细胞呼吸反应式在解题中的应用

湖北 祝远超 熊勇刚

细胞呼吸反应式在解题中的应用

湖北 祝远超 熊勇刚

细胞呼吸是所有细胞生物最重要的生命活动之一，也是高中教学的重点及高考的重要考点。高考试题中经常涉及细胞呼吸的过程、类型判断及相关计算。而解答此类试题的重要依据就是细胞呼吸反应式。那么细胞呼吸反应式有哪些，如何应用它来解题呢？

1 细胞呼吸反应式

假设细胞呼吸的底物为葡萄糖（下同），则其反应式如下：

1.1 有氧呼吸反应式

其中进行（7）过程的生物（或器官）有人和动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米的胚、乳酸菌等；进行（6）过程的生物有植物（除极少数植物器官外）、酵母菌等。

2 细胞呼吸反应式在解题中的应用

2.1 细胞呼吸分步反应式在解题中的应用

【例1】图1表示某绿色植物细胞内部分物质的转变过程，下列有关叙述正确的是 （ ）

图1

A. 图中①②两物质依次是H2O和O2

B. 图中（一）（二）两阶段产生[H]的场所都是线粒体

C. 图中（三）阶段产生的水中的氢最终都来自葡萄糖

D. 有氧呼吸和无氧呼吸的（一）阶段不同

【解析】由上述（2）（3）可知，图中①②两物质依次是H2O和O2。由（1）（2）可知，图中（一）（二）两阶段产生[H]的场所分别是细胞质基质和线粒体基质。由（1）（2）（3）可知，图中（三）阶段产生的水中的氢部分来自葡萄糖，部分来自反应物中的水。由（1）（5）可知，有氧呼吸和无氧呼吸的（一）阶段相同。

【答案】A

A．②过程产生的CO2中的氧全部来自丙酮酸

B．②过程可产生ATP，也可不产生ATP

C．②过程可产生[H]，不可消耗[H]

D．①过程可在细胞质基质中进行，也可在线粒体中进行

【解析】由上述（2）可知，②过程产生的CO2中的氧部分来自丙酮酸，部分来自水。由（2）（6）可知，②过程可产生ATP，也可不产生ATP；可产生[H]，也可消耗[H]。由（1）（5）可知，①过程只能在细胞质基质中进行，不能在线粒体中进行。

【答案】B

【针对性训练1】下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是（ ）

A. 无氧呼吸最终有[H]的积累

B. 有氧呼吸过程中O2在第三阶段参与，CO2在第三阶段产生

C. 无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量合成ATP

D. 有氧呼吸产生的水中的氧来自葡萄糖和氧气

【答案】C

【针对性训练2】取4支试管，分别加入下列物质，在其他条件均适宜的情况下保温一段时间后，不会产生CO2的试管是 （ ）

A. 丙酮酸+酵母菌细胞质基质

B. 葡萄糖+酵母菌细胞质基质

C. 葡萄糖+酵母菌匀浆

D. 葡萄糖+线粒体

【答案】D

2.2 细胞呼吸总反应式在解题中的应用

根据细胞呼吸总反应式可判断细胞呼吸的类型，并进行相关的计算，并由上述（4）（8）（9）可得如下结论：

①若无CO2产生，则细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸；

②若有CO2产生，但不消耗O2，则细胞只进行产生酒精的无氧呼吸；

③若产生CO2的量与消耗O2的量相等，则细胞只进行有氧呼吸；

④若产生CO2的量大于消耗O2的量，则细胞既进行有氧呼吸，也进行产生酒精的无氧呼吸，如酵母菌在不同氧浓度下的细胞呼吸。此种情况下如何判断哪种细胞呼吸占优势或消耗的葡萄糖多呢？可根据Vco2/Vo2的范围来确定（Vco2、Vo2分别表示细胞呼吸产生CO2的体积和消耗O2的体积）。当有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸消耗葡萄糖的量相等时，根据（4）（8）计算可得Vco2/Vo2=4/3，即[Vco2（有氧呼吸）+Vco2（无氧呼吸）]/Vo2=4/3而Vco2（有氧呼吸）/Vo2=1，故Vco2（无氧呼吸）/Vo2=1/3；若Vco2（无氧呼吸）/Vo2＜1/3，则Vco2/Vo2＜4/3，此时有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多；当Vco2（无氧呼吸）/Vo2＞1/3，则Vco2/Vo2＞4/3，此时无氧呼吸比有氧呼吸消耗的葡萄糖多。由此可得出如下结论：

Ⅰ. 若1＜Vco2/Vo2＜4/3，则有氧呼吸占优势或消耗的葡萄糖多；

Ⅱ. 若Vco2/Vo2=4/3，则二者强度相当，消耗葡萄糖的量相等；

Ⅲ. 若Vco2/Vo2＞4/3，则无氧呼吸占优势或消耗的葡萄糖多。

【例3】将含酵母菌的葡萄糖溶液均分为4等份，分别置于甲、乙、丙、丁四种条件下培养，测得CO2和O2体积变化的相对值如图2。下列叙述正确的是 （ ）

图2

A. 甲条件下，细胞呼吸的产物除CO2外，还有乳酸

B. 乙条件下，有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多

C. 丙条件下，细胞呼吸产生的ATP最少

D. 丁条件下，产物中的CO2全部来自线粒体

【解析】由图2及上述分析可知，甲条件下只进行无氧呼吸，产物除CO2外还有酒精。乙条件下Vco2/Vo2=8/3＞4/3，无氧呼吸比有氧呼吸消耗的葡萄糖多。丙条件下，细胞既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，产生的ATP比甲多，并非最少。丁条件下，细胞只进行有氧呼吸，在线粒体中产生CO2。

【答案】D

【例4】将一些苹果储藏在密闭容器中，较长时间后会闻到酒香。当通入不同浓度的氧气时，其O2的消耗量和CO2的产生量如表1所示，则下列叙述错误的是 （ ）

表1 不同氧浓度下细胞呼吸O2的消耗量和CO2的产生量

A. 氧浓度为a时，苹果的细胞呼吸只在细胞质基质中进行

B. 氧浓度为c时，苹果产生C2H5OH的量为0.6 mol/min

C. 氧浓度为d时，消耗的葡萄糖中有1/4用于酒精发酵

D. 氧浓度为b时，较适宜于苹果的储藏

【解析】氧浓度为a时，细胞只进行无氧呼吸，场所为细胞质基质。氧浓度为c时，有氧呼吸产生的CO2为0.7，故无氧呼吸产生的CO2为1.3-0.7=0.6。由（8）可知，产生C2H5OH的量也为0.6（mol/min）。氧浓度为d时，由（4）可知，有氧呼吸产生的CO2为1.2，消耗的葡萄糖为1.2/6=0.2，无氧呼吸产生的CO2为1.6-1.2=0.4，由（8）可知，其消耗的葡萄糖为0.4/2=0.2，故消耗的葡萄糖中有1/2用于酒精发酵。由表1可知，氧浓度为b时产生的CO2最少，故较适宜于苹果的储藏。

【答案】C

【针对性训练3】图3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 （ ）

图3

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消耗量的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

【针对性训练4】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表2，则下列叙述中正确的是 （ ）

表2 不同条件下种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值

A. a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精或乳酸

B. b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸少

C. c条件下，种子消耗的葡萄糖最少

D. d条件下，产生的CO2来自细胞质基质和线粒体

【答案】B

总之，细胞呼吸反应式在解题中的应用非常广泛，如细胞呼吸分步反应式可用来解细胞呼吸过程类试题，总反应式可用来解细胞呼吸类型的判断及相关计算类试题。因此，只要掌握了细胞呼吸的反应式，有关细胞呼吸的很多问题便可迎刃而解。

（作者单位：湖北省天门市岳口高级中学）