15 第二单元 第11讲 细胞呼吸的方式和过程-【创新教程】2026年高考生物总复习大一轮课件PPT
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教辅
内容正文:
第11讲 细胞呼吸的方式和过程
第二单元 细胞的能量供应和利用
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第二单元 细胞的能量供应和利用
高考总复习 生物学
构建体系 素养建模
研析考点 层级突破
01
02
课时作业
05
真题考法 素养演练
04
第一单元 走近细胞和组成细胞的分子
高考总复习 生物(新教材)
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构建体系 素养建模
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研析考点 层级突破
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课时作业
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第二单元 细胞的能量供应和利用
高考总复习 生物学
知识体系——定内容
核心素养——定能力
科学
思维
通过比较有氧呼吸和无氧呼吸场所、过程的不同,掌握分类比较的研究方法
科学
探究
通过实验设计与实验结果分析,探究有氧和无氧条件下酵母菌的呼吸方式
考点1 细胞呼吸的类型及过程
[必备知识·复盘]
1.有氧呼吸
(1)化学反应式:C6H12O6+6O2+6H2O eq \o(――→,\s\up7(酶),\s\do5( ))6CO2+12H2O+能量。
(2)过程
2.无氧呼吸
(1)反应式
①分解成酒精的反应式为:C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶),\s\do5( ))2C2H5OH+2CO2+少量能量。
②转化成乳酸的反应式为:C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶),\s\do5( )) 2C3H6O3+少量能量。
第一阶段
葡萄糖eq \o(――→,\s\up16(酶),\s\do5( ))2丙酮酸+4[H]+少量能量
第二
阶段
酒精
发酵
酒精
发酵
4[H]+2丙酮酸eq \o(――→,\s\up16(酶),\s\do5( ))2酒精+2CO2
乳酸
4[H]+2丙酮酸eq \o(――→,\s\up16(酶),\s\do5( ))2乳酸
发酵
1.幼苗中的水可参与形成NADPH,也可参与形成NADH。(2024·贵州高考,1D)(√)
2.水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成。(2024·江西高考,5C)(×)
3.供氧不足时,酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇。(2022·江苏卷,8B)(√)
4.酵母菌有(需)氧呼吸在线粒体中进行,无(厌)氧呼吸在细胞质基质中进行。
(2023·浙江6月选考,11B)(×)
1.(必修1 P94“相关信息”改编)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸怎样被再度利用?
答案: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。
2.(必修1 P93“思考·讨论”节选)在细胞内,1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2 870 kJ的能量,可使977.28 kJ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?
答案:34%,1 mol葡萄糖能够使32 mol的ADP转化为ATP。
3.(情景探究)马铃薯块茎储藏的过程中能产生ATP的具体细胞结构有哪些?马铃薯块茎储藏不当时能量去向与正常储藏时有何不同?
答案:细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质。储藏不当时大量能量转移到乳酸中,少量以热能形式散失和储存在ATP中;正常储藏时能量大部分以热能的形式散失,少部分储存在ATP中。
[关键能力·提升]
◆[提升点1] 通过有氧呼吸和无氧呼吸过程考查理解能力和获取信息的能力
1.(2025·陕西渭南高三对抗赛)图甲表示几种类型的细胞呼吸过程中的部分物质变化示意图,图乙表示温度对细胞呼吸速率的影响曲线。下列相关叙述正确的是( )
A.图甲中①过程进行时,NADH在细胞质基质中产生,在线粒体基质和内膜处被消耗
B.人激烈运动时,肌细胞可进行①②④过程,其消耗的氧气量等于产生的二氧化碳量
C.某生物进行图甲的③④过程时,C6H12O6中的能量大多以热能的形式散失
D.图乙中BC段与细胞呼吸有关的酶的活性逐渐降低,B点对应的温度最适合保存果蔬
解析:B [图甲中①表示有氧呼吸,有氧呼吸过程中,NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生,在线粒体内膜处被消耗,A错误;图甲中①表示有氧呼吸,②③表示无氧呼吸,其中②表示乳酸发酵,③表示酒精发酵,④表示ATP与ADP的转化,人体骨骼肌细胞处于剧烈运动状态下肌细胞可进行①②④过程,无氧呼吸不产生CO2,所以葡萄糖分解过程中消耗的O2量等于产生的CO2量,B正确;③表示酒精发酵,某生物进行图甲的③④过程时,葡萄糖中的能量大多储存在酒精中,C错误;B点对应的温度细胞呼吸速率最大,不利于保存果蔬,D错误。]
2.(2025·山西平遥县第二中学校高三阶段练习)豌豆种子细胞呼吸时,底物经脱氢酶催化所释放的氢,能将无色的三苯基氯化四唑(TTC)还原为红色的三苯甲胺。在种子萌发过程中,其CO2释放速率和O2吸收速率的变化如图所示,下列有关种子萌发和发育说法错误的是( )
A.12~24 h这段时间,种子主要的呼吸方式为无氧呼吸
B.在豌豆种子发育、有机物快速积累时期,应创设低温条件
C.可以使用三苯基氯化四唑(TTC)鉴定种子“死活”
D.b点后氧化分解的底物可能包括糖类、脂肪等物质
解析:B [据题图可知,在12~24 h期间,O2吸收量很少,而CO2释放量很多,表明此时的呼吸作用主要是无氧呼吸,A正确;在豌豆种子发育过程中应创设适宜温度条件,B错误;根据题意可知,细胞呼吸的底物经脱氢酶催化所释放的氢,能将无色的三苯基氯化四唑(TTC)还原为红色的三苯甲胺,活细胞可以发生上述颜色反应,而死细胞不可以,C正确;脂肪氧化分解需要消耗更多的O2,b点后O2的吸收量大于CO2的释放量,说明氧化分解的底物包括糖类、脂肪等物质,D正确。]
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
◆[提升点2] 通过细胞呼吸的应用考查获取信息能力
3.有氧运动能锻炼心、肺功能,使心血管系统能更有效、快速地把氧传输到身体的每一个部位。研究运动强度与氧气消耗速率和血液中乳酸含量的关系,有助于帮助人们控制运动强度,合理进行身体锻炼。如图为相关研究结果,下列说法正确的是( )
A.有氧呼吸时,葡萄糖所释放的能量大部分储存在 ATP 中
B.高强度运动下,肌肉细胞中二氧化碳的产生量大于氧气的消耗量
C.肌细胞进行无氧呼吸时,只有第一阶段生成少量ATP
D.运动强度为 c 时,无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的 3 倍
解析:C [有氧呼吸时,葡萄糖所释放的能量大部分以热能散失,A错误;高强度运动下,肌肉细胞中二氧化碳的产生量等于氧气的消耗量,因为人体细胞无氧呼吸产生乳酸,不产生二氧化碳,B错误;肌细胞进行无氧呼吸时,只有第一阶段生成少量 ATP,第二阶段不产生能量,大部分能量储存在乳酸当中,C正确;题图表示的是氧气消耗速率相对值,血液中乳酸含量的相对值(而不是乳酸产生速率相对值),所以无氧呼吸和有氧呼吸的速率无法比较,D错误。]
4.如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时,CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是( )
A.氧浓度为a时,最适于储藏该植物器官
B.氧浓度为b时,无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍
C.氧浓度为c时,无氧呼吸最弱
D.氧浓度为d时,有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等
解析:B [“某植物的非绿色器官”意味着该植物器官只进行呼吸作用不进行光合作用,有氧呼吸的反应式为C6H12O6+6O2+6H2Oeq \o(――→,\s\up7(酶),\s\do5( ))6CO2+12H2O+能量,无氧呼吸的反应式为C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶),\s\do5( ))2CO2+2C2H5OH+能量。氧浓度为a时,产生的CO2较多,此时并不是储藏该植物器官的最适氧浓度,A错误;氧浓度为b时,CO2释放量为8,O2吸收量为3,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,无氧呼吸消耗葡萄糖的量为2.5,有氧呼吸消耗葡萄糖的量为0.5,所以氧浓度为b时,无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍,B正确;氧浓度为c时,CO2释放量为6,O2吸收量为4,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,但无氧呼吸不是最弱,如氧浓度为d时只进行有氧呼吸,C错误;氧浓度为d时,CO2释放量和O2吸收量相等,判定只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸,D错误。]
考点2 细胞呼吸方式的判断及相关计算
[必备知识·复盘]
1.细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例)
2.细胞呼吸反应式中各物质间物质的量的比例关系
(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)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)消耗等量的葡萄糖时,有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2的物质的量之和的比为3∶4。
1.有氧呼吸在线粒体中进行,无氧呼吸在细胞质基质中进行。(2023·浙江高考,11B)(×)
2.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸,则无O2的吸收也无CO2的释放。(√)
3.若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的少。(×)
(情景探究)欲确认某植物种子的细胞呼吸方式,应设置两套实验装置,如图所示:
(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是___________________________
____________________________________________________________,
根据着色液滴移动的距离可测出呼吸作用消耗的氧气的体积。
(2)装置2中着色液滴移动的距离代表呼吸作用________________
__________________________________________。
(3)实验结果分析
判定呼吸方式时,底物一般是葡萄糖。分析如下:
装置1
装置2
结果
着色液滴左移
着色液滴不动
着色液滴不动
着色液滴右移
着色液滴左移
着色液滴右移
着色液滴不动
着色液滴不动
(4)为了排除环境因素对实验结果的干扰,需要设置对照实验,该对照组的设置方法是______________________________________________
_____________________________________________________________。
(5) 若装置1、2中的着色液滴均左移,则可能的原因是__________
____________________________________________________________。
答案:(1)吸收二氧化碳 (2)消耗的氧气和释放的二氧化碳的体积的差值 (3)只进行有氧呼吸或既进行有氧呼吸又进行产生乳酸的无氧呼吸 只进行产生酒精的无氧呼吸 既进行有氧呼吸又进行产生酒精的无氧呼吸 细胞已死亡或只进行产生乳酸的无氧呼吸 (4)在装置中装入煮熟的发芽种子,其他条件不变 (5)种子进行有氧呼吸时,底物中除糖类外还含有脂肪
[关键能力·提升]
◆[提升点1] 通过细胞呼吸类型的判断,考查演绎与推理能力
1.(2025·四川内江模拟)乙醇脱氢酶(ADH)和乳酸脱氢酶(LDH)是植物细胞中无氧呼吸的关键酶,其催化的代谢途径如图1所示。为探究Ca2+对淹水处理的植物根细胞呼吸作用的影响,研究人员将辣椒幼苗均分为3组:甲组(未淹水)、乙组(淹水)和丙组(淹水+Ca2+),在其他条件相同且适宜的条件下进行实验,结果如图2所示。下列叙述正确的是( )
INCLUDEPICTURE"AM263.TIF"
图1 图2
A.图1中LDH和酶E分别在细胞质基质、线粒体基质中发挥作用
B.丙酮酸生成乳酸或乙醇时产生的ATP量相同,且均有NADH积累
C.淹水胁迫时,辣椒幼苗根细胞产生乙醇的速率大于产生乳酸的速率
D.淹水胁迫时,添加Ca2+可减少酒精和乳酸积累,减缓对根细胞的伤害
解析:C [LDH、酶E均是无氧呼吸的酶,则分布在细胞质基质中,催化丙酮酸的还原,A错误;丙酮酸生成乳酸或酒精的过程是无氧呼吸第二阶段,该阶段不产生ATP,且NADH不积累,B错误;甲为对照组,是正常生长的幼苗,乙为实验组,为淹水条件,乙醇脱氢酶(ADH)、乳酸脱氢酶(LDH)活性升高,且ADH酶活性更高,据此可推测淹水条件下乳酸产生的速率小于乙醇产生速率(注意纵坐标),C正确;据题图分析,丙组是实验组,ADH含量较高,LDH含量较低,说明水淹条件下,适当施用Ca2+可减少根细胞厌氧呼吸产物乳酸和乙醛的积累,从而减轻其对根细胞的伤害,D错误。]
◆[提升点2] 通过细胞呼吸的相关计算,考查科学思维能力
2.(2025·山东济南期末)一瓶含有酵母菌的葡萄糖溶液,当通入不同浓度的氧气时,其产生的C2H5OH和CO2的量如表所示。下列叙述错误的是( )
氧浓度/%
a
b
c
d
产生CO2的量/mol
0.9
1.3
1.5
3.0
产生C2H5OH的量/mol
0.9
0.7
0.6
0
A.氧浓度为a时,只进行无氧呼吸
B.氧浓度为b时,经有氧呼吸产生的CO2为0.6 mol
C.氧浓度为c时,消耗的葡萄糖中有50%用于酒精发酵
D.氧浓度为d时,只进行有氧呼吸
解析:C [氧气浓度为a时,产生的CO2的量和产生的C2H5OH的量相等,只进行无氧呼吸,A正确;氧浓度为b时,无氧呼吸产生C2H5OH的量为0.7 mol,产生CO2的量也为0.7 mol,则有氧呼吸产生CO2的量为1.3-0.7=0.6(mol),B正确;氧浓度为c时,无氧呼吸产生的C2H5OH量为0.6 mol,产生CO2的量也为0.6 mol,消耗的葡萄糖为0.3 mol,则有氧呼吸产生的CO2为1.5-0.6=0.9(mol),消耗的葡萄糖量为0.15 mol,无氧呼吸消耗的葡萄糖为有氧呼吸消耗的葡萄糖的2倍,即消耗的葡萄糖中有2/3用于酒精发酵,C错误;氧浓度为d时,无酒精产生,说明酵母菌只进行有氧呼吸,D正确。]
3.(2025·江苏南通海安期中)以葡萄糖为起始的糖酵解过程
有两个阶段,第一阶段称为引发阶段也称为投资阶段,第
二阶段称为产能阶段也称为获利阶段,如图是真核生物糖
酵解过程示意图,下列相关叙述错误的是( )
A.引发阶段发生的场所在细胞质基质,产能阶段发生的场所在线粒体基质
B.一分子葡萄糖经过糖酵解过程“净赚”2分子ATP
C.产能阶段产生的NADH在有氧状态下可以将电子交给呼吸链进行传递而产生更多的ATP
D.在无氧条件下丙酮酸不能进入线粒体基质进一步氧化分解
解析:A [葡萄糖分解指葡萄糖经氧化分解产生2分子丙酮酸的过程,该过程在细胞质基质进行,A错误;由题图可知,一分子葡萄糖在引发阶段消耗2分子ATP,在获利阶段产生4分子ATP,一分子葡萄糖经过葡萄糖分解过程“净赚”2分子ATP,B正确;产能阶段产生的NADH在有氧状态下可以将电子交给呼吸链进行传递,最终传递给了氧气,生成水,而产生更多的ATP,C正确;在无氧条件下丙酮酸在细胞质基质被还原为乳酸或酒精和二氧化碳,D正确。]
[真题研析]——浸润素养
[例] (2024·重庆高考)肿瘤所处环境中的细胞毒性T细胞存在题图所示代谢过程。其中,PC酶和PDH酶控制着丙酮酸产生不同的代谢产物,进入有氧呼吸三羧酸循环。增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放,琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力,若环境中存在乳酸,PC酶的活性会被抑制。下列叙述正确的是( )
A.图中三羧酸循环的代谢反应直接需要氧
B.图中草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体内膜
C.肿瘤细胞无氧呼吸会增强细胞毒性T细胞的杀伤能力
D.葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H]
[关键信息点]
①
图示为丙酮酸进入三羧酸循环的途径
②
PC酶和PDH酶的活性决定丙酮酸的代谢产物
解析:D [由题图可知,图中三羧酸循环的代谢反应无直接需氧环节,A错误;草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体基质,B错误;若环境中存在乳酸,PC酶的活性会被抑制,而增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放,琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力,肿瘤细胞无氧呼吸会增加细胞中乳酸含量,从而抑制PC酶活性,减弱细胞毒性T细胞的杀伤能力,C错误;葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H],分别是有氧呼吸第一阶段及图中的4步,D正确。]
[真题品悟]——厚积素养
[考向1] 细胞呼吸的过程
1.(2024·安徽高考)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应,磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时,ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时,两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性,进而调节细胞呼吸速率,以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是( )
A.在细胞质基质中,PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B.PFK1与ATP结合后,酶的空间结构发生改变而变性失活
C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多,细胞呼吸速率加快
解析:D [细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸,需要一系列酶促反应即需要多种酶参与,而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶,因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸,A错误;由题意可知,当ATP/AMP浓度比变化时,两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性,进而调节细胞呼吸速率,以保证细胞中能量的供求平衡,说明PFK1与ATP结合后,酶的空间结构发生改变但还具有其活性,B错误;由题意可知,ATP/AMP浓度比变化,最终保证细胞中能量的供求平衡,说明其调节属于负反馈调节,C错误;运动时肌细胞消耗ATP增多,细胞中ATP减少,ADP和AMP会增多,从而AMP与PFK1结合增多,细胞呼吸速率加快,细胞中ATP含量增多,从而维持能量供应,D正确。]
[考向2] 细胞呼吸的类型
2.(2024·甘肃高考)梅兰竹菊为花中四君子,很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护,养护不当会影响花卉的生长,如兰花会因浇水过多而死亡,关于此现象,下列叙述错误的是( )
A.根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足
B.根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足
C.浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸
D.根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
解析:B [大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程,这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量,浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少,使养分吸收所需的能量不足,A正确;根系吸收水分是被动运输,不消耗能量,B错误;浇水过多使土壤含氧量减少,抑制了根细胞的有氧呼吸,但促进了无氧呼吸的进行,C正确;根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中,会产生酒精或乳酸等有害物质,D正确。]
3.(2024·广东高考)研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是( )
A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱
C.有氧条件下,WT比△sqr的生长速度快
D.无氧条件下,WT比△sqr产生更多的ATP
解析:D [有氧呼吸主要场所在线粒体,碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸,A正确;有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体,线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱,B正确;与△sqr相比,WT正常线粒体数量更多,有氧条件下,WT能获得更多的能量,生长速度比△sqr快,C正确;无氧呼吸的场所在细胞质基质,与线粒体无关,所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同,D错误。]
4.(2024·贵州高考)农业生产中,旱粮地低洼处易积水,影响作物根细胞的呼吸作用。据研究,某作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关,水淹过程中其活性变化如图所示。
回答下列问题。
(1)正常情况下,作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸,从物质和能量的角度分析,其代谢特点有__________________________________
____________________________________________________________;
参与有氧呼吸的酶是___________(选填“甲”或“乙”)。
(2)在水淹0~3 d阶段,影响呼吸作用强度的主要环境因素是____________________;水淹第3 d时,经检测,作物根的CO2释放量为0.4 μmol·g-1·min-1,O2吸收量为0.2 μmol·g-1·min-1,若不考虑乳酸发酵,无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的___________倍。
(3)若水淹3 d后排水、作物长势可在一定程度上得到恢复,从代谢角度分析,原因是_______________________________________________
________________________________________________ (答出2点即可)。
解析:(1)正常情况下,作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸,有氧呼吸是在氧气充足的情况下,将葡萄糖彻底氧化分解,将能量释放出来。随着水淹天数的增多,乙的活性降低,说明乙是与有氧呼吸有关的酶。
(2)在水淹0~3 d阶段,随着水淹天数的增加,氧气含量减少,有氧呼吸减弱,无氧呼吸增强。CO2释放量为0.4 μmol·g-1·min-1,O2吸收量为0.2 μmol·g-1·min-1,有氧呼吸需要消耗O2,葡萄糖的消耗量、O2消耗量和CO2释放量比为1∶6∶6,无氧呼吸葡萄糖消耗量和CO2释放量比为1∶2,有氧呼吸和无氧呼吸均产生0.2 μmol·g-1·min-1 CO2,所以无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3倍。
(3)若水淹3 d后排水,植物长势可在一定程度上得到恢复,一方面是排水后氧气含量上升,有氧呼吸增强,产生的能量增多;另一方面,由图可知,第4 d无氧呼吸有关的酶活性显著降低,可能是第4 d无氧呼吸产生的酒精毒害作用达到了一定程度,之后就很难恢复,所以要在水淹3 d排水。
答案:(1)需要氧气参与;有机物被彻底氧化分解;释放大量能量,生成大量ATP 乙
(2)O2的含量 3
(3)无氧呼吸积累的酒精较少,对细胞毒害较小;0~3 d无氧呼吸产生的能量维持了基本的生命活动;催化有氧呼吸的酶活性并未完全丧失
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