生物：4.3《细胞呼吸》学案（3）（苏教版必修1）
文档属性
| 名称 | 生物：4.3《细胞呼吸》学案（3）（苏教版必修1） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 151.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2009-07-09 20:18:00 | ||
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文档简介
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第3节 细胞呼吸
一、学习目标
1、细胞呼吸：主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在生活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着释放能量的过程。
2、有氧呼吸：是指细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，指糖类等复杂有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。主要场所是线粒体。
3、无氧呼吸：是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。经无氧呼吸后未释放出来大量的能量贮存在不彻底的氧化产物中。场所是细胞质基质。
4、有氧呼吸和无氧呼吸的比较
呼吸类型比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸
呼吸场所 主要在线粒体内 细胞质基质
是否需氧 需氧分子参加 不需要氧分子参加
分解产物 二氧化碳和水 酒精或乳酸
释放能量 较多 较少
5、细胞呼吸原理的应用
在农业生产上，要设法增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。
对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法降低细胞的呼吸速率，尽可能减少有机物的消耗。
二、教材分析
1、重点难点与疑点
重点难点是细胞呼吸的概念、有氧呼吸的过程、无氧呼吸的过程、细胞呼吸原理的应用等。
疑点是有氧呼吸与无氧呼吸的比较等。
2、教材解读
课 文 解 读
一、细胞呼吸产生能量生命体的一切生命活动都需要能量。生命活动所需要的能量主要是通过细胞呼吸来提供的。细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在生活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着释放能量的过程。细胞呼吸的特点是有机物在酶的催化下，氧化分解产生的能量逐步释放出来，没有剧烈的发光发热现象。 有机物在生物体中被氧化而分解，释放能量，这叫做生物氧化，它发生在细胞里（真核细胞的有氧氧化主要发生在线粒体里）。有机体在呼吸时吸入氧气，呼出二氧化碳，是细胞中生物氧化的总结果，所以生物氧化也叫细胞呼吸。细胞呼吸有许多特点。首先，它是分阶段逐步完成的，每一步放出一定的能量，使能量得到充分利用。其次，它是在一系列酶的催化下，在体内近中性的环境中进行的。第三，细胞呼吸过程释放的化学能，转换成高能磷酸化合物的化学键能，主要以ATP形式贮存和利用。 细胞呼吸的能量利用效率是较高的。一克分子的葡萄糖充分燃烧后，完全氧化为二氧化碳和水时，释放出2.9×106焦的能量；而一克分子的ATP分解时，可被生物体利用的能量为3.3×104焦。整个细胞呼吸过程中，一分子葡萄糖能形成38个ATP。因此，在细胞呼吸的过程中，能量转换和传递的最终效率是3.3×104×38，除以2.9×106焦，即为43%左右。这比内燃机把化学能转换为机械能的效率（15～30%）要高得多。
二、细胞呼吸的过程有氧呼吸是细胞呼吸的主要类型，是生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量的过程。P62页书本图4-15 有氧呼吸是指细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，指糖类等复杂有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。主要场所是线粒体。有氧呼吸的三个阶段：第一阶段：C6H12O6──→2分子丙酮酸+少量[H]+少量ATP。场所是细胞质基质。第二阶段：2丙酮酸+6H2O──→6CO2+大量[H]+少量ATP。场所是线粒体基质第三阶段：大量[H]+6O2──→12H2O+大量ATP。场所是线粒体内膜。能量利用率：1mol葡萄糖在彻底氧化分解后释放出的能量为2870kJ，其中有1255kJ能量转移到ATP中，其余的能量都以热能的形式释放散失了。生物对葡萄糖中的能量利用率为：1255/2870≈0.44，即44%。总反应式：C6H12O6+6O2+6H2O──→6CO2+12H2O+能量说明：有氧呼吸的过程分为三个阶段，熟记这三个阶段是容易的，但要弄清其中 所隐藏的知识点是有一定难度的。但必须弄楚以下几点：①CO2是在第二阶段产生的，是丙酮酸和水反应生成的，CO2中的氧原子一个来自葡萄糖，另一个来自水；②O2参与反应的阶段是第三阶段，是[H]和氧结合生成水，所以呼吸作用产物水中的氧来自O2；③有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水在第二阶段参与和丙酮酸的反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的；④有氧呼吸过程中三个阶段进行的场所分别是：第一阶段在细胞质基质中进行；第二阶段是在线粒体基质中进行；第三阶段是在线粒体内膜进行。
无氧呼吸是指生活细胞在无氧或缺氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解成乙醇或乳酸等，同时释放出较少的能量的过程。 无氧呼吸是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。经无氧呼吸后未释放出来大量的能量贮存在不彻底的氧化产物中。微生物的无氧呼吸习惯上称为发酵。 无氧呼吸的两个阶段 第一阶段：C6H12O6──→2分子丙酮酸+少量[H]+少量ATP。场所是细胞质基质。 第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解的产物是不同的。 产物是酒精的反应方程式：2丙酮酸(CH3COCOOH)+2[H]──→2CH3CH2OH+2CO2+能量。如高等陆生植物在水淹的情况下，进行的短时间无氧呼吸；酵母菌的无氧呼吸，苹果的无氧呼吸等。 产物是乳酸的反应方程式：2丙酮酸(CH3COCOOH)+2[H]──→2C3H6O3+能量。如人和动物细胞在暂时相对缺氧时的无氧呼吸，玉米的胚、马铃薯的块茎、甜菜的块根等的无氧呼吸产物均是乳酸。 能量利用率：1mol葡萄糖经无氧呼吸分解成乳酸或酒精后，共释放出196.65kJ能量，其中有61.08kJ的能量贮存在ATP，其余的能量都是以热能的形式散发了。所以无氧呼吸的能量利用率为：61.08/196.65≈0.31，即31%。
P64页书本图4-18 有氧呼吸和无氧呼吸的比较 呼吸类型比较项目有氧呼吸无氧呼吸 呼吸场所主要在线粒体内细胞质基质 是否需氧需氧分子参加不需要氧分子参加 分解产物二氧化碳和水酒精或乳酸 释放能量较多较少说明：有氧呼吸和无氧呼吸的实质是一样的，都是氧化分解有机物并且释放能量。进行的具体过程既有相同之处，也有不同的地方。相同点是第一阶段完全一样，都是糖酵解过程，所需的酶和进行的场所完全一样。但从第二阶段开始就分道扬镳了，在无氧条件下，[H]还原丙酮酸，不同的生物由于酶不同，还原的产物也就不同。如马铃薯、玉米的胚、动物细胞、乳酸菌等的产物是乳酸，无氧呼吸产物是乳酸时就没有CO2。如苹果、陆生植物的根、酵母菌等进行无氧呼吸的产物是酒精和CO2。不论无氧呼吸的产物是什么，都有一个共同点：没有水生成。无氧呼吸的整个过程都是在细胞质基质中进行的，而有氧呼吸除第一阶段在细胞质基质中进行外，第二、第三阶段都是在线粒体中进行的。
影响呼吸作用的因素 1、温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。如下图曲线所示。 根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病原微生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏。2、氧气：氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2，酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用下图的曲线来表示。微生物的无氧呼吸称为发酵，氧气对发酵有抑制作用，图中的曲线也适用于微生物的无氧呼吸和有氧呼吸的描述。根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜水果时就降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点，如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物（如酒精等）往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜水果的贮藏保鲜。 3、CO2：增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。4、水：水既是呼吸作用的原料，也是呼吸作用的产物，呼吸作用的过程也必须在细胞内的水环境中才能完成。干燥的种子不能进行呼吸作用或呼吸作用强度极低，原因是细胞内缺少自由水，如果种子中含水量高，种子就会进行呼吸作用，从而影响种子的贮存寿命。种子在萌发过程中的呼吸作用强度会随着种子含水量的增加而增强，但如果环境中的含水量过多会影响氧气的供应，使萌发的种子缺氧而进行无氧呼吸，由于无氧呼吸的产物是酒精，对细胞有毒害作用，从而导致烂根烂芽。长期水淹会使陆生植物发黄、萎蔫，甚至死亡，原因是土壤中含水量过多，土壤中空气就会减少，甚至没有空气，此时根细胞就会进行无氧呼吸，无氧呼吸对陆生植物根系的危害是多方面的。主要是无氧呼吸产生的酒精对根细胞有毒害作用。其次是无氧呼吸提供的能量少，降低了根系对矿质元素离子的吸收，导致植物发黄。再次由于无氧呼吸为满足根的基本生理活动必需分解大量的有机物才能产生足够的能量维持基本的生命活动，所以长期水淹也会因根细胞内物质的过度消耗而导致根系死亡。水生植物能长期生活在水中，是通过长期的自然选择，产生了一系列的特征，如根、茎、叶中有气腔等通气结构，无氧呼吸的产生不是酒精而是其它的有机小分子物质，减轻了酒精对细胞的毒害作用，等等。
三、细胞呼吸原理的应用细胞呼吸是生物体内重要的代谢活动，它不仅为生命活动提供能量，其中间产物还是各种有机物之间转化的枢纽。因此，细胞呼吸的原理在生产实践中有广泛的应用。 就植物而言，细胞呼吸为植物吸收营养物质、细胞的分裂、植株的生长和发育等提供能量和各种原料，因此，在农业生产上，要设法增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。例如，早稻育秧初期适时排水、水稻生产中的适时露田和晒田等措施的实施都是为了增强根系的细胞呼吸。细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法降低细胞的呼吸速率，尽可能减少有机物的消耗等。粮食安全储藏时，要注意降低温度和保持干燥。例如，稻谷等种子含水量超过14.5%时，呼吸速率就会骤然增加。在生产上，常用晒干、充氮、通风和密闭等方法抑制细胞呼吸，延长保存期限。果蔬储藏时，采用降低氧浓度或温度等方法，也是为了抑制细胞呼吸。例如，苹果、梨、柑、橘等果实在0～1℃时可储藏几个月不坏；荔枝一般只能短期保鲜，但采用低温速冻等方法可保鲜6～8个月。农村广泛采用密闭的土窖保存水果蔬菜，也是利用水果自身产生的二氧化碳抑制细胞呼吸的原理。
拓展阅读
线粒体
细胞的呼吸作用主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分辨,只有在电子显微镜下才能看清楚。线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分开,是各种分子和离子进入线粒体内部的障壁。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把酶分子密集地包在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量，特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2～3倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性高,为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差,可以使催化三羧酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证呼吸作用的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，呼吸作用所产生的ATP可以更容易地向线粒体外面扩散。
线粒体既然是细胞进行呼吸作用的主要场所，那么有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酶,都分布在线粒体的外膜、膜内空间、内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。
有氧运动
人体的所有活动都需要能量。这些活动包括人体自身的生理活动，如呼吸、心跳、消化等等，以及人体每天所从事的生活、学习、工作和娱乐等过程中涉及到的活动，如行走、跳跃、说话等等。这些活动所需的能量来源于在细胞中进行的由物质转变成能量的过程，也就是我们每天进食的食物分子中储存的化学能，转变成能被生命等各种活动过程利用的能量的过程。
人体所能利用的直接能量形式是ATP，储存在各种营养素中的能量必须转变成ATP的形式才能为人体的各种需能过程所利用。完成这种转变的方式就是能量代谢过程。一般按能量代谢过程是否必须氧的参与，而将其分为无氧代谢和有氧代谢。不同的代谢过程利用的能源物质不同，无氧代谢主要利用糖，有氧代谢可以利用糖、脂肪和蛋白质。人体在正常活动时主要通过有氧代谢来获得能量，而在某些特殊情况下则主要通过无氧代谢来获得能量。运动时，由于运动的强度（剧烈程度）不同，体内为运动提供能量需要的代谢过程也不相同。我们如何判断体内进行的是有氧代谢还是无氧代谢？一般来讲，100—800米跑，运动中的冲刺，跳跃等均属以无氧代谢供能为主的项目，称为无氧运动；而长跑、越野赛、长距离的自行车赛、游泳，以及日常生活中的散步、慢跑等则属以有氧供能为主的项目，称为有氧运动。无氧运动因过于激烈，没有经过系统训练的一般人是很难承受其对身体的要求的。作为健康促进的锻炼手段，应该采用对身体确实有益，机体又能承受的有氧运动。
光呼吸作用
植物自四亿二千五百万年前首次移居陆地以来，已能适应陆地生活的种种问题，尤其是水分丧失的问题。我们知道植物会行光合作用，行光合作用时，CO2必须经由气孔进入叶片内，而气孔也是蒸散作用主要的水气出口；若此植物位于酷热且干燥的环境，它就必须协调光合作用与水分丧失的问题了。
在炎热又干燥的天气下，大部分的植物会关闭气孔以保留水分，相对地，此举亦会限制CO2的进气量而导致光合作用效率降低。在气孔只有部分关闭时，叶片气室内CO2的浓度会渐渐下降，光合作用产生的O2浓度则是慢慢增加。这时候叶片就会进行一种似乎无用的反应，称为光呼吸作用。
光呼吸作用指的是：当植物（如小麦和黄豆）因天气干热而将气孔关闭，使叶片内CO2浓度降低，导致光合作用第二阶段暗反应的原料短缺。因为核酮糖二磷酸缩化酶可以取代CO2而与O2结合，所以若叶片气室中的O2浓度高于CO2时，核酮糖二磷酸缩化酶就会让O2参与暗反应，而不是原本该上场的CO2。这步骤产生的物质会分裂，其中一段是二碳化合物，会从叶绿体输出。线粒体和过氧化小体接着会把此二碳化合物分解产生二氧化碳。这就是光呼吸作用。光呼吸作用不似一般细胞进行的呼吸作用一样会产生ATP，更不像光合作用一样能产生食物。事实上，光呼吸作用会降低光合作用中暗循环制造有机物质的效益。
科学家对光呼吸作用这种奇特的代谢的解释是：光呼吸作用是一种演化的程序，获说是更早期的演化遗迹。与现在相比，古代的大气中O2浓度很低，CO2浓度却很高，这时若核酮糖二磷酸缩化酶开始出现演化，其对O2的作用位置可能略有改变。假说认为现代核酮糖二磷酸缩化酶保留一些与O2结合的古代特性，在现代如此的高氧环境下，适度的光呼吸作用是不可避免的。
到底光呼吸作用对植物是不是有好处呢？现在还不知道，但已经有许多种植物（例如豌豆）的光呼吸作用大概会减少暗反应的50﹪的固碳作用。当我们认为我们的食物（植物）得依赖光合作用成长，我们自然就会是光呼吸作用为废物。事实上，若某些植物的光呼吸作用能降低或不影响光合作用产量，它们的产量反而会增加。
虽然，干燥又炎热的天气会导致气孔关闭，容易让植物行光呼吸作用，但有些种类的植物也演化出了特殊方法，可以减少光呼吸作用的进行，甚至在又热又干的天气下也行。这种光合作用的适应有两种重要机制：C4与CAM。
细胞呼吸和发酵技术
我们的祖先早就用粮食酿酒，其实酿酒就是酵母菌等微生物在无氧条件下产生乙醇的无氧呼吸过程，这一过程又称为发酵。“发酵”一词来自拉丁语“发泡”，愿意是指酵母菌作用于果汁或发芽谷物产生CO2的现象。现在把利用微生物或其他生物的细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其代谢产物的过程都称为发酵。现代发酵技术将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机结合，在发酵罐中充分利用微生物或其他生物的生长代谢活动来生产各种有用的物质。
现代发酵技术的应用非常广泛。青霉素、链霉素、红霉素等数百种抗生素就是通过发酵技术生产的。利用发酵技术还可大量生产干扰素、胰岛素、生长激素等药物和预防疟疾、狂犬病、脊髓灰质炎等的疫苗。
发酵技术应用于酿酒业，可以生产啤酒、果酒和白酒等。乳酸类、柠檬酸类饮料的生产也与乳酸菌、黑曲霉菌等的发酵有关。味精（谷氨酸钠）、酱油和醋、单细胞蛋白等也是发酵产品。
另外，发酵技术还应用于垃圾、废水的处理和沼气生产等方面。随着现代生物技术的发展，发酵技术的应用越来越广。
典型例题解析
例1、葡萄糖是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质。将一只实验小鼠放入含有放射性18O2气体的容器内，18O2进入细胞后，最先出现的放射性化合物是（ ）
A．丙酮酸 B．乳酸 C．二氧化碳 D．水
【点评】本题考查了有氧呼吸过程中反应前后物质的变化，以及元素的利用。在有氧呼吸过程中，O2气是参与氧化[H]，生成水的。所以当O2气被标记后，最先出现的放射性化合物是H 2O。
【解答】D
【总结】要熟悉有氧呼吸反应前后的物质变化。
【变式题练习】下图是呼吸作用示意图
请回答：
（1）高等植物进行有氧呼吸表示为（ ）
A．a → b → c B．a → b → d C．a → b → e
（2）酵母菌在无氧条件下进行的呼吸方式可表示为（ ）
A．a → b → c B．a → b → d C．a → b → e
（3）外界空气中的O2进入人体细胞的 参与 生成，共穿过 层生物膜。如人体在进行剧烈运动时，在肌细胞内还进行 呼吸，生成 ，产生少量能量。
【解答】（1）A（2）C （3）线粒体 H2O 11 无氧 乳酸
例2、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
【点评】无论是有氧呼吸还是无氧呼吸，反应的第一个阶段都是葡萄糖在细胞质里分解成丙酮酸，所以有没有氧气根本不影响这个过程，但是这一反应需要酶的催化，因此温度会影响反应速度。这个过程当然也不会产生二氧化碳。
【解答】C
【总结】有氧呼吸和无氧呼吸的整个过程都属于考查的范围，包括反应的场所，反应的条件，生成物等。
【变式题练习】向正在进行有氧呼吸的细胞悬液中分别加入a、b、c、d四种抑制剂，下列说法正确的是（ ）
A．若a能抑制丙酮酸分解，则使丙酮酸的消耗增加
B．若b能抑制葡萄糖分解，则使丙酮酸增加
C．若c能抑制ATP的形成，则使ADP的消耗增加
D．若d能抑制[H]氧化成水，则使O2的消耗减少
【解答】D
例3、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
【点评】高等植物主要进行有氧呼吸，在缺氧情况下也能进行无氧呼吸来维持生命。在有氧呼吸时，植物分解葡萄糖释放出二氧化碳和水；在无氧呼吸时，植物分解葡萄糖形成酒精、二氧化碳或形成乳酸，所以是否产生二氧化碳不是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别。种子库中贮藏的风干种子属于生命体，为了维持生命的延续当然会进行呼吸作用。有氧呼吸分三个阶段，第一阶段为葡萄糖在酶的作用下形成丙酮酸，场所在细胞质基质中，第二、第三阶段在线粒体中，所以形成的丙酮酸要通过线粒体双层膜才能进入线粒体中。
【解答】A
【总结】这是一道纯粹考查植物呼吸作用的测试题，能力要求属于识记层次，估计难度系数在0.50～0.55之间。
【变式题练习】低温能降低呼吸作用，从而降低呼吸消耗，有利于蔬菜水果的贮藏，但温度降低到何种程度呢？下列有关的说法你认为正确的是（ ）
A．温度降得越低，呼吸消耗越低，越有利于蔬菜水果的贮藏
B．温度略低于室温，呼吸消耗即有明显降低
C．温度降低的幅度应以不破坏植物细胞、组织的结构为标准
D．温度降低0℃时，呼吸作用完全停止，对蔬菜水果的保鲜最为有利
【解答】C
例4、机体在一定时间内，呼吸作用产生的CO2mol数与消耗的O2mol数的比值，常被用来判断呼吸分解有机物的种类。根据葡萄糖彻底氧化分解反应式计算，此比值应是（ ）
A．0.5 B．1.0 C．1.5 D．2.0
【点评】呼吸作用的类型有两种：有氧呼吸和无氧呼吸。其中有氧呼吸能对有机物彻底的氧化分解，产生CO2和H2O，其方程式是C6H12O6+6O2→6CO2+12H2O+能量，（n O2∶nCO2=1∶1）；无氧呼吸是将有机物不彻底氧化分解，产生乳酸或酒精和CO2，C6H12O6→2CH3CH2OH+2CO2+能量或C6H12O6→2C3H6O3+能量。由此根据题意，不难得出葡萄糖彻底氧化分解，呼吸作用产生的CO2mol数与消耗的O2mol数的比值为∶1。
【解答】B
【总结】本题从定量的关系上分析呼吸作用的实质。
【变式题练习】酵母菌在氧气充分时，也进行需氧呼吸，但一般来说，乙醇的发酵作用是衡量它的一个标准。酵母菌在含有葡萄糖的培养液中进行培养，做了测定单位时间内的吸氧量（气体体积）和二氧化碳发生量（气体体积）的实验。回答跟这个实验有关的问题。
（1）在酵母菌只进行需氧呼吸时，比较吸氧量和二氧化碳的发生量哪个大？ 。
（2）酵母菌同时进行需氧呼吸和乙醇发酵，假如等量的葡萄糖在需氧呼吸和乙醇发酵过程中被消耗掉，这时吸氧量和二氧化碳发生量之比是多少？ 。
（3）酵母菌同时进行需氧呼吸和乙醇发酵，根据需氧呼吸和乙醇发酵所生成的二氧化碳的量，如果相等，这时吸氧量和二氧化碳发生量之比又为多少？ 。
（4）如果酵母菌进行乙醇发酵消耗了360mg的葡萄糖，这时生成了多少摩尔的乙醇？（原子量分别是：C=14；H=1；O=16。） 。
【解答】（1）二者相等 （2）3:4 （3）1:2 （4）0.004mol
例5、同一植物体不同部分的呼吸强度可以不同，下列判断错误的是（ ）
A．幼叶的比老叶的高 B．萌发种子胚的比胚乳的高
C．枝条尖端的比基部的高 D．老根部分的比根尖的高
【点评】本题考查植物体不同部分呼吸强度的差异。植物的呼吸作用一方面受外界环境的影响，特别是温度、氧气、水分；另一方面与不同的生物不同部位有关。代谢活动强的部分，呼吸作用则较强。老根部分比根尖部分，代谢活动明显较弱，因此幼根的呼吸作用强度比老根部分高。
【解答】D
【总结】不同植物，或者同一植物的不同部位呼吸强度是有差别的。
【变式题练习】运动员在进行不同项目运动时，机体供能方式不同。对三种运动项目的机体总需氧量、实际摄入氧量和血液中乳酸增加量进行测定，结果如下：
运动项目 总需氧量（升） 实际摄入氧量（升） 血液乳酸增加量
马拉松跑 600 580 略有增加
400米跑 16 2 显著增加
100米跑 8 0 未见增加
根据以上资料分析马拉松跑、400米跑、100米跑运动过程中机体的主要供能方式分别是（ ）
A．有氧呼吸、无氧呼吸、磷酸肌酸分解 B．无氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解
C．有氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸 D．有氧呼吸、磷酸肌酸分解、无氧呼吸
【解答】A
例6、在科学研究中常用呼吸商（RQ＝释放的二氧化碳体积/消耗的氧体积）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 。
【点评】本题以生物呼吸为基础，考查了生物呼吸前后气体数量的变化，以及对实验分析的把握程度。装置1中发芽种子进行呼吸作用产生的二氧化碳全部被NaOH溶液所吸收，所以x代表消耗氧的体积。装置2中没有NaOH溶液，因此y代表消耗氧和释放二氧化碳的体积之差。当x＝200（mm），y＝30（mm），意味着消耗氧200，产生二氧化碳170，所以呼吸商是170/200=0.85。第4小题测定已长出一片真叶幼苗的RQ值，必须要考虑到光合作用对测定值的影响，所以要在黑暗条件下。为了使实验更加精确，那么要考虑到装置中原有气体的物理膨胀和收缩，所以还应该加上对照组，在对照组的容器和小瓶中分别加入死的发芽种子和蒸馏水。
【解答】（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
【总结】以实验的形式考查有氧呼吸中气体的变化，要注意实验的细节问题。
【变式题练习】从经过饥饿处理的植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片（见下图），称其干重。在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下分析。
（1）叶圆片y比叶圆片x （轻或重），原因是 。
（2）（y - x）g可代表 。
A．呼吸作用消耗的养料 B．蒸腾作用散失的水分
C．光合作用中有机物的净增量 D．光合作用中有机物的制造量
（3）叶圆片z比叶圆片y （轻或重），原因是 。
（4）在下午4时至晚上10时这段时间里，呼吸作用的速率可表示为 。
（5）如果从上午10时到下午4时这段时间里，温度不变，呼吸作用速率不变（与下午4时至晚上10时呼吸速率相同），则这段时间里制造的有机物为 g。
【解答】（1）重 经过光照后叶片光合作用积累了有机物，重量增加 （2）C
（3）轻 黑暗中叶片呼吸作用消耗了有机物，重量减轻 （4）y – z/6
（5）2y – x - z
例7、酵母菌在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸，将酵母菌放在含有培养液的密闭的锥形瓶中，测得CO2的释放量比氧气的吸收量大1倍，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的比为（ ）
A．1/6 B．1/3 C．1/2 D．1
【点评】酵母菌完全进行有氧呼吸，吸收的O2量与释放的CO2的量应是相等的，但题目中的条件是释放的CO2量比吸收的O2量大1倍，说明在题目所设的条件下酵母菌既进行有氧呼吸，也在进行无氧呼吸。由于以糖类为呼吸底物进行有氧呼吸时O2的吸收量与CO2的释放量是相等的，无氧呼吸时只释放CO2不吸收O2。解题时假设O2的吸收量为1mol，则因CO2的释放量是O2吸收量的两倍，所以共释放CO2的量为2mol。由于有氧呼吸时吸收的O2和释放出的CO2的量是相等的，所以这2molCO2中有1mol是有氧呼吸释放的，另1mol是无氧呼吸释放的。根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应方程式，有氧呼吸产生1molCO2需要消耗1/6mol葡萄糖，而无氧呼吸时产生1molCO2需要消耗1/2mol葡萄糖。所以有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为（1/6）/（1/2）=1/3。
【解答】B
【总结】酵母菌既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸，所以被作为呼吸作用的常考对象。
【变式题练习】现有一瓶酵母菌的葡萄糖液，通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如图所示，（假定两种呼吸作用产生CO2的速率相同）。部，在氧浓度为a时发生的情况是（ ）
A．100%酵母菌进行发酵 B．30%的酵母菌进行发酵
C．60%的酵母菌进行发酵 D．酵母菌停止发酵
【解答】C
例8、右图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化，请据图回答下列问题：
（1）外界氧浓度在10%以下时，该器官的呼吸作用方式是 。
（2）该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是 ，进行此种呼吸方式所用的底物是 。
（3）当外界氧浓度为4～5%时，该器官CO2释放量的相对值为0.6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的 倍，释放的能量约相当于有氧呼吸的 倍，转移到ATP的能量约相当于有氧呼吸的 倍。
【点评】根据图所示曲线，在氧浓度大于10%时，O2的吸收量与CO2的释放量相等，说明该非绿色组织此时进行的是有氧呼吸，呼吸底物主要是葡萄糖，因为以葡萄糖为呼吸底物时，根据有氧呼吸的反应方程式，吸收的氧气和释放的二氧化碳是相等的。在氧浓度小于10%时，CO2的释放量大于氧气的吸收量，说明有一部分CO2是通过无氧呼吸释放出来的，所以在氧浓度小于10%时就是无氧呼吸和有氧呼吸并存。
第3小题的计算方法是：在外界氧浓度为4～5%时，O2的吸收量相对值为0.4，则通过有氧呼吸释放的CO2的相对值也应为0.4，有氧呼吸分解1mol葡萄糖释放6molCO2，所以通过有氧呼吸消耗葡萄糖的相对值应为0.4/6。无氧呼吸释放的CO2的相对值为0.6-0.4=0.2，按题意该非绿色组织无氧呼吸产物是酒精和CO2，分解1mol葡萄糖释放2molCO2，所以通过无氧呼吸消耗的葡萄糖的相对值为0.2/2。由此可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖约相当于有氧呼吸的倍数是：（0.2/2）/（0.4/6）=1.5。释放的能量无氧呼吸约相当于有氧呼吸的倍数是：[（0.2/2）×196.65]÷[（0.4/6）×2870] =0.1027。无氧呼吸转移到ATP中的能量约相当于有氧呼吸的倍数是：[（0.2/2）×61.08]÷[（0.4/6）×1255]=0.073。
【解答】（1）有氧呼吸和无氧呼吸 （2）有氧呼吸 葡萄糖 （3）1.5 0.1 0.07
【总结】本题中所出现的图是呼吸作用过程中的经典图形，一定要深透了解每条曲线所代表的意义。
【变式题练习】如图所示的曲线，表示的是一个贮藏白菜的地窖，随着氧气的消耗，二氧化碳浓度变化的情况。请回答：
（1）A—B段O2的消耗量很大，CO2浓度上升也很快，白菜在进行 呼吸。
（2）C—D段O2浓度接近于零，而CO2浓度仍在上升，白菜在进行 呼吸。
（3）B—C段O2浓度已很低，CO2浓度几乎不上升，原因是 。
（4）为了有于较长时间地贮藏大白菜，应把地窖里的O2浓度控制在 段范围内。
【解答】（1）有氧 （2）无氧 （3）有氧呼吸进行得很慢而无氧呼吸尚被氧气所抑制 （4）BC
例9、番茄种子播种在苗床上，在适宜的条件下，第6天子叶展开，第9天幼叶出现。研究人员从种子到幼苗形成期间每天测定其干重，并绘制成曲线。下面四个曲线图中，正确的是（ ）
A B C D
【点评】这是一道将植物的光合作用和呼吸作用相结合的测试题，植物光合作用积累有机物，干重增加；呼吸作用消耗有机物，干重减少。本题番茄种子播种在苗床上，在适宜的条件下，第6天子叶展开，在这6天之间番茄种子并没有长出叶子，故不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，所以有机物干重逐渐减少。6天之后子叶展开，第9天幼叶也已出现，所以，番茄已能进行光合作用，虽然本身还在进行呼吸作用，但光合作用的速度远大于呼吸作用，所以有机物干重在6天之后逐渐增多。
【解答】A
【总结】光合作用积累有机物，而呼吸作用消耗有机物。两者相结合才表现为植物的逐渐生长。
【变式题练习】下图是在不同温度条件下测定某种植物光合作用与呼吸作用强度绘制成的曲线，试问在光照强度相同时，对植物生长最有利的温度是（ ）
A．t0～t1 B．t1～t2 C．t2～t3 D．t4～t5
【解答】C
例10、有一位科学家做了这样一个实验，将10g叶肉细胞中的叶绿体和线粒体分离开来，在离体条件下分别测定其光合作用中CO2的吸收量和呼吸作用中CO2的释放量，图A曲线表示：分别在15℃和30℃条件下，测定叶绿体在不同光照和不同温度条件下每小时CO2的吸收量；图B曲线表示：在不同温度条件下测得的线粒体呼吸作用每小时CO2的释放量。请仔细分析后回答下列问题：
（1）在温度为30℃，光照为8000勒克斯的条件下，离体叶绿体的光合作用强度为 μg/h/10g；在温度为15℃，光照为8000勒克斯时，离体叶绿体的光合作用强度为 μg/h/10g。在光照强度相同，温度不同的的条件下，光合作用强度不同，是因为受光合作用的 过程的限制。
（2）离体线粒体在温度为15℃和30℃时的呼吸作用强度分别为 μg/h/10g和 μg/h/10g。
（3）假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在30℃条件下的叶肉细胞内既不吸收CO2也不释放CO2的光照强度为 勒克斯，此时光合作用正好补偿呼吸作用的消耗，呼吸作用所释放出的CO2正好用于 。
（4）假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在温度为30℃，光照强度为8000勒克斯时，光照10h，然后转入无光条件下，温度也为30℃时，10克叶肉组织一昼夜能积累葡萄糖 μg。如果黑暗条件下的温度平均为15℃，则10克叶肉组织积累葡萄糖 μg。
（5）根据第（4）小题计算的结果，你如何解释种在新疆吐鲁番的哈蜜瓜比种在江苏的品质要好？
。
【点评】解这一类题目首先要读懂曲线，按题目的条件，由于上述数据是在叶绿体和线粒体离体的条件下测得的，光合作用和呼吸作用都是在独立的条件下进行。这与对整体叶片或植株的测量不同，对整体植株测得的吸收CO2或释放出O2的数据反应的是净光合作用速率，而真正的（或总的）光合作用速率还应该加上这段时间中的呼吸消耗。本题目所设条件叶绿体与线粒体已分离，在测定叶绿体的光合作用时不存在呼吸作用的影响。所以光合作用和呼吸作用速率（或强度）只要直接读取曲线中的有关数据就可以了。第3小题所设条件是叶肉细胞，内有叶绿体和线粒体，在光下既进行光合作用又进行呼吸作用，光合作用释放的O2有一部分被呼吸作用消耗掉，呼吸作用释放的CO2被光合作用吸收掉。当光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度称为光补偿点。在图B曲线中查出在30℃时每小时产生CO2量为1.5μg，在图B中查出在30℃时的每小时吸收CO21.5μg时的光照强度为1500勒克斯。第4小题，先算出10g叶肉组织在30℃、8000勒克斯光照条件下光合作用10h总共吸收CO2的量为8μg×10=80μg，在此期间10g叶肉组织的呼吸作用消耗为1.5μg×10=15μg，由此计算出在此条件下10h的净光合作用为80μg-15μg=65μg。一昼夜余下的14h是在无光条件下，此时只进行呼吸作用而不进行光合作用，在30℃条件下14h的呼吸作用消耗为1.5×14=21μg，所以一昼夜积累有机物44μg；在15℃条件下14h的呼吸作用消耗为0.75μg×14=11.5μg，一昼夜积累有机物为53.5μg。第5小题主要是考虑光照和温度对光合作用和呼吸作用的影响。
【解答】（1）8 4 暗反应 （2）0.75 1.5 （3）1500 光合作用 （4）44 53.5
（5）①吐鲁番地区属于高纬度地区，日照时间比江苏长，光合作用时间长；②吐鲁番地区属于沙漠性气候，日夜温差大，有利有机物质的积累。
【总结】光合作用往往和呼吸作用结合在一起进行考查，这样所涉及的面更广，所涉及的知识点更多。
【变式题练习】右图是在一定的CO2浓度和温度条件下，某阳性植物和阴性植物叶片受光强度和光合作用合成量（用CO2的
吸收量表示）的关系图。请据图回答：
（1）曲线B所表示的是 植物的受光强
度和光合作用合成量的关系。
（2）a、b点表示 。
（3）叶面积为25cm2的阳性植物叶片在光强度
为Y时每小时的光合作用合成量为 mg。
（4）将该阳性植物叶片先在光强度为X的条件
下放置若干时间，然后放于暗处（光强度为Q
时）12小时，要使此时叶的干物质量与照前一样，则需光照 小时。
（5）在同等条件下，阳性植物呼吸作用的强度比阴性植物 。
【解答】（1）阴性 （2）阳性植物和阴性植物光合作用合成量与呼吸作用所消耗有机物的量相等
（3）3 （4）6 （5）大
例11、如右图所示，将正在萌发的小麦种子放在一个广口瓶内，瓶内放一盛有NaOH溶液的小烧杯，广口瓶与一水银流体压力计相连，假设萌发的
种子用完了瓶中的所有气体，水银柱会升高到76cm处（等于大气压）。
（1）实验过程中，水银只升高15.9cm就不再升高了，这证明瓶中的空气被用了约
%（体积比），这证明种子只利用了瓶内的 。
（2）此实验中放入NaOH溶液的作用是 ，反应方程式为 。
（3）此实验证明了 。相关
的反应式为 。
（4）若实验中瓶内只放萌发的种子，则水银柱的变化为 ，理由是 。
（5）水银柱升高15.9cm后，萌发的种子将进行 。最终种子将死亡的原因是 。
（6）如果将小麦种子换成油菜种子（假定油菜种子进行呼吸时的底物是CH3（CH2）16COOH），实验中只放油菜种子而不使用NaOH，则液面将上升 cm。（不考虑容器内压力的变化）
【点评】一个大气压等于76cmHg，在大气中氧气占21%，其压强相当于76cmHg×21%=15.9cmHg，在本实验中萌发的种子进行呼吸作用消耗氧气释放二氧化碳，释放的二氧化碳被本实验装置中的氢氧化钠吸收，故水银柱将会上升。由于小麦种子中的主要成分是淀粉，在以糖类物质作为呼吸底物时，吸收的氧气和放出的二氧化碳的量是相等的。如果不是以糖类物质为呼吸底物，而以脂类物质为呼吸底物时，吸收的氧气和放出的二氧化碳的量是不等的，如呼吸底物以硬脂酸（CH3（CH2）16COOH）为例：CH3（CH2）16COOH+26O2→18CO2+18H2O+能量，从配平的反应方程式中可以看出吸收的氧气比释放出的二氧化碳多。所以第六小题水银柱液面的升高为（1-18/26）×15.9=4.98（cm）
【解答】（1）约21 O2 （2）吸收CO2 2NaOH + CO2→Na2CO3 + H2O
（3）萌发的小麦种子进行的主要是有氧呼吸 C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
（4）既不上升也不下降，有氧呼吸以糖类为底物进行呼吸时吸收的氧气和释放的CO2量相等，总体积不变 （5）无氧呼吸 无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 （6）4.89
【总结】本题结合了生物与物理、化学的知识，且以实验的形式进行考查，能力要求比较高。
【变式题练习】下图是测定种子萌发时由呼吸作用引起气体体积改变的装置，据图回答下列问题（有色水用于指示U型管内液面的变化，刻度玻璃管的横切面积为0.01cm2，种子呼吸作用产生的势量忽略不计）：
（1）实验结束时U型管右面的有色水液面下降，导致这一变化的原因是 。
（2）为测定种子萌发时氧气的吸收速率，用浓氢氧化钾溶液代替装置中有色水，U型管内液面有何变化
，解释原因 。
（3）怎样设置第二小题实验的对照实验 。
（4）如果对照组中U型管右面液面下降了，可能的原因是 。
（5）如果第二天后实验组U型管右面液面上升6.4cm，对照组U型管右面液面上升1.2cm，那么种子萌发时每日吸收的氧气体积是 。
【解答】（1）种子萌发时既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，释放的CO2多于吸收的氧气，装置中气体压强增强，U型管右面液面下降
（2）U型管右面液面上升，左面液面下降 种子呼吸作用释放的CO2被氢氧化钾吸收，而种子有氧呼吸消耗氧气，导致装置内气体压强减小，液面上升
（3）用同样量的煮熟的种子代替活种子，其他所有设置同于第2小题
（4）外界气体压强减小或标本室内温度上升 （5）（6.4-1.2）/2×0.01=0.026cm3
例12、提取水稻叶肉细胞的线粒体为实验材料进行如下实验：
①向盛有线粒体的试管内注入丙酮酸时，测得耗氧量较大；
②当注入葡萄糖时，测得好氧量为0；
③而同时注入细胞质基质和葡萄糖时，耗氧量又较大。
此实验说明：
（1）有氧呼吸的三步中，在线粒体内进行的是 。
（2）有氧呼吸过程中，细胞质基质的作用是 。
【点评】本题考查有氧呼吸的有关知识，考查理解和分析能力。从上述实验①、②可以看出，在线粒体内直接氧化分解的是丙酮酸，而不是葡萄糖，这说明有氧呼吸的三大步骤中，第二步丙酮酸氧化分解和第三步氢和氧结合成水是在线粒体中进行的。从实验③可以看出，细胞质基质能将葡萄糖分解成丙酮酸，丙酮酸进入线粒体后再进一步氧化分解。
【解答】（1）第二步、第三步 （2）把葡萄糖分解成丙酮酸
【总结】有氧呼吸的过程是要求理解掌握的，关键掌握下列几个方面：
①有氧呼吸的第一、二、三阶段发生的场所；②三个阶段相应的物质变化、能量变化；③怎样理解线粒体是有氧呼吸的主要场所。
【变式题练习】为了研究种子萌发时所需的条件，某学生设计了3个实验装置（A、B、C），置于光下，如下图所示。
（1）以下3种情况，能否得出结论？如果有的话是什么结论？
①只将装置A和装置B的实验结果比较。
②只将装置B和装置C的实验结果比较。
③只将装置A和装置C的实验结果比较。
试解释你怎样推论出你的答案。
（2）举出两项理由解释①所研究的条件对种子萌发的重要性。
（3）本实验的实验假设是什么？
（4）装置B中种子的干重一星期后有所减少，试解释此现象。
【解答】（1）①种子萌发需要水 ②种子萌发需要O2 ③装置A和C既有水分之别，还有供O2之差，且两者均未萌发，故根据对照实验原理不能得出结论。
（2）参与萌发的有机物的水解——物质运输；胚的生长需要充足的水分——软化种皮，使氧气透入，促进呼吸作用；水含量提高，酶活性加强，代谢加强。
（3）种子的萌发需要充足的水分和O2
（4）种子萌发后直到绿叶长出之前，只进行呼吸作用，消耗有机物，故干重降低。
例13、下图是植物体内几项生理活动关系示意图，请回答：
（1）通过[①] 把[A] 变成贮存在 中的稳定的化学能。
（2）影响[②] 的生态因素主要是 ，能量B中约有 %转移到ATP中。
（3）以上四种作用中能产生水的有 。在碳循环中，通过呼吸作用却不能将碳归还无机环境的是 （填序号）。
（4）[③] 在 条件下进行，能量C中约有 %转移到ATP中。
（5）在啤酒生产中，酵母苗大量繁殖时，通过上图中 （填序号）获得能量，发酵时，通过 （填序号）获得能量。
【点评】本题主要考查光合作用和呼吸作用的物质与能量代谢关系。本题涉及多个知识点，是一道两者联系的较为典型的综合题。明确光合作用、有氧呼吸、两种无氧呼吸的概念、能量变化、相互关系，以及它们与环境的关系是解答此题的关键。影响呼吸作用的因素较多，主要是空气(氧气)、温度。光合作用中光反应分解水，但在暗反应中能生成水；有氧呼吸第二阶段虽然消耗水，但第三阶段却能产生较多的水。两种无氧呼吸均不能生成水。能否生成水以及能否将碳归还无机环境都要根据产物来分析。呼吸作用产生的能量中只有一部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失，以各种生物最常利用葡萄糖为例可以计算出，有氧呼吸中，1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放的总能量为2870kJ，其中1161kJ转移形成ATP，而无氧呼吸产生乳酸的过程中，总能量为196.65kJ，其中只有61.08kJ转移到ATP中。酵母菌只有在有氧条件下才能大量繁殖后代；微生物的无氧呼吸通常称为发酵。
【解答】（1）光合作用 光能 糖类（通常指葡萄糖）
（2）呼吸作用 空气和温度 40.45（1161÷2870×100%） （3）①、② ③
（4）无氧呼吸 无氧 31.06（61.08÷196.65×100%） （5）② ④
【总结】光合作用、呼吸作用以及相互的联系是考试的重点、难点和热点。
【变式题练习】右图为温度对绿色植物的光合作用和呼吸作用的影响的曲线，①为实际的光合速率，②为呼吸速率，请据图回答下列问题：
（1）请在图上画出可测量出的光合作用速率
（即表观光合作用速率）。
（2）在 ℃左右，这株绿色植物的重量
增加最大，其原因是 。
（3）低温时光合速率降低的原因是
。
（4）35℃时光合作用速率开始下降，50～60℃
时完全停止，其原因是 。
【解答】（1）
（2）20 实际光合速率与呼吸速率的差最大
（3）温度低，酶活性降低 （4）气孔关闭，酶活性降低
例14、某实验小鼠适宜生活在25℃左右的环境中，为探究低于适宜温度的环境（如10℃）对小鼠能量代谢的影响（能量代谢的强弱用单位时间的耗氧量表示），请依据所给的实验装置（如图3-7-2）、实验材料和用品，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，并回答问题。
实验室温度：25℃左右
材料和用品：小鼠、冰袋、秒表等
方法和步骤：
步骤1：将小鼠放入广口瓶的笼子内，加塞密闭。打开夹子（A）、（B）、（C），片刻后关闭夹子（B），用注射器抽取10毫升氧气备用。关闭夹子（C），打开夹子（B），使水检压计液面左右平齐。
步骤2：
步骤3：
结果预测和结论：① ② ③
该实验最可能的结果和结论应是 。原因是 。
【点评】本题以有氧呼吸为媒介，实验操作、分析为考试手段，考查了温度对生物能量代谢的影响。由于实验所涉及的知识点比较简单，即小鼠是恒温动物，在10℃比25℃下维持体温所消耗的能量多，所以只要仔细分析实验的过程，题目应该比较容易解答。
【解答】步骤2：待小鼠安静后，关闭夹子（A），记下时间，将注射器向前推进5毫升（推进数量合理即可），水检压计液面左侧升高，关闭夹子（B），待水检压计的液面左右平齐时，记录时间。得到在25℃环境中小鼠消耗5毫升氧气所用时间。
结果预测和结论：
步骤3：将冰袋放在广口瓶周围，调节距离，使瓶内的温度稳定在10℃，待小鼠安静后，重复步骤1、2中的有关操作。得到在10℃环境中小鼠消耗5毫升氧气所用时间。
①消耗5毫升氧气所用的时间10℃少于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。
②消耗5毫升氧气所用的时间10℃多于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会减弱。
③消耗5毫升氧气所用时间10℃等于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢不受影响。
最可能的结果和结论是：消耗5毫升氧气所用的时间10℃少于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。因为小鼠是恒温动物，在10℃比25℃下维持体温所消耗的能量多。
【总结】有氧呼吸是能量代谢的基础，所以把握好有氧呼吸的实质有助于解决一些能量代谢的题目。
【变式题练习】下图实验中，5支试管内都盛有水，都处于相同光照下，3、4、5三支试管内分别放有一些水蜗牛，1号试管外有纱布包裹着，每支试管中均加有重碳酸氢盐指示剂，此指示剂变色范围为：CO2浓度小于0.03%——紫色，CO2浓度等于0.03%——红色，CO2浓度大于0.03%——黄色。实验结果如下表所示：
结果 试管
1 2 3 4 5
指示剂最初颜色 红 红 红 红 红
指示剂最终颜色 红 紫 黄 红 黄
（1）1号试管指示剂始终为红色的原因是 。
（2）4号试管指示剂始终为红色的原因是 。
（3）5号试管颜色由红色转变为黄色的原因是 。
（4）如果将上述装置放在完全黑暗的环境中，水蜗牛死亡的先后顺序是 ，原因是
。
【解答】（1）1号试管外有纱布包裹，光照较弱，光合作用强度等于呼吸作用强度，CO2浓度不变
（2）4号试管植物内光合作用吸收的CO2等于植物和水蜗牛呼吸作用释放的CO2，试管内CO2浓度不变
（3）5号试管内只有水蜗牛呼吸作用释放CO2，CO2浓度增大
（4）3 4 5 3号试管在黑暗中水蜗牛和池藻都要进行呼吸作用，氧气最早消耗完；4号试管水蜗牛数少于3号试管，消耗氧气慢于3号试管；5号试管中只有水蜗牛，氧气消耗最慢。
知识结构
【知识点图表】
【学法指导】
1．通过比较，理解细胞呼吸的能量利用率及意义。
2．通过对细胞呼吸过程的研究，理解有氧呼吸和无氧呼吸的场所、过程及区别。
3．在细胞呼吸意义理解的基础上，具备分析、解决粮食储藏、果蔬保鲜等生产生活中实际问题的能力。
教材习题参考答案
1．（1）有氧呼吸 （2）丙酮酸 能量 CO2 [H] [H] 水 能量
（3）ATP （4）光合作用 有机物 氧气 太阳光
2．（1）无氧呼吸 （2）无氧呼吸被抑制 （3）有氧呼吸不断加强 （4）B点。此点植物组织的呼吸作用最弱。
3．（1）40 30 （2）日温主要影响小麦的光合作用，夜温主要影响小麦的呼吸作用。采用日温高、夜温低的方法能够有效地缩短小麦生长周期，又能提高子粒干重。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
www.
酶
酶
酶
酶
酶
酶
酶
葡萄糖
丙酮酸
CO2+H2O+能量（大量）
C2H5OH（酒精）+CO2+能量（少量）
C3H6O3（乳酸）+能量（少量）
或
无氧
有氧
温度
呼吸强度
CO2的释放量
| | | | | |
5 10 15 20 25 30 O2%
CO2释放的总量
无氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸消失点
氧的浓度与有氧无氧呼吸之间的关系
C CO2和H2O
e 酒精和CO2
d 乳酸
a 葡萄糖
b 丙酮酸
在上午10时移走
的叶圆片x（x g）
在下午4时移走
的叶圆片y（y g）
在晚上10时移走
的叶圆片z（z g）
在阳光
下照射
在下午4时移动整
个装置置于黑暗中
18–
12–
6 –
CO2
C2H5OH
数 量
0
a O2%
气体交换的相对值
| | | | | |
5 10 15 20 25 30 O2%
CO2的释放量
2.0-
1.5-
1.0-
0.5-
0
O2的吸收量
25 20 15 10 5 0 O2浓度
CO2浓度
A
B C
D
相对强度
总光合作用强度
呼吸作用强度
温度
t0
t1
t2
t3
t4
CO2吸收量（μg/h/10g）
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
光照强度（×1000勒克斯）
A
30℃
15℃
CO2释放量（μg/h/10g）
2.0
1.5
1.0
0.5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
温度(℃)
B
12
8
4
0
-4
CO2的吸收量
（CO2mg/100cm2/小时
b
a
A
B
Q V W
X Y Z
NaOH溶液
萌发的种子
水银
15.9cm
左
右
有刻度的
玻璃管
有色水
标本室
种子
湿棉花
塞子
种子
干棉絮
湿棉絮
油层
经煮沸的水
A
B
C
不透光的箱
一 星 期 后
1
3
2
4
5
10
30
20
40
温度(℃)
CO2(mg/dm2h)
①
②
1
3
2
4
5
10
30
20
40
温度(℃)
CO2(mg/dm2h)
①
②
图3-7-2
池藻
一层
纱布
水蜗牛
水蜗牛
水蜗牛
细胞呼吸
细胞呼吸产生能量
细胞呼吸的概念
细胞呼吸的特点
细胞呼吸的过程
有氧呼吸
概念
场所：主要在线粒体中进行
反应式：C6H12O6+6O2+6H2O──→6CO2+12H2O+能量
过程：分三个阶段
酶
无氧呼吸
概念
场所：细胞质基质
反应式：
过程：分为二个阶段
C6H12O6──→2CH3CH2OH+2CO2+能量（少量）
C6H12O6──→2C3H6O3+能量（少量）
酶
酶
细胞呼吸原理的应用
农业生产
粮食储藏
果蔬保鲜
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第3节 细胞呼吸
一、学习目标
1、细胞呼吸：主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在生活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着释放能量的过程。
2、有氧呼吸：是指细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，指糖类等复杂有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。主要场所是线粒体。
3、无氧呼吸：是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。经无氧呼吸后未释放出来大量的能量贮存在不彻底的氧化产物中。场所是细胞质基质。
4、有氧呼吸和无氧呼吸的比较
呼吸类型比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸
呼吸场所 主要在线粒体内 细胞质基质
是否需氧 需氧分子参加 不需要氧分子参加
分解产物 二氧化碳和水 酒精或乳酸
释放能量 较多 较少
5、细胞呼吸原理的应用
在农业生产上，要设法增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。
对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法降低细胞的呼吸速率，尽可能减少有机物的消耗。
二、教材分析
1、重点难点与疑点
重点难点是细胞呼吸的概念、有氧呼吸的过程、无氧呼吸的过程、细胞呼吸原理的应用等。
疑点是有氧呼吸与无氧呼吸的比较等。
2、教材解读
课 文 解 读
一、细胞呼吸产生能量生命体的一切生命活动都需要能量。生命活动所需要的能量主要是通过细胞呼吸来提供的。细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在生活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着释放能量的过程。细胞呼吸的特点是有机物在酶的催化下，氧化分解产生的能量逐步释放出来，没有剧烈的发光发热现象。 有机物在生物体中被氧化而分解，释放能量，这叫做生物氧化，它发生在细胞里（真核细胞的有氧氧化主要发生在线粒体里）。有机体在呼吸时吸入氧气，呼出二氧化碳，是细胞中生物氧化的总结果，所以生物氧化也叫细胞呼吸。细胞呼吸有许多特点。首先，它是分阶段逐步完成的，每一步放出一定的能量，使能量得到充分利用。其次，它是在一系列酶的催化下，在体内近中性的环境中进行的。第三，细胞呼吸过程释放的化学能，转换成高能磷酸化合物的化学键能，主要以ATP形式贮存和利用。 细胞呼吸的能量利用效率是较高的。一克分子的葡萄糖充分燃烧后，完全氧化为二氧化碳和水时，释放出2.9×106焦的能量；而一克分子的ATP分解时，可被生物体利用的能量为3.3×104焦。整个细胞呼吸过程中，一分子葡萄糖能形成38个ATP。因此，在细胞呼吸的过程中，能量转换和传递的最终效率是3.3×104×38，除以2.9×106焦，即为43%左右。这比内燃机把化学能转换为机械能的效率（15～30%）要高得多。
二、细胞呼吸的过程有氧呼吸是细胞呼吸的主要类型，是生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量的过程。P62页书本图4-15 有氧呼吸是指细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，指糖类等复杂有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。主要场所是线粒体。有氧呼吸的三个阶段：第一阶段：C6H12O6──→2分子丙酮酸+少量[H]+少量ATP。场所是细胞质基质。第二阶段：2丙酮酸+6H2O──→6CO2+大量[H]+少量ATP。场所是线粒体基质第三阶段：大量[H]+6O2──→12H2O+大量ATP。场所是线粒体内膜。能量利用率：1mol葡萄糖在彻底氧化分解后释放出的能量为2870kJ，其中有1255kJ能量转移到ATP中，其余的能量都以热能的形式释放散失了。生物对葡萄糖中的能量利用率为：1255/2870≈0.44，即44%。总反应式：C6H12O6+6O2+6H2O──→6CO2+12H2O+能量说明：有氧呼吸的过程分为三个阶段，熟记这三个阶段是容易的，但要弄清其中 所隐藏的知识点是有一定难度的。但必须弄楚以下几点：①CO2是在第二阶段产生的，是丙酮酸和水反应生成的，CO2中的氧原子一个来自葡萄糖，另一个来自水；②O2参与反应的阶段是第三阶段，是[H]和氧结合生成水，所以呼吸作用产物水中的氧来自O2；③有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水在第二阶段参与和丙酮酸的反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的；④有氧呼吸过程中三个阶段进行的场所分别是：第一阶段在细胞质基质中进行；第二阶段是在线粒体基质中进行；第三阶段是在线粒体内膜进行。
无氧呼吸是指生活细胞在无氧或缺氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解成乙醇或乳酸等，同时释放出较少的能量的过程。 无氧呼吸是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。经无氧呼吸后未释放出来大量的能量贮存在不彻底的氧化产物中。微生物的无氧呼吸习惯上称为发酵。 无氧呼吸的两个阶段 第一阶段：C6H12O6──→2分子丙酮酸+少量[H]+少量ATP。场所是细胞质基质。 第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解的产物是不同的。 产物是酒精的反应方程式：2丙酮酸(CH3COCOOH)+2[H]──→2CH3CH2OH+2CO2+能量。如高等陆生植物在水淹的情况下，进行的短时间无氧呼吸；酵母菌的无氧呼吸，苹果的无氧呼吸等。 产物是乳酸的反应方程式：2丙酮酸(CH3COCOOH)+2[H]──→2C3H6O3+能量。如人和动物细胞在暂时相对缺氧时的无氧呼吸，玉米的胚、马铃薯的块茎、甜菜的块根等的无氧呼吸产物均是乳酸。 能量利用率：1mol葡萄糖经无氧呼吸分解成乳酸或酒精后，共释放出196.65kJ能量，其中有61.08kJ的能量贮存在ATP，其余的能量都是以热能的形式散发了。所以无氧呼吸的能量利用率为：61.08/196.65≈0.31，即31%。
P64页书本图4-18 有氧呼吸和无氧呼吸的比较 呼吸类型比较项目有氧呼吸无氧呼吸 呼吸场所主要在线粒体内细胞质基质 是否需氧需氧分子参加不需要氧分子参加 分解产物二氧化碳和水酒精或乳酸 释放能量较多较少说明：有氧呼吸和无氧呼吸的实质是一样的，都是氧化分解有机物并且释放能量。进行的具体过程既有相同之处，也有不同的地方。相同点是第一阶段完全一样，都是糖酵解过程，所需的酶和进行的场所完全一样。但从第二阶段开始就分道扬镳了，在无氧条件下，[H]还原丙酮酸，不同的生物由于酶不同，还原的产物也就不同。如马铃薯、玉米的胚、动物细胞、乳酸菌等的产物是乳酸，无氧呼吸产物是乳酸时就没有CO2。如苹果、陆生植物的根、酵母菌等进行无氧呼吸的产物是酒精和CO2。不论无氧呼吸的产物是什么，都有一个共同点：没有水生成。无氧呼吸的整个过程都是在细胞质基质中进行的，而有氧呼吸除第一阶段在细胞质基质中进行外，第二、第三阶段都是在线粒体中进行的。
影响呼吸作用的因素 1、温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。如下图曲线所示。 根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病原微生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏。2、氧气：氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2，酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用下图的曲线来表示。微生物的无氧呼吸称为发酵，氧气对发酵有抑制作用，图中的曲线也适用于微生物的无氧呼吸和有氧呼吸的描述。根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜水果时就降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点，如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物（如酒精等）往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜水果的贮藏保鲜。 3、CO2：增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。4、水：水既是呼吸作用的原料，也是呼吸作用的产物，呼吸作用的过程也必须在细胞内的水环境中才能完成。干燥的种子不能进行呼吸作用或呼吸作用强度极低，原因是细胞内缺少自由水，如果种子中含水量高，种子就会进行呼吸作用，从而影响种子的贮存寿命。种子在萌发过程中的呼吸作用强度会随着种子含水量的增加而增强，但如果环境中的含水量过多会影响氧气的供应，使萌发的种子缺氧而进行无氧呼吸，由于无氧呼吸的产物是酒精，对细胞有毒害作用，从而导致烂根烂芽。长期水淹会使陆生植物发黄、萎蔫，甚至死亡，原因是土壤中含水量过多，土壤中空气就会减少，甚至没有空气，此时根细胞就会进行无氧呼吸，无氧呼吸对陆生植物根系的危害是多方面的。主要是无氧呼吸产生的酒精对根细胞有毒害作用。其次是无氧呼吸提供的能量少，降低了根系对矿质元素离子的吸收，导致植物发黄。再次由于无氧呼吸为满足根的基本生理活动必需分解大量的有机物才能产生足够的能量维持基本的生命活动，所以长期水淹也会因根细胞内物质的过度消耗而导致根系死亡。水生植物能长期生活在水中，是通过长期的自然选择，产生了一系列的特征，如根、茎、叶中有气腔等通气结构，无氧呼吸的产生不是酒精而是其它的有机小分子物质，减轻了酒精对细胞的毒害作用，等等。
三、细胞呼吸原理的应用细胞呼吸是生物体内重要的代谢活动，它不仅为生命活动提供能量，其中间产物还是各种有机物之间转化的枢纽。因此，细胞呼吸的原理在生产实践中有广泛的应用。 就植物而言，细胞呼吸为植物吸收营养物质、细胞的分裂、植株的生长和发育等提供能量和各种原料，因此，在农业生产上，要设法增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。例如，早稻育秧初期适时排水、水稻生产中的适时露田和晒田等措施的实施都是为了增强根系的细胞呼吸。细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法降低细胞的呼吸速率，尽可能减少有机物的消耗等。粮食安全储藏时，要注意降低温度和保持干燥。例如，稻谷等种子含水量超过14.5%时，呼吸速率就会骤然增加。在生产上，常用晒干、充氮、通风和密闭等方法抑制细胞呼吸，延长保存期限。果蔬储藏时，采用降低氧浓度或温度等方法，也是为了抑制细胞呼吸。例如，苹果、梨、柑、橘等果实在0～1℃时可储藏几个月不坏；荔枝一般只能短期保鲜，但采用低温速冻等方法可保鲜6～8个月。农村广泛采用密闭的土窖保存水果蔬菜，也是利用水果自身产生的二氧化碳抑制细胞呼吸的原理。
拓展阅读
线粒体
细胞的呼吸作用主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分辨,只有在电子显微镜下才能看清楚。线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分开,是各种分子和离子进入线粒体内部的障壁。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把酶分子密集地包在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量，特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2～3倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性高,为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差,可以使催化三羧酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证呼吸作用的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，呼吸作用所产生的ATP可以更容易地向线粒体外面扩散。
线粒体既然是细胞进行呼吸作用的主要场所，那么有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酶,都分布在线粒体的外膜、膜内空间、内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。
有氧运动
人体的所有活动都需要能量。这些活动包括人体自身的生理活动，如呼吸、心跳、消化等等，以及人体每天所从事的生活、学习、工作和娱乐等过程中涉及到的活动，如行走、跳跃、说话等等。这些活动所需的能量来源于在细胞中进行的由物质转变成能量的过程，也就是我们每天进食的食物分子中储存的化学能，转变成能被生命等各种活动过程利用的能量的过程。
人体所能利用的直接能量形式是ATP，储存在各种营养素中的能量必须转变成ATP的形式才能为人体的各种需能过程所利用。完成这种转变的方式就是能量代谢过程。一般按能量代谢过程是否必须氧的参与，而将其分为无氧代谢和有氧代谢。不同的代谢过程利用的能源物质不同，无氧代谢主要利用糖，有氧代谢可以利用糖、脂肪和蛋白质。人体在正常活动时主要通过有氧代谢来获得能量，而在某些特殊情况下则主要通过无氧代谢来获得能量。运动时，由于运动的强度（剧烈程度）不同，体内为运动提供能量需要的代谢过程也不相同。我们如何判断体内进行的是有氧代谢还是无氧代谢？一般来讲，100—800米跑，运动中的冲刺，跳跃等均属以无氧代谢供能为主的项目，称为无氧运动；而长跑、越野赛、长距离的自行车赛、游泳，以及日常生活中的散步、慢跑等则属以有氧供能为主的项目，称为有氧运动。无氧运动因过于激烈，没有经过系统训练的一般人是很难承受其对身体的要求的。作为健康促进的锻炼手段，应该采用对身体确实有益，机体又能承受的有氧运动。
光呼吸作用
植物自四亿二千五百万年前首次移居陆地以来，已能适应陆地生活的种种问题，尤其是水分丧失的问题。我们知道植物会行光合作用，行光合作用时，CO2必须经由气孔进入叶片内，而气孔也是蒸散作用主要的水气出口；若此植物位于酷热且干燥的环境，它就必须协调光合作用与水分丧失的问题了。
在炎热又干燥的天气下，大部分的植物会关闭气孔以保留水分，相对地，此举亦会限制CO2的进气量而导致光合作用效率降低。在气孔只有部分关闭时，叶片气室内CO2的浓度会渐渐下降，光合作用产生的O2浓度则是慢慢增加。这时候叶片就会进行一种似乎无用的反应，称为光呼吸作用。
光呼吸作用指的是：当植物（如小麦和黄豆）因天气干热而将气孔关闭，使叶片内CO2浓度降低，导致光合作用第二阶段暗反应的原料短缺。因为核酮糖二磷酸缩化酶可以取代CO2而与O2结合，所以若叶片气室中的O2浓度高于CO2时，核酮糖二磷酸缩化酶就会让O2参与暗反应，而不是原本该上场的CO2。这步骤产生的物质会分裂，其中一段是二碳化合物，会从叶绿体输出。线粒体和过氧化小体接着会把此二碳化合物分解产生二氧化碳。这就是光呼吸作用。光呼吸作用不似一般细胞进行的呼吸作用一样会产生ATP，更不像光合作用一样能产生食物。事实上，光呼吸作用会降低光合作用中暗循环制造有机物质的效益。
科学家对光呼吸作用这种奇特的代谢的解释是：光呼吸作用是一种演化的程序，获说是更早期的演化遗迹。与现在相比，古代的大气中O2浓度很低，CO2浓度却很高，这时若核酮糖二磷酸缩化酶开始出现演化，其对O2的作用位置可能略有改变。假说认为现代核酮糖二磷酸缩化酶保留一些与O2结合的古代特性，在现代如此的高氧环境下，适度的光呼吸作用是不可避免的。
到底光呼吸作用对植物是不是有好处呢？现在还不知道，但已经有许多种植物（例如豌豆）的光呼吸作用大概会减少暗反应的50﹪的固碳作用。当我们认为我们的食物（植物）得依赖光合作用成长，我们自然就会是光呼吸作用为废物。事实上，若某些植物的光呼吸作用能降低或不影响光合作用产量，它们的产量反而会增加。
虽然，干燥又炎热的天气会导致气孔关闭，容易让植物行光呼吸作用，但有些种类的植物也演化出了特殊方法，可以减少光呼吸作用的进行，甚至在又热又干的天气下也行。这种光合作用的适应有两种重要机制：C4与CAM。
细胞呼吸和发酵技术
我们的祖先早就用粮食酿酒，其实酿酒就是酵母菌等微生物在无氧条件下产生乙醇的无氧呼吸过程，这一过程又称为发酵。“发酵”一词来自拉丁语“发泡”，愿意是指酵母菌作用于果汁或发芽谷物产生CO2的现象。现在把利用微生物或其他生物的细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其代谢产物的过程都称为发酵。现代发酵技术将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机结合，在发酵罐中充分利用微生物或其他生物的生长代谢活动来生产各种有用的物质。
现代发酵技术的应用非常广泛。青霉素、链霉素、红霉素等数百种抗生素就是通过发酵技术生产的。利用发酵技术还可大量生产干扰素、胰岛素、生长激素等药物和预防疟疾、狂犬病、脊髓灰质炎等的疫苗。
发酵技术应用于酿酒业，可以生产啤酒、果酒和白酒等。乳酸类、柠檬酸类饮料的生产也与乳酸菌、黑曲霉菌等的发酵有关。味精（谷氨酸钠）、酱油和醋、单细胞蛋白等也是发酵产品。
另外，发酵技术还应用于垃圾、废水的处理和沼气生产等方面。随着现代生物技术的发展，发酵技术的应用越来越广。
典型例题解析
例1、葡萄糖是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质。将一只实验小鼠放入含有放射性18O2气体的容器内，18O2进入细胞后，最先出现的放射性化合物是（ ）
A．丙酮酸 B．乳酸 C．二氧化碳 D．水
【点评】本题考查了有氧呼吸过程中反应前后物质的变化，以及元素的利用。在有氧呼吸过程中，O2气是参与氧化[H]，生成水的。所以当O2气被标记后，最先出现的放射性化合物是H 2O。
【解答】D
【总结】要熟悉有氧呼吸反应前后的物质变化。
【变式题练习】下图是呼吸作用示意图
请回答：
（1）高等植物进行有氧呼吸表示为（ ）
A．a → b → c B．a → b → d C．a → b → e
（2）酵母菌在无氧条件下进行的呼吸方式可表示为（ ）
A．a → b → c B．a → b → d C．a → b → e
（3）外界空气中的O2进入人体细胞的 参与 生成，共穿过 层生物膜。如人体在进行剧烈运动时，在肌细胞内还进行 呼吸，生成 ，产生少量能量。
【解答】（1）A（2）C （3）线粒体 H2O 11 无氧 乳酸
例2、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
【点评】无论是有氧呼吸还是无氧呼吸，反应的第一个阶段都是葡萄糖在细胞质里分解成丙酮酸，所以有没有氧气根本不影响这个过程，但是这一反应需要酶的催化，因此温度会影响反应速度。这个过程当然也不会产生二氧化碳。
【解答】C
【总结】有氧呼吸和无氧呼吸的整个过程都属于考查的范围，包括反应的场所，反应的条件，生成物等。
【变式题练习】向正在进行有氧呼吸的细胞悬液中分别加入a、b、c、d四种抑制剂，下列说法正确的是（ ）
A．若a能抑制丙酮酸分解，则使丙酮酸的消耗增加
B．若b能抑制葡萄糖分解，则使丙酮酸增加
C．若c能抑制ATP的形成，则使ADP的消耗增加
D．若d能抑制[H]氧化成水，则使O2的消耗减少
【解答】D
例3、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
【点评】高等植物主要进行有氧呼吸，在缺氧情况下也能进行无氧呼吸来维持生命。在有氧呼吸时，植物分解葡萄糖释放出二氧化碳和水；在无氧呼吸时，植物分解葡萄糖形成酒精、二氧化碳或形成乳酸，所以是否产生二氧化碳不是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别。种子库中贮藏的风干种子属于生命体，为了维持生命的延续当然会进行呼吸作用。有氧呼吸分三个阶段，第一阶段为葡萄糖在酶的作用下形成丙酮酸，场所在细胞质基质中，第二、第三阶段在线粒体中，所以形成的丙酮酸要通过线粒体双层膜才能进入线粒体中。
【解答】A
【总结】这是一道纯粹考查植物呼吸作用的测试题，能力要求属于识记层次，估计难度系数在0.50～0.55之间。
【变式题练习】低温能降低呼吸作用，从而降低呼吸消耗，有利于蔬菜水果的贮藏，但温度降低到何种程度呢？下列有关的说法你认为正确的是（ ）
A．温度降得越低，呼吸消耗越低，越有利于蔬菜水果的贮藏
B．温度略低于室温，呼吸消耗即有明显降低
C．温度降低的幅度应以不破坏植物细胞、组织的结构为标准
D．温度降低0℃时，呼吸作用完全停止，对蔬菜水果的保鲜最为有利
【解答】C
例4、机体在一定时间内，呼吸作用产生的CO2mol数与消耗的O2mol数的比值，常被用来判断呼吸分解有机物的种类。根据葡萄糖彻底氧化分解反应式计算，此比值应是（ ）
A．0.5 B．1.0 C．1.5 D．2.0
【点评】呼吸作用的类型有两种：有氧呼吸和无氧呼吸。其中有氧呼吸能对有机物彻底的氧化分解，产生CO2和H2O，其方程式是C6H12O6+6O2→6CO2+12H2O+能量，（n O2∶nCO2=1∶1）；无氧呼吸是将有机物不彻底氧化分解，产生乳酸或酒精和CO2，C6H12O6→2CH3CH2OH+2CO2+能量或C6H12O6→2C3H6O3+能量。由此根据题意，不难得出葡萄糖彻底氧化分解，呼吸作用产生的CO2mol数与消耗的O2mol数的比值为∶1。
【解答】B
【总结】本题从定量的关系上分析呼吸作用的实质。
【变式题练习】酵母菌在氧气充分时，也进行需氧呼吸，但一般来说，乙醇的发酵作用是衡量它的一个标准。酵母菌在含有葡萄糖的培养液中进行培养，做了测定单位时间内的吸氧量（气体体积）和二氧化碳发生量（气体体积）的实验。回答跟这个实验有关的问题。
（1）在酵母菌只进行需氧呼吸时，比较吸氧量和二氧化碳的发生量哪个大？ 。
（2）酵母菌同时进行需氧呼吸和乙醇发酵，假如等量的葡萄糖在需氧呼吸和乙醇发酵过程中被消耗掉，这时吸氧量和二氧化碳发生量之比是多少？ 。
（3）酵母菌同时进行需氧呼吸和乙醇发酵，根据需氧呼吸和乙醇发酵所生成的二氧化碳的量，如果相等，这时吸氧量和二氧化碳发生量之比又为多少？ 。
（4）如果酵母菌进行乙醇发酵消耗了360mg的葡萄糖，这时生成了多少摩尔的乙醇？（原子量分别是：C=14；H=1；O=16。） 。
【解答】（1）二者相等 （2）3:4 （3）1:2 （4）0.004mol
例5、同一植物体不同部分的呼吸强度可以不同，下列判断错误的是（ ）
A．幼叶的比老叶的高 B．萌发种子胚的比胚乳的高
C．枝条尖端的比基部的高 D．老根部分的比根尖的高
【点评】本题考查植物体不同部分呼吸强度的差异。植物的呼吸作用一方面受外界环境的影响，特别是温度、氧气、水分；另一方面与不同的生物不同部位有关。代谢活动强的部分，呼吸作用则较强。老根部分比根尖部分，代谢活动明显较弱，因此幼根的呼吸作用强度比老根部分高。
【解答】D
【总结】不同植物，或者同一植物的不同部位呼吸强度是有差别的。
【变式题练习】运动员在进行不同项目运动时，机体供能方式不同。对三种运动项目的机体总需氧量、实际摄入氧量和血液中乳酸增加量进行测定，结果如下：
运动项目 总需氧量（升） 实际摄入氧量（升） 血液乳酸增加量
马拉松跑 600 580 略有增加
400米跑 16 2 显著增加
100米跑 8 0 未见增加
根据以上资料分析马拉松跑、400米跑、100米跑运动过程中机体的主要供能方式分别是（ ）
A．有氧呼吸、无氧呼吸、磷酸肌酸分解 B．无氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解
C．有氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸 D．有氧呼吸、磷酸肌酸分解、无氧呼吸
【解答】A
例6、在科学研究中常用呼吸商（RQ＝释放的二氧化碳体积/消耗的氧体积）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 。
【点评】本题以生物呼吸为基础，考查了生物呼吸前后气体数量的变化，以及对实验分析的把握程度。装置1中发芽种子进行呼吸作用产生的二氧化碳全部被NaOH溶液所吸收，所以x代表消耗氧的体积。装置2中没有NaOH溶液，因此y代表消耗氧和释放二氧化碳的体积之差。当x＝200（mm），y＝30（mm），意味着消耗氧200，产生二氧化碳170，所以呼吸商是170/200=0.85。第4小题测定已长出一片真叶幼苗的RQ值，必须要考虑到光合作用对测定值的影响，所以要在黑暗条件下。为了使实验更加精确，那么要考虑到装置中原有气体的物理膨胀和收缩，所以还应该加上对照组，在对照组的容器和小瓶中分别加入死的发芽种子和蒸馏水。
【解答】（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
【总结】以实验的形式考查有氧呼吸中气体的变化，要注意实验的细节问题。
【变式题练习】从经过饥饿处理的植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片（见下图），称其干重。在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下分析。
（1）叶圆片y比叶圆片x （轻或重），原因是 。
（2）（y - x）g可代表 。
A．呼吸作用消耗的养料 B．蒸腾作用散失的水分
C．光合作用中有机物的净增量 D．光合作用中有机物的制造量
（3）叶圆片z比叶圆片y （轻或重），原因是 。
（4）在下午4时至晚上10时这段时间里，呼吸作用的速率可表示为 。
（5）如果从上午10时到下午4时这段时间里，温度不变，呼吸作用速率不变（与下午4时至晚上10时呼吸速率相同），则这段时间里制造的有机物为 g。
【解答】（1）重 经过光照后叶片光合作用积累了有机物，重量增加 （2）C
（3）轻 黑暗中叶片呼吸作用消耗了有机物，重量减轻 （4）y – z/6
（5）2y – x - z
例7、酵母菌在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸，将酵母菌放在含有培养液的密闭的锥形瓶中，测得CO2的释放量比氧气的吸收量大1倍，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的比为（ ）
A．1/6 B．1/3 C．1/2 D．1
【点评】酵母菌完全进行有氧呼吸，吸收的O2量与释放的CO2的量应是相等的，但题目中的条件是释放的CO2量比吸收的O2量大1倍，说明在题目所设的条件下酵母菌既进行有氧呼吸，也在进行无氧呼吸。由于以糖类为呼吸底物进行有氧呼吸时O2的吸收量与CO2的释放量是相等的，无氧呼吸时只释放CO2不吸收O2。解题时假设O2的吸收量为1mol，则因CO2的释放量是O2吸收量的两倍，所以共释放CO2的量为2mol。由于有氧呼吸时吸收的O2和释放出的CO2的量是相等的，所以这2molCO2中有1mol是有氧呼吸释放的，另1mol是无氧呼吸释放的。根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应方程式，有氧呼吸产生1molCO2需要消耗1/6mol葡萄糖，而无氧呼吸时产生1molCO2需要消耗1/2mol葡萄糖。所以有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为（1/6）/（1/2）=1/3。
【解答】B
【总结】酵母菌既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸，所以被作为呼吸作用的常考对象。
【变式题练习】现有一瓶酵母菌的葡萄糖液，通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如图所示，（假定两种呼吸作用产生CO2的速率相同）。部，在氧浓度为a时发生的情况是（ ）
A．100%酵母菌进行发酵 B．30%的酵母菌进行发酵
C．60%的酵母菌进行发酵 D．酵母菌停止发酵
【解答】C
例8、右图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化，请据图回答下列问题：
（1）外界氧浓度在10%以下时，该器官的呼吸作用方式是 。
（2）该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是 ，进行此种呼吸方式所用的底物是 。
（3）当外界氧浓度为4～5%时，该器官CO2释放量的相对值为0.6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的 倍，释放的能量约相当于有氧呼吸的 倍，转移到ATP的能量约相当于有氧呼吸的 倍。
【点评】根据图所示曲线，在氧浓度大于10%时，O2的吸收量与CO2的释放量相等，说明该非绿色组织此时进行的是有氧呼吸，呼吸底物主要是葡萄糖，因为以葡萄糖为呼吸底物时，根据有氧呼吸的反应方程式，吸收的氧气和释放的二氧化碳是相等的。在氧浓度小于10%时，CO2的释放量大于氧气的吸收量，说明有一部分CO2是通过无氧呼吸释放出来的，所以在氧浓度小于10%时就是无氧呼吸和有氧呼吸并存。
第3小题的计算方法是：在外界氧浓度为4～5%时，O2的吸收量相对值为0.4，则通过有氧呼吸释放的CO2的相对值也应为0.4，有氧呼吸分解1mol葡萄糖释放6molCO2，所以通过有氧呼吸消耗葡萄糖的相对值应为0.4/6。无氧呼吸释放的CO2的相对值为0.6-0.4=0.2，按题意该非绿色组织无氧呼吸产物是酒精和CO2，分解1mol葡萄糖释放2molCO2，所以通过无氧呼吸消耗的葡萄糖的相对值为0.2/2。由此可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖约相当于有氧呼吸的倍数是：（0.2/2）/（0.4/6）=1.5。释放的能量无氧呼吸约相当于有氧呼吸的倍数是：[（0.2/2）×196.65]÷[（0.4/6）×2870] =0.1027。无氧呼吸转移到ATP中的能量约相当于有氧呼吸的倍数是：[（0.2/2）×61.08]÷[（0.4/6）×1255]=0.073。
【解答】（1）有氧呼吸和无氧呼吸 （2）有氧呼吸 葡萄糖 （3）1.5 0.1 0.07
【总结】本题中所出现的图是呼吸作用过程中的经典图形，一定要深透了解每条曲线所代表的意义。
【变式题练习】如图所示的曲线，表示的是一个贮藏白菜的地窖，随着氧气的消耗，二氧化碳浓度变化的情况。请回答：
（1）A—B段O2的消耗量很大，CO2浓度上升也很快，白菜在进行 呼吸。
（2）C—D段O2浓度接近于零，而CO2浓度仍在上升，白菜在进行 呼吸。
（3）B—C段O2浓度已很低，CO2浓度几乎不上升，原因是 。
（4）为了有于较长时间地贮藏大白菜，应把地窖里的O2浓度控制在 段范围内。
【解答】（1）有氧 （2）无氧 （3）有氧呼吸进行得很慢而无氧呼吸尚被氧气所抑制 （4）BC
例9、番茄种子播种在苗床上，在适宜的条件下，第6天子叶展开，第9天幼叶出现。研究人员从种子到幼苗形成期间每天测定其干重，并绘制成曲线。下面四个曲线图中，正确的是（ ）
A B C D
【点评】这是一道将植物的光合作用和呼吸作用相结合的测试题，植物光合作用积累有机物，干重增加；呼吸作用消耗有机物，干重减少。本题番茄种子播种在苗床上，在适宜的条件下，第6天子叶展开，在这6天之间番茄种子并没有长出叶子，故不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，所以有机物干重逐渐减少。6天之后子叶展开，第9天幼叶也已出现，所以，番茄已能进行光合作用，虽然本身还在进行呼吸作用，但光合作用的速度远大于呼吸作用，所以有机物干重在6天之后逐渐增多。
【解答】A
【总结】光合作用积累有机物，而呼吸作用消耗有机物。两者相结合才表现为植物的逐渐生长。
【变式题练习】下图是在不同温度条件下测定某种植物光合作用与呼吸作用强度绘制成的曲线，试问在光照强度相同时，对植物生长最有利的温度是（ ）
A．t0～t1 B．t1～t2 C．t2～t3 D．t4～t5
【解答】C
例10、有一位科学家做了这样一个实验，将10g叶肉细胞中的叶绿体和线粒体分离开来，在离体条件下分别测定其光合作用中CO2的吸收量和呼吸作用中CO2的释放量，图A曲线表示：分别在15℃和30℃条件下，测定叶绿体在不同光照和不同温度条件下每小时CO2的吸收量；图B曲线表示：在不同温度条件下测得的线粒体呼吸作用每小时CO2的释放量。请仔细分析后回答下列问题：
（1）在温度为30℃，光照为8000勒克斯的条件下，离体叶绿体的光合作用强度为 μg/h/10g；在温度为15℃，光照为8000勒克斯时，离体叶绿体的光合作用强度为 μg/h/10g。在光照强度相同，温度不同的的条件下，光合作用强度不同，是因为受光合作用的 过程的限制。
（2）离体线粒体在温度为15℃和30℃时的呼吸作用强度分别为 μg/h/10g和 μg/h/10g。
（3）假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在30℃条件下的叶肉细胞内既不吸收CO2也不释放CO2的光照强度为 勒克斯，此时光合作用正好补偿呼吸作用的消耗，呼吸作用所释放出的CO2正好用于 。
（4）假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在温度为30℃，光照强度为8000勒克斯时，光照10h，然后转入无光条件下，温度也为30℃时，10克叶肉组织一昼夜能积累葡萄糖 μg。如果黑暗条件下的温度平均为15℃，则10克叶肉组织积累葡萄糖 μg。
（5）根据第（4）小题计算的结果，你如何解释种在新疆吐鲁番的哈蜜瓜比种在江苏的品质要好？
。
【点评】解这一类题目首先要读懂曲线，按题目的条件，由于上述数据是在叶绿体和线粒体离体的条件下测得的，光合作用和呼吸作用都是在独立的条件下进行。这与对整体叶片或植株的测量不同，对整体植株测得的吸收CO2或释放出O2的数据反应的是净光合作用速率，而真正的（或总的）光合作用速率还应该加上这段时间中的呼吸消耗。本题目所设条件叶绿体与线粒体已分离，在测定叶绿体的光合作用时不存在呼吸作用的影响。所以光合作用和呼吸作用速率（或强度）只要直接读取曲线中的有关数据就可以了。第3小题所设条件是叶肉细胞，内有叶绿体和线粒体，在光下既进行光合作用又进行呼吸作用，光合作用释放的O2有一部分被呼吸作用消耗掉，呼吸作用释放的CO2被光合作用吸收掉。当光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度称为光补偿点。在图B曲线中查出在30℃时每小时产生CO2量为1.5μg，在图B中查出在30℃时的每小时吸收CO21.5μg时的光照强度为1500勒克斯。第4小题，先算出10g叶肉组织在30℃、8000勒克斯光照条件下光合作用10h总共吸收CO2的量为8μg×10=80μg，在此期间10g叶肉组织的呼吸作用消耗为1.5μg×10=15μg，由此计算出在此条件下10h的净光合作用为80μg-15μg=65μg。一昼夜余下的14h是在无光条件下，此时只进行呼吸作用而不进行光合作用，在30℃条件下14h的呼吸作用消耗为1.5×14=21μg，所以一昼夜积累有机物44μg；在15℃条件下14h的呼吸作用消耗为0.75μg×14=11.5μg，一昼夜积累有机物为53.5μg。第5小题主要是考虑光照和温度对光合作用和呼吸作用的影响。
【解答】（1）8 4 暗反应 （2）0.75 1.5 （3）1500 光合作用 （4）44 53.5
（5）①吐鲁番地区属于高纬度地区，日照时间比江苏长，光合作用时间长；②吐鲁番地区属于沙漠性气候，日夜温差大，有利有机物质的积累。
【总结】光合作用往往和呼吸作用结合在一起进行考查，这样所涉及的面更广，所涉及的知识点更多。
【变式题练习】右图是在一定的CO2浓度和温度条件下，某阳性植物和阴性植物叶片受光强度和光合作用合成量（用CO2的
吸收量表示）的关系图。请据图回答：
（1）曲线B所表示的是 植物的受光强
度和光合作用合成量的关系。
（2）a、b点表示 。
（3）叶面积为25cm2的阳性植物叶片在光强度
为Y时每小时的光合作用合成量为 mg。
（4）将该阳性植物叶片先在光强度为X的条件
下放置若干时间，然后放于暗处（光强度为Q
时）12小时，要使此时叶的干物质量与照前一样，则需光照 小时。
（5）在同等条件下，阳性植物呼吸作用的强度比阴性植物 。
【解答】（1）阴性 （2）阳性植物和阴性植物光合作用合成量与呼吸作用所消耗有机物的量相等
（3）3 （4）6 （5）大
例11、如右图所示，将正在萌发的小麦种子放在一个广口瓶内，瓶内放一盛有NaOH溶液的小烧杯，广口瓶与一水银流体压力计相连，假设萌发的
种子用完了瓶中的所有气体，水银柱会升高到76cm处（等于大气压）。
（1）实验过程中，水银只升高15.9cm就不再升高了，这证明瓶中的空气被用了约
%（体积比），这证明种子只利用了瓶内的 。
（2）此实验中放入NaOH溶液的作用是 ，反应方程式为 。
（3）此实验证明了 。相关
的反应式为 。
（4）若实验中瓶内只放萌发的种子，则水银柱的变化为 ，理由是 。
（5）水银柱升高15.9cm后，萌发的种子将进行 。最终种子将死亡的原因是 。
（6）如果将小麦种子换成油菜种子（假定油菜种子进行呼吸时的底物是CH3（CH2）16COOH），实验中只放油菜种子而不使用NaOH，则液面将上升 cm。（不考虑容器内压力的变化）
【点评】一个大气压等于76cmHg，在大气中氧气占21%，其压强相当于76cmHg×21%=15.9cmHg，在本实验中萌发的种子进行呼吸作用消耗氧气释放二氧化碳，释放的二氧化碳被本实验装置中的氢氧化钠吸收，故水银柱将会上升。由于小麦种子中的主要成分是淀粉，在以糖类物质作为呼吸底物时，吸收的氧气和放出的二氧化碳的量是相等的。如果不是以糖类物质为呼吸底物，而以脂类物质为呼吸底物时，吸收的氧气和放出的二氧化碳的量是不等的，如呼吸底物以硬脂酸（CH3（CH2）16COOH）为例：CH3（CH2）16COOH+26O2→18CO2+18H2O+能量，从配平的反应方程式中可以看出吸收的氧气比释放出的二氧化碳多。所以第六小题水银柱液面的升高为（1-18/26）×15.9=4.98（cm）
【解答】（1）约21 O2 （2）吸收CO2 2NaOH + CO2→Na2CO3 + H2O
（3）萌发的小麦种子进行的主要是有氧呼吸 C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
（4）既不上升也不下降，有氧呼吸以糖类为底物进行呼吸时吸收的氧气和释放的CO2量相等，总体积不变 （5）无氧呼吸 无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 （6）4.89
【总结】本题结合了生物与物理、化学的知识，且以实验的形式进行考查，能力要求比较高。
【变式题练习】下图是测定种子萌发时由呼吸作用引起气体体积改变的装置，据图回答下列问题（有色水用于指示U型管内液面的变化，刻度玻璃管的横切面积为0.01cm2，种子呼吸作用产生的势量忽略不计）：
（1）实验结束时U型管右面的有色水液面下降，导致这一变化的原因是 。
（2）为测定种子萌发时氧气的吸收速率，用浓氢氧化钾溶液代替装置中有色水，U型管内液面有何变化
，解释原因 。
（3）怎样设置第二小题实验的对照实验 。
（4）如果对照组中U型管右面液面下降了，可能的原因是 。
（5）如果第二天后实验组U型管右面液面上升6.4cm，对照组U型管右面液面上升1.2cm，那么种子萌发时每日吸收的氧气体积是 。
【解答】（1）种子萌发时既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，释放的CO2多于吸收的氧气，装置中气体压强增强，U型管右面液面下降
（2）U型管右面液面上升，左面液面下降 种子呼吸作用释放的CO2被氢氧化钾吸收，而种子有氧呼吸消耗氧气，导致装置内气体压强减小，液面上升
（3）用同样量的煮熟的种子代替活种子，其他所有设置同于第2小题
（4）外界气体压强减小或标本室内温度上升 （5）（6.4-1.2）/2×0.01=0.026cm3
例12、提取水稻叶肉细胞的线粒体为实验材料进行如下实验：
①向盛有线粒体的试管内注入丙酮酸时，测得耗氧量较大；
②当注入葡萄糖时，测得好氧量为0；
③而同时注入细胞质基质和葡萄糖时，耗氧量又较大。
此实验说明：
（1）有氧呼吸的三步中，在线粒体内进行的是 。
（2）有氧呼吸过程中，细胞质基质的作用是 。
【点评】本题考查有氧呼吸的有关知识，考查理解和分析能力。从上述实验①、②可以看出，在线粒体内直接氧化分解的是丙酮酸，而不是葡萄糖，这说明有氧呼吸的三大步骤中，第二步丙酮酸氧化分解和第三步氢和氧结合成水是在线粒体中进行的。从实验③可以看出，细胞质基质能将葡萄糖分解成丙酮酸，丙酮酸进入线粒体后再进一步氧化分解。
【解答】（1）第二步、第三步 （2）把葡萄糖分解成丙酮酸
【总结】有氧呼吸的过程是要求理解掌握的，关键掌握下列几个方面：
①有氧呼吸的第一、二、三阶段发生的场所；②三个阶段相应的物质变化、能量变化；③怎样理解线粒体是有氧呼吸的主要场所。
【变式题练习】为了研究种子萌发时所需的条件，某学生设计了3个实验装置（A、B、C），置于光下，如下图所示。
（1）以下3种情况，能否得出结论？如果有的话是什么结论？
①只将装置A和装置B的实验结果比较。
②只将装置B和装置C的实验结果比较。
③只将装置A和装置C的实验结果比较。
试解释你怎样推论出你的答案。
（2）举出两项理由解释①所研究的条件对种子萌发的重要性。
（3）本实验的实验假设是什么？
（4）装置B中种子的干重一星期后有所减少，试解释此现象。
【解答】（1）①种子萌发需要水 ②种子萌发需要O2 ③装置A和C既有水分之别，还有供O2之差，且两者均未萌发，故根据对照实验原理不能得出结论。
（2）参与萌发的有机物的水解——物质运输；胚的生长需要充足的水分——软化种皮，使氧气透入，促进呼吸作用；水含量提高，酶活性加强，代谢加强。
（3）种子的萌发需要充足的水分和O2
（4）种子萌发后直到绿叶长出之前，只进行呼吸作用，消耗有机物，故干重降低。
例13、下图是植物体内几项生理活动关系示意图，请回答：
（1）通过[①] 把[A] 变成贮存在 中的稳定的化学能。
（2）影响[②] 的生态因素主要是 ，能量B中约有 %转移到ATP中。
（3）以上四种作用中能产生水的有 。在碳循环中，通过呼吸作用却不能将碳归还无机环境的是 （填序号）。
（4）[③] 在 条件下进行，能量C中约有 %转移到ATP中。
（5）在啤酒生产中，酵母苗大量繁殖时，通过上图中 （填序号）获得能量，发酵时，通过 （填序号）获得能量。
【点评】本题主要考查光合作用和呼吸作用的物质与能量代谢关系。本题涉及多个知识点，是一道两者联系的较为典型的综合题。明确光合作用、有氧呼吸、两种无氧呼吸的概念、能量变化、相互关系，以及它们与环境的关系是解答此题的关键。影响呼吸作用的因素较多，主要是空气(氧气)、温度。光合作用中光反应分解水，但在暗反应中能生成水；有氧呼吸第二阶段虽然消耗水，但第三阶段却能产生较多的水。两种无氧呼吸均不能生成水。能否生成水以及能否将碳归还无机环境都要根据产物来分析。呼吸作用产生的能量中只有一部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失，以各种生物最常利用葡萄糖为例可以计算出，有氧呼吸中，1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放的总能量为2870kJ，其中1161kJ转移形成ATP，而无氧呼吸产生乳酸的过程中，总能量为196.65kJ，其中只有61.08kJ转移到ATP中。酵母菌只有在有氧条件下才能大量繁殖后代；微生物的无氧呼吸通常称为发酵。
【解答】（1）光合作用 光能 糖类（通常指葡萄糖）
（2）呼吸作用 空气和温度 40.45（1161÷2870×100%） （3）①、② ③
（4）无氧呼吸 无氧 31.06（61.08÷196.65×100%） （5）② ④
【总结】光合作用、呼吸作用以及相互的联系是考试的重点、难点和热点。
【变式题练习】右图为温度对绿色植物的光合作用和呼吸作用的影响的曲线，①为实际的光合速率，②为呼吸速率，请据图回答下列问题：
（1）请在图上画出可测量出的光合作用速率
（即表观光合作用速率）。
（2）在 ℃左右，这株绿色植物的重量
增加最大，其原因是 。
（3）低温时光合速率降低的原因是
。
（4）35℃时光合作用速率开始下降，50～60℃
时完全停止，其原因是 。
【解答】（1）
（2）20 实际光合速率与呼吸速率的差最大
（3）温度低，酶活性降低 （4）气孔关闭，酶活性降低
例14、某实验小鼠适宜生活在25℃左右的环境中，为探究低于适宜温度的环境（如10℃）对小鼠能量代谢的影响（能量代谢的强弱用单位时间的耗氧量表示），请依据所给的实验装置（如图3-7-2）、实验材料和用品，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，并回答问题。
实验室温度：25℃左右
材料和用品：小鼠、冰袋、秒表等
方法和步骤：
步骤1：将小鼠放入广口瓶的笼子内，加塞密闭。打开夹子（A）、（B）、（C），片刻后关闭夹子（B），用注射器抽取10毫升氧气备用。关闭夹子（C），打开夹子（B），使水检压计液面左右平齐。
步骤2：
步骤3：
结果预测和结论：① ② ③
该实验最可能的结果和结论应是 。原因是 。
【点评】本题以有氧呼吸为媒介，实验操作、分析为考试手段，考查了温度对生物能量代谢的影响。由于实验所涉及的知识点比较简单，即小鼠是恒温动物，在10℃比25℃下维持体温所消耗的能量多，所以只要仔细分析实验的过程，题目应该比较容易解答。
【解答】步骤2：待小鼠安静后，关闭夹子（A），记下时间，将注射器向前推进5毫升（推进数量合理即可），水检压计液面左侧升高，关闭夹子（B），待水检压计的液面左右平齐时，记录时间。得到在25℃环境中小鼠消耗5毫升氧气所用时间。
结果预测和结论：
步骤3：将冰袋放在广口瓶周围，调节距离，使瓶内的温度稳定在10℃，待小鼠安静后，重复步骤1、2中的有关操作。得到在10℃环境中小鼠消耗5毫升氧气所用时间。
①消耗5毫升氧气所用的时间10℃少于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。
②消耗5毫升氧气所用的时间10℃多于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会减弱。
③消耗5毫升氧气所用时间10℃等于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢不受影响。
最可能的结果和结论是：消耗5毫升氧气所用的时间10℃少于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。因为小鼠是恒温动物，在10℃比25℃下维持体温所消耗的能量多。
【总结】有氧呼吸是能量代谢的基础，所以把握好有氧呼吸的实质有助于解决一些能量代谢的题目。
【变式题练习】下图实验中，5支试管内都盛有水，都处于相同光照下，3、4、5三支试管内分别放有一些水蜗牛，1号试管外有纱布包裹着，每支试管中均加有重碳酸氢盐指示剂，此指示剂变色范围为：CO2浓度小于0.03%——紫色，CO2浓度等于0.03%——红色，CO2浓度大于0.03%——黄色。实验结果如下表所示：
结果 试管
1 2 3 4 5
指示剂最初颜色 红 红 红 红 红
指示剂最终颜色 红 紫 黄 红 黄
（1）1号试管指示剂始终为红色的原因是 。
（2）4号试管指示剂始终为红色的原因是 。
（3）5号试管颜色由红色转变为黄色的原因是 。
（4）如果将上述装置放在完全黑暗的环境中，水蜗牛死亡的先后顺序是 ，原因是
。
【解答】（1）1号试管外有纱布包裹，光照较弱，光合作用强度等于呼吸作用强度，CO2浓度不变
（2）4号试管植物内光合作用吸收的CO2等于植物和水蜗牛呼吸作用释放的CO2，试管内CO2浓度不变
（3）5号试管内只有水蜗牛呼吸作用释放CO2，CO2浓度增大
（4）3 4 5 3号试管在黑暗中水蜗牛和池藻都要进行呼吸作用，氧气最早消耗完；4号试管水蜗牛数少于3号试管，消耗氧气慢于3号试管；5号试管中只有水蜗牛，氧气消耗最慢。
知识结构
【知识点图表】
【学法指导】
1．通过比较，理解细胞呼吸的能量利用率及意义。
2．通过对细胞呼吸过程的研究，理解有氧呼吸和无氧呼吸的场所、过程及区别。
3．在细胞呼吸意义理解的基础上，具备分析、解决粮食储藏、果蔬保鲜等生产生活中实际问题的能力。
教材习题参考答案
1．（1）有氧呼吸 （2）丙酮酸 能量 CO2 [H] [H] 水 能量
（3）ATP （4）光合作用 有机物 氧气 太阳光
2．（1）无氧呼吸 （2）无氧呼吸被抑制 （3）有氧呼吸不断加强 （4）B点。此点植物组织的呼吸作用最弱。
3．（1）40 30 （2）日温主要影响小麦的光合作用，夜温主要影响小麦的呼吸作用。采用日温高、夜温低的方法能够有效地缩短小麦生长周期，又能提高子粒干重。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
www.
酶
酶
酶
酶
酶
酶
酶
葡萄糖
丙酮酸
CO2+H2O+能量（大量）
C2H5OH（酒精）+CO2+能量（少量）
C3H6O3（乳酸）+能量（少量）
或
无氧
有氧
温度
呼吸强度
CO2的释放量
| | | | | |
5 10 15 20 25 30 O2%
CO2释放的总量
无氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸消失点
氧的浓度与有氧无氧呼吸之间的关系
C CO2和H2O
e 酒精和CO2
d 乳酸
a 葡萄糖
b 丙酮酸
在上午10时移走
的叶圆片x（x g）
在下午4时移走
的叶圆片y（y g）
在晚上10时移走
的叶圆片z（z g）
在阳光
下照射
在下午4时移动整
个装置置于黑暗中
18–
12–
6 –
CO2
C2H5OH
数 量
0
a O2%
气体交换的相对值
| | | | | |
5 10 15 20 25 30 O2%
CO2的释放量
2.0-
1.5-
1.0-
0.5-
0
O2的吸收量
25 20 15 10 5 0 O2浓度
CO2浓度
A
B C
D
相对强度
总光合作用强度
呼吸作用强度
温度
t0
t1
t2
t3
t4
CO2吸收量（μg/h/10g）
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
光照强度（×1000勒克斯）
A
30℃
15℃
CO2释放量（μg/h/10g）
2.0
1.5
1.0
0.5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
温度(℃)
B
12
8
4
0
-4
CO2的吸收量
（CO2mg/100cm2/小时
b
a
A
B
Q V W
X Y Z
NaOH溶液
萌发的种子
水银
15.9cm
左
右
有刻度的
玻璃管
有色水
标本室
种子
湿棉花
塞子
种子
干棉絮
湿棉絮
油层
经煮沸的水
A
B
C
不透光的箱
一 星 期 后
1
3
2
4
5
10
30
20
40
温度(℃)
CO2(mg/dm2h)
①
②
1
3
2
4
5
10
30
20
40
温度(℃)
CO2(mg/dm2h)
①
②
图3-7-2
池藻
一层
纱布
水蜗牛
水蜗牛
水蜗牛
细胞呼吸
细胞呼吸产生能量
细胞呼吸的概念
细胞呼吸的特点
细胞呼吸的过程
有氧呼吸
概念
场所：主要在线粒体中进行
反应式：C6H12O6+6O2+6H2O──→6CO2+12H2O+能量
过程：分三个阶段
酶
无氧呼吸
概念
场所：细胞质基质
反应式：
过程：分为二个阶段
C6H12O6──→2CH3CH2OH+2CO2+能量（少量）
C6H12O6──→2C3H6O3+能量（少量）
酶
酶
细胞呼吸原理的应用
农业生产
粮食储藏
果蔬保鲜
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