山东省枣庄二中 孔 磊

细胞呼吸的原理、过程及应用精讲

山东省枣庄二中 孔 磊

一、试题展示

例1 葡萄糖的无氧分解过程中，下列产物出现的先后顺序正确的是（ ）。

①酒精 ②CO2③H2O ④ATP ⑤乳酸 ⑥H+⑦丙酮酸

A.⑥⑦⑤① B.③②①⑤ C.④⑦②① D.③④②⑤

解析 葡萄糖无氧分解过程中，先是葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸,产生少量的ATP，接着丙酮酸在细胞质基质中转化为乳酸或酒精和二氧化碳。即在无氧呼吸第一阶段生成丙酮酸、ATP，第二阶段产生乳酸或酒精和二氧化碳，所以在葡萄糖的无氧分解过程中，选项中各产物出现的先后顺序为④⑦⑤或④⑦②①。

答案 C

例2 科研人员探究了不同温度（25℃和0.5℃）条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化，结果见图甲和乙。

（1）由图可知，与25℃相比，0.5℃条件下果实的CO2生成速率较低，主要原因是__________。随着果实储存时间的增加，密闭容器内的________浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。该实验还可以通过检测________的浓度变化来计算呼吸速率。

（2）某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案：

称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封，将甲、乙瓶分别置于25℃和0.5℃的条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度，记录实验数据并计算CO2生成速率。

为了使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案（不考虑温度因素）。

a._________________________________________________________________________；

b.__________________________________________________________________________。

解析 （1）温度是影响酶活性的重要因素之一，低温下呼吸酶活性降低，细胞呼吸必然减弱。果实细胞呼吸必然要产生CO2，同时消耗O2，所以可以通过检测密闭容器内这两种气体的浓度变化来计算细胞呼吸速率。（2）分析实验设计思路，结合实验设计的五大原则，为了使实验结果更可靠，一方面选取果实的成熟度应一致，另一方面每组最好有平行重复实验。

答案 （1）低温降低了细胞呼吸相关酶的活性 CO2O2（2）a.选取果实的成熟度应一致b.每个温度条件下至少有3个平行重复实验

二、基础知识

1.“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验

（1）酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。在O2充足的条件下，酵母菌通过有氧呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精和二氧化碳；在O2浓度较低的情况下，酵母菌同时进行无氧呼吸和有氧呼吸。

（2）检测CO2的产生：可使用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液。CO2可使后者发生颜色变化（由蓝变绿再变黄）。

（3）检测酒精的产生：可使用橙色的重铬酸钾溶液。其在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。

2.细胞呼吸的方式

细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。

（1）有氧呼吸

②过程：分三个阶段（见下表）。最常利用的物质是葡萄糖。

项目 第一阶段 第二阶段 第三阶段场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜反应物 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）无氧呼吸

②过程：第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同，第二阶段的产物是酒精和二氧化碳或乳酸。全过程都在细胞质基质中进行。最常利用的物质也是葡萄糖。

3.细胞呼吸原理的应用

（1）包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”等敷料。

（2）对板结的土壤要及时松土透气。如果稻田土壤中的O2不足，水稻的根细胞就会进行无氧呼吸产生酒精，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根变黑、腐烂。

（3）皮肤伤口较深或被锈钉扎伤后，破伤风芽孢杆菌会大量繁殖，伤者应及时请医生处理。

（4）无氧运动中，肌细胞因O2不足，需要靠无氧呼吸来获取能量。

三、内容详解

1.细胞呼吸的过程图解

2.影响细胞呼吸的环境因素分析

项目 温度 O2浓度 水分影响原理 影响酶活性 决定呼吸类型和强度 自由水含量较高时呼吸旺盛2 CO坐标曲线呼吸速率 O释放量呼吸速率无氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸消失点温度OM O2/%O 含水量

3.测定组织细胞呼吸速率的装置与原理

（1）装置（如图所示）：

（2）表示：细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示。

（3）原理：组织细胞呼吸吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的有色液滴左移。一般用单位时间内液滴左移造成的体积变化表示呼吸速率。

（4）物理误差的校正：

①如果实验材料是绿色植物，那么整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。

②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。

③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活（如将种子煮熟），其他条件不变。

4.有关细胞呼吸方式探究的装置与实验分析

（1）最常用的实验装置（如图所示）：

（2）实验材料分析：①装置一、二中试剂的作用：NaOH溶液吸收CO2，蒸馏水作为对照。②在利用葡萄糖作为能源物质的条件下，有氧呼吸气体体积不变，无氧呼吸气体体积增加。

（3）实验结果分析：

装置一 装置二 结果红色液滴左移 红色液滴不动 只进行有氧呼吸红色液滴不动 红色液滴右移 只进行无氧呼吸红色液滴左移 红色液滴右移 既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸

四、规律总结

1.判断细胞呼吸类型的五种方法（以葡萄糖为底物）

（1）CO2释放量=O2消耗量→有氧呼吸。

（2）不消耗O2，产生CO2→无氧呼吸（酒精发酵）。

（3）CO2释放量>O2消耗量→同时进行有氧呼吸和无氧呼吸（酒精发酵）。

（4）不吸收O2，不释放CO2→无氧呼吸（乳酸发酵）。

（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发酵。

2.细胞呼吸的曲线识别技巧

（1）下降型曲线：呼吸反应速率逐渐减缓，一般受生成物含量的影响，随生成物的增多而减缓，如CO2浓度。

（2）上升型曲线：呼吸反应速率逐渐加快，一般受反应物含量的影响，随反应物的增多而加快，如O2含量。