第3节　
ATP的主要来源——细胞呼吸
一、细胞呼吸
1．概念：有机物在细胞内经过一系列的 ，生成 ，释放出能量并生成 的过程。
2．类型：有氧呼吸和无氧呼吸。
①氧化分解
②二氧化碳或其他产物
③ATP
二、有氧呼吸
1．细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物 ，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程
2．过程及场所
第一阶段：1分子葡萄糖生成 ，并产生少量 ；场所是
第二阶段： 彻底分解生成CO2和[H]；场所在
第三阶段：[H]与氧结合生成水，只有该阶段有氧参与；场所在
④彻底氧化分解
⑤2分子丙酮酸
⑥[H]
⑦细胞质基质
⑧丙酮酸和水
⑨线粒体基质
⑩线粒体内膜
3．能量：1 moL葡萄糖彻底氧化分解共释放能量2870 kJ，有1161 kJ左右的能量储存在ATP中，其余能量以热能形式散失掉了。
4．反应式：
⑪C6H12O6＋6O2＋6H2O
6 CO2＋12H2O
＋能量
三、无氧呼吸
1．概念：细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物分解为 氧化产物，同时产生少量能量的过程。
2．过程及场所
第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。
第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸。
场所：
⑫不彻底
⑬细胞质基质
3．能量：1 mol葡萄糖不彻底分解释放196.65 kJ，有
kJ的能量储存在ATP中。
4．反应式
酒精发酵反应式：
乳酸发酵反应式：
⑮C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2＋能量
⑯C6H12O6 2C3H6O3＋能量
⑭61.08
四、细胞呼吸的实质及意义
1．实质：氧化分解有机物，释放能量
2．意义：①为生物体的生命活动提供能量
②为体内其他化合物合成提供原料
1．高等生物只是进行有氧呼吸吗？细菌无线粒体只进行无氧呼吸吗？
2．参与有氧呼吸的酶分布在哪里？
3．为什么无氧呼吸形成的ATP少？
思考探讨提示：
1．缺氧时高等生物也进行无氧呼吸，有的细菌也进行有氧呼吸。
2．细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。
3．因为无氧呼吸有机物分解不彻底，储存的化学能还没有完全释放，所以形成的ATP少。
一、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解
2．有氧呼吸与无氧呼吸比较
(1)不同生物无氧呼吸的产物不同，其原因在于催化反应的酶不同。动物和人体无氧呼吸的产物是乳酸。微生物的无氧呼吸也称为发酵，但动植物的无氧呼吸不能称为发酵。
(2)原核生物无线粒体，有些原核生物仍可进行有氧呼吸。
(3)有氧呼吸的三个阶段均有ATP产生，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP；有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成一定不是乳酸发酵。
1．(2009年周山模拟)下图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是
(　　)

A．①②④中数值最大的是①
B．③代表的物质名称是氧气
C．产生①②的场所是线粒体
D．原核生物有的能完成图示全过程
【解析】　图中①、②、④是ATP，产生量最大的是④。③是H2O，⑤是O2。①是在细胞质基质中产生的。原核生物虽无线粒体，但可进行有氧呼吸。
【答案】　D
2．(2010年福州质检)下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，最适于贮藏该植物器官
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
【答案】　B
二、影响呼吸作用的因素
1．呼吸速率
是指单位数量的活体组织，在单位时间内分解有机物的速率。它是植物呼吸作用强弱的指标，一般以测定植物释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。
2．影响细胞呼吸的内因：遗传→酶，表现：
(1)不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
(2)同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。
(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。
3．影响细胞呼吸的外界因素
(1)温度：温度影响呼吸作用，主要是通过影响呼吸酶的活性来实现的。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性会下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用停止。一般呼吸作用的最适温度为25～35 ℃。温度对呼吸速率的影响如上图所示。
(2)氧气：氧气直接影响呼吸速率和呼吸的性质。O2浓度为零时只进行无氧呼吸，O2浓度在10%以下，既进行有氧呼吸又是进行无氧呼吸，O2浓度在10%以上，只进行有氧呼吸。O2浓度对呼吸作用方式及速率的影响可用右图表示。
(3)CO2：CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用，实验证明，在CO2浓度升高到1%～10%时，呼吸作用明显被抑制。
(4)呼吸速率与含水量的关系(如图)

①在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。
②在作物种子储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。
3．(2009年银川一中一模)如下图为不同温度下金鱼的代谢率(耗氧量)与氧分压的关系图。据图不能得出的结论是 (　　)
A．在一定范围内，代谢率随氧分压下降而下降
B．25 ℃环境中金鱼的代谢率比15 ℃环境中的高
C．代谢率最大时的最低氧分压随温度不同而不同
D．氧分压超过一定范围后，代谢率不再随氧分压增加而增加
【解析】　金鱼的代谢率(耗氧量)除受温度影响外，还受氧分压影响。在25 ℃时，若氧分压很低，则其代谢率也将很低。
【答案】　B
4．(2010年南通模拟)如下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧气浓度下的氧气吸收量和无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量，据图判断下列说法不正确的是 (　　)
A．图中乙曲线表示在不同氧气浓度下氧气吸收量
B．图中甲曲线表示在不同氧气浓度下无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量
C．氧浓度为d时该器官的细胞呼吸方式是有氧呼吸
D．若甲代表的细胞呼吸方式在氧浓度为b时消耗了A mol的葡萄糖，则乙代表的细胞呼吸方式在氧浓度为b时消耗的葡萄糖为A/2 mol
【答案】　D
三、实验：探究酵母菌细胞呼吸方式
提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么
作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设
设计实验并进行实验
(1)配制酵母菌培养液：20 g新鲜食用酵母菌＋240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
(2)检测CO2的产生，装置如图所示。

(3)检测酒精的产生
自A、B中各取2 mL酵母培养液滤液注入已编号1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液中颜色变化。
实验现象及分析
(1)现象：(甲)、(乙)装置石灰水都变浑浊，装置(甲)浑浊快且程度高。2号试管由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。
(2)分析
①酵母菌有氧和无氧条件下都产生CO2；
②酵母菌有氧比无氧时放出的CO2多且快；
③无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精和CO2。
实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
操作要点：
(1)将装置(甲)连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过盛有NaOH的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊是由于酵母菌有氧呼吸产生CO2所致。
(2)B瓶封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
5．将下面的密封装置放到温度适宜的环境中培养。较长一段时间后，玻璃弯管中有色液滴的移动状态及原因是 (　　)
A．不移动，因为瓶内酵母菌有氧呼吸时产生与消耗的气体分子数相同
B．不移动，因为瓶内酵母菌无氧呼吸时产生与消耗的气体分子数相同
C．向右移动，因为瓶内酵母菌无氧呼吸越来越强
D．向右移动，因为瓶内酵母菌有氧呼吸的产物越来越多
【解析】　酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下能进行有氧呼吸，在无氧条件下进行无氧呼吸，产生酒精(乙醇)和二氧化碳，反应式分别如下：
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少量)
故随着时间推移，瓶内的氧气越来越少，酵母菌的无氧呼吸越来越强，瓶内压强会增大，有色液滴向右移动。
【答案】　C
(2008年上海生物)右图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2和酶3依次分别存在于 (　　)
A．线粒体、线粒体和细胞质基质
B．线粒体、细胞质基质和线粒体
C．细胞质基质、线粒体和细胞质基质
D．细胞质基质、细胞质基质和线粒体
【解析】　酶1、酶2和酶3控制的过程分别是有氧呼吸的第一阶段，有氧呼吸第二、三阶段和无氧呼吸，这三个过程发生的场所依次是细胞质基质、线粒体和细胞质基质。
【答案】　C
(2009年上海卷)在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时 CO2和O2体积变化的相对值如下表。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是
(　　)
A.a条件下，呼吸产物除 CO2外还有酒精和乳酸
B. b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多
C. c条件下，无氧呼吸最弱
D. d条件下，产生的CO2全部来自线粒体
【解析】　种子有氧呼吸吸收O2与放出CO2相等，无氧呼吸时不吸收O2但是放出CO2，有氧呼吸与无氧呼吸同时存在时吸收O2小于放出CO2，可知a条件下只进行无氧呼吸，植物无氧呼吸产物是酒精，很少产生乳酸；b条件和c条件下既有有氧呼吸，也有无氧呼吸；d条件下只进行有氧呼吸。
【答案】　D
在分析有氧呼吸和无氧呼吸物质变化的数量关系时有如下规律：
①不消耗O2，释放CO2―→只进行无氧呼吸；
②O2吸收量＝CO2释放量―→只进行有氧呼吸；
③O2吸收量④酒精量＝CO2量―→只进行无氧呼吸；
⑤酒精量⑥有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成一定不是乳
(2009年天津卷)按下表设计进行实验，分组后，在相同的适宜条件下培养8～10小时，并对实验结果进行分析。
下列叙述正确的是 (　　)
A．甲组不产生CO2而乙组产生
B．甲组的酒精产量与丙组相同
C．丁组能量转换率与丙组相同
D．丁组的氧气消耗量大于乙组
【解析】　酵母菌在有氧的条件下能将葡萄糖分解成CO2和水，无氧的条件下将葡萄糖分解成CO2和酒精。依题意，甲组、丙组进行无氧呼吸，乙组、丁组进行有氧呼吸。甲组、乙组两组都产生CO2，由于甲组细胞不完整，甲组的酒精产量较丙组少，丁组能量转换率较丙组高，丁组的氧气消耗量大于乙组。故D正确。
【答案】　D
温度——影响酶的活性，影响CO2的释放速度；葡萄糖浓度和产物酒精的生成；O2的有无；其它微生物的影响。
酵母菌在实践上的应用：酿酒——无氧条件产生酒精，和面蒸馒头——有氧条件产生CO2。
(1)细胞呼吸原理在生活和生产中有广泛的应用，为探究植物体的呼吸作用强度，研究人员进行了如下实验：如下图是一种测定发芽玉米种子呼吸作用强度的密封装置(U形刻度管内装有有色液体，用作检压计)。向广口瓶中一侧放入盛有高浓度NaOH溶液的小烧杯，另一侧放入发芽玉米种子。将整个装置置于25 ℃恒温环境中，打开A、B开关，通入O2，待U形管两侧液柱平衡后，关闭A、B。一段时间后，U形管两侧液柱出现高度差。
①U形管两侧液柱高度的变化量表示______________
______________________________________________
__________________________。
②为了保证实验结果准确严密，还需要设计对照实验，对照组如何设计？__________________
______________________________________________
__________________________。
(2)下表是在不同的温度和不同氧含量的条件下，测定的一定大小的新鲜菠菜叶二氧化碳释放量(表中为相对值)，请分析回答下列问题：
①为了能使实验数据真实地反映出呼吸强度的变化规律，在实验时，应特别注意的是什么？

________________________________________________________________________。
②研究人员在对数据分析时，发现在温度、氧含量分别为________的条件下所测数据最可能是错误的。
③图中数据反映出当氧含量从20.0%上升到40.0%时，植物的呼吸强度一般____________________，其原因是______________________________________________。
④由表中数据分析，蔬菜长期贮藏的最佳环境条件是______________________，此条件下植物细胞内二氧化碳的产物场所是
________________________________________________________________________。
⑤分析表中数据，我们可以发现植物呼吸作用强度的变化规律是________________________________________
______________________________
【答案】　(1)①发芽玉米种子细胞呼吸消耗氧的体积　②广口瓶内放入煮熟玉米种子，其他装置不变
(2)①遮光，使叶处于黑暗状态
②10 ℃，1.0%
③保持相对稳定　受酶的数量限制(或受线粒体数量的限制)
④温度为3 ℃，氧含量为3.0%时　细胞质基质、线粒体
⑤在一定的温度和氧含量的范围内，随温度和氧含量的增高，呼吸作用强度增大
1．(2009年全国卷Ⅱ)下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是
(　　)
A．细胞呼吸必须在酶的催化下进行
B．人体硬骨组织细胞也进行呼吸
C．酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸
D．叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用
【解析】　细胞呼吸是活细胞都进行的一项生命活动，必须在酶的催化作用下进行；酵母菌在有氧的条件下，把葡萄糖分解成二氧化碳和水，无氧的条件下把葡萄糖分解成酒精和二氧化碳。因此D错误。
【答案】　D
2．(2009年浙江卷)破伤风梭状芽孢杆菌侵入了人体深部的组织细胞并大量繁殖，下列关于该菌的细胞呼吸类型和消灭该菌首先要通过的免疫途径的叙述，正确的是 (　　)
A．无氧呼吸和体液免疫　B．无氧呼吸和细胞免疫
C．有氧呼吸和体液免疫 D．有氧呼吸和细胞免疫
【解析】　破伤风梭状芽孢杆菌侵入了人体深部的组织细胞并大量繁殖，可见该菌的细胞呼吸类型是无氧呼吸，消灭该菌首先要通过细胞免疫的途径。故选B。
【答案】　B
3．(2009年广东理基)在密闭容器内，酵母菌利用葡萄糖产生酒精，此过程不生成
(　　)
A．ATP B．乳酸
C．三碳化合物 D．CO2
【解析】　酵母菌利用葡萄糖产生酒精是无氧呼吸，第一阶段产生丙酮酸(三碳化合物)和2个ATP，第二阶段是丙酮酸在酶的作用下产生酒精和CO2，所以不生成乳酸。
【答案】　B
4．(2009年广东卷)利用地窖贮藏种子、果蔬在我国历史悠久。地窖中的CO2浓度较高，有利于
(　　)
A．降低呼吸强度 B．降低水分吸收
C．促进果实成熟 D．促进光合作用
【解析】　储藏种子和果蔬，主要是防止有机物呼吸消耗，CO2是呼吸作用的产物，产物浓度高，使反应速度下降，降低呼吸强度。
【答案】　A
5．(2009年安徽卷)现有等量的A、B两个品种的小麦种子，将它们分别置于两个容积相同、密封的棕色广口瓶内，各加入适量(等量)的水。在25 ℃条件下，瓶内O2含量变化如右图所示。请回答：

(1)在t1～t2期间，瓶内O2含量的降低主要是由种子的__________引起的，A种子比B种子的呼吸速率________，A、B种子释放CO2量的变化趋势是________。
(2)在0～t1期间，广口瓶内的CO2有少量增加，主要原因可能是________。
【解析】　本题考查细胞呼吸的有关知识。(1)在t1～t2期间，瓶内O2含量的降低主要是由种子进行有氧呼吸引起的，A种子比B种子消耗氧气的速率快，所以A种子比B种子呼吸速率快。因为每消耗1 mol氧气，就产生1 mol CO2，所以从图可以看出A、B种子释放CO2量的变化趋势都是先递增后递减。
(2)在0～t1期间，广口瓶内的CO2有少量增加，主要原因可能是种子的无氧呼吸产生了CO2。
【答案】　(1)有氧呼吸　快　先递增后递减　(2)种子的无氧呼吸产生了CO2