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第15讲 细胞呼吸的原理和运用
考点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验原理
（1）酵母菌的代谢类型：酵母菌是 真核 (真核/原核)生物，属于 兼性厌氧 菌，在
有氧 和 无氧 的条件下都能生存。
（2）细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物 不同 ，以此来确定酵
母菌细胞呼吸的方式。
2．实验装置
（1）图甲中空气先通过第一个锥形瓶溶液的目的是 清除 CO 2 。
（2）图乙中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛澄清石灰水的锥形瓶的目的是 耗尽氧
气。
（3）实验设计需遵循对照原则，此实验为何不设置对照组？此实验为对比实验，对比实验
不设对照组，而是通过有氧和无氧条件下的两个实验组相互对照得出实验结论。
（4）实验所用的葡萄糖溶液为什么需煮沸？煮沸的主要目的是灭菌，排除其他微生物的呼
吸作用对实验结果造成干扰。
3．检测细胞呼吸产物所用试剂与现象
检测产物 所用试剂 实验现象
澄清的石灰水 变混浊
二氧化碳
溴麝香草酚蓝水溶液 由蓝变绿再变黄
酒精 (酸性)重铬酸钾溶液 橙色变成 灰绿色
4.实验结论
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行 细胞呼吸 。
(2)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 。
(3)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 。
考点二 有氧呼吸
1. 有氧呼吸
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 彻底氧化分解 ，产生
二氧化碳和水 ，释放 能量 ，生成大量ATP的过程。
2.主要场所——线粒体
（1）序号代表的结构名称：① 外膜 ；② 嵴 ；③ 内膜 ；④ 线粒体基质 。
（2）与有氧呼吸有关的酶分布在：②、③、④。
（3）线粒体增大膜面积方式： 内膜向内腔折叠形成嵴 。
3.有氧呼吸过程
— 第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H ] 、 O
2
生成物 丙酮酸、 [H ] 、 AT P CO 、 [H ] 、 AT P H O 、 AT P
2 2
能量 少量能量 少量能量 大量能量
4.有氧呼吸各元素去向：
。
（1）研究元素去向的方法： 同位素标记法 。
（2）产物CO 中的：C来自 葡萄糖 ，O来自 葡萄糖 和 水 ；
2
（3）产物HO中的：H来自 葡萄糖 和 水 ，O来自 氧气 。
2
（4）细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
来源 去路
[H] 有氧呼吸：CH O 和 HO 有氧呼吸： 与 O 结合生成水
6 12 6 2 2
ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生 用于各项生命活动
考点三 无氧呼吸
1．场所： 细胞质基质 。
2．过程
(1)第一阶段：与 有氧呼吸 的第一阶段完全相同。
(2)第二阶段： 丙酮酸 在不同酶的催化作用下，分解成 酒精和 C O ，或者转化成 乳酸 。
2
(3)无氧呼吸总反应式
①酵母菌、多数植物、苹果： CH O ──→ 2C H OH ( 酒精 ) ＋ 2C O＋少量能量 。
6 12 6 2 5 2
②乳酸菌、骨骼肌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚：CH O ──→ 2C HO＋少量能量。
6 12 6 3 6 3
3．细胞呼吸的意义
(1)细胞呼吸能为生命活动 提供能量 ，是ATP的主要来源。
(2)细胞呼吸是生命代谢的枢纽。 蛋白质、糖类和脂质 的代谢，都可以通过细胞呼吸联系
起来。
考点四 细胞呼吸原理及运用
1. 细胞呼吸原理的运用
（1）包扎伤口：选用透气消毒纱布，抑制细菌 无氧呼吸 。
（2）酵母菌酿酒：“先通气，后密封”目的是： 先让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖 ，
再无氧呼吸产生酒精。
（3）花盆经常松土：促进根部 有氧呼吸 ，吸收无机盐等。（4）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。
（5）提倡慢跑：防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生 乳酸 。
（6）破伤风杆菌感染伤口：须及时清洗伤口，以防 无氧呼吸 。
2. 细胞呼吸方式的判断
（1）消耗O
2
或产生H
2
O⇒存在 有氧 呼吸。
（2）不消耗O
2
，只产生CO 2⇒只进行 无氧 呼吸。
（3）O
2
吸收量＝CO
2
产生量⇒只进行 有氧 呼吸。
O
2
吸收量＜CO
2
产生量⇒有氧呼吸和无氧呼吸都进行 。
O
2
吸收量＞CO
2
产生量⇒呼吸底物中存在 脂肪 。
（4）酒精量＝CO
2
产生量⇒只进行 无氧 呼吸。
酒精量＜CO
2
产生量⇒ 有氧呼吸和无氧呼吸都进行，多于 C O
2
来自有氧呼吸 。
考点五 影响细胞呼吸的因素分析
1.影响细胞呼吸的外界因素分析
项目 温度 氧气浓度 水分
影响 自由水含量较高时呼吸旺
影响 酶活性 决定呼吸类型和强度
原理 盛
坐标
曲线
①在 零上低温 下贮存蔬
常利用降低 氧的浓度 抑
菜、水果；②在大棚蔬菜 贮藏作物种子时，将种子
实践 制细胞呼吸、减少有机物
的栽培过程中，增加 昼 风干，以 减弱细胞呼吸
应用 消耗这一原理来延长蔬
夜温差 以减少有机物的 ，减少有机物的消耗
菜、水果的保鲜时间
消耗提高产量
2.植物组织呼吸方式的探究
(1)实验设计
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：
(2)实验结果预测和结论
实验现象
结 论
装置一液滴 装置二液滴
不动 不动 只进行产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 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧
左移 不动
呼吸
【典型真题训练】
一、单选题
1．（2022·浙江·高考真题）下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是（ ）
A．人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸
B．制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO
2
C．梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP
D．酵母菌的乙醇发酵过程中通入O 会影响乙醇的生成量
2
【答案】B
【详解】
A、 剧烈运动时人体可以进行厌氧呼吸，厌氧呼吸的产物是乳酸，故人体剧烈运动时会导
致骨骼肌细胞产生较多的乳酸，A正确；
B、 制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理，乳酸菌厌氧呼吸的产物是乳酸，无二氧化
碳产生，B错误；
C、 梨果肉细胞厌氧呼吸第一阶段能产生少量能量，该部分能量大部分以热能的形式散失
了，少部分可用于合成ATP，C正确；
D、 酵母菌乙醇发酵是利用酵母菌在无氧条件产生乙醇的原理，故发酵过程中通入氧气会
导致其厌氧呼吸受抑制而影响乙醇的生成量，D正确。
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
【详解】
A、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；
B、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；C、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；
D、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．（2021·湖北·高考真题）采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生
氧化反应，逐渐褐变。密封条件下4℃冷藏能延长梨的贮藏期。下列叙述错误的是（ ）
A．常温下鲜梨含水量大，环境温度较高，呼吸代谢旺盛，不耐贮藏
B．密封条件下，梨呼吸作用导致O 减少，CO 增多，利于保鲜
2 2
C．冷藏时，梨细胞的自由水增多，导致各种代谢活动减缓
D．低温抑制了梨的酚氧化酶活性，果肉褐变减缓
【答案】C
【详解】
A、常温下鲜梨含水量大，环境温度较高，呼吸代谢旺盛，细胞消耗的有机物增多，不耐
贮藏，A正确；
B、密封条件下，梨呼吸作用导致O 减少，CO 增多，抑制呼吸，有氧呼吸减弱，消耗的有
2 2
机物减少，故利于保鲜，B正确；
C、细胞中自由水的含量越多，则细胞代谢越旺盛，C错误；
D、酶活性的发挥需要适宜的温度等条件，结合题意“果肉中的酚氧化酶与底物接触发生
氧化反应，逐渐褐变，密封条件下4℃冷藏能延长梨的贮藏期”可知，低温抑制了梨的酚
氧化酶活性，果肉褐变减缓，D正确。
4．（2021·浙江·高考真题）需氧呼吸必须有氧的参加，此过程中氧的作用是（ ）
A．在细胞溶胶中，参与糖酵解过程
B．与丙酮酸反应，生成 CO
2
C．进入柠檬酸循环，形成少量 ATP
D．电子传递链中，接受氢和电子生成H O
2
【答案】D
【详解】
A、在细胞溶胶中，需要呼吸第一阶段是糖酵解过程，不需要氧参与，A错误；
B、需氧呼吸第二阶段，需要水与丙酮酸反应，生成 CO ，不需要氧参与，B错误；
2
C、进入柠檬酸循环，形成少量 ATP ，是需要呼吸第二阶段，不需要氧参与，C错误；
D、电子传递的最后一站是氧气接受氢和电子生成H O ，D正确。
2
5．（2021·湖南·高考真题）下列有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是（ ）
A．南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的
呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B．农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长
C．油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D．柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用【答案】B
【详解】
A、南方稻区早稻浸种后催芽过程中，“常用40℃左右温水淋种”可以为种子的呼吸作用
提供水分和适宜的温度，“时常翻种”可以为种子的呼吸作用提供氧气，A正确；
B、种子无氧呼吸会产生酒精，因此，农作物种子入库储藏时，应在低氧和零上低温条件下
保存，贮藏寿命会显著延长，B错误；
C、油料作物种子种含有大量脂肪，脂肪中C、H含量高，O含量低，油料作物种子萌发时
呼吸作用需要消耗大量氧气，因此，油料作物种子播种时宜浅播，C正确；
D、柑橘在塑料袋中“密封保存”使水分散失减少，氧气浓度降低，从而降低了呼吸速率，
低氧、一定湿度是新鲜水果保存的适宜条件，D正确。
6．（2021·全国·高考真题）某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到
的结果是（ ）
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO
2
【答案】B
【详解】
A、酵母菌有细胞核，是真菌生物，其代谢类型是异氧兼性厌氧型，与无氧条件相比，在
有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；
BC、酵母菌无氧呼吸在细胞质基质中进行，无氧呼吸第一阶段产生丙酮酸、还原性的氢，
并释放少量的能量，第二阶段丙酮酸被还原性氢还原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合题
意，C不符合题意；
D、酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都在第二阶段生成CO ，D不符合题意。
2
7．（2021·全国·高考真题）植物在生长发育过程中，需要不断从环境中吸收水。下列有关
植物体内水的叙述，错误的是（ ）
A．根系吸收的水有利于植物保持固有姿态
B．结合水是植物细胞结构的重要组成成分
C．细胞的有氧呼吸过程不消耗水但能产生水
D．自由水和结合水比值的改变会影响细胞的代谢活动
【答案】C
【详解】
A、水是植物细胞液的主要成分，细胞液主要存在于液泡中，充盈的液泡使植物细胞保持
坚挺，故根系吸收的水有利于植物保持固有姿态，A正确；
B、结合水与细胞内其他物质相结合，是植物细胞结构的重要组成成分，B正确；
C、细胞的有氧呼吸第二阶段消耗水，第三阶段产生水，C错误；D、自由水参与细胞代谢活动，故自由水和结合水比值的改变会影响细胞的代谢活动，自
由水与结合水比值越高，细胞代谢越旺盛，反之亦然，D正确。
8．（2021·河北·高考真题）人体成熟红细胞能够运输O 和CO ，其部分结构和功能如图，
2 2
①~⑤表示相关过程。下列叙述错误的是（ ）
A．血液流经肌肉组织时，气体A和B分别是CO 和O
2 2
B．①和②是自由扩散，④和⑤是协助扩散
C．成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量
D．成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中
【答案】D
【详解】
A、根据题意可知，红细胞能运输O 和CO ，肌肉细胞进行有氧呼吸时，消耗O ，产生
2 2 2
CO ，可以判断气体A和B分别是CO 和O ，A正确；
2 2 2
B、①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，④是载体
蛋白运输葡萄糖进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助扩散，⑤是H O通过
2
水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B正确；
C、③为红细胞通过消耗能量主动吸收K+排出Na+，成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧
呼吸，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量，C正确；
D、成熟红细胞没有核糖体，不能再合成新的蛋白质，细胞膜上的糖蛋白不能更新，糖蛋
白存在于细胞膜的外表面，由于细胞膜具有流动性，其表面的糖蛋白处于不断流动中，D
错误。
9．（2021·广东·高考真题）秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生
物兴趣小组利用自制的纤维素水解液（含5%葡萄糖）培养酵母菌并探究其细胞呼吸（如
图）。下列叙述正确的是（ ）
A．培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO
2C．用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
【答案】D
【详解】
A、检测乙醇的生成，应取甲瓶中的滤液2mL注入到试管中，再向试管中加入0.5mL溶有
0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，使它们混合均匀，观察试管中溶液颜色的变化，A错误；
B、CO 可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，因此乙瓶的溶液不会变成红色，B错
2
误；
C、健那绿染液是专一性染线粒体的活细胞染料，可使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色，而细
胞质接近无色，因此用健那绿染液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布，C错误；
D、乙醇最大产量与甲瓶中葡萄糖的量有关，因甲瓶中葡萄糖的量是一定，因此实验中增
加甲瓶的醇母菌数量不能提高乙醇最大产量，D正确。
10．（2021·浙江·高考真题）下图为植物细胞质膜中H+-ATP酶将细胞质中的H+转运到膜外
的示意图。下列叙述正确的是（ ）
A．H+转运过程中H+-ATP酶不发生形变
B．该转运可使膜两侧H+维持一定的浓度差
C．抑制细胞呼吸不影响H+的转运速率
D．线粒体内膜上的电子传递链也会发生图示过程
【答案】B
【详解】
A、主动转运过程中H+-ATP酶作为载体蛋白，会发生形变，协助物质运输，A错误；
B、该转运方式为主动转运，主动转运的结果是使膜两侧H+维持一定的浓度差，B正确；
C、H+的转运方式主动转运，需要载体蛋白的协助，同时需要能量，抑制细胞呼吸会影响细
胞的能量供应，进而影响H+的转运速率，C错误；
D、图示过程是消耗ATP的过程，而线粒体内膜的电子传递链最终会生成ATP，不会发生图
示过程，D错误。
11．（2020·北京·高考真题）在口腔上皮细胞中，大量合成ATP的细胞器是（ ）
A．溶酶体 B．线粒体 C．内质网 D．高尔基体
【答案】B
【详解】
A、溶酶体的作用是分解衰老损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒和病菌，A错误；B、线粒体中可进行有氧呼吸作用的二三阶段，释放大量能量，合成大量ATP，B正确；
C、内质网是蛋白质的加工车间和脂质的合成车间，C错误；
D、高尔基体加工、分类和包装由内质网发送来的蛋白质，D错误。
12．（2020·浙江·高考真题）下列关于细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸的叙述，正确的是（
）
A．细胞的厌氧呼吸产生的ATP比需氧呼吸的多
B．细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体嵴上进行
C．细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸过程中都会产生丙酮酸
D．若适当提高苹果果实贮藏环境中的O 浓度会增加酒精的生成量
2
【答案】C
【详解】
A、需氧呼吸是有机物彻底氧化分解的过程，贮存在有机物中的能量全部释放出来，产生
大量ATP，而厌氧呼吸的产物乳酸或乙醇中还储存着能量，产生的ATP少得多，A错误；
B、细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶中进行，B错误；
C、细胞的需氧呼吸和厌氧呼吸的第一阶段都是糖酵解过程，将1个葡萄糖分子转变为2个
丙酮酸分子，C正确；
D、若适当提高苹果果实贮藏环境中的O 浓度，会抑制细胞的厌氧呼吸，酒精的生成量减
2
少，D错误。
13．（2020·山东·高考真题）癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产
生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是（ ）
A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
【答案】B
【详解】
A、由于葡萄糖无氧呼吸时只能释放少量的能量，故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大
量的葡萄糖来为生命活动供能，A正确；
B、无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，癌细胞中进行无氧呼吸时，第二阶段由丙酮酸转
化为乳酸的过程不会生成ATP，B错误；
C、由题干信息和分析可知，癌细胞主要进行无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利
用，C正确；
D、由分析可知，无氧呼吸只有第一阶段产生少量的NADH，而有氧呼吸的第一阶段和第二
阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少，
D正确。
二、解答题14．（2022·全国·高考真题）农业生产中，农作物生长所需的氮素可以 的形式由根系
从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收 的速率与O 浓度的关系如图
2
所示。回答下列问题。
(1)由图可判断 进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是______。
(2)O 浓度大于a时作物乙吸收 速率不再增加，推测其原因是______。
2
(3)作物甲和作物乙各自在 最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判
断依据是______。
(4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对 的吸收利用，可以采取的措施是___。
【答案】
(1)主动运输需要呼吸作用提供能量，O 浓度小于a点，根细胞对 的吸收速率与O 浓度
2 2
呈正相关
(2)主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白数量达到饱和
(3)甲的 最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O 多
2
(4)定期松土
【解析】
根据物质运输的方向以及运输过程中是否需要能量，将物质跨膜运输分为被动运输和主动
运输，其中主动运输为逆浓度方向运输，需要载体蛋白和能量的供应。曲线图分析，当氧
气浓度小于a时，影响根细胞吸收NO －的因素是能量，当氧气浓度大于a时，影响根细胞
3
吸收NO －的因素是载体蛋白的数量。
3
(1)主动运输是低浓度向高浓度运输，需要能量的供应、需要载体蛋白协助，由图可知，当
氧气浓度小于a点时，随着O 浓度的增加，根细胞对NO － 的吸收速率也增加，说明根细
2 3
胞吸收NO －需要能量的供应，为主动运输。
3
(2)主动运输需要能量和载体蛋白，呼吸作用可以为主动运输提供能量，O 浓度大于a时作
2
物乙吸收NO －的速率不再增加，能量不再是限制因素，此时影响根细胞吸收NO －速率的
3 3
因素是载体蛋白的数量，此时载体蛋白数量达到饱和。
(3)曲线图分析，当甲和乙根细胞均达到最大的NO －的吸收速率时，甲的NO －最大吸收速
3 3
率大于乙，说明甲需要能量多，消耗O 多，甲根部细胞的呼吸速率大于作物乙。
2
(4)在农业生产中，为了促进根细胞对矿质元素的吸收，需要定期松土，增加土壤中的含氧
量，促进根细胞的有氧呼吸，为主动运输吸收矿质元素提供能量。
