内容正文:
第10讲 细胞呼吸的影响因素及应用
分层专练·靶向攻关
两年模拟·情境题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
C
D
D
C
B
D
C
B
ACD
BC
一年重难·创新题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
C
A
C
C
D
A
AC
BC
ABD
三年真题·压轴题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
A
B
C
C
B
BCD
20 / 21
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第10讲 细胞呼吸的影响因素及应用
第一部分 五年考情·精准定向
山东考情概览 山东热点情境 山东备考策略
第二部分 二大核心·主干速记
一图串联·核心梳理·易错辨析
核心知识01 影响细胞呼吸的主要因素
核心知识02 细胞呼吸的应用
第三部分 分层专练·靶向攻关
两年模拟·情境题(全国视野,单选)
一年重难·创新题(侧重山东,辐射全国,单选+不定项)
三年真题·压轴题(侧重山东,辐射全国)
第一部分 五年考情·精准定向
考情概览
新课标要求
考题统计
说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
2026・山东・密闭体系气体变化模型,温度、氧气浓度对酵母呼吸速率综合曲线分析
2025・山东・温度、氧气对呼吸调控机制辨析及农业应用
2025・河北・环境因子影响呼吸强度的实例
2024・全国乙卷・O₂浓度梯度对呼吸的变量曲线实验分析
2024・江苏・呼吸抑制剂、温度阈值对呼吸速率调控的图像机理2023・山东・低氧、涝害逆境下呼吸途径转换、细胞酸中毒代谢
2023・湖南・温度、氧气、水分影响细胞呼吸原理
1. 考查频次 近5年山东新高考每年必考,选择题与非选择题均频繁出现,以选择题居多。既可独立命题考查有氧呼吸、无氧呼吸的过程与物质能量变化,也常常融入光合与呼吸综合计算、密闭容器气体变化、作物栽培与种子储存、逆境胁迫下的代谢调控等综合大题,是细胞代谢模块的核心高频考点。
2.考查要点 外因:O₂浓度、温度、水分、CO₂浓度对呼吸速率的调控;重点解读氧浓度 - 呼吸速率经典曲线,区分总呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸三条曲线,识别无氧呼吸消失点、有机物消耗最低点;温度通过改变呼吸酶活性调控呼吸强度。 内因:线粒体膜完整性、呼吸酶的数量与活性决定基础呼吸速率;区分呼吸竞争性、非竞争性抑制剂对呼吸酶促反应的抑制机理。
热点情境
素材1:胶东鲜果低温气调贮藏 采用低温+低氧+高二氧化碳气调库贮藏。低温抑制呼吸酶空间结构活性,低氧、高 CO2双重抑制细胞呼吸速率,大幅减少糖分、有机物消耗;同时规避无氧呼吸酒精积累毒害果肉。
低温会下调线粒体 ATP 合成酶活性,果树通过微调呼吸酶合成量维持基础呼吸,保障果肉糖分主动转运。
素材2:寿光设施大棚昼夜温控增产 白天升温匹配光合酶最适温度,提升有机物制造量;夜间适度降低棚温,抑制线粒体呼吸酶活性,减弱有氧呼吸,减少有机物损耗,拉大昼夜有机物净积累差值。叶面补充磷脂修复生物膜,稳定线粒体内膜上 ATP 合成酶功能,保证根系主动吸收矿质元素的呼吸供能。
素材3:黄河三角洲滩涂耐盐作物栽培 盐碱环境破坏线粒体膜结构,直接降低有氧呼吸产能;雨季滩涂积水,土壤缺氧,根系无氧呼吸增强,积累酒精损伤根尖细胞,引发烂根。土壤酸碱波动会改变呼吸酶空间结构,进一步抑制呼吸强度。定期疏通沟渠排涝增氧,减少无氧呼吸毒害;植株自身合成抗氧化蛋白,保护呼吸酶不发生变性,维持基础有氧呼吸,为根系排盐、矿质离子主动运输提供 ATP。
素材4:鲁北耐盐小麦小麦田间管理 盐碱土pH失衡直接降低呼吸酶活性,有氧呼吸产能不足;雨季积水缺氧,小麦根系无氧呼吸产生酒精,损伤根系吸收功能。根系逆浓度吸收氮磷钾矿质元素,全程依赖细胞呼吸供给 ATP。雨后及时中耕松土,增加土壤含氧量,促进有氧呼吸;盐碱地块增施有机肥改良土壤 pH,稳定呼吸酶活性,保障呼吸代谢持续供能。
素材5:鲁西粮仓小麦、玉米种子仓储 新收种子自由水含量高,呼吸酶活性强,细胞呼吸旺盛,仓内发热、霉变;密闭缺氧环境下种子无氧呼吸产生酒精,破坏胚结构,丧失发芽能力。收获后充分晾晒,降低种子自由水含量,从内因抑制呼吸酶活性;仓储环境保持低温、干燥、适度通风,减弱有氧呼吸,同时避免长期密闭缺氧引发无氧呼吸损伤种子。
情景6: 山东淡水湖区水产养殖 夏季高温水体溶氧量下降,鱼虾有氧呼吸受阻,无氧呼吸增强,肌肉积累乳酸引发酸中毒;高温还会提升呼吸水解酶活性,加速肌糖原分解,消耗体内储能有机物。高温时段开启增氧机,提升水体溶氧量,保障鱼虾有氧呼吸,减少无氧呼吸乳酸堆积;适度换水降温,降低呼吸酶活性,减少机体能量无谓消耗。
备考策略
1.外因四因子专项梳理(温度、O₂浓度、水分、CO₂) 逐个梳理每种因素影响细胞呼吸的机理:温度通过改变呼吸酶活性调控速率;O₂浓度决定有氧、无氧呼吸的切换;水分通过自由水含量影响酶与代谢反应;高 CO₂抑制呼吸酶活性。配套两类核心曲线:①氧浓度-呼吸速率曲线,标注无氧呼吸消失点、有机物消耗最低点、最适储藏氧浓度;②温度-呼吸酶活性曲线,区分低温抑制、高温永久变性的差异。表格对比易混应用:种子储存(干燥+低温+低氧)、果蔬保鲜(低温+低氧+适宜湿度),明确二者水分要求不同的底层逻辑。
2.内因整合梳理 梳理线粒体膜、呼吸酶、底物含量对内源呼吸强度的制约;区分竞争性、非竞争性呼吸抑制剂的图像与作用机理;结合山东盐碱情境,记忆膜损伤、酶变性对有氧呼吸 ATP 合成的连锁影响。
· 第二部分 二大核心·主干速记
内容速览:影响细胞呼吸的因素及应用
核心梳理
核心知识1 影响细胞呼吸的主要因素
因素
温度
O2浓度
CO2浓度
水
原理
主要影响酶活性
O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸有抑制作用
CO2是细胞呼吸的产物,积累过多会抑制细胞呼吸的进行
水作为有氧呼吸的原料,自由水含量较高时细胞呼吸旺盛
曲线
核心知识2 细胞呼吸的应用
1.有氧呼吸原理的运用:
实例
运用
粮食的储存
低温、低氧、干燥的环境中,减少有氧呼吸消耗有机物
果蔬、鲜花保鲜
零上低温、低氧的条件下,减少呼吸消耗,保持细胞水分
土壤松土
促进根细胞有氧呼吸,有利于主动运输,为矿质元素的吸收供应能量
食醋、味精制作
向发酵罐中通入无菌空气,促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼吸
2.无氧呼吸原理的运用:
实例
运用
稻田定期排水
促进水稻根细胞有氧呼吸,防止无氧呼吸产生酒精,造成烂根、烂芽
提倡慢跑
促进肌细胞有氧呼吸,防止无氧呼吸产生大量乳酸,使肌肉酸胀乏力
酸奶、泡菜的制作
乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
用透气纱布或创可贴包扎伤口
增加通气量,抑制破伤风芽孢杆菌的无氧呼吸
酿酒
早期通气——促进酵母菌有氧呼吸,有利于菌种繁殖
后期密封发酵罐——促进酵母菌无氧呼吸,有利于产生酒精
第三部分 分层专练·靶向攻关
两年模拟·情境题(全国视野,单选+多选)
考查重点:影响细胞呼吸的主要因素,细胞呼吸的应用
1.【新情景·氧气对细胞呼吸的影响】(2026·河南驻马店模拟)不同氧气浓度条件下,某植物非绿色器官细胞呼吸相关气体的变化量如表所示,只考虑葡萄糖为底物。下列叙述错误的是( )
氧气浓度
a
b
c
D
O2吸收量(mol)
0
0.4
0.9
1.2
CO2释放量(mol)
1.2
0.8
0.9
1.2
A.a浓度时,该器官只进行无氧呼吸,产物为酒精和CO2
B.b浓度时,无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的3倍
C.c浓度时,无氧呼吸强度最弱,最适合该植物器官的储存
D.d浓度时,细胞内产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体
【答案】C
【解析】据题干信息和表格数据可知,a浓度时O2吸收量为0,说明仅进行无氧呼吸,且有CO2释放,因此该植物器官无氧呼吸产物为酒精和CO2,A正确;以葡萄糖为呼吸底物时,有氧呼吸消耗1mol葡萄糖吸收6molO2、释放6molCO2,b浓度时O2吸收量为0.4mol,可得有氧呼吸消耗葡萄糖为0.4/6mol,有氧呼吸释放CO20.4mol;无氧呼吸释放CO2量为0.8-0.4=0.4mol,无氧呼吸消耗1mol葡萄糖释放2molCO2,因此无氧呼吸消耗葡萄糖为0.4/2=0.2mol,计算得0.2÷(0.4/6)=3,即无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的3倍,B正确;c和d浓度时O2吸收量均等于CO2释放量,说明二者无氧呼吸强度均为0(最弱);植物器官储存需要总有机物消耗最少,对应CO2释放量最少的b浓度,而非c浓度,C错误;d浓度时O2吸收量均等于CO2释放量,说明仅进行有氧呼吸,有氧呼吸第一阶段在细胞质基质进行,第二、三阶段在线粒体进行,三个阶段均可产生ATP,因此产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体,D正确。
2.【新情景·水淹对跟细胞呼吸的影响】(2026·广东深圳模拟)水淹影响农作物根细胞的呼吸作用。如图表示水淹过程中甲、乙两种根细胞呼吸作用相关酶活性变化,相关分析正确的是( )
A.0d时,根细胞有机物不彻底氧化分解产ATP
B.推测参与有氧呼吸的酶是甲
C.随水淹天数的增加乙酶活性不断增强
D.3d后排水、作物长势恢复可能与无氧呼吸对细胞毒害小有关
【答案】D
【解析】0d时未发生水淹,土壤氧气充足,根细胞主要进行有氧呼吸,有机物发生彻底氧化分解产生ATP,A错误;水淹时间越长,根系周围氧气越少,有氧呼吸减弱,因此推测有氧呼吸相关酶活性会逐渐降低,图中乙酶活性随水淹天数增加持续下降,说明乙是有氧呼吸相关酶,甲酶的活性表现为先增加后减弱,应为无氧呼吸酶,B错误;由柱形图可知,随水淹天数增加,乙酶活性整体呈下降趋势,并非不断增强,C错误;3d时乙酶(无氧呼吸酶)活性较高,说明此时无氧呼吸强度较高,但水淹时间较短,无氧呼吸产生的酒精等有毒物质积累少,对细胞毒害较小,因此排水后作物可能会恢复长势,D正确。
3.【新方法·探究酵母菌无氧呼吸】如图为某动物的细胞呼吸过程和抑制剂X对该过程的影响,图示中仅标注出了细胞呼吸过程的部分物质,下列叙述正确的是( )
A.与NAD+结合的H+全部来自丙酮酸,丙酮酸中的H全来自葡萄糖
B.CO2的产生场所为线粒体内膜,CO2中的C全部来自丙酮酸
C.若有抑制剂Y抑制丙酮酸分解产生乳酸,则该过程中生成的ATP会减少
D.在抑制剂X的作用下,该动物的有氧呼吸会减弱,无氧呼吸会加强
【答案】D
【解析】A、与NAD+结合的H⁺来自丙酮酸和水,丙酮酸中的H全来自葡萄糖,A错误;CO2的产生场所为线粒体基质,CO2中的C全来自丙酮酸,B错误;丙酮酸分解产生乳酸的过程不生成ATP,C错误;抑制剂X抑制细胞色素氧化酶,导致电子传递链受阻,NADH无法正常氧化(与O2结合),阻断有氧呼吸第三阶段,因此在抑制剂X的作用下,该生物的有氧呼吸会减弱,为了满足能量的需求,无氧呼吸会加强,D正确。
4.【脊尾白虾的有氧与无氧呼吸】(2026·福建泉州·三模)脊尾白虾是我国近海重要经济虾类,在养殖及运输过程中,时常涉及干露(脱离水环境)的现象。为了研究干露胁迫对脊尾白虾呼吸代谢能力的影响,以寻找延长脊尾白虾存活时间的方法。科研人员检测了干露胁迫下常温和低温条件下脊尾白虾肌肉中SDH/FRD(SDH是有氧呼吸第二阶段的关键酶,FRD是无氧呼吸过程中的关键酶)活力比值的变化,结果如图。下列叙述错误的是( )
A.干露胁迫下脊尾白虾的无氧呼吸水平上升
B.低温下脊尾白虾在一段时间内维持较强的有氧呼吸能力
C.SDH和FRD主要分布在脊尾白虾肌肉细胞的细胞质基质中
D.低温有利于延长脊尾白虾在干露胁迫下的运输时间
【答案】C
【解析】SDH是有氧呼吸第二阶段的关键酶,FRD是无氧呼吸的关键酶,SDH/FRD活力比下降,说明有氧呼吸相对减弱、无氧呼吸相对增强。随着干露时间延长,两组的SDH/FRD活力比都下降,说明FRD(无氧呼吸关键酶)的相对占比升高,干露胁迫下脊尾白虾的无氧呼吸水平上升,A正确;同一干露时间下,低温组的SDH/FRD活力比始终高于常温组,说明低温下SDH(有氧呼吸关键酶)相对活性更高,因此低温下脊尾白虾可在一段时间内维持较强的有氧呼吸能力,B正确;有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质,因此SDH主要分布在线粒体基质;无氧呼吸发生在细胞质基质,FRD分布在细胞质基质,C错误;低温条件下脊尾白虾能更长时间维持较强的有氧呼吸,维持正常代谢,因此有利于延长干露胁迫下的运输时间,D正确。
5.(2026·河南·三模)三羧酸(TCA)循环有氧呼吸(简称TCA呼吸)是植物常见的呼吸代谢途径,TCA呼吸是将乙酰辅酶A(丙酮酸脱羧产物)转化为CO2的过程。如图为水淹胁迫对红海榄根系TCA呼吸速率的影响。下列叙述正确的是( )
A.TCA呼吸发生在细胞质基质和线粒体基质中,会使有机物彻底分解
B.随着水淹时间的延长,红海榄根系TCA呼吸速率呈明显的下降趋势
C.推测缺氧条件下TCA呼吸速率受抑制,最终线粒体内会积累大量NADH
D.水淹18h时,根系TCA呼吸产生的酒精会导致自身TCA呼吸速率处于最小值
【答案】B
【解析】题意说明,TCA呼吸是乙酰辅酶A转化为CO2的过程,该过程是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体基质,A错误;从图中曲线可知,随着水淹时间从0h到18h延长,红海榄根系TCA呼吸速率持续下降,B正确;缺氧条件下,植物可进行无氧呼吸来消耗NADH,所以NADH不会大量积累,C错误;水淹18h时,根系会进行无氧呼吸产生酒精,酒精对细胞有毒害作用,会抑制TCA呼吸速率,使其达到最小值,但酒精不是TCA呼吸的产物,D错误。
6.(2026·广东揭阳·二模)植物普遍存在乙醇脱氢酶(ADH)、乳酸脱氢酶(LDH),丙酮酸在不同酶的催化下生成的产物不同,如图1.科研人员研究了水淹胁迫对某植物根系呼吸酶活性的影响,结果见图2.下列叙述正确的是( )
A.图1中的NADH来源于细胞呼吸的第一、二阶段
B.图1中丙酮酸的能量随反应进行全部释放出来
C.ADH和LDH分布在线粒体中,水淹时酶活性升高
D.水淹胁迫时,该植物根细胞以酒精发酵途径为主
【答案】D
【解析】由细胞无氧呼吸过程可知,第二阶段消耗的NADH均来源于第一阶段,A错误;图1中丙酮酸在无氧条件下生成酒精或乳酸,属于无氧呼吸第二阶段,此阶段不释放能量,大部分能量仍储存在酒精或乳酸中,B错误;ADH和LDH是无氧呼吸相关酶,无氧呼吸的场所是细胞质基质,因此这两种酶分布在细胞质基质中,而非线粒体中,C错误;由图2的纵坐标ADH和LDH活性可知,水淹组和对照组相比,水淹组ADH和LDH的活性均高于对照组,但ADH的活性增加量要远远大于LDH,所以淹水胁迫时,该植物根细胞以酒精发酵途径为主,D正确。
7.(2026·北京房山·一模)研究人员对健康成年人实施8周有氧运动训练,并检测骨骼肌线粒体的相关指标(如图)。据图分析合理的是( )
A.训练后耗氧速率提升,说明细胞无氧呼吸占比增强
B.线粒体数量增加,直接导致肌细胞CO2释放量减少
C.训练可增强骨骼肌细胞的有氧呼吸,提高代谢能力
D.训练可导致每克葡萄糖代谢产生的ATP减少
【答案】C
【解析】训练后耗氧速率提升,说明细胞有氧呼吸占比增强,而非无氧呼吸占比增强,A错误;线粒体是有氧呼吸第二、三阶段的场所,其中第三阶段有O2参与反应并产生H2O,线粒体数量增加,会使有氧呼吸增强,肌细胞CO2释放量增加,B错误;由图可知,训练后线粒体数量和耗氧速率均增加,这表明训练可增强骨骼肌细胞的有氧呼吸,从而提高代谢能力,C正确;因为训练增强了有氧呼吸,而有氧呼吸产生的ATP更多,所以训练可导致每克葡萄糖代谢产生的ATP增加,D错误。
8.(2026·内蒙古呼和浩特·一模)糖酵解是葡萄糖被降解为丙酮酸并生成少量ATP的过程。ADP能够激活糖酵解中的某些关键酶,而ATP则会抑制另一关键酶的活性。巴斯德效应是指在有氧条件下兼性厌氧生物的细胞呼吸从无氧呼吸转变为有氧呼吸,糖酵解对葡萄糖的消耗速率显著降低的现象。下列有关分析正确的是( )
A.糖酵解在有氧和无氧条件下生成的产物不同
B.ADP/ATP值降低可能是巴斯德效应发生的原因
C.酿酒时隔绝氧气,ADP/ATP值升高糖酵解速率低
D.巴斯德效应降低葡萄糖的消耗,不利于细胞代谢
【答案】B
【解析】糖酵解是有氧呼吸和无氧呼吸共有的第一阶段,无论有氧或无氧条件,糖酵解的产物均为丙酮酸、[H]和少量ATP,产物没有差异,A错误;有氧条件下细胞进行有氧呼吸生成大量ATP,使ADP/ATP值降低,结合题干信息,ADP含量降低会减弱对糖酵解关键酶的激活作用,ATP含量升高会增强对糖酵解关键酶的抑制作用,最终导致糖酵解速率下降、葡萄糖消耗速率降低,是巴斯德效应发生的原因,B正确;酿酒时隔绝氧气,细胞仅进行无氧呼吸,ATP生成量少,ADP/ATP值升高,ADP会激活糖酵解的关键酶,使糖酵解速率升高,C错误;巴斯德效应下虽然葡萄糖消耗速率降低,但有氧呼吸可利用1分子葡萄糖生成大量ATP,能更高效地为细胞代谢供能,有利于细胞代谢,D错误。
9.(2026·山东聊城·三模)(不定项)交替氧化酶(OA)是某些生物细胞内有氧呼吸第三阶段的关键酶,氰化物能阻断有氧呼吸第三阶段。在氧气充足和其他适宜条件下利用氰化物处理植物根细胞和胰岛细胞,测得线粒体中OA相对活性和NADH相对含量,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.胰岛细胞可能不存在交替氧化酶
B.NADH中的H均来源于葡萄糖
C.OA可能与降低NADH与O2反应所需的活化能有关
D.NADH积累可能激活了根细胞线粒体中OA参与的NADH消耗途径
【答案】ACD
【解析】从左图看,对照组和实验组中胰岛细胞的OA活性均为0,说明胰岛细胞可能不表达OA或该酶无活性,A正确;有氧呼吸中,NADH的H不仅来自葡萄糖,还来自水和丙酮酸分解(如第二阶段丙酮酸和水反应生成CO2和NADH),B错误;OA是有氧呼吸第三阶段的关键酶,酶的作用就是降低化学反应的活化能,C正确;实验组根细胞OA活性显著升高,但NADH并未像胰岛细胞一样大量积累,说明NADH积累激活了根细胞线粒体中OA参与的NADH消耗途径,D正确。
10.(2026·辽宁营口·三模)(不定项)科研人员以诱导大鼠心肌细胞氧化应激模拟心肌损伤,探究活血补肾安神方对心肌细胞损伤的修复作用,明确其通过改善线粒体功能和能量代谢治疗心血管疾病的机制,实验分组及结果如图。已知糖酵解表示细胞呼吸第一阶段。下列叙述错误的是( )
注:正常组为心肌细胞正常的大鼠;模型组为心肌细胞损伤的大鼠;活血补肾安神方组为用活血补肾安神方处理的心肌细胞损伤大鼠。
A.诱导心肌细胞的线粒体损伤,可导致有氧呼吸第二、第三阶段受影响
B.模型组线粒体ATP生成量比正常组少,一定会造成丙酮酸的积累
C.活血补肾安神方可改善心肌细胞线粒体的功能,增强其氧化葡萄糖的能力
D.与模型组相比,活血补肾安神方组线粒体产生以及消耗NADH的能力均增强
【答案】BC
【解析】有氧呼吸的第二、三阶段都发生在线粒体中,线粒体损伤会导致这两个阶段受影响,A正确;线粒体有氧呼吸受抑制后,心肌细胞可以通过无氧呼吸继续分解丙酮酸,人体无氧呼吸会将丙酮酸转化为乳酸,因此丙酮酸不一定会积累,B错误;实验结果显示,和模型组相比,活血补肾安神方组线粒体ATP生成量更高,说明该药物可以改善线粒体功能,增强其氧化丙酮酸的能力,C错误;线粒体有氧呼吸第二阶段产生NADH,第三阶段消耗NADH,该药物改善线粒体功能后,线粒体有氧呼吸强度比模型组更高,因此产生和消耗NADH的能力均增强,D正确。
一年重难·创新题(侧重山东,辐射全国,单选+不定项)
设题创新:造血干细胞的细胞呼吸(T1);TCA循环(T2);睡眠不足与细胞呼吸(T5);新型补剂X与细胞呼吸(T6);污水处理与细胞呼吸(T9)
1.【新情景·造血干细胞的细胞呼吸】(2026·重庆·三模)造血干细胞(HSC)在体内主要存在于骨髓低氧微环境中,其线粒体代谢模式与其分化状态密切相关。研究人员分别在常氧(21%O2)和低氧(3%O2)条件下培养小鼠骨髓HSC,测定相关生理指标,结果如下表:
培养条件
耗氧率(OCR,相对值)
无氧呼吸速率(ECAR,相对值)
线粒体膜电位(相对值)
常氧组(21%O2)
1.00
0.32
1.00
低氧组(3%O2)
0.45
0.68
0.51
注:OCR反映有氧呼吸强度,ECAR 反映无氧呼吸强度;线粒体膜电位是线粒体功能活性的指标下列说法正确的是( )
A.低氧条件下,葡萄糖中的能量更多以热能形式散失
B.常氧条件下,有氧呼吸增强更有利于维持HSC 的未分化状态
C.HSC 在低氧下通过代谢转向无氧呼吸维持能量供应
D.实验数据说明低氧条件损伤了线粒体结构
【答案】C
【解析】低氧条件下无氧呼吸占比升高,无氧呼吸中葡萄糖分解不彻底,大部分能量储存在无氧呼吸产物乳酸中,释放的能量较少,因此葡萄糖中的能量并非更多以热能形式散失,A错误;由题干可知,造血干细胞在体内主要存在于骨髓低氧微环境,说明低氧更有利于维持HSC的未分化状态,常氧下有氧呼吸增强会促进HSC分化,B错误;低氧组的耗氧率(有氧呼吸强度)显著低于常氧组,无氧呼吸速率显著高于常氧组,说明HSC在低氧下代谢转向无氧呼吸,以此维持能量供应,C正确;线粒体膜电位是线粒体功能活性的指标,实验仅能说明低氧条件下线粒体功能活性降低,无法证明线粒体结构被损伤,D错误。
2.【新情景·TCA循环】(2026·山东济宁·三模)玉米根细胞在缺氧期间,其无氧呼吸类型会随细胞质基质pH变化而发生转变,相关机理如图所示,三羧酸(TCA)循环是将丙酮酸脱羧产物转化为CO2的过程。下列叙述错误的是( )
A.物质A是果糖,进入细胞后的磷酸化过程属于放能反应
B.TCA循环合成少量ATP,细胞中缺O2会降低TCA循环速率
C.随细胞质基质pH降低,不同酶活性变化不同,引起呼吸类型的转变
D.酒精易自由扩散快速排出细胞,呼吸类型转变有利于减轻长期缺氧对细胞的毒害
【答案】A
【解析】蔗糖水解产物为葡萄糖和果糖,因此物质A是果糖,但果糖磷酸化生成果糖-6-磷酸的过程,需要ATP水解提供能量,吸能反应一般伴随ATP水解供能,因此该过程属于吸能反应,A错误;TCA(三羧酸)循环属于有氧呼吸第二阶段,可合成少量ATP;有氧呼吸离不开氧气,缺氧会抑制有氧呼吸,结合题图可知缺氧直接抑制丙酮酸进入TCA循环,因此会降低TCA循环速率,B正确;由题图可知,细胞质基质pH降低后,乳酸脱氢酶活性被抑制,丙酮酸脱羧酶活性被促进,不同酶的活性变化不同,使无氧呼吸从产乳酸转变为产酒精,引发呼吸类型转变,C正确;酒精是小分子有机物,可通过自由扩散快速排出细胞;呼吸转变为产酒精途径后,避免了乳酸大量积累在细胞内导致pH过度降低,有利于减轻长期缺氧对细胞的毒害,D正确。
3.(2026·安徽亳州·三模)酵母菌在有氧条件下主要进行有氧呼吸,但在缺氧或葡萄糖浓度过高时,会进行无氧呼吸并产生乙醇。研究发现,肌醇焦磷酸酶(Oca5)和肌醇磷酸(InsP)参与调控酵母菌的糖酵解(细胞呼吸第一阶段)和线粒体中的呼吸作用,相关调节过程如图所示,其中5-InsP7是一种特殊的肌醇磷酸。下列相关叙述正确的是( )
A.糖酵解是酵母菌产生NADH的唯一途径,发生在细胞质基质中
B.Oca5通过直接参与催化糖酵解过程中的反应来调节糖酵解速率
C.与野生型酵母菌相比,敲除Oca5基因的酵母菌突变株产生乙醇的量更少
D.酵母菌进入葡萄糖浓度过高的环境,ATP/ADP的值快速升高,会使酒精过度积累
【答案】C
【解析】有氧呼吸第二阶段也会产生NADH,A错误;Oca5通过调节5-InsP7水平来间接调节糖酵解和线粒体中的呼吸作用,而不会直接参与催化糖酵解反应,B错误;敲除Oca5基因的酵母菌突变株中,5-InsP7水平升高,进而抑制糖酵解、促进线粒体中的呼吸作用,从而减少乙醇的产生,C正确;酵母菌进入葡萄糖浓度过高的环境时,ATP产生快,ATP/ADP的值升高,5-InsP7水平升高,抑制糖酵解以避免酒精过度积累,D错误。
4.(2026·河南濮阳·二模)为探究水通道蛋白(NtPIP)对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.水分子通过NtPIP转运时需要消耗ATP,且需要与通道蛋白特异性结合
B.低氧环境下根细胞无氧呼吸产生乳酸,乳酸积累会导致油菜根细胞受损腐烂
C.与WT相比,OE在低氧条件下可维持更高的根细胞氧浓度,保证有氧呼吸正常进行
D.实验结果表明,NtPIP主要在正常供氧条件下发挥作用,显著提升细胞呼吸速率
【答案】C
【解析】水通道蛋白(NtPIP)转运水分子的方式是协助扩散,特点是: 顺浓度梯度运输,不需要消耗 ATP; 通道蛋白只允许特定分子通过,但不需要与被转运物质特异性结合(载体蛋白才需要结合),A错误;油菜是植物,大多数植物根细胞无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳,不是乳酸,B错误;对比 WT 和 OE 在低氧(HT)条件下的根细胞氧浓度(右图): WT 在 HT 条件下氧浓度很低; OE 在 HT 条件下氧浓度显著高于 WT。 再看左图的呼吸速率: WT 在 HT 条件下呼吸速率大幅下降; OE 在 HT 条件下呼吸速率维持在较高水平,说明有氧呼吸能正常进行。 这表明 OE(NtPIP 过量表达)在低氧条件下可维持更高的根细胞氧浓度,从而保证有氧呼吸正常进行,C正确;正常供氧(AT)条件下,WT 和 OE 的呼吸速率、氧浓度差异很小; 低氧(HT)条件下,OE 的优势才明显体现(氧浓度和呼吸速率都显著高于 WT)。这说明 NtPIP 主要在低氧(涝渍)条件下发挥作用,D错误。
5.【新情景·睡眠不足与细胞呼吸】(2026·广东广州·二模)乳酸脱氢酶(LDHA)能催化丙酮酸与NADH反应生成乳酸。科研人员检测了正常与睡眠剥夺条件下,小鼠不同组织中LDHA的mRNA表达量,结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A.缺氧条件下,LDHA催化丙酮酸生成乳酸的过程不产生ATP
B.若氧气充足,丙酮酸主要进入线粒体被氧化分解
C.长期睡眠不足可能导致肌肉中的乳酸含量升高,引起肌肉酸痛
D.睡眠剥夺后脾脏中LDHA表达量上升,说明熬夜直接抑制免疫功能
【答案】D
【解析】缺氧条件下,细胞进行无氧呼吸,LDHA催化丙酮酸生成乳酸的过程属于无氧呼吸的第二阶段,不产生ATP,A正确;若氧气充足,细胞进行有氧呼吸,丙酮酸主要进入线粒体被氧化分解为CO2和H2O,B正确;由图可知,睡眠剥夺组小鼠肌肉中 LDHA 的 mRNA 表达量升高,LDHA 可催化丙酮酸生成乳酸,因此长期睡眠不足,会影响肌肉细胞的有氧呼吸,导致肌肉细胞进行无氧呼吸增强,LDHA催化丙酮酸生成乳酸的过程增强,可能导致肌肉中的乳酸含量升高,引起肌肉酸痛,C正确;睡眠剥夺后脾脏中LDHA表达量上升,只能说明脾脏细胞无氧呼吸可能增强,但不能说明熬夜直接抑制免疫功能,D错误。
6.【新情景·新型补剂X与细胞呼吸】(2026·湖南邵阳·二模)某运动营养实验室研发了一种新型补剂X,其核心成分可通过影响线粒体功能来调节细胞呼吸。为研究补剂X的作用,研究者将小鼠骨骼肌细胞分为对照组和实验组,在有氧条件下检测细胞呼吸的相关指标,结果如图所示。下列叙述或推测合理的是( )
注:实验组在对照组的基础上施加补剂X,细胞呼吸的底物是葡萄糖;各组葡萄糖等量且起始浓度一致;酶乙是ATP合酶,位于线粒体内膜上。
A.实验组丙酮酸含量降低的原因可能是补剂X促进有氧呼吸第二和第三阶段
B.实验组CO2释放量升高,说明补剂X促进无氧呼吸第二阶段
C.实验组酶乙活性升高,在有氧呼吸第二阶段促进ATP生成
D.若将实验条件改为无氧,两组细胞产生的乳酸量会有显著差异
【答案】A
【解析】根据实验结果可知:实验组线粒体基质中丙酮酸含量降低,但CO2量增大,极可能是丙酮酸进入线粒体后消耗加快导致的,因此可能是补剂X促进有氧呼吸第二和第三阶段,A正确;小鼠骨骼肌细胞无氧呼吸不产生CO2,CO2仅来自有氧呼吸第二阶段,实验组CO2释放量升高,说明补剂X促进的过程之一是有氧呼吸第二阶段,而非无氧呼吸第二阶段,B错误;酶乙是ATP合酶,位于线粒体内膜上,有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜进行,酶乙催化ATP生成,实验组线粒体内膜上酶乙活性升高,可加速有氧呼吸第三阶段的ATP生成,C错误;无氧条件下,细胞仅进行无氧呼吸,两组细胞呼吸底物(葡萄糖)初始浓度一致,且补剂X影响的是线粒体功能,对无氧呼吸过程无直接影响,故两组产生的乳酸量不会有显著差异,D错误。
7.(2026·山东淄博·二模)涝渍胁迫下,植物根细胞可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。研究人员以耐涝水稻品种和敏感水稻品种为材料,在无氧条件下培养,检测相关代谢产物和酶活性, 结果如下表所示。下列说法错误的是( )
指标
耐涝品种
敏感品种
乳酸含量
2h 后达峰值(8 倍),之后下降
持续升高(24h 达 15 倍)
乙醇含量
4h 后开始上升,24h 达 12 倍
8h 后开始上升,24h 达 6 倍
LDH 活性
2h 升高 4 倍,后下降
持续升高
PDC 活性
4h 后显著升高
8h 后轻度升高
注:LDH 是乳酸发酵的关键酶,PDC 是乙醇发酵的关键酶。
A.无氧条件下,每分子葡萄糖产生酒精时生成的 ATP 比产生乳酸时多
B.耐涝品种比敏感品种更早激活 PDC, 将代谢途径转向乙醇生成,缓解乳酸积累
C.若用外源乳酸处理耐涝品种根细胞,可抑制 PDC 活性,阻碍代谢途径转换
D.耐涝品种呼吸代谢途径转变利于细胞质 pH 维持相对稳定
【答案】AC
【解析】无氧呼吸产生酒精和产生乳酸的过程中,只有第一阶段会生成ATP,两个过程的第一阶段完全相同,因此每分子葡萄糖经两种无氧呼吸产生的ATP量相等,A错误;PDC是乙醇发酵的关键酶,根据表格结果:耐涝品种PDC在4h后就显著升高,敏感品种PDC在8h后才轻度升高,说明耐涝品种更早激活PDC,更早将代谢途径转向乙醇生成,缓解了乳酸积累,B正确;从表格规律可推知:耐涝品种乳酸先升高到峰值,随后LDH活性下降、PDC活性升高,说明乳酸积累会诱导PDC活性升高,促进代谢途径从乳酸发酵转向乙醇发酵。因此用外源乳酸处理耐涝品种根细胞,会促进PDC活性,加速代谢途径转换,C错误;乳酸过度积累会降低细胞质pH,耐涝品种通过代谢转换减少乳酸积累,避免pH过度下降,有利于维持细胞质pH的相对稳定,D正确;
8.(2026·辽宁营口·三模)(不定项)科研人员以诱导大鼠心肌细胞氧化应激模拟心肌损伤,探究活血补肾安神方对心肌细胞损伤的修复作用,明确其通过改善线粒体功能和能量代谢治疗心血管疾病的机制,实验分组及结果如图。已知糖酵解表示细胞呼吸第一阶段。下列叙述错误的是( )
注:正常组为心肌细胞正常的大鼠;模型组为心肌细胞损伤的大鼠;活血补肾安神方组为用活血补肾安神方处理的心肌细胞损伤大鼠。
A.诱导心肌细胞的线粒体损伤,可导致有氧呼吸第二、第三阶段受影响
B.模型组线粒体ATP生成量比正常组少,一定会造成丙酮酸的积累
C.活血补肾安神方可改善心肌细胞线粒体的功能,增强其氧化葡萄糖的能力
D.与模型组相比,活血补肾安神方组线粒体产生以及消耗NADH的能力均增强
【答案】BC
【解析】有氧呼吸的第二、三阶段都发生在线粒体中,线粒体损伤会导致这两个阶段受影响,A正确;线粒体有氧呼吸受抑制后,心肌细胞可以通过无氧呼吸继续分解丙酮酸,人体无氧呼吸会将丙酮酸转化为乳酸,因此丙酮酸不一定会积累,B错误;实验结果显示,和模型组相比,活血补肾安神方组线粒体ATP生成量更高,说明该药物可以改善线粒体功能,增强其氧化丙酮酸的能力,C错误;线粒体有氧呼吸第二阶段产生NADH,第三阶段消耗NADH,该药物改善线粒体功能后,线粒体有氧呼吸强度比模型组更高,因此产生和消耗NADH的能力均增强,D正确。
9.【新情景·污水处理与细胞呼吸】(2026·河北邢台·模拟)(不定项)污水处理厂污泥中的厌氧菌可分解厨余垃圾中的有机物产生H+,H+获得由NADH通过载体转移而来的电子,生成H2.研究人员探究新型复合铁材料FE/FEO对该反应中H2产量的影响,结果如图所示。下列说法错误的是( )
A.厌氧菌细胞中,NADH的电子可传递给O2并与之结合生成水
B.FE/FEO可以显著加快H2形成的速率,但使产生H2的最高速率推迟出现
C.FE/FEO可能在该反应中作为电子传递的载体来影响H2的生成
D.该反应中,厌氧菌将有机物中的化学能全部转化为H2中的化学能
【答案】ABD
【解析】有氧呼吸过程中,NADH的电子可传递给O2并与之结合生成水,但厌氧菌不能进行有氧呼吸,A错误;从图中可知,实验组和对照组产生H2的最高速率均出现在8~12h,B错误;据题分析,电子传递是H2生成的关键环节,FE/FEO可能在该反应中作为电子传递的载体来影响H2的生成,C正确;该反应中,厌氧菌除了将有机物中的化学能转化为H2中的化学能,还会将一部分能量转化为热能等,D错误。
三年真题·压轴题(侧重山东,辐射全国,单选+多选+非选择题)
高频考点:重视糖类的分析,重视脂质的分析,重视糖类与脂质的比较辨析,通过对比归纳强化知识整合与应用能力
1.(2023·北京·高考真题)运动强度越低,骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时,骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。对这一结果正确的理解是( )
A.低强度运动时,主要利用脂肪酸供能
B.中等强度运动时,主要供能物质是血糖
C.高强度运动时,糖类中的能量全部转变为ATP
D.肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
【答案】A
【解析】由图可知,当运动强度较低时,主要利用脂肪酸供能,A正确;由图可知,中等强度运动时,主要供能物质是肌糖原,其次是脂肪酸,B错误;高强度运动时,糖类中的能量大部分以热能的形式散失,少部分转变为ATP,C错误;高强度运动时,机体同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,肌糖原在有氧条件和无氧条件均能氧化分解提供能量,D错误。
2.(2022·广东·高考真题)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5%TTC溶液中,30℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是( )
A.该反应需要在光下进行
B.TTF可在细胞质基质中生成
C.TTF生成量与保温时间无关
D.不能用红色深浅判断种子活力高低
【答案】B
【解析】大豆种子充分吸水胀大,此时未形成叶绿体,不能进行光合作用,该反应不需要在光下进行,A错误;细胞质基质中可通过细胞呼吸第一阶段产生[H],TTF可在细胞质基质中生成,B正确;保温时间较长时,较多的TTC进入活细胞,生成较多的红色TTF,C错误;相同时间内,种胚出现的红色越深,说明种胚代谢越旺盛,据此可判断种子活力的高低,D错误。
3.(2022·海南·高考真题)种子萌发过程中,储藏的淀粉、蛋白质等物质在酶的催化下生成简单有机物,为新器官的生长和呼吸作用提供原料。下列有关叙述错误的是( )
A.种子的萌发受水分、温度和氧气等因素的影响
B.种子萌发过程中呼吸作用增强,储藏的有机物的量减少
C.干燥条件下种子不萌发,主要是因为种子中的酶因缺水而变性失活
D.种子子叶切片用苏丹Ⅲ染色后,显微镜下观察到橘黄色颗粒,说明该种子含有脂肪
【答案】C
【解析】种子的萌发需要一定的环境条件,如水分、温度和氧气等因素,A正确;种子萌发过程中,自由水含量增加,呼吸作用增强,消耗储藏的淀粉、蛋白质等物质,生成简单有机物增多,导致储藏的有机物的量减少,B正确;干燥条件下种子不萌发,主要是因为种子中缺水,特别是缺少自由水,导致细胞代谢强度非常弱,细胞呼吸产生的能量非常少,不能满足与种子萌发有关的生命活动对能量的需求,C错误;脂肪能被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色,种子子叶切片用苏丹Ⅲ染色后,显微镜下观察到橘黄色颗粒,说明该种子含有脂肪,D正确。
4.(2022·山东·高考真题)植物细胞内10%~25%的葡萄糖经过一系列反应,产生NADPH、CO2和多种中间产物,该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是( )
A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B.与有氧呼吸相比,葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C.正常生理条件下,利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
【答案】C
【解析】根据题意,磷酸戊糖途径产生的NADPH是为其他物质的合成提供原料,而有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH,能与O2反应产生水,A正确;有氧呼吸是葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程,而磷酸戊糖途径产生了多种中间产物,中间产物还进一步生成了其他有机物,所以葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量比有氧呼吸少,B正确;正常生理条件下,只有10%~25%的葡萄糖参加了磷酸戊糖途径,其余的葡萄糖会参与其他代谢反应,例如有氧呼吸,所以用14C标记葡萄糖,除了追踪到磷酸戊糖途径的含碳产物,还会追踪到参与其他代谢反应的产物,C错误;受伤组织修复即是植物组织的再生过程,细胞需要增殖,所以需要核苷酸和氨基酸等原料,而磷酸戊糖途径的中间产物可生成氨基酸和核苷酸等,D正确。
5.(2022·北京·高考真题)在北京冬奥会的感召下,一队初学者进行了3个月高山滑雪集训,成绩显著提高,而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度,结果如下图。与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内( )
A.消耗的ATP不变
B.无氧呼吸增强
C.所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多
D.骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多
【答案】B
【解析】滑雪过程中,受训者耗能增多,故消耗的ATP增多,A错误;人体无氧呼吸的产物是乳酸,分体题图可知,与集训前相比,集训后受训者血浆中乳酸浓度增加,由此可知,与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强,B正确;分体题图可知,与集训前相比,集训后受训者血浆中乳酸浓度增加,由此可知,与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强,故所消耗的ATP中来自无氧呼吸的增多,C错误;消耗等量的葡萄糖,有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸,而滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强,故骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少,D错误。
6.(2022·山东·高考真题)(不定项)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )
A.4℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25℃时相比,4℃时有氧呼吸产热多
C.与25℃时相比,4℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
【答案】BCD
【解析】与25℃相比,4℃耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明电子传递未受阻,A错误;与25℃相比,短时间低温4℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4℃时有氧呼吸释放的能量较多的用于产热,消耗的葡萄糖量多, BC正确;DNP使H+不经ATP合酶返回基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,导致ATP合成减少, D正确。
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第10讲 细胞呼吸的影响因素及应用
第一部分 五年考情·精准定向
山东考情概览 山东热点情境 山东备考策略
第二部分 二大核心·主干速记
一图串联·核心梳理·易错辨析
核心知识01 影响细胞呼吸的主要因素
核心知识02 细胞呼吸的应用
第三部分 分层专练·靶向攻关
两年模拟·情境题(全国视野,单选)
一年重难·创新题(侧重山东,辐射全国,单选+不定项)
三年真题·压轴题(侧重山东,辐射全国)
第一部分 五年考情·精准定向
考情概览
新课标要求
考题统计
说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
2026・山东・密闭体系气体变化模型,温度、氧气浓度对酵母呼吸速率综合曲线分析
2025・山东・温度、氧气对呼吸调控机制辨析及农业应用
2025・河北・环境因子影响呼吸强度的实例
2024・全国乙卷・O₂浓度梯度对呼吸的变量曲线实验分析
2024・江苏・呼吸抑制剂、温度阈值对呼吸速率调控的图像机理2023・山东・低氧、涝害逆境下呼吸途径转换、细胞酸中毒代谢
2023・湖南・温度、氧气、水分影响细胞呼吸原理
1. 考查频次 近5年山东新高考每年必考,选择题与非选择题均频繁出现,以选择题居多。既可独立命题考查有氧呼吸、无氧呼吸的过程与物质能量变化,也常常融入光合与呼吸综合计算、密闭容器气体变化、作物栽培与种子储存、逆境胁迫下的代谢调控等综合大题,是细胞代谢模块的核心高频考点。
2.考查要点 外因:O₂浓度、温度、水分、CO₂浓度对呼吸速率的调控;重点解读氧浓度 - 呼吸速率经典曲线,区分总呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸三条曲线,识别无氧呼吸消失点、有机物消耗最低点;温度通过改变呼吸酶活性调控呼吸强度。 内因:线粒体膜完整性、呼吸酶的数量与活性决定基础呼吸速率;区分呼吸竞争性、非竞争性抑制剂对呼吸酶促反应的抑制机理。
热点情境
素材1:胶东鲜果低温气调贮藏 采用低温+低氧+高二氧化碳气调库贮藏。低温抑制呼吸酶空间结构活性,低氧、高 CO2双重抑制细胞呼吸速率,大幅减少糖分、有机物消耗;同时规避无氧呼吸酒精积累毒害果肉。
低温会下调线粒体 ATP 合成酶活性,果树通过微调呼吸酶合成量维持基础呼吸,保障果肉糖分主动转运。
素材2:寿光设施大棚昼夜温控增产 白天升温匹配光合酶最适温度,提升有机物制造量;夜间适度降低棚温,抑制线粒体呼吸酶活性,减弱有氧呼吸,减少有机物损耗,拉大昼夜有机物净积累差值。叶面补充磷脂修复生物膜,稳定线粒体内膜上 ATP 合成酶功能,保证根系主动吸收矿质元素的呼吸供能。
素材3:黄河三角洲滩涂耐盐作物栽培 盐碱环境破坏线粒体膜结构,直接降低有氧呼吸产能;雨季滩涂积水,土壤缺氧,根系无氧呼吸增强,积累酒精损伤根尖细胞,引发烂根。土壤酸碱波动会改变呼吸酶空间结构,进一步抑制呼吸强度。定期疏通沟渠排涝增氧,减少无氧呼吸毒害;植株自身合成抗氧化蛋白,保护呼吸酶不发生变性,维持基础有氧呼吸,为根系排盐、矿质离子主动运输提供 ATP。
素材4:鲁北耐盐小麦小麦田间管理 盐碱土pH失衡直接降低呼吸酶活性,有氧呼吸产能不足;雨季积水缺氧,小麦根系无氧呼吸产生酒精,损伤根系吸收功能。根系逆浓度吸收氮磷钾矿质元素,全程依赖细胞呼吸供给 ATP。雨后及时中耕松土,增加土壤含氧量,促进有氧呼吸;盐碱地块增施有机肥改良土壤 pH,稳定呼吸酶活性,保障呼吸代谢持续供能。
素材5:鲁西粮仓小麦、玉米种子仓储 新收种子自由水含量高,呼吸酶活性强,细胞呼吸旺盛,仓内发热、霉变;密闭缺氧环境下种子无氧呼吸产生酒精,破坏胚结构,丧失发芽能力。收获后充分晾晒,降低种子自由水含量,从内因抑制呼吸酶活性;仓储环境保持低温、干燥、适度通风,减弱有氧呼吸,同时避免长期密闭缺氧引发无氧呼吸损伤种子。
情景6: 山东淡水湖区水产养殖 夏季高温水体溶氧量下降,鱼虾有氧呼吸受阻,无氧呼吸增强,肌肉积累乳酸引发酸中毒;高温还会提升呼吸水解酶活性,加速肌糖原分解,消耗体内储能有机物。高温时段开启增氧机,提升水体溶氧量,保障鱼虾有氧呼吸,减少无氧呼吸乳酸堆积;适度换水降温,降低呼吸酶活性,减少机体能量无谓消耗。
备考策略
1.外因四因子专项梳理(温度、O₂浓度、水分、CO₂) 逐个梳理每种因素影响细胞呼吸的机理:温度通过改变呼吸酶活性调控速率;O₂浓度决定有氧、无氧呼吸的切换;水分通过自由水含量影响酶与代谢反应;高 CO₂抑制呼吸酶活性。配套两类核心曲线:①氧浓度-呼吸速率曲线,标注无氧呼吸消失点、有机物消耗最低点、最适储藏氧浓度;②温度-呼吸酶活性曲线,区分低温抑制、高温永久变性的差异。表格对比易混应用:种子储存(干燥+低温+低氧)、果蔬保鲜(低温+低氧+适宜湿度),明确二者水分要求不同的底层逻辑。
2.内因整合梳理 梳理线粒体膜、呼吸酶、底物含量对内源呼吸强度的制约;区分竞争性、非竞争性呼吸抑制剂的图像与作用机理;结合山东盐碱情境,记忆膜损伤、酶变性对有氧呼吸 ATP 合成的连锁影响。
· 第二部分 二大核心·主干速记
内容速览:影响细胞呼吸的因素及应用
核心梳理
核心知识1 影响细胞呼吸的主要因素
因素
温度
O2浓度
CO2浓度
水
原理
主要影响酶活性
O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸有抑制作用
CO2是细胞呼吸的产物,积累过多会抑制细胞呼吸的进行
水作为有氧呼吸的原料,自由水含量较高时细胞呼吸旺盛
曲线
核心知识2 细胞呼吸的应用
1.有氧呼吸原理的运用:
实例
运用
粮食的储存
低温、低氧、干燥的环境中,减少有氧呼吸消耗有机物
果蔬、鲜花保鲜
零上低温、低氧的条件下,减少呼吸消耗,保持细胞水分
土壤松土
促进根细胞有氧呼吸,有利于主动运输,为矿质元素的吸收供应能量
食醋、味精制作
向发酵罐中通入无菌空气,促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼吸
2.无氧呼吸原理的运用:
实例
运用
稻田定期排水
促进水稻根细胞有氧呼吸,防止无氧呼吸产生酒精,造成烂根、烂芽
提倡慢跑
促进肌细胞有氧呼吸,防止无氧呼吸产生大量乳酸,使肌肉酸胀乏力
酸奶、泡菜的制作
乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
用透气纱布或创可贴包扎伤口
增加通气量,抑制破伤风芽孢杆菌的无氧呼吸
酿酒
早期通气——促进酵母菌有氧呼吸,有利于菌种繁殖
后期密封发酵罐——促进酵母菌无氧呼吸,有利于产生酒精
第三部分 分层专练·靶向攻关
两年模拟·情境题(全国视野,单选+多选)
考查重点:影响细胞呼吸的主要因素,细胞呼吸的应用
1.【新情景·氧气对细胞呼吸的影响】(2026·河南驻马店模拟)不同氧气浓度条件下,某植物非绿色器官细胞呼吸相关气体的变化量如表所示,只考虑葡萄糖为底物。下列叙述错误的是( )
氧气浓度
a
b
c
D
O2吸收量(mol)
0
0.4
0.9
1.2
CO2释放量(mol)
1.2
0.8
0.9
1.2
A.a浓度时,该器官只进行无氧呼吸,产物为酒精和CO2
B.b浓度时,无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的3倍
C.c浓度时,无氧呼吸强度最弱,最适合该植物器官的储存
D.d浓度时,细胞内产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体
2.【新情景·水淹对跟细胞呼吸的影响】(2026·广东深圳模拟)水淹影响农作物根细胞的呼吸作用。如图表示水淹过程中甲、乙两种根细胞呼吸作用相关酶活性变化,相关分析正确的是( )
A.0d时,根细胞有机物不彻底氧化分解产ATP
B.推测参与有氧呼吸的酶是甲
C.随水淹天数的增加乙酶活性不断增强
D.3d后排水、作物长势恢复可能与无氧呼吸对细胞毒害小有关
3.【新方法·探究酵母菌无氧呼吸】如图为某动物的细胞呼吸过程和抑制剂X对该过程的影响,图示中仅标注出了细胞呼吸过程的部分物质,下列叙述正确的是( )
A.与NAD+结合的H+全部来自丙酮酸,丙酮酸中的H全来自葡萄糖
B.CO2的产生场所为线粒体内膜,CO2中的C全部来自丙酮酸
C.若有抑制剂Y抑制丙酮酸分解产生乳酸,则该过程中生成的ATP会减少
D.在抑制剂X的作用下,该动物的有氧呼吸会减弱,无氧呼吸会加强
4.【脊尾白虾的有氧与无氧呼吸】(2026·福建泉州·三模)脊尾白虾是我国近海重要经济虾类,在养殖及运输过程中,时常涉及干露(脱离水环境)的现象。为了研究干露胁迫对脊尾白虾呼吸代谢能力的影响,以寻找延长脊尾白虾存活时间的方法。科研人员检测了干露胁迫下常温和低温条件下脊尾白虾肌肉中SDH/FRD(SDH是有氧呼吸第二阶段的关键酶,FRD是无氧呼吸过程中的关键酶)活力比值的变化,结果如图。下列叙述错误的是( )
A.干露胁迫下脊尾白虾的无氧呼吸水平上升
B.低温下脊尾白虾在一段时间内维持较强的有氧呼吸能力
C.SDH和FRD主要分布在脊尾白虾肌肉细胞的细胞质基质中
D.低温有利于延长脊尾白虾在干露胁迫下的运输时间
5.(2026·河南·三模)三羧酸(TCA)循环有氧呼吸(简称TCA呼吸)是植物常见的呼吸代谢途径,TCA呼吸是将乙酰辅酶A(丙酮酸脱羧产物)转化为CO2的过程。如图为水淹胁迫对红海榄根系TCA呼吸速率的影响。下列叙述正确的是( )
A.TCA呼吸发生在细胞质基质和线粒体基质中,会使有机物彻底分解
B.随着水淹时间的延长,红海榄根系TCA呼吸速率呈明显的下降趋势
C.推测缺氧条件下TCA呼吸速率受抑制,最终线粒体内会积累大量NADH
D.水淹18h时,根系TCA呼吸产生的酒精会导致自身TCA呼吸速率处于最小值
6.(2026·广东揭阳·二模)植物普遍存在乙醇脱氢酶(ADH)、乳酸脱氢酶(LDH),丙酮酸在不同酶的催化下生成的产物不同,如图1.科研人员研究了水淹胁迫对某植物根系呼吸酶活性的影响,结果见图2.下列叙述正确的是( )
A.图1中的NADH来源于细胞呼吸的第一、二阶段
B.图1中丙酮酸的能量随反应进行全部释放出来
C.ADH和LDH分布在线粒体中,水淹时酶活性升高
D.水淹胁迫时,该植物根细胞以酒精发酵途径为主
7.(2026·北京房山·一模)研究人员对健康成年人实施8周有氧运动训练,并检测骨骼肌线粒体的相关指标(如图)。据图分析合理的是( )
A.训练后耗氧速率提升,说明细胞无氧呼吸占比增强
B.线粒体数量增加,直接导致肌细胞CO2释放量减少
C.训练可增强骨骼肌细胞的有氧呼吸,提高代谢能力
D.训练可导致每克葡萄糖代谢产生的ATP减少
8.(2026·内蒙古呼和浩特·一模)糖酵解是葡萄糖被降解为丙酮酸并生成少量ATP的过程。ADP能够激活糖酵解中的某些关键酶,而ATP则会抑制另一关键酶的活性。巴斯德效应是指在有氧条件下兼性厌氧生物的细胞呼吸从无氧呼吸转变为有氧呼吸,糖酵解对葡萄糖的消耗速率显著降低的现象。下列有关分析正确的是( )
A.糖酵解在有氧和无氧条件下生成的产物不同
B.ADP/ATP值降低可能是巴斯德效应发生的原因
C.酿酒时隔绝氧气,ADP/ATP值升高糖酵解速率低
D.巴斯德效应降低葡萄糖的消耗,不利于细胞代谢
9.(2026·山东聊城·三模)(不定项)交替氧化酶(OA)是某些生物细胞内有氧呼吸第三阶段的关键酶,氰化物能阻断有氧呼吸第三阶段。在氧气充足和其他适宜条件下利用氰化物处理植物根细胞和胰岛细胞,测得线粒体中OA相对活性和NADH相对含量,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.胰岛细胞可能不存在交替氧化酶
B.NADH中的H均来源于葡萄糖
C.OA可能与降低NADH与O2反应所需的活化能有关
D.NADH积累可能激活了根细胞线粒体中OA参与的NADH消耗途径
10.(2026·辽宁营口·三模)(不定项)科研人员以诱导大鼠心肌细胞氧化应激模拟心肌损伤,探究活血补肾安神方对心肌细胞损伤的修复作用,明确其通过改善线粒体功能和能量代谢治疗心血管疾病的机制,实验分组及结果如图。已知糖酵解表示细胞呼吸第一阶段。下列叙述错误的是( )
注:正常组为心肌细胞正常的大鼠;模型组为心肌细胞损伤的大鼠;活血补肾安神方组为用活血补肾安神方处理的心肌细胞损伤大鼠。
A.诱导心肌细胞的线粒体损伤,可导致有氧呼吸第二、第三阶段受影响
B.模型组线粒体ATP生成量比正常组少,一定会造成丙酮酸的积累
C.活血补肾安神方可改善心肌细胞线粒体的功能,增强其氧化葡萄糖的能力
D.与模型组相比,活血补肾安神方组线粒体产生以及消耗NADH的能力均增强
一年重难·创新题(侧重山东,辐射全国,单选+不定项)
设题创新:造血干细胞的细胞呼吸(T1);TCA循环(T2);睡眠不足与细胞呼吸(T5);新型补剂X与细胞呼吸(T6);污水处理与细胞呼吸(T9)
1.【新情景·造血干细胞的细胞呼吸】(2026·重庆·三模)造血干细胞(HSC)在体内主要存在于骨髓低氧微环境中,其线粒体代谢模式与其分化状态密切相关。研究人员分别在常氧(21%O2)和低氧(3%O2)条件下培养小鼠骨髓HSC,测定相关生理指标,结果如下表:
培养条件
耗氧率(OCR,相对值)
无氧呼吸速率(ECAR,相对值)
线粒体膜电位(相对值)
常氧组(21%O2)
1.00
0.32
1.00
低氧组(3%O2)
0.45
0.68
0.51
注:OCR反映有氧呼吸强度,ECAR 反映无氧呼吸强度;线粒体膜电位是线粒体功能活性的指标下列说法正确的是( )
A.低氧条件下,葡萄糖中的能量更多以热能形式散失
B.常氧条件下,有氧呼吸增强更有利于维持HSC 的未分化状态
C.HSC 在低氧下通过代谢转向无氧呼吸维持能量供应
D.实验数据说明低氧条件损伤了线粒体结构
2.【新情景·TCA循环】(2026·山东济宁·三模)玉米根细胞在缺氧期间,其无氧呼吸类型会随细胞质基质pH变化而发生转变,相关机理如图所示,三羧酸(TCA)循环是将丙酮酸脱羧产物转化为CO2的过程。下列叙述错误的是( )
A.物质A是果糖,进入细胞后的磷酸化过程属于放能反应
B.TCA循环合成少量ATP,细胞中缺O2会降低TCA循环速率
C.随细胞质基质pH降低,不同酶活性变化不同,引起呼吸类型的转变
D.酒精易自由扩散快速排出细胞,呼吸类型转变有利于减轻长期缺氧对细胞的毒害
3.(2026·安徽亳州·三模)酵母菌在有氧条件下主要进行有氧呼吸,但在缺氧或葡萄糖浓度过高时,会进行无氧呼吸并产生乙醇。研究发现,肌醇焦磷酸酶(Oca5)和肌醇磷酸(InsP)参与调控酵母菌的糖酵解(细胞呼吸第一阶段)和线粒体中的呼吸作用,相关调节过程如图所示,其中5-InsP7是一种特殊的肌醇磷酸。下列相关叙述正确的是( )
A.糖酵解是酵母菌产生NADH的唯一途径,发生在细胞质基质中
B.Oca5通过直接参与催化糖酵解过程中的反应来调节糖酵解速率
C.与野生型酵母菌相比,敲除Oca5基因的酵母菌突变株产生乙醇的量更少
D.酵母菌进入葡萄糖浓度过高的环境,ATP/ADP的值快速升高,会使酒精过度积累
4.(2026·河南濮阳·二模)为探究水通道蛋白(NtPIP)对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.水分子通过NtPIP转运时需要消耗ATP,且需要与通道蛋白特异性结合
B.低氧环境下根细胞无氧呼吸产生乳酸,乳酸积累会导致油菜根细胞受损腐烂
C.与WT相比,OE在低氧条件下可维持更高的根细胞氧浓度,保证有氧呼吸正常进行
D.实验结果表明,NtPIP主要在正常供氧条件下发挥作用,显著提升细胞呼吸速率
5.【新情景·睡眠不足与细胞呼吸】(2026·广东广州·二模)乳酸脱氢酶(LDHA)能催化丙酮酸与NADH反应生成乳酸。科研人员检测了正常与睡眠剥夺条件下,小鼠不同组织中LDHA的mRNA表达量,结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A.缺氧条件下,LDHA催化丙酮酸生成乳酸的过程不产生ATP
B.若氧气充足,丙酮酸主要进入线粒体被氧化分解
C.长期睡眠不足可能导致肌肉中的乳酸含量升高,引起肌肉酸痛
D.睡眠剥夺后脾脏中LDHA表达量上升,说明熬夜直接抑制免疫功能
6.【新情景·新型补剂X与细胞呼吸】(2026·湖南邵阳·二模)某运动营养实验室研发了一种新型补剂X,其核心成分可通过影响线粒体功能来调节细胞呼吸。为研究补剂X的作用,研究者将小鼠骨骼肌细胞分为对照组和实验组,在有氧条件下检测细胞呼吸的相关指标,结果如图所示。下列叙述或推测合理的是( )
注:实验组在对照组的基础上施加补剂X,细胞呼吸的底物是葡萄糖;各组葡萄糖等量且起始浓度一致;酶乙是ATP合酶,位于线粒体内膜上。
A.实验组丙酮酸含量降低的原因可能是补剂X促进有氧呼吸第二和第三阶段
B.实验组CO2释放量升高,说明补剂X促进无氧呼吸第二阶段
C.实验组酶乙活性升高,在有氧呼吸第二阶段促进ATP生成
D.若将实验条件改为无氧,两组细胞产生的乳酸量会有显著差异
7.(2026·山东淄博·二模)涝渍胁迫下,植物根细胞可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。研究人员以耐涝水稻品种和敏感水稻品种为材料,在无氧条件下培养,检测相关代谢产物和酶活性, 结果如下表所示。下列说法错误的是( )
指标
耐涝品种
敏感品种
乳酸含量
2h 后达峰值(8 倍),之后下降
持续升高(24h 达 15 倍)
乙醇含量
4h 后开始上升,24h 达 12 倍
8h 后开始上升,24h 达 6 倍
LDH 活性
2h 升高 4 倍,后下降
持续升高
PDC 活性
4h 后显著升高
8h 后轻度升高
注:LDH 是乳酸发酵的关键酶,PDC 是乙醇发酵的关键酶。
A.无氧条件下,每分子葡萄糖产生酒精时生成的 ATP 比产生乳酸时多
B.耐涝品种比敏感品种更早激活 PDC, 将代谢途径转向乙醇生成,缓解乳酸积累
C.若用外源乳酸处理耐涝品种根细胞,可抑制 PDC 活性,阻碍代谢途径转换
D.耐涝品种呼吸代谢途径转变利于细胞质 pH 维持相对稳定
8.(2026·辽宁营口·三模)(不定项)科研人员以诱导大鼠心肌细胞氧化应激模拟心肌损伤,探究活血补肾安神方对心肌细胞损伤的修复作用,明确其通过改善线粒体功能和能量代谢治疗心血管疾病的机制,实验分组及结果如图。已知糖酵解表示细胞呼吸第一阶段。下列叙述错误的是( )
注:正常组为心肌细胞正常的大鼠;模型组为心肌细胞损伤的大鼠;活血补肾安神方组为用活血补肾安神方处理的心肌细胞损伤大鼠。
A.诱导心肌细胞的线粒体损伤,可导致有氧呼吸第二、第三阶段受影响
B.模型组线粒体ATP生成量比正常组少,一定会造成丙酮酸的积累
C.活血补肾安神方可改善心肌细胞线粒体的功能,增强其氧化葡萄糖的能力
D.与模型组相比,活血补肾安神方组线粒体产生以及消耗NADH的能力均增强
9.【新情景·污水处理与细胞呼吸】(2026·河北邢台·模拟)(不定项)污水处理厂污泥中的厌氧菌可分解厨余垃圾中的有机物产生H+,H+获得由NADH通过载体转移而来的电子,生成H2.研究人员探究新型复合铁材料FE/FEO对该反应中H2产量的影响,结果如图所示。下列说法错误的是( )
A.厌氧菌细胞中,NADH的电子可传递给O2并与之结合生成水
B.FE/FEO可以显著加快H2形成的速率,但使产生H2的最高速率推迟出现
C.FE/FEO可能在该反应中作为电子传递的载体来影响H2的生成
D.该反应中,厌氧菌将有机物中的化学能全部转化为H2中的化学能
三年真题·压轴题(侧重山东,辐射全国,单选+多选+非选择题)
高频考点:重视糖类的分析,重视脂质的分析,重视糖类与脂质的比较辨析,通过对比归纳强化知识整合与应用能力
1.(2023·北京·高考真题)运动强度越低,骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时,骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。对这一结果正确的理解是( )
A.低强度运动时,主要利用脂肪酸供能
B.中等强度运动时,主要供能物质是血糖
C.高强度运动时,糖类中的能量全部转变为ATP
D.肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
2.(2022·广东·高考真题)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5%TTC溶液中,30℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是( )
A.该反应需要在光下进行
B.TTF可在细胞质基质中生成
C.TTF生成量与保温时间无关
D.不能用红色深浅判断种子活力高低
3.(2022·海南·高考真题)种子萌发过程中,储藏的淀粉、蛋白质等物质在酶的催化下生成简单有机物,为新器官的生长和呼吸作用提供原料。下列有关叙述错误的是( )
A.种子的萌发受水分、温度和氧气等因素的影响
B.种子萌发过程中呼吸作用增强,储藏的有机物的量减少
C.干燥条件下种子不萌发,主要是因为种子中的酶因缺水而变性失活
D.种子子叶切片用苏丹Ⅲ染色后,显微镜下观察到橘黄色颗粒,说明该种子含有脂肪
4.(2022·山东·高考真题)植物细胞内10%~25%的葡萄糖经过一系列反应,产生NADPH、CO2和多种中间产物,该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是( )
A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B.与有氧呼吸相比,葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C.正常生理条件下,利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
5.(2022·北京·高考真题)在北京冬奥会的感召下,一队初学者进行了3个月高山滑雪集训,成绩显著提高,而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度,结果如下图。与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内( )
A.消耗的ATP不变
B.无氧呼吸增强
C.所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多
D.骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多
6.(2022·山东·高考真题)(不定项)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )
A.4℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25℃时相比,4℃时有氧呼吸产热多
C.与25℃时相比,4℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
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