高中生物人教版（2019）必修一学案： 5.3细胞呼吸的原理和应用

5.3 细胞呼吸的原理和应用
学习目标
1． 探究酵母菌的呼吸方式。
2． 说明有氧呼吸和无氧呼吸的过程及其异同。
3． 说明细胞呼吸的原理，并探讨其再生产和生活中的应用。
一、细胞呼吸的方式
基础梳理
1． 细胞呼吸的实质
细胞内的 氧化分解，并释放 。
2． 探究细胞呼吸的方式
酵母菌在 和 条件下都能生存，属于 菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
3． 检测的产生
可以使 变混浊，也可以使 溶液，由蓝变 再变 。
4． 检测酒精的产生
橙色的 溶液在 条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应，变成 色。
5． 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，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的 和 ；
在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 ，还产生少量的 。
易错提示
呼吸≠细胞呼吸≠呼吸运动：
（1）呼吸是通过运动吸入，排出的过程。
（2）细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成和或其他产物，释放出能量并产生的过程。
（3）呼吸运动是指胸廓有节律地扩大和缩小，从而完成吸气与呼气地活动。
二、有氧呼吸
基础梳理
6． 对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必需有氧的参与。
（1）有氧呼吸的主要场所是 。
（2）线粒体具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成 ，从而使内膜的表面积大大增加。
（3）线粒体的 上和 中含有许多与有氧呼吸有关的酶。
7． 有氧呼吸最常利用的物质是 ，其化学方程式可以简写成：
。
8． 有氧呼吸分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。
（1）第一个阶段是，1分子的葡萄糖分解成2分子的 ，产生少量的 ，并释放出 的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在 中进行的。
（2）第二个阶段是，丙酮酸和 彻底分解成 和，并释放出 的能量。这一阶段不要氧直接参与，是在 中进行的。
（3）第三个阶段是，上述两个阶段产生的，经过一系列的化学反应，与 结合形成水，同时释放 的能量。这一阶段需要氧参与，是在 上进行的。
有氧呼吸：是指细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把 等有机物彻底氧
化分解，产生 和 ，释放 ，生成大量 的过程。
易错提示
（1）这里的是一种十分简化的表达方式，这一产生的过程实质是指氧化型辅酶Ⅰ（）转化成还原型辅酶Ⅰ（）。
（2）葡萄糖不能进入线粒体，被氧化分解葡萄糖在细胞质基质中分解成丙酮酸，并在有氧条件下，才能进入线粒体被氧化分解成和水。
（3）有氧呼吸的前两个阶段不消耗氧气，只有第三个阶段消耗氧气。
（4）有氧呼吸第二个阶段消耗水，第三个阶段产生水。
（5）有氧呼吸第一个阶段和第二个阶段都产生，第二个阶段远远多于第一个阶段。
（6）有氧呼吸三个阶段都释放能量，前两个阶段释放少量能量，第三个阶段释放大量能量，这些能量有两个去路：
①一部分能量储存在中（约占34.05%），供生命直接利用。
②另外大部分能量以热能的形式散失，以维持或提升体温。
三、无氧呼吸
基础梳理
9． 除酵母菌以外，还有许多种细菌（如乳酸菌）能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有气呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般地说，无气呼吸最常利用的物质也是 。
10． 无氧呼吸的全过程，可以概括为两个阶段，这两个阶段需要不同的酶的催化，但都是在
中进行的。
（1）第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。
（2）第二个阶段是 在酶（与催化有氧呼吸的酶不同）的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。
11． 无氧呼吸的的化学方程式可以概括为以下两种：
；
。
无氧呼吸：是指在没有氧气参与的情况下， 等有机物经过不完全分解，释放 量能量的过程。
12． 细胞呼吸包括 和 。
细胞呼吸：是指 在细胞内经过一系列的氧化分解，生成 或其他产物，释放能量并生成的过程。
所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。
易错提示
（1）动物的无氧呼吸产生乳酸。
（2）细胞内酶的不同决定了丙酮酸还原产物的不同：大部分植物的无氧呼吸产生酒精和，但少数植物器官的无氧呼吸产生乳酸，如马铃薯块茎、甜菜根、玉米的胚。
四、细胞呼吸原理的应用
基础梳理
13． 细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。生活中，慢头、面包、泡菜等许多传统食品的制作，现代发酵工业生产青霉素、味精等产品，都建立在对微生物细胞呼吸原理利用的基础上。在农业生产上，人们采取的很多措施也与调节呼吸作用的强度有关。例如，中耕松土、适时排水，就是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长；在储藏果实、蔬菜时，往往需要采取 温度、 氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗。
随堂训练
1．细胞呼吸的实质是（ ）
A.分解有机物，贮藏能量 B.合成有机物，贮藏能量
C.分解有机物，释放能量 D.合成有机物，释放能量
2．如图为“探究酵母菌细胞呼吸 的方式”的实验装置，有关叙述错误的是（ ）
A.A瓶加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
B.若向B瓶和D瓶中加入重铬酸钾的浓硫酸溶液，则D瓶内的溶液会变黄
C.可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率
D.乙组D瓶先封口放置一段时间的目的是消耗瓶中的O2以形成无氧的环境
3．下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，正确的是（ ）
A.判断酵母菌的呼吸方式可通过观察澄清石灰水是否变浑浊
B.二氧化碳可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变黄再变绿
C.酒精在酸性条件下，能与橙色的重铬酸钾溶液发生反应变成灰绿色
D.实验中需控制的无关变量有温度、氧气、pH等
4．下列叙述中错误的是（ ）
A.有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段
B.线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖
C.葡萄糖分解成丙酮酸，发生在细胞质基质
D.有氧呼吸中水的生成是在细胞质基质中
5．让小白鼠吸入放射性的18O2，该小白鼠体内细胞最先出现含18O的化合物是（ ）
A.细胞质基质的CO2 B.线粒体内的H2O
C.细胞质基质的丙酮酸 D.线粒体内的CO2
6．现有两瓶密封的罐头已过保质期，甲瓶瓶盖鼓起，乙瓶外观无变化，打开后发现两瓶罐头均已变质。对此现象解释合理的是（ ）
①甲罐头变质是被异养厌氧细菌污染，细菌代谢的产物有CO2和乳酸
②甲罐头变质是被异养厌氧细菌污染，细菌代谢的产物有酒精和CO2
③甲罐头变质是被异养厌氧细菌污染，细菌代谢的产物有CO2和H2O
④乙罐头变质是被异养厌氧细菌污染，细菌代谢的产物是乳酸
⑤乙罐头变质是被异养厌氧细菌污染，细菌代谢的产物是酒精
A.①④ B.③⑤ C.②⑤ D.②④
7．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产生ATP
8．生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如图所示，下列有关说法正确的是（ ）
A.反应①②③④都可在人体细胞中进行
B.上图反应均在细胞质基质内完成
C.反应①和②都必须在有氧条件下进行
D.粮食贮藏过程中，有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为呼吸作用产生了水
9．现有一瓶掺有酵母菌的葡萄糖液，吸进氧气的体积与放出二氧化碳的体积之比为3∶5，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖比值为（ ）
A.1/4 B.1/3 C.1/2 D.2/3
10．某研究小组通过实验探究适宜温度条件下，氧气浓度变化对某植物细胞呼吸的影响，结果如图所示。据图分析，下列叙述错误的是( )
A.氧气浓度为C时某植物呼吸方式有无氧呼吸和有氧呼吸
B.欲让某植物贮存更长时间最好选择R点对应的氧气浓度
C.R点时细胞呼吸产生二氧化碳的场所是线粒体基质
D.欲测定呼吸作用强度,一定要遮光处理
11．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的目的不恰当的是( )
选项 应用 措施 目的
A 种子储存 晒干 降低自由水含量，降低细胞呼吸强度
B 乳酸菌制作酸奶 先通气，后密封 加快乳酸菌繁殖，有利于乳酸发酵
C 水果保鲜 零度以上低温 降低酶的活性，降低细胞呼吸
D 栽种农作物 疏松土壤 促进根有氧呼吸，利于吸收无机盐
A.A B.B C.C D.D
答案解析
一、细胞呼吸的方式
基础梳理
1. 有机物 能量
2. 有氧 无氧 兼性厌氧
3. 澄清石灰水 溴麝香草酚蓝 绿 黄
4. 重铬酸钾 酸性 灰绿
5. 二氧化碳 水 酒精 二氧化碳
二、有氧呼吸
基础梳理
6. （1）线粒体
（2）嵴
（3）内膜 基质
7. 葡萄糖
8. （1）丙酮酸 少 细胞质基质
（2）水 二氧化碳 少 线粒体基质
（3）氧 大 线粒体内膜
氧 酶 葡萄糖 二氧化碳 水 能量
三、无氧呼吸
基础梳理
9. 葡萄糖
10. 细胞质基质
（2）丙酮酸
11.
葡萄糖 少
12. 有氧呼吸 无氧呼吸 有机物 二氧化碳
四、细胞呼吸原理的应用
基础梳理
13. 降低 降低
随堂训练
1．C 【解析】细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一些列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程，C正确。
2．B 【解析】A瓶加入质量分数为10%的NaOH溶液.是为了吸收空气中的CO2，A正确；甲装置是酵母菌进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水.乙装置是酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，故向B瓶和D瓶中加入重铬酸钾的浓硫酸溶液，则D瓶内的溶液会变灰绿色，B错误；可根据溴磨香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率，C正确；乙组D瓶先封口放置一段时间的目的是消耗瓶中的O2以形成无氧的环境，D正确。故选B。
3．C 【解析】由于酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，使澄清石灰水变浑浊，所以判断酵母菌的呼吸方式不能通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断，A错误；二氧化碳可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，B错误；酒精在酸性条件下，能与橙色的重铬酸钾溶液发生反应变成灰绿色，C正确；实验中自变量是有无氧气，所以需控制的无关变量有温度、pH、培养液的浓度和用量等，D错误。
4．D 【解析】解析：有氧呼吸的第二、三阶段在线粒体内进行，A正确；细胞内葡萄糖分解为丙酮酸的过程在细胞质基质中进行，丙酮酸的分解发生在线粒体内，B正确；葡萄糖分解成丙酮酸.发生在细胞质基质，C正确；氧与[H]结合生成水属于有氧呼吸的第三阶段.发生在线粒体内膜上，D错误。
5．B 【解析】小白鼠进行有氧呼吸，O2与[H]在线粒体内膜中反应生成水，所以最先出现含18O的细胞结构和化合物分别是线粒体和H2O，故选B。
6．D 【解析】密封罐头内没有氧气。甲瓶瓶盖鼓起，说明细菌无氧呼吸产生酒精和CO2，乙瓶瓶盖无变化，说明细菌无氧呼吸产生乳酸。
7．A 【解析】人体内无氧呼吸的产物是乳酸，不产生二氧化碳，因此人体内二氧化碳只是有氧呼吸的产物，A正确；葡萄糖可以作为有氧呼吸和无氧呼吸的底物，B错误；有氧呼吸的第一、第二阶段，无氧呼吸的第一阶段都产生还原氢，C错误；无氧呼吸的第一阶段能产生ATP，第二阶段不能，D错误。
8．D 【解析】①②③④分别是有氧呼吸或无氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第二、三阶段，产生酒精的无氧呼吸第二阶段和产生乳酸的无氧呼吸第二阶段。人体细胞不能产生酒精，所以不会发生③阶段，A错误；②有氧呼吸第二、三阶段，反应产所是线粒体，B错误；有氧呼吸第三阶段消耗氧气，①阶段有氧呼吸第一阶段，不需要氧气也能进行，C错误；粮食贮藏时，呼吸作用产生水，粮堆湿度增大，D正确。
9．C 【解析】设酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖为a，无氧呼吸消耗的葡萄糖为b，则酵母菌有氧呼吸过程吸收的氧气是6a，酵母菌无氧呼吸产生的二氧化碳为2b，由题意关系式6a﹕（6a+2b）= 3﹕5，解得，a﹕b = 1﹕2。
10．C 【解析】以糖类为呼吸底物时，若O2的吸收量小于CO2的释放量，则细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸；若O2的吸收量等于CO2的释放量，则细胞只进行有氧呼吸。O2浓度为C时，CO2的生成量多于O2的吸收量，说明既有无氧呼吸又有有氧呼吸，A正确；在R点时，呼吸作用消耗有机物量最少，是贮存植物的最佳O2浓度，B正确；R点时植物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，产生CO2的场所是线粒体基质和细胞质基质，C错误；光照条件下植物可进行光合作用，所以欲测定呼吸作用强度一定要遮光处理，D正确。
11．B 【解析】储存种子，必须降低自由水含量，使种子处于风干状态，使呼吸作用降至最低，以减少有机物的消耗，A正确；乳酸菌是严格的厌氧型微生物，制作酸奶的整个过程要严格密封，不能先通气，后密封，B错误；水果保鲜的目的既要保持水分，又要降低呼吸作用，所以可采用零上低温的方法贮存，能降低酶的活性，从而降低细胞呼吸，但温度不能太低，否则会冻坏水果，C正确；植物根对矿质元素的吸收过程是一个主动运输过程，需要能量和载体蛋白，松土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正确。
酶
酶
酶
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