呼吸作用
Edexcel 国际普通中等教育证书 生物· 2.34–2.39（2017年第3版大纲）· 18 分钟阅读
1. 什么是呼吸作用？ATP的生成与功能★★☆☆☆⏱ 3 min
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呼吸作用
发生在所有活细胞中、由一系列酶调控的化学反应，从葡萄糖中释放能量以生成ATP，供给各类细胞活动使用。
呼吸作用在所有活细胞中持续进行，它和呼吸（通气）不是同一概念，后者是指气体通过肺或叶片等气体交换表面进出的物理过程。
ATP是所有细胞活动的直接能量来源，包括肌肉收缩、主动运输、蛋白质等大分子的合成以及细胞分裂。储存在ATP中的能量会在细胞内分解ATP时释放，供上述过程使用。
解释为什么人体肌肉细胞中的线粒体（有氧呼吸的场所）数量远多于脂肪储存细胞。
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首先，回忆线粒体的功能：它是有氧呼吸的场所，为细胞生成ATP。
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接下来，关联肌肉细胞的功能：肌肉细胞在运动过程中收缩需要大量持续的能量供给，因此需要大量ATP。
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脂肪储存细胞的代谢活性极低，所需ATP很少，因此线粒体数量少得多。
Exam tip:
考试中如果要求定义呼吸作用，一定要明确区分呼吸作用（细胞内的化学反应）和呼吸（通气），避免失分。
2. 有氧呼吸：方程式与核心特征★★★☆☆⏱ 4 min
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有氧呼吸是效率最高的呼吸作用形式，仅在氧气持续供应的条件下发生。它将葡萄糖完全分解为无害的代谢废物，每分子葡萄糖可释放大量ATP。
有氧呼吸
利用氧气将葡萄糖彻底分解，生成二氧化碳、水和大量ATP的呼吸作用。
考试中你必须牢记有氧呼吸的文字方程式和配平后的符号方程式，配平后的符号方程式如下所示：
Word equation: glucose + oxygen → carbon dioxide + water
Balanced symbol equation: 1 molecule of glucose reacts with 6 molecules of oxygen to produce 6 molecules of carbon dioxide and 6 molecules of water
一名学生将有氧呼吸的符号方程式写为 。请指出该方程式中的两处错误。
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首先，将给出的方程式与所需的配平符号方程式进行对比。
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错误1：该方程式未配平，反应两侧的碳、氢、氧原子数量不相等。
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错误2：、 和 前缺失系数6，因此该方程式不符合要求的配平版本。
Exam tip:
考试不会要求你从零开始配平有氧呼吸方程式，但你必须能够识别正确的配平版本，并凭记忆完整写出。
3. 无氧呼吸：差异与文字方程式★★★☆☆⏱ 4 min
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无氧呼吸发生在氧气不足的场景下，例如剧烈运动过程中的人体肌肉细胞，或是生长在无氧环境中的酵母细胞。它会导致葡萄糖的不完全分解，因此释放的ATP远少于有氧呼吸。
Organism Group | Waste Products | Word Equation |
|---|---|---|
Animals (e.g. human muscle cells) | Lactic acid only (no CO2, no water) | glucose → lactic acid |
Plants and fungi (e.g. yeast) | Ethanol + carbon dioxide | glucose → ethanol + carbon dioxide |
Aerobic respiration uses oxygen; anaerobic does not
Aerobic respiration completely breaks down glucose; anaerobic breaks glucose down incompletely
Aerobic respiration releases large amounts of ATP per glucose; anaerobic releases small amounts of ATP
Aerobic respiration produces CO2 and water; anaerobic produces organism-specific waste products as listed above
一名学生提出人体肌肉细胞的无氧呼吸会生成乙醇和二氧化碳。请说明该说法为何错误，并给出正确的产物。
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首先回忆动物体内无氧呼吸的产物：仅生成乳酸，没有二氧化碳或乙醇。
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乙醇和二氧化碳是植物和酵母的无氧呼吸产物，而非动物的。
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正确产物：乳酸。
4. 必修实验：探究活生物体的呼吸作用★★★★☆⏱ 5 min
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笔试中会考察你对该实验的相关知识，包括实验方法、对照组、预期结果和结论。该实验以发芽的（正在进行呼吸作用的）种子作为活体组织，探究呼吸作用的两种副产物：二氧化碳和热量。
对照组
实验中移除待测变量的组别，用于提供对比基准。在本实验中，煮沸的（死亡的）种子就是对照组，因为它们无法进行呼吸作用。
CO2 investigation: Place equal masses of germinating seeds and boiled (dead) seeds in separate sealed test tubes, connected to a tube of hydrogencarbonate indicator or limewater. Leave for 30 minutes, then observe colour changes.
Heat investigation: Place equal masses of germinating seeds and boiled (dead) seeds in separate insulated thermos flasks, with a thermometer placed in each, sealed at the top. Record the temperature in each flask every 24 hours for 3 days.
请说明二氧化碳和热量两个探究实验的预期结果，以及你可以从这些结果中得出的结论。
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二氧化碳探究实验结果：装有发芽种子的试管中的碳酸氢盐指示剂会从红色变为黄色（或者澄清石灰水变浑浊）。装有死亡种子的对照试管中的指示剂保持红色（澄清石灰水保持澄清）。
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热量探究实验结果：装有发芽种子的烧瓶内的温度在3天内会升高数摄氏度。装有死亡种子的对照烧瓶内的温度保持不变。
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结论：进行呼吸作用的活种子会释放二氧化碳和热量，作为呼吸作用的副产物。
Exam tip:
当该实验相关题目要求你设置对照组时，一定要明确指出对照组是煮沸的死亡种子，这是高频考点。你也可以使用其他呼吸组织比如鼠妇或者发芽的豆子，但对照组始终是同种类型、不进行呼吸作用的死亡组织。
5. 考试答题表述与核心得分点★★☆☆☆⏱ 2 min
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6. 常见陷阱
错误做法:
Confusing respiration (cellular chemical reaction) with breathing/ventilation
原因:
Mark schemes explicitly require the distinction for definition questions, and mixing these terms leads to lost marks.
正确做法:
Always define respiration as the enzyme-controlled chemical reaction in cells that releases energy from glucose, not the physical process of gas exchange.
错误做法:
Writing that anaerobic respiration in animals produces carbon dioxide
原因:
This is a common mark scheme discriminator: animal anaerobic respiration only produces lactic acid, no CO2.
正确做法:
Memorise the product split: animals = lactic acid only; plants/yeast = ethanol + CO2.
错误做法:
Giving an unbalanced aerobic respiration symbol equation, e.g. missing 6 coefficients for O2, CO2 and H2O
原因:
The spec requires you to recall the exact balanced symbol equation for aerobic respiration.
正确做法:
Practice writing until you can recall it perfectly.
错误做法:
Forgetting to name the control group (boiled/dead seeds) in the required practical
原因:
Control groups are a required marking point for all practical questions.
正确做法:
Always state that the control is boiled, non-respiring seeds, used to prove that only living respiring tissue produces CO2 and heat.
错误做法:
Stating that anaerobic respiration produces the same amount of ATP as aerobic respiration
原因:
Anaerobic respiration only partially breaks down glucose, so releases far less ATP per glucose molecule.
正确做法:
Explicitly state that aerobic respiration releases more ATP than anaerobic when comparing the two processes.
7. 速查表
Topic | Key Fact |
|---|---|
ATP | Immediate energy source for cells, produced by respiration |
Aerobic Word Equation | glucose + oxygen → carbon dioxide + water |
Aerobic Symbol Equation | |
Anaerobic (Animals) Word Equation | glucose → lactic acid |
Anaerobic (Plants/Yeast) Word Equation | glucose → ethanol + carbon dioxide |
Practical Control | Boiled/dead (non-respiring) seeds |
Aerobic vs Anaerobic | Aerobic uses O2, full glucose breakdown, more ATP; anaerobic no O2, partial breakdown, less ATP |
8. 常见问题
我需要熟记无氧呼吸的符号方程式吗？
不需要，Edexcel IGCSE生物大纲仅要求你识记动物、植物和酵母中无氧呼吸的文字方程式，只有有氧呼吸要求掌握配平后的符号方程式。
呼吸作用和呼吸（通气）是一回事吗？
不是。呼吸作用是发生在所有活细胞中的化学反应，从葡萄糖中释放能量以生成ATP。呼吸（通气）是物理过程，将氧气吸入体内、将二氧化碳排出体外，为细胞提供有氧呼吸所需的氧气。
呼吸作用实验中煮熟的种子有什么作用？
煮熟的种子已经死亡，无法进行呼吸作用，在实验中作为对照组，用于证明二氧化碳和热量的释放来自有活性的、正在进行呼吸作用的组织。
深入阅读
下一步
Now that you have mastered respiration content for Edexcel IGCSE Biology, you are ready to move on to related topics that build on this knowledge. The next core topic in Section 2 is gas exchange, which covers how oxygen is delivered to respiring cells and waste carbon dioxide is removed from the body across specialised gas exchange surfaces in plants, animals and humans. You will also encounter applications of anaerobic respiration in yeast later in the course, when studying biotechnology and food production in Section 5. Make sure to test your knowledge of respiration equations and practical methods with past paper questions to identify any gaps before your exam, as this topic appears frequently in both multiple choice and structured written questions.