新编人教版高中生物必修一学案532 细胞呼吸的原理和应用 Word版含答案.docx

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新编人教版高中生物必修一学案532细胞呼吸的原理和应用Word版含答案

第2课时　细胞呼吸的原理和应用

学习目标

1．说出线粒体的结构和功能（重点）。

2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同（重难点）。

3.说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用（重难点）。

|基础知识|

一、线粒体的结构和功能及有氧呼吸

1．线粒体的结构和功能

线粒体的结构示意图

（1）图中序号代表的结构：

①外膜，②内膜，③嵴，④基质。

（2）线粒体的功能：

进行有氧呼吸的主要场所。

2．有氧呼吸

（1）概念：

指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

（2）过程：

场所

反应物

能量释放量

第一阶段

细胞质基质

1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸和[H]

少量

第二阶段

线粒体基质

丙酮酸和水分解成CO2和[H]

少量

第三阶段

线粒体内膜

[H]和氧结合形成水

大量

3．总反应式：

C6H12O6＋6H2O＋6O2

6CO2＋12H2O＋能量。

二、无氧呼吸

1．场所：

细胞质基质。

2．过程：

⇒葡萄糖

丙酮酸＋[H]

3．分别写出无氧呼吸两种形式的总反应式：

产生乳酸：

C6H12O6

2C3H6O3（乳酸）＋少量能量。

产生酒精：

C6H12O6

2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量。

三、细胞呼吸的应用

1．细胞呼吸的应用原理和实例（连线）

2．细胞呼吸的影响因素

影响细胞呼吸的因素主要有：

氧气、温度和水分等。

|自查自纠|

1．有氧呼吸全部在线粒体中进行。

（　　）

2．有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。

（　　）

3．无氧呼吸的产物不一定相同。

（　　）

4．人体细胞在有氧或无氧状态下均可产生CO2。

（　　）

5．无氧呼吸是不彻底的氧化分解，一些能量没释放出来，所以无氧呼吸释放的能量较少。

（　　）

6．温度是通过影响酶的活性来影响细胞呼吸的。

（　　）

7．氧气作为反应物在有氧呼吸的第二、三阶段参与。

（　　）

8．农田长期水淹后会造成植物烂根与无氧呼吸有关。

（　　）

答案　1.×　2.√　3.√　4.×　5.√　6.√　7.×　8.√

|图解图说|

线粒体是所有生物进行有氧呼吸的场所吗？

提示：

不是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

★同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸是在温和条件下进行的，有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；释放的能量大多储存在ATP中。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

★人在剧烈运动时，会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可产生CO2吗？

提示：

都可产生

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

探究点一　线粒体的结构与有氧呼吸

1．线粒体与有氧呼吸相适应的结构特点

（1）线粒体是如何扩大自身生物膜面积的？

提示　内膜折叠成嵴，从而扩大了生物膜面积。

（2）有氧呼吸酶主要分布于线粒体的哪些部位？

提示　主要分布于线粒体的内膜和线粒体基质。

2．有氧呼吸的过程

（1）图中的a、b、c分别表示有氧呼吸的哪个阶段？

提示　a表示第一阶段，b表示第二阶段，c表示第三阶段。

（2）请完善下列有氧呼吸的每个阶段的反应式：

第一阶段：

C6H12O6

2C3H4O3＋4[H]＋少量能量

第二阶段：

2C3H4O3＋6H2O

6CO2＋20[H]＋少量能量

第三阶段：

24[H]＋6O2

12H2O＋大量能量

（3）请在下列反应式中表示出三种反应物中每种元素的去向。

C6H12O6＋6O2＋6H2O

12H2O＋6CO2＋能量

提示　

（4）葡萄糖在线粒体中能否被氧化分解？

为什么？

提示　不能，因为葡萄糖氧化分解的第一步需要的酶在细胞质基质中。

有氧呼吸过程中物质和能量的变化

（1）各反应物参与的阶段：

葡萄糖在第一阶段参与，H2O在第二阶段参与，O2在第三阶段参与。

（2）各生成物产生的阶段：

[H]在第一、二阶段产生，CO2在第二阶段产生，H2O在第三阶段产生。

（3）能量变化的特点：

三个阶段都产生能量，但大量的能量在第三阶段产生。

（1）有线粒体的生物一定能进行有氧呼吸，但没有线粒体的生物有的也能进行有氧呼吸，如蓝藻和一些好氧菌。

（2）参与细胞呼吸的主要是糖类，脂肪和蛋白质等也可以参与。

【典例1】如图表示有氧呼吸过程，有关说法正确的是（　　）

A．①②④中数值最大的是①

B．③代表的是O2

C．有氧呼吸三个阶段所需的酶相同

D．⑤参与的过程发生在线粒体内膜上

解析　分析题图可知：

①②④分别代表有氧呼吸第一、二和三阶段所释放的能量，其中第三个阶段所释放的能量④的数值最大。

有氧呼吸第一个阶段发生在细胞质基质中，第二和第三个阶段分别发生在线粒体的基质和内膜上。

三个阶段发生的场所不同，所需的酶不同。

③代表参与第二个阶段反应的原料H2O，不是O2，⑤是O2，参与的过程是有氧呼吸的第三个阶段，发生在线粒体内膜上。

答案　D

判断某个过程的名称时，最好的方法是看该过程的起点和终点是什么物质，然后结合细胞呼吸的过程即可作出判断。

例如，某过程消耗H2O而产生CO2，则该过程就是有氧呼吸的第二阶段；某过程消耗O2产生了水，则为有氧呼吸第三阶段。

【跟踪训练】

1．下图表示绿色植物细胞内部分物质的转化过程，以下有关叙述正确的是（　　）

A．①②分别表示H2O、O2

B．图中产生[H]的场所都是线粒体

C．用18O标记葡萄糖，则在产生的水中能检测到放射性

D．图示过程只能在有光的条件下进行

解析　题图所示的是有氧呼吸的过程，有氧呼吸包括三个阶段，第一阶段是葡萄糖在酶的作用下分解成丙酮酸，同时产生少量的能量和[H]，第二阶段是丙酮酸和水在酶的作用下生成二氧化碳，同时产生[H]和少量的能量，第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的[H]与O2结合形成水，同时产生大量的能量，其中葡萄糖中的氧全部到了产物二氧化碳中。

答案　A

探究点二　影响细胞呼吸的因素及应用

1．O2浓度

下图表示O2浓度对某种植物非绿色器官细胞呼吸（呼吸底物为葡萄糖）的影响曲线。

（1）图中a、b、c三条曲线的含义分别是什么？

提示　b曲线表示有氧呼吸释放的CO2量，c曲线表示无氧呼吸释放的CO2量，a曲线表示有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2总量。

（2）O2浓度由0增加到5%的过程中，CO2释放总量不断降低的原因是什么？

提示　O2浓度由0增加到5%的过程中，无氧呼吸强度随O2浓度的降低而受到抑制，使无氧呼吸释放的CO2量减少，而此时有氧呼吸的强度较低，故CO2释放总量不断降低。

（3）当O2浓度在0～10%的范围内时，该植物器官的呼吸类型是什么？

提示　在O2浓度在0～10%的范围内时，该植物器官的呼吸类型为有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。

（4）当氧气浓度为10%时，a、b两曲线重合的原因是什么？

提示　当氧气浓度为10%时，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸，故a、b两曲线重合。

2．温度、水分、CO2浓度对细胞呼吸的影响

下面甲、乙、丙三图分别表示温度、水分、CO2浓度对细胞呼吸的影响。

（1）分析甲图，思考温度影响细胞呼吸的原理是什么？

提示　温度是通过影响有关酶的活性来影响细胞呼吸的。

（2）结合甲图思考，在温室大棚中我们应如何来控制温度来提高产量？

提示　温室栽培中增大昼夜温差（降低夜间温度），以减少夜间呼吸消耗有机物。

（3）结合乙图，分析含水量与呼吸速率之间的关系。

提示　在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，当含水过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。

（4）根据乙图分析种子在储藏前为什么要晾干？

干种子萌发时为什么要浸泡处理？

提示　储存粮食之前要进行晾干处理，以降低含水量，从而降低呼吸速率。

干种子萌发前要浸泡处理，以增加含水量提高呼吸速率。

（5）结合丙图所示的原理思考在蔬菜、水果保鲜时我们可采取什么措施？

提示　在蔬菜、水果保鲜中，增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。

【典例2】如图表示某植物非绿色器官在不同O2浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化情况，根据所提供的信息，以下判断正确的是（　　）

A．N点时，该器官O2的吸收量和CO2的释放量相等，说明其只进行有氧呼吸

BM点是储藏该器官的最适O2浓度，此时无氧呼吸的强度最低

C．该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解

D．L点时，该器官产生CO2的场所是线粒体基质

解析　N点之后，O2的吸收量与CO2的释放量不等，说明该植物非绿色器官呼吸作用过程中还有非糖物质的氧化分解，C正确；由于有非糖物质参与氧化分解，故O2的吸收量与CO2的释放量相等不能说明该器官只进行有氧呼吸，A错误；M点细胞的总呼吸强度最低，但无氧呼吸强度并不是最低的，B错误；L点时，细胞只进行无氧呼吸，产生CO2的场所是细胞质基质，D错误。

答案　C

【跟踪训练】

2．甲、乙两图表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．甲图中O2浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点

B．甲图中O2浓度为b时，对应乙图中CD段

C．甲图的a、b、c、d四个浓度中c是最适合储藏苹果的O2浓度

D．甲图中O2浓度为d时没有酒精产生

解析　甲图中O2浓度为a时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应乙图中的A点，A正确；甲图中O2浓度为b时CO2的释放量远远大于O2的吸收量，说明细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无氧呼吸强度大，应对应乙图中AC段（不包括A点和C点），B错误；储藏苹果应选择CO2释放量最少即细胞呼吸最弱时的O2浓度，C正确；O2浓度为d时，CO2的释放量与O2的吸收量相等，细胞只进行有氧呼吸，因此没有酒精产生，D正确。

答案　B

探究点三　对细胞呼吸方式的判断及相关计算

1．请根据酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸反应式写出以下比例：

有氧呼吸：

C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6，据此可知，有氧呼吸中消耗的O2量等于（填“大于”、“小于”或“等于”）CO2的产生量；

无氧呼吸：

C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2。

2．人体细胞（或动物细胞）的细胞呼吸中O2的消耗与CO2的产生：

有氧呼吸时，O2：

CO2＝1∶1，无氧呼吸时既没有O2的消耗也没有CO2的产生。

3．以酵母菌为例，假如以葡萄糖为呼吸的底物，则：

（1）不消耗O2而产生CO2，则只进行无氧呼吸；

（2）消耗的O2量等于产生的CO2的量，则只进行有氧呼吸；

（3）消耗O2且产生的CO2的量大于O2的消耗量，则既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸；

（4）酒精的产生量等于CO2的释放量，则只进行无氧呼吸。

4．如果一瓶酵母菌有的进行有氧呼吸有的进行无氧呼吸，已知O2的消耗量等于amol，CO2的产生量是bmol，则呼吸消耗的葡萄糖中有a/6mol用于有氧呼吸，有（b－a）/2mol用于无氧呼吸。

【典例3】有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如下表所示：

氧浓度/%

a

b

c

d

产生CO2的量/mol

30

9

12.5

15

产生酒精的量/mol

0

9

6.5

6

下列叙述错误的是（　　）

A．氧浓度为a时只进行有氧呼吸

B．b值对应的氧浓度为0

C．氧浓度为c时，经有氧呼吸产生的CO2为6mol

D．氧浓度为d时，有1/3的葡萄糖用于酒精发酵

解析　突破口：

结合酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的反应式对每个选项进行分析。

有氧呼吸反应式：

C6H12O6＋6H2O＋6O2

6CO2＋12H2O＋能量。

无氧呼吸（酒精发酵）反应式：

C6H12O6

2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量。

氧浓度为a时，只产生CO2，不产生酒精，说明只进行有氧呼吸；氧浓度为b时，产生CO2的量和酒精的量相同，说明只进行无氧呼吸，氧浓度为0；氧浓度为c时，酵母菌无氧呼吸产生酒精的量和CO2的量相同，因此有氧呼吸产生的CO2为12.5－6.5＝6（mo1）；氧浓度为d时，设参与有氧呼吸的葡萄糖的量为x，由有氧呼吸反应式可知，产生的CO2为6x，设参与无氧呼吸的葡萄糖的量为y，由无氧呼吸反应式可知，产生的酒精和CO2均为2y，则有2y＝6,6x＋2y＝15，得x＝1.5，y＝3，可推出有2/3的葡萄糖用于酒精发酵。

答案　D

【跟踪训练】

3．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释放量如下表所示。

下列分析正确的是（　　）

O2浓度

0

1%

2%

3%

5%

7%

10%

15%

20%

25%

O2吸收量（mol）

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.8

CO2释放量（mol）

1

0.8

0.6

0.5

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.8

A．O2浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生ATP越多

B．O2浓度为3%时，有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无氧呼吸的2倍

C．苹果果肉细胞在O2浓度为3%和7%时，消耗的葡萄糖量相等

D．苹果果肉细胞在O2浓度为5%～25%时，只进行有氧呼吸

解析　由表可知，O2浓度大于20%以后，有氧呼吸的强度不变。

O2浓度为3%时，有氧呼吸消耗的O2量为0.3，消耗的葡萄糖为0.3/6，无氧呼吸产生的CO2量为0.2，消耗的葡萄糖为0.2/2，前者是后者的1/2。

在O2浓度为3%时同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，而O2浓度为7%时只进行有氧呼吸，消耗的葡萄糖量不相等。

在O2浓度为5%～25%时，O2的吸收量和CO2释放量相等，只进行有氧呼吸。

答案　D

知识脉络

要点晨背

1.有氧呼吸的三个阶段的场所分别是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。

2.有氧呼吸的三个阶段都能释放能量，但第三阶段释放最多。

3.细胞呼吸释放的能量大部分变成热能释放，只有一部分用于合成ATP。

4.无氧呼吸全部在细胞质基质中进行，大部分植物和酵母菌的无氧呼吸产物是酒精和CO2，人体和动物细胞的无氧呼吸产物是乳酸。

5.氧气能促进有氧呼吸而抑制无氧呼吸。

6.温度是通过影响呼吸酶的活性来影响细胞呼吸的。

1．马铃薯块茎进行无氧呼吸时，只能释放少量能量，其他能量（　　）

A．储藏在葡萄糖中　　B．存留于酒精中

C．存留于乳酸中　　D．以热能形式散失

解析　马铃薯块茎的无氧呼吸产生乳酸而不是酒精，所以没有释放出来的能量储藏在乳酸中。

答案　C

2．下列细胞中，其呼吸过程会产生酒精的是（　　）

A．缺氧条件下的马铃薯块茎细胞

B．剧烈运动时人的骨骼肌细胞

C．酸奶生产中的乳酸菌

D．受涝的植物根细胞

解析　植物根细胞的无氧呼吸产生酒精。

答案　D

3．（2016·雅安高一检测）在有氧呼吸的反应阶段中，下列不在线粒体中进行的只有（　　）

A．[H]传递给氧生成水

B．C6H12O6分解为丙酮酸和[H]

C．丙酮酸分解为CO2和[H]

D．ADP与磷酸反应生成ATP

解析　有氧呼吸的第一阶段是将葡萄糖分解为丙酮酸和[H]，该过程的场所是细胞质基质而不是线粒体。

答案　B

4．下图表示生物体内葡萄糖的代谢过程，其中A、B、C、D代表物质名称，①②③④表示过程，请据图回答：

（1）C代表的物质名称是________，④过程进行的场所是

________________________________________________________________________

（2）在①②③④过程中，有能量释放的过程是________（填序号），有O2参与的过程是________（填序号）。

（3）在①②③④过程中，可在酵母菌细胞内进行的过程是________，可在人体细胞内进行的过程是_______________________________________________。

（4）写出①②过程的总反应式：

________________________________________________

解析　

（1）图中①是细胞呼吸的第一阶段，产物C是丙酮酸。

④是产生乳酸类型的无氧呼吸的后期，其场所是细胞质基质。

（2）细胞呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第二、三阶段释放能量，无氧呼吸的后期阶段不能释放能量。

（3）酵母菌细胞中可以进行有氧呼吸和产生酒精和CO2类型的无氧呼吸，但不能进行产生乳酸类型的无氧呼吸。

人体细胞中可以进行有氧呼吸和产生乳酸类型的无氧呼吸。

（4）略。

答案　

（1）丙酮酸　细胞质基质　

（2）①②　②　（3）①②③　①②④　（4）C6H12O6＋6H2O＋6O2

6CO2＋12H2O＋能量