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1、细胞呼吸过程细胞呼吸过程微专题微专题1.61.6 细胞呼吸细胞呼吸是指有机物在是指有机物在细胞内细胞内经经过一系列的氧化分解，生成过一系列的氧化分解，生成二氧化碳二氧化碳或其他产物或其他产物，释放出，释放出能量能量并生成并生成ATPATP的的过程。过程。细胞质基质细胞质基质线粒体基质线粒体基质嵴嵴1.细胞呼吸的场所细胞呼吸的场所线粒体内膜线粒体内膜核糖体核糖体RNARNADNADNA线粒体外膜线粒体外膜线粒体线粒体 关于线粒体关于线粒体 线粒体是线粒体是有氧呼吸有氧呼吸的主要场所。的主要场所。线粒体可以定向运动到细胞中代谢旺盛的产部位，线粒体可以定向运动到细胞中代谢旺盛的产部位，在代谢旺盛的细
2、胞中，线粒体数目较多。在代谢旺盛的细胞中，线粒体数目较多。线粒体内外膜的成分不完全相同，内膜上的线粒体内外膜的成分不完全相同，内膜上的蛋白蛋白质种类和数量质种类和数量比线粒体外膜多。比线粒体外膜多。线粒体含有线粒体含有少量少量DNADNA和和RNARNA（包括（包括mRNAmRNA、rRNArRNA和和tRNAtRNA），），但无染色质（体）。但无染色质（体）。线粒体是一种半自主性细胞器，自身含有遗传表线粒体是一种半自主性细胞器，自身含有遗传表达系统，能独立进行达系统，能独立进行转录转录和和翻译翻译，但只能合成少量，但只能合成少量蛋白质。蛋白质。线粒体线粒体DNADNA中的基因的遗传中的基因的
3、遗传不遵循不遵循孟德尔定律，孟德尔定律，表现为母系遗传。表现为母系遗传。葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸(C C3 3H H4 4O O3 3)ATPATPHH线粒体基质线粒体基质第一阶段第一阶段2.细胞呼吸的过程细胞呼吸的过程（以葡萄糖为例）（以葡萄糖为例）细胞质基质细胞质基质线粒体线粒体 细胞呼吸中产生的细胞呼吸中产生的H H与光合作用产生的与光合作用产生的H是是同一种物质吗？同一种物质吗？葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸(C C3 3H H4 4O O3 3)H H2 20 0ATPATPATPATPHHHH丙酮酸丙酮酸C0C02 2线粒体基质线粒体基质第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段细胞质基质细胞质基
4、质线粒体线粒体有氧呼吸有氧呼吸葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸(C C3 3H H4 4O O3 3)0 02 2H H2 20 0H H2 20 0ATPATPATPATPHHHH大量大量ATPATP丙酮酸丙酮酸C0C02 2线粒体基质线粒体基质第三阶段第三阶段内膜内膜第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段有氧呼吸：有氧呼吸：C C6 6H H1212O O6 66H6H2 2O O6O6O2 26CO6CO2 212H12H2 2O O能量能量酶酶细胞质基质细胞质基质 细胞呼吸中释放的细胞呼吸中释放的能量能量主要是哪种形式？主要是哪种形式？有氧呼吸有氧呼吸葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸(C C3 3H H4
5、4O O3 3)ATPATPHH第一阶段第一阶段酒精和酒精和COCO2 2（或乳酸）（或乳酸）缺氧缺氧第二阶段第二阶段无氧呼吸：无氧呼吸：C C6 6H H1212O O6 62C2C3 3H H6 6O O3 3（乳酸）少量能量（乳酸）少量能量 动物动物 C C6 6H H1212O O6 62C2C2 2H H5 5OHOH2CO2CO2 2少量能量少量能量 植物、酵母菌植物、酵母菌酶酶酶酶细胞质基质细胞质基质无氧呼吸无氧呼吸 不同生物无氧呼吸产物不同的原因是什么？不同生物无氧呼吸产物不同的原因是什么？葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸(C C3 3H H4 4O O3 3)0 02 2H H2 2
6、0 0H H2 20 0ATPATPATPATPHHHH大量大量ATPATP丙酮酸丙酮酸C0C02 2线粒体基质线粒体基质第三阶段第三阶段内膜内膜第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段酒精和酒精和COCO2 2（或乳酸）（或乳酸）缺氧缺氧有氧呼吸：有氧呼吸：C C6 6H H1212O O6 66H6H2 2O O6O6O2 26CO6CO2 212H12H2 2O O能量能量无氧呼吸：无氧呼吸：C C6 6H H1212O O6 62C2C3 3H H6 6O O3 3（乳酸）少量能量（乳酸）少量能量 C C6 6H H1212O O6 62C2C2 2H H5 5OHOH2CO2CO2 2少量能
7、量少量能量酶酶酶酶酶酶有氧呼吸和无氧呼吸的比较有氧呼吸和无氧呼吸的比较细胞质基质细胞质基质第二阶段第二阶段问题讨论问题讨论1：（1）指出下列生物的代谢类型指出下列生物的代谢类型 衣藻、乳酸菌、醋酸杆菌、破伤风芽孢杆菌、衣藻、乳酸菌、醋酸杆菌、破伤风芽孢杆菌、蠕虫（体内寄生）、硝化细菌、酵母菌、变形虫蠕虫（体内寄生）、硝化细菌、酵母菌、变形虫 自养需氧型：自养需氧型：异养厌氧型：异养厌氧型：异养需氧型：异养需氧型：异养兼性厌氧型：异养兼性厌氧型：衣藻、硝化细菌衣藻、硝化细菌 乳酸菌、破伤风芽孢杆菌、蠕虫乳酸菌、破伤风芽孢杆菌、蠕虫 醋酸杆菌、变形虫醋酸杆菌、变形虫 酵母菌酵母菌问题讨论问题讨论1
8、：（2）指出下列细胞的呼吸类型指出下列细胞的呼吸类型植物叶肉细胞：植物叶肉细胞：以有氧呼吸为主，无氧呼吸的以有氧呼吸为主，无氧呼吸的产物为酒精和二氧化碳产物为酒精和二氧化碳哺乳动物成熟的红细胞：哺乳动物成熟的红细胞：无氧呼吸，产物为乳无氧呼吸，产物为乳酸酸人体肌肉细胞：人体肌肉细胞：以有氧呼吸为主，无氧呼吸的以有氧呼吸为主，无氧呼吸的产物为乳酸产物为乳酸 以有氧呼吸为主，无氧呼吸的产以有氧呼吸为主，无氧呼吸的产物为酒精和二氧化碳物为酒精和二氧化碳 只能进行无氧呼吸，产只能进行无氧呼吸，产物为乳酸物为乳酸 以有氧呼吸为主，无氧呼吸的以有氧呼吸为主，无氧呼吸的产物为乳酸不产生产物为乳酸不产生COC
9、O2 2 （1 1）内部因素）内部因素 酶的数量、呼吸底物的数量酶的数量、呼吸底物的数量等等（2 2）外部环境因素）外部环境因素 温度：温度：影响酶的活性影响酶的活性 O O2 2浓度：浓度：促进有氧呼吸、抑制无氧呼吸促进有氧呼吸、抑制无氧呼吸 水分水分 COCO2 2浓度浓度3.影响呼吸作用强度的因素影响呼吸作用强度的因素问题讨论问题讨论2：（1）种子贮藏应选择什么条件？）种子贮藏应选择什么条件？（2）新鲜果蔬的贮藏应选择什么条件？）新鲜果蔬的贮藏应选择什么条件？（3）大棚生产时，为什么白天适当升高温度，晚上）大棚生产时，为什么白天适当升高温度，晚上适当降低温度？适当降低温度？（4）农作物中
10、耕松土的作用是什么？）农作物中耕松土的作用是什么？（5）水涝对农作物有什么伤害？）水涝对农作物有什么伤害？（6）包扎伤口为什么要用透气的纱布？）包扎伤口为什么要用透气的纱布？（7）种子催芽时先要用水充分浸泡，为什么？）种子催芽时先要用水充分浸泡，为什么？（8）酿酒时为什么是先期通气而后期密闭？）酿酒时为什么是先期通气而后期密闭？（9）为什么提倡有氧运动？）为什么提倡有氧运动？（10）酵母菌发酵后的面包为什么松软可口？）酵母菌发酵后的面包为什么松软可口？探究路径探究路径(一一)C4植物的植物的CO2浓缩机制浓缩机制见识新情境见识新情境玉玉米米、甘甘蔗蔗等等起起源源于于热带的的植植物物，其其叶叶肉
11、肉细胞胞的的叶叶绿体体内内，在在有有关关酶的的催催化化作作用用下下，CO2首首先先被被一一种种三三碳碳化化合合物物磷磷酸酸烯醇醇式式丙丙酮酸酸(PEP)固固定定，形形成成一一个个四四碳碳化化合合物物(C4)。C4进入入维管管束束鞘鞘细胞胞的的叶叶绿体体中中，释放放出出一一个个CO2，并并形形成成另另一一种种三三碳碳化化合合物物丙丙酮酸酸。释放放出出来来的的CO2进入入卡卡尔文文循循环；丙丙酮酸酸则再再次次进入入叶叶肉肉细胞胞中中的的叶叶绿体体内内，在在有有关关酶的的催催化化下下，通通过ATP提提供供的的能能量量，转化化成成PEP，继续固固定定CO2，具具体体过程程如如下下图所所示示。这种种以以
12、四四碳碳化化合合物物(C4)为光光合合最最初初产物物的的途途径径称称为C4途途径径，而而卡卡尔文文循循环这种种以以三三碳碳化化合合物物(C3)为光光合合最最初初产物物的的途途径径则称称为C3途途径径。相相应的的植植物物被称被称为C4植物和植物和C3植物。植物。追根于教材追根于教材1C4植物光反应和植物光反应和CO2固定发生在哪些场所？固定发生在哪些场所？提提示示：C4植植物物光光反反应发生生在在叶叶肉肉细胞胞的的叶叶绿体体类囊囊体体薄薄膜膜上，而上，而CO2固定固定发生在叶肉生在叶肉细胞和胞和维管束鞘管束鞘细胞中。胞中。2科科学学家家用用含含14C标标记记的的CO2来来追追踪踪玉玉米米光光合合
13、作作用用中中的的碳碳原原子子的转移途径，请表示这种碳原子的转移途径。的转移途径，请表示这种碳原子的转移途径。提示：提示：CO2C4CO2C3(CH2O)。3与与水水稻稻、小小麦麦等等C3植植物物相相比比，C4植植物物的的CO2的的补补偿偿点点较较_。高高温温、干干旱旱时时C4植植物物还还能能保保持持高高效效光光合合作作用用的的原因是什么？原因是什么？提提示示：低低PEP羧化化酶对CO2具具有有高高亲和和力力，C4植植物物可可利利用低用低浓度的度的CO2进行光合作用。行光合作用。归纳建模归纳建模1理理清清高高等等植植物物固固定定CO2三三条条途途径径的的关关系系，构构建建解解答答“固固定定CO2
14、类类”题目的思维模型题目的思维模型(1)C3途途径径、C4途途径径和和景景天天酸酸代代谢谢(CAM)途途径径是是高高等等植植物物光光合合作作用用固固定定CO2的的三三条条途途径径。C3途途径径存存在在于于所所有有绿绿色色植植物物中中，是是把把C同同化化为为糖糖类类的的过过程程；C4和和CAM途途径径则则只只能能固固定定CO2，为为一一定定环境条件下环境条件下(低低O2、高温干旱、高温干旱)C3途径的进行提供了保证。途径的进行提供了保证。(2)碳碳同同化化的的多多条条途途径径，增增强强了了植植物物对对环环境境的的适适应应能能力力。C3途途径径是是光光合合途途径径同同化化的的基基本本途途径径，C4
15、和和CAM植植物物形形成成碳碳水水化化合合物除了分别需要物除了分别需要C4途径和途径和CAM途径外，最终还需要途径外，最终还需要C3途径。途径。(3)在在碳碳同同化化特特性性上上，CAM与与C4植植物物相相似似，都都有有PEP羧羧化化酶酶，需需要要两两次次羧羧化化反反应应固固定定CO2。只只是是固固定定CO2与与生生成成光光合合作作用用产产物物在在时时间间、空空间间上上有有差差异异，C4植植物物在在叶叶肉肉细细胞胞内内固固定定CO2，在在维维管管束束鞘鞘细细胞胞中中同同化化CO2。CAM植植物物则则在在晚晚上上固固定定CO2，在在白白天天同化同化CO2。类题训练类题训练1(2022全全国国甲甲
16、卷卷)根根据据光光合合作作用用中中CO2的的固固定定方方式式不不同同，可可将将植植物物分分为为C3植植物物和和C4植植物物等等类类型型。C4植植物物的的CO2补补偿偿点点比比C3植植物物的的低低。CO2补补偿偿点点通通常常是是指指环环境境CO2浓浓度度降降低低导导致致光光合合速速率率与与呼呼吸吸速率相等时的环境速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。浓度。回答下列问题。(1)不不同同植植物物(如如C3植植物物和和C4植植物物)光光合合作作用用光光反反应应阶阶段段的的产产物物是是相相同同的的，光光反反应应阶阶段段的的产产物物是是_(答答出出3点点即可即可)。(2)正正常常条条件件下下，植植物物
17、叶叶片片的的光光合合产产物物不不会会全全部部运运输输到到其其他他部部位位，原因是原因是_(答出答出1点即可点即可)。(3)干干旱旱会会导导致致气气孔孔开开度度减减小小，研研究究发发现现在在同同等等程程度度干干旱旱条条件件下下，C4植植物物比比C3植植物物生生长长得得好好。从从两两种种植植物物CO2补补偿偿点点的的角角度度分分析析，可能的原因是可能的原因是_。解解析析：(1)光光合合作作用用光光反反应阶段段的的场所所是是叶叶绿体体的的类囊囊体体薄薄膜膜上上，光光反反应发生生的的物物质变化化包包括括水水的的光光解解以以及及ATP和和NADPH的的形形成成，因因此此光光合合作作用用光光反反应阶段段生
18、生成成的的产物物有有O2、NADPH和和ATP。(2)叶叶片片光光合合作作用用产物物一一部部分分用用来来供供自自身身呼呼吸吸消消耗耗。故故正正常常条条件件下下，植植物物叶叶片片的的光光合合产物物不不会会全全部部运运输到到其其他他部部位位。(3)干干旱旱会会导致致气气孔孔开开度度减减小小，CO2吸吸收收减减少少。由由于于C4植植物物的的CO2补偿点点低低于于C3植植物物，则C4植植物物能能够利利用用较低低浓度度的的CO2，因因此此干干旱旱条条件件下下光合作用受影响光合作用受影响较小的植物是小的植物是C4植物，植物，C4植物比植物比C3植物生植物生长得好。得好。答答案案：(1)O2、NADPH和和
19、ATP(2)自自身身呼呼吸吸消消耗耗(3)C4植植物物的的CO2补补偿偿点点低低于于C3植植物物，干干旱旱条条件件下下CO2吸吸收收减减少少，胞胞间间CO2浓浓度度较较低低，C4植植物物受受到到影影响较小响较小2(2022龙龙岩岩模模拟拟)光光合合作作用用的的暗暗反反应应过过程程被被称称为为碳碳同同化化。植植物物在在长长期期进进化化过过程程中中逐逐渐渐形形成成了了多多种种碳碳同同化化途途径径。如如图图1所所示示，玉玉米米、甘甘蔗蔗等等C4植植物物，长长期期生生活活在在热热带带地地区区，其其PEP羧羧化化酶酶与与CO2有有强强亲亲和和力力，可可以以将将环环境境中中低低浓浓度度的的CO2固固定定下
20、下来来，集集中中到到维维管管束束鞘鞘细细胞胞。而而景景天天科科等等CAM(景景天天酸酸代代谢谢)植植物物，长长期期生生活活在在干干旱旱或或半半干干旱旱环环境境中中，它它们们在在夜夜晚晚捕捕获获CO2，然然后后转转变变成成苹苹果果酸酸储储存存在在液液泡泡中中，白白天天气气孔孔关关闭闭，苹苹果果酸酸脱脱羧羧释释放放CO2用用于卡尔文循环。于卡尔文循环。(1)在在显显微微镜镜下下观观察察玉玉米米叶叶片片结结构构发发现现，叶叶肉肉细细胞胞包包围围在在维维管管束束鞘鞘细细胞胞四四周周，形形成成花花环环状状结结构构。维维管管束束鞘鞘细细胞胞中中没没有有完完整整的的叶叶绿绿体体，推推测测其其可可能能缺缺少少
21、_(填填“基基粒粒”或或“基基质质”)结结构构。CAM植植物物叶叶肉肉细细胞胞液液泡泡的的pH夜夜晚晚比比白白天天要要_(填填“高高”或或“低低”)。由由图图1可可知知，C4植植物物与与CAM植植物物在在捕捕获获和和固固定定大大气气中中的的CO2的方式上最明显的区别是的方式上最明显的区别是_(2)蝴蝴蝶蝶兰兰因因其其花花姿姿优优美美、花花色色艳艳丽丽而而较较受受欢欢迎迎。图图2为为蝴蝴蝶蝶兰兰叶叶片片净净CO2吸吸收收速速率率和和有有机机酸酸含含量量的的昼昼夜夜变变化化。据据图图2推推测测，蝴蝴蝶蝶兰兰_(填填“存存在在”或或“不不存存在在”)CAM途途径径，判判断断依依据据是是_(3)Rub
22、isco酶酶是是卡卡尔尔文文循循环环中中催催化化CO2固固定定的的酶酶。Rubisco酶酶对对CO2和和O2都都有有亲亲和和力力，在在光光照照条条件件下下，当当CO2/O2比比值值高高时时，Rubisco酶酶可可催催化化C5固固定定CO2合合成成有有机机物物，当当CO2/O2比比值值低低时时，Rubisco酶酶可可催催化化C5结结合合O2发发生生氧氧化化分分解解，消消耗耗有有机机物物，此此过过程程称称为为光光呼呼吸吸，它它会会导导致致光光合合效效率率下下降降。有有人人认认为为，景景天天酸酸代代谢谢(CAM)途途径径是是景景天天科科植植物物长长期期进进化化得得到到的的一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机
23、制。一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制。你你 认认 为为 这这 种种 说说 法法 _(填填“合合 理理”或或“不不 合合 理理”)，理理 由由 是是_解解析析：(1)推推测维管管束束鞘鞘细胞胞可可能能缺缺少少“基基粒粒”结构构，因因为其其中中可可进行行卡卡尔文文循循环，该过程程发生生在在叶叶绿体体基基质中中。结合合图示示可可知知，CAM植植物物在在晚晚上上气气孔孔张开开，吸吸收收二二氧氧化化碳碳变成成苹苹果果酸酸，苹苹果果酸酸进入入液液泡泡储存存起起来来，白白天天苹苹果果酸酸分分解解释放放出出二二氧氧化化碳碳用用于于卡卡尔文文循循环，因因此此CAM植植物物叶叶肉肉细胞胞液泡的液泡的pH夜晚比白天要
24、低。由夜晚比白天要低。由图1可知，可知，C4植物与植物与CAM植物在捕植物在捕获和固定大气中的和固定大气中的CO2的方式上最明的方式上最明显的区的区别表表现在在C4植物捕植物捕获和和固定固定CO2的反的反应在空在空间上分离上分离(或在不同的或在不同的细胞内捕胞内捕获和固定和固定CO2)，CAM植物捕植物捕获和固定和固定CO2的反的反应在在时间上分离上分离(或在夜晚捕或在夜晚捕获CO2，白天固定，白天固定CO2)，这些特性都是些特性都是长期适期适应环境的境的结果。果。(2)由由图2可知蝴蝶可知蝴蝶兰在夜在夜间叶片吸收叶片吸收CO2出出现高峰，而白天吸收高峰，而白天吸收CO2较少，少，同同时蝴蝶蝴
25、蝶兰叶片中白天有机酸的含量下降，夜晚有机酸的含量升高，叶片中白天有机酸的含量下降，夜晚有机酸的含量升高，这些都是些都是CAM植物的光合特性，据此可判断蝴蝶植物的光合特性，据此可判断蝴蝶兰存在存在CAM途径。途径。(3)CAM植物的叶肉植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的胞可以在夜晚吸收大量的CO2，转变为苹果苹果酸酸储存在液泡中，在白天苹果酸脱存在液泡中，在白天苹果酸脱羧释放放CO2，使得叶，使得叶绿体中体中Rubisco酶周周围的的CO2浓度升高，从而使度升高，从而使CO2在与在与O2竞争争Rubisco酶时有有优势，抑制了光呼吸，因此，景天酸代，抑制了光呼吸，因此，景天酸代谢(CAM)途径是
26、景天科途径是景天科植物植物长期期进化得到的一种可以抑制光呼吸的碳化得到的一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制。机制。(4)实验思思路及路及预期期实验结果果见答案。答案。答答案案：(1)基基粒粒低低C4植植物物捕捕获获和和固固定定CO2的的反反应应在在空空间间上上分分离离(或或在在不不同同的的细细胞胞内内捕捕获获和和固固定定CO2)，CAM植植物物捕捕获获和和固固定定CO2的的反反应应在在时时间间上上分分离离(或或在在夜夜晚晚捕捕获获CO2，白白天天固固定定CO2)(2)存存在在由由图图2可可知知蝴蝴蝶蝶兰兰叶叶片片吸吸收收CO2主主要要发发生生在在夜夜间间，白白天天吸吸收收CO2较较少少(或或白白天
27、天的的净净CO2吸吸收收速速率率较较低低，夜夜晚晚的的净净CO2吸吸收收速速率率较较高高)；蝴蝴蝶蝶兰兰叶叶片片中中白白天天有有机机酸酸的的含含量量下下降降，夜夜晚晚有有机机酸酸的的含含量量升升高高，符符合合CAM植植物物的的光光合合特特性性(3)合合理理CAM植植物物的的叶叶肉肉细细胞胞可可以以在在夜夜晚晚吸吸收收大大量量的的CO2，转转变变为为苹苹果果酸酸储储存存在在液液泡泡中中，在在白白天天苹苹果果酸酸脱脱羧羧释释放放CO2，使使得得叶叶绿绿体体中中Rubisco酶酶周周围围的的CO2浓浓度度升升高高，在在与与O2竞竞争争Rubisco酶酶时时有有优优势势，抑抑制制了了光光呼呼吸吸(4)
28、实实验验思思路路：甲甲组组，将将小小麦麦叶叶肉肉细细胞胞置置于于光光照照较较强强和和C18O2浓浓度度较较高高的的环环境境中中培培养养一一段段时时间间后后检检测测18O出出现现的的场场所所及及物物质质；乙乙组组，将将小小麦麦叶叶肉肉细细胞胞置置于于光光照照较较强强和和18O2浓浓度度较较高高的的环环境境中中培培养养一段时间后检测一段时间后检测18O出现的场所及物质。出现的场所及物质。预预期期实实验验结结果果：甲甲组组中中的的18O出出现现在在叶叶绿绿体体基基质质中中，在在糖糖类类中中可可以以检检测测到到18O；乙乙组组中中的的18O出出现现在在线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体基基质质中中，在在二二氧氧化化碳碳和和糖糖类类中中可可以以检检测测到到18O