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生物第四节 细胞呼吸为细胞生活提供能量教学设计及反思
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这是一份生物第四节 细胞呼吸为细胞生活提供能量教学设计及反思，共21页。教案主要包含了细胞呼吸，细胞呼吸是细胞代谢的核心等内容，欢迎下载使用。
第四节 细胞呼吸为细胞生活提供能量
课标内容要求
核心素养对接
1.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。
2．探究酵母菌的呼吸方式。
1.从物质与能量视角，探索呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。(生命观念、科学思维)
2．通过探究酵母菌的呼吸方式厘清对比实验的设置。(科学思维、科学探究)
一、细胞呼吸
1．呼吸的概念 呼吸是指人体从周围环境中吸入空气，利用其中的氧气，呼出二氧化碳的气体交换过程。
2．细胞呼吸的概念 细胞呼吸是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。
3．气体交换过程与细胞呼吸的关系 在气体交换过程中获得的氧气通过血液循环运送到身体的各个细胞，供细胞在有氧条件下分解有机物，有机物分解时产生的二氧化碳则通过气体交换排出体外。
二、细胞呼吸的本质是糖等有机物的氧化分解
1．活动 探究酵母菌的呼吸方式
(1)探究问题
①酵母菌在有氧或者无氧环境中进行呼吸的产物是什么？
②酵母菌在有氧或者无氧环境中进行的呼吸具有什么特点？
(2)设计活动方案
设计活动方案时，特别要考虑下列两个问题：
①保证酵母菌有氧或者无氧的生活条件。
②检测酵母菌在有氧或者无氧条件下呼吸的产物的方法。
(3)实施活动方案
实验过程中，需认真观察并记录实验现象。对实验中出现的问题及时分析讨论以不断完善实验方案。
(4)实验结果分析
对实验现象以及获得的数据归纳、分析，得到实验结论，在讨论和交流的基础上完成探究活动报告。
2．需氧呼吸
(1)概念 需氧呼吸必须有氧参加，氧气把糖分子氧化成二氧化碳和水。
(2)特点 需氧呼吸是在常温下发生的，所产生的能量逐步释放，其中有一部分能量储存在ATP中，其余的转化成热能，没有剧烈的发光发热现象。
(3)过程
第一阶段：这个过程发生在细胞溶胶中，又称为糖酵解。
在糖酵解的过程中，1个葡萄糖分子被分解成2个三碳化合物——丙酮酸和少量的氢(用[H]表示)，分解过程中释放出少量能量，形成少量ATP。丙酮酸是糖酵解的产物，葡萄糖分子中的绝大部分化学能仍存在于丙酮酸中。
第二阶段：这个过程发生在线粒体基质中。
丙酮酸进入线粒体后，在复杂酶系统的催化下，经过一系列的化学反应，被彻底氧化分解形成二氧化碳，并产生[H]和少量ATP，二氧化碳释放到细胞外。
第三阶段：这个过程发生在线粒体内膜上。前两个阶段产生的[H]经过线粒体内膜上电子传递链的传递，与氧结合生成水，产生大量ATP。所以，需氧呼吸在最后一步才用到氧。
需氧呼吸的过程是一个氧化还原反应，在这个过程中，葡萄糖分子化学键所储存的能量(化学能)通过氧化还原作用释放出来。部分能量合成ATP，用于各种生命活动。葡萄糖分子与氧反应的总方程式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
(4)电子传递链在需氧呼吸中的作用
对于1个的葡萄糖分子来说，从糖酵解开始，一般可以产生32个ATP分子，而其中的28个ATP分子是在电子传递链中产生的。
电子传递链中生成水的一系列反应只能在有氧气存在的条件下发生，所以称为需氧呼吸。
3．厌氧呼吸
(1)条件 厌氧呼吸是在无氧的条件下发生的。人、动物和植物在特殊情况下都可以进行厌氧呼吸。
(2)举例 人和动物的骨骼肌细胞在缺氧条件下进行厌氧呼吸，产生乳酸。葡萄和苹果的果实、玉米的胚、马铃薯的块茎等在缺氧条件下都能进行厌氧呼吸。
(3)过程
厌氧呼吸在细胞溶胶中进行。厌氧呼吸的过程可以划分为两个阶段：
第一阶段与需氧呼吸的第一阶段一样，进行糖酵解，1个葡萄糖分子被分解成2个丙酮酸分子和少量[H]，分解过程中释放出少量能量，形成少量ATP(2个ATP分子)。
第二阶段中，丙酮酸在不同酶的催化作用下，形成不同的产物，如乳酸或乙醇。
(4)乳酸发酵 葡萄糖在无氧条件下分解产生乳酸，总反应式为：C6H12O62C3H6O3＋能量。
在乳酸发酵反应的第二阶段，糖酵解过程的产物丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下被[H]还原为乳酸。
乳酸发酵所产生的ATP仅为需氧呼吸的1/15左右。
(5)乙醇发酵 葡萄糖在无氧或缺氧条件下分解产生乙醇，并释放出二氧化碳，总反应式为： C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。
(6)酵母菌的细胞呼吸
酵母菌在氧充足的环境中进行需氧呼吸，在氧缺少的状态下进行厌氧呼吸，即乙醇发酵。在乙醇发酵反应的第二阶段，丙酮酸在酶的作用下先脱去二氧化碳生成乙醛，乙醛再被[H]还原为乙醇，即酒精。
(7)厌氧呼吸是一种克服暂时缺氧的应急措施。
①在无氧或缺氧条件下，细胞通过厌氧呼吸的方式可以快速地利用葡萄糖产生ATP，以维持生命。例如，人体肌
肉细胞可以靠厌氧呼吸维持短时间的活动，所产生的乳酸则被运至肝脏再生成葡萄糖。
②厌氧呼吸只能利用葡萄糖中的一小部分能量，而乳酸再转变为葡萄糖又要消耗能量。
三、细胞呼吸是细胞代谢的核心
无论是分解代谢还是合成代谢，都与细胞呼吸有着密切的关系。
1．细胞分解代谢与细胞呼吸的关系
主要利用糖类作为呼吸过程中能量的来源，人和动物的细胞也可利用脂肪和蛋白质作为能源。糖类、脂肪和蛋白质这三类物质的水解产物——单糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等通过多种途径进入细胞呼吸过程被氧化分解，释放出所储存的能量。
糖类中的多糖首先水解为单糖，然后以单糖形式进行糖酵解，最后被完全氧化成二氧化碳和水。脂肪先分解成甘油和脂肪酸，甘油形成一个三碳化合物后进入糖酵解，脂肪酸则进一步被分解。当蛋白质用于细胞呼吸时，首先被分解成氨基酸，氨基酸脱去氨基后变成不同的有机酸，最终被完全氧化。
2．细胞合成代谢与细胞呼吸的关系
细胞合成代谢是各种各样的生物合成反应。这些反应的产物是细胞生活、生长和修复损伤所需要的物质。细胞呼吸一方面为这些合成反应提供能量(ATP)，另一方面为合成反应提供碳骨架。细胞内有机物的生物合成也以细胞呼吸为中心。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．酵母菌属于细菌，广泛分布于自然界中。 ( )
2．重铬酸钾在酸性条件下为橙色，遇到酒精变成灰绿色。 ( )
3．因为每个ATP分子中的能量大约是1个葡萄糖分子中能量的1%，所以细胞中1个分子的葡萄糖完全氧化就会合成100个ATP分子。 ( )
4．需氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 ( )
5．呼吸速率是指单位数量的活体组织在单位时间内消耗的氧气量或释放的二氧化碳量。 ( )
6．百米赛跑ATP主要来源于需氧呼吸。 ( )
提示：1.× 酵母菌属于真菌。
2．√ 重铬酸钾在酸性条件下为橙色，遇到酒精变成灰绿色。
3．× 不是，细胞中每氧化1个葡萄糖分子，可以合成32个ATP，葡萄糖的利用效率只有30%。
4．√ 5.√
6．× 主要来源于磷酸肌酸。
探究酵母菌的呼吸方式
1．探究酵母菌呼吸方式实验的条件控制(如图)
甲 乙
(1)有氧条件：装置甲连通橡皮球(或气泵)，让空气间歇性地依次通过三个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使空气先经过盛有NaOH溶液的锥形瓶，除去空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是酵母菌需氧呼吸产生的CO2所致。
(2)无氧条件：装置乙中B瓶应封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中的O2消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是厌氧呼吸产生的CO2使澄清的石灰水变混浊。
2．检测并比较CO2产生量的两种方法
方法一：
(1)判断依据：相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。
(2)判断方法：若变混浊的速度较快，并且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多；反之，则说明产生的CO2较少。
方法二：
(1)判断依据：相同时间内溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的速度和变成黄色的程度。
(2)判断方法：若变色速度较快且颜色较深，则说明产生的CO2较多；反之，则说明产生的CO2较少。
合作探究：1.分析上述实验的自变量、因变量、无关变量。
提示：(1)自变量：是否通氧气；(2)因变量：产物CO2多少，以及是否产生酒精等；(3)无关变量：A、B瓶C6H12O6溶液浓度、培养温度、培养时间、其他微生物影响等。
2．在有氧条件的装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理，除去空气中的CO2。
3．B瓶装好后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，原因是什么？
提示：封口放置一段时间后让酵母菌将其中的O2耗尽，进行厌氧呼吸以后再测定产生的CO2量。
4．在检测酒精的产生过程中，为什么应将酶母菌的培养时间适当延长？
提示：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。因此，应将酶母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
1．下图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，下列有关叙述错误的是( )
A．装置甲和乙分别探究酵母菌的需氧呼吸和厌氧呼吸
B．A瓶中需加入NaOH溶液用于吸收空气中的CO2
C．可依据澄清的石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
D．一段时间后向C瓶的滤液中加入酸性重铬酸钾溶液，颜色变为灰绿色
C [装置甲和乙分别探究酵母菌的需氧呼吸和厌氧呼吸，A正确；A瓶中需加入NaOH溶液用于吸收空气中的CO2，B正确；不可依据澄清的石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式，因为酵母菌需氧呼吸和厌氧呼吸都要产生二氧化碳，C错误； C瓶进行厌氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，酒精与酸性重铬酸钾反应颜色变为灰绿色，D正确；故选C。]
2．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( )
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O2
C．气泵泵入的气体应先除去O2
D．实验因变量为CO2的有无
D [本实验的自变量是有无氧气，故A错误；乙是验证酵母菌需氧呼吸方式的，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。]
3．甲、乙两个生物兴趣小组分别利用图Ⅰ、图Ⅱ装置对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。请据图回答下列问题。
(1)甲利用图Ⅰ装置探究酵母菌在有氧与无氧的条件下细胞呼吸放出的热量多少。
材料用具：500 mL保温桶、温度计、活性酵母菌、0.1 mol/L葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。
实验步骤：取A、B两套装置按下表的设计进行实验。则X是_________；Y是________。
装置
步骤一
步骤二
步骤三
A
加入200 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
加入10 g活性酵母菌
X______
B
加入200 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
Y______
加入石蜡油
铺满液面
(2)乙利用图Ⅱ装置(橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管)，探究酵母菌的细胞呼吸类型。
想得到实验结论还必须同时设置对照实验，请问对照实验装置(假设该装置编号为Ⅲ)如何设计？________________________________________________
_______________________________________________________________。
解析：(1)探究酵母菌在有氧与无氧的条件下呼吸作用放出的热量多少，A、B两套装置中都应加入10 g活性酵母菌，B装置加入石蜡油，防止空气进入，使酵母菌进行厌氧呼吸。A装置不加入石蜡油，以使酵母菌进行需氧呼吸。B装置中步骤一中煮沸冷却，目的是去除葡萄糖溶液中的氧气，冷却是为了防止高温杀死酵母菌，是控制实验的自变量。(2)图Ⅱ装置中加入氢氧化钠，能吸收二氧化碳，可检测需氧呼吸过程中氧气的消耗量。应设置对照实验装置Ⅲ，对照实验除用等量清水代替NaOH溶液外，其他设计与装置Ⅱ相同。
答案：(1)①X不加入石蜡油，Y加入10 g活性酵母菌 (2)装置Ⅲ除用等量清水代替NaOH溶液外，其他设计与装置Ⅱ相同
需氧呼吸是细胞呼吸的主要方式
1．图解需氧呼吸的过程
2．总反应式剖析
合作探究：1.如图为人体细胞内葡萄糖代谢过程简图，①～③是生化反应过程，甲～丁代表相关物质。下列说法正确的是( )
(1)甲乙丙丁分别代表什么物质？
提示：依次代表丙酮酸、[H]、水、水。
(2)①、②过程均有乙生成，是因为催化①、②过程的酶相同吗？为什么？
提示：不相同，过程①是葡萄糖分解，发生在细胞溶胶中，因为过程②是丙酮酸分解，发生在线粒体基质中，所以催化①、②过程的酶不同。
2.需氧呼吸中元素的追踪，如右图装置：
(1)若用同位素18O对C6H12O6进行标记，同位素18O最终出现在CO2中。
(2)若题图中给酵母菌提供18O2，则酵母菌细胞内最先出现的化合物是__________，然后是________。
提示：18O进入细胞内，先在线粒体内膜与[H]结合形成HO，HO再在线粒体基质处参与丙酮酸分解，形成C18O2。
1．真核细胞需氧呼吸中含碳物质的变化是葡萄糖丙酮酸 CO2，其中①②表示两个阶段。下列叙述错误的是( )
A．①和②中产生[H]较多的是②
B．①和②产生的[H]都用于生成 H2O
C．①和②是需氧呼吸中释放大量能量的阶段
D．①和②发生的场所分别是细胞溶胶和线粒体
C [需氧呼吸第一、二阶段均能产生[H]，其中产生较多的是第二阶段，A正确；①和②产生的[H]都与氧气结合生成水，B正确；释放大量能量的是需氧呼吸的第三阶段，题中①和②分别代表需氧呼吸的第一、二阶段，C错误；①代表需氧呼吸的第一阶段发生的场所是细胞溶胶，②代表需氧呼吸的第二阶段，发生的场所是线粒体，D正确。]
2．下列关于电子传递链的相关叙述错误的是( )
A．只在有 O2的条件下发生
B．消耗的[H]仅来自有机物
C．伴随水的生成释放大量能量
D．该阶段需要多种酶的催化
B [电子传递链必须有氧气的参与，A正确；电子传递链消耗的[H]来自于有机物和水，B错误；电子传递链过程中，氧气与[H]反应生成水并释放大量的能量，C正确；电子传递链合成了水和ATP，需要多种酶的参与，D正确。]
3．某些植物在早春开花时，花序细胞的耗氧速率高出其它细胞100倍以上，但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其它细胞的40%，此时的花序细胞( )
A．主要进行厌氧呼吸并生成ATP
B．产生的热量远多于其它细胞
C．线粒体基质没有参与需氧呼吸
D．没有进行需氧呼吸第三阶段
B [早春开花时，花序细胞的耗氧速率高出其它细胞100倍以上，据此可推断其呼吸形式主要是需氧呼吸，A错误；耗氧多，而产生的ATP又较其他细胞少，所以应该是细胞呼吸有相当一部分能量以热能的形式散失了，并且散失的热能多于其他细胞，B正确；在线粒体基质中进行需氧呼吸的第二阶段，C错误；花序细胞的耗氧速率高，而氧气参与需氧呼吸的第三阶段，D错误。]
需氧呼吸的三个易错点
(1)认为葡萄糖进入线粒体内被彻底氧化分解是错误的。
(2)能量写成ATP是错误的。需氧呼吸的能量大部分以热能散失，少量转移到ATP中。
(3)认为需氧呼吸一定需要线粒体是错误的。没有线粒体的原核生物也能进行需氧呼吸，其场所是细胞膜和细胞溶胶。
厌氧呼吸的过程及与需氧呼吸的比较
1．图解厌氧呼吸的过程
2．判断细胞呼吸方式的三大依据
3．细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路的比较
来源
去路
[H]
需氧呼吸：C6H12O6和H2O；厌氧呼吸：C6H12O6
需氧呼吸：与O2结合生成水；厌氧呼吸：还原丙酮酸
ATP
需氧呼吸：三个阶段都产生；厌氧呼吸：只在第一阶段产生
用于各项生命活动
合作探究：下图为需氧呼吸和厌氧呼吸过程图示，思考讨论下列问题：
(1)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________(填序号)。
提示：② ①②④
(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是什么？
提示：种子在需氧呼吸过程中产生了水。
(3)不同生物厌氧呼吸的产物不同，其直接原因是什么？
提示：直接原因是催化反应的酶不同。
(4)如果是以脂肪为底物进行需氧呼吸，消耗O2的量要大于产生CO2的量，其原因是什么？
提示：与葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此需氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
1．下列关于人体肌肉细胞厌氧呼吸的叙述中，正确的是( )
A．会有特殊分子携带氢和电子传递给氧生成水
B．葡萄糖分解产生酒精和二氧化碳
C．产物在肌肉细胞中再生成葡萄糖
D．全过程都在细胞溶胶中进行
D [厌氧呼吸过程中没有氧气的参与，A错误；人体厌氧呼吸的产物是乳酸，不会产生酒精和二氧化碳，B错误；厌氧呼吸的产物是乳酸，不会在肌肉细胞中再生成葡萄糖，C错误；厌氧呼吸的全过程都在细胞溶胶中进行，D正确。]
2．如图表示细胞呼吸过程中葡萄糖分解的三个途径，下列有关说法正确的是( )
A．过程①②③④中均有ATP生成
B．过程③中的二氧化碳产生于线粒体内膜上
C．除过程④外，其他三个过程均可以发生在酵母菌中
D．马拉松运动员剧烈运动时呼出的二氧化碳来自于过程②③
C [厌氧呼吸第二阶段没有ATP生成，A错误；需氧呼吸过程中，二氧化碳产生于线粒体基质中，B错误；酵母菌为兼性厌氧型生物，可进行需氧呼吸和产生二氧化碳的厌氧呼吸，酵母菌的厌氧呼吸不产生乳酸，C正确；马拉松运动员剧烈运动时呼出的二氧化碳来自于需氧呼吸，D错误。]
3.有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的量如图所示(两种细胞呼吸速率相等)，在氧浓度为a时( )
A．酵母菌只进行厌氧呼吸
B．2/3的葡萄糖用于厌氧呼吸
C．产生ATP的场所只有线粒体基质和线粒体内膜
D．消耗[H]的场所只有线粒体内膜
B [酵母菌厌氧呼吸产生酒精和CO2的物质的量之比是1∶1。氧浓度为a时酒精的生成量是6 mol，则厌氧呼吸CO2的生成量也为6 mol，而实际上CO2的生成量为15 mol，因此存在需氧呼吸，A错误。用CO2的总生成量减去厌氧呼吸产生的CO2量等于需氧呼吸产生的CO2量，即15 mol－6 mol＝9 mol。需氧呼吸每消耗1 mol的葡萄糖产生6 mol CO2，生成9 mol CO2则消耗了1.5 mol的葡萄糖；厌氧呼吸每消耗1 mol葡萄糖产生2 mol CO2，生成6 mol CO2则消耗了3 mol的葡萄糖。因此，需氧呼吸与厌氧呼吸共消耗了4.5 mol的葡萄糖，用于厌氧呼吸的葡萄糖是3 mol，占2/3，B正确。同时进行需氧呼吸和厌氧呼吸时，产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜；消耗[H]的场所有细胞质基质和线粒体内膜，C、D错误。]
细胞呼吸反应式中各物质的量的比例关系
(1)需氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2 ＝ 1∶6∶6。
(2)厌氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精 ＝ 1∶2∶2或C6H12O6∶乳酸 ＝ 1∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量：需氧呼吸需要的O2∶需氧呼吸和厌氧呼吸产生的CO2之和 ＝ 3∶4。
(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：厌氧呼吸∶需氧呼吸＝3∶1。
影响细胞呼吸的因素及其应用
1．温度、CO2浓度及H2O对呼吸速率影响的曲线分析
温度
CO2浓度
H2O
影响机理
温度主要影响与呼吸作用有关的酶的活性
从化学平衡的角度分析，增加 CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用
在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱
曲线模型
2.O2影响的细胞呼吸曲线的分析
(1)原理：O2浓度决定细胞呼吸的类型和强度。
(2)曲线分析(呼吸底物为葡萄糖，以真核细胞为例)：
①A点：O2浓度为0，细胞只进行厌氧呼吸，此时细胞呼吸的场所只有细胞溶胶，没有线粒体。
②B点：需氧呼吸和厌氧呼吸释放的CO2的量相等，需氧呼吸和厌氧呼吸消耗的葡萄糖的量之比为1∶3。
③AC段：CO2的产生量大于O2的吸收量，需氧呼吸与厌氧呼吸共存，此时细胞呼吸的场所是细胞溶胶和线粒体。
④C点以后，厌氧呼吸消失，细胞只进行需氧呼吸；CO2的产生量与O2的吸收量相等。此时细胞呼吸的场所仍然是细胞溶胶和线粒体。但当O2浓度达到一定值后，需氧呼吸强度不再随O2浓度的增大而增大，这可能是受与呼吸作用有关的酶的数量或温度等因素的影响。
合作探究：1.干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如下图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是什么？
提示： 酒精、水和CO2。
(2)若种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是什么？
提示：种子厌氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，厌氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括什么？
提示：适宜的光照、CO2和无机盐。
2．根据影响细胞呼吸外界因素思考在生产、生活中采取的措施：
(1)若需要增强植物体细胞的呼吸强度，可采取怎样的措施？
提示：可采取供水、升温、高氧等措施。
(2)若需降低植物细胞的呼吸强度，可采取怎样的措施？
提示：可采取干燥、低温、低氧等措施。
(3)蔬菜和水果应储存在怎样的条件下保鲜？
提示：应储存在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下
(4)种子应储存在怎样的条件下？
提示：应储存在“零上低温、干燥、低氧”条件下。
1．下列关于细胞呼吸在生产生活中应用的叙述，错误的是( )
A．干燥和无氧的环境有利于蔬菜的长期保鲜
B．面团“发起”是酵母菌产生 CO2 所致
C．利用乳酸菌制作酸奶过程需密闭隔绝空气
D．黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中有机物总量不断减少
A [蔬菜的保鲜应是低氧、湿润环境，A错误；面团“发起”是酵母菌以面粉中的糖为底物进行细胞呼吸产生的CO2 所致，B正确；利用乳酸菌制作酸奶，乳酸菌是厌氧菌，过程需密闭隔绝空气，C正确；黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中需要进行呼吸作用分解有机物，有机物总量不断减少，D正确。]
2．为了探究植物呼吸强度的变化规律，研究者在遮光状态下，测得了相同的新鲜菠菜叶在不同温度和O2含量条件下的CO2释放量，结果如下表(表中数据为相对值)。下列有关分析错误的是( )
O2 含量
温度
0.1%
1.0%
3.0%
10.0%
20.0%
40.0%
3 ℃
6.2
3.6
1.2
4.4
5.4
5.3
10 ℃
31.2
53.7
5.9
21.5
33.3
32.9
20 ℃
46.4
35.2
6.4
38.9
65.5
56.2
30 ℃
59.8
41.4
8.8
56.6
100.0
101.6
A．根据变化规律，表中10 ℃、O2含量为1.0%条件下的数据很可能是错误的
B．温度为3 ℃、O2含量为3.0%是储藏菠菜叶的最佳环境条件组合
C．O2含量从20.0%上升至40.0%时，O2含量限制了呼吸强度的继续升高
D．在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞厌氧呼吸逐渐减弱
C [分析表格实验数据可知，低于30 ℃时，随温度的升高二氧化碳的释放量增多，表中10 ℃、1.0%条件下二氧化碳的释放量比20 ℃、1.0%多，因此该数据可能是错误的，A正确；分析表格数据可知，温度为3 ℃、O2含量为3.0%时，释放的二氧化碳的量最少，细胞呼吸速率最低，是贮藏菠菜叶的最佳环境条件组合，B正确；分析表格数据可知，O2含量从20.0%升至40.0%时，细胞呼吸释放的二氧化碳的量基本不变，O2含量已经达到饱和，O2含量不再是限制呼吸强度的因素，C错误；厌氧呼吸的特点是有氧气时厌氧呼吸受抑制，在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞厌氧呼吸逐渐减弱，D正确。]
3．如图表示细胞呼吸强度与O2浓度的关系(呼吸底物为葡萄糖)。据图回答下列问题：
(1)图中D点进行的细胞呼吸方式为________________。如果呼吸强度不能用CO2的释放量表示，原因是________________，对于人体来说，________________细胞的呼吸方式与此相类似。
(2)图中F点的CO2量来自________________，当O2浓度达到G点以后，CO2释放量不再继续增加的内因是________________。
(3)图中YZ∶ZX为4∶1，则需氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗的________________，图中厌氧呼吸强度降为0的起点时其对应的氧气浓度为________________。
(4)图中细胞呼吸对有机物中能量的利用率最低的点对应的氧气浓度是________________。
解析：(1)图中D点氧气的吸收量为零，只能是厌氧呼吸。若呼吸强度不能以CO2的释放量表示，只可能是该生物的厌氧呼吸不产生二氧化碳，对于人来说，成熟红细胞进行的就是不产生二氧化碳的厌氧呼吸。(2)图中F点，二氧化碳的释放量和氧气的吸收量相等，只能是需氧呼吸。当O2浓度达到G点以后，CO2释放量不再继续增加的内因是受呼吸酶的数量的限制。(3)图中YZ∶ZX为4∶1，由图可知，YZ为厌氧呼吸释放的二氧化碳的量，设为4a，ZX为需氧呼
吸释放的二氧化碳的量，设为a，则需氧呼吸消耗的葡萄糖为(1/6)a，厌氧呼吸消耗的葡萄糖的量为2a，则需氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗的(1/6)a÷[2a＋(1/6)a]＝1/13，由图可知，厌氧呼吸强度降为0的起点，其氧气浓度是Ⅰ。(4)已知厌氧呼吸对有机物中能量的利用率最低，故只进行厌氧呼吸对应的氧气浓度是0。
答案：(1)厌氧呼吸 该生物厌氧呼吸不产生二氧化碳 成熟的红(细胞) (2)需氧呼吸 呼吸酶的数量是有限的 (3)1/13 Ⅰ (4)0
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1.细胞呼吸是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。
2.需氧呼吸必须有氧参加，氧气把糖分子氧化成二氧化碳和水。
3.需氧呼吸过程的第一阶段：这个过程发生在细胞溶胶中，又称为糖酵解，第二阶段：这个过程发生在线粒体基质中，第三阶段：这个过程发生在线粒体内膜上。
4.需氧呼吸的过程是一个氧化还原反应，在这个过程中，葡萄糖分子化学键所储存的能量(化学能)通过氧化还原作用释放出来。部分能量合成ATP，用于各种生命活动。
5.厌氧呼吸是在无氧的条件下发生的。人、动物和植物在特殊情况下都可以进行厌氧呼吸。
6.厌氧呼吸在细胞溶胶中进行。厌氧呼吸的过程可以划分为两个阶段：第一阶段与需氧呼吸的第一阶段一样，第二阶段中，丙酮酸在不同酶的催化作用下，形成不同的产物，如乳酸或乙醇。
7.酵母菌在氧充足的环境中进行需氧呼吸，在氧缺少的状态下进行厌氧呼吸，即乙醇发酵。在乙醇发酵反应的第二阶段，丙酮酸在酶的作用下先脱去二氧化碳生成乙醛，乙醛再被[H]还原为乙醇，即酒精。
8.细胞呼吸是细胞代谢的核心，无论是分解代谢还是合成代谢，都与细胞呼吸有着密切的关系。
1．如图所示为某绿色植物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述中正确的是( )
A．图解中的①②两种物质依次是H2O和O2
B．1分子丙酮酸在(二)、(三)阶段产生的能量一样多
C．图解中(一)、(二)两阶段产生[H]的场所都是线粒体
D．图解中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖
A [①水在需氧呼吸第二阶段参与反应，②氧气在第三阶段参与反应，A正确；需氧呼吸的一二阶段产生能量较少，第三阶段释放大量的能量，B错误；(一)需氧呼吸的第一阶段，场所是细胞溶胶、(二)需氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，C错误；(三)阶段产生的H2O中的氢来自于葡萄糖和水，D错误。]
2．下列关于真核细胞厌氧呼吸的叙述，正确的是( )
A．厌氧呼吸产生的能量大多数合成了ATP
B．厌氧呼吸的第二阶段是在线粒体基质中将丙酮酸分解
C．成熟苹果的果肉细胞在缺氧时主要进行酒精发酵
D．人体骨骼肌细胞产生乳酸时伴有CO2和少量能量生成
C [厌氧呼吸中，葡萄糖中的能量大部分在不彻底的分解产物酒精或乳酸中，只有少部分释放出来，其中少部分用于ATP的合成，A错误；厌氧呼吸第二阶段的场所是细胞溶胶，B错误；苹果的果肉细胞厌氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳，C正确；人体细胞厌氧呼吸不产生二氧化碳，D错误。]
3．如图表示人体内细胞呼吸作用过程，结合图示下列叙述正确的是( )
A．在剧烈运动中，人体细胞主要通过③过程提供能量
B．经①→③过程将导致细胞内[H]的积累
C．①②③过程中都需要酶参与，都有能量释放
D．②过程有水产生，同样需要水的参与
D [③厌氧呼吸的第二阶段不产生能量，剧烈运动时，主要靠需氧呼吸供能，A错误；①→③表示厌氧呼吸，该过程无[H]的积累，B错误；③厌氧呼吸的第二阶段不产生能量，C错误；②包括需氧呼吸的二三阶段，第二阶段消耗水，第三阶段生成水，D正确。]
4．在剧烈运动时，肌肉处于暂时相对缺氧状态，葡萄糖的消耗量剧增，但ATP的生成量没有明显增多，这是因为( )
A．大量能量以热能的形式散失了
B．大量能量合成了其他高能化合物
C．大量能量没有释放出来
D．大量能量随汗水流失了
C [动物厌氧呼吸产生的能量少，大量的能量储存在不彻底的氧化产物中，所以C选项正确。]
5．某生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如图的探究实验：
(1)酵母菌是探究细胞呼吸方式的比较恰当的实验材料，是因为
_______________________________________________________________。
(2)从变量角度看，实验中氧气的有无是______，葡萄糖的浓度是________，酵母菌的数量是________。
(3)本实验中选用溴麝香草酚蓝溶液试剂检测的代谢产物是______， 通常会发生________________________颜色反应。
(4)利用甲乙试管来探究酵母菌呼吸方式时，可以探知酵母菌是否进行________呼吸。为减少实验误差，空气泵泵入的气体中应去除____________。
(5)在利用丙丁试管探究酵母菌呼吸方式时，用石蜡油密封酵母菌和葡萄糖溶液，此外，还需要对溶液进行______处理，为实验提供无氧条件。待冷却再加入活化的酵母菌。
解析：(1)酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧的条件下进行需氧呼吸，在无氧的条件下进行厌氧呼吸。故利用一种生物可以同时研究两种不同的呼吸方式。(2)由于该装置是探究酵母菌的呼吸方式，故自变量是实验中氧气的有无，其它因素是无关变量，如葡萄糖浓度、酵母菌的数量等。(3)本实验中选用溴麝香草酚蓝溶液试剂检测的代谢产物是二氧化碳， 通常会发生先变蓝色，再变成绿色，最后是黄色的颜色反应。(4)由于乙试管接空气泵，可以为其提供氧气，故甲乙装置可以检测酵母菌是否进行需氧呼吸；为减少实验误差，空气泵泵入的气体中应去除CO2的空气，以防止空气中的CO2对实验结果的干扰。
(5)用石蜡油密封丙、丁试管中的酵母菌和葡萄糖溶液，目的是防止空气中的氧气进入反应混合液，从而为实验提供无氧条件以探究酵母菌的厌氧呼吸；此外还需对溶液进行加热煮沸处理，以杀死溶液中的杂菌，防止对实验结果的干扰。
答案：(1)酵母菌在无氧和有氧条件下均可进行细胞呼吸
(2)自变量 无关变量 无关变量 (3)二氧化碳(或CO2) 先变蓝色，再变成绿色，最后是黄色 (4)需氧 二氧化碳(或CO2) (5)加热煮沸
第四节 细胞呼吸为细胞生活提供能量
课标内容要求
核心素养对接
1.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。
2．探究酵母菌的呼吸方式。
1.从物质与能量视角，探索呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。(生命观念、科学思维)
2．通过探究酵母菌的呼吸方式厘清对比实验的设置。(科学思维、科学探究)
一、细胞呼吸
1．呼吸的概念 呼吸是指人体从周围环境中吸入空气，利用其中的氧气，呼出二氧化碳的气体交换过程。
2．细胞呼吸的概念 细胞呼吸是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。
3．气体交换过程与细胞呼吸的关系 在气体交换过程中获得的氧气通过血液循环运送到身体的各个细胞，供细胞在有氧条件下分解有机物，有机物分解时产生的二氧化碳则通过气体交换排出体外。
二、细胞呼吸的本质是糖等有机物的氧化分解
1．活动 探究酵母菌的呼吸方式
(1)探究问题
①酵母菌在有氧或者无氧环境中进行呼吸的产物是什么？
②酵母菌在有氧或者无氧环境中进行的呼吸具有什么特点？
(2)设计活动方案
设计活动方案时，特别要考虑下列两个问题：
①保证酵母菌有氧或者无氧的生活条件。
②检测酵母菌在有氧或者无氧条件下呼吸的产物的方法。
(3)实施活动方案
实验过程中，需认真观察并记录实验现象。对实验中出现的问题及时分析讨论以不断完善实验方案。
(4)实验结果分析
对实验现象以及获得的数据归纳、分析，得到实验结论，在讨论和交流的基础上完成探究活动报告。
2．需氧呼吸
(1)概念 需氧呼吸必须有氧参加，氧气把糖分子氧化成二氧化碳和水。
(2)特点 需氧呼吸是在常温下发生的，所产生的能量逐步释放，其中有一部分能量储存在ATP中，其余的转化成热能，没有剧烈的发光发热现象。
(3)过程
第一阶段：这个过程发生在细胞溶胶中，又称为糖酵解。
在糖酵解的过程中，1个葡萄糖分子被分解成2个三碳化合物——丙酮酸和少量的氢(用[H]表示)，分解过程中释放出少量能量，形成少量ATP。丙酮酸是糖酵解的产物，葡萄糖分子中的绝大部分化学能仍存在于丙酮酸中。
第二阶段：这个过程发生在线粒体基质中。
丙酮酸进入线粒体后，在复杂酶系统的催化下，经过一系列的化学反应，被彻底氧化分解形成二氧化碳，并产生[H]和少量ATP，二氧化碳释放到细胞外。
第三阶段：这个过程发生在线粒体内膜上。前两个阶段产生的[H]经过线粒体内膜上电子传递链的传递，与氧结合生成水，产生大量ATP。所以，需氧呼吸在最后一步才用到氧。
需氧呼吸的过程是一个氧化还原反应，在这个过程中，葡萄糖分子化学键所储存的能量(化学能)通过氧化还原作用释放出来。部分能量合成ATP，用于各种生命活动。葡萄糖分子与氧反应的总方程式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
(4)电子传递链在需氧呼吸中的作用
对于1个的葡萄糖分子来说，从糖酵解开始，一般可以产生32个ATP分子，而其中的28个ATP分子是在电子传递链中产生的。
电子传递链中生成水的一系列反应只能在有氧气存在的条件下发生，所以称为需氧呼吸。
3．厌氧呼吸
(1)条件 厌氧呼吸是在无氧的条件下发生的。人、动物和植物在特殊情况下都可以进行厌氧呼吸。
(2)举例 人和动物的骨骼肌细胞在缺氧条件下进行厌氧呼吸，产生乳酸。葡萄和苹果的果实、玉米的胚、马铃薯的块茎等在缺氧条件下都能进行厌氧呼吸。
(3)过程
厌氧呼吸在细胞溶胶中进行。厌氧呼吸的过程可以划分为两个阶段：
第一阶段与需氧呼吸的第一阶段一样，进行糖酵解，1个葡萄糖分子被分解成2个丙酮酸分子和少量[H]，分解过程中释放出少量能量，形成少量ATP(2个ATP分子)。
第二阶段中，丙酮酸在不同酶的催化作用下，形成不同的产物，如乳酸或乙醇。
(4)乳酸发酵 葡萄糖在无氧条件下分解产生乳酸，总反应式为：C6H12O62C3H6O3＋能量。
在乳酸发酵反应的第二阶段，糖酵解过程的产物丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下被[H]还原为乳酸。
乳酸发酵所产生的ATP仅为需氧呼吸的1/15左右。
(5)乙醇发酵 葡萄糖在无氧或缺氧条件下分解产生乙醇，并释放出二氧化碳，总反应式为： C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。
(6)酵母菌的细胞呼吸
酵母菌在氧充足的环境中进行需氧呼吸，在氧缺少的状态下进行厌氧呼吸，即乙醇发酵。在乙醇发酵反应的第二阶段，丙酮酸在酶的作用下先脱去二氧化碳生成乙醛，乙醛再被[H]还原为乙醇，即酒精。
(7)厌氧呼吸是一种克服暂时缺氧的应急措施。
①在无氧或缺氧条件下，细胞通过厌氧呼吸的方式可以快速地利用葡萄糖产生ATP，以维持生命。例如，人体肌
肉细胞可以靠厌氧呼吸维持短时间的活动，所产生的乳酸则被运至肝脏再生成葡萄糖。
②厌氧呼吸只能利用葡萄糖中的一小部分能量，而乳酸再转变为葡萄糖又要消耗能量。
三、细胞呼吸是细胞代谢的核心
无论是分解代谢还是合成代谢，都与细胞呼吸有着密切的关系。
1．细胞分解代谢与细胞呼吸的关系
主要利用糖类作为呼吸过程中能量的来源，人和动物的细胞也可利用脂肪和蛋白质作为能源。糖类、脂肪和蛋白质这三类物质的水解产物——单糖、甘油和脂肪酸以及氨基酸等通过多种途径进入细胞呼吸过程被氧化分解，释放出所储存的能量。
糖类中的多糖首先水解为单糖，然后以单糖形式进行糖酵解，最后被完全氧化成二氧化碳和水。脂肪先分解成甘油和脂肪酸，甘油形成一个三碳化合物后进入糖酵解，脂肪酸则进一步被分解。当蛋白质用于细胞呼吸时，首先被分解成氨基酸，氨基酸脱去氨基后变成不同的有机酸，最终被完全氧化。
2．细胞合成代谢与细胞呼吸的关系
细胞合成代谢是各种各样的生物合成反应。这些反应的产物是细胞生活、生长和修复损伤所需要的物质。细胞呼吸一方面为这些合成反应提供能量(ATP)，另一方面为合成反应提供碳骨架。细胞内有机物的生物合成也以细胞呼吸为中心。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．酵母菌属于细菌，广泛分布于自然界中。 ( )
2．重铬酸钾在酸性条件下为橙色，遇到酒精变成灰绿色。 ( )
3．因为每个ATP分子中的能量大约是1个葡萄糖分子中能量的1%，所以细胞中1个分子的葡萄糖完全氧化就会合成100个ATP分子。 ( )
4．需氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 ( )
5．呼吸速率是指单位数量的活体组织在单位时间内消耗的氧气量或释放的二氧化碳量。 ( )
6．百米赛跑ATP主要来源于需氧呼吸。 ( )
提示：1.× 酵母菌属于真菌。
2．√ 重铬酸钾在酸性条件下为橙色，遇到酒精变成灰绿色。
3．× 不是，细胞中每氧化1个葡萄糖分子，可以合成32个ATP，葡萄糖的利用效率只有30%。
4．√ 5.√
6．× 主要来源于磷酸肌酸。
探究酵母菌的呼吸方式
1．探究酵母菌呼吸方式实验的条件控制(如图)
甲 乙
(1)有氧条件：装置甲连通橡皮球(或气泵)，让空气间歇性地依次通过三个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使空气先经过盛有NaOH溶液的锥形瓶，除去空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是酵母菌需氧呼吸产生的CO2所致。
(2)无氧条件：装置乙中B瓶应封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中的O2消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是厌氧呼吸产生的CO2使澄清的石灰水变混浊。
2．检测并比较CO2产生量的两种方法
方法一：
(1)判断依据：相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。
(2)判断方法：若变混浊的速度较快，并且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多；反之，则说明产生的CO2较少。
方法二：
(1)判断依据：相同时间内溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的速度和变成黄色的程度。
(2)判断方法：若变色速度较快且颜色较深，则说明产生的CO2较多；反之，则说明产生的CO2较少。
合作探究：1.分析上述实验的自变量、因变量、无关变量。
提示：(1)自变量：是否通氧气；(2)因变量：产物CO2多少，以及是否产生酒精等；(3)无关变量：A、B瓶C6H12O6溶液浓度、培养温度、培养时间、其他微生物影响等。
2．在有氧条件的装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理，除去空气中的CO2。
3．B瓶装好后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，原因是什么？
提示：封口放置一段时间后让酵母菌将其中的O2耗尽，进行厌氧呼吸以后再测定产生的CO2量。
4．在检测酒精的产生过程中，为什么应将酶母菌的培养时间适当延长？
提示：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。因此，应将酶母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
1．下图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，下列有关叙述错误的是( )
A．装置甲和乙分别探究酵母菌的需氧呼吸和厌氧呼吸
B．A瓶中需加入NaOH溶液用于吸收空气中的CO2
C．可依据澄清的石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
D．一段时间后向C瓶的滤液中加入酸性重铬酸钾溶液，颜色变为灰绿色
C [装置甲和乙分别探究酵母菌的需氧呼吸和厌氧呼吸，A正确；A瓶中需加入NaOH溶液用于吸收空气中的CO2，B正确；不可依据澄清的石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式，因为酵母菌需氧呼吸和厌氧呼吸都要产生二氧化碳，C错误； C瓶进行厌氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，酒精与酸性重铬酸钾反应颜色变为灰绿色，D正确；故选C。]
2．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( )
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O2
C．气泵泵入的气体应先除去O2
D．实验因变量为CO2的有无
D [本实验的自变量是有无氧气，故A错误；乙是验证酵母菌需氧呼吸方式的，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。]
3．甲、乙两个生物兴趣小组分别利用图Ⅰ、图Ⅱ装置对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。请据图回答下列问题。
(1)甲利用图Ⅰ装置探究酵母菌在有氧与无氧的条件下细胞呼吸放出的热量多少。
材料用具：500 mL保温桶、温度计、活性酵母菌、0.1 mol/L葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。
实验步骤：取A、B两套装置按下表的设计进行实验。则X是_________；Y是________。
装置
步骤一
步骤二
步骤三
A
加入200 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
加入10 g活性酵母菌
X______
B
加入200 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
Y______
加入石蜡油
铺满液面
(2)乙利用图Ⅱ装置(橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管)，探究酵母菌的细胞呼吸类型。
想得到实验结论还必须同时设置对照实验，请问对照实验装置(假设该装置编号为Ⅲ)如何设计？________________________________________________
_______________________________________________________________。
解析：(1)探究酵母菌在有氧与无氧的条件下呼吸作用放出的热量多少，A、B两套装置中都应加入10 g活性酵母菌，B装置加入石蜡油，防止空气进入，使酵母菌进行厌氧呼吸。A装置不加入石蜡油，以使酵母菌进行需氧呼吸。B装置中步骤一中煮沸冷却，目的是去除葡萄糖溶液中的氧气，冷却是为了防止高温杀死酵母菌，是控制实验的自变量。(2)图Ⅱ装置中加入氢氧化钠，能吸收二氧化碳，可检测需氧呼吸过程中氧气的消耗量。应设置对照实验装置Ⅲ，对照实验除用等量清水代替NaOH溶液外，其他设计与装置Ⅱ相同。
答案：(1)①X不加入石蜡油，Y加入10 g活性酵母菌 (2)装置Ⅲ除用等量清水代替NaOH溶液外，其他设计与装置Ⅱ相同
需氧呼吸是细胞呼吸的主要方式
1．图解需氧呼吸的过程
2．总反应式剖析
合作探究：1.如图为人体细胞内葡萄糖代谢过程简图，①～③是生化反应过程，甲～丁代表相关物质。下列说法正确的是( )
(1)甲乙丙丁分别代表什么物质？
提示：依次代表丙酮酸、[H]、水、水。
(2)①、②过程均有乙生成，是因为催化①、②过程的酶相同吗？为什么？
提示：不相同，过程①是葡萄糖分解，发生在细胞溶胶中，因为过程②是丙酮酸分解，发生在线粒体基质中，所以催化①、②过程的酶不同。
2.需氧呼吸中元素的追踪，如右图装置：
(1)若用同位素18O对C6H12O6进行标记，同位素18O最终出现在CO2中。
(2)若题图中给酵母菌提供18O2，则酵母菌细胞内最先出现的化合物是__________，然后是________。
提示：18O进入细胞内，先在线粒体内膜与[H]结合形成HO，HO再在线粒体基质处参与丙酮酸分解，形成C18O2。
1．真核细胞需氧呼吸中含碳物质的变化是葡萄糖丙酮酸 CO2，其中①②表示两个阶段。下列叙述错误的是( )
A．①和②中产生[H]较多的是②
B．①和②产生的[H]都用于生成 H2O
C．①和②是需氧呼吸中释放大量能量的阶段
D．①和②发生的场所分别是细胞溶胶和线粒体
C [需氧呼吸第一、二阶段均能产生[H]，其中产生较多的是第二阶段，A正确；①和②产生的[H]都与氧气结合生成水，B正确；释放大量能量的是需氧呼吸的第三阶段，题中①和②分别代表需氧呼吸的第一、二阶段，C错误；①代表需氧呼吸的第一阶段发生的场所是细胞溶胶，②代表需氧呼吸的第二阶段，发生的场所是线粒体，D正确。]
2．下列关于电子传递链的相关叙述错误的是( )
A．只在有 O2的条件下发生
B．消耗的[H]仅来自有机物
C．伴随水的生成释放大量能量
D．该阶段需要多种酶的催化
B [电子传递链必须有氧气的参与，A正确；电子传递链消耗的[H]来自于有机物和水，B错误；电子传递链过程中，氧气与[H]反应生成水并释放大量的能量，C正确；电子传递链合成了水和ATP，需要多种酶的参与，D正确。]
3．某些植物在早春开花时，花序细胞的耗氧速率高出其它细胞100倍以上，但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其它细胞的40%，此时的花序细胞( )
A．主要进行厌氧呼吸并生成ATP
B．产生的热量远多于其它细胞
C．线粒体基质没有参与需氧呼吸
D．没有进行需氧呼吸第三阶段
B [早春开花时，花序细胞的耗氧速率高出其它细胞100倍以上，据此可推断其呼吸形式主要是需氧呼吸，A错误；耗氧多，而产生的ATP又较其他细胞少，所以应该是细胞呼吸有相当一部分能量以热能的形式散失了，并且散失的热能多于其他细胞，B正确；在线粒体基质中进行需氧呼吸的第二阶段，C错误；花序细胞的耗氧速率高，而氧气参与需氧呼吸的第三阶段，D错误。]
需氧呼吸的三个易错点
(1)认为葡萄糖进入线粒体内被彻底氧化分解是错误的。
(2)能量写成ATP是错误的。需氧呼吸的能量大部分以热能散失，少量转移到ATP中。
(3)认为需氧呼吸一定需要线粒体是错误的。没有线粒体的原核生物也能进行需氧呼吸，其场所是细胞膜和细胞溶胶。
厌氧呼吸的过程及与需氧呼吸的比较
1．图解厌氧呼吸的过程
2．判断细胞呼吸方式的三大依据
3．细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路的比较
来源
去路
[H]
需氧呼吸：C6H12O6和H2O；厌氧呼吸：C6H12O6
需氧呼吸：与O2结合生成水；厌氧呼吸：还原丙酮酸
ATP
需氧呼吸：三个阶段都产生；厌氧呼吸：只在第一阶段产生
用于各项生命活动
合作探究：下图为需氧呼吸和厌氧呼吸过程图示，思考讨论下列问题：
(1)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________(填序号)。
提示：② ①②④
(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是什么？
提示：种子在需氧呼吸过程中产生了水。
(3)不同生物厌氧呼吸的产物不同，其直接原因是什么？
提示：直接原因是催化反应的酶不同。
(4)如果是以脂肪为底物进行需氧呼吸，消耗O2的量要大于产生CO2的量，其原因是什么？
提示：与葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此需氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
1．下列关于人体肌肉细胞厌氧呼吸的叙述中，正确的是( )
A．会有特殊分子携带氢和电子传递给氧生成水
B．葡萄糖分解产生酒精和二氧化碳
C．产物在肌肉细胞中再生成葡萄糖
D．全过程都在细胞溶胶中进行
D [厌氧呼吸过程中没有氧气的参与，A错误；人体厌氧呼吸的产物是乳酸，不会产生酒精和二氧化碳，B错误；厌氧呼吸的产物是乳酸，不会在肌肉细胞中再生成葡萄糖，C错误；厌氧呼吸的全过程都在细胞溶胶中进行，D正确。]
2．如图表示细胞呼吸过程中葡萄糖分解的三个途径，下列有关说法正确的是( )
A．过程①②③④中均有ATP生成
B．过程③中的二氧化碳产生于线粒体内膜上
C．除过程④外，其他三个过程均可以发生在酵母菌中
D．马拉松运动员剧烈运动时呼出的二氧化碳来自于过程②③
C [厌氧呼吸第二阶段没有ATP生成，A错误；需氧呼吸过程中，二氧化碳产生于线粒体基质中，B错误；酵母菌为兼性厌氧型生物，可进行需氧呼吸和产生二氧化碳的厌氧呼吸，酵母菌的厌氧呼吸不产生乳酸，C正确；马拉松运动员剧烈运动时呼出的二氧化碳来自于需氧呼吸，D错误。]
3.有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的量如图所示(两种细胞呼吸速率相等)，在氧浓度为a时( )
A．酵母菌只进行厌氧呼吸
B．2/3的葡萄糖用于厌氧呼吸
C．产生ATP的场所只有线粒体基质和线粒体内膜
D．消耗[H]的场所只有线粒体内膜
B [酵母菌厌氧呼吸产生酒精和CO2的物质的量之比是1∶1。氧浓度为a时酒精的生成量是6 mol，则厌氧呼吸CO2的生成量也为6 mol，而实际上CO2的生成量为15 mol，因此存在需氧呼吸，A错误。用CO2的总生成量减去厌氧呼吸产生的CO2量等于需氧呼吸产生的CO2量，即15 mol－6 mol＝9 mol。需氧呼吸每消耗1 mol的葡萄糖产生6 mol CO2，生成9 mol CO2则消耗了1.5 mol的葡萄糖；厌氧呼吸每消耗1 mol葡萄糖产生2 mol CO2，生成6 mol CO2则消耗了3 mol的葡萄糖。因此，需氧呼吸与厌氧呼吸共消耗了4.5 mol的葡萄糖，用于厌氧呼吸的葡萄糖是3 mol，占2/3，B正确。同时进行需氧呼吸和厌氧呼吸时，产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜；消耗[H]的场所有细胞质基质和线粒体内膜，C、D错误。]
细胞呼吸反应式中各物质的量的比例关系
(1)需氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2 ＝ 1∶6∶6。
(2)厌氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精 ＝ 1∶2∶2或C6H12O6∶乳酸 ＝ 1∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量：需氧呼吸需要的O2∶需氧呼吸和厌氧呼吸产生的CO2之和 ＝ 3∶4。
(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：厌氧呼吸∶需氧呼吸＝3∶1。
影响细胞呼吸的因素及其应用
1．温度、CO2浓度及H2O对呼吸速率影响的曲线分析
温度
CO2浓度
H2O
影响机理
温度主要影响与呼吸作用有关的酶的活性
从化学平衡的角度分析，增加 CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用
在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱
曲线模型
2.O2影响的细胞呼吸曲线的分析
(1)原理：O2浓度决定细胞呼吸的类型和强度。
(2)曲线分析(呼吸底物为葡萄糖，以真核细胞为例)：
①A点：O2浓度为0，细胞只进行厌氧呼吸，此时细胞呼吸的场所只有细胞溶胶，没有线粒体。
②B点：需氧呼吸和厌氧呼吸释放的CO2的量相等，需氧呼吸和厌氧呼吸消耗的葡萄糖的量之比为1∶3。
③AC段：CO2的产生量大于O2的吸收量，需氧呼吸与厌氧呼吸共存，此时细胞呼吸的场所是细胞溶胶和线粒体。
④C点以后，厌氧呼吸消失，细胞只进行需氧呼吸；CO2的产生量与O2的吸收量相等。此时细胞呼吸的场所仍然是细胞溶胶和线粒体。但当O2浓度达到一定值后，需氧呼吸强度不再随O2浓度的增大而增大，这可能是受与呼吸作用有关的酶的数量或温度等因素的影响。
合作探究：1.干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如下图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是什么？
提示： 酒精、水和CO2。
(2)若种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是什么？
提示：种子厌氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，厌氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括什么？
提示：适宜的光照、CO2和无机盐。
2．根据影响细胞呼吸外界因素思考在生产、生活中采取的措施：
(1)若需要增强植物体细胞的呼吸强度，可采取怎样的措施？
提示：可采取供水、升温、高氧等措施。
(2)若需降低植物细胞的呼吸强度，可采取怎样的措施？
提示：可采取干燥、低温、低氧等措施。
(3)蔬菜和水果应储存在怎样的条件下保鲜？
提示：应储存在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下
(4)种子应储存在怎样的条件下？
提示：应储存在“零上低温、干燥、低氧”条件下。
1．下列关于细胞呼吸在生产生活中应用的叙述，错误的是( )
A．干燥和无氧的环境有利于蔬菜的长期保鲜
B．面团“发起”是酵母菌产生 CO2 所致
C．利用乳酸菌制作酸奶过程需密闭隔绝空气
D．黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中有机物总量不断减少
A [蔬菜的保鲜应是低氧、湿润环境，A错误；面团“发起”是酵母菌以面粉中的糖为底物进行细胞呼吸产生的CO2 所致，B正确；利用乳酸菌制作酸奶，乳酸菌是厌氧菌，过程需密闭隔绝空气，C正确；黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中需要进行呼吸作用分解有机物，有机物总量不断减少，D正确。]
2．为了探究植物呼吸强度的变化规律，研究者在遮光状态下，测得了相同的新鲜菠菜叶在不同温度和O2含量条件下的CO2释放量，结果如下表(表中数据为相对值)。下列有关分析错误的是( )
O2 含量
温度
0.1%
1.0%
3.0%
10.0%
20.0%
40.0%
3 ℃
6.2
3.6
1.2
4.4
5.4
5.3
10 ℃
31.2
53.7
5.9
21.5
33.3
32.9
20 ℃
46.4
35.2
6.4
38.9
65.5
56.2
30 ℃
59.8
41.4
8.8
56.6
100.0
101.6
A．根据变化规律，表中10 ℃、O2含量为1.0%条件下的数据很可能是错误的
B．温度为3 ℃、O2含量为3.0%是储藏菠菜叶的最佳环境条件组合
C．O2含量从20.0%上升至40.0%时，O2含量限制了呼吸强度的继续升高
D．在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞厌氧呼吸逐渐减弱
C [分析表格实验数据可知，低于30 ℃时，随温度的升高二氧化碳的释放量增多，表中10 ℃、1.0%条件下二氧化碳的释放量比20 ℃、1.0%多，因此该数据可能是错误的，A正确；分析表格数据可知，温度为3 ℃、O2含量为3.0%时，释放的二氧化碳的量最少，细胞呼吸速率最低，是贮藏菠菜叶的最佳环境条件组合，B正确；分析表格数据可知，O2含量从20.0%升至40.0%时，细胞呼吸释放的二氧化碳的量基本不变，O2含量已经达到饱和，O2含量不再是限制呼吸强度的因素，C错误；厌氧呼吸的特点是有氧气时厌氧呼吸受抑制，在20 ℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞厌氧呼吸逐渐减弱，D正确。]
3．如图表示细胞呼吸强度与O2浓度的关系(呼吸底物为葡萄糖)。据图回答下列问题：
(1)图中D点进行的细胞呼吸方式为________________。如果呼吸强度不能用CO2的释放量表示，原因是________________，对于人体来说，________________细胞的呼吸方式与此相类似。
(2)图中F点的CO2量来自________________，当O2浓度达到G点以后，CO2释放量不再继续增加的内因是________________。
(3)图中YZ∶ZX为4∶1，则需氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗的________________，图中厌氧呼吸强度降为0的起点时其对应的氧气浓度为________________。
(4)图中细胞呼吸对有机物中能量的利用率最低的点对应的氧气浓度是________________。
解析：(1)图中D点氧气的吸收量为零，只能是厌氧呼吸。若呼吸强度不能以CO2的释放量表示，只可能是该生物的厌氧呼吸不产生二氧化碳，对于人来说，成熟红细胞进行的就是不产生二氧化碳的厌氧呼吸。(2)图中F点，二氧化碳的释放量和氧气的吸收量相等，只能是需氧呼吸。当O2浓度达到G点以后，CO2释放量不再继续增加的内因是受呼吸酶的数量的限制。(3)图中YZ∶ZX为4∶1，由图可知，YZ为厌氧呼吸释放的二氧化碳的量，设为4a，ZX为需氧呼
吸释放的二氧化碳的量，设为a，则需氧呼吸消耗的葡萄糖为(1/6)a，厌氧呼吸消耗的葡萄糖的量为2a，则需氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗的(1/6)a÷[2a＋(1/6)a]＝1/13，由图可知，厌氧呼吸强度降为0的起点，其氧气浓度是Ⅰ。(4)已知厌氧呼吸对有机物中能量的利用率最低，故只进行厌氧呼吸对应的氧气浓度是0。
答案：(1)厌氧呼吸 该生物厌氧呼吸不产生二氧化碳 成熟的红(细胞) (2)需氧呼吸 呼吸酶的数量是有限的 (3)1/13 Ⅰ (4)0
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1.细胞呼吸是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。
2.需氧呼吸必须有氧参加，氧气把糖分子氧化成二氧化碳和水。
3.需氧呼吸过程的第一阶段：这个过程发生在细胞溶胶中，又称为糖酵解，第二阶段：这个过程发生在线粒体基质中，第三阶段：这个过程发生在线粒体内膜上。
4.需氧呼吸的过程是一个氧化还原反应，在这个过程中，葡萄糖分子化学键所储存的能量(化学能)通过氧化还原作用释放出来。部分能量合成ATP，用于各种生命活动。
5.厌氧呼吸是在无氧的条件下发生的。人、动物和植物在特殊情况下都可以进行厌氧呼吸。
6.厌氧呼吸在细胞溶胶中进行。厌氧呼吸的过程可以划分为两个阶段：第一阶段与需氧呼吸的第一阶段一样，第二阶段中，丙酮酸在不同酶的催化作用下，形成不同的产物，如乳酸或乙醇。
7.酵母菌在氧充足的环境中进行需氧呼吸，在氧缺少的状态下进行厌氧呼吸，即乙醇发酵。在乙醇发酵反应的第二阶段，丙酮酸在酶的作用下先脱去二氧化碳生成乙醛，乙醛再被[H]还原为乙醇，即酒精。
8.细胞呼吸是细胞代谢的核心，无论是分解代谢还是合成代谢，都与细胞呼吸有着密切的关系。
1．如图所示为某绿色植物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述中正确的是( )
A．图解中的①②两种物质依次是H2O和O2
B．1分子丙酮酸在(二)、(三)阶段产生的能量一样多
C．图解中(一)、(二)两阶段产生[H]的场所都是线粒体
D．图解中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖
A [①水在需氧呼吸第二阶段参与反应，②氧气在第三阶段参与反应，A正确；需氧呼吸的一二阶段产生能量较少，第三阶段释放大量的能量，B错误；(一)需氧呼吸的第一阶段，场所是细胞溶胶、(二)需氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，C错误；(三)阶段产生的H2O中的氢来自于葡萄糖和水，D错误。]
2．下列关于真核细胞厌氧呼吸的叙述，正确的是( )
A．厌氧呼吸产生的能量大多数合成了ATP
B．厌氧呼吸的第二阶段是在线粒体基质中将丙酮酸分解
C．成熟苹果的果肉细胞在缺氧时主要进行酒精发酵
D．人体骨骼肌细胞产生乳酸时伴有CO2和少量能量生成
C [厌氧呼吸中，葡萄糖中的能量大部分在不彻底的分解产物酒精或乳酸中，只有少部分释放出来，其中少部分用于ATP的合成，A错误；厌氧呼吸第二阶段的场所是细胞溶胶，B错误；苹果的果肉细胞厌氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳，C正确；人体细胞厌氧呼吸不产生二氧化碳，D错误。]
3．如图表示人体内细胞呼吸作用过程，结合图示下列叙述正确的是( )
A．在剧烈运动中，人体细胞主要通过③过程提供能量
B．经①→③过程将导致细胞内[H]的积累
C．①②③过程中都需要酶参与，都有能量释放
D．②过程有水产生，同样需要水的参与
D [③厌氧呼吸的第二阶段不产生能量，剧烈运动时，主要靠需氧呼吸供能，A错误；①→③表示厌氧呼吸，该过程无[H]的积累，B错误；③厌氧呼吸的第二阶段不产生能量，C错误；②包括需氧呼吸的二三阶段，第二阶段消耗水，第三阶段生成水，D正确。]
4．在剧烈运动时，肌肉处于暂时相对缺氧状态，葡萄糖的消耗量剧增，但ATP的生成量没有明显增多，这是因为( )
A．大量能量以热能的形式散失了
B．大量能量合成了其他高能化合物
C．大量能量没有释放出来
D．大量能量随汗水流失了
C [动物厌氧呼吸产生的能量少，大量的能量储存在不彻底的氧化产物中，所以C选项正确。]
5．某生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如图的探究实验：
(1)酵母菌是探究细胞呼吸方式的比较恰当的实验材料，是因为
_______________________________________________________________。
(2)从变量角度看，实验中氧气的有无是______，葡萄糖的浓度是________，酵母菌的数量是________。
(3)本实验中选用溴麝香草酚蓝溶液试剂检测的代谢产物是______， 通常会发生________________________颜色反应。
(4)利用甲乙试管来探究酵母菌呼吸方式时，可以探知酵母菌是否进行________呼吸。为减少实验误差，空气泵泵入的气体中应去除____________。
(5)在利用丙丁试管探究酵母菌呼吸方式时，用石蜡油密封酵母菌和葡萄糖溶液，此外，还需要对溶液进行______处理，为实验提供无氧条件。待冷却再加入活化的酵母菌。
解析：(1)酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧的条件下进行需氧呼吸，在无氧的条件下进行厌氧呼吸。故利用一种生物可以同时研究两种不同的呼吸方式。(2)由于该装置是探究酵母菌的呼吸方式，故自变量是实验中氧气的有无，其它因素是无关变量，如葡萄糖浓度、酵母菌的数量等。(3)本实验中选用溴麝香草酚蓝溶液试剂检测的代谢产物是二氧化碳， 通常会发生先变蓝色，再变成绿色，最后是黄色的颜色反应。(4)由于乙试管接空气泵，可以为其提供氧气，故甲乙装置可以检测酵母菌是否进行需氧呼吸；为减少实验误差，空气泵泵入的气体中应去除CO2的空气，以防止空气中的CO2对实验结果的干扰。
(5)用石蜡油密封丙、丁试管中的酵母菌和葡萄糖溶液，目的是防止空气中的氧气进入反应混合液，从而为实验提供无氧条件以探究酵母菌的厌氧呼吸；此外还需对溶液进行加热煮沸处理，以杀死溶液中的杂菌，防止对实验结果的干扰。
答案：(1)酵母菌在无氧和有氧条件下均可进行细胞呼吸
(2)自变量 无关变量 无关变量 (3)二氧化碳(或CO2) 先变蓝色，再变成绿色，最后是黄色 (4)需氧 二氧化碳(或CO2) (5)加热煮沸
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