探究呼吸作用的方式及速率測定方法

以下共包括2道典例，3種分析方法，同學們好好分析原理爭取把這個重難點突破了喲。

  典例 1

【方法1】物質鑑定法探究酵母菌的細胞呼吸方式

  典例 2

【方法2】液滴移動法探究細胞呼吸的方式

【方法3】液滴移動法測定細胞呼吸的速率

【綜合考察】液滴移動測定光合速率和呼吸速率

  精選衡水二中、人大附中、唐山一中3道題感受題型考法

【附考綱要求】

細胞呼吸(Ⅱ)。

實驗：探究酵母菌的呼吸方式。

【 附細胞呼吸影響因素的4點注意 】

(1)O2濃度為零時，細胞呼吸強度並不為零，因為此時細胞進行無氧呼吸。

(2)影響細胞呼吸的因素並不是單一的。若需要增強相關植物或器官的細胞呼吸強度，可採取供水、升溫、增氧等措施；若需降低細胞呼吸強度，可以採取乾燥、低溫、低氧等措施。

(3)儲存蔬菜和水果的條件並不是無氧環境。蔬菜、水果在儲存時都應在低溫、低氧條件下，低溫以不破壞植物組織為標準，一般為零上低溫；種子儲存時應保持乾燥，而蔬菜、水果儲存時應保持一定的溼度。

(4)內部因素也會影響細胞呼吸的強度，如生物的遺傳特性、器官種類、生長時期等。

【典例1】

為了探究酵母菌細胞呼吸的方式，某同學將實驗材料和用具按如圖所示安裝好。以下關於該實驗的說法，不正確的是(　　)

A．甲、乙兩組實驗探究的分別是酵母菌在有氧、無氧條件下的細胞呼吸方式

B．加入質量分數為10%的NaOH溶液是為了吸收空氣中的CO2

C．將橙色的重鉻酸鉀溶液滴入B瓶中變成灰綠色，證明有酒精產生

D．乙組中B瓶先封口放置一段時間的目的是耗盡B瓶中的O2以形成無氧環境

【審題關鍵】(1)寫出酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的反應式：C6H12O6＋6H2O＋6O2→12H2O＋6CO2＋能量、C6H12O6→2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。

(2)甲組營造的是有氧環境，而乙組中B瓶先封口放置一段時間的目的是耗盡B瓶中的O2，以形成無氧環境，所以二者分別探究酵母菌在有氧和無氧條件下的細胞呼吸方式。

(3)甲組加入NaOH溶液的目的是吸收空氣中的CO2，以排除空氣中的CO2對實驗結果的幹擾。

(4)橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發生化學反應，變成灰綠色。

答案　C

【方法1】物質鑑定法探究酵母菌的細胞呼吸方式

(1)實驗原理

①酵母菌：酵母菌是一種單細胞真菌，其代謝類型是兼性厭氧型，可用於研究細胞呼吸的不同方式。

②細胞呼吸產物的檢測

a. CO2的檢測 ： CO2可使澄清石灰水變混濁；CO2可使溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃。

b．酒精的檢測：在酸性條件下，橙色的重鉻酸鉀溶液會與酒精發生化學反應，變成灰綠色。

(2)實驗步驟

①配製酵母菌培養液。

②設計對比實驗

a．甲組中空氣先通過NaOH溶液的目的是消除空氣中的CO2，以保證使第三個錐形瓶中的澄清石灰水變混濁的CO2是由酵母菌有氧呼吸產生的。

b．乙組中B瓶應先封口放置一段時間後，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶的目的是耗盡B瓶中的氧氣，以確保是無氧呼吸產生的CO2通入澄清的石灰水中。

(3)產物檢測與實驗現象

條件

澄清的石灰水的變化/出現變化的時間

酸性重鉻酸鉀溶液

甲組(有氧)

變混濁/快

無變化

乙組(無氧)

變混濁/慢

出現灰綠色

【典例2】

下圖是探究酵母菌細胞呼吸方式的裝置圖，下列說法正確的是(　　)

A．裝置一中液滴左移，裝置二中液滴右移，說明酵母菌只進行無氧呼吸

B．裝置一中液滴不移，裝置二中液滴右移，說明酵母菌只進行有氧呼吸

C．裝置一中液滴左移，裝置二中液滴不移動，說明酵母菌死亡

D．裝置一中液滴左移，裝置二中液滴右移，說明酵母菌進行有氧呼吸和無氧呼吸

【審題關鍵】(1)裝置一中NaOH溶液可吸收細胞呼吸釋放出的CO2，因此刻度管內的液滴移動情況反映的是氧氣消耗量的變化，因此裝置一可探究酵母菌是否發生有氧呼吸。

(2)裝置二中因「NaOH溶液」換成「蒸餾水」，若只進行有氧呼吸，因為消耗氧氣量和釋放二氧化碳量相同，則液滴不移動。若只進行無氧呼吸，則會因釋放CO2，導致液滴右移。因此裝置二可探究酵母菌是否發生無氧呼吸。

答案　D

【方法2】液滴移動法探究細胞呼吸的方式

(1)探究裝置：欲確認某生物的細胞呼吸方式，應設置兩套實驗裝置，如圖所示(以發芽種子為例)：

(2)結果結論

實驗結果

結論

裝置一液滴

裝置二液滴

不動

不動

只進行產生乳酸的無氧呼吸

不動

右移

只進行產生酒精的無氧呼吸

左移

右移

進行有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸

左移

不動

只進行有氧呼吸或進行有氧呼吸和產生乳酸的無氧呼吸

(3)誤差校正：為使實驗結果精確，除減少無關變量的幹擾外，還應設置對照裝置。對照裝置與裝置二相比，不同點是用「煮熟的種子」代替「發芽種子」，其餘均相同。

 

【方法3】液滴移動法測定細胞呼吸的速率

(1)實驗裝置

(2)指標：細胞呼吸速率常用單位時間內CO2釋放量或O2吸收量來表示。

(3)原理：組織細胞呼吸吸收O2，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內氣體壓強減小，刻度管內的液滴左移。單位時間內液滴左移的體積即表示細胞呼吸速率。

(4)物理誤差的校正

①如果實驗材料是綠色植物，整個裝置應遮光處理，否則植物的光合作用會干擾細胞呼吸速率的測定。

②如果實驗材料是種子，為防止微生物呼吸對實驗結果的幹擾，應對裝置及所測種子進行消毒處理。

③為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，將所測的生物材料滅活(如將種子煮熟)，其他條件均不變。

【特別提醒】　脂肪含氫量高，含氧量低，等質量的脂肪與葡萄糖相比，氧化分解時耗氧量高，而產生CO2量少。因此脂肪有氧呼吸時，產生的CO2量小於消耗的O2量，有色液滴移動明顯。

涉及呼吸熵，相關題目下面自己感受一下吧

【綜合考察】通過液滴移動測定光合速率和呼吸速率

                           

(1)測定細胞呼吸速率

NaOH溶液的作用是吸收細胞呼吸釋放的CO2。隨著氧氣的消耗，容器內氣體壓強減小，毛細管內的有色液滴左移，單位時間內有色液滴左移的體積表示細胞呼吸耗氧速率。若被測生物為植物，整個裝置必須遮光處理。對照組的設置是將所測生物滅活，其他各項處理與實驗組完全一致。

(2)測定細胞呼吸類型

同時設置NaOH溶液組和蒸餾水組，植物需遮光處理，根據兩組裝置中有色液滴移動的情況可分析被測生物的細胞呼吸類型。

容器中氣體變化

細胞呼吸類型

不消耗O2，但產生CO2(NaOH溶液組有色液滴不移動，蒸餾水組右移)

進行產生酒精的無氧呼吸

CO2釋放量等於O2消耗量(NaOH溶液組有色液滴左移，蒸餾水組有色液滴不移動)

只進行有氧呼吸

CO2釋放量大於O2消耗量(NaOH溶液組有色液滴左移，蒸餾水組有色液滴右移)

產生酒精的無氧呼吸與有氧呼吸同時進行

(3)測定淨光合速率

NaHCO3緩衝溶液保證了容器內CO2濃度的恆定，滿足了綠色植物光合作用的需求。光照條件下植物釋放的氧氣，使容器內氣體壓強增大，毛細管內的有色液滴右移，單位時間內有色液滴右移的體積表示淨光合作用釋放氧氣的速率；若有色液滴左移，說明光照較弱，細胞呼吸強度大於光合作用強度，吸收O2使瓶內氣壓減小；若有色液滴不動，說明在此光照強度下光合作用強度等於細胞呼吸強度，生成O2量等於消耗O2量，瓶內氣壓不變。

題1【衡水第二中學聯考】

下圖為探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗設計裝置。下列敘述正確的是(　　)

A．實驗自變量為溫度

B．實驗因變量為CO2的多少

C．空氣泵泵入的氣體應先除去O2

D．乙、丙兩試管加入乾酵母後應煮沸冷卻除去CO2

題2(人大附中高三2月特供卷)

某研究小組利用檢測氣壓變化的密閉裝置來探究微生物的呼吸。實驗設計如下：關閉活栓後，U形管右管液面高度變化反映瓶中的氣體體積變化。實驗開始時將右管液面高度調至參考點，實驗中定時記錄右管液面高度相對於參考點的變化(忽略其他原因引起的容積變化)。下列有關說法不正確的是(    )

A．甲組右管液面變化，表示的是微生物呼吸時氧氣的消耗量

B．乙組右管液面變化，表示的是微生物呼吸時CO2的釋放量和O2消耗量之間的差值

C．甲組右管液面升高，乙組不變，說明微生物只進行有氧呼吸

D．甲組右管液面不變，乙組下降，說明微生物進行乳酸發酵

題3【唐山一中高三第一次模擬】

研究人員使用血糖儀定量測量酵母菌在不同細胞呼吸方式下的葡萄糖濃度值，計算出有氧呼吸或無氧呼吸的速率。實驗中得到數據如下表：

序號

時間(min)

稀釋10倍葡萄糖摩爾濃度(mmol/L)

1

0

初始

24.50

2

15

有氧1

18.60

無氧1

21.30

3

30

有氧2

9.90

無氧2

13.50

 (條件：35 ℃下，1 g乾酵母/10mL葡萄糖溶液)

(1)計算有氧呼吸、無氧呼吸的反應速率①、②的值分別為__________、__________。

時段(min)

呼吸方式

葡萄糖消耗速率(mmol/L·min)

0～15

有氧呼吸1

3.93

無氧呼吸1

2.13

16～30

有氧呼吸2

①

無氧呼吸2

②

 (2)分析表中數據可知：相同時間段，有氧呼吸的葡萄糖消耗速率________(填「大於」「小於」或「等於」)無氧呼吸的葡萄糖消耗速率；無論是有氧呼吸還是無氧呼吸，0～15 min時段細胞呼吸消耗的葡萄糖速率_______(填「大於」「小於」或「等於」)16～30 min時段的速率。

(3)本實驗得出的結論是_____________________________。

【衡水第二中學聯考】B

【解析】　該實驗的自變量是氧氣的有無，溫度屬於無關變量，A項錯誤；該實驗通過Ca(OH)2溶液檢測CO2的產生量，B項正確；空氣泵通入氣體是為有氧呼吸提供O2，應先除去泵入氣體中的CO2，C項錯誤；乙、丙兩試管的培養液需煮沸(除去CO2)冷卻後再加入乾酵母，避免酵母菌被高溫殺死，D項錯誤。

題2(人大附中高三2月特供卷)D

【解析】　甲組實驗裝置中NaOH的作用是吸收CO2，有氧呼吸過程消耗O2，產生的CO2被NaOH吸收，甲組右管液面變化，表示的是微生物呼吸時氧氣的消耗量，A正確；乙組實驗裝置中無NaOH吸收CO2，氣體的變化是O2減少量與CO2的生成量的綜合，因此乙組右管液面變化，表示的是微生物呼吸時CO2的釋放量和O2消耗量之間的差值，B正確；甲組右管液面升高，說明細胞呼吸消耗O2，進行有氧呼吸，乙組不變，說明CO2的釋放量等於O2的消耗量，因此微生物只進行有氧呼吸，C正確；甲組右管液面不變，說明微生物不消耗O2，即進行無氧呼吸，乙組下降，說明有CO2的釋放，因此微生物進行酒精發酵，不是乳酸發酵，D錯誤。

題3【唐山一中高三第一次模擬】

(1)5.80    5.20    (2)大於　  小於　   (3)在一定時間範圍內，酵母菌進行有氧呼吸時消耗的葡萄糖比無氧呼吸的要多(或酵母菌細胞的有氧呼吸強度大於無氧呼吸的強度)；在適宜的條件下，無論是有氧呼吸還是無氧呼吸，酵母菌細胞的代謝速率都會增加

【解析】　(1)根據題意和表格數據可知，有氧呼吸的反應速率①為(18.6－9.90)×10÷15＝5.80 [mmol/(L·min)]；無氧呼吸的反應速率②為(21.3－13.5)×10÷15＝5.20[mmol/(L·min)]。

(2)分析表中數據可知，相同時間段，有氧呼吸的葡萄糖消耗速率大於無氧呼吸的葡萄糖消耗速率；無論是有氧呼吸還是無氧呼吸，0～15 min時段細胞呼吸的葡萄糖消耗速率小於16～30 min時段的速率。

(3)本實驗得出的結論：在一定時間範圍內，酵母菌進行有氧呼吸時消耗的葡萄糖比無氧呼吸的要多(或酵母菌細胞的有氧呼吸強度大於無氧呼吸的強度)；在適宜的條件下，無論是有氧呼吸還是無氧呼吸，酵母菌細胞的代謝速率都會增加。