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1、课标版课标版 生物生物第7讲细胞呼吸 知识一细胞呼吸原理知识一细胞呼吸原理一、细胞呼吸的概念和种类1.含义:有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成CO2或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。知识梳理知识梳理2.分类二、有氧呼吸1.含义: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.反应式:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量。4.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.过程三、无氧呼吸1.场所:全过程是在细胞质基质中
2、发生的。2.过程:第一阶段葡萄糖丙酮酸、H和少量能量第二阶段乙醇发酵丙酮酸酒精+CO2植物、酵母菌等乳酸发酵丙酮酸乳酸高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等1.判断有关细胞呼吸叙述的正误。(1)细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和H的反应,只发生在有氧时。(2012上海单科,25A)()(2)有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP。(2012江苏单科,23C)()(3)有氧呼吸产生的H在线粒体基质中与氧结合生成水。(2010课标,2B)()(4)无氧呼吸能产生ATP,但没有H的生成过程。(2013海南单科,2A)()(5)与酵母菌相比,硝化细菌具有的特点是无线粒体,只能通过无氧呼吸获得能量。(
3、2010四川理综,1A)()(6)有氧和无氧时,酵母菌呼吸作用的产物不同。(2013课标,3D)()2.高等植物有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2,它们分别形成于()细胞质基质叶绿体核糖体线粒体A.B.C.D.答案D有氧呼吸放出的CO2是在线粒体内进行第二阶段反应时产生的,可表示为:2C3H4O3+6H2O6CO2+20H+能量;无氧呼吸在细胞质基质中进行,其产生CO2的过程可表示为2C3H4O32C2H5OH+2CO2。3.生物体内有机物氧化分解过程中,完全在线粒体内进行的是()A.C6H12O6+6O2+6H2OCO2+12H2O+能量B.丙酮酸和水形成CO2和HC.C6H12O62C2H5
4、OH+2CO2+能量D.丙酮酸转化成乳酸答案B有氧呼吸的后两个阶段是在线粒体中完成的,无氧呼吸全过程、有氧呼吸第一阶段均在细胞质基质中进行。据此分析可知,选项中只有丙酮酸和水形成CO2和H是完全在线粒体中进行的。4.生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下:据图回答下列问题:(1)图中A是,其产生的部位是。(2)反应中,必须在有氧条件下进行的是,可在人体细胞中进行的是。(3)苹果贮藏久了,会有酒味产生,其原因是发生了图中过程;而马铃薯块茎贮藏久了却没有酒味产生,其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中过程。(4)粮食贮藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象,这是因为。(5)如果有氧呼吸和无氧呼吸产生等
5、量的CO2,所消耗的葡萄糖之比为。答案(1)丙酮酸细胞质基质(2)(3)(4)种子在有氧呼吸过程中产生了水(5)13解析图中是细胞呼吸第一阶段,是有氧呼吸第二、三阶段,、分别是两种无氧呼吸类型的第二阶段。图中A是丙酮酸。人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸,不会产生酒精。有氧呼吸时分解1mol葡萄糖可产生6molCO2,无氧呼吸时分解1mol葡萄糖产生2molCO2,若产生等量的CO2,有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖之比为13。知识二影响细胞呼吸的因素及应用知识二影响细胞呼吸的因素及应用一、影响细胞呼吸的环境因素1.温度:通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。2.O2浓度(1)对有氧呼吸:在一定范围内,
6、随着O2浓度增加,有氧呼吸强度也增加,但由于呼吸酶数量和呼吸底物浓度的限制,O2浓度增加到一定程度,有氧呼吸强度不再增加。(2)对无氧呼吸:随着O2浓度的增加,无氧呼吸受到的抑制作用加强。3.CO2浓度:CO2是有氧呼吸和产酒精无氧呼吸的产物,当CO2浓度过高时会抑制细胞呼吸。4.水分:水为细胞呼吸提供反应环境,一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。二、细胞呼吸原理的应用1.对有氧呼吸原理的应用(1)包扎伤口应选用透气的敷料。(2)提倡慢跑等有氧运动使细胞进行有氧呼吸,避免肌细胞产生大量乳酸。(3)及时松土有利于植物根系生长。(4)稻田定期排水有利于根系有氧呼吸,防止幼根因缺氧变黑、腐烂。2.
7、对无氧呼吸原理的应用(1)利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。(2)利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。(3)破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖,较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。1.判断有关呼吸原理应用的正误。(1)及时排涝,能防止根细胞受酒精毒害。(2012福建理综,1B)()(2)种子风干脱水后呼吸强度增强。(2011海南单科,3A)()(3)在家庭中用鲜葡萄制作果酒时,正确的操作是向发酵装置通入空气。(2010北京理综,1C)()(4)无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。()(5)种子一直浸没在水中会死亡的原因是呼吸产物对其产生毒害作用。(2013海南
8、单科,9)()2.下列各项应用中,主要利用细胞呼吸原理的是()贮存种子果蔬保鲜中耕松土水稻田的翻晒合理密植糖渍、盐渍食品用透气的消毒纱布包扎伤口间作、套种A.B.C.D.答案B合理密植主要利用的是光合作用的原理;糖渍、盐渍食品主要是利用渗透作用的原理;间作、套种也主要是利用光合作用的原理,提高了光能的利用率。3.下列各项中,与细胞呼吸原理的应用无关的是()A.晒干小麦种子以延长保存期限B.对番茄植株进行摘心以增加产量C.夜晚适当降低温室内的温度以提高产量D.农村采用密闭的土窖保存水果蔬菜答案B晒干的小麦种子由于自由水的含量低,细胞呼吸较弱,保存期限延长。夜晚适当降低温室内的温度可降低温室植物的
9、细胞呼吸强度,减少有机物的消耗。密闭的土窖里低温和低氧的环境条件可降低水果蔬菜的细胞呼吸强度。4.细胞呼吸原理在生产生活中应用广泛,以下分析不正确的是()A.选用透气性好的“创可贴”,是为保证人体细胞的有氧呼吸B.要及时为板结的土壤松土透气,以保证根细胞的正常呼吸C.皮肤破损较深的患者,应及时到医院注射破伤风抗毒血清D.慢跑可以促进人体细胞的有氧呼吸,使细胞获得较多能量答案A选用透气性好的“创可贴”,是为了抑制厌氧菌的生存和繁殖,A错误。突破一有氧呼吸与无氧呼吸突破一有氧呼吸与无氧呼吸1.有氧呼吸和无氧呼吸的比较重难突破重难突破类型有氧呼吸无氧呼吸过程模型必需条件O2和酶不需O2,但必须有酶催
10、化场所细胞质基质(第一阶段);线粒体(第二、三阶段)在细胞质基质中进行全过程产物CO2和H2O酒精、CO2(或乳酸)能量释放1mol葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ能量,可合成38molATP(1161kJ)1mol葡萄糖分解产生乳酸时释放196.65kJ能量,合成2molATP(61.08kJ)特点有机物彻底氧化分解,能量完全释放有机物不彻底氧化分解,能量没有完全释放联系第一阶段完全相同;实质相同:氧化分解有机物,释放能量(并合成ATP满足细胞生命活动的需要);有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化而来的2.有氧呼吸和无氧呼吸的有关计算(1)规律1:消耗等量的葡萄糖时产生的CO2摩尔数无氧呼吸有
11、氧呼吸=13(2)规律2:消耗等量的葡萄糖时消耗的氧气和产生的CO2摩尔数有氧呼吸消耗的氧气有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和=34(3)规律3:产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数无氧呼吸有氧呼吸=31疑难诊室(1)无氧呼吸第一阶段产生的H用于还原丙酮酸。在不同的植物细胞中,由于酶的种类不同,无氧条件下丙酮酸被还原的产物也不同,有的是乳酸,有的是酒精和水。(2)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸,绝大部分随血液进入肝脏,在肝细胞中转变成丙酮酸。丙酮酸可以氧化分解,也可以形成新的肝糖原或葡萄糖,少量的乳酸可通过血液循环到达肾脏,随尿排出体外。3.有氧呼吸过程中各元素来源去路(1)CO2是在第二阶段产
12、生的,是由丙酮酸和水反应生成的,场所是线粒体基质。(2)O2参与了第三阶段,H和O2结合生成水,所以细胞呼吸产生的水中的氧来自于O2,场所是线粒体内膜。(3)有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水,反应物中的水参与第二阶段反应,生成物中的水是有氧呼吸第三阶段由H和O2结合生成的。典例1如图表示真核细胞呼吸的部分过程,可以在细胞质基质中发生的是()A.B.C.D.解题关键解析是有氧呼吸的后两个阶段,发生在线粒体中。和表示两种类型的无氧呼吸第二阶段,均发生在细胞质基质中。表示ATP的合成和利用,可以发生在细胞质基质中。答案B1-1下列关于人体内有氧呼吸和无氧呼吸的比较,正确的是()A.二氧化碳只是
13、有氧呼吸的产物B.葡萄糖只能作为有氧呼吸分解的底物C.还原氢只在有氧呼吸过程中产生D.无氧呼吸的两个阶段都能释放能量答案A解析人体内,二氧化碳只是有氧呼吸的产物。葡萄糖既可以作为有氧呼吸的底物,也可以作为无氧呼吸的底物。有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同,该阶段能产生还原氢。无氧呼吸的第一阶段能释放少量能量,第二阶段不释放能量。突破二影响细胞呼吸的因素及应用突破二影响细胞呼吸的因素及应用1.影响细胞呼吸的外部因素分析项目温度氧气浓度水分影响原理影响酶活性决定呼吸类型和强度自由水含量较高时呼吸旺盛坐标曲线实践应用在零上低温下贮存蔬菜、水果;在大棚蔬菜的栽培过程中,增加昼夜温差以减少有机物的消耗,提
14、高产量常利用降低氧的浓度抑制细胞呼吸、减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间贮藏作物种子时,将种子风干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗2.植物组织细胞呼吸速率的测定(1)测定植物组织细胞呼吸速率的指标:植物呼吸作用吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的水滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。(2)条件:整个装置必须遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。如图所示:(3)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应将装置及所测材料进行消毒处理。(4)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,将所测定的生物材料灭活
15、(将种子煮熟),其他条件均不变。典例2下列生产措施或生活现象所涉及的细胞呼吸知识错误的是()A.提倡慢跑,可防止无氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀B.零度以上低温贮存果蔬,可降低呼吸酶活性,减少有机物的分解C.马铃薯块茎腐烂的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用D.作物种子贮藏前需要干燥,主要是通过减少水分抑制细胞有氧呼吸解析马铃薯块茎无氧呼吸产物是乳酸,不是酒精,C错误。答案C2-1将某种植物种子在水中浸透,然后按下图装置进行实验,实验开始时X液面位置与Y液面位置调至同一水平。下表记录了实验过程中每小时的液面变化情况。请回答下列问题:(1)实验前浸泡种子的目的是让种子细胞增加水,使代谢增强。
16、(2)装置中使用NaOH的目的是,X液面变化值表示。(3)影响结果准确性的环境因素有(至少写两个)。为确保实验结果只是由实验装置中种子的生理活动引起的,需设置另一个相同装置,该装置除试管内金属网上需要放、的同种种子外,其他条件与上图装置相同。(4)实验4小时后液面变化减缓乃至不变,原因是。答案(1)自由(2)吸收种子细胞呼吸产生的CO2种子有氧呼吸消耗的O2体积(3)气温、气压、装置气密性(至少答出两个,其他答案合理也可)等量煮熟(或死亡)(4)氧气减少,有氧呼吸减弱,而种子进行无氧呼吸释放的CO2被NaOH溶液吸收,管内气压没有明显变化解析(1)实验前浸泡种子的目的是让种子细胞增加自由水,使
17、种子代谢增强。(2)装置中使用NaOH的目的是吸收种子细胞呼吸产生的CO2,由于有氧呼吸吸收的氧气体积与放出的二氧化碳体积相等,放出的二氧化碳被NaOH吸收,故装置内气体减少,压强降低,X液面升高,且升高值表示种子有氧呼吸消耗的O2体积。(3)影响结果准确性的环境因素实际上是影响实验的无关变量,主要有气温(温度)、气压、装置气密性等,为确保实验结果只是由实验装置中种子的生理活动引起的,需设置另一个相同装置,也就是设置对照组,与实验组不同的是金属网上需要放等量、煮熟(或死亡)的同种植物种子。(4)由于有氧呼吸持续进行,氧气减少,4h后有氧呼吸减弱直至停止,无氧呼吸加强,进行无氧呼吸释放的CO2被
18、NaOH溶液吸收,管内气压没有明显变化。突破三实验探究酵母菌的呼吸方式突破三实验探究酵母菌的呼吸方式1.实验原理(1)酵母菌酵母菌是一种单细胞真菌,其代谢类型是兼性厌氧,可用于研究细胞呼吸的不同方式。(2)细胞呼吸产物的检测CO2的检测酒精的检测:在酸性条件下,橙色的重铬酸钾溶液会与酒精发生化学反应,变成灰绿色。2.实验步骤3.实验现象4.实验结论酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下产生CO2多且快,在无氧条件下进行细胞呼吸能产生酒精,还产生少量CO2。条件澄清的石灰水的变化/出现变化的时间重铬酸钾浓硫酸溶液甲组(有氧)变浑浊/快无变化乙组(无氧)变浑浊/慢出现灰绿色1.细胞
19、呼吸方式的判断(底物为葡萄糖)(1)依据反应物、产物来判断:若需消耗氧气,则一定存在有氧呼吸;若产物有水,则一定存在有氧呼吸;若产物中有酒精或乳酸,则一定有无氧呼吸;若产物中有二氧化碳,则要依据物质的量的关系来讨论。(2)依据物质的量的关系来判断:不消耗O2,释放CO2只进行无氧呼吸。无CO2释放只进行产生乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡。酒精产生量等于CO2量只进行产生酒精的无氧呼吸。CO2释放量等于O2的吸收量只进行有氧呼吸。CO2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。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。(3)
20、依据反应场所来判断:对于真核生物来说,有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体,无氧呼吸的场所是细胞质基质。故对真核细胞来说:有线粒体参与的一定是有氧呼吸,无线粒体参与的一定是无氧呼吸。对于原核生物来说,原核细胞中无线粒体,故有氧呼吸和无氧呼吸都没有线粒体的参与,某些原核生物内存在与有氧呼吸有关的酶,可进行有氧呼吸,如硝化细菌。2.植物组织呼吸方式的实验探究(1)欲确认某植物组织的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如图所示(以发芽种子为例):实验现象结论装置一液滴装置二液滴不动不动只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡不动右移只进行产生酒精的无氧呼吸左移右移进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移不动只进行有氧
21、呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸(2)实验结果预测和结论特别提醒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。典例3测定下列哪一项,可简便而且准确判断贮存的小麦种子的细胞呼吸方式()A.有无酒精生成B.有无水生成C.有无有机物消耗D.O2消耗量与CO2生成量的比值解题关键解析O2消耗量与CO2生成量可以简便、准确地测定,若二者比值等于1,则小麦种子进行的是有氧呼吸,若比值为0进行的是无氧呼吸,若比值在013-1某同学在研究马铃薯块茎无氧呼吸产物时,设计了如下实验:取新鲜马铃薯块茎,洗净、切成碎屑。向锥形
22、瓶中放入适量的马铃薯块茎碎屑,并向瓶中充入N2,安装成如图装置。下列说法不正确的是()A.锥形瓶中充入N2的目的是制造无氧环境B.若溴麝香草酚蓝水溶液不变色,则说明马铃薯块茎细胞进行的是酒精发酵C.实验前应对马铃薯块茎碎屑消毒D.溴麝香草酚蓝水溶液也可以换成澄清的石灰水答案B解析根据实验目的“研究马铃薯块茎无氧呼吸产物”,则应创造无氧环境,充入N2是制造无氧环境;溴麝香草酚蓝水溶液不变色,则说明马铃薯块茎细胞进行的是乳酸发酵;为防止马铃薯块茎上微生物呼吸作用对实验的干扰,实验前需对马铃薯块茎消毒;检验CO2也可用澄清石灰水。3-2(2014豫北豫东十校高三一联,34)某同学在研究马铃薯块茎细胞
23、呼吸方式时,设计了如下实验:实验一:取新鲜马铃薯块茎,洗净、切成碎屑。向锥形瓶中分别加入适量的马铃薯块茎碎屑,安装成图甲装置。每隔一段时间,从分液漏斗向锥形瓶A中注入适量过氧化氢溶液。观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化。实验二:取新鲜马铃薯块茎,洗净、切成碎屑。向锥形瓶C中放入适量的马铃薯块茎碎屑,并向C瓶充入N2替代瓶中空气,安装成图乙装置,一段时间后,观察装置中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色变化。请回答下列问题:(1)当实验一中溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄时,是否可以说明马铃薯的呼吸作用在逐渐增强?为什么?(2)已知植物细胞无氧呼吸有两种类型,一种是能够产生酒精的无氧呼吸,另一种是能够产
24、生乳酸的无氧呼吸,并且马铃薯块茎在只有N2的条件下可以进行无氧呼吸。则实验二的目的是;若实验二中溴麝香草酚蓝水溶液,则说明马铃薯块茎细胞进行的是产生乳酸的无氧呼吸,其反应式为。(3)实验一和实验二在设计上均有不够严谨之处,可能会干扰对马铃薯块茎细胞呼吸类型的判断,请给予修正:。修正的理由是:。答案(1)不可以,溴麝香草酚蓝水溶液的颜色由绿变黄可能是实验时间较长,马铃薯块茎产生的CO2总量较多引起的(2)探究马铃薯块茎无氧呼吸的类型不变色C6H12O62C3H6O3+少量能量(3)实验前应对马铃薯块茎进行消毒;B瓶和C瓶组装之前均需做灭菌处理不同的微生物具有不同的呼吸类型,它们的存在会干扰实验结果解析实验一中马铃薯块茎碎屑中的过氧化氢酶分解过氧化氢产生氧气,氧气又被马铃薯块茎细胞呼吸作用利用,呼吸作用产物(CO2)是因变量,溴麝香草酚蓝水溶液是检验CO2的试剂。溴麝香草酚蓝水溶液颜色由绿变黄,不一定是马铃薯呼吸速率加快,可能是呼吸时间长,CO2积累所致。实验二是通过检测反应产物来确定马铃薯块茎无氧呼吸类型。若产生酒精和CO2,溴麝香草酚蓝水溶液会变色。若产生乳酸,则溴麝香草酚蓝水溶液不变色。为消除实验误差,对马铃薯块茎要消毒,对实验装置要进行灭菌处理,避免微生物的呼吸作用影响实验结果,因为不同微生物的细胞呼吸产物不同。
