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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
目录
CONTENT
细胞呼吸的方式
有氧呼吸
01
02
细胞呼吸的影响因素
细胞呼吸原理的应用
04
05
无氧呼吸
03
细胞呼吸方式判断
06
问题探讨
1.“开花”的原理是什么？
2.酵母菌是种什么样的生物？
3.酵母菌的呼吸方式是什么？
制作开花馒头时，需要在面团中加入酵母菌，蒸出来的馒头就会松软多孔。
思考以下问题：
01
细胞呼吸的方式
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，释放出能量并产生ATP的过程。
1.概念：
2.实质：
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
思考：细胞呼吸是否一定需要氧呢？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？请用实例来论证你的猜想。
【注意】呼吸≠呼吸作用
细胞呼吸
.
酵母菌是一种单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。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。
酵母菌的电镜照片（放大4750倍）
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题：根据对生活中对酵母菌了解或者查阅资料，提出问题。
做出假设：酵母菌在有氧条件下产生CO2 ，在无氧条件下产生CO2和酒精。
同学们给出的答案可能有：
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ；
有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精；
…
探究酵母菌细胞呼吸的方式
设计实验：
自变量？
因变量？
如何控制自变量
如何检测因变量
控制那些可能影响实验结果的因素
方法步骤
材料用具等
细化
确定实验目的
控制无关变量
写出具体做法
探究酵母菌细胞呼吸的方式
自变量
因变量
有氧/无氧条件
是否产生酒精/CO
无关变量
影响
温度、pH等
设计实验：
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CO2。
问题细化：
1、怎样控制有氧和无氧条件？
2、怎样检测有无酒精产生、有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、怎样控制有氧和无氧条件？请设计出简易实验装置并思考：
有氧条件
装置连接
无氧条件
装置连接
2）B瓶为什么要封口放置一段时间，
再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
接气泵
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
1）NaOH的作用是什么？
思考：
吸收通入空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。
让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的
探究酵母菌细胞呼吸的方式
2、怎样检测有无酒精产生？怎样检测有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
（1）检测CO2
①使澄清石灰水变混浊（根据混浊程度检测CO2产生的多少）
②溴麝香草酚蓝：蓝→变绿→再变黄
（根据其变黄色时间的长短检测CO2产生的多少，时间越短，CO2越多）
探究酵母菌细胞呼吸的方式
2、怎样检测有无酒精产生？怎样检测有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
（2）检测酒精：
3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
在酵母菌生长的适宜温度、pH下进行试验，以保证酵母菌高效活性。
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：
橙色→灰绿色
探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
探究酵母菌细胞呼吸的方式
进行实验：
配制酵母菌培养液：取新鲜的食用酵母菌，加入到质量分数为5%的煮沸冷却后的葡萄糖溶液中。
煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。
为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入？
注意事项：
冷却：防止温度过高将酵母菌杀死。
酵母菌
探究酵母菌细胞呼吸的方式
进行实验：
有氧呼吸装置 无氧呼吸装置
澄清石灰水出现混浊所需时间及混浊程度 短且混浊程度较大 长且混浊程度较小
溴麝香草酚蓝溶液变色情况 变黄且时间短 变黄且时间长
酸性重铬酸钾变色情况 不变色 由橙色变成灰绿色
记录实验结果
探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。
①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生大量CO2。
②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生酒精和少量CO2。
得出结论，交流讨论
探究酵母菌细胞呼吸的方式
对比实验
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，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
该实验有对照组吗？
探究酵母菌细胞呼吸的方式
02
有氧呼吸
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
基质
分布有氧呼吸的酶
线粒体适应于有氧呼吸的主要特点：
①内膜向内折叠形成嵴,大大增加了内膜表面积。
②内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
主要场所——线粒体
C6H12O6
2丙酮酸C3H4O3
酶
4[H]
ATP
热能
能量
线粒体
场所：细胞质基质
①
有氧呼吸过程
第一阶段：葡萄糖的初步分解
细胞质基质
物质变化（反应式）：
C6H12O6
酶
2C3H４O３
+ 4[H] +能量
场 所：
线粒体
6CO2
20[H]
②
2丙酮酸
酶
6H2O
ATP
热能
能量
C3H4O3
场所：线粒体基质
第二阶段：丙酮酸彻底分解
线粒体基质
物质变化（反应式）：
场 所：
酶
2C3H４O３
6CO2 +20[H]+ 能量
+6H2O
有氧呼吸过程
线粒体
6CO2
20[H]
②
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
①
酶
6H2O
ATP
热能
能量
ATP
热能
能量
C3H4O3
12H2O
6O2
酶
③
ATP
热能
大量
能量
场所：线粒体内膜
第三阶段：[H]的氧化
线粒体内膜
物质变化（反应式）：
场 所：
酶
24[H]+
12H2O+能量
6O2
有氧呼吸过程
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
（2）H原子运动：
（1）C原子运动：
（3）O原子运动：
C6H12O6
2C3H4O3
6CO 2
C6H12O6
4[H]
2C3H4O3+6H2O
20[H]
12H2O
C6H12O6
2C3H4O3+6H2O
6CO 2
6O2
12H2O
有氧呼吸过程
总反应式
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。
有氧呼吸概念
物质变化
是有机物脱下的氢与氧结合生成水，同时生成二氧化碳等无机物的过程。
能量变化
是有机物逐步分解的过程中储存在有机物中的能量逐步释放的过程。
一部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失。
（1）有氧呼吸过程温和；
（2）有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放；
（3）有氧呼吸释放的能量部分储存在ATP中。
有氧呼吸特点
可使有机物中的能量逐步转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态，不损伤人体。
线粒体膜上没有葡萄糖载体；
线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
1.为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？
2.原核生物（如蓝藻、硝化细菌等）没有线粒体，但也能进行有氧呼吸的原因及场所是
原因：含有与有氧呼吸有关的酶
场所：细胞质和细胞膜内表面
思考 讨论
03
无氧呼吸
28
29
第一阶段：葡萄糖的初步分解
C6H12O6
2丙酮酸
4[H]
能量
ATP
热量
细胞质基质
酶
①
细胞质基质
物质变化（反应式）：
C6H12O6
酶
2C3H４O３
+ 4[H] +能量
场 所：
（少量）
和有氧呼吸第一阶段是完全相同的
无氧呼吸
第二阶段：丙酮酸的不彻底分解（酒精发酵）
30
C6H12O6
2丙酮酸
4[H]
能量
ATP
热量
细胞质基质
酶
①
酶
②
2C2H5OH
细胞质基质
物质变化（反应式）：
场 所：
酶
2C3H４O３+ 4[H]
2C2H5OH（酒精）+2CO2
2CO2
热量
无氧呼吸
第二阶段：丙酮酸的不彻底分解（乳酸发酵）
31
C6H12O6
2丙酮酸
4[H]
能量
ATP
热量
细胞质基质
酶
①
酶
②
2C2H6O3
物质变化（反应式）：
细胞质基质
场 所：
酶
2C3H４O３+ 4[H]
2C3H6O3(乳酸）
热量
无氧呼吸
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
例：酵母菌、水稻根、苹果果实等大多数植物细胞等。
例：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、动物和人剧烈运动时骨骼肌细胞、哺乳动物成熟红细胞、乳酸菌等。
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
（1）酒精途径
（2）乳酸途径
无氧呼吸
总反应式
注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。
少部分合成ATP
有机物中化学能
大部分存留在酒精或乳酸中
少部分释放（只在第一阶段释放少量能量）
大部分以热能的形式散失
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。
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
呼吸场所
条件
分解产物
能量
ATP 产生阶段
相同点
主要在线粒体内
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气参与，需要多种酶
葡萄糖等有机物彻底分解形成CO2和H2O
葡萄糖等有机物分解不彻底,形成酒精和CO2、乳酸
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
有氧呼吸三个阶段
均产生ATP
仅在第一个阶段产生ATP
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
①第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行；
②两种呼吸作用方式实质相同：分解有机物，释放能量，合成ATP。
04
细胞呼吸的影响因素
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
温度
水
氧气
二氧化碳
1. 呼吸速率（强度）：单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量（通常用单位时间内O2吸收量或CO2 释放量表示）。
2. 影响因素：温度、氧气、二氧化碳、水
细胞呼吸的影响因素
①原理：温度通过影响酶的活性来影响呼吸强度。
温度
呼吸速率
②应用：零上低温储存蔬菜和水果；大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温；温水和面发酵快。
温度
酶活性
最适温度
细胞呼吸的影响因素
（1）温度
①原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行，CO2 浓度越高，抑制作用越明显。
②应用：储藏果蔬、粮食适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
细胞呼吸的影响因素
（2）CO2浓度
②应用：
a 粮食在收仓前要进行晾晒处理；
b 干种子萌发前浸泡处理；
c 合理灌溉。
①原理：在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加快，超过一定范围，呼吸速率减慢，甚至死亡。
呼吸速率
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
细胞呼吸的影响因素
（3）含水量
O2浓度
CO2释放量
无氧呼吸
P
CO2释放量
O2浓度
有氧呼吸
O
P
①原理
绿色植物或酵母菌在完全缺氧条件下进行无氧呼吸，在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸并存，O2的存在对无氧呼吸起抑制作用。在一定范围内，有氧呼吸强度随O2浓度的增加而增强。
细胞呼吸的影响因素
（4）氧气浓度
②曲线
A点： O2浓度=0，只进行无氧呼吸
B点：无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等
R点：CO2释放量最少，呼吸作用最弱，有机物消耗最少
②曲线
C点：无氧呼吸停止，有氧呼吸释放CO2量=CO2释放总量
D点：O2浓度=10%，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸
OD：同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
AOC：无氧呼吸生成的CO2总量
a 中耕松土促进植物根部有氧呼吸；
b 酿酒时先通氧气再密封；
c 细胞呼吸强度最弱（R点），对应的O2浓度适宜储藏粮食、水果和蔬菜。
③应用
05
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。
细胞呼吸原理的应用
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。
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。
细胞呼吸原理的应用
06
细胞呼吸方式判断
反应物、产物 细胞呼吸方式
有水生成 一定存在有氧呼吸
消耗O2 一定存在有氧呼吸
有酒精或乳酸生成 一定存在无氧呼吸
无CO2释放 一定为产生乳酸的无氧呼吸
依据一：反应物、产物种类
细胞呼吸方式判断
物质的量的关系 细胞呼吸方式
O2吸收量＝CO2释放量 只进行有氧呼吸（或同时产乳酸的无氧呼吸）
O2吸收量＜CO2释放量 有氧呼吸+产酒精的无氧呼吸，多出的CO2来自无氧呼吸
酒精量＝CO2释放 仅进行产酒精的无氧呼吸
酒精量＜ CO2释放 有氧呼吸+产酒精的无氧呼吸
O2吸收量＞CO2释放量 细胞呼吸底物为脂肪
依据二：反应物、产物的量
细胞呼吸方式判断
.
①真核生物：无线粒体参与的一定是无氧呼吸，有线粒体参与的是有氧呼吸或两种呼吸并存。
②原核生物：呼吸作用发生在细胞膜和细胞质基质中。若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸。
依据三：生物种类及发生场所
细胞呼吸方式判断
（1）实验装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示（以发芽种子为例）：
依据四：液滴移动法
细胞呼吸方式判断
若种子进行有氧呼吸：
液滴左移，左移距离代表氧气的消耗量。
若种子进行酒精发酵：
液滴不动。
若种子进行乳酸发酵：
液滴不动。
①装置一测定有氧呼吸
若种子进行有氧呼吸：
液滴不移动。
若种子进行酒精发酵：
液滴右移，右移的距离代表无氧呼吸释放的CO2。
若种子进行乳酸发酵：
液滴不动。
②装置二测定产酒精的无氧呼吸
（2）实验现象与结论
实验现象 结论
装置一液滴 装置二液滴
不动
不动
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
（3）物理误差校正：
为使实验结果精确，除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。
1、无氧呼吸的全过程都在细胞质基质中进行。（ ）
2、无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第一阶段完全相同。（ )
3、无氧呼吸的两个阶段都能产生ATP。（ ）
4、苹果储存久了会有酒味产生。（ ）
5、下列关于无氧呼吸的说法，正确的是（ ）
A、原核生物只进行无氧呼吸 B、乳酸杆菌在无氧条件下生成酒精
C、无氧呼吸发生在细胞质基质中 D、无氧呼吸第二阶段产生少量的ATP
B
课堂小练
6、如图为生物体内细胞呼吸过程示意图，下列相关叙述错误的是（ ）
A、在有氧条件下，过程③或④将会受到抑制
B、能进行过程②的生物体内不一定含有线粒体
C、人体在长跑运动时，所需能量主要由过程①、④提供
D、导致过程③、④不同的原因是生物体内酶的种类不同
C
课堂小练
7、很多生活实例中都蕴含着生物学原理。下列实例和生物学原理对应错误的是
A、醋浸泡制成的腊八蒜不易腐败——pH过低抑制杂菌生长
B、温室种植时，夜间适当降温——减少有机物的消耗
C、果酒制作后期密封发酵——无氧呼吸促进酵母菌繁殖
D、低温下冷藏蔬菜——降低微生物的繁殖速率
C
课堂小练
59
构建有氧呼吸和无氧呼吸的概念图。
课后作业
谢谢！
THANK YOU

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