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生物（人教版）
第5章 细胞的能量供应和利用
第3节
细胞呼吸的原理和应用
本节聚焦
细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？
有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？
细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？
讨论：
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。在利于酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
1.通气可给酵母菌提供呼吸所需氧气，利于酵母菌进行细胞分裂；密封是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件分解有机物产生酒精。
2.有氧条件下酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可为酵母菌进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
3.酵母菌转化酒精的同时为自己的生命活动提供少量能量。
问题探讨
酵母菌——单细胞真菌
1. 酵母菌属于 核生物。
真
2. 酵母菌繁殖方式：
出芽生殖
3. 哪些食品与酵母菌有关？
馒头、面包、
酿酒等
4. 上述食品制作时需要通气吗？
需要通气
不需要通气
5. 酵母菌的呼吸类型：
兼性厌氧菌
（即在有氧和无氧的条件下都能生存。）
6. 酵母菌的生活方式：
依赖外来的有机物（如葡萄糖）进行异养生活。
一、细胞呼吸的方式
概念：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。
实验原理：酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，
属于兼性厌氧菌。
如何设计实验？
实验：探究酵母菌细胞的呼吸方式
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.确定实验目的
自变量是什么？
因变量是什么？
2.细化：
如何控制自变量
如何检测因变量
3.控制无关变量：
控制那些可能影响实验结果的因素
4.写出具体做法：
方法步骤
有氧/无氧条件
是否产生CO2/酒精
通气/密封
用澄清石灰水/溴麝香草酚蓝检测CO2、酸性重铬酸钾溶液检测酒精
无关变量保持相同且适宜（温度、pH、
葡萄糖和酵母菌的量等）
实验设计思路
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
导学案【学习任务一】
活动一：运用以下装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置（用字母表示）
无氧呼吸
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
如何在通入空气中去除CO2？
B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？
空气
有氧呼吸
NaOH溶液可吸收空气中的CO2。
消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
装置分析
观测结果：1、如何比较CO2的产生多少？
方法一：根据石灰水混浊程度
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
深入分析
方法二：溴麝香草酚蓝水溶液变成绿再变黄色的时间长短。
探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
A
B
灰绿色
观测结果：2、检测酒精时注意事项？
深入分析
A
B
由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
检测酒驾原理：酒精与硫酸处理的重铬酸钾反应变成灰绿色的硫酸铬
讨论：本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
对比实验（相互对照实验）
　　设置两个或两个以上的实验组，通过对几个实验组结果的分析比较，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。
实验组
实验组
科学方法
延伸拓展
酵母菌
1、细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸，那么过程是怎么的呢？
2、细胞呼吸的原料是什么？产物是什么？
3、细胞呼吸产生的能量去向？
思考
二、有氧呼吸
【自主学习】阅读教材P92-93有氧呼吸的相关内容，结合过程图，回答下列问题：
（1）有氧呼吸可分为几个阶段？
（2）各个阶段发生了什么化学反应？
（3）[H]是什么 哪些阶段会产生[H]？
[H]的去向如何？
（4）各阶段释放能量有什么特点？
（5）有氧呼吸的总反应如何表示？
（6）有机物分解释放的能量有何用途？
二、有氧呼吸
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
增大膜面积
分布有氧呼吸的酶
1、主要场所：线粒体
基质
分布有氧呼吸的酶
二、有氧呼吸
第一阶段：
C6H12O6
能
ATP
热
线粒体
细胞质基质
2丙酮酸
酶
4[H]
葡萄糖的初步分解
场所：细胞质基质
C6H12O6
酶
+4[H] +能量
2丙酮酸
（少量）
第二阶段：
线粒体
能
ATP
热
丙酮酸彻底分解
场所：线粒体基质
酶
6CO2 +20[H]+ 能量
2C3H4O3
+6H2O
（少量）
2丙酮酸
细胞质基质
6CO2
20[H]
酶
6H2O
第三阶段：
细胞质基质
能
ATP
热
12H2O
酶
[H](NADH)
场所：线粒体内膜
酶
12H2O + 能量
24[H] + 6O2
（大量）
线粒体
6O2
20[H]
4[H]
二、有氧呼吸
活动三：结合左图，完成右边的关于有氧呼吸过程的归纳比较
导学案【学习任务二】
阶段 场所 原料 产物 产能情况
第一阶段
第二阶段
第三阶段
化学反应式 C6H12O6 + 6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量
酶
概念2：有氧呼吸——细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
总反应式：
能量转化：
1mol葡萄糖分解
释放2870KJ
977.28kJ
1892.72kJ
有机物中稳定的化学能
热能
ATP中活跃的化学能
二、有氧呼吸
(1)无氧呼吸的场所在哪里
(2)无氧呼吸可分为几个阶段
(3)各阶段发生了什么样的反应
(4)无氧呼吸的产物有哪些
(5)每个阶段都释放能量吗 释放的能量是大量还是少量
【自主学习】阅读教材P93-94无氧呼吸的相关内容，结合过程图，回答下列问题：
三、无氧呼吸
三、无氧呼吸
[H]
丙酮酸
葡萄糖
乳酸
酒精+CO2
少量能量
导学案【学习任务三】
活动一：结合教材中关于无氧呼吸的相关知识，完成无氧呼吸的过程。
三、无氧呼吸
场所：
细胞质基质
物质变化：
产能情况：
少量能量
场所：
细胞质基质
物质变化：
产能情况：
无
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
（丙酮酸）
酶
第一个
阶段
第二个
阶段
[H]
丙酮酸
葡萄糖
乳酸
酒精+CO2
少量能量
酶
2C3H4O3
+4[H]
2C3H6O3
（乳酸）
或
酶
2C3H4O3
+4[H]
2C2H5OH
（酒精）
+CO2
具体过程分析
三、无氧呼吸
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+少量能量
例：高等动物（如肌细胞）、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等）。
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 少量能量
酒精发酵
例：大多数植物（如水稻根、苹果果实）、酵母菌。
无氧呼吸的总反应式：
注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。但工业上的发酵并非完全无氧，比如醋酸发酵。
乳酸发酵
概念3：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。
有氧呼吸和无氧呼吸的比较
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
氧气参与
分解程度
产物
能量
ATP 生成阶段
相同点 线粒体（主要）和细胞质基质
细胞质基质
需要
不需要
CO2＋H2O
乳酸或酒精＋CO2
热能（主）
＋储存在ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋储存在ATP中的化学能
彻底氧化分解
不彻底氧化分解
第一、第二、第三阶段
第一阶段
第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量
导学案【学习任务三】
概念4：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。
四、细胞呼吸原理的应用
为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？
为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？
为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？
阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理在生活生产中有哪些应用？
（1）为伤口上药；（2）制造透气环境；
（3）避免厌氧病原菌繁殖，利于伤口痊愈。
（1）有氧：酵母菌大量繁殖；
（2）无氧：酒精发酵。
（1）改善氧气供应来促进根系的呼吸作用，利于根系生长和对无机盐的吸收；（2）利于好氧微生物生长繁殖，促进对土壤中有机物分解，利于植物吸收无机盐。
四、细胞呼吸原理的应用
为什么储藏水果粮食要降低温度和氧气含量等措施延长保质期？
为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？
为什么提倡慢跑？
阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理
在生活生产中有哪些应用？
降低呼吸作用以减少有机物的消耗。
（1）新鲜果蔬：
（2）粮食仓库：
适宜的低温，低氧，适宜的湿度。
适宜的低温，低氧，干燥。
较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。
有氧运动能避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量的乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀无力。
四、细胞呼吸原理的应用
（1）馒头、面包：
对微生物细胞呼吸原理的应用：
酵母菌（真核）的有氧呼吸
（2）酸奶、泡菜：
乳酸菌（原核）的无氧呼吸
（3）青霉素：
青霉菌（真核需氧）产生的抗生素
（4）味精：
谷氨酸棒状杆菌（原核需氧）产生的谷氨酸
四、细胞呼吸原理的应用
（1）为生物体的生命活动提供能量；
（2）生物体代谢的枢纽。细胞呼吸产生的丙酮酸可以作为合成脂肪、非必需氨基酸的原料。非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。
细胞呼吸意义：
影响呼吸类型和强度的环境因素
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
水，O2浓度，温度，CO2浓度
(1)温度:
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
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。
温度
呼吸速率
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
①零上低温储存蔬菜和水果。
温度影响细胞呼吸的应用
②大棚夜间或阴雨天适当降低温度。为了降低呼吸作用消耗有机物的量，而增加农作物产量。
③温水和面发酵快。
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
B
A
C
5
O2(%)
10
15
20
0
1.0
0.5
CO2释放量
（2）O2浓度
直接影响呼吸速率和呼吸性质，对无氧呼吸有抑制作用。
CO2释放量
无氧呼吸
有氧呼吸
①氧气浓度为0时
只进行无氧呼吸速率最大
②氧气浓度0~10%时
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。
③氧气浓度大于10%
细胞只进行有氧呼吸
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
B
A
C
5
O2(%)
10
15
20
0
1.0
0.5
CO2释放量
CO2释放量
无氧呼吸
有氧呼吸
④ 氧气浓度为5%时，
无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱，细胞呼吸最弱，储存蔬菜、水果、粮食等，应控制氧气浓为5%。
⑤ 氧气浓度为C时
有氧呼吸速率达到最大，限制因素可能是呼吸底物的量
或酶的量与酶的活性等。
（2）O2浓度
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
①中耕松土：可增强根的呼吸作用，有利于矿质元素（无机盐）的吸收。
O2浓度影响细胞呼吸的应用
②低氧储存蔬菜、水果、粮食：
为了减少有机物消耗，应控制低氧(5%氧气浓度)环境。
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
5
CO2（%）
1.0
0.5
10
15
20
O
呼吸速率
应
用
增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。
（3）CO2浓度
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
在一定范围内，细胞呼吸速率，
随含水量的增加而加快；
超过一定范围，细胞呼吸速率随
含水量的增加而减慢。
（4）含水量
粮食储存：
零上低温，低氧，干燥
水果蔬菜储存：
零上低温，低氧，一定湿度
土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。
应
用
呼吸速率
含水量
知识延伸
影响呼吸类型和强度的环境因素
1 温度
温度
呼吸速率
应用：
低温保存
过高CO2抑制细胞呼吸
应用：增加CO2的浓度保鲜
O2浓度
呼吸速率
O2浓度
呼吸速率
有氧呼吸
无氧呼吸
CO2浓度
呼吸速率
影响酶的活性
应用：
干燥保存
应用：
低氧保鲜
4 O2浓度
2 CO2浓度
3 H2O
知识延伸
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已死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
不动
不动
不动
不动
右移
左移
左移
右移
装置一
装置二
实验：判断细胞的呼吸方式
细胞呼吸
归纳提升：判定细胞呼吸方式的三大依据
课堂小结
细胞呼吸的原理和应用
呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
C6H12O6
2CO2
＋2C2H5OH
＋ 能量
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
6O2
12H2O
酶
大量能量
24〔H〕
+
+
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
细胞质基质
一：细胞质基质
三：线粒体内膜
二：线粒体基质
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
+
影响因素：
温度、
水、
CO2浓度、
O2浓度
细胞能量供应和利用
构建概念
化学本质
作用
特点
绝大多数是蛋白质，少数为RNA
降低化学反应活化能
专一性、高效性、作用条件温和
酶
需要通过化学反应实现
直接能源物质：ATP
ATP的结构
ATP与ADP的相互转化
ATP的主要来源
——细胞呼吸
一、概念检测：
1.（1） （2）
2.
3.
二、拓展应用：
练习与应用（P96）
×
√
C
B
1.松土透气可以使根部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，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
2.有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测:在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸，体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。
练习与应用（P96）

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