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细胞呼吸的原理和应用
第5章 第3节
一、细胞呼吸的概念
细胞呼吸（呼吸作用）是指有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并且生成ATP的过程。
细胞呼吸的类型
有氧呼吸
无氧呼吸
3. 有氧呼吸三个阶段的反应式
C6H12O6
酶
2 C3H4O3 +4 [H] + 能量(少量)
（丙酮酸）
场所：细胞质基质
① 第一阶段
② 第二阶段
酶
6 CO2 +20 [H] + 能量(少量)
场所：线粒体基质
2 C3H4O3
（丙酮酸）
③ 第三阶段
酶
12 H2O + 能量（大量）
场所：线粒体内膜
24 [H] + 6 O2
+ 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO2 + 12 H2O + 能量
酶
5. 有氧呼吸总化学反应式：
依据各个阶段的反应物和产物，写出有氧呼吸的总反应方程式，并标出O原子的转移过程。
问题探讨
为什么葡萄糖不能在线粒体中氧化分解？
① 线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；
② 线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
问题探讨
1. 无线粒体的生物，有的也可以进行有氧呼吸，如蓝细菌、硝化细菌等。
2. 哺乳动物成熟的红细胞只进行无氧呼吸。
【易错提醒】
细胞膜行使线粒体内膜的功能。
有些原核细胞没有线粒体，那么它们的有氧呼吸过程各个阶段在什么地方进行呢？
问题探讨
真核细胞 原核细胞
第一阶段
第二阶段
第三阶段
线粒体内膜
线粒体基质
细胞质基质
细胞质基质
细胞质基质
细胞膜
[ H ]
[ H ]
1 mol葡萄糖彻底氧化分解，释放2870 kJ的能量，其中977.28 kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。试计算：
1）有氧呼吸的能量转化效率
2）有氧呼吸消耗1 mol葡萄糖能合成多少ATP
4. 有氧呼吸过程中的能量转换
转化效率 = 977.28 / 2870 = 34%
产生ATP mol数 = 977.28 / 30.54 = 32 mol
第1阶段：2mol
第2阶段：2mol
第3阶段：28mol
糖类等有机物中稳定的化学能
ATP中活跃的化学能和热能
（大部分）
6. 概念：
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
能量
彻底氧化分解
大量ATP
CO2 H2O
二、有氧呼吸
思考：有氧呼吸与体外燃烧都是氧化分解，有哪些区别？
1. 在温和的条件下进行
2. 能量经过一系列的化学反应逐步释放
3. 有相当一部分能量储存在ATP中
1. H2O第几阶段参与反应？第几阶段产生？
2. O2第几阶段参与反应？ CO2第几阶段产生？
3. 丙酮酸在哪里产生，在哪里被分解？
4. [ H ]产生的具体场所是？
第二阶段反应，第三阶段产生
第三阶段
细胞质基质 线粒体基质
细胞质基质、线粒体基质
第二阶段
【课堂检测】
三、无氧呼吸
1. 场所：细胞质基质
2. 过程：
C6H12O6
酶
2 C3H4O3＋
4 [ H ]＋能量(少量)
第一阶段
场所：
细胞质基质
☆与有氧呼吸第一阶段完全相同!
第二阶段
场所：
细胞质基质
2 C3H4O3 + 4 [ H ]
酶
酶
2 C2H5OH(酒精) + 2 CO2
2 C3H6O3(乳酸)
3. 无氧呼吸的总反应式
C6H12O6
2 C3H6O3 + 少量能量
酶
C6H12O6
2 C2H5OH + 2 CO2 + 少量能量
酶
① 产乳酸的无氧呼吸
② 产乙醇的无氧呼吸
适用生物或组织：
人、动物、乳酸菌、甜菜的块根、马铃薯块茎、玉米的胚等。
适用生物或组织：
绝大多数植物细胞、酵母菌等。
4. 无氧呼吸过程中的能量转换
1 mol葡萄糖经过无氧呼吸，释放196.65 kJ的能量，其中61.08 kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。试计算：
1）无氧呼吸消耗1 mol葡萄糖能合成多少ATP
2）为什么无氧呼吸只能释放少量能量？剩余的能量都去哪了？
产生ATP mol数 = 61.08 / 30.54 = 2 mol
第1阶段：2mol
第2阶段：0
注意：无氧呼吸只在第一阶段产生少量能量，生产少量的ATP。
葡萄糖的分解不彻底，还有大量的能量存留在酒精或乳酸中
三、无氧呼吸
5. 概念：
细胞在_______________的情况下，葡萄糖等有机物经过________分解，释放出____________的过程。
没有氧气参与
不完全
少量能量
6. 发酵：
习惯上把微生物的无氧呼吸称作发酵。
酒精发酵
（酵母菌在无氧条件下 酿酒）
乳酸发酵
（乳酸菌 制作酸奶、泡菜）
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 场所
条件
分解 产物
能量
ATP产生 阶段
相同点 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气、多种酶
葡萄糖彻底分解为CO2和H2O
葡萄糖不彻底分解，
形成乳酸或酒精和CO2
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
有氧呼吸的三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
第一阶段反应完全相同；两种呼吸方式实质相同，都是分解有机物，释放能量。
【课堂总结】有氧呼吸与无氧呼吸的比较
【课堂总结】判断细胞呼吸的方式
1. 既无O2的吸收也无CO2 的释放，则呼吸方式为
2. 无O2的吸收有CO2 的释放，则呼吸方式为
3. 既有O2的吸收也有CO2 的释放，且O2吸收量 = CO2释放量，则呼吸方式为
4. 既有O2的吸收也有CO2 的释放，且O2吸收量＜ CO2释放量，则呼吸方式为
5. 若细胞O2吸收量 > CO2释放量，说明：
细胞呼吸的底物不是糖类，可能是脂肪
产乳酸的无氧呼吸
产酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或
有氧呼吸与产乳酸的无氧呼吸同时进行
同时进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸
四、细胞呼吸原理的应用
①包扎伤口时，需用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口。防止厌氧微生物滋生。
葡萄酒
泡菜
②利用微生物或其他生物的细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其他代谢产物。
四、细胞呼吸原理的应用
③中耕松土(通气)
④水果、粮食的储存：
储存水果、蔬菜：
零上低温、低氧、高CO2、一定湿度
储存粮食：
零上低温、低氧、高CO2、干燥
促进根的呼吸，有利于无机盐的吸收
四、细胞呼吸原理的应用
⑤皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。遇到这种情况，需及时清理伤口、敷药并注射破伤风抗毒血清。
知识总结：破伤风杆菌是厌氧菌，只能进行无氧呼吸，O2对其细胞呼吸有抑制作用。
⑥无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠无氧呼吸来获取能量，会引起人有肌肉酸胀乏力的感觉。
提倡慢跑等有氧运动：促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。
五、细胞呼吸的影响因素
1. 内因——遗传因素（决定酶的种类和数量）
（1）不同种类的植物呼吸作用强度不同：
旱生＜水生 阴生＜阳生
（2）同一植物在不同的生长发育时期呼吸作用强度不同：
幼苗、开花期 > 成熟期
（3）同一植物的不同器官呼吸速率不同：
生殖器官 > 营养器官
五、细胞呼吸的影响因素
2. 外因
（1）温度：
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸作用强度。
应用：
①贮存水果时，适当降低温度能延长保存时间。
②在农业上，例如大棚蔬菜夜晚适当降低温度，可以减少呼吸作用对有机物的消耗，提高产量。
注意：恒温动物具有体温调节能力，体温不会随着外界温度变化而变化。因此，细胞呼吸速率不会随着环境温度变化呈现如图所示的变化。
相反的，在外界温度较低时，恒温动物会通过增加呼吸速率来增加产热量进而维持体温恒定。
五、细胞呼吸的影响因素
2. 外因
（2）氧气浓度：
氧气浓度对有氧呼吸强度的影响
氧气浓度对无氧呼吸强度的影响
一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，不再增加。
无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制，氧浓度达一定值时，被完全抑制。
② 氧气浓度0~b时：
氧气浓度对酵母菌(或植物非绿色器官)的呼吸作用强度的影响。
有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，
有氧呼吸速率增大，
无氧呼吸速率减小。
① 氧气浓度为0时：
有氧呼吸速率为零，
无氧呼吸速率最大，
有机物消耗量较多。
五、细胞呼吸的影响因素
氧气浓度对酵母菌(或植物非绿色器官)的呼吸作用强度的影响。
五、细胞呼吸的影响因素
③ 氧气浓度为a时：
无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱，
细胞呼吸较弱，消耗有机物较少。
储存蔬菜、水果、粮食等，应控制氧气浓为a(或a附近)。
④ 氧气浓度为b时：
无氧呼吸被完全抑制，细胞呼吸即为有氧呼吸。
五、细胞呼吸的影响因素
应用：
① 中耕松土，可增强根的呼吸作用，有利于矿质元素的吸收。
② 在储存蔬菜、水果、粮食时，为了减少有机物消耗，应控制低氧(a点氧气浓度)环境
五、细胞呼吸的影响因素
2. 外因
（3）含水量：
原理
自由水含量多，新陈代谢加快，呼吸作用强度上升。
1. 土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。
2. 将种子晒干，以减弱呼吸作用，有利于储存。
应用
五、细胞呼吸的影响因素
2. 外因
（4）CO2浓度：
超过大气含量的高浓度CO2使呼吸作用强度显著降低。
应用：
在蔬菜和水果保鲜中，适当增加CO2浓度，可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗可提高保鲜效果。
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌是一种单细胞真菌，在自然界分布广泛，主要生长在偏酸性的潮湿的含糖环境中，在水果、蔬菜、蜜饯的内部和表面以及在果园土壤中最为常见。在通风情况下，酵母菌发酵面团，可以制成松软多孔的馒头、面包；但在密闭的情况下，发面会有酒精味。
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属兼性厌氧型生物，常用于呼吸作用方式的研究。
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
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
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
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
① 自变量：
氧气的有无
如何控制自变量？
甲组：通气；乙组：密封
将装置甲连通橡皮球的目的：_________________
保证O2充分供应
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
② 因变量：
不同细胞呼吸的产物（CO2的产生量及是否产生酒精）
如何检测因变量？
CO2的检测
1. 通入澄清的石灰水：
澄清→浑浊
2. 溴麝香草酚蓝水溶液：
蓝→ 绿→黄
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
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
③ 连接实验装置：
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
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，这样的实验叫做对比实验，也叫做相互对照实验。
甲组中空气通过含NaOH溶液的目的：
去除空气中CO2，排除其对实验结果的影响。
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的：
消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
A、B培养瓶中先加入等量的加热煮沸后冷却的葡萄糖溶液，再接种等量酵母菌。其中加热煮沸的目的是什么？
1. 除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。
2. 杀死葡萄糖溶液中可能存在的杂菌，避免对实验结果的干扰。
观察项目 有氧装置 无氧装置
澄清石灰水变浑浊程度
溴麝香草酚蓝水溶液颜色变化时间
酸性重铬酸钾检验情况
浑浊程度高
浑浊程度低
颜色变化时间短
颜色变化时间长
无颜色变化
橙色→灰绿色
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
④ 实验结果：
酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸。
在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2
在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2
六、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
⑤ 实验结论：
实验分析
1.实验成功的关键取决于严格控制有氧和无氧
有氧呼吸装置应提供稳定的有氧环境，如气泵持续通入空气。在无氧呼吸装置中，装有酵母菌的锥形瓶放置一段时间再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，使得锥形瓶中氧气耗尽，也可以选择在无氧呼吸装置加入酵母菌溶液后，立即加入石蜡油密封，以提供严格的无氧环境。
实验分析
2.用酸性重铬酸钾时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。可能原因是什么？
①有氧呼吸装置实验操作中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精
②重铬酸钾是强氧化剂，酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬酸钾氧化，其颜色反应与酒精相同。因此，有氧与无氧装置中酸性重铬酸钾的颜色反应可能为葡萄糖所致。
七、设计实验探究植物的呼吸方式
1. 实验设计
欲探究某植物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：
探究植物细胞呼吸的方式
甲组测定___________,记为x，
乙组测定________________________，记为y.
O2吸收量与CO2释放量的差
甲组
乙组
O2吸收量
————
呼吸商=
Vco2
Vo2
=
————
|x-y|
x
七、设计实验探究植物的呼吸方式
1. 两组装置在测定时应_________活塞；
2. 装置一中NaOH的作用是________________
______________。其测定的是_____________，
着色液滴的移动方向可能是____________；
3. 装置二测定的是_______________________
_____________________，着色液滴的移动方向可能是_________________。
有氧呼吸O2吸收量与
O2吸收量
细胞呼吸CO2释放量的差
关闭
将细胞呼吸产生
的CO2吸收
左移或不变
右移或不变
七、设计实验探究植物的呼吸方式
2. 实验结果及结论
实验现象 结　论
装置一液滴 装置二液滴 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
不动
不动
不动
不动
右移
左移
七、设计实验探究植物的呼吸方式
3. 实验分析
① 为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置应该如何设置？
对照装置与装置二相比，不同点是用煮熟的种子代替发芽的种子，其余均相同。
对照装置可用于减少装置的机械误差，减少环境因素对实验结果造成的影响。
② 若需探究一株绿色植物的呼吸方式，装置还应该做怎样的处理？
此时装置应置于黑暗中，或将装置套上黑罩以遮光。防止植物进行光合作用对实验结果造成的影响。
1. 在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如表所示。底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是( )
A. a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸
B. b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多
C. c条件下，无氧呼吸最弱
D. d条件下，产物的CO2全部来自线粒体
条件 a b c d
CO2释放量 10 8 6 7
O2吸收量 0 3 4 7
D
【课堂练习】

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