[高中生物一轮复习教学讲义 必修1]

第8讲  细胞呼吸

考点一 细胞呼吸的过程和原理

1．有氧呼吸：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。

(1)过程

(2)反应方程式：

(3)有氧呼吸中氧元素的来源和去路

注：有氧呼吸中H2O既是反应物，又是生成物，且生成的H2O中的氧全部来自O2。

2．无氧呼吸：细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时产生少量能量的过程。

(1)过程：无氧呼吸的全过程可以分为两个阶段，且都是在细胞质基质中进行的。

(2)总反应式

①无氧呼吸产生酒精的反应式：C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量。

②无氧呼吸产生乳酸的反应式：C6H12O62C3H6O3+少量能量。

3．有氧呼吸和无氧呼吸的比较

拓展延伸

1．呼吸作用中各物质之间的比例关系(以葡萄糖为底物的细胞呼吸)

(1)有氧呼吸：葡萄糖∶O2∶CO2＝1∶6∶6。

(2)无氧呼吸：葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或葡萄糖∶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无氧呼吸产生的CO2摩尔数之和的比为3∶4。

2．根据气体的变化和场所情况判断细胞呼吸类型的方法

(1)根据吸收O2与产生CO2的比例判断细胞的呼吸方式(呼吸底物为葡萄糖)

①不消耗O2，释放CO2―→只进行无氧呼吸。

②无CO2释放―→只进行产生乳酸的无氧呼吸。

③酒精产生量等于CO2量―→只进行产生酒精的无氧呼吸。

④CO2释放量等于O2的吸收量―→只进行有氧呼吸。

⑤CO2释放量大于O2的吸收量―→既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵。

⑥CO2释放量小于O2吸收量：底物中有脂肪。

⑦酒精产生量小于CO2量―→既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自有氧呼吸。

(2)根据场所判断

①真核细胞：若整个呼吸过程均在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为有氧呼吸。

②原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的细胞呼吸在细胞质和细胞膜上进行，其呼吸方式应根据产物判断，若只有二氧化碳和水产生则为有氧呼吸，若还有乳酸或酒精产生，则还存在无氧呼吸。

考点二 (实验)　探究酵母菌的呼吸方式

1．实验探究：探究酵母菌细胞呼吸的方式

(1)实验原理：①酵母菌是单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。通过定性测定酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的产物。来确定酵母菌细胞呼吸的方式。

a．有氧条件：葡萄糖CO2+H2O+能量

b．无氧条件：葡萄糖酒精+CO2+能量

②CO2和酒精的检测

(2)实验步骤

(3)放置一段时间后观察实验现象。

①观察两组装置中澄清石灰水的变化。

②检测是否有酒精产生：

取b、d瓶中滤液各2 mL分别注入1、2两支干净的试管中。向两试管中分别滴加酸性重铬酸钾溶液0.5mL，并振荡。观察试管中溶液的颜色变化。

(4)实验现象

①甲、乙两装置中石灰水都变混浊，且甲中混浊程度较高.

②2号试管中溶液由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。

(5)实验结论：酵母菌在有氧、无氧条件下都能进行细胞呼吸。有氧时，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2和水；无氧时，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2。

2．欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：

(1)实验装置：

装置甲中NaOH溶液的作用是吸收呼吸所产生的CO2，红色液滴移动的距离代表种子呼吸吸收的O2量。装置乙中红色液滴移动的距离代表种子呼吸吸收的O2量与产生的CO2量的差值。

(2)实验分析：

对于绝大多数种子来说，萌发过程中，由于细胞呼吸消耗有机物会使干重减少，但对于含脂肪较多的油料种子来说，由于脂肪在氧化过程消耗较多的氧气，干重反而会上升。培养条件为黑暗（不能进行光合作用，不能吸收CO2，即干重增加的主要元素不会是C）、蒸馏水（没有N等矿质元素，不考虑生物固氮的话，干重增加的主要元素不会是N）。种子萌发过程有明显的吸水，应是水中的O。理由是吸收的水参与种子中物质代谢以及成为结合水等，导致种子干重增加。特别是胚乳（或子叶）中脂肪转化为幼苗中糖等亲水物质，会使细胞中结合水增加。

考点三 影响细胞呼吸的因素及应用

1．温度：温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。

(2)实际应用。

①保鲜：水果、蔬菜等放入冰箱的冷藏室中，可延长保鲜时间。②促进生长：温室中栽培蔬菜时，夜间适当降低温度，可降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高蔬菜的产量。

2．氧气：促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。

速率减慢，有氧呼吸加快。B点时，有氧呼吸释放的CO2量等于无氧呼吸释放的CO2量；C、D点：横坐标相同，无氧呼吸停止。

③氧浓度在0～20%时，随氧浓度升高，有氧呼吸速率逐渐加快。

④随氧浓度的升高，细胞呼吸速率先减慢后加快，最后趋于稳定。

⑤氧浓度为5%左右时，细胞呼吸强度最弱。

(2)实际应用。

①保鲜：低氧(氧含量5%左右)有利于蔬菜保鲜。

②促进生长：农作物中耕松土可以增加土壤中氧气的含量，促进根部有氧呼吸促进生长。

③防止无氧呼吸：陆生植物长时间水淹，土壤中氧含量降低，植物因无氧呼吸产生的酒精积累而烂根。

④控制呼吸方式：制葡萄酒时，初期进行有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖，发酵时严格控制无氧环境，促进酵母菌的无氧呼吸。

注意说明：“无氧”环境不一定更有利于果蔬、种子储存，而且果蔬与种子的储存条件也不同

3．二氧化碳：CO2是细胞呼吸的终产物，积累过多会抑制细胞呼吸。

4．水含量：①各种生化反应需溶解在水中才能进行，自由水含量升高，新陈代谢加快。②水是

1．细胞呼吸的呼吸熵为同一时间细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值，现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，培养条件适宜，据此作出的相关分析，错误的是(　　)

A．若测得的酵母菌呼吸熵为1，则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸

B．若测得酵母菌呼吸熵大于1，则混合液中酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸

C．根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，无法确定酵母菌的呼吸方式

D．若一定时间内测得CO2产生量为15 mol，酒精产生量为6 mol，可推测消耗的葡萄糖中有2/3用于有氧呼吸

[答案]D．[解析]有氧呼吸过程中消耗的O2量与产生的CO2量相等，而酵母菌的无氧呼吸也会产生CO2，因此若酵母菌的呼吸熵为1，其只进行有氧呼吸，若酵母菌的呼吸熵大于1，说明其产生的CO2量多于消耗的O2量，多出的部分由无氧呼吸产生，A、B正确。酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，因此根据其细胞呼吸过程中CO2的产生情况无法判断其呼吸类型，C正确。一定时间内酒精产生量为6 mol，说明无氧呼吸产生的CO2量也为6 mol，这样通过有氧呼吸产生的CO2量为15-6=9(mol)，故有氧呼吸消耗的葡萄糖量为9/6=1.5(mol)，无氧呼吸消耗的葡萄糖量为6/2=3(mol)，由此可知，消耗的葡萄糖中有1/3用于有氧呼吸，D错误。

2．研究人员发现北欧鲫鱼在缺氧条件下体内存在如下代谢过程。据图分析相关叙述正确的是(　　)

[答案]B．[解析]根据题意和图示分析可以知道：①为无氧呼吸，产物为乳酸；②为无氧呼吸的第一阶段，③为无氧呼吸的第二阶段，产物为酒精；过程①、②、③均发生在细胞质基质中。图中能产生ATP的过程只有①、②，③过程不释放能量，没有ATP产生，A错误；据分析可知：过程①、②、③都发生在细胞质基质中，B正确；酒精为小分子，以自由扩散的方式被排出肌细胞，C错误；据图无法判断乳酸转化为丙酮酸的过程中是否会产生[H]，D错误。

3．某人的骨骼肌细胞分解葡萄糖的过程中，消耗的葡萄糖与O2的物质的量之比为1：3。下列关于此过程的叙述，错误的是(　　)

A．有氧呼吸与无氧呼吸过程均产生了[H]

B．产生的CO2与消耗的O2的物质的量之比为4：3

C．人体细胞呼吸产生CO2的场所只有线粒体基质

D．无氧呼吸过程中的能量除热能和ATP中的化学能外，还有一部分储存在乳酸中

[答案]B．[解析]无氧呼吸第一阶段能产生[H]；有氧呼吸的第一、二阶段都能产生[H]，第三阶段消耗[H]，A正确。乳酸是人体细胞无氧呼吸的产物，只有在有氧呼吸过程中才产生CO2，有氧呼吸消耗的O2量与产生的CO2量相等，即整个过程中产生的 CO2与消耗的O2的物质的量之比为1：1，B错误。人体内只有在有氧呼吸第二阶段才产生CO2，其场所是线粒体基质，C正确。在无氧呼吸过程中大量的能量储存在乳酸中，D正确。

4．植物组织在一定时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的物质的量(或体积)之比叫作呼吸熵，如图表示玉米种子萌发时呼吸熵的变化，以下说法错误的是(　　)

[答案]C．[解析]根据题意和图示分析可知：在一定时间范围内，随着玉米种子萌发时间的增加，细胞呼吸熵逐渐减小，当超过一定时间范围，细胞呼吸熵逐渐增大。由于糖类和脂肪中C、H、O的比例不同，脂肪中的碳氢比例高，若呼吸熵小于1，说明除葡萄糖外，呼吸底物可能还有脂肪，A正确；在氧气充足的情况下，糖类的呼吸熵等于1，而脂肪的呼吸熵小于1，所以根据呼吸熵的数值可推断呼吸底物，B正确； 花生中主要能源物质是脂肪，玉米种子中主要能源物质是糖类，而脂肪中C、H比例比同等质量糖类高，因此同等质量的花生与玉米种子萌发时的耗氧量不同，其中花生萌发时耗氧量高，同等质量的花生种子比玉米种子的呼吸熵低，C错误；环境中的氧气浓度会影响有氧呼吸和无氧呼吸的强度，因而也会影响呼吸熵的变化，D正确。

5．将四组生理状态相同的神经肌肉标本(离体的青蛙坐骨神经及其支配的腓肠肌)，分别浸润在含相同且适宜浓度的氯化钠溶液的密闭培养瓶中，一段时间后，以相同的电流分别刺激四组标本的神经，检测肌肉收缩的力量，各组标本所处条件及实验结果如表所示，下列相关分析正确的是(　　)

注：+越多表示肌肉收缩力量越大。

A．理论上分析四组实验的神经肌肉标本都会有二氧化碳产生

B．肌肉收缩力量差异的原因是不同条件下细胞呼吸提供ATP的量不同

C．第4组与第3组肌肉收缩力量差异的原因是温度对线粒体内呼吸作用相关酶的影响较大

D．第3组比第1组肌肉收缩力量小与肌肉细胞Na+内流减少有关

[答案]B．[解析]分析实验设置，实验的自变量有培养瓶中气体种类和温度，因变量为肌肉收缩的力量，因此可以根据实验数据得出相应结论。第3组和第4组实验中加的是氮气，细胞会进行无氧呼吸产生乳酸，没有二氧化碳的生成，A错误；肌肉收缩力量差异的原因是不同条件下，细胞呼吸提供的ATP的量不同，B正确；氮气环境中肌肉细胞不能进行有氧呼吸，第4组与第3组肌肉收缩力量差异体现的是温度对无氧呼吸相关酶的影响，C错误；第3组进行的是无氧呼吸，第1组进行的是有氧呼吸，其肌肉收缩力量差异的原因与细胞呼吸提供的ATP多少有关，D错误。

6．某研究小组为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，设计了如图的实验装置(不考虑其他因素的影响)。

D．乙装置有色液滴不动，则其中的酵母菌只进行有氧呼吸

[答案]C．[解析]因为甲中有NaOH溶液，所以该装置中酵母菌产生的CO2全部被吸收，所以该装置中的有色液滴不可能右移，A项正确；只要甲装置中的酵母菌进行有氧呼吸，则其中的O2含量会减少，有色液滴一定左移，B项正确；乙装置中的氧气最终要耗尽，因此最后阶段一定进行无氧呼吸，无氧呼吸不吸收O2但可以产生CO2，所以有色液滴的最终位置不会与实验开始时的相同，C项错误；乙装置中有清水，清水既不吸收气体也不释放气体，所以如果有色液滴不动，说明其中的酵母菌只进行有氧呼吸，D项正确。

7．某兴趣小组在室温下进行了酵母菌无氧呼吸的探究实验(如图)。下列分析错误的是(　　)

[答案]D [解析]酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，因此滴管中冒出气泡是反应产生CO2的结果，A正确；据图分析可知，酵母菌进行无氧呼吸产生的酒精并没有进入试管中，因此从试管中的水取样不能检测到有酒精产生，B正确；若试将管中的水换成冷水，由于温度降低导致呼吸酶活性下降，呼吸强度减弱，所以气泡释放速率下降，C正确；被分解的葡萄糖中的能量一部分转移至ATP，一部分存留在酒精中，还有一部分以热能的形式散失，D错误。

A．甲装置烧杯中盛放清水，在光照下测定O2释放量，乙装置在黑暗下测定CO2释放量

B．甲装置烧杯中盛放清水，测定CO2释放量，乙装置换成CO2吸收剂测定O2消耗量

C．甲装置烧杯中盛放清水，测定气体体积变化量，乙装置换成CO2吸收剂，测定O2消耗量

D．甲装置烧杯中盛放CO2缓冲剂(可吸收和放出CO2)，测定O2消耗量，乙装置放死亡种子作对照

[答案]C [解析]种子的呼吸作用不会有O2的释放，A错误；如果以脂肪作为呼吸底物，甲装置烧杯中盛放清水，测定的是CO2释放量和O2消耗量的差值，即测定气体体积变化量，乙装置换成CO2吸收剂，测定O2消耗量，这样就可以得出CO2的释放量，B错误，C正确；测量O2的消耗量只能用CO2吸收剂吸收CO2，然后测定体积的减少量就是O2的消耗量，D错误。

9．如图1表示人体的有氧呼吸过程，其中①～③表示相关过程，甲、乙表示相应物质。运动员短跑后会出现肌肉酸痛现象，主要原因是肌细胞中产生了乳酸，相关过程与图2中某曲线有关，下列叙述不正确的是（　　）

A．图1中物质乙为CO2，图中“热能”是维持体温所必需的

B．图1中过程②的正常进行，还需水作反应物

C．若患缺铁性贫血，可导致图示③过程受影响

D．图2中代表乳酸浓度的变化曲线是b

[答案]D．[解析]根据题干信息可知，图1为人体的有氧呼吸过程示意图，物质乙为有氧呼吸第二阶段的产物，故为CO2，此阶段需消耗水。呼吸作用产生的热能可用于体温的维持。人体的无氧呼吸产生乳酸，在跑步过程中乳酸逐渐积累，之后，随跑步结束时间延长，血液中乳酸浓度将逐渐降低。

10．有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如下图所示。据图中信息推断，错误的是（　　）

[答案]C．[解析]　当氧浓度为a时，酒精产生量与CO2产生量相等，说明此时只进行无氧呼吸；当氧浓度为b时，产生CO2的量多于酒精量，说明酵母菌还进行了有氧呼吸，当氧浓度为d时，没有酒精产生，说明酵母菌只进行有氧呼吸，因此b、d的细胞呼吸过程有所不同；当氧浓度为c时，产生6 mol酒精的同时会产生6 mol CO2，需要消耗3 mol葡萄糖，剩余的9 mol CO2来自有氧呼吸，需消耗1.5 mol葡萄糖，因此有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵；无论是无氧呼吸还是有氧呼吸都会产生[H]和ATP。

11．为研究淹水时KNO3对甜樱桃根呼吸的影响，设四组盆栽甜樱桃，其中一组淹入清水，其余三组分别淹入不同浓度的KNO3溶液，保持液面高出盆土表面，每天定时测定甜樱桃根有氧呼吸速率，结果如图。以下分析不正确的是(　　)

A．细胞有氧呼吸生成CO2的场所只有线粒体基质

B．图中A、B、C三点中，A点在单位时间内与氧结合的[H]最多

C．图中结果显示，淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用

D．实验过程中也能改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标

[答案]D [解析]细胞有氧呼吸中，第二阶段是丙酮酸与水反应生成二氧化碳，同时释放能量并产生[H]，此阶段的反应场所是线粒体基质，A正确；分析题图可知，A、B、C三点中，A点有氧呼吸速率最高，所以A点单位时间内产生的[H]最多，与氧结合的[H]也最多，B正确；分析题图可知，与清水组相比，KNO3溶液浓度越高，有氧呼吸速率越高，说明淹水时KNO3溶液对有氧呼吸速率降低有减缓作用，并且在一定范围内，KNO3溶液浓度越高，减缓作用越明显，C正确；因为有氧呼吸和无氧呼吸均能产生CO2，所以实验中不能改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标，最好用氧气的消耗速率作为检测有氧呼吸速率的指标，D错误。

12．科研人员探究了不同温度(25 ℃和0.5 ℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化，结果见图1和图2：

(1)由图可知，与25 ℃相比，0.5 ℃条件下果实的CO2

生成速率较低，主要原因是________；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的________浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。该实验还可以通过检测________浓度变化来计算呼吸速率。

(2)某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案：

①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。

②将甲、乙瓶分别置于25 ℃和0.5 ℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。

③记录实验数据并计算CO2生成速率。

为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。

a_________________________________________________________________________；

b．_______________________________________________________________________。

[答案](1)低温降低了细胞呼吸相关酶的活性　CO2　O2

(2)选取的果实成熟度应该一致　每个温度条件下至少有3个平行重复实验

[解析](1)CO2生成速率代表呼吸作用速率，与25 ℃相比，0.5 ℃条件下果实的CO2生成速率较低，说明呼吸作用较弱，主要原因是低温降低了细胞呼吸相关酶的活性。从图中可以看出，随着果实存储时间的增加CO2生成速率降低，此时抑制呼吸作用的主要原因是CO2浓度越来越高。衡量呼吸作用速率还可以检测O2的浓度变化。(2)为了保证实验数据的可信度，应满足单一变量原则，平行重复原则。果实的成熟度会影响细胞呼吸的速率，因此要使结果更可靠，要选取的果实成熟度应该一致；为了避免实验结果的偶然性，每个温度条件下至少有3个平行重复实验。

13．为探究高浓度CO2对冷藏水果细胞呼吸的影响，研究人员将等量新鲜蓝莓分别置于两个密闭的冷藏箱中，一个冷藏箱中只有普通空气(未处理组)，另一个加入等量的含高浓度CO2的空气(CO2处理组)，两组都在4℃条件下贮藏。以后每10天(d)取样一次，测定其单位时间内CO2释放量(mol)和O2吸收量(mol)，计算二者的比值得到如图所示曲线(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。回答下列问题：

(1)实验过程中，0～10 d内蓝莓细胞呼吸产生ATP最多的场所是______；10 d后未处理组蓝莓细胞呼吸的产物除了CO2外，还有______；20 d后CO2处理组蓝莓细胞产生CO2的场所是________。

(2)实验结果显示，10 d后未处理组蓝莓的CO2/O2的值逐渐上升，出现这种结果的原因是________________________________________________________________________

________________。根据实验结果推测，高浓度CO2处理对蓝莓细胞的无氧呼吸有明显的________作用。

[答案](1)线粒体内膜　水和酒精　线粒体基质和细胞质基质　(2)密闭冷藏箱中O2浓度逐渐降低，蓝莓细胞有氧呼吸逐渐减弱而无氧呼吸逐渐增强　抑制

[解析]分析曲线：0～10 d内蓝莓细胞呼吸在单位时间内CO2释放量和O2

吸收量的比值为1，说明蓝莓细胞内只发生了有氧呼吸。10 d后未处理组蓝莓细胞呼吸在单位时间内CO2释放量和O2吸收量的比值大于1，说明该组蓝莓细胞内既发生了有氧呼吸，同时也发生了无氧呼吸；而处理组10～20 d内的比值基本仍为1，说明处理组的蓝莓细胞基本上只发生了有氧呼吸，在20 d后比值略大于1，说明开始出现无氧呼吸，但较未处理组弱。(1)根据前面的分析，0～10 d内蓝莓细胞进行有氧呼吸产生ATP最多的场所是线粒体内膜(有氧呼吸第三阶段释放能量最多)。10 d后未处理组蓝莓细胞既进行有氧呼吸，其产物为CO2和水，也进行无氧呼吸，其产物有CO2和酒精。20 d后CO2处理组蓝莓细胞内既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，所以产生CO2的场所有线粒体基质和细胞质基质。(2)10 d后未处理组蓝莓的CO2/O2的值逐渐上升，出现这种结果的原因是密闭冷藏箱中O2浓度逐渐降低，蓝莓细胞有氧呼吸逐渐减弱而无氧呼吸逐渐增强。比较两组曲线可知，高浓度CO2处理对蓝莓细胞的无氧呼吸有明显的抑制作用。