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第五章
第三节 细胞呼吸的原理和应用
3.1 细胞呼吸的基本原理
必修一分子与细胞
1.提出问题：
⑴酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸产物分别是什么？
⑵酵母菌在有氧条件下还是无氧条件下产生CO2？如果都能产生，两种条件下产生的CO2是否一样多？
⑶酵母菌在有氧条件还是无氧条件下产生酒精？如果都能产生，两种条件下产生的酒精是否一样多？
2.作出假设：
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
呼吸系统
细胞呼吸=呼吸作用
有氧呼吸
无氧呼吸
细胞呼吸
3.设计实验：
(1)分析本实验的自变量、因变量和无关变量
自变量：___________
因变量：_____________________
无关变量：___________________________________________________
_________________________________________________。
(2)实验设计思路
在以葡萄糖作为能源物质的情况下，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CO2。
如何控制自变量
如何检测因变量
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
有无氧气
CO2和酒精的产生情况
影响实验结果的其他可变因素（如反应物的量、反应时间、pH、温度和酵母菌的活性等)
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.设计实验：
(3)设计实验装置
①怎样创造有氧和无氧条件？（如何控制自变量）
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
(或溴麝香草酚蓝)
澄清的石灰水
(或溴麝香草酚蓝)
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
探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置
有氧条件
无氧条件
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.设计实验：
(3)设计实验装置
②如何检测是否有CO2和酒精的生成？（如何检测因变量）
i.CO2的检测方法
(i)CO2使澄清的石灰水变浑浊
(ii)CO2使溴麝香草酚蓝(BTB，酸碱指示剂)水溶液由蓝变绿再变黄(如右图) ，且变黄的时间长短与产生的CO2多少有关。
ii.酒精的检测方法
橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液在酸性
条件下与乙醇发生化学反应变成灰绿色。
③如何保证在整个实验过程中酵母菌
的正常生命活动？
条件适宜(25-35℃ ，pH3.0－7.5)；
给予充足的养料。
探究·实践
探究酵母菌细胞呼吸的方式
4.进行实验
条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾－浓硫酸溶液
有氧
无氧
变浑浊/快
变浑浊/慢
无变化
出现灰绿色
5.得出结论、交流讨论
进行无氧呼吸，会产生酒精和少量CO2。
酵母细胞进行有氧呼吸，会产生大量CO2；
（二）细胞呼吸的方式
厌氧型
好氧型
兼性厌氧型
2024/2/28
二、有氧呼吸
1、主要场所：
线粒体
具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。
嵴的周围充满了液态的基质，称为线粒体基质。
线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2、有氧呼吸的化学反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
酶
6CO2 + 12H2O + 能量
外膜
内膜
嵴
基质
练一练
1.将图中果酒发酵装置改装后用于探究酵母菌呼吸方式的实验,下列相关操作错误的是 (　　)
A.探究有氧条件下酵母菌呼吸方式时打开阀a
B.经管口3取样检测酒精和CO2的产生情况
C.实验开始前对改装后整个装置进行气密性检查
D.改装时将盛有澄清石灰水的试剂瓶与管口2连通
B
练一练
2.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述,不正确的是(　　)
A.实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2
B.在探究有氧呼吸的实验过程中,泵入的空气应去除CO2
C.实验中需控制的无关变量有温度、培养液浓度等
D.可通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式
D
练一练
3.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下图安装好。以下关于该实验的说法,不正确的是 (　　)
A.甲组探究酵母菌的有氧呼吸,乙组探究酵母菌的无氧呼吸
B.甲、乙两组中澄清的石灰水若换成溴麝香草酚蓝溶液,则C中先变为黄色
C.A瓶中加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的O2
D.D瓶应先封口放置一段时间后再与E瓶相连,以除去瓶中的O2
C
练一练
4.在检验酵母菌细胞呼吸产物时，常用到一些物质的颜色反应，下列描述不正确的是 (　　)
A.CO2可使澄清的石灰水变浑浊
B.CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
C.乙醇在碱性条件下能与灰绿色的重铬酸钾溶液反应变成橙色
D.乙醇在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
C
2024/2/28
二、有氧呼吸的过程图解
愿做你的NADH，
你的每一次呼吸，
都有我的参与。
我们在运动后常会肌肉发酸，为什么？
加入酵母后，为什么能制作酒？果酒制作的原理是？
加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？
泡菜制作成功后为什么是酸的，制作原理是？
均在无氧条件下，细胞进行了无氧呼吸，产生了酒精 或者 乳酸。
三、无氧呼吸
1、场所：
细胞质基质
（2）第二阶段
（1）第一阶段
与有氧呼吸第一阶段完全相同
2丙酮酸+4[H]
2CO2+2酒精（C2H5OH）
酶
2丙酮酸+4[H]
2乳酸（C3H6O3）
酶
葡萄糖
2丙酮酸+4[H]+少量能量
酶
实例：大多数植物、酵母菌等。
实例：乳酸菌、高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根等。
细胞质基质
2、过程：
3、无氧呼吸的化学反应式
（1）
（2）
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
4、无氧呼吸概念：
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。
酶
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
实例：大多数植物、酵母菌等。
实例：乳酸菌、高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根等。
四、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
相同点
场所
条件
产物
能量变化
联系
实质
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需氧、酶、适宜温度
不需氧、需酶、适宜温度
CO2、H2O
酒精和CO2 或 乳酸
释放大量能量
释放少量能量
分解有机物，释放能量，合成ATP
反应的第一阶段完全相同
大部分能量储存在乳酸或酒精中
五、细胞呼吸的概念和意义
（1）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽
1、概念：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。
2、细胞呼吸的意义
六、影响细胞呼吸的因素
1、温度：
应用：贮存水果时，适当降低温度，可降低与细胞呼吸有关酶的活性，而延长保存时间。
温度通过影响呼吸作用相关酶的活性来影响呼吸作用
植物呼吸作用最适温度在25-30℃
零上低温
2、O2浓度：
（1）对有氧呼吸：
六、影响细胞呼吸的因素
O2是有氧呼吸所必需的，但O2会抑制无氧呼吸。
（2）对无氧呼吸：
限制因素：酶活性和数量
曲线分析：随着O2浓度升高，有氧呼吸速率增加；但O2浓度升高到一定程度后，受到酶活性和数量限制，有氧呼吸速率不再变化。
曲线分析：随着O2浓度升高，无氧呼吸速率不断下降，最终下降为零。
（3）对既有有氧呼吸又有无氧呼吸的：
曲线分析：
（1）O2浓度为0时，
（2）O2浓度为10%时，
（3）O2浓度0-10%时，
（6）O2浓度为5%时，
（4）O2浓度＞10%时，
只有无氧呼吸。
无氧呼吸降为零；
只有有氧呼吸。
呼吸并存。
只进行有氧呼吸。
有氧呼吸和无氧
（5）CO2中的C来自于 。
有机物中的C
有机物消耗量最少。此时O2浓度为储存的最适氧气浓度
3、水分：
4、CO2：CO2为呼吸作用产物，会抑制呼吸作用。
在一定范围内，自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
但是水含量过多的时候，导致无氧呼吸。
应用：适当灌溉；促进呼吸作用，又要防止无氧呼吸产生酒精导致根腐烂。
应用：增加CO2浓度，降低O2浓度有良好的保鲜效果。
七、细胞呼吸原理的应用
选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。
对于板结的土壤及时松土透气，可以促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
物质的储存：（1）储存粮食：适宜的低温，低氧，干燥（水分很少）；（2）储存水果、蔬菜：适宜的低温，低氧，适宜的湿度。
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。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。
2024/2/28
教材P95思考·讨论
2.生活和生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的实例？试再举一两例加以说明。
（1）清晨给鱼塘增氧
（2）提倡晚跑、慢跑
（3）鲶鱼效应
经过一晚上水生生物呼吸作用，消耗水体溶解氧；清晨增氧供鱼有氧呼吸。
经过白天植物光合作用，制造氧气，傍晚氧气含量最高，慢跑进行有氧呼吸
水中沙丁鱼的大量运动，增加水体溶解氧，供沙丁鱼呼吸作用
（4）酸奶泡菜制作
乳酸菌进行无氧呼吸，产生乳酸。
2024/2/28
二、拓展应用
1、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，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。
课后练习P96
2024/2/28
二、拓展应用
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。
课后练习P96
1、适宜的温度条件下，在下列装置中都加入酵母（内有活酵母菌），其中适于产生酒精的装置是（　 ）
A
2、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
A
3、有氧呼吸中产生能量最多的是（ ）
A.形成二氧化碳时 B.形成［H］时 C.形成水时 D.形成丙酮酸时
C
课堂练习
4、与有氧呼吸相比，无氧呼吸最主要的特点是（ ）
A.分解有机物 B.释放能量 C.需要酶催化 D.有机物分解不彻底
D
5、新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中，可适当延长保鲜时间的原因是（ ）
A.呼吸作用减弱 B.呼吸作用加强
C.光合作用减弱 D.促进了物质的分解
A
6、在线粒体内进行的有氧呼吸的过程是（ ）
A.第一、二阶段 B.第一、三阶段
C.第二、三阶段 D.第一、二、三阶段
C
7、把小白鼠和青蛙从25℃的室温中移至5℃的环境中，这两种动物的需氧量会发生什么变化？（ ）
A．两种动物的耗氧量都减少 B．两种动物的耗氧量都增加
C．青蛙耗氧量减少，小白鼠耗氧量增加
D．青蛙耗氧量增加，小白鼠耗氧量减少
C
课堂练习
5.右图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，在实验过程中酵母菌始终保持活性(忽略实验室的温度和大气压强对实验结果的影响)。
(1)请填写下表：
(2)如果要确定酵母菌只进行有氧呼吸，应如何完善。
实验设计：_________________________________________。
预测实验现象：______________。
(3)为了纠正环境因素对该装置引起的误差，必须设置另一装置进行校正。则装置大烧杯中放置___________________，小烧杯内放置________________，其他处理与实验组完全相同。
红色液滴移动情况 结论
Ⅰ.向________移动 进行有氧呼吸，同时可能进行无氧呼吸
Ⅱ.不移动 ________________
本节
内容
结束

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