高考生物一轮复习高考必考教材实验六 探究酵母菌的呼吸方式及实验拓展（含解析）

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考问1 探究酵母菌的呼吸方式
(1)实验原理
(2)实验流程
提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精的条件是有氧还是无氧？酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么？
↓
作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设
↓
科学思维
1．为什么选酵母菌作为实验材料？
提示：酵母菌在有氧、无氧条件下都能生存，可通过测定其细胞呼吸产物来确定酵母菌的细胞呼吸方式。
2．为什么先将空气通过10%的NaOH溶液，再进入酵母菌培养液中？
提示：10%的NaOH溶液用于吸收空气中的CO2，以保证用于检测产物的锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2导致的。
3．用于测定无氧呼吸的装置中，为什么将酵母菌培养液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：酵母菌将锥形瓶中的氧气消耗完毕后再进行检测，以确保通入澄清石灰水中的CO2是由无氧呼吸产生的。
4．实验设计需遵循对照原则，此实验为何不设置对照组？
提示：此实验为对比实验，对比实验不设对照组，而是通过有氧和无氧条件下的两个实验组相互对比得出实验结论。
5．实验所用的葡萄糖溶液为什么需煮沸？
提示：煮沸的主要目的是灭菌，排除其他微生物的呼吸作用对实验结果造成干扰。
考问2 实验拓展
(1)运用液滴移动情况探究酵母菌呼吸方式的方法
①欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如下图所示(以发芽种子为例)。
②实验结果预测和结论(见下表)：
(2)细胞呼吸速率的测定
①实验装置
②实验原理：组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。
③误差的校正
a．如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
b．如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。
c．为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。
【题组跟进】
高考题组——研考向
eq \x(考向一) 酵母细胞呼吸方式的实验探究及拓展
1．[2018·天津卷，5]为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是( )
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，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D．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：在t1～t2时刻，单位时间内氧气的减少速率越来越慢，说明酵母菌的有氧呼吸速率不断下降，A正确；t3时，培养液中氧气的含量不再发生变化，说明酵母菌基本不再进行有氧呼吸，此时主要进行无氧呼吸，t1和t3产生CO2的速率相同，所以单位时间内产生相同量的CO2，所以单位时间内无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的3倍，因此t3时，溶液中消耗葡萄糖的速率比t1时快，B正确；图示所给温度是最适温度，该温度条件下酶的活性最高，反应速率最快，因此若降低温度，氧气相对含量达到稳定时所需要的时间会变长，C错误；据图可知，酵母菌进行了无氧呼吸，无氧呼吸过程会产生酒精，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应后变成灰绿色，D正确。
答案：C
2．[经典高考]
将图中果酒发酵装置改装后用于探究酵母菌呼吸方式的实验，下列相关操作，错误的是( )
A．探究有氧条件下酵母菌呼吸方式时打开阀a
B．经管口3取样检测酒精和CO2的产生情况
C．实验开始前对改装后整个装置进行气密性检查
D．改装时将盛有澄清石灰水的试剂瓶与管口2连通
解析：将果酒发酵装置改装成用于探究酵母菌呼吸方式的装置，改装时将盛有澄清石灰水的试剂瓶与管口2连通，以检测酵母菌产生的气体成分；经管口3取样只能检测酒精的产生情况；实验开始前，需对改装后的装置的气密性进行检查；探究有氧条件下酵母菌的呼吸方式时，需打开阀a，为酵母菌提供充足的氧气。
答案：B
3．[经典高考]回答下列问题：如图表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下细胞呼吸的情况。
材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。
实验假设：酵母菌在有氧条件下细胞呼吸比无氧条件下细胞呼吸放出的热量多。
(1)取A、B两套装置设计实验如下，请补充下表中内容：
(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是______________，这是控制实验的____________变量。
(3)要测定B装置因细胞呼吸引起的温度变化量，还需要增加一个装置C。请写出对装置C应进行的实验步骤：
(4)实验预期：在适宜条件下实验，30 min后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是________________________________________________________________________
(用“”表示)，则假设成立。
解析：(1)该实验要探究酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸方式，所以A、B两装置内的自变量应为氧气的有无，其他条件要保持完全相同且适宜。(2)B装置内煮沸葡萄糖溶液是为了完全除去其中溶解的氧气，从而制造无氧环境。(3)装置C作为装置B的对照，测定细胞呼吸引起的温度变化，两装置内的自变量应为进行细胞呼吸的酵母菌的有无。(4)一段时间后，内部进行了有氧呼吸的A装置中的温度>进行了无氧呼吸的B装置中的温度>无酵母菌无细胞呼吸的C装置中的温度，则假设成立。
答案：(1)①不加入石蜡油 ②加入10 g活性干酵母
(2)去除氧气 自 (3)③加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液 ④不加入活性干酵母 (4)A>B>C
eq \x(考向二) 细胞呼吸相关的实验探究
4．[2018·浙江卷，12]以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是( )
A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀
B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境
C．乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味
解析：将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀，以便使酵母菌在混合液中均匀分布，A正确；酵母菌在无氧条件下才能将葡萄糖分解为乙醇，因此应在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，B错误；CO2可使澄清石灰水变浑浊，乙试管中澄清的石灰水变浑浊，说明酵母菌细胞呼吸产生了CO2，C正确；甲试管中的酵母菌进行无氧呼吸将葡萄糖分解为乙醇和CO2，因此拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味，D正确。
答案：B
5．[2017·海南卷，8]某染料(氧化型为无色，还原型为红色)可用于种子生活力的鉴定。某同学将吸胀的小麦种子平均分成甲、乙两组，并通过染色实验来了解种子的生活力，结果如表所示。
下列叙述错误的是( )
A．甲组的胚发生了氧化还原反应
B．呼吸作用产生的NADH使染料变成红色
C．乙组胚细胞膜上的载体蛋白能将染料运出细胞
D．种子中胚细胞代谢活动的强弱会影响染色效果
解析：由题目表格给出的信息“甲组种子中的胚呈红色”可推出甲组种子中的染料被还原(发生了氧化还原反应)，还原剂为NADH，A、B正确；乙组细胞已被杀死，细胞膜失去了选择透过性，C错误；胚细胞呼吸作用的强弱会影响NADH的产生，进而影响染色效果，D正确。
答案：C
模拟题组——预趋势
eq \x(预测一) 酵母菌细胞呼吸方式的探究
1．[2019·安徽江南联考]下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，下列有关叙述，正确的是( )
A．该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，其中乙组作为对照组
B．若向b瓶和d瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，则d瓶内的溶液会变黄
C．可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率
D．若c瓶和e瓶中溶液都变浑浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式
解析：该对比实验两组都未知实验结果，都是实验组，故A错；d瓶进行无氧呼吸，生成酒精，在酸性条件下与重铬酸钾溶液反应变成灰绿色，而b瓶进行有氧呼吸，不生成酒精，无灰绿色出现，故B错；b瓶进行有氧呼吸，产生二氧化碳速率较快，溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间较短，石灰水变浑浊较快(浑浊量较大)；d瓶进行无氧呼吸，产生二氧化碳速率较慢，溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间较长，石灰水变浑浊较慢(浑浊量较小)，故C正确，D错。
答案：C
2．[2019·湖南长郡中学模拟]下图为探究酵母菌进行的细胞呼吸类型的装置图，下列现象中能说明酵母菌既进行有氧呼吸，同时又进行无氧呼吸的是( )
A．装置1中液滴左移，装置2中液滴不移
B．装置1中液滴左移，装置2中液滴右移
C．装置1中液滴不移动，装置2中液滴右移
D．装置1中液滴右移，装置2中液滴左移
解析：装置1中液滴左移，说明酵母菌细胞呼吸消耗了氧气，即酵母菌进行了有氧呼吸；装置2中液滴不移动，说明酵母菌没有进行无氧呼吸，结合装置1和装置2说明酵母菌只进行有氧呼吸，A错误；装置1中液滴左移，说明酵母菌细胞呼吸消耗了氧气，即酵母菌进行了有氧呼吸；装置2中液滴右移，说明酵母菌呼吸释放了二氧化碳，结合装置1和装置2说明酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，B正确；装置1中液滴不动，说明酵母菌呼吸作用没有消耗氧气，即没有进行有氧呼吸；装置2中液滴右移，说明酵母菌呼吸释放了二氧化碳，结合装置1和装置2可知酵母菌只进行无氧呼吸，C错误；装置1中液滴不可能右移，D错误。
答案：B
eq \x(预测二) 细胞呼吸速率的测定
3．[2019·贵州省贵阳市模拟]从小鼠的肝细胞中提取细胞质基质和线粒体，分别保存于试管中，置于适宜环境中进行相关实验。下列说法正确的是( )
A．为保持活性需将线粒体置于等渗缓冲溶液中
B．向盛有细胞质基质的试管中注入葡萄糖，可测得有CO2产生
C．向盛有线粒体的试管中注入葡萄糖，可测得氧的消耗量加大
D．向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸，降低温度不改变线粒体的耗氧速率
解析：线粒体分布在细胞质基质中，细胞质基质呈胶质状态，有一定的渗透压，因此为保持活性需将提取的线粒体置于等渗缓冲溶液中，A正确；小鼠细胞的细胞质基质既可发生无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段，也可进行无氧呼吸第二阶段，均不产生CO2，B错误；线粒体中只发生有氧呼吸的第二、三阶段，葡萄糖在细胞质基质被分解成丙酮酸后才能进入线粒体，C错误；降低温度会使有氧呼吸过程所需酶的活性下降，从而降低线线体的耗氧速率，D错误。
答案：A
4．[2019·江西金溪一中高三月考]把盛有酵母菌和葡萄糖混合液的装置(如图)置于适宜温度下，一段时间后，经检测，装置中葡萄糖减少了a摩尔，气体的体积总量增加了b摩尔。以下关于酵母菌细胞呼吸的分析，不正确的是( )
A．无氧呼吸消耗的葡萄糖量为0.5b摩尔
B．有氧呼吸产生的CO2量为6a－b摩尔
C．细胞呼吸产生的CO2量为6a－2b摩尔
D．细胞呼吸消耗的O2量为6a－3b摩尔
解析：实验装置虽然处于密闭状态，但内部仍然有少量氧气，因此在整个实验过程中存在酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸。依据相关的细胞呼吸反应式可知：以葡萄糖为底物的有氧呼吸过程中，产生的CO2量与消耗的O2量的体积相等，因此装置中气体的体积总量增加的b摩尔表示无氧呼吸产生的CO2量，则无氧呼吸消耗的葡萄糖的量为b/2摩尔＝0.5b摩尔，A正确；有氧呼吸消耗的葡萄糖为(a－b/2)摩尔，有氧呼吸即细胞呼吸消耗的O2量和有氧呼吸产生的CO2量均为6eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(a－\f(b,2)))＝6a－3b摩尔，B错误、D正确；细胞呼吸产生的CO2总量为(6a－3b)＋b＝6a－2b摩尔，C正确。
答案：B
课堂总结 网络建构
[网络建构]
[答题必备]
1．CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
2．在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
3．有氧呼吸三个阶段均能产生ATP，第三阶段产生的ATP最多。
4．有水产生的细胞呼吸一定是有氧呼吸。
5．有氧呼吸和无氧呼吸的实质都是氧化分解有机物，释放能量形成ATP。
6．不同生物细胞进行无氧呼吸产物不同的直接原因是所含酶的种类不同。
7．O2抑制细胞无氧呼吸，促进细胞有氧呼吸。
装置
步骤一
步骤二
步骤三
A
加入240 mL的葡萄糖溶液
加入10 g活性干酵母
①________
B
加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
②________
加入石蜡油，铺满液面
装置
步骤一
步骤二
步骤三
C
③________
④________
加入石蜡油，铺满液面
分组
甲组
乙组
处理
种子与染料混合保温
种子煮沸后与染料混合保温
结果
种子中的胚呈红色
种子中的胚未呈红色