2-2 细胞呼吸的原理和应用（导学案）-2025年高考生物大一轮复习扫易错攻疑难学案

S2.2细胞呼吸的原理和应用 ★自主复习·精细梳理 【要求】 1．精读课本，了解知识被发现的情境。 2．精细梳理知识，使知识条理化、简约化。 3．将重点、错点、疑点用不同的符号标记出来。 4．学习小组相互检查任务完成情况，抽查学习效果，签名以示负责。 【任务】 1．必修1 P90～96 2．学案第8讲 【课堂抽测】 上课开始时，对自主复习情况进行抽测，以学习小组为单位记分，作为优秀学习小组评选依据。 ★盲点错点·精准清除 【扫盲点】 1．（必修1 P90探究·实践）探究酵母菌细胞呼吸的方式 （1）为什么要选择酵母菌为实验材料探究细胞呼吸的方式？ 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， 便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 （2）请组装有氧呼吸和无氧呼吸实验装置各一套。材料：锥形瓶、玻璃管、橡皮球、质量分数为10%的NaOH溶液、澄清石灰水、酵母菌培养液。 （3）怎样检验实验中产生的CO2和酒精？ 物质 试 剂 方 法 现 象 CO2 澄清的石灰水 将培养酵母菌锥形瓶中的气体通过导管通入盛有澄清石灰水的锥形瓶中 澄清石灰水→浑浊 （看浑浊程度） 溴麝香草 酚蓝水溶液 将培养酵母菌锥形瓶中的气体通过导管通入盛有溴麝香草酚蓝水溶液的试管中 蓝→绿→黄 （看变色时间） 酒精 重铬酸钾 浓硫酸溶液 取2mL酵母菌培养液滤液，向试管中滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，轻轻振荡 橙→灰绿 （4）有氧呼吸实验装置中氢氧化钠溶液的作用是什么？ 吸收空气中的CO2，保证通入石灰水的气体中的CO2全部来自酵母菌的细胞呼吸，从而排除空气中CO2对实验结果的干扰。 （5）怎样保证无氧呼吸实验装置中通入石灰水的CO2全部来自酵母菌的无氧呼吸？ 实验开始时，应将培养瓶密封后放置一段时间，以消耗完瓶中氧气，然后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入石灰水的CO2全部是由酵母菌无氧呼吸产生的。 （6）在实验过程中发现有氧呼吸组石灰水变浑浊，很快又变澄清，为什么？ 后续通入的CO2会和刚产生的碳酸钙沉淀反应，形成了碳酸氢钙，因而石灰水变混浊后，很快又变澄清。如用溴麝香草酚蓝水溶液检测，就可避免这种现象。 2．（必修1 P93科学方法）对比实验 对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。教材中对比实验的实例有：①②③(填序号)。 ①探究酵母菌细胞呼吸的方式；②鲁宾和卡门的同位素标记法实验；③赫尔希和蔡斯采用放射性同位素标记T2噬菌体侵染细菌的实验；④比较过氧化氢在不同条件下的分解。 3．（必修1 P93思考·讨论）有氧呼吸的能量利用特点 （1）在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2 870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP ？ 有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。1mol ATP分子的高能键含有30.54kJ的能量，因此，1mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。 （2）与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？ 与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；由于ATP容易分解，可以直接供给生物体的生命活动，在供能方式上方便快捷。 如果化合物迅速而彻底地氧化分解，能量迅速地全部释放出来，细胞的基本结构会遭到彻底的破坏。 4. （必修1 P96拓展应用）松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响。并指出如何尽量碱少不利影响。 松土可以促进氧气进入土壤，进而促进根部细胞的有氧呼吸，提高能量利用率，并且避免了可能由于无氧呼吸积累酒精而对植物根系造成伤害。这会促进植物根系更加健康地生长，有利于根系吸收水和无机盐，利于农作物的生长。同时，也能够增加根系对土壤和水分的保持作用，甚至可能由于促进了作物生长而更多的吸收CO2，对全球气候变暖产生缓解的作用。但是，松土不当，有可能伤害到植物根系，得不偿失。因此，需要根据不同的植物、植物的不同生长阶段等，采用适当的松土方法。 5. （必修1 P96拓展应用）有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤？结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实。想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸？你体内的骨酪肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记？ 有氧呼吸阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸，体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有利于生物的生存和对环境的适应。 【灭错点】 1．葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 2．探究酵母菌细胞呼吸方式实验的因变量是酵母菌CO2产生的快慢和是否有酒精生成，并不是澄清石灰水是否变浑浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化。 3．无氧呼吸只在第一阶段释放能量，产生ATP和[H]。 4．不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。 5．酵母菌细胞中NADH并非均与O2反应生成H2O。 6．种子萌发后期CO2释放量急剧下降，其原因是种子中储存的有机物被大量消耗，细胞呼吸速率降低。 7．种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量。 8．严重的糖尿病患者与其正常时相比，CO2/O2的比值会降低。 9．若吸收O2与释放CO2的量不同，可能是呼吸底物中含有非糖物质。 10．小鼠在25 ℃时的呼吸速率低于10 ℃时的呼吸速率。 11．透气的创可贴可抑制破伤风杆菌等厌氧微生物繁殖，并不是防止伤口细胞因长时间缺氧而坏死。 12．有氧呼吸供能是马拉松运动的主要供能方式。 13．无氧呼吸不需要O2的参与，第一阶段产生的[H]将丙酮酸还原成乳酸或乙醇，最终没有[H]的积累。 14．人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。 15．人体剧烈运动时，假若都以糖类氧化供能，CO2/O2＝1。 16．人体细胞无氧呼吸增强时，产生CO2/消耗O2不变。 17．部分原核生物无线粒体，也能进行有氧呼吸。无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸。 18．无论酵母菌进行有氧呼吸还是无氧呼吸，都是有机物氧化分解并释放能量的过程。 19．污水净化池底微管增氧技术增加水体溶解氧，有利于好氧微生物对有机物的分解。 20．马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚的细胞无氧呼吸的产物是乳酸。 21．严格的无氧环境并不有利于水果保鲜。 22．内部因素也会影响细胞呼吸的强度，如生物的遗传特性、器官种类、生长时期等。 23．光合作用和呼吸作用都产生ATP，所需的ADP和Pi可共用。 ★疑点难点·精心突破 【解疑点】 1．线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其在结构上有哪些特点与功能相适应？ （1）线粒体具有内膜、外膜，内膜向内折叠形成嵴，扩大了内膜的表面积。 （2）线粒体的内膜和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶。 2．有氧呼吸过程中，产生的水中的氧都来自氧气，二氧化碳中的氧都来自葡萄糖吗？ 写出有氧呼吸的反应式，并分析原子的来源和去向： 产生的水中的氧都来自氧气，二氧化碳中的氧都来自葡萄糖和水。 3．在细胞呼吸过程中，丙酮酸和水既是反应物又是生成物，他们参与反应和生成的场所相同吗？ 物 质 参与反应阶段和场所 生成阶段和场所 丙酮酸 有氧呼吸第二阶段，线粒体基质； 无氧呼吸第二阶段，细胞质基质 有氧呼吸第一阶段，细胞质基质； 无氧呼吸第一阶段，细胞质基质 水 有氧呼吸第二阶段，线粒体基质 有氧呼吸第三阶段，线粒体内膜 4．细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路分别是什么？ 来 源 去 路 [H] 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 5．细胞呼吸中物质间量的比例关系有哪些？ （1）有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6 （2）无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或C6H12O6∶乳酸＝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 6．影响细胞呼吸的内部因素是什么？ 直接原因：呼吸酶不同 根本原因：控制酶合成的基因不同 7．温度是怎样影响细胞呼吸的？如何将其应用于蔬菜、水果的储藏和大棚作物的种植？ （1）绘制温度与呼吸速率关系曲线，并进行分析。 细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。 在最适温度时，呼吸酶的活性最高，呼吸最强；低于最适温度，随温度降低，呼吸酶活性降低，呼吸减弱；高于最适温度，随温度升高，呼吸酶活性降低甚至失活，呼吸减弱甚至停止。 （2）低温（零上低温）下储藏蔬菜、水果，降低呼吸作用，减少有机物的消耗，延长储藏时间。 （3）大棚蔬菜栽培过程中，夜间适当降低温度，降低呼吸作用，减少有机物的消耗，提高产量。 8．绘制氧气浓度与细胞呼吸的关系曲线，并讨论水果粮食储藏、作物栽培、酿酒中应注意的问题。 （1）绘制氧气浓度与呼吸速率关系曲线，并进行分析。 ①当氧气浓度为0时，细胞只进行无氧呼吸，Q点对应的纵坐标大小表示无氧呼吸强度。 ②当氧气浓度在0～10%之间时，有氧呼吸与无氧呼吸共存，随着氧气浓度增加，无氧呼吸强度减弱，有氧呼吸强度增强。 ③当氧气浓度大于或等于10%时，无氧呼吸消失(E点)，此后只进行有氧呼吸。E点与图中D点相对应。 ④但当氧气浓度达到一定值后(F点)，有氧呼吸强度不再随氧气浓度的增大而增强。F点之前限制因素是氧气浓度，F点之后限制因素为温度等外界因素和酶等内部因素。 ⑤P点时，产生的CO2最少，细胞总呼吸最弱，有机物消耗量最少，在该点所对应的氧气浓度下保存水果、蔬菜、粮食效果较好。 ⑥AB＝BC，说明此时有氧呼吸与无氧呼吸释放CO2量相等，此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量为无氧呼吸消耗葡萄糖量的1/3。 ⑦氧气吸收量也可以表示有氧呼吸产生CO2的量，所以，两条实线间的距离可表示无氧呼吸强度，当两曲线重合时(D点距离为0)，无氧呼吸强度为0。 （2）应用 ①储存蔬菜和水果的条件并不是无氧环境。蔬菜、水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温；种子储存时应保持干燥，而蔬菜、水果储存时应保持一定的湿度。 ②用酵母菌酿酒时，前期要通气，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖增加数量，中后期要密封，酵母菌进行无氧呼吸，产生酒精。 ③作物栽培中及时松土，保证根的正常细胞呼吸；稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。 ④提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。 ⑤选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。 9．绘制二氧化碳浓度与细胞呼吸的关系曲线，并分析作用机理，讨论应用方法。 （1）二氧化碳浓度与与呼吸速率关系曲线 （2）作用机理： CO2是细胞呼吸的终产物，积累过多抑制细胞呼吸。 （3）应用：在粮食储藏，蔬菜、水果保鲜时，增大CO2浓度（或充入N2），可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，延长储藏时间。 10．绘制含水量与细胞呼吸的关系曲线，并分析作用机理，讨论应用方法。 （1）含水量与与呼吸速率关系曲线 （2）作用机理：水作为有氧呼吸的原料和环境，影响细胞呼吸的速率。 （3）应用：种子在入库前要风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗，延长储藏时间；种子在萌发前要浸种，以加快细胞呼吸，加速萌发。 11．水果、蔬菜和种子储存条件有何不同？ 水果、蔬菜需要低温(零上)、低氧、高CO2浓度、适宜水分条件下储存；种子需要低温、低氧、高CO2浓度、干燥条件储存。 【破难点】 1．通过物质的量的关系判断细胞呼吸的类型 气 体 变 化 特 点 判 断 方 法 实 例 无CO2释放 细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸，此种情况下，容器内气体体积不发生变化 马铃薯块茎的无氧呼吸 不消耗O2，但释放CO2 细胞只进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，此种情况下，容器内气体体积增大 酵母菌的 无氧呼吸 CO2释放量＝O2消耗量 细胞只进行有氧呼吸或同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸。此种情况下，容器内气体体积不变化，但若将释放的CO2吸收，可引起气体体积减小 人体的 细胞呼吸 CO2释放量大于O2消耗量(底物为葡萄糖) VCO2/VO2＝4/3 有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等 酵母菌在O2浓度较低时的细胞呼吸 VCO2/VO2>4/3 无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸 1<VCO2/VO2<4/3 无氧呼吸消耗葡萄糖的速率小于有氧呼吸 CO2释放量＜O2消耗量 存在脂肪氧化分解 油料种子 2．用液滴移动法判断细胞呼吸的类型 (1)装置 (2)实验原理 装置甲中，NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2，着色液滴移动的距离表示组织细胞呼吸吸收的O2量。 装置乙中，着色液滴移动的距离表示组织细胞呼吸吸收的O2量与产生的CO2 的差值。两者结合起来，可以计算出O2的消耗量和CO2的释放量，从而判断组织细胞的呼吸类型。 (3)结果分析与判定 实 验 现 象 结 论 装置甲液滴 装置乙液滴 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 3．用液滴移动法测定呼吸(有氧呼吸)速率 (1)实验装置 (2)实验原理 组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的距离（体积）即表示呼吸速率。 (3)误差的校正 ①如果实验材料是绿色植物，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如果实验村料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测定的种子进行消毒处理。 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），其他条件均不变。如：10min，装置1的液滴向左移动15cm，装置2的液滴向左移动1cm，呼吸速率为(15-1)/10=1.4cm/min；如果装置2的液滴向右移动1cm，呼吸速率为(15+1)/10=1.6cm/min。 4．通过图解理解细胞呼吸是有机物转化的枢纽 5．用实例突破线粒体内膜上能量的转化 下图为线粒体内膜上的电子传递链工作原理图。在电子传递链中，载体分子NADH([H])和FADH2是电子的供体，它们在电子传递链的上游释放出活化的电子，随后电子从膜上的一个蛋白质传递至下一个蛋白质，并逐步释放能量，有些能量直接用来生成ATP，有些则被酶利用，把H＋泵入线粒体的内膜与外膜的间隙。跨线粒体内膜的氢离子梯度为ATP合成提供了能量。根据文字描述和图解，回答下列问题： （1）线粒体内膜上进行的上述过程为________________________(填“有氧呼吸的第二阶段”或“有氧呼吸的第三阶段”)，内膜上的蛋白质体现了蛋白质的哪些功能？_________________。 （2）由图可知，电子传递链下游电子的最终受体为________。 （3）H＋通过___________的方式由线粒体内膜和外膜间隙进入线粒体中心，同时伴随有ATP的合成。 （4）部分H＋不通过ATP合成酶而直接通过线粒体内膜脂双层回到线粒体基质（质子漏），质子漏过程中能量以___________形式释放。 （5）如果某种药物可以很大程度上抑制ATP合成酶的活性，使ATP合成减少，则葡萄糖氧化分解过程中产生的能量就会更多的以________的形式释放。 （1）有氧呼吸的第三阶段 运输、催化、结构 （2）O2 （3）协助扩散 （4）热能 （5）热能 1 学科网（北京）股份有限公司 $$