細胞呼吸的原理、過程及應(yīng)用精講

山東省棗莊二中 孔 磊

細胞呼吸的原理、過程及應(yīng)用精講

山東省棗莊二中 孔 磊

一、試題展示

例1 葡萄糖的無氧分解過程中，下列產(chǎn)物出現(xiàn)的先后順序正確的是（ ）。

①酒精 ②CO2③H2O ④ATP ⑤乳酸 ⑥H+⑦丙酮酸

A.⑥⑦⑤① B.③②①⑤ C.④⑦②① D.③④②⑤

解析 葡萄糖無氧分解過程中，先是葡萄糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中分解為丙酮酸,產(chǎn)生少量的ATP，接著丙酮酸在細胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為乳酸或酒精和二氧化碳。即在無氧呼吸第一階段生成丙酮酸、ATP，第二階段產(chǎn)生乳酸或酒精和二氧化碳，所以在葡萄糖的無氧分解過程中，選項中各產(chǎn)物出現(xiàn)的先后順序為④⑦⑤或④⑦②①。

答案 C

例2 科研人員探究了不同溫度（25℃和0.5℃）條件下密閉容器內(nèi)藍莓果實的CO2生成速率的變化，結(jié)果見圖甲和乙。

（1）由圖可知，與25℃相比，0.5℃條件下果實的CO2生成速率較低，主要原因是__________。隨著果實儲存時間的增加，密閉容器內(nèi)的________濃度越來越高，抑制了果實的細胞呼吸。該實驗還可以通過檢測________的濃度變化來計算呼吸速率。

（2）某同學(xué)擬驗證上述實驗結(jié)果，設(shè)計如下方案：

稱取兩等份同一品種的藍莓果實，分別裝入甲、乙兩個容積相同的瓶內(nèi)，然后密封，將甲、乙瓶分別置于25℃和0.5℃的條件下儲存，每隔一段時間測定各瓶中的CO2濃度，記錄實驗數(shù)據(jù)并計算CO2生成速率。

為了使實驗結(jié)果更可靠，請給出兩條建議，以完善上述實驗方案（不考慮溫度因素）。

a._________________________________________________________________________；

b.__________________________________________________________________________。

解析 （1）溫度是影響酶活性的重要因素之一，低溫下呼吸酶活性降低，細胞呼吸必然減弱。果實細胞呼吸必然要產(chǎn)生CO2，同時消耗O2，所以可以通過檢測密閉容器內(nèi)這兩種氣體的濃度變化來計算細胞呼吸速率。（2）分析實驗設(shè)計思路，結(jié)合實驗設(shè)計的五大原則，為了使實驗結(jié)果更可靠，一方面選取果實的成熟度應(yīng)一致，另一方面每組最好有平行重復(fù)實驗。

答案 （1）低溫降低了細胞呼吸相關(guān)酶的活性 CO2O2（2）a.選取果實的成熟度應(yīng)一致b.每個溫度條件下至少有3個平行重復(fù)實驗

二、基礎(chǔ)知識

1.“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗

（1）酵母菌是一種單細胞真菌，在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。在O2充足的條件下，酵母菌通過有氧呼吸產(chǎn)生大量的二氧化碳和水；在無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸產(chǎn)生酒精和二氧化碳；在O2濃度較低的情況下，酵母菌同時進行無氧呼吸和有氧呼吸。

（2）檢測CO2的產(chǎn)生：可使用澄清石灰水或溴麝香草酚藍水溶液。CO2可使后者發(fā)生顏色變化（由藍變綠再變黃）。

（3）檢測酒精的產(chǎn)生：可使用橙色的重鉻酸鉀溶液。其在酸性條件下與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。

2.細胞呼吸的方式

細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成CO2或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。

（1）有氧呼吸

②過程：分三個階段（見下表）。最常利用的物質(zhì)是葡萄糖。

項目 第一階段 第二階段 第三階段場所 細胞質(zhì)基質(zhì) 線粒體基質(zhì) 線粒體內(nèi)膜反應(yīng)物 葡萄糖 丙酮酸、H2O [H]和O2生成物 丙酮酸，少量[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O和大量ATP能量 少量 少量 大量

（2）無氧呼吸

②過程：第一階段與有氧呼吸第一階段完全相同，第二階段的產(chǎn)物是酒精和二氧化碳或乳酸。全過程都在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行。最常利用的物質(zhì)也是葡萄糖。

3.細胞呼吸原理的應(yīng)用

（1）包扎傷口時，需要選用透氣的消毒紗布或松軟的“創(chuàng)可貼”等敷料。

（2）對板結(jié)的土壤要及時松土透氣。如果稻田土壤中的O2不足，水稻的根細胞就會進行無氧呼吸產(chǎn)生酒精，時間長了，酒精就會對根細胞產(chǎn)生毒害作用，使根變黑、腐爛。

（3）皮膚傷口較深或被銹釘扎傷后，破傷風(fēng)芽孢桿菌會大量繁殖，傷者應(yīng)及時請醫(yī)生處理。

（4）無氧運動中，肌細胞因O2不足，需要靠無氧呼吸來獲取能量。

三、內(nèi)容詳解

1.細胞呼吸的過程圖解

2.影響細胞呼吸的環(huán)境因素分析

項目 溫度 O2濃度 水分影響原理 影響酶活性 決定呼吸類型和強度 自由水含量較高時呼吸旺盛2 CO坐標(biāo)曲線呼吸速率 O釋放量呼吸速率無氧呼吸有氧呼吸無氧呼吸消失點溫度OM O2/%O 含水量

3.測定組織細胞呼吸速率的裝置與原理

（1）裝置（如圖所示）：

（2）表示：細胞呼吸速率常用單位時間內(nèi)CO2釋放量或O2吸收量來表示。

（3）原理：組織細胞呼吸吸收O2，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內(nèi)氣體壓強減小，刻度管內(nèi)的有色液滴左移。一般用單位時間內(nèi)液滴左移造成的體積變化表示呼吸速率。

（4）物理誤差的校正：

①如果實驗材料是綠色植物，那么整個裝置應(yīng)遮光處理，否則植物的光合作用會干擾呼吸速率的測定。

②如果實驗材料是種子，為防止微生物呼吸對實驗結(jié)果的干擾，應(yīng)對裝置及所測種子進行消毒處理。

③為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對照實驗，將所測的生物材料滅活（如將種子煮熟），其他條件不變。

4.有關(guān)細胞呼吸方式探究的裝置與實驗分析

（1）最常用的實驗裝置（如圖所示）：

（2）實驗材料分析：①裝置一、二中試劑的作用：NaOH溶液吸收CO2，蒸餾水作為對照。②在利用葡萄糖作為能源物質(zhì)的條件下，有氧呼吸氣體體積不變，無氧呼吸氣體體積增加。

（3）實驗結(jié)果分析：

裝置一 裝置二 結(jié)果紅色液滴左移 紅色液滴不動 只進行有氧呼吸紅色液滴不動 紅色液滴右移 只進行無氧呼吸紅色液滴左移 紅色液滴右移 既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸

四、規(guī)律總結(jié)

1.判斷細胞呼吸類型的五種方法（以葡萄糖為底物）

（1）CO2釋放量=O2消耗量→有氧呼吸。

（2）不消耗O2，產(chǎn)生CO2→無氧呼吸（酒精發(fā)酵）。

（3）CO2釋放量>O2消耗量→同時進行有氧呼吸和無氧呼吸（酒精發(fā)酵）。

（4）不吸收O2，不釋放CO2→無氧呼吸（乳酸發(fā)酵）。

（5）有水生成一定是有氧呼吸，有二氧化碳生成一定不是乳酸發(fā)酵。

2.細胞呼吸的曲線識別技巧

（1）下降型曲線：呼吸反應(yīng)速率逐漸減緩，一般受生成物含量的影響，隨生成物的增多而減緩，如CO2濃度。

（2）上升型曲線：呼吸反應(yīng)速率逐漸加快，一般受反應(yīng)物含量的影響，隨反應(yīng)物的增多而加快，如O2含量。