第9讲 细胞呼吸的原理和应用
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．实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式。
考点1 细胞呼吸的方式和过程
一、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，释放能量并生成ATP的过程。其实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
二、有氧呼吸
1．概念：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
1．(必修1 P93“相关信息”)细胞呼吸过程中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。
3．有氧呼吸的总反应式
(标出氧元素的来源和去路)。
4．同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有的不同特点
(1)反应过程：温和。
(2)能量释放：有机物中的能量逐步释放。
(3)能量转化：释放的能量有相当一部分储存在ATP中。
5．放能：1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2 870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。
三、无氧呼吸
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，就是无氧呼吸。
2．场所：全过程都是在细胞质基质中进行的。
3．过程
4．反应式
(1)产物为酒精：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。
(2)产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
5．能量
(1)只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
(2)葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。
6．不同生物或器官的无氧呼吸产物
2．(必修1 P94“相关信息”)无氧呼吸的过程中，葡萄糖中的能量的主要去向和葡萄糖彻底氧化分解释放的能量的主要去向分别是存留在酒精或乳酸中，以热能的形式散失。
3．(必修1 P94“正文信息”)蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
4．(必修1 P96“思维训练”)科学家就真核细胞线粒体的起源，提出了一种解释：有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，二者在共同繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系
(1)反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
②无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量；C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
(2)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：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：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
1．没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸。( × )
提示：原核细胞没有线粒体也能进行有氧呼吸。
2．线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。( × )
提示：葡萄糖不能进入线粒体，其在细胞质基质中分解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体。
3．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2可判断其呼吸方式。( × )
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
4．同有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少。( × )
提示：无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量。
5．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。( × )
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，[H]被用于还原丙酮酸。
6．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。( √ )
7．细胞呼吸是细胞代谢的枢纽。( √ )
1．某同学做了如下实验：取A、B两支试管。在A管中加入煮熟的蚕豆子叶，B管中加入发芽的蚕豆子叶。在两管中分别加入甲烯蓝溶液(注：甲烯蓝氧化态为蓝色，接受氢后为无色)，一段时间后倒出溶液，两管中的子叶都呈蓝色，然后，两管分别加水淹没子叶、抽气、在水面上覆盖适量的石蜡油，37 ℃保温一段时间后，发现A管中的子叶不变色，B管中的子叶蓝色变浅。请思考分析：
(1)B管中子叶蓝色变浅的原因是B管中子叶在无氧呼吸过程中产生的氢能使甲烯蓝还原。
(2)A管中子叶不变色的原因是A管中子叶细胞的酶失活，无呼吸作用，实验中设置A管的目的是作对照实验。
2．为验证酵母菌细胞中线粒体对葡萄糖和丙酮酸的利用情况，现以酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验。
组别 步骤一 步骤二 步骤三
实验1 加入线粒体 加入葡萄糖 加入溴麝香草酚蓝溶液，一段时间后观察溶液颜色的变化情况
实验2 加入线粒体 加入丙酮酸
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体常用的实验方法是差速离心法。
(2)实验1和实验2的结果分别是蓝色、由蓝变绿再变黄，判断的理由是实验1中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用，所以无CO2生成，实验2中丙酮酸可进入线粒体被利用，生成CO2。
细胞呼吸的方式和过程
1．(2023·广东卷)在游泳过程中，参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是( )
A．还原型辅酶Ⅰ B．丙酮酸
C．氧化型辅酶Ⅰ D．二氧化碳
A [游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H]，这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应，在线粒体内膜上与氧结合生成水，这里的[H]是一种简化的表示方式，实际上指的是还原型辅酶Ⅰ，A正确。]
细胞呼吸的场所与过程的四点提醒
(1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但需氧型原核生物无线粒体，也能进行有氧呼吸。
(2)无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞等。
(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。
(4)人体内产生的CO2只来自有氧呼吸，人体无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
有氧呼吸和无氧呼吸的综合分析
2．(2024·广东卷)研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株Δsqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是( )
A．碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B．线粒体数量减少使Δsqr的有氧呼吸减弱
C．有氧条件下，WT比Δsqr的生长速度快
D．无氧条件下，WT比Δsqr产生更多的ATP
D [有氧呼吸的主要场所在线粒体，碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸，A正确；有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使Δsqr的有氧呼吸减弱，B正确；与Δsqr相比，WT正常线粒体数量更多，有氧条件下，WT能获得更多的能量，生长速度比Δsqr快，C正确；无氧呼吸的场所在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与Δsqr相同，D错误。]
判断细胞呼吸方式的三大依据
结合实验或图示信息考查细胞呼吸的过程
3．呼吸电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列呼吸电子传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”，如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A．图示过程是有氧呼吸的第三阶段
B．Cyt c所处的位置为细胞膜外
C．只有线粒体基质能产生NADH
D．H＋借助F0和F1，以主动运输的方式进入膜内
A [图示过程进行的是[H]与氧气结合生成水的过程，发生在有氧呼吸的第三阶段，A正确；Cyt c所处的位置为线粒体内膜的外侧，不属于细胞膜外，B错误；有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质，也能产生NADH，C错误；H＋借助F0和F1进入膜内，不消耗ATP且合成ATP，不是主动运输，D错误。]
考点2 (探究·实践)探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、实验原理
二、实验步骤
1．配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5%的葡萄糖溶液，分别装入A、B两锥形瓶中。
2．设计对比实验
(1)甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是去除空气中的CO2。
(2)乙组中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽瓶中原有的氧气。
(3)CO2检测：观察两组装置中澄清石灰水的变化。
(4)酒精检测：取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入两支干净的试管中，向两试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。
3．实验现象
条件 澄清石灰水的变化 两试管的变化
甲组 变浑浊快 无变化
乙组 变浑浊慢 出现灰绿色
4.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，在无氧条件下产生酒精，还产生少量的CO2。
(必修1 P90～91“探究·实践”)在检测酒精的实验中，要将酵母菌培养时间适当延长，原因是葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。
1．细胞呼吸速率的测定
(1)实验装置
(2)实验原理：细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。
(3)误差的校正
为排除温度、气压等无关变量的干扰，可设置对照装置。对照装置与上述装置相比，不同点是用等量的死亡的种子代替萌发的小麦种子，其余均相同。
2．细胞呼吸方式的实验探究
(1)实验装置(以萌发种子为例)
(2)实验原理
①装置一中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2，着色液滴移动的距离代表萌发种子细胞呼吸吸收O2的量。
②装置二中着色液滴移动的距离代表萌发种子细胞呼吸产生CO2的量与吸收O2量的差值。
(3)实验现象和结论
实验现象 结论
装置一液滴 装置二液滴
不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
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 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
左移 左移 种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
(4)误差校正：为使实验结果更准确，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“萌发种子”，其余均相同。
1．酸性重铬酸钾既能将酒精中的羟基氧化成羧基，也能将葡萄糖中的醛基氧化成羧基，因此酸性重铬酸钾溶液与酒精和葡萄糖反应都会出现由橙色变为灰绿色的颜色变化。在探究酵母菌无氧呼吸产物时，下列检测或鉴定不合理的是 ( )
A．可在B瓶中加入澄清石灰水检测CO2的产生
B．培养一段时间后，向A瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化
C．可用斐林试剂检测葡萄糖是否消耗完
D．适当延长酵母菌培养时间，充分耗尽葡萄糖后再进行鉴定
B [该装置的B瓶中可加入澄清石灰水，根据是否变浑浊检测CO2的产生，A合理；培养一段时间后，从A瓶中取少许培养液，加入酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化来判断有无酒精产生，B不合理；斐林试剂可检测葡萄糖的有无，故可用斐林试剂检测葡萄糖是否消耗完，C合理；酸性重铬酸钾既能将酒精中的羟基氧化成羧基，也能将葡萄糖中的醛基氧化成羧基，故应适当延长酵母菌培养时间，充分耗尽葡萄糖后再进行酒精的鉴定，D合理。]
2．下图是“探究有活性的水稻种子呼吸作用”实验的实验装置。下列叙述错误的是( )
A．将种子浸透的目的是增加种子细胞中自由水的含量，从而增强种子的代谢作用
B．实验开始时，红色小液滴位于0点，在适宜条件下一段时间后，红色小液滴将向右移动
C．红色小液滴停止移动后，种子的呼吸方式是无氧呼吸
D．为证明红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起，需另设放置煮熟种子的对照实验装置
B [将种子浸透的目的是增加种子细胞中自由水的含量，从而增强种子的代谢作用，提高其呼吸作用，A正确；实验开始时，红色小液滴位于0点，在其他条件适宜的情况下，一段时间后，由于种子呼吸会消耗氧气，而产生的二氧化碳会被KOH溶液吸收，故红色小液滴将向左移动，B错误；红色小液滴停止移动后，说明种子不再消耗氧气，即只进行无氧呼吸，C正确；为证明红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起，需另设放置煮熟种子的对照实验装置，观察红色小液滴是否移动，D正确。]
考点3 细胞呼吸的影响因素及应用
一、温度
1．影响(如图)：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。
2．应用
(1)低温储存食品。
(2)大棚栽培在夜间和阴天适当降温。
(3)温水和面发得快。
二、氧气
1．影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
(1)O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
(2)0(3)O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
(4)O2浓度＝5%时，有机物消耗少。
2．应用
(1)中耕松土促进植物根部有氧呼吸。
(2)无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。
(3)低氧储存粮食、水果和蔬菜。
(4)选用透气的消毒纱布包扎伤口。
(5)提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
(6)稻田定期排水，防止酒精中毒，烂根死亡。
三、CO2浓度
1．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。
四、含水量
1．一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
2．应用
(1)粮食储存前要进行晒干处理。
(2)水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。
1．同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异。( √ )
2．严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。( × )
提示：无氧环境中，细胞无氧呼吸消耗的有机物较多。
3．破伤风芽孢杆菌易在锈钉扎过的伤口深处繁殖，原因是伤口深处缺乏氧气。( √ )
4．剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。( × )
提示：剧烈运动时，肌细胞主要进行有氧呼吸。
为研究温度的变化对贮藏器官呼吸作用的影响，研究人员以马铃薯块茎为材料，进行了如下实验：
实验一：将两组相同的马铃薯块茎，分别置于低温(4 ℃)和室温(22 ℃)条件下贮藏10天，发现低温组块茎中淀粉酶含量显著高于室温组。
实验二：将马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃后，再回到20 ℃环境中，测定CO2的释放速率的变化，结果如图所示。
(1)当马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃环境中，CO2的释放速率下降，其原因是温度降低导致酶的活性下降，呼吸作用产生的CO2减少。
(2)当马铃薯块茎重新移回到20 ℃环境中，与之前20 ℃环境相比，CO2的释放速率明显升高。综合上述实验，如何解释这一现象。
在0 ℃环境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的还原糖增加，为之后20 ℃条件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用较之前20 ℃时强。
环境因素对细胞呼吸的影响
1．为研究低氧胁迫对两个黄瓜品种根系细胞呼吸的影响，科研人员进行了相关实验，结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
A．正常通气情况下，品种A和B的根系细胞产生的CO2都来自线粒体
B．低氧胁迫下，品种B对氧气浓度的变化较为敏感
C．低氧胁迫下，根细胞中丙酮酸分解为酒精的过程不产生 ATP
D．低氧胁迫不影响黄瓜的光合速率和产量
C [据图可知，正常通气情况下，黄瓜根系细胞产生了酒精，说明其呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸，则根系细胞产生的CO2来自线粒体和细胞质基质，A错误；与正常通气相比，低氧胁迫下，品种A产生的酒精含量更多，说明品种A对氧气浓度的变化较为敏感，B错误；低氧胁迫下，根细胞中丙酮酸分解为酒精的过程是无氧呼吸第二阶段，该阶段不产生 ATP，C正确；长期处于低氧胁迫条件下，无氧呼吸增强，细胞呼吸产生的ATP减少，影响主动运输过程，植物吸收无机盐的能力下降，进而会影响植物的光合速率，导致产量降低，D错误。]
细胞呼吸原理的应用
2．粮食储备在中国古代是基本国策，有关仓窖的法令渊源久远。唐《仓库令》记载，租粮受纳入仓的程序和规定中，“皆令干净”为首要要求；出仓时“每出一屋一窖尽”，意思是必须出尽一窖才能打开动用下一个仓窖的粮食。下列叙述错误的是( )
A．入仓时晒“干”粮食，降低了种子中自由水含量
B．入仓时粮仓和粮食“净”可减少虫害滋生
C．仓库密闭是为了防止种子进行呼吸作用
D．出仓时避免多次开启仓窖可减少粮食变质腐烂
C [入仓时晒“干”粮食，降低了种子中自由水含量，此时细胞代谢减弱，种子抗逆能力会增强，以便更好地储存粮食，A正确；入仓时粮仓和粮食“净”不利于害虫的生存，可减少虫害滋生，B正确；仓库密闭是为了降低种子的有氧呼吸作用，C错误；出仓时避免多次开启仓窖可减少种子的呼吸作用，防止粮食变质腐烂，D正确。]
课时分层作业(九)
1．为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是( )
A．酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
B．酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
C．可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标
D．不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
C [酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是无关变量，A错误；氧气的有无是自变量，B错误；有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精和CO2且比值为1∶1，因此可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标，C正确；等量的葡萄糖有氧呼吸氧化分解彻底，释放能量多，无氧呼吸氧化分解不彻底，大部分能量还储存在酒精中，释放能量少，D错误。]
2．(2025·广东名校联考)细胞呼吸的原理在生活和生产中具有广泛的应用。下列相关叙述错误的是( )
A．小麦种子晾晒降低含水量有利于种子储藏
B．有氧运动可避免肌细胞无氧呼吸产生较多的乳酸
C．采取零下低温、降低氧气含量等措施更有利于果蔬的储藏
D．秧苗田白天保水、夜晚放水能够促进秧苗发育生长
C [晒种降低含水量，降低细胞呼吸强度，有利于种子储藏，A正确；肌细胞无氧呼吸产生乳酸，有氧运动可避免肌细胞无氧呼吸产生较多的乳酸，防止乳酸的大量积累使肌肉酸痛，B正确；储藏果蔬应在零上低温，C错误；夜晚放水，增加秧田的氧气浓度，防止根细胞无氧呼吸产生酒精毒害细胞，D正确。]
3．(2025·广东肇庆模拟)乳酸的代谢在机体中存在自动调节。当氧缺乏时，体内的NADH及丙酮酸的浓度增高，NADH使丙酮酸还原成乳酸并生成NAD＋；当氧充足时，NAD＋浓度升高，丙酮酸浓度降低，细胞中存留的乳酸即被氧化成丙酮酸，丙酮酸再进入下一阶段氧化分解。丙酮酸与乳酸之间的转化受乳酸脱氢酶(LDH)的催化，在碱性条件下LDH促进生成丙酮酸，在中性条件下LDH则促进生成乳酸。下列叙述正确的是( )
A．丙酮酸还原成乳酸时会生成ATP
B．pH由中性变为碱性时，LDH的空间结构改变而变性失活
C．丙酮酸还原成乳酸发生在线粒体基质中
D．慢跑时，乳酸也能作为重要能量来源，促进有氧呼吸
D [丙酮酸还原成乳酸为无氧呼吸第二阶段，只有物质变化，没有ATP的合成，A错误；pH由中性变为碱性时，LDH的空间结构改变，但仍能催化反应进行，因此没有失活，B错误；丙酮酸还原成乳酸发生在细胞质基质中，C错误；慢跑时，乳酸能转化为丙酮酸，丙酮酸参与有氧呼吸第二阶段，因此乳酸也能作为重要能量来源，促进有氧呼吸，D正确。]
4．酵母菌可通过细胞呼吸为其生长、繁殖提供能量。下列叙述正确的是( )
A．酵母菌细胞呼吸分解有机物所释放的能量，大部分储存在ATP中
B．酵母菌的细胞呼吸可为其细胞内某些有机物的合成提供原料和能量
C．当其他培养条件适宜时，无氧条件比有氧条件更有利于酵母菌的繁殖
D．在酿酒过程中，需严格密封以利于酵母菌充分利用有机物中的能量
B [酵母菌细胞呼吸分解有机物所释放的能量，大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中，A错误；酵母菌的细胞呼吸过程可以释放能量，同时细胞呼吸过程中产生了中间代谢产物，因此可为其细胞内某些有机物的合成提供原料和能量，B正确；当其他培养条件适宜时，酵母菌在有氧条件下释放的能量多，合成的ATP多，有利于酵母菌的大量繁殖，而无氧条件下释放的能量较少，合成的ATP少，不利于酵母菌的繁殖，此时有利于酵母菌发酵产生酒精，C错误；在酿酒过程中，前期阶段需要酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，后期在无氧条件下发酵产生酒精，但是该无氧发酵阶段需要定期放气，因此不能严格密封，D错误。]
5．下图是测量种子萌发时锥形瓶中气体体积变化的实验装置。在一次测量种子呼吸强度的实验中，实验开始时U形管X侧与Y侧的液面相平，然后每隔半小时利用标尺量出右侧管内的液面高度。以下关于该实验的分析正确的是( )
A．为排除物理因素对实验的影响，需用等量清水代替氢氧化钾溶液作对照
B．此实验的目的是测定种子萌发时有氧呼吸及无氧呼吸的速率
C．一定时间后右侧液面高度不再变化说明种子细胞呼吸完全停止
D．实验所用种子应先进行消毒处理
D [必须用等量的浸泡过的失活种子代替装置中的活种子设置对照组，A错误；种子有氧呼吸吸收O2，释放CO2，CO2被KOH吸收，所以右侧液面升高，可以测定有氧呼吸速率，无氧呼吸不吸收O2，CO2被KOH吸收，液面不会变化，所以不能测定无氧呼吸速率，B错误；一定时间后右侧液面高度不再变化，说明种子有氧呼吸完全停止，但是无氧呼吸仍在进行，无氧呼吸释放CO2被KOH吸收，不会导致液面变化，C错误；为排除微生物呼吸作用对实验结果的影响，需要先进行消毒处理，D正确。]
6．人体棕色脂肪细胞(BAT)和骨骼肌细胞(SMC)都含有大量线粒体，BAT线粒体内膜上有一种特殊的通道蛋白UCP，可与ATP合成酶竞争性的将膜间隙高浓度的H＋回收到线粒体基质，同时将脂肪分解释放的能量几乎全部转化为热能(如图所示)，其活性受ATP/ADP的比值变化影响。下列说法正确的是( )
A．BAT和SMC都富含线粒体，产生大量ATP
B．UCP蛋白的活性越高，ATP/ADP的比值越大
C．寒冷条件下，UCP蛋白对H＋的通透性大于ATP合成酶
D．脂肪在脂肪细胞中以脂滴形式存在，脂滴膜最可能由磷脂双分子层构成
C [人体棕色脂肪细胞(BAT)富含线粒体，但是其内膜上通道蛋白UCP的存在会使得脂肪分解释放的能量几乎全部转化为热能，因此不可能产生大量的ATP，A错误；ATP合成酶将膜间隙高浓度的H＋回收到线粒体基质，同时合成ATP，而UCP可与ATP合成酶竞争膜间隙的H＋，导致ATP合成减少，因此，UCP蛋白的活性越高，ATP/ADP的比值越小，B错误；寒冷条件下，需要增多产热，UCP蛋白对H＋的通透性大于ATP合成酶，产热增加，C正确；脂肪在脂肪细胞中以脂滴形式存在，脂滴膜最可能由磷脂单分子层构成，且磷脂脂溶性尾部与油脂侧相近，D错误。]
7．有氧呼吸氧化分解葡萄糖时，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，下列分析错误的是( )
A．电子、质子的有序传递有利于能量逐步释放
B．ATP分子中的化学能直接来自电子
C．各种电子载体可能是不同种类的专一蛋白质
D．质子流从线粒体内膜进入基质时伴随着吸能反应
B [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，B错误。]
8．体育运动大体可以分为有氧运动和无氧运动。有氧运动过程中骨骼肌主要靠有氧呼吸供能，如慢跑。无氧运动过程中骨骼肌除进行有氧呼吸外，还会进行无氧呼吸，如短跑等。有氧运动能够增强心肺功能，提高肌肉的耐力，还能增加胰岛素敏感性，预防糖尿病的发生。无氧运动能够增加肌肉体积，增强肌肉力量。下图为有氧呼吸的某个阶段示意图。回答下列问题：
(1)人体短跑时，产生CO2的具体部位是____________。而人体在慢跑时，消耗的O2在细胞呼吸中的用途是____________________________。
(2)据图可知，H＋沿着线粒体内膜上的ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动某物质(A)合成ATP，则A为________。有的减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，使得H＋回渗到线粒体基质，使ATP合成酶生成的ATP量减少，该药物能够加快体内有机物的消耗，但会严重危害健康，具体危害是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化产生的，与无氧呼吸相比，从能量的角度分析，有氧呼吸能_____________________________________________________
___________________________________________________________________，
其在进化地位上更为高等。
(4)为判断不同运动强度(高运动强度、中运动强度、低运动强度)下细胞呼吸的方式，请写出大体实验思路：______________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
解析：(1)人体短跑时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，但只在有氧呼吸的第二个阶段产生CO2，其场所是线粒体基质。人体在慢跑时，消耗的O2用于有氧呼吸的第三个阶段与[H]结合生成水，并释放大量能量。(2)据图可知，A在ATP合成酶的作用下合成ATP，据此推断，物质A为ADP和Pi。ATP合成酶生成的ATP量减少，导致细胞供能不足，细胞合成ATP减少，会导致体温过高。(3)与无氧呼吸相比，有氧呼吸能更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞使用。(4)判断人体是否进行有氧呼吸的观测指标为O2的消耗速率；判断细胞是否进行无氧呼吸的观测指标为血浆中乳酸的含量。
答案：(1)线粒体基质 与[H]结合生成水(并释放大量能量) (2)ADP和Pi 导致细胞供能不足和体温过高(写出其中一点即可) (3)更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞使用(关键词：更充分，有机物中的能量) (4)同一个体分别在三种不同运动强度(高、中、低)下运动相同一段时间后，测定不同运动强度下的O2消耗速率和血浆中乳酸的含量
9．种子活力的高低决定了种子的品质和使用价值，高活力的种子是农业高产的前提。生产实践中常用TTC法检测种子活力，TTC(2,3，5-三苯基氯化四氮唑，无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆种子充分吸胀后，取种胚浸于0.5%的TTC溶液中，在30 ℃条件下保温一段时间后，部分种胚出现红色。下列相关叙述错误的是( )
A．细胞呼吸产生NADH的阶段都会生成ATP
B．TTF是在活种子的线粒体基质中生成的
C．检测后，若种胚红色深，则种子活力高
D．TTC进入活细胞体现了细胞膜控制物质进出的有限性
B [种子细胞呼吸过程中，可在细胞质基质和线粒体基质中产生NADH，因此TTF是在活种子的细胞质基质和线粒体基质中生成的，B错误。]
10．下列有关细胞呼吸及其原理应用的叙述，错误的是( )
A．乳酸发酵会产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的物质
B．酵母菌无氧呼吸会产生使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色的物质
C．黏土掺沙有利于农作物根细胞有氧呼吸，促进根系生长
D．地窖中甘薯的呼吸作用会增加密闭环境内CO2浓度，有利于贮藏
A [二氧化碳会使溴麝香草酚蓝溶液变黄，乳酸发酵不会产生二氧化碳，即乳酸发酵不会产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的物质，A错误；酵母菌无氧呼吸会产生酒精，使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色，B正确；黏土掺沙可以增加土壤的透气性，保证良好的通气条件，增加氧气含量，有利于农作物根细胞有氧呼吸，有利于根系吸收无机盐，从而促进根系生长，C正确；地窖中甘薯的呼吸作用会增加密闭环境内CO2浓度，可以抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗，有利于贮藏，D正确。]
11．马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，苹果储藏不当会出现酒味。下列相关分析正确的是( )
A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和CO2
B．苹果细胞无氧呼吸的产物是酒精、CO2和H2O
C．马铃薯和苹果应在无氧、低温、干燥环境中储藏
D．无氧呼吸过程中，葡萄糖中的大部分能量储存在产生的酸味或酒味物质中
D [马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2，A错误；苹果细胞无氧呼吸的产物是酒精、CO2，无H2O，B错误；马铃薯和苹果应在低氧、低温、具有一定湿度的环境中储藏，C错误；无氧呼吸过程中，葡萄糖中的大部分能量储存在两种细胞产生的酸味(乳酸)或酒味(酒精)物质中，D正确。]
12．某课题小组同学利用如图1所示装置探究酵母菌的细胞呼吸方式。实验开始时，利用调节螺旋将U形管右侧液面高度调至参考点后，关闭三通活栓。实验中定时记录右侧液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。取甲、乙两套该装置设计实验。
装置 反应瓶内加入的材料 中心小杯内加入的材料 液面高度变化的含义
甲 酵母菌培养液1 mL＋适量葡萄糖溶液 适量NaOH溶液 ①
乙 酵母菌培养液1 mL＋等量葡萄糖溶液 等量蒸馏水 细胞呼吸时CO2的释放量与O2吸收量的差值
(1)①表示的含义_____________________________________________________。
(2)将甲、乙装置均置于28 ℃恒温条件下进行实验(实验过程中微生物保持活性)，60 min后读数。若装置中的酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，那么甲装置U形管右侧液面将____________，乙装置U形管右侧液面将________。
(3)若图2中YZ∶ZX＝4∶1，则对应O2浓度下有氧呼吸消耗的葡萄糖量占总消耗量的__________________，图2中无氧呼吸强度降为0的点对应的O2浓度是________。
(4)在O2浓度为J点对应浓度前，限制呼吸作用CO2释放量的主要因素是________。
(5)若图2中EL＝LH，则说明O2浓度为H点对应浓度时，有氧呼吸和无氧呼吸______________相等。
解析：(1)根据甲装置中所放的材料可以判断，反应瓶中细胞呼吸释放的CO2被NaOH溶液吸收，同时消耗O2，所以液面高度变化的含义是细胞呼吸时O2的吸收量。(2)将甲、乙装置均置于28 ℃恒温条件下进行实验(实验过程中微生物保持活性)，60 min后读数。若装置中的酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，那么甲装置反应瓶中由于CO2被NaOH溶液吸收，导致气压降低，所以U形管右侧液面将上升；乙装置反应瓶中有氧呼吸CO2释放量和O2的吸收量相等，而无氧呼吸不消耗O2，同时产生的CO2不能被蒸馏水吸收，导致气压上升，所以U形管右侧液面将下降。(3)若图2中YZ∶ZX为4∶1，由图可知，YZ为无氧呼吸释放的CO2的量，设为4a，ZX为有氧呼吸释放的CO2的量，设为a，则有氧呼吸消耗的葡萄糖的量为1/6a，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量为2a，则有氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗量的1/6a÷(2a＋1/6a)＝1/13。由图2可知，无氧呼吸强度降为0的点，其O2浓度是I点对应的浓度。(4)在O2浓度为J点对应浓度前，限制呼吸作用CO2释放量的主要因素是O2浓度。(5)若图2中EL＝LH，则说明O2浓度为H点对应浓度时，有氧呼吸和无氧呼吸CO2的释放量相等。
答案：(1)细胞呼吸时O2的吸收量 (2)上升 下降 (3)1/13 I点对应的浓度 (4)O2浓度 (5)CO2的释放量
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第9讲 细胞呼吸的原理和应用
必修1 分子与细胞
第二单元 细胞代谢
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．实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式。
考点1 细胞呼吸的方式和过程
一、细胞呼吸
细胞呼吸是指有机物在______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。其实质是______内的有机物氧化分解，并释放能量。
二、有氧呼吸
1．概念：细胞在___的参与下，通过多种___的催化作用，把葡萄糖等有机物__________________，产生__________________，释放能量，生成_______________的过程。
细胞
二氧化碳
ATP
细胞
氧
酶
彻底氧化分解
二氧化碳和水
大量ATP
2．过程
1．(必修1 P93“相关信息”)细胞呼吸过程中产生的[H]是_________________________________的简化表示方法。
还原型辅酶Ⅰ(NADH)
3．有氧呼吸的总反应式
_________________________________(标出氧元素的来源和去路)。
4．同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有的不同特点
(1)反应过程：温和。
(2)能量释放：有机物中的能量______释放。
(3)能量转化：释放的能量有相当一部分储存在_________中。
5．放能：1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2 870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在_________中，其余的能量则______________________________。
逐步
ATP
ATP
以热能的形式散失掉了
三、无氧呼吸
1．概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过_______________，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。
2．场所：全过程都是在_______________中进行的。
3．过程
不完全分解
细胞质基质
2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量
2C3H6O3(乳酸)＋少量能量
第一阶段
酒精或乳酸
6．不同生物或器官的无氧呼吸产物
2．(必修1 P94“相关信息”)无氧呼吸的过程中，葡萄糖中的能量的主要去向和葡萄糖彻底氧化分解释放的能量的主要去向分别是______________________________________________________。
3．(必修1 P94“正文信息”)蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过____________过程联系起来。
4．(必修1 P96“思维训练”)科学家就真核细胞线粒体的起源，提出了一种解释：有一种真核细胞吞噬了原始的____________，二者在共同繁衍的过程中，____________进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
存留在酒精或乳酸中，以热能的形式散失
细胞呼吸
需氧细菌
需氧细菌
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：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：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
1．没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸。( )
提示：原核细胞没有线粒体也能进行有氧呼吸。
2．线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。( )
提示：葡萄糖不能进入线粒体，其在细胞质基质中分解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体。
3．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2可判断其呼吸方式。( )
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
×
×
×
4．同有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少。( )
提示：无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量。
5．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。( )
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，[H]被用于还原丙酮酸。
6．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。( )
7．细胞呼吸是细胞代谢的枢纽。( )
×
×
√
√
1．某同学做了如下实验：取A、B两支试管。在A管中加入煮熟的蚕豆子叶，B管中加入发芽的蚕豆子叶。在两管中分别加入甲烯蓝溶液(注：甲烯蓝氧化态为蓝色，接受氢后为无色)，一段时间后倒出溶液，两管中的子叶都呈蓝色，然后，两管分别加水淹没子叶、抽气、在水面上覆盖适量的石蜡油，37 ℃保温一段时间后，发现A管中的子叶不变色，B管中的子叶蓝色变浅。请思考分析：
(1)B管中子叶蓝色变浅的原因是___________________________ _____________________________________________。
(2)A管中子叶不变色的原因是_____________________________ ___________________，实验中设置A管的目的是______________。
B管中子叶在无氧呼吸过程
中产生的氢能使甲烯蓝还原
A管中子叶细胞的酶失活，无
呼吸作用
作对照实验
2．为验证酵母菌细胞中线粒体对葡萄糖和丙酮酸的利用情况，现以酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验。
组别 步骤一 步骤二 步骤三
实验1 加入线粒体 加入葡萄糖 加入溴麝香草酚蓝溶液，一段时间后观察溶液颜色的变化情况
实验2 加入线粒体 加入丙酮酸
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体常用的实验方法是_______________。
(2)实验1和实验2的结果分别是______________________________，判断的理由是______________________________________________ _________________________________________________________。
差速离心法
蓝色、由蓝变绿再变黄
实验1中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用，所以
无CO2生成，实验2中丙酮酸可进入线粒体被利用，生成CO2
1．(2023·广东卷)在游泳过程中，参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是( )
A．还原型辅酶Ⅰ B．丙酮酸
C．氧化型辅酶Ⅰ D．二氧化碳
A [游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H]，这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应，在线粒体内膜上与氧结合生成水，这里的[H]是一种简化的表示方式，实际上指的是还原型辅酶Ⅰ，A正确。]
1
细胞呼吸的方式和过程
√
细胞呼吸的场所与过程的四点提醒
(1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但需氧型原核生物无线粒体，也能进行有氧呼吸。
(2)无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞等。
(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。
(4)人体内产生的CO2只来自有氧呼吸，人体无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
2．(2024·广东卷)研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株Δsqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是( )
A．碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B．线粒体数量减少使Δsqr的有氧呼吸减弱
C．有氧条件下，WT比Δsqr的生长速度快
D．无氧条件下，WT比Δsqr产生更多的ATP
2
有氧呼吸和无氧呼吸的综合分析
√
D [有氧呼吸的主要场所在线粒体，碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸，A正确；有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使Δsqr的有氧呼吸减弱，B正确；与Δsqr相比，WT正常线粒体数量更多，有氧条件下，WT能获得更多的能量，生长速度比Δsqr快，C正确；无氧呼吸的场所在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与Δsqr相同，D错误。]
判断细胞呼吸方式的三大依据
3．呼吸电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列呼吸电子传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”，如图所示。下列叙述正确的是 ( )
3
结合实验或图示信息考查细胞呼吸的过程
A．图示过程是有氧呼吸的第三阶段
B．Cyt c所处的位置为细胞膜外
C．只有线粒体基质能产生NADH
D．H＋借助F0和F1，以主动运输的方式进入膜内
A [图示过程进行的是[H]与氧气结合生成水的过程，发生在有氧呼吸的第三阶段，A正确；Cyt c所处的位置为线粒体内膜的外侧，不属于细胞膜外，B错误；有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质，也能产生NADH，C错误；H＋借助F0和F1进入膜内，不消耗ATP且合成ATP，不是主动运输，D错误。]
√
考点2 (探究·实践)探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、实验原理
二、实验步骤
1．配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5%的_________溶液，分别装入A、B两锥形瓶中。
2．设计对比实验
葡萄糖
(1)甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是_____________________。
(2)乙组中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是___________________________。
(3)CO2检测：观察两组装置中澄清石灰水的变化。
(4)酒精检测：取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入两支干净的试管中，向两试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。
去除空气中的CO2
耗尽瓶中原有的氧气
3．实验现象
条件 澄清石灰水的变化 两试管的变化
甲组 无变化
乙组 出现灰绿色
变浑浊快
变浑浊慢
4.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_____________________，在无氧条件下_______________________________________。
产生CO2多而快
产生酒精，还产生少量的CO2
(必修1 P90～91“探究·实践”)在检测酒精的实验中，要将酵母菌培养时间适当延长，原因是_______________________________________ _____________________。
葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生
颜色变化
1．细胞呼吸速率的测定
(1)实验装置
(2)实验原理：细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。
(3)误差的校正
为排除温度、气压等无关变量的干扰，可设置对照装置。对照装置与上述装置相比，不同点是用等量的死亡的种子代替萌发的小麦种子，其余均相同。
2．细胞呼吸方式的实验探究
(1)实验装置(以萌发种子为例)
(2)实验原理
①装置一中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2，着色液滴移动的距离代表萌发种子细胞呼吸吸收O2的量。
②装置二中着色液滴移动的距离代表萌发种子细胞呼吸产生CO2的量与吸收O2量的差值。
(3)实验现象和结论
实验现象 结论
装置一
液滴 装置二
液滴
不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
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 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
左移 左移 种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
(4)误差校正：为使实验结果更准确，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“萌发种子”，其余均相同。
1．酸性重铬酸钾既能将酒精中的羟基氧化成羧基，也能将葡萄糖中的醛基氧化成羧基，因此酸性重铬酸钾溶液与酒精和葡萄糖反应都会出现由橙色变为灰绿色的颜色变化。在探究酵母菌无氧呼吸产物时，下列检测或鉴定不合理的是 ( )
A．可在B瓶中加入澄清石灰水检测CO2的产生
B．培养一段时间后，向A瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化
C．可用斐林试剂检测葡萄糖是否消耗完
D．适当延长酵母菌培养时间，充分耗尽葡萄糖后再进行鉴定
√
B [该装置的B瓶中可加入澄清石灰水，根据是否变浑浊检测CO2的产生，A合理；培养一段时间后，从A瓶中取少许培养液，加入酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化来判断有无酒精产生，B不合理；斐林试剂可检测葡萄糖的有无，故可用斐林试剂检测葡萄糖是否消耗完，C合理；酸性重铬酸钾既能将酒精中的羟基氧化成羧基，也能将葡萄糖中的醛基氧化成羧基，故应适当延长酵母菌培养时间，充分耗尽葡萄糖后再进行酒精的鉴定，D合理。]
2．下图是“探究有活性的水稻种子呼吸作用”实验的实验装置。下列叙述错误的是( )
A．将种子浸透的目的是增加种子细胞中自由水的含量，从而增强种子的代谢作用
B．实验开始时，红色小液滴位于0点，在适宜条件下一段时间后，红色小液滴将向右移动
C．红色小液滴停止移动后，种子的呼吸方式是无氧呼吸
D．为证明红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起，需另设放置煮熟种子的对照实验装置
√
B [将种子浸透的目的是增加种子细胞中自由水的含量，从而增强种子的代谢作用，提高其呼吸作用，A正确；实验开始时，红色小液滴位于0点，在其他条件适宜的情况下，一段时间后，由于种子呼吸会消耗氧气，而产生的二氧化碳会被KOH溶液吸收，故红色小液滴将向左移动，B错误；红色小液滴停止移动后，说明种子不再消耗氧气，即只进行无氧呼吸，C正确；为证明红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起，需另设放置煮熟种子的对照实验装置，观察红色小液滴是否移动，D正确。]
考点3 细胞呼吸的影响因素及应用
一、温度
1．影响(如图)：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响____________而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。
酶的活性
2．应用
(1)低温储存食品。
(2)大棚栽培在夜间和阴天适当降温。
(3)温水和面发得快。
二、氧气
1．影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
(1)O2浓度＝0时，只进行____________。
(2)0(3)O2浓度≥10%时，只进行____________。
(4)O2浓度＝5%时，有机物消耗少。
无氧呼吸
有氧呼吸
2．应用
(1)中耕松土促进植物根部有氧呼吸。
(2)无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。
(3)低氧储存粮食、水果和蔬菜。
(4)选用透气的消毒纱布包扎伤口。
(5)提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生______。
(6)稻田定期排水，防止______中毒，烂根死亡。
乳酸
酒精
三、CO2浓度
1．CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会______(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。
抑制
四、含水量
1．一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越______，细胞呼吸越强。
2．应用
(1)粮食储存前要进行晒干处理。
(2)水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。
旺盛
1．同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异。( )
2．严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。( )
提示：无氧环境中，细胞无氧呼吸消耗的有机物较多。
3．破伤风芽孢杆菌易在锈钉扎过的伤口深处繁殖，原因是伤口深处缺乏氧气。( )
4．剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。( )
提示：剧烈运动时，肌细胞主要进行有氧呼吸。
√
×
√
×
为研究温度的变化对贮藏器官呼吸作用的影响，研究人员以马铃薯块茎为材料，进行了如下实验：
实验一：将两组相同的马铃薯块茎，分别置于低温(4 ℃)和室温(22 ℃)条件下贮藏10天，发现低温组块茎中淀粉酶含量显著高于室温组。
实验二：将马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃后，再回到20 ℃环境中，测定CO2的释放速率的变化，结果如图所示。
(1)当马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃环境中，CO2的释放速率下降，其原因是___________________________________________________。
(2)当马铃薯块茎重新移回到20 ℃环境中，与之前20 ℃环境相比，CO2的释放速率明显升高。综合上述实验，如何解释这一现象。
在0 ℃环境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的还原糖增加，为之后20 ℃条件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用较之前20 ℃时强。
温度降低导致酶的活性下降，呼吸作用产生的CO2减少
1．为研究低氧胁迫对两个黄瓜品种根系细胞呼吸的影响，科研人员进行了相关实验，结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
1
环境因素对细胞呼吸的影响
A．正常通气情况下，品种A和B的根系细胞产生的CO2都来自线粒体
B．低氧胁迫下，品种B对氧气浓度的变化较为敏感
C．低氧胁迫下，根细胞中丙酮酸分解为酒精的过程不产生 ATP
D．低氧胁迫不影响黄瓜的光合速率和产量
√
C [据图可知，正常通气情况下，黄瓜根系细胞产生了酒精，说明其呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸，则根系细胞产生的CO2来自线粒体和细胞质基质，A错误；与正常通气相比，低氧胁迫下，品种A产生的酒精含量更多，说明品种A对氧气浓度的变化较为敏感，B错误；低氧胁迫下，根细胞中丙酮酸分解为酒精的过程是无氧呼吸第二阶段，该阶段不产生 ATP，C正确；长期处于低氧胁迫条件下，无氧呼吸增强，细胞呼吸产生的ATP减少，影响主动运输过程，植物吸收无机盐的能力下降，进而会影响植物的光合速率，导致产量降低，D错误。]
2．粮食储备在中国古代是基本国策，有关仓窖的法令渊源久远。唐《仓库令》记载，租粮受纳入仓的程序和规定中，“皆令干净”为首要要求；出仓时“每出一屋一窖尽”，意思是必须出尽一窖才能打开动用下一个仓窖的粮食。下列叙述错误的是( )
A．入仓时晒“干”粮食，降低了种子中自由水含量
B．入仓时粮仓和粮食“净”可减少虫害滋生
C．仓库密闭是为了防止种子进行呼吸作用
D．出仓时避免多次开启仓窖可减少粮食变质腐烂
2
细胞呼吸原理的应用
√
C [入仓时晒“干”粮食，降低了种子中自由水含量，此时细胞代谢减弱，种子抗逆能力会增强，以便更好地储存粮食，A正确；入仓时粮仓和粮食“净”不利于害虫的生存，可减少虫害滋生，B正确；仓库密闭是为了降低种子的有氧呼吸作用，C错误；出仓时避免多次开启仓窖可减少种子的呼吸作用，防止粮食变质腐烂，D正确。]课时分层作业(九) 细胞呼吸的原理和应用
1．为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是( )
A．酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
B．酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
C．可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标
D．不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
C [酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是无关变量，A错误；氧气的有无是自变量，B错误；有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精和CO2且比值为1∶1，因此可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标，C正确；等量的葡萄糖有氧呼吸氧化分解彻底，释放能量多，无氧呼吸氧化分解不彻底，大部分能量还储存在酒精中，释放能量少，D错误。]
2．(2025·广东名校联考)细胞呼吸的原理在生活和生产中具有广泛的应用。下列相关叙述错误的是( )
A．小麦种子晾晒降低含水量有利于种子储藏
B．有氧运动可避免肌细胞无氧呼吸产生较多的乳酸
C．采取零下低温、降低氧气含量等措施更有利于果蔬的储藏
D．秧苗田白天保水、夜晚放水能够促进秧苗发育生长
C [晒种降低含水量，降低细胞呼吸强度，有利于种子储藏，A正确；肌细胞无氧呼吸产生乳酸，有氧运动可避免肌细胞无氧呼吸产生较多的乳酸，防止乳酸的大量积累使肌肉酸痛，B正确；储藏果蔬应在零上低温，C错误；夜晚放水，增加秧田的氧气浓度，防止根细胞无氧呼吸产生酒精毒害细胞，D正确。]
3．(2025·广东肇庆模拟)乳酸的代谢在机体中存在自动调节。当氧缺乏时，体内的NADH及丙酮酸的浓度增高，NADH使丙酮酸还原成乳酸并生成NAD＋；当氧充足时，NAD＋浓度升高，丙酮酸浓度降低，细胞中存留的乳酸即被氧化成丙酮酸，丙酮酸再进入下一阶段氧化分解。丙酮酸与乳酸之间的转化受乳酸脱氢酶(LDH)的催化，在碱性条件下LDH促进生成丙酮酸，在中性条件下LDH则促进生成乳酸。下列叙述正确的是( )
A．丙酮酸还原成乳酸时会生成ATP
B．pH由中性变为碱性时，LDH的空间结构改变而变性失活
C．丙酮酸还原成乳酸发生在线粒体基质中
D．慢跑时，乳酸也能作为重要能量来源，促进有氧呼吸
D [丙酮酸还原成乳酸为无氧呼吸第二阶段，只有物质变化，没有ATP的合成，A错误；pH由中性变为碱性时，LDH的空间结构改变，但仍能催化反应进行，因此没有失活，B错误；丙酮酸还原成乳酸发生在细胞质基质中，C错误；慢跑时，乳酸能转化为丙酮酸，丙酮酸参与有氧呼吸第二阶段，因此乳酸也能作为重要能量来源，促进有氧呼吸，D正确。]
4．酵母菌可通过细胞呼吸为其生长、繁殖提供能量。下列叙述正确的是( )
A．酵母菌细胞呼吸分解有机物所释放的能量，大部分储存在ATP中
B．酵母菌的细胞呼吸可为其细胞内某些有机物的合成提供原料和能量
C．当其他培养条件适宜时，无氧条件比有氧条件更有利于酵母菌的繁殖
D．在酿酒过程中，需严格密封以利于酵母菌充分利用有机物中的能量
B [酵母菌细胞呼吸分解有机物所释放的能量，大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中，A错误；酵母菌的细胞呼吸过程可以释放能量，同时细胞呼吸过程中产生了中间代谢产物，因此可为其细胞内某些有机物的合成提供原料和能量，B正确；当其他培养条件适宜时，酵母菌在有氧条件下释放的能量多，合成的ATP多，有利于酵母菌的大量繁殖，而无氧条件下释放的能量较少，合成的ATP少，不利于酵母菌的繁殖，此时有利于酵母菌发酵产生酒精，C错误；在酿酒过程中，前期阶段需要酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，后期在无氧条件下发酵产生酒精，但是该无氧发酵阶段需要定期放气，因此不能严格密封，D错误。]
5．下图是测量种子萌发时锥形瓶中气体体积变化的实验装置。在一次测量种子呼吸强度的实验中，实验开始时U形管X侧与Y侧的液面相平，然后每隔半小时利用标尺量出右侧管内的液面高度。以下关于该实验的分析正确的是( )
A．为排除物理因素对实验的影响，需用等量清水代替氢氧化钾溶液作对照
B．此实验的目的是测定种子萌发时有氧呼吸及无氧呼吸的速率
C．一定时间后右侧液面高度不再变化说明种子细胞呼吸完全停止
D．实验所用种子应先进行消毒处理
D [必须用等量的浸泡过的失活种子代替装置中的活种子设置对照组，A错误；种子有氧呼吸吸收O2，释放CO2，CO2被KOH吸收，所以右侧液面升高，可以测定有氧呼吸速率，无氧呼吸不吸收O2，CO2被KOH吸收，液面不会变化，所以不能测定无氧呼吸速率，B错误；一定时间后右侧液面高度不再变化，说明种子有氧呼吸完全停止，但是无氧呼吸仍在进行，无氧呼吸释放CO2被KOH吸收，不会导致液面变化，C错误；为排除微生物呼吸作用对实验结果的影响，需要先进行消毒处理，D正确。]
6．人体棕色脂肪细胞(BAT)和骨骼肌细胞(SMC)都含有大量线粒体，BAT线粒体内膜上有一种特殊的通道蛋白UCP，可与ATP合成酶竞争性的将膜间隙高浓度的H＋回收到线粒体基质，同时将脂肪分解释放的能量几乎全部转化为热能(如图所示)，其活性受ATP/ADP的比值变化影响。下列说法正确的是( )
A．BAT和SMC都富含线粒体，产生大量ATP
B．UCP蛋白的活性越高，ATP/ADP的比值越大
C．寒冷条件下，UCP蛋白对H＋的通透性大于ATP合成酶
D．脂肪在脂肪细胞中以脂滴形式存在，脂滴膜最可能由磷脂双分子层构成
C [人体棕色脂肪细胞(BAT)富含线粒体，但是其内膜上通道蛋白UCP的存在会使得脂肪分解释放的能量几乎全部转化为热能，因此不可能产生大量的ATP，A错误；ATP合成酶将膜间隙高浓度的H＋回收到线粒体基质，同时合成ATP，而UCP可与ATP合成酶竞争膜间隙的H＋，导致ATP合成减少，因此，UCP蛋白的活性越高，ATP/ADP的比值越小，B错误；寒冷条件下，需要增多产热，UCP蛋白对H＋的通透性大于ATP合成酶，产热增加，C正确；脂肪在脂肪细胞中以脂滴形式存在，脂滴膜最可能由磷脂单分子层构成，且磷脂脂溶性尾部与油脂侧相近，D错误。]
7．有氧呼吸氧化分解葡萄糖时，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，下列分析错误的是( )
A．电子、质子的有序传递有利于能量逐步释放
B．ATP分子中的化学能直接来自电子
C．各种电子载体可能是不同种类的专一蛋白质
D．质子流从线粒体内膜进入基质时伴随着吸能反应
B [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，B错误。]
8．体育运动大体可以分为有氧运动和无氧运动。有氧运动过程中骨骼肌主要靠有氧呼吸供能，如慢跑。无氧运动过程中骨骼肌除进行有氧呼吸外，还会进行无氧呼吸，如短跑等。有氧运动能够增强心肺功能，提高肌肉的耐力，还能增加胰岛素敏感性，预防糖尿病的发生。无氧运动能够增加肌肉体积，增强肌肉力量。下图为有氧呼吸的某个阶段示意图。回答下列问题：
(1)人体短跑时，产生CO2的具体部位是____________。而人体在慢跑时，消耗的O2在细胞呼吸中的用途是____________________________。
(2)据图可知，H＋沿着线粒体内膜上的ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动某物质(A)合成ATP，则A为________。有的减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，使得H＋回渗到线粒体基质，使ATP合成酶生成的ATP量减少，该药物能够加快体内有机物的消耗，但会严重危害健康，具体危害是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化产生的，与无氧呼吸相比，从能量的角度分析，有氧呼吸能__________________________________________________
___________________________________________________________________，
其在进化地位上更为高等。
(4)为判断不同运动强度(高运动强度、中运动强度、低运动强度)下细胞呼吸的方式，请写出大体实验思路：______________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
解析：(1)人体短跑时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，但只在有氧呼吸的第二个阶段产生CO2，其场所是线粒体基质。人体在慢跑时，消耗的O2用于有氧呼吸的第三个阶段与[H]结合生成水，并释放大量能量。(2)据图可知，A在ATP合成酶的作用下合成ATP，据此推断，物质A为ADP和Pi。ATP合成酶生成的ATP量减少，导致细胞供能不足，细胞合成ATP减少，会导致体温过高。(3)与无氧呼吸相比，有氧呼吸能更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞使用。(4)判断人体是否进行有氧呼吸的观测指标为O2的消耗速率；判断细胞是否进行无氧呼吸的观测指标为血浆中乳酸的含量。
答案：(1)线粒体基质 与[H]结合生成水(并释放大量能量) (2)ADP和Pi 导致细胞供能不足和体温过高(写出其中一点即可) (3)更充分地将有机物中的能量释放出来供细胞使用(关键词：更充分，有机物中的能量) (4)同一个体分别在三种不同运动强度(高、中、低)下运动相同一段时间后，测定不同运动强度下的O2消耗速率和血浆中乳酸的含量
9．种子活力的高低决定了种子的品质和使用价值，高活力的种子是农业高产的前提。生产实践中常用TTC法检测种子活力，TTC(2,3，5-三苯基氯化四氮唑，无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆种子充分吸胀后，取种胚浸于0.5%的TTC溶液中，在30 ℃条件下保温一段时间后，部分种胚出现红色。下列相关叙述错误的是( )
A．细胞呼吸产生NADH的阶段都会生成ATP
B．TTF是在活种子的线粒体基质中生成的
C．检测后，若种胚红色深，则种子活力高
D．TTC进入活细胞体现了细胞膜控制物质进出的有限性
B [种子细胞呼吸过程中，可在细胞质基质和线粒体基质中产生NADH，因此TTF是在活种子的细胞质基质和线粒体基质中生成的，B错误。]
10．下列有关细胞呼吸及其原理应用的叙述，错误的是( )
A．乳酸发酵会产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的物质
B．酵母菌无氧呼吸会产生使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色的物质
C．黏土掺沙有利于农作物根细胞有氧呼吸，促进根系生长
D．地窖中甘薯的呼吸作用会增加密闭环境内CO2浓度，有利于贮藏
A [二氧化碳会使溴麝香草酚蓝溶液变黄，乳酸发酵不会产生二氧化碳，即乳酸发酵不会产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的物质，A错误；酵母菌无氧呼吸会产生酒精，使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色，B正确；黏土掺沙可以增加土壤的透气性，保证良好的通气条件，增加氧气含量，有利于农作物根细胞有氧呼吸，有利于根系吸收无机盐，从而促进根系生长，C正确；地窖中甘薯的呼吸作用会增加密闭环境内CO2浓度，可以抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗，有利于贮藏，D正确。]
11．马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，苹果储藏不当会出现酒味。下列相关分析正确的是( )
A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和CO2
B．苹果细胞无氧呼吸的产物是酒精、CO2和H2O
C．马铃薯和苹果应在无氧、低温、干燥环境中储藏
D．无氧呼吸过程中，葡萄糖中的大部分能量储存在产生的酸味或酒味物质中
D [马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2，A错误；苹果细胞无氧呼吸的产物是酒精、CO2，无H2O，B错误；马铃薯和苹果应在低氧、低温、具有一定湿度的环境中储藏，C错误；无氧呼吸过程中，葡萄糖中的大部分能量储存在两种细胞产生的酸味(乳酸)或酒味(酒精)物质中，D正确。]
12．某课题小组同学利用如图1所示装置探究酵母菌的细胞呼吸方式。实验开始时，利用调节螺旋将U形管右侧液面高度调至参考点后，关闭三通活栓。实验中定时记录右侧液面高度相对于参考点的变化(忽略其他原因引起的容积变化)。取甲、乙两套该装置设计实验。
装置 反应瓶内加入的材料 中心小杯内加入的材料 液面高度变化的含义
甲 酵母菌培养液1 mL＋适量葡萄糖溶液 适量NaOH溶液 ①
乙 酵母菌培养液1 mL＋等量葡萄糖溶液 等量蒸馏水 细胞呼吸时CO2的释放量与O2吸收量的差值
(1)①表示的含义_____________________________________________________。
(2)将甲、乙装置均置于28 ℃恒温条件下进行实验(实验过程中微生物保持活性)，60 min后读数。若装置中的酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，那么甲装置U形管右侧液面将____________，乙装置U形管右侧液面将________。
(3)若图2中YZ∶ZX＝4∶1，则对应O2浓度下有氧呼吸消耗的葡萄糖量占总消耗量的__________________，图2中无氧呼吸强度降为0的点对应的O2浓度是________。
(4)在O2浓度为J点对应浓度前，限制呼吸作用CO2释放量的主要因素是________。
(5)若图2中EL＝LH，则说明O2浓度为H点对应浓度时，有氧呼吸和无氧呼吸______________相等。
解析：(1)根据甲装置中所放的材料可以判断，反应瓶中细胞呼吸释放的CO2被NaOH溶液吸收，同时消耗O2，所以液面高度变化的含义是细胞呼吸时O2的吸收量。(2)将甲、乙装置均置于28 ℃恒温条件下进行实验(实验过程中微生物保持活性)，60 min后读数。若装置中的酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，那么甲装置反应瓶中由于CO2被NaOH溶液吸收，导致气压降低，所以U形管右侧液面将上升；乙装置反应瓶中有氧呼吸CO2释放量和O2的吸收量相等，而无氧呼吸不消耗O2，同时产生的CO2不能被蒸馏水吸收，导致气压上升，所以U形管右侧液面将下降。(3)若图2中YZ∶ZX为4∶1，由图可知，YZ为无氧呼吸释放的CO2的量，设为4a，ZX为有氧呼吸释放的CO2的量，设为a，则有氧呼吸消耗的葡萄糖的量为1/6a，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量为2a，则有氧呼吸消耗的葡萄糖占总消耗量的1/6a÷(2a＋1/6a)＝1/13。由图2可知，无氧呼吸强度降为0的点，其O2浓度是I点对应的浓度。(4)在O2浓度为J点对应浓度前，限制呼吸作用CO2释放量的主要因素是O2浓度。(5)若图2中EL＝LH，则说明O2浓度为H点对应浓度时，有氧呼吸和无氧呼吸CO2的释放量相等。
答案：(1)细胞呼吸时O2的吸收量 (2)上升 下降 (3)1/13 I点对应的浓度 (4)O2浓度 (5)CO2的释放量
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