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(共42张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用(第1课时)
第5章 细胞的能量供应和利用
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。
讨论
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
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食产生酒精。
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。
讨论
2.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。
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。
讨论
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？
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。
一. 实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式
1. 实验原理:
(1)酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧型微生物。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2，在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2。
(2)观察什么？
CO2可使澄清石灰水变浑浊(浑浊程度)，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄(变成黄色的时间长短)。
橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下可与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
2. 设计并进行实验
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（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）
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
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？
除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。
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。
NaOH
实验设计: 有氧呼吸装置
实验设计: 有氧呼吸装置
10％NaOH溶液
（吸收通入空气中的CO2，避免对实验结果产生影响）
葡萄糖溶液＋酵母菌
(培养酵母菌)
第一个锥形瓶:
第二个锥形瓶:
第三个锥形瓶:
澄清的石灰水或者溴麝香草酚蓝溶液
(根据混浊程度进行比较CO2的产生量或者根据溶液颜色的变化时间长短比较)
接入橡皮球或气泵
(保持通入空气)
B瓶应封口一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，为什么？
耗尽B瓶中的O2，确保CO2均来自无氧呼吸
实验设计: 无氧呼吸装置
对比实验
实验:
探究酵母菌细胞呼吸的方式
自变量是:
因变量是:
无关变量是:
氧气的有无
酵母菌的呼吸产物
酵母菌的数量，葡萄糖的浓度和用量，温度和PH等
实验组:
有氧和无氧条件下的实验都为实验组
(对比实验)
实验设计: 无氧呼吸装置
葡萄糖溶液＋酵母菌
封口放置一段时间后，再与第二个锥形瓶连接
(使酵母菌消耗瓶内的氧气，
造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸的产生的)
第一个锥形瓶:
第二个锥形瓶:
澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液
根据混浊程度、颜色的变化时间进行比较CO2的产生量
对比实验
3. 注意事项
②质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
③B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，为什么？
①配制酵母菌培养液时，必须先将煮沸的葡萄糖溶液冷却至常温，才可加入酵母菌，为什么？
煮沸葡萄糖溶液为了灭菌，和去除溶液中的氧气；放至室温，防止高温杀死酵母菌；
去除空气中的CO2，排除空气中的CO2对实验的干扰；
将B瓶中的O2消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2均来自无氧呼吸；
④葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应将酵母菌的培养时间适当_____以_____________________；
延长
耗尽溶液中的葡萄糖
4. 实验结果
有氧装置
无氧装置
初 始
相同时间后
4. 实验结果
用溶有重铬酸钾的浓硫酸检测酒精
溶有重铬酸钾的浓硫酸
+A装置的酵母菌滤液
+B装置的酵母菌滤液
灰绿色
不变灰绿色
① 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。
在有氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。
在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳。
5.实验的结论:
6.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。
(2)实验用时长，可通过以下处理缩短实验现象出现的时间
在课前活化酵母细胞，即将干酵母加入30—35℃的温水中放置0.5~1h。
在配制酵母菌与葡萄糖的混合液时，用35~40℃的水配制，并在35~40℃的水溶液中完成反应。
(3)鉴定酒精时处理
将酵母菌培养液过滤后，去滤液进行酒精鉴定，原因是酵母菌培养液本身具有颜色且不透明，可能会对颜色反应产生遮盖和干扰，也可通过让学生闻有氧与无氧呼吸装置是否有酒精气味来替代用酸性重铬酸钾鉴定酒精。
(4)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。
当堂训练
1. 在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验中，检测是否有酒精产生的试剂及出现的颜色变化是( )
A. 重铬酸钾、灰绿色
B. 重铬酸钾、紫色
C. 碘液、灰绿色
D. 苏丹Ⅲ、橘黄色
A
2.为了探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。以下关于该实验的说法，不正确的是( )
A.甲、乙组实验探究的分别是酵母菌在有氧、无氧条件下的呼吸方式
B.加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
C.将橙色的重铬酸钾溶液滴入B瓶中变成灰绿色证明有酒精产生
D.乙组B瓶先封口放置一段时间的目的是消耗B瓶中的O2以形成无氧的环境
C
重铬酸钾溶液在酸性条件下才能与酒精发生化学反应，使溶液变成灰下灰绿色
3. 在适宜的温度条件下，在下列装置中都放入干酵母(内有活酵母菌)，其中适于产生酒精的装置是( )
A
4. 现有两瓶密封的罐头已过保质期，甲瓶瓶盖鼓起，乙瓶外观无变化，打开后发现两瓶罐头已变质。对此现象解释合理的是( )
①甲罐头变质是被厌氧细菌污染，细菌代谢的产物有 CO2和乳酸
②甲罐头变质是被厌氧细菌污染，细菌代谢的产物有酒精和 CO2
③甲罐头变质是被需氧细菌污染，细菌代谢的产物 CO2 和H2O
④乙罐头变质是被厌氧细菌污染，细菌代谢的产物是乳酸
⑤乙罐头变质是被厌氧细菌污染，细菌代谢的产物是酒精
A. ①④ B. ③⑤ C. ②⑤ D. ②④
D
5.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述正确的是( )
A.选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养、兼性厌氧型微生物，易于培养
B.通过设置有氧（对照组）和无氧（实验组）的对照，易于判断酵母菌的呼吸方式
C.将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查，确保装置不漏气
D.实验可通过检测澄清石灰水是否变浑浊判断细胞呼吸方式
C
向内折叠
二. 有氧呼吸
1.主要场所:_______
线粒体
内膜
外膜
嵴
①
②
③
④
基质
_______和________含有许多种与有氧呼吸有关的______。
基质中
内膜上
酶
2.过程(3阶段)
第一阶段:
①场所:
②物质变化与能量变化
细胞质基质
葡萄糖
丙酮酸+[H]+少量能量
酶
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi→ATP
→
→
有机物中稳定化学能
→
→
热能
[H]和ATP中活跃化学能
H+ + NAD+ → NADH(即[H])
第二阶段:
①场所:
②物质变化与能量变化
线粒体基质
丙酮酸+H2O
CO2+[H]+少量能量
酶
有机物中稳定化学能
→
→
热能
[H]和ATP中活跃化学能
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi→ATP
→
→
H+ + NAD+ → NADH(即[H])
第三阶段:
①场所:
②物质变化与能量变化
线粒体内膜
[H]+O2
H2O+大量能量
酶
[H]中活跃
化学能
→
→
热能
ATP中活
跃化学能
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi→ATP
→
→
NADH →H+ + NAD+
有氧呼吸的过程
有氧呼吸的过程图解
【思考】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。
一. 有氧呼吸
好氧细菌
第一和二阶段在细胞质基质中
第三阶段在细胞膜上
细胞膜行使线粒体内膜的功能。
总反应过程:
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+大量能量
酶
①氧原子的去路:
6O2→12H2O
C6H12O6+6H2O→6CO2
②概念:
在氧气的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O，释放能量，生产大量ATP的过程。
总反应过程:
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+大量能量
酶
③特点(同有机物体外燃烧相比)
a.过程温和(常温、常压、一定的pH等)
b.能量逐步释放
c.释放的能量有一部分储存在ATP中。
总反应过程:
④能量转化效率
1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870kJ。其977.28kJ储存在ATP分子中。
a.转化效率=977.28/2870
=34%
b.产生ATPmol数=977.28/30.54
=32mol
32molATP
第1阶段: 2mol
第2阶段: 2mol
第3阶段: 28mol
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+大量能量
酶
&有氧呼吸能量去向：
1moL
C6H12O6
能量
(2870kJ)
大部分1709kJ以热能形式散失
(约60%)
小部分1161kJ储存在ATP中
(约40%)
有氧 呼吸
【检测】对有氧呼吸过程中有关问题的理解(连线)
⑥H2O的产生
【检测】如图表示绿色植物细胞内部物质的转化过程,以下有关叙述正确的是(　　)
A
A.物质①、②依次是H2O和O2
B.图中产生[H]的场所都是线粒体
C.用18O标记C6H12O6,则产物水中会检测到放射性
D.图示过程只能在有光的条件下进行
【检测】在有氧呼吸过程中，进入细胞中的氧将( )
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
【检测】让一只白鼠吸入有放射性的18O2,该白鼠体内最先出现的含有18O的化合物是( )
A.二氧化碳 B.水 C.丙酮酸 D.乳酸
A
B
【检测】用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是（ ）。
A. 葡萄糖→丙酮酸→水 B. 葡萄糖→丙酮酸→氧
C. 葡萄糖→氧→水 D. 葡萄糖→丙酮酸→CO2
D
D

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