《ATP与细胞呼吸》实验设计题考点例析 【试题】

《ATP与细胞呼吸》实验设计题考点例析



山东省青岛市城阳第一中学 辛建福



考点1.探究ATP是直接能源物质



例1.为了探究肌肉收缩的直接能源是ATP还是葡萄糖，某研究性学习小组的同学利用下列实验材料进行了相关的探究活动。假设你是该研究性小组的成员，请做出你的假设，完善实验方案并回答问题。



⑴你的假设是： 。



⑵实验方案：



①实验材料及用具：新鲜的骨骼肌标本、ATP溶液、葡萄糖溶液、电极、滴管等。



②实验步骤：











⑶根据你的假设和设计的实验方案，预期的实验现象是 。



⑷请根据实验过程中可能得到的实验现象，对自己的假设作出评价。







【解析】在探究肌肉收缩的直接能源是ATP还是葡萄糖的实验中，我们所作出的假设最好是符合正确的生物学理论。因此本题的假设是ATP是肌肉收缩的直接能源。在选用新鲜的骨骼肌标本设计实验证明肌肉收缩的直接能源是ATP时，要首先确保肌肉标本内没有直接能源物质ATP，因此要施加适宜的电刺激，直至骨骼肌不再收缩，以消耗肌肉标本内的ATP。然后就可以运用对照实验的思维进行设计了。取两个新鲜的骨骼肌标本，施加适宜电刺激消耗ATP后，分成两组：一组滴加ATP溶液，一组滴加葡萄糖溶液，然后再给以适宜电刺激，观察肌肉是否收缩。正常情况下，滴加ATP的骨骼肌标本收缩。



【参考答案】⑴ATP是肌肉收缩的直接能源 ⑵a.取两个新鲜的骨骼肌标本，分别标记A、B；b.给A、B骨骼肌分别施加适宜的电刺激，直至骨骼肌不再收缩；c.给A标本滴加适宜的ATP溶液，给B标本滴加等量的葡萄糖溶液；d.给A、B标本同时施加适宜的电刺激，观察是否收缩；e.在B标本上再滴加适宜的ATP，然后施加适宜的电刺激，观察肌肉是否收缩 ⑶A标本肌肉收缩；滴加葡萄糖时，B标本肌肉不收缩，但再次滴加ATP后B标本肌肉收缩 ⑷若现象同上，说明假设成立；否则，假设不成立。



考点2.探究细胞呼吸的方式



例2.某生物实验小组为“探究酵母菌呼吸方式”设计了如下实验装置。请根据图回答：










⑴为减少实验误差，空气泵泵入的气体中应去除 。利用甲、乙试管来探究酵母菌呼吸方式时，可以探知酵母菌是否进行______呼吸，其化学反应式是 。



⑵在利用丙、丁试管探究酵母菌呼吸方式时，用石蜡油密封酵母菌和葡萄糖液，目的是防止 进入反应混合液，从而为实验提供无氧条件。



⑶此装置能否用于探究乳酸菌的呼吸方式 。



⑷请根据以上实验装置，预期可能的实验现象及结论：



① ；



② ；



③ 。



【解析】乳酸菌是厌氧型的微生物，而酵母菌是兼性厌氧型的生物，即在有氧的条件下能进行有氧呼吸：C6H12O6 + 6H2O + 6O2 酶→12H2O + 6CO2 +能量；在无氧的条件下进行无氧呼吸：



C6H12O6 酶→2C2H5OH + 2CO2 +能量。为减少实验误差，空气泵泵入的气体中应去除CO2的空气，以防止空气的CO2对实验结果的干扰。用石蜡油密封丙、丁试管中的酵母菌和葡萄糖液，目的是防止空气中的氧气进入反应混合液，从而为实验提供无氧条件。



【参考答案】⑴二氧化碳 有氧 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 酶→12H2O + 6CO2 +能量 CO2 ⑵空气中O2 ⑶不能 ⑷①甲、丁试管中溶液均变浑浊，说明酵母菌既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸②甲试管中溶液变浑浊，丁试管中溶液不变浑浊，说明酵母菌可进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸③甲试管中溶液不变浑浊，丁试管中溶液变浑浊，说明酵母菌能进行无氧呼吸，不能进行有氧呼吸



例3.酿酒、做面包都需要酵母菌。某同学想探究酵母菌的呼吸方式（是否在有氧和无氧条件下都能生存），于是进行了如下实验。



⑴实验原理：酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。



做出假设： 。



⑵材料用具：酵母菌培养液、澄清石灰水、橡皮球、玻璃导管数根、质量分数为10%的NaOH溶液等。



⑶实验步骤：



①A瓶先封口放置一段时间后，选择玻璃导管，将下图中的装置一、二中的锥形瓶分别进行连接。








②将两套装置放在适宜温度条件下培养10小时，观察澄清石灰水是否变浑浊。步骤①中A瓶先封口放置一段时间的目的是 。



⑷预测及结论：



① ；



② ；



③ ；



④ 。



⑸为进一步确定酵母菌无氧呼吸的产物，可以再用 （试剂）检测培养瓶中有酒精产生。



【解析】根据实验原理及日常生活经验做出最可能的假设。A瓶封口放置一段时间是为了耗尽瓶中遗留的氧气，防止氧气干扰酵母菌的无氧呼吸（此目的是假设酵母菌可能会进行无氧呼吸），向D瓶中通入C瓶中的除去二氧化碳的空气，说明是用来探究酵母菌是否会进行有氧呼吸的。若能进行，产生的二氧化碳通入E瓶进行检验。因此应用导管将两装置中各瓶进行连接。预测现象及结论有四种情况：有氧、无氧都不能呼吸，有氧能呼吸、无氧不能呼吸，有氧不能呼吸、无氧能呼吸，有氧、无氧都能呼吸。酸性的重铬酸钾溶液与酒精溶液反应呈现灰绿色。



【参考答案】



⑴酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。⑶①装置连接如下图：






⑷①两组装置中石灰水都出现浑浊，说明酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸；②两组装置中石灰水都不出现浑浊，说明酵母菌在有氧和无氧条件下都不能进行呼吸；③装置一中石灰水出现浑浊，装置二中石灰水不浑浊，说明酵母菌只能在无氧条件下进行呼吸；④装置一中石灰水不出现浑浊，装置二中石灰水出现浑浊，说明酵母菌只能在有氧条件下进行呼吸 ⑸重铬酸钾溶液



考点3.细胞呼吸与光合作用的综合考查



例4.⑴细胞呼吸的原理在生活和生产中有广泛的应用，为了探究植物体的呼吸强度，研究人员进行了如下实验。如图是一种测定发芽玉米种子呼吸作用强度的密封装置（U形刻度管内装有有色液体，用作减压计）。向广口瓶中一侧放入盛有高浓度的NaOH溶液的小烧杯，另一侧放入发芽玉米种子。将整个装置置于25℃恒温环境中，打开A、B开关，通入氧气，待U形管两侧液柱平衡后，关闭A、B。一段时间后，U形管两侧液柱出现高度差。



①U形管两侧液柱高度的变化量表示 。



②为了保证实验结果的准确严谨，还需要设计对照实验，对照组如何设计？
















⑵为了探究植物体呼吸强度的变化规律，研究人员在不同的温度和不同的氧含量下，测定了一定大小的新鲜菠菜叶的二氧化碳释放量（表中为相对值），其数据如下表所示。请分析回答：







①为了能使实验数据真实地反映呼吸强度的变化，在实验环境条件的控制上应特别注意的是什么？为什么？



②研究人员在对数据分析时，发现在温度、氧含量分别为 的条件下所测数据最可能是错误的。



③图中数据反映出当含氧量从20％上升到40％时，植物的呼吸强度一般 ，其原因是 。



④由表中数据分析，蔬菜长期储藏的最佳环境控制条件是 。此条件下植物细胞内二氧化碳的产生场所是 。



⑤分析表中数据，我们可以发现植物呼吸作用强度的变化规律是 。



【解析】⑴小烧杯中放入NaOH溶液用来吸收CO2，这样广口瓶中无CO2，影响U形管液柱高度变化的只有氧气。该实验应设置对照组排除无关变量的影响，对照组广口瓶中放置死种子，其它不变。⑵①实验中为了防止菠菜叶片光合作用的干扰，应在无光条件下进行。②在所列数据中，温度为10℃、氧含量为1.0%时的数据可能是错误的。因为在氧气浓度从0.1%→1.0%的变化中，其他温度条件下CO2释放量是减少的，只有在10℃时是增大的。也可以从氧气含量为0.1%、3.0%、10.0%、20.0%、40.0%所对应的温度从3℃→20℃，CO2释放量都是增大的，只有1.0%与10℃对应的CO2释放量除外。③氧含量从20.0%→40.0%时，CO2释放量基本不变，外因是充足的，影响因素只能从内因分析，如酶的数量、线粒体的数量等。④蔬菜储藏的最佳条件是分解有机物最少的条件，即CO2释放量最少。从表中可以看出这一条件是温度为 3℃、氧含量为3.0%时，此时无氧呼吸受到抑制，有氧呼吸还没有快速启动，二者都很微弱。产生CO2来自无氧呼吸的场所──细胞质基质和有氧呼吸的线粒体。⑤从表中数据可以看出在温度从3℃→30℃范围内，随温度的升高，CO2释放量增多（氧含量为1.0%是从3℃→20℃）；在氧含量从3.0%→20.0%范围内，随着氧含量升高，CO2释放量也增多。



【参考答案】⑴①发芽玉米种子细胞呼吸消耗氧气的体积 ②广口瓶内放入煮熟玉米种子，其它装置不变 ⑵①遮光，使叶处于黑暗状态 防止叶片进行光合作用干扰呼吸强度的测定 ②10℃ 1.0% ③保持相对稳定 酶的数量限制（或线粒体数量限制）④温度为 3℃、氧含量为3.0%时 细胞质基质、线粒体 ⑤在一定温度和氧气浓度范围内，随着温度和氧气含量的增高，呼吸作用强度增大