2024届高考生物一轮总复习第三单元细胞的能量供应和利用第8讲细胞呼吸的原理和应用课件

这是一份2024届高考生物一轮总复习第三单元细胞的能量供应和利用第8讲细胞呼吸的原理和应用课件，共49页。PPT课件主要包含了答案B，答案D，实验原理，实验现象，2结果与结论，教材中的显色实验，2O2浓度，4含水量，答案C等内容，欢迎下载使用。

第8讲　细胞呼吸的原理和应用【课标要求】　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.活动：探究酵母菌细胞呼吸的方式。
考点一　细胞呼吸的方式及过程
1．呼吸作用的实质及类型
2．有氧呼吸(1)概念：是指细胞在氧的参与下，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。(2)过程。
注：①葡萄糖不能进入线粒体，只能在细胞质基质被氧化分解成丙酮酸。②丙酮酸在有氧条件下才进入线粒体。
(3)写出有氧呼吸的总反应式，并标出各种元素的来源和去路。
(4)放能：1 ml葡萄糖释放的能量中有977.28 kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。(5)能量转换：葡萄糖中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。
提醒：①线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但有氧呼吸的场所并非只是线粒体，真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸，如蛔虫、哺乳动物成熟的红细胞等。原核细胞无线粒体也能进行有氧呼吸，有氧呼吸的场所是细胞质和细胞膜。②脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量≠产生CO2的量。脂肪与葡萄糖相比，含H量高，因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
3．无氧呼吸(注：微生物的无氧呼吸也叫发酵)(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：全过程是在细胞质基质中进行的。(3)过程。
(4)放能：1 ml葡萄糖分解成乳酸只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ转移至ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失了。(5)不同生物的无氧呼吸产物。
提醒：①无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段相同，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP和[H]，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。③细胞呼吸释放的能量，大部分以热能的形式散失，少部分以化学能的形式储存在ATP中。
1．有氧呼吸与无氧呼吸中[H]和ATP的来源和去路。(1)有氧呼吸过程中[H]、ATP的来源和去路。
(2)无氧呼吸中的[H]和ATP都是在第一阶段产生的，发生场所是细胞质基质。其中[H]在第二阶段被全部消耗。2．依据反应方程式和发生场所判断细胞呼吸方式
3．有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸中各物质间的关系比(以葡萄糖为呼吸底物)(1)有氧呼吸中，葡萄糖∶O2∶CO2＝1∶6∶6。(2)产生酒精的无氧呼吸中，葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2。(3)消耗等量的葡萄糖时，产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3∶4。
4．有氧呼吸与无氧呼吸的比较
考向1　结合细胞呼吸过程，考查生命观念1．(2022·重庆)下图为酵母菌和人体细胞呼吸流程图，下列叙述正确的是(　　)
A．物质a、b、c、d分别为水、CO2、酒精、乳酸B．在条件X下酵母菌的细胞呼吸过程中，葡葡糖中的能量一共有3条去路C．人在马拉松运动中所需能量主要来自条件Y下葡萄糖在线粒体中的氧化分解D．若用18O标记葡萄糖，则产物a中会检测到放射性
解析：根据有氧呼吸和无氧呼吸的过程分析，物质a、b、c、d分别为水、CO2、乳酸、酒精，A项错误；条件X下酵母菌细胞进行无氧呼吸，有机物不能彻底氧化分解，所以葡萄糖中能量的去向有3处，即储存在酒精中、以热能形式散失、储存在ATP中，B项正确；人在马拉松运动中所需能量主要来自有氧呼吸，条件Y下细胞进行有氧呼吸，葡萄糖先在细胞质基质中分解为丙酮酸，然后丙酮酸在线粒体中被分解并产生CO2和水，C项错误；有氧呼吸产生的水是由[H]和O2结合而成的，故若用18O标记葡萄糖，不能在a(水)中检测到放射性，D项错误。
考向2　围绕细胞呼吸类型的判断，考查科学思维2．(2022·山东潍坊)有氧呼吸氧化分解葡萄糖时，细胞内存在着电子传递和ATP形成的偶联机制，称为氧化磷酸化作用。即葡萄糖中的氢以质子、电子形式脱下并传递，最终转移到分子氧生成水。研究发现，电子沿一系列特定载体传递时，会促使线粒体从其基质内把质子泵入内外膜间隙积累，产生内膜两侧的质子浓度梯度。当质子流沿内膜上ATP合酶的质子通道进入基质时，驱动ATP合成。下列分析不正确的是(　　)A．电子、质子的有序传递有利于能量逐步释放B．各种电子载体可能是不同种类的专一蛋白质C．线粒体内膜磷脂分子层对质子的通透性极低D．ATP分子中的化学能直接来自电子
解析：有氧呼吸分解葡萄糖是一个逐步释放能量的过程，葡萄糖中的氢以质子、电子形式脱下并传递，最终转移到分子氧生成水，该过程有序传递有利于能量逐步释放，A项正确；结合题干信息“电子沿一系列特定载体传递时……”可知，各种电子载体可能是不同种类的专一蛋白质，B项正确；分析题意，质子从基质进入内外膜间隙需要通过质子泵，质子沿内膜流入基质要通过质子通道，故线粒体内膜磷脂分子层对质子的通透性极低，C项正确；结合题意可知，ATP分子中的化学能来自质子流沿内膜上ATP合酶的质子通道进入基质时的势能，D项错误。
考点二　探究酵母菌细胞呼吸的方式
3．实验步骤(1)配制酵母菌培养液(20 g酵母菌＋质量分数为5%的葡萄糖溶液)。(注：将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入酵母菌，否则高温会杀死酵母菌。)(2)检测CO2的产生，装置如下图所示。(注：澄清石灰水也可以换为溴麝香草酚蓝溶液。)
(3)检测酒精的产生：自A、B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→振荡并观察溶液的颜色变化。
提醒：①有氧装置中空气先通过NaOH溶液的目的是消除空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致的。②B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。③装置甲和乙为对比实验，都为实验组，相互对比。
5.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，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。
1．细胞呼吸材料的选择和处理(1)若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)若实验材料是种子，为防止微生物呼吸作用对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。(3)若实验材料是酵母菌，实验所用的葡萄糖溶液需煮沸，目的是灭菌，排除其他微生物的呼吸作用对实验结果的干扰。
2．通过液滴移动法探究细胞呼吸的方式(1)探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如下图所示(以发芽种子为例)：
(3)为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同(见下图)。
考向　结合酵母菌细胞呼吸方式的探究实验，考查科学探究1．(2022·湖南岳阳)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细胞呼吸，实验设计如下图所示。关闭活栓后，U形管右侧液面高度变化反映瓶中气体体积变化，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气体体积变化)。下列有关说法错误的是(　　)
A．甲组右侧液面高度变化，表示的是微生物细胞呼吸时O2的消耗量B．乙组右侧液面高度变化，表示的是微生物细胞呼吸时CO2释放量和O2消耗量之间的差值C．甲组右侧液面升高，乙组右侧液面高度不变，说明微生物可能只进行有氧呼吸D．甲组右侧液面高度不变，乙组右侧液面高度下降，说明微生物进行乳酸发酵
解析：甲组右侧液面高度不变，说明微生物不消耗氧气，即进行无氧呼吸，乙组右侧液面高度下降，说明二氧化碳的释放量大于氧气的消耗量，因此微生物进行的是酒精发酵，不是乳酸发酵，D项错误。
2．(2022·山东实验中学)甲、乙两组同学拟用下图所示装置探究细胞在有氧和无氧条件下CO2的产生量，为此展开了如下讨论。你认为其中最不合理的观点是(　　)
A．图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧作为自变量，而不是是否充气B．若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块C．图中C若是溴麝香草酚蓝溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量D．若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明在两种条件下底物的消耗量相等
解析：依题意可知，该实验的自变量是O2的有无，因变量是CO2的产生量，应排除所充气体中含有的CO2对实验结果的干扰，所以图中A用以除去充入的CO2，以所充气体中是否含氧作为自变量而不是是否充气，A项正确；若图中B是酵母菌培养液，因其在不同条件下繁殖速度不同影响实验，可换成苹果小块，B项正确；CO2可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，图中C若是溴麝香草酚蓝溶液，可用变色所用的时间比较CO2的产生量，C项正确；在有氧呼吸的过程中，每消耗1 ml的葡萄糖就会消耗6 ml O2，同时产生6 ml CO2，在无氧呼吸过程中，每消耗1 ml的葡萄糖，会产生2 ml CO2，若在有氧、无氧条件下产生等量的CO2，说明无氧条件下底物的消耗量多于有氧条件下底物的消耗量，D项错误。
考点三　细胞呼吸的影响因素及原理的应用
1．内部因素(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．外界因素(1)温度。
①原理：通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。②应用：储存水果、蔬菜时应选取零上低温(填“高温”“零上低温”或“零下低温”)。
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解读：a.O2浓度低时，无氧呼吸占优势。b．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。c．当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。
③应用。a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。b．作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸。c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。d．稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。(3)CO2浓度。
①原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
①原理：水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响呼吸速率。②解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。③应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。
1．O2浓度对细胞呼吸的影响
2．多因素对呼吸速率影响
考向1　结合细胞呼吸的影响因素，考查科学思维1．(2022·山东泰安)下图表示大气温度及氧浓度对植物组织内产生CO2的影响，下列相关叙述错误的是(　　)
A．从图甲可知细胞呼吸最适的温度为B点所对应的温度B．图甲曲线变化的主要原因是温度影响与呼吸作用有关酶的活性C．图乙中DE段有氧呼吸逐渐减弱，EF段有氧呼吸逐渐增强D．和D、F点相比，图乙中E点对应的氧浓度更有利于储藏水果和蔬菜
解析：根据图甲可知，B点时，细胞呼吸最旺盛，B点所对应的温度为细胞呼吸的最适温度，A项正确；图甲曲线变化的主要原因是温度影响与呼吸作用有关的酶的活性，从而影响呼吸作用，B项正确；图乙中DE段和EF段，随着氧浓度的增加，有氧呼吸均逐渐增强，C项错误；储藏水果和蔬菜时应该降低植物的呼吸作用，图乙中E点时CO2释放速率最小，说明此时细胞呼吸最弱，因此E点对应的氧浓度更有利于储藏水果和蔬菜，D项正确。
考向2　围绕细胞呼吸原理的应用，考查生命观念2．(2021·广东适应性测试)下列所述生产与生活中的做法，合理的是(　　)A．做面包时加入酵母菌并维持密闭状态B．水稻田适时排水晒田以保证根系通气C．白天定时给栽培大棚通风以保证氧气供应D．用不透气的消毒材料包扎伤口以避免感染
解析：做面包时需要利用酵母菌有氧呼吸产生大量二氧化碳使面包疏松多孔，因此不能维持密闭状态，A项不合理；水稻田适时排水晒田可以保证根系的氧气供应，促进水稻根部细胞进行有氧呼吸，维持水稻正常生命活动，B项合理；白天大棚内植物进行光合作用消耗二氧化碳，释放氧气，此时给大棚通风可以保证二氧化碳的供应，C项不合理；用不透气的消毒材料包扎伤口会使伤口处形成无氧环境，有利于破伤风芽孢杆菌等厌氧菌的大量繁殖，造成伤口感染，D项不合理。
考向3　种子萌发过程中细胞呼吸的变化分析3．(2022·江西上饶)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)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(至少答出两点)
(2)在种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是__________和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是______________________________________________________________________________________。(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_____________________________________________________________________________。
答案：(1)自由水是细胞内良好的溶剂；许多生物化学反应需要水的参与；水参与物质运输(2)酒精、水　缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，且种子无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用(3)适宜的光照、CO2和无机盐等
高考真题体验 1.(2021·广东卷改编)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如下图所示)。下列叙述正确的是(　　)
A．培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成B．乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2C．取酵母菌培养液加斐林试剂后出现砖红色沉淀D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
解析：检测无氧呼吸的产物——乙醇，应从甲瓶中取出发酵液滴加到试管中，再往试管中滴加酸性重铬酸钾溶液，而不是在甲瓶中直接加入酸性重铬酸钾溶液，A项错误；溴麝香草酚蓝溶液遇到CO2时的颜色变化为由蓝变绿再变黄，B项错误；取酵母菌培养液加斐林试剂后，需要水浴加热才能出现砖红色沉淀，C项错误；甲瓶添加的纤维素水解液是定量的，增加酵母菌的数量只能提高乙醇的生成速率，不能提高乙醇最大产量，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
解析：大豆种子充分吸水胀大，此时子叶未形成叶绿体，不能进行光合作用，该反应不需要在光下进行，A项错误；细胞质基质中可通过细胞呼吸第一阶段产生[H]，TTF可在细胞质基质中生成，B项正确；保温时间较长时，较多的TTC进入活细胞，生成较多的红色TTF，C项错误；相同时间内，种胚出现的红色越深，说明种胚代谢旺盛，据此可判断种子活力的高低，D项错误。
3．(2022·浙江卷)下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)A．人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸B．制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2C．梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATPD．酵母菌的乙醇发酵过程中通入O2会影响乙醇的生成量
解析：剧烈运动时人体可以进行厌氧呼吸，厌氧呼吸的产物是乳酸，故人体剧烈运动时会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸，A项正确；制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理，乳酸菌厌氧呼吸的产物是乳酸，无二氧化碳产生，B项错误；梨果肉细胞厌氧呼吸第一阶段能产生少量能量，该部分能量大部分以热能的形式散失了，少部分可用于合成ATP，C项正确；发酵过程中通入氧气会导致其厌氧呼吸受抑制而影响乙醇的生成量，D项正确。
4．(2022·全国甲卷)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是(　　)A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATPB．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
解析：有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP，A项正确；线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段氧气和[H]反应生成水，该过程需要酶的催化，B项正确；丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，该过程需要水的参与，不需要氧气的参与，C项错误；线粒体是半自主性细胞器，其中含有少量DNA，可以通过转录和翻译控制蛋白质的合成，D项正确。
5．(2022·山东卷)植物细胞内10%～25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是(　　)A．磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同B．与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少C．正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成D．受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成