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第5章 细胞的能量供应与应用
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第1课时
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本节
聚焦
1.通过探究酵母菌呼吸方式的实验，总结细胞呼吸的类型。
2.通过对有氧呼吸相关实验的资料分析，阐明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。
3.归纳有氧呼吸与无氧呼吸过程的异同，归纳细胞呼吸的概念，说明细胞呼吸的意义。
4.关注细胞呼吸原理在生产生活实际中的应用。
一提起酵母菌这个名称，相信大家都很熟悉，因为我们几乎都用过利用酵母菌发酵制成的产品，如面包、馒头、啤酒等。酵母菌是人类文明史中被应用得最早的微生物，早在几千年前，我国古人就已利用酵母菌酿酒，发展到如今，已知的酵母菌种类已有1000多种，被应用到了多种领域。今天我们将从酵母菌开始研究学习细胞呼吸的原理和应用。
酵母菌
第3节
细胞呼吸的原理和应用
问题探讨P90
提示：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物产生酒精。
提示：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。
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。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。思考有关的问题。
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
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？
提示：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。
人类无时无刻不在进行呼吸，进行O2和CO2的气体交换。细胞同样也是在一直进行着细胞呼吸。细胞呼吸也是和人体一样，只是在进行单纯的气体交换吗？细胞呼吸的实质是什么？
细胞呼吸的【实质】—
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
线粒体——细胞的动力车间，有氧呼吸的主要场所，细胞生命活动所需的能量，约95%来自线粒体。
一、细胞呼吸的方式
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
酵母菌是一种单细胞真菌，在自然界分布广泛，主要生长在偏酸性的潮湿的含糖环境中，在水果、蔬菜、蜜饯的内部和表面以及在果园土壤中最为常见。
酵母菌的习性
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于【兼性厌氧菌】，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
选材原因
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测酵母菌细胞呼吸的产物。
实验思路
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
自变量：氧气的有无；
实验变量
实验中怎样控制有氧和无氧的条件？
（通气） （密封）
保证O2充分供应。
第3节
方法一：判断依据：相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。判断方法：若变混浊的速度较快而且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多 。
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
自变量：氧气的有无；
因变量：CO2的产生多少及是否产生酒精；
实验变量
如何检测CO2的产生多少？
方法一：
依据：相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。
方法：若变混浊的速度较快而且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多 。
第3节
方法一：判断依据：相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。判断方法：若变混浊的速度较快而且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多 。
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
自变量：氧气的有无；
因变量：CO2的产生多少及是否产生酒精；
实验变量
方法二：
依据：相同时间内溴麝香草酚蓝水溶液由【蓝→绿→黄】的速度和程度。
方法：若变色速度较快且颜色较深，则说明产生的CO2较多。
第3节
方法一：判断依据：相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。判断方法：若变混浊的速度较快而且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多 。
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
自变量：氧气的有无；
因变量：CO2的产生多少及是否产生酒精；
实验变量
提示：
方法：重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95%-97%）与酒精发生反应：
【橙色→灰绿色】
如何进行酒精的检测？
无关变量：葡萄糖溶液的浓度、培养温度、培养时间、其他微生物影响等
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
实验装置
提示：
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，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】，也叫做相互对照实验。
（有氧） （无氧）
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
实验装置
（有氧） （无氧）
【讨论01】甲组中空气通过含NaOH溶液的目的
提示：
去除空气中CO2，排除其对实验结果的影响。
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
实验装置
（有氧） （无氧）
【讨论02】B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的目的
提示：
消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
实验装置
（有氧） （无氧）
【讨论03】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？
提示：
1. 除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。
2. 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。
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
实验现象
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
实验结论
提示：
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
(2)在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量二氧化碳。
(3)在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
探究酵母菌细胞呼吸的方式-实验分析
1.实验成功的关键取决于严格控制有氧和无氧；
2.将酵母菌培养液过滤后，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。
3.葡萄糖也能和酸性重铬酸钾反应（慢一些），故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
第3节
探究【酵母菌】细胞呼吸的方式
细胞呼吸的原理和应用
装置变式
提示：
(1)有氧和无氧的控制：
一组阀a打开，探究有氧条件下的呼吸方式；
一组阀a关闭，探究无氧条件下的呼吸方式；
(2)CO2的检测：
管口2与澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液的试剂瓶相连；
(3)酒精的检测：
实验结束后，打开阀b，通过管口3检测酒精的产生情况。
课堂练习
1.利用如图所示装置探究酵母菌的无氧呼吸，正确的操作方法是(　　)
A.A瓶先敞口培养一段时间后，再连通B瓶
B.A瓶密封后，应该立即连通B瓶
C.A瓶密封后，培养一段时间，再连通B瓶
D.实验结束后，在B瓶中加入重铬酸钾检验酒精
C
课堂练习
2.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是(　　)
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
课堂练习
3.下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的分析，错误的是( )
A. 实验过程中氧是引起酵母菌呼吸方式不同的外界因素
B. 有氧和无氧条件下两组实验采用的是对比实验的方法
C. 在有氧和无氧条件下培养酵母菌的培养液温度都升高
D. 酵母菌细胞呼吸的产物都能用酸性重铬酸钾溶液鉴定
D
二、有氧呼吸
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
线粒体的结构和功能
提示：
(1)线粒体增大膜面积的方式：
内膜的某些部位向内腔折叠形成嵴，嵴使内膜面积大大增加。
(2)有氧呼吸的酶分布：
线粒体内膜上和基质中。
(3)线粒体的功能：
进行有氧呼吸的主要场所。
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
有氧呼吸最常利用的物质——【葡萄糖】
有氧呼吸的过程
全过程十分复杂，可概括为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。
【讨论】只有葡萄糖才能作为细胞呼吸的底物吗？
提示：
脂肪、蛋白质等也可以作为底物参与细胞呼吸。
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
场所：
细胞质基质；
条件：
酶、不需要氧的参与；
过程：
C6H12O6→2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+
少量能量
第一阶段
酶
[H]是简化的形式，实际上氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)→还原型辅酶Ⅰ(NADH)
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
【讨论】为什么葡萄糖不能在线粒体中氧化分解？
提示：
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。
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
场所：
线粒体基质；
条件：
酶、不需要氧的参与；
过程：
2丙酮酸(C3H4O3)+6H2O→6CO2+20[H]+
少量能量
第二阶段
酶
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
场所：
线粒体内膜；
条件：
酶、需要氧的参与；
过程：
24[H]+6O2→12H2O+大量能量
第三阶段
酶
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
1.H2O参与反应在第二阶段，产生在第三阶段；
2.O2第三阶段参与反应， CO2第二阶段产生；
3.丙酮酸在细胞质基质产生，在线粒体基质被分解；
4.[H]产生的具体场所细胞质基质和线粒体基质；
5.[H]中的H来自葡萄糖和水，用于与O2反应生产水；
6.三个阶段都产生能量，其中产生能量最多的是第三
阶段。
过程小结
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
依据各个阶段的反应物和产物，写出
有氧呼吸的总反应方程式。
有氧呼吸总化学反应式
H2O不能约掉，因为H2O既是反应物又是生成物。
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放2870kJ的能量，其中977.28kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。试计算：
(1)有氧呼吸的能量转化效率？
(2)有氧呼吸消耗1mol葡萄糖能合成多少ATP？
有氧呼吸的能量利用
【思考 讨论】P93
转化效率 = 977.28 / 2870 = 34%
葡萄糖中的化学能被转化成：热能和ATP中的化学能。
产生ATP = 977.28 / 30.54 = 32mol
1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
细胞在O2参与下，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，生成大量ATP的过程。
概念
原料、条件
条件
原料
特点
产物
能量变化
第3节
有氧呼吸
细胞呼吸的原理和应用
细胞在O2参与下，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，生成大量ATP的过程。
概念
【讨论】与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
提示：
1. 在温和的条件下进行;
2. 能量经过一系列的化学反应逐步释放;
3. 有相当一部分能量储存在ATP中有利于维持细胞的相对稳定状态。
课堂练习
4.如图所示为某动物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述中正确的是(　　)
A.图解过程中大部分能量以热能形式散失
B.图解中(一)、(二)两阶段产生[H]的场所都是线粒体
C.图解中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖
D.1分子丙酮酸在(二)、(三)阶段产生的能量一样多
A
课堂练习
5.葡萄糖是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质，将一只实验小鼠放入含有放射性18O2气体的容器内，18O2进入细胞一段时间后，可能出现的放射性化合物是(　　)
A.水
B.二氧化碳
C.丙酮酸
D.水和二氧化碳
D
课堂练习
6.如图所示为细胞呼吸的实验装置，a、b两锥形瓶内各放一些湿棉花，瓶塞上各吊一熟石灰包，并插入温度计，分别有导管从瓶内通入水中。a瓶装入萌发的种子，b瓶装入等量的煮熟的种子。48 h后，预期所能观察到的变化是(　　)
A.a瓶温度上升，与其连接的导管内水上升明显
B.b瓶温度上升，与其连接的导管内水上升明显
C.a瓶温度上升，与b瓶连接的导管内水上升明显
D.b瓶温度上升，与a瓶连接的导管内水上升明显
A
知识总结
第3节
细胞呼吸的原理和应用

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