专题08 细胞呼吸（串讲）-备战2024年高考生物一轮复习串讲精练（新高考专用）（解析版）

专题08 细胞呼吸

考点一　细胞呼吸的方式和过程

1．细胞呼吸

细胞呼吸：是指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，释放出能量并生成ATP的过程。

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）有氧呼吸过程分为三个阶段：

第一阶段：场所是细胞质基质。

C6H12O6→2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量 （2ATP）

第二阶段：场所是线粒体基质。

2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O→20[H]+6CO2+少量能量 （2ATP）

第三阶段：场所是线粒体内膜。

24[H]+6O2→12H2O+大量能量（34ATP）

（3）写出有氧呼吸总反应式：

（4）1 mol葡萄糖释放的能量中有1 161 kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。

（5）与有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐步释放的；一部分能量储存在ATP中。

3．无氧呼吸：细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解，产生C2H5OH（乙醇）和CO2或C3H6O3（乳酸），释放出少量能量，生成少量ATP的过程。

①第一阶段场所：细胞质基质。

过程：一分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，产生少量[H]，并释放少量能量。

②第二阶段场所：细胞质基质。

过程：第一阶段产生的丙酮酸在不同酶的催化作用下，分别生成酒精和二氧化碳，或转化成乳酸，无ATP形成。

③总反应式

产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。

产生乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。

④放能：1 mol葡萄糖释放196.65 kJ（生成乳酸）或225.94 kJ（生成酒精）的能量，其中均有61.08 kJ左右转移至ATP中。

1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解

2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较

2.细胞呼吸反应式中相关物质间量的比例关系

①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。

②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。

③有氧呼吸和无氧呼吸消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量之比为有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。

④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量之比为无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。

1.不同生物细胞无氧呼吸的产物

2．细胞呼吸中能量的释放与去向

判断细胞呼吸方式的三大依据

典例1.如图是某动物体的细胞呼吸过程。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．4、6分别是水和氧气

B．3产生于线粒体基质

C．产生的8主要用于合成ATP

D．植物细胞也能进行该过程

【答案】C

【解析】4为水、6为氧气，A正确；3(二氧化碳)在有氧呼吸第二阶段产生，场所是线粒体基质，B正确；8(能量)大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP，C错误；该图表示有氧呼吸过程，在植物细胞内也可以进行，D正确。

典例2.细胞呼吸过程中，线粒体内膜上的质子泵能将NADH(即[H])分解产生的H＋转运到膜间隙，使膜间隙中H＋浓度增大，大部分H＋通过结构①回流至线粒体基质，同时驱动ATP的合成，主要过程如下图所示。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．乳酸菌不可能发生上述过程

B．该过程发生于有氧呼吸第二阶段

C．图中①是具有ATP合成酶活性的通道蛋白

D．H＋由膜间隙向线粒体基质的跨膜运输属于协助扩散

【答案】B

【解析】乳酸菌为原核生物，没有线粒体，A项正确；有氧呼吸第二阶段发生于线粒体基质，该过程发生于线粒体内膜，B项错误；图中①是具有ATP合成酶活性的H＋通道蛋白，C项正确；H＋由膜间隙向线粒体基质顺浓度梯度运输，且需要通道蛋白协助，属于协助扩散，D项正确。

典例3.下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量(相对值)的变化结果(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列说法正确的是(　　)

A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸

B．在乙条件下有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多

C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值

D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体

【答案】D

【解析】甲条件下只释放CO2，不吸收氧气，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸，A错误；乙条件下消耗氧气的量为6，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，无氧呼吸产生二氧化碳的量为8－6＝2，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸相等，B错误；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度是否达到了最大值，C错误；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体，D正确。

考点二　影响细胞呼吸的因素及其应用

1．温度

细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。

实践应用：在大棚蔬菜栽培过程中，适当增加昼夜温差以减少有机物的消耗，提高产量。储存水果、蔬菜时应选取零上低温。

2.O2浓度

O2是有氧呼吸的反应物，O2促进有氧呼吸，对无氧呼吸过程有抑制作用。

实践应用：选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸。提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。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。

曲线解读：

a．b．O2浓度低时，无氧呼吸占优势。

c．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。

d．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.CO2浓度

CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。

实践应用：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。

4.水分

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。

实践应用：浸泡种子有利于种子萌发，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。

影响细胞呼吸的外界因素主要有温度、氧气浓度和二氧化碳浓度，除了记住其原理外，还应注意外部因素在影响呼吸作用时是综合起作用的，有时在其他因素满足的情况下，某一因素成为限制因素。如动物冬眠时呼吸速率低的限制因素是温度，而夏季作物受涝死亡，其限制因素则是O2浓度。

典例1.如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是(　　)

A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度

B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸

C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖

D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制

【答案】B

【解析】甲图中B点温度下植物细胞呼吸相对速率最大，说明该温度下细胞呼吸最旺盛；随着氧气浓度增大有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸，曲线Ⅱ表示有氧呼吸；细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖；有氧呼吸需要酶的参与，温度会影响酶的活性，故有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量限制，使曲线Ⅱ最终趋于平衡。

典例2.下列有关细胞呼吸原理在生活、生产中的应用的叙述，正确的是(　　)

A．降低温度和氧浓度并保持干燥，有利于果蔬的储藏保鲜

B．给含有酵母菌的发酵液连续通气，可提高产酒量

C．大棚栽培蔬菜，遇到阴雨天气时，可适当降低温度

D．给稻田定期排水、晒田的主要目的是抑制水稻的生长

【答案】C

【解析】果蔬的储藏保鲜要求零上低温、低氧和较低湿度，干燥环境会使植物细胞缺水死亡，A错误；酵母菌在无氧条件下才进行酒精发酵，B错误；阴雨天气时，由于大棚蔬菜光合作用强度较弱，可以适当降低温度减弱细胞呼吸对有机物的消耗，从而增加有机物的积累，C正确；给稻田定期排水、晒田的主要目的是防止无氧呼吸产生的酒精对根的毒害作用，D错误。

考点三　探究酵母菌细胞呼吸的方式

1．探究酵母菌细胞呼吸的方式

检测CO2用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝。实验现象分别是石灰水变浑浊或溴麝香草酚蓝由蓝变绿再变黄。检测酒精用酸性重铬酸钾，实验现象是由橙色变成灰绿色。

2．实验现象

3.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。

实验注意事项

(1)实验装置：甲组探究酵母菌的有氧呼吸，乙组探究酵母菌的无氧呼吸。甲、乙两组为对比实验，设置的是有氧、无氧条件。

(2)变量控制

①通入A瓶的空气中不能含有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。

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。

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，如图所示（以发芽种子为例）：

（2）结果结论

（3）误差校正：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“发芽种子”，其余均相同。

对比实验”：对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。教材中对比实验的实例有：

①探究酵母菌细胞呼吸的方式；②鲁宾和卡门的同位素标记法实验；③赫尔希和蔡斯采用放射性同位素标记T2噬菌体侵染细菌的实验等。

典例1.下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量（相对值）的变化结果（假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖）。下列说法正确的是（　　）

A.在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸

B．在乙条件下有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多

C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值

D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体

【答案】D

【解析】甲条件下只释放CO2，不吸收氧气，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸，A错误；乙条件下消耗氧气的量为6，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，无氧呼吸产生二氧化碳的量为8－6＝2，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1，有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸相等，B错误；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度是否达到了最大值，C错误；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体，D正确。

典例2.（2019·大连模拟）如图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是（　　）

A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中

B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生

C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发早期，其中e为ATP

D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2

【答案】D

【解析】题图为细胞呼吸的全过程，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO2、[H]、O2、酒精；催化反应②和④的酶分别存在于细胞质基质和线粒体基质中，A项错误；无氧呼吸的第一阶段也产生[H]，B项错误；小麦种子在萌发早期进行无氧呼吸，e不表示ATP，C项错误；①④③过程分别表示有氧呼吸第一、第二和第三阶段，D项正确。

典例1.(2020·云南省曲靖市高三二模)某同学为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，将少量的酵母菌混入适量的面粉揉成光滑面粉团后均等分装在2个洁净的塑料袋中，一组充满空气(甲组)，一组则排净空气(乙组)，扎紧袋口后放在相同且适宜的环境中观察20～30 min。下列叙述不正确的是(　　)

A．一段时间后甲组的塑料袋内壁有水珠出现，面团变湿润

B．该实验中甲组为实验组，乙组为对照组

C．若放置的时间足够长，甲组也会产生酒精

D．该实验应选择大小合适，气密性良好的塑料袋

【答案】B

【解析】　该实验为对比实验，甲组和乙组相互对照，无单独的对照组，B错误。

典例2.如图为某生物小组探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述错误的是(　　)

A．实验的自变量是有无氧气，因变量是甲、丁两试管中产生CO2的多少

B．乙、丙两试管中的液体应先煮沸，冷却后再加入酵母菌，以消除其他微生物对实验的影响

C．该实验装置的设计不够严谨，通入乙试管中的空气必须除去CO2

D．甲、丁两试管中的Ca(OH)2溶液可用酸性重铬酸钾溶液替代

【答案】D

【解析】乙试管通入空气，丙试管未通入空气，分别提供了有氧和无氧的环境条件，可根据Ca(OH)2溶液的混浊程度来大概判断甲、丁试管中产生CO2的多少，A正确；对试管中的液体进行灭菌，能消除其他微生物对实验的影响，B正确；空气中含有CO2，对实验结果有干扰，C正确；Ca(OH)2溶液可用溴麝香草酚蓝水溶液替代，酸性重铬酸钾溶液用来检测有无酒精生成，D错误。

1．关于细胞呼吸过程的5点说明

（1）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；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。

（2）葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。

（3）无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。

（4）人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。

（5）无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。

2．细胞呼吸影响因素的4点注意

（1）O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为此时细胞进行无氧呼吸。

（2）影响细胞呼吸的因素并不是单一的。若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度，可采取供水、升温、增氧等措施；若需降低细胞呼吸强度，可以采取干燥、低温、低氧等措施。

（3）储存蔬菜和水果的条件并不是无氧环境。蔬菜、水果在储存时都应在低温、低氧条件下，低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温；种子储存时应保持干燥，而蔬菜、水果储存时应保持一定的湿度。

（4）内部因素也会影响细胞呼吸的强度，如生物的遗传特性、器官种类、生长时期等。

1.(2020·全国Ⅰ，2)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是(　　)

A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸

B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等

C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放

D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多

【答案】D

【解析】　有氧呼吸的反应式为C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量，无氧呼吸的反应式为C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量或C6H12O62C3H6O3＋少量能量。据此推理，若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行产生乙醇和CO2的无氧呼吸，A项正确；若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的分子数相等，B项正确；若细胞只进行无氧呼吸且产物为乳酸，则无O2吸收也无CO2释放，C项正确；若细胞同时进行有氧呼吸和产物为乙醇、CO2的无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的少；若细胞同时进行有氧呼吸和产物为乳酸的无氧呼吸，则吸收O2的分子数等于释放CO2的分子数，D项错误。

2.(2020·山东，2)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ATP

C．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

【答案】B

【解析】与有氧呼吸相比，产生相同ATP的情况下，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量远大于有氧呼吸，癌细胞主要进行无氧呼吸，需要吸收大量葡萄糖，A项正确；癌细胞中丙酮酸转化为乳酸为无氧呼吸的第二阶段，无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，B项错误；癌细胞主要依赖无氧呼吸产生ATP，进行无氧呼吸第一阶段和第二阶段的场所均为细胞质基质，C项正确；无氧呼吸只在第一阶段产生少量NADH，癌细胞主要进行无氧呼吸，产生的NADH比正常细胞少，D项正确。

3.(2022·北京朝阳高三月考)将酵母菌破碎并进行差速离心处理，然后将得到的细胞质基质和线粒体，与未经离心的酵母菌分别装入试管①～⑥中，然后加入不同的物质，进行如下表所示的实验。下列有关叙述错误的是(　　)

注：“＋”表示加入了适量的相关物质，“－” 表示未加入相关物质。

A．会产生酒精和CO2的试管有②⑥

B．会产生CO2和H2O的试管有①③⑤

C．根据试管②⑥的实验结果，不能判断酵母菌进行无氧呼吸的场所

D．根据试管①③⑤的实验结果，可以判断酵母菌进行有氧呼吸的场所

【答案】B

【解析】会产生酒精的只有细胞质基质中的无氧呼吸，试管②⑥中会产生酒精和CO2，A正确；会产生CO2和H2O的试管有③⑤，B错误；根据①③⑤，可以判断有氧呼吸在线粒体内以丙酮酸为原料进行有氧呼吸，D正确。

4.(2022·扬州中学高三月考)如图为研究人体运动强度与氧气消耗速率、血液中乳酸含量的关系的研究结果，下列叙述正确的是(　　)

A．有氧呼吸时，葡萄糖所释放的能量主要储存在ATP中

B．整个ac运动阶段，产生的二氧化碳全部来自线粒体

C．运动强度为c时，机体产生较多乳酸会使内环境的pH明显下降

D．图中bc段，细胞无氧呼吸增强，此时人体获得能量的途径以无氧呼吸为主

【答案】B

【解析】有氧呼吸时，葡萄糖所释放的能量主要以热能的形式散失，少数储存在ATP中，A错误；运动强度为c时，机体产生较多乳酸会使内环境的pH有所下降，但由于内环境中存在缓冲物质，因此内环境的pH不会明显下降，C错误；bc段，氧气消耗速率较高，所以人体获得能量的途径仍以有氧呼吸为主，D错误。

5.（2019·淄博模拟）某同学用如图所示实验装置测定果蝇幼虫的呼吸速率。实验所用的毛细管横截面积为1 mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25 ℃水浴中，10 min后关闭软管夹，随后每隔5 min记录一次毛细管中液滴移动的位置，结果如下表所示。下列分析正确的是 （　　）

A．图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向右移动

B．在20～30 min内氧气的平均吸收速率为6.5 mm3/min

C．如将X换为清水，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率

D．增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中

【答案】B

【解析】题图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向左移动，A项错误；在20～30 min内氧气的平均吸收速率为（130－65）×1÷10＝6.5（mm3/min），B项正确；果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，无论是否进行无氧呼吸液滴都不会移动，C项错误；对照实验中应将装置中的果蝇幼虫换成等数量的死幼虫，并将该装置置于相同环境中，重复上述实验，D项错误。

6.(2020·全国Ⅲ，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。

【答案】(1)细胞质基质　(2)无氧呼吸　(3)光能　(4)O2、NADPH　(5)H2O、CO2

【解析】(1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除ATP外，还有乙醇和CO2，可知该过程是无氧呼吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体薄膜和反应名称为光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O2和NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO2、H2O。

7.(2022·山东青州一中高三期中)如图为某运动员剧烈运动时，肌肉收缩过程中部分能量代谢的示意图。

据图回答下列问题：

(1)由图可知，肌肉收缩最初的能量来自细胞中的__________，该物质的产生部位有__________________。

(2)图中曲线B代表的细胞呼吸类型是______________，该反应产物是__________。

(3)足球运动员为提高运动能力，通常进行3到4周的高原训练，这种训练方式主要提高曲线C________(填细胞呼吸方式)的能力，原因是高原环境下空气中的O2含量低，人体内造血干细胞会通过____________________(生理过程)更多的红细胞，提高血液的运氧能力，使机体的有氧呼吸功能增加，有助于提高运动员的运动能力。

【答案】　(1)(存量)ATP　细胞质基质和线粒体　(2)无氧呼吸　乳酸　(3)有氧呼吸　增殖和分化(或分裂和分化)

【解析】(1)由图可知，在最初阶段，存量ATP急剧下降，故可推测肌肉收缩最初的能量主要来自存量ATP的直接水解；在动物细胞中ATP的产生是通过呼吸作用进行的，其部位是细胞质基质和线粒体。(2)曲线B是在较短时间内提供能量，但随着运动时间的延长无法持续提供能量，为无氧呼吸；人体细胞中无氧呼吸产生乳酸。