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第3节 细胞呼吸的原理和应用
？问题探讨酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。1、都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？3、在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。 细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
一、细胞呼吸的方式
1．探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁和液泡。营养条件好时可进行无性生殖；营养条件不好时可以进行有性生殖。酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌,因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
酵母菌的电镜照片（放大4750倍）
酵母菌结构模式图
一、细胞呼吸的方式
1．探究酵母菌细胞呼吸的方式
（1）提出问题
酵母菌在有氧条件可否呼吸？呼吸的产物是什么？
酵母菌在无氧的条件是否可以呼吸？呼吸的产物是什么？
（2）作出假设
酵母菌在有氧条件下产生CO2。
酵母菌在无氧条件下产生酒精和CO2。
实验思路？
分析变量
自变量：
因变量：
无关变量：
细胞呼吸的条件
细胞呼吸的产物
有氧
无氧
影响实验结果的可变因素
酒精、CO2
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳。
反应物的量、反应时间、pH、
温度、酵母菌的活性
一、细胞呼吸的方式
(3)．设计实验
一、细胞呼吸的方式
(3)．设计实验
参考资料
CO2的检测：
方案1：通入澄清的石灰水：澄清→浑浊
方案2：溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→ 绿→黄
方案3：CO2传感器
酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应：
橙色→灰绿色
石灰水
一、细胞呼吸的方式
1．探究酵母菌细胞呼吸的方式
A
接橡皮球
（ 或气泵）
B
质量分数为10%
的NaOH 溶液
酵母菌
培养液
澄清的
石灰水
酵母菌
培养液
澄清的
石灰水
（4）进行实验
5、 分析结果，得出结论
组别 条件 CO2检测 结果 结论 酒精检测 结果 结论
A组 有氧 由蓝变绿再变黄/较快 无明显颜色变化
B组 无氧 由蓝变绿再变黄/较慢 橙色变灰绿色 有氧条件产生的CO2多
有氧条件不产生酒精，
无氧条件产生酒精
对比实验
组别 条件 溴麝香草酚蓝水溶液 加入酸性重铬酸钾溶液
A组 有氧
B组 无氧
由蓝变绿再变黄/较快
无明显颜色变化
由蓝变绿再变黄/较慢
橙色变灰绿色
记录结果
对比实验
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。
在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，需要设置有氧和无氧两种条件来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
概念
举例
接气泵或
橡皮球
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
细胞呼吸的方式
有氧呼吸
无氧呼吸
（5）分析结果，得出结论
一、细胞呼吸的方式
1．探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。在有氧条件
下，通过细胞呼吸产生大量的CO2和水；在无氧条件下通过细胞
呼吸产生酒精，还产生少量的CO2。
二.有氧呼吸
：
细胞呼吸的主要形式。
外膜
内膜
嵴
基质
线粒体:
有氧呼吸的主要场所
含有多种与有氧呼吸有关的酶
（内膜向内折叠形成嵴）
二.有氧呼吸
细胞呼吸的主要形式。
3.反应式：
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋ 12H2O
＋ 能量
1.有氧呼吸最常利用的物质是 （ ）。
C6H12O6
葡萄糖
2.反应场所： 和 （主要场所）。
细胞质基质
线粒体
细胞质基质
。
二.有氧呼吸
4.过程：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
少量[H]
①
少量
能量
ATP
热量
场所：细胞质基质
酶
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
+4[H] + 少量能量
（1）
2丙酮酸
二.有氧呼吸
4.过程：
2丙酮酸
6CO2
少量能量
ATP
热量
酶
6H2O
20[H]
线粒体
②
场所：线粒体基质
酶
丙酮酸彻底分解
6CO2+20[H]+少量能量
（2）
+6H2O
2丙酮酸
4.过程：
大量[H]
线粒体
少量[H]
6O2
酶
12H2O
大量能量
ATP
热量
[H]的氧化
酶
12H2O + 大量能量
（3）
[H] + 6O2
场所：线粒体内膜
二.有氧呼吸
C6H12O6
2丙酮酸
酶
6CO2
4[H]
能量
2ATP
热量
能量
2ATP
热量
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能量
34ATP
热量
线粒体
细胞质基质
②
①
③
有氧呼吸过程示意图
场所：线粒体内膜
[H]的氧化
酶
12H2O + 大量能量
（3）
24[H] + 6O2
场所：线粒体基质
场所：细胞质基质
二.有氧呼吸
4.过程：
酶
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
+4[H] + 少量能量
（1）
2丙酮酸
酶
丙酮酸彻底分解
6CO2+20[H]+少量能量
（2）
+6H2O
2丙酮酸
细胞在____的参与下，通过_______的催化作用，把_______等有机物_______________，产生_____和_____，释放______,生成_________的过程。
氧
多种酶
葡萄糖
CO2
H2O
能量
彻底氧化分解
大量ATP
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
二.有氧呼吸：
5.定义：
反应过程 ，多步反应， 释放能量，有相当一部分储存在 中。
6.特点：
温和
ATP
逐步
有氧呼吸的三个阶段
过程 场所 条件O2 主要反应物 产物
第一阶段
第二阶段 丙酮酸、
第三阶段
细胞质
基质
线粒体
基质
线粒体
内膜
丙酮酸、少量ATP、[H]
CO2、少量ATP、[H]
H2O、大量ATP
不需O2
不需O2
需O2
葡萄糖
H2O
O2、 [H]
特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。
细胞质基质
三.无氧呼吸：
1.过程：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
少量[H]
①
少量
能量
ATP
热量
酶
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
+[H] + 少量能量
（1）
2丙酮酸
场所：细胞质基质
与有氧呼吸第一阶段相同
细胞质基质
三.无氧呼吸：
1.过程：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
少量[H]
①
2C2H5OH（酒精）+2CO2
酶
酶
2C3H6O3（乳酸）
第二阶段：不放能
少量
能量
ATP
热量
酶
C6H12O6
+[H] + 少量能量
（2）
2丙酮酸
丙酮酸不彻底分解
场所：细胞质基质
细胞质基质
三.无氧呼吸：
1.过程：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
少量[H]
①
2C2H5OH（酒精）+2CO2
酶
酶
2C3H6O3（乳酸）
第二阶段：不放能
与有氧呼吸第一阶段相同
少量
能量
ATP
热量
高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）
酵母菌、
大多数植物
三.无氧呼吸：
5.总反应式：
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)＋少量能量
2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量
C6H12O6
酶
在没有 参与的情况下， 等有机物经过 分解，释放 能量的过程。
3.定义:
氧气
葡萄糖
不完全
少量
2.场所：
细胞质基质
4.能量去向:
葡萄糖分子中的大部分能量存留在 或 中。
乳酸
酒精
三.无氧呼吸：
6.发酵：
酵母菌、乳酸菌等 的无氧呼吸也叫做发酵。产生酒精的叫 发酵。产生 的叫乳酸发酵。
微生物
酒精
乳酸
有氧呼吸与无氧呼吸的比较：
有氧呼吸 无氧呼吸
场所
条件
反应物
终产物
【H】的产生阶段
ATP的产生阶段
释放能量多少
有机物分解程度
共同点 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、酶
无氧、酶
葡萄糖、水、O2
葡萄糖
CO2 、 H2O
乳酸 / 酒精和CO2
第1、2阶段
第1阶段
多
少
彻底
不彻底
1.过程:第一阶段完全相同；2.条件:都需要多种酶的催化；3.本质:都是氧化分解有机物，释放能量，生成ATP。
第1、2、3阶段
第1阶段
细胞呼吸：
细胞呼吸是指 在 内经过一系列的 分解，生成 或其他产物，释放 并生成 的过程。所有生物的 ，都离不开 释放的能量。
有机物
细胞
氧化
二氧化碳
能量
ATP
细胞呼吸
生存
四.细胞呼吸原理的应用：
用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料包扎伤口，既敷了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧菌的繁殖，利于伤口的痊愈。
酵母菌是兼性厌氧菌。在控制通气等条件下，酵母菌有氧呼吸并大量繁殖；无氧条件下则酒精发酵。
土壤板结后及时松土透气，可使根细胞充分的有氧呼吸，有利于根系生长和吸收无机盐。松土透气有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使其分解土壤中的有机物，利于植物吸收无机盐。
四.细胞呼吸原理的应用：
破伤风芽孢杆菌只进行无氧呼吸，很适合在较深的伤口里（缺少氧气）生存并大量繁殖。所以，皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌容易大量繁殖。
粮食储藏：低温和干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期。
果蔬储藏：低氧、冲氮气（将氧气浓度维持在低浓度）或降温等。
提倡有氧运动：原因之一避免肌细胞因O2不足无氧呼吸产生大量乳酸，积累过多乳酸使肌肉酸痛。
五、影响细胞呼吸作用的因素
同一生物不同生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。
同一生物不同器官呼吸速率不同，如生殖器官呼吸速率大于营养器官。
不同生物呼吸速率不同，如旱生植物呼吸速率大于水生植物，阴生植物呼吸速率小于阳生植物。
1.内因：由遗传决定。
五.影响细胞呼吸的因素：
（1） 温度：主要影响酶的活性。
应用：蔬菜和水果储存应降温；大棚栽培植物有昼夜温差.
①最适温度:细胞呼吸最强。
②超过最适温度:呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
③低于最适温度:呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
2.外因：由环境决定
五.影响细胞呼吸的因素：
A点：不消耗O2，产生CO2。只进行无氧呼吸。
B点：
C点之后：
只进行有氧呼吸。
无氧呼吸消失。
P点对应的O2浓度：
细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。
D点：
储存蔬菜水果
A
p
C
B
5 10 15 20 25
无氧呼吸速率
CO2的生成量
有氧呼吸速率
释放量
CO2
O2浓度%
D
（2）氧气：直接影响呼吸速率和呼吸性质。对无氧呼吸有抑制作用。
应用：贮藏蔬菜、水果和种子时， O2浓度保持在D点，细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。
2.外因：由环境决定
A.全过程必须有氧参与，并且始终在线粒体中进行
B.第一阶段是葡萄糖分解生成丙酮酸，产生大量的[H]和ATP
C.第二阶段是丙酮酸分解生成CO2和H2O，产生少量的ATP
D.第三阶段是[H]和氧结合产生H2O，同时生成大量的ATP
2.下列关于有氧呼吸过程的叙述,正确的是　(　　)
D
课堂小练
1.关于无氧呼吸的叙述中，正确的是 ( )
A.不产生CO2 B.一定产生CO2
C.不形成ATP D.物质氧化分解不彻底
D
①与氢结合生成水 ②与碳结合生成二氧化碳
③在线粒体中被消耗 ④在线粒体和细胞质基质中被消耗
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
4.在有氧呼吸过程中，进入细胞中的氧将（ ）
A
A．形成二氧化碳时 B．形成［H］时
C．形成水时 D．形成丙酮酸时
5.有氧呼吸中产生能量最多的是（ ）
C
6. 现有甲酵母菌进行有氧呼吸,乙酵母菌进行发酵,若它们消耗等量的葡萄糖,则它们放出CO2和吸收的O2之比是( )
A.3:1 B.1:2 C.4:3 D.2:3
课堂小练
C

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