呼吸作用-第30讲生物进化.docx

第二部分 新陈代谢
第13讲 细胞的呼吸
一、考点内容全解
（一）本讲考什么
1.呼吸作用
（1）呼吸作用的基本过程（见下图）

（2）有氧呼吸与无氧呼吸的比较（见下表）

2.呼吸作用的实质和意义
（1）为生物体的生命活动提供能量。生物体内的糖类、脂类、蛋白质等有机物都富含能量，但这些能量不能直接供各种生命活动利用，需要通过呼吸作用，分解有机物，释放能量，转化到“能量货币”——ATP中，由ATP直接推动各种生命活动的进行，如细胞的分裂、矿质元素的吸收、有机物之间的转化等。
（2）呼吸过程是各种有机物相互转化的枢纽。呼吸作用的过程中会产生各种各样的中间产物，这些中间产物是合成另外一些新物质的原料。呼吸作用能把生物体的糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢等连成一个整体，成为体内各种有机物相互转化的枢纽。
（二）考点例析
[例1]将酵母菌研磨、离心分离后，得到上清液：(含细胞质基质)和沉淀物(含细胞器)，把等量的上清液、沉淀物和未离心处理的匀浆分别放人甲、乙、丙3个试管中，如图所示，分别进行以下实验：
(1)实验一：向三支试管中分别滴加等量（1mol）的葡萄糖溶液，甲、乙、丙中的终产物分别是：甲___，乙___，丙_____
(2)实验二：向三支试管中分别滴加等量（2mol）的丙酮酸，甲、乙、丙中的终产物分别是：甲___，乙___，丙_____
(3)实验三：在隔绝空气的条件下，重复实验一，甲、乙、丙中的终产物分别是：甲___，乙___，丙_____
(4)实验四：向三支试管中分别滴加等量的萤光素(萤火虫尾部提取的可以发光的物质)。重复实验一和实验二，从理论上讲，发光最强的是实验_________中的________试管。
供选答案：
A．H2O+CO2 B．乙醇+ CO2 C．丙酮酸 D．无反应
[解析]本题主要考查呼吸作用的过程，也考查有氧呼吸与无氧呼吸的联系和区别。
三支试管中所含细胞的部分不同，其功能也有不同。甲只含细胞质基质，其中的酶可催化呼吸作用的第一阶段及无氧呼吸第二阶段；乙只含细胞器，其中线粒体是有氧呼吸第二、三阶段的场所；丙含有酵母菌细胞的各部分，存在催化两种呼吸形式的酶。
(1)实验一：葡萄糖在甲中产生丙酮酸，因有氧存在，发酵作用受抑，丙酮酸在细胞质基质中无法按无氧呼吸的过程转化为酒精和二氧化碳；乙中由于没有使葡萄糖分解成丙酮酸的酶，因而不能进入线粒体完成反应；丙中含有催化有氧呼吸和无氧呼吸的各种酶且氧气充足，因而丙中的葡萄糖最终被分解为二氧化碳和水。(2)实验二：因有氧存在，加入的丙酮酸发酵作用受抑；乙中丙酮酸进入线粒体彻底氧化分解为二氧化碳和水；丙中的过程同实验一。(3)实验三：在隔绝空气的条件下，甲经发酵作用产生乙醇、CO2；乙不能进行有氧呼吸；丙进行无氧呼吸。(4)萤光素发光是将化学能转变成光能，需消耗ATP。有机物分解放出的能量越多发光越强，而有氧呼吸释放的能量远多于无氧呼吸释放的能量。
[答案](1)C、D、A (2)D、A、A (3)B、D、B (4)一、丙
[解题警示]答题时应注意所给的条件（反应物、有氧或无氧），再在该条件下判断所能发生的反应。
[同类变式]生物体内葡萄糖分解代谢过程图解如下：
据右图解回答：
(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
（2003全国高考理综题）
[解析]考查有氧呼吸、厌氧呼吸的过程及其相互区别和联系。葡萄糖是呼吸作用的主要原料。有氧呼吸、厌氧呼吸的第一阶段（糖酵解）完全相同，此后的反应视不同的生物（具不同的厌氧呼吸酶）、不同的反应条件（有氧或无氧）而定：人体细胞主要发生氧呼吸，即将丙酮酸转入线粒体，最终彻底分解为CO2、H2O，并释放大量能量；若在缺氧条件下如剧烈运动的肌细胞可生成乳酸。多数高等植物在无氧条件下可进行厌氧呼吸生成酒精。某些高等植物如马铃薯块茎的细胞可进行厌氧呼吸生成酒精。
[答案]（1）①②③；（2）呼吸作用产生水；（3）②
[例2]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、实际摄人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(L)
实际摄氧量(L)
血液中乳酸增加量
马拉松跑
600
589
略有增加
400m跑
16
2
显著增加
100m跑
8
0
未见增加
根据以上资料分析马拉松跑、400m跑、lOOm跑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
[解析]呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量供给机体生命活动的需要。解答此题首先应明确供能的方式有哪几种，且每种供能方式的条件和产物怎样。同时要善于从所给的数据中分析差别，从中获得突破口。根据所给资料分析，马拉松跑中需氧量很大，且乳酸的含量增加不多，可见主要进行有氧呼吸；400m跑中，氧气的消耗量较少，且有大量乳酸产生，可见主要进行无氧呼吸；lOOm跑中氧气的消耗几乎没有，乳酸的产生也很少，可见有氧呼吸、无氧呼吸都不是此时的主要供能方式，此时由磷酸肌酸分解提供能量。
[答案]A
[特别提示]生物体总是根据不同的环境条件，调整呼吸作用的方式，以保证生命活动的需要，所以分析这类问题一定要运用“适应”的观点。
[同类变式]下图表示随着剧烈运动时间的延长与肌肉供能系统之间的协调关系，请据图回答问题：
(1)图中的供能系统Ⅱ是 系统；供能系统Ⅱ是 系统；供能系统Ⅲ是 系统
(2)800m跑运动项目的能量供应主要是 ，3000m跑运动项目的能量供应主要是
[解析]通过识图归纳三个供能系统的特点：
供能系统
I
Ⅱ
Ⅲ
与O2的关系
无氧参加
无氧参加
有氧参加
能量来源
磷酸肌酸
肌糖元酵解
葡萄糖
ATP生成量
ATP生成不多
ATP生成有限
ATP生成很多
有无乳酸
无乳酸产生
有乳酸产生
无乳酸产生
解答第（2）问需要对几种主要运动项目的正常速度或时间有大致的了解。
[答案](1) 磷酸肌酸；肌糖元酵解；有氧呼吸(2)以磷酸肌酸与肌糖元酵解为主；以肌糖元酵解与有氧呼吸为主

二、能力提升技巧
（一）影响呼吸作用的主要因素是氧浓度、温度和水，他们通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用的强度（如何影响？请通过分析“酶的作用条件”得出结论）。人们通过控制氧浓度、温度和水量（湿度）等条件，可以是使作物增产，延长种子和蔬菜的贮存时间，提高发酵产品的品质和质量。
（二）近几年高考命题集中在：呼吸作用的化学方程式、概念、实质和意义，有氧、无氧呼吸的场所、过程及其相互关系。
未来高考题目多以图表、曲线等新情景、新视觉呈现，而呼吸作用与光合作用在学科内的综合是命题热点，侧重于利用呼吸作用与光合作用化学方程式进行计算和设计实验。
[例3]若白天光照充足，哪种条件对作物增产有利
A．昼夜恒温25℃ B．白天温度25℃，夜间温度15℃
C．昼夜恒温15℃ D．白天温度30℃，夜间温度25℃
[解析]作物增产取决于有机物的积累。白天光照充足，适当提高温度可以促进光合作用，制造更多有机物；晚上无光不能进行光合作用，呼吸作用照常进行，但可通过适当降低温度以减弱呼吸强度，尽量减少有机物的消耗。
[答案] D
[特别提示]绿色植物在光下制造有机物的同时，也进行呼吸作用，因此直接测量得到的光合速率，为实际光合速率与其光合速率的差值，此即表观光合速率。
[同类变式]在温室中栽培作物，如遇持续的阴雨天气，为了保证作物的产量，对温度的控制应当
A．降低温室温度，保持昼夜温差 B．提高温室温度，保持昼夜温差
C．提高温室温度，昼夜恒温 D．降低温室温度，昼夜恒温
[解析]阴雨天光照充足，光合作用较弱，在保障充分利用光能的前提下，可以适当降低温度以减弱呼吸强度；在不产生冻伤等的前提下，晚上温度可以进一步降低，保持适当的昼夜温差，目的是最大限度减少有机物的消耗。
[相关变式一]右图为大气中氧的浓度对植物组织内CO2产生的影响，为了有利于贮藏蔬菜和水果，贮藏室内的氧气应调节到图中的哪—点所对应的浓度?
[解析]这是通过控制氧的浓度而抑制呼吸的应用实例。空气中氧含量过低，植物细胞则进行无氧呼吸获得能量；氧的浓度增加，能促进有氧呼吸的进行，CO2释放量增加。保存蔬菜、水果，可采用降低空气中氧含量的办法，降低细胞的呼吸作用。
[答案]D
[例4]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 （2003上海高考题）
[解析]本题以呼吸作用为切入点，主要考查实验能力。本实验原理是：种子呼吸吸收氧放出二氧化碳。装置1释放的二氧化碳被NaOH溶液吸收，吸收氧的体积（X）则可通过着色液移动直接测出；装置2中试管中为蒸馏水，其气体体积的减小代表消耗氧和释放二氧化碳的体积之差（Y），通过着色液移动测出。该实验中消耗氧的体积=X＝200(mm)，释放二氧化碳的体积＝X—Y＝200—30＝170(mm)，RQ＝170／200＝0．65。此外，为使测定值尽可能接近真实值，设置单一变量的对照实验装置以校正实验误差是必不可少。
[答案]（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
三、基础能力测试
1．在图示大型圆底烧瓶内湿润的泥沙中，插有几根新鲜尚未长出新叶的枝条和一支试管，试管中盛有适量氢氧化钠溶液，烧瓶口紧包着一个小气球，使烧瓶刚好浮在大烧杯的水中某一位置。隔一天观察，可发现烧瓶
A．漂浮在水面 B．沉到大烧杯底 C．仍悬浮 D．都有可能
2．据研究，以极量强度蹬自行车6S，骨骼肌中ATP由原来的24.4mol·kg-下降至22.8mol·kg-,此时肌肉中ATP主要来源是
A.有氧呼吸 B．无氧呼吸 C．磷酸肌酸 D.以上都有
3．现有含水量①10％ ②12％ ③14％ ③16％的小麦，分别贮存于条件相同的四个粮仓中。在贮存过程中，有机物损耗最少的是
A． ① D．② C．③ D．④
4．一运动员正在进行长跑锻炼，从他的大腿肌细胞中检测到3种化学物质，其浓度变化如图。图中P、Q、R三曲线依次代表
A．O2、C02、乳酸 B．乳酸、C02、O2 C．C02、O2、乳酸 D．C02、乳酸、O2
5．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两层膜 B．是否产生二氧化碳是有氧、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．种子库中贮存的风干种子不进行呼吸作用
6．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，种子堆内温度最高的是
A． 甲 B． 乙 C． 丙 D． 丁
7．在适宜的温度条件下，在下列装置中都放人干酵母(内有酵母菌)，其中适于产生酒精的装置是

8．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
9．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
10．利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的适宜原料和在产生酒精阶段要控制的必要条件分别是
A． 玉米粉和有氧 B．大豆粉和有氧 C． 玉米粉和无氧 D．大豆粉和无氧
四、潜能挑战测试
11．将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中，在一定条件下不给光照，CO2的含量每小时增加8mg；如给予充足的光照后，容器内CO2的含量每小时减少36mg，据实验测定上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg。请回答：
⑴上述条件下，光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用的强度是否相等？
⑵在光照时该植物每小时葡萄糖的净生产量是 mg
⑶若一昼夜中先光照4小时，接着处置在黑暗的情况下20小时，该植物体内有机物含量的变化是
12．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）、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 （2003上海高考题）
五、标答与点拨
1．B (点拨：枝条的呼吸作用消耗O2，产生CO2被NaOH吸收，瓶内气体总体积减小，浮力则减小)2．C（点拨：在极短时间内高强度运动需大量能量ATP，有氧呼吸供能不足，而无氧呼吸供能更少）3．A(点拔：种子含水量越多呼吸作用越旺盛)4．B(点拔：长跑能量消耗大，肌细胞以有氧呼吸呼吸为主，也进行无氧呼吸产生乳酸)5．A(点拨：丙酮酸在细胞质中产生，而后在线粒体内彻底分解，可推知丙酮酸可以通过线粒体两层膜)6．C(点拨：风干的种子失去自由水，呼吸减弱；煮熟种子无呼吸现象；种子萌发后残留物能被微生物分解释放能量)7．A（点拨：酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖产生酒精，而自由水是酶发挥活性所必需的）8．A（点拔：氧在第三阶段与［H］结合成水）9．A（点拔：呼吸作用的第一阶段在细胞质中完成）10．C（点拔：这是根据酵母菌代谢的特点，通过控制氧的浓度促进厌氧呼吸的应用实例。酵母菌在无氧条件下分解糖类产生酒精。玉米粉、大豆粉的主要成分分别为淀粉和蛋白质。）
11．（1）设有光照情况下，光合作用每小时消耗CO2量为X，由方程式6CO2+12H2O = C6H12O6+6H2O+6O2 计算得：X=44mg。而实际上，容器内CO2的含量每小时减少36mg，即呼吸作用每小时产生CO2量为8mg，与黑暗条件下相同，即光照时的呼吸强度与黑暗时的呼吸强度是相等的。(2)设每小时呼吸作用消耗葡萄糖的量为Y，由方程式C6H12O6+6O2+6H2O = 6CO2+12H2O计算得：Y=5.45mg。所以，光照时植物每小时葡萄糖净生产量为：30mg －5.45mg = 24.55 mg。(3) 4小时产生的葡萄糖量为30mg×4=120mg， 24小时消耗的葡萄糖量为5.45mg × 24 = 130.8mg，植物体内葡萄糖将减少10.8mg
12．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。
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。
结果预测和结论：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。