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2019-2020年高中生物 第5章 第3節(jié) ATP的主要來源-細胞呼吸典例精析 新人教版必修1 探究細胞呼吸方式的實驗分析 【例1】　 如圖5314表示的是測定保溫桶內(nèi)溫度變化的實驗裝置。某研究小組以該裝置探究酵母菌在不同條件下呼吸作用的情況。 材料用具：保溫桶(500 mL)、溫度計、活性干酵母、質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蠟油。 實驗假設：酵母菌在有氧條件下呼吸作用比無氧條件下呼吸作用放出熱量更多。 (1)取A、B兩裝置設計實驗如下，請補充下表中的內(nèi)容。 裝置 方法步驟一 方法步驟二 方法步驟三 A 加入240 mL的 葡萄糖溶液 加入10 g活性干酵母 ①____________ B 加入240 mL煮沸后冷卻的葡萄糖溶液 ②____________ 加入石蠟油，鋪滿液面 (2)B裝置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，這是控制實驗的________變量。 (3)要測定B裝置因呼吸作用引起的溫度變化量，還需要增加一個裝置C。請寫出裝置C的實驗步驟： 裝置 方法步驟一 方法步驟二 方法步驟三 C ③________ ④________ 加入石蠟油，鋪滿液面 　　(4)實驗預測：在適宜條件下實驗，30 min后記錄實驗結果，若裝置A、B、C溫度大小關系是________(用“<”、“＝”、“>”表示)則假設成立。 解析：(1)該實驗要探究酵母菌在有氧和無氧條件下的不同呼吸方式，所以A、B兩裝置內(nèi)的自變量應為氧氣的有無，其他條件要保持完全相同。(2)B裝置內(nèi)煮沸葡萄糖溶液是為了完全除去其內(nèi)的氧氣，從而創(chuàng)造無氧環(huán)境。(3)裝置C作為B裝置的對照，驗證呼吸作用引起溫度變化，因此兩裝置內(nèi)的自變量應為酵母菌的有無。(4)一段時間后，若進行了有氧呼吸的A試管溫度>進行了無氧呼吸的B試管溫度>C試管溫度，則假設成立。 答案：(1)①不加入石蠟油?、诩尤?0 g活性干酵母 (2)去除氧氣　自　(3)③加入240 mL煮沸后冷卻的葡萄糖溶液?、懿患尤牖钚愿山湍浮?4)A>B>C 點撥：在本實驗中C組的設置是必需的，它是實驗組A、B的對照，說明細胞呼吸產(chǎn)生熱量，而A組與B組的對比，說明有氧呼吸產(chǎn)生熱量多于無氧呼吸。 變式拓展1　通過探究酵母菌細胞呼吸的方式，可以了解細胞呼吸的類型。閱讀下列實驗過程，回答有關問題。 (1)材料用具：液體石蠟油，質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的葡萄糖溶液，酵母菌培養(yǎng)液，保溫瓶，溫度計，棉花等。 (2)實驗步驟 ①取三個保溫瓶，編號為A、B、C。 ②A瓶注入1 L經(jīng)煮沸并冷卻的質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的葡萄糖溶液，B、C瓶分別注入1 L質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的葡萄糖溶液。 ③向A、B瓶中加入等量的酵母菌培養(yǎng)液，C瓶中不加入酵母菌培養(yǎng)液。 ④向A瓶中注入液體石蠟油。 ⑤在三個瓶中放入溫度計，并用棉花團塞住瓶口，以固定溫度計并保證保溫瓶通氣。 ⑥24 h后觀察并記錄三個保溫瓶的溫度。(裝置如圖5315所示) (3)分析討論 ①A瓶葡萄糖溶液煮沸的目的是____________________。等溶液冷卻后再加入酵母菌的原因是________________。注入液體石蠟油的目的是________________。 ②設置C瓶的目的是______________________。 ③A、B兩瓶的實驗結果說明了什么？倒掉石蠟油，聞一聞A瓶內(nèi)有什么氣味？________________________。 細胞呼吸的過程分析 【例2】　下列四支試管中分別含有不同的化學物質(zhì)和活性酵母菌細胞制備物，經(jīng)過一定時間的保溫后，不產(chǎn)生CO2的試管為(　　) A．葡萄糖＋細胞膜已破裂的細胞 B．葡萄糖＋線粒體 C．丙酮酸＋線粒體 D．葡萄糖＋細胞質(zhì)基質(zhì)并隔絕空氣 解析：若試管內(nèi)存在葡萄糖、細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體，則能完成有氧呼吸全過程，產(chǎn)生CO2。試管內(nèi)不存在細胞質(zhì)基質(zhì)，葡萄糖不能生成丙酮酸，而葡萄糖又不能直接在線粒體中被分解為CO2。試管內(nèi)裝有丙酮酸與線粒體，可進行有氧呼吸的第二、三階段，丙酮酸與水在線粒體內(nèi)分解產(chǎn)生CO2。在隔絕空氣的情況下，葡萄糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中被分解產(chǎn)生酒精和CO2。 答案：B 點撥：細胞呼吸不同場所的酶的種類不同，氧化分解的底物不同，葡萄糖在線粒體內(nèi)不能被分解的原因是線粒體中缺乏分解葡萄糖的酶。 變式拓展2　提取鼠肝臟細胞的線粒體為實驗材料，向盛有線粒體的試管中注入丙酮酸時，測得氧的消耗量較大；當注入葡萄糖時，測得氧的消耗量幾乎為零；同時注入細胞質(zhì)基質(zhì)和葡萄糖時，氧消耗量又較大。對上述實驗結果的解釋錯誤的是(　　) A．線粒體內(nèi)進行的是丙酮酸徹底分解和消耗氧氣生成水的過程 B．在線粒體內(nèi)不能完成葡萄糖的分解，而能完成丙酮酸的分解過程 C．葡萄糖分解成丙酮酸是在細胞質(zhì)基質(zhì)中完成的，不需要消耗氧氣 D．有氧呼吸中，水的參與和生成都是在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行的 變式拓展3　有氧呼吸全過程的物質(zhì)變化可分為三個階段：①C6H12O6―→丙酮酸＋[H]；②丙酮酸＋H2O―→CO2＋[H]；③[H]＋O2―→H2O。下列與此相關的敘述正確的是(　　) A．第③階段反應極易進行，無需酶的催化 B．第②階段無ATP生成，第③階段形成較多的ATP C．第①②階段能為其他化合物的合成提供原料 D．第①階段與無氧呼吸的第①階段不同 影響細胞呼吸的因子 【例3】　如圖5316所示是外界條件對植物細胞呼吸速率的影響曲線圖。請據(jù)圖分析并回答下列問題。 (1)從甲圖可知細胞呼吸最旺盛時在________點，AB段說明隨溫度的升高，細胞呼吸強度________；溫度主要通過影響________來影響呼吸強度。 (2)乙圖中曲線Ⅰ是________呼吸類型，若曲線Ⅰ描述的是水稻根細胞的細胞呼吸，那么在DE段根細胞內(nèi)積累的物質(zhì)是________。曲線Ⅱ在F點以后影響呼吸強度的外界因素主要是________，F(xiàn)點以前影響呼吸強度的外界因素主要是________。 解析：(1)從甲圖可知，曲線最高點即細胞呼吸最旺盛時所對應的B點，在AB段，隨溫度的上升細胞呼吸的相對速率逐漸增大，溫度主要通過影響酶的活性來影響呼吸速率。(2)乙圖中，曲線Ⅰ隨著氧氣濃度的上升，細胞呼吸的相對速率下降，說明曲線Ⅰ是無氧呼吸。水稻根細胞在DE段氧氣濃度相對較低的情況下主要進行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精。曲線Ⅱ是有氧呼吸曲線，F(xiàn)點以后細胞只進行有氧呼吸，此時氧氣濃度不再是限制細胞呼吸強度的主要因素，此時限制細胞呼吸強度的最可能因素是溫度，而F點以前限制因素則是氧氣濃度。 答案：(1)B　增強　酶活性　(2)無氧　酒精　溫度　氧氣濃度 點撥：解答本題關鍵注意以下幾點： (1)溫度通過影響酶的活性影響細胞呼吸。 (2)乙圖中D點只進行無氧呼吸，E點兩種呼吸方式同時進行，F(xiàn)點以后只進行有氧呼吸。 變式拓展4　現(xiàn)有等量的A、B兩個品種的小麥種子，將它們分別置于兩個容積相同、密閉的棕色廣口瓶內(nèi)，各加入適量(等量)的水。在25 ℃條件下，瓶內(nèi)O2含量變化如圖5317所示。 請據(jù)圖回答下列問題。 (1)在t1～t2期間，瓶內(nèi)O2含量的降低主要是由種子的________引起的，A種子比B種子的呼吸速率______，A、B種子釋放CO2量的變化趨勢是________。 (2)在0～t1期間，廣口瓶內(nèi)的CO2有少量增加，主要原因可能是________________________________。 細胞呼吸的原理及其應用 【例4】　下列有關糧食、水果的保存正確的是(　　) A．糧食、水果應該在無氧條件下保存，以抑制有氧呼吸消耗有機物 B．低溫抑制酶的活性，從而抑制細胞呼吸，保存糧食、水果在零下低溫的效果應該強于零上低溫 C．水分會促進細胞呼吸，糧食、水果應該保存在干燥的環(huán)境中 D．糧食、水果釋放CO2最少時對應的O2濃度是二者保存的最適O2濃度 錯解 A、B、C　從三個層面考查糧食、水果保存，A中對氧氣濃度為低氧，B中對溫度要求，水果保鮮應為零度以上低溫，C中水果保鮮應保持一定的濕度。 正解 D　無論谷物還是水果，在保存時都要求抑制呼吸，減少有機物的消耗。完全無氧的環(huán)境，無氧呼吸旺盛，消耗的有機物較多。在低氧環(huán)境下，無氧呼吸和有氧呼吸都較弱，有機物消耗較少。 悟區(qū)：O2、溫度、水分是影響細胞呼吸主要因素，在生產(chǎn)生活中通常利用調(diào)節(jié)三種外界因素來降低細胞呼吸，以延長糧食和水果的保存期。但在具體操作中，保存糧食和保鮮水果對三種條件的要求是不完全相同的。 變式拓展5　“一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。”古人為了吃到鮮荔枝，需要動用大量的人力、物力，而現(xiàn)在通過控制下列哪組條件便可輕松獲得新鮮荔枝(　　) A．低O2、高CO2、零上低溫、濕潤 B．低O2、高CO2、零下低溫、干燥 C．無O2、高CO2、零上低溫、濕潤 D．低O2、低CO2、零下低溫、干燥 變式拓展6　利用地窖貯藏種子、果蔬在我國歷史悠久。地窖中的CO2濃度較高，有利于(　　) A．降低呼吸強度 B．降低水分吸收 C．促進果實成熟 D．抑制果實成熟 【變式拓展】 1．(3)①減少溶解氧的含量　防止溶液溫度過高將酵母菌殺死　創(chuàng)造無氧環(huán)境　②作為對照實驗?、壅f明酵母菌既能在有氧時進行有氧呼吸，又能在無氧時進行無氧呼吸，有氧呼吸產(chǎn)生的熱量比無氧呼吸產(chǎn)生的熱量多；倒掉石蠟油，A瓶中有酒味，說明酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生了酒精 解析：本實驗的目的是探究酵母菌細胞呼吸的方式，所以要排除氧氣因素的干擾，將葡萄糖溶液煮沸的目的就是為了盡量排除溶解氧；注入液體石蠟油的目的是為了創(chuàng)造無氧環(huán)境。C瓶不做任何處理，為空白實驗，顯然是為了作對照。 2．D　解析：細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)進行的是有氧呼吸的第一階段，葡萄糖分解為丙酮酸，此階段不消耗氧氣。線粒體中進行的是有氧呼吸的第二階段和第三階段，水參與第二階段的化學反應，而水的生成則發(fā)生在第三階段。 3．C　解析：有氧呼吸分三個階段：第①階段，葡萄糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中分解成丙酮酸，同時產(chǎn)生[H]和少量ATP，這一階段與無氧呼吸第①階段完全相同；第②階段，丙酮酸在線粒體中分解成CO2，同時產(chǎn)生[H]和少量ATP；第③階段，第①②階段產(chǎn)生的[H]與O2結合生成水，同時產(chǎn)生大量ATP。 4．(1)有氧呼吸　快　先遞增后遞減　(2)種子的無氧呼吸產(chǎn)生了CO2 解析：密閉環(huán)境中氧氣濃度下降的原因是種子有氧呼吸消耗氧氣，所以下降的幅度應該表示呼吸速率。 5．A　解析：影響細胞呼吸的因素主要有水分、O2、CO2和溫度。題干中要求減少水分的消耗，所以只能從O2濃度、CO2濃度和溫度三方面來考慮。酶活性在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高而增強，故低溫是貯藏水果行之有效的方法之一，但零下低溫會引起凍傷從而失去水果的口感。O2是有氧呼吸的原料，CO2是細胞呼吸的產(chǎn)物，降低反應物濃度或增加產(chǎn)物濃度都會降低細胞呼吸的速率。完全無O2條件下，細胞可進行無氧呼吸，而O2的存在可以起到抑制無氧呼吸的作用，因此O2應調(diào)節(jié)至一個合適的濃度，在這個濃度下，O2對無氧呼吸起抑制作用，而有氧呼吸又很弱，從而使有機物的消耗達到最低。 6．A　解析：貯藏種子和果蔬，主要目的是減少有機物消耗。CO2是細胞呼吸的產(chǎn)物，其濃度高，能抑制細胞呼吸強度，從而減少有機物的消耗。