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第3节 细胞呼吸原理和应用
第2课时　无氧呼吸和细胞呼吸原理的应用
1. 从物质与能量的视角,阐明无氧呼吸的概念。
2. 通过对比有氧呼吸与无氧呼吸的异同,提高构建知识体系的能力。
3. 通过分析细胞呼吸原理在生产、生活中的应用,培养关心科学技术发展、关心社会生活的意识。
目标一、 无氧呼吸
1. 类型及反应式
类型 反应式
酒精发酵 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
乳酸发酵 C6H12O62C3H6O3＋少量能量
2．场所、过程及意义
场所 细胞质基质
过程 (1)第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。 (2)第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和CO2，或者转化成乳酸
意义 (1)细胞呼吸能为生命活动提供能量，是ATP的主要来源。 (2)细胞呼吸是生物体代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸联系起来。
3.判断下列相关表述的正误
（1） 所有细菌都能进行无氧呼吸。( × )
（2） 水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳。( × )
（3） 无氧呼吸两个阶段都可以产生ATP 。( × )
（4） 无氧呼吸产物中只有酒精或乳酸。( × )
任务一　分析无氧呼吸的过程及其与有氧呼吸的比较
(一)分析无氧呼吸的过程
1．尝试写出无氧呼吸两个阶段的反应式
第一阶段(与有氧呼吸第一阶段相同) C6H12O6―→2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]＋少量能量
第二阶段 产生酒精 2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]―→2C2H5OH(酒精)＋2CO2 大多数植物、酵母菌等
产生乳酸 2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]―→2C3H6O3(乳酸) 高等动物、乳酸菌和少数植物器官(马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等)
2.为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段反应呢？(提示信息：已知细胞中的NAD＋的含量不多；丙酮酸不能运出细胞。)
　由于细胞中NAD＋的含量不多，随着NADH的积累，NAD＋逐渐被消耗。当NAD＋的含量很低时，细胞呼吸的第一阶段的过程就会停止，ATP的合成也会停止。因此为了保障通过细胞呼吸第一阶段的持续以获得ATP, NADH就要转化成NAD＋来实现循环利用，来自NADH中的氢就会被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能运出细胞的，如果持续积累，也会抑制细胞呼吸第一阶段的进行。
3．不同细胞无氧呼吸产物不同的直接原因是什么？
　不同细胞所具有的酶的种类不同，导致反应途径不同，产物也不同。
4．1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖在分解生成乳酸以后，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析，在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？
　无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要储存到乳酸或酒精中没有释放出来；而氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失。
5．骨骼肌中的丙酮酸被还原成乳酸，大部分从活跃的肌细胞中扩散到血液，然后又通过血液带回肝，在肝中重新转化成葡萄糖。从物质和能量角度解释乳酸在肝脏中重新转化成葡萄糖的意义是什么？
　减少机体内物质和能量的浪费，有机物和能量再次被利用。
6．请从竞争的角度思考，乳酸菌通过无氧呼吸产生乳酸的意义是什么？
　乳酸菌产生的乳酸排到外界环境中，会导致环境中pH降低，使得一些不耐酸的微生物死亡，有利于乳酸菌在竞争中占据优势。
(二)比较有氧呼吸和无氧呼吸
列表比较有氧呼吸和无氧呼吸
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质
条件 需氧、酶 不需氧、需酶
产物 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸
能量 大量 少量
相同点 过程 葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同
实质 分解有机物，释放能量，合成ATP
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
1．(2021·全国甲卷)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是(　　)
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
解析：选B　酵母菌的代谢类型是异氧兼性厌氧型，与无氧条件相比，在有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；酵母菌的无氧呼吸在细胞质基质中进行，第一阶段产生丙酮酸、还原型氢，并释放少量能量，第二阶段丙酮酸被还原型氢还原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合题意，C不符合题意；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可以在第二阶段生成CO2，D不符合题意。
2．[H]是在生物细胞广泛存在的递氢体，对生物细胞内的多种化学反应的正常进行具有重要作用。下图是小麦叶肉细胞中[H]在细胞代谢中的产生和传递途径，X、Y、Z表示不同的物质，相关叙述正确的是(　 )
A．X表示丙酮酸，形成时有[H]产生
B．Z表示CO2，②过程无[H]消耗和产生
C．Y表示酒精，③过程有[H]消耗和产生
D．在O2充足的情况下，①②发生在线粒体
解析：选A　①表示有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段，在细胞质基质进行，一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸(X)并产生少量的[H]，A正确；②表示有氧呼吸的第二和第三阶段，Z表示CO2，第二阶段产生[H]、第三阶段消耗[H]，B错误；③表示无氧呼吸第二阶段，Y表示酒精，该过程有[H]消耗但无[H]产生，C错误；在O2充足的情况下，①②表示有氧呼吸的过程，发生在细胞质基质和线粒体中，D错误。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
在通风条件不好的环境中储藏的枣会有酒味散发，而马铃薯储藏久了却不会有酒味产生，其中的原因是枣无氧呼吸的产物是酒精和 ，马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸。因为不同生物细胞所具有的酶不同，导致反应途径不同，产物也不同。
目标二、 细胞呼吸原理的应用
应用 原理
提倡有氧运动 因为剧烈运动供氧不足时，无氧呼吸积累过多⑧乳酸，使肌肉酸胀乏力
及时松土透气 增加根细胞的⑨有氧呼吸，产生更多能量，促进
预防破伤风 只能进行⑩无氧呼吸，皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，需及时到医院治疗
酿酒 酿酒的早期要通气，有利于酵母菌 进行有氧呼吸，从而快速繁殖；后期密闭，有利于酵母菌 进行无氧呼吸产生酒精
用“创可贴”、透气消毒纱布包扎伤口 为伤口创造 有氧环境，避免厌氧菌繁殖，有利于伤口愈合
储藏水 果、粮食 往往通过降低 温度、降低 氧气含量等措施，来减弱其呼吸作用，以延长保质期
3.判断下列相关表述的正误
（1）不同生物无氧呼吸所需要的酶都是相同的。(×)
（2）无氧呼吸的两个阶段都释放了少量的能量。 (×)
（3）无氧呼吸过程中没有氧气参与,所以有[H]的积累。 (×)
（4）人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。 (×)
（5）人的成熟红细胞中没有线粒体,只能进行无氧呼吸。 (√)
任务二　氧气对细胞呼吸的影响
1．原理
由曲线判断O2浓度对无氧呼吸和有氧呼吸的影响分别是什么？
　随O2浓度的升高无氧呼吸逐渐减弱；在一定浓度范围内，随O2浓度的升高有氧呼吸逐渐增强。
2．实践应用
(1)在储藏蔬菜或水果时，为降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，储藏室内的氧气应调节到图中的B点所对应的浓度。
(2)为什么农业生产中要通过中耕松土，提高作物产量？
　松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长。
(3)我们天天吃的馒头松软可口，可是利用酵母发面时，面块开始硬，后来软，而且表面有水珠出现，你知道是什么原因吗？
　发面用的是酵母菌，在和面时加入酵母菌，酵母菌利用面中的葡萄糖进行无氧呼吸产生二氧化碳和酒精，二氧化碳受热膨胀使馒头体积增大，所以馒头又松又软。表面由于氧气充足，酵母菌进行有氧呼吸产生大量二氧化碳和水，所以表面有水珠出现。
(4)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为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
　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。
②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？
　密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自身的生命活动提供能量；产生的酒精能抑制其他细菌的生长，利于自身的繁殖。
1．家庭制作绿豆芽的方法：将绿豆浸泡24 h后平铺在铺有厨房用纸的蒸笼上(下有可漏水的孔洞，防止积水使种子霉烂)，盖上湿毛巾，每天淋水(或流水冲洗)2～3次，放在一定的温度条件下培养。下列分析正确的是(　 )
A．水的作用是作为原料参与葡萄糖分解为丙酮酸的过程
B．温度越高，种子的萌发速率越快
C．豆芽中有机物的种类和含量均高于种子中
D．积水部位种子易霉烂的原因之一是酒精对种子有毒害作用
解析：选D　种子萌发过程会进行细胞呼吸，有氧呼吸第二阶段丙酮酸和水分解为CO2和[H]，而葡萄糖分解为丙酮酸的过程不消耗水，A错误；温度通过影响酶的活性，影响种子的萌发速率，当温度高于酶的最适温度时，随温度的升高，萌发速率降低，B错误；种子萌发形成豆芽的过程进行呼吸作用消耗有机物，故种子中的有机物含量减少，但种类增加，C错误；积水部位易缺氧，种子进行无氧呼吸产生的酒精对种子有毒害作用，D正确。
2．下图是外界条件对植物呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是(　　)
A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是b点对应的温度
B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸
C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖
D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制
解析：选B　甲图中b点对应的温度下植物呼吸作用的相对速率最大，说明该温度下细胞呼吸最旺盛，A正确；随O2浓度的增大有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸，曲线Ⅱ表示有氧呼吸，B错误；细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖，C正确；有氧呼吸需要酶的参与，温度会影响酶的活性，故在O2充足的条件下，有氧呼吸受温度或呼吸酶数量的限制，使曲线Ⅱ最终趋于平衡，D正确。
3．下图表示光照、储藏温度对番茄果实呼吸强度的影响。下列有关叙述正确的是(　　)
A．番茄果实细胞产生CO2的场所是细胞质基质
B．光照对番茄果实呼吸的抑制作用2 ℃时比15 ℃时更强
C．低温、黑暗条件下更有利于储存番茄果实
D．储藏温度下降时果实呼吸强度减弱，可能与细胞内酶的空间结构被破坏有关
解析：选B　番茄果实细胞有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质，无氧呼吸产生CO2的场所是细胞质基质，A错误；由题图可知，2 ℃时黑暗条件下与光照条件下呼吸强度差值比15 ℃时大，即2 ℃时光照对番茄果实呼吸的抑制作用更强，B正确；低温条件下呼吸强度较小，但黑暗条件下比光照条件下呼吸强度大，所以低温、光照条件下更有利于番茄果实的储存，C错误；低温仅抑制酶的活性，不破坏酶的空间结构，D错误。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 鲜果保鲜时常往包装袋中冲入适量 （或 ），这样做的原理是抑制细胞的有氧呼吸，减少有机物的消耗，有利于鲜果的保鲜。
（2） 农业上有一句关于锄地（中耕松土）的谚语“锄头下面有肥”，请结合所学知识分析该谚语的合理性。定期进行松土可增加土壤中的氧气浓度，能促进根细胞的有氧呼吸，为矿质元素吸收供应能量，从而提高农作物的产量。第3节 细胞呼吸原理和应用
第2课时　无氧呼吸和细胞呼吸原理的应用
班级 学号 姓名
1. 从物质与能量的视角,阐明无氧呼吸的概念。
2. 通过对比有氧呼吸与无氧呼吸的异同,提高构建知识体系的能力。
3. 通过分析细胞呼吸原理在生产、生活中的应用,培养关心科学技术发展、关心社会生活的意识。
目标一、 无氧呼吸
1. 类型及反应式
类型 反应式
酒精发酵
乳酸发酵
2．场所、过程及意义
场所 细胞质基质
过程 (1)第一阶段： (2)第二阶段：
意义 (1) (2)
3.判断下列相关表述的正误
（1） 所有细菌都能进行无氧呼吸。( )
（2） 水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳。( )
（3） 无氧呼吸两个阶段都可以产生ATP 。( )
（4） 无氧呼吸产物中只有酒精或乳酸。( )
任务一　分析无氧呼吸的过程及其与有氧呼吸的比较
(一)分析无氧呼吸的过程
1．尝试写出无氧呼吸两个阶段的反应式
第一阶段(与有氧呼吸第一阶段相同)
第二阶段 产生酒精 大多数植物、酵母菌等
产生乳酸 高等动物、乳酸菌和少数植物器官(马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等)
2.为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段反应呢？(提示信息：已知细胞中的NAD＋的含量不多；丙酮酸不能运出细胞。)
　由于细胞中NAD＋的含量不多，随着NADH的积累，NAD＋逐渐被消耗。当NAD＋的含量很低时，细胞呼吸的第一阶段的过程就会停止，ATP的合成也会停止。因此为了保障通过细胞呼吸第一阶段的持续以获得ATP, NADH就要转化成NAD＋来实现循环利用，来自NADH中的氢就会被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能运出细胞的，如果持续积累，也会抑制细胞呼吸第一阶段的进行。
3．不同细胞无氧呼吸产物不同的直接原因是什么？
　不同细胞所具有的酶的种类不同，导致反应途径不同，产物也不同。
4．1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖在分解生成乳酸以后，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析，在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？
　无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要储存到乳酸或酒精中没有释放出来；而氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失。
5．骨骼肌中的丙酮酸被还原成乳酸，大部分从活跃的肌细胞中扩散到血液，然后又通过血液带回肝，在肝中重新转化成葡萄糖。从物质和能量角度解释乳酸在肝脏中重新转化成葡萄糖的意义是什么？
　减少机体内物质和能量的浪费，有机物和能量再次被利用。
6．请从竞争的角度思考，乳酸菌通过无氧呼吸产生乳酸的意义是什么？
　乳酸菌产生的乳酸排到外界环境中，会导致环境中pH降低，使得一些不耐酸的微生物死亡，有利于乳酸菌在竞争中占据优势。
(二)比较有氧呼吸和无氧呼吸
列表比较有氧呼吸和无氧呼吸
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量 大量 少量
相同点 过程 葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同
实质
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
1．(2021·全国甲卷)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是(　　)
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
2．[H]是在生物细胞广泛存在的递氢体，对生物细胞内的多种化学反应的正常进行具有重要作用。下图是小麦叶肉细胞中[H]在细胞代谢中的产生和传递途径，X、Y、Z表示不同的物质，相关叙述正确的是(　 )
A．X表示丙酮酸，形成时有[H]产生
B．Z表示CO2，②过程无[H]消耗和产生
C．Y表示酒精，③过程有[H]消耗和产生
D．在O2充足的情况下，①②发生在线粒体
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
在通风条件不好的环境中储藏的枣会有酒味散发，而马铃薯储藏久了却不会有酒味产生，其中的原因是枣无氧呼吸的产物是酒精和 ,马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸。因为不同生物细胞所具有的酶不同，导致反应途径不同，产物也不同。
目标二、 细胞呼吸原理的应用
应用 原理
提倡有氧运动 因为剧烈运动供氧不足时，无氧呼吸积累过多⑧乳酸，使肌肉酸胀乏力
及时松土透气 增加根细胞的⑨有氧呼吸，产生更多能量，促进
预防破伤风 只能进行⑩无氧呼吸，皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，需及时到医院治疗
酿酒 酿酒的早期要通气，有利于酵母菌 进行有氧呼吸，从而快速繁殖；后期密闭，有利于酵母菌 进行无氧呼吸产生酒精
用“创可贴”、透气消毒纱布包扎伤口 为伤口创造 有氧环境，避免厌氧菌繁殖，有利于伤口愈合
储藏水 果、粮食 往往通过降低 温度、降低 氧气含量等措施，来减弱其呼吸作用，以延长保质期
3.判断下列相关表述的正误
（1）不同生物无氧呼吸所需要的酶都是相同的。(×)
（2）无氧呼吸的两个阶段都释放了少量的能量。 (×)
（3）无氧呼吸过程中没有氧气参与,所以有[H]的积累。 (×)
（4）人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。 (×)
（5）人的成熟红细胞中没有线粒体,只能进行无氧呼吸。 (√)
任务二　氧气对细胞呼吸的影响
1．原理
由曲线判断O2浓度对无氧呼吸和有氧呼吸的影响分别是什么？
　随O2浓度的升高无氧呼吸逐渐减弱；在一定浓度范围内，随O2浓度的升高有氧呼吸逐渐增强。
2．实践应用
(1)在储藏蔬菜或水果时，为降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，储藏室内的氧气应调节到图中的B点所对应的浓度。
(2)为什么农业生产中要通过中耕松土，提高作物产量？
　松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长。
(3)我们天天吃的馒头松软可口，可是利用酵母发面时，面块开始硬，后来软，而且表面有水珠出现，你知道是什么原因吗？
　发面用的是酵母菌，在和面时加入酵母菌，酵母菌利用面中的葡萄糖进行无氧呼吸产生二氧化碳和酒精，二氧化碳受热膨胀使馒头体积增大，所以馒头又松又软。表面由于氧气充足，酵母菌进行有氧呼吸产生大量二氧化碳和水，所以表面有水珠出现。
(4)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为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
　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。
②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？
　密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自身的生命活动提供能量；产生的酒精能抑制其他细菌的生长，利于自身的繁殖。
1．家庭制作绿豆芽的方法：将绿豆浸泡24 h后平铺在铺有厨房用纸的蒸笼上(下有可漏水的孔洞，防止积水使种子霉烂)，盖上湿毛巾，每天淋水(或流水冲洗)2～3次，放在一定的温度条件下培养。下列分析正确的是(　 )
A．水的作用是作为原料参与葡萄糖分解为丙酮酸的过程
B．温度越高，种子的萌发速率越快
C．豆芽中有机物的种类和含量均高于种子中
D．积水部位种子易霉烂的原因之一是酒精对种子有毒害作用
2．下图是外界条件对植物呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是(　　)
A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是b点对应的温度
B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸
C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖
D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制在O2充足的条件下，有氧呼吸
3．下图表示光照、储藏温度对番茄果实呼吸强度的影响。下列有关叙述正确的是(　　)
A．番茄果实细胞产生CO2的场所是细胞质基质
B．光照对番茄果实呼吸的抑制作用2 ℃时比15 ℃时更强
C．低温、黑暗条件下更有利于储存番茄果实
D．储藏温度下降时果实呼吸强度减弱，可能与细胞内酶的空间结构被破坏有关
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 鲜果保鲜时常往包装袋中冲入适量 （或 ），这样做的原理是抑制细胞的有氧呼吸，减少有机物的消耗，有利于鲜果的保鲜。
（2） 农业上有一句关于锄地（中耕松土）的谚语“锄头下面有肥”，请结合所学知识分析该谚语的合理性。定期进行松土可增加土壤中的氧气浓度，能促进根细胞的有氧呼吸，为矿质元素吸收供应能量，从而提高农作物的产量。

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