2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-2 细胞呼吸

2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-2 细胞呼吸

‎2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-2 细胞呼吸 ‎【考情分析】‎ ‎1.细胞呼吸(Ⅱ)‎ ‎2.实验：探究酵母菌的呼吸方式 ‎【核心素养分析】‎ ‎1.生命观念：细胞呼吸是有机物氧化分解，释放能量的过程。‎ ‎2.科学思维：比较有氧呼吸和无氧呼吸的场所和过程的不同。‎ ‎3.科学探究：探究有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的方式。 ‎ ‎4.社会责任：细胞呼吸的原理在生产和生活中的应用。‎ ‎【重点知识梳理】‎ 知识点一、细胞呼吸 ‎1．探究酵母菌细胞呼吸的方式 ‎(1)酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌为兼性厌氧型微生物，其细胞呼吸方式为有氧呼吸和产生酒精(填酒精、乳酸)的无氧呼吸。‎ ‎(2)产物的检测 试剂 现象(颜色变化)‎ CO2‎ 澄清的石灰水 变混浊 溴麝香草酚蓝水溶液 蓝色→绿色→黄色 酒精 在酸性条件下，橙色的重铬酸钾 变成灰绿色 ‎2.细胞的有氧呼吸 ‎(1)过程图解 ‎(2)总反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。‎ ‎3．无氧呼吸 ‎(1)反应式 ‎①C6H12O62C3H6O3＋能量(如乳酸菌)。‎ ‎②C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量(如酵母菌)。‎ ‎(2)场所：细胞质基质 ‎【知识拓展】‎ ‎1．据原子守恒判断有氧呼吸中各元素的去向 反应物中的葡萄糖、水、氧气分别在第一、二、三阶段被利用。产物中的二氧化碳和水分别在第二、三阶段形成。‎ ‎2．细胞呼吸中[H](NADH)和ATP的来源和去路 物质 来源 去路 ‎[H] (NADH)‎ 有氧呼吸：C6H12O6和H2O 无氧呼吸：C6H12O6‎ 有氧呼吸：与O2结合生成水 无氧呼吸：还原丙酮酸 ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生 无氧呼吸：只在第一阶段产生 用于各项生命活动 ‎3.细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系 ‎(1)反应式 ‎①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。‎ ‎②无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量；C6H12O62C3H6O3＋能量。‎ ‎(2)相关物质间量的比例关系 ‎①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。‎ ‎②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶C2H5OH＝1∶2∶2或 C6H12O6∶C3H6O3＝1∶2。‎ ‎③消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量：有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。‎ ‎④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。‎ ‎4．判断细胞呼吸方式的三大依据 ‎5．实验法判断生物组织的呼吸方式 ‎(1)装置 ‎(2)原理：植物呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的红墨水滴左移。单位时间内红墨水滴左移的体积即表示呼吸速率。‎ ‎(3)结果分析 ‎①若甲红墨水滴左移，乙红墨水滴不动，则只进行有氧呼吸。‎ ‎②若甲红墨水滴不动，乙红墨水滴右移，则只进行无氧呼吸。‎ ‎③若甲红墨水滴左移，乙红墨水滴右移，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。‎ ‎(4)物理误差的校正：设置丙装置，除将装置中生物材料换为杀死的等量同种生物材料外其余均与乙装置相同。‎ 知识点二　影响细胞呼吸的因素及其应用 ‎1．影响细胞呼吸的外部因素分析 项目 温度 O2浓度 水分 影响 原理 影响酶的活性 决定细胞呼吸类型和强度 自由水含量较高时细胞呼吸旺盛 坐标 曲线 实践 应用 ‎①在零上低温下贮存蔬菜、水果；②在大棚蔬菜的栽培过程中，适当增加昼夜温差以减少有机物的消耗，提高产量 通过降低O2浓度来抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，来延长蔬菜、水果的保鲜时间 贮藏作物种子时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗 ‎2.细胞呼吸原理的应用 ‎(1)对有氧呼吸原理的应用 ‎①提倡慢跑等有氧运动，使细胞进行有氧呼吸，避免肌细胞产生大量乳酸。‎ ‎②稻田定期排水有利于根系有氧呼吸，防止幼根因缺氧变黑、腐烂。‎ ‎③利用淀粉、醋酸菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。‎ ‎(2)对无氧呼吸原理的应用 ‎①利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。‎ ‎②破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，包扎伤口应选用透气的敷料，抑制破伤风芽孢杆菌的无氧呼吸；较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。‎ ‎【典型题分析】‎ 高频考点一 细胞有氧呼吸、无氧呼吸过程 例1．（2020·课标Ⅰ）种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是（ ）‎ A. 若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸 B. 若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等 C. 若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放 D. 若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多 ‎【答案】D ‎【解析】呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则消耗的氧气=生成的二氧化碳量；若只进行无氧呼吸，当呼吸产物是酒精时，生成的酒精量=生成的二氧化碳量。若二氧化碳的生成量=酒精的生成量，则说明不消耗氧气，故只有无氧呼吸，A正确；若只进行有氧呼吸，则消耗的氧气量=生成的二氧化碳量，B正确；若只进行无氧呼吸，说明不消耗氧气，产乳酸的无氧呼吸不会产生二氧化碳，C正确；若同时进行 有氧呼吸和无氧呼吸，若无氧呼吸产酒精，则消耗的氧气量小于二氧化碳的生成量，若无氧呼吸产乳酸，则消耗的氧气量=二氧化碳的生成量，D错误。故选D。‎ ‎【举一反三】(2020·河北衡水中学一调)下图表示酵母菌呼吸过程中葡萄糖分解的两个途径，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．酶2发挥作用的部位是细胞质基质和线粒体 B．能量2相较于能量1多 C．消耗等量的葡萄糖经酶3途径产生的CO2较多 D．酒精是酵母菌的代谢产物，可经主动运输方式运出细胞 ‎【答案】B ‎【解析】酶1催化葡萄糖形成丙酮酸，发挥作用的场所是细胞质基质，酶2催化有氧呼吸的第二阶段和第三阶段，发挥作用的场所是线粒体，A错误；能量1是有氧呼吸第一阶段或无氧呼吸第一阶段产生的，能量2是有氧呼吸第二、三阶段产生的，则能量2相较于能量1多，B正确；酶3催化的是产生C2H5OH的无氧呼吸，消耗等量的葡萄糖，产C2H5OH的无氧呼吸产生的CO2比有氧呼吸少，C错误；C2H5OH是脂溶性物质，可通过自由扩散运出细胞，D错误。‎ ‎【变式探究】（2020·浙江卷）下列关于细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸的叙述，正确的是（ ）‎ A. 细胞的厌氧呼吸产生的ATP比需氧呼吸的多 B. 细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体嵴上进行 C. 细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸过程中都会产生丙酮酸 D. 若适当提高苹果果实贮藏环境中的O2浓度会增加酒精的生成量 ‎【答案】C ‎【解析】需氧呼吸是有机物彻底氧化分解的过程，贮存在有机物中的能量全部释放出来，产生大量ATP，而厌氧呼吸的产物乳酸或乙醇中还储存着能量，产生的ATP少得多，A错误；细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶中进行，B错误；细胞的需氧呼吸和厌氧呼吸的第一阶段都是糖酵解过程，将1个葡萄糖分子转变为2个丙酮酸分子，C正确；若适当提高苹果果实贮藏环境中的O2浓度，会抑制细胞的厌氧呼吸，酒精的生成量减少，D错误。故选C。‎ ‎【举一反三】(2019·高考全国卷Ⅱ)‎ 马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是(　　)‎ A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖 B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来 C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生 ‎【答案】B ‎【解析】马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物，A项错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，B项正确；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并且释放出少量能量，C项错误；一般来说，氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生，D项错误。‎ 高频考点二 细胞呼吸方式的判断与计算 例2．(2020·华东师大模拟)若酵母菌呼吸消耗的O2与释放CO2的量如图所示，图中四种状态下，有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值，正确的是(　　)‎ A．甲，1/5　　　　　　 B．乙，1/3‎ C．丙，2/3 D．丁，2/3‎ ‎【答案】C ‎【解析】酵母菌有氧呼吸分解1分子葡萄糖，消耗6分子O2，产生6分子CO2；无氧呼吸分解1分子葡萄糖，不消耗O2，产生2分子CO2。甲状态下，有氧呼吸消耗的葡萄糖量为1/6，无氧呼吸消耗的葡萄糖量为(6－1)/2＝5/2，故有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值为1/15；同理，可求出乙、丙状态下的比值依次为1/6、2/3，丁状态下只进行有氧呼吸，C正确。‎ ‎【变式探究】有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的物质的量如下图所示。据图中信息推断，下列叙述错误的是(　　)‎ A．当O2浓度为a时，酵母菌没有进行有氧呼吸，只进行无氧呼吸 B．当O2浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸的过程有所不同 C．当O2浓度为c时， 有2/5的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵 D．a、b、c、d 4种不同O2浓度下，细胞都能产生[H]和ATP ‎【答案】C ‎【解析】当O2浓度为a时，酒精产生量与CO2产生量相等，说明此时只进行无氧呼吸，A项正确。当O2浓度为b时，产生CO2的量多于产生酒精的量，说明酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸；当O2浓度为d时，没有酒精产生，说明酵母菌只进行有氧呼吸，因此当O2浓度为b、d时，酵母菌细胞呼吸过程有所不同，B项正确。当O2浓度为c时，产生6 mol酒精的同时会产生6 mol CO2，需要消耗3 mol葡萄糖，剩余的9 mol CO2来自有氧呼吸，需消耗1.5 mol葡萄糖，因此有2/3的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵，C项错误。无论是无氧呼吸还是有氧呼吸都能产生[H]和ATP，D项正确。‎ 高频考点三 细胞呼吸方式的探究 例3．(2020·安徽合肥九中质检)下面三个装置可用于研究萌发的种子的呼吸作用的方式及其产物，下列有关分析不正确的是(　　)‎ A．甲装置可用于探究呼吸作用是否产生热量 B．乙装置有色液滴向左移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸 C．丙装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2‎ D．三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验 ‎【答案】B ‎【解析】甲装置中有温度计，可用于探究呼吸作用是否产生热量，A正确；乙装置中NaOH溶液可吸收种子呼吸产生的CO2，有色液滴左移的距离代表细胞呼吸消耗的O2量，因此该装置可用于探究萌发的种子是否进行了有氧呼吸，该装置无法证明种子萌发是否进行无氧呼吸，B错误；丙装置中澄清的石灰水可检测CO2，因此该装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2，C正确；种子未进行消毒处理，附着在种子表面的微生物进行的细胞呼吸会对实验结果产生干扰，实验过程中的其他无关变量也会影响实验结果，所以三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验，D正确。‎ ‎【变式探究】(2020·河北邢台高三调研)实验小组将等量的某植物种子分别放在不同O2浓度的密闭容器 中，1小时后，测出容器中O2和CO2的变化情况如下表：‎ 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 ‎0.7‎ ‎0.7‎ CO2释放量/mol ‎1‎ ‎0.8‎ ‎0.6‎ ‎0.5‎ ‎0.4‎ ‎0.5‎ ‎0.6‎ ‎0.7‎ ‎0.7‎ ‎0.7‎ 据表分析以下叙述正确的是(　　)‎ A．在O2浓度为0～3%时只进行无氧呼吸 B．有氧呼吸的强度随O2浓度升高而增强 C．在O2浓度为5%时，种子只进行有氧呼吸 D．无氧呼吸的产物是乳酸和CO2‎ ‎【答案】C ‎【解析】O2浓度为0时，只进行无氧呼吸，表中O2浓度为1%～3%时，CO2的释放量大于O2的吸收量，细胞既进行无氧呼吸又进行有氧呼吸，A错误；O2浓度为15%～25%时，随着O2浓度的上升，细胞呼吸强度不变，B错误；在O2浓度为5%时，CO2的释放量和O2的吸收量相等，种子只进行有氧呼吸，C正确；该植物种子无氧呼吸的产物有酒精和CO2，D错误。‎ 高频考点四 细胞呼吸原理的应用 例4．(2020·福建漳州一模)下列关于细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是(　　)‎ A．农田及时排涝能防止根细胞因缺氧产生酒精而烂根 B．包扎伤口时选用透气消毒纱布主要是防止包扎部位的组织细胞缺氧 C．皮肤破损较深或被锈铁钉扎伤后，感染的破伤风杆菌容易大量繁殖 D．利用粮食和酵母菌进行酿酒，在控制通气时需先通入空气一段时间再控制无氧条件 ‎【答案】B ‎【解析】稻田定期排水，能防止根部细胞进行无氧呼吸产生酒精，A正确；包扎伤口时，选择透气的消毒纱布包扎，能避免厌氧微生物的繁殖，B错误；皮肤破损较深或被锈铁钉扎伤后，较深伤口处的无氧环境适合破伤风杆菌大量繁殖，C正确；利用酵母菌制酒时先通入空气一段时间有利于酵母菌大量繁殖，然后再密封创造无氧环境使其进行酒精发酵，D正确。‎ ‎【变式探究】细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中，下表中有关措施与目的，正确的是(　　)‎ 选项 应用 措施 目的 A 贮藏种子 晒干 降低有机物含量，降低细胞呼吸 B 酵母菌酿酒 密封 加快酵母菌繁殖，有利于酒精发酵 C 水果保鲜 低温 降低酶的活性，降低细胞呼吸 D 水稻生长 定期排水 提高酶的活性，促进有氧呼吸 ‎【答案】C ‎【解析】种子的贮藏，必须降低含水量，使种子处于风干状态，从而使呼吸作用降至最低，以减少有机物的消耗，而不是降低有机物的含量，A错误；酵母菌在有氧条件下，能快速繁殖，而在无氧条件下，有利于酒精发酵，B错误；水果保鲜的目的是既要保持水分，又要降低呼吸作用，所以低温是最好的方法，C正确；水稻定期排水，可以提高土壤中氧气的含量，有利于根细胞的有氧呼吸，但不能提高酶的活性，D错误。‎ 高频考点五 环境因素对细胞呼吸的影响 例5．(2020·福建厦门高三质检)科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)‎ A．20 h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体 B．50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2浓度会增加 C．50 h后，30 ℃的有氧呼吸速率比2 ℃和15 ℃慢，是因为温度高使酶活性降低 D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大 ‎【答案】B ‎【解析】果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A项错误；50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗殆尽，以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B项正确，C项错误；由于酶具有最适温度，若超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，D项错误。‎ ‎【变式探究】(2020·吉林长春实验中学模拟)人体运动强度与O2消耗量和血液中乳酸含量的关系如下图(底物均是葡萄糖)。下列说法错误的是(　　)‎ A．运动状态下，肌肉细胞CO2的产生量等于O2的消耗量 B．运动强度为c时，无氧呼吸消耗的葡萄糖约是有氧呼吸的3倍 C．无氧呼吸时葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中 D．若运动强度长时间超过c，肌细胞积累大量乳酸使肌肉有酸痛感 ‎【答案】C ‎【解析】由题图可知，运动状态下，肌肉细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，其中有氧呼吸产生的CO2量等于消耗的O2量，而无氧呼吸既不消耗O2也不产生CO2，A正确；有氧呼吸消耗1分子葡萄糖需要6分子O2，无氧呼吸消耗1分子葡萄糖生成2分子乳酸，运动强度为c时，O2的消耗量≈乳酸生成量(因血液中原有少量乳酸)，无氧呼吸消耗的葡萄糖约是有氧呼吸的3倍，B正确；无氧呼吸过程中有机物发生不彻底的氧化分解，一部分能量储存在有机物中，一部分以热能形式散失，其余的转移到ATP中，C错误；若运动强度长时间超过c，会因为乳酸增加而使肌肉酸胀乏力，D正确。‎