第10讲 ATP的主要来源——细胞呼吸（解析版）
“细胞呼吸”是人教版高中《生物》第一册第三章第七节的教学内容，主要包括三部分：细胞呼吸的概念、有氧呼吸和无氧呼吸的过程、细胞呼吸的意义。“细胞呼吸”是生物体各项生命活动的主要能量来源，是新陈代谢的最基本内容，呼吸过程中所涉及的物质和能量变化对于学生进一步理解细胞的结构与功能如光合作用、矿质营养、细胞分裂、生殖发育、生命活动的调节及遗传和变异等知识，以及生态系统的能量流动和物质循环等知识具有十分重要的意义。确作用步骤，能解决实验过程中出现的问题。通过分析有氧呼吸过程中物质和能量的变化，培养学生分析问题的能力；通过讨论及与教师的交流，提高学生用规范的生物学语言描述生物学事实的能力。
一、ATP的结构简式
ATP的结构式可简写成A—P~P~P，式中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表高能磷酸键。通常断裂和合成的是第二个高能磷酸键。
二、ATP与ADP的相互转化
1. ATP与ADP相互转化的反应式
?
2. ATP与ADP之间的相互转化关系
? ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切有关。
?（1）从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶应属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶应属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。
?（2）从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能。因此，能量的来源不同。
?（3）从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，而ATP水解的场所较多。因此，其合成与分解的场所不尽相同。
?综上所述，ATP与ADP的相互转化物质是可逆的，能量是不可逆的。
3. ATP与ADP相互转化的意义
?使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡之中，进而构成生物体内部稳定的供能环境。
三、ATP的形成途径
? 1.?对动物和人来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自呼吸作用。
? 2.?对绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自呼吸作用和光合作用。
四、生物体内的能源物质总结：
?（1）细胞中的重要能源物质——葡萄糖；
?（2）植物细胞中储存能量的物质——淀粉；
?（3）动物细胞中储存能量的物质——糖原；
?（4）生物体内储存能量的物质——脂肪；
?（5）生物体进行各项生命活动的主要能源物质——糖类；
?（6）生物体进行各项生命活动的直接能源物质——ATP；
?（7）生物体进行各项生命活动的最终能源物质——太阳光。
五、ATP中能量的利用
??在生物体内能量的转化和传递中，ATP是一种关键的物质。生物生命活动都离不开ATP。ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生物活动。这些能量形式主要有以下几种：
?（1）机械能??生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动都在做功，所消耗的就是ATP水解释放出的能。例如，纤毛和鞭毛的摆动，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。
?（2）电能??生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流，所做的电功消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。
?（3）化学能??生物体内物质的合成需要化学能，小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化能量较高的物质（如葡萄糖在分解前首先磷酸化）。在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做化学功。
?（4）光能??目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，用于发光的能量仍然直接来源于ATP。
六、细胞呼吸的概念
细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其它产物，释放出能量并生成ATP的过程。
七、细胞呼吸的方式：有氧呼吸、无氧呼吸
八、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
（一）实验原理：
1、酵母菌是单细胞真菌属于兼性厌氧菌。进行有氧呼吸,产生水和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。
2、CO2的检测方法：
（1）CO2使澄清石灰水变浑浊。
（2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
3、酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应,变成灰绿色。
(二)实验过程
（三）实验结果
1、CO2的放出情况：A、B两组都有CO2的产生，但A组产生的CO2更多。
2、酒精产生的情况：A组没有酒精的产生，B组产生了酒精。
（四）实验结果所说明的问题
1、A、B组都有CO2的产生说明了——酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生活
2、从CO2 产生的多少及有无酒精产生的情况，说明了——酵母菌在有氧和无氧的条件下都能进行呼吸作用，但呼吸作用方式不同，所以酵母菌是种兼性厌氧型微生物。
3、从A、B组的产物来看，说明了——酵母菌进行有氧呼吸的产物有CO2（还有水）；无氧呼吸的产物有CO2和酒精。
（五）对照实验与对比实验
1、概念
对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过的对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。
对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。一般设置实验组和对照组，遵循单一变量原则。
2、区别
对照实验：有对照组，单一变量，有检验标准，可以预测实验结果。
对比实验：无对照组只有实验组，多个变量，无检验标准，实验结果事先未知。
九、有氧呼吸
1、回顾
1）细胞呼吸的场所：线粒体、细胞质基质
2）线粒体的结构：
双膜结构，内膜向内折叠成嵴（增大了内膜的面积），嵴的周围充满了液态的基质，内膜和基质中都含有许多与呼吸作用有关的酶。
2、过程
第一阶段：细胞质基质 C6H12O6 酶 2CH3COCOOH+4[H]+少量能量（2ATP）
第二阶段：线粒体基质 2CH3COCOOH+6H2O 酶 6CO2+20[H] +少量能量（2ATP）
第三阶段：线粒体内膜 24[H]+6O2 酶 12H2O+大量能量（34ATP）
总反应式：C6H12O6 +6H2O+6O2 酶 6CO2 +12H2O +大量能量（38ATP）
3、C、H、O的来龙去脉：
C： C6H12O6 →丙酮酸→CO2
C6H12O6 丙酮酸→[H]→H2O
H [H]→H2O
H2O→[H]→H2O
O2→H2O
O H2O
C6H12O6→丙酮酸→CO2
4、有氧呼吸的概念
细胞在氧气的参与下，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，生成许多ATP的过程。
十、无氧呼吸
1、过程（场所：细胞质基质）
第一阶段： C6H12O6 酶 2CH3COCOOH+4[H]+少量能量（2ATP）
2CH3COCOOH+4[H] 酶 2C3H6O3（乳酸）
（乳酸菌和动物细胞及马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细
第二阶段 在缺氧时的无氧呼吸属于此种类型）
2CH3COCOOH+4[H] 酶 C2H5OH（酒精）+2CO2
（酵母菌和大多数的植物的无氧呼吸属于此种类型）
2、发酵：微生物的无氧呼吸也叫发酵，生成乳酸的叫乳酸发酵，生成酒精的叫酒精发酵。
3、无氧呼吸的概念：细胞在缺氧的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物进行不彻底的氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成ATP的过程。
4、无氧呼吸的特点：氧气的存在抑制了无氧呼吸的进行
有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路
有氧呼吸：所释放的能量一部分用于生成ATP，大部分以热能形式散失了。
无氧呼吸：能量小部分用于生成ATP和以热能形式散失，大部分储存于乳酸或酒精中。
十一、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不
同
点
反应条件
需要O2、酶和适宜的温度
不需要O2，需要酶和适宜的温度
呼吸场所
第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体内
全过程都在细胞质基质内
分解产物
CO2和H2O
CO2、酒精或乳酸
释放能量
较多，1 mol葡萄释放能量2870 kJ，其中1161 kJ转移至38molATP中
1 mol葡萄糖释放能量196．65 kJ(生成乳酸)或222 kJ(生成酒精)，其中均有61．08 kJ转移至2molATP中
相同点
其实质都是：分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动需要,都需要酶的催化，第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同
相互联系
第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同，之后在不同条件下，在不同的场所沿不同的途径，在不同的酶作用下形成不同的产物：
十二、影响呼吸作用的因素
1、温度：通过影响酶活性
2、含水量：随着水的数量增多，细胞呼吸的速率增高
3、O2的浓度：
①在一定范围内，随O2浓度的增大，有氧呼吸增强，达到一定浓度以后，由于受线粒体的限制，呼吸作用强度不再增大。
② O2的存在抑制了无氧呼吸的进行。
4、CO2的浓度：随着CO2的浓度升高，细胞呼吸的速率降低
十三、呼吸作用应用 （见课本P95）
1 . 在酿酒业上的应用：先通气，让酵母菌进行有氧呼吸，使其数量增加；然后隔绝空气，使其发酵，产生酒精。
2 . 在农业生产上：中耕松土，促进根系的有氧呼吸，有利于根系的生长及对矿质离子的吸收。
3 . 在医学上：利用氧气驱蛔、抑制破伤风等厌氧型细菌的繁殖。
4 . 在物质的储存时：控制氧气的浓度，抑制其呼吸作用，减少有机物的消耗。
一、ATP的知识点考察
例1：（浙江省2018届高三4月普通高校招生选考科目生物试题）ATP是细胞中的能量通货，下列叙述正确的是（ ）
A． ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B． ATP-ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C． ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D． ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
【答案】C
【解析】ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATP-ADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，B错误；ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误。
变式训练1：（浙江省诸暨中学2017-2018学年（上学期第二阶段考生物试题）ATP被喻为生物体的“能量货币”，为生命活动直接提供能量．图是ATP的结构示意图，下列叙述正确的是（ ）
A． ①表示腺苷 B． ②表示脱氧核糖
C． ③断裂后释放的能量最多 D． ④是高能磷酸键
例2：（云南省玉溪市2018届高三适应性训练理科综合生物试题）下列关于酶、ATP与新陈代谢关系的叙述正确的是（ ）
A． 吸能反应与ATP的形成有关
B． 生物膜上发生的化学反应均需要酶的参与
C． 剧烈运动时细胞内ATP的分解速率大于合成速率
D． 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供
【答案】D
【解析】吸能反应与ATP的水解有关，A错误；生物膜上发生的化学反应不一定需要酶的参与，如光合作用过程中水的光解发生在类囊体薄膜上，但不需要酶的催化，B错误；人体在剧烈运动时ATP的合成速度和分解速度都加快，ATP和ADP的含量处于动态平衡，ATP的合成速率和分解速率相等，C错误；ATP是直接的能源物质，细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的，D正确。
变式训练2．（山西省太原市第五中学2018届高三第二次模拟考试（5月）理科综合生物试题）下列与生命的物质基础和结构基础有关的叙述，错误的是（ ）
A． DNA是细胞中的遗传物质，并非所有的DNA都与蛋白质结合
B． ADP由磷酸、腺嘌呤和核糖组成，其中含有高能磷酸键
C． 生物膜上的蛋白质具有传递信息、运输物质和催化反应等作用
D． 核孔是细胞内大分子物质自由进出的通道
二、细胞呼吸
例3：（湖北省华中师范大学第一附属中学2018届高三5月押题考试理科综合生物试题）下列有关运动员长跑时生理变化过程的描述，正确的是（ ）
A． 大量产生C02，有氧呼吸明显升高 B．大量产生热能，人体体温明显升高
C． 大量消耗葡萄糖，血糖含量明显下降 D．大量消耗ATP，细胞内ATP的含量明显下降
【答案】A
【解析】运动员长跑时以有氧呼吸为主，因此大量产生C02，有氧呼吸明显升高，A正确；在细胞呼吸过程中，虽然产生大量的热能，但通过神经—体液的调节，机体散热增加，人体体温不会明显升高，B错误；长跑时，葡萄糖因氧化供能加快而被大量消耗，但通过神经调节和体液调节，肝糖原的分解过程加快，因此血糖含量不会明显下降，C错误；细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，长跑时，虽然大量消耗ATP，但细胞内ATP的含量仍然处于动态平衡之中，不会出现明显下降的现象，D错误。
变式训练3．（2018年普通高等学校招生全国统一考试生物（课标I卷））下列有关植物根系吸收利用营养物质元素的叙述，错误的是（ ）
A． 在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中N2和NO3-
B． 农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C． 土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D． 给玉米施肥过多，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
例4：（2018年普通高等学校招生全国统一考试生物（全国III卷））下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是（ ）
A． 植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B． 食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C． 有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D． 植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
【答案】C
【解析】本题主要考查植物细胞的光合作用、细胞呼吸及生态系统能量流动的有关知识。植物在有氧时进行有氧呼吸，产物是CO2和H2O，并释放大量能量，合成大量ATP，在无氧时进行短时间的无氧呼吸，大部分组织无氧呼吸产物是CO2和酒精，某些组织或器官是乳酸，并释放少量能量，合成少量ATP；光合作用的光反应阶段主要反应是水的光解和合成ATP；食物链中的营养级同化的能量有三个去向：呼吸散失、传递给下一个营养级（除了最高营养级）和被分解者分解利用。植物在黑暗中有氧时可进行有氧呼吸，无氧时可进行无氧呼吸，A正确；食物链上的营养级同化的能量有三个去向：呼吸散失、传递给下一个营养级（除了最高营养级）和被分解者分解利用，B正确；有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是CO2和H2O、CO2和酒精，某些组织或器官是乳酸，C错误；植物光合作用的光反应阶段和呼吸作用过程中都可以合成ATP，D正确，所以选C。
变式训练4．（浙江省2018届高三4月普通高校招生选考科目生物试题）以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是（ ）
A． 将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀
B． 在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境
C． 乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D． 拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味
例5：（2012年普通高等学校招生全国统一考试理综生物部分）下列有关碗豆的叙述，正确为是（ ）
A． 萌发初期，种子的有机物总量在增加
B． 及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害
C． 进人夜间，叶肉细胞内ATP 合成停止
D． 叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多
【答案】B
【解析】萌发过程中，因为不能进行光合作用会进行呼吸作用消耗有机物，总量会减少，A错误。及时排涝能防止根部细胞进行无氧呼吸产生酒精，B正确。进入夜间，叶肉细胞进行细胞呼吸能合成ATP，C错误。叶片黄化，叶绿素减少，叶绿体对红光的吸收是减少的，D错误。
变式训练5．（河南省中原名校2018届高三高考预测金卷理科综合生物试题）关于丙酮酸生成CO2的过程，下列叙述不成立的是（ ）
A． 既可生成[H]，也可释放少量能量
B． 既可生成ATP，也可消耗ATP
C． 既可在硝化细菌内进行，也可在酵母菌内进行
D． 既可在线粒体中进行，也可在细胞质基质中进行
例6．（东北师范大学附属中学2018届高三五模理综生物试题）如图是酵母菌呼吸作用实验示意图，有关叙述正确的是（ ）
A． 条件X下葡萄糖中能量的去向有热能、ATP中活跃的化学能和酒精中的化学能
B． 条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生C02和H2O
C． 试剂甲为溴麝香草酚蓝水溶液
D． 物质a产生的场所为线粒体基质
【答案】A
【解析】依据产物酒精可推知条件X为无氧，条件Y为有氧。在无氧呼吸过程中，葡萄糖分解释放少量的能量，没有释放的能量以化学能的形式储存在酒精中，释放的能量中的大部分以热能形式散失，少部分转变为ATP中活跃的化学能，A正确；葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸，在有氧条件下丙酮酸在线粒体中被分解，并产生C02和H2O，B错误；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应变成灰绿色，二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，因此试剂甲为酸性重铬酸钾溶液，C错误；物质a为CO2，无氧呼吸产生CO2的场所为细胞质基质，有氧呼吸产生CO2的场所为线粒体基质，D错误。
变式训练6．（全国（新课标区）2018届高三金优试卷模拟（一）理科综合冲刺卷生物试题）果绳是一种常见的昆虫，以腐烂的水果或植物体为食。下列相关叙述正确的是（ ）
A． 因果蝇易饲养繁殖快，所以常用作遗传学研究的材料
B． 果蝇进食以后，葡萄糖进入线粒体彻底氧化分解供能
C． 果蝇的细胞核含DNA，是完成基因复制和表达的场所
D． 雄果蝇产生的精子中一定有Y染色体
1．（重庆市綦江区实验中学2018届高三高考考前适应性考试生物试题）下图的纵坐标表示某种植物气体吸收量或释放量的变化，且该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃。下列说法正确的是（ ）
A． 若A代表O2吸收量，可以判断D点开始进行光合作用
B． 若A代表CO2释放量，E点时限制光合作用的因素可能是CO2浓度
C． 若A代表CO2释放量，若提高大气中CO2浓度，E点不移动
D． 若A代表O2吸收量，图示曲线是环境温度为25℃时测定的，当环境温度上升至30℃，B点下移
2．（福建省三明一中2018届高三毕业班模拟考理科综合生物试题）下列相关实验中变量的处理或分析错误的是（ ）
选
项
实验名称
处理
分析
①
探究温度对唾液淀粉酶活
性的影响
将唾液和淀粉液混合后，将每
一组温度控制在37℃
控制无关变量
②
探究酵母菌的呼吸方式
一组密封，一组通入空气
控制自变量
③
探究植物生长调节剂对扦
插枝条生根的作用
比较各组插条生根的长度
检验因变量
④
探究影响人工生态瓶稳定
的因素
生态瓶应放在阳光下直接照射
控制因变量
A． ①② B． ①④ C． ②③ D． ③④
3．（吉林省长春市普通高中2018届高三质量监测（四）理综生物试题）细胞是开放的系统，需要不断与环境进行物质与能量交换，实现自我更新。下列相关说法错误的是（ ）
A． 蓝藻能利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物
B． 酵母菌中有机物的氧化分解伴随着能量的释放，并生成ATP
C． 动物的卵细胞相对表面积大，有利于高效率地完成物质运输
D． 硝化细菌能利用某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物
4．（全国（新课标区）2018届高三模拟卷（三）理科综合生物试题）小明同学参加冬季运动会3000米赛跑，取得了优异的成绩。下列有关叙述正确的是（ ）
A． 运动过程中所需的能量主要来自无氧呼吸
B． 运动过程中甲状腺激素持续作用于靶细胞发挥作用
C． 运动过程中产热量增加，散热量也增加
D． 运动过程中血浆pH降低，酶活性降低
5．（北京市中国人民大学附属中学2018届高三考前热身练习（三模）生物试题）下列关于细胞内代谢活动和ATP的叙述，不正确的是（ ）
A． 大肠杆菌在核糖体上合成蛋白质需要线粒体提供ATP
B． 根毛细胞依靠主动转运从土壤中吸收K+时需要ATP
C． 乳酸杆菌在细胞溶胶进行厌氧呼吸时产生ATP
D． 蓝藻在细胞溶胶中进行碳反应的过程中不产ATP
6．（天成教育命题研究院2018年高考精准预测卷（一）理科综合生物试题）盐酸（HC1）是生物实验中常使用一种试剂。下列关于HC1在生物实验中的应用和作用的叙述，正确的是（ ）
A． HC1能改变细胞膜的通透性，并催化甲基绿吡罗红与核酸的结合
B． HC1对根尖细胞具有解离作用，并利于龙胆紫将染色质染为深色
C． 在浓盐酸的作用下橙色的重铬酸钾溶液与酒精反应虽现灰绿色
D． 在探究影响酶活性的因素时可用盐酸和Na0H溶液来调节酸碱度
7．（2018届高三高考生物学临考保温卷（6月3日）生物试题）测定下列哪一项可简便而准确判断贮存的小麦种子的呼吸方式（ ）
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
8．（重庆市第一中学、合肥市第八中学、石家庄市第一中学2018届高三下学期高考模拟考试理科综合生物试题）在做“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验时，有人用血糖仪对稀释10倍后培养液中的葡萄糖浓度进行定量分析，并用葡萄糖消耗量计算出呼吸速率。下列说法正确的是（ ）
序号
时间（min）
稀释10倍的培养液中葡萄糖浓度
1
0
初始
24.5mmol/L
2
15
有氧1
18.6mmol/L
无氧1
21.3mmol/L
3
30
有氧2
9.9mmol/L
无氧2
13.5mmol/L
A． 该实验属于对照实验，其中有氧组为实验组、无氧组为对照组
B． 该实验也可用澄清的石灰水检测C02的产生情况，以浊度为实验指标
C． 随着时间变化装置中酵母菌种群的有氧呼吸速率、无氧呼吸速率都逐渐下降
D． 每升培养液中酵母菌前15min的有氧呼吸速率为0.393mmol/min，无氧呼吸速率为0.213mmol/min
9．（2018年普通高等学校招生全国统一考试生物）有些作物的种子入库前需要经过风干处理，与风干前相比，下列说法错误的是（ ）
A． 风干种子中有机物的消耗减慢
B． 风干种子上微生物不易生长繁殖
C． 风干种子中细胞呼吸作用的强度高
D． 风干种子中结合水与自由水的比值大
10．（2018年全国普通高等学校招生统一考试生物（天津卷））为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是
A． t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B． t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C． 若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D． 实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
11．（天津市耀华中学2018届高三第二次校级模拟考试理综生物试题）图1表示水稻细胞内发生的生理过程示意图，1～10表示生理过程，A～D表示化学物质。请据图分析:
（1）图1中发生在生物膜上的生理过程有_________(用图中数字表示)，A表示_______，D表示______。
（2）研究者将玉米叶肉细胞中的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响，结果如图2和图3所示。
①据图3分析，在光照强度为4和12时，转基因水稻产生的O2与原种水稻产生的O2的比值分别为_____，因此转基因水稻更适合栽种在________环境中。
②下列分析正确的有_________(多选）。
A．光照强度为2?4时，转基因水稻气孔导度大于原种水稻气孔导度，但两者的光合速率相同
B．光照强度低于8时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是气孔导度
C．光照强度为10?14时，原种水稻气孔导度下降但实际利用CO2量没有改变
D．光照强度为10?14时，转基因水稻光合速率上升与PEPC酶的功能有关
12．（安徽省马鞍山市2018届高三第三次教学质量检测理综生物试题）图1为测定植物呼吸作用强度和光合作用强度的常用装置，图2表示在相同环境条件下，Ⅰ、Ⅱ两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题：
（1）如果用图1中甲、乙装置测定植物有氧呼吸速率，甲装置的作用是_______________，乙装置中X溶液为_______________，在_________条件下进行该实验。实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，乙装置红色液滴左移距离为b，则这段时间内呼吸作用消耗的氧气量为_______________（用液滴移动的距离表示）。
（2）图2中，光照强度为A时，植物Ⅰ真正光合作用速率______________（大于、小于、等于）植物Ⅱ真正光合作用速率，此时限制植物Ⅱ光合作用强度的环境因素有_______（至少答两点）；若12小时光照强度为B，12小时黑暗，24小时后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2 ________mg。
第10讲 ATP的主要来源——细胞呼吸（解析版）
“细胞呼吸”是人教版高中《生物》第一册第三章第七节的教学内容，主要包括三部分：细胞呼吸的概念、有氧呼吸和无氧呼吸的过程、细胞呼吸的意义。“细胞呼吸”是生物体各项生命活动的主要能量来源，是新陈代谢的最基本内容，呼吸过程中所涉及的物质和能量变化对于学生进一步理解细胞的结构与功能如光合作用、矿质营养、细胞分裂、生殖发育、生命活动的调节及遗传和变异等知识，以及生态系统的能量流动和物质循环等知识具有十分重要的意义。确作用步骤，能解决实验过程中出现的问题。通过分析有氧呼吸过程中物质和能量的变化，培养学生分析问题的能力；通过讨论及与教师的交流，提高学生用规范的生物学语言描述生物学事实的能力。
一、ATP的结构简式
ATP的结构式可简写成A—P~P~P，式中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表高能磷酸键。通常断裂和合成的是第二个高能磷酸键。
二、ATP与ADP的相互转化
1. ATP与ADP相互转化的反应式
?
2. ATP与ADP之间的相互转化关系
? ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切有关。
?（1）从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶应属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶应属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。
?（2）从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能。因此，能量的来源不同。
?（3）从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，而ATP水解的场所较多。因此，其合成与分解的场所不尽相同。
?综上所述，ATP与ADP的相互转化物质是可逆的，能量是不可逆的。
3. ATP与ADP相互转化的意义
?使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡之中，进而构成生物体内部稳定的供能环境。
三、ATP的形成途径
? 1.?对动物和人来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自呼吸作用。
? 2.?对绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自呼吸作用和光合作用。
四、生物体内的能源物质总结：
?（1）细胞中的重要能源物质——葡萄糖；
?（2）植物细胞中储存能量的物质——淀粉；
?（3）动物细胞中储存能量的物质——糖原；
?（4）生物体内储存能量的物质——脂肪；
?（5）生物体进行各项生命活动的主要能源物质——糖类；
?（6）生物体进行各项生命活动的直接能源物质——ATP；
?（7）生物体进行各项生命活动的最终能源物质——太阳光。
五、ATP中能量的利用
??在生物体内能量的转化和传递中，ATP是一种关键的物质。生物生命活动都离不开ATP。ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生物活动。这些能量形式主要有以下几种：
?（1）机械能??生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动都在做功，所消耗的就是ATP水解释放出的能。例如，纤毛和鞭毛的摆动，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。
?（2）电能??生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流，所做的电功消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。
?（3）化学能??生物体内物质的合成需要化学能，小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化能量较高的物质（如葡萄糖在分解前首先磷酸化）。在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做化学功。
?（4）光能??目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，用于发光的能量仍然直接来源于ATP。
六、细胞呼吸的概念
细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其它产物，释放出能量并生成ATP的过程。
七、细胞呼吸的方式：有氧呼吸、无氧呼吸
八、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
（一）实验原理：
1、酵母菌是单细胞真菌属于兼性厌氧菌。进行有氧呼吸,产生水和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。
2、CO2的检测方法：
（1）CO2使澄清石灰水变浑浊。
（2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
3、酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应,变成灰绿色。
(二)实验过程
（三）实验结果
1、CO2的放出情况：A、B两组都有CO2的产生，但A组产生的CO2更多。
2、酒精产生的情况：A组没有酒精的产生，B组产生了酒精。
（四）实验结果所说明的问题
1、A、B组都有CO2的产生说明了——酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生活
2、从CO2 产生的多少及有无酒精产生的情况，说明了——酵母菌在有氧和无氧的条件下都能进行呼吸作用，但呼吸作用方式不同，所以酵母菌是种兼性厌氧型微生物。
3、从A、B组的产物来看，说明了——酵母菌进行有氧呼吸的产物有CO2（还有水）；无氧呼吸的产物有CO2和酒精。
（五）对照实验与对比实验
1、概念
对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过的对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。
对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。一般设置实验组和对照组，遵循单一变量原则。
2、区别
对照实验：有对照组，单一变量，有检验标准，可以预测实验结果。
对比实验：无对照组只有实验组，多个变量，无检验标准，实验结果事先未知。
九、有氧呼吸
1、回顾
1）细胞呼吸的场所：线粒体、细胞质基质
2）线粒体的结构：
双膜结构，内膜向内折叠成嵴（增大了内膜的面积），嵴的周围充满了液态的基质，内膜和基质中都含有许多与呼吸作用有关的酶。
2、过程
第一阶段：细胞质基质 C6H12O6 酶 2CH3COCOOH+4[H]+少量能量（2ATP）
第二阶段：线粒体基质 2CH3COCOOH+6H2O 酶 6CO2+20[H] +少量能量（2ATP）
第三阶段：线粒体内膜 24[H]+6O2 酶 12H2O+大量能量（34ATP）
总反应式：C6H12O6 +6H2O+6O2 酶 6CO2 +12H2O +大量能量（38ATP）
3、C、H、O的来龙去脉：
C： C6H12O6 →丙酮酸→CO2
C6H12O6 丙酮酸→[H]→H2O
H [H]→H2O
H2O→[H]→H2O
O2→H2O
O H2O
C6H12O6→丙酮酸→CO2
4、有氧呼吸的概念
细胞在氧气的参与下，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，生成许多ATP的过程。
十、无氧呼吸
1、过程（场所：细胞质基质）
第一阶段： C6H12O6 酶 2CH3COCOOH+4[H]+少量能量（2ATP）
2CH3COCOOH+4[H] 酶 2C3H6O3（乳酸）
（乳酸菌和动物细胞及马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细
第二阶段 在缺氧时的无氧呼吸属于此种类型）
2CH3COCOOH+4[H] 酶 C2H5OH（酒精）+2CO2
（酵母菌和大多数的植物的无氧呼吸属于此种类型）
2、发酵：微生物的无氧呼吸也叫发酵，生成乳酸的叫乳酸发酵，生成酒精的叫酒精发酵。
3、无氧呼吸的概念：细胞在缺氧的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物进行不彻底的氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成ATP的过程。
4、无氧呼吸的特点：氧气的存在抑制了无氧呼吸的进行
有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路
有氧呼吸：所释放的能量一部分用于生成ATP，大部分以热能形式散失了。
无氧呼吸：能量小部分用于生成ATP和以热能形式散失，大部分储存于乳酸或酒精中。
十一、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不
同
点
反应条件
需要O2、酶和适宜的温度
不需要O2，需要酶和适宜的温度
呼吸场所
第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体内
全过程都在细胞质基质内
分解产物
CO2和H2O
CO2、酒精或乳酸
释放能量
较多，1 mol葡萄释放能量2870 kJ，其中1161 kJ转移至38molATP中
1 mol葡萄糖释放能量196．65 kJ(生成乳酸)或222 kJ(生成酒精)，其中均有61．08 kJ转移至2molATP中
相同点
其实质都是：分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动需要,都需要酶的催化，第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同
相互联系
第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同，之后在不同条件下，在不同的场所沿不同的途径，在不同的酶作用下形成不同的产物：
十二、影响呼吸作用的因素
1、温度：通过影响酶活性
2、含水量：随着水的数量增多，细胞呼吸的速率增高
3、O2的浓度：
①在一定范围内，随O2浓度的增大，有氧呼吸增强，达到一定浓度以后，由于受线粒体的限制，呼吸作用强度不再增大。
② O2的存在抑制了无氧呼吸的进行。
4、CO2的浓度：随着CO2的浓度升高，细胞呼吸的速率降低
十三、呼吸作用应用 （见课本P95）
1 . 在酿酒业上的应用：先通气，让酵母菌进行有氧呼吸，使其数量增加；然后隔绝空气，使其发酵，产生酒精。
2 . 在农业生产上：中耕松土，促进根系的有氧呼吸，有利于根系的生长及对矿质离子的吸收。
3 . 在医学上：利用氧气驱蛔、抑制破伤风等厌氧型细菌的繁殖。
4 . 在物质的储存时：控制氧气的浓度，抑制其呼吸作用，减少有机物的消耗。
一、ATP的知识点考察
例1：（浙江省2018届高三4月普通高校招生选考科目生物试题）ATP是细胞中的能量通货，下列叙述正确的是（ ）
A． ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B． ATP-ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C． ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D． ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
【答案】C
【解析】ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATP-ADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，B错误；ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误。
变式训练1：（浙江省诸暨中学2017-2018学年（上学期第二阶段考生物试题）ATP被喻为生物体的“能量货币”，为生命活动直接提供能量．图是ATP的结构示意图，下列叙述正确的是（ ）
A． ①表示腺苷 B． ②表示脱氧核糖
C． ③断裂后释放的能量最多 D． ④是高能磷酸键
【答案】D
【解析】图2是ATP的结构示意图，其中①是腺嘌呤，②核糖，腺苷包括①腺嘌呤和②核糖，所以A错误；②是核糖，B错误；③是普通磷酸键，④是高能磷酸键，只有高能磷酸键水解断裂，释放的能量才最多，C错误、D正确。
例2：（云南省玉溪市2018届高三适应性训练理科综合生物试题）下列关于酶、ATP与新陈代谢关系的叙述正确的是（ ）
A． 吸能反应与ATP的形成有关
B． 生物膜上发生的化学反应均需要酶的参与
C． 剧烈运动时细胞内ATP的分解速率大于合成速率
D． 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供
【答案】D
【解析】吸能反应与ATP的水解有关，A错误；生物膜上发生的化学反应不一定需要酶的参与，如光合作用过程中水的光解发生在类囊体薄膜上，但不需要酶的催化，B错误；人体在剧烈运动时ATP的合成速度和分解速度都加快，ATP和ADP的含量处于动态平衡，ATP的合成速率和分解速率相等，C错误；ATP是直接的能源物质，细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的，D正确。
变式训练2．（山西省太原市第五中学2018届高三第二次模拟考试（5月）理科综合生物试题）下列与生命的物质基础和结构基础有关的叙述，错误的是（ ）
A． DNA是细胞中的遗传物质，并非所有的DNA都与蛋白质结合
B． ADP由磷酸、腺嘌呤和核糖组成，其中含有高能磷酸键
C． 生物膜上的蛋白质具有传递信息、运输物质和催化反应等作用
D． 核孔是细胞内大分子物质自由进出的通道
【答案】D
【解析】DNA是细胞中的遗传物质，原核细胞中的DNA不与蛋白质结合，而真核细胞中的细胞核DNA与蛋白质结合，A正确；ADP的结构简式为A—P～P， 其中由核糖和腺嘌呤组成的A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键，即ADP由磷酸、腺嘌呤和核糖组成，含有高能磷酸键，B正确；生物膜包括细胞膜、核膜、细胞器膜，细胞膜上与传递信息密切相关的糖蛋白具有识别作用，细胞膜上的载体蛋白具有运输物质的作用，线粒体内膜上分布有具有催化作用的酶，该酶的化学本质是蛋白质，可见，生物膜上的蛋白质具有传递信息、运输物质和催化反应等作用，C正确；核孔是细胞内蛋白质和RNA等大分子物质选择性地进出细胞核的通道，D错误。
二、细胞呼吸
例3：（湖北省华中师范大学第一附属中学2018届高三5月押题考试理科综合生物试题）下列有关运动员长跑时生理变化过程的描述，正确的是（ ）
A． 大量产生C02，有氧呼吸明显升高 B．大量产生热能，人体体温明显升高
C． 大量消耗葡萄糖，血糖含量明显下降 D．大量消耗ATP，细胞内ATP的含量明显下降
【答案】A
【解析】运动员长跑时以有氧呼吸为主，因此大量产生C02，有氧呼吸明显升高，A正确；在细胞呼吸过程中，虽然产生大量的热能，但通过神经—体液的调节，机体散热增加，人体体温不会明显升高，B错误；长跑时，葡萄糖因氧化供能加快而被大量消耗，但通过神经调节和体液调节，肝糖原的分解过程加快，因此血糖含量不会明显下降，C错误；细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，长跑时，虽然大量消耗ATP，但细胞内ATP的含量仍然处于动态平衡之中，不会出现明显下降的现象，D错误。
变式训练3．（2018年普通高等学校招生全国统一考试生物（课标I卷））下列有关植物根系吸收利用营养物质元素的叙述，错误的是（ ）
A． 在酸性土壤中，小麦可吸收利用土壤中N2和NO3-
B． 农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收
C． 土壤微生物降解植物秸秆产生的无机离子可被根系吸收
D． 给玉米施肥过多，会因根系水分外流引起“烧苗”现象
【答案】A
【解析】植物根细胞从土壤中能吸收无机盐，但无机盐需以离子形成存在，所以N2不能直接吸收利用，A错误；根细胞吸收矿质元素的方式是主动运输，主动运输需要消耗能量，农田适时松土能促进根系的有氧呼吸，为根细胞吸收矿质元素提供更多的能量，因此农田适时松土有利于农作物根细胞对矿质元素的吸收，B正确；土壤中微生物可以分解植物秸秆中的有机物，产生无机盐离子，从而可以被根系吸收，C正确；给玉米施肥过多时，会使土壤溶液浓度过高，大于根系细胞溶液的浓度，植物细胞失水，导致植物因失水而萎蔫，引起“烧苗”现象，D正确。
例4：（2018年普通高等学校招生全国统一考试生物（全国III卷））下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是（ ）
A． 植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B． 食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C． 有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D． 植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
【答案】C
【解析】本题主要考查植物细胞的光合作用、细胞呼吸及生态系统能量流动的有关知识。植物在有氧时进行有氧呼吸，产物是CO2和H2O，并释放大量能量，合成大量ATP，在无氧时进行短时间的无氧呼吸，大部分组织无氧呼吸产物是CO2和酒精，某些组织或器官是乳酸，并释放少量能量，合成少量ATP；光合作用的光反应阶段主要反应是水的光解和合成ATP；食物链中的营养级同化的能量有三个去向：呼吸散失、传递给下一个营养级（除了最高营养级）和被分解者分解利用。植物在黑暗中有氧时可进行有氧呼吸，无氧时可进行无氧呼吸，A正确；食物链上的营养级同化的能量有三个去向：呼吸散失、传递给下一个营养级（除了最高营养级）和被分解者分解利用，B正确；有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是CO2和H2O、CO2和酒精，某些组织或器官是乳酸，C错误；植物光合作用的光反应阶段和呼吸作用过程中都可以合成ATP，D正确，所以选C。
变式训练4．（浙江省2018届高三4月普通高校招生选考科目生物试题）以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是（ ）
A． 将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀
B． 在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境
C． 乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D． 拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味
【答案】B
【解析】将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀，以便使酵母菌在混合液中均匀分布，A正确；酵母菌在无氧条件下才能将葡萄糖分解为乙醇，因此应在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，B错误；CO2可使澄清石灰水变混浊，乙试管中澄清的石灰水变浑浊，说明酵母菌细胞呼吸产生了CO2，C正确；甲试管中的酵母菌进行无氧呼吸将葡萄糖分解为乙醇和CO2，因此拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味，D正确。
例5：（2012年普通高等学校招生全国统一考试理综生物部分）下列有关碗豆的叙述，正确为是（ ）
A． 萌发初期，种子的有机物总量在增加
B． 及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害
C． 进人夜间，叶肉细胞内ATP 合成停止
D． 叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多
【答案】B
【解析】萌发过程中，因为不能进行光合作用会进行呼吸作用消耗有机物，总量会减少，A错误。及时排涝能防止根部细胞进行无氧呼吸产生酒精，B正确。进入夜间，叶肉细胞进行细胞呼吸能合成ATP，C错误。叶片黄化，叶绿素减少，叶绿体对红光的吸收是减少的，D错误。
变式训练5．（河南省中原名校2018届高三高考预测金卷理科综合生物试题）关于丙酮酸生成CO2的过程，下列叙述不成立的是（ ）
A． 既可生成[H]，也可释放少量能量
B． 既可生成ATP，也可消耗ATP
C． 既可在硝化细菌内进行，也可在酵母菌内进行
D． 既可在线粒体中进行，也可在细胞质基质中进行
【答案】B
【解析】根据以上分析可知，丙酮酸生成CO2的过程属于有氧呼吸第二阶段，该过程可以产生[H]，并释放少量的能量，A正确；有氧呼吸第二阶段释放的能量中一部分用于合成了ATP，但是不消耗ATP，B错误；硝化细菌、酵母菌都可以进行有氧呼吸，C正确；真核细胞中有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质，而原核细胞中该过程发生在细胞质基质，D正确。
例6．（东北师范大学附属中学2018届高三五模理综生物试题）如图是酵母菌呼吸作用实验示意图，有关叙述正确的是（ ）
A． 条件X下葡萄糖中能量的去向有热能、ATP中活跃的化学能和酒精中的化学能
B． 条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生C02和H2O
C． 试剂甲为溴麝香草酚蓝水溶液
D． 物质a产生的场所为线粒体基质
【答案】A
【解析】依据产物酒精可推知条件X为无氧，条件Y为有氧。在无氧呼吸过程中，葡萄糖分解释放少量的能量，没有释放的能量以化学能的形式储存在酒精中，释放的能量中的大部分以热能形式散失，少部分转变为ATP中活跃的化学能，A正确；葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸，在有氧条件下丙酮酸在线粒体中被分解，并产生C02和H2O，B错误；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应变成灰绿色，二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，因此试剂甲为酸性重铬酸钾溶液，C错误；物质a为CO2，无氧呼吸产生CO2的场所为细胞质基质，有氧呼吸产生CO2的场所为线粒体基质，D错误。
变式训练6．（全国（新课标区）2018届高三金优试卷模拟（一）理科综合冲刺卷生物试题）果绳是一种常见的昆虫，以腐烂的水果或植物体为食。下列相关叙述正确的是（ ）
A． 因果蝇易饲养繁殖快，所以常用作遗传学研究的材料
B． 果蝇进食以后，葡萄糖进入线粒体彻底氧化分解供能
C． 果蝇的细胞核含DNA，是完成基因复制和表达的场所
D． 雄果蝇产生的精子中一定有Y染色体
【答案】A
【解析】基因的表达即基因控制蛋白质的合成过程包括两个阶段：转录和翻译，转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中的核糖体上；有氧呼吸包括三个阶段，场所分别为细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜，葡萄糖分解产生丙酮酸只能发生在细胞质基质中；果蝇易饲养、繁殖快，适合用于遗传学研究。
果蝇具有易饲养、繁殖快、世代周期短、相对性状区分明显等优点，因此果蝇是遗传学研究的理想实验材料，A正确；葡萄糖分解为丙酮酸是在细胞质基质中进行的，B错误；基因表达包括转录和翻译，转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中的核糖体上，C错误；雄果蝇含有3对常染色体和一对性染色体XY，产生的精子中可能含有X染色体或Y染色体，D错误。
1．（重庆市綦江区实验中学2018届高三高考考前适应性考试生物试题）下图的纵坐标表示某种植物气体吸收量或释放量的变化，且该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃。下列说法正确的是（ ）
A． 若A代表O2吸收量，可以判断D点开始进行光合作用
B． 若A代表CO2释放量，E点时限制光合作用的因素可能是CO2浓度
C． 若A代表CO2释放量，若提高大气中CO2浓度，E点不移动
D． 若A代表O2吸收量，图示曲线是环境温度为25℃时测定的，当环境温度上升至30℃，B点下移
【答案】B
【解析】若A代表O2吸收量，则随光照强度的增大，从外界吸收的O2量逐渐减少，说明光合作用生成的O2被有氧呼吸所利用，所以光合作用是从O2吸收量减少开始的，即在D点之前光合作用已经进行，A错误；若A代表CO2释放量，则E点对应的光照强度为光饱和点（光合作用达到最大值所对应的最小光照强度），因此E点时限制光合作用的因素不再是光照强度，而可能是CO2浓度，若提高大气中CO2浓度，E点将向右下方移动，B正确，C错误；已知光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，若A代表O2吸收量，图示曲线是环境温度为25℃时测定的，当环境温度上升至30℃时，光合作用减弱，呼吸作用增强，B点则上移，D错误。
2．（福建省三明一中2018届高三毕业班模拟考理科综合生物试题）下列相关实验中变量的处理或分析错误的是（ ）
选
项
实验名称
处理
分析
①
探究温度对唾液淀粉酶活
性的影响
将唾液和淀粉液混合后，将每
一组温度控制在37℃
控制无关变量
②
探究酵母菌的呼吸方式
一组密封，一组通入空气
控制自变量
③
探究植物生长调节剂对扦
插枝条生根的作用
比较各组插条生根的长度
检验因变量
④
探究影响人工生态瓶稳定
的因素
生态瓶应放在阳光下直接照射
控制因变量
A． ①② B． ①④ C． ②③ D． ③④
【答案】B
【解析】自变量：在一组变量中，能够影响其他变量发生变化，而又不受其他变量影响的变量；因变量：依赖于其他变量，而又不能影响其他变量的变量；无关变量，也称控制变量，指与自变量同时影响因变量的变化、但与研究目的无关的变量。
探究温度对唾液淀粉酶活性的影响实验中，温度属于自变量，且每一组的温度应该不同，①错误；探究酵母菌的呼吸方式实验中，自变量是否通入氧气，所以一组密封，一组通入空气，②正确；探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用实验中，各组插条生根的长度属于因变量，③正确；探究影响人工生态瓶稳定的因素实验中，生态瓶应放在较强的散射光下，属于自变量的控制，④错误。综上所述，相关实验中变量的处理或分析错误的是①④，故选B。
3．（吉林省长春市普通高中2018届高三质量监测（四）理综生物试题）细胞是开放的系统，需要不断与环境进行物质与能量交换，实现自我更新。下列相关说法错误的是（ ）
A． 蓝藻能利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物
B． 酵母菌中有机物的氧化分解伴随着能量的释放，并生成ATP
C． 动物的卵细胞相对表面积大，有利于高效率地完成物质运输
D． 硝化细菌能利用某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物
【答案】C
【解析】蓝藻是原核生物，细胞中含有与光合作用有关的色素和酶，可以利用利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，A正确；酵母菌中有机物的氧化分解伴随着能量的释放，并生成ATP，B正确；动物的卵细胞体积大，相对表面积小，不利于高效率地完成物质运输，C错误；硝化细菌可以化能合成作用，能利用某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，D正确。
4．（全国（新课标区）2018届高三模拟卷（三）理科综合生物试题）小明同学参加冬季运动会3000米赛跑，取得了优异的成绩。下列有关叙述正确的是（ ）
A． 运动过程中所需的能量主要来自无氧呼吸
B． 运动过程中甲状腺激素持续作用于靶细胞发挥作用
C． 运动过程中产热量增加，散热量也增加
D． 运动过程中血浆pH降低，酶活性降低
【答案】C
【解析】A. 厌氧呼吸只是克服暂时缺氧的应急措施，小明运动过程中所需的能量主要来自有氧呼吸，A错误；B. 激素作用于靶细胞后就被灭活，因此甲状腺激素不能持续作用于靶细胞，B错误；C. 人是恒温动物，运动过程中产热量增加，产热器官主要是骨骼肌，同时散热量也增加，以维持体温的相对稳定，C正确；D. 人体内环境在运动过程中会保持稳态，血浆pH和酶活性都会保持相对稳定，D错误；
5．（北京市中国人民大学附属中学2018届高三考前热身练习（三模）生物试题）下列关于细胞内代谢活动和ATP的叙述，不正确的是（ ）
A． 大肠杆菌在核糖体上合成蛋白质需要线粒体提供ATP
B． 根毛细胞依靠主动转运从土壤中吸收K+时需要ATP
C． 乳酸杆菌在细胞溶胶进行厌氧呼吸时产生ATP
D． 蓝藻在细胞溶胶中进行碳反应的过程中不产ATP
【答案】A
【解析】大肠杆菌是原核生物，只含有核糖体，无线粒体；根毛细胞从土壤中吸收K+的方式是主动转运，该过程需要消耗ATP；乳酸杆菌进行厌氧呼吸场所在细胞溶胶；蓝藻是原核生物，光合作用的碳反应阶段不产生ATP。A. 大肠杆菌是原核生物，只有核糖体，但无线粒体，A错误；B. 根毛细胞从土壤中吸收K+是主动转运，需要ATP，B正确；C. 乳酸杆菌是原核生物，其厌氧呼吸发生在细胞溶胶中，产生ATP，C正确；D. 蓝藻在细胞溶胶中进行碳反应的过程中不产ATP，D正确。
6．（天成教育命题研究院2018年高考精准预测卷（一）理科综合生物试题）盐酸（HC1）是生物实验中常使用一种试剂。下列关于HC1在生物实验中的应用和作用的叙述，正确的是（ ）
A． HC1能改变细胞膜的通透性，并催化甲基绿吡罗红与核酸的结合
B． HC1对根尖细胞具有解离作用，并利于龙胆紫将染色质染为深色
C． 在浓盐酸的作用下橙色的重铬酸钾溶液与酒精反应虽现灰绿色
D． 在探究影响酶活性的因素时可用盐酸和Na0H溶液来调节酸碱度
【答案】D
【解析】在观察DNA和RNA在细胞中的分布实验中，盐酸可以改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，便于染色剂与DNA结合，但是盐酸并没有催化作用，A错误；盐酸是强酸，而龙胆紫为碱性染料，因此盐酸不利于龙胆紫将染色质染为深色，B错误；在浓硫酸的作用下橙色的重铬酸钾溶液与酒精反应虽现灰绿色，C错误；在探究影响酶活性的因素时，可用盐酸和Na0H溶液来调节酸碱度，D正确。
7．（2018届高三高考生物学临考保温卷（6月3日）生物试题）测定下列哪一项可简便而准确判断贮存的小麦种子的呼吸方式（ ）
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
【答案】D
【解析】酒精是无氧呼吸的产物，有无酒精的生成可以判断小麦种子是否进行了无氧呼吸，但是不能判断是否进行了有氧呼吸，A错误；水是有氧呼吸的产物，有无水的生成，可以判断小麦种子是否进行了有氧呼吸，但是不能准确判断其是否进行了无氧呼吸，B错误；有氧呼吸和无氧呼吸都消耗有机物，C错误；只有有氧呼吸才消耗氧气，所以只要消耗氧气，植物细胞就一定进行有氧呼吸；如果只进行有氧呼吸，则根据有氧呼吸的反应方程式可以看出，氧气的消耗量等于二氧化碳的释放量，如果二氧化碳的释放量大于氧气的消耗量，说明多出来的二氧化碳是无氧呼吸产生的；如果不消耗氧气，只产生二氧化碳，说明只进行无氧呼吸，因此可以根据O2消耗量与CO2生成量的比值，准确判断小麦种子的细胞呼吸方式，D正确。
8．（重庆市第一中学、合肥市第八中学、石家庄市第一中学2018届高三下学期高考模拟考试理科综合生物试题）在做“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验时，有人用血糖仪对稀释10倍后培养液中的葡萄糖浓度进行定量分析，并用葡萄糖消耗量计算出呼吸速率。下列说法正确的是（ ）
序号
时间（min）
稀释10倍的培养液中葡萄糖浓度
1
0
初始
24.5mmol/L
2
15
有氧1
18.6mmol/L
无氧1
21.3mmol/L
3
30
有氧2
9.9mmol/L
无氧2
13.5mmol/L
A． 该实验属于对照实验，其中有氧组为实验组、无氧组为对照组
B． 该实验也可用澄清的石灰水检测C02的产生情况，以浊度为实验指标
C． 随着时间变化装置中酵母菌种群的有氧呼吸速率、无氧呼吸速率都逐渐下降
D． 每升培养液中酵母菌前15min的有氧呼吸速率为0.393mmol/min，无氧呼吸速率为0.213mmol/min
【答案】B
【解析】分析：酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。方程式：有氧呼吸：C6H12O6+6H2O+O26CO2+12H2O+能量；无氧呼吸： C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量；CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养CO2的产生情况；橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（酒精）发生化学反应，在酸性条件下，变成灰绿色。
9．（2018年普通高等学校招生全国统一考试生物）有些作物的种子入库前需要经过风干处理，与风干前相比，下列说法错误的是（ ）
A． 风干种子中有机物的消耗减慢
B． 风干种子上微生物不易生长繁殖
C． 风干种子中细胞呼吸作用的强度高
D． 风干种子中结合水与自由水的比值大
【答案】C
【解析】风干的种子中自由水含量极少，细胞呼吸作用强度非常弱，因此有机物消耗减慢，A正确，C错误；风干的种子含水量少，不利于微生物的生长繁殖，B正确；风干的种子中自由水含量极少，导致结合水与自由水的比值增大，D正确。
种子风干的过程中自由水含量逐渐降低。在一定范围内，自由水与结合水比值的大小决定了细胞或生物体的代谢强度：比值越大说明细胞(或生物体)中自由水含量越多，代谢越强；反之，代谢越弱。
10．（2018年全国普通高等学校招生统一考试生物（天津卷））为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是
A． t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B． t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C． 若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D． 实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
【答案】C
【解析】本题以图文结合的形式考查了细胞呼吸的类型的相关知识，意在考查学生的识图、析图能力，运用所学的细胞呼吸的知识点解决相应的生物学问题的能力。
在t1~t2时刻，单位时间内氧气的减少速率越来越慢，说明酵母菌的有氧呼吸速率不断下降，A正确；t3时刻，培养液中氧气的含量不再发生变化，说明酵母菌基本不再进行有氧呼吸，此时主要进行无氧呼吸，t1和t3产生CO2的速率相同，所以单位时间内产生相同量的CO2，所以单位时间内无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的3倍，因此t3时，溶液中消耗葡萄糖的速率比t1时快，B正确；图示所给温度是最适温度，此时酶的活性最高，反应速率最快，因此若降低温度，氧气相对含量达到稳定时所需要的时间会变长，C错误；据图可知，酵母菌进行了无氧呼吸，无氧呼吸过程会产生酒精，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应后变成灰绿色，D正确。
11．（天津市耀华中学2018届高三第二次校级模拟考试理综生物试题）图1表示水稻细胞内发生的生理过程示意图，1～10表示生理过程，A～D表示化学物质。请据图分析:
（1）图1中发生在生物膜上的生理过程有_________(用图中数字表示)，A表示_______，D表示______。
（2）研究者将玉米叶肉细胞中的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响，结果如图2和图3所示。
①据图3分析，在光照强度为4和12时，转基因水稻产生的O2与原种水稻产生的O2的比值分别为_____，因此转基因水稻更适合栽种在________环境中。
②下列分析正确的有_________(多选）。
A．光照强度为2?4时，转基因水稻气孔导度大于原种水稻气孔导度，但两者的光合速率相同
B．光照强度低于8时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是气孔导度
C．光照强度为10?14时，原种水稻气孔导度下降但实际利用CO2量没有改变
D．光照强度为10?14时，转基因水稻光合速率上升与PEPC酶的功能有关
【答案】 4、5 丙酮酸 [H]和ATP 1:1、7:5 强光 ACD
【解析】本题结合过程图和曲线图，综合考查学生对光合作用、细胞呼吸等相关知识的熟记和理解能力。各问题情境的描述涉及有氧呼吸过程、无氧呼吸过程、光合作用过程及其影响的环境因素等相关知识。
【详解】
(1) 分析图1可知：1为发生在细胞质基质中的有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段；2为发生在细胞质基质中的无氧呼吸的第二阶段；3为发生在线粒体基质中的有氧呼吸第二阶段；4为发生在线粒体内膜上的有氧呼吸第三阶段；5为发生在类囊体薄膜上的光反应阶段；6为发生在叶绿体基质中暗反应阶段；7为释放O2，8为吸收O2；9为吸收CO2，10为释放CO2。可见，图1中发生在生物膜上的生理过程有4、5。A为丙酮酸，B为[H]，C为ADP和Pi，D为ATP和[H]。
(2) ①分析图3可知：当光照强度为4时，两种水稻的光合速率相等，转基因水稻产生的O2与原种水稻产生的O2的比值为1∶1；当光照强度为12时，转基因水稻与原种水稻的净光合速率分别是30μmol?m-2?s-1和20μmol?m-2?s-1，而二者的呼吸速率均为5μmol?m-2?s-1，所以转基因水稻产生的O2与原种水稻产生的O2的比值为（30＋5）∶（20＋5）＝7∶5。综上分析，转基因水稻更适合种植在强光的环境中。
②综合分析图2和图3曲线可知：光照强度为2?4时，转基因水稻气孔导度大于原种水稻气孔导度，但两者的光合速率相同，A正确；光照强度低于8时，转基因水稻的光合速率随光照强度的增加而增大，说明影响转基因水稻光合速率的主要因素是光照强度，B错误；光照强度为10?14时，原种水稻的气孔导度下降，但实际光合速率保持在30＋5＝35μmol?m-2?s-1，因此实际利用CO2量没有改变，C正确；光照强度为10?14时，转基因水稻光合速率上升且大于原种水稻，说明与导入的PEPC酶的功能有关，D正确。
12．（安徽省马鞍山市2018届高三第三次教学质量检测理综生物试题）图1为测定植物呼吸作用强度和光合作用强度的常用装置，图2表示在相同环境条件下，Ⅰ、Ⅱ两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题：
（1）如果用图1中甲、乙装置测定植物有氧呼吸速率，甲装置的作用是_______________，乙装置中X溶液为_______________，在_________条件下进行该实验。实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，乙装置红色液滴左移距离为b，则这段时间内呼吸作用消耗的氧气量为_______________（用液滴移动的距离表示）。
（2）图2中，光照强度为A时，植物Ⅰ真正光合作用速率______________（大于、小于、等于）植物Ⅱ真正光合作用速率，此时限制植物Ⅱ光合作用强度的环境因素有_______（至少答两点）；若12小时光照强度为B，12小时黑暗，24小时后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2 ________mg。
【答案】 纠正环境因素引起的实验测量误差（纠正大气压和温度等影响） 氢氧化钠溶液 遮光（无光、黑暗） a+b 大于 CO2 浓度、温度、水、无机盐 12
【解析】
本题以实验为依托，采用图文结合的形式考查学生对呼吸作用、光合作用及其影响的环境因素等相关知识的理解能力以及对实验的分析能力。
【详解】
(1) 用图1中甲、乙装置测定植物有氧呼吸速率，其中的甲装置为对照组，用死亡的植物代替正常生长的植物，其作用是纠正环境因素引起的实验测量误差（纠正大气压和温度等影响）。乙装置是测定植物有氧呼吸速率的装置，因变量是通过红色液滴移动的距离来体现的。在进行有氧呼吸时，O2的吸收量与释放的CO2量相等，不会引起装置内的气体压强改变，红色液滴不会移动。因此若要红色液滴移动，乙装置中X溶液应为能够吸收CO2的氢氧化钠溶液。为了排除植物的光合作用对实验的干扰，应在遮光（无光、黑暗）条件下进行该实验。甲装置红色液滴移动的距离是环境因素变化引起，乙装置红色液滴移动的距离是细胞进行有氧呼吸消耗的氧气引起，实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，乙装置红色液滴左移距离为b，则这段时间内呼吸作用消耗的氧气量为a＋b。
(2)图2中，当光照强度为0时，纵坐标所示的CO2吸收量表示呼吸速率，据此可推知：植物Ⅰ、Ⅱ的呼吸速率依次为2mg/h、1mg/h。当光照强度大于0时，纵坐标所示的CO2吸收量表示净光合速率，可见，当光照强度为A时，植物Ⅰ、Ⅱ的净光合速率均为6mg/h。依据“真正光合（作用）速率＝净光合速率＋呼吸速率”可知，当光照强度为A时，植物Ⅰ、Ⅱ的真正光合速率依次是8mg/h、7mg/h，即植物Ⅰ真正光合作用速率大于植物Ⅱ真正光合作用速率，此时限制植物Ⅱ光合作用强度的环境因素有CO2 浓度、温度、水、无机盐等。光照强度为B时，植物Ⅰ、Ⅱ的净光合速率依次为8mg/h、6mg/h；若12小时光照强度为B、12小时黑暗，则24小时后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2＝（8×12－2×12）－（6×12－1×12）＝12mg。
