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新教材高考生物一轮复习第3单元第2讲细胞的能量“货币”ATP、细胞呼吸的原理和应用课件
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这是一份新教材高考生物一轮复习第3单元第2讲细胞的能量“货币”ATP、细胞呼吸的原理和应用课件，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，ABC，2过程图解，5反应式，ABD，知识筛查1实验原理，实验现象，2方法展示等内容，欢迎下载使用。
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2.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.联系能量供应系统复习ATP的相关知识。2.通过表解对比法加深对有氧呼吸三个阶段以及有氧呼吸与无氧呼吸的区别的理解。3.通过元素追踪法加深对细胞呼吸过程中元素运动规律的理解。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.ATP的结构
(1)图中各部分名称:A代表腺嘌呤,P代表磷酸基团,①代表腺苷,②代表AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸,③代表ADP ,④代表ATP,⑤代表特殊的化学键。(2)特点①ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥,使得特殊的化学键不稳定,末端磷酸基团有较高的转移势能。②ATP的水解过程就是释放能量的过程,1 ml ATP水解释放的能量高达30.54 kJ,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。③ATP在酶的作用下水解时,脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化。
2.ATP与ADP的相互转化
易错易混1.几种不同物质中“A”代表的含义
2.多角度理解ATP的合成与水解
3.ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析
4.有关ATP的4个易错点(1)ATP与ADP的相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质,不可将其等同于能量:ATP是一种高能磷酸化合物,1 ml ATP水解时能够释放出高达30.54 kJ的能量。(3)细胞中的ATP含量很少,但是ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿,ATP与ADP含量都保持动态平衡。(4)ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
知识落实1.ATP是细胞中的能量“货币”。下列叙述正确的是( )A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B.ATP与ADP的相互转化使得细胞储存了大量的ATPC.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D.ATP分子中的2个特殊的化学键不易断裂水解
对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,在ADP转化成ATP的过程中,所需要的能量均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,在叶绿体内进行光合作用时,ADP转化为ATP还利用了光能,A项错误。ATP与ADP相互转化,使得细胞中ATP和ADP的含量处于动态平衡之中,B项错误。ATP水解时,远离腺苷的特殊的化学键断裂,形成ADP和Pi,同时释放能量,C项正确。ATP分子中含有2个特殊的化学键,远离腺苷的特殊的化学键很容易断裂水解,D项错误。
2.(不定项选择题)细胞中某生命活动过程和某物质结构如下图所示。下列叙述正确的是( )A.肌肉收缩时,图1所示过程释放的能量可使肌肉中的能量增加,形状改变B.③处的化学键较②处不稳定C.ATP中的结构①即图2中的A,该结构在RNA中也存在D.ADP失去一个磷酸基团之后,即可用于图2中物质的合成
图1所示过程为ATP的水解,其中①是腺嘌呤,②是普通化学键,③是特殊的化学键;图2为DNA的结构模式图。ADP失去一个磷酸基团之后为腺嘌呤核糖核苷酸,是合成RNA的原料之一,不能用于图2中物质(DNA)的合成。
3.ATP是细胞内的直接能源物质,可通过多种途径产生,如下图所示。下列说法正确的是( )A.氧由红细胞进入肝细胞,使ATP含量迅速下降B.过程a和过程b都在细胞器中进行C.绿色植物通过过程b形成的ATP主要用于暗反应D.①②在物质和能量上都可成为可逆反应
氧由红细胞进入肝细胞属于自由扩散,不需要转运蛋白和能量,因此ATP含量基本不变,A项错误。过程a表示细胞呼吸,细胞呼吸的场所有细胞质基质、线粒体,B项错误。①②分别为ATP的合成和水解过程,其中物质是可逆的,能量是不可逆的,D项错误。
知识筛查1.细胞呼吸有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放能量并生成ATP的过程。2.细胞的有氧呼吸(1)概念:细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
(3)总反应式及各种元素的来源和去路(4)能量的释放与去向①有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP。②细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分转移到ATP中。
3.无氧呼吸(1)概念:在没有氧气参与的情况下,葡萄糖等有机物经过不完全分解,释放少量能量的过程。(2)场所:细胞质基质。(3)条件:无氧和多种酶等。(4)过程
4.细胞呼吸原理的应用(1)伤口包扎。(2)作物松土,有利于根的有氧呼吸。(3)稻田排水,防止根进行无氧呼吸。(4)传统发酵产品的生产。
易错易混有关细胞呼吸的7个易错点(1)有H2O生成的一定是有氧呼吸,有CO2生成的可能是有氧呼吸,也可能是无氧呼吸,但一定不是产生乳酸的无氧呼吸。(2)不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因是催化反应的酶不同,根本原因是控制酶合成的基因不同。(3)无氧呼吸只释放少量能量,其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。(4)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。(5)有氧呼吸3个阶段都释放能量产生ATP,无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生ATP。
(6)并非所有真核生物细胞都能进行有氧呼吸,如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。(7)原核生物无线粒体,但有些原核生物仍可进行有氧呼吸,如蓝细菌、硝化细菌等,因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。
知识落实1.下列①~④过程代表细胞呼吸过程中物质的变化。下列有关说法错误的是( )①葡萄糖→丙酮酸 ②丙酮酸→二氧化碳和水 ③丙酮酸→乳酸 ④丙酮酸→酒精和二氧化碳A.人体中①和②过程都必须在有氧条件下才能进行B.③过程可发生在正常人体细胞中,产物不会导致内环境pH剧烈变化C.苹果和玉米种子的胚在无氧条件下可以分别进行①④和①③过程D.在黑暗条件下,小麦②过程发生在线粒体中,产生大量ATP
人体细胞必须在有氧条件下进行的是②过程,①过程表示细胞呼吸的第一阶段,有氧和无氧条件下均可进行,A项错误。③过程只产生乳酸,可发生在人体细胞无氧呼吸过程中,由于内环境中存在缓冲物质,故产生的乳酸不会导致内环境pH剧烈变化,B项正确。苹果进行无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳,对应①④过程,玉米种子的胚进行无氧呼吸的产物是乳酸,对应①③过程,C项正确。小麦在黑暗条件下仍可进行有氧呼吸,②过程表示有氧呼吸第二和第三阶段,发生在线粒体中,第三阶段产生大量ATP,D项正确。
2.细胞内糖分解代谢过程如下图所示。下列叙述错误的是( )A.酵母菌细胞能进行过程①和过程②或过程①和过程③B.人体所有细胞的细胞质基质都能进行过程①C.ATP与ADP的比值增加会降低过程①的速率D.乳酸菌细胞内,过程①和过程④均产生[H]
由题图可知,过程①和过程②是有氧呼吸,过程①和过程③是产生酒精的无氧呼吸。酵母菌是兼性厌氧菌,既可以进行有氧呼吸,也可以进行无氧呼吸,A项正确。题图中过程①表示有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段,在人体所有细胞的细胞质基质中都能进行,B项正确。ATP与ADP的比值增加,说明细胞中ATP消耗少,则会降低过程①的速率,C项正确。过程④是无氧呼吸的第二阶段,该阶段不产生[H],反而消耗第一阶段产生的[H],D项错误。
3.(不定项选择题)细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中。下表中有关措施与对应目的相符的是( )
储存种子时,必须降低其自由水含量,常用措施是晒干,从而使细胞呼吸强度降低,以减少有机物的消耗,A项符合题意。乳酸菌是严格的厌氧微生物,制作酸奶的整个过程要严格控制无氧条件,以加快乳酸菌的繁殖,利于乳酸发酵,B项符合题意。水果保鲜的目的是既要保持水分,又要降低酶的活性,以减少细胞呼吸消耗的有机物,因此需要零上低温储存,零下低温会导致细胞受损,C项不符合题意。栽种庄稼,疏松土壤,可以提高土壤中氧气的含量,有利于根细胞的有氧呼吸,从而为根吸收矿质离子提供更多的能量,D项符合题意。
2.实验步骤(1)配制酵母菌培养液(酵母菌+葡萄糖溶液)。(2)检测CO2的产生,装置如下图所示。(3)检测酒精的产生:从B、D中各取2 mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液(质量分数为95%~97%)→振荡并观察溶液的颜色变化。
4.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)在有氧条件下,产生CO2多而快;在无氧条件下,产生酒精,还产生少量CO2。
知识落实1.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述,错误的是( )A.设置有氧和无氧两组实验进行相互对照,易于判断酵母菌的呼吸方式B.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等C.实验的因变量是澄清石灰水是否变浑浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化D.实验中将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查,确保不漏气
该实验的因变量是澄清石灰水变浑浊的程度及加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化。
2.某小组为解决粮食储存中的通风散热问题,利用下图所示装置测定小麦种子呼吸作用强度(底物为葡萄糖)。气体自动分析仪可用于测定密闭容器中O2和CO2的含量变化。下列相关叙述错误的是( )A.该装置可用于探究温度对小麦种子呼吸作用强度的影响B.小麦种子呼吸作用释放的能量部分储存在ATP中,其余的以热能形式散失C.当装置中小麦种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸时,不能测出无氧呼吸强度D.通过O2与CO2的含量变化可推算出小麦种子无氧呼吸消耗的葡萄糖量
当装置中小麦种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸时,可通过分析O2的变化测出有氧呼吸强度,再根据CO2和O2的变化差值测出无氧呼吸强度。
3.下图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)。下列有关实验装置和结果的叙述,错误的是( )A.通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸B.用水代替NaOH溶液设置装置2,通过装置2液滴的移动情况可以探究酵母菌是否进行无氧呼吸C.用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,装置2中液滴右移,说明酵母菌既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸D.用水代替NaOH溶液设置装置2,装置2中液滴可能向左移动
烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2,所以液滴向左移动的距离代表细胞呼吸消耗的O2量,因此通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸,A项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗的O2量的差值。如果液滴向右移动,说明酵母菌进行了无氧呼吸;如果液滴不移动,说明酵母菌不进行无氧呼吸,B项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,说明有O2的消耗,可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸;如果装置2中液滴右移,说明细胞呼吸释放的CO2量多于消耗的O2量,可以推断出酵母菌还进行了无氧呼吸,C项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况,所以装置2中液滴不可能向左移动,D项错误。
4.右图是某同学为了研究酵母菌的细胞呼吸所设计的一个实验装置。锥形瓶中装满质量分数为5%的葡萄糖溶液和适量的酵母菌,密封并静置一段时间后,记录下初始液面的数据。实验过程中液体会进入玻璃管,根据玻璃管的刻度可以读出进入玻璃管的液体量。下表是该同学在不同的温度条件下进行实验时所记录的数据与初始液面数据的差值(单位:mL)。请回答下列问题。
(1)该同学根据实验数据作出了以下四种假设,你认为最合理的是 。 A.温度对酵母菌的有氧呼吸有影响B.氧浓度对酵母菌的有氧呼吸有影响C.温度对酵母菌的无氧呼吸有影响D.氧浓度对酵母菌的无氧呼吸有影响(2)假设实验过程中产生的气体在溶液中的溶解度很低,则表中数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的 的量。 (3)由表中数据分析可知最有利于酵母菌发酵的温度是 。90 ℃时,温度过高导致 ,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。 (4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是 。(5)该实验条件下酵母菌细胞代谢的原理在生产实践中最常见的应用是 。
答案:(1)C (2)CO2 (3)35 ℃ 酶失活(酶空间结构发生改变或酶空间结构被破坏) (4)消耗装置中的O2,保证无氧环境 (5)生产酒精(制作果酒、白酒等)
解析:(1)根据题干信息可知,密封并静置一段时间后,锥形瓶中酵母菌进行的是无氧呼吸;由表格数据变化可知本实验的自变量是温度。因此,最合理的假设是温度对酵母菌的无氧呼吸有影响。(2)酵母菌无氧呼吸的产物是酒精和CO2,酒精溶于溶液中,假设CO2在溶液中的溶解度很低,则题表中的数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的CO2的量。(3)由题表中数据可知,相同时间,温度为35 ℃时记录的数值大于其他温度条件下记录的数值,即最有利于酵母菌发酵的温度是35 ℃。90 ℃时,温度过高,与酵母菌细胞呼吸有关的酶失活,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。(4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是消耗掉装置中原有的O2,保证无氧环境,以确保酵母菌只进行无氧呼吸。(5)在生产实践中利用酵母菌的无氧呼吸可以进行酒精的生产,如制作果酒、白酒等。
典型例题(不定项选择题)下图为细胞呼吸过程简图,其中①~⑤表示不同的过程。下列叙述错误的是( )A.原核细胞的①过程发生在细胞质基质中,真核细胞的③过程发生在线粒体基质中B.酵母菌在有氧条件下会发生图中①②③过程,无氧条件下会发生图中①④⑤过程C.图中④⑤过程不产生ATPD.②④⑤过程存在差异的主要原因是起催化作用的酶不同
③过程为有氧呼吸第三阶段,真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上,A项错误。有氧条件下酵母菌会发生有氧呼吸,即题图中①②③过程;酵母菌的无氧呼吸产生酒精和CO2,不产生乳酸,即酵母菌在无氧条件下会发生题图中①⑤过程,不会发生④过程,B项错误。题图中④⑤过程不产生ATP,C项正确。丙酮酸在不同酶的催化下会生成不同的产物,D项正确。
整合构建1.细胞呼吸方式的判定(1)有氧呼吸和无氧呼吸的比较
2.细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
3.细胞呼吸过程中的比值归纳(1)有氧呼吸:葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。(2)无氧呼吸:①葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2;②葡萄糖∶乳酸=1∶2。(3)消耗等量的葡萄糖时,无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2的物质的量之和的比为 3∶4。
知识延伸不同生物无氧呼吸的产物不同
训练突破1.将酵母菌研磨、离心后,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、沉淀物和未离心的匀浆,分别放入甲、乙、丙三支试管中(见下图),再向三支试管中加入用18O标记的等量的O2和用3H标记的等量的C6H12O6溶液。一段时间后,检测各试管,其结果正确的是( )A.三支试管中C6H12O6的量都将减少B.三支试管中都有丙酮酸和[3H]生成C.丙试管中有 和CO2生成D.三支试管都能释放能量
甲试管中含有细胞质基质,加入的葡萄糖在细胞质基质中相关酶的催化下产生丙酮酸和少量的[3H],释放少量的能量,然后转化为酒精和CO2。乙试管中没有细胞质基质,有线粒体,因缺乏将葡萄糖分解成丙酮酸的酶,加入的葡萄糖不能被分解,因而不能进入线粒体中发生反应。丙试管中加入的是未离心的匀浆,既有细胞质基质,又有线粒体。有氧呼吸全过程所需的酶在丙试管中都存在。加入用18O标记的O2和用3H标记的C6H12O6溶液,一段时间后,3H标记的C6H12O6被彻底氧化分解成 和CO2,同时释放出大量的能量。
2.有一瓶混有酵母菌的葡萄糖溶液,当通入不同体积分数的O2时,产生的酒精和CO2的量如下表所示。分析表中数据可得出的结论是( )A.O2的体积分数为a时,酵母菌的有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率B.O2的体积分数为b时,相同时间内酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸消耗的多C.O2的体积分数为c时,有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵D.O2的体积分数为d时,酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸
O2的体积分数为a时,由产生的酒精和CO2均为9 ml可知,酵母菌只进行无氧呼吸,A项不符合题意。O2的体积分数为b时,由产生的酒精为6.5 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6.5 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3.25 ml;有氧呼吸产生的CO2为12.5-6.5=6(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1 ml,因此无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,B项不符合题意。O2的体积分数为c时,由产生的酒精为6 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3 ml;有氧呼吸产生的CO2为15-6=9(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1.5 ml。因此用于无氧呼吸(酒精发酵)的葡萄糖占葡萄糖总量的[3/(3+1.5)]×100%≈66.7%,C项不符合题意。由O2的体积分数为d时产生的酒精为0可知,酵母菌只进行有氧呼吸,D项符合题意。
典型例题下图表示O2体积分数和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响。下列有关叙述错误的是( )A.O2体积分数为0时,细胞中能够产生[H]的场所是细胞质基质B.O2体积分数低于20%时,30 ℃、35 ℃两温度对有氧呼吸速率的影响相差不大C.由图可知,细胞有氧呼吸的最适温度介于30 ℃和35 ℃之间D.与B点相比,限制C点有氧呼吸速率的因素有O2体积分数和温度
O2体积分数为0时,细胞只能进行无氧呼吸,此时产生[H]的场所只有细胞质基质。O2体积分数低于20%时,30 ℃和35 ℃两曲线重合,说明在此O2体积分数下两温度对有氧呼吸速率的影响相差不大。由题图可知,细胞有氧呼吸的最适温度在30 ℃左右。与B点相比,限制C点有氧呼吸速率的因素有O2体积分数和温度。
整合构建1.温度对细胞呼吸的影响(1)原理:通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。(2)曲线分析①在最适温度时,呼吸速率最大。②超过最适温度,呼吸酶活性降低甚至变性失活,呼吸速率下降。③低于最适温度,酶活性下降,呼吸速率下降。(3)应用①低温储存蔬菜和水果。②蔬菜大棚夜间适当降温以降低呼吸消耗,提高产量。
2.O2含量对细胞呼吸的影响(1)原理:O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。(2)曲线分析①O2的体积分数=0时,只进行无氧呼吸。②0
4.含水量对细胞呼吸的影响(1)原理:水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。(2)特点:在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,随含水量的减少而减慢。(3)应用①粮食在收仓前要进行晾晒处理。②干种子萌发前要进行浸泡处理。
知识延伸1.影响细胞呼吸的内部因素分析
2.有关影响细胞呼吸的外界因素的注意事项(1)影响细胞呼吸的因素并不是单一的①若需要增强细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施。②若需要降低细胞呼吸强度,可采取干燥、低温、低氧等措施。(2)储存蔬菜和水果与储存种子的条件不同①蔬菜和水果应储存在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下。②种子应储存在“零上低温、干燥、低氧”的条件下。
训练突破1.现有等量的A、B两个品种的小麦种子,将它们分别置于两个容积相同且密封的棕色广口瓶内,各加入适量(等量)的水。在25 ℃条件下,瓶内O2含量的变化如右图所示。下列有关说法错误的是( )A.在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的B.在t1~t2期间,A种子的呼吸速率比B种子快C.在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率先慢后快D.在0~t1期间,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2
在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的,A项正确。在t1~t2期间,A种子所在瓶内O2含量下降更快,说明A种子的呼吸速率比B种子快,B项正确。在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率是慢→快→慢,C项错误。在0~t1期间,O2含量基本不变,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2,D项正确。
2.下图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述正确的是( )A.番茄果实细胞产生CO2的场所是细胞质基质B.光照对番茄果实呼吸的抑制作用2 ℃时比15 ℃时更强C.低温、黑暗条件下更有利于贮藏番茄果实D.贮藏温度下降时果实呼吸作用减弱,可能与细胞内酶的空间结构被破坏有关
番茄果实细胞有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质,无氧呼吸产生CO2的场所是细胞质基质,A项错误。由题图可知,2 ℃时,黑暗条件下与光照条件下呼吸强度差值比15 ℃时大,即2 ℃时光照对番茄果实呼吸的抑制作用更强,B项正确。低温条件下呼吸强度较低,但黑暗条件下比光照条件下呼吸强度高,所以低温、光照条件下更利于番茄果实的贮藏,C项错误。低温仅抑制酶的活性,不破坏酶的空间结构,D项错误。
3.(2023山东卷,不定项选择题)某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下,单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如下图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖,下列说法正确的是( )A.甲曲线表示O2吸收量B.O2浓度为b时,该器官不进行无氧呼吸C.O2浓度由0到b的过程中,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加D.O2浓度为a时最适合保存该器官,该浓度下葡萄糖消耗速率最小
题图中甲曲线在横轴O2浓度为0时,曲线数值较高,则不能表示O2吸收量而是CO2释放量,A项错误。题图中乙曲线表示O2吸收量,当O2浓度为b时, O2吸收量和CO2释放量相同,只进行有氧呼吸,B项正确。O2浓度由0到b的过程中,O2吸收量逐渐增加,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加,C项正确。O2浓度为a时,CO2释放量相对值为0.6,O2吸收量相对值为0.3,据此可知,有氧呼吸葡萄糖的消耗速率相对值为0.3÷6=0.05,无氧呼吸葡萄糖的消耗速率相对值为(0.6-0.3)÷2=0.15,则O2浓度为a时,葡萄糖的消耗速率相对值为0.05+0.15=0.2。O2浓度为b时,只进行有氧呼吸,此时O2吸收量相对值为0.7,可计算出此时葡萄糖的消耗速率相对值为0.7÷6≈0.12。通过对比可知,O2浓度为b时葡萄糖的消耗速率相对值小于O2浓度为a时,故O2浓度为a时葡萄糖消耗速率不是最小,D项错误。
典型例题(不定项选择题)某研究小组利用检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸。关闭活栓后,U形管右管液面高度变化反映瓶中的气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点,实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。下列有关说法错误的是( )A.甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量B.乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值C.甲组右管液面升高,乙组右管液面不变,说明微生物进行无氧呼吸和有氧呼吸D.甲组右管液面不变,乙组右管液面下降,说明微生物进行乳酸发酵
甲组实验装置中NaOH溶液的作用是吸收CO2,有氧呼吸过程消耗O2,产生的CO2被NaOH吸收,因此甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量,A项正确。乙组实验装置中无NaOH溶液,因此乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值,B项正确。甲组右管液面升高,说明细胞呼吸消耗O2,进行有氧呼吸;乙组右管液面不变,说明CO2的释放量等于O2的消耗量,微生物只进行有氧呼吸,或同时进行有氧呼吸和乳酸发酵,C项错误。甲组右管液面不变,说明微生物不消耗O2,即进行无氧呼吸;乙组右管液面下降,说明有CO2释放,因此微生物进行酒精发酵,而不是乳酸发酵,D项错误。
整合构建1.细胞呼吸方式的判断及实验探究(1)细胞呼吸方式的探究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)。
实验结果预测及实验结论。
(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。对照装置与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽的种子”,其余均相同(见下图)。
特别提醒探究细胞呼吸第二阶段场所的方法探究细胞呼吸第二阶段的场所,常见的方法是用离心法将动物细胞的细胞质基质和线粒体分开,分别加入丙酮酸,检测CO2的产生。
2.有氧呼吸速率的测定(1)实验装置(2)实验原理:组织细胞进行有氧呼吸吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内的气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示有氧呼吸速率。装置乙作为对照。
知识延伸误差的校正(1)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。(2)如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果产生干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。(3)为减小气压、温度等物理因素引起的误差,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。
训练突破1.某校生物兴趣小组分别将等量的无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封于下图所示装置中(瓶中无O2),并按下图所示装置进行实验。当测定甲、乙装置中CaCO3的产生量相等时,撤去装置,并分别用滤菌膜过滤甲、乙两锥形瓶中的溶液,除去酵母菌,得到滤液1和滤液2。将等量的滤液1和滤液2分别放入中间隔有半透膜(葡萄糖不通过半透膜)的U形管的A、B两侧,调整两侧液面使其高度相等,一段时间后,观察并比较A、B两侧液面高度的变化。下列关于该实验的叙述,正确的是( )A.甲、乙两组实验的自变量是O2的有无和无菌培养液的浓度B.瓶中的酵母菌产生CO2的场所与人的肌肉细胞不完全相同C.无菌O2通入装置前必须先通入NaOH溶液以除去其中的CO2D.根据题意可推知U形管中A侧液面高度低于B侧
甲、乙两组实验的自变量是O2的有无,培养液浓度是需要控制的无关变量,A项错误。酵母菌可以通过有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2,场所是线粒体和细胞质基质;人的肌肉细胞产生的CO2全部来自有氧呼吸,故CO2只能产生于线粒体中,B项正确。无菌O2中不含CO2,因此不需要通入NaOH溶液,C项错误。由题意可知,甲、乙两装置中产生的CO2的量相等,根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知,产生等量的CO2时,有氧呼吸消耗的葡萄糖的量少,故滤液1中葡萄糖的浓度高于滤液2,从而推知U形管中A侧液面高度高于B侧,D项错误。
2.(不定项选择题)下图是探究有活性的水稻种子呼吸作用的装置示意图。下列叙述错误的是( )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.小液滴停止移动后,种子的呼吸方式是有氧呼吸和无氧呼吸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
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,A项正确。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氧气,故红色小液滴将向左移动,B项错误。小液滴停止移动,说明种子不再消耗氧气,即只进行无氧呼吸,C项错误。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,D项正确。
高考真题剖析【例题1】 (2020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比正常细胞少核心素养考查点剖析:本题以“瓦堡效应”为载体,综合考查对生物细胞呼吸类型和过程的分析与判断,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。
答案:B解析:产生等量的ATP时,无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,A项正确。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项错误。无氧呼吸过程中丙酮酸被利用生成乳酸发生在细胞质基质中,C项正确。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项正确。
【例题2】(2019海南卷)人体血液中有红细胞、白细胞和血小板,其中红细胞有运输氧的功能。请回答下列问题。(1)通常,成人体内生成红细胞的场所是 ;成熟的红细胞不能合成血红蛋白,其原因是 。 (2)金属元素 是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血患者体内的血红蛋白分子的肽链上发生了 。 (3)无氧呼吸是成熟红细胞获得能量的途径,无氧呼吸产生能量的过程的发生场所是 。 (4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入 (填“红细胞悬浮液”或“血浆”)来维持机体内环境的稳态。
核心素养考查点剖析:本题以人的红细胞为载体,综合考查对红细胞的结构特点、蛋白质的合成、内环境的稳态的理解,较好地考查了学生“生命观念、科学思维”等学科素养。答案:(1)骨髓 成熟的红细胞没有细胞核(2)铁 氨基酸的替换(3)细胞质基质(4)血浆
解析:(1)骨髓中的造血干细胞可以增殖分化成红细胞、白细胞等,因此通常成人体内生成红细胞的场所是骨髓;成熟的红细胞无细胞核和核糖体等各种细胞器,不能合成血红蛋白。(2)金属元素铁是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血出现的根本原因是基因突变,基因中发生了碱基的替换,导致患者体内的血红蛋白分子的肽链上发生了氨基酸的替换。(3)有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,第三阶段发生在线粒体内膜上,第三阶段可以产生大量的能量。人无氧呼吸的第一阶段可以产生少量能量,第二阶段不产生能量。无氧呼吸的场所只有一个——细胞质基质。(4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入血浆,增加细胞外液的量,以维持机体内环境的稳态。
典题训练1.(2023全国乙卷)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如上图所示。下列相关叙述错误的是( )A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳酸B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
乳酸型无氧呼吸过程中1分子葡萄糖分解产生2分子乳酸,不产生CO2;酒精型无氧呼吸过程中1分子葡萄糖分解产生2分子酒精和2分子CO2。分析题图可知,在无氧条件下,时间a之前无CO2释放,说明此时是乳酸型无氧呼吸, A项正确。a~b时间内,CO2释放速率逐渐升高,说明酒精型无氧呼吸强度增大,其产物中除了CO2外还有酒精,B项正确。每分子葡萄糖经乳酸型无氧呼吸或酒精型无氧呼吸都只在第一阶段产生2分子ATP,第二阶段不产生ATP,C项错误。酒精的跨膜运输方式是自由扩散,不需要消耗ATP,D项正确。
2.(2022广东卷)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5%TTC溶液中,30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是( )A.该反应需要在光下进行B.TTF可在细胞质基质中生成C.TTF生成量与保温时间无关D.不能用红色深浅判断种子活力高低
由题意可知,TTC(无色)进入活细胞后可被细胞呼吸产生的[H]还原成TTF(红色),细胞呼吸在有光、无光条件下都可以进行,A项错误。细胞呼吸第一、二阶段都可以产生[H],其场所分别为细胞质基质和线粒体基质,因此在细胞质基质中TTC可被[H]还原成TTF,B项正确。保温时间较长时,会有较多的TTC进入活细胞,生成较多的TTF,因此TTF生成量与保温时间有关,C项错误。细胞呼吸产生的[H]越多,则产生的TTF越多,红色越深,D项错误。
3.(2022山东卷,不定项选择题)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
与25 ℃时相比,4 ℃时耗氧量增加,有氧呼吸第三阶段增强,故线粒体内膜上的电子传递过程未受阻,A项错误。与25 ℃时相比,短时间4 ℃处理,耗氧量较多,ATP生成量较少,说明4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多,释放的能量较多的用于产热, B、C两项正确。DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,ATP合成减少, D项正确。
4.(2021湖南卷)下列有关细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是( )A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中,常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气B.农作物种子入库贮藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,贮藏寿命显著延长C.油料作物种子播种时宜浅播,原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以减少水分散失、降低呼吸速率,起到保鲜作用
40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可为种子萌发提供适量的水分、适宜的温度和充足的氧气,A项正确。种子无氧呼吸会消耗大量有机物,应贮藏在低氧条件下,此条件下种子有氧呼吸较弱且无氧呼吸受抑制,消耗有机物少,种子寿命长,B项错误。油料作物种子富含脂质,种子萌发需要更多的氧气,因此播种时宜浅播,C项正确。塑料袋中氧气少,可降低柑橘有氧呼吸的速率,同时可抑制无氧呼吸,还可以减少水分散失,起到保鲜作用,D项正确。
5.农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。(1)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)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
答案:(1)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(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2.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.联系能量供应系统复习ATP的相关知识。2.通过表解对比法加深对有氧呼吸三个阶段以及有氧呼吸与无氧呼吸的区别的理解。3.通过元素追踪法加深对细胞呼吸过程中元素运动规律的理解。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.ATP的结构
(1)图中各部分名称:A代表腺嘌呤,P代表磷酸基团,①代表腺苷,②代表AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸,③代表ADP ,④代表ATP,⑤代表特殊的化学键。(2)特点①ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥,使得特殊的化学键不稳定,末端磷酸基团有较高的转移势能。②ATP的水解过程就是释放能量的过程,1 ml ATP水解释放的能量高达30.54 kJ,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。③ATP在酶的作用下水解时,脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化。
2.ATP与ADP的相互转化
易错易混1.几种不同物质中“A”代表的含义
2.多角度理解ATP的合成与水解
3.ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析
4.有关ATP的4个易错点(1)ATP与ADP的相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质,不可将其等同于能量:ATP是一种高能磷酸化合物,1 ml ATP水解时能够释放出高达30.54 kJ的能量。(3)细胞中的ATP含量很少,但是ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿,ATP与ADP含量都保持动态平衡。(4)ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
知识落实1.ATP是细胞中的能量“货币”。下列叙述正确的是( )A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B.ATP与ADP的相互转化使得细胞储存了大量的ATPC.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D.ATP分子中的2个特殊的化学键不易断裂水解
对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,在ADP转化成ATP的过程中,所需要的能量均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,在叶绿体内进行光合作用时,ADP转化为ATP还利用了光能,A项错误。ATP与ADP相互转化,使得细胞中ATP和ADP的含量处于动态平衡之中,B项错误。ATP水解时,远离腺苷的特殊的化学键断裂,形成ADP和Pi,同时释放能量,C项正确。ATP分子中含有2个特殊的化学键,远离腺苷的特殊的化学键很容易断裂水解,D项错误。
2.(不定项选择题)细胞中某生命活动过程和某物质结构如下图所示。下列叙述正确的是( )A.肌肉收缩时,图1所示过程释放的能量可使肌肉中的能量增加,形状改变B.③处的化学键较②处不稳定C.ATP中的结构①即图2中的A,该结构在RNA中也存在D.ADP失去一个磷酸基团之后,即可用于图2中物质的合成
图1所示过程为ATP的水解,其中①是腺嘌呤,②是普通化学键,③是特殊的化学键;图2为DNA的结构模式图。ADP失去一个磷酸基团之后为腺嘌呤核糖核苷酸,是合成RNA的原料之一,不能用于图2中物质(DNA)的合成。
3.ATP是细胞内的直接能源物质,可通过多种途径产生,如下图所示。下列说法正确的是( )A.氧由红细胞进入肝细胞,使ATP含量迅速下降B.过程a和过程b都在细胞器中进行C.绿色植物通过过程b形成的ATP主要用于暗反应D.①②在物质和能量上都可成为可逆反应
氧由红细胞进入肝细胞属于自由扩散,不需要转运蛋白和能量,因此ATP含量基本不变,A项错误。过程a表示细胞呼吸,细胞呼吸的场所有细胞质基质、线粒体,B项错误。①②分别为ATP的合成和水解过程,其中物质是可逆的,能量是不可逆的,D项错误。
知识筛查1.细胞呼吸有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放能量并生成ATP的过程。2.细胞的有氧呼吸(1)概念:细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
(3)总反应式及各种元素的来源和去路(4)能量的释放与去向①有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP。②细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分转移到ATP中。
3.无氧呼吸(1)概念:在没有氧气参与的情况下,葡萄糖等有机物经过不完全分解,释放少量能量的过程。(2)场所:细胞质基质。(3)条件:无氧和多种酶等。(4)过程
4.细胞呼吸原理的应用(1)伤口包扎。(2)作物松土,有利于根的有氧呼吸。(3)稻田排水,防止根进行无氧呼吸。(4)传统发酵产品的生产。
易错易混有关细胞呼吸的7个易错点(1)有H2O生成的一定是有氧呼吸,有CO2生成的可能是有氧呼吸,也可能是无氧呼吸,但一定不是产生乳酸的无氧呼吸。(2)不同生物无氧呼吸的产物不同,其直接原因是催化反应的酶不同,根本原因是控制酶合成的基因不同。(3)无氧呼吸只释放少量能量,其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。(4)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。(5)有氧呼吸3个阶段都释放能量产生ATP,无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生ATP。
(6)并非所有真核生物细胞都能进行有氧呼吸,如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。(7)原核生物无线粒体,但有些原核生物仍可进行有氧呼吸,如蓝细菌、硝化细菌等,因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。
知识落实1.下列①~④过程代表细胞呼吸过程中物质的变化。下列有关说法错误的是( )①葡萄糖→丙酮酸 ②丙酮酸→二氧化碳和水 ③丙酮酸→乳酸 ④丙酮酸→酒精和二氧化碳A.人体中①和②过程都必须在有氧条件下才能进行B.③过程可发生在正常人体细胞中,产物不会导致内环境pH剧烈变化C.苹果和玉米种子的胚在无氧条件下可以分别进行①④和①③过程D.在黑暗条件下,小麦②过程发生在线粒体中,产生大量ATP
人体细胞必须在有氧条件下进行的是②过程,①过程表示细胞呼吸的第一阶段,有氧和无氧条件下均可进行,A项错误。③过程只产生乳酸,可发生在人体细胞无氧呼吸过程中,由于内环境中存在缓冲物质,故产生的乳酸不会导致内环境pH剧烈变化,B项正确。苹果进行无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳,对应①④过程,玉米种子的胚进行无氧呼吸的产物是乳酸,对应①③过程,C项正确。小麦在黑暗条件下仍可进行有氧呼吸,②过程表示有氧呼吸第二和第三阶段,发生在线粒体中,第三阶段产生大量ATP,D项正确。
2.细胞内糖分解代谢过程如下图所示。下列叙述错误的是( )A.酵母菌细胞能进行过程①和过程②或过程①和过程③B.人体所有细胞的细胞质基质都能进行过程①C.ATP与ADP的比值增加会降低过程①的速率D.乳酸菌细胞内,过程①和过程④均产生[H]
由题图可知,过程①和过程②是有氧呼吸,过程①和过程③是产生酒精的无氧呼吸。酵母菌是兼性厌氧菌,既可以进行有氧呼吸,也可以进行无氧呼吸,A项正确。题图中过程①表示有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段,在人体所有细胞的细胞质基质中都能进行,B项正确。ATP与ADP的比值增加,说明细胞中ATP消耗少,则会降低过程①的速率,C项正确。过程④是无氧呼吸的第二阶段,该阶段不产生[H],反而消耗第一阶段产生的[H],D项错误。
3.(不定项选择题)细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中。下表中有关措施与对应目的相符的是( )
储存种子时,必须降低其自由水含量,常用措施是晒干,从而使细胞呼吸强度降低,以减少有机物的消耗,A项符合题意。乳酸菌是严格的厌氧微生物,制作酸奶的整个过程要严格控制无氧条件,以加快乳酸菌的繁殖,利于乳酸发酵,B项符合题意。水果保鲜的目的是既要保持水分,又要降低酶的活性,以减少细胞呼吸消耗的有机物,因此需要零上低温储存,零下低温会导致细胞受损,C项不符合题意。栽种庄稼,疏松土壤,可以提高土壤中氧气的含量,有利于根细胞的有氧呼吸,从而为根吸收矿质离子提供更多的能量,D项符合题意。
2.实验步骤(1)配制酵母菌培养液(酵母菌+葡萄糖溶液)。(2)检测CO2的产生,装置如下图所示。(3)检测酒精的产生:从B、D中各取2 mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液(质量分数为95%~97%)→振荡并观察溶液的颜色变化。
4.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)在有氧条件下,产生CO2多而快;在无氧条件下,产生酒精,还产生少量CO2。
知识落实1.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述,错误的是( )A.设置有氧和无氧两组实验进行相互对照,易于判断酵母菌的呼吸方式B.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等C.实验的因变量是澄清石灰水是否变浑浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化D.实验中将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查,确保不漏气
该实验的因变量是澄清石灰水变浑浊的程度及加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化。
2.某小组为解决粮食储存中的通风散热问题,利用下图所示装置测定小麦种子呼吸作用强度(底物为葡萄糖)。气体自动分析仪可用于测定密闭容器中O2和CO2的含量变化。下列相关叙述错误的是( )A.该装置可用于探究温度对小麦种子呼吸作用强度的影响B.小麦种子呼吸作用释放的能量部分储存在ATP中,其余的以热能形式散失C.当装置中小麦种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸时,不能测出无氧呼吸强度D.通过O2与CO2的含量变化可推算出小麦种子无氧呼吸消耗的葡萄糖量
当装置中小麦种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸时,可通过分析O2的变化测出有氧呼吸强度,再根据CO2和O2的变化差值测出无氧呼吸强度。
3.下图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)。下列有关实验装置和结果的叙述,错误的是( )A.通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸B.用水代替NaOH溶液设置装置2,通过装置2液滴的移动情况可以探究酵母菌是否进行无氧呼吸C.用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,装置2中液滴右移,说明酵母菌既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸D.用水代替NaOH溶液设置装置2,装置2中液滴可能向左移动
烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2,所以液滴向左移动的距离代表细胞呼吸消耗的O2量,因此通过装置1仅能探究酵母菌是否进行有氧呼吸,A项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗的O2量的差值。如果液滴向右移动,说明酵母菌进行了无氧呼吸;如果液滴不移动,说明酵母菌不进行无氧呼吸,B项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,如果装置1中液滴左移,说明有O2的消耗,可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸;如果装置2中液滴右移,说明细胞呼吸释放的CO2量多于消耗的O2量,可以推断出酵母菌还进行了无氧呼吸,C项正确。用水代替NaOH溶液设置装置2,葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况,所以装置2中液滴不可能向左移动,D项错误。
4.右图是某同学为了研究酵母菌的细胞呼吸所设计的一个实验装置。锥形瓶中装满质量分数为5%的葡萄糖溶液和适量的酵母菌,密封并静置一段时间后,记录下初始液面的数据。实验过程中液体会进入玻璃管,根据玻璃管的刻度可以读出进入玻璃管的液体量。下表是该同学在不同的温度条件下进行实验时所记录的数据与初始液面数据的差值(单位:mL)。请回答下列问题。
(1)该同学根据实验数据作出了以下四种假设,你认为最合理的是 。 A.温度对酵母菌的有氧呼吸有影响B.氧浓度对酵母菌的有氧呼吸有影响C.温度对酵母菌的无氧呼吸有影响D.氧浓度对酵母菌的无氧呼吸有影响(2)假设实验过程中产生的气体在溶液中的溶解度很低,则表中数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的 的量。 (3)由表中数据分析可知最有利于酵母菌发酵的温度是 。90 ℃时,温度过高导致 ,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。 (4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是 。(5)该实验条件下酵母菌细胞代谢的原理在生产实践中最常见的应用是 。
答案:(1)C (2)CO2 (3)35 ℃ 酶失活(酶空间结构发生改变或酶空间结构被破坏) (4)消耗装置中的O2,保证无氧环境 (5)生产酒精(制作果酒、白酒等)
解析:(1)根据题干信息可知,密封并静置一段时间后,锥形瓶中酵母菌进行的是无氧呼吸;由表格数据变化可知本实验的自变量是温度。因此,最合理的假设是温度对酵母菌的无氧呼吸有影响。(2)酵母菌无氧呼吸的产物是酒精和CO2,酒精溶于溶液中,假设CO2在溶液中的溶解度很低,则题表中的数据可以反映酵母菌细胞呼吸产生的CO2的量。(3)由题表中数据可知,相同时间,温度为35 ℃时记录的数值大于其他温度条件下记录的数值,即最有利于酵母菌发酵的温度是35 ℃。90 ℃时,温度过高,与酵母菌细胞呼吸有关的酶失活,酵母菌不能进行细胞呼吸,所以没有气体量的变化。(4)实验开始前,实验装置密封并静置一段时间的目的是消耗掉装置中原有的O2,保证无氧环境,以确保酵母菌只进行无氧呼吸。(5)在生产实践中利用酵母菌的无氧呼吸可以进行酒精的生产,如制作果酒、白酒等。
典型例题(不定项选择题)下图为细胞呼吸过程简图,其中①~⑤表示不同的过程。下列叙述错误的是( )A.原核细胞的①过程发生在细胞质基质中,真核细胞的③过程发生在线粒体基质中B.酵母菌在有氧条件下会发生图中①②③过程,无氧条件下会发生图中①④⑤过程C.图中④⑤过程不产生ATPD.②④⑤过程存在差异的主要原因是起催化作用的酶不同
③过程为有氧呼吸第三阶段,真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上,A项错误。有氧条件下酵母菌会发生有氧呼吸,即题图中①②③过程;酵母菌的无氧呼吸产生酒精和CO2,不产生乳酸,即酵母菌在无氧条件下会发生题图中①⑤过程,不会发生④过程,B项错误。题图中④⑤过程不产生ATP,C项正确。丙酮酸在不同酶的催化下会生成不同的产物,D项正确。
整合构建1.细胞呼吸方式的判定(1)有氧呼吸和无氧呼吸的比较
2.细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
3.细胞呼吸过程中的比值归纳(1)有氧呼吸:葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。(2)无氧呼吸:①葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2;②葡萄糖∶乳酸=1∶2。(3)消耗等量的葡萄糖时,无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2的物质的量之和的比为 3∶4。
知识延伸不同生物无氧呼吸的产物不同
训练突破1.将酵母菌研磨、离心后,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、沉淀物和未离心的匀浆,分别放入甲、乙、丙三支试管中(见下图),再向三支试管中加入用18O标记的等量的O2和用3H标记的等量的C6H12O6溶液。一段时间后,检测各试管,其结果正确的是( )A.三支试管中C6H12O6的量都将减少B.三支试管中都有丙酮酸和[3H]生成C.丙试管中有 和CO2生成D.三支试管都能释放能量
甲试管中含有细胞质基质,加入的葡萄糖在细胞质基质中相关酶的催化下产生丙酮酸和少量的[3H],释放少量的能量,然后转化为酒精和CO2。乙试管中没有细胞质基质,有线粒体,因缺乏将葡萄糖分解成丙酮酸的酶,加入的葡萄糖不能被分解,因而不能进入线粒体中发生反应。丙试管中加入的是未离心的匀浆,既有细胞质基质,又有线粒体。有氧呼吸全过程所需的酶在丙试管中都存在。加入用18O标记的O2和用3H标记的C6H12O6溶液,一段时间后,3H标记的C6H12O6被彻底氧化分解成 和CO2,同时释放出大量的能量。
2.有一瓶混有酵母菌的葡萄糖溶液,当通入不同体积分数的O2时,产生的酒精和CO2的量如下表所示。分析表中数据可得出的结论是( )A.O2的体积分数为a时,酵母菌的有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率B.O2的体积分数为b时,相同时间内酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸消耗的多C.O2的体积分数为c时,有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵D.O2的体积分数为d时,酵母菌只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸
O2的体积分数为a时,由产生的酒精和CO2均为9 ml可知,酵母菌只进行无氧呼吸,A项不符合题意。O2的体积分数为b时,由产生的酒精为6.5 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6.5 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3.25 ml;有氧呼吸产生的CO2为12.5-6.5=6(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1 ml,因此无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,B项不符合题意。O2的体积分数为c时,由产生的酒精为6 ml可知,无氧呼吸产生的CO2为6 ml,无氧呼吸消耗的葡萄糖为3 ml;有氧呼吸产生的CO2为15-6=9(ml),有氧呼吸消耗的葡萄糖为1.5 ml。因此用于无氧呼吸(酒精发酵)的葡萄糖占葡萄糖总量的[3/(3+1.5)]×100%≈66.7%,C项不符合题意。由O2的体积分数为d时产生的酒精为0可知,酵母菌只进行有氧呼吸,D项符合题意。
典型例题下图表示O2体积分数和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响。下列有关叙述错误的是( )A.O2体积分数为0时,细胞中能够产生[H]的场所是细胞质基质B.O2体积分数低于20%时,30 ℃、35 ℃两温度对有氧呼吸速率的影响相差不大C.由图可知,细胞有氧呼吸的最适温度介于30 ℃和35 ℃之间D.与B点相比,限制C点有氧呼吸速率的因素有O2体积分数和温度
O2体积分数为0时,细胞只能进行无氧呼吸,此时产生[H]的场所只有细胞质基质。O2体积分数低于20%时,30 ℃和35 ℃两曲线重合,说明在此O2体积分数下两温度对有氧呼吸速率的影响相差不大。由题图可知,细胞有氧呼吸的最适温度在30 ℃左右。与B点相比,限制C点有氧呼吸速率的因素有O2体积分数和温度。
整合构建1.温度对细胞呼吸的影响(1)原理:通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。(2)曲线分析①在最适温度时,呼吸速率最大。②超过最适温度,呼吸酶活性降低甚至变性失活,呼吸速率下降。③低于最适温度,酶活性下降,呼吸速率下降。(3)应用①低温储存蔬菜和水果。②蔬菜大棚夜间适当降温以降低呼吸消耗,提高产量。
2.O2含量对细胞呼吸的影响(1)原理:O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。(2)曲线分析①O2的体积分数=0时,只进行无氧呼吸。②0
4.含水量对细胞呼吸的影响(1)原理:水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率。(2)特点:在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,随含水量的减少而减慢。(3)应用①粮食在收仓前要进行晾晒处理。②干种子萌发前要进行浸泡处理。
知识延伸1.影响细胞呼吸的内部因素分析
2.有关影响细胞呼吸的外界因素的注意事项(1)影响细胞呼吸的因素并不是单一的①若需要增强细胞呼吸强度,可采取供水、升温、高氧等措施。②若需要降低细胞呼吸强度,可采取干燥、低温、低氧等措施。(2)储存蔬菜和水果与储存种子的条件不同①蔬菜和水果应储存在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下。②种子应储存在“零上低温、干燥、低氧”的条件下。
训练突破1.现有等量的A、B两个品种的小麦种子,将它们分别置于两个容积相同且密封的棕色广口瓶内,各加入适量(等量)的水。在25 ℃条件下,瓶内O2含量的变化如右图所示。下列有关说法错误的是( )A.在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的B.在t1~t2期间,A种子的呼吸速率比B种子快C.在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率先慢后快D.在0~t1期间,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2
在t1~t2期间,瓶内O2含量的降低主要是由种子的有氧呼吸引起的,A项正确。在t1~t2期间,A种子所在瓶内O2含量下降更快,说明A种子的呼吸速率比B种子快,B项正确。在t1~t2期间,B种子释放CO2的速率是慢→快→慢,C项错误。在0~t1期间,O2含量基本不变,广口瓶内的CO2有少量增加的主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2,D项正确。
2.下图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述正确的是( )A.番茄果实细胞产生CO2的场所是细胞质基质B.光照对番茄果实呼吸的抑制作用2 ℃时比15 ℃时更强C.低温、黑暗条件下更有利于贮藏番茄果实D.贮藏温度下降时果实呼吸作用减弱,可能与细胞内酶的空间结构被破坏有关
番茄果实细胞有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质,无氧呼吸产生CO2的场所是细胞质基质,A项错误。由题图可知,2 ℃时,黑暗条件下与光照条件下呼吸强度差值比15 ℃时大,即2 ℃时光照对番茄果实呼吸的抑制作用更强,B项正确。低温条件下呼吸强度较低,但黑暗条件下比光照条件下呼吸强度高,所以低温、光照条件下更利于番茄果实的贮藏,C项错误。低温仅抑制酶的活性,不破坏酶的空间结构,D项错误。
3.(2023山东卷,不定项选择题)某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下,单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如下图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖,下列说法正确的是( )A.甲曲线表示O2吸收量B.O2浓度为b时,该器官不进行无氧呼吸C.O2浓度由0到b的过程中,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加D.O2浓度为a时最适合保存该器官,该浓度下葡萄糖消耗速率最小
题图中甲曲线在横轴O2浓度为0时,曲线数值较高,则不能表示O2吸收量而是CO2释放量,A项错误。题图中乙曲线表示O2吸收量,当O2浓度为b时, O2吸收量和CO2释放量相同,只进行有氧呼吸,B项正确。O2浓度由0到b的过程中,O2吸收量逐渐增加,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加,C项正确。O2浓度为a时,CO2释放量相对值为0.6,O2吸收量相对值为0.3,据此可知,有氧呼吸葡萄糖的消耗速率相对值为0.3÷6=0.05,无氧呼吸葡萄糖的消耗速率相对值为(0.6-0.3)÷2=0.15,则O2浓度为a时,葡萄糖的消耗速率相对值为0.05+0.15=0.2。O2浓度为b时,只进行有氧呼吸,此时O2吸收量相对值为0.7,可计算出此时葡萄糖的消耗速率相对值为0.7÷6≈0.12。通过对比可知,O2浓度为b时葡萄糖的消耗速率相对值小于O2浓度为a时,故O2浓度为a时葡萄糖消耗速率不是最小,D项错误。
典型例题(不定项选择题)某研究小组利用检测气压变化的密闭装置来探究微生物的呼吸。关闭活栓后,U形管右管液面高度变化反映瓶中的气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点,实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。下列有关说法错误的是( )A.甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量B.乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值C.甲组右管液面升高,乙组右管液面不变,说明微生物进行无氧呼吸和有氧呼吸D.甲组右管液面不变,乙组右管液面下降,说明微生物进行乳酸发酵
甲组实验装置中NaOH溶液的作用是吸收CO2,有氧呼吸过程消耗O2,产生的CO2被NaOH吸收,因此甲组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时O2的消耗量,A项正确。乙组实验装置中无NaOH溶液,因此乙组右管液面高度的变化可表示微生物呼吸时CO2的释放量和O2的消耗量之间的差值,B项正确。甲组右管液面升高,说明细胞呼吸消耗O2,进行有氧呼吸;乙组右管液面不变,说明CO2的释放量等于O2的消耗量,微生物只进行有氧呼吸,或同时进行有氧呼吸和乳酸发酵,C项错误。甲组右管液面不变,说明微生物不消耗O2,即进行无氧呼吸;乙组右管液面下降,说明有CO2释放,因此微生物进行酒精发酵,而不是乳酸发酵,D项错误。
整合构建1.细胞呼吸方式的判断及实验探究(1)细胞呼吸方式的探究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)。
实验结果预测及实验结论。
(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。对照装置与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽的种子”,其余均相同(见下图)。
特别提醒探究细胞呼吸第二阶段场所的方法探究细胞呼吸第二阶段的场所,常见的方法是用离心法将动物细胞的细胞质基质和线粒体分开,分别加入丙酮酸,检测CO2的产生。
2.有氧呼吸速率的测定(1)实验装置(2)实验原理:组织细胞进行有氧呼吸吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内的气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示有氧呼吸速率。装置乙作为对照。
知识延伸误差的校正(1)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。(2)如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果产生干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。(3)为减小气压、温度等物理因素引起的误差,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。
训练突破1.某校生物兴趣小组分别将等量的无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封于下图所示装置中(瓶中无O2),并按下图所示装置进行实验。当测定甲、乙装置中CaCO3的产生量相等时,撤去装置,并分别用滤菌膜过滤甲、乙两锥形瓶中的溶液,除去酵母菌,得到滤液1和滤液2。将等量的滤液1和滤液2分别放入中间隔有半透膜(葡萄糖不通过半透膜)的U形管的A、B两侧,调整两侧液面使其高度相等,一段时间后,观察并比较A、B两侧液面高度的变化。下列关于该实验的叙述,正确的是( )A.甲、乙两组实验的自变量是O2的有无和无菌培养液的浓度B.瓶中的酵母菌产生CO2的场所与人的肌肉细胞不完全相同C.无菌O2通入装置前必须先通入NaOH溶液以除去其中的CO2D.根据题意可推知U形管中A侧液面高度低于B侧
甲、乙两组实验的自变量是O2的有无,培养液浓度是需要控制的无关变量,A项错误。酵母菌可以通过有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2,场所是线粒体和细胞质基质;人的肌肉细胞产生的CO2全部来自有氧呼吸,故CO2只能产生于线粒体中,B项正确。无菌O2中不含CO2,因此不需要通入NaOH溶液,C项错误。由题意可知,甲、乙两装置中产生的CO2的量相等,根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知,产生等量的CO2时,有氧呼吸消耗的葡萄糖的量少,故滤液1中葡萄糖的浓度高于滤液2,从而推知U形管中A侧液面高度高于B侧,D项错误。
2.(不定项选择题)下图是探究有活性的水稻种子呼吸作用的装置示意图。下列叙述错误的是( )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.小液滴停止移动后,种子的呼吸方式是有氧呼吸和无氧呼吸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
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,A项正确。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氧气,故红色小液滴将向左移动,B项错误。小液滴停止移动,说明种子不再消耗氧气,即只进行无氧呼吸,C项错误。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,D项正确。
高考真题剖析【例题1】 (2020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比正常细胞少核心素养考查点剖析:本题以“瓦堡效应”为载体,综合考查对生物细胞呼吸类型和过程的分析与判断,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。
答案:B解析:产生等量的ATP时,无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的多,A项正确。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项错误。无氧呼吸过程中丙酮酸被利用生成乳酸发生在细胞质基质中,C项正确。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项正确。
【例题2】(2019海南卷)人体血液中有红细胞、白细胞和血小板,其中红细胞有运输氧的功能。请回答下列问题。(1)通常,成人体内生成红细胞的场所是 ;成熟的红细胞不能合成血红蛋白,其原因是 。 (2)金属元素 是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血患者体内的血红蛋白分子的肽链上发生了 。 (3)无氧呼吸是成熟红细胞获得能量的途径,无氧呼吸产生能量的过程的发生场所是 。 (4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入 (填“红细胞悬浮液”或“血浆”)来维持机体内环境的稳态。
核心素养考查点剖析:本题以人的红细胞为载体,综合考查对红细胞的结构特点、蛋白质的合成、内环境的稳态的理解,较好地考查了学生“生命观念、科学思维”等学科素养。答案:(1)骨髓 成熟的红细胞没有细胞核(2)铁 氨基酸的替换(3)细胞质基质(4)血浆
解析:(1)骨髓中的造血干细胞可以增殖分化成红细胞、白细胞等,因此通常成人体内生成红细胞的场所是骨髓;成熟的红细胞无细胞核和核糖体等各种细胞器,不能合成血红蛋白。(2)金属元素铁是合成血红蛋白的必需原料。镰状细胞贫血出现的根本原因是基因突变,基因中发生了碱基的替换,导致患者体内的血红蛋白分子的肽链上发生了氨基酸的替换。(3)有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,第三阶段发生在线粒体内膜上,第三阶段可以产生大量的能量。人无氧呼吸的第一阶段可以产生少量能量,第二阶段不产生能量。无氧呼吸的场所只有一个——细胞质基质。(4)大面积烧伤患者的创面会大量渗出细胞外液,通常需要给患者输入血浆,增加细胞外液的量,以维持机体内环境的稳态。
典题训练1.(2023全国乙卷)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如上图所示。下列相关叙述错误的是( )A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳酸B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
乳酸型无氧呼吸过程中1分子葡萄糖分解产生2分子乳酸,不产生CO2;酒精型无氧呼吸过程中1分子葡萄糖分解产生2分子酒精和2分子CO2。分析题图可知,在无氧条件下,时间a之前无CO2释放,说明此时是乳酸型无氧呼吸, A项正确。a~b时间内,CO2释放速率逐渐升高,说明酒精型无氧呼吸强度增大,其产物中除了CO2外还有酒精,B项正确。每分子葡萄糖经乳酸型无氧呼吸或酒精型无氧呼吸都只在第一阶段产生2分子ATP,第二阶段不产生ATP,C项错误。酒精的跨膜运输方式是自由扩散,不需要消耗ATP,D项正确。
2.(2022广东卷)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5%TTC溶液中,30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是( )A.该反应需要在光下进行B.TTF可在细胞质基质中生成C.TTF生成量与保温时间无关D.不能用红色深浅判断种子活力高低
由题意可知,TTC(无色)进入活细胞后可被细胞呼吸产生的[H]还原成TTF(红色),细胞呼吸在有光、无光条件下都可以进行,A项错误。细胞呼吸第一、二阶段都可以产生[H],其场所分别为细胞质基质和线粒体基质,因此在细胞质基质中TTC可被[H]还原成TTF,B项正确。保温时间较长时,会有较多的TTC进入活细胞,生成较多的TTF,因此TTF生成量与保温时间有关,C项错误。细胞呼吸产生的[H]越多,则产生的TTF越多,红色越深,D项错误。
3.(2022山东卷,不定项选择题)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
与25 ℃时相比,4 ℃时耗氧量增加,有氧呼吸第三阶段增强,故线粒体内膜上的电子传递过程未受阻,A项错误。与25 ℃时相比,短时间4 ℃处理,耗氧量较多,ATP生成量较少,说明4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多,释放的能量较多的用于产热, B、C两项正确。DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,ATP合成减少, D项正确。
4.(2021湖南卷)下列有关细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是( )A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中,常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气B.农作物种子入库贮藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,贮藏寿命显著延长C.油料作物种子播种时宜浅播,原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以减少水分散失、降低呼吸速率,起到保鲜作用
40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可为种子萌发提供适量的水分、适宜的温度和充足的氧气,A项正确。种子无氧呼吸会消耗大量有机物,应贮藏在低氧条件下,此条件下种子有氧呼吸较弱且无氧呼吸受抑制,消耗有机物少,种子寿命长,B项错误。油料作物种子富含脂质,种子萌发需要更多的氧气,因此播种时宜浅播,C项正确。塑料袋中氧气少,可降低柑橘有氧呼吸的速率,同时可抑制无氧呼吸,还可以减少水分散失,起到保鲜作用,D项正确。
5.农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。(1)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)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
答案:(1)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(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
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