高中生物人教版必修一学案：5.3.2 细胞呼吸的原理和应用 -
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CO 2和水，释放能量，生成大量A TP 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CO 2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：C 6H 12O 6＋6H 2O ＋6O 2――→酶6CO 2＋12H 2O ＋能量。
二、无氧呼吸
1．场所：细胞质基质。
2．过程：第一阶段?葡萄糖――→酶
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：C 6H 12O 6――→酶
2C 3H 6O 3(乳酸)＋少量能量。
产生酒精：C 6H 12O 6――→酶2C 2H 5OH(酒精)＋2CO 2＋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
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★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A TP中。
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★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
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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：C 6H 12O 6――→酶
2C 3H 4O 3＋4[H]＋少量能量
第二阶段：2C 3H 4O 3＋6H 2O ――→酶6CO 2＋20[H]＋少量能量
第三阶段：24[H]＋6O 2――→酶12H 2O ＋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。
C 6H 12O 6＋6O 2＋6H 2O ――→酶12H 2O ＋6CO 2＋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，H 2O 在第二阶段参与，O 2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
B M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O 2的消耗量等于a mol ，CO 2的产生量是b mol ，则呼吸消耗的葡萄糖中有a/6 mol 用于有氧呼吸，有(b －a)/2 mol 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CO 2的量如下表所示：
氧浓度/% a b c d 产生CO 2的量/mol 30 9 12.5 15 产生酒精的量/mol
9
6.5
6
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CO 2为6 mol
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：C 6H 12O 6＋6H 2O ＋6O 2――→酶
6CO 2＋12H 2O ＋能量。无氧呼吸(酒精发酵)反应式：C 6H 12O 6――→酶
2C 2H 5OH(酒精)＋2CO 2＋少量能量。氧浓度为a 时，只产生CO 2，不产生酒精，说明只进行有氧呼吸；氧浓度为b 时，产生CO 2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CO 2的量相同，因此有氧呼吸产生的CO 2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CO 2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CO 2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O 2浓度不同的密闭容器中，1小时后，测定O 2
的吸收量和CO 2释放量如下表所示。下列分析正确的是( ) O 2浓度 0 1% 2% 3% 5% 7% 10% 15% 20% 25% O 2吸收量(mol) 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.8
CO 2释放量(mol)
1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8
2B ．O 2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O 2浓度为3%和7%时，消耗的葡萄糖量相等 D ．苹果果肉细胞在O 2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A TP。
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O 2参与的过程是________(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CO 2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)C 6H 12O 6＋6H 2O ＋6O 2――→酶
6CO 2＋12H 2O ＋能量