高中生物苏教版分子与细胞第4章光合作用和细胞呼吸 第四章8

第20课时无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用[目标导读]1.结合教材P83课题研究，阐明无氧呼吸的概念和过程。2.结合教材P84内容，说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。3.联系日常生活中的实例，说出细胞呼吸原理的应用。[重难点击]有氧呼吸和无氧呼吸的异同。一无氧呼吸很多生物除了进行有氧呼吸外，还保留了在无氧或缺氧条件下进行无氧呼吸的能力。1．探究酵母菌的呼吸类型(1)试管甲中用油脂封住液面的目的是什么？试管乙模拟的是什么环境？答案试管甲中用油脂封住液面是为了造成无氧的环境，试管乙模拟的是有氧的环境。(2)一段时间后两套装置中的澄清石灰水变浑浊的有甲和乙，说明有CO2产生。(3)该实验说明酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。(4)取左侧油脂层下反应后的液体，用酸性重铬酸钾(橙色的酸性重铬酸钾遇乙醇呈灰绿色)检验呈现灰绿色，说明有乙醇产生。2．泡菜是在严格密封的条件下加入乳酸菌发酵得到的，经检验，泡菜中含有大量乳酸，这是出现酸味的原因。3．结合上述分析和教材，总结无氧呼吸的概念(1)概念：无氧呼吸是指在无氧或缺氧的条件下，生物的活细胞通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物氧化分解为C2H5OH(乙醇)和CO2或分解为C3H6O3(乳酸)等物质，同时释放较少能量的过程。细胞的无氧呼吸过程过程发生在细胞质基质中。(2)以葡萄糖为底物的无氧呼吸反应式①产乙醇的反应式：C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C2H5OH(乙醇)＋2CO2＋能量(少量)。②产乳酸的反应式：C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C3H6O3乳酸＋能量(少量)。小贴士多数植物组织、酵母菌的无氧呼吸产生乙醇和CO2；人、动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根和玉米种子的胚无氧呼吸产生乳酸。4．下图为有氧呼吸和无氧呼吸的示意图，试着完成有氧呼吸和无氧呼吸的比较表：项目有氧呼吸无氧呼吸不同点反应条件有氧、有氧呼吸酶无氧、无氧呼吸酶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H2OCO2和乙醇或乳酸释放能量释放能量较多，三个阶段都有ATP生成，第三阶段最多释放能量较少，第二阶段没有ATP生成联系①其实质都是分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动需要；②二者的第一阶段相同；③有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化而来的归纳总结有氧呼吸和无氧呼吸示意图活学活用1．判断下列有关细胞呼吸叙述的正误。(1)蛔虫进行无氧呼吸()(2)哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸()(3)长跑时，人体产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸的共同产物()(4)马铃薯块茎进行无氧呼吸能产生乳酸()(5)无氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不属于氧化反应()(6)有氧呼吸的酶存在于细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√二细胞呼吸原理的应用影响细胞呼吸的外界因素主要有温度、氧气和二氧化碳等，生产生活中人们可以利用细胞呼吸的原理，合理控制细胞的呼吸作用为人类服务。1．细胞呼吸的影响因素(1)内部因素：主要指不同的生物种类、同一植物的不同器官、不同发育时期的呼吸酶的种类、数量不同。(2)环境因素①温度温度主要是影响呼吸酶的活性。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。②氧气a．从曲线可以看出，氧气对有氧呼吸有促进作用，对无氧呼吸有抑制作用。b．O2浓度为零时，只进行无氧呼吸；O2浓度在10%以下时，进行有氧呼吸和无氧呼吸；O2浓度在10%以上时，只进行有氧呼吸。c．M点时，有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等，二者消耗的葡萄糖是不是也一样多？答案不是。根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：有氧呼吸时，1C6H12O6→6CO2；无氧呼吸时，1C6H12O6→2CO2。所以当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。③二氧化碳CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用。④水在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。2．结合教材P85及细胞呼吸的原理分析下列现象(1)利用酵母菌酿酒时发酵罐要密闭：酵母菌无氧呼吸产生乙醇和二氧化碳。(2)水稻要适时地露田和晒田：改善土壤的通气条件，增强根系的细胞呼吸。(3)粮食储存时，往往要求干燥、低氧：抑制细胞呼吸，延长储存时间。(4)果蔬储藏要求低氧和低温：抑制细胞呼吸，以减少有机物消耗。特别提醒生物的细胞呼吸方式的判断(1)如果某种生物生活在一个缺氧的环境中，说明其进行无氧呼吸，是厌氧型的，如肠道中的蛔虫；如果某种生物生活在一个氧气丰富的环境中，说明进行有氧呼吸，是需氧型的；如果某种生物在有氧和无氧条件下都能生存，则说明其是兼性厌氧型的。(2)原核生物无线粒体，大多进行无氧呼吸产乳酸(如乳酸菌)或者酒精和二氧化碳，但也有些原核生物进行有氧呼吸，如醋酸杆菌、蓝藻等。绝大多数高等生物以有氧呼吸为主，体现生物呼吸方式的进化方向：无氧呼吸→有氧呼吸。活学活用2．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，1h后测定O2的吸收量和CO2的释放量，如下表：O2浓度变化量01%2%3%5%7%10%15%20%25%O2吸收量/mol0CO2释放量/mol1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．储藏苹果时，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问题导析(1)只要氧气的吸收量不为0，就有有氧呼吸，故氧气浓度在1%～3%内既有有氧呼吸又有无氧呼吸。(2)氧气浓度为5%时，CO2释放量最少，有机物消耗最少，有利于储藏苹果。(3)O2浓度超过20%时，随氧浓度的增大，有氧呼吸不再增强。(4)苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生乙醇和二氧化碳。答案B解析只要氧气的吸收量不为0，就有有氧呼吸，故氧气浓度在1%～3%内既有有氧呼吸又有无氧呼吸，A错误；O2浓度超过20%时，随氧浓度的增大，有氧呼吸不再增强，C错误；苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生乙醇和二氧化碳，D错误；氧气浓度为5%时，CO2释放量最少，有利于储藏苹果，故B正确。方法链接根据气体的变化特点判断细胞呼吸的方式不吸收O2，放出CO2只进行产乙醇的无氧呼吸吸收O2＜放出CO2有氧呼吸和无氧呼吸吸收O2＝放出CO2只进行有氧呼吸不吸收O2，不放出CO2只进行产乳酸的无氧呼吸当堂检测1．下列细胞中，其呼吸过程会产生乙醇的是()A．缺氧条件下的马铃薯块茎细胞B．剧烈运动时的人骨骼肌细胞C．酸奶生产中的乳酸菌D．受涝的植物根细胞答案D解析动物细胞、乳酸菌、马铃薯块茎、玉米胚等进行无氧呼吸可产生乳酸。植物的常态根细胞在受涝(缺氧)条件下，进行无氧呼吸产生乙醇。2．下图中能正确表示动物肌细胞内ATP产生量与O2供给量之间关系的曲线是()A．aB．b C．c D．d答案C解析当O2供给量为零时，肌细胞暂时进行无氧呼吸，合成少量的ATP，曲线b不符合题意；随O2供给量逐渐增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放出的能量也明显增多，ATP的产生量随之升高，但有氧呼吸过程还受其他条件的制约，如酶、有机物等，所以ATP的产生量不能无限增多，也不会突然减少。3．下列关于细胞呼吸的叙述，正确的是()A．种子风干脱水后呼吸强度增强B．土壤淹水可导致根系发生无氧呼吸C．破伤风杆菌在有氧条件下能大量繁殖D．小麦种子萌发过程中有氧呼吸逐渐减弱答案B解析种子风干脱水后呼吸强度减弱；土壤淹水，导致根系因缺氧而发生无氧呼吸；破伤风杆菌属于厌氧型细菌，无氧条件下才能大量繁殖；种子萌发过程中有氧呼吸逐渐增强。4．制作泡菜、酸菜时，所用菜坛子必须密封，其原因是()A．防止水分蒸发B．防止菜叶萎蔫C．防止产生的乳酸挥发D．乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制答案D解析乳酸菌是厌氧菌，氧气会抑制其无氧呼吸。5．生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下，据图回答下列问题：(1)反应①②③④中，可在人体细胞中进行的是________________。(2)粮食储藏过程中，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)在微生物体内丙酮酸可以转化为α－酮戊二酸，该酸在酶的催化下可以转化为谷氨酸，当谷氨酸增多并与酶结合时，可导致谷氨酸合成减少，其原因是__________________________。答案(1)①②④(2)呼吸作用产生水(3)②(4)酶的活性受到抑制解析(1)根据图示信息分析：①是呼吸作用的第一阶段，在细胞质基质中进行；②是有氧呼吸的第二阶段和第三阶段，在线粒体内完成；③是无氧呼吸中的乙醇发酵，在人体细胞中没有此反应发生；④是无氧呼吸中产生乳酸的过程，在细胞质基质中进行，当人体剧烈运动时在局部细胞中会发生此反应，以满足人体细胞对能量的需求。所以可在人体细胞内进行的是①、②和④。(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，这是由于呼吸作用过程中有水的产生。(4)代谢过程中产生的物质与酶结合，使酶的结构发生变化，抑制酶的活性，所以导致谷氨酸合成减少。40分钟课时作业基础过关知识点一无氧呼吸1．将乳酸菌的培养条件由无氧条件转变为有氧条件，下列过程不受影响的是()A．葡萄糖的利用 B．二氧化碳的释放C．ATP的形成 D．乳酸的生成答案B解析乳酸菌只进行无氧呼吸，产生乳酸，与CO2的释放无关；有氧条件下无氧呼吸受到抑制，所以A、C、D都减慢。2．陆生植物不能长期忍受无氧呼吸，这是因为()①产生的乙醇对细胞有毒害作用②产生的乳酸对细胞有毒害作用③没有专门的无氧呼吸结构④产生的能量太少A．①② B．①④C．②③ D．③④答案B解析长期进行无氧呼吸，一是产生的能量太少，二是产生的乙醇对细胞有毒害作用。3．下图为不完整的人体细胞呼吸示意图，其中产生ATP最多的过程是()A．①B．② C．③ D．④答案B解析图中①表示有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段；②表示有氧呼吸的第三阶段；③表示有氧呼吸的第二阶段；④表示无氧呼吸的第二阶段。其中有氧呼吸的第三阶段释放的能量最多。4．按下表设计进行实验，分组后，在相同的适宜条件下培养8～10小时，并对实验结果进行分析。实验材料取样处理分组培养液供氧情况适宜浓度酵母菌液50mL破碎细胞(细胞不完整)甲25mL75mL无氧乙25mL75mL通氧50mL未处理丙25mL75mL无氧丁25mL75mL通氧下列叙述正确的是()A．甲组不产生CO2而乙组产生B．甲组的乙醇产量与丙组相同C．丁组能量转换率与丙组相同D．丁组的氧气消耗量大于乙组答案D解析酵母菌在有氧的条件下能将葡萄糖分解成CO2和水，无氧的条件下将葡萄糖分解成CO2和乙醇。依题意知，甲组、丙组进行无氧呼吸，乙组、丁组进行有氧呼吸。甲、乙两组都产生CO2，由于甲组细胞不完整，甲组的乙醇产量较丙组少，丁组能量转换率较丙组高，丁组的氧气消耗量大于乙组。知识点二细胞呼吸原理的应用5．“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。”古人为了吃到鲜荔枝，需要动用大量的人力、物力，而现在通过控制下列哪组条件便可轻松获得新鲜荔枝()A．低O2、高CO2、零上低温、湿润B．低O2、高CO2、零下低温、干燥C．无O2、高CO2、零上低温、湿润D．低O2、低CO2、零下低温、干燥答案A解析影响细胞呼吸的因素主要有水分、氧气、二氧化碳和温度。酶活性在一定温度范围内，随温度的升高而增强，故低温是储藏水果行之有效的方法之一，但零下低温会引起冻伤从而失去水果的口感。氧气是有氧呼吸的原料，二氧化碳是细胞呼吸的产物，降低反应物浓度或增加产物浓度都会降低细胞呼吸的速率。完全无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸，而氧气的存在可以起到抑制无氧呼吸的作用，因此氧气应调节至一个合适的浓度，在这个浓度下，氧气对无氧呼吸起抑制作用，而有氧呼吸又很弱，从而使有机物的消耗达到最低。题干中要求减少水分的消耗，所以要放在湿润的环境中。6．关于真核细胞呼吸的说法，正确的是()A．无氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不属于氧化反应B．水果储藏在完全无氧的环境中，可将损失减小到最低程度C．无氧呼吸的酶存在于细胞质基质和线粒体中D．有氧呼吸的酶存在于细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质中答案D解析无氧呼吸是在缺氧环境中有机物氧化分解的过程，无氧呼吸第一阶段的脱氢过程就是有机物被氧化的过程。水果的储藏需要的环境是低温、低氧和低湿环境，低温、低氧是为了抑制无氧呼吸和有氧呼吸，减少有机物的消耗；若储藏在完全无氧的环境中，无氧呼吸将会加强，产生大量乙醇，既大量消耗了有机物，又增加了水果中乙醇的含量，降低了水果的品质和质量。无氧呼吸的酶存在于细胞质基质中，有氧呼吸的酶存在于细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质中。能力提升7．把鼠的肝细胞磨碎后高速离心，细胞匀浆分成a、b、c、d四层。往c层加入葡萄糖，没有CO2和ATP产生，再加入丙酮酸后，马上就有CO2和ATP产生，则c层必定含有()①线粒体②核糖体③细胞质基质④ADPA．①和③ B．②和④C．①和④ D．②和③答案C解析丙酮酸进入线粒体，分解产生能量，ADP利用这些能量生成ATP。8．如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，测得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，最适于储藏该植物器官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答案B解析以CO2释放量相对值计算，a浓度：O2吸收量为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浓度最适于储藏；b浓度无氧呼吸消耗葡萄糖为，为有氧呼吸的5倍；d点无氧呼吸强度最弱，为0。9．把土豆依次放在空气、氮气和空气中各储藏1周。在实验室中测定其CO2的释放量，得到如图所示的实验结果。下列叙述正确的是()A．土豆的无氧呼吸不产生CO2B．在第1周只进行了有氧呼吸C．在第2周暂时没有细胞呼吸D．第3周的无氧呼吸先强后弱答案A解析高等动物的细胞、玉米的胚、甜菜的块根、马铃薯的块茎等无氧呼吸的产物为乳酸且不释放CO2。10．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，其产生的乙醇和CO2的量如下表所示。下列叙述中错误的是()氧浓度(%)abcd产生CO2的量(mol)91530产生乙醇的量(mol)960A.氧浓度为b时，经有氧呼吸产生的CO2为6molB．氧浓度为d时，只进行有氧呼吸C．氧浓度为c时，消耗的葡萄糖有50%通过乙醇发酵D．a值约为0答案C解析据有氧呼吸和无氧呼吸反应式可知，有氧呼吸不产生乙醇，所以d浓度时只进行有氧呼吸；酵母菌进行乙醇发酵产生等物质的量的乙醇和CO2，所以a浓度时只进行无氧呼吸，a值约为0；b浓度时，无氧呼吸产生CO2为mol，则有氧呼吸产生CO2为－＝6(mol)；c浓度时，无氧呼吸产生CO2为6mol，消耗葡萄糖为6÷2＝3(mol)，有氧呼吸产生CO2为15－6＝9(mol)，消耗葡萄糖为9÷6＝(mol)。故有2/3的葡萄糖用于乙醇发酵，C错误。11．下图为细胞呼吸过程，其中a、b表示物质，①～④表示主要步骤，请回答下列问题：(1)图中a、b表示的物质分别是____________、__________________。(2)图中②、③过程中都有CO2产生，其场所分别是________________、____________。(3)过程①除产生能量外，还产生________；在①～④过程中释放能量最多的是________。(4)②和④过程一般不会同时发生在同一生物体内，其原因是_______________________。答案(1)丙酮酸乳酸(2)细胞质基质线粒体(3)[H]③(4)不同生物体内酶的种类不同解析图中a和b分别表示丙酮酸、乳酸。②、③过程分别发生在细胞质基质和线粒体中。在过程①中除产生能量外，还可以产生[H]。在①～④过程中，有氧呼吸的第三阶段释放的能量最多。不同生物体细胞中，由于酶的种类不同，无氧呼吸的产物不同。12．下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下的CO2的释放量与O2的吸收量的变化，请据图回答以下问题：(1)O点时，该器官的呼吸作用类型是__________________________________________。(2)在O2浓度为b%以下时(不包括O点)，该器官的呼吸类型是________________________________，原因是_________________________________。(3)该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在Q点重合，该器官的呼吸类型是____________，原因是________________________________________。(4)由该曲线提示的原理，我们在进行水果储藏时，应该取O2浓度值为____________________________，理由是________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)无氧呼吸(2)无氧呼吸与有氧呼吸CO2的释放量大于O2的吸收量(3)有氧呼吸O2的吸收量与CO2的释放量相等(4)P点对应的O2浓度果实和种子通过呼吸作用消耗的有机物最少解析