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5.3细胞呼吸的原理和应用学案
【学习目标】
1.概述无氧呼吸的过程。
2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
3.举例说明细胞呼吸原理的应用。
【学习重难点】
教学重点：（1）探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸过程中物质与能量的变化
教学难点：（1）探究酵母菌细胞呼吸的方式
（2）有氧呼吸过程中物质与能量的变化
【预习新知】
细胞呼吸的方式
1．细胞呼吸
(1)概念
①物质变化：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。
②能量变化：有机物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能。
(2)两种类型
①分类依据：有无的参与，有机物是否彻底氧化分解。
②类型：有氧呼吸和无氧呼吸。
2．探究过程
（一）有氧呼吸
1．总反应式
C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。
2．线粒体与有氧呼吸相适应的结构特点
(1)内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，使内膜的表面积增大。
(2)线粒体内膜和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶。
3．过程
(1)写出图中①②③代表有氧呼吸的对应阶段：
①：第一阶段；②：第二阶段；③：第三阶段。
(2)写出a、b、c代表的物质：
a：丙酮酸；b：[H]；c：O2。
(3)三个阶段均释放出能量，释放能量最多的阶段是③(填图中序号)。
(4)写出图中①②③所处场所：
①：细胞质基质；②：线粒体基质；③：线粒体内膜。
4．概念
(1)场所：细胞质基质和线粒体。
(2)条件：有氧参与、多种酶催化。
(3)物质变化
①反应物：葡萄糖等有机物。
②产物：二氧化碳和水。
(4)能量变化：释放能量并生成大量ATP。
5．有氧呼吸与有机物在体外燃烧的不同特点
(1)有氧呼吸过程温和。
(2)有氧呼吸进行时有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。
(3)有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在ATP中。
（一）无氧呼吸
（1）场所：全过程是在细胞质基质中进行的。
（2）总反应方程式
生成乳酸：C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量
生成少量ATP
生成酒精：C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量
注　①无氧呼吸第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同，无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。
②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
（3）放能：1 mol葡萄糖释放196.65 kJ（生成乳酸）或225.94 kJ（生成酒精）的能量，其中均有61.08 kJ左右转移至ATP中。
（4）不同生物的无氧呼吸产物
细胞呼吸原理的应用
1．细胞呼吸原理的应用
(1)生产和生活中的应用
①包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。
②利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。
③破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病毒只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，需到医院治疗。
④提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。
⑤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。
(2)农业生产中的应用
①花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需及时松土透气。
②中耕松土、适时排水是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长。
(3)储藏果实、蔬菜的应用
降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗。
2．细胞呼吸的影响因素
(1)温度
①曲线分析：温度主要是影响酶的活性，在一定温度范围内，呼吸强度随温度升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性降低甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。
②应用：生产上常利用这一原理在零上低温下储藏蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降低温度，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗。温水和面发酵快。
(2)O2浓度
曲线变化分析
①O2浓度为0时，只进行无氧呼吸；
②随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强，但仍较弱，细胞呼吸较弱；
③当O2浓度达到5%时，释放CO2最少，细胞呼吸最弱；
④当O2浓度达到一定值(10%)后，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸；
⑤随O2浓度进一步增大，有氧呼吸先增强后基本不变(受呼吸酶数量等因素的影响)。
(3)CO2浓度
(4)H2O浓度
【易错提示】
（1）有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解（×）
（2）有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP（×）
（3）有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水（×）
（4）有氧呼吸产生的能量全部储存在ATP中（×）
（5）人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供（×）
（6）无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累（×）
【巩固训练】
1.下列关于细胞呼吸相关实验及应用的说法错误的是( )
A.不能单独使用溴麝香草酚蓝溶液来区分酵母菌的呼吸类型
B.储存水果可采用降低氧气含量的措施来减弱其呼吸作用以延长保质期
C.正常情况下，有氧呼吸第三阶段中与氧气结合的[H]部分来自丙酮酸
D.用酸性重铬酸钾溶液检测人体呼出的气体含有酒精则可判断其细胞进行了无氧呼吸
2.“内共生起源学说”认为，原始真核生物吞噬了能进行有氧呼吸的原始细菌，这种细菌和原始真核生物共生，并在长期的共生中逐渐演化成线粒体。下列叙述不能作为该学说的证据的是( )
A.线粒体具备独立、完整的蛋白质合成系统
B.线粒体基因组与细菌基因组具有明显的相似性
C.与细菌相似，线粒体以分裂的方式进行增殖
D.线粒体的外膜和内膜在原始来源上是相同的
3.利用右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瓶密封后，应该立即连通B瓶
B.A瓶先敞口，培养一段时间，再连通B瓶
C.A瓶密封后，培养一段时间，再连通B瓶
D.实验后，在B瓶中加入重铬酸钾检验有无酒精产生
4.在动物细胞中，葡萄糖的部分代谢过程如下图。其中①～③表示有关生理过程，甲、乙、丙、丁代表有关物质。下列叙述错误的是( )
A.乙表示[H]，丁表示H2O
B.过程③发生在线粒体内膜上
C.①中释放的能量大部分以热能形式散失
D.缺氧时的产物可用酸性重铬酸钾溶液检测
5.酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸作用。某同学将等量的酵母菌分别接种到两组等量的培养液中，一组提供氧气,另一组隔绝空气。以下实验结果不可能得到的是( )
A.消耗等量底物时提供氧气组的酵母菌产生的CO2更多
B.隔绝空气组的酵母菌在呼吸过程中不会生成丙酮酸
C.提供氧气组的酵母菌产生的能量更多,繁殖速度更快
D.取隔绝空气组的培养液与酸性重铬酸钾溶液反应,会观察到溶液变成灰绿色
6.下列有关细胞呼吸的原理在生产实践中的叙述，错误的是( )
A.松土可以促进植物根系的有氧呼吸，但过度松土不利于土壤肥力的保持
B.利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌生产各种酒时，连续通气，可提高产量
C.储藏粮食的仓库往往通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱粮食的细胞呼吸
D.若大棚种植蔬菜遇连续的阴雨天，通过适当降低大棚的温度，可以保持农作物产量
7.如图所示为外界O2到肝细胞中被消耗的路径，下列相关叙述正确的是( )
A.外界O2被肝细胞消耗需经过11层生物膜
B.运动时，丙酮酸转化成乳酸的过程发生在组织液中
C.肝细胞和毛细血管壁细胞生活的液体环境完全不同
D.外界O2进入内环境是顺浓度梯度，内环境中CO2排出是逆浓度梯度
8.细胞呼吸原理被广泛应用于生产实践。下表有关措施中，错误的是( )
选项 应用 措施 目的
A 种子储藏 晒干 降低自由水含量，降低细胞呼吸速率
B 栽种庄稼 疏松土壤 促进根有氧呼吸，有利于吸收矿质元素
C 锻炼身体 慢跑 避免肌细胞供氧不足进行无氧呼吸产乳酸
D 乳酸菌制作酸奶 先通气，后密封 加快乳酸菌繁殖，有利于乳酸发酵
A.A B.B C.C D.D
9.下图表示探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，相关叙述正确的是( )
A.外界空气通过1瓶是为了让NaOH溶液吸收空气中的水燕汽
B.右侧的实验装置是左侧实验装置的空白对照组
C.酵母菌的无氧呼吸可产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体
D.检测酒精的产生时，为防止瓶中氧气干扰，可将IV瓶装满培养液
10.“丹东九九草莓”是上世纪末由丹东市政府引进。由于丹东地理位置优越,为草莓植株提供更合适的光照强度、温度、湿度等气候条件，使得“丹东九九草莓”在短短的20年间成为全国最知名的草莓品种之一。图甲是“丹东九九草莓”植株呼吸作用过程图解，图乙是用CO2浓度测定仪测得该植株在密闭玻璃罩内CO2浓度一天24h内的变化情况，绘制成如图所示的曲线，请据图回答下列问题:
(1)据图甲分析，有氧呼吸过程是_________(填序号)，该过程的主要场所是_________。图甲中产生ATP最多的生理过程是_________(填序号)，其在草莓细胞发生的具体场所是_________。
(2)图乙中A~D段，密闭玻璃罩内二氧化碳浓度上升的原因是_________;图乙中_________点(填字母)草莓植株光合作用与呼吸作用速率相等，_________点(填字母)密闭装置中物质X浓度最高。
(3)据图乙分析，图乙中FG段CO2浓度下降较慢的原因是_________。
(4)若将该植物放在含有H218O的密闭容器中培养,光照一段时间后还可以在密闭容器中发现_________(写出两种即可)物质中含有18O。
参考答案
1.答案：D
解析：A、在无氧呼吸第二阶段产生酒精或者乳酸是因为控制酶合成的基因不同，A错误;B、无氧呼吸无[H]的积累，B错误;C、在有氧呼吸过程中，第三阶段反应所需要的[H]来自于葡萄糖和水，C错误;D、可在无氧呼吸装置的发酵瓶中直接加入酸性重铬酸钾溶液检测酒精的产生，D正确。
2.答案：D
解析：A、线粒体具备独立、完整的蛋白质合成系统，进行有氧呼吸的原始细菌也具备独立、完整的蛋白质合成系统，可以作为“内共生起源学说”的证据，A不符合题意；
B、线粒体基因组与细菌基因组具有明显的相似性，可以作为“内共生起源学说”的证据，B不符合题意；
C、原始细菌的增殖方式为二分裂，线粒体能像细菌一样进行分裂增殖，可以作为“内共生起源学说”的证据，C不符合题意；
D、原始真核生物吞噬了能进行有氧呼吸的原始细菌，并在长期的共生中逐渐演化成线粒体，故演化成的线粒体的外膜来源于原始真核生物，线粒体的内膜来源于能进行有氧呼吸的原始细菌，不能作为该学说的证据，D符合题意。
故选D。
3.答案：C
解析：A、A瓶密封后，锥形瓶内仍有少量氧气，所以不能立即连通B瓶，A错误；
B、探究酵母菌的无氧呼吸的条件是无氧，所以A瓶先敞口培养一段时间不符合要求，B错误；
C、A瓶密封后，培养一段时间，以便消耗掉瓶中的氧气，再连通B瓶，确保产生的二氧化碳都是无氧呼吸产生的，C正确；
D、实验过程中，二氧化碳通过导管进入B瓶，酒精仍在A瓶中，所以实验结束后，在A瓶中加入重铬酸钾检验酒精，D错误。
故选C。
4.答案：D
5.答案：B
解析：A、酵母菌有氧呼吸时，每消耗一分子酵母菌产生6分子二氧化碳，而无氧呼吸时，每消耗一分子酵母菌产生2分子二氧化碳，因此消耗等量底物时提供氧气组的酵母菌产生的CO2更多，A正确;B、隔绝空气组的酵母菌进行的是无氧呼吸，无氧呼吸第一阶段会产生丙酮酸，B错误;C、提供氧气组的酵母菌进行的是有氧呼吸，与无氧呼吸相比，有氧呼吸产生的能量更多，繁殖速度更快，C正确;D、绝空气组的培养液中酵母菌进行的是无氧呼吸，无氧呼吸会产生酒精，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应，会观察到溶液变成灰绿色，D正确。
6.答案：B
解析：A、松土可以促进植物根系的有氧呼吸，但过度松土会导致水土流失严重，不利于土壤肥力的保持，A正确;B、酵母菌通过无氧呼吸产生酒精，因此利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌生产各种酒时，应该先通气(使酵母菌大量繁殖)后密封(让酵母菌进行酒精发酵)，B错误;C、储藏粮食的仓库往往通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱粮食的细胞呼吸，减少有机物的消耗，C正确;D、若大棚种植蔬菜遇连续的阴雨天，通过适当降低大棚的温度，抑制细胞呼吸酶的活性，减少有机物的消耗，这样可以保持农作物产量，D正确。
7.答案：A
解析：外界O2被肝细胞消耗需经过肺泡壁细胞（2层膜）、通过毛细血管壁细胞进入血浆（2层）、进入红细胞（1层）、出红细胞（1层），通过毛细血管壁细胞进入组织液（2层）、进入肝细胞（1层），进入线粒体（2层），共11层膜，A正确；O2进行跨膜运输属于自由扩散，不需要载体，也不消耗能量，B错误；肝细胞生活的液体环境为组织液，毛细血管壁细胞生活的液体环境为血浆和组织液，C错误；O2和CO2跨膜运输的方式均为顺浓度梯度运输，自由扩散，D错误。
8.答案：D
解析：降低自由水的含量会降低细胞的代谢;乳酸菌是严格厌氧的生物,在有氧气的情况下会死亡;低温情况下会导致生物体呼吸速率降低,有利于保鲜;疏松土壤会使有氧呼吸更加旺盛,为生物体提供更多的能量。
9.答案：C
解析： A、使用NaOH溶液可以吸收CO2，可以排除通入空气中CO2的干扰，A错误;B、探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，两组均为实验组，形成对比实验，故右侧的实验装置不是左侧实验装置的空白对照组，B错误;C、酵母菌无氧呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，C正确;D、检测酒精的产生时，需要营造无氧环境，可将IV瓶放置一段时间耗尽氧气后再进行实验，而不能将IV瓶装满培养液，否则违背无关变量一致原则，D错误。故选:C。
10.答案：(1)①②③；线粒体；③；线粒体内膜
(2)呼吸(速率)大于光合(速率)；D、H；H
(3)中午温度较高，气孔关闭(气孔开放程度降低)，叶肉细胞吸收的CO2减少，使得玻璃罩内CO2浓度下降较慢。
(4)O2、CO2、(CH2O)(糖类有机物)

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