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(共57张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
在9个城市调查报告中，使用乙醇汽油期间，城市空气中的二氧化氮、一氧化碳季均值与使用普通汽油比较，二氧化氮下降了8%与一氧化碳下降5%。
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
它与人类的生活息息相关，做面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放能量的过程。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
①酒精是酵母菌在有氧或无氧条件下细胞呼吸的产物？
②有氧和无氧条件下酵母菌呼吸是否都产生CO2呢？
③如果产生CO2，两种条件下产生的CO2是否一样多？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
①细胞呼吸的产物可能有CO2和酒精。
②有氧呼吸产生较多二氧化碳，无氧呼吸产生酒精。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
实验思路:
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。
氧气的有无
①自变量是什么？
② 怎样控制有氧和无氧条件？
一个通气，一个密封！
有氧：
通入空气
H2O2分解产生氧气
无氧：
密封
充入氮气
液面铺满石蜡油
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
实验思路:
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。
③因变量: 酒精或CO2的有无，产生CO2的多少
④ 怎样检测酒精和CO2的有无？如何比较CO2产生的多少？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
怎样检测酒精？
酒精可用酸性重铬酸钾溶液来检测，由橙色变成灰绿色。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
怎样检测CO2？
澄清石灰水的浑浊程度，
溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的时间长短。
CO2可使澄清石灰水变浑浊，
溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
怎样检测产生CO2的多少？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
⑤怎样保证酵母菌在整个实验中能正常生活？
营养物质---质量分数5%的葡萄糖溶液
温度---25~35℃
无关变量
相同且适宜
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
连接实验装置：
塑料瓶
塑料软管
标签纸
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
有氧呼吸装置：
NaOH溶液
（去除空气中的CO2 ）
（保持通入空气）
酵母菌培养液
澄清的石灰水
（检测CO2的生成）
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
无氧呼吸装置：
酵母菌培养液应封口放置一段时间，消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。
酵母菌培养液
澄清的石灰水
（检测CO2的生成）
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
①检测CO2的产生以及多少
结果：
结论：
澄清石灰水都变浑浊，且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。
有氧与无氧都产生CO2，且有氧产生的更多。
澄清的石灰水
澄清的石灰水
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
酸性重铬酸钾溶液
酸性重铬酸钾溶液
②检测酒精的产生
结果：
结论：
有氧呼吸装置的酸性重铬酸钾溶液不变色，
无氧呼吸装置的酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色。
有氧条件不产生酒精，无氧条件产生酒精。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
实验结果
条件 澄清石灰水的变化 酸性重铬酸钾颜色变化
有氧
无氧
实验结论
（1）酵母菌在有氧条件下，细胞呼吸产生大量CO2，不产生酒精。
（2）酵母菌在无氧条件下，细胞呼吸产生少量CO2，且产生酒精。
混浊程度大
混浊程度小
橙色
橙色 → 灰绿色
科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
得出结论
交流讨论
①设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫对比实验。
②有同学在实验过程中在有氧和无氧条件下都检测到了酸性重铬酸钾溶液变色，请分析可能的原因？如何避免？
氧气耗尽后进行了无氧呼吸，产生了酒精；葡萄糖具有还原性，使酸性重铬酸钾被还原，产生颜色反应。
持续通气；适当延长培养时间，消耗完葡萄糖。
1.为了探究酵母菌细胞呼吸方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。以下说法错误的是（ ）
A.加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的C02
B.甲、乙两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
C.该实验类型是对比实验，其中甲为实验组，乙为对照组
D.乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是消耗B瓶中的02以形成无氧的环境
课堂练习
2.如图表示的是测定保湿桶内温度变化实验装置。现有以下材料用具：保温桶（500mL）、温度计活性干酵母、质量浓度0.1g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。设计实验比较酵母菌在有氧与无氧条件下呼吸作用放出热量的多少。
①取A、B两套装置按下表的设计进行实验
②装置B装置中步骤一的主要目的是__________________，这是控制实验的________变量。
步骤X是_____________________，步骤Y是__________________。
装置 步骤一 步骤二 步骤三
A 加入200ml的葡萄糖溶液 加入10g活性酵母菌 Y
B 加入200ml煮沸后冷却的葡萄糖溶液 X 加入石蜡油铺满
有人认为乙醇汽油生产过程中操作不当可能会消耗大量粮食，产量却很低，请结合本节内容分析原因。
课后作业
二.有氧呼吸
1.线粒体
外膜：
使线粒体与周围的细胞质分开。
内膜：
有许多种与有氧呼吸有关的酶。
嵴：
由内膜的某些部位向内腔折叠形成。嵴使内膜的表面积大大增加，有利于有氧呼吸的进行。
基质：
线粒体基质中含有少量DNA﹑
RNA和核糖体，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
细胞内分布：
一般情况下均匀分布在细胞质中。 但是，活细胞中的线粒体往往定向地运动到代谢旺盛的部位。
思维训练
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约几十亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细胞不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？
1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA
2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多
数由核DNA指导合成。
3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效
应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。
4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。
√
√
√
2.有氧呼吸过程的探索
资料1
将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得①沉淀物和②上清液两部分，与③未离心且处理过的酵母菌培养液分别加入等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
线粒体
①
细胞质基质
②
线粒体和
细胞质基质
③
葡萄糖的量不变；没有荧光
葡萄糖的量减少有丙酮酸生成，微弱荧光出现
葡萄糖的量减少，有CO2生成，较强荧光出现
1.葡萄糖能不能被线粒体分解？
2.葡萄糖在什么位置首先被分解？生成了什么？
3.生成的丙酮酸在什么位置被分解？生成了什么？
不能
葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸和少量能量。
丙酮酸在线粒体中分解产生CO2和较多的能量。
等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶
等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶
等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶
2.有氧呼吸过程的探索
资料2：
使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
线粒体膜状结构
④
线粒体 基质
⑤
线粒体膜状结构和
线粒体 基质
⑥
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
丙酮酸的量不变;没有荧光
丙酮酸的量减少;有CO2生成
微弱荧光出现
丙酮酸的量减少;有CO2生成较强荧光出现
1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？
2.⑥号试管为什么有较强荧光出现？
丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2，释放少量能量。
线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放较多的能量。
资料3
超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能；当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。
通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？谁在氧化[H]？
线粒体内膜上的氧气与[H]发生了反应。
2.有氧呼吸过程的探索
3.有氧呼吸的过程
★以葡萄糖为底物
①葡萄糖的初步分解：
C6H12O6
酶1
2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量(少量)
场所:细胞质基质
还原型辅酶I(NADH)
NAD++H++2e-→NADH
②丙酮酸的彻底分解：
酶2
6CO2+20[H]+能量(少量)
2丙酮酸
+ 6H2O
场所:线粒体基质
③[H]的氧化：
酶3
12H2O+能量(大量)
24[H] +6O2
场所:线粒体内膜
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶1
2丙酮酸+4[H]+能量(少量)
①
丙酮酸彻底分解
酶2
6CO2 +20[H]+能量(少量)
②
2丙酮酸
[H]的氧化
酶3
12H2O+能量(大量)
③
24[H]+6O2
+6H2O
3.总反应方程式
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
1mol
6mol
6mol
若给予动物18O2,则最终哪些物质中含有18O？
思考
H2O，CO2
+H2O
问题思考
1.若细胞有氧呼吸底物为脂肪，是否也是上述比例？
若有氧条件下，则V吸收O2：V释放CO2>1,说明底物含有非糖物质。
若底物为脂肪，则V吸收O2>V释放CO2
2.原核生物没有线粒体，只能进行无氧呼吸吗？
可以进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌，因为含有与有氧呼吸有关的酶。
场所：细胞质基质
3.细胞有氧呼吸过程中能量的来源和去向是什么？
来源：
有机物中化学能
去向：
以热能形式散失(大部分)
储存在ATP中(少部分)
维持体温的恒定等
为各项生命活动供能
有机物中稳定的化学能→热能和ATP中活跃的化学能。
4.有氧呼吸的特点与意义
①特点：
a.相比体外燃烧,作用条件温和；
b.有机物的能量是逐步释放的；
c.能量有相当一部分储存在ATP中；
②意义：
课堂小结
三.无氧呼吸
1.无氧呼吸的过程
★以葡萄糖为底物
①葡萄糖的初步分解：
C6H12O6
酶1
2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量(少量)
场所:细胞质基质
②丙酮酸的不彻底分解：
场所:细胞质基质
酶
2C3H6O3(乳酸)
2(丙酮酸)
+4[H]
A.
酶
2(丙酮酸)
+4[H]
B.
2C2H5OH(酒精)+2CO2
2.总反应方程式
C6H12O6
酶
2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量(少)
①产生酒精
场所：细胞质基质
1mol
2mol
2mol
例：大多数植物(苹果储存久了、高等植物水淹等)、酵母菌
②产生乳酸
场所：细胞质基质
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)+能量(少)
例：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、玉米胚等)
1mol
2mol
问题思考
1.结合上述无氧呼吸与有氧呼吸过程，思考人体细胞产生CO2的场所在
哪里？
只在线粒体基质中产生
2.无氧呼吸分解葡萄糖为什么只产生少量能量？葡萄糖中能量的最终去向
是什么？
有机物分解不彻底,还有大量能量储存在未彻底氧化分解的有机物(酒精或乳酸)中。
有机物中稳定的化学能→酒精或乳酸中的化学能+ATP+热能。
3.无氧呼吸产生的乳酸或酒精是否对细胞有害？生物体为什么仍保
留无氧呼吸这种细胞呼吸方式？
酒精和乳酸在细胞中大量积累对细胞有毒害作用,且释放的能量太少,不足以维持生命活动的需求。
生物体或部分组织器官在缺氧条件下,无氧呼吸作为有氧呼吸的补充,是生物的适应性的表现!
3.有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系
有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
分解程度
释放能量
相同点 联系 实质 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需O2、酶
不需O2、酶
H2O、CO2
C2H5OH、CO2或C3H6O3
彻底
不彻底
较多
较少
有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同
分解有机物，释放能量
四.植物组织呼吸方式的探究
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：
实验现象 结　论
装置一液滴 装置二液滴 不动 不动
不动 右移
左移 右移
左移 不动
注意：为使实验结果精确减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
进行产生酒精和CO2 的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
1.根据反应物和产物判断
(1)消耗O2或产物中有H2O,一定存在有氧呼吸。
(2)产物中有酒精或乳酸,一定有无氧呼吸。
(3)无CO2释放,一定为产乳酸的无氧呼吸。
　五.判断细胞呼吸类型的方法
2.根据物质的量的关系判断
(1)依据O2的吸收量和CO2的释放量判断(活细胞)
①O2消耗量=CO2产生量:细胞只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸。
②消耗O2量<产生CO2量:两类呼吸并存,差值为无氧呼吸量。
③不消耗O2,但产生CO2:细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。
④无CO2释放:细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。
(2)依据酒精和CO2的生成量判断
①酒精量=CO2的量:细胞只进行无氧呼吸。
②酒精量①若 ，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。
②若 ，无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸。
③若 ，无氧呼吸消耗葡萄糖速率小于有氧呼吸。
3.判断哪种呼吸作用占优势
课堂小结
植物组织呼吸方式的探究
判断细胞呼吸类型的方法
1.细胞呼吸速率
①概念：
又称呼吸强度。是指单位数量的活体组织，在单位时间内分解有机物的速率，是生物体呼吸作用强弱的指标。
②衡量指标：
单位时间内有机物的分解速率
CO2的释放速率
O2的吸收速率
六.影响呼吸作用的因素
2.影响细胞呼吸的内在因素
(遗传因素)
①不同种类的生物呼吸速率不同
阳生植物>阴生植物
水生植物>旱生植物
②同一生物不同器官呼吸速率不同
生殖器官>营养器官
③同一生物在不同生长发育时期呼吸速率不同
幼苗期、开花期>成熟期
3.影响细胞呼吸的环境因素
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
1.温度
a.分析：
温度→呼吸酶的活性→呼吸速率
b.应用：
①保鲜：
零上低温贮存蔬菜、水果；
②适当降温增产：
在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，以降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量；
③地膜覆盖；
④高温灭菌；
2.O2浓度
1.请以O2浓度为横坐标，CO2释放速率为纵坐标，分别画出有氧呼吸与无氧呼吸的曲线变化图
CO2释放速率
O2浓度
O
CO2释放速率
O2浓度
O
有氧呼吸
无氧呼吸
酶的数量有限
2.将上述曲线作于一个坐标轴中，并将每个O2浓度对应的CO2值进行叠加，可得随O2浓度变化的CO2释放总量曲线。
2.O2浓度
a.分析：
A
B
C
①A点O2浓度为0，进行 ；
0O2浓度>10%进行 。
无氧呼吸
无氧呼吸+有氧呼吸
有氧呼吸
②M点: ；
无氧呼吸和有氧呼吸产生CO2相等
E
F
EM MF 消耗葡萄糖的比例为3:1
=
③C点: ；
无氧呼吸消失的点
④B点: ；
CO2释放量最少的点
；
有机物消耗最少的点
B点的O2浓度下，细胞呼吸强度最弱，是保鲜的最佳O2浓度。
2.O2浓度
A
B
C
E
F
b.应用：
①保鲜：
低氧贮存蔬菜、水果；
②促进生长：
中耕松土；
③防止无氧呼吸:
植物长期水淹,进行无氧呼吸,产生能量少,同时产生酒精积累,对根部细胞有毒害作用,烂根；
④控制呼吸方式:
制葡萄酒时,初期进行有氧呼吸,使酵母菌大量繁殖,发酵时控制无氧呼吸产生酒精;
3.CO2浓度
a.分析：
增加CO2浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应
b.应用：
保鲜：
当CO2浓度达到1%~10%时，会明显抑制细胞呼吸，因此适当增加CO2浓度可进行蔬菜﹑水果的保鲜；
4.水分
O
呼吸速率
含水量
a.分析：
b.应用：
在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,反之则减慢。
将种子风干/晒干，以减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长作物种子储藏时间。
七.细胞呼吸原理的应用
资料分析
为伤口创造了疏松透气的环境，抑制厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
①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；
②有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖,将土壤有机物分解为无机物；
③有利于根对无机盐和水的吸收。
醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌有氧呼吸产生食醋或味精。
资料分析
长时间不排水导致稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行无氧呼吸产生酒精，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
剧烈运动导致氧气不足，肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸，使肌肉酸胀乏力。
有氧运动是指人体细胞在充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。
较深的伤口里缺少氧气，只进行无氧呼吸的破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。
氧浓度 a b c d
CO2的量 9mol 12.5mol 15mol 30mol
酒精的量 9mol 6.5 mol 6mol 0mol
A.a浓度时酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率
B.b浓度时酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率
C.c浓度时有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵
D.d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸未进行无氧呼吸
D
知 识 构 建

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