低氧条件下有氧呼吸与无氧呼吸速率的计算

黑龙江 翟贵君 胡宇晴

低氧条件下有氧呼吸与无氧呼吸速率的计算

黑龙江 翟贵君 胡宇晴

呼吸速率又称呼吸强度，指在一定温度下，单位重量的活细胞（组织）在单位时间内吸收 O2或释放 CO2的量。在低氧条件下，有些组织细胞既能进行有氧呼吸，也能进行产生酒精的无氧呼吸，如植物的种子、根以及酵母菌等。该种条件下有关两种呼吸速率比率的计算有多种考查方式。

一、文字描述题

【例1】酵母菌在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸，将酵母菌放在含有培养液的密闭锥形瓶中，测得CO2的释放量比O2的吸收量大1倍，则有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为 （ ）

A.1/6 B.1/3

C.1/2 D.1

【解析】此题中的酵母菌既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸。据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，有氧呼吸O2的吸收量与CO2的释放量相同，假设O2吸收量为1 mol，因“CO2的释放量是O2吸收量的2倍”，则有氧呼吸和无氧呼吸各产生1 mol CO2，据反应式推知，有氧呼吸产生1 mol CO2需消耗1/6 mol葡萄糖，而无氧呼吸产生1 mol CO2需消耗1/2 mol葡萄糖，则有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖之比为（1/6）∶（1/2）＝1/3。

【答案】B

二、表格数据题

【例2】有一瓶混有酵母菌的葡萄糖溶液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如下表所示。分析表中数据可得出的结论是 ____________（ ）

__氧浓度（%）_______________________________a__________________________b________________________c_d__产生CO2的量____9 mol 12.5 mol _15 mol__30 mol____产生酒精的量____9 mol____6.5__m_o_l___6 mol______________0_mol

A.氧浓度为a时，酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率

B.氧浓度为b时，相同时间内酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多

C.氧浓度为c时，有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵

D.氧浓度为d时，酵母菌只进行有氧呼吸不进行无氧呼吸

【解析】通过反应式可知，无氧呼吸产生酒精的量与产生CO2的量相等，据表中给出的数据可知，氧浓度为a条件下酵母菌只进行无氧呼吸，A错误；当氧浓度为b时，无氧呼吸产生的酒精量是6.5 mol，则无氧呼吸产生的CO2量也是6.5 mol，（据无氧呼吸反应式推知分解葡萄糖的量是3.25 mol），有氧呼吸产生的CO2＝12.5－6.5＝6 mol（据有氧呼吸反应式推知分解葡萄糖1 mol），因此无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸多，B错误；据以上方法可算出当氧浓度为c时，有66.7%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵，C错误；当氧浓度为d时产生0 mol酒精，可知该条件下酵母菌只能进行有氧呼吸，D正确。

【答案】D

三、图像模型题

（一）柱形图

【例3】图1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1

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

【解析】当氧浓度为a时，植物只进行无氧呼吸，会产生大量酒精，不适于贮藏该植物器官，故A错误；当氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量＝（8－3）÷2=2.5，而有氧呼吸消耗葡萄糖的量为3÷6=0.5，则无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍，B正确；当氧浓度为d时，O2的吸收量与CO2的释放量相等，故植物只进行有氧呼吸，此时无氧呼吸最弱，C、D错误。

【答案】B

（二）曲线图

【例4】现有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液，通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如图2所示。则在氧浓度为a时 （ ）

图2

A.酵母菌只进行无氧发酵

B.67%的酵母菌进行无氧发酵

C.33%的酵母菌进行无氧发酵

D.酵母菌停止无氧发酵

【解析】由图2曲线可知，氧浓度为a时，CO2的产生总量为15 mol，酒精的产生量为6 mol，根据无氧呼吸反应式，酒精的生成与CO2的释放量的比例为1∶1，所以无氧呼吸释放的CO2的量为6 mol，根据无氧呼吸反应式可计算出消耗的葡萄糖的量为6/2＝3 mol，有氧呼吸释放的CO2为15－6＝9 mol，根据其反应式计算消耗葡萄糖的量为9/6＝1.5 mol，所以进行无氧呼吸的酵母菌所占比例为3/（3＋1.5）×100%≈67%。

【答案】B

【例5】图3表示某种植物的非绿色器官在不同的氧浓度下O2吸收量和CO2生成量的变化，若图中的AB段与BC段的距离等长，说明此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无氧呼吸的_______倍。

图3

【解析】如果AB段与BC段的距离等长，说明此时有氧呼吸释放的CO2量与无氧呼吸释放的CO2量是一样的，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式，有氧呼吸消耗的葡萄糖应是无氧呼吸消耗葡萄糖的1/3。

【答案】1/3

四、实验分析题

【例6】如图是测定发芽种子的细胞呼吸类型所用的装置（假设呼吸底物只有葡萄糖），装置一、二中分别放入等量的发芽种子，装置三中为等量的煮熟种子，若着色液滴在装置一左移10 cm，装置二右移12 cm，装置三右移2 cm，则有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的相对比值为（ ）

A.6∶5 B.5∶6

C.5∶2 D.2∶5

【解析】由题图知，装置一中发芽种子呼吸产生的CO2被NaOH吸收，细胞呼吸消耗O2使装置中气压下降，着色液滴左移，左移的距离代表氧气的吸收量；装置二中没有NaOH溶液，细胞有氧呼吸产生CO2与吸收的O2相等，因此着色液滴移动的距离代表无氧呼吸产生的CO2量；装置三内加入煮熟的种子，用于矫正物理因素对实验结果的影响。

根据题意得知，装置一左移10 cm，装置二右移12 cm，装置三右移2 cm，因此装置一中O2的消耗量实质是12 cm，装置二无氧呼吸产生CO2为12－2=10 cm，因为有氧呼吸过程中消耗1 mol葡萄糖吸收6 mol O2，释放6 mol CO2，无氧呼吸过程消耗1 mol葡萄糖产生2 mol CO2，因此有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的相对比值（12÷6）∶（10÷2）=2∶5。

【答案】D

（作者单位：黑龙江省安达市田家炳高级中学）