论文部分内容阅读
一、细胞呼吸疑难剖析
(一)有氧呼吸三阶段难点剖析
1、有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须进入线粒体。丙酮酸是有氧呼吸第一阶段的产物，该阶段是在细胞质的基质中进行的，但丙酮酸继续氧化分解分解产生二氧化碳是在线粒体中进行的，因此，有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须从细胞质基质进入线粒体中。
2、有氧呼吸三阶段的场所：①葡萄糖分解成丙酮酸：细胞质基质；②丙酮酸氧化脱羧：线粒体基质；③氢与氧结合形式水：线粒体内膜。
(二)无氧呼吸难点剖析
1、无氧呼吸过程中产生能量的阶段。无氧呼吸的全过程可以分为两个阶段，第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同，也就是说一分子葡萄糖无氧呼吸第一阶段的产物是两分子丙酮酸、少量的氢和少量的能量。无氧呼吸过程释放的能量，只是在葡萄糖分解成丙酮酸的过程中产生的。
2、无氧呼吸的产物中没有水。无氧呼吸的产物中没有水生成，如在呼吸作用的产物中有水生成，一定是进行了有氧呼吸。
二、影响细胞呼吸的因素
(一)影响细胞呼吸的内部因素
造成生物细胞呼吸方式不同的直接原因是呼吸酶的种类不同，但根本原因是控制呼吸酶合成的遗传物质——基因不同或基因选择性表达的所造成的。由于基因不同或基因选择性表达，不同生物及同一生物的不同器官，所具有的呼吸酶的种类不同，因而呼吸类型有差别。如酵母菌无氧呼吸产生酒精和乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的不同，就是由于酵母菌和乳酸菌中控制呼吸酶合成基因不同导致的。又如，马铃薯块茎的无氧呼吸产生乳酸，而马铃薯其他器官若进行无氧呼吸则产生酒精，是由于马铃薯细胞中控制呼吸酶合成的基因基因选择性表达的结果。
(二)影响细胞呼吸的内部因素
温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、含水量等。
三、细胞呼吸方式的特点
细胞的呼吸方式有三种类型：以有氧呼吸为主(好氧型生物)，只进行无氧呼吸(厌氧型生物)，既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸(兼型厌氧型生物)。三种细胞呼吸方式的特点是：
四、细胞呼吸是联系三大营养物质代谢的枢纽
糖类、脂质、蛋白质三大营养物质富含能量，但这些能量不能直接供各种生命活动利用，需要通过细胞呼吸分解这些有机物，把释放的能量转化到ATP中，由ATP直接推动各种生命活动的进行。因此，细胞呼吸的意义第一是能为生物体的生命活动提供能量，第二是能为体内其他化合物的合成提供原料。例如，葡萄糖分解的中间产物丙酮酸，在不同酶的作用下可以转化为甘油、氨基酸、酶、色素、植物激素等各类物质。由此可见，细胞呼吸把生物体的糖代谢、脂质代谢、蛋白质代谢等连成一个整体，成为生物体内各种有机物相互转化的枢纽。
五、原核微生物的有氧呼吸
原核微生物的细胞中没有线粒体是否只能进行无氧呼吸呢?好氧原核微生物的细胞结构中没有线粒体，但具有与真核生物线粒体结构中进行有氧呼吸所需的电子传递系统。好氧原核微生物(好氧细菌)是能够进行有氧呼吸的微生物。好氧原核微生物在降解有机物的过程中，将释放出的电子交给NAD(P)+等电子载体，再经电子传递系统传递给分子氧作为最终电子受体，从而生成水并释放出能量。好氧原核微生物的电子传递系统是由一系列氢和电子传递体组成的多酶氧化还原体系。好氧原核微生物电子传递系统的组成酶系是定向有序的，又是不对称地排列在原核微生物的细胞膜内侧。这种电子传递系统具有两种功能：一是从电子供体接受电子并电子传递给电子受体；二是通过合成ATP把在电子传递过程中释放的一部分能量保存起来，为微生物的生命活动提供能量。
因此，细胞结构中有线粒体意味着能进行有氧呼吸，但进行有氧呼吸的细胞，其结构中未必有线粒体。好氧原核微生物的细胞结构中虽然没有线粒体，但具有进行有氧呼吸所需的电子传递系统和酶系，是能进行有氧呼吸的。
六、好氧细胞能长时间利用纯氧吗?
好氧细胞均不能承受过多的氧，这是因为氧本身不靠酶催化就能与不饱和脂肪酸反应，并能破坏贮存这些酸的磷脂，而磷脂又是构成细胞生物膜的主要成分，从而最终造成细胞死亡，这个过程叫做脂质化氧化。此外，氧对细胞的破坏还在于它可产生自由基，诱发癌症。实验证明，毁灭细胞培养物的办法就是将它置于过饱和氧的环境中。
七、细胞呼吸原理在农业生产中的应用
(一)作物栽培中的应用
作物栽培中，采取中耕松土、粘土掺沙、低洼地开沟排水及无土栽培通空气等措施，都是为了保证根的正常细胞呼吸。这些措施有利于植物对矿质离子的吸收，有利于硝化细菌的有氧呼吸，以加强对氨的氧化，从而产生较多的硝酸根，供植物吸收利用，即具有肥田作用。这也抑制了厌氧型反硝化细菌的呼吸，从而防止土壤中氮素的流失。为了使有机物向着人们需要的部位积累，常把下部发黄的、已无光合能力、仍然进行细胞呼吸消耗养分的枝叶去掉，使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。又如，温室栽培的作物，常常在夜间适当降低温度以减少呼吸作用对有机物的消耗。
(二)种子贮藏中的应用
粮油种子的贮藏，必须控制进仓种子的含水量，不得超过安全含水量。否则，由于呼吸旺盛，不仅会引起大量贮藏物质的消耗，而且由于呼吸作用的散热通过了粮堆温度，有利于微生物活动，会导致粮食的变质，使种子丧失发芽力和食用价值。为了做到种子安全贮藏，还应注意库房的通风，以便散热和水分蒸发，可以保持种子发芽率。此外还需对库房内的空气成分加以控制，适当增高二氧化碳含量，适当降低氧的含量，有利于安全贮藏。近年来，国内外采用气调法进行粮食贮藏，取得了显著效果，即将粮仓中空气抽出，充入氮气，达到抑制呼吸安全贮藏的目的。
(三)水果蔬菜贮藏中的应用
在生产实践上贮藏蔬菜和水果时常常降低温度，以降低呼吸作用。降低温度的幅度以不破坏植物组织为标准。生产中常利用降低氧的浓度能够抑制呼吸作用减少有机物的消耗来延长水果蔬菜的保鲜时间。在贮藏蔬菜和水果时降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点。如果降的太低，生物组织就进行无氧呼吸，影响蔬菜和水果的贮藏保鲜。二氧化碳浓度增大会导致氧气浓度下降而对有氧呼吸有抑制作用。在贮藏蔬菜和水果的过程中，增加二氧化碳的浓度能起到较好的保鲜作用。商场超市出售的水果蔬菜常常密封，就是为了减少氧气，降低呼吸消耗。
八、细胞呼吸原理在医学方面的应用
医学上用氧气驱赶蛔虫就是利用了提高氧气浓度来抑制蛔虫无氧呼吸的原理。又如，人体受伤后，伤口可选用“创可贴”进行包扎，这样既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的痊愈。但较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
另外，细胞呼吸原理在酿酒工业、面包生成、食品酿造、酸奶加工、青贮饲料生产、甲烷生产、污水净化等方面都有很广泛的应用。
【例题】陆生植物不能长期忍受无氧呼吸，这因为()
①产生的酒精对细胞有毒害作用
②产生的乳酸对细胞有毒害作用
③没有专门的无氧呼吸结构
④产生的能量太少
A. ①②B. ②③
C. ③④
D. ①④
【解析】高等植物的无氧呼吸，包括了从葡萄糖经糖酵解形成丙酮酸，随后进一步产生酒精或乳酸的全过程。大多数陆生植物细胞在无氧条件下通常发生的是酒精发酵，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。从产物的角度看，植物细胞有氧呼吸的终产物是二氧化碳和水，对植物体是无害的，但细胞无氧呼吸产物中的酒精能使细胞质中的蛋白质变性，而对细胞有很强的毒害作用。极少数陆生植物细胞中缺少丙酮酸脱氢酶而含有乳酸脱氢酶，丙酮酸便被糖酵解途径中形成的NADH还原为乳酸，即乳酸发酵。这些植物细胞无氧呼吸的产物是乳酸，乳酸虽对植物细胞无直接的毒害作用，但长期的无氧呼吸会使乳酸积累起来，对植物细胞原生质产生毒害作用。无氧呼吸过程中葡萄糖分子的大部分能量仍保存在丙酮酸、乳酸或酒精分子中。无氧呼吸释放的能量少，不能满足植物生命活动的需要。陆生植物的无氧呼吸，基本上是为了帮助陆生植物度过一些缺氧的不良环境，不能长时间地进行。所以，从终产物有无毒害这一角度看，有氧呼吸要优于无氧呼吸。大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。代谢旺盛的绿色植物如果长期缺氧就难以维持生命。线粒体是有氧呼吸的场所，细胞质基质是有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的场所，不存在是否有专门呼吸结构的问题。
另外，水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的根、茎、叶中都有气腔能够把从外界吸收来的氧气运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根比较适应无氧呼吸。但是，水稻的根细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。水生植物或湿生植物(如水稻)，除了在结构和生理上的一些适应性特征外，根的无氧呼吸产物不是酒精而是一些其他的、毒性较小的有机小分子物质。答案：D。
(审稿：郑春和编校：朱旭)
(一)有氧呼吸三阶段难点剖析
1、有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须进入线粒体。丙酮酸是有氧呼吸第一阶段的产物，该阶段是在细胞质的基质中进行的，但丙酮酸继续氧化分解分解产生二氧化碳是在线粒体中进行的，因此，有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须从细胞质基质进入线粒体中。
2、有氧呼吸三阶段的场所：①葡萄糖分解成丙酮酸：细胞质基质；②丙酮酸氧化脱羧：线粒体基质；③氢与氧结合形式水：线粒体内膜。
(二)无氧呼吸难点剖析
1、无氧呼吸过程中产生能量的阶段。无氧呼吸的全过程可以分为两个阶段，第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同，也就是说一分子葡萄糖无氧呼吸第一阶段的产物是两分子丙酮酸、少量的氢和少量的能量。无氧呼吸过程释放的能量，只是在葡萄糖分解成丙酮酸的过程中产生的。
2、无氧呼吸的产物中没有水。无氧呼吸的产物中没有水生成，如在呼吸作用的产物中有水生成，一定是进行了有氧呼吸。
二、影响细胞呼吸的因素
(一)影响细胞呼吸的内部因素
造成生物细胞呼吸方式不同的直接原因是呼吸酶的种类不同，但根本原因是控制呼吸酶合成的遗传物质——基因不同或基因选择性表达的所造成的。由于基因不同或基因选择性表达，不同生物及同一生物的不同器官，所具有的呼吸酶的种类不同，因而呼吸类型有差别。如酵母菌无氧呼吸产生酒精和乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的不同，就是由于酵母菌和乳酸菌中控制呼吸酶合成基因不同导致的。又如，马铃薯块茎的无氧呼吸产生乳酸，而马铃薯其他器官若进行无氧呼吸则产生酒精，是由于马铃薯细胞中控制呼吸酶合成的基因基因选择性表达的结果。
(二)影响细胞呼吸的内部因素
温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、含水量等。
三、细胞呼吸方式的特点
细胞的呼吸方式有三种类型：以有氧呼吸为主(好氧型生物)，只进行无氧呼吸(厌氧型生物)，既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸(兼型厌氧型生物)。三种细胞呼吸方式的特点是：
四、细胞呼吸是联系三大营养物质代谢的枢纽
糖类、脂质、蛋白质三大营养物质富含能量，但这些能量不能直接供各种生命活动利用，需要通过细胞呼吸分解这些有机物，把释放的能量转化到ATP中，由ATP直接推动各种生命活动的进行。因此，细胞呼吸的意义第一是能为生物体的生命活动提供能量，第二是能为体内其他化合物的合成提供原料。例如，葡萄糖分解的中间产物丙酮酸，在不同酶的作用下可以转化为甘油、氨基酸、酶、色素、植物激素等各类物质。由此可见，细胞呼吸把生物体的糖代谢、脂质代谢、蛋白质代谢等连成一个整体，成为生物体内各种有机物相互转化的枢纽。
五、原核微生物的有氧呼吸
原核微生物的细胞中没有线粒体是否只能进行无氧呼吸呢?好氧原核微生物的细胞结构中没有线粒体，但具有与真核生物线粒体结构中进行有氧呼吸所需的电子传递系统。好氧原核微生物(好氧细菌)是能够进行有氧呼吸的微生物。好氧原核微生物在降解有机物的过程中，将释放出的电子交给NAD(P)+等电子载体，再经电子传递系统传递给分子氧作为最终电子受体，从而生成水并释放出能量。好氧原核微生物的电子传递系统是由一系列氢和电子传递体组成的多酶氧化还原体系。好氧原核微生物电子传递系统的组成酶系是定向有序的，又是不对称地排列在原核微生物的细胞膜内侧。这种电子传递系统具有两种功能：一是从电子供体接受电子并电子传递给电子受体；二是通过合成ATP把在电子传递过程中释放的一部分能量保存起来，为微生物的生命活动提供能量。
因此，细胞结构中有线粒体意味着能进行有氧呼吸，但进行有氧呼吸的细胞，其结构中未必有线粒体。好氧原核微生物的细胞结构中虽然没有线粒体，但具有进行有氧呼吸所需的电子传递系统和酶系，是能进行有氧呼吸的。
六、好氧细胞能长时间利用纯氧吗?
好氧细胞均不能承受过多的氧，这是因为氧本身不靠酶催化就能与不饱和脂肪酸反应，并能破坏贮存这些酸的磷脂，而磷脂又是构成细胞生物膜的主要成分，从而最终造成细胞死亡，这个过程叫做脂质化氧化。此外，氧对细胞的破坏还在于它可产生自由基，诱发癌症。实验证明，毁灭细胞培养物的办法就是将它置于过饱和氧的环境中。
七、细胞呼吸原理在农业生产中的应用
(一)作物栽培中的应用
作物栽培中，采取中耕松土、粘土掺沙、低洼地开沟排水及无土栽培通空气等措施，都是为了保证根的正常细胞呼吸。这些措施有利于植物对矿质离子的吸收，有利于硝化细菌的有氧呼吸，以加强对氨的氧化，从而产生较多的硝酸根，供植物吸收利用，即具有肥田作用。这也抑制了厌氧型反硝化细菌的呼吸，从而防止土壤中氮素的流失。为了使有机物向着人们需要的部位积累，常把下部发黄的、已无光合能力、仍然进行细胞呼吸消耗养分的枝叶去掉，使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。又如，温室栽培的作物，常常在夜间适当降低温度以减少呼吸作用对有机物的消耗。
(二)种子贮藏中的应用
粮油种子的贮藏，必须控制进仓种子的含水量，不得超过安全含水量。否则，由于呼吸旺盛，不仅会引起大量贮藏物质的消耗，而且由于呼吸作用的散热通过了粮堆温度，有利于微生物活动，会导致粮食的变质，使种子丧失发芽力和食用价值。为了做到种子安全贮藏，还应注意库房的通风，以便散热和水分蒸发，可以保持种子发芽率。此外还需对库房内的空气成分加以控制，适当增高二氧化碳含量，适当降低氧的含量，有利于安全贮藏。近年来，国内外采用气调法进行粮食贮藏，取得了显著效果，即将粮仓中空气抽出，充入氮气，达到抑制呼吸安全贮藏的目的。
(三)水果蔬菜贮藏中的应用
在生产实践上贮藏蔬菜和水果时常常降低温度，以降低呼吸作用。降低温度的幅度以不破坏植物组织为标准。生产中常利用降低氧的浓度能够抑制呼吸作用减少有机物的消耗来延长水果蔬菜的保鲜时间。在贮藏蔬菜和水果时降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点。如果降的太低，生物组织就进行无氧呼吸，影响蔬菜和水果的贮藏保鲜。二氧化碳浓度增大会导致氧气浓度下降而对有氧呼吸有抑制作用。在贮藏蔬菜和水果的过程中，增加二氧化碳的浓度能起到较好的保鲜作用。商场超市出售的水果蔬菜常常密封，就是为了减少氧气，降低呼吸消耗。
八、细胞呼吸原理在医学方面的应用
医学上用氧气驱赶蛔虫就是利用了提高氧气浓度来抑制蛔虫无氧呼吸的原理。又如，人体受伤后，伤口可选用“创可贴”进行包扎，这样既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的痊愈。但较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
另外，细胞呼吸原理在酿酒工业、面包生成、食品酿造、酸奶加工、青贮饲料生产、甲烷生产、污水净化等方面都有很广泛的应用。
【例题】陆生植物不能长期忍受无氧呼吸，这因为()
①产生的酒精对细胞有毒害作用
②产生的乳酸对细胞有毒害作用
③没有专门的无氧呼吸结构
④产生的能量太少
A. ①②B. ②③
C. ③④
D. ①④
【解析】高等植物的无氧呼吸，包括了从葡萄糖经糖酵解形成丙酮酸，随后进一步产生酒精或乳酸的全过程。大多数陆生植物细胞在无氧条件下通常发生的是酒精发酵，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。从产物的角度看，植物细胞有氧呼吸的终产物是二氧化碳和水，对植物体是无害的，但细胞无氧呼吸产物中的酒精能使细胞质中的蛋白质变性，而对细胞有很强的毒害作用。极少数陆生植物细胞中缺少丙酮酸脱氢酶而含有乳酸脱氢酶，丙酮酸便被糖酵解途径中形成的NADH还原为乳酸，即乳酸发酵。这些植物细胞无氧呼吸的产物是乳酸，乳酸虽对植物细胞无直接的毒害作用，但长期的无氧呼吸会使乳酸积累起来，对植物细胞原生质产生毒害作用。无氧呼吸过程中葡萄糖分子的大部分能量仍保存在丙酮酸、乳酸或酒精分子中。无氧呼吸释放的能量少，不能满足植物生命活动的需要。陆生植物的无氧呼吸，基本上是为了帮助陆生植物度过一些缺氧的不良环境，不能长时间地进行。所以，从终产物有无毒害这一角度看，有氧呼吸要优于无氧呼吸。大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。代谢旺盛的绿色植物如果长期缺氧就难以维持生命。线粒体是有氧呼吸的场所，细胞质基质是有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的场所，不存在是否有专门呼吸结构的问题。
另外，水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的根、茎、叶中都有气腔能够把从外界吸收来的氧气运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根比较适应无氧呼吸。但是，水稻的根细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。水生植物或湿生植物(如水稻)，除了在结构和生理上的一些适应性特征外，根的无氧呼吸产物不是酒精而是一些其他的、毒性较小的有机小分子物质。答案：D。
(审稿：郑春和编校：朱旭)