位时间内的吸氧量（气体的体积）和二氧化碳发生量（气体体积）的实验。回答跟这个实验有关的问题：

       （1）在酵母菌只进行需氧呼吸时，比较吸氧量和CO₂的发生量哪一个大？__________

       （2）酵母菌同时进行需氧呼吸和乙醇发酵，假如等量的葡萄糖在需氧呼吸和乙醇发酵过程中被消耗掉，这时吸氧量和二氧化碳发生量之比是多少？__________________________

       （3）酵母菌同时进行需氧呼吸和乙醇发酵，如果需氧呼吸和乙醇发酵所生成的CO₂量相等，这时吸氧量和二氧化碳发生量之比又为什么？_________________________________

       （4）如果酵母菌进行乙醇发酵消耗了360mg的葡萄糖，这时生成了多少摩尔的乙醇？（原子量分别是：C=12       H=1        O=16）_______________________。

       答案：（1）相等   （2）3：4     （3）1：2     （4）0.004 mol

 

[例6] 水稻种子催芽时，谷堆太大，水又加多了，结果出现烂芽现象，原因是（    ）

A. 腐败菌繁殖，破坏种子与幼芽             B. 体积太大，中心温度过高

C. 无氧呼吸产生乳酸的毒害                    D. 无氧呼吸产生酒精的毒害

解：D  规律总结：解此类题，应从无氧呼吸的角度下手。谷堆太大，温度太高，中心必然缺氧，种子进行无氧呼吸，产生酒精，酒精对细胞有毒害作用，结果造成了烂芽现象。

 

[例7] 人体在进行剧烈运动时，获得能量的方式是（    ）

A. 只进行无氧呼吸             B. 只进行有氧呼吸

C. 主要是无氧呼吸             D. 主要是有氧呼吸

解：C  规律总结：人体在进行剧烈运动时，体内缺乏氧气的供应，人体所需的能量主要来自于体内细胞中的无氧呼吸。解此类题，应从细胞呼吸应用的角度下手。

 

【模拟试题】

1. 把几百粒浸泡的豌豆播于松散、潮湿的锯木屑里，每隔5天取20粒切细并加热到恒重，把20粒幼苗的干重同生长时间作图。如图所示的哪一条曲线是所获得的结果（    ）

2. 将等量且新鲜的苹果果肉分别放在O₂浓度不同的密闭容器中，1小时后，测定O₂的吸收量和CO₂的释放量，如下表：

下列有关叙述中正确的是（    ）

A. 苹果果肉细胞在O₂浓度为0~3%和5%~25%时，分别进行无氧呼吸和有氧呼吸

B. 贮藏苹果时，应选择O₂浓度为5%的适宜环境条件

C. O₂浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生ATP越多

D. 苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生乳酸和二氧化碳

 

3. 科研人员在研究某种植物时，从收获的种子开始作鲜重测量，画得如图所示曲线。下列对曲线变化原因的分析中不正确的是（    ）

A. Oa段鲜重增加的原因主要是自由水的减少

B. ab段种子中的细胞基本处于休眠状态，物质变化量较小

C. bc段鲜重增加的原因是有机物增多，种子开始萌发

D. c点以后增幅较大，既有水的增加，又有有机物的增加

4. 比较植物的有氧呼吸与无氧呼吸，正确的是（    ）

A. 葡萄糖是有氧呼吸的主要能源物质，不是无氧呼吸的主要能源物质

B. CO₂是有氧呼吸的产物，不是无氧呼吸的产物

C. 有氧呼吸逐步释放能量，无氧呼吸瞬间释放能量

D. 有氧呼吸产生还原氢，无氧呼吸也能产生还原氢

5. 三大营养物质的代谢与人体健康密切相关，下列说法不正确的是（    ）

A. 高脂肪和高糖膳食可能造成脂肪在肝脏中堆积而成脂肪肝

B. 人体内摄入过多的糖、脂肪、蛋白质都可能导致肥胖

C. 人在饥饿时血糖含量会持续下降

D. 在以大米为主食的同时，掺食豆类食品，可以提高对摄入蛋白质的利用率

6. 下列各项应用中，主要是用细胞呼吸原理的是（    ）

① 手指受伤时，选择透气的消毒纱布包扎    

② 稻田定期排水 

③ 利用葡萄、粮食和酵母菌制酒    

④ 光照下适当增加作物环境中二氧化碳的浓度

A. ①②③④                B. ①②③                   

C. ②③④                    D. ①③④

7. 许多植物在遭受干旱和盐碱等非致死性逆境袭击时，细胞内的可溶性糖和氨基酸等含量有明显提高，这是对逆境的适应性反应。对上述现象的合理推断是（    ）

A. 能提高细胞渗透吸水能力

B. 能提高细胞吸胀吸水的能力

C. 是淀粉和蛋白质的合成酶活性增强的结果

D. 是淀粉和蛋白质的水解酶活性减弱的结果

8. 如图是植物中氧释放和吸收速度有关的资料，植物受12小时黑暗，随后进行12小时光照，温度不变，结果如图所示。下面是在24小时的实验时间内通过植物呼吸消耗的氧的总体积，哪个是最正确的估计（    ）

A. 600cm³      B. 1000cm³           C. 1200cm³           D. 1800cm³

9. 下列关于新陈代谢类型的叙述，正确的是（    ）

A. 细菌都是异养型生物                           B. 动物都是需氧型生物

C. 寄生生物都是厌氧型生物                    D. 自养生物不一定具有叶绿体

10. 为了探究植物体呼吸强度的变化规律，研究人员在不同的温度和不同氧含量的条件下，测定了一定大小的新鲜菠菜叶的二氧化碳释放量（表中为相对值），其数据如下表所示，请分析回答下列问题：

（1）为了能使实验数据真实地反映呼吸强度的变化，在实验环境条件上应特别注意的是什么？为什么？

       （2）研究人员在对数据分析时，发现在温度、氧含量分别为_______条件下所测数据最可能是错误的。

（3）图中数据反映出当氧含量从20%上升到40%时，植物的呼吸强度一般_______，其原因是_____________________。

（4）就图中数据分析，蔬菜长期贮藏的最佳环境控制条件是______________。此条件下植物细胞内二氧化碳的产生场所是______________。

11. 新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础。新陈代谢的正常进行要受多种环境因素的影响

Ⅰ. 下面是以丙酮酸为中心的生物代谢途径，请回答有关问题：

（1）如果如图中C过程发生在线粒体中，则图中③可能代表的物质是______________。

（2）丙酮酸通过图中C、D过程氧化分解释放能量的去向是______________。

（3）在一定的条件下，糖类、脂质和蛋白质之间是可以相互转化的。请结合上述代谢途径，简要分析为什么人体每天都必须摄入足够量并多样化的蛋白质？

___________________             。

Ⅱ. 在可以调节温度的温室里栽培番茄，以研究昼夜温差对番茄生长的影响，实验结果如图所示，曲线A是根据番茄植株在日温为26⁰C，夜温如横坐标所示的温度范围内测定的数据绘制的。曲线B是根据番茄植株在昼夜恒温的情况下，如横坐标所示的温度范围内测定的数据绘制的。

（4）以夜间温度为5⁰C时，曲线A反映出的茎的生长速度比曲线B反映出的要快，你认为其中的原因是什么？___________________________________。

（5）从曲线A中可以看出，茎在夜间温度为20⁰C时的生长速度比在10⁰C时要快，你认为其中的原因是什么？__________________________________________。

（6）是否昼夜温差越大，对番茄的生长就越有利？___________。能够证明你的观点的曲线是_________________________________。

 

【试题答案】

1. C     2. B   3. C     4. D   5. C     6. B   7. A     8. C      9. D  

10. (1)遮光处于黑暗状态;防止叶片进行光合作用干扰呼吸强度的测定；(2)10℃,1.0% ；(3)保持相对稳定  酶的数量限制(或线粒体数量限制)；(4)温度,氧含量分别为3℃,3.0%   细胞质基质,线粒体”）

11.Ⅰ.（1）乳酸或酒精和二氧化碳

（2）一部分贮存在ATP中，其余的能量都以热能的形式散失

（3）蛋白质是构成人体细胞各种结构的重要物质；组成蛋白质的20氨基酸不能都通过图中B过程所示氨基转换作用得到,有8种必需氨基酸只能从食物中获得

Ⅱ.（4）夜温相同，夜间消耗有机物量相同；在该夜温时，A曲线比B曲线的日温高，利于有机物积累，利于茎的生长（有其他合理答案也可给分）

（5）日温相同，有机物积累量相同；植物代谢强度在夜温20⁰C时比夜温10⁰C时旺盛，生成的植株生长所需的代谢产物和能量等都比较多，从而利于茎的生长（有其他合理答案也可给分）

（6）否；曲线A