ATP的主要来源---细胞呼吸

第3节 ATP的主要来源──细胞呼吸
【三点导析】
重点：有氧呼吸的过程及原理。
难点：细胞呼吸的原理和本质。
探究酵母菌细胞的呼吸方式。
考点：本节考点的重点知识有：细胞呼吸的过程、意义、影响因素和应用.本节知识与日常生活、生产实践联系密切，要注意这些知识的实际应用，同时要注意有关化学反应式及相关计算在本节中的应用。本考点在高考中出现频率较高，常以简答题形式出现。往往和光合作用一起考查，侧重考查细胞呼吸的影响因素、应用和相关实验的分析和探究。
【方法导拨】
1. 探究酵母菌细胞呼吸的方式
完成对比实验设计的六步法
近年来生物高考有关实验的内容越来越多，考查的内容呈多样化，多数考生的答题和标准答案的要求还有相当的距离，特别表现在对实验基本操作的表述上。答题存在问题有:对照不明确、指代不明确、观察指标不明确、混淆实验结果和实验结论等，问题的关键是我们没有从整体上把握实验设计的方法，我们可以分六步完成实验设计：
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出假设 如在本实验中我们可以根据自己的想法提出各种假设分别通过对比实验验证
方法步骤 1.设计对照实验（注意试管编号）,2.给与适宜条件（先给条件再做实验） ,3.控制单一变量做实验 (每组对照只能有一个变量 ),
现象 4.设计观察指标(设计的观察指标应是可见可测),
结果 5.得出试验结果 (根据本实验变量和现象不同得出 ),
结论 6.分析试验结论（高于试验结果的高度分析出的某种规律）.
2.有氧呼吸
场 所 发 生 反 应 产 物
第一阶段 细胞质基质 葡萄糖在酶参与下脱氢分解，产生丙酮酸和释放少量能量，形成少量ATP 丙酮酸、［H］、少量ATP
第二阶段 线粒体 在酶和H2O参与下，丙酮酸脱氢分解，产生CO2和释放少量能量，形成少量ATP CO2、[H]、少量ATP
第三阶段 线粒体 [H]和氧分子结合，生成H2O，释放大量能量，形成大量ATP H2O、大量ATP
从上表中可以看出，有氧呼吸是细胞在有氧的条件下，将葡萄糖彻底分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量的过程。
3.无氧呼吸
反应场所 发生反应 反应式 产物
细胞质基质 在酶参与下，葡萄糖分解，产生酒精和CO2，释放少量能量，形成少量ATP C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋能量 酒精、CO2、少量ATP
细胞质基质 在酶参与下，葡萄糖分解，生成乳酸，释放少量能量，形成少量ATP C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋能量 乳酸、少量ATP
微生物的无氧呼吸称为发酵。高等动、植物在缺氧条件下短时间内或部分组织内也能进行无氧呼吸，以保证生物体在缺氧条件下的能量供应。
人体内具有输氧的红细胞，自身还可以无氧呼吸方式得到能量，为生物体的生理活动及其功能适应提供了极好的例证。
从上述反应式可以看出，有氧呼吸和无氧呼吸气体变化的分析：
A、吸收的氧气=放出的二氧化碳，则只进行有氧呼吸时。
B、不吸收的氧气，只放出二氧化碳，则进行只进行无氧呼吸。
C、吸收的氧气＜放出的二氧化碳，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
4.有氧呼吸与无氧呼吸的关系如下表
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ATP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ATP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
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：
4.细胞呼吸的应用
（1）对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
（2）水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
（3）较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
（4）应当将蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等冷凉的地方储藏，这样能够降低细胞呼吸的速率，减少细胞内有机物的损耗。
（5）我国新疆吐鲁番地区所产的哈密瓜、葡萄等水果，以其质量优异驰名国内外。
处于北纬40 的吐鲁番盆地年光照约3400小时，昼夜温差极大，白天光合作用效率高，晚上呼吸作用因低温而较弱，消耗有机物少；细胞液中糖分多。在生产上我们晚上适当的降低温度可以提高产量。
【精题精析】
例题：1．右图表示两类动物的耗氧量与环境温度的关系。下列叙述正确的是
①甲是恒温动物 ②乙是恒温动物 ③甲是变温动物④乙是变温动物
A.①② B．③④ C．①④ D．②③
导引：环境温度越低，恒温动物的体温与外界温差越大，热量散失越多，恒温动物要保持体温恒定，必须增大产生热量，热量的产生是依靠有机物的氧化分解进行的。因此恒温动物在低温情况下，必然是耗氧量增加，产生更多的热量来维持体温恒定，故甲动物为恒温动物。变温动物在低温情况下进入冬眠，新陈代谢水平降至极低，耗氧量也必然低，故乙动物为变温动物。
答案：C
点评：关键是分析变温动物在低温情况下进入冬眠，新陈代谢水平降至极低。
2．右图表示某植：物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是( )。
A.氧浓度为a时，最适于贮藏该植物器官
B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍
C．氧浓度为c时，无氧呼吸最弱
D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等
导引：以CO2 释放量相对值计算，a浓度：氧的吸收为0，只有无氧呼吸；b浓度：有氧呼吸为3，无氧呼吸为(8—3)；c浓度：有氧呼吸为4，无氧呼吸为(6—4)；d浓度：有氧呼吸为7，无氧呼吸为0。由此判断：c浓度时，最适于贮藏该植物器官，b浓度：无氧呼吸消耗葡萄糖为2.5，为有氧呼吸(0.5)的5倍;d点无氧呼吸最弱，为0。
答案：B
点评：熟练掌握运用有氧呼吸和无氧呼吸反应式
A、吸收的氧气=放出的二氧化碳，则只进行有氧呼吸时。
B、不吸收的氧气，只放出二氧化碳，则进行只进行无氧呼吸。
C、吸收的氧气＜放出的二氧化碳，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
3.在用酵母菌做家庭酿酒的过程中，从密闭的发酵罐中检测到三种化学物质，其浓度变化如下图，图中P、Q、R三曲线依次代表
A.C2H5OH、CO2、O2 B.CO2、C2H5OH、O2
C.CO2、O2、C2H5OH D.C2H5OH、O2、CO2
导引：密闭发酵罐中随着酵母菌的一开始进行有氧呼吸，使氧气消耗至尽。然后进行无氧呼吸，产生酒精、CO2。
答案：B
点评：用酵母菌酿酒的过程中，先通气后密封，先通气有利于有氧呼吸，有利于酵母菌的繁殖，后密封，有利于无氧呼吸产生更多的酒精。
5．某实验小组的同学，为探究40℃与25℃对大麦种子的有氧呼吸速率的影响，设计了如右图所示的实验装置，并将其放人恒温水浴中。请依据所给的实验装置，在给出的实验方法和步骤的基础上，继续完成探究实验，预测可能的实验结果和结论。
(不考虑呼吸散热等因素对本实验的影响)
(1)方法和步骤：
步骤1：打开活塞，调节恒温水浴的温度为25℃，使刻
度管中的着色液在0刻度处，关闭活塞。20分钟后观
察发现刻度管中着色液向左移动了x(mm)；
步骤2：打开活塞，调节恒温水浴的温度为
______________________使刻度管中的着色液在0刻度处，
关闭活塞
(2)结果预测和结论：
①_____________________________________
②_____________________________________
③_____________________________________
(3)往实验装置的小试管中加入NaOH溶液的目
的是________________。如果将装置中的NaOH溶液改为
蒸馏水，仍在25℃恒温的条件下完成上述实验。20分钟后发现刻度管中着色液向右移动了一段距离，原因是_____________________________________
导引： (1)本题中的实验原理为：萌发的种子进行呼吸作用要消耗O2，而在呼吸作用过程中产生的CO2被NaOH吸收，所以着色液向左移动的距离即代表了种子萌发时消耗O2的体积，温度为变量时，应考虑不同温度对种子萌发的影响。也可以根据着色液向左移动一定距离所需时间来观察研究，则变量为时间和呼吸速率。(2)装置中的NaOH换成蒸馏水后，着色液向右移动，说明吸收O2的体积小于释放CO2 的体积，说明种子萌发时既有有氧呼吸，又有无氧呼吸。
答案：(1)40℃ 20分钟后观察实验现象，记录刻度管中着色液向左移动的距离
(2)①如果在40~(2的条件下，刻度管中着色液向左移动的距离大于，，则说明种子在40~C的条件下比在25~C的条件下有氧呼吸速率大 ②如果在40℃的条件下，刻度管中着色液向左移动的距离小于x，则说明种子在40℃的条件下比在25℃的条件下有氧呼吸速率小 ③如果在40℃的条件下，刻度管中着色液向左移动的距离等于x，则说明种子在40℃的条件下与在25℃的条件下有氧呼吸速率相等
(3)吸收呼吸作用产生的二氧化碳 种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，释放的二氧化碳的体积大于吸收的氧气的体积，容器内气压增大，所以着色液向右移动了一段距离
点评：本题为实验设计题。因为实验结果与实验过程中的条件、方法步骤以及所涉及的变量有关，条件、方法步骤以及变量不同所以结果也不一样，这样的题就是所谓的开放型试题，没有固定的答案。但要注意所用条件、方法步骤和变量与实验结果的一致性以及把握实验的基本原理。
【基能导练】
1．将一株呈现缺磷症状的植物，移栽到含有磷酸盐的全营养液中，植物体对磷酸盐的相对吸收量与通气状况有关（如下图）。图中X表示磷酸盐溶液中通入气态氮时，植物对磷酸盐的相对吸收量；Y表示磷酸盐溶液中通入空气时，植物对磷酸盐的相对吸收量。对上述吸收状况的最合理地解释是
A．氧气供应充足有利于磷酸盐转变为可吸收状态
B．气态氮供应充足不利于磷酸盐转变为可吸收状态
C．在一定范围内，氧气供应直接影响植物对磷酸盐的主动运输
D．在一定范围内，气态氮直接阻止植物对磷酸盐的主动运输
2．某个研究性学习小组，对哈密瓜种子的萌发过程进行研究。右图是他们根据实验结果绘制的曲线图，其中QCO2表示CO2的释放量，Qo2表示O2的吸收量。在下列解释中，不正确的是
A．在种子葫发的初期，有酒精生成
B．在胚根长出之后，细胞中的ATP浓度会逐渐上升
C．种子在萌发的30h之后，热量的释放呈上升趋势
D．在种子萌发的过程中，DNA和RNA的总量都在增加
3．牧区收割青干草往往要在牧草结籽前，而且要尽快晒干堆贮。这样做的目的是因为（ ）
①牧草在开花时营养成分向籽粒大量转移，而籽粒成熟后又极易脱落
②鲜草含自由水多，收割后不马上晒干微生物就旺盛活动而造成霉变
③鲜草晒干过程中，只是水分的丢失，矿质营养和有机营养并未损失
④新鲜青草，快速晾晒干燥，呼吸消耗降至最低，营养物质保留较多
⑤新鲜青草，迅速晒干后仍然保持着青绿色，可以继续进行光合作用
A．②③④ B．②④⑤ C．①③⑤ D．①②④
4．将等量且足量的苹果果肉分别放在O2浓度不同的密闭容器中，1小时后，测定O2的吸
收量和CO2的释放量，如下表：下列有关叙述中正确的是 （ ）
A．苹果果肉细胞在O2浓度为0～3％和5％～25％时，分别进行无氧呼吸和有氧呼吸
B．贮藏苹果时，应选择O2浓度为5％的适宜环境条件
C．O2浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生ATP越多
D．苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生乳酸和二氧化碳
5．一学生在15分钟内相继进行四次俯卧撑。右图表示每次俯卧撑数，对这一结果最合理的解释是 （ ）
A．肝脏贮藏的糖元不足B．糖类转化为酒精
C．供氧不足，乳酸积累D．肌肉组织中CO2过剩
6．右图是存放水果时，空气中的水果释放的CO2相对量（x）与氧气浓度（y）之间的关系曲线，你认为贮存水果应选择的最佳氧气浓度是 （ ）
A．A B．B C．C D．D
7．下列各项应用中，主要是利用细胞呼吸作用原理的是（ ）
①手指受伤时，选择透气的消毒纱布包扎。②利用葡萄糖、粮食和酵母菌制酒。③稻田定期排水。④光下适当增加作物环境中二氧化碳的浓度。
A．①②③④ B．①②③ C．②③④ D．①③
8．某学生在温室（玻璃）里进行植物栽培实验，他对室内空气中的CO2含量进行24小时测定，下图曲线能正确表示其测定结果的是
9．葡萄糖在细胞质内分解至丙酮酸的过程中，下列叙述正确的是
A．在线粒体中进行的无氧呼吸 B．需在有氧条件下进行 （ ）
C．不产生CO2 D．反应速度不受温度影响
10．下列关于植物呼吸作用的叙述，正确的是 （ ）
A．呼吸作用的中间产物丙酮酸可以通过线粒体双层膜
B．是否产生二氧化碳是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别
C．高等植物进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸
D．种子库中贮藏的风干种子不进行呼吸作用
11．有一瓶混合酵母菌和葡萄糖的培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。下列叙述错误的是
氧浓度(％) a b c d
产生C02的量 9mol 12.5mol 15mol 30mol
产生酒精的量 9mol 6.5mol 6mol 0mol
A．氧浓度为b时，经有氧呼吸产生的CO2为6mol B．a值应当为O
C．氧浓度为c时，有50％的葡萄糖用于酒精发酵 D．d浓度时只进行有氧呼吸
12．让实验动物猴吸入混有18O2的空气，该猴体内最先出现18O的化合物是（ ）
A．CO2 B．H2O C．C2H5OH D．C3H6O3
13．在自然条件下，有关植物呼吸作用的叙述中，正确的是（ ）
A．有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须进入线粒体
B．高等植物只能进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸
C．有氧呼吸产生二氧化碳，无氧呼吸不产生二氧化碳
D．有氧呼吸的强度晚上比白天强
14．取适量干重相等的4份种子进行不同处理：（甲）风干，（乙）消毒后浸水萌发，（丙）浸水后萌发，（丁）浸水萌发后煮熟冷却、消毒。然后分别放入4个保温瓶中。一段时间后，种子堆内温度最高是 （ ）
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
15．在适宜的温度条件下，在下列装置中都放入干酵母(内有活酵母菌)，其中适于产生酒精的装置是( )。
16. 右图表示大气中氧的浓度对植物组织内C02产生的影响，试据图回答：
(1)A点表示植物组织释放的C02较多，这些C02 的产物。
(2)由A到B，C02的释放量急剧减少，其原因是 。
(3)由B到C，C02的释放量又不断增加，其主要原因是
。
(4)为了有利于贮藏蔬菜或水果，贮藏室内的氧气应调节到图中的哪一点所对应的浓度 。采取这一措施的理由是 。
17．生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下：
据上面的图解回答：
（1）反应①②③④中，可在人体细胞中进行的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（2）粮食贮藏过程中，有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）在反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（4）蔬菜和水果长时间储藏、保鲜所需要的条件应为（ ）
A．低温、干燥、低氧 B．低温、湿度适中、低氧
C．高温、干燥、高氧 D．高温．湿度适中、高氧
18．矿质元素主要是由植物的根系所吸收的，它对植物正常的生长发育至关重要，缺乏矿质元素的植株一般生长缓慢，植株矮小、瘦弱，而矿质元素的吸收与根的呼吸作用关系密切。请利用下列所提供的材料用具设计一个实验验证根系的有氧呼吸能促进根对矿质养料的吸收。
一、材料用具
（1）玉米幼苗 （2）植物油 （3）脱脂棉 （4）广口瓶
（5）塑料细管 （6）植物无土培养液
二、实验步骤和实验结果
19．在科学研究中常用呼吸商（RQ=）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。
关闭活塞，在25℃下经20分钟读出刻度管中着色液移动距离。设装置1和装置2的着色液分别向左移动x和y（mm）。x和y值反映了容器内气体体积的减少。请回答：
（1）装置1的小瓶中加入NaOH溶液的目的是 。
（2）x代表 值，y代表 值。
（3）若测得x=200（mm），y=30（mm），则该发芽种子的呼吸商是 。
（4）若要测定已长出一片真叶幼苗的RQ值，则应将该装置放于何种条件下进行，为什么？
。
（5）为使测得的x和y值更精确，还应再设置一对照装置。对照装置的容器和小瓶中应分别放入 。设对照的目的是
。
参考答案：1．C 2．B 3．D 4．B 5．C 6．B 7．B 8．C 9．C 10．A 11．C 12．B 13．A 14．C 15．A
16. (1)无氧呼吸(2)氧气增加，无氧呼吸受到抑制(3)氧气充足时有氧呼吸加强，CO2释放量增多(4)B点所对应的浓度，这时有氧呼吸已明显降低，同时又抑制了无氧呼吸，水果和蔬菜组织内糖类等有机物分解得最慢。
17（1）①、②、④ （2）呼吸作用产生水 （3）②（4）B
18．（1）取两只一样大小的广口瓶，分别注入等量的无土培养液，再分别液入等量的少许植物油，在培养液表层形成油膜，编号为甲瓶、乙瓶。
（2）取两株长势大致相同的玉米苗，分别放入上述广口瓶中培养，并用脱脂棉分别加以固定。将两瓶置于有光照的地方。每天用塑料细管向甲瓶中吹气数次，乙瓶不吹气，每天观察记录甲、乙两瓶中植株的生长情况。
结果：甲瓶玉米苗生长迅速，植株高大、健壮。 乙瓶玉米苗生长缓慢，植株短小、瘦弱。
19．（1）吸收呼吸产生的二氧化碳 （2）消耗氧的体积 消耗氧和释放二氧化碳的体积之差
（3）0.85 （4）黑暗。避免因为幼苗进行光合作用，干扰呼吸作用的气体量的变化
（5）死的发芽种子和蒸馏水 用于校正装置1和2内因物理因素（或非生物因素）引起的容积变化
酶